CN103698640A - 一种智能充电检测电路及移动电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能充电检测电路及移动电源，包括电源电路、控制器、充电接口和插入检测电路；所述插入检测电路检测充电接口的电学参数变化，利用充电接口的电学参数变化控制一开关元件通断，然后利用所述开关元件通断状态的改变，生成相应的指令信号，发送至控制器，以用于充电设备插入状态的识别。本发明通过在移动电源中增加充电设备插入检测电路，可以保证移动电源在未充电期间处于休眠状态，由此能够减小移动电源本身的电流损耗，延长移动电源的使用时间。通过在移动电源中增设充电电流监测电路，能够实时监测充电电流的大小，在保证移动电源和充电设备安全的同时，通过减小恒压充电的时间，可以提高移动电源的电池使用效率。

Description

一种智能充电检测电路及移动电源

技术领域

 本发明属于充电设备技术领域，具体地说，是涉及一种充电检测电路的结构设计以及采用所述充电检测电路设计的移动电源产品。

背景技术

随着数码产品种类的日益繁多，功能的日益多样化，人们对数码产品的使用也越来越频繁。由于目前的数码产品，其体积一般较小，因而内部为电池预留的布设空间非常有限，不可能选用体积较大的电池为数码产品供电。受电池体积的限制，电池的容量不会太大，这就导致数码产品的待机使用时间大大受限，需要经常性地为其进行充电。因而，如何提高数码产品的待机使用时间，发挥数码产品的最大功用的问题就凸显重要了。

便携式的移动充电设备，或简称移动电源，就是针对并解决这一问题的最佳方案。由于携带方便，因而可以随时随地的为数码产品补充电力，满足消费者连续使用的需求。当前的移动电源，考虑到安全性问题，电池容量通常最大选为2200mAh，所以提高移动电源的充电效率和保证数码产品的充电安全，是移动电源最为重要的问题。

目前的移动电源，在对数码产品进行充电时，都是首先将数码产品插入到移动电源的充电接口上，然后按下移动电源上的开关按键，开始为数码产品充电蓄能。待充电一段时间后，用户可以通过再次按下开关按键或者拔下数码产品，结束充电过程。

这种设计方式，智能化水平不高，充电的开始和结束时间完全人为控制，不仅操作繁琐，而且当数码产品在充电过程中，充电电流出现异常或者充电电流极低时，无法及时地切断充电线路，从而导致系统的安全性和移动电源的电池使用效率大受影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能充电检测电路及移动电源，可以实现充电设备插入的自动检测。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种智能充电检测电路，包括电源电路、控制器、充电接口和插入检测电路；所述插入检测电路检测充电接口的电学参数变化，利用充电接口的电学参数变化控制一开关元件通断，然后利用所述开关元件通断状态的改变，生成相应的指令信号，发送至控制器，以用于充电设备插入状态的识别。

进一步的，所述开关元件为一颗P沟道MOS管，所述P沟道MOS管的源极接收电源电路输出的供电电源，漏极连接控制器，栅极连接一分压电路的分压节点；所述分压电路连接在电源电路与充电接口之间，当在充电接口上插入充电设备时，P沟道MOS管受控导通，向控制器输出指示信号。

为了实现充电进程的自动控制，所述控制器在识别出充电接口上有充电设备插入时，输出充电指令至电源电路，控制电源电路通过所述充电接口进行充电输出，为充电设备充电。

优选的，在所述电源电路中设置有电池和直流升压电路；所述控制器输出充电指令至直流升压电路，在检测到充电接口上有充电设备插入时，控制直流升压电路对电池电压进行升压变换后，输出至所述的充电接口。

进一步的，所述P沟道MOS管的源极连接所述的电池，接收电池输出的供电电源。

为了对充电电流进行监测，以便在充电电流发生异常或者较低时，停止充电过程，以保证系统安全或者提高电池的使用效率，本发明在所述智能充电检测电路中还设置有充电电流监测电路，包括连接在电源电路与充电接口之间的第一电阻以及用于检测第一电阻两端电压的采样电路；所述采样电路将采样电压传输至控制器，利用第一电阻两端的电压值计算出充电电流的大小。

优选的，所述采样电路对第一电阻两侧的电压分别进行采样，并分别传输至所述的控制器，用于充电电流的计算。

作为所述采样电路的一种优选设计方案，在所述采样电路中设置有两个分压采样电路，所述第一电阻的两端各自通过一个分压采样电路接地，两个分压采样电路的分压节点连接控制器；控制器根据接收到的两个分压采样电路的分压值计算出第一电阻两端的电压，进而计算出充电电流的大小。

进一步的，所述控制器在检测到充电电流高于系统所设定的上限值或者低于系统所设定的下限值时，输出停止指令至电源电路，控制电源电路停止向充电接口输出充电电流，以确保系统安全。

为了实现对充电设备的拔出检测，所述控制器根据第一电阻连接充电接口一侧的电压采样值计算充电接口处的电流大小，若在充电过程中检测到充电接口处的电流降低到充电电流的下限值，且接收到的指令信号的电位发生跳变，则判定充电完成但充电设备未拔出，若检测到所述指令信号的电位发生再次跳变，则判定充电设备拔出；若控制器在充电过程中检测到充电接口处的电流降低到充电电流的下限值，且接收到的指令信号的电位未发生跳变，则判定充电设备在充电过程中意外拔出，输出停止指令控制电源电路停止输出。

为实现本发明的前述发明目的，对于本发明所提出的移动电源，采用以下技术方案予以实现：

一种移动电源，包括电源电路、控制器、充电接口和插入检测电路；所述插入检测电路检测充电接口的阻值变化，利用充电接口的阻值变化控制一开关元件通断，然后利用所述开关元件通断状态的改变，生成相应的指令信号，发送至控制器，以用于充电设备插入状态的识别。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过在移动电源中增加充电设备插入检测电路，可以保证移动电源在未充电期间处于休眠状态，由此能够减小移动电源本身的电流损耗，延长移动电源的使用时间。通过在移动电源中增设充电电流监测电路，能够实时监测充电电流的大小，一方面当充电电流出现异常时，可以及时关掉充电功能，保证移动电源和充电设备的安全；另一方面当充电电流较低时，可以立即停止充电，通过减小恒压充电的时间来提高移动电源的电池使用效率。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的移动电源的一种实施例的系统架构原理框图；

图2是本发明所提出的智能充电检测电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本发明为了使移动电源具备充电设备插拔的自动检测功能，以便在充电设备插入后，移动电源能够自动启动充电进程，为充电设备充电蓄能，继而简化用户的操作，提高移动电源的智能化水平，提出了一种智能充电检测电路的结构设计，在对充电进程实现自动启停控制的同时，通过对充电电流进行实时监测，还可以进一步起到故障保护和提高电池使用效率的作用，从而有助于提升产品的整机性能。

下面以将所述智能充电检测电路应用在移动电源中为例，通过一个具体的实施例，对所述智能充电检测电路的具体电路组建结构及其工作原理进行详细地阐述。

参见图1所示，在本实施例的移动电源中设置有电源接口、充电管理芯片、电池、直流升压电路、控制器MCU和充电接口等主要组成部分。其中，电源接口用于连接外部电源，接收外部电源提供的电能，进而通过充电管理芯片为移动电源内部的电池充电，储备电能，以便日后为需要充电的充电设备（例如手机、相机、耳机、平板电脑等数码产品）充电。待电池充满电后，便可拔下外部电源，携带移动电源外出。当需要利用所述的移动电源为需要补充电力的充电设备充电时，可以将所述充电设备插接到移动电源的充电接口上，通过控制器MCU启动直流升压电路，对电池输出的供电电源进行直流升压变换处理后，通过充电接口输出至外部的充电设备，对充电设备进行充电。

现有的移动电源，决定控制器MCU启动直流升压电路工作的时刻由用户手动控制，当用户将充电设备插入到移动电源的充电接口上后，按下移动电源上的开关按键，如图1所示，通过开关按键向控制器MCU发出启动指令，进而通知控制器MCU输出充电指令，控制直流升压电路启动运行，开始对充电设备进行充电。

本实施例为了在充电设备插入到充电接口上后，移动电源能够自动启动充电过程，以简化用户的操作，在移动电源中增设智能充电检测电路。所述智能充电检测电路主要由插入检查电路和充电电流监测电路两部分组成，参见图1所示，利用插入检测电路检测充电接口的电学参数变化，进而利用充电接口的电学参数变化控制其内部的一颗开关元件通断，然后利用所述开关元件管通断状态的改变，生成相应的指令信号，发送至控制器MCU。所述控制器MCU根据接收到的指令信号，便可识别出当前是否有充电设备插入。所述电学参数可以是电流值、电压值或者电阻值。

在本实施例中，所述控制器MCU可以选用常用的控制芯片，例如PIC16F1828芯片等，本实施例对此不进行具体限制。

在本实施例中，所述开关元件可以选用三极管、MOS管或者IGBT等开关元件进行插入检测电路的具体设计，本实施例对此不进行具体限制。

以采用P沟道MOS管Q1作为所述开关元件为例，对插入检测电路的具体结构设计进行详细说明。参见图2所示，将所述P沟道MOS管Q1的源极连接电源电路，具体到移动电源，可以具体指连接移动电源内部的电池。若对于其他电气设备，所述电源电路也可以指是由电池和电压转换电路形成的电路，本实施例在此不对其进行具体限制。将所述P沟道MOS管Q1的漏极连接控制器MCU，具体可以连接控制器MCU的IO3接口，栅极连接一分压电路的分压节点，将所述分压电路连接在电源电路（例如移动电源的电池）与充电接口之间，利用分压电路的分压节点处的电压变化，实现对P沟道MOS管Q1的通断控制。

具体来讲，所述分压电路可以由两个电阻R7、R8串联而成，连接在电池与充电接口之间；将两个电阻R7、R8的中间节点（分压节点）连接至P沟道MOS管Q1的栅极。当充电接口上没有充电设备插入时，两个电阻R7、R8中间节点（分压节点）处的电压基本等于电池电压，因为P沟道MOS管Q1处于截止状态，控制器MCU的IO3接口通过下拉电阻R2接地，置IO3接口为低电平。当充电接口上插入充电设备时，由于充电设备的自身阻抗会接入到充电接口上，利用充电设备的自身阻抗改变电阻R7、R8的分压，从而导致电阻R7两端的电压发生变化。通过合理的配置电阻R7、R8的阻值，使充电设备在插接到充电接口上时，电阻R7两端的电压大于P沟道MOS管Q1的开启电压，从而控制P沟道MOS管Q1导通，使通过电池输出的电压经由P沟道MOS管Q1传输至MCU的IO3接口，从而使IO3接口变为高电平。当控制器MCU检测到其IO3接口的电压由低电平跳变为高电平时（具体可以检测其上升沿），判定充电接口上有充电设备插入。此时，控制器MCU输出充电指令至电源电路，控制电源电路向充电接口输出充电电流，为充电设备充电。具体到移动电源产品，所述控制器MCU可以将生成的充电指令传输至直流升压电路，控制直流升压电路启动运行，对电池输出的电压进行升压变换后，输出至所述的充电接口，为充电设备充电蓄能，结合图1所示。

为了提高插入检测电路运行的可靠性，对于连接在P沟道MOS管Q1漏极处的下拉电阻R2，其阻值范围应选择兆级以上，即大于1兆欧，进而在保证控制器MCU的IO3接口状态稳定的同时，提高插入检测电路的输入和输出阻抗。

在下拉电阻R2的两端还可以进一步并联滤波电容C6，以滤除干扰信号，避免干扰信号对检测结果的准确性造成影响。

为了防止充电接口上的电流倒灌至电池，本实施例在电池与P沟道MOS管Q1的源极以及所述分压电路之间增设一颗二极管D1，阳极连接电池的正极，阴极连接P沟道MOS管Q1的源极和所述的分压电路，参见图2所示。所述二极管D1优选采用肖特基二极管，以保证电流的正确流向。

当控制器MCU控制直流升压电路开始为充电设备充电时，通过直流升压电路输出的电压在传输至充电接口上的同时，也反馈至所述的分压电路，即电阻R8，从而再次改变电阻R7、R8的分压，使得P沟道MOS管Q1的栅极电压升高而重新转入截止状态。此时，控制器MCU的IO3接口变为低电平，为充电设备的拔出检测做好准备。

为了防止系统短路以及防止系统在恒压充电过程中，由于充电设备的充电截止电流过低而导致移动电源长时间处于工作状态，造成电量浪费，本实施例在所述智能充电检测电路中设置充电电流监测电路，结合图1、图2所示，通过检测充电电流的大小，来控制充电过程的停止时刻，以此提高系统运行的安全性。

在本实施例的充电电流监测电路中设置有第一电阻R1和用于检测第一电阻R1两端电压的采样电路。将第一电阻R1连接在电源电路与充电接口之间，具体到移动电源，可以具体将第一电阻R1连接到直流升压电路的输出端与充电接口之间，如图2所示。通过采样电路采集第一电阻R1两端的电压，并将采样电压传输至控制器MCU，控制器MCU利用第一电阻R1两端的电压值便可计算出充电电流的大小。

作为本实施例的一种优选电路设计方案，优选利用采样电路对第一电阻R1两侧的电压分别进行采样，并分别传输至所述的控制器MCU，所述控制器MCU根据第一电阻R1两侧电压的差值，即可计算出第一电阻R1两端的电压值，进而结合第一电阻的阻值R1，完成充电电流的计算。

为了对第一电阻R1两侧的电压分别进行采样检测，本实施例在第一电阻R1的两侧分别连接一路分压采样电路，如图2所示。具体来讲，可以选用电阻R3、R4连接形成第一路分压采样电路，连接在第一电阻R1的一端与地之间；选用电阻R5、R6连接形成第二路分压采样电路，连接在第一电阻R1的另一端与地之间。将两路分压采样电路的分压节点对应连接至控制器MCU的两路输入接口，优选控制器MCU的两路模数转换接口，即ADC接口，如ADC1、ADC2，以分别对两路分压采样电路的分压节点处的电压进行检测。

控制器MCU在控制直流升压电路对充电设备进行充电的过程中，实时检测其ADC1、ADC2接口转换生成的电压值，并结合分压电阻R3、R4、R5、R6的阻值计算出第一电阻R1两侧的电压值，然后根据第一电阻R1两侧的电压差值，计算出第一电阻R1两端的电压值，进而结合第一电阻R1的阻值，计算出充电电流的大小。

在本实施例中，所述第一电阻R1优选采用阻值为1ohm、精度为1%的精密电阻，在满足充电电流检测要求的同时，尽可能地减少电能的损耗。

当控制器MCU检测到充电电流升高，超过系统预先设定的上限值时，判定系统出现短路故障，输出停止指令至电源电路，例如移动电源中的直流升压电路，控制直流升压电路停止充电，以提高系统的安全性。

当控制器MCU检测到充电电流降低，低于系统预先设定的下限值时，例如低于20mA时，控制器MCU输出停止指令至直流电压电路，控制直流升压电路停止充电，以减少因充电设备的充电截止电流过低而导致移动电源长时间处于工作状态所形成的电量浪费，提高移动电源的电池使用效率。

当控制器MCU控制直流升压电路停止充电后，通过其ADC2接口检测到的充电电流将会降低到充电电流的下限值，即仅有漏电流的大小；与此同时，由于通过直流升压电路反馈至电阻R8的电压消失，因而P沟道MOS管Q1再次导通，向控制器MCU的IO3接口输出高电平的指令信号。控制器MCU在检测到其IO3接口的电位发生跳变，即由低电平变为高电平时，则判定充电过程结束但充电设备未拔出。而后，控制器MCU继续对其IO3接口的电位进行检测。此时，若用户拔下充电设备，则P沟道MOS管Q1截止，控制器MCU在检测到其IO3接口的电位发生再次跳变，即又从高电平变成低电平时，则判定充电设备拔出。

若控制器MCU在开启直流升压电路对充电设备进行充电的期间内，用户拔下充电设备，此时，控制器MCU由于检测到其IO3接口没有从低→高→低的电平变化过程，而通过其ADC2接口采集到的电压值所换算出的电流值下降到充电电流的下限值，即仅有漏电流大小，通常为10mA左右，则判定充电设备意外拔出，立即输出停止指令至直流升压电路，控制直流升压电路停止运行，以减少系统能耗，节约电池电能。

在本实施例中，为了提高控制器MCU计算出的充电电流的精度，所述分压电阻R3、R4、R5、R6的精度要求至少在0.5%以上。此外，还可以在第一电阻R1的两端进一步并联滤波电容C2、C4，如图2所示，以用来滤除第一电阻R1上的尖峰脉冲。在直流升压电路的输出端与地之间还可以连接续流稳压电容C5；在分压电阻R3、R4之间的分压节点处还可以进一步连接滤波电容C1；在分压电阻R5、R6之间的分压节点处连接滤波电容C3，以进一步提高控制器MCU的电压采样精度，确保充电控制的准确性。

当然，在本实施例的所述移动电源中仍可以保留开关按键，如图1所示，连接所述的控制器MCU，但此开关按键可以仅作为控制显示屏开关的按键使用，以方便用户通过显示屏直观地查看移动电源内部电池的剩余电量，进而及时为移动电源补充电量。

本发明的智能充电检测电路，结构设计简单，成本低，应用在移动电源等供电产品中，可以自动根据外部充电设备的插拔状态，动态地调整自身的工作状态。当用户插入充电设备时，即可自动充电，无需手动上电；当用户拔下充电设备，即可自动断电，进入休眠状态，以降低供电产品的自身能耗，在显著提高供电产品智能化水平的同时，大大提高了用户体验。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能充电检测电路，其特征在于：包括电源电路、控制器、充电接口和插入检测电路；所述插入检测电路检测充电接口的电学参数变化，利用充电接口的电学参数变化控制一开关元件通断，然后利用所述开关元件通断状态的改变，生成相应的指令信号，发送至控制器，以用于充电设备插入状态的识别。

2.根据权利要求1所述的智能充电检测电路，其特征在于：所述开关元件为一颗P沟道MOS管，所述P沟道MOS管的源极接收电源电路输出的供电电源，漏极连接控制器，栅极连接一分压电路的分压节点；所述分压电路连接在电源电路与充电接口之间，当在充电接口上插入充电设备时，P沟道MOS管受控导通，向控制器输出指示信号。

3. 根据权利要求1所述的智能充电检测电路，其特征在于：所述控制器在识别出充电接口上有充电设备插入时，输出充电指令至电源电路，控制电源电路通过所述充电接口进行充电输出，为充电设备充电。

4. 根据权利要求3所述的智能充电检测电路，其特征在于：在所述电源电路中设置有电池和直流升压电路；所述控制器输出充电指令至直流升压电路，在检测到充电接口上有充电设备插入时，控制直流升压电路对电池电压进行升压变换后，输出至所述的充电接口。

5. 根据权利要求1至4中任一项所述的智能充电检测电路，其特征在于：在所述智能充电检测电路中还设置有充电电流监测电路，包括连接在电源电路与充电接口之间的第一电阻以及用于检测第一电阻两端电压的采样电路；所述采样电路将采样电压传输至控制器，利用第一电阻两端的电压值计算出充电电流的大小。

6. 根据权利要求5所述的智能充电检测电路，其特征在于：所述采样电路对第一电阻两侧的电压分别进行采样，并分别传输至所述的控制器，用于充电电流的计算。

7. 根据权利要求6所述的智能充电检测电路，其特征在于：在所述采样电路中设置有两个分压采样电路，所述第一电阻的两端各自通过一个分压采样电路接地，两个分压采样电路的分压节点连接控制器；控制器根据接收到的两个分压采样电路的分压值计算出第一电阻两端的电压，进而计算出充电电流的大小。

8. 根据权利要求5所述的智能充电检测电路，其特征在于：所述控制器在检测到充电电流高于系统所设定的上限值或者低于系统所设定的下限值时，输出停止指令至电源电路，控制电源电路停止向充电接口输出充电电流。

9. 根据权利要求6所述的智能充电检测电路，其特征在于：所述控制器根据第一电阻连接充电接口一侧的电压采样值计算充电接口处的电流大小，若在充电过程中检测到充电接口处的电流降低到充电电流的下限值，且接收到的指令信号的电位发生跳变，则判定充电完成但充电设备未拔出，若检测到所述指令信号的电位发生再次跳变，则判定充电设备拔出；若控制器在充电过程中检测到充电接口处的电流降低到充电电流的下限值，且接收到的指令信号的电位未发生跳变，则判定充电设备在充电过程中意外拔出，输出停止指令控制电源电路停止输出。

10. 一种移动电源，其特征在于：设置有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的智能充电检测电路。

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