CN104377768A - 一种用于便携式电子设备的充电优化装置 - Google Patents

一种用于便携式电子设备的充电优化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于便携式电子设备的充电优化装置，包括USB主输入端口、端口类型识别单元A、电源管理单元、控制单元、USB输出端口和内部供电单元；USB主输入端口数据线与端口类型识别单元A输入端连接，端口类型识别单元A输出端数据线与电源管理单元输入端连接，电源管理单元输出端数据线与USB输出端口数据线连接；USB主输入端口电源线依次串联电压纹波测量转换单元A、电压波动测量单元和电源管理单元后与USB输出端口电源线连接；控制单元分别与端口类型识别单元A、电压纹波测量转换单元A、电压波动测量单元、电源管理单元连接。本发明的充电优化装置，通过电源管理单元模拟与充电设备相匹配的充电接口，使充电设备处于最佳充电状态。

Description

一种用于便携式电子设备的充电优化装置
技术领域
本发明属于便携式电子设备技术领域，具体涉及一种用于便携式电子设备的充电优化装置。
背景技术
随着科技的不断发展，生活水平的不断提高，越来越多的便携式电子产品成为人们日常生活中的必须品，例如MP3播放器、智能手机、平板电脑等，尤其是智能手机，功能各式各样，种类繁多，品牌也多。不同的便携式电子产品，其充电器也不一样。不同种类，不同品牌的便携式电子产品，尽管都是采用USB接口进行充电，物理接口相同，但USB接口电气种类较多，常常会造成充电器与充电设备的不匹配。充电器与充电设备的不匹配时，使充电设备不能在最佳充电状态下进行充电。充电电流小于充电设备的额定充电电流值，会使得充电时间加长，给使用者造成困扰。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中充电器种类繁多，充电器与充电设备不匹配而导致充电设备不能在最佳充电状态下进行充电的问题，提供一种充电优化装置，通过对充电端口的模拟，使充电设备在最佳充电状态下进行充电，提高充电效率的同时，保护充电设备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于便携式电子设备的充电优化装置，包括USB主输入端口、端口类型识别单元A、电源管理单元、控制单元、USB输出端口和内部供电单元；
USB主输入端口数据线与端口类型识别单元A输入端连接，端口类型识别单元A输出端数据线与电源管理单元输入端连接，电源管理单元输出端数据线与USB输出端口数据线连接；
USB主输入端口电源线依次串联电压纹波测量转换单元A、电压波动测量单元和电源管理单元后与USB输出端口电源线连接；
控制单元分别与端口类型识别单元A、电压纹波测量转换单元A、电压波动测量单元、电源管理单元连接。
优选地，还设置有LED显示单元，所述LED显示单元与控制单元连接。
优选地，还设置有触控单元，所述触控单元一端与触控按钮连接，另一端与控制单元连接。
优选地，所述的控制单元具有蓝牙通信模块，天线单元与控制单元连接。
优选地，还设置有USB副输入端口、端口类型识别单元B和电压纹波测量转换单元B，USB副输入端口数据线与端口类型识别单元B输入端连接；USB副输入端口电源线与电压纹波测量转换单元B输入端连接，电压纹波测量转换单元B输出端与电压纹波测量转换单元A输出端并联；端口类型识别单元B和电压纹波测量转换单元B同时与控制单元连接。
优选地，控制单元采用CC2541芯片。
优选地，所述的电源管理单元采用UCS1002芯片。
优选地，所述的端口类型识别单元A和端口类型识别单元B采用MAX14656芯片。
优选地，所述的电压波动测量单元采用LM25056芯片。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过端口类型识别单元识别USB主输入单元的输入类型，再通过控制单元内存储或控制单元通过通讯得到充电设备的类型，最后通过电源管理单元模拟与充电设备相匹配的充电接口，最终达到充电设备处于最佳充电状态。
附图说明
图1是本发明的充电优化装置的电路框图。
图中标记：11-USB主输入端口，12-端口类型识别单元A，21-USB副输入端口，22-端口类型识别单元B，30-电源管理单元，40-USB输出端口，50-控制单元，60-电压波动测量单元，70-电压纹波测量转换单元A，80-电压纹波测量转换单元B，91-内部供电单元，92-天线单元，93-LED显示单元，94-触控单元，95-触控按钮。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种用于便携式电子设备的充电优化装置，包括USB主输入端口11、端口类型识别单元A12、电源管理单元30、控制单元50、USB输出端口40和内部供电单元91。USB主输入端口11数据线与端口类型识别单元A12输入端连接，端口类型识别单元A12输出端数据线与电源管理单元30输入端连接，电源管理单元30输出端数据线与USB输出端口40数据线连接。USB主输入端口11电源线依次串联电压纹波测量转换单元A70、电压波动测量单元60和电源管理单元30后与USB输出端口40电源线连接。控制单元50分别与端口类型识别单元A12、电压纹波测量转换单元A70、电压波动测量单元60、电源管理单元30连接。
USB主输入端口11接入电源，USB输出端口40接入待充电的电子设备，电源管理单元30可根据插入USB输出端口40的电子设备自动仿真其充电器类型，输出适合该电子设备的电源，以达到快速充电的目的，使电子设备处于最佳的充电状态。
充电优化装置还设置有USB副输入端口21、端口类型识别单元B22和电压纹波测量转换单元B80，USB副输入端口21数据线与端口类型识别单元B22输入端连接；USB副输入端口21电源线与电压纹波测量转换单元B80输入端连接，电压纹波测量转换单元B80输出端与电压纹波测量转换单元A70输出端并联；端口类型识别单元B22和电压纹波测量转换单元B80同时与控制单元50连接。
在只有USB主输入端口11提供电源的情况下，如果供电电流过低，达不到输出端电子设备的用电需求，则充电优化装置会提示供电不足，这时需要通过将USB副输入端口21插入辅助电源，以增加供电电流，使电子设备处于最佳的充电状态。
本实施例中，USB主输入端口11和USB副输入端口21均采用USB公头，当然也可以采用其他接头，并通过USB线缆延伸出该充电优化装置本体，均可以直接插入普通手机充电器或者电脑USB端口中，且每个USB输入端口及USB线缆可独立支持12.5W功率。
充电优化装置中还设置有LED显示单元93、触控单元94，所述LED显示单元93与控制单元50连接。所述触控单元94一端与触控按钮95连接，另一端与控制单元50连接。所述的控制单元50具有蓝牙通信模块，天线单元92与控制单元50连接，可通过该控制单元50和终端设备的APP建立通讯，通过终端设备，实时监控充电优化装置的工作状态。
端口类型识别单元A12和端口类型识别单元B22均采用MAX14656芯片，USB主输入端口11的D+/D-数据线连接到端口类型识别单元A12的MAX14656，通过MAX14656可识别到插入USB主输入端口11的充电器或其他供电源的类型；端口类型识别单元B22亦是如此。
电源管理单元30采用UCS1002，端口类型识别单元A12通过D+/D-数据线与之相连，UCS1002通过D+/D-数据线与USB输出端口40连接。由于UCS1002具有枚举USB的功能，这样，通过D+/D-数据线依次相连的USB主输入端口11、端口类型识别单元A12、电源管理单元30、USB输出端口40，即可实现数据的传输。
UCS1002不仅具有枚举USB的功能，还具有仿真充电器功能。因此，USB主输入端口11的VBUS管脚，通过电源线VBUS依次连接到电压纹波测量转换单元A70、电压波动测量单元60，再连接到电源管理单元30的UCS1002中，USC1002再通过电源线VBUS连接到USB输出端口40的VBUS管脚，从而实现充电。
USB副输入端口21的VBUS管脚出来的电源线VBUS经电压纹波测量转换单元B80后，与电压纹波测量转换单元A70出来的电源线VBUS并联，再接入电压波动测量单元60，用以辅助充电。
充电时，通过电压纹波测量转换单元A70将电源信号转换成模拟信号，再通入控制单元50，控制单元50采用CC2541，通过其模拟输入通道可检测主电源的电压纹波。通过电压纹波测量转换单元B80将电源信号转换成模拟信号，再通入控制单元50的CC2541，也通过其模拟输入通道检测副电源的电压纹波。通过电压波动测量单元60的LM25056可测量总电源的电压波动，然后控制单元50的CC2541分别结合电压纹波和电压波动，可分别测量插入USB主输入端口11的充电器和插入USB副输入端口21的充电器是否为劣质充电器。
电压的纹波是利用CC2541的模拟输入通道来实现的，通过电压纹波测量转换单元A70或电压纹波测量转换单元B80分别将电源信号转换成模拟信号后，通入CC2541的模拟输入通道。
电压的波动是利用LM25056来测量的。LM25056不仅可以测量电流、电压，还具有过流过压保护功能。测量值会通过总线传输到控制单元50的CC2541，并通过控制单元50的CC2541传送给终端设备的APP，实现实时监控。如果过流或者过压时，还可通过IO连接线传输给控制单元50的CC2541，由控制单元50控制报警模块实施报警。
如果电压纹波超过500mV，电压波动大于0.5V，则会发生报警信号。通过电压波动测量单元60的LM25056的电源电压超过5.5V时，也会发生报警信号。
控制单元50的CC2541还分别以总线连接的方式与端口类型识别单元A12的MAX14656、端口类型识别单元B22的MAX14656、电源管理单元30的UCS1002连接，分别检测插入的充电器或充电电源的端口类型，配置电源管理单元30的UCS1002中的仿真配置文件。电源管理单元30的UCS1002中配置有各种充电器的仿真配置文件，并通过USB输出端口40插入的电子设备来配置不同的充电器的仿真配置文件。输入端的端口类型与输出端能否匹配，则通过控制单元50的CC2541来实现，如果输入端电流能够满足输出端需求时，则可以实现仿真充电器来匹配输出端；如果检测到输入端的电流不能满足输出端的需求时，则会通过控制单元50的CC2541来传输到APP提醒或者相应的指示灯提醒，需要在USB副输入端口21插入辅助电源，再插入辅助电源后，则控制单元50的CC2541则会控制电源管理单元30的UCS1002重新仿真充电器，从而实现快速充电。
触控按钮95采用TTP223实现触控功能，支持双击、三击的识别；双击为数据传输与快充切换，三击为开关LED显示单元93。触控按钮95原型为一块导电铜箔，贴在产品触控区域的内壁上，导电铜箔与PCB板上触控IC的输入端采用弹片连接。在电压波动测量单元60的电源线VBUS连接端还连接有内部供电单元91，内部供电单元91采用3.3V的稳压芯片LDO，内部供电单元91输出端与控制单元50以及触控芯片94连接，为控制单元50和触控芯片94提供3.3V的稳定电压。
LED显示单元93一共5种状体，即绿色、琥珀色、红色、白色、蓝色：
a.指示充电状态，快速优化充电绿色LED常亮、非优化充电琥珀色LED常亮；
b.指示使用状态，充电器质量不好或输入不正常红色LED常亮，保护模式红色LED闪烁，充电优化装置停止工作。
c.指示数据状态白色LED常亮-数据状态，白色LED闪烁-数据传输状态。
d.指示蓝牙状态蓝色LED常亮-蓝牙连接，蓝色LED闪烁-蓝牙通讯传输状态。

Claims (9)

1.一种用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，包括USB主输入端口(11)、端口类型识别单元A(12)、电源管理单元(30)、控制单元(50)、USB输出端口(40)和内部供电单元(91)；
USB主输入端口(11)数据线与端口类型识别单元A(12)输入端连接，端口类型识别单元A(12)输出端数据线与电源管理单元(30)输入端连接，电源管理单元(30)输出端数据线与USB输出端口(40)数据线连接；
USB主输入端口(11)电源线依次串联电压纹波测量转换单元A(70)、电压波动测量单元(60)和电源管理单元(30)后与USB输出端口(40)电源线连接；
控制单元(50)分别与端口类型识别单元A(12)、电压纹波测量转换单元A(70)、电压波动测量单元(60)、电源管理单元(30)连接。
2.根据权利要求1所述的用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，还设置有LED显示单元(93)，所述LED显示单元(93)与控制单元(50)连接。
3.根据权利要求2所述的用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，还设置有触控单元(94)，所述触控单元(94)一端与触控按钮(95)连接，另一端与控制单元(50)连接。
4.根据权利要求3所述的用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，所述的控制单元(50)具有蓝牙通信模块，天线单元(92)与控制单元(50)连接。
5.根据权利要求1到4任一所述的用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，还设置有USB副输入端口(21)、端口类型识别单元B(22)和电压纹波测量转换单元B(80)，USB副输入端口(21)数据线与端口类型识别单元B(22)输入端连接；USB副输入端口(21)电源线与电压纹波测量转换单元B(80)输入端连接，电压纹波测量转换单元B(80)输出端与电压纹波测量转换单元A(70)输出端并联；端口类型识别单元B(22)和电压纹波测量转换单元B(80)同时与控制单元(50)连接。
6.根据权利要求5所述的用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，控制单元(50)采用CC2541芯片。
7.根据权利要求5所述的用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，所述的电源管理单元(30)采用UCS1002芯片。
8.根据权利要求5所述的用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，所述的端口类型识别单元A(12)和端口类型识别单元B(22)采用MAX14656芯片。
9.根据权利要求5所述的用于便携式电子设备的充电优化装置，其特征在于，所述的电压波动测量单元(60)采用LM25056芯片。
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