一种电源输出调节集中控制系统及方法与流程

1.本技术涉及快速充电设备技术领域，尤其是涉及一种电源输出调节集中控制系统及方法。


背景技术：

2.随着科技的发展和技术的进步，从办公相关的电脑、手机，到生活相关的智能手环、智能家电等，智能化的电子设备已经在各个领域中深度影响着人们的生活。在日常使用的过程中，除了智能电子设备自身的性能以及功能以外，智能电子设备的供能续航问题也是影响用户体验的一个重要因素。
3.目前，在实际生活中，由于由市电系统供电的家用电源均为高压的交流电源，而电子设备由于高集成度和精细度均采用低压电源进行供电，因此需要采用电源适配器进行变压和整流处理。电源适配器又叫开关电源适配器，其核心部件一般包括ac-dc（交流-直流）转换模块、dc-dc（直流-直流）转换模块，还包括原边控制芯片以及副边控制芯片。具体的，如图1所示，ac-dc转换模块与原边控制芯片连接，dc-dc转换模块与副边控制芯片连接，ac-dc转换模块的输入端与家用交流电源连接、输出端与dc-dc转换模块的输入端连接，dc-dc转换模块的输出端与接口负载连接。当接口接入负载时，副边控制芯片通过接口协议读取接口负载所需输出参数，ac-dc转换模块将高压交流电源降压至预设值后，dc-dc转换模块根据接口负载所需的输出参数进行二次降压，并输出至接口。
4.在实现本技术的过程中，发明人发现上述技术至少存在以下问题：电源电压在降压过程中容易产生能量损耗，在多级降压的场景下，每级的降压损耗逐步叠加，导致电源输出效率低。


技术实现要素：

5.为了减少电源适配电路在使得输出电压满足接口协议时经多级降压导致的损耗，提高系统整体的效率，本技术提供一种电源输出调节集中控制系统及方法。
6.本技术提供的一种电源输出调节集中控制系统，采用如下的技术方案：一种电源输出调节集中控制系统，包括ac-dc转换模块、副边控制芯片、原边控制芯片、副边开关管以及接口模块；所述ac-dc转换模块包括整流电路以及变压器电路，所述整流电路与交流电源连接，所述变压器电路与原边控制芯片连接且受控于原边控制芯片；所述接口模块与ac-dc转换模块连接，所述接口模块与副边控制芯片通信连接以传输接口协议；所述副边控制芯片与原边控制芯片通信连接，所述副边控制芯片与副边开关管信号连接，所述副边控制芯片用于接收接口协议识别信号，并根据接收到的接口协议识别信号识别接口负载所需电源参数，所述副边控制芯片还用于向原边控制芯片输出原边驱动信号以调节原边输出参数；
所述副边开关管受控于副边控制芯片，以使当所述ac-dc转换模块的输出参数与接口协议匹配时，直接输出至接口模块。
7.通过采用上述技术方案，当接口模块中插入负载时，接口模块可以对负载的接口协议进行识别，以获取负载所需的充电电压，识别充电电压后可以副边控制芯片通过与原边控制芯片的通信连接关系可以将相关参数传输到原边控制芯片，有助于使得受控的ac-dc转换模块得以根据充电电压的要求将输出电压降至充电电压，进而使得ac-dc转换模块可以直接输出至接口模块，有助于跳过二次降压的步骤，进而避免在二次降压的过程中产生的损耗，有助于提高系统内电能的转换效率。
8.在一个具体的可实施方式中，所述电源输出调节集中控制系统还包括光耦合器，所述光耦合器包括光通信配合的光耦发生器以及光耦接收器；所述光耦发生器受控于副边控制芯片，用于发出原边驱动信号；所述光耦接收器与原边控制芯片连接，用于接收原边驱动信号并输送至原边控制芯片。
9.通过采用上述技术方案，通过光耦合器件实现副边控制芯片和原边控制芯片的通信连接，有助于减少副边控制芯片和原边控制芯片之间的电性连接，构建出相对隔离的原边和副边的关系，进而有助于提高系统的稳定性。
10.在一个具体的可实施方式中，所述电源输出调节集中控制系统还包括二次整流电路，所述二次整流电路包括同步整流器，所述同步整流器受控于副边控制芯片。
11.通过采用上述技术方案，二次整流电路有助于取代整流二极管来进行整流滤波，进而有助于降低由副边输入端使用整流管进行整流而带来的整流管损耗，进而有助于提高系统的转换效率，降低电源损耗。
12.在一个具体的可实施方式中，所述电源输出调节集中控制系统还包括拓展接口模块，所述拓展接口模块与副边控制芯片通信连接，所述拓展接口模块与ac-dc转换模块连接。
13.通过采用上述技术方案，系统中设置的拓展接口模块有助于使得系统可以同时接入不同规格的接口负载，有助于实现系统多端口输出的效果，拓展接口模块与接口模块均能通过副边控制芯片使得原边控制芯片按照所需的充电电压进行调节，有助于在多端口的情况下满足单次降压的电压输出，进而有助于在多端口输出的应用场景下提高系统的转换效率。
14.在一个具体的可实施方式中，所述电源输出调节集中控制系统还包括dc-dc转换模块，所述dc-dc转换模块与ac-dc转换模块连接，所述dc-dc转换模块包括dc-dc转换电路以及转换开关管；所述dc-dc转换电路受控于副边控制芯片，用于对ac-dc转换模块的输出电压进行二次降压；所述转换开关管受控于副边控制芯片，用于控制dc-dc转换模块的开启或关闭。
15.通过采用上述技术方案，通过设置的dc-dc转换模块，使得当多端口彼此所需的充电电压不同时，得以通过开关可控的二次降压实现充电电压的调节，进而有助于提高系统的转换效率。
16.在一个具体的可实施方式中，所述dc-dc转换模块通过副边开关管与接口模块连
接；和/或；所述dc-dc转换模块通过副边开关管与拓展接口模块连接；所述副边开关管受控于副边控制芯片，还用于控制接口模块以及拓展接口模块的连接。
17.通过采用上述技术方案，接口模块以及拓展接口模块的电源输入端有助于通过副边开关管实现与ac-dc转换模块直通和经dc-dc转换模块二次降压之间的输入选择，进而有助于在满足不同应用需求的情况下，实现提高系统转换效率的效果。
18.在一个具体的可实施方式中，还包括限流输出电路，所述限流输出电路与接口模块以及拓展接口模块一一对应连接，用于控制所述接口模块以及拓展接口模块的输出电流参数。
19.通过采用上述技术方案，通过限流输出端，有助于对接口模块的输出电流进行控制，有助于实现系统对充电电压以及充电电流的双控制，提高了系统的输出质量。
20.在一个具体的可实施方式中，所述接口模块以及拓展接口模块均包括插入检测端，所述插入检测端与副边控制芯片连接，用于监测接口模块的插入情况。
21.通过采用上述技术方案，设置在接口模块以及拓展接口模块上的插入检测端有助于对插入的负载进行检测，进而有助于提高对接口负载的检测响应效率。
22.第二方面，本技术提供一种电源输出调节集中控制方法，采用如下的技术方案：一种电源输出调节集中控制方法，其特征在于：所述方法是基于如第一方面中任一所述的一种电源输出调节集中控制系统实现的，包括以下步骤：获取接口负载信息，所述接口负载信息至少包括接口负载所需充电电压、充电电流；基于所述充电电流，生成限流窗口；基于所述充电电压，生成原边驱动信号，所述原边驱动信号用于控制原边的ac-dc转换模块；获取所述ac-dc转换模块的副边输入电压，将所述副边输入电压与充电电压对照；当所述副边输入电压与充电电压相等时，生成副边门控制信号，以使所述ac-dc转换模块直接输出至接口模块为接口负载供电。
23.通过采用上述技术方案，当接口模块中插入负载时，接口模块可以对负载的接口协议进行识别，以获取负载所需的充电电压，识别充电电压后可以副边控制芯片通过与原边控制芯片的通信连接关系可以将相关参数传输到原边控制芯片，有助于使得受控的ac-dc转换模块得以根据充电电压的要求将输出电压降至充电电压，进而使得ac-dc转换模块可以直接输出至接口模块，有助于跳过二次降压的步骤，尽而避免在二次降压的过程中产生的损耗，有助于提高系统内电能的转换效率。
24.在一个具体的可实施方式中，所述方法还包括：当获取到至少两个相异的所述接口负载信息时，将相异的所述接口负载信息中充电电压的最大值标记为初级输出电压；基于所述初级输出电压，生成原边驱动信号；当所述ac-dc转换模块的副边输入电压与初级输出电压相等时，生成副边门控制
信号，以使所述ac-dc转换模块直接输出至与初级输出电压对应的接口模块为接口负载供电；基于所述初级输出电压与其他负载信息中目标充电电压的差值，分别生成转换驱动信号以及转换门控制信号；基于所述转换门控制信号以及转换驱动信号，控制dc-dc转换电路将初级输出电压降压至目标充电电压；当所述dc-dc转换电路的输出电压与目标充电电压相等时，生成目标副边门控制信号，以使所述dc-dc转换模块输出至与目标充电电压对应的接口模块为接口负载供电。
25.通过采用上述技术方案，当存在不同的充电电压的需求时，以最高的充电电压作为ac-dc转换模块的输出，这样可以使得多个端口中至少有一个端口可以实现直通，有助于提高系统的转换效率，对其他接口的充电电压分别进行二次降压，有助于使得其他接口经过二次降压可以达到所需的充电电压值，进而有助于在提高电路转换效率的同时，满足多端口输出的需求。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：当接口模块中插入负载时，接口模块可以对负载的接口协议进行识别，以获取负载所需的充电电压，识别充电电压后可以副边控制芯片通过与原边控制芯片的通信连接关系可以将相关参数传输到原边控制芯片，有助于使得受控的ac-dc转换模块得以根据充电电压的要求将输出电压降至充电电压，进而使得ac-dc转换模块可以直接输出至接口模块，有助于跳过二次降压的步骤，进而避免在二次降压的过程中产生的损耗，有助于提高系统内电能的转换效率；当存在不同的充电电压的需求时，以最高的充电电压作为ac-dc转换模块的输出，这样可以使得多个端口中至少有一个端口可以实现直通，有助于提高系统的转换效率，对其他接口的充电电压分别进行二次降压，有助于使得其他接口经过二次降压可以达到所需的充电电压值，进而有助于在提高电路转换效率的同时，满足多端口输出的需求；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1背景技术中二级变压系统的拓扑结构示意图；图2是本技术实施例中示出的一种电源输出调节集中控制系统的单输出接口拓扑结构示意图；图3是本技术实施例中示出的一种电源输出调节集中控制系统的单输出电路结构示意图；图4是本技术实施例中示出的一种电源输出调节集中控制系统的多输出接口拓扑结构示意图；图5是本技术实施例中示出的一种电源输出调节集中控制系统的多输出接口电路结构示意图；
图6是本技术实施例中示出的一种电源输出调节集中控制方法的方法流程图；图7是本技术实施例中示出的一种电源输出调节集中控制方法的方法流程图。
具体实施方式
28.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图1-7，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.本技术是应用在快速充电领域的电源适配器上的集成电路，在现有技术中，常规的两级转换电路包括ac-dc转换模块、dc-dc转换模块、原边控制芯片以及副边控制芯片。具体的，参考图1，ac-dc转换模块受控于原边控制芯片，dc-dc转换模块受控于副边控制芯片，ac-dc转换模块的输入端与家用交流电源连接、输出端与dc-dc转换模块的输入端连接，dc-dc转换模块的输出端与负载连接。当接口接入负载时，副边控制芯片通过接口协议读取负载所需输出参数；ac-dc转换模块在原边控制芯片预设指令的控制下，将高压交流电源降压至预设值后，dc-dc转换模块根据负载所需的负载输出参数进行二次降压，并将输出的负载充电电压输出至负载接口。显而易见的，高压交流电源在转换为负载所需的低压直流电源的过程时，需要分别经过两级甚至多级的降压过程，而每一级的降压过程都会使得系统的转换损耗逐级叠加，导致系统转换效率低的问题。
30.为了，克服上述现有技术中存在的问题，本技术实施例公开一种电源输出调节集中控制系统。
31.实施例1：参考图2，一种电源输出调节集中控制系统包括ac-dc转换模块、副边控制芯片u1、副边开关管以及接口模块。
32.参考图3，副边控制芯片u1包括原边驱动信号发生端vr，协议识别输入端dn-c、dp-c、cc2-c、cc1-c，副边控制芯片u1还包括副边门控制端vgate-c。副边开关管设置为n沟道型mos管，副边门控制端连接于副边开关管的栅极，用于控制副边开关管的导通与关闭。原边驱动信号发生端vr与原边控制芯片u2通信连接，用于输送原边驱动信号。
33.参考图3，ac-dc转换模块包括整流电路、变压器电路、原边控制芯片u2以及原边开关管。整流电路可以设置为桥式整流电路，包括d1-d4四个两两对接的整流二极管，整流电路的输入端与高压交流电源cn1连接，用于利用整流二极管的单向导通性，将高压交流电源cn1输入的交流电转换为直流电。整流电路的输出端还可以设有常规的滤波电路，滤波电路由两个并联的电容器c1、c2以及串联的电感器l1组成，滤波电路用于对整流电路输出的交流分量进行滤除。整流电路经滤波电路处理后输出至变压器电路，变压器电路包括原边输入端ti、原边输出端to1以及副边输出端to2，原边输入端ti与滤波电路的输出端连接，副边输出端to2与负载接口连接。
34.参考图3，原边控制芯片u2包括原边驱动信号接收端fb、电压采样引脚vs以及电流检测引脚cs。其中，电压采样引脚vs通过采样电阻r2、采样电阻r4连接原边输出端to1，采样电阻r2、r4之间串联，采样电阻r4接地，采样电阻r2连接原边输出端to1，电压采样引脚vs连
接在采样电阻r2、r4之间的节点。此外，原边驱动信号接收端fb与副边控制芯片u1的原边驱动信号发生端vr通信连接，在本实施例中可以通过一组光耦合器实现通信连接，光耦合器可以包括受控于原边驱动信号发生端vr的光耦输出端，和与原边驱动信号接收端fb连接的光耦接收端。光耦输出端可以设置为发光二极管u3a，光耦接收端可以设置为光敏三极管u3b。具体的，原边驱动信号接收端fb连接光敏三极管u3b的集电极，光敏三极管u3b的发射极接地、基极与发光二极管u3a耦合。电流检测引脚cs接地。原边控制芯片u2还包括原边开关管，原边开关管可以集成于原边控制芯片u2，用于根据原边驱动信号调节原边控制信号的输出参数，以使副边输出端to2输出负载所需电压。
35.参考图3，接口模块包括电源输出接口，电源输出接口用于与负载连接以实现充电和数据传输，电源输出接口可以设置为基于不同充电协议的负载接口，例如：usb、type-c等，本实施例中以type-c接口为例进行说明，其他情况与之类似不做赘述。接口模块还包括电源输入端vbus，电源输入端vbus与副边开关管的源极连接，副边开关管的漏极与副边输出端to2连接。协议传输接口dm、dp、cc2、cc1分别与副边控制芯片u1上的协议识别输入端dn-c、dp-c、cc2-c、cc1-c连接，用于实现接口协议的读取与传输。
36.在一个实施例中，一种电源输出调节集中控制系统还可以包括ac-dc转换模块还可以包括二次整流电路，二次整流电路包括可以选用基于低通态电阻的专用功率整流三极管nmos-sr搭建的同步整流器。副边控制芯片u1上设有同步整流器驱动信号输出端gate以及同步电压信号输出端vds，其中同步整流器驱动信号输出端gate与三极管nmos-sr的栅极连接，同步电压信号输出端vds与三极管nmos-sr的漏极连接的同时，通过电阻r1和电感c1与三极管nmos-sr的源极连接。
37.这样，二次整流电路有助于取代整流二极管来进行整流滤波，进而有助于降低由副边输入端使用整流管进行整流而带来的整流管损耗，进而有助于提高系统的转换效率，降低电源损耗。
38.本技术实施例1一种电源输出调节集中控制系统的实施原理为：当负载接口中接入负载时，接口模块根据预设的握手协议获取与负载所匹配的接口协议，并通过协议传输接口dm、dp、cc2、cc1传输至副边控制芯片u1上的协议识别输入端dn-c、dp-c、cc2-c、cc1-c。副边控制芯片u1接收到接口协议后，对接口协议进行识别，获取负载所需输出参数，并对输出参数进行编码以获取原边驱动信号。随后由原边驱动信号发生端vr控制发光二极管u3a发出光信号。光敏三极管u3b接收到光信号后，输入至原边驱动信号接收端fb，原边控制芯片u2对光信号解码后获取原边驱动信号，在原边驱动信号的控制下，副边输出端to2输出负载所需电压。
39.此时，副边输出端to2直通至副边开关管的漏极，当副边控制芯片u1检测到副边输出端to2的输出满足接口协议时，通过副边门控制端vgate-c控制副边开关管导通，最终副边输出端to2直通至接口模块的电源输入端vbus进行输出。
40.实施例2：参考图4，一种电源输出调节集中控制系统包括ac-dc转换模块、副边控制芯片u1、副边开关管以及接口模块，还包括拓展接口模块。需要说明的，拓展接口模块是基于接口模块而相对存在的特征，从本质上讲，在一个多端口的电源适配器中，在指定一个端口为接口模块时，剩余端口即为拓展接口模块。因此在本实施例中为了避免混淆，以三端口的电源适
配器为例进行说明，并不需要指定接口模块以及拓展接口模块，三端口分别对应负载接口a、负载接口b以及负载接口c，三个端口的接口规格不做限制，即可以不同、也可以相同。
41.参考图4和图5，在同时存在三个接口模块的情况下，原边电路与实施例1相同，并不存在差异，而副边电路中，副边控制芯片u1上设有为每个端口相应配置的协议识别输入端以及副边门控制端。此外，副边电路中还增设有与每个接口模块一一对应的副边开关管，每个副边开关管与一个副边门控制端一一对应连接，副边门控制端彼此独立，在副边门控制端的独立控制下，每个接口模块均可以与副边输出端to2直接连接。
42.这样，即使多端口输出的场景下，当所有接口模块均输出相同的负载电压时，也可以由电源输出调节集中控制系统进行“原边降压，副边直通”的单级降压处理，有利于保持系统的高转化效率。
43.但在部分应用场景下，不同的负载需要连接不同的输出参数，单一输出的电源输出调节集中控制系统难以满足丰富的使用需求，缺乏灵活性。因此相应的，参考图4和图5，电源输出调节集中控制系统中还可以包括dc-dc转换模块，dc
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dc转换模块基于常规的dc
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dc转换电路实现，dc-dc转换电路的电源输入端与副边输出端to2连接，用于实现在转变输入电压后输出固定电压的功能。dc
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dc转换模块还包括转换驱动信号输入端以及转换开关管，dc-dc转换电路通过驱动信号输入端受控于副边控制芯片，用于对ac-dc转换模块的输出电压进行二次降压；转换开关管通过转换门控制端受控于副边控制芯片，用于控制dc-dc转换模块的开启或关闭。
44.在一个实施例中，副边控制芯片还包括限流输出端，限流输出端与接口模块以及拓展接口模块一一对应连接，用于控制接口模块以及拓展接口模块的输出电流参数。
45.这样，通过限流输出端，有助于对接口模块的输出电流进行控制，有助于实现系统对充电电压以及充电电流的双控制，提高了系统的输出质量。
46.本技术实施例2一种电源输出调节集中控制系统的实施原理为：在多端口输出的情况下：场景一：当每个端口接入所需电源参数相同的负载时，与实施例1相同，每个接口模块分别与副边输出端to2直接连接，进而实现“原边降压，副边直通”的单级降压处理，有利于保持系统的高转化效率。
47.场景二：当三个端口中存在所需电源参数相异的负载时，例如负载接口a、负载接口b、负载接口c均不相同，则副边控制芯片u1分别获取每个接口模块所需的充电电压，即充电电压a、充电电压b以及充电电压c。此时，副边控制芯片u1可以选取数值最高的充电电压a作为初级输出电压，并以此初级输出电压为基准重复实施例1中的步骤，使得副边输出端to2输出该充电电压a，并将充电电压a直通至负载接口a。最后，副边控制芯片u1可以分别驱动与负载接口b、负载接口c对应的dc-dc转换模块，以使副边输出端to2输出的充电电压a分别降压至充电电压b以及充电电压c，并在转换开关管以及副边开关管的选路控制下分别输入至负载接口b、负载接口c。最终实现了三个相异规格的负载接口“原边降压，副边一接口直通、两接口二次降压”的效果。在保证多端口灵活应用的情况下，至少留存了一条直通的供电线路，提高了系统的转换效率。
48.本技术实施例还公开一种电源输出调节集中控制方法。
49.一种电源输出调节集中控制方法，基于如上述实施例中所述的一种电源输出调节
集中控制系统实现的，参考图6，包括以下步骤：步骤601，获取接口负载信息，所述接口负载信息至少包括接口负载所需充电电压、充电电流；步骤602，基于所述充电电流，生成限流窗口；步骤603，基于所述充电电压，生成原边驱动信号，所述原边驱动信号用于控制原边的ac-dc转换模块；步骤604，获取所述ac-dc转换模块的副边输入电压，将所述副边输入电压与充电电压对照；步骤605，当所述副边输入电压与充电电压相等时，生成副边门控制信号，以使所述ac-dc转换模块直接输出至接口模块为接口负载供电。
50.在一个实施例中，参考图7，一种电源输出调节集中控制方法还包括以下处理步骤：步骤701，当获取到至少两个相异的所述接口负载信息时，将相异的所述接口负载信息中充电电压的最大值标记为初级输出电压；步骤702，基于所述初级输出电压，生成原边驱动信号；步骤703，当所述ac-dc转换模块的副边输入电压与初级输出电压相等时，生成副边门控制信号，以使所述ac-dc转换模块直接输出至与初级输出电压对应的接口模块为接口负载供电；步骤704，基于所述初级输出电压与其他负载信息中目标充电电压的差值，分别生成转换驱动信号以及转换门控制信号；步骤705，基于所述转换门控制信号以及转换驱动信号，控制dc-dc转换电路将初级输出电压降压至目标充电电压；步骤706，当所述dc-dc转换电路的输出电压与目标充电电压相等时，生成目标副边门控制信号，以使所述dc-dc转换模块输出至与目标充电电压对应的接口模块为接口负载供电。
51.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简化，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
52.以上所述，以上实施例仅用以对本技术的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想，不应理解为对本技术的限制。本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。