CN105244980B - 一种基于手机app控制的节能充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于手机APP控制的节能充电器，包括依次串联的桥式整流电路、开关控制电路、高频变压器、低压输出电路，其还包括：串接在桥式整流电路与开关控制电路之间的电子开关，以及将手机端的APP控制信号解调并输出控制断电信号的APP信号解调电路，对控制信号隔离的隔离驱动电路，连接隔离驱动电路和电子开关控制端的上电自保持电路，其根据隔离后的控制信号控制电子开关的通断，并且在充电器上电初期向电子开关的控制端提供短时间的导通电平以维持电子开关的导通；本发明在手机充电结束后能自动断开充电器与市电的连接，消除空载损耗，节约电能，实现待机0功耗，延长充电设备的使用寿命，提高用电安全性；兼有体积小巧、成本低廉的优点。

Description

一种基于手机APP控制的节能充电器

技术领域

本发明涉及充电器，尤其涉及一种基于手机端的APP应用程序或操作系统发送的控制信号，能在充电结束后切断电源，实现待机零功耗，以减少空载损耗，达到节能和提高充电安全的充电器。

背景技术

当前随着社会的发展和科技水平不断进步，手机类数码电子产品已经成为人们的日常生活中不可或缺的生活必需品。这些手机等电子产品普遍使用锂电池供电，生活中人们已经习惯于白天使用夜晚为其充电，因此普遍存在着充电器设备长时间处于通电状态。有些人十几小时，几天甚至常年将充电器置于通电待机状态，使充电器长期处于无意义的空载带电状态，除了浪费能源外，还将加速充电设备的老化，甚至引发安全事故。同时由于目前的技术还不够完善，无法彻底解决充电完成时自动断开与充电器或被充设备的电气连接，尤其是不能断开与市电线路的电气连接，因此存在着空载待机损耗，同时还存在着安全隐患。

现在的手机充电器普遍使用的是离线反激式开关电路，电路将电网提供的85V～275V交流电转换为电子设备所需要的直流电压。正常工作状态下，反激式开关电源的损耗主要包括导通损耗和开关损耗，以及控制电路的损耗。待机状态下，因为系统的输出电流接近于零，导通损耗可以忽略，开关损耗和控制电路的损耗成为主要的系统待机功耗。参看图2，在本案中存在的待机损耗主要有启动损耗（R201、R202）、吸收损耗（R203、C201）、高频变压器磁芯损耗（T）、输出整流管反向恢复损耗（D301）、驱动损耗(R211)、开关损耗(Q201)。由于充电器的特殊性，即在一次完整的充电过程中，充电完成后无需再次启动，因此待机损耗就是一种严重浪费。

时常见诸报端或新闻媒体的手机等数码电子产品充电时引发的火灾事故，时刻提示人们充电安全的重要性。在充电设备不断改进和完善保护功能的同时，各种充电保护装置或设备不断面市，这些充电保护装置或设备为减少充电安全事故的发生起到了积极的作用，但这类保护装置也存在着以下不足：1、需要人工参与，也就是需要使用者主动开启或启动才有效，比如按下按键开关启动才能够使用，使用起来不够方便；2、定时装置，定时装置是人为设定一个充电时间，时间到，断开电源。由于电池充满电时间的不确定性，即电池剩余容量不同，充电时间也不相同，因此定时时间只能增加时长来解决断电的问题，使用起来不够方便；3、由于目前主流的充电器普遍采用高频开关电源变压电路结构（传统的铁心变压器已经逐步退出市场）因此用输出端的低压控制高压端的通断实现断电功能存在技术难点，尤其是利用继电器控制的方式，由于继电器的体积原因，无法解决产品小型化和微型化的问题，故此在手机充电器上几乎没有可能使用继电器来解决断电的应用方式。

虽然现有的充电器技术待机功耗在逐步降低或减少，但仍然没有解决待机状态下的功率损耗问题，无法实现待机零功耗。

发明内容

本发明是要解决现有技术的上述问题，提出一种基于手机端的APP应用程序或操作系统发送控制信号的，能在充电结束后自动断电，以减少空载损耗达到节能和提高用电安全的充电器，实现待机零功耗的目的。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是设计一种基于手机APP控制的节能充电器，其包括依次连接的桥式整流电路、开关控制电路、高频变压器、低压输出电路；低压输出电路通过标准的USB插座接口向手机供电，其还包括：串接在桥式整流电路与开关控制电路之间的电子开关，以及APP信号解调电路；APP信号解调电路通过所述充电器的标准USB插座接口接收手机端的APP应用程序或操作系统发送的控制信号（为了叙述简便，以下将“APP应用程序或操作系统发送的控制信号”简称为 “APP控制信号”），并根据APP控制信号输出控制指令；隔离驱动电路，连接APP信号解调电路，用以隔离反馈所述控制信号；上电自保持电路，连接隔离驱动电路和电子开关的控制端，根据隔离后的控制信号控制电子开关的通断，并且在充电器上电初期向电子开关的控制端提供短时间的导通电平以维持电子开关的导通。

所述隔离驱动电路包括光电耦合器，该光电耦合器的输入端连接所述APP信号解调电路，输出端连接所述上电自保持电路。

所述电子开关采用NMOS管，并串接在所述桥式整流电路的负极输出线中；所述上电自保持电路包括串接在桥式整流电路正极输出线与负极输出线之间的第一电阻、第一电容、第二电阻，第一电阻与第一电容的连接点与所述光电耦合器的集电极之间串接第三电阻，第一电容与第二电阻的连接点连接光电耦合器的发射极和电子开关的栅极，电子开关的栅极和源极之间并联第四电阻和稳压管；所述第一电容两端并联一个重启按钮，该重启按钮采用常开按钮。

所述电子开关采用PMOS管，并串接在所述桥式整流电路的正极输出线中；所述上电自保持电路包括串接在桥式整流电路正极输出线与负极输出线之间的第一电阻、第二电阻、第一电容，第一电阻与第二电阻的连接点连接电子开关的栅极和所述光电耦合器的集电极，光电耦合器的发射极通过第三电阻接桥式整流电路的负极输出线，电子开关的栅极和源极之间并联第四电阻和稳压管；所述第一电容两端并联一个重启按钮AN，该重启按钮采用常开按钮。

所述APP信号解调电路所用的直流电源和地连接所述低压输出电路的输出端，直流电源通过第五电阻、所述光电耦合器、开关管接地，直流电源与开关管之间设有第四十二电阻；直流电源通过第四十一电阻限流并经稳压后提供参考电压源；参考电压源通过串联的第三十五电阻、第三十六电阻、第三十七电阻接地；参考电压源通过串联的第三十八电阻、第三十九电阻、第四十电阻接地；直流电源通过串联的第三十一电阻、第三十二电阻接地；直流电源通过串联的第三十三电阻、第三十四电阻接地；所述APP信号解调电路设有DP+(Digital Positive)和DM-(DigitalMinus)连接端，并分别与所述标准USB插座中的D+（DATA+或数据正）和D-（DATA-或数据负）连接，充电时通过数据线D+和数据线D-接收手机端的APP控制信号；第三十五电阻和第三十六电阻的连接点接第一比较器的反向输入端，第三十六电阻和第三十七电阻连接点接第二比较器的反向输入端，DM-端连接第三十一电阻和第三十二电阻的连接点、以及第一比较器和第二比较器的同向输入端；第三十八电阻和第三十九电阻的连接点接第三比较器的反向输入端，第三十九电阻和第四十电阻连接点接第四比较器的反向输入端，DP+端连接第三十三电阻和第三十四电阻的连接点、以及第三比较器和第四比较器的同向输入端；第一比较器和第二比较器的输出端分别连接第二与非门的两个输入端，第三比较器和第四比较器的输出端分别连接第三与非门的两个输入端，第二与非门和第三与非门的输出端分别连接第一与非门的两个输入端，第一与非门的输出端通过第四非门连接所述开关管的控制端。

所述APP信号解调电路所用的直流电源和地连接所述低压输出电路的输出端，直流电源通过开关管、第五电阻和所述光电耦合器接地，开关管与地之间设有第四十二电阻；直流电源通过第四十一电阻限流并经稳压后提供参考电压源。参考电压源通过串联的第三十五电阻、第三十六电阻、第三十七电阻接地；参考电压源通过串联的第三十八电阻、第三十九电阻、第四十电阻接地；直流电源通过串联的第三十一电阻、第三十二电阻接地；直流电源通过串联的第三十三电阻、第三十四电阻接地；所述APP信号解调电路设有DP+(Digital Positive)和DM-(DigitalMinus)连接端，并分别与所述标准USB插座中的D+（DATA+或数据正）和D-（DATA-或数据负）连接，充电时通过数据线D+和数据线D-接收手机端的APP控制信号；第三十五电阻和第三十六电阻的连接点接第一比较器的反向输入端，第三十六电阻和第三十七电阻连接点接第二比较器的反向输入端，DM-端连接第三十一电阻和第三十二电阻的连接点、以及第一比较器和第二比较器的同向输入端；第三十八电阻和第三十九电阻的连接点接第三比较器的反向输入端，第三十九电阻和第四十电阻连接点接第四比较器的反向输入端，DP+端连接第三十三电阻和第三十四电阻的连接点、以及第三比较器和第四比较器的同向输入端；第一比较器和第二比较器的输出端分别连接第二与非门的两个输入端，第三比较器和第四比较器的输出端分别连接第三与非门的两个输入端，第二与非门和第三与非门的输出端分别连接第一与非门的两个输入端，第一与非门的输出端通过缓冲器连接所述开关管的控制端。

上述APP信号解调电路还可采用控制芯片，APP信号解调电路所用的直流电源和地连接所述低压输出电路的输出端，控制芯片的两个信号引脚DP+和DM-分别通过第十电阻和第十一电阻连接USB插座中的D+和D-端，直流电源和地之间串接第七电阻和第八电阻，第七和第八电阻的连接点向控制芯片反馈直流电源的电压数值，直流电源与控制芯片控制脚之间串接第五电阻和所述光电耦合器输入侧，控制芯片指示脚与地之间串接第六电阻和LED灯。

上电初始时，所述控制芯片驱动所述光电耦合器导通，检测所述直流电源是否在安全充电电压范围内，如果电压超出安全充电电压范围控制芯片控制光电耦合器截止，充电器实现过压保护；当直流电源在安全充电电压范围内，控制芯片的两个信号引脚向手机发送充电器准备好信号；手机通过USB插座中的D+和D-接收到充电器准备好信号后，手机APP应用程序返回充电信号，如果控制芯片在发送充电器准备好信号后的一段时间内没有收到手机的充电信号，控制芯片控制光电耦合器截止，充电器实现空载保护；当控制芯片收到手机的充电信号，继续控制光电耦合器导通，充电器持续充电；当控制芯片收到手机的停止充电信号，控制芯片立即控制光电耦合器截止，充电器停止充电进入节能状态。

上述LED灯用于显示充电器的工作状态；当充电器接通市电时，所述控制芯片控制LED灯快速闪烁，表示充电器准备好；当充电器正常充电时，控制芯片控制LED灯慢速闪烁；当充电器停止充电时，控制芯片控制LED灯熄灭。

上述控制芯片可以采用SN8P675芯片。

与现有技术相比，本发明在手机充电结束后能自动断开充电器与市电的连接，消除空载损耗，实现待机零功耗，节约电能，延长充电设备的使用寿命，提高用电安全性；兼有体积小巧、成本低廉的优点。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为电子开关串接在桥式整流电路负极输出线中的电路图；

图3为电子开关串接在桥式整流电路正极输出线中的电路图；

图4为APP信号解调电路采用逻辑电路并控制光电耦合器阴极的电路图；

图5为APP信号解调电路采用逻辑电路并控制光电耦合器阳极的电路图；

图6为APP信号解调电路采用控制芯片且电子开关串接在桥式整流电路负极输出线中的电路图；

图7为APP信号解调电路采用控制芯片且电子开关串接在桥式整流电路正极输出线中的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参看图1示出的原理框图，本发明揭示了一种基于手机APP控制的节能充电器，包括依次连接的桥式整流电路、电子开关Q1、开关控制电路、高频变压器、低压输出电路（低压输出电路通过充电器的标准USB插座接口向手机充电），以及依次连接在低压输出电路与电子开关之间的APP信号解调电路、隔离驱动电路、上电自保持电路。其中APP信号解调电路，通过所述充电器的标准USB插座接口接收手机端的APP控制信号，并根据APP控制信号输出控制指令；隔离驱动电路，连接APP信号解调电路，用以隔离反馈所述控制信号，使高低压控制线路电气隔离；上电自保持电路，连接隔离驱动电路的输出端和电子开关的控制端，根据隔离后的控制信号控制电子开关的通断，并且在充电器上电初期向电子开关的控制端提供短时间的导通电平以维持电子开关的导通。

参看图1，上电初始，上电自保持电路给电子开关提供短时间的导通电平，使电子开关上电时导通，电子开关后端的开关控制电路、高频变压器得电，高频变压器次级端的低压输出电路输出直流电。上电时APP信号解调电路持续发送导通的控制信号，该控制信号经隔离驱动电路隔离后传输给上电自保持电路，上电自保持电路控制电子开关继续导通，藉此实现自保持，手机得到连续的充电。当充电结束，手机发出停止充电的APP控制信号，APP信号解调电路将该信号解调并输出充电截止的控制信号，该控制信号经隔离驱动电路隔离后传输给上电自保持电路，上电自保持电路进入断电锁定状态并控制电子开关截止断开，电子开关后端的开关控制电路、高频变压器失电，进一步低压输出电路、APP信号解调电路均失电，电路功耗降低到零，因此待机功耗基本为零。藉此实现节约电能，延长充电设备的使用寿命，提高用电安全的功能。

在较佳实施例中，所述隔离驱动电路包括光电耦合器Q2，该光电耦合器的输入端连接所述APP信号解调电路，输出端连接所述上电自保持电路。

参看图2示出的较佳实施例，电子开关Q1采用NMOS管，并串接在所述桥式整流电路的负极输出线中；所述上电自保持电路包括串接在桥式整流电路正极输出线与负极输出线之间的第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2，第一电阻与第一电容的连接点与所述光电耦合器Q2的集电极之间串接第三电阻R3，第一电容与第二电阻的连接点连接光电耦合器的发射极和电子开关的栅极，电子开关的栅极和源极之间并联第四电阻R4和稳压管D6。在上电初始，根据电容两端电压不能突变原理，第一电容C1两端电压为0，相当于C1短路，交流市电经过桥式整流电路整流后输出的高压直流电压（高压直流电压值由输入的110--220V交流市电确定），电流流经R1、C1、R2，在R1和R2的节点NODE上产生分压，分压点的电压为高电平，该高电平加到Q1的栅极，Q1导通，Q1后端的开关控制电路、高频变压器得电、高频变压器次级端的低压输出电路得电，并输出充电电流，APP信号解调电路得电后开始工作并持续发送保持导通的控制信号，进一步控制使光电耦合器Q2导通；桥式整流电路正极（H+）电压经过R1、R3、Q2的输出端分压后的电压加到Q1的栅极，系统形成自锁，Q1继续导通，充电器连续充电。随着时间的增加，C1两端的电压升高至电源电压，在直流电路中相当于断路，NODE节点的电位同时也在降低，此时Q1栅极的电位取决于Q2的输出端是否导通，即取决于手机APP控制信号是否为断电控制指令，当手机端未发送断电控制指令时，APP信号解调电路驱动Q2的输出端导通，C1两端的电压接近为0，Q1导通系统形成自锁，充电器连续工作；当手机电池充满电时，手机发出充电终止的APP控制信号，APP信号解调电路接收信号并驱动控制Q2截止，进一步Q1失去导通条件而截止，上电自保持电路进入断电锁定状态，开关控制电路、高频变压器等无法构成回路、低压输出电路失电，整个电路中的电流基本为零，因此充电器进入待机零功耗状态。

综上所述，上电自保持电路具有两种工作模式：上电自保持模式和断电锁定模式。1、上电自保持模式：上电初始时，上电自保持电路提供足够使电子开关导通的电平，控制电子开关在上电的同时处于导通模式， 控制电子开关的导通时间可以根据电路的需要设定为数十毫秒到数秒钟。2、断电锁定模式：上电自保持工作模式只能使电子开关维持短时间的导通，之后电子开关的通断将由Q2控制决定。控制Q2的输出端导通，电子开关Q1将持续导通，控制Q2的输出端断开（高阻态）电子开关Q1断开，上电自保持电路进入断电锁定状态。上电自保持电路一旦进入断电锁定状态后，电路无法自己解除锁定状态。由于Q2的控制在低压端，因此低压端一旦失去电源，Q2控制也将失效，因此上电自保持电路进入断电锁定状态。

参看图3示出的较佳实施例，本例中电子开关Q1采用PMOS管，并串接在所述桥式整流电路的正极输出线中；所述上电自保持电路包括串接在桥式整流电路正极输出线与负极输出线之间的第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1，第一电阻与第二电阻的连接点连接电子开关的栅极和所述光电耦合器Q2的集电极，光电耦合器的发射极通过第三电阻R3接桥式整流电路的负极输出线，电子开关的栅极和源极之间并联第四电阻R4和稳压管D6。在上电初始，根据电容两端电压不能突变原理，第一电容C1两端电压为0，相当于C1短路，交流市电经过桥式整流电路整流后输出的高压直流电压（高压直流电压值由输入的110--220V交流市电确定），电流流经R1、R2、C1，在R1和R2上产生分压，相对于H+点，分压点NODE为负电压，该负电压加到Q1的栅极，Q1导通，Q1后端的开关控制电路、高频变压器得电、低压输出电路得电，并输出充电电流，APP信号解调电路得电后开始工作并持续发送保持导通的控制信号，进一步控制使光电耦合器Q2导通；桥式整流电路正极（H+）电压经过R1、Q2、R3分压，R1下端（NODE端）的负电压加到Q1的栅极，系统形成自锁，Q1继续导通，充电器连续工作。随着时间的增加C1两端的电压逐渐升高，在直流电路中相当于断路，H+点与NODE节点之间的电压同时也在降低，此时Q1栅极的电位取决于Q2的输出端是否导通，即取决于手机APP控制信号是否为断电控制指令，当手机端未发送断电控制指令时，APP信号解调电路驱动Q2的输出端导通，Q1导通系统形成自锁，充电器连续工作；当手机电池充满电时，手机发出充电终止的APP控制信号，APP信号解调电路接收信号并驱动控制Q2截止，Q1失去导通条件而截止，上电自保持电路进入断电锁定功能（或状态），开关控制电路、高频变压器等无法构成回路、低压输出电路失电，整个电路中的电流基本为零，因此充电器进入待机零功耗状态。

实际应用中，当充电器断电保护后，如果欲再次充电，或要给其它电子产品充电，需要将充电器与市电网络完全脱离断开，然后再次将充电器接入市电网络，即可正常使用充电保护功能，但这需要频繁插拔充电器市电端。为了减少插拔充电器带来的不便，增加使用操作的灵活性和便利性，故增设一个重启按钮。参看图2和图3，在第一电容C1两端并联一个重启按钮AN，该重启按钮采用常开按钮。当充电保护断电后，若需要再次启动充电功能，无需将充电器脱离市电网络（或插座），只需按动下启动按键AN解除充电器的断电自锁功能（或状态），充电器即可重新启动正常使用，给使用者带来极大的便利。

参看图4示出的较佳实施例，所述APP信号解调电路采用逻辑电路，并控制光电耦合器的阴极。APP信号解调电路所用的直流电源和地连接所述低压输出电路的输出端，直流电源VCC通过第五电阻R5、所述光电耦合器Q2、开关管Q3接地，直流电源与开关管之间设有第四十二电阻R42；直流电源通过第四十一电阻R41限流并经Z1稳压后提供参考电压源VDD；参考电压源通过串联的第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37接地；参考电压源通过串联的第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40接地；直流电源通过串联的第三十一电阻R31、第三十二电阻R32接地；直流电源通过串联的第三十三电阻R33、第三十四电阻R34接地；所述APP信号解调电路设有DP+(Digital Positive)和DM-(DigitalMinus)连接端，并分别与所述标准USB插座中的D+（DATA+或数据正）和D-（DATA-或数据负）连接，充电时通过数据线D+和数据线D-接收手机端的APP控制信号；第三十五电阻和第三十六电阻的连接点接第一比较器CMP1的反向输入端，第三十六电阻和第三十七电阻连接点接第二比较器CMP2的反向输入端，DM-端连接第三十一电阻和第三十二电阻的连接点、以及第一比较器和第二比较器的同向输入端；第三十八电阻和第三十九电阻的连接点接第三比较器CMP3的反向输入端，第三十九电阻和第四十电阻连接点接第四比较器CMP4的反向输入端，DP+端连接第三十三电阻和第三十四电阻的连接点、以及第三比较器和第四比较器的同向输入端；第一比较器和第二比较器的输出端分别连接第二与非门U2的两个输入端，第三比较器和第四比较器的输出端分别连接第三与非门U3的两个输入端，第二与非门和第三与非门的输出端分别连接第一与非门U1的两个输入端，第一与非门的输出端通过第四非门U4连接所述开关管的控制端。

图4和图5中示出了APP信号解调电路，其中R35、R36、R37组成分压电路，分压点用做比较器CMP1和CMP2的基准参考电压并分别与比较器CMP1和CMP2的反相输入端相连接。由R31和R32连接点分压提供窗口电压，同时与DM-、比较器CMP1和比较器CMP2的同相输入端相连，窗口电压值大于比较器CMP2反相输入端的基准电压，小于比较器CMP1反相输入端的基准电压。R38、R39、R40组成分压电路，用做比较器CMP3和CMP4的参考基准电压，分别与比较器CMP3和比较器CMP4的反相输入端相连接，由R33和R34连接点分压提供窗口电压，同时与DP+、比较器CMP3和CMP4的同相输入端相连，窗口电压值大于比较器CMP4反相输入端的电压，小于比较器CMP3反相输入端的电压。

需要指出，本发明APP信号解调电路用逻辑电路模块化设计而成，逻辑控制电路既可以控制光耦输入端的阳极，也可以控制光耦的阴极。图4是控制光耦阴极的电路图，以下以图4为例详述其工作原理：将图中A端与VCC连接，C端与D连接，S端与GND连接。上电初始，与USB数据线D-相连接的R31与R32连接点DM-端的窗口电压小于第一比较器CMP1反相输入端的电位，大于第二比较器CMP2反相输入端的电位，因此第一比较器CMP1的输出端输出低电平，第二比较器CMP2的输出端输出高电平，进一步与非门U2输出高电平。同理，与USB数据线D+相连接的R33与R34连接点DP+端的窗口电压小于第三比较器CMP3反相输入端的电位，大于第四比较器CMP4反相输入端的电位，因此第三比较器CMP3的输出端输出低电平，第四比较器CMP4的输出端输出高电平，进一步第三与非门U3输出高电平。由于U2与U3同为输出高电平，因U1的两个输入端分别与U2、U3的输出端相连接，因此U1的输出端为低电平，该低电平经反相器U4反相后输出高电平，该高电平加载到NMOS管Q3的栅极，因此Q3导通，由于S端与GND连接，Q3的漏极即D端被拉低，输出低电平。进一步D端控制光耦Q2的输入端的阴极为低电平，因此整个电路系统得以维持导通状态，充电器输出正常。

充电完成的检测和控制：手机端的APP应用软件或操作系统实时检测充电状态，当检测到电池充满电时发出充电完成的断电控制指令（电压信号）到D+和D-，APP信号解调电路通过DP+、DM-接收到断电控制指令，断电控制指令使得窗口电压发生变化，使逻辑控制电路中的比较器CMP1、比较器CMP2、比较器CMP3、比较器CMP4均输出高电平，进一步U2和U3的输出端输出低电平，U1输出高电平，这个高电平信号经过U4反相后驱动Q3栅极，由于U4反相后的信号为低电平，因此Q3由导通状态切换为截止状态，因Q3漏极接有电阻R42，D端输出高电平，光耦Q2输入端的阴极变成高电平。进一步上电自保持电路进入断电锁定状态，最终实现了由手机端的操作系统或APP应用程序控制充电器实现断电功能，实现节能和提高安全用电，彻底解决待机功率损耗造成的浪费，实现待机0损耗。

图5示出了APP信号解调电路采用逻辑电路并控制光电耦合器阳极的电路图，图中将D端与VCC连接，A端与S端连接，C端与GND连接。

所述APP信号解调电路所用的直流电源和地连接所述低压输出电路的输出端，直流电源VCC通过开关管Q3、第五电阻R5和所述光电耦合器Q2接地，开关管Q3与地之间设有第四十二电阻R42；直流电源通过第四十一电阻限流并经Z1稳压后提供参考电压源VDD。参考电压源通过串联的第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37接地；参考电压源通过串联的第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40接地；直流电源通过串联的第三十一电阻R31、第三十二电阻R32接地；直流电源通过串联的第三十三电阻R33、第三十四电阻R34接地；所述APP信号解调电路设有DP+和DM-连接端，并分别与所述标准USB插座中的D+和D-连接，充电时通过数据线D+和数据线D-接收手机端的APP控制信号；第三十五电阻和第三十六电阻的连接点接第一比较器CMP1的反向输入端，第三十六电阻和第三十七电阻连接点接第二比较器CMP2的反向输入端，DM-端连接第三十一电阻和第三十二电阻的连接点、以及第一比较器和第二比较器的同向输入端；第三十八电阻和第三十九电阻的连接点接第三比较器CMP3的反向输入端，第三十九电阻和第四十电阻连接点接第四比较器CMP4的反向输入端，DP+端连接第三十三电阻和第三十四电阻的连接点、以及第三比较器和第四比较器的同向输入端；第一比较器和第二比较器的输出端分别连接第二与非门U2的两个输入端，第三比较器和第四比较器的输出端分别连接第三与非门U3的两个输入端，第二与非门和第三与非门的输出端分别连接第一与非门U1的两个输入端，第一与非门的输出端通过缓冲器U5连接所述开关管Q3的控制端，图5所述Q3为PMOS管。

该电路的控制原理与APP信号解调电路控制光电耦合器阴极的原理基本相同，在此不再赘述。

在图6和图7示出的实施例中，APP信号解调电路采用控制芯片控制光电耦合器的导通截止，两图的区别在于，图6中上电自保持电路控制桥式整流电路负极输出线的通断，图7中上电自保持电路控制桥式整流电路正极输出线的通断。两个电路控制原理相同，以下以图6为例进行说明。

所述APP信号解调电路所用的直流电源VCC和地连接所述低压输出电路的输出端，APP信号解调电路包含控制芯片U8。在较佳实施例中控制芯片U8采用SN8P675芯片。U8的第一脚和第八脚分别接VCC和地，控制芯片的两个信号引脚DP+和DM-（第六脚和第七脚）分别通过第十电阻R10和第十一电阻R11连接USB插座中的D+和D-端；直流电源和地之间串接第七电阻R7和第八电阻R8，第七和第八电阻的连接点接控制芯片的第五脚向控制芯片反馈直流电源的电压数值；直流电源和地之间串接第九电阻R9和第四电容C4，第九电阻和第四电容的连接点接控制芯片的第四脚；直流电源与控制芯片控制脚（第二脚）之间串接第五电阻R5和所述光电耦合器Q2输入侧，控制芯片指示脚（第三脚）与地之间串接第六电阻R6和LED灯。

上电初始时，U8的引脚2输出低电平，驱动Q2导通，进一步维持电子开关Q1继续导通，同时电压检测端（U8引脚5）检测充电电压（VCC）是否在安全电压范围内，如果电压超出安全充电电压范围，U8的第2引脚将输出高电平控制信号，控制Q2截止，进一步电子开关Q1截止，进入断电保护状态，实现过压保护，充电器实现过压保护同时实现待机零功耗。当直流电源在安全充电电压范围内，控制芯片的两个信号引脚DP+、DM-(引脚6和引脚7)向手机发送充电器准备好信号；手机通过USB插座中的D+和D-接收到充电器准备好信号后，手机APP应用程序或操作系统返回充电信号，如果控制芯片在发送充电器准备好信号后的一段时间内没有收到手机的充电信号（如没有接入手机或用电设备），控制芯片控制光电耦合器截止，充电器实现空载保护，进入零功耗待机状态，实现节能的目的。当控制芯片收到手机的充电信号，继续控制光电耦合器导通，充电器持续充电；当控制芯片收到手机的停止充电信号，控制芯片立即控制光电耦合器截止，充电器停止充电进入节能状态。

充电完成时的检测和控制：当手机接入充电器并自检完成后，手机端的APP应用软件或操作系统进入实时检测充电状态，电池在未充满时，实时发送充电未完成的充电控制指令（电压信号）到D+和D-，控制芯片的DP+和DM-（第六脚和第七脚）接收到充电控制指令，经过运算处理后继续控制第二脚输出低电平，进一步使得电子开关Q1继续导通，充电器持续向手机充电，同时LED进入慢速闪烁状态，提示充电进行中。当手机端的APP应用软件或操作系统检测到充电结束时，手机端的APP应用软件或操作系统发出停止充电的控制信号，控制芯片接收到断电控制指令后，经过运算处理控制第二脚输出高电平，控制光耦Q2输入端的阴极为高电平，Q2输出截止，进一步上电自保持电路中的电子开关Q1截止，上电自保持电路进入断电锁定模式。在控制Q2截止的同时，U8的第3脚输出低电平，控制LED熄灭，表示充电完成。进一步开关控制电路、高频变压器、低压输出电路失电，充电器进入断电状态，电路功耗降低到零，藉此实现节约电能，延长充电设备的使用寿命，提高用电安全的功能。

在较佳实施例中，LED灯用于显示充电器的工作状态；当充电器接通市电时（即上电初始），所述控制芯片U8控制LED灯快速闪烁，表示充电器准备好，随时可以充电。当充电器正常充电时，控制芯片控制LED灯慢速闪烁。当充电器停止充电或处于保护状态禁止充电时，控制芯片控制LED灯熄灭。不言而喻，充电器断开市电时，LED灯也熄灭。

以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种基于手机APP控制的节能充电器，包括依次连接的桥式整流电路、开关控制电路、高频变压器、低压输出电路，低压输出电路通过充电插头向手机供电，其特征在于还包括：串接在桥式整流电路与开关控制电路之间的电子开关（Q1），以及

APP信号解调电路，通过所述充电器标准的USB插座接口获取手机端的APP控制信号，并将APP控制信号解调处理，根据APP控制信号输出控制指令；

隔离驱动电路，连接APP信号解调电路，用以隔离反馈所述控制信号；

上电自保持电路，连接隔离驱动电路和电子开关的控制端，根据隔离后的控制信号控制电子开关的通断，并且在充电器上电初期向电子开关的控制端提供短时间的导通电平以维持电子开关的导通;

上电自保持电路具有上电自保持模式和断电锁定模式，上电自保持模式中，上电初始时，上电自保持电路提供足够使电子开关导通的电平，控制电子开关在上电的同时处于导通模式，充电器进入自保持充电；断电锁定模式中手机发出停止充电的APP控制信号，APP信号解调电路将该信号解调并输出充电截止的控制信号，该控制信号经隔离驱动电路隔离后传输给上电自保持电路，上电自保持电路进入断电锁定状态并控制电子开关截止断开，上电自保持电路一旦进入断电锁定状态后，电路无法自己解除锁定状态。

2.如权利要求1所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：所述隔离驱动电路包括光电耦合器（Q2），该光电耦合器的输入端连接所述APP信号解调电路，输出端连接所述上电自保持电路。

3.如权利要求2所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：所述电子开关（Q1）采用NMOS管，并串接在所述桥式整流电路的负极输出线中；

所述上电自保持电路包括串接在桥式整流电路正极输出线与负极输出线之间的第一电阻（R1）、第一电容（C1）、第二电阻（R2），第一电阻与第一电容的连接点与所述光电耦合器（Q2）的集电极之间串接第三电阻（R3），第一电容与第二电阻的连接点连接光电耦合器的发射极和电子开关的栅极，电子开关的栅极和源极之间并联第四电阻（R4）和稳压管（D6）；所述第一电容（C1）两端并联一个重启按钮（AN），该重启按钮采用常开按钮。

4.如权利要求2所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：所述电子开关（Q1）采用PMOS管，并串接在所述桥式整流电路的正极输出线中；

所述上电自保持电路包括串接在桥式整流电路正极输出线与负极输出线之间的第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第一电容（C1），第一电阻与第二电阻的连接点连接电子开关的栅极和所述光电耦合器（Q2）的集电极，光电耦合器的发射极通过第三电阻（R3）接桥式整流电路的负极输出线，电子开关的栅极和源极之间并联第四电阻（R4）和稳压管（D6）；所述第一电容（C1）两端并联一个重启按钮（AN），该重启按钮采用常开按钮。

5.如权利要求3或4任一项所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：所述APP信号解调电路所用的直流电源和地连接所述低压输出电路的输出端，直流电源（VCC）通过第五电阻（R5）、所述光电耦合器（Q2）、开关管（Q3）接地，直流电源与开关管之间设有第四十二电阻（R42）；直流电源通过第四十一电阻R41限流并经Z1稳压后提供参考电压源（VDD）；参考电压源通过串联的第三十五电阻（R35）、第三十六电阻（R36）、第三十七电阻（R37）接地；参考电压源通过串联的第三十八电阻（R38）、第三十九电阻（R39）、第四十电阻（R40）接地；直流电源通过串联的第三十一电阻（R31）、第三十二电阻（R32）接地；直流电源通过串联的第三十三电阻（R33）、第三十四电阻（R34）接地；所述APP信号解调电路设有DP+和DM-连接端，并分别与所述标准USB插座中的D+和D-连接，充电时通过数据线D+和数据线D-接收手机端的APP控制信号；第三十五电阻和第三十六电阻的连接点接第一比较器（CMP1）的反向输入端，第三十六电阻和第三十七电阻连接点接第二比较器（CMP2）的反向输入端，DM-端连接第三十一电阻和第三十二电阻的连接点、以及第一比较器和第二比较器的同向输入端；第三十八电阻和第三十九电阻的连接点接第三比较器（CMP3）的反向输入端，第三十九电阻和第四十电阻连接点接第四比较器（CMP4）的反向输入端，DP+端连接第三十三电阻和第三十四电阻的连接点、以及第三比较器和第四比较器的同向输入端；第一比较器和第二比较器的输出端分别连接第二与非门（U2）的两个输入端，第三比较器和第四比较器的输出端分别连接第三与非门（U3）的两个输入端，第二与非门和第三与非门的输出端分别连接第一与非门（U1）的两个输入端，第一与非门的输出端通过第四非门（U4）连接所述开关管的控制端。

6.如权利要求3或4任一项所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：所述APP信号解调电路所用的直流电源和地连接所述低压输出电路的输出端，直流电源（VCC）通过开关管（Q3）、第五电阻（R5）和所述光电耦合器（Q2）接地，开关管（Q3）与地之间设有第四十二电阻（R42）；直流电源通过第四十一电阻限流并经Z1稳压后提供参考电压源（VDD）;参考电压源通过串联的第三十五电阻（R35）、第三十六电阻（R36）、第三十七电阻（R37）接地；参考电压源通过串联的第三十八电阻（R38）、第三十九电阻（R39）、第四十电阻（R40）接地；直流电源通过串联的第三十一电阻（R31）、第三十二电阻（R32）接地；直流电源通过串联的第三十三电阻（R33）、第三十四电阻（R34）接地；所述APP信号解调电路设有DP+和DM-连接端，并分别与所述标准USB插座中的D+和D-连接，充电时通过数据线D+和数据线D-接收手机端的APP控制信号；第三十五电阻和第三十六电阻的连接点接第一比较器（CMP1）的反向输入端，第三十六电阻和第三十七电阻连接点接第二比较器（CMP2）的反向输入端，DM-端连接第三十一电阻和第三十二电阻的连接点、以及第一比较器和第二比较器的同向输入端；第三十八电阻和第三十九电阻的连接点接第三比较器（CMP3）的反向输入端，第三十九电阻和第四十电阻连接点接第四比较器（CMP4）的反向输入端，DP+端连接第三十三电阻和第三十四电阻的连接点、以及第三比较器和第四比较器的同向输入端；第一比较器和第二比较器的输出端分别连接第二与非门（U2）的两个输入端，第三比较器和第四比较器的输出端分别连接第三与非门（U3）的两个输入端，第二与非门和第三与非门的输出端分别连接第一与非门（U1）的两个输入端，第一与非门的输出端通过缓冲器（U5）连接所述开关管的控制端。

7.如权利要求3或4任一项所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：所述APP信号解调电路所用的直流电源（VCC）和地连接所述低压输出电路的输出端，APP信号解调电路包含控制芯片（U8），控制芯片的两个信号引脚分别通过第十电阻（R10）和第十一电阻（R11）连接USB插座中的D+和D-端，直流电源和地之间串接第七电阻（R7）和第八电阻（R8），第七和第八电阻的连接点向控制芯片反馈直流电源的电压数值，直流电源与控制芯片控制脚之间串接第五电阻（R5）和所述光电耦合器（Q2）输入侧，控制芯片指示脚与地之间串接第六电阻（R6）和LED灯。

8.如权利要求7所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：上电初始时，所述控制芯片（U8）驱动所述光电耦合器（Q2）导通，检测所述直流电源（VCC）是否在安全充电电压范围内，如果电压超出安全充电电压范围控制芯片控制光电耦合器截止，充电器实现过压保护；当直流电源在安全充电电压范围内，控制芯片的两个信号引脚向手机发送充电器准备好信号；手机通过USB插座中的D+和D-接收到充电器准备好信号后，手机APP应用程序返回充电信号，如果控制芯片在发送充电器准备好信号后的一段时间内没有收到手机的充电信号，控制芯片控制光电耦合器截止，充电器实现空载保护；当控制芯片收到手机的充电信号，继续控制光电耦合器导通，充电器持续充电；当控制芯片收到手机的停止充电信号，控制芯片立即控制光电耦合器截止，充电器停止充电进入节能状态。

9.如权利要求8所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：所述LED灯用于显示充电器的工作状态；当充电器接通市电时，所述控制芯片（U8）控制LED灯快速闪烁，表示充电器准备好；当充电器正常充电时，控制芯片控制LED灯慢速闪烁；当充电器停止充电时，控制芯片控制LED灯熄灭。

10.如权利要求9所述的基于手机APP控制的节能充电器，其特征在于：所述控制芯片（U8）采用SN8P675芯片。