專利名稱：一種零待機功耗的充電器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種USB接口充電器，特別涉及一種零待機功耗的充電器。
背景技術：
目前廣泛應用的便攜式產品例如手機、筆記本電腦、便攜式電動工具等都配置有充電器，很多人在充電時并不是一充滿電就將充電器從電源插座上取下來，往往是等想起來的時候才取下來，這樣就會造成如下問題1、浪費電能，不利于節能減排。2、電源不切斷，則充電器內部長期帶電，使電子設備長期處于疲勞，縮短其使用壽命，甚至降低絕緣等級。3、造成產品被多次頻繁充電，縮短產品電池的使用壽命。

發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種零待機功耗充電器，實現在充電過程中實時監測被充電設備的充電狀況，使充電設備充滿電能后自動切斷充電器交流電源，有效節約電能，延長充電器的使用壽命并且避免被充電設備電池被多次頻繁充電、延長了電池的使用壽命。為解決上述問題，本發明提供一種零待機功耗的充電器，包括交流電源；整流濾波單元1與所述交流電源連接，包括兩個電阻R1A、R1B，兩個差模電感Li、 L2、電容Cl，整流橋BGl和π型濾波器，所述π型濾波器由兩個并聯的電容C4、C5和共模電感L3組成，所述電容Cl與所述電阻R1A、R1B并聯，電容Cl的一端連接整流橋BG1，π型濾波器連接到整流橋BGl上；功率變換控制單元2與所述整流濾波單元1連接，包括電阻R4、R5、R6、R7、R8A、 R8B、R9、R10、R11A、R11B，電容 C6、C7、C8，二極管 Dl、D2、D3 和電源芯片 IC1，所述 ICl 的 1 端與三個串聯的電阻R4、R5、R6連接，二極管D2 —端連接到電阻R5與電阻R6之間，另一端與電阻R9、RlO串聯后接地，電阻R6 —端與電容C6連接后接地，所述ICl的2端與電容 C7連接后接地，所述ICl的3端連接至電阻R9、R10之間，并且通過二極管D2接地，兩個并聯的電阻R11A、R11B與所述ICl的4端連接后接地，所述ICl的7端和8端接地，所述ICl 的5端和6端并聯后連接至二極管Dl的一端，兩個并聯電阻R8A、R8B與電阻R7、電容C8并聯； 輸出整流濾波單元3與所述功率變換控制單元2通過開關變壓器Tl連接，所述輸出整流濾波單元3包括電阻R12、R13、R14、R15、R16、R17，電容C9、CIO、Cll、C12，二極管 D4和USB接口，三個電容C10、C11、C12與電阻R13并聯，電阻R12和電容C9串聯后與二極管D4并聯連接，所述二極管D4連接至電容C10，所述USB接口與四個電阻(R14、R15、R16、 R17)并聯，兩個電阻(R14、R16)串聯后與兩個電阻(R15、R17)并聯；
電流取樣單元4與所述輸出整流濾波單元3連接，包括四個并聯的電阻R18、R19、 R20、R21 ；信號放大單元5與所述電流取樣單元4通過電阻R22連接，包括兩級運算放大器 IC2A、IC2B,電阻 R23、R24、R25、R26 和電容 C13、C14、C15、C18,電阻 R23、R25 和電容 C13、 C18分別接地，電阻RM與電容C14并聯后與所述運算放大器IC2A的2端相連，電阻似6與電容C15并聯后與所述運算放大器IC2B的6端相連，運算放大器IC2A的1端與運算放大器IC2B的5端相連；中央控制單元6與所述信號放大單元5相連，包括高速微處理器IC3、電容C17、電阻似8和LED，所述電阻似8與LED串聯后接至高速微處理器IC3，電容C17接地；所述中央控制單元6和整流濾波單元1通過開關控制單元7相連接，所述開關控制單元7包括光耦合器IC4、可控硅Q1、輕觸按鍵SW、電阻R2、R3、I^9和電容C2、C3，所述光耦合器IC4的1腳與電阻似9相連，2腳與中央控制單元6相連；所述輕觸按鍵SW的1腳與光耦合器IC4的4腳及電阻R3相連，輕觸按鍵SW的2腳與光耦合器IC4的6腳、可控硅 Ql的G極以及電容C3相連；所述可控硅Ql的T2極與電阻R2、電阻R3以及差模電感Ll相連，Tl極與電容C2的2腳、電容C3的1腳以及整流橋BG13腳相連，電阻R2和電容C2串聯。在上述技術方案中，充電器的工作通過按動輕觸按鍵實現，中央控制單元實現在充電過程中實時監測被充電設備的充電狀況，使充電設備充滿電能后自動切斷充電器交流電源，使充電器零待機功耗、有效節約電能、延長充電器的使用壽命并且提高了充電器使用的安全性，同時避免被充電設備電池被多次頻繁充電、延長了電池的使用壽命。針對上述技術方案的進一步改進，本發明中央控制單元6還包括浮充校校驗點開關K1、關閉校驗點開關K2、電阻27和電容C16，電阻27連接到關閉校驗點開關K2和高速微處理器IC3的RESET端。采用這一技術方案可以方便實現浮充電流和關閉電流的設置和校驗。針對上述技術方案的進一步改進，本發明電流取樣單元4的電阻R18、R19、R20、 R21為高精度、低阻值的電阻。保證在被充電設備充電時，充電電流與電流取樣單元上流過的電流一樣，電流取樣單元上產生一個與電流成正比的微弱電壓信號傳輸到信號放大單元 5。針對上述技術方案的進一步改進，本發明運算放大器IC2A、IC2B為高增益，低噪音的運算放大器。采用這種運算放大器可以使得微弱電壓信號經信號放大電路放大到中央控制單元能夠識別的電壓值。針對上述技術方案的進一步改進，本發明高速微處理器IC3為高度集成、具有模/ 數轉換的微處理器。采用這種微處理器保證將信號放大單元放大后的電壓模擬信號轉換為數字信號，并進行實時的分析計算，根據分析計算結果發出對應控制指令給開關控制單元7 以及浮充電流和關閉電流的設置校驗。針對上述技術方案的進一步改進，本發明中央控制單元監測充電電流和充電時間。采用這種技術方案可以確保充電器能適應目前市場上大部分的充電產品。


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附圖1為零待機功耗的充電器的電路原理圖。其中，電阻R1A、RIB、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8A、R8B、R9、RIO、R11A、R11B、R12、 R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28 ；電容(無極性):C1、C2、C3、C7、C8、C9、C12、C13、C14、C15、C16、C17 ；電容(有極性):C4、C5、C6、CIO、Cll；二極管D1、D2、D3、D4 ;差模電感Li、L2;共模電感L3 ；開關變壓器T1 ；整流橋BG1電源芯片IC1 ；運算放大器IC2A、IC2B；高速微處理器IC3;光耦合器IC4;可控硅Q1；輕觸按鍵SW ；開關K1、K2;發光二極管LED。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明。由附圖1可知，本發明包括交流電源；整流濾波單元1與所述交流電源連接，包括兩個電阻R1A、R1B，兩個差模電感Li、 L2，電容Cl，整流橋BGl和π型濾波器，所述π型濾波器由兩個并聯的電容C4、C5和感應線圈L3組成，所述電容Cl與所述電阻R1A、R1B并聯，電容Cl的一端連接整流橋BG1，π型濾波器連接到整流橋BGl上；功率變換控制單元2與所述整流濾波單元1連接，包括電阻R4、R5、R6、R7、R8A、 R8B、R9、R10、R11A、R11B，電容 C6、C7、C8，二極管 Dl、D2、D3 和電源芯片 IC1，所述 ICl 的 1 端與三個串聯的電阻R4、R5、R6連接，二極管D2 —端連接到電阻R5與電阻R6之間，另一端與電阻R9、RlO串聯后接地，電阻R6 —端與電容C6連接后接地，所述ICl的2端與電容 C7連接后接地，所述ICl的3端連接至電阻R9、R10之間，并且通過二極管D2接地，兩個并聯的電阻R11A、R11B與所述ICl的4端連接后接地，所述ICl的7端和8端接地，所述ICl 的5端和6端并聯后連接至二極管Dl的一端，兩個并聯電阻R8A、R8B與電阻R7、電容C8并聯；輸出整流濾波單元3與所述功率變換控制單元2通過開關變壓器Tl連接，所述輸出整流濾波單元3包括電阻R12、R13、R14、R15、R16、R17，電容C9、CIO、Cll、C12，二極管 D4和USB接口，三個電容C10、C11、C12與電阻R13并聯，電阻R12和電容C9串聯后與二極管D4并聯連接，所述二極管D4連接至電容C10，所述USB接口與四個電阻(R14、R15、R16、R17)并聯，兩個電阻(R14、R16)串聯后與兩個電阻(R15、R17)并聯；電流取樣單元4與所述輸出整流濾波單元3連接，包括四個并聯的電阻R18、R19、 R20、R21 ；信號放大單元5與所述電流取樣單元4通過電阻R22連接，包括兩級運算放大器 IC2A、IC2B,電阻 R23、R24、R25、R26 和電容 C13、C14、C15、C18,電阻 R23、R25 和電容 C13、 C18分別接地，電阻RM與電容C14并聯后與所述運算放大器IC2A的2端相連，電阻似6與電容C15并聯后與所述運算放大器IC2B的6端相連，運算放大器IC2A的1端與運算放大器IC2B的5端相連；中央控制單元6與所述信號放大單元5相連，包括高速微處理器IC3、電容C17、電阻似8和LED，所述電阻似8與LED串聯后接至高速微處理器IC3，電容C17接地；所述中央控制單元6和整流濾波單元1通過開關控制單元7相連接，所述開關控制單元7包括光耦合器IC4、可控硅Q1、輕觸按鍵SW、電阻R2、R3、I^9和電容C2、C3，所述光耦合器IC4的1腳與電阻似9相連，2腳與中央控制單元6相連；所述輕觸按鍵SW的1腳與光耦合器IC4的4腳及電阻R3相連，輕觸按鍵SW的2腳與光耦合器IC4的6腳、可控硅 Ql的G極以及電容C3相連；所述可控硅Ql的T2極與電阻R2、電阻R3以及差模電感Ll相連，Tl極與電容C2的2腳、電容C3的1腳以及整流橋BG13腳相連，電阻R2和電容C2串聯。中央控制單元6還包括浮充校校驗點開關K1、關閉校驗點開關K2、電阻27和電容C16， 電阻27連接到關閉校驗點開關K2和高速微處理器IC3的RESET端。本實施例以關閉電流40mA，浮充電流IOOmA為例，實現浮充電流和關閉電流的設置和校驗，具體如下1、關閉電流設置在USB插座上接上一個可調負載，調整負載電流使之為40mA，將 K2關閉校驗點短路2S，LED閃爍，設置完成。2、浮充電流設置在USB插座上接上一個可調負載，調整負載電流使之為100mA， 將Kl浮充校驗點短路2S，LED閃爍，設置完成。本實施例以關閉電流40mA，浮充電流IOOmA為例說明監測充電電流和充電時間相結合的充電控制方式，具體如下1、在充電階段的前10分鐘，中央控制單元6若監測到充電電流< 40mA，就馬上發出關閉電源的指令，開關控制單元7切斷交流電源，充電器停止工作；若監測到充電電流彡40mA,則發出開啟電源的指令，開關控制單元7繼續維持交流電源導通，充電器繼續工作。2、在充電10分鐘后，若中央處理單元6監測到充電電流> 100mA，則發出開啟電源的指令，開關控制單元7切斷交流電源，充電器停止工作；若中央處理單元在30S內連續監測到充電電流在40-100mA之間，則中央處理單元轉入浮充階段開始10分鐘的關閉倒計時， 10分鐘倒計時結束后，中央控制單元6發出關閉電源指令，開關控制單元7切斷交流電源， 充電器停止工作。3、無論在充電的前10分鐘還是充電10分鐘后以及在充電關閉倒計時階段，只要充電電流<40mA(也就是之前設定的關閉電流)，就立即發出關閉電源指令，開關控制單元 7切斷交流電源，充電器停止工作。在實施該裝置時，整流濾波單元1將電網50/60HZ交流電整流為平滑、純凈的直流電，同時對電磁噪聲及雜波信號進行抑制，減少對功率變換控制單元2及電網的干擾，另外還具有過流保護和限流功能，確保產品使用的安全。功率變換控制單元2將整流后的直流電變為高頻交流電，并通過開關變壓器Tl將電壓下降到設計值輸送到輸出整流濾波單元 3。輸出整流濾波單元3將高頻交流電整流為平滑、純凈的直流電。電流取樣單元4與輸出整流濾波單元3和信號放大單元相連5，監測充電電流并將電流信號轉換為與之對應的電壓信號。信號放大單元5將電流取樣單元4送來的微弱電壓信號放大到中央控制單元6可以讀取的電壓值。中央控制單元6將信號放大單元5放大后的電壓模擬信號轉換為數字信號，并進行實時的分析計算，根據分析計算結果發出對應控制指令給開關控制單元7以及浮充電流和關閉電流的設置校驗。開關控制單元7根據中央控制單元6發出的控制指令開啟或關閉可控硅Ql控制充電器的工作或關閉以及通過手動按輕觸按鍵SW使可控硅Ql導通從而使充電器工作。USB接口接上待充電設備，長按輕觸按鍵SW 1S，交流電源通過輕觸按鍵SW加到可控硅Ql的G極，可控硅Ql導通，產品得電開始工作，中央控制單元6發出開啟電源指令，LED點亮，開啟電源的指令信號通過光耦合器IC4加到可控硅Ql的G極，使得可控硅Ql可以維持導通(這整個過程所需時間極短，在人手松開輕觸按鍵SW前，這個過程已經完成，可控硅Ql被中央控制單元6發出的開啟電源指令控制維持導通，可控硅Ql使得產品得以維持工作，中央控制單元6得以繼續發出開啟電源的指令，進而可控硅Ql得以繼續維持導通，可控硅Ql和中央控制單元6實現互鎖導通)。在充電階段的前10分鐘，中央控制單元6若監測到充電電流< 40mA，就馬上發出關閉電源的指令，開關控制單元7切斷交流電源，充電器停止工作，LED熄滅；若監測到充電電流彡40mA，則發出開啟電源的指令，開關控制單元7繼續維持交流電源導通，充電器繼續工作，LED繼續點亮。在充電10分鐘后， 若中央處理單元6監測到充電電流> 100mA，則發出開啟電源的指令，開關控制單元7切斷交流電源，充電器停止工作，LED熄滅；若中央處理單元6在30S內連續監測到充電電流在 40-100mA之間，則中央處理單元6轉入浮充階段開始10分鐘的關閉倒計時，10分鐘倒計時結束后，中央控制單元6發出關閉電源指令，開關控制單元7切斷交流電源，充電器停止工作，LED熄滅。無論在充電的前10分鐘還是充電10分鐘后以及在充電關閉倒計時階段，只要充電電流<40mA(也就是之前設定的關閉電流)，中央控制單元6就立即發出關閉電源指令，開關控制單元7切斷交流電源，充電器停止工作，LED熄滅。 以上是本發明的較佳實施方式的說明，凡依本發明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種零待機功耗的充電器，包括交流電源；整流濾波單元(1)與所述交流電源連接，包括兩個電阻(R1A、RlB)、兩個差模電感 (L1、L2)、電容(Cl)、整流橋(BGl)和π型濾波器，所述π型濾波器由兩個并聯的電容(C4、 C5)和共模電感(L3)組成，所述電容(Cl)與所述電阻(R1A、RlB)并聯，電容(Cl)的一端連接整流橋(BGl)，π型濾波器連接到整流橋(BGl)上；功率變換控制單元( 與所述整流濾波單元(1)連接，包括電阻(R4、R5、R6、R7、R8A、 R8B、R9、R10、R11A、R11B)、電容(C6、C7、C8)、二極管(D1、D2、D3)和電源芯片 IC1，所述 ICl 的1端與三個串聯的電阻(R4、R5、R6)連接，二極管(D2) —端連接到電阻(R5)與電阻(R6) 之間，另一端與電阻(R9、R10)串聯后接地，電阻(R6) —端與電容(C6)連接后接地，所述 ICl的2端與電容(C7)連接后接地，所述ICl的3端連接至電阻(R9、R10)之間，并且通過二極管(D2)接地，兩個并聯的電阻(R11A、Rl 1B)與所述ICl的4端連接后接地，所述ICl 的7端和8端接地，所述ICl的5端和6端并聯后連接至二極管(Dl)的一端，兩個并聯電阻(R8A、R8B)與電阻(R7)、電容(C8)并聯；輸出整流濾波單元C3)與所述功率變換控制單元( 通過開關變壓器(Tl)連接，所述輸出整流濾波單元(3)包括電阻(1 12、1 13、1 14、1 15、1 16、1 17)、電容(C9、C10、C11、C12)、 二極管(D4)和USB接口，三個電容(C10、C11、C12)與電阻(R13)并聯，電阻(R12)和電容 (C9)串聯后與二極管(D4)并聯連接，所述二極管(D4)連接至電容(ClO)，所述USB接口與四個電阻(R14、R15、R16、R17)并聯，兩個電阻(R14、R16)串聯后與兩個電阻(R15、R17)并聯；電流取樣單元(4)與所述輸出整流濾波單元(3)連接，包括四個并聯的電阻(R18、R19、 R20、R21)；信號放大單元( 與所述電流取樣單元(4)通過電阻￠2 連接，包括兩級運算放大器(IC2A、IC2B)、電阻(R23、R24、R25、R26)和電容(C13、C14、C15、C18)，電阻(R23、R25)和電容(C13、C18)分別接地，電阻(RM)與電容(C14)并聯后與所述運算放大器(IC2A)的2 端相連，電阻(R26)與電容(C15)并聯后與所述運算放大器(IC2B)的6端相連，運算放大器(IC2A)的1端與運算放大器(IC2B)的5端相連；中央控制單元(6)與所述信號放大單元( 相連，包括高速微處理器(IC3)、電容 (C17)、電阻(R28)和LED，所述電阻(似8)與LED串聯后接至高速微處理器(IC3)，電容 (C17)接地；其特征在于所述中央控制單元(6)和整流濾波單元(1)通過開關控制單元(7)相連接，所述開關控制單元(7)包括光耦合器(IC4)、可控硅(Ql)、輕觸按鍵(SW)、電阻(R2、R3、 R29)和電容(C2、C3)，所述光耦合器(IC4)的1腳與電阻(R29)相連，2腳與中央控制單元6相連；所述輕觸按鍵(SW)的1腳與光耦合器(IC4)的4腳及電阻0 )相連，輕觸按鍵(SW)的2腳與光耦合器(IC4)的6腳、可控硅Oil)的G極以及電容(O)相連；所述可控硅Oil)的T2極與電阻(R2)、電阻(R3)以及差模電感(Li)相連，Tl極與電容(C2)的2 腳、電容(C3)的1腳以及整流橋(BG1)3腳相連，電阻(R2)和電容(C2)串聯。
2.根據權利要求1所述的零待機功耗的充電器，其特征在于所述中央控制單元(6) 還包括浮充校校驗點開關(Kl)、關閉校驗點開關(K2)、電阻(27)和電容(C16)，電阻(27)連接到關閉校驗點開關(以)和高速微處理器(IC3)的RESET端。
3.根據權利要求1所述的零待機功耗的充電器，其特征在于所述電阻(R18、R19、R20、 R21)為高精度、低阻值的電阻。
4.根據權利要求1所述的零待機功耗的充電器，其特征在于所述運算放大器(IC2A、 IC2B)為高增益，低噪音的運算放大器。
5.根據權利要求1所述的零待機功耗的充電器，其特征在于所述高速微處理器(IC3) 為高度集成、具有模/數轉換的微處理器。
6.根據權利要求1所述的零待機功耗的充電器，其特征在于所述中央控制單元監測充電電流和充電時間。
全文摘要
本發明公開了一種零待機功耗的充電器，包括整流濾波單元、功率變換控制單元、輸出整流濾波單元、電流取樣單元、信號放大單元、中央控制單元和開關控制單元，所述開關控制單元包括光耦合器、可控硅和輕觸按鍵。充電器的工作通過按動輕觸按鍵實現，中央控制單元實現在充電過程中實時監測被充電設備的充電狀況，使充電設備充滿電能后自動切斷充電器交流電源。采用這種設備能使充電器零待機功耗、有效節約電能、延長充電器的使用壽命并且提高了充電器使用的安全性，同時避免被充電設備電池被多次頻繁充電、延長了電池的使用壽命。
文檔編號H02J7/02GK102437627SQ20121000457
公開日2012年5月2日 申請日期2012年1月4日 優先權日2012年1月4日
發明者吳新科, 姜九龍, 朱杰 申請人:耐思電氣(嘉興)有限公司