CN103647313B - 充电控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电控制电路，包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端；采用本发明可以使设备电池在充电时，切断电池供电，改为通过电源为设备供电。

Description

充电控制电路

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种充电控制电路。

背景技术

采用锂电池供电的设备在充电时，一般会采用充电控制电路来对充电电流进行控制，而不可直接将充电电压接入电池中，否则充电电流过大会导致电池损坏或影响寿命。充电控制电路会在充电模式时切断电池对设备的供电，转而用充电电压供给设备和充电控制电路，在非充电模式时自动切换回电池对设备的供电。

专利号为CN201220204041.9的实用新型公开了一种充电控制电路，如图1所示，包括三极管Q1～Q4、电阻R1～R8、电容C3、轻触开关、二极管D1及充电电池。该电路在开机状态下对设备进行充电时能自动切断已开启的电源，使设备处于不工作的状态，实现对设备的自动断电保护功能。但是该实用新型有以下缺点：1、使用三极管作为功率器件，电源效率较低；2、充电时设备不能工作，无法满足用户在充电时使用设备的需求；3、该电路不具有控制开关机的功能。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种充电控制电路，使设备电池在充电时，切断电池供电，改为通过电源为设备供电。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种充电控制电路，包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，

所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极连接分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端；所述充电电源端连接充电电源，所述电池端连接电池，所述设备供电端连接设备；

在非充电模式下，所述充电电源端置空，通过所述信号控制端发送高电平控制信号，使所述三极管、第一MOS管和第二MOS管均导通，从而使电池向设备供电；

在充电模式下，所述充电电源端接入充电电源，使所述三极管和第二MOS管导通，同时使所述第一MOS管截止，从而切断电池向设备供电，并通过充电电源向设备供电，以及通过设备内部充电电路为电池充电。

优选的，所述三极管的集电极通过RC电路连接所述第二MOS管的栅极，所述RC电路包括第四电阻和电容，所述三极管的集电极通过所述第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，所述第二MOS管的栅极和源极之间通过所述电容连接。

优选的，所述信号控制端还连接硬件控制端和软件控制端，所述硬件控制端优选为设备上的硬件按键，所述软件控制端连接一设备内部通过软件控制的IO口。其中，所述硬件控制端、软件控制端和充电电源端分别连接第二二极管、第三二极管和第四二极管后，都通过第五电阻连接所述信号控制端。

优选的，所述三极管的基极还连接硬件复位端，当按下所述硬件复位端时，所述三极管截止，所述第二MOS管也截止，以切断电池供电和电源供电。

优选的，所述硬件复位端为一端接地的常开开关。

其中，所述三极管为NPN型三极管，所述第一MOS管为P沟道MOS管，所述第二MOS管为P沟道MOS管。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：采用了MOS管作为功率器件，电源效率高；在设备电池充电时，能够切断电池供电，改为电源为设备供电，以保护电池，延长电池寿命；可以通过硬件和软件控制设备的开关机，还可以通过硬件复位口进行复位，从而使设备关机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的一种充电控制电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的充电控制电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种充电控制电路，如图2所示，包括信号控制端POWER、充电电源端Vcharge、设备供电端Vcc、电池端Vbat、三极管Q1、第一MOS管Q2和第二MOS管Q3；其中，

所述充电电源端Vcharge通过串联的第一电阻R1和第二电阻R2接地；所述三极管Q1的基极连接分别连接所述信号控制端POWER和充电电源端Vcharge，所述三极管Q1的集电极通过电阻R4连接所述第二MOS管Q3的栅极，还通过第三电阻R3连接所述第一MOS管Q2的源极，所述三极管Q1的发射极接地；所述第二MOS管Q3的源极通过第一二极管D1连接所述充电电源端Vcharge，漏极连接所述设备供电端Vcc；所述第一MOS管Q2的源极通过第一二极管D1连接所述充电电源端Vcharge(具体的,所述第一MOS管Q2的源极连接所述第一二极管D1的反向端，所述充电电源端Vcharge连接所述第一二极管D1的正向端)，所述第一MOS管Q2的栅极连接所述第一电阻R1和第二电阻R2的连接点，漏极连接所述电池端Vbat；所述充电电源端Vcharge连接充电电源，所述电池端Vbat连接电池，所述设备供电端Vcc连接设备；

在非充电模式下，所述充电电源端Vcharge置空，通过所述信号控制端POWER发送高电平控制信号，使所述三极管Q1、第一MOS管Q2和第二MOS管Q3均导通，从而使电池向设备供电；

在充电模式下，所述充电电源端Vcharge接入充电电源，使所述三极管Q1和第二MOS管Q3导通，同时使所述第一MOS管Q2截止，从而切断电池向设备供电，并通过充电电源向设备供电，以及通过设备内部充电电路为电池充电，其中设备内部充电电路为现有技术，是设备内部已有的为设备电池充电的电路，因此未在图2中表示出来。

其中，所述三极管Q1为NPN型三极管，所述第一MOS管Q2为P沟道MOS管，所述第二MOS管Q3为P沟道MOS管。

优选的，所述三极管Q1的集电极通过RC电路连接所述第二MOS管Q3的栅极，所述RC电路包括第四电阻R4和电容C1，所述三极管Q1的集电极通过第四电阻R4连接所述第二MOS管Q3的栅极，所述第二MOS管Q3的栅极和源极之间通过电容C1连接。采用RC电路可以有效的控制设备供电端Vcc的电压上升曲线，抑制开机冲击电流，保护设备。

优选的，所述信号控制端POWER还连接硬件控制端POWER_HD和软件控制端POWER_SW，所述硬件控制端POWER_HD优选为设备上的硬件按键，所述软件控制端POWER_SW连接一设备内部通过软件控制的IO口。其中，所述硬件控制端POWER_HD、软件控制端POWER_SW和充电电源端Vcharge分别连接第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4后，都通过第五电阻R5连接三极管Q1的基极。硬件控制端POWER_HD通过按键发送高电平控制信号到信号控制端POWER，软件控制端POWER_SW通过设备内部IO口发送高电平控制信号到信号控制端POWER，信号控制端POWER再将高电平控制信号发送到三极管Q1的基极。

优选的，所述三极管Q1的基极还连接硬件复位端RESET_HD，当按下所述硬件复位端RESET_HD时，所述三极管Q1截止，所述第二MOS管Q3也截止，以切断电池供电和电源供电，使设备关机，起到硬件复位的作用。其中，所述硬件复位端RESET_HD为一端接地的常开开关S1。

其中，在充电电源端Vcharge后连接二极管D4是因为：当软件控制端POWER_SW或硬件控制端POWER_HD提供高电平时，如果没有二极管D4，会导致充电电源端Vcharge也变为高电平，从而有可能使MOS管Q2截止，切断电池供电；同时，有些设备会通过检测Vcharge的电压来确定设备是否处于充电状态，此时的充电电源端Vcharge高电平有可能会被设备检测到从而进入充电指示状态，导致误判；因此应当在在充电电源端Vcharge后连接二极管D4以防止未接入充电器时切断电池供电以及误判。

其中，串联电阻R1和R2是分压电路，因必须保证充电电源端Vcharge在接入充电器时第一MOS管Q2截止，所以第一MOS管Q2的源极和栅极之间的压差绝对值|Vgs|应小于电压导通阈值的绝对值|Vgs(th)|，本电路中第一MOS管Q2和第二MOS管Q3都选用低压差导通的MOS管，导通电压阈值的绝对值|Vgs(th)|≤3V，即

$\left|\mathrm{Vgs}\right|=|\mathrm{Vg}-\mathrm{Vs}|=\frac{R1}{R1+R2}\mathrm{Vch}\arg e<\left|\mathrm{Vgs}\left(\mathrm{th}\right)\right|$

在充电完成后，当拔掉充电器时，充电电源端Vcharge电压跌落可能会比较慢，因为此时充电电源已被切断，所以此时第一MOS管Q2的源极和栅极之间的压差绝对值要快速增大，使压差绝对值大于导通电压阈值绝对值，使第一MOS管Q2导通，从而使电池为设备供电，否则充电电源被切断，电池又没有供电，会导致设备关机，即

$\left|\mathrm{Vgs}\right|=|\mathrm{Vg}-\mathrm{Vs}|=\frac{R1}{R1+R2}\mathrm{Vch}\arg e^{-}>\left|\mathrm{Vgs}\left(\mathrm{th}\right)\right|$

其中，Vcharge^-是充电电源端Vcharge的实时跌落电压，因为电压在慢慢变小，因此串联电阻R1和R2的取值取值范围为

$\frac{\left|\mathrm{Vgs}\left(\mathrm{th}\right)\right|}{\mathrm{Vch}\arg e^{-}}<\frac{R1}{R1+R2}<\frac{\left|\mathrm{Vgs}\left(\mathrm{th}\right)\right|}{\mathrm{Vch}\arg e}$

以上分析知，串联电阻R1和R2的取值会影响电池供电和充电电源供电的切换响应速度，因此适当选择电阻R1和R2的大小，以使第一MOS管Q2的源极和栅极之间的压差绝对值在充电电源消失的时候快速增大，从而使第一MOS管Q2导通。

本发明实施例提供的充电控制电路的工作原理为：

当设备处于待机状态时，由电池端Vbat提供设备待机工作的电能。

当设备处于待机状态时，可以通过向电源充电端Vcharge接入充电器为设备电池充电，当接入充电器时，电源充电端Vcharge为高电平，设备检测到后进入充电指示状态，但并不开机。

当设备处于待机状态时，可以通过按键硬件控制端POWER_HD触发设备开机进入正常工作状态，具体为：通过按键将硬件控制端POWER_HD的电平置高，因此三极管Q1的基极为高电平，又发射极接地为低电平，因此三极管Q1导通，三极管Q1的集电极和发射极形成电流，电流通过第三电阻R3，因为第二MOS管Q3的栅极和源极分别连接于第三电阻R3的两端，因此形成电压差，进而使第二MOS管Q3导通；同时第一MOS管Q2的源极也为高电平，又由于此时电源充电端Vcharge置空，因此第一MOS管Q2的栅极接地为低电平，第一MOS管Q2的栅极和源极之间形成压差，使第一MOS管Q2导通，从而使电池为设备供电，设备供电端Vcc为高电平，设备进入初始化过程（设备通电后，设备进行的加载系统、加载系统启动项等以使设备正常工作的步骤），初始化过程完成后，设备IO口会通过软件控制端POWER_SW保持高电平状态维持三极管Q1和第二MOS管Q3导通，使电池持续为设备提供电能，设备开机成功，进入正常工作状态。

当设备处于待机状态时，可以通过向电源充电端Vcharge接入充电器以及按键硬件控制端POWER_HD使设备开机，并且切断电池供电，通过设备内部的充电电路为电池充电，以及使用充电器为设备供电，具体为：通过按键将硬件控制端POWER_HD置高，如上段内容所述，使三极管Q1导通，进而使第二MOS管Q3导通；又由于电源充电端Vcharge为高电平，第一MOS管Q2的栅极被第二电阻R2拉高电平，使第一MOS管Q2的栅极和源极之间的压差绝对值小于导通阈值绝对值，导致第一MOS管Q2截止，因此切断电池供电，并通过设备内部充电电路为电池充电，同时电源充电端Vcharge为设备供电，使设备供电端Vcc为高电平，设备进入初始化过程，初始化过程完成后，设备IO口会通过软件控制端POWER_SW保持高电平状态维持三极管Q1和第二MOS管Q3导通，使充电器通过电源充电端Vcharge持续为设备提供电能，设备开机成功，进入正常工作状态和充电指示状态。

当设备处于开机状态，正常工作时，可以通过向电源充电端Vcharge接入充电器，切断电池供电，改为充电器为设备供电，同时通过设备内部的充电电路为电池充电，具体为：开机时设备IO口通过软件控制端POWER_SW保持高电平状态维持三极管Q1和第二MOS管Q3导通，使电池持续为设备提供电能，此时在电源充电端Vcharge插入充电器，三极管Q1和第二MOS管Q3仍然导通，但是如上段内容所述，电源充电端Vcharge高电平会导致第一MOS管Q2截止，因此会切断电池供电，同时电源充电端Vcharge为设备供电，以及通过设备内部充电电路为电池充电，设备进入充电指示状态。设备IO口仍然通过软件控制端POWER_SW保持高电平状态维持三极管Q1和第二MOS管Q3导通，设备保持正常工作。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：采用了MOS管作为功率器件，电源效率高；在设备电池充电时，能够切断电池供电，改为电源为设备供电，以保护电池，延长电池寿命；可以通过硬件和软件控制设备的开关机，还可以通过硬件复位口进行复位，从而使设备关机。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种充电控制电路，其特征在于，包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，

所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，所述三极管的集电极还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端；所述充电电源端连接充电电源，所述电池端连接电池，所述设备供电端连接设备；

在非充电模式下，所述充电电源端置空，通过所述信号控制端发送高电平控制信号，使所述三极管、第一MOS管和第二MOS管均导通，从而使电池向设备供电；

在充电模式下，所述充电电源端接入充电电源，使所述三极管和第二MOS管导通，同时使所述第一MOS管截止，从而切断电池向设备供电，并通过充电电源向设备供电，以及通过设备内部充电电路为电池充电。

2.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述三极管的集电极通过RC电路连接所述第二MOS管的栅极，所述RC电路包括第四电阻和电容，所述三极管的集电极通过所述第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，所述第二MOS管的栅极和源极之间通过所述电容连接。

3.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述信号控制端还连接硬件控制端和软件控制端，所述硬件控制端为设备上的硬件按键，所述软件控制端连接设备内部通过软件控制的IO口。

4.如权利要求3所示的充电控制电路，其特征在于，所述硬件控制端、软件控制端和充电电源端分别连接第二二极管、第三二极管和第四二极管后，都通过第五电阻连接所述信号控制端。

5.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述三极管的基极还连接硬件复位端，当按下所述硬件复位端时，所述三极管截止，所述第二MOS管也截止，以切断电池供电和电源供电。

6.如权利要求5所示的充电控制电路，其特征在于，所述硬件复位端为一端接地的常开开关。

7.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述三极管为NPN型三极管，所述第一MOS管为P沟道MOS管，所述第二MOS管为P沟道MOS管。