CN107889012A - 可为可穿戴设备充电的无线耳机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可为可穿戴设备充电的无线耳机，在所述可穿戴设备上设置有充电触点；所述无线耳机包括用于与所述充电触点连通的电连接器、用于外接充电设备的充电接口、开关元件、充电管理模块和电池；所述开关元件连接在充电接口与电连接器之间的充电电流传输线路中；所述充电管理模块对所述开关元件进行通断控制，并接收充电接口接入的充电电源，对所述电池充电。本发明使得可穿戴设备可以搭配在无线耳机上完成充电过程，无需为可穿戴设备单独配置适配器，不仅节约了适配器资源，降低了使用成本，而且提高了可穿戴设备的充电便携性以及可穿戴设备和无线耳机的充电效率，有助于提升用户的使用体验。

Description

可为可穿戴设备充电的无线耳机

技术领域

本发明属于音频播放设备技术领域，具体地说，是涉及一种无线耳机。

背景技术

可穿戴设备是一种可以直接穿在身上或是整合到用户的衣服或配件中的便携式电子产品。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更可以通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备已经给人们的生活、感知带来了巨大的转变。

目前的可穿戴设备多以智能手表、智能手环为主。智能手表是具有信息处理能力、符合手表基本技术要求的可穿戴设备。智能手表除了可以像传统的手表那样指示时间以外，还具有提醒、导航、校准、监测、交互等其中的一种或者多种功能；显示方式可以包括指针、数字、图像等多种形式。

现有的智能手表普遍采用充电底座对其内部电池充电蓄能，充电底座通过pogopin连接器与智能手表上的焊盘接触连通，向智能手表输送充电电流。目前的智能手表在使用过程中功耗往往很大，特别是在通话过程中，功耗可以达到1W甚至1W以上。而智能手表中的电池容量非常有限，因此，对于经常使用通话功能的智能手表用户来说，基本上需要一天一充电。频繁的充电操作会严重影响用户对智能手表的使用体验。

随着耳机技术的快速发展，无线耳机，特别是蓝牙耳机的应用越来越广泛。而且在实际使用过程中，人们经常会将智能手表和蓝牙耳机搭配在一起使用。即，利用智能手表与对方的手机建立通讯链接，同时配对智能手表与蓝牙耳机，利用蓝牙耳机播放对方的语音，并采集本机用户的语音。采用这种智能手表与蓝牙耳机配合使用的方式，可以避免智能手表中扬声器的使用，进而降低智能手表的通话功耗，延长智能手表的续航时间。

但是，目前的智能手表和蓝牙耳机，虽然在使用过程中经常搭配在一起，但是在充电过程中却只能各自充电，因此需要配置两套适配器分别对智能手表和蓝牙耳机进行充电控制，不仅导致适配器资源的严重浪费，而且充电便携性差，充电效率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以为可穿戴设备实现充电控制的无线耳机，无需再为可穿戴设备配置单独的适配器，从而可以有效节约适配器资源，降低用户的使用成本。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种可为可穿戴设备充电的无线耳机，在所述可穿戴设备上设置有用于传输充电电流的充电触点；所述无线耳机包括电连接器、充电接口、开关元件、充电管理模块和电池；其中，所述电连接器用于与所述充电触点连通，向所述可穿戴设备输送充电电流；所述充电接口用于外接充电设备，接收充电设备输入的充电电源；所述开关元件连接在充电接口与电连接器之间的充电电流传输线路中，用于连通或者切断所述充电电流传输线路；所述充电管理模块连接所述开关元件，对所述开关元件进行通断控制；所述电池连接所述充电管理模块，所述充电管理模块接收所述充电电源，并对所述电池进行充电控制。

进一步的，所述充电管理模块连接所述充电接口，在无线耳机上有可穿戴设备插入且充电接口上有充电电源接入时，首先控制所述开关元件连通所述充电电流传输线路，并连通电池的充电回路，然后检测所述充电接口的接入电流，并根据所述接入电流的大小确定所述可穿戴设备和无线耳机的充电时序，以提高充电效率。

优选的，所述充电管理模块在检测到所述接入电流大于等于可穿戴设备和无线耳机所需的充电电流之和时，控制所述可穿戴设备和无线耳机一并充电，以加快充电速度；而所述充电管理模块在检测到所述接入电流小于可穿戴设备和无线耳机所需的充电电流之和时，首先切断所述电池的充电回路，优先利用所述接入电流对可穿戴设备充电；待所述可穿戴设备充满电后，控制所述开关元件切断所述充电电流传输线路，并连通所述电池的充电回路，对所述无线耳机充电。通过控制可穿戴设备和无线耳机分时充电，以提高可穿戴设备和无线耳机的充电效率。

为了使无线耳机能够对可穿戴设备的充电状态实现监测，本发明在所述无线耳机中还设置有采样电阻和电流检测模块；其中，所述采样电阻串联在所述充电电流传输线路中；所述电流检测模块连接所述采样电阻，采集采样电阻两端的电压，并生成采样电流发送至所述充电管理模块，根据采样电流的大小判断可穿戴设备是否充满电。

进一步的，所述充电管理模块在检测到所述采样电流低于设定阈值时，判定所述可穿戴设备充电已满。

优选的，所述设定阈值优选在1mA~2mA之间取值。

为了使可穿戴设备在充电过程中能够稳定地固定在无线耳机上，以提高充电的可靠性，本发明在所述可穿戴设备中还设置有磁铁，所述可穿戴设备在其充电触点与无线耳机的电连接器连通后，通过所述磁铁与无线耳机吸合，实现二者的固定。

进一步的，在所述无线耳机中还设置有霍尔传感器，当所述磁铁与无线耳机吸合后，所述霍尔传感器生成感应信号发送至所述充电管理模块，由此便可检测出无线耳机上有可穿戴设备插入，实现无线耳机对可穿戴设备的插入检测。

进一步的，所述无线耳机还包括外壳，所述电连接器安装在所述外壳上，且部分外露所述外壳；所述霍尔传感器内置于所述外壳中，且所述可穿戴设备的充电触点在与所述无线耳机的电连接器连通时，所述霍尔传感器刚好与可穿戴设备中的磁铁的布设位置正对，以提高无线耳机对可穿戴设备的插入状态检测的准确性。

优选的，所述电连接器优选采用pogo pin连接器，其弹簧顶针的头部外露所述外壳，其余部分内置于所述外壳中；所述可穿戴设备的充电触点优选采用焊盘，通过pogo pin连接器配合焊盘实现可穿戴设备与无线耳机之间充电线路的可靠连通。

优选的，所述无线耳机为蓝牙耳机；所述可穿戴设备为智能手表或智能手环。利用蓝牙耳机为智能手表或智能手环充电，使蓝牙耳机既可以与智能手表或智能手环配合使用，又可以与智能手表或智能手环搭配在一起共同充电，以提高充电的便携性。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过在无线耳机上设置用于与可穿戴设备上的充电触点相连接的电连接器，并在无线耳机中增设用于可穿戴设备的充电线路，由此可以使得可穿戴设备搭配在无线耳机上完成充电过程，无需为可穿戴设备单独配置适配器，不仅节约了适配器资源，降低了使用成本，而且提高了可穿戴设备的充电便携性以及可穿戴设备和无线耳机的充电效率，有助于提升用户的使用体验。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的无线耳机的一种实施例的结构示意图；

图2是可与图1所示的无线耳机搭配充电的可穿戴设备的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明所提出的无线耳机的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

如图1、图2所示，本实施例为了使无线耳机1具有向可穿戴设备2充电的功能，在现有无线耳机1的基础上增设电连接器11，所述电连接器11的类型应与可穿戴设备2上的已有充电触点22相适配，以实现电连接器11与充电触点22的良好接通，进而能够稳定地向可穿戴设备2输送充电电流。例如，当所述可穿戴设备2为智能手表或者智能手环时，由于目前的智能手表或者智能手环上的充电触点22通常采用焊盘结构，与其配合使用的充电器往往设计成充电底座形式，充电底座中设置有pogo pin连接器。在将智能手表或者智能手环插入到充电底座中进行充电时，智能手表或者智能手环上的焊盘22刚好与充电底座中的pogopin连接器接触导通，使通过充电底座输出的充电电流能够经由所述pogo pin连接器和焊盘22输送至智能手表或者智能手环内部的充电管理电路，进而为智能手表或者智能手环中的电池充电蓄能，实现充电功能。对于这种采用焊盘作为充电触点22的智能手表或者智能手环来说，优选采用pogo pin连接器作为所述电连接器11融合在本实施例的无线耳机1上，以便于所述智能手表或智能手环能够更好地搭配在本实施例的无线耳机1上进行充电。当然，对于电连接器11的类型选择，本实施例并不仅限于以上举例，只要与可穿戴设备2上的充电触点22相适配即可。

在本实施例中，所述电连接器11优选安装在无线耳机1的外壳12上，且部分地外露所述外壳12，以便于其与可穿戴设备2上的充电触点22接触连通。当所述电连接器11选用pogo pin连接器时，优选将pogo pin连接器的弹簧顶针的头部15外露所述外壳12，如图1所示，将pogo pin连接器的其余部分内置于所述外壳12中，以保持无线耳机1整体的美观性。

在将可穿戴设备2上的充电触点22与无线耳机1上的电连接器11连通后，为了保持电连接器11与充电触点22在整个充电过程中稳定连通，本实施例优选在可穿戴设备2中设置磁铁23，如图2所示，利用磁铁23的吸合作用，保证可穿戴设备2能够稳固地搭在无线耳机1上，提高充电过程的可靠性。

为了使无线耳机1能够对可穿戴设备2的插入状态实现准确检测，本实施例在所述无线耳机1中还设置有霍尔传感器13，如图1所示，优选安装在无线耳机1的外壳12内部，且在所述可穿戴设备2上的充电触点22与无线耳机1上的电连接器11连通时，所述霍尔传感器13刚好与可穿戴设备2中的磁铁23的布设位置正对。以所述可穿戴设备2为智能手表或者智能手环为例进行说明，由于智能手表或智能手环的充电触点22一般安装在智能手表或智能手环的背面21，即，在手表或手环佩戴后与人体皮肤相接触的一面，因此，优选将所述磁铁23也安装在智能手表或智能手环的背面21，且内置于智能手表或智能手环的外壳中。当智能手表或智能手环的充电触点22与无线耳机1上的电连接器11连通时，智能手表或智能手环的背面21与无线耳机1的外壳12相贴合，设置磁铁23位于所述贴合区域内，以保证吸合强度。根据磁铁23的位置确定霍尔传感器13在无线耳机1中的布设位置，使智能手表或智能手环搭在无线耳机1上充电时，磁铁23与霍尔传感器13位置正对，继而保证霍尔传感器13能够准确地感应到磁铁23的接近程度，并在磁铁23与无线耳机1吸合后，生成感应信号发送至无线耳机1内部的控制电路，以实现对可穿戴设备2的插入状态的准确检测。

如图3所示，在无线耳机1内部的控制电路中设置有充电管理模块U1、开关元件Q1、电池U2以及电流检测电路等主要部分。其中，充电管理模块U1连接无线耳机1的充电接口14，结合图1、图3所示，所述充电接口14可以是现有无线耳机1的既有接口，例如USB接口等，设置在无线耳机1的外壳12上，用于外接充电设备，接收充电设备输入的充电电源。所述充电设备可以是无线耳机1的适配器，也可以是主机（例如计算机等）。将充电接口14的电源引脚VBUS连接至充电管理模块U1的电源输入端POWER_IN，利用充电管理模块U1检测外部充电设备接入的电流大小，根据接入电流的大小可以判断出外接的充电设备是适配器还是主机，进而确定无线耳机1与可穿戴设备2的充电时序。即，如果外接的充电设备是适配器，由于适配器的带载能力强，可以提供较高的接入电流，因此可以对无线耳机1和可穿戴设备2同时充电。而若外接的充电设备是主机，由于主机的带载能力较弱，可提供的接入电流较小，往往低于无线耳机1和可穿戴设备2所需的充电电流之和，因此，为了提高充电效率，本实施例优选对所述无线耳机1和可穿戴设备2进行分时充电，以控制充电时长。

为了对无线耳机1和可穿戴设备2的充电时序实现准确控制，本实施例一方面将无线耳机1中的电池U2连接至充电管理模块U1的电源输出端POWER_OUT，即，利用充电管理模块U1构建电池U2的充电回路，并对所述电池U2的充电回路进行通断控制，继而实现对电池U2充电时序的有效控制。另一方面，将电连接器11通过充电电流传输线路连接至所述充电接口14的电源引脚VBUS，并在所述充电电流传输线路中连接开关元件Q1，利用充电管理模块U1控制所述开关元件Q1通断，进而连通或者切断所述充电电流传输线路，实现对可穿戴设备2充电时序的有效控制。

具体来讲，所述开关元件Q1可以选用场效应管、可控硅等导通阻抗较低的开关器件，以降低无线耳机1的功耗。本实施例以P沟道MOS管为例进行说明，如图3所示，将所述P沟道MOS管Q1的栅极G连接至充电管理模块U1，接收充电管理模块U1输出的开关控制信号POWER_EN；将P沟道MOS管Q1的源极S连通所述充电接口14的电源引脚VBUS，以接收充电电流；将P沟道MOS管Q1的漏极D连接至电连接器11的其中一个端子，以向可穿戴设备2输出充电电流，所述电连接器11的另一个端子可以接地，在经由无线耳机1对可穿戴设备2充电时，实现无线耳机1与可穿戴设备2共地。

在控制无线耳机1和可穿戴设备2分时充电期间，为了在可穿戴设备2充满电后，能够自动切换到无线耳机1充电，本实施例在连接所述电连接器11的充电电流传输线路中还连接有电流检测电路，如图3所示，具体可以包括采样电阻R21和电流检测模块U3。所述电流检测模块U3优选采用一颗电流检测芯片，以简化无线耳机1的电路结构，满足无线耳机1的小型化设计要求。将采样电阻R21串联在所述充电电流传输线路中，例如连接在充电接口14的电源引脚VBUS与电连接器11之间，将电流检测芯片U3的两个输入端IN+、IN-分别连接在所述采样电阻R21的两端，采集采样电阻R21两端的电压，进而结合采样电阻R21的阻值，计算出流过采样电阻R21的采样电流的大小，通过电流检测芯片U3的输出端OUT发送至充电管理模块U1，以根据采样电流的大小判断出可穿戴设备2是否充满电。作为本实施例的一种优选设计方案，当充电管理模块U1检测到所述采样电流低于设定阈值时，所述设定阈值优选在1mA~2mA之间取值，则可以判定所述可穿戴设备充电已满。

所述采样电阻R21优选采用阻值为60mΩ、误差精度为1%的精密电阻，以降低无线耳机1的功耗，提高充电效率。

本实施例在所述电流检测芯片U3的输出端OUT还连接有第一电阻R25和第二电阻R28，所述电流检测芯片U3的输出端OUT通过第一电阻R25接地，通过第二电阻R28连接充电管理模块U1的模数转换接口ADC，并通过滤波电容C10接地。通过电流检测芯片U3输出的采样电流可以经由第一电阻R25和第二电阻R28转换成采样电压，经滤波电容C10滤波后，传送至充电管理模块U1的模数转换接口ADC，将模拟信号转换成数字信号，实现充电管理模块U1对采样电流大小的识别。

通过霍尔传感器13输出的感应信号CHECK_IN可以传输至所述充电管理模块U1，利用充电管理模块U1检测可穿戴设备2在无线耳机1上的插入状态。

下面结合图1-图3，对本实施例的无线耳机1与可穿戴设备2的配合充电过程进行详细阐述。

本实施例以无线耳机1为蓝牙耳机，可穿戴设备2为智能手表为例进行说明。

在需要对智能手表2进行充电时，将智能手表2的焊盘22与蓝牙耳机1的电连接器11，例如pogo pin连接器连接，并利用智能手表2中的磁铁23将智能手表2吸合在蓝牙耳机1上。

蓝牙耳机1中的霍尔传感器13在检测到磁铁23吸合到蓝牙耳机1上时（即，磁铁23距离霍尔传感器13足够接近时），霍尔传感器13生成感应信号CHECK_IN发送至蓝牙耳机1内部的充电管理模块U1。所述充电管理模块U1可以具体选用具有充电管理功能的蓝牙芯片实现，以简化电路设计。

充电管理模块U1在接收到感应信号CHECK_IN后，认为有智能手表2插入到蓝牙耳机1的pogo pin连接器11上了。此时，充电管理模块U1检测蓝牙耳机1的充电接口14上是否有外部的充电设备接入，若有，则执行后续的充电过程；否则，保持现状。

充电管理模块U1在确定进入充电过程后，首先置开关控制信号POWER_EN由高电平跳变到低电平，控制P沟道MOS管Q1饱和导通，连通智能手表2的充电电流传输线路，为智能手表2充电。与此同时，充电管理模块U1连通电池U2的充电回路，为蓝牙耳机1中的电池U2充电。

充电管理模块U1检测通过充电接口14接入的电流大小，若充电接口14的接入电流大于等于蓝牙耳机1和智能手表2所需的充电电流之和时，则认为与充电接口14外接的充电设备为适配器，此时，保持电池U2和智能手表2的充电回路连通，利用外接的适配器对蓝牙耳机1和智能手表2同步充电，以加快二者的充电速度。而当所述充电管理模块U1检测到通过所述充电接口14接入的电流小于蓝牙耳机1和智能手表2所需的充电电流之和时，则认为与充电接口14外接的充电设备为主机。此时，充电管理模块U1首先切断电池U2的充电回路，即阻断其电源输出端POWER_OUT的电流输出，停止向电池U2充电，优先利用充电接口14的接入电流对智能手表2充电。

在对智能手表2进行单独充电的过程中，充电管理模块U1通过电流检测电路实时检测智能手表2的充电电流大小，当充电电流小于设定阈值时，例如小于2mA时，认为智能手表2已经充满电。此时，充电管理模块U1置开关控制信号POWER_EN由低电平跳变到高电平，控制P沟道MOS管Q1截止，切断智能手表2的充电电流传输线路，停止为智能手表2充电。而后，充电管理模块U1连通电池U2的充电回路，即通过其电源输出端POWER_OUT输出电流，为蓝牙耳机1中的电池U2充电，直到电池U2充满电为止，由此，便完成了分时充电过程。

在充电设备为主机时，对可穿戴设备2和无线耳机1采用分时充电控制，可以有效控制可穿戴设备2和无线耳机1的充电时长，提高用户的满意度。

采用本实施例的上述设计方案，可以仅配置一个电源适配器同时满足可穿戴设备2和无线耳机1的充电需求，不仅有利于节约适配器资源，降低用户的使用成本，而且在充电过程中，可以将可穿戴设备2直接搭在无线耳机1上，继而提高充电的便携性，方便用户携带。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可为可穿戴设备充电的无线耳机，在所述可穿戴设备上设置有用于传输充电电流的充电触点；其特征在于，所述无线耳机包括：

电连接器，其用于与所述充电触点连通，向所述可穿戴设备输送充电电流；

充电接口，其用于外接充电设备，接收充电设备输入的充电电源；

开关元件，其连接在充电接口与电连接器之间的充电电流传输线路中，用于连通或者切断所述充电电流传输线路；

充电管理模块，其连接所述开关元件，对所述开关元件进行通断控制；

电池，其连接所述充电管理模块，所述充电管理模块接收所述充电电源，并对所述电池进行充电控制。

2.根据权利要求1所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，所述充电管理模块连接所述充电接口，在无线耳机上有可穿戴设备插入且充电接口上有充电电源接入时，首先控制所述开关元件连通所述充电电流传输线路，并连通电池的充电回路，然后检测所述充电接口的接入电流，并根据所述接入电流的大小确定所述可穿戴设备和无线耳机的充电时序。

3.根据权利要求2所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，

所述充电管理模块在检测到所述接入电流大于等于可穿戴设备和无线耳机所需的充电电流之和时，控制所述可穿戴设备和无线耳机一并充电；

所述充电管理模块在检测到所述接入电流小于可穿戴设备和无线耳机所需的充电电流之和时，首先切断所述电池的充电回路，优先利用所述接入电流对可穿戴设备充电；待所述可穿戴设备充满电后，控制所述开关元件切断所述充电电流传输线路，并连通所述电池的充电回路，对所述无线耳机充电。

4.根据权利要求3所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，还包括：

采样电阻，其串联在所述充电电流传输线路中；

电流检测模块，其连接所述采样电阻，采集采样电阻两端的电压，并生成采样电流发送至所述充电管理模块。

5.根据权利要求4所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，所述充电管理模块在检测到所述采样电流低于设定阈值时，判定所述可穿戴设备充电已满。

6.根据权利要求5所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，所述设定阈值在1mA~2mA之间取值。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，

在所述可穿戴设备中设置有磁铁，所述可穿戴设备在其充电触点与无线耳机的电连接器连通后，所述磁铁与无线耳机吸合；

在所述无线耳机中设置有霍尔传感器，当所述磁铁与无线耳机吸合后，所述霍尔传感器生成感应信号发送至所述充电管理模块，以检测出无线耳机上有可穿戴设备插入。

8.根据权利要求7所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，所述无线耳机还包括外壳，所述电连接器安装在所述外壳上，且部分外露所述外壳；所述霍尔传感器内置于所述外壳中，且所述可穿戴设备的充电触点在与所述无线耳机的电连接器连通时，所述霍尔传感器刚好与可穿戴设备中的磁铁的布设位置正对。

9.根据权利要求8所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，所述电连接器为pogo pin连接器，其弹簧顶针的头部外露所述外壳，其余部分内置于所述外壳中；所述可穿戴设备的充电触点为焊盘。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的可为可穿戴设备充电的无线耳机，其特征在于，所述无线耳机为蓝牙耳机；所述可穿戴设备为智能手表或智能手环。