CN101119020A

CN101119020A - 一种终端设备充电过压保护装置及其方法

Info

Publication number: CN101119020A
Application number: CNA2007100769803A
Authority: CN
Inventors: 李启瑞; 赵恺; 徐鹏斌; 李超; 马驰
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2027-09-12
Also published as: CN100536273C

Abstract

本发明公开了一种终端设备充电过压保护装置及其方法，其包括：第一开关电路，该开关电路串接在充电电压输入端和电池管理芯片的检测充电器插、拔状态检测输入端之间；第二开关电路，该开关电路串接在充电开关电路的控制端和电池管理芯片的充电控制输出端之间；充电输入电压检测电路，用于检测充电电压输入端的电压大小，并将检测到的状态信号传送给延时控制电路；及延时控制电路，用于根据所述充电输入电压检测电路的检测结果产生控制信号，并将该控制信号送往第一开关电路和第二开关电路的控制端。本发明既能在过压充电时，保护终端不受损坏，又具有自行恢复功能，并且电路成本很低，同时又不影响系统的可维护性和功能实现。

Description

一种终端设备充电过压保护装置及其方法

技术领域

本发明涉及过压保护方法，具体涉及一种终端设备充电过压保护的装置及其方法。

背景技术

中国信息产业部(MII)2006年11月发布了《移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法》(YD/T1591-2006)，规定手持机内部必须具有充电过压保护功能。业界目前，充电过压保护方案中常用的做法：

A、用保险丝实现充电过压、过流保护功能。这种方法电路比较简单，但具有不可恢复性的缺点。当充电器输出电压高于保护阀限时，保险丝烧断，起到保护作用，防止过压损坏终端设备，但保险丝烧断后，将无法自行修复，所以终端此后再无法进行充电，只有更换好的保险丝后，才能对电池进行正常充电。如公开号为CN1972066的中国专利“充电保护电路”就采用的是这一类方案。

B、在充电器与终端充电输入端串联一个过压保护电路。这种方案能够实现充电过压保护，并且能够自行恢复，即充电电压小于保护阀限时，终端又能正常进行充电；但是，这种方案成本过高。由于保护电路串接在充电器与终端充电输入端之间，所以其需要承担两路电流，一路为电源管理芯片PM(Power Management)检测充电器插、拔状态的检测输入端VCHG吸收的电流，该电流非常小，一般小于1mA；另一路为经过充电三极管Q给电池充电的电流和终端自身工作电流之和，此值很大，通常为500mA-800mA。因此，保护电路必须包含一个较大功率的器件(如MOS管)控制充电器与终端充电输入端是否连通，这样就提高了成本较高。

综上所述，上述两种方案都没有很好地解决终端设备在充电情况下的过压保护的问题。

发明内容

本发明提供了一种终端设备充电过压保护装置及其方法，其既能在过压充电时，保护终端不受损坏，又具有自行恢复功能，并且电路成本很低，同时又不影响系统的可维护性和功能实现。

本发明的终端设备充电过压保护装置，其用于终端设备充电系统中，该系统包括管理整个终端电源供给的电池管理芯片、及串接在充电电压输入端和电池电压输入端之间的充电开关电路；所述装置包括：第一开关电路，该开关电路串接在充电电压输入端和电池管理芯片的检测充电器插、拔状态检测输入端之间；第二开关电路，该开关电路串接在充电开关电路的控制端和电池管理芯片的充电控制输出端之间；充电输入电压检测电路，用于检测充电电压输入端的电压大小，并将检测到的状态信号传送给延时控制电路；及延时控制电路，用于根据所述充电输入电压检测电路的检测结果产生控制信号，并将该控制信号送往第一开关电路和第二开关电路的控制端。

其中，所述充电输入电压检测电路包括：电压采样单元，用于从充电电压输入端获得取样电压；及检测比较单元，用于将所述取样电压与电压保护阀限值相比较，并输出检测结果给所述延时控制电路。

其中，所述电压采样单元采用由两个串联电阻组成的电阻取样电路，该电阻取样电路跨接在充电电压输入端的正极与负极之间，其中一个电阻上的分压即为取样电压。

其中，所述检测比较单元包括第一三极管，所述取样电压为所述第一三极管的基极提供偏置电压，所述第一三极管导通，并从该三极管的集电极获得充电电压输入端的过压状态量，所述第一三极管的发射极连接充电电压输入端的负极。

其中，所述延时控制电路还包括一延时电路，用于延长所述控制信号产生的时间。

其中，所述延时控制电路包括上拉电阻和第二三极管，所述第二三极管的基极通过上拉电阻连接充电电压输入端的正极，所述第二三极管的发射极连接充电电压输入端的负极；所述充电输入电压检测电路输出的过压状态量用于钳制所述第二三极管基极的偏置电压，使该三极管截止并产生使第一开关电路和第二开关电路关断的控制信号；所述延时电路包括充电电容，该充电电容的两端跨接在所述第二三极管的基极和发射极之间，该充电电容通过所述上拉电阻从充电电压输入端获得电量充电，并使所述第二三极管导通产生使第一开关电路和第二开关电路闭合的控制信号。

其中，所述第一开关电路和第二开关电路采用全控型电力电子器件，其包括门极可关断晶闸管、电力晶闸管、电力晶体管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管。

其中，所述充电开关电路采用充电三极管；所述第二开关电路串接在充电三极管的基极和电池管理芯片的充电三极管控制输出端之间。

本发明终端设备充电过压保护的方法，其采用充电器给所述终端设备充电，其特征在于，所述方法按以下步骤进行：

A、确认充电器插入；

B、通过充电输入电压检测电路检测充电器输入端的电压状态；

C、判断检测充电器的充电电压是否大于或等于过压保护阀限值；若是，则执行步骤D；若否，则执行步骤E；

D、通过延时控制电路发出控制信号，使第一开关电路和第二开关电路的关断，并返回步骤B；

E、通过延时控制电路发出控制信号，使第一开关电路和第二开关电路延时闭合，从而由电池管理芯片控制电池充电，并返回步骤B。

其中，所述步骤E中，所述延时控制电路通过采用RC串联电路的电容充电来实现延时效应。

本发明的主要特点是通过仅控制电池管理芯片PM的插、拔充电器检测输入端VCHG有无电压，实现终端充电过压保护功能。终端设备充电电路一般由电源管理部分(PM)和充电三极管(或MOS管)组成。电池管理芯片PM模块负责整个终端系统的电源供给和管理；PM模块主要由电池管理、电压管理和负载管理三个子模块组成，其基本结构现有技术中已公开。PM通过控制充电三极管，实现对电池充电。因此与外接充电器相连的节点有两种，一种为充电三极管的E脚，另一种为电池管理芯片PM的插、拔充电器检测输入端VCHG。充电三极管的EC结耐压值较高(通常为20V以上)，不需要保护，而电池管理芯片PM的插、拔充电器检测端VCHG和充电控制输出端CHG_CTR耐压值较低(通常为几伏)，需要保护。基于充电三极管不需要保护，PM的插、拔充电器检测端需要保护原则，本发明的装置仅对电池管理芯片PM的VCHG和CHG_CTR端实施保护，其检测端吸收的电流又很小，而且其实现电路简单、没有用功率器件，因此成本非常低。本发明在保证可靠性的前提下以最简捷和安全的方法实现保护终端和充电器不受损坏。

附图说明

图1为本发明充电过压保护装置的结构框图示意图；

图2为本发明充电过压保护装置的电路结构示意图；

图3为本发明控制方法的流程图。

具体实施方式

以下将详细描述本发明的各较佳实施例。

本发明的终端设备充电过压保护装置，用于终端设备充电系统中，该系统包括管理整个终端电源供给的电池管理芯片PM(PM可以采用美国高通公司的PM6650，其具有两个管脚VCHG和CHG_CTR：VCHG的作用是，检测充电器插入或拔出状态，当VCHG管脚电压大于某个额定值时，例如3V，判断充电器插入，否则判断为拔出充电器；CHG_CTR的作用是，当检测到有充电器插入时，控制图1中充电三极管Q导通，以完成充电器对电池充电。)、及串接在充电电压输入端和电池电压输入端之间的充电开关电路105；如图1所示，以采用充电器为终端充电为例，说明本发明所述充电过压保护装置的结构。

如图1所示，本发明的充电过压保护装置包括：第一开关电路103、第二开关电路104、充电输入电压检测电路101和延时控制电路102；

第一开关电路103串接在充电电压输入端(即充电器输入端)和电池管理芯片PM的检测充电器插、拔状态检测输入端VCHG之间；

第二开关电路104串接在充电开关电路105的控制端和电池管理芯片PM的充电控制输出端CHG_CTR之间；若所述充电开关电路105采用充电三极管Q，则所述第二开关电路104串接在充电三极管Q的基极和电池管理芯片PM的充电三极管控制输出端CHG_CTR之间，所述充电三极管Q的发射极连接充电电压输入端(即充电器输入端)的正极，所述充电三极管Q的集电极给电池充电；

充电输入电压检测电路101用于检测充电电压输入端(即充电器输入端)的电压大小，并将检测到的状态信号传送给延时控制电路102；

延时控制电路102用于根据所述充电输入电压检测电路101的检测结果产生控制信号，并将该控制信号送往第一开关电路103和第二开关电路104的控制端。所述延时控制电路102还包括一延时电路，用于延长所述控制信号产生的时间。充电输入电压检测电路101输出的状态经过延时控制电路102延时一段时间T后，再送往控制输出部分。延时的主要作用确保，在终端设备插入充电器瞬间，充电器与电池管理芯片PM的插、拔、充电器检测端VCHG断开，防止上电瞬间烧坏此检测端，并且能够消除充电器输入电压抖动。

图1所示的充电输入电压检测电路101可以包括：用于从充电电压输入端获得取样电压的电压采样单元、以及检测比较单元，该检测比较单元用于将所述取样电压与电压保护阀限值相比较，并输出检测结果给所述延时控制电路，具体实现方案可以参见图2的具体电路。

如图2所示，所述电压采样单元采用由两个串联电阻(R1、R2)组成的电阻取样电路，该电阻取样电路跨接在充电电压输入端(即充电器输入端)的正极与负极之间，其中一个电阻(即电阻R2)上的分压即为取样电压。所述检测比较单元包括第一三极管Q1，所述取样电压为所述第一三极管Q1的基极提供偏置电压，所述第一三极管Q1导通，并从该三极管的集电极获得充电电压输入端(即充电器输入端)的过压状态量，所述第一三极管Q1的发射极连接充电电压输入端(即充电器输入端)的负极。充电电压通过R1和R2分压控制Q1是否导通，当充电输入过压时，R2分压得到的压降大于Q1的导通阀限值(一般为0.7V)，导致Q1导通；当充电输入电压在正常范围时，R2上的压降小于0.7V，Q1截至。

当然，上述检测比较单元还可以通过比较放大器等器件来实现，并不一定必须采用图2所示的电路，同样地，电压采样单元的实现也可以采用专用地电压检测集成芯片。

图1所示的延时控制电路102的具体实现方案可以参见图2的具体电路。

如图2所示，所述延时控制电路102包括上拉电阻R3和第二三极管Q2，所述第二三极管Q2的基极通过上拉电阻R3连接充电电压输入端(即充电器输入端)的正极，所述第二三极管Q2的发射极连接充电电压输入端(即充电器输入端)的负极；充电输入电压检测电路101输出的过压状态量用于钳制所述第二三极管Q2基极的偏置电压，使Q2截止并产生使第一开关电路103和第二开关电路104关断的控制信号；

所述延时电路包括充电电容C1，该充电电容C1的两端跨接在所述第二三极管Q2的基极和发射极之间，该充电电容C1通过所述上拉电阻R3从充电电压输入端(即充电器输入端)获得电量充电，并使所述第二三极管Q2导通产生使第一开关电路103和第二开关电路104闭合的控制信号。如图2所示，当充电输入过压时，第一三极管Q1导通(集电极和发射极的压降一般为0.3V)，立刻导致第二三极管Q2的基极电压为0.3V，小于第二三极管Q2的导通阀限值(一般为0.7V)，导致第二三极管Q2截至；当充电输入电压在正常范围时，第一三极管Q1截至，充电输入电压经过上拉R3对充电电容C1充电，使充电电容C1上压降缓慢上升(为延时过程)，当充电电容C1上压降大于0.7V时，第二三极管Q2导通。

上述采用比较简单的电路即实现了延时控制电路102的功能，当然，上述控制信号发生电路和延时电路还可以通过其他方式实现，如采用相同功能的集成芯片即可。

本发明所提到的第一开关电路103和第二开关电路104可采用全控型电力电子器件，其包括门极可关断晶闸管、电力晶闸管、电力晶体管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管等等。如图2所示，第一开关电路103和第二开关电路104分别采用MOS管Q3和Q4；电阻R4、MOS管Q3和电阻R5组成电池管理芯片PM的VCHG线路控制输出部分。当充电输入过压时，Q2截至，电阻R4两端电压相同，均为充电输入电压，MOS管Q3(在这里实际就是一个开关，导通为开关闭合，截至为开关断开)的源极和门极两极之间的压降为0V，MOS管Q3截至，同时由于电池管理芯片PM的VCHG端通过电阻R5对地(或充电器输入端的负极)下来，所以此时VCHG端电压为0V，小于检测阀限3V，电池管理芯片PM判断没有充电器插入，不执行充电流程；当充电输入电压在正常范围时，Q2导通，MOS管Q3的源极和门极两极之间的压降为充电器输入电压，MOS管Q3导通，电池管理芯片PM的VCHG端电压值也约为充电器输入电压，大于检测阀限3V，电池管理芯片PM判断有充电器插入，开始执行充电流程。MOS管Q4构成CH_CTR线路控制输出部分。当充电输入过压时，Q2截至，R4两端电压相同，均为充电输入电压，MOS管Q4(在这里实际就是一个开关，导通为开关闭合，截至为开关断开)的源极和门极两极之间的压降为0V，MOS管Q4截至，保护在过压时电池管理芯片PM的CH_CTR端不被损坏；当充电输入电压在正常范围时，Q2导通，MOS管Q4的源极和门极两极之间的压降为充电器输入电压，源极和门极Q4导通，电池管理芯片PM能够通过CH_CTR端控制充电三极管Q执行充电流程。

针对上述装置，本发明对应地还提供了一种终端设备充电过压保护的方法，如图3所示，其过程如下所示：

A、确认充电器插入；

B、通过充电输入电压检测电路101检测充电器输入端的电压状态；

D、通过延时控制电路102发出控制信号，使第一开关电路103和第二开关电路104的关断(即控制VCHG线路断开)，并返回步骤B；

E、通过延时控制电路102发出控制信号，使第一开关电路103和第二开关电路104延时闭合(即控制VCHG线路和CH_CTR线路同时闭合)，从而由电池管理芯片控制电池充电，并返回步骤B。

上述方法中，所述延时控制电路通过采用RC串联电路的电容充电来实现延时效应，如图2所示。

综上所述，本发明的结构简单、方便快捷，且有效、可靠。

上述各具体步骤的举例说明较为具体，并不能因此而认为是对本发明的专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种终端设备充电过压保护装置，其用于终端设备充电系统中，该系统包括管理整个终端电源供给的电池管理芯片、及串接在充电电压输入端和电池电压输入端之间的充电开关电路；其特征在于，所述装置包括：

第一开关电路，该开关电路串接在充电电压输入端和电池管理芯片的检测充电器插、拔状态检测输入端之间；

第二开关电路，该开关电路串接在充电开关电路的控制端和电池管理芯片的充电控制输出端之间；

充电输入电压检测电路，用于检测充电电压输入端的电压大小，并将检测到的状态信号传送给延时控制电路；

及延时控制电路，用于根据所述充电输入电压检测电路的检测结果产生控制信号，并将该控制信号送往第一开关电路和第二开关电路的控制端。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述充电输入电压检测电路包括：

电压采样单元，用于从充电电压输入端获得取样电压；

及检测比较单元，用于将所述取样电压与电压保护阀限值相比较，并输出检测结果给所述延时控制电路。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电压采样单元采用由两个串联电阻组成的电阻取样电路，该电阻取样电路跨接在充电电压输入端的正极与负极之间。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述检测比较单元包括第一三极管，所述取样电压为所述第一三极管的基极提供偏置电压，所述第一三极管导通，并从该三极管的集电极获得充电电压输入端的过压状态量，所述第一三极管的发射极连接充电电压输入端的负极。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述延时控制电路还包括一延时电路，用于延长所述控制信号产生的时间。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述延时控制电路包括上拉电阻和第二三极管，所述第二三极管的基极通过上拉电阻连接充电电压输入端的正极，所述第二三极管的发射极连接充电电压输入端的负极；所述充电输入电压检测电路输出的过压状态量用于钳制所述第二三极管基极的偏置电压，使该三极管截止并产生使第一开关电路和第二开关电路关断的控制信号；

所述延时电路包括充电电容，该充电电容的两端跨接在所述第二三极管的基极和发射极之间，该充电电容通过所述上拉电阻从充电电压输入端获得电量充电，并使所述第二三极管导通产生使第一开关电路和第二开关电路闭合的控制信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一开关电路和第二开关电路采用全控型电力电子器件，其包括门极可关断晶闸管、电力晶闸管、电力晶体管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述充电开关电路采用充电三极管；所述第二开关电路串接在充电三极管的基极和电池管理芯片的充电三极管控制输出端之间。

9.一种终端设备充电过压保护的方法，其采用充电器给所述终端设备充电，其特征在于，所述方法按以下步骤进行：

A、确认充电器插入；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤E中，所述延时控制电路通过采用RC串联电路的电容充电来实现延时效应。