CN102916463B - Usb智能充电器 - Google Patents

Abstract

一种USB智能充电器，包括为USB智能充电器提供电源的USB输入接口、用于连接充电设备并输出充电电压的输出接口、对充电设备的电池的当前电压进行采集的电压采集单元、对充电设备当前的充电状态进行指示的状态指示单元及根据电压采集单元采集的电池的当前电压对状态指示单元指示的充电状态进行控制的控制单元，所述充电状态包括充电设备的电池的电量情况，所述电压采集单元的一端与所述输出接口连接，所述电压采集单元的另一端与所述控制单元连接。该USB智能充电器在进行充电时，控制单元通过电压采集单元采集得到的充电设备的电池的电压来控制状态指示单元指示电池的电量，从而直观的反映出充电状态。

Description

USB智能充电器

技术领域

本发明涉及一种充电设备，特别是涉及一种USB智能充电器。

背景技术

目前市面上的USB充电器都是直接为锂离子电池(或者称为锂电池)提供电源，充满电后不能直观地反映出充电完成，需要在手机端才能看到，同时也不能充满后自动切断电源。电池的长时间充电可能导致过充，而电池任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。

因此，要对充电电池的充电过程进行控制，以防止电池过充。传统的对锂离子电池的保护，一般是在锂电池组内，设置一片保护板，用以监测充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项，对电池进行保护。但是保护板的这三项保护有时也会失效，导致电池损坏。

另外，如果电子的防护措施都失败了，就剩下最后的一道防线。最后一道防线由电芯来提供。电芯的安全等级依据电芯抵抗外部短路和过充的能力大略区分。电池爆炸前，如果内部有锂原子堆积在材料表面，电池的爆炸威力会更大。因为过充的防护常因消费者使用劣质充电器而只剩一道防线，所有电芯抗过充能力比抗外部短路的能力更重要。

因此，常用的USB充电器安全性低，无法直观显示电池的充电状态(此处的充电状态指电池在充电过程中电池内的电量)。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够直观反映出充电状态的USB智能充电器。

一种USB智能充电器，包括为所述USB智能充电器提供电源的USB输入接口和用于连接充电设备并输出充电电压的输出接口，所述USB智能充电器还包括对充电设备的电池的当前电压进行采集的电压采集单元、对充电设备当前的充电状态进行指示的状态指示单元及根据所述电压采集单元采集的电池的当前电压对状态指示单元指示的充电状态进行控制的控制单元，所述充电状态包括充电设备的电池的电量情况，所述电压采集单元的一端与所述输出接口连接，所述电压采集单元的另一端与所述控制单元连接。

在其中一个实施例中，所述状态指示单元包括至少三个状态指示灯，所述控制单元根据逐渐增大的电池的当前电压输出控制信号驱动相应的状态指示灯依次亮起，用于指示相应的电池的电量百分比。

在其中一个实施例中，所述控制单元还驱动未亮起的状态指示灯闪烁。

在其中一个实施例中，所述状态指示灯的数量为四个，所述控制单元为型号为PC16C620的单片机，所述型号为PC16C620的单片机的PORTB1端与所述电压采集单元相连，PORTA3端、PORTB7端、PORTA0端及PORTB3端与状态指示灯相连，VDD端与USB输入接口的电源端相连。

在其中一个实施例中，所述的USB智能充电器还包括与USB输入接口相连的开关单元，所述控制单元根据所述电压采集单元采集的电池的当前电压输出信号至所述开关单元，所述开关单元根据控制单元输出的信号决定是否对充电设备的电池充电。

在其中一个实施例中，所述开关单元包括控制信号转换单元与切换开关，所述控制信号转换单元将控制单元输出的控制信号转换成充电设备的充电控制信号，所述控制信号转换单元控制USB输入接口在充电状态与数据传输状态之间相互转换，所述控制信号转换单元的一端与所述控制单元相连，另一端与所述切换开关相连，所述切换开关包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚与第六引脚，所述第一引脚与USB输入接口的一个数据端相连，所述第六引脚与USB输入接口的另一个数据端相连，所述第二引脚与输出接口的一个数据端相连，所述第五引脚与输出接口的另一个数据端相连，所述第三引脚与所述第四引脚与所述控制信号转换单元的一端相连，所述USB输入接口的电源端与所述输出接口的电源端相连。

在其中一个实施例中，所述控制信号转换单元包括至少两个阻值相同的第一电阻与第二电阻，所述第一电阻与所述第二电阻相串联，所述第一电阻与所述第二电阻的连接处与所述切换开关的第三引脚及第四引脚相连。

在其中一个实施例中，所述电压采集单元包括相并联的采样电阻与滤波电容，所述采样电阻与滤波电容的一端接地，另一端与控制单元及输出接口的接地端相连。

上述USB智能充电器在进行充电时，控制单元通过电压采集单元采集得到的充电设备的电池的电压来控制状态指示单元指示电池的电量，从而直观的反映出充电状态。并且能够精确、简单、快速的测量电池的电量。

附图说明

图1为一个实施例的USB智能充电器电路图。

具体实施方式

请参考图1，一个实施例提供一种USB智能充电器，该USB智能充电器包括为该USB智能充电器提供电源的USB输入接口110和用于连接充电设备并输出充电电压的输出接口160。另外，该USB智能充电器还包括对充电设备的电池的当前电压进行采集的电压采集单元150、对充电设备当前的充电状态进行指示的状态指示单元140及根据电压采集单元150采集的电池的当前电压对状态指示单元140指示的充电状态进行控制的控制单元150，此处的充电状态包括充电设备的电池的电量情况。这样，该USB智能充电器可以通过状态指示单元140直观的指示电池的电量。

该USB智能充电器的USB输入接口110可与常用的USB接口相连接。该USB输入接口110包括电源端VCC、数据端DATA+与DATA-及接地端GND。

该USB智能充电器的输出接口160与USB输入接口110相对应。该输出接口160也包括电源端VCC、数据端DATA+与DATA-及接地端PGND。该USB输入接口110的电源端VCC与输出接口160的VCC相连接。

该USB智能充电器还包括开关单元120，开关单元120包括控制信号转换单元121与切换开关SW1。所述控制信号转换单元121将控制单元130输出的控制信号转换成充电设备的充电控制信号，所述切换开关SW1控制USB输入接口在充电状态与数据传输状态之间相互转换。控制信号转换单元121的一端与控制单元130相连，另一端与切换开关SW1相连。

切换开关SW1包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚与第六引脚，分别对应图中切换开关SW1的1、2、3、4、5、6。第一引脚与USB输入接口110的一个数据端，例如DATA+相连，第六引脚与USB输入接口的另一个数据端DATA-相连，第二引脚与输出接口的一个数据端DATA+相连，第五引脚与输出接口的另一个数据端DATA-相连，第三引脚与第四引脚与控制信号转换单元121的一端相连。

这样，切换开关SW1可以通过将第一引脚与第二引脚相连，第五引脚与第六引脚相连，第二引脚与第三引脚断开，第四引脚与第五引脚断开，而使该USB智能充电器工作在数据传输状态。该切换开关SW1也可以通过将第一引脚与第二引脚断开，第五引脚与第六引脚断开，第二引脚与第三引脚相连，第四引脚与第五引脚相连，而使该USB智能充电器工作在充电状态。因此该切换开关SW1能够实现在充电状态与数据传输状态之间相互转换的功能。

该USB智能充电器的控制信号转换单元121包括至少两个阻值相同的第一电阻与第二电阻，第一电阻与第二电阻相串联，第一电阻与第二电阻的连接处与切换开关SW1的第三引脚及第四引脚相连。图中的电阻为四个分别为第一电阻R7、第二电阻R8、第三电阻R9与第四电阻R10，它们的阻值相同。其中第一电阻R7与第二电阻R8相串联，第三电阻R9与第四电阻R10相串联。第一电阻R7与第二电阻R8的连接处与切换开关SW1的第三引脚相连。第三电阻R9与第四电阻R10的连接处与切换开关SW1的第四引脚相连。

当切换开关SW1处于充电状态时，控制单元130发出控制信号，控制信号转换单元121将该控制信号转换成充电设备的充电控制信号，从而使充电设备开始充电。此处的充电设备是一类需要在数据传输接口接到信号才会在电源端口开始充电的设备，因此需要在输出接口160的数据端DATA+、DATA-有电压输入。

该USB智能充电器的电压采集单元150包括相并联的采样电阻R9与滤波电容C1、C2，此处为两个滤波电容，分别为第一滤波电容C1与第二滤波电容C2。该采样电阻R9的一端接地，另一端与控制单元130及输出接口160的接地端PGND相连。第一滤波电容C1与第二滤波电容C2的一端接地，另一端与控制单元130及输出接口160的接地端PGND相连。该采样电阻R9用于采集充电设备的电压。

该USB智能充电器的控制单元130为型号为PC16C620的单片机U1。该型号为PC16C620的单片机U1的PORTA4端(对应图中U1的引脚11)与开关单元120相连，PORTB1端(对应图中U1的引脚7)与电压采集单元150相连，PORTA3端(对应图中U1的引脚1)、PORTB7端(对应图中U1的引脚2)、PORTA0端(对应图中U1的引脚15)及PORTB3端(对应图中U1的引脚16)与状态指示单元140相连，VDD端(对应图中U1的引脚12)与USB输入接口110的电源端VCC相连。这样型号为PC16C620的单片机U1就可以实现根据电压采集单元150采集得到的信号来控制开关单元120与状态指示单元140的工作。

该型号为PC16C620的单片机U1可以根据需要进行设计，以控制开关单元120与状态指示单元140的工作。例如可以根据充电设备所充入的电量，此处充电设备所充入的电量与电压采集单元150采集到的电压相对应，来控制状态指示单元140所对应的状态。

该USB智能充电器的状态指示单元140包括至少三个连接于USB输入接口110的电源端VCC与控制单元130之间的状态指示灯。控制单元150根据逐渐增大的电池的当前电压输出控制信号驱动相应的状态指示灯依次亮起，用于指示相应的电池的电量百分比。控制单元150还驱动未亮起的状态指示灯闪烁。此处的状态指示灯为发光二极管。图中的发光二极管的数量为四个，分别为第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第三发光二极管D3与第四发光二极管D4、。这四个发光二极管中的每一个发光二极管均与一个电阻串联，然后再分别与型号为PC16C620的单片机U1的PORTA0端、PORTB3端、PORTA3端及PORTB7端相连。例如，第一发光二极管D1与电阻R1相串联，然后R1的一端再与型号为PC16C620的单片机U1的PORTA0端相连。这样型号为PC16C620的单片机U1就可以分别控制各个发光二极管的亮暗，以反应不同的状态。

例如，当充电电池的电量达到自身充满时电量的25％之前，四个发光二极管依次闪烁，频率为1Hz，即每1秒内四个发光二极管依次闪烁一下。达到25％时，其中一个发光二极管常亮，其它三个闪烁，频率1Hz。达到50％时其中二个发光二极管常亮，其它二个闪烁，频率1Hz。达到75％时，其中三个发光二极管常亮，另外一个闪烁，频率1Hz，即每1秒另外一个发光二极管闪烁一下。达到100％时，四个发光二极管同时全亮，这时表示充电完成。此处也可以采用发光二极管所具有的其它显示状况来指示充电状态，只要在型号为PC16C620的单片机U1内写入合适的程序即可。例如，此处还可以采用发光二极管的闪烁频率来指示不同的充电状态。当充电电池的电量达到自身充满时电量的25％之前，四个发光二极管依次闪烁，频率为1Hz。达到25％时，四个发光二极管依次闪烁，频率0.5Hz。达到50％时其，四个发光二极管依次闪烁，频率0.25Hz。达到75％时，四个发光二极管依次闪烁，频率0.125Hz。达到100％时，四个发光二极管同时全亮，这时表示充电完成。

该USB智能充电器工作时，用户可以通过切换开关SW1来选择数据传输状态与充电状态。当切换开关SW1处于数据传输状态，即第一引脚与第二引脚相连，第五引脚与第六引脚相连，第二引脚与第三引脚断开，第四引脚与第五引脚断开时，数据将从USB输入接口110的数据端DATA+、DATA-传送至输出接口160的数据端DATA+、DATA-。这样即可实现对连接在输出接口160上的设备进行数据传输。

当切换开关SW1处于充电状态，即第一引脚与第二引脚断开，第五引脚与第六引脚断开，第二引脚与第三引脚相连，第四引脚与第五引脚相连时，控制单元130将会发出控制信号；控制信号传输至开关单元120的控制信号转换单元120，该控制信号转换单元120会将控制信号转换成连接在输出接口160上的充电设备启动充电所需的信号；连接在输出接口160上的充电设备收到该控制信号后开始充电，电流即可从USB输入接口110流到输出接口160，并进入充电设备。

在充电过程中，控制单元130会一直检测电压采集单元150采集到的电压，并根据该电压来输出控制信号与控制状态指示单元140的工作，例如，当充电电池的电量达到自身充满时电量的25％之前，状态指示单元140的四个发光二极管依次闪烁，频率为1Hz。达到25％时，其中一个发光二极管常亮，其它三个闪烁，频率1Hz。达到50％时其中二个发光二极管常亮，其它二个闪烁，频率1Hz。达到75％时，其中三个发光二极管常亮，另外一个闪烁，频率1Hz。达到100％时，四个发光二极管同时全亮，这时表示充电完成。

充电过程中，用户可以根据状态指示单元140的显示主动去切断电源，从而达到保护充电设备，延长充电设备的电池寿命的目的。

当充电完成而一段时间(此处的一段时间例如是一分钟)后用户仍没有主动切断电源时，控制单元130会停止对开关单元120发出控制信号，或者发出结束充电的控制信号。这样充电设备就停止接受从输出接口160传来的电流。达到保护充电设备的电池，延迟电池寿命的目的。

该USB智能充电器在进行充电时，控制单元130通过检测电压采集单元150采集得到的充电设备的电压来控制USB输入接口110是否对输出接口160连接的充电设备进行充电。在充电过程中，状态指示单元140可以直观的显示充电设备的电池的电量情况，方便用户判断电池内的电量。当充电设备充满电时，该USB智能充电器的状态指示单元140会显示充电完成，从而提醒用户切断电源，从而保护充电设备的电池。如果用户没有在一定时间内切断电源，该USB智能充电器可以自动停止充电，从而减少对充电设备的电池的危害，延长充电设备的电池的使用寿命。因此该USB智能充电器的状态指示单元140可以很直观的反映与该USB智能充电器相连的充电设备的电池的电量，方便用户使用。另外，该USB智能充电器在充电完成后能够自动切断电源，保护电池。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种USB智能充电器，包括为所述USB智能充电器提供电源的USB输入接口和用于连接充电设备并输出充电电压的输出接口，其特征在于，所述USB智能充电器还包括对充电设备的电池的当前电压进行采集的电压采集单元、对充电设备当前的充电状态进行指示的状态指示单元及根据所述电压采集单元采集的电池的当前电压对状态指示单元指示的充电状态进行控制的控制单元，所述充电状态包括充电设备的电池的电量情况，所述电压采集单元的一端与所述输出接口连接，所述电压采集单元的另一端与所述控制单元连接；所述状态指示单元包括至少三个状态指示灯，所述控制单元根据逐渐增大的电池的当前电压输出控制信号驱动相应的状态指示灯依次亮起，用于指示相应的电池的电量百分比；所述USB智能充电器包括开关单元，所述开关单元包括控制信号转换单元与切换开关；所述控制信号转换单元将控制单元输出的控制信号转换成充电设备的充电控制信号，所述控制信号转换单元控制USB输入接口在充电状态与数据传输状态之间相互转换。

2.根据权利要求1所述的USB智能充电器，其特征在于，所述控制单元还驱动未亮起的状态指示灯闪烁。

3.根据权利要求1或2所述的USB智能充电器，其特征在于，所述状态指示灯的数量为四个。

4.根据权利要求1所述的USB智能充电器，其特征在于，所述开关单元与所述USB输入接口连接，所述控制单元根据所述电压采集单元采集的电池的当前电压输出信号至所述开关单元，所述开关单元根据控制单元输出的信号决定是否对充电设备的电池充电。

5.根据权利要求4所述的USB智能充电器，其特征在于，所述控制信号转换单元控制USB输入接口在充电状态与数据传输状态之间相互转换，所述控制信号转换单元的一端与所述控制单元相连，另一端与所述切换开关相连，所述切换开关包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚与第六引脚，所述第一引脚与USB输入接口的一个数据端相连，所述第六引脚与USB输入接口的另一个数据端相连，所述第二引脚与输出接口的一个数据端相连，所述第五引脚与输出接口的另一个数据端相连，所述第三引脚与所述第四引脚与所述控制信号转换单元的一端相连，所述USB输入接口的电源端与所述输出接口的电源端相连。

6.根据权利要求5所述的USB智能充电器，其特征在于，所述控制信号转换单元包括至少两个阻值相同的第一电阻与第二电阻，所述第一电阻与所述第二电阻相串联，所述第一电阻与所述第二电阻的连接处与所述切换开关的第三引脚及第四引脚相连。

7.根据权利要求1所述的USB智能充电器，其特征在于，所述电压采集单元包括相并联的采样电阻与滤波电容，所述采样电阻与滤波电容的一端接地，另一端与控制单元及输出接口的接地端相连。