CN101567556B - 用于手机充电的过压充电保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种用于手机充电的过压充电保护装置，与充电线路相连接，包括带有USB-OTG功能的电源管理芯片、三极管以及场效应管。其保护方法为：1)将充电器连接过压充电保护装置；2)检测是否是USB接口充电器，若是则读取USB充电参数，执行步骤4)，若不是，执行步骤3)；3)检测是否是标准充电器，若是则读取标准充电器充电参数；若不是则读取一般充电器充电参数；4)比较实际充电电压与安全充电电压，在允许范围内连接、充电。本发明可以在不增加硬件电路的情况下通过软件方法实现过压保护功能以满足YD/T1591-2006标准中强制要求的充电器过压保护规定。在降低成本的同时，减少了其他部门对实现此功能投入的人力和物力，提高手机的竞争力。

Description

用于手机充电的过压充电保护装置及方法

技术领域

本发明涉及充电保护装置，特别涉及一种用于手机充电的过压充电保护模块及其控制方法。

背景技术

目前，中国已经强制执行的YD/T1591-2006标准，手机侧充电控制电路应具备过压保护功能，即在手机充电接口输入6V以上的直流电压时，如果不能保证安全充电，应启动保护，在非预期电压的情况下，不应出现过热、燃烧、爆炸以及其它电路损坏的现象，而且电压恢复后，手机应能正常工作。如图1所示，过压保护(OVP)电路在检测到过压故障状况时，检测电路就会将开关打开，使负载与电源断开，避免手机因过压导致损坏。

手机采用USB接口充电器、标准充电器或一般充电器中的一种进行充电。其中，USB接口充电器是指插入USB线(USB接口包括VBUS，D+，D-，GND四个信号口)，启动的USB充电功能，其具有USB标准协议中OTG子协议定义的可被硬件识别的中断，当前为USB OTG中的D+/D-中断。当前充电器都会有D+/D-两个引脚，如果这两个脚是内部短路，则定义为标准充电器，但由于标准充电器的D+/D-是短接的，将产生D-上升沿中断；如果这两个脚不是内部短路，则定义为一般充电器。

常用的方案都是通过修改硬件电路(如图1所示)，采用增加过压保护电路来实现过压保护功能以满足YD/T1591-2006标准，这种方法在直接增加手机整体成本的同时，额外增加了硬件设计和PCB布局，软件实现，质量认证等一系列研发部门的人力物力投入，降低了手机产品的竞争力。

中国专利公开号：CN2840462，揭示了一种过压充电保护电路，其包括第一二极管、第一电阻以及一三极管。其中，第一二极管和第一电阻串接在电源端子与三极管之间，而三极管的集电极与充电控制芯片的温度检测脚相连，其发射极则连接于充电控制芯片的工作电源地输入脚及地，并且在三极管的集电极与发射极之间并联接有第二电阻和第三电阻。当外部所输入电压超过第一二极管的稳压值，则第一二极管反向导通，电压通过第一电阻加到三极管的基极，给予其一个高电位以使三极管导通，将温度检测脚电位拉低，同时从充电控制输出脚输出一个高电位，将场效应管关断，从而切断充电回路。该装置是典型的通过修改硬件电路来实现过压充电保护的装置，其不可避免的增加了硬件设计和PCB布局，加大了产品的成本，降低了竞争力。

中国专利公开号：CN201113384，揭示了一种充电过压保护电路，包括充电电路和为所述充电电路提供工作电压的供电电源，在供电电源与充电电路之间连接有一开关电路，开关电路包含一个二极管，两个三极管和一个MOS管，二极管的负极连接供电电源，正极串联电阻后接地，第一个三极管的基极连接所述二极管的正极，发射极接地，集电极一方面连接供电电源，另一方面连接第二个三极管的基极，第二个三极管的发射极接地，集电极一方面连接供电电源，另一方面连接所述MOS管的栅极，所述MOS管的源极和漏极串接在供电电源与充电电路之间。同样的，该装置也是通过修改硬件电路来实现过压充电保护的装置，其不可避免的增加了硬件设计和PCB布局，为设计人员增加了负担，也增加了产品本身的成本。

常用的手机通信平台中，如高通QSC60X0平台等，支持USB OTG功能(即可以在USB_VBUS没有连接的情况下通过芯片内部产生USB_VBUS来实现USB功能)但USB_VBUS能够承受的最大输入电压为7.5V，不能满足YD/T1591-2006标准的最高9V电压承受能力需求。而VCHG管脚能够承受的最大输入电压为18V，能满足YD/T1591-2006标准的最高9V电压承受能力需求。

USB OTG是USB On-The-Go的缩写，是近年发展起来的技术，2001年12月18日由USBImplementers Forum公布，主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。特别是PDA、移动电话、消费类设备。改变如数码照相机、摄象机、打印机等设备间多种不同制式连接器，多达7种制式的存储卡间数据交换的不便。USB技术的发展，使得PC和周边设备能够通过简单方式、适度的制造成本将各种设备连接在一起，上述应用，都可以通过USB总线，作为PC的周边，在PC的控制下进行数据交换。但这种方便的交换方式，一旦离开了PC，各设备间无法利用USB口进行操作，因为没有一个设备能够充当PC一样的主控端(Host)。On-The-Go，即OTG技术就是实现在没有主控端的情况下，实现设备间的数据传送。例如数码相机直接连接到打印机上，通过OTG技术，连接两台设备见的USB口，将拍出的相片立即打印出来；也可以将数码照相机中的数据，通过OTG发送到USB接口的移动硬盘上，野外操作就没有必要携带价格昂贵的存储卡，或者背一个便携电脑。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于手机充电的过压充电保护装置及方法，克服了现有技术的困难，可以在不增加硬件电路的情况下实现过压保护功能以满足YD/T1591-2006标准中强制要求的充电器过压保护规定。

本发明采用如下技术方案：

一种用于手机充电的过压充电保护装置，与充电线路相连接，包括带有USB-OTG功能的电源管理芯片，还包括：三极管以及场效应管；

所述电源管理芯片的USB-VBUS引脚连接所述充电线路的负极；

所述三极管的发射极连接所述电源管理芯片的供电引脚，集电极连接所述场效应管的源极，基极连接所述电源管理芯片中的一控制三极管打开/关断的引脚；

所述场效应管的漏极连接所述电池的正极，栅极连接所述电源管理芯片中的一控制场效应管打开/关断的引脚。

进一步地，还包括：一负载电阻，串联在所述USB-VBUS引脚与所述充电线路负极之间，一低负载电阻，串联在所述三极管的集电极与所述场效应管的源极之间。

进一步地，所述负载电阻的阻值为47k Ω，所述低负载电阻的阻值为0.1Ω。

进一步地，还包括：一模数取样线路，其输入端在电源管理芯片内部与VCHG引脚连接。

进一步地，所述电源管理芯片为高通QSC60X0平台的芯片，所述供电引脚为VCHG引脚。

一种用于手机充电的过压充电保护方法，采用上述的用于手机充电的过压充电保护装置，包括以下步骤：

1)将充电器连接该用于手机充电的过压充电保护装置；

2)所述电源管理芯片检测充电器是否是USB接口充电器，若是则电源管理芯片读取USB充电参数，执行步骤4)，若不是，执行步骤3)；

3)所述电源管理芯片检测充电器是否是标准充电器，若是则电源管理芯片读取标准充电器充电参数；若不是则电源管理芯片读取一般充电器充电参数；

4)所述电源管理芯片比较充电器的实际充电电压与安全充电电压，在安全充电电压的允许范围内连接充电器与手机，依据读取的充电器充电参数对手机进行充电。

进一步地，所述步骤4)中，所述低负载电阻采样充电器的实际充电电压，所述电源管理芯片读取充电器的采样电压，并将采样电压的平均值与安全充电电压进行比较，当采样电压的平均值大于安全充电电压时，所述电源管理芯片输出低电平到三极管的基极，关断所述三极管，停止对手机充电；当采样电压的平均值小于等于安全充电电压时，电源管理芯片输出高电平到三极管的基极，打开所述三极管，对手机进行充电。

进一步地，所述步骤2)中电源管理芯片检测充电器是否有具有USB-OTG中断，若有则该充电器为USB接口充电器，执行步骤4)；若没有则执行步骤3)。

进一步地，所述步骤3)中电源管理芯片检测充电器是否只有D-上升沿，若只有D-上升沿则该充电器为标准充电器，电源管理芯片读取标准充电器充电参数，然后执行步骤4)；否则该充电器为一般充电器，电源管理芯片读取一般充电器充电参数，然后执行步骤4)。

进一步地，所述步骤1)之前还包括：所述电源管理芯片分别储存USB充电参数、标准充电器充电参数、一般充电器充电参数以及安全充电电压。

进一步地，所述安全充电电压的值为6.1V。

综上可知，本发明可以在不增加硬件电路的情况下通过软件方法实现过压保护功能以满足YD/T1591-2006标准中强制要求的充电器过压保护规定。在降低成本的同时，减少了其他部门对实现此功能投入的人力和物力，提高手机的竞争力。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为现有技术的过压充电保护电路的结构示意图；

图2为本发明的用于手机充电的过压充电保护装置的结构示意图；

图3为本发明的用于手机充电的过压充电保护装置的电路原理图；

图4为本发明的用于手机充电的过压充电保护装置的电路原理图；

图5为本发明的用于手机充电的过压充电保护方法的流程图。

具体实施方式

参见图2-4所示，本发明的用于手机充电的过压充电保护装置，与电池相连接，有带有USB-OTG功能的电源管理芯片、三极管以及场效应管组成。本发明中的电源管理芯片的供电引脚不包括USB-VBUS供电引脚，且该引脚的电压承受能力大于等于9V。本实施例中采用高通QSC60X0平台的芯片作为电源管理芯片，将该平台中的VCHG引脚作为供电引脚。

在高通QSC60X0平台中包括以下引脚：VBUS引脚为USB接口信号之一，其能够承受的最大输入电压为7.5V。BAT-FET引脚为电池MOS管打开/关断控制信号，由QSC60X0芯片输出。VCHG引脚为充电电压，由充电器输出送到QSC60X0芯片的V15脚(即VCHG脚)。CHG-CNT引脚为充电三极管打开/关断控制信号，由QSC60X0芯片输出。ISNS-N引脚和ISNS-P引脚均为QSC60X0内部A/D取样器信号输入端。

本装置中的电源管理芯片的USB-VBUS引脚连接所述电池的负极。

所述三极管的发射极连接VCHG引脚，集电极连接所述场效应管的源极，基极连接所述电源管理芯片中的一控制三极管打开/关断的CHG-CNT引脚。

所述场效应管的漏极连接是所述电池正极，栅极连接所述电源管理芯片中的一控制场效应管打开/关断的BAT-FET引脚。

一个47k Ω的负载电阻，串联在所述USB-VBUS引脚与所述电池负极之间，一个0.1Ω的低负载电阻，串联在所述三极管的集电极与所述场效应管的源极之间。一模数取样电路，其ISNS-N和ISNS-P引脚作为输入端与所述低负载电阻的两端分别连接。模数取样电路在本发明中的作用是对充电电压进行取样得到充电电压的数值并将这个电压值送给CPU进行判断是否超过过压保护电路要求的阀值。

参见图4，QSC60X0平台内部的USB供电电路可以通过一个选择开关来选择VDD和USB-VBUS进行供电，即USB-OTG电路在没有USB接口提供的VBUS信号仍可以使用芯片内部的VDD供电正常工作，USB可以不使用VBUS信号就能正常工作了，因此，只要将VBUS信号接到VCHG脚那样在USB数据连接模式也可以对手机进行充电了。

如此，VBUS和VCHG就是共用VCHG这一个脚了，按以前(USB连接通过VBUS脚，充电器连接用VCHG脚)的软件判定流程无法正确识别插入的是USB数据线还是充电器了。因此需要对相关软件的判定流程做修改，在检测到充电中断后再通过检测USB数据线D+和D-的上拉/下拉状态来判断插入的充电器类型，具体参见过压充电保护方法的步骤2)至步骤4)。

参见图5所示，本发明的用于手机充电的过压充电保护方法，采用上述用于手机充电的过压充电保护装置，其包括以下步骤：

所述电源管理芯片分别储存USB充电参数、标准充电器充电参数、一般充电器充电参数以及安全充电电压，所述安全充电电压的值设定为6.1V。

1)将充电器连接该用于手机充电的过压充电保护装置。

2)所述电源管理芯片通过软件触发硬件电源管理中断方式，检测充电器是否有具有USB-OTG中断来判断充电器是否是USB接口充电器，若有则该充电器为USB接口充电器，电源管理芯片读取USB充电参数，执行步骤4)，若没有则该充电器为标准充电器或一般充电器中的一种，执行步骤3)。

3)所述电源管理芯片通过检测充电器是否只有D-上升沿，来判断充电器是否是标准充电器，若只有D-上升沿则该充电器为标准充电器，电源管理芯片读取标准充电器充电参数，然后执行步骤4)；否则该充电器为一般充电器，电源管理芯片读取一般充电器充电参数，然后执行步骤4)。

4)所述电源管理芯片比较充电器的实际充电电压与安全充电电压，在安全充电电压的允许范围内连接充电器与手机，对手机充电。所述0.1Ω的低负载电阻采样充电器的实际充电电压，所述电源管理芯片读取充电器的采样电压，并将采样电压的平均值与安全充电电压进行比较，当采样电压的平均值大于安全充电电压时，所述电源管理芯片输出0V低电平到三极管的基极，关断所述三极管，停止对手机充电；当采样电压的平均值小于等于安全充电电压时，电源管理芯片输出2.6V高电平到三极管的基极，打开所述三极管，依据相应的充电器充电参数对手机充电。

其中，当充电器是USB接口充电器时，电源管理芯片读取USB充电参数，QSC60X0平台内部的选择开关连接USB-VBUS，电源管理芯片比较充电器的实际充电电压与安全充电电压，对手机充电。当充电器是标准充电器或一般充电器时，QSC60X0平台内部的选择开关连接VDD，电源管理芯片比较充电器的实际充电电压与安全充电电压，对手机充电。可见本装置能够兼容三种接口的充电器，充分满足使用者日常需求。

综上可知，本发明可以在不增加硬件电路的情况下通过软件方法实现过压保护功能以满足YD/T1591-2006标准中强制要求的充电器过压保护规定。在降低成本的同时，减少了其他部门对实现此功能投入的人力和物力，提高手机的竞争力。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (9)

1.一种用于手机充电的过压充电保护装置，与充电线路相连接，包括带有USB-OTG功能的电源管理芯片，其特征在于还包括：三极管以及场效应管；

所述电源管理芯片的USB-VBUS引脚连接所述充电线路的负极；

所述三极管的发射极连接所述电源管理芯片的供电引脚，集电极连接所述场效应管的源极，基极连接所述电源管理芯片中的一控制三极管打开/关断的引脚；

所述场效应管的漏极连接所述电池的正极，栅极连接所述电源管理芯片中的一控制场效应管打开/关断的引脚；

还包括：一负载电阻，串联在所述USB-VBUS引脚与所述充电线路负极之间，一低负载电阻，串联在所述三极管的集电极与所述场效应管的源极之间，所述电源管理芯片为高通QSC60X0平台的芯片，所述供电引脚为VCHG引脚。

2.根据权利要求1所述的用于手机充电的过压充电保护装置，其特征在于：所述负载电阻的阻值为47kΩ，所述低负载电阻的阻值为0.1Ω。

3.根据权利要求2所述的用于手机充电的过压充电保护装置，其特征在于还包括：一模数取样线路，其输入端在电源管理芯片内部与VCHG引脚连接。

4.一种用于手机充电的过压充电保护方法，采用权利要求1至3中任一权利要求所述的用于手机充电的过压充电保护装置，其特征在于包括以下步骤：

1)将充电器连接该用于手机充电的过压充电保护装置；

2)所述电源管理芯片检测充电器是否是USB接口充电器，若是则电源管理芯片读取USB充电参数，执行步骤4)，若不是，执行步骤3)；

3)所述电源管理芯片检测充电器是否是标准充电器，若是则电源管理芯片读取标准充电器充电参数；若不是则电源管理芯片读取一般充电器充电参数；

4)所述电源管理芯片比较充电器的实际充电电压与安全充电电压，在安全充电电压的允许范围内连接充电器与手机，依据读取的充电器充电参数对手机进行充电。

5.如权利要求4所述的用于手机充电的过压充电保护方法，其特征在于：所述步骤4)中，所述低负载电阻采样充电器的实际充电电压，所述电源管理芯片读取充电器的采样电压，并将采样电压的平均值与安全充电电压进行比较，当采样电压的平均值大于安全充电电压时，所述电源管理芯片输出低电平到三极管的基极，关断所述三极管，停止对手机充电；当采样电压的平均值小于等于安全充电电压时，电源管理芯片输出高电平到三极管的基极，打开所述三极管，对手机进行充电。

6.如权利要求5所述的用于手机充电的过压充电保护方法，其特征在于：所述步骤2)中电源管理芯片检测充电器是否有具有USB-OTG中断，若有则该充电器为USB接口充电器，执行步骤4)；若没有则执行步骤3)。

7.如权利要求5或6所述的用于手机充电的过压充电保护方法，其特征在于：所述步骤3)中电源管理芯片检测充电器是否只有D-上升沿，若只有D-上升沿则该充电器为标准充电器，电源管理芯片读取标准充电器充电参数，然后执行步骤4)；否则该充电器为一般充电器，电源管理芯片读取一般充电器充电参数，然后执行步骤4)。

8.如权利要求7所述的用于手机充电的过压充电保护方法，其特征在于：所述步骤1)之前还包括：所述电源管理芯片分别储存USB充电参数、标准充电器充电参数、一般充电器充电参数以及安全充电电压。

9.如权利要求8所述的用于手机充电的过压充电保护方法，其特征在于：所述安全充电电压的值为6.1V。

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