CN107394860B - 一种蓝牙耳机充电小电流检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝牙耳机充电小电流检测方法，该采用蓝牙耳机充电电路进行电流检测，该方法通过软件算法控制负载检测电路的断开，通过自动识别接入充电电路中的负载，软件算法控制负载检测电路的导通，检测有电流流过时电流采集电路的信号，通过软件算法识别叠加在AD初值AD_Aver_Value上的AD值以及与之对应检测小电流判饱阀值的大小和AD跳动范围、限时平稳测量以及概率计算，由此来精确测出蓝牙耳机的充饱电流。

Description

一种蓝牙耳机充电小电流检测方法
技术领域
本发明属于蓝牙耳机技术领域，特别涉及蓝牙耳机充电技术。
背景技术
近几年，蓝牙技术应用在免持耳机上，让使用者可以免除恼人电线的牵拌，自在地以各种方式轻松通话。从蓝牙耳机问世以来，一直是行动商务族提升效率的好工具。
蓝牙耳机体积小，导致蓝牙耳机的电池容量也比较小，为了保证蓝牙耳机的使用时长，要保证蓝牙耳机充饱电流在5mA以下，检测蓝牙耳机的充饱电流，需要能识别到2.5mV以下的信号。一旦芯片ADC有±2～3mV的Offset的话，其小信号就会检测不出来或提前判饱。
如专利申请201620859139.6所公开的一种用于蓝牙耳机充电的移动电源，包括可充电池、升压转换芯片、微型USB充电接口、USB输出端口，该可充电池与升压转换芯片电性连接以进行电池的充放电，该微型USB充电接口与升压转换芯片的输入端连接以接入外部电源，该升压转换芯片的输出端与USB输出端口连接以用于输出电能给蓝牙耳机进行充电，还包括MCU和与该MCU连接的切换开关，该MCU的控制端与升压转换芯片连接用以控制升压转换芯片供电的开启与关断，该切换开关用于输出与关断信号给MCU。通过一个很小的MCU关断电源的输出和电量指示LED，解决小电流检测，不能给小蓝牙耳机充电问题，而且电源关机功耗小于9UA，解决小电源不能长期储存问题。
但是该专利申请是利用升压转换芯片对蓝牙耳机进行充电，充电成本高，难以检测到5mA以下的充电电流，且不能解决充电完全冲饱的问题。
发明内容
基于此，因此本发明的首要目地是提供一种蓝牙耳机充电小电流检测方法，该方法通过低成本的外围电路和特殊的软件算法，保证蓝牙耳机充电电路能检测到5mA以下的充电电流，解决蓝牙耳机充饱问题。
本发明的另一个目地在于提供一种蓝牙耳机充电小电流检测方法，该方法易于实现，而且外围电路简单、实现成本低。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种蓝牙耳机充电小电流检测方法，该采用蓝牙耳机充电电路进行电流检测，所述蓝牙耳机充电电路包括基准源电路、电流采集电路、MOSFET开关电路和负载检测电路；所述基准源电路接于电流采集电路，电流采集电路接于MOSFET开关电路，MOSFET开关电路则接于负载检测电路；该方法通过软件算法控制负载检测电路的断开，通过自动识别接入充电电路中的负载，软件算法控制负载检测电路的导通，检测有电流流过时电流采集电路的信号，通过软件算法识别叠加在AD初值AD_Aver_Value上的AD值以及与之对应检测小电流判饱阀值的大小和AD跳动范围、限时平稳测量以及概率计算，由此来精确测出蓝牙耳机的充饱电流。
进一步，所述基准源电路包括基准源Vref和电容C1，基准源电路的基准源Vref由MCU主控内部基准源或外部LDO芯片提供，C1电容一端接Vref,另一端接地，基准源Vref通过C1电容滤波。
进一步，所述电流采集电路包括两个串联的电阻R1和R2，接于R2之后的电阻R3，以及接于电阻R1和R2之间的滤波电容C2；Vref与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，同时与信号采集口的滤波电容C2一端相连，C2另一端接地，电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，并且与MOSFET开关电路的Q1 NMOSFET的源极S相连，R1、R2、R3组成采样电路的分压网络，电流采样从R2和R3电阻上获取。
MOSFET开关电路是由Q1 NMOSFET和电阻R4构成，Q1 NMOSFET的漏极D和USB PortA口的第4脚连接，Q1 NMOSFET的栅极G与MCU的MOSFET ONOFF引脚相连，Q1 NMOSFET的栅极G与R4电阻一端相连，R4电阻另一端接地。
负载检测电路包括有USB PortA和R5，其中，USB PortA第1脚与5V的充电电源相连，USB PortA的第4脚与MOSFET开关电路中Q1 NMOSFET的的漏极D相连，同时与电阻R5一端连接，R5电阻另一端到地。
本发明的软件算法是通过软件控制Q1 MOSFET的断开，具体地说，检测无负载时R2和R3的信号，计算出电路中AD的初值AD_Aver_Value，并保存无负载时检测到AD最大值与AD_Aver_Value之间的AD偏差；其次通过自动识别接入充电电路中的负载(蓝牙耳机)，软件控制NMOSFET的导通，检测有电流流过时采样电路上R2和R3的信号，识别叠加在AD初值AD_Aver_Value上的AD值以及与之对应检测小电流判饱阀值的大小和AD跳动范围、限时平稳测量，以及概率计算，由此来精确测出蓝牙耳机的充饱电流。
进一步，本发明采用12位的ADC模块，检测到Load_In为低电平，即无负载(蓝牙耳机)接入时，把MOSFET_ONOFF口置低电平，Q1 NMOSFET截至，Vref给R1、R2、R3供电，R2和R3上的信号为无负载时充电电路上的初始压降；每一个Main循环，通过AD_Current口连续采集8笔AD值求平均得出一个AD数据，跑16个Main循环，累加16个AD数据；把16个AD数据总和求平均得出无负载时的第1个初始AD值AD_Aver_Value1，累加16个AD数据过程中，保存最大那个AD值，计算出16个AD数据中最大值与平均值AD_Aver_Value1的偏差值AD_Offset_Max1，同样的步骤再重复两次，得到AD_Aver_Value2、AD_Offset_Max2、和AD_Aver_Value3、AD_Offset_Max3的值，最终把3个AD_Aver_Value(n)再求平均存于AD_Aver_Value中作为最终无负载时初始AD值，从3个AD_Offset_Max(n)中保存最大那个偏差值存于AD_Offset_Max作为基于之前AD数据平均值正向跳动最大偏差值；
当MCU检测到负载检测电路中Load_In引脚由低电平变为高电平时，把MOSFET_ONOFF口置高电平，让Q1 NMOSFET导通，5V电源的电流流经USB PortA上负载(蓝牙耳机)，经过Q1管的漏源极再经过R3到地,此时每1个Main循环通过AD_Current口连续采集8笔AD求平均得出一个AD数据，在每16个Main循环中，累加的这些求平均后的AD数据总和，再进行16次平均得到1个AD_Temp_Value值，当AD_Temp_Value的值接近检测最小电流的阀值AD_Threshold(AD_AD_Aver_Value+5)时,一旦检测到有连续3次以上出现AD_Temp_Value值有小于AD_Threshold小电流检测阀值时，启动10分钟计时模式，10分钟内判断AD_Temp_Value与AD_Threshold的关系，当AD_Temp_Value-AD_Threshold差值＝AD_Offset_Temp大于0时，比较AD_Offset_Temp和AD_Offset_Max的值，AD_Offset_Temp大于AD_Offset_Max的值时，表示电流跳动的超出预计范围,10分钟内当连续15秒钟内检测到AD_Offset_Temp小于AD_Offset_Max的值或AD_Temp_Value小于AD_Threshold的值，且则认为蓝牙耳机充饱。
更进一步，为保证所有蓝牙耳机都能充饱，10分钟内满足不了15秒钟检测要求时，后续每100个AD_Temp_Value检测结果中，满足75次AD_Offset_Temp小于AD_Offset_Max值认定为蓝牙耳机充饱。
本发明所实现的外围电路简单，元器件成本低，通用的带12BIT ADC模块的MCU就能对发明内容加以操作，保证蓝牙耳机充电电路能检测到5mA以下的充电电流，最大可能满足蓝牙耳机电池充饱要求，为蓝牙耳机提供低成本、高可靠的充电设备。
附图说明
图1是本发明所实施蓝牙耳机充电电路的电路图。
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。
图1所示，为本发明所实现的本实施例蓝牙耳机充电电路的电路图，结合图中所示，本发明的工作原理具体描述如下：
本实施例中，Vref为AD测量的基准电压，R1、R2、R3电阻组成信号采样分压网络，信号从R2和R3电阻上获取，USB PortA上没有接负载(蓝牙耳机)时，与Load_In口相连R5到地，相当于检测到低电平，当USB PortA上接上负载时，Load_In口上瞬间为高电平(因为蓝牙耳机的电池内阻非常小，当Q1 NMOSFET没有导通时，所有的压降都在R5上，所以Load_In口在负载接入时为高电平)，当NMOSFET Q1栅极G为置低电平时，Q1截止，Vref给R1、R2、R3供电，此时，ADC_Current引脚上获取的R2+R3电阻上的信号为正的信号(若直接从R3上获取信号，如果芯片ADC模块有负的Offset或电路上地线有负Offset都会造成检测到负的AD值，电路设计已经把检测AD信号抬高为正信号)，测到的是无负载的AD值。即检测无负载接入时，采样电路上的AD值，当Load_In检测到高电平时，即有负载(蓝牙耳机)接入时，NMOSFET Q1的栅极G置高电平时，NMOSFET Q1导通，5V的电源提供的电流流经USB PortA口的负载，经过NMOSFET Q1的漏极到达源极，再从R3电阻流到地，形成回路。此时ADC_Current引脚上获取的信号的AD值为有负载电流流过的AD值，只要R3电阻上有电流变化，ADC_Current检测到的AD值就会有变化。
本实施例所实现的软件算法具体描述如下：假设Vref为2V，采用12位的ADC模块，检测到Load_In为低电平，即无负载(蓝牙耳机)接入时，把MOSFET_ONOFF口置低电平，Q1NMOSFET截至，Vref给R1、R2、R3供电，R2和R3上的信号为无负载时充电电路上的初始压降。由于采集的是R2和R3上的压降，电路中已经把检测信号电压抬高了，每一个Main循环，通过AD_Current口连续采集8笔AD值求平均得出一个AD数据，跑16个Main循环，累加16个AD数据。把16个AD数据总和求平均得出无负载时的第1个初始AD值AD_Aver_Value1，累加16个AD数据过程中，保存最大那个AD值，计算出16个AD数据中最大值与平均值AD_Aver_Value1的偏差值AD_Offset_Max1，同样的步骤再重复两次，得到AD_Aver_Value2、AD_Offset_Max2、和AD_Aver_Value3、AD_Offset_Max3的值，最终把3个AD_Aver_Value(n)再求平均存于AD_Aver_Value中作为最终无负载时初始AD值，从3个AD_Offset_Max(n)中保存最大那个偏差值存于AD_Offset_Max作为基于之前AD数据平均值正向跳动最大偏差值。此时释放其它保存AD值的SRAM寄存器。
当MCU检测到负载检测电路中Load_In引脚由低电平变为高电平时，把MOSFET_ONOFF口置高电平，让Q1 NMOSFET导通，5V电源的电流流经USB PortA上负载(蓝牙耳机)，经过Q1管的漏源极再经过R3到地,此时每1个Main循环通过AD_Current口连续采集8笔AD求平均得出一个AD数据，在每16个Main循环中，累加的这些求平均后的AD数据总和，再进行16次平均得到1个AD_Temp_Value值，当AD_Temp_Value的值接近检测最小电流的阀值AD_Threshold(AD_AD_Aver_Value+5)时,一旦检测到有连续3次以上出现AD_Temp_Value值有小于AD_Threshold小电流检测阀值时，启动10分钟计时模式，10分钟内判断AD_Temp_Value与AD_Threshold的关系，当AD_Temp_Value-AD_Threshold差值＝AD_Offset_Temp大于0时，比较AD_Offset_Temp和AD_Offset_Max的值，AD_Offset_Temp大于AD_Offset_Max的值时，表示电流跳动的超出预计范围,10分钟内当连续15秒钟内检测到AD_Offset_Temp小于AD_Offset_Max的值或AD_Temp_Value小于AD_Threshold的值，且则认为蓝牙耳机充饱，为保证所有蓝牙耳机都能充饱，10分钟内满足不了15秒钟检测要求时，后续每100个AD_Temp_Value检测结果中，满足75次AD_Offset_Temp小于AD_Offset_Max值认定为蓝牙耳机充饱。
AD_Threshold值加5计算方法：0.5电阻*5mA电流/Vref电压值*212＝5.12。
本实施例蓝牙耳机充电电路，不仅电路简单，而且元器件成本也相当低，例如：我们采用12位的带ADC的MCU芯片，首先我们把R2和R3看成一个电阻Rx,那么测量信号的AD值＝Rx/(R1+Rx)*Vref/Vref*4096，因为采样电路的供电电源和ADC的基准共用，所以Vref可以相互抵消，这样也避免采样电路上供电电源变化引起AD测量误差的问题。
因此，本发明所实现的外围电路简单，元器件成本低，通用的带12BIT ADC模块的MCU就能对发明内容加以操作，保证蓝牙耳机充电电路能检测到5mA以下的充电电流，最大可能满足蓝牙耳机电池充饱要求，为蓝牙耳机提供低成本、高可靠的充电设备。
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 (8)

1.一种蓝牙耳机充电小电流检测方法，其特征在于该方法采用蓝牙耳机充电电路进行电流检测，所述蓝牙耳机充电电路包括基准源电路、电流采集电路、MOSFET开关电路和负载检测电路；所述基准源电路接于电流采集电路，电流采集电流接于MOSFET开关电路，MOSFET开关电路则接于负载检测电路；该方法通过软件算法控制负载检测电路的断开，通过自动识别接入充电电路中的负载，软件算法控制负载检测电路的导通，检测有电流流过时电流采集电路的信号，通过软件算法识别叠加在AD初值AD_Aver_Value上的AD值以及与之对应检测小电流判饱阀值的大小和AD跳动范围、限时平稳测量以及概率计算，由此来精确测出蓝牙耳机的充饱电流。
2.如权利要求1所述的蓝牙耳机充电小电流检测方法，其特征在于所述基准源电路包括基准源Vref和电容C1，基准源电路的基准源Vref由主控MCU内部基准源或外部LDO芯片提供，C1电容一端接Vref,另一端接地，基准源Vref通过C1电容滤波。
3.如权利要求2所述的蓝牙耳机充电小电流检测方法，其特征在于所述电流采集电路包括两个串联的电阻R1和R2，接于R2之后的电阻R3，以及接于电阻R1和R2之间的滤波电容C2；Vref与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，同时与信号采集口的滤波电容C2一端相连，C2另一端接地，电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，并且与MOSFET开关电路的Q1 NMOSFET的源极S相连，R1、R2、R3组成采样电路的分压网络，电流采样从R2和R3电阻上获取。
4.如权利要求3所述的蓝牙耳机充电小电流检测方法，其特征在于MOSFET开关电路是由Q1 NMOSFET和电阻R4构成， Q1 NMOSFET的漏极D和USB PortA口的第4脚连接，Q1NMOSFET的栅极G与MCU的MOSFET ONOFF引脚相连，Q1 NMOSFET的栅极G与R4电阻一端相连，R4电阻另一端接地。
5.如权利要求4所述的蓝牙耳机充电小电流检测方法，其特征在于负载检测电路包括有USB PortA和R5，其中，USB PortA第1脚与5V的充电电源相连，USB PortA的第4脚与MOSFET开关电路中Q1 NMOSFET的的漏极D相连，同时与电阻R5一端连接，R5电阻另一端到地。
6.如权利要求5所述的蓝牙耳机充电小电流检测方法，其特征在于软件算法是通过软件控制Q1 MOSFET的断开，具体地说，检测无负载时R2和R3的信号，计算出电路中AD的初值AD_Aver_Value，并保存无负载时检测到AD最大值与AD_Aver_Value之间的AD偏差；其次通过自动识别接入充电电路中的蓝牙耳机，软件控制NMOSFET的导通，检测有电流流过时采样电路上R2和R3的信号，识别叠加在AD初值AD_Aver_Value上的AD值以及与之对应检测小电流判饱阀值的大小和AD跳动范围、限时平稳测量，以及概率计算，由此来精确测出蓝牙耳机的充饱电流。
7.如权利要求6所述的蓝牙耳机充电小电流检测方法，其特征在于采用12位的ADC模块，USB PortA的第4脚与Load_In口相连并通过R5接地，检测到Load_In为低电平，即无蓝牙耳机接入时，把MOSFET_ONOFF口置低电平，Q1 NMOSFET截止，Vref 给R1、R2、R3供电，R2和R3上的信号为无负载时充电电路上的初始压降；每一个主循环，通过AD_Current口连续采集8笔AD值求平均得出一个AD数据，所述AD值采集的是R2和R3上的压降，跑16个主循环，累加16个AD数据；把16个AD数据总和求平均得出无负载时的第1个初始AD值 AD_Aver_Value1，累加16个AD数据过程中，保存最大那个AD值，计算出16个AD数据中最大值与平均值AD_Aver_Value1的偏差值AD_Offset_Max1，同样的步骤再重复两次，得到AD_Aver_Value2、AD_Offset_Max2、和AD_Aver_Value3、AD_Offset_Max3的值，最终把3个AD_Aver_Value（n）再求平均存于AD_Aver_Value中作为最终无负载时初始AD值，从3个AD_Offset_Max（n）中保存最大那个偏差值存于AD_Offset_Max作为基于之前AD数据平均值正向跳动最大偏差值；
当MCU检测到负载检测电路中Load_In引脚由低电平变为高电平时，把MOSFET_ONOFF口置高电平，让Q1 NMOSFET导通，5V电源的电流流经USB PortA上蓝牙耳机，经过Q1管的漏源极再经过R3到地,此时每1个主循环通过AD_Current口连续采集8笔AD求平均得出一个AD数据，在每16个主循环中，累加的这些求平均后的AD数据总和，再进行16次平均得到1个AD_Temp_Value值，当AD_Temp_Value的值接近检测最小电流的阀值AD_Threshold ( AD_AD_Aver_Value+5)时, 一旦检测到有连续3次以上出现AD_Temp_Value值有小于AD_Threshold小电流检测阀值时，启动10分钟计时模式，10分钟内判断AD_Temp_Value与AD_Threshold的关系，当AD_Temp_Value - AD_Threshold差值= AD_Offset_Temp大于0时，比较AD_Offset_Temp 和AD_Offset_Max的值，AD_Offset_Temp大于AD_Offset_Max的值时，表示电流跳动的超出预计范围, 10分钟内当连续15秒钟内检测到AD_Offset_Temp小于AD_Offset_Max的值或AD_Temp_Value小于AD_Threshold的值，且则认为蓝牙耳机充饱。
8.如权利要求7所述的蓝牙耳机充电小电流检测方法，其特征在于为保证所有蓝牙耳机都能充饱，10分钟内满足不了15秒钟检测要求时，后续每100个AD_Temp_Value检测结果中，满足75次AD_Offset_Temp 小于AD_Offset_Max值认定为蓝牙耳机充饱。
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