CN103199574A - 一种充电装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电装置及系统，该充电装置包括：至少两个独立设置且在充电时供所述受电设备的探针接触的金属盘；控制电路；分别与每个金属盘连接的检测电路，用于在所述控制电路的控制下，检测是否有受电设备的探针与所述金属盘接触及判断与所述金属盘接触的探针的正负极性；分别与每个金属盘连接的开关电路，用于在所述控制电路的控制下，根据检测结果将相应的公共电位与所述金属盘接通或断开；与所述开关电路连接的采样电路，用于采样正在充电的受电设备的总充电电流，并将采样信号处理后发送至所述控制电路。本发明还构造一种充电系统。实施本发明的技术方案，操作方便，通用性强。

Description

一种充电装置及系统

本发明要求申请号201210580463.0、申请日2012年12月27日的中国专利申请的优选权，本发明参考并结合其全部内容。

技术领域

本发明涉及设备充电领域，尤其涉及一种充电装置及系统。

背景技术

随着科技的发展，越来越多的受电设备在人们的生活中使用。在使用该等受电设备时，通常是直接通过电源插头等直接接入电源为受电设备供电，或者为受电设备的电池供电。然而随着受电设备的增多，电源插头也会随之增加，它们之间的连接线很容易发生缠绕，这样对使用者造成了使用上的不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种方便用户使用的充电装置及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种充电装置，用于为受电设备充电，所述充电装置包括：

至少两个独立设置且在充电时供所述受电设备的探针接触的金属盘；

控制电路；

分别与每个金属盘连接的检测电路，用于在所述控制电路的控制下，检测是否有受电设备的探针与所述金属盘接触及判断与所述金属盘接触的探针的正负极性；

分别与每个金属盘连接的开关电路，用于在所述控制电路的控制下，根据检测结果将相应的公共电位与所述金属盘接通或断开；

与所述开关电路连接的采样电路，用于采样正在充电的受电设备的总充电电流，并将采样信号处理后发送至所述控制电路。

在本发明所述的充电装置中，所述检测电路还用于在所述控制电路的控制下，检测是否有异常物质接触所述金属盘，并将检测结果发送至所述控制电路。

在本发明所述的充电装置中，所述充电装置还包括与所述控制电路和所述采样电路连接的过流保护电路，用于判断所采样的总充电电流是否大于预设值，并在大于预设值时停止输出公共正电位的电压。

在本发明所述的充电装置中，所述检测电路包括上拉电阻、第一分压电阻、第二分压电阻和第一开关管，其中，上拉电阻、第一分压电阻、第二分压电阻依次串联在电源正端和地之间，所述上拉电阻和所述第一分压电阻的连接点接所述金属盘，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的连接点接所述控制电路的第一输入端，所述第一开关管的控制端连接所述控制电路的第一输出端，所述第一开关管的第一端连接所述金属盘，所述第一开关管的第二端接地。

在本发明所述的充电装置中，所述开关电路包括用于控制所述金属盘与公共正电位连接或断开的正开关单元，及用于控制所述金属盘与公共负电位连接或断开的负开关单元。

在本发明所述的充电装置中，所述正开关单元包括第二开关管和第三开关管，所述第二开关管的控制端连接所述控制电路的第二输出端，所述第二开关管的第二端接地，所述第二开关管的第一端接所述第三开关管的控制端，所述第三开关管的第二端接公共正电位，所述第三开关管的第一端接所述金属盘。

在本发明所述的充电装置中，所述负开关单元包括第四开关管，其中，所述第四开关管的控制端接所述控制电路的第三输出端，所述第四开关管的第一端接所述金属盘，所述第四开关管的第二端接所述公共负电位。

在本发明所述的充电装置中，所述检测电路包括第五开关管、第六开关管、上拉电阻、稳压二极管，其中，所述第五开关管的控制端连接所述控制电路的第一输出端，所述第五开关管的第二端接地，所述第五开关管的第一端接所述金属盘，所述金属盘还通过所述上拉电阻连接电源正端和所述稳压二极管的负极，所述稳压二极管的正极接所述第六开关管的控制端，所述第六开关管的第二端接地，所述第六开关管的第一端接所述控制电路的第一输入端。

在本发明所述的充电装置中，所述采样电路包括第七开关管、采样电阻和放大器，其中，所述采样电阻连接在所述公共负电位和地之间，所述第七开关管的控制端连接所述控制电路的第四输出端，所述第七开关管的第一端分别接所述公共负电位和放大器的正输入端，所述第七开关管的第二端接地，所述放大器的负输入端接地，所述放大器的输出端接所述控制电路的第二输入端。

在本发明所述的充电装置中，所述采样电路还包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻连接在所述放大器的输出端和所述控制电路的第二输入端之间，所述滤波电容连接在所述控制电路的第二输入端和地之间。

本发明还构造一种充电系统，包括充电装置和受电设备，所述充电装置为以上任一项所述的充电装置；所述受电设备包括可充电电池、第一探针、第二探针、用于配合所述充电装置检测所述第一探针和第二探针的极性的单向导通器件，而且，所述第一探针连接所述可充电电池的正端，所述第二探针连接所述可充电电池的负端，所述单向导通器件的正向导通端连接所述第二探针，所述单向导通器件的负向导通端连接所述第一探针。

在本发明所述的充电系统中，所述单向导通器件为二极管、晶闸管、IGBT。

实施本发明的技术方案，在使用本发明的充电装置为受电设备充电时，将受电设备的两个探针分别放置在无线充电装置的两个金属盘上，使受电设备的两个探针分别与充电装置的两个金属盘接触，然后分别检测与每个金属盘接触的探针的极性，并根据检测结果使公共正电位或公共负电位与相应的金属盘连接，也即与受电设备的相应探针接触，从而可对受电设备进行充电，因此，具有使用方便、通用性好的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明受电设备实施例一的逻辑图；

图2是本发明充电装置实施例一的逻辑图；

图3是本发明充电装置中检测电路实施例一的电路图；

图4是本发明充电装置中开关电路的正开关单元实施例一的电路图；

图5是本发明充电装置中开关电路的负开关单元实施例一的电路图；

图6是本发明充电装置中采样电路实施例一的电路图；

图7是本发明充电装置中检测电路实施例二的电路图；

图8是本发明充电装置中开关电路实施例二的电路图。

具体实施方式

本发明为解决使用充电装置为受电设备充电时操作不方便的问题，提供一种充电系统，该充电系统包括充电装置和受电设备，该充电装置可为受电设备充电。

在受电设备中，包括有可充电电池、单向导通器件、第一探针和第二探针，其中，第一探针连接可充电电池的正端，第二探针连接所述可充电电池的负端，单向导通器件的正向导通端连接第二探针，单向导通器件的负向导通端连接第一探针。与该受电设备相对应的充电装置包括至少两个金属盘，而且，受电设备的第一探针和第二探针在充电时分别与充电装置的金属盘接触，单向导通器件用于配合电装置检测第一探针和第二探针的极性。

在受电设备中，优选地，单向导通器件例如为二极管、晶闸管、IGBT管，例如，在图1所示的实施例中，该单向导通器件为二极管，而且，二极管的正极连接负极性探针Probe-，二极管的负极连接正极性探针Probe+。

图2是本发明充电装置实施例一的逻辑图，该实施例的充电装置包括至少两个独立设置的金属盘10、…、10′、控制电路20、与每个金属盘对应的检测电路30、…、30′、与每个金属盘对应的开关电路40、…、40′、及采样电路50。下面仅以与金属盘10相对应的检测电路30、开关电路40为例进行说明，应能理解，与其它金属盘相对应的检测电路和开关电路的逻辑结构与检测电路30、开关电路40的逻辑结构相同，在此不做赘述。在该实施例中，金属盘10用于在充电时供受电设备的探针接触。检测电路30分别与控制电路20和金属盘10相连，且用于在控制电路20的控制下，检测是否有受电设备的探针与该金属盘10接触及判断与该金属盘10接触的探针的正负极性。开关电路40分别与控制电路20和金属盘10相连，且用于在控制电路20的控制下，根据检测结果将相应的公共电位（公共正电位或公共负电位）与金属盘10接通或断开，具体为：若没有检测到探针与该金属盘10接触，则将公共正电位和公共负电位均与金属盘10断开连接；若检测到与该金属盘10接触的探针的极性为正，则将公共正电位接入该金属盘10；若检测到与该金属盘10接触的探针的极性为负，则将公共负电位接入该金属盘10。采样电路50分别与控制电路20和开关电路40相连，且用于采样正在充电的受电设备的总充电电流，并将采样信号处理后发送至控制电路20。公共正电位和负电位可以是电源电压经降压、稳压处理后的电位，例如公共正电位为5V电压，公共负电位为采样电路50上的电压，近似为零。实施该实施例的技术方案，在为受电设备充电时，将受电设备的两个接触探针分别放置在无线充电装置的两个金属盘上，使受电设备的两个探针分别与充电装置的两个金属盘接触，然后分别检测与每个金属盘接触的探针的极性，并根据所检测的极性使公共正电位或公共负电位与金属盘连接，也即与受电设备的探针接触，从而可对受电设备进行充电，因此，具有使用方便、通用性好的优点。

在本发明充电装置的一个优选实施例中，上述的检测电路还用于在控制电路20的控制下，检测是否有异常物质（例如，水、人的手指）接触金属盘，并将检测结果发送至控制电路20，然后控制电路根据检测结果控制开关电路，以切断受电设备的供电。

在本发明充电装置的另一个优选实施例中，该充电装置还包括与控制电路和采样电路连接的过流保护电路，用于判断总充电电流是否大于预设值，并在大于预设值时停止输出公共正电位的电压。

下面结合图3-6说明充电装置的一个具体实施例，首先说明的是，控制电路包括微处理器及其它的外围供电电路，该供电电路用于将电源电压经降压、稳压后输出5V、3.3V的电压。

在图3所示的本发明充电装置中检测电路中，结合图1所示的受电设备，在该检测电路中，上拉电阻R89、分压电阻R98、分压电阻R109依次串联在电源正端Vin和地之间，上拉电阻R89和分压电阻R98的连接点（V15处）接金属盘（未示出），分压电阻R98和分压电阻R109的连接点通过由电阻R104和电容C26组成的滤波单元后连接控制电路的输入端K15，三极管Q16的基极通过限流电阻R119连接控制电路的输出端S15，三极管Q16的集电极通过限流电阻R99连接金属盘，三极管Q16的发射极地。另外，三极管Q16的基极和发射极之间连接有隔离电阻R114。最后需说明的是，限流电阻R119、R99起限流作用，避免大电流而烧坏三极管，隔离电阻R114起隔离作用，当然，在另一个实施例中，该限流电阻R119、R99、隔离电阻R114可省略。而且，三极管Q6在其它实施例中也可选用其它类型的开关管，例如MOS管等。另外，还应当说明的是，以上只是一个金属盘所对应的检测电路的电路结构，应理解，与其它金属盘所对应的检测电路的电路结构与其相似，在此不做赘述。

开关电路包括正开关单元和负开关单元，其中，正开关单元用于控制金属盘与公共正电位连接或断开，负开关单元用于控制金属盘与公共负电位连接或断开。

在图4所示的本发明充电装置中开关电路的正开关单元中，三极管Q44的基极通过限流电阻R168连接控制电路的输出端N1，三极管Q44的发射极接地，三极管Q44的集电极通过限流电阻R157接MOS管Q38的栅极，MOS管Q38的源极接公共正电位（5V），MOS管Q38的漏极接金属盘，另外，隔离电阻R151连接在MOS管Q38的栅极和源极之间。同样，需说明的是，限流电阻R168、R157起限流作用，避免大电流而烧坏三极管或MOS管，隔离电阻R151起隔离作用，当然，在另一个实施例中，该限流电阻R168、R157、隔离电阻R151可省略。而且，三极管Q44也可选用MOS管，MOS管Q38也可选用三极管。另外，还应当说明的是，以上只是一个金属盘所对应的正开关单元的电路结构，应理解，与其它金属盘所对应的正开关单元的电路结构与其相似，在此不做赘述。

在图5所示的本发明充电装置中开关电路的负开关单元中，MOS管Q18的栅极通过限流电阻R19连接控制电路的输出端P1，MOS管Q18的漏极接金属盘，MOS管Q18的源极接公共负电位（0V），另外，电阻R120连接在MOS管Q18的栅极和地之间。同样，需说明的是，限流电阻R129起限流作用，避免大电流而烧坏MOS管，当然，在另一个实施例中，该限流电阻R129可省略。而且，三极管Q18也可选用其它类型的开关管。另外，还应当说明的是，以上只是一个金属盘所对应的负开关单元的电路结构，应理解，与其它金属盘所对应的负开关单元的电路结构与其相似，在此不做赘述。

在图6所示的本发明充电装置中的采样电路中，采样电阻R8连接在公共负电位（0V）和地之间，MOS管Q2的栅极通过限流电阻R7连接控制电路的输出端ON/OFF，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极分别接公共负电位（0V）和放大器U4B的正输入端，放大器U4B的负输入端通过电阻R14接地，放大器U4B的输出端通过由滤波电阻R5和滤波电容C10组成的滤波单元接控制电路的输入端（DCI）。另外，隔离电阻R9连接在MOS管Q2的栅极和源极之间，隔离电阻R11连接在放大器U4B的负输入端和输出端之间。同样，需说明的是，限流电阻R7起限流作用，避免大电流而烧坏MOS管，隔离电阻R9、R11在起隔离作用，当然，在另一个实施例中，该电阻R7、R9、R11可省略。而且，MOS管Q2也可选用其它类型的开关管。

下面说明该充电装置的工作原理：结合图1至图6，假如某个受电设备的正极性的探针接触金属盘10，且负极性的探针接触金属盘10′，而金属盘10对应的检测电路如图3所示。在检测时，控制电路20依次向每个检测电路输出高电平，同时判断各个检测电路向控制电路20输入的电压，则可确定每个金属盘是否有探针接触及所接触的探针的极性，具体为：若控制电路20的输出端S15输出高电平，则三极管Q1导通，金属盘10（V15处）的电压被拉低，此时，控制电路20可检测到其输入端K15由高电平变为低电平，同时，对于与负极性探针接触的金属盘10′，由于受电设备中两探针之间的二极管的存在，金属盘10′处的电压也被拉低，控制电路20可检测到与金属盘10′相对应的检测电路向控制电路输入的电压也由高电平变为低电平，这样可判断出金属盘10、10′处接触有受电设备的探针，而且，与金属盘10接触的探针为正极性探针，与金属盘10′接触的探针为负极性探针。应当说明的是，在检测时是不允许充电的，即控制电路控制其输出端ON/OFF输出高电平，MOS管Q2导通，其漏极电压被拉低，放大器U4B无电压输出。在检测结束后，开始进行充电，首先，控制电路控制其输出端ON/OFF输出低电平，MOS管Q2截止，采样电阻R8接入充电回路。在充电时，控制电路根据检测电路的检测结果控制与金属盘连接的正开关单元工作或负开关单元工作，具体为，对于与正极性探针所连接的金属盘，结合图4，控制电路控制其输出端N1输出高电平，三极管Q44导通，其集电极电压被拉低，MOS管Q38导通，该金属盘与公共正电位（5V）连接；对于与负极性探针所连接的金属盘，结合图5，控制电路控制其输出端P1输出高电平，MOS管Q18导通，该金属盘与公共负电位（0V）连接。就这样，与正极性探针接触的金属盘接入了公共正电位，与负极性探针接触的金属盘接入了公共负电位，也即，受电设备的正极性探针接入了公共正电位，受电设备的负极性探针接入了公共负电位，此时，可开始进行充电。同时，结合图6，采样电阻R8采样总充电电流，并经放大器U4B放大，然后再经由滤波电阻R5和滤波电容C10组成的滤波单元滤波后，送入控制电路的输入端DCI，控制电路可根据该输入端的输入电压判断受电设备是否移开，进而控制相应的正开关单元和负开关单元的动作。另外，当用户手指接触到金属盘或有水滴滴到金属盘上时，控制电路也可根据检测电路向其输入的电压变化而判断出金属盘上有异常物质接触，从而控制相应的正开关单元和负开关单元的动作。

以上只是本发明的一个具体实施例，当然，在其它实施例中，检测电路、开关电路也可由其它电路来替代。

在图7所示的本发明充电装置中检测电路实施例二中，三极管Q11的基极通过限流电阻R22连接控制电路的输出端S1，三极管Q11的发射极接地，三极管Q11的集电极接金属盘（V1处），例如金属盘10，该金属盘还通过上拉电阻R21连接电源正端Vin和稳压二极管D1的负极，稳压二极管D1的正极通过限流电阻R23接三极管Q12的基极，三极管Q12的发射极接地，三极管Q12的集电极接控制电路的输入端K1。在此需说明的是，限流电阻R22、R23起限流作用，避免大电流而烧坏三极管，当然，在另一个实施例中，该限流电阻R22、R23可省略。而且，三极管Q11、Q12在其它实施例中也可选用其它类型的开关管，例如MOS管等。另外，还应当说明的是，以上只是一个金属盘所对应的检测电路的电路结构，应理解，与其它金属盘所对应的检测电路的结构与其相似，在此不做赘述。最后需说明的是，该实施例中的检测电路的检测原理与图3所示的检测电路的工作原理相似，在此不做赘述。

在图8所示的本发明充电装置中开关电路实施例二中，三极管Q13的基极通过限流电阻R24连接控制电路的输出端N1，三极管Q13的发射极接地，三极管Q13的集电极通过限流电阻R25接第二MOS管的栅极（G2），第二MOS管的漏极（D2）接金属盘（V1处），例如金属盘10，第二MOS管的源极（S2）接公共正电位5V，且第二MOS管的栅极（G2）和源极（S2）之间连接隔离电阻R26。三极管Q14的基极通过限流电阻R27、限流电阻R10连接高电平（3.3V电压），而限流电阻R27、R10的连接点控制电路的输出端P1，三极管Q14的集电极通过限流电阻R28接第一MOS管的栅极（G1），三极管Q14的发射极接高电平（3.3V电压），第一MOS管的漏极（D1）接金属盘，第一MOS管的源极（S1）接公共负电位（0V）。第一MOS管的栅极（G1）和源极（S1）之间连接隔离电阻R29。在此需说明的是，限流电阻R24、R25、R27、R28、R10起限流作用，隔离电阻R26、R29起隔离作用，当然，在另一个实施例中，该限流电阻R24、R25、R26、R27、R28、R29、R10可省略。而且，三极管Q11、Q12在其它实施例中也可选用其它类型的开关管，例如MOS管等。另外，还应当说明的是，以上只是一个金属盘所对应的开关电路的电路结构，应理解，与其它金属盘所对应的开关电路的电路结构与其相似，在此不做赘述。最后需说明的是，该实施例中的开关电路的工作原理与图4-5所示的开关电路的工作原理相似，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种充电装置，用于为受电设备充电，其特征在于，所述充电装置包括：

至少两个独立设置且在充电时供所述受电设备的探针接触的金属盘；

控制电路；

分别与每个金属盘连接的检测电路，用于在所述控制电路的控制下，检测是否有受电设备的探针与所述金属盘接触及判断与所述金属盘接触的探针的正负极性；

分别与每个金属盘连接的开关电路，用于在所述控制电路的控制下，根据检测结果将相应的公共电位与所述金属盘接通或断开；

与所述开关电路连接的采样电路，用于采样正在充电的受电设备的总充电电流，并将采样信号处理后发送至所述控制电路。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述检测电路还用于在所述控制电路的控制下，检测是否有异常物质接触所述金属盘，并将检测结果发送至所述控制电路。

3.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置还包括与所述控制电路和所述采样电路连接的过流保护电路，用于判断所采样的总充电电流是否大于预设值，并在大于预设值时停止输出公共正电位的电压。

4.根据权利要求1-3任一项所述的充电装置，其特征在于，所述检测电路包括上拉电阻、第一分压电阻、第二分压电阻和第一开关管，其中，上拉电阻、第一分压电阻、第二分压电阻依次串联在电源正端和地之间，所述上拉电阻和所述第一分压电阻的连接点接所述金属盘，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的连接点接所述控制电路的第一输入端，所述第一开关管的控制端连接所述控制电路的第一输出端，所述第一开关管的第一端连接所述金属盘，所述第一开关管的第二端接地。

5.根据权利要求1-3任一项所述的充电装置，其特征在于，所述开关电路包括用于控制所述金属盘与公共正电位连接或断开的正开关单元，及用于控制所述金属盘与公共负电位连接或断开的负开关单元。

6.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于，所述正开关单元包括第二开关管和第三开关管，所述第二开关管的控制端连接所述控制电路的第二输出端，所述第二开关管的第二端接地，所述第二开关管的第一端接所述第三开关管的控制端，所述第三开关管的第二端接公共正电位，所述第三开关管的第一端接所述金属盘；和/或

所述负开关单元包括第四开关管，其中，所述第四开关管的控制端接所述控制电路的第三输出端，所述第四开关管的第一端接所述金属盘，所述第四开关管的第二端接所述公共负电位。

7.根据权利要求1-3任一项所述的充电装置，其特征在于，所述检测电路包括第五开关管、第六开关管、上拉电阻、稳压二极管，其中，所述第五开关管的控制端连接所述控制电路的第一输出端，所述第五开关管的第二端接地，所述第五开关管的第一端接所述金属盘，所述金属盘还通过所述上拉电阻连接电源正端和所述稳压二极管的负极，所述稳压二极管的正极接所述第六开关管的控制端，所述第六开关管的第二端接地，所述第六开关管的第一端接所述控制电路的第一输入端。

8.根据权利要求1-3任一项所述的充电装置，其特征在于，所述采样电路包括第七开关管、采样电阻和放大器，其中，所述采样电阻连接在所述公共负电位和地之间，所述第七开关管的控制端连接所述控制电路的第四输出端，所述第七开关管的第一端分别接所述公共负电位和放大器的正输入端，所述第七开关管的第二端接地，所述放大器的负输入端接地，所述放大器的输出端接所述控制电路的第二输入端。

9.一种充电系统，包括充电装置和受电设备，其特征在于，所述充电装置为权利要求1-8任一项所述的充电装置；所述受电设备包括可充电电池、第一探针、第二探针、用于配合所述充电装置检测所述第一探针和第二探针的极性的单向导通器件，而且，所述第一探针连接所述可充电电池的正端，所述第二探针连接所述可充电电池的负端，所述单向导通器件的正向导通端连接所述第二探针，所述单向导通器件的负向导通端连接所述第一探针。

10.根据权利要求9所述的充电系统，其特征在于，所述单向导通器件为二极管、晶闸管、IGBT。

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