自適應直流電壓輸出電源組件及電壓需求偵測與輸出方法技術

本發明專利技術公開了一種自適應直流電壓輸出電源組件，用于根據電器的額定電壓輸出相應電壓值的直流電源，其包括直流電源插座，與其適配的輸電電纜及嵌入用電器的被測電路；所述直流電源插座的輸入端與市政電源連接，電器經過所述四芯電纜(可以兼容各類通用USB數據線，包括USB type?c等)與所述直流電源插座連接，所述四芯電纜中，兩根芯(導線)為直流電壓輸出(Vout，地線GND)，另兩根線為信號線(D1，D2)，用于對用電器進行檢測，獲取用電器所需直流電壓值。本發明專利技術還提出了一種電壓需求偵測與輸出方法，在技術上實現了對所有低功耗直流電子設備的電源供電接口的統一。對于較高功耗，本發明專利技術的基本方法仍然適用。

Adaptive DC voltage output power module and voltage demand detection and output method

【技術實現步驟摘要】
自適應直流電壓輸出電源組件及電壓需求偵測與輸出方法
本專利技術屬于電子電器領域，具體地說，涉及一種自適應直流電壓輸出電源組件。
技術介紹
現代辦公和家庭生活用電存在著交流送電和直流用電的矛盾。世界各國面向最終用戶的電力輸送普遍實行交流送電。而辦公和家庭用電除一些能耗設備(如白熾燈，熱水器，空調，電扇等)，很多電子設備其內部實際都是用直流供電的(如電腦，手機，pad，LED燈，無線路由器、機頂盒，CD機等)。這種現狀導致一些問題，例如：由于歷史原因，進戶電壓在全球各國有著不同的標準(如中國采用220v交流進戶)，各國插座接口的物理特征也多種多樣，相同功能的電器在不同國家銷售須配置不同的插頭。這些不同給人民的國際交往帶來麻煩。每個電器都要設置電源模塊，不同的電器不能共享。有些電器(如機頂盒、CD機)的電源模塊設置在機器內部，導致機器體積變大，同時存在散熱等問題，影響設計小型化。有些電器的電源模塊設置在機器外部(稱為電源適配器)，但是不同電器(雖然采用相同電壓)甚至是同種電器的不同品牌之間(如筆記本電腦)都使用不同的接口，使得電源適配器成為一個必須攜帶的累贅附件，影響電器的便攜性。由于各種原因，除了手機充電接口有建議標準(USB接口)外，直流電源的機械接口尚未統一。一方面，同樣電壓的機械接口可能是不同的，不能互相借用；另一方面，不同電壓的機械接口可能是相同的，容易因連接出錯導致電路主板燒壞。針對以上問題，本專利技術團隊主要成員申請并獲得了專利技術專利(ZL201510015344.4，“一種自適應調節輸出電壓的直流電源插座組件”)。本專利技術是對于前述已授權專利的改進。專利ZL201510015344.4中所描述的“一種自適應調節輸出電壓的直流電源插座組件”，包括直流電源插座及與其適配的輸電電纜，電纜包含電壓輸出引腳和信號引腳。根據電器的額定電壓，在用電器端(或者在電纜的電器側)設置跳線，電源插座通過信號線讀取該跳線設置的值，在電壓輸出端輸出預設的電壓值(一組電壓值序列的一個值，該電壓值序列可以是等差、等比或按照一定標準或協議來設置)。典型的，電纜需要14根引腳來實現信號和直流能源的傳送。美國高通公司的快速充電協議(QuickCharge，QC)通過電源適配器端與智能設備的通訊調節對智能設備電池進行充電的電壓及功率。目前較常用的為QC2.0和QC3.0協議，其中QC2.0支持5V/9V/12V(classA)和5V/9V/12V/20V(classB)兩種固定電壓值的調節方式。QC3.0在兼容QC2.0的基礎上，智能設備根據當前電池的電量及溫度，選擇合適的充電電壓(以0.2V為基本單位增加或降低)，然后將電壓變更需求發送給充電器，以達到提高充電效率、減少電池發熱的效果。其他用于移動終端的快充方案還有：聯發科PEP、OPPOVOOC、華為FCP/Supercharge、USBPD等。這些快速充電協議主要用于對智能設備電池的充電管理，通過調節電壓或電器內部電流的方式來實現對設備電池的快速充電。其電壓(電流)調節需要智能設備端運行相關程序與供電端通訊來實現，因而不適用于對一般的電子設備(非充電設備，非智能設備等)進行匹配直流電壓供電。
技術實現思路
本專利技術主要為解決部分辦公和生活用電子設備實際直流用電和市電交流送電之間的矛盾，提出了一種能夠自適應調節輸出直流電壓的電源插座及組件，用于根據電器的額定電壓輸出相應電壓值的直流電源。本專利技術提出了一種自適應直流電壓輸出電源組件，包括：直流電源插座、四芯電纜和被測電路。本專利技術中，所述直流電源插座設置一個或一個以上插孔，所述插孔與交直流變換電路和處理控制模塊連接；所述處理控制模塊與所述交直流變換電路連接；所述插孔通過四芯電纜與所述用電器電氣連接，所述用電器內設置所述被測電路；所述被測電路通過所述四芯電纜與所述處理控制模塊連接。本專利技術中，所述處理控制模塊包括：用電器類型檢測分析模塊、快充協議處理與響應模塊、被測電路電氣屬性偵測模塊、被測電路電壓需求分析模塊、輸出電壓調節模塊。本專利技術中，所述四芯電纜中，兩根芯為與直流電壓輸出線和接地線(Vout，地線GND)，另兩根芯為信號線(D1，D2)；所述四芯電纜可以兼容各類通用USB數據線，包括USBtype-c等，此時，所述插孔與USB插孔(type-A，type-C或后續類型)機電兼容。如新類型USB電纜多于四根芯線，本專利技術用到其中的Vcc、GND、D-和D+四條芯線。本專利技術中，所述交直流變換電路將輸入的交流電壓轉換為直流電壓，對插座內部模塊供電，并根據所述處理控制模塊的控制信號輸出相應的直流電壓到所述插孔；所述插孔具有檢測插孔是否插入的機電裝置，若無電纜插入，所述交直流變換電路將斷開。基于以上自適應直流電壓輸出電源組件，本專利技術還提出了一種自適應直流電壓輸出電源組件的電壓需求偵測與輸出方法：處理控制模塊通過四芯電纜偵測被測電路的被測屬性，并根據所述被測屬性調控交直流變換電路的直流輸出；所述交直流變換電路根據所述處理控制模塊的控制信號，將交流輸入轉換成所述用電器的額定電壓，通過所述四芯電纜傳輸至所述電器實現供電。本專利技術提出的電壓需求偵測與輸出方法中，所述處理控制模塊監測四芯電纜中信號線上信號，若用電器動態提出修改輸出電壓的需求，改變線上信號，所述處理控制模塊識別用電器需求，調節控制信號輸出對應的電壓值。本專利技術提出的電壓需求偵測與輸出方法中，所述被測屬性包括下列屬性的一個或幾個的組合：電阻值、電容值、電感值、電壓值、電流值、震蕩電路頻率、一定時間內脈沖計數。本專利技術提出的電壓需求偵測與輸出方法中，所述處理控制模塊根據被測屬性值的大小或變化調節輸出電壓，輸出電壓與被測電路屬性的值存在映射關系。本專利技術提出的電壓需求偵測與輸出方法中，所述處理控制模塊的電壓輸出包括：細粒度輸出和粗粒度輸出；所述細粒度輸出可以輸出精細的電壓，輸出電壓直接與被測電路的被測屬性直接相關；所述粗粒度輸出輸出的電壓值為一個離散序列，它將被測屬性測量值映射到可用電壓序列中最接近的電壓值。本專利技術提出的電壓需求偵測與輸出方法中，所述離散序列可以是等比序列、等差序列或者一系列指定的電壓值組成的序列。本專利技術所述用電器內設置一個固定的被測電路，見附圖5。通過測量該被測電路的基本特征屬性來設置輸出直流的電壓；所述直流電源插座通過四芯電纜中的D1,D2信號線偵測所述被測電路的被測屬性，所述處理控制模塊將被測屬性按一定規律轉化成電壓需求，通知所述直流電源直流電壓變換輸出電路，在所述四芯電纜的(Vout，GND)上輸出所對應的直流電壓。本專利技術進一步簡化了電器接口，一般只需4根引腳用于信號和能量的傳輸，從而從物理器件上，可以使用USB電纜(各種類型)作為插座和電器之間的傳輸電纜，進一步提高了使用的便利性。進一步，本專利技術在插座端也增加了對快充協議的兼容性。對于支持快充的用電器(智能終端，如支持快充的智能手機)動態提出修改輸出電壓的需求，系統將予以響應。對于不支持輸入電壓可動態本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種自適應直流電壓輸出電源組件，其特征在于，包括：直流電源插座、四芯電纜和被測電路；其中，/n所述直流電源插座設置一個或一個以上插孔，所述插孔與交直流變換電路和處理控制模塊連接；所述處理控制模塊與所述交直流變換電路連接；/n所述插孔通過四芯電纜與所述用電器電氣連接，所述用電器內設置所述被測電路；所述被測電路通過所述四芯電纜與所述處理控制模塊連接。/n

【技術特征摘要】
1.一種自適應直流電壓輸出電源組件，其特征在于，包括：直流電源插座、四芯電纜和被測電路；其中，
所述直流電源插座設置一個或一個以上插孔，所述插孔與交直流變換電路和處理控制模塊連接；所述處理控制模塊與所述交直流變換電路連接；
所述插孔通過四芯電纜與所述用電器電氣連接，所述用電器內設置所述被測電路；所述被測電路通過所述四芯電纜與所述處理控制模塊連接。


2.如權利要求1所述的自適應直流電壓輸出電源組件，其特征在于，所述處理控制模塊包括：用電器類型檢測分析模塊、快充協議處理與響應模塊、被測電路電氣屬性偵測模塊、被測電路電壓需求分析模塊、輸出電壓調節模塊。


3.如權利要求1所述的自適應直流電壓輸出電源組件，其特征在于，所述四芯電纜中，兩根芯為與直流電壓輸出線和接地線，另兩根芯為信號線；
所述四芯電纜可以與USB電纜兼容，其中，所述插孔與USB插孔機電兼容；所述USB插孔包括type-A和type-C；若所述USB電纜多于四根芯線，則使用其中Vcc、GND、D-和D+四條芯線。


4.如權利要求1所述的自適應直流電壓輸出電源組件，其特征在于，所述交直流變換電路將輸入的交流電壓轉換為直流電壓，對插座內部模塊供電，并根據所述處理控制模塊的控制信號輸出相應的直流電壓到所述插孔；所述插孔具有檢測插孔是否插入的機電裝置，若無電纜插入，所述交直流變換電路將斷開。


5.一種如權利要求1-4所述的自適應直流電壓輸出電源組件的電壓需求偵測與輸出方法，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳聞杰，馬楊煬，奚帥杰，
申請(專利權)人：華東師范大學，
類型：發明
國別省市：上海;31