CN106124842B - 一种移动电源的小电流检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动电源的小电流检测电路，所述检测电路包括电池保护电路、开关电路、滤波电路、升压输出检测电路、以及MCU，其中，开关电路又是由PMOS开关控制电路和NMOS开关控制电路构成，升压输出检测电路则包括有升压输出自动负载检测电路和小电流检测电路；本发明使移动电源在把终端设备充满电量的同时节省移动电源本身的电量，还可以解决不同PCBA板上噪声带来小电流不关机的问题。

Description

一种移动电源的小电流检测电路及方法

技术领域

本发明属于移动电源的技术领域，特别涉及移动电源的小电流检测。

背景技术

随着移动互联网和智能终端技术的高速发展，人们可以越来越方便地利用智能手机等终端随时随地获取资讯、娱乐。然而，智能手机的大屏幕触控、移动互联网接入、应用程序运行等各种操作，不可避免地比传统的通信终端需要更多的电量，从而导致其电量消耗速度非常快。

移动电源的出现很好地解决了智能手机电量消耗过快，且在外出行时不易找到固定充电接口的问题。移动电源以其容量大、充电速度快、方便携带等多种优点，已经随着智能手机一起，成为人们出行必备物品。

由于现在市场智能终端品种越来越多，而开发者为了尽可能满足把所有智能终端产品都能充到满，目前移动电源的放电小电流越做越小，但是MCU内部的ADC模块本身也存在OFFSET，且移动电源放电时，都是基于PWM的调整，系统板上本身也会产生比较大的噪声，会影响小电流的检测，所以小电流检测算法尤为重要。

例如，专利申请201410589811.X公开了一种移动电源剩余电量的检测方法和装置，实现移动电源实时电量的精确测量。所述方法包括：定义执行目标次数的信号采样流程为一组循环，在一组循环中，执行当前信号采样流程；其中，所述信号采样流程包括：按照预设采样周期对电源的充电电流进行多次采样得到多个采样值；取所述多个采样值的均值；对所述均值进行平衡滤波；每执行完一组循环，输出一次实时电源电量。

然而上述的方法仅仅能实现电量的计算，并不能解决不同PCBA板上噪声带来小电流不关机的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种移动电源的小电流检测电路及方法，该电路及方法可以保证移动电源把终端设备充满并且可节省移动电源本身的电量，同时可以解决不同PCBA板上噪声带来小电流不关机的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种移动电源的小电流检测电路，其特征在于检测电路包括电池保护电路、开关电路、滤波电路、升压输出检测电路、以及MCU，其中，开关电路又是由PMOS开关控制电路和NMOS开关控制电路构成，升压输出检测电路则包括有升压输出自动负载检测电路和小电流检测电路；

所述电池保护电路接有开关电路，PMOS开关控制电路与滤波电路连接，MCU则分别连接PMOS开关控制电路和NMOS开关控制电路，滤波电路又连接于升压输出自动负载检测电路，升压输出自动负载检测电路和小电流检测电路则分别连接到MCU，通过MCU来检测有无负载或测量电流的大小。

所述电池保护电路，由DW01芯片、QS1、QS4、R1、R2、C6、C1和电池组成，其中，R1通过DW01芯片的第2引脚接地，C1接于DW01芯片的第6引脚和第5引脚之间，R2接于DW01芯片的第5引脚，电磁接于R2，C6与电磁并联，QS1、QS4并联于电池上。

开关电路是由PWM2/PWM3口两路PWM来控制开关电路来实现，其中，PWM2是PMOS开关控制电路，PWM3是NMOS开关控制电路；PMOS开关控制电路由PMOS管构成，NMOS开关控制电路则由NMOS管构成。

滤波电路，由C7、C8、C9构成，其中，C7、C8、C9并联于USB-OUT(USB输出端口)的负载端，C9接USB输出端口。

升压输出检测电路由QS3、RS2、R12、R构成，其中，QS3接的接USB输出端口的LOADIN端口；RS2一端连接MCU的13引脚，另一端则接于QS3上；R12则位于QS3的接地端，QS3、R12和R构成小电流检测电路；MCU的PT1.3口的内部下拉电阻则构成升压输出自动负载检测电路(自动负载检测电路主要通过MCU的LOAD_IN【芯片PT1.3口内部开下拉电阻】引脚来识别USB_OUT上是否有负载接入)。

一种移动电源小电流检测算法，其特征在于，所述方法包括如下：

步骤1、完成AD检测模块的配置，所述完成配置，包括配置好放电电流检测AD通道时，配置好ADC模块的时钟源和ADC转换时间。

步骤2、小电流采样；连续采集电流值，获得临时电流值，在第一次按键升压或第一次负载自动检测升压时，所述临时电流值是在第一次升压，在不打开PSW的情况下，通过多次循环主程序求平均获得，获得无输入信号的初始AD原码。

所述的步骤中，连续采16笔电流值，求平均得出一个临时电流值；具体地说，通过连续采集16次ADC求平均，得到一个临时的AD结果。

在上电之后第一次按键开启升压或者通过负载自动检测开启升压时，先不打USBOUT输出端的开关控制脚，通过累加16个临时AD结果后求平均得到小电流检测口上的AD值(小电流的初始值)，把它保存起来作为电流检测口无输入信号的AD原码。

步骤3、对比及计数；第1次对外放电，得到小电流初始值后，接通负载，正常检测电流，把采到的电流值与小电流初始值作比较，如果采到电流值大于小电流初始值，相减后的值即为当前电流值，当前电流值小于小电流预设值时，真正的小电流计数器COUNT1计数累加1次；若采到的电流值比小电流初始值还小，则当前电流值直接置0，同样把小电流计数器COUNT1计数累加1次。

具体地说，得到电流检测口原码后，再进行采集AD值，正常工作时小电流采集方法和采集原码作法一致，如果采到的AD值和原码相减为负，则把AD结果置0，如果为正则减去原码，得到实际的AD值。

每得到一个实际AD值后，用COUNT2计数寄存器作一次累加计数，当COUNT2还未到250次时，要把实际的AD值与放电最小关机电流的AD预设值(通常流程中AD预设值为5)作比较，如果得到实际AD值小于AD预设值时，小电流计数器COUNT1累加1次。当COUNT2达到250次后，再来查看COUNT1的值，如果COUNT1的值超过200，则认为是小电流，如果在关机电流时间内都是这个概率即可关掉升压。

上述步骤中，关机电流的AD预设值/COUNT1/COUNT2这几个值客户可自行根据情况进行调整。

进一步，具体的步骤包括：

101、芯片上电后，配置好ADC模块的时钟源和ADC转换时间，设置上电标志位【FLAG.B1＝1】；

102、程序检测到升压按键或检测到负载自动升压时，如果FLAG.B1仍为1，表明为上电后第一次进行升压，此时把FLAG.B0＝1；

103、控制两路PWM升压时，如果识别到FLAG.B0＝1，则不打开USB_OUT端的PSW开关。

104、当采集完256笔电流值后，如果FLAG.B0＝1，则保留升压时的初始电流值，并把FLAG的最低两位清0，一旦识别到FLAG.B0为0则打开USB_OUT端的PSW开关；

105、当再次采集到256笔电流值后，计数器2加1，需要的把当前的电流值与初始电流值作比较，如果当前电流值小于初始电流值则把当前值置0，如果当前电流值大于初始电流值则把相减的结果与预设的小电流值作比较，相减的结果如果小于预设的小电流值则小电流计数器1加1；

106、当计数器2累加到250，再来判断计数器1是否大于200，如果大于200则认为检测到小电流，否则判断为正常状态。

长时间采集的情况下，采到的最终电流值的每250次，都有200次结果在预设值5以下，则可以关闭升压的两路PWM和PSW。

本发明的有益效果是：可以保证移动电源在把终端设备充满电量的同时可节省移动电源本身的电量，还可以解决不同PCBA板上噪声带来小电流不关机的问题。

附图说明

图1是本发明所实施的电路原理图。

图2是本发明所实施的电路图。

图3是本发明所实施的软件控制流程图。

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，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的实施主要通过小电流检测电路中的IDET口来检测流过移动电源负载上的电流，其检测电路包括电池保护电路10、开关电路11、滤波电路12、升压输出检测电路13、以及MCU周边电路14。其中，开关电路11又是由PMOS开关控制电路111和NMOS开关控制电路112构成，升压输出检测电路13则包括有升压输出自动负载检测电路131和小电流检测电路132。

结合图2所示，电池保护电路10主要由DW01芯片、QS1、QS4、R1、R2、C6、C1和电池组成，其中，R1通过DW01芯片的第2引脚接地，C1接于DW01芯片的第6引脚和第5引脚之间，R2接于DW01芯片的第5引脚，电磁接于R2，C6与电磁并联，QS1、QS4并联于电池上；电池保护电路上的电池通过外接负载进行放电时，电池的电压将慢慢降低，当电池电压降到2.3V时，DW01(电池保护电路10的控制芯片)将认为电池电压处于过放电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，QS1的G2和QS4的G1口的开关管因OD上无电压而关闭。当电池通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，电池电压将越来越高，当电池电压升高到4.4V时，DW01将认为电池已处于过充电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，QS1的G1和QS4的G2口的开关管因OC脚无电压而关闭，电池充电回路被切断，在电池对外放电过程中，QS1和QS4的两个电子开关等效于两个电阻很小的电阻，加在G极电压大于1V时，开关管的导通内阻很小，只有几十毫欧，相当于开关闭合，当G极的电压小于0.7V以下时，开关管的导通内阻很大，为几M欧，相当于开关断开。当负载电流增大时，必定在QS1和QS4上电压也会增大，当内阻电压上升到0.2V时，便认为负载电流到达了极限值，于是停止第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，QS1的G2和QS4的G1内的放电控制管关闭，切断电池的放电回路，实现了过流保护。

开关电路11是由PWM2/PWM3口两路PWM来控制开关电路来实现，PWM2是PMOS开关控制电路111，PWM3是NMOS开关控制电路112。PMOS开关控制电路111由PMOS管构成，NMOS开关控制电路112则由NMOS管构成。MCU通过PWM2/PWM3口两路互补PWM来控制开关电路实现对电池的升压，当PWM2和PWM3同时为高电平时，PMOS管截止，电流从电池流经电感和NMOS管到地，对电感进行储能，当PWM2为高电平且PWM3为低电平时，PMOS管和NMOS管均不导通，即为死区时间，当PWM2和PWM3同时为低电平时，PMOS管导通，NMOS管截止，电流从电池，流经电感和PMOS管，到达USB_OUT端，此时电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量是电池电压和电感的磁场能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于电池电压，即实现升压，如PWM控制波形图所示，两路PWM交替工作，对电池进行升压，PWM频率的调整是通过MCU内部检测基准反测VDD实现的。

滤波电路后接有USB输出端口(USB-OUT)。滤波电路由C7、C8、C9构成，其中，C7、C8、C9并联于USB-OUT的负载端，C9接USB输出端口；滤波电路是对电池升压后的电压进行滤波，同时开关电路不断的循环工作，可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

升压输出检测电路由QS3、RS2、R12[电流检测电阻]、R构成，其中，QS3接的接USB输出端口的LOAD IN端口；RS2一端连接MCU的13引脚，另一端则接于QS3上；R12则位于QS3的接地端；负载自动检测电路中的检测电阻用的是MCU里PT1.3口的内置下拉电阻，所以在电路外省略，自动负载检测电路主要通过MCU的LOAD_IN【芯片PT1.3口内部开下拉电阻】引脚来识别USB_OUT上是否有负载接入，如果有负载时，接通HM8205S NMOS管的控制引脚，让电流从负载上流过，然后用MCU的A/D模块来检测流过负载的电流，其电路的作用主要有两个：

1、防止过流,当负载端因为短路，流过检测电路上的电流增大时，需要关掉两路PWM以及HM8205S的控制脚PSW，断开负载。

2、负载充满关断升压，当负载端电流变到足够小时，表明负载已经充满，同样要关掉两路PWM以及HM8205S的控制脚PSW。

再如图3所示，本发明具体实现时，小电流的检测方法为：配置好放电电流检测AD通道时，同时配置好ADC模块的时钟源和ADC转换时间。通过连续采集16次ADC求平均，得到一个临时的AD结果，另外在上电之后第一次按键开启升压或者通过负载自动检测开启升压时，先不打开PSW【USB OUT输出端的开关控制脚】，先采集小电流检测口上的AD值【跑16次MAIN循环得到最原始的AD码值】，把它保存起来作为电流检测口无输入信号的AD原码。得到电流检测口原码后，以后再采到的AD值【正常工作时小电流采集方法和采集原码作法一致】如果AD值和原码相减为负，则把AD结果置0，如果为正则减去原码，得到实际的AD值。每得到一个实际AD值后，用COUNT2计数寄存器作一次累加计数，当COUNT2还未到250次时，要把实际的AD值与放电最小关机电流的AD预设值【流程中预设值为5】作比较，如果得到实际AD值小于预设AD值时，小电流计数器COUNT1累加1次。当COUNT2达到250次后，再来查看COUNT1的值，如果COUNT1的值超过200，则认为是小电流，如果在关机电流时间内都是这个概率即可关掉升压。

关机电流的AD预设值/COUNT1/COUNT2这几个值客户可自行调整。

本发明在移动电源在把终端设备充满电量的同时还可节省移动电源本身的电量，同时可以解决不同PCBA板上噪声带来小电流不关机的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种移动电源小电流检测方法，其特征在于所述方法包括如下：

步骤1、完成配置，所述完成配置，包括配置好放电电流检测AD通道时，配置好ADC模块的时钟源和ADC转换时间；

步骤2、小电流采样；连续采集电流值，获得临时电流值，所述临时电流值是在第一次升压，在不打开PSW的情况下，通过多次循环求平均获得，获得AD原码；

步骤3、对比及计数；在上电之后第一次按键开启升压或者通过负载自动检测开启升压时，先不打USB OUT输出端的开关控制脚，先采集小电流检测口上的AD值，把它保存起来作为电流检测口无输入信号的AD原码；

得到电流检测口AD原码后，再进行采集AD值，如果采到的AD值和原码相减为负，则把AD结果置0，如果为正则减去原码，得到实际的AD值；

每得到一个实际AD值后，用COUNT2计数寄存器作一次累加计数，当COUNT2还未到250次时，要把实际的AD值与放电最小关机电流的AD预设值作比较，如果得到实际AD值小于AD预设值时，真正的小电流计数器COUNT1累加1次；当COUNT2达到250次后，再来查看COUNT1的值，如果COUNT1的值超过200，则认为是小电流。

2.如权利要求1所述的移动电源小电流检测方法，其特征在于所述的步骤中，连续采16笔电流值，求平均得出一个临时电流值。

3.如权利要求1所述的移动电源小电流检测方法，其特征在于第1次对外放电，得到小电流初始值后，接通负载，正常检测电流，把采到的电流值与小电流初始值作比较，如果采到电流值大于小电流初始值，相减后的值即为当前电流值，当前电流值小于小电流预设值时，小电流计数器COUNT1计数累加1次；若采到的电流值比小电流初始值还小，则当前电流值直接置0，同样小电流计数器COUNT1计数累加1次。

4.如权利要求1所述的移动电源小电流检测方法，其特征在于进一步，具体的步骤包括：

101、芯片上电后，配置好ADC模块的时钟源和ADC转换时间，设置上电标志位FLAG.B1＝1；

102、程序检测到升压按键或检测到负载自动升压时，如果FLAG.B1仍为1，表明为上电后第一次进行升压，此时把FLAG.B0＝1；

103、控制两路PWM升压时，如果识别到FLAG.B0＝1，则不打开USB_OUT端的PSW开关；

104、当采集完256笔电流值后，如果FLAG.B0＝1，则保留升压时的初始电流值，并把FLAG的最低两位清0，一旦识别到FLAG.B0为0则打开USB_OUT端的PSW开关；

105、当再次采集到256笔电流值后，计数器COUNT2加1，需要的把当前的电流值与初始电流值作比较，如果当前电流值小于初始电流值则把当前值置0，如果当前电流值大于初始电流值则把相减的结果与预设的小电流值作比较，相减的结果如果小于预设的小电流值则小电流计数器COUNT1加1；

106、当计数器COUNT2累加到250，再来判断小电流计数器COUNT1是否大于200，如果大于200则认为检测到小电流，否则判断为正常状态。

5.如权利要求4所述的移动电源小电流检测方法，其特征在于长时间采集的情况下，采到的最终电流值的每250次，都有200次结果在预设值以下，则可以关闭升压的两路PWM和PSW。