CN109030929A - 负载插入检测电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载插入检测电路和方法，所述负载插入检测电路包括电流检测电路，所述电流检测电路接收供电设备的输出端电流，当所述供电设备输出端电流变化值达到阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。本发明解决了现有技术存在的在某些场合会存在检测不够灵敏，从而导致检测不到负载插入的问题，提高了供电设备检测负载插入的检测灵敏度。

Description

负载插入检测电路和方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体的说，涉及一种负载插入检测电路和方法。

背景技术

在实际应用中，供电设备需要先检测到有负载插入，从而对负载进行充电。现有技术通过检测输出电压的变化来检测是否有负载插入。如图1所示，供电设备的输电压为V0，在待机状态，开关S1先闭合一段时间后断开，此刻电容C1端的电压等于V0，若有手机、iapd等负载插入后，V0会变低，当V0和电容C1端的电压差值达到一定阈值后，比较器翻转，输出表征负载插入的信号，从而检测到供电设备有负载插入。

为了防止误判的发生，故这里的阈值取值较大，故在某些场合会存在检测不够灵敏，从而导致检测不到负载插入的问题，例如苹果充电线已经插在供电设备上(电路中有电流)，这时若供电设备在插入手机，此时V0的变化达不到上述阈值，则供电设备识别不到负载插入。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高检测灵敏度的供电设备负载插入检测电路和方法，用于解决现有技术存在的在某些场合会存在检测不够灵敏，从而导致检测不到负载插入的问题。

本发明提供了一种负载插入检测电路，包括电流检测电路，所述电流检测电路接收供电设备的输出端电流，当所述供电设备输出端电流变化值达到阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。

可选的，所述电流检测电路实时检测所述供电设备的输出端电流，当所述供电设备当前周期的输出端电流比前一周期的输出端电流大第一阈值时，则输出表征负载插入的第一信号。

可选的，所述电流检测电路接收所述供电设备的输出端电流，当所述供电设备的输出端电流比初始时供电设备的输出端电流大第二阈值时，则输出表征负载插入的第一信号。

可选的，所述电流检测电路获取供电设备输出端电流和初始时供电设备输出端电流的差值，当所述供电设备输出端电流的差值达到第三阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。

可选的，所述供电设备输出端的电流检测方式包括直接检测，通过电流镜检测或通过运放检测。

可选的，所述电流检测电路包括第一电阻，第二电阻，第一电容和第一比较器，电源的高电位端通过第一电阻连接到所述供电设备输出端的高电位端，所述第二电阻的一端连接所述供电设备输出端的高电位端，所述第二电阻的另一端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述电源的高电位端，所述第一比较器的第一输入端连接所述供电设备输出端的高电位端，所述第一比较器的另二输入端连接所述第二电阻和所述第一电容的公共端，当所述第一比较器第一输入端的电压比第二输入端的电压大第四阈值时，则第一比较器输出表征负载插入的第一信号。

可选的，所述电流检测电路包括平衡电桥电路和比较电路，所述平衡电桥电路包括平衡电桥，所述平衡电桥电路接收供电设备的输出电流，当供电设备处于待机状态时，所述平衡电桥电路调节平衡电桥上阻抗元件的阻值直到平衡电桥达到平衡后，所述平衡电桥电路连接所述比较电路；

当供电设备的输出电流变化时，所述平衡电桥的电流随之变化，当表征所述供电设备输出端电流变化值的所述平衡电桥中间电阻的电压变化值达到第五阈值且持续一段时间，则比较电路输出表征负载插入的第一信号。

可选的，所述平衡电桥包括第一阻抗元件、第二阻抗元件、第三阻抗元件、第四阻抗元件和第五阻抗元件，所述第一阻抗元件和第二阻抗元件串联组成串联结构一，所述第三阻抗元件和第四阻抗元件组成串联结构二，所述串联结构一和所述串联结构二并联，所述第五阻抗元件连接的一端连接所述第一阻抗元件和第二阻抗元件的公共端，所述第五阻抗元件的另一端连接所述第三阻抗元件和第四阻抗元件的公共端，所述第五阻抗元件为平衡电桥的中间电阻。

可选的，所述平衡电桥电路还包括平衡电桥调节电路，所述平衡电桥调节电路通过调整平衡电桥中第一阻抗元件、第二阻抗元件、第三阻抗元件或第四阻抗元件的阻值，来使得平衡电桥达到平衡。

可选的，所述平衡电桥调节电路包括差分放大电路和受控电流源，所述差分放大电路接收平衡电桥上所述第五阻抗元件的电压，其输出连接所述受控电流源的输入端，控制所述受控电流源的电流，所述受控电流源的电流可以调节平衡电桥中第一阻抗元件、第二阻抗元件、第三阻抗元件或第四阻抗元件的阻值，从而调节平衡电桥达到平衡。

可选的，所述负载插入检测电路还包括电压检测电路，其接收所述供电设备的输出电压，当所述供电设备的输出电压变化值达到第六阈值，则输出表征负载插入的第二信号，根据所述第一信号或所述第二信号，得到表征供电设备开始给负载放电的控制信号。

本发明还提供一种负载插入检测方法，包括：接收供电设备的输出端电流，当所述供电设备输出端电流变化值达到阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。

与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明针对现有技术中供电设备在某些场合会存在检测不够灵敏，从而导致检测不到负载插入的问题，提出了一种负载插入检测电路，分别用数字和模拟的方式获取供电设备输出端的电流的变化去完成负载插入的检测，并且在供电设备输出端电流初始值较大而所述输出端电流变化值较小时，利用输出电流的差值来和阈值比较，从而得到有负载插入的信号。本发明可以提高供电设备的检测灵敏度。

附图说明

图1为现有技术负载插入检测电路的部分结构示意图；

图2为本发明负载插入检测电路的实施例一；

图3为本发明负载插入检测电路的实施例二。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供了一种负载插入检测电路，包括电流检测电路，所述电流检测电路接收供电设备的输出端电流，当所述供电设备输出端电流变化值达到阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。

所述的电流检测电路有数字和模拟两种形式去实现检测供电设备的输出电端电流。

数字方式中，电流检测电路实时检测所述供电设备的输出端电流，当所述供电设备当前周期的输出端电流比前一周期的输出端电流大第一阈值时，则输出表征负载插入的第一信号。

模拟方式中，所述电流检测电路接收所述供电设备的输出端电流，当所述供电设备的输出端电流比初始时供电设备的输出端电流大第二阈值时，则输出表征负载插入的第一信号。

如图2给出了上述模拟实现方式的实施例一，所述电流检测电路包括第一电阻R1，第二电阻R2，第一电容C1和第一比较器，电源VCC的高电位端通过第一电阻R1连接到所述供电设备输出端的高电位端，所述第二电阻R2的一端连接所述供电设备输出端的高电位端，所述第二电阻R2的另一端连接第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端连接所述电源VCC的高电位端，所述第一比较器的第一输入端连接所述供电设备输出端的高电位端A，所述第一比较器的另二输入端连接所述第二电阻R2和所述第一电容C1的公共端C，当所述第一比较器第一输入端的电压比第二输入端的电压大第四阈值时，则第一比较器输出表征负载插入的第一信号。所述第一比较器两个输入端的电压差值可以表征供电设备的输出端电流的变化差值。所述A点的电压表征供电设备的输出电流值，在供电设备输出端电流不变时，C点的电压和A点电压大小相同。当突然插入负载电阻R9时，A点的电压立刻变化，而C点的电压不会立刻变化，还和初始值一样，故C点的电压可以表征初始时供电设备的输出端电流。

图2仅仅给出了一种实施例，并不包括所有的实施例，其他方式实现的所述供电设备的输出端电流和初始时供电设备的输出端电流的比较，均在本发明的保护范围之内。

上述方法是将当所述供电设备的输出端电流和初始时供电设备的输出端电流作比较，但在供电设备输出端初始电流较大而输出端电流变化值较小时，上述方法则不再适用。而通过利用差值比较的方式是比较适用的，所述电流检测电路获取供电设备输出端电流和初始时供电设备输出端电流的差值，当所述供电设备输出端电流变化的差值达到第三阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。

利用差值比较的实现方式有很多，图3中实施例二给出了一种实现方式，其根据平衡电桥来使得平衡电桥中间电阻上的电流为0，初始时供电设备的输出端电流，利用电流桥电路中中间阻性元件上的电流变化值来表征供电设备输出端的电流变化值，供电设备在待机状态时，平衡电桥调节电路调整使得平衡电桥达到平衡，在负载插入时，平衡电桥不再平衡，而通过平衡电桥中间电阻上的电压可以表征供电设备输出端电流的变化值，从而通过平衡电桥中的电压值判断是否有负载插入。但是由于电流变化值较小，可能会引起扰动，故持续时间一段时间来排除扰动的情况。

其整体方案如下：所述电流检测电路包括平衡电桥电路和比较电路，所述平衡电桥电路包括平衡电桥，所述平衡电桥电路接收供电设备的输出电流，当供电设备处于待机状态时，所述平衡电桥电路调节平衡电桥上阻抗元件的阻值直到平衡电桥达到平衡后，所述平衡电桥电路连接所述比较电路；

当供电设备的输出电流变化时，所述平衡电桥的电流随之变化，当表征所述供电设备输出端电流变化值的所述平衡电桥中间电阻的电压变化值达到第五阈值且持续一段时间，则比较电路输出表征负载插入的第一信号。

如图3所述，所述电流检测电路包括平衡电桥电路和比较电路，所述平衡电桥电路包括平衡电桥、电流镜和平衡电桥调节电路。所述供电设备的输出端电压为V0，R6和R7组成的分压电路对输出电压进行分压，通过R7上的电流为供电设备的输出电流。开关管Q1和开关管Q2组成电流镜，通过电流镜将通过R7上的电流复制到平衡电桥电阻R2上，即通过R2上的电流可以表征通过R7上的电流。Q1、Q3、R2、R4和R5组成了平衡电桥，当通过R2和R4上的电流相等时，中间电阻R5上的电流为0，即R5两端的电压为0。受控电流源、差分放大电路以及电容C2组成了平衡电桥调节电路，差分放大电路接收平衡电桥中间电阻R5上的电压，其输出端连接受控电流源的输入端，控制受控电流源的电流大小，所述受控电流源的输出端连接平衡电桥上开关管Q3的控制端，且所述开关管Q3的控制端连接电容C2，所述电容C2的另一端接地。所述受控电流源通过给电容C2充电，来改变开关管Q3的控制端电压，从而改变开关管Q3的阻值，来调节平衡电桥达到平衡。所述电流调节电流还包括双向开关S2。

需要注意的是，本实施例中是调节开关管Q3的阻值，事实上，平衡电桥中的Q1、Q3、R2和R4的任一位置均可以用可以调节的阻性元件代替，故平衡电桥调节电路可以通过调节Q2、Q3、R1和R4任一位置的阻抗元件的阻值来使得平衡电桥达到平衡，且平衡电桥调节电路不仅只有本申请的一种形式，其他形式的调节平衡电桥的阻性元件的方法均在本发明的保护范围内。

供电设备在待机状态时，开关S2先接在p1，由差分放大电路和受控电流源组成的负反馈回路使得平衡电桥达到平衡，即流经电阻R5的电流为0，所述差分放大电路的输入为0，则受控电流源的输入变为0，电容C2的电压保持不变，从而开关管Q3的阻值不变。电桥平衡后，将S2接在p2，差分放大电路连接在比较电路的第一输入端，比较电路的第二输入端接收第五阈值；当负载接入后，差分当大电路的输出值变大，当其大于第五阈值时，则比较电路输出表征负载插入的第一信号。

所述负载插入检测电路还包括电压检测电路，其接收所述供电设备的输出电压，当所述供电设备的输出电压变化值达到第六阈值，则输出表征负载插入的第二信号，根据所述第一信号或所述第二信号，得到表征供电设备开始给负载放电的控制信号。

在图3中给出了电压检测电路的实施例，所述电压检测电路包括第一电容C1、第一开关S1和比较器U1，所述比较器U1的第一输入端连接所述供电设备输出电压的高电位端，所述比较器U1的第二输入端通过第一开关S1连接供电设备输出电压的高电位端，所述第一电容C1的一端连接比较器U1的第二端，另一端接地。根据所述第一信号或所述第二信号，均得到表征供电设备开始充电的控制信号。

供电设备在待机状态时，开关S1闭合，过一段时间电容C1充电完成后，S1断开，此刻电容C1的电压等于未插入负载的供电设备输出电压V0，等待检测检测负载是否插入。当负载插入时，由于电容效应，输出电压V0会降低，当输出电压的跌落幅值超过第六阈值时，比较器翻转，输出表征负载插入的第二信号。

若输入端本身插有某些电阻式的充电线时，如图3所述，其充电线可以看成电容C3和电阻R8的并联，此时再插入负载时，由于此时电压变化较小，故而电压检测电路可能检测不到。而这种情况时，电流检测电路可以检测到有负载插入。

在C4和R9并联的负载插入后，由于电阻效应，通过Q2的电流增大，则通过Q1的电流也增大，电桥平衡被打破，R4的电压不再为0，当差分放大电路的输出超过第五阈值时并持续一定时间时，所述比较电路输出表征负载插入的第一信号。

此处之所以要持续一定时间，是为了防止误判。所述比较电路可以通过比较器和RC电路来实现。

此外，所述供电设备输出端的电流检测方式包括直接检测，通过电流镜检测或通过运放检测。直接检测方式如实施例一中所示，通过电流镜检测在实施例二中给出，而运放检测本发明中没有给出实施例，所述的模拟方法的所有实施检测方式均可以是上述三种，但是本领域普通技术人员，均可以明了其实现方式，故三种检测方式均在本发明的保护范围内。

所述电压检测电路仅在实施例二中给出，在实施例一中也是可以应用的。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种负载插入检测电路，其特征在于：包括电流检测电路，所述电流检测电路接收供电设备的输出端电流，当所述供电设备输出端电流变化值达到阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。

2.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述电流检测电路实时检测所述供电设备的输出端电流，当所述供电设备当前周期的输出端电流比前一周期的输出端电流大第一阈值时，则输出表征负载插入的第一信号。

3.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述电流检测电路接收所述供电设备的输出端电流，当所述供电设备的输出端电流比初始时供电设备的输出端电流大第二阈值时，则输出表征负载插入的第一信号。

4.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述电流检测电路获取供电设备输出端电流和初始时供电设备输出端电流的差值，当所述供电设备输出端电流变化的差值达到第三阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述供电设备输出端的电流检测方式包括直接检测，通过电流镜检测或通过运放检测。

6.根据权利要求3所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述电流检测电路包括第一电阻，第二电阻，第一电容和第一比较器，电源的高电位端通过第一电阻连接到所述供电设备输出端的高电位端，所述第二电阻的一端连接所述供电设备输出端的高电位端，所述第二电阻的另一端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述电源的高电位端，所述第一比较器的第一输入端连接所述供电设备输出端的高电位端，所述第一比较器的第二输入端连接所述第二电阻和所述第一电容的公共端，当所述第一比较器第一输入端的电压比第二输入端的电压大第四阈值时，则第一比较器输出表征负载插入的第一信号。

7.根据权利要求4所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述电流检测电路包括平衡电桥电路和比较电路，所述平衡电桥电路包括平衡电桥，所述平衡电桥电路接收供电设备的输出电流，当供电设备处于待机状态时，所述平衡电桥电路调节平衡电桥上阻抗元件的阻值直到平衡电桥达到平衡后，所述平衡电桥电路连接所述比较电路；

当供电设备的输出电流变化时，所述平衡电桥的电流随之变化，当表征所述供电设备输出端电流变化值的所述平衡电桥中间电阻的电压变化值达到第五阈值且持续一段时间，则比较电路输出表征负载插入的第一信号。

8.根据权利要求7所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述平衡电桥包括第一阻抗元件、第二阻抗元件、第三阻抗元件、第四阻抗元件和第五阻抗元件，所述第一阻抗元件和第二阻抗元件串联组成串联结构一，所述第三阻抗元件和第四阻抗元件组成串联结构二，所述串联结构一和所述串联结构二并联，所述第五阻抗元件连接的一端连接所述第一阻抗元件和第二阻抗元件的公共端，所述第五阻抗元件的另一端连接所述第三阻抗元件和第四阻抗元件的公共端，所述第五阻抗元件为平衡电桥的中间电阻。

9.根据权利要求7所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述平衡电桥电路还包括平衡电桥调节电路，所述平衡电桥调节电路通过调整平衡电桥中第一阻抗元件、第二阻抗元件、第三阻抗元件或第四阻抗元件的阻值，来使得平衡电桥达到平衡。

10.根据权利要求9所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述平衡电桥调节电路包括差分放大电路和受控电流源，所述差分放大电路接收平衡电桥上所述第五阻抗元件的电压，其输出连接所述受控电流源的输入端，控制所述受控电流源的电流，所述受控电流源的电流可以调节平衡电桥中第一阻抗元件、第二阻抗元件、第三阻抗元件或第四阻抗元件的阻值，从而调节平衡电桥达到平衡。

11.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于：所述负载插入检测电路还包括电压检测电路，其接收所述供电设备的输出电压，当所述供电设备的输出电压变化值达到第六阈值，则输出表征负载插入的第二信号，根据所述第一信号或所述第二信号，得到表征供电设备开始给负载放电的控制信号。

12.一种负载插入检测方法，其特征在于：接收供电设备的输出端电流，当所述供电设备输出端电流变化值达到阈值且持续一段时间，则输出表征负载插入的第一信号。