CN110071551A - 一种手机过充电保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手机过充电保护电路，包括：分流器电阻R1、比较模块、三极管Q1、P沟道增强型MOS管M1、电阻R2、电阻R3、三极管Q2、三极管Q3、电阻R4、电阻R5、发光二极管D1、发光二极管D2、控制电路、电阻R6。本发明具有电路结构简单、可靠性高、成本低，能有效避免手机长时间过充电导致寿命急剧下降，具有广泛应用价值。

Description

一种手机过充电保护电路

技术领域

本发明属于电子充电保护电路领域，具体涉及一种手机过充电保护电路。

背景技术

近年来，随着科技的发展和生活水平的提高，手机大量应用于日常生活。手机电池作为手机的一个重要组成部分，重要性不言而喻，其安全性能关乎到人民的生命财产安全，诸如三星手机电池爆炸事件。

手机电池充电一般采用三段充电方式，依次分别为涓流、恒流和恒压充电方式。随着充电的进行，手机电池电压逐渐升高，而充电电流逐渐降低。当手机接近充满时，手机电池电压几乎维持在一个固定的电压，而充电电流会下降到较小值。当电流下降到恒流充电电流的1/10时，可视为手机已经充满。由于手机在充满状态下长时间过充电会严重影响寿命，因而要避免手机长时间过充电。现有的手机过充电保护电路结构复杂、成本高、可靠性差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种手机过充电保护电路。本发明具有电路结构简易、成本低、可靠性高的特点。

一种手机过充电保护电路，其特征在于，包括：分流器电阻R1、比较模块、三极管Q1、P沟道增强型MOS管M1、电阻R2、电阻R3、三极管Q2、三极管Q3、电阻R4、电阻R5、发光二极管D1、发光二极管D2、控制电路、电阻R6；

所述分流电阻器R1用于将电流信号转换为电压信号；

所述P沟道增强型MOS管M1为充电电路的开关元件，用于开通或关断充电回路；

所述电阻R2、电阻R3、三极管Q2、三极管Q3、电阻R5组成M1驱动电路，用于驱动P沟道增强型MOS管M1的开通与关断；

所述三极管Q1、发光二极管D1和电阻R6串联连接组成充电工作状态指示电路，用于指示电路当面的充电状态；

所述发光二极管D2、电阻R4、三极管Q3串联组成充满指示电路，用于指示电路当面的充满状态；

所述比较模块根据电阻R1两端的充电电流与第一参考电流I¹ _ref之间的关系，判断手机是否处于临近充满状态，进而控制三极管Q1的工作状态；

所述控制电路依据电流和输出电压大小控制三极管Q3和发光二极管D2的通断，进而实现对充电的控制。

前述的手机过充电保护电路中，P沟道增强型MOS管M1的D脚连接电阻R1，G脚连接电阻R3、三极管Q3的发射级，S脚连接电阻R5、电阻R6。

前述的手机过充电保护电路中，所述控制电路一端连接三极管Q3的集电极、电阻R2；另一端连接发光二极管D1、发光二极管D2。

前述的手机过充电保护电路中，所述比较模块用于判断电流与之间的关系；当电流不小于时，手机处于充电状态；当电流小于时，手机处于临近充满状态；

前述的手机过充电保护电路中，所述控制电路的输入端与D1的阳极相连，获取电路工作状态和输出电压；输出端与D2的阴极相连，控制D2和Q3的工作状态；

所述控制电路在插入手机进行充电而未充满时输出为高(或高阻)，Q3截止，D2不亮，Q2饱和导通，M1导通，电路充电；当临近充满时，控制电路输出为低，Q3饱和导通，D2点亮，Q2饱和导通，M1栅极电位拉高到V_in，M1关断，手机停止充电；

所述控制电路在手机充满后，实时判断输出电压V_o与第二参考电压的关系；一旦则控制电路输出为高(或高阻)，D2不亮，Q3截止，Q2饱和导通，M1开通，手机重新进入充电状态；

所述控制电路在未插入或拔出手机时，Q2截止，Q3截止，M1截止，等待手机的插入。

前述的手机过充电保护电路中，所述充电工作状态指示电路在未插入或拔出手机时，由于手机不存在，Q2截止，D1熄灭，说明不处于充电状态；

所述充电工作状态指示电路在进行充电而未充满时，由于Q1饱和导通，D1点亮，指示处于充电状态；

所述充电工作状态指示电路在充满状态时，由于Q1截止，D1熄灭，指示不处于充电状态。

前述的手机过充电保护电路中，所述充满指示电路在未插入或拔出手机时，由于控制电路输出高阻，故D2不亮，说明不处于充满状态；

所述充满指示电路在进行充电而未充满时，由于Q1饱和导通，D1阳极电位拉低，控制电路输出为高(或高阻)，Q3截止，D2不亮，说明不处于充满状态；

所述充满指示电路在充满状态时，由于Q1截止，D1阳极电位通过R6连接到输出电压V_o，且故控制电路输出为低，Q3饱和导通，D2点亮，说明处于充满状态。

前述的手机过充电保护电路中，所述M1驱动电路由R2、R3、R5、Q2和Q3组成；在未插入或拔出手机时，Q2截止，Q3截止，M1的栅极由R2和R3上拉到V_in，M1处于关闭状态，等待手机的插入；

所述M1驱动电路在插入手机进行充电而未充满时，Q2饱和导通，Q3截止，M1的栅极电位接近零，M1开通；

所述M1驱动电路在充满状态时，Q2饱和导通，Q3饱和导通，M1的栅极电位通过Q3上拉到接近V_in，M1关断。

本发明提出的手机过充电保护电路能根据实际情况调整第一参考电流值和第二参考电压值进而灵活控制充电过程，且本发明提供的手机过充电保护电路具有结构简单、可靠性高、成本低，能有效避免手机长时间过充电电导致电池寿命急剧下降，具有广泛的应用领域。

附图说明

图1为本发明的电路结构图；

图2为本发明的比较模块的其中一个实施例示意图；

图3为本发明的控制电路的其中一个实施例示意图；

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的附图及实施例仅解释本发明，而非对本发明的限定。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图进行更全面的描述。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在中间元件。

一种手机过充电保护电路，包括：分流器电阻R1、比较模块、三极管Q1、P沟道增强型MOS管M1、电阻R2、电阻R3、三极管Q2、三极管Q3、电阻R4、电阻R5、发光二极管D1、发光二极管D2、控制电路、电阻R6；

所述分流器电阻R1串联于充电主回路中，实现将充电电流转换为电压；

所述比较模块为电压比较，其逻辑关系为：当电阻R1两端的电压不小于时，比较模块输出高电平；反之，当小于时，比较模块输出低电平。和之间的换算关系为：通过改变R₁，即可改变第一参考电流的大小；

所述Q1、D1、R6组成充电工作状态指示电路。在手机充电而未充满时，比较模块输出高电平，Q1饱和导通，D1点亮，显示当前处于充电状态；在手机接近充满时，比较模块输出低电平，Q1截止，D1不亮，显示当前处于不充电状态；在未插入/拔出手机时，Q1截止，D1不亮；

所述控制电路的输入端与D1的阳极相连，输出端与D2的阴极相连。在手机未充满电时，Q1饱和导通，D1的阳极电位在0.7伏左右。控制电路的输出为高(或高阻)，Q3截止，Q2饱和导通，M1的栅极电位拉低到地，M1开通。在手机充满电时，Q1截止，D1的阳极电位由手机电压V_o、控制电路参数和R6决定，因而D1的阳极电位可得到手机电压V_o的大小。控制电路工作原理为：在手机未充满电时，Q1饱和导通，D1的阳极电位为0.7伏左右，控制电路输出为高(或高阻)，Q3截止，Q2饱和导通，M1开通给手机充电；在手机充满电时，D1截止，控制电路通过获取D1阳极电位进而确定输出电压V_o，满足则说明手机已经充满电。此时控制电路输出为低，Q3饱和导通，D2点亮，Q2饱和导通，M1的栅极电位通过Q3上拉到V_in，M1截止，手机停止充电。当手机进入充满状态之后，一旦则控制电路输出为高(或高阻)，D2、Q3截止，Q2饱和导通，M1导通，手机重新充电。

控制电路在未插入或拔出手机时，由于输出端浮空，故Q2截止，Q3截止，M1截止，等待手机的插入；

所述发光D2、Q3、R4组成充满指示电路。在未插入或拔出手机时，由于输出端浮空，故Q1截止，Q2截止，Q3截止，D2不亮，说明手机不处于充满状态；在手机充电而未充满时，控制电路输出为高(或高阻)，Q3截止，D2不亮，说明手机不处于充满状态；在手机充满状态时，控制电路输出为低，Q3饱和导通，D2点亮，手机处于充满状态，M1关闭；

所述R2、R3、R5、Q2和Q3组成M1驱动电路，用于驱动M1的开通与关闭。在未插入或拔出手机时，Q1截止，Q2截止，Q3截止，M1的栅极电位经R2、R3上拉到V_in，M1处于关闭状态，等待手机的插入；在插入手机进行充电而未充满时，Q1饱和导通，D1的阳极电位被钳位在0.7V左右，控制电路输出为高(或高阻)，Q3截止，Q2饱和导通，M1的栅极电位下拉到地，M1开通。在手机充满状态时，Q1截止，D1的阳极电位经过R6上拉到V_o，且控制电路输出为低，Q3饱和导通，M1的栅极电位经过Q3上拉到V_in，M1关断。

如图1所示为，一种手机过充电保护电路，包括：分流器电阻R1、比较模块、三极管Q1、P沟道增强型MOS管M1、电阻R2、电阻R3、三极管Q2、三极管Q3、电阻R4、电阻R5、发光二极管D1、发光二极管D2、控制电路、电阻R6。

其工作过程分为三个阶段，详细介绍如下：

Step1：手机未插入/拔出：由于不存在手机，导致R1的电流为零，进而比较模块的输出为低电平，Q1截止，Q2截止，Q2截止，M1的栅极电位经R2、R3上拉到V_in，M1关断，电路不工作，D1、D2均不亮；

Step2：插入手机充电而未充满：在插入了手机后，Q2饱和导通，M1开通，充电电流大于此时比较模块输出为高，Q1饱和导通，D1点亮，指示处于充电状态，且D1的阳极电位钳制在0.7V左右。与此同时，控制电路在实时检测D1的阳极电位。在识别出D1的阳极电位为0.7V之后，判断出电路处于充电而未充满状态，进而输出为高(或高阻)，使得Q3截止，D2不亮，手机维持充电状态。

在该状态下，如果拔出了手机，则返回Step1；

Step3：手机充满状态：随着充电的持续，手机进入恒压充电阶段后，电池的电压几乎保持不变，而充电电流逐渐减小。一旦出现充电电流小于则比较模块输出为低，Q1截止，D1不亮，显示不充电。控制电路通过检测D1的阳极电位进而判断输出电压V_o是否高于第二参考值如果是，说明电池已经充满。此时控制电路的输出端为低，Q3饱和导通，Q2饱和导通，将M1的栅极电位上拉到V_in，M1关断，D2点亮显示已经充满。

在手机充满电后，只要控制电路输出为低，Q3饱和导通，D2点亮，M1的栅极电位被上拉到V_in，M1关断，手机不充电。随着时间的推移，手机由于自身耗电及D2点亮导致电压缓慢降低，一旦则控制电路输出为高(或高阻)，此时Q3截止，D2不亮，Q2饱和导通，M1开通，重新给手机充电，返回Step2；

在该状态下，如果拔出了手机，则返回Step1；

如图2所示，为本发明的比较模块的其中一个实施例示意图，U1为差分放大器，输出电压V_R1，满足：V_R1＝I×R1。其中：I为R1的电流。U2为比较器，稳压二极管Dz的稳压值为满足：限流电阻R2的取值满足：其中：I_min，I_max分别为Dz的允许最小工作电流和允许最大工作电流。其逻辑关系为：当(即)时，V_o为高电平；反之，V_o为低电平。

如图3所示，为本发明的控制电路的其中一个实施例示意图，U3为比较器，为第二参考电压。在手机充电而未充满时，D1导通且阳极电压被钳位到0.7V左右，即V₊＝0.7V。由于在4.1V左右，所以U3的输出为高阻。在手机充满状态时，D1截止，如果则U3输出为低，此时D2导通，Q3饱和导通，M1关断，手机停止充电。在充满电之后，因手机一直在消耗电能，一旦此时U3的输出为高阻，重新开通M1，开始一个新的充电过程。

Claims (6)

1.一种手机过充电保护电路，其特征在于，包括：分流器电阻R1、比较模块、三极管Q1、P沟道增强型MOS管M1、电阻R2、电阻R3、三极管Q2、三极管Q3、电阻R4、电阻R5、发光二极管D1、发光二极管D2、控制电路、电阻R6；

所述分流电阻器R1用于将电流信号转换为电压信号；

所述P沟道增强型MOS管M1为充电电路的开关元件，用于开通或关断充电回路；

所述电阻R2、电阻R3、三极管Q2、三极管Q3、电阻R5组成M1驱动电路，用于驱动P沟道增强型MOS管M1的开通与关断；

所述三极管Q1、发光二极管D1和电阻R6串联连接组成充电工作状态指示电路，用于指示电路当面的充电状态；

所述发光二极管D2、电阻R4和三极管Q3串联组成充满指示电路，用于指示电路当面的充满状态；

所述比较模块根据充电电流与第一参考电流之间的关系，判断手机是否处于临近充满状态，进而控制三极管Q1的工作状态；

所述控制电路依据电流和输出电压大小控制三极管Q3和发光二极管D2的通断，进而实现对充电的控制。

2.根据权利要求1所述的手机过充电保护电路，其特征在于：所述比较模块用于判断电流与之间的关系；当电流不小于时，手机处于充电状态；当电流小于时，手机处于临近充满状态。

3.根据权利要求1所述的手机过充电保护电路，其特征在于：

所述控制电路的输入端与发光二极管D1的阳极相连，获取电路工作状态和输出电压；输出端与发光二极管D2的阴极相连，控制发光二极管D2和三极管Q3的工作状态；

所述控制电路在插入手机进行充电而未充满时输出为高或高阻，三极管Q3截止，发光二极管D2不亮，发光二极管Q2饱和导通，P沟道增强型MOS管M1导通，电路充电；当临近充满时，控制电路输出为低，三极管Q3饱和导通，发光二极管D2点亮，三极管Q2饱和导通，P沟道增强型MOS管M1栅极电位拉高到V_in，P沟道增强型MOS管M1关断，手机停止充电；

所述控制电路在手机充满后，实时判断输出电压V_o与第二参考电压的关系；一旦则控制电路输出为高(或高阻)，发光二极管D2不亮，三极管Q3截止，三极管Q2饱和导通，P沟道增强型MOS管M1开通，手机重新进入充电状态；

所述控制电路在未插入或拔出手机时，三极管Q2截止，三极管Q3截止，P沟道增强型MOS管M1截止，等待手机的插入。

4.根据权利要求1所述的手机过充电保护电路，其特征在于：

所述充电工作状态指示电路在未插入或拔出手机时，由于手机不存在，三极管Q2截止，发光二极管D1熄灭，说明不处于充电状态；

所述充电工作状态指示电路在进行充电而未充满时，由于三极管Q1饱和导通，发光二极管D1点亮，指示处于充电状态；

所述充电工作状态指示电路在充满状态时，由于三极管Q1截止，发光二极管D1熄灭，指示不处于充电状态。

5.根据权利要求1所述的手机过充电保护电路，其特征在于：

所述充满指示电路在未插入或拔出手机时，由于控制电路输出高阻，故发光二极管D2不亮，说明不处于充满状态；

所述充满指示电路在进行充电而未充满时，由于三极管Q1饱和导通，发光二极管D1阳极电位拉低，控制电路输出为高或高阻，三极管Q3截止，发光二极管D2不亮，说明不处于充满状态；

所述充满指示电路在充满状态时，由于三极管Q1截止，发光二极管D1阳极电位通过电阻R6连接到输出电压V_o，且故控制电路输出为低，三极管Q3饱和导通，发光二极管D2点亮，说明处于充满状态。

6.根据权利要求1所述的手机过充电保护电路，其特征在于：

所述M1驱动电路在未插入或拔出手机时，Q2截止，Q3截止，M1的栅极由R2和R3上拉到V_in，M1处于关闭状态，等待手机的插入；

所述M1驱动电路在插入手机进行充电而未充满时，Q2饱和导通，Q3截止，M1的栅极电位接近零，M1开通；

所述M1驱动电路在充满状态时，Q2饱和导通，Q3饱和导通，M1的栅极电位通过Q3上拉到接近V_in，M1关断。