自动电压补偿的充电装置及平板设备的制作方法

1.本发明涉及充电领域，特别涉及一种自动电压补偿的充电装置及平板设备。


背景技术：

2.type-c由于其强大的电性能规格及使用便利性，越来越成为各种电子产品的标配接口，如显示器，手机，平板，笔记本电脑。
3.在充电电流通过type-c线输出至外部设备的过程中，由于type-c线自身存在内阻，电流通过type-c线传输会产生对应的线损电压，导致外部设备接收的电压收到了损耗。在充电的电流较大的情况下(例如pd对外充电时，充电电流可以达到4.5a)，或者是type-c线较长的情况下，type-c线会产生较大的线损电压，导致外部设备接收的电压变低，影响充电装置对外充电的效率。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种自动电压补偿的充电装置及平板设备，旨在解决由于type-c线传输产生的线损电压影响充电装置对外充电的效率的问题。
5.为实现上述目的，本发明提出自动电压补偿的充电装置，包括:
6.type-c接口输入端及type-c接口输出端，所述type-c接口输出端用于连接外部负载；
7.充电电路，所述充电电路的输出端与所述type-c接口输入端连接，所述充电电路用于输出充电电压至所述type-c接口输入端；
8.充电控制器，所述充电控制器分别与所述充电电路的输出端及所述type-c接口输出端连接，所述充电控制器用于检测所述充电电路的输出电压、所述充电电路的输出电流及所述type-c接口输出端的电压，并根据所述充电电路的输出电压及所述充电电路的输出电流，或所述充电电路的输出电压及所述type-c接口输出端的电压输出对应的电压补偿控制信号；
9.电压补偿电路，所述电压补偿电路的受控端与所述充电控制器连接，所述电压补偿电路的输出端与所述充电电路的输出端连接，所述电压补偿电路用于根据所述电压补偿控制信号输出对应的补偿电压至所述type-c接口输入端，以对所述充电电路的输出电压进行补偿。
10.可选地，所述充电控制器具体用于在充电电路的输出电压小于第一电压阈值时，根据所述充电电路的输出电流以及第一补偿阻抗输出对应的电压补偿控制信号；
11.在充电电路的输出电压大于或等于第一电压阈值且小于第二电压阈值时，根据所述充电电路的输出电流以及第二补偿阻抗输出对应的电压补偿控制信号；
12.在充电电路的输出电压大于或等于第二电压阈值时，根据所述充电电路的输出电压及所述type-c接口输出端的电压输出对应的电压补偿控制信号。
13.可选地，所述充电控制器具体用于在充电电路的输出电压小于第一电压阈值时，
控制所述电压补偿电路输出补偿电压ia*ra，其中，ia为所述充电电路的输出电流，ra为第一补偿阻抗。
14.可选地，所述充电控制器具体用于在充电电路的输出电压大于或等于第一电压阈值且小于第二电压阈值时，控制所述电压补偿电路输出补偿电压ia*rb，其中，ia为所述充电电路的输出电流，rb为第二补偿阻抗。
15.可选地，所述充电控制器具体用于在充电电路的输出电压大于或等于第二电压阈值时，控制所述电压补偿电路输出补偿电压为ub-ua，其中，ua为充电电路的输出电压，ub为type-c接口的输出电压。
16.可选地，所述充电控制器还用于检测所述type-c接口输入端的温度，并根据所述type-c接口输入端的温度调节所述电压补偿电路输出的补偿电压。
17.可选地，所述电压补偿电路包括开关管，所述开关管的输入端与电源端连接，所述开关管的受控端与所述充电控制器的输出端连接，所述开关管的输出端与所述type-c接口输入端连接，所述充电控制器具体用于控制所述开关管的导通/关断。
18.可选地，所述电压补偿电路包括还包括滤波电路，所述滤波电路串联设置于所述开关管的输出端与所述type-c接口输入端之间，所述滤波电路用于将所述开关管的输出电压滤波处理后输出至所述type-c接口输入端。
19.可选地，所述电压补偿电路输出的补偿电压低于所述type-c接口输出端电压的5％。
20.本发明提出一种平板设备，所述平板设备包括如上所述的自动电压补偿的充电装置。
21.本发明设置的自动电压补偿的充电装置包括type-c接口输入端及type-c接口输出端、充电电路、充电控制器及电压补偿电路。其中，type-c接口输出端用于连接外部负载，充电电路的输出端与type-c接口输入端连接，充电控制器分别与所述充电电路的输出端及type-c接口输出端连接，电压补偿电路的受控端与充电控制器连接，电压补偿电路的输出端与充电电路的输出端连接。充电电路用于输出对应的充电电压至type-c接口输入端，充电控制器用于检测充电电路的输出电压、充电电路的输出电流及type-c接口输出端的电压，并根据充电电路的输出电压及充电电路的输出电流，或充电电路的输出电压及type-c接口输出端的电压输出对应的电压补偿控制信号，电压补偿电路用于根据电压补偿控制信号输出对应的补偿电压至type-c接口输入端，以对充电电路的输出电压进行补偿。在工作时，电控制器能够根据充电电路的输出电压，获取充电电路是处于恒流输出或恒压输出，在充电电路是处于恒流输出时，充电控制器根据充电电路的输出电流获取type-c接口的线损电压；在充电电路是处于恒压输出时，充电控制器根据type-c接口的输出电压获取type-c接口的线损电压，充电控制器控制电压补偿电路输出type-c接口的线损电压，对充电电路的输出电压进行补偿，使得输出至外部负载的电压与充电电路的输出电压一致，本发明解决了由于type-c线传输产生的线损电压影响充电装置对外充电的效率的问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。
23.图1为本发明自动电压补偿的充电装置一实施例的功能模块示意图；
24.图2为本发明自动电压补偿的充电装置一实施例的电路结构示意图；
25.图3为本发明自动电压补偿的充电装置充电电流-时间及充电电压-时间示意图。
26.附图标号说明：
27.标号名称标号名称10充电电路20充电控制器30电压补偿电路41type-c接口输入端42type-c接口输出端k1开关管
28.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
31.本发明提出自动电压补偿的充电装置，针对type-c线产生的线损电压，对充电装置输出的电压进行电压补偿，以满足外部设备的供电需求。
32.在充电电流通过type-c线输出至外部设备的过程中，由于type-c线自身存在内阻，电流通过type-c线传输会产生对应的线损电压，导致外部设备接收的电压收到了损耗。在充电的电流较大的情况下(例如pd对外充电时，充电电流可以达到4.5a)，或者是type-c线较长的情况下，type-c线会产生较大的线损电压，导致外部设备接收的电压变低，影响充电装置对外充电的效率。
33.参照图1，在本发明一实施例中，该自动电压补偿的充电装置包括：
34.type-c接口输入端41及type-c接口输出端42，所述type-c接口输出端42用于连接外部负载；
35.充电电路10，所述充电电路10的输出端与所述type-c接口输入端41连接，所述充电电路10用于输出充电电压至所述type-c接口输入端41；
36.充电控制器20，所述充电控制器20分别与所述充电电路10的输出端及所述type-c
接口输出端42连接，所述充电控制器20用于检测所述充电电路10的输出电压、所述充电电路10的输出电流及所述type-c接口输出端42的电压，并根据所述充电电路10的输出电压及所述充电电路10的输出电流，或所述充电电路10的输出电压及所述type-c接口输出端42的电压输出对应的电压补偿控制信号；
37.电压补偿电路30，所述电压补偿电路30的受控端与所述充电控制器20连接，所述电压补偿电路30的输出端与所述充电电路10的输出端连接，所述电压补偿电路30用于根据所述电压补偿控制信号输出对应的补偿电压至所述type-c接口输入端41，以对所述充电电路10的输出电压进行补偿。
38.在本实施例中，type-c接口为充电装置的充电端口，用于为外部设备供电。由于type-c接口自身存在内阻，导致type-c接口的输入端及输出端之间存在压降，使得type-c接口输出端42提供给外部设备的电压要低于充电电路10的输出至type-c接口输入端41的电压。
39.充电控制器20能够计算出type-c接口自身产生的线损电压，并控制电压补偿电路30输出补偿电压为计算出的线损电压，以对充电电路10的输出至type-c接口的电压进行补偿，使得type-c接口输出端42的电压与充电电路10的输出电压一致，满足外部设备的用电需求。充电控制器20具体可以通过充电电路10的输出电压及输出电压，或充电电路10的输出电压及type-c接口输出端42的电压计算type-c接口自身产生的线损电压。充电控制器20首先根据充电电路10的电压判断充电电路10对外充电输出的是恒定的电压还是恒定的电流，并根据充电电路10对外输出恒定电压或者恒定电流计算type-c接口的线损电压。
40.在充电电路10输出恒定的电流时，由于充电电路10的输出电压是时刻变化的，难以直接得出type-c接口的线损电压。由于充电电路10输出的电流时恒定的，因此可以通过充电电路10的输出电流计算出type-c接口的线损电压。假设流经type-c接口的电流为ia，并且type-c接口的阻抗r0的值是已知的，由此可以计算出type-c接口的线损电压为ia*r0。在充电电路10输出恒定的电流时，充电控制器20控制电压补偿电路30输出补偿电压为ia*r0。
41.在充电电路10处于恒压充电阶段时，可以直接获取充电电路10的输出电压ua，通过充电电路10的输出电压ua与type-c接口输出端42的电压ub之间的电压降，直接得到type-c接口的线损电压为ua-ub。在充电电路10输出恒定的电压时，充电控制器20控制电压补偿电路30输出补偿电压为ua-ub。
42.本实施例中的充电控制器20能够根据充电电路10的输出电压，判断充电电路10恒流输出或恒压输出，并对应充电电路10的不同充电阶段计算出type-c接口的线损电压。在计算出type-c接口的线损电压后，控制电压补偿电路30输出充电控制器20计算的线损电压，作为补偿电压以对充电电路10的输出电压进行补偿，使得type-c接口输出端42的电压与充电电路10的输出电压一致。
43.目前还有一种常用的补偿电压的方案，是在充电电路10中定置为一个固定的稍高电压输出，比如由5v输出改为5.3v输出，那么无论type-c线传输有多少线损电压，在终端得到的实际电压都会增加0.3v。这种方案有一个弊端就是在终端为轻载(小电流0a/0.1a/0.2a
…
)时，终端实际得到的电压也比较高的53v(非50v)；因为小电流情况下，type-c线造成线损电压也小。这个“高电压”对部分要求很精密电压的终端设备来说，可能就是一个高
压的危险。
44.本实施例能够根据充电电路的不同工作阶段实时调节补偿电压的值，使得输出的补偿电压更加精确。相对于上述补偿电压的技术方案，本实施例避免了在终端为轻载时，type-c口输出的电压过高导致设备损坏的问题。
45.本发明设置的自动电压补偿的充电装置包括type-c接口输入端41及type-c接口输出端42、充电电路10、充电控制器20及电压补偿电路30。其中，type-c接口输出端42用于连接外部负载，充电电路10的输出端与type-c接口输入端41连接，充电控制器20分别与所述充电电路10的输出端及type-c接口输出端42连接，电压补偿电路30的受控端与充电控制器20连接，电压补偿电路30的输出端与充电电路10的输出端连接。充电控制器20用于检测充电电路10的输出电压、充电电路10的输出电流及type-c接口输出端42的电压，并根据充电电路10的输出电压及充电电路10的输出电流，或充电电路10的输出电压及type-c接口输出端42的电压输出对应的电压补偿控制信号，电压补偿电路30用于根据电压补偿控制信号输出对应的补偿电压至type-c接口输入端41，以对充电电路10的输出电压进行补偿。在工作时，电控制器能够根据充电电路10的输出电压，获取充电电路10处于恒流输出或恒压输出，在充电电路10处于恒流输出时，充电控制器20根据充电电路10的输出电流获取type-c接口的线损电压；在充电电路10处于恒压输出时，充电控制器20根据type-c接口的输出电压获取type-c接口的线损电压，充电控制器20控制电压补偿电路30输出type-c接口的线损电压，对充电电路10的输出电压进行补偿，使得输出至外部负载的电压与充电电路10的输出电压一致，本发明解决了由于type-c线传输产生的线损电压影响充电装置对外充电的效率的问题。
46.在本发明一实施例中，所述充电控制器20具体用于在充电电路10的输出电压小于第一电压阈值时，根据所述充电电路10的输出电流以及第一补偿阻抗输出对应的电压补偿控制信号；
47.在充电电路10的输出电压大于或等于第一电压阈值且小于第二电压阈值时，根据所述充电电路10的输出电流以及第二补偿阻抗输出对应的电压补偿控制信号；
48.在充电电路10的输出电压大于或等于第二电压阈值时，根据所述充电电路10的输出电压及所述type-c接口的输出电压输出对应的电压补偿控制信号。
49.在本实施例中，充电电路10在中具有三个阶段，分别为涓流充电阶段、恒流充电阶段及恒压充电阶段。充电电路10在涓流充电阶段时及恒流充电阶段时的输出电流恒定，在恒压充电阶段时的输出电压恒定。
50.参照图3，充电电路10的输出电压ua在充电的过程中越来越大，在ua小于第一电压阈值u1时，充电电路10处于涓流充电阶段；在ua大于或等于第一电压阈值u1且小于第二电压压阈值u2时，充电电路10处于恒流充电阶段；在ua大于第二电压压阈值u2时，充电电路10处于恒压充电阶段。
51.在涓流充电阶段或恒流充电阶段下，充电电路10的输出电流恒定，充电控制器20通过充电电路10的输出电流与type-c接口的阻抗计算type-c接口的线损电压。由于充电电路10在涓流充电阶段及恒流充电阶段所对应的充电回路不同，涓流充电阶段与恒流充电阶段所对应的type-c接口的阻抗是不同的。
52.在本发明一实施例中，所述充电控制器20具体用于在充电电路10的输出电压小于
第一电压阈值时，控制所述电压补偿电路30输出补偿电压ia*ra，其中，ia为所述充电电路10的输出电流，ra为第一补偿阻抗。
53.在本实施例中，充电电路10处于涓流充电阶段时，type-c接口产生的阻抗为ra，type-c接口的两端的电压降为ia*ra。
54.在充电控制器20检测到充电电路10的输出电压小于第一电压阈值u1，判断充电电路10处于涓流充电阶段，并控制电压补偿电路30输出ia*ra的补偿电压输出至type-c接口输入端41以消除type-c接口的两端的电压降，使得type-c接口输出端42的电压与充电电路10的输出电压一致。
55.在本发明一实施例中，所述充电控制器20具体用于在充电电路10的输出电压大于或等于第一电压阈值且小于第二电压阈值时，控制所述电压补偿电路30输出补偿电压ia*rb，其中，ia为所述充电电路10的输出电流，rb为第二补偿阻抗。
56.在本实施例中，充电电路10在恒流充电阶段时，type-c接口产生的阻抗为rb，type-c接口的两端的电压降为ia*rb。
57.在充电控制器20检测到充电电路10的输出电压大于或等于第一电压阈值u1且小于第二电压压阈值u2，判断充电电路10处于涓流充电阶段，并控制电压补偿电路30输出ia*rb的补偿电压输出至type-c接口输入端41以消除type-c接口的两端的电压降，使得type-c接口输出端42的电压与充电电路10的输出电压一致。
58.在本发明一实施例中，所述充电控制器20具体用于在充电电路10的输出电压大于或等于第二电压阈值时，控制所述电压补偿电路30输出补偿电压为ub-ua，其中，ua为充电电路10的输出电压，ub为type-c接口的输出电压。
59.在本实施例中，当充电电压上升到第二电压阀值u2时，恒流充电结束，开始恒压充电阶段。充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少，而充电电压维持在第二电压阈值u2不变。
60.在充电电路10处于恒压充电阶段时，由于充电电路10的输出电压恒定，可以直接通过检测type-c接口的输出电压ub，获取type-c接口的线损电压为ua-ub，充电控制器20控制电压补偿电路30输出补偿电压为ua-ub，使得最终type-c接口的输出电压为ua，与充电电路10的输出电压ua一致。
61.在本发明一实施例中，所述充电控制器20还用于检测所述type-c接口的温度，并根据所述type-c接口输入端41的温度调节所述电压补偿电路30输出的补偿电压。
62.在本实施例中，type-c接口输入端41的温度会影响type-c接口的内部阻抗，从而影响type-c接口的两端的电压降。若type-c接口输入端41的温度使得type-c接口的两端的电压降变大，充电控制器20控制电压补偿电路30输出的补偿电压增大，以补偿type-c接口的线损电压。
63.参照图2，在本发明一实施例中，所述电压补偿电路30包括开关管k1，所述开关管k1的输入端与电源端连接，所述开关管k1的受控端与所述充电控制器20的输出端连接，所述开关管k1的输出端与所述type-c接口输入端41连接，所述充电控制器20具体用于控制所述开关管k1的导通/关断。
64.在本实施例中，充电控制器20通过输出pwm信号，控制开关管k1的导通/关断，以控制电源端接入type-c接口输入端41的补偿电压。电源端用于接收稳定的电压，可以采用ldo
稳压芯片，蓄电池等能够输出稳定电压的器件输出稳定的电压至电源端。
65.对应采用usb接口的充电装置，为了提高充电的速度，充电电路输出的电压和电流需要遵循对应的usb-pd快充协议。充电电路10内部设置有对应的pd协议芯片，充电电路的输出电压经常以pd协议对应的标准电压输出，以常规90w的pd充电器为例，标准设计值为5v/3a、12v/3a、15v/3a、20v/4.5a。如果要直接调节充电电路10的输出电压，需要更改pd协议芯片内部的充电协议，这在实际的工作过程中较难实现。因此本实施例中通过电源端向type-c接口输入端41接入补偿电压，以对充电电路10的输出电压进行补偿。
66.可以采用dc-dc转换器输出pwm信号控制开关管k1的导通/关断，开关管k1可以采用mos管、三极管及场效应管等电子开关。
67.在本发明一实施例中，所述电压补偿电路30还包括滤波电路，所述滤波电路串联设置于所述开关管k1的输出端与所述type-c接口输入端41之间，所述滤波电路用于将所述开关管k1的输出电压滤波处理后输出至所述type-c接口输入端41。
68.参照图2，在本实施例中，滤波电路包括滤波电容及滤波电感，开关管k1的输出端与滤波电感的第一端连接，滤波电感的第二端及滤波电容的第一端连接与type-c接口输入端41互连，滤波电容的第二端。
69.在本发明一实施例中，所述电压补偿电路30输出的补偿电压低于所述type-c接口输出电压的5％。
70.在本实施例中，一般情况下，电压补偿电路30输出的补偿电压低于type-c接口输出电压的5％。
71.以常规90w的pd充电器为例，标准设计值为5v/3a、12v/3a、15v/3a、20v/4.5a。假定type-c线的线损为0.1v/a，那么当输出电流0-1a时，导线会产生0-0.1v的压降，对于输出电压影响较小，因此不需要调整转换电压vbus；当输出电流1-2a时，导线会产生0.1-0.2v的压降，需要提高将转换电压vbus值提高2％-3％；当输出电流2-3a时,导线会产生0.2-0.3v的压降，需要提高将转换电压vbus值提高3％-5％；当输出电流为3a以上时，将转换电压vbus值提高5％。
72.本发明提出一种平板设备，所述平板设备包括如上所述的自动电压补偿的充电装置。
73.该充电装置的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明平板设备中使用了上述充电装置，因此，本发明平板设备的实施例包括上述充电检测电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
74.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。