(54)【考案の名称】充電器及び充電システム

(73)【実用新案権者】▲華▼▲為▼▲終▼端有限公司

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

(72)【考案者】【考案者】

[fig000002]
【選択図】図2

【概要説明】

【分野】

【0001】
本考案は、パワーエレクトロニクス技術に関し、特に、充電器及び充電システムに関する。

【従来の技術】

【0002】
図1は、従来技術によって提供される充電器の概略構成図である。図1に示されるように、充電器は、充電器内の電圧サンプリングフィードバック部を使用することによって、コンデンサC(すなわち、充電器の出力電圧)の2つの端部で電圧を検出する。その後充電器は、電圧サンプリングフィードバック部による処理の後に、パルス幅変調(Pulse Width Modulation、略してPWM)コントローラに検出された電圧をフィードバックする。それによって、充電器は出力電圧を制御するとともに、充電器の出力電圧を、ユーザによってあらかじめ設定された電圧(例えば、5V)に維持する。端末が図1に示される充電器に接続された後、端末は、端末の内部バッテリを充電するために、低ドロップアウトレギュレーター(Low Drop Out Regulator、略してLDO)リニアモードか、又は直流(Direct Current、略してDC)スイッチングモードを採用してもよい。
【考案が解決しようとする課題】
【0003】
リニア充電モードでは、端末のバッテリを充電するプロセスの間に、端末のバッテリ電圧は、充電が進行するにつれて連続的に上昇する。バッテリ電圧がローレベルのときに、バッテリを充電するために5Vの定電圧を使用することは、過剰な電力量の損失を引き起こす。充電の有効性の改善に基づいて、どのように充電器のエネルギー消費量を低減するかは、当業者によって解決されるべき問題である。

【効果】

【0007】
本考案の技術的な効果は以下のとおりである。バッテリ電圧フィードバック部は、端末のバッテリ電圧を検出するために充電器内に追加されるとともに、検出される端末のバッテリ電圧は、充電器内の電圧サンプリングフィードバック部にフィードバックされる。その結果、電圧サンプリングフィードバック部は、端末の実際のバッテリ電圧に基づいて、リアルタイムで充電器の出力電圧を調整することができる。従って、充電器の出力電圧は、端末のバッテリ電圧の上昇に伴って徐々に上昇し、それによって、充電器のエネルギー消費量を有効に低減するとともに、省エネルギーの目的を達成する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】図1は、従来技術に係る充電器の概略構成図である。
【図2】図2は、本考案の実施形態に係る充電器の概略構成図である。
【図3】図3は、本考案の実施形態に係る充電システムの概略構成図である。
【図4】図4は、本考案の実施形態に係る充電器の特定の実装のための回路図である。
【図5】図5は、従来技術における充電器と本解決手段における充電器との、出力電圧の比較のための概略図である。

【0009】
図2は、本考案の実施形態に係る充電器の概略構成図であるとともに、図3は、本考案の実施形態に係る充電システムの概略構成図である。図2及び図3に示される内容を参照すると、本考案の実施形態に係る充電器は、整流器21と、変圧器22と、第1ダイオード23と、コンデンサ24と、電圧サンプリングフィードバック部25と、PWMコントローラ26と、半導体スイッチング素子27と、を有する。整流器21は、交流(alternating current:AC)電源ネットワークに接続される。変圧器22の1つの第1端部は、整流器21の出力端部に接続されるとともに、変圧器22の他の第1端部は、半導体スイッチング素子27に接続される。変圧器22の1つの第2端部は、第1ダイオード23の陽極に接続されるとともに、変圧器22の他の第2端部は接地される。コンデンサ24の1つの端部は、第1ダイオード23の陰極に接続されるとともに、コンデンサ24の他の端部は接地される。電圧サンプリングフィードバック部25は、コンデンサ24と並列に接続される。PWMコントローラ26のフィードバック入力端部は、電圧サンプリングフィードバック部25の出力端部に接続されるとともに、PWMコントローラ26の出力端部は、半導体スイッチング素子27の制御端部に接続される。充電器は、バッテリ電圧フィードバック部28をさらに有し、バッテリ電圧フィードバック部28の2つの入力端部は、端末のバッテリの陽極と陰極とにそれぞれ接続されるとともに、バッテリ電圧フィードバック部28の出力端部は、電圧サンプリングフィードバック部25に接続される。
【0010】
前記第1ダイオード23の陰極は、充電器の電圧出力端部であり、充電器と端末のバッテリは、ともに接地され、バッテリ電圧フィードバック部28の2つの入力端部は、端末のバッテリの陽極と陰極とにそれぞれ接続される。
【0011】
前記バッテリ電圧フィードバック部28の2つの入力端部は、充電器の充電ケーブルにおける補助ケーブル、例えば、標準のUSBインタフェースを備えるD+/D−信号ケーブルを使用することによって実装されてもよいことが留意されるべきである。バッテリ電圧フィードバック部28は、制御チップ又はディスクリート回路であってもよく、それらは端末のバッテリ電圧の測定を実行する。図4は、本考案の実施形態に係る充電器の特定の実装のための回路図を示す。第1抵抗R1と、第2抵抗R2と、第3抵抗R3と、フォトカプラU2と、電圧基準源U3とからで構成される回路は、最初の電圧サンプリングフィードバック部25であるとともに、新たに追加されるトライオードQ2と、第3ダイオードD3と、第4抵抗R4は、バッテリ電圧フィードバック部28を形成する。図4に示されるように、フォトカプラU2は、発光ダイオードとフォトトランジスタからで構成される。
【0012】
前記最初の電圧サンプリングフィードバック部25では、R2及びR3は、出力分圧器ネットワークを形成するとともに、R3の電圧は、電圧基準源U3の基準電圧と比較される。R3の電圧が電圧基準源U3の基準電圧を超過するときのみ、電流は、電圧基準源の端部Kから端部Aに流れ、その結果、R1と、フォトカプラU2の端部1から端部2と、電圧基準源U3の端部Kから端部Aは、電流経路を形成する。フォトカプラU2の端部1及び端部2が通電されるときに、U2のVceは、通電される。固定された出力電圧Voutは、R2からR3の抵抗比を設定することによって取得される。
【0013】
前記Q2と、D3と、R4が追加されるとともに、Vbatがバッテリの陽極に接続された後、VoutがトライオードQ2と、ダイオードD3と、抵抗R4とを通過すると、フィードバック電流分割ループが形成される。この電流分割ループは、可変の抵抗(抵抗は、バッテリ電圧の上昇とともに上昇する)をR2と並行に接続することと等価である。このようにして、R2からR3の比は、動的に調整され、それによって、出力電圧Voutの実際の値を動的に調整する。具体的には、VoutがVbatよりもまだ大きい場合、Q2のVbeは通電されるとともに、その後Vceが通電され、その結果、電流はQ2を通過する。このようにして、R2を通過する電流は、電流分割ループによって部分的に分路されるとともに、電圧は変更され得る。従って、電圧サンプリングフィードバック部25における、固定された分圧比は変更されることができ、それによって、出力電圧Voutを動的に調整するという目的を達成する。
【0014】
前記バッテリ電圧フィードバック部28と、電圧サンプリングフィードバック部25と、PWMコントローラ26との共同効果によって、動的な調整が、実際のバッテリ電圧に基づいて、充電器の出力電圧のために効果的に行われる。この場合、最大電流でのリニア充電が維持されるとき、充電器の出力電圧は、Vout=Vbat+ΔVであり、ΔVは充電電力コンポーネント(端末装置側の上にあり、且つ電力管理部(Power Management Unit、略してPMU)及びバッテリに接続されるトライオード)上の最小電圧降下である。ΔVは一般に0.2Vよりも小さく、且つ本解決手段では、ΔVは約0.5Vになるように制御される。Vbatは3.0Vと4.2Vの間で変動するため、Voutの範囲は、3.5Vと4.7Vの間であってもよい。常に維持される以前の5Vと比較すると、電圧は0.3Vから1.5Vまで減少する。このように、端末装置の効率的な充電が維持される一方で、充電器の出力電力が、大幅に低減される。従って、充電器の入力電力は、それによって減少し、そのため電力量を節約する。
【0015】
具体的には、図1に示される従来技術では、1000mAHの内臓バッテリを備える端末は、5V/1A充電器(AC/DC変換効率は80%であると想定される)を使用することによって充電されるとともに、充電時間は1時間であると想定される。そのとき、充電器によって消費されるエネルギーは、P=5V*1A/80%*1H=6WHである。
【0016】
本考案の実施形態によって提供される解決手段では、1Aの出力電流を備える充電器が依然として使用されるが、出力電圧は、バッテリ電圧の上昇に伴って徐々に上昇する。この場合、充電器の平均出力電圧は、V=(3.5+4.7)/2=4.1Vである。充電時間は依然として1時間のままである。そのとき、充電器によって消費されるエネルギーは、P=4.1V*1A/80%*1H=5.1Wであり、通常の充電器と比較すると、15%の電力量を節約する。図5は、従来技術における充電器と本解決手段における充電器との、出力電圧の比較のための概略図である。
【0017】
現在、世界には約59億個の携帯電話が存在する。世界で毎日10%の携帯電話が充電されると仮定すると、1日に節約される電気量は、Pt=(6−5.1)*5900000000*10%=5.3億WH=53万KWHであり、大型発電所の発電電力に相当する。
【0018】
さらに、もしバッテリ電圧フィードバック部28が、フィードバックされるバッテリ電圧を受信しなければ、充電器は依然として、元々設定されている一定の出力電圧、例えば5Vに基づいて、端末のために充電を実行し得るということが留意されるべきである。
【0019】
本考案によって提供される充電器では、バッテリ電圧フィードバック部は、端末のバッテリ電圧を検出するために充電器内に追加されるとともに、検出される端末のバッテリ電圧を、電圧サンプリングフィードバック部にフィードバックする。その結果、電圧サンプリングフィードバック部は、端末のバッテリ電圧に基づいて、リアルタイムで充電器の出力電圧を調整することができる。従って、出力電圧は、端末のバッテリ電圧の上昇に伴って徐々に上昇し、それによって、充電器のエネルギー消費量を有効に低減する。
【0020】
最後に、本考案の実施形態は、本考案の技術的な解決手段を説明するためのものであって、本考案を限定するものではないことが留意されるべきである。本考案は、前述の実施形態を参照して詳細に説明されるが、当業者は、本考案の実施形態の技術的な解決手段の範囲から逸脱することなく、前述の実施形態において記載される技術的な解決手段に修正を行うか、又はその技術的な特徴の一部又は全体に置換を行うことができることを、当業者は理解すべきである。
【0021】
21 整流器
22 変圧器
23 第1ダイオード
24 コンデンサ
25 電圧サンプリングフィードバック部
26 PWMコントローラ
27 半導体スイッチング素子
28 バッテリ電圧フィードバック部

(57)【要約】

【課題】エネルギー消費量を効果的に低減する充電器及び充電システムを提供する。【解決手段】充電器は、整流器21と、変圧器22と、第1ダイオード23と、コンデンサ24と、電圧サンプリングフィードバック部25と、PWMコントローラ26と、バッテリ電圧フィードバック部28と、半導体スイッチング素子27とを有し、ここでは、バッテリ電圧フィードバック部28は、端末のバッテリ電圧を検出するために充電器内に追加されるとともに、検出される端末のバッテリ電圧は、充電器内の電圧サンプリングフィードバック部25にフィードバックされる。その結果、電圧サンプリングフィードバック部25は、実際の端末のバッテリ電圧に基づいて、リアルタイムで充電器の出力電圧を調整することができる。従って、充電器の出力電圧は、端末のバッテリ電圧の増加に伴って徐々に上昇し、それによって、有効に充電器のエネルギー消費量を低減するとともに、省エネルギーの目的を達成する。


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