CN105490361A - 一种usb接口智能充电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种USB接口智能充电器，AC220V电依次通过整理电路、滤波稳压电路、变压电路输出到USB待充电设备，变压电路输出接充电状态检测电路，USB待充电设备的USB接口接拔插检测电路，充电状态检测电路和接拔插检测电路输出接设备综合状态逻辑运算电路，设备综合状态逻辑运算电路输出接通断控制电路，通断控制电路输出接整流电路输出端，可通断电源的输入，变压电路输出通过稳压反馈控制电路输出控制信号控制变压电路中开关管的占空比。智能检测充电设备的接入与拔除，设备拔除后自动从源头断电，在设备插入后，自动开始充电，并在电池充满时，自动断电。同时具有过流保护功能，在过流时，自动切断电源，防止事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种充电装置，特别涉及一种USB接口智能充电器。
背景技术
随着高新技术的迅速发展，手机等智能设备的功能不断更新，人们在智能设备上花费的时间也越来越多。目前设备充电过程中能实时显示充电量，但充满之后不能自动断电，因此往往会造成设备长时间处于通电状态。不仅造成能源的浪费，也会降低设备的使用寿命，甚至存在安全隐患。另一方面，很多人在拔除设备之后，为图方便，并不会将充电器拔除，使得充电器一直处于耗电状态，而且充电线裸露出来，也存在安全隐患。
电池技术的发展，锂电池供电的智能设备越来越多，同时USB集传输速率快和可充电的特点于一身，几乎所有的智能设备都采用USB接口充电。因此本发明针对锂电池供电的USB接口设备。
发明内容
本发明是针对现在充电设备使用存在隐患的问题，提出了一种USB接口智能充电器，能够检测识别设备插入与拔除，并结合电池充电状态控制电源的通断，是一种更加节能、安全可靠的智能充电装置。
本发明的技术方案为：一种USB接口智能充电器，包括整流电路，滤波稳压电路，变压电路，稳压反馈控制电路，设备插拔检测电路，充电状态检测电路，设备综合状态逻辑运算电路和电源通断控制电路，AC220V电依次通过整理电路、滤波稳压电路、变压电路输出到USB待充电设备，变压电路输出接充电状态检测电路，USB待充电设备的USB接口接拔插检测电路，充电状态检测电路和接拔插检测电路输出接设备综合状态逻辑运算电路，设备综合状态逻辑运算电路输出接通断控制电路，通断控制电路输出接整流电路输出端，可通断电源的输入，变压电路输出通过稳压反馈控制电路输出控制信号控制变压电路中开关管的占空比。
所述整流电路为4个二极管组成的全桥整流，经极性电容C1滤波稳压，为后级电路提供直流输入；变压电路由开关管Q1、电感L1、极性电容C2、二极管D5组成BUCK降压电路，电容C1正极输出接开关管Q1的漏极，开关管Q1的源极接二极管D5负极和电感L1一端，电感L1另一端接电容C2正极，二极管D5正极和电容C2负极与电容C1负极相连，电容C2正极输出接由电阻R1、R2串联组成输出电压的反馈网络，电阻R1、R2串联连接点经稳压反馈控制电路接开关管Q1的栅极，控制开关管Q1的占空比，输出充电设备所需的稳定的充电电压，Rsense为电流敏感元件，接在USB接口的+5V电源与电容C2正极之间，用于检测充电电流，光耦合器U1输出端串接整流电路输出和电容C1负极之间，设备综合状态逻辑运算电路输出接光耦合器U1输入端，光耦合器U1为电源通断控制电路内的主要器件。
所述设备插拔检测电路包括USB接口、两个比较器U2、U3和电阻组成，USB接口有+5V、D+、D-、DGND4个端口，数据线口D+和D-上分别通过下拉电阻R8、R9接DGND，数据线口D+和D-分别接比较器U2、U3正输入端，比较器U2、U3负输入通过R7接DGND，比较器U2、U3输出接设备综合状态逻辑运算电路。
所述充电状态检测电路包括3个比较器和电阻，将电流敏感元件Rsense采集的电流信号送入比较器U，用两个比较器组成的比例减法电路把电流的大小按照比例转换成电压信号，同时与电池正常工作的电流范围对应的两个电压阈值比较，两个电压阈值由电阻分压形成，比较后输出到设备综合状态逻辑运算电路。
本发明的有益效果在于：本发明USB接口智能充电器，是对当前流行USB接口充电器的改进技术方案，能够智能检测充电设备的接入与拔除，在设备拔除后自动从源头断电，停止电能转换。在设备插入后，自动开始充电，并在充电设备电池充满时，自动断电（已经充满的设备插入后，也会自动断电）。同时具有过流保护功能，在过流时，自动切断电源，防止事故的发生。
附图说明
图1为本发明USB接口智能充电器结构框图；
图2为本发明主电路图；
图3为本发明设备插拔检测电路图；
图4为本发明充电状态检测电路图；
图5为本发明设备综合状态逻辑运算电路图。
具体实施方式
如图1所示USB接口智能充电器结构框图，充电器包括整流电路，滤波稳压电路，变压电路，稳压反馈控制电路，设备插拔检测电路，充电状态检测电路，设备综合状态逻辑运算电路和电源通断控制电路。AC220V电依次通过整理电路、滤波稳压电路、变压电路输出到USB待充电设备，变压电路输出接充电状态检测电路，USB待充电设备的USB接口接拔插检测电路，充电状态检测电路和接拔插检测电路输出接设备综合状态逻辑运算电路，设备综合状态逻辑运算电路输出接通断控制电路，通断控制电路输出接整流电路输出端，可通断电源的输入，变压电路输出通过稳压反馈控制电路输出控制信号控制变压电路中开关管的占空比。
如图2主电路图，由4个二极管组成全桥整流，经极性电容C1滤波稳压，为后级电路提供直流输入；变压电路由Q1、L1、C2、D5组成典型BUCK降压电路，电容C1正极输出接开关管Q1的漏极，开关管Q1的源极接二极管D5负极和电感L1一端，电感L1另一端接电容C2正极，二极管D5正极和电容C2负极与电容C1负极相连，电容C2正极输出接由电阻R1、R2串联组成输出电压的反馈网络，电阻R1、R2串联连接点经稳压反馈控制电路接开关管Q1的栅极，控制开关管Q1的占空比，输出充电设备所需的稳定的充电电压。Rsense为电流敏感元件，接在USB接口的+5V电源与电容C2正极之间，用于检测充电电流。U1为光耦合器，输出端串入主电路，接整流电路和C1负极之间，是控制电源通断的主要器件。
图3为设备插拔检测电路图，USB接口智能充电器检测充电设备的插拔，USB接口仅有4根线：Power（+5V）、D+、D-、DGND。检测电路由数据线D+和D-上分别通过下拉电阻R8、R9接DGND来实现（阻值取15K，与USB协议兼容）。当USB设备未接入时，D+、D-上的电平为0V，当USB设备接入时（无论是低速，全速还是高速设备）,D+、D-上的电平至少有一个变为约2.5V。通过将D+、D-上电平分别接比较器U2、U3正输入端，比较器U2、U3负输入通过R7接DGND，即将D+、D-上电平与0V比较，由此确定有无外部设备的插入，这种方法用在充电器中还是绝无仅有的。
图4为充电状态检测电路图，根据锂电池充电特性，电池充满时电流小于100mA，同时为保证电池的安全一般充电电流不超过1A。据此，可以把电池充电电流的大小作为控制电池充电的进行和停止的依据，达到充满自动断电和过流保护的目的。将电流敏感元件Rsense采集的电流信号送入比较器U，用比例减法电路把电流的大小按照一定比例转换成电压信号，同时与电池正常工作的电流范围对应的电压阈值比较，得到电池充电状态信息。电压阈值大小可通过合理选择R14、R15和R16、R17的比例大小实现。
图5为设备综合状态逻辑运算电路图，根据设备插拔检测电路和充电状态检测电路输出的逻辑结果，经过一系列逻辑门进行逻辑运算，得到控制电源通断的最终也是最直接的控制信号，接U1光耦合器输入，控制U1光耦合器输出端的通断。
充电设备未接入时，U1光耦合器常态下是断开状态，充电主电路不会工作，此时控制电路也不会工作。当充电设备接入后，由电池的残余电量为检测电路、逻辑运算电路和通断控制电路供电，设备综合状态逻辑运算电路中电容C3瞬态充电，U1的输出端导通，随机取代电池为上述各电路供电同时向电池充电。本发明在设计时严格限制以上电路的功耗。
电池充满后，或电池一开始就是满的，充电电流下降到一定程度，充电状态检测电路C输出逻辑0，D输出逻辑1；经D10、D11和上拉电阻R6组成的与门后在Char节点处输出逻辑0，表示不用充电；与此同时，设备接入，插拔检测电路的输出端A,B根据USB设备的不同而不同，但至少有一个为逻辑1（参考USB协议）；经D8、D9和下拉电阻R5组成的或门，在Insert节点处输出逻辑1，表示设备已插入，否则输出逻辑电平0，表示设备已拔出；再经D6、D7、R4组成的与门，在Y节点处输出0，光耦U1的输出端断开，电源自动断电，此时C4上的电荷被R4吸收。充电过流时，电流超出极限，充电状态检测电路输出端C为逻辑1，D输出逻辑0,进而Char节点处输出逻辑0，同理电源自动断电。
电池正常充电中，因设备一直处于插入状态，由上述可知，Insert节点输出逻辑1；同时电池正常充电过程中，充电电流会保持在合理范围内，因此充电检测电路输出端C、D均输出逻辑1，Char节点输出逻辑1，进而Y端输出逻辑1，U1光耦合器导通，输出端也导通，充电电路正常工作。
在充电过程中，只要设备拔除，插拔检测电路的输出端A、B均为逻辑0，进而Insert节点输出0，表示设备已拔出，不管是否充满都会使Y端输出逻辑0，自动断电。
Claims (4)
1.一种USB接口智能充电器，其特征在于，包括整流电路，滤波稳压电路，变压电路，稳压反馈控制电路，设备插拔检测电路，充电状态检测电路，设备综合状态逻辑运算电路和电源通断控制电路，AC220V电依次通过整理电路、滤波稳压电路、变压电路输出到USB待充电设备，变压电路输出接充电状态检测电路，USB待充电设备的USB接口接拔插检测电路，充电状态检测电路和接拔插检测电路输出接设备综合状态逻辑运算电路，设备综合状态逻辑运算电路输出接通断控制电路，通断控制电路输出接整流电路输出端，可通断电源的输入，变压电路输出通过稳压反馈控制电路输出控制信号控制变压电路中开关管的占空比。
2.根据权利要求1所述USB接口智能充电器，其特征在于，所述整流电路为4个二极管组成的全桥整流，经极性电容C1滤波稳压，为后级电路提供直流输入；变压电路由开关管Q1、电感L1、极性电容C2、二极管D5组成BUCK降压电路，电容C1正极输出接开关管Q1的漏极，开关管Q1的源极接二极管D5负极和电感L1一端，电感L1另一端接电容C2正极，二极管D5正极和电容C2负极与电容C1负极相连，电容C2正极输出接由电阻R1、R2串联组成输出电压的反馈网络，电阻R1、R2串联连接点经稳压反馈控制电路接开关管Q1的栅极，控制开关管Q1的占空比，输出充电设备所需的稳定的充电电压，Rsense为电流敏感元件，接在USB接口的+5V电源与电容C2正极之间，用于检测充电电流，光耦合器U1输出端串接整流电路输出和电容C1负极之间，设备综合状态逻辑运算电路输出接光耦合器U1输入端，光耦合器U1为电源通断控制电路内的主要器件。
3.根据权利要求1或2所述USB接口智能充电器，其特征在于，所述设备插拔检测电路包括USB接口、两个比较器U2、U3和电阻组成，USB接口有+5V、D+、D-、DGND4个端口，数据线口D+和D-上分别通过下拉电阻R8、R9接DGND，数据线口D+和D-分别接比较器U2、U3正输入端，比较器U2、U3负输入通过R7接DGND，比较器U2、U3输出接设备综合状态逻辑运算电路。
4.根据权利要求2所述USB接口智能充电器，其特征在于，所述充电状态检测电路包括3个比较器和电阻，将电流敏感元件Rsense采集的电流信号送入比较器U，用两个比较器组成的比例减法电路把电流的大小按照比例转换成电压信号，同时与电池正常工作的电流范围对应的两个电压阈值比较，两个电压阈值由电阻分压形成，比较后输出到设备综合状态逻辑运算电路。
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