CN101232196B - 一种usb充电座中充电模式的控制电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种USB充电座中充电模式的控制电路及其方法，用于根据USB充电座接入的不同USB充电输入电源对USB充电座进行相应的充电模式控制，其中该控制电路包括：充电电源判断电路，设置于USB充电座的USB接口中，用于对USB充电座接入的USB充电输入电源进行判断，获取USB充电输入电源的类型；充电管理单元，设置于USB充电座中，用于根据不同类型的USB充电输入电源所对应的检测脚的电平状态，设定相应的恒流阶段充电电流，进入相应的充电模式。本发明以低成本的方式在充电座的USB插座接口中加入充电电源的判断电路，根据接入电源的不同设置不同的充电电流，进入相应的充电模式，实现了充电模式的控制。

Description

一种USB充电座中充电模式的控制电路及其方法 

技术领域

本发明涉及一种充电模式控制电路及方法，特别是涉及一种采用USB接口的锂离子电池充电座的充电模式控制电路及其方法。 

背景技术

随着手机的功能越来越丰富，对电池容量提出了越来越高的要求。所以，能耗相对较大的高端手机许多配备了一主一备两块电池。利用充电座可对备用电池进行充电。同时，mini USB接口因为体积小巧，信息存取速度快，在手机设计上获得了广泛应用，成为许多手机的充电器/数据交换的复用接口。 

并且，最新的中华人民共和国通信行业标准(《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)是在信息产业部指导下，由中国泰尔实验室联合部分手机企业起草，标准的执行是由泰尔实验室根据标准的要求，对产品进行标准符合性的测试和认证。只有通过认证的手机充电器厂商才具有入网销售的资格。新国标手机充电器的最大特点是实行充电器本体与充电线缆的分离，充电器本体与充电线缆间采用通用串行总线(USB)类型A系列接口，充电线及与手机侧接口由手机厂商自行定义。)中规定了手机AC/DC旅行充电器侧采用与个人电脑上一样的USB A系列接口，所以，利用USB转mini-USB的数据线和采用USB接口的充电座对备用电池充电可以存在以下两种方式： 

方式一，利用USB数据线和符合YD/T1591-2006的AC/DC旅行充电器本体对充电座中备用电池进行充电。AC/DC旅行充电器本体接市电，经充电器本体整流，滤波，稳压提供给充电座直流电源，再经充电座的充电管理单元电路对备用电池进行充电。利用AC/DC本体较大的输出能力，可提供较大的充电电流，定义这种充电方式为快速充电模式。 

口电源，每个USB口可提供最大500mA的电流对备用电池进行充电。定义这种利用USB电源的充电方式为USB充电模式。 

正常条件下，锂离子电池的充电阶段分恒流充电阶段和恒压充电阶段，充电管理单元可对恒流阶段充电电流值进行设定，较大的电流对应较短的充电时间。 

为了兼容AC/DC旅充的快速充电模式和便捷的USB充电模式，一些IC供应商提供了可同时利用这两种方式的充电管理芯片，可这种方案的实现需要终端或充电座具备两个物理接口，分别连接至充电管理芯片的AC/DC电源端口和USB电源端口，在芯片内通过对这两个不同的充电通路预先设定不同的电流值，达到对快速充电模式和USB充电模式的兼容。 

在只利用一个电源物理端口的情形下，已知的存在以下两种方法实现对AC/DC旅充的快速充电模式和便捷的USB充电模式的兼容： 

方法一，在充电管理方案中加入对电源的输出电压，电流进行采样，分析的功能，判断电源的输出能力，进而设定不同的充电电流，这种方案实现电路复杂，成本也较高。 

方法二，加入对充电输入电源电压和给定参考电压的比较电路，通过电压比较电路的输出信号控制不同的充电模式，因为USB标准的电源电压是4.5V-5V之间，而且锂离子电池的充电电压要大于4.2V，所以，采用这种方法的一般前提条件是AC/DC旅充的输出电压要高于USB电源电压的5V，与YD/T1591-2006所规定的标准旅充5V的输出电压相冲突，所以这一条件限制了这种方法的普遍适用性。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种USB充电座中充电模式的控制电路及其方法，用于解决现有技术中对AC/DC旅充的快速充电模式和便捷的USB充电模式的兼容时成本较高、普遍适应性不强的问题。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种USB充电座中充电模式的控制电路，用于根据所述USB充电座接入的不同USB充电输入电源对所述USB充电座进行相应的充电模式控制，其特征在于，包括： 

充电电源判断电路，设置于所述USB充电座的USB接口中，用于判断所述USB充电座接入的USB充电输入电源是旅充电源还是计算机USB电源； 

充电管理单元，设置于所述USB充电座中，用于根据不同类型的USB充电输入电源所对应的检测脚的电平状态，通过控制MOSFET开关管的开合实现并联支路并联或分离的方式设定相应的恒流阶段充电电流，进入相应的充电模式。 

所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其中，所述充电电源判断电路配置所述充电座的USB接口中第二引脚的强上拉电阻、第三引脚的弱下拉电阻，并根据所述第三引脚的电平状态判定所述USB充电输入电源的类型； 

所述第二引脚通过所述强上拉电阻上拉至所述充电座的USB接口中的第一引脚，所述第三引脚通过所述弱下拉电阻下拉至所述充电座的USB接口中的第五引脚。 

所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其中，当所述USB充电输入电源接入所述充电座时，所述第三引脚的电平为经所述强上拉电阻和所述弱下拉电阻对所述第一引脚的5V电源进行分压后的电平，呈高电平状态，所述充电电源判断电路判定所述USB充电输入电源为旅充电源； 

所述第二引脚的电平为经所述强上拉电阻和所述弱下拉电阻对所述第一引脚的5V电源进行分压后的电平，呈高电平状态。 

所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其中，所述旅充电源的USB接口中，第一引脚为输出电源引脚，第四引脚为地引脚，第二引脚、第三引脚为短接状态。 

所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其中，当所述USB充电输入电源接入所述充电座时，所述第三引脚的电平为经所述弱下拉电阻和所述计算机USB电源的USB接口中的下拉电阻并联下拉至地，呈低电平状态，所述充电电源判断电路判定所述USB充电输入电源为计算机USB电源； 

所述第二引脚的电平为经所述强上拉电阻和所述下拉电阻对所述第一引脚的5V电源进行分压后的电平，呈低电平状态。 

所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其中，所述计算机USB电源的USB接口中，第一引脚为输出电源引脚，第四引脚为地引脚，第二引脚、第三引脚均接所述下拉电阻到地。 

所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其中，所述充电管理单元在对所述USB充电座的充电电流控制时，在设定充电电流的第一电阻的支路中 并联上第二电阻与MOSFET开关管串联后的支路，形成并联电路，通过检测脚的电平状态控制该MOSFET开关管的打开与关闭，实现并联支路电阻的并联和分离，控制并联电路的总电阻值，以控制充电电流。 

所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其中， 

当所述旅充电源接入所述充电座时，所述检测脚为所述第三引脚，该MOSFET开关管导通，所述第二电阻接入，并联电路的总电阻值为所述第一电阻与所述第二电阻的并联后的阻值；或 

当所述计算机USB电源接入所述充电座时，所述检测脚为所述第三引脚，该MOSFET开关管截止，所述第二电阻断开，并联电路的总电阻值为所述第一电阻的阻值。 

为了实现上述目的，本发明还提供了一种USB充电座中充电模式的控制方法，用于根据所述USB充电座接入的不同USB充电输入电源对所述USB充电座进行相应的充电模式控制，其特征在于，包括： 

步骤一，判断所述USB充电座接入的USB充电输入电源是旅充电源还是计算机USB电源； 

步骤二，根据不同类型的USB充电输入电源所对应的检测脚的电平状态，通过控制MOSFET开关管的开合实现并联支路并联或分离的方式设定相应的恒流阶段充电电流，进入相应的充电模式。 

所述的USB充电座中充电模式的控制方法，其中，所述步骤一中，进一步包括： 

配置所述充电座的USB接口中第二引脚的强上拉电阻、第三引脚的弱下拉电阻，并将所述第二引脚通过所述强上拉电阻上拉至所述充电座的USB接口中的第一引脚，所述第三引脚通过所述弱下拉电阻下拉至所述充电座的USB接口中的第五引脚。 

所述的USB充电座中充电模式的控制方法，其中，所述步骤一中，进一步包括：根据所述第三引脚的电平状态判定所述USB充电输入电源的类型的步骤： 

当所述第三引脚的电平为经所述强上拉电阻和所述弱下拉电阻对所述第一引脚的5V电源进行分压后的电平，呈高电平状态，判定所述USB充电输入电源为旅充电源；或 

当所述第三引脚的电平为经所述弱下拉电阻和计算机USB电源的USB接口中的下拉电阻并联下拉至地，呈低电平状态，判定所述USB充电输入电源为计算机USB电源。 

所述的USB充电座中充电模式的控制方法，其中，所述步骤二中，进一步包括： 

在对所述USB充电座的充电电流控制时，在设定充电电流的第一电阻的支路中并联上第二电阻与MOSFET开关管串联后的支路，形成并联电路，通过检测脚的电平状态控制该MOSFET开关管的打开与关闭，实现并联支路电阻的并联和分离，控制并联电路的总电阻值，以控制充电电流。 

本发明的有益技术效果： 

与现有技术相比，本发明利用这两种电源USB接口引脚的不同结构，以一种低成本的方式在充电座的USB插座接口中加入充电电源的判断电路，根据接入电源的不同设置不同的充电电流，进入相应的充电模式，实现了充电模式的控制，从而兼顾了旅充充电的快速性和计算机USB充电的便捷性。 

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 

附图说明

图1为本发明实施例系统示意图； 

图2a为本发明实施例中AC/DC旅充电源的USB接口引脚功能结构图； 

图2b为本发明实施例中计算机USB接口引脚功能结构图； 

图3为本发明实施例中充电座的mini USB接口引脚电路结构图； 

图4a为本发明实施例中充电座接入旅充电源时USB接口的电路结构图； 

图4b为本发明实施例中充电座接入计算机USB电源时USB接口的电路结构图； 

图5a为本发明实施例中设置充电电流的电阻支路电路图； 

图5b为本发明实施例中设置充电电流的电阻电路接入旅充电源的等效电阻电路图； 

图5c为本发明实施例中设置充电电流的电阻电路接入计算机USB电源的等效电阻电路图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。 

如图1所示，为本发明实施例系统示意图。该充电控制电路10中，USB充电座110是采用USB接口的锂离子电池充电座，其USB接口105为minUSB接口。 

USB充电座110包括两种充电电源：标准的旅充电源101或计算机USB电源100。该充电电源作为USB充电座110的USB充电输入电源。标准的旅充电源101可以是AC/DC旅充电源。 

min USB接口105中的数据信号引脚包括：引脚1(电源)、引脚2(D-)、引脚3(D+)、引脚4(ID)、引脚5(地)。 

利用min USB接口105的引脚3作为USB充电输入电源的检测识别脚。在充电座110中预先对引脚2通过强上拉电阻上拉至引脚1的5V电源，对引脚3通过弱下拉电阻下拉至地的引脚5。 

当min USB接口105接入AC/DC旅充电源101时，因AC/DC旅充电源101的USB接口中引脚2与引脚3为短路连接状态，此时，充电座110上通过强上拉电阻和弱下拉电阻的分压，引脚2、引脚3同呈高电平状态。 

当min USB接口105接入计算机USB电源100时，计算机USB电源100的USB接口中引脚2通过计算机USB接口103中的下拉电阻和充电座110中的强上拉电阻分压而呈低电平状态，min USB接口105的引脚3由于计算机USB接口103中的下拉电阻和充电座110中的弱下拉电阻共同下拉也呈低电平状态。 

检测min USB接口105中引脚3的不同电平状态指示接入的不同充电电源。同时，充电管理单元106中利用不同接入电源对应的不同检测脚的电平状态，设定不同的恒流阶段充电电流，进入相应的充电模式。 

在充电电流控制时，充电管理单元106是在设定充电电流的电阻的支路中再并联上一电阻与充当开关的MOSFET 107的支路，通过检测脚的电平状态控制MOSFET开关管107的打开与关闭，实现并联支路电阻的并联和分离，控制总的并联电路的电阻值，进而达到控制充电电流的目的。 

本发明利用这AC/DC旅充电源101的USB接口102或计算机USB电源100的计算机USB接口103中引脚的不同结构，以一种低成本的方式在充电座110的USB插座接口中接入充电电源的判断电路，根据接入电源的不同设置不同的充电电流，进入相应的充电模式，从而兼顾了旅充的快速性和计算机USB充电的便捷性。 

如图2a所示，为本发明实施例中AC/DC旅充电源的USB接口引脚功能结构图。在图2a中，AC/DC旅充电源101的USB接口102为USB A型插座接口。 

在USB接口102的引脚功能结构中，引脚1和引脚4分别为输出电源引脚和地引脚，输出电源电压为5V。引脚2和引脚3为D-和D+脚，为短路连接状态。 

如图2b所示，为本发明实施例中计算机USB接口引脚功能结构图。在图2b中，计算机USB接口103为USB2.0规范的计算机USB主机接口。 

在计算机USB接口103的引脚功能结构中，引脚1和引脚4分别为输出电源Vbus引脚和地引脚，输出电源电压同为5V，不同的是引脚2和引脚3，即D-和D+连接计算机主机内的USB信号收发器(Transceiver)201，引脚2接15K的下拉电阻Rpd 203到地，引脚3接15K的下拉电阻Rpd 202到地。 

当计算机USB电源100作为充电座110的USB充电输入电源时，USB信号收发器201呈高阻状态，可忽略其影响，此时仅需要考虑的是下拉电阻Rpd 202和下拉电阻Rpd 203的影响。 

如图3所示，为本发明实施例中充电座的mini USB接口引脚电路结构图。 

当通过mini USB数据线104连接mini USB接口105和USB接口102或计算机USB接口103时，针对USB接口102和计算机USB接口103的不同结构，通过mini USB接口105中充电电源判断电路对接入的充电电源进行判断。 

充电电源判断电路用于对充电座110接入的充电电源进行判断，获取充电电源是AC/DC旅充电源101还是计算机USB电源100。在具体实现时，是通过对mini USB接口105中引脚进行上下拉电阻的配置来完成。 

mini USB接口105中引脚2D-接100K强上拉电阻R1至引脚1的5V电源，引脚3D+接1M弱下拉电阻R2至引脚5的地。引脚4为悬空的ID脚， 在本发明实施例中不予考虑。 

如图4a所示，为本发明实施例中充电座接入旅充电源时USB接口的电路结构图。该图描述了当充电座110接入AC/DC旅充电源101时，充电电源判断电路在判断输入电源时mini USB接口105中的具体电路结构。 

当充电座110接入AC/DC旅充电源101时，将图2a的AC/DC旅充电源的USB接口102和mini USB接口105相连接，此时，mini USB接口105的D+脚电平为经100k强上拉电阻R1和1M弱下拉电阻R2对5V电源电压进行分压所得4.55V，呈高电平状态。 

如图4b所示，为本发明实施例中充电座接入计算机USB电源时USB接口的电路结构图。该图描述当充电座110接入计算机USB电源100时，充电电源判断电路在判断输入电源时mini USB接口105中的具体电路结构。 

当充电座110接入计算机USB电源100时，将图2b的计算机USB接口103和mini USB接口105相连接，此时，mini USB接口105的D-脚电平为经100k强上拉电阻R1和15k下拉电阻Rpd 203对5V电源电压进行分压所得0.65V，D+脚电平经弱下拉电阻R2和15k下拉电阻Rpd 202并联下拉至地，电平为地电平。 

综上所述，当充电座110接入AC/DC旅充电源101时，mini USB接口105中D+脚为4.55V的高电平状态；当充电座110接入计算机USB电源100时，mini USB接口105中D+脚为地电平，0V。所以mini USB接口105中D+脚的电平状态指示了接入充电座110的不同充电电源。 

如图5a所示，为本发明实施例中设置充电电流的电阻支路电路图。该图描述了充电座110中用于设置恒流阶段充电电流大小的电阻电路。 

在图5a中，电路由一条R3电阻支路和一条R4电阻和一N沟道的MOSFET107串连支路并联而成，且N沟道的MOSFET 107的栅极连接mini USB接口105中D+脚，N沟道的MOSFET 107起着开关作用，控制电阻R4的断开与接入。该电阻电路连接充电管理单元106内部的电压基准，流过电阻电路的电流通过充电管理单元106的内部比例电流镜决定了恒流阶段通过充电座110的电池连接端子108流向锂离子电池109的充电电流。 

如图5b所示，为本发明实施例中设置充电电流的电阻电路接入旅充电源的等效电阻电路图。 

当充电座110接入AC/DC旅充电源101时，mini USB接口105中D+脚为高电平，N沟道的MOSFET 107导通，电阻R4接入，此时，控制充电电路的电阻电路等效电路如图5b所示，整个电阻值为电阻R3与电阻R4的并联阻值，阻值较小，此时处于充电电流较大的快速充电模式。 

如图5c所示，为本发明实施例中设置充电电流的电阻电路接入计算机USB电源的等效电阻电路图。 

当充电座110接入计算机USB接口103时，充电座mini USB接口105中D+脚为0电平，N沟道的MOSFET 107截止，电阻R4断开，此时，控制充电电路的电阻电路等效电路如图5c所示，整个电阻值为电阻R3的并联，阻值较大，此时处于充电电流较小(小于500mA)的USB充电模式。 

在具体应用中，还可以通过对R3、R4电阻值的选择进行充电电流的调节。 

本发明实施提供USB充电座中一种较低成本的充电模式的控制方法和电路的实现，其采用一个USB物理接口的充电座中根据接入的不同电源对充电模式进行控制。根据接入的是符合YD/T1591-2006行业标准的旅充或计算机USB电源，设定不同的充电电流，进入相应的充电模式，实现了充电模式的控制。 

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (12)

1.一种USB充电座中充电模式的控制电路，用于根据所述USB充电座接入的不同USB充电输入电源对所述USB充电座进行相应的充电模式控制，其特征在于，包括：

充电电源判断电路，设置于所述USB充电座的USB接口中，用于判断所述USB充电座接入的USB充电输入电源是旅充电源还是计算机USB电源；

充电管理单元，设置于所述USB充电座中，用于根据不同类型的USB充电输入电源所对应的检测脚的电平状态，通过控制MOSFET开关管的开合实现并联支路并联或分离的方式设定相应的恒流阶段充电电流，进入相应的充电模式。

2.根据权利要求1所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其特征在于，所述充电电源判断电路配置所述充电座的USB接口中第二引脚的强上拉电阻、第三引脚的弱下拉电阻，并根据所述第三引脚的电平状态判定所述USB充电输入电源的类型；

所述第二引脚通过所述强上拉电阻上拉至所述充电座的USB接口中的第一引脚，所述第三引脚通过所述弱下拉电阻下拉至所述充电座的USB接口中的第五引脚。

3.根据权利要求2所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其特征在于，当所述USB充电输入电源接入所述充电座时，所述第三引脚的电平为经所述强上拉电阻和所述弱下拉电阻对所述第一引脚的5V电源进行分压后的电平，呈高电平状态，所述充电电源判断电路判定所述USB充电输入电源为旅充电源；

所述第二引脚的电平为经所述强上拉电阻和所述弱下拉电阻对所述第一引脚的5V电源进行分压后的电平，呈高电平状态。

4.根据权利要求3所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其特征在于，所述旅充电源的USB接口中，第一引脚为输出电源引脚，第四引脚为地引脚，第二引脚、第三引脚为短接状态。

5.根据权利要求2所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其特征在于，当所述USB充电输入电源接入所述充电座时，所述第三引脚的电平为经 所述弱下拉电阻和所述计算机USB电源的USB接口中的下拉电阻并联下拉至地，呈低电平状态，所述充电电源判断电路判定所述USB充电输入电源为计算机USB电源；

所述第二引脚的电平为经所述强上拉电阻和所述下拉电阻对所述第一引脚的5V电源进行分压后的电平，呈低电平状态。

6.根据权利要求5所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其特征在于，所述计算机USB电源的USB接口中，第一引脚为输出电源引脚，第四引脚为地引脚，第二引脚、第三引脚均接所述下拉电阻到地。

7.根据权利要求2、3、4、5或6所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其特征在于，所述充电管理单元在对所述USB充电座的充电电流控制时，在设定充电电流的第一电阻的支路中并联上第二电阻与MOSFET开关管串联后的支路，形成并联电路，通过检测脚的电平状态控制该MOSFET开关管的打开与关闭，实现并联支路电阻的并联和分离，控制并联电路的总电阻值，以控制充电电流。

8.根据权利要求7所述的USB充电座中充电模式的控制电路，其特征在于，

当所述旅充电源接入所述充电座时，所述检测脚为所述第三引脚，该MOSFET开关管导通，所述第二电阻接入，并联电路的总电阻值为所述第一电阻与所述第二电阻的并联后的阻值；或

当所述计算机USB电源接入所述充电座时，所述检测脚为所述第三引脚，该MOSFET开关管截止，所述第二电阻断开，并联电路的总电阻值为所述第一电阻的阻值。

9.一种USB充电座中充电模式的控制方法，用于根据所述USB充电座接入的不同USB充电输入电源对所述USB充电座进行相应的充电模式控制，其特征在于，包括：

步骤一，判断所述USB充电座接入的USB充电输入电源是旅充电源还是计算机USB电源；

步骤二，根据不同类型的USB充电输入电源所对应的检测脚的电平状态，通过控制MOSFET开关管的开合实现并联支路并联或分离的方式设定相应的恒流阶段充电电流，进入相应的充电模式。 

10.根据权利要求9所述的USB充电座中充电模式的控制方法，其特征在于，所述步骤一中，进一步包括：

配置所述充电座的USB接口中第二引脚的强上拉电阻、第三引脚的弱下拉电阻，并将所述第二引脚通过所述强上拉电阻上拉至所述充电座的USB接口中的第一引脚，所述第三引脚通过所述弱下拉电阻下拉至所述充电座的USB接口中的第五引脚。

11.根据权利要求10所述的USB充电座中充电模式的控制方法，其特征在于，所述步骤一中，进一步包括：根据所述第三引脚的电平状态判定所述USB充电输入电源的类型的步骤：

当所述第三引脚的电平为经所述强上拉电阻和所述弱下拉电阻对所述第一引脚的5V电源进行分压后的电平，呈高电平状态，判定所述USB充电输入电源为旅充电源；或

当所述第三引脚的电平为经所述弱下拉电阻和计算机USB电源的USB接口中的下拉电阻并联下拉至地，呈低电平状态，判定所述USB充电输入电源为计算机USB电源。

12.根据权利要求9、10或11所述的USB充电座中充电模式的控制方法，其特征在于，所述步骤二中，进一步包括：

在对所述USB充电座的充电电流控制时，在设定充电电流的第一电阻的支路中并联上第二电阻与MOSFET开关管串联后的支路，形成并联电路，通过检测脚的电平状态控制该MOSFET开关管的打开与关闭，实现并联支路电阻的并联和分离，控制并联电路的总电阻值，以控制充电电流。 

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