CN111641741B - 充电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电设备。该充电设备包括供电端口，用于向电子设备供电；供电侧数据端口，用于与所述电子设备的设备侧数据端口连接；故障检测电路，连接到所述供电侧数据端口，并在所述供电侧数据端口与所述设备侧数据端口连接之后的预定时间之后，确定所述供电侧数据端口中的信号是否处于标准范围之内；以及数据保护电路，用于控制由控制器的信号端口到所述供电侧数据端口的信号连接；其中，在所述供电侧数据端口中的信号超出标准范围之外时，所述故障检测电路控制所述数据保护电路，以断开所述信号连接。

Description

充电设备

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种充电设备。

背景技术

当前，诸如手机等的移动电子设备的充电功率越来越大。快速充电技术层出不穷。这对于对充电的安全性提出了更高要求。

为了方便用户的使用，充电接口通常是开放的。在充电接口中的接口针(PIN)之间的间距越来愈小。这容易导致接口针之间的短接，并由此导致充电端口烧毁、数据通信异常等安全性及可靠性问题。

为了解决这个问题，在诸如手机的移动电子设备段设置端口检测电路和保护电路、开关保护电路等，以保护移动电子设备的安全性。

但是，随着智能终端技术的发展，终端的性能越来越复杂，体积越来越小。然而，端口检测电路和保护电路、开关保护电路等电路的体积较大。因此，在诸如手机等的移动电子设备中，用于布置这些保护电路的空间受到限制。

此外，这些检测和保护器件通常需要采用分离器件，因此，集成这些器件的成本较高。

因此，需要一种新的充电技术方案，以解决现有技术中的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种充电设备，以解决充电过程中的安全性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种充电设备，包括：供电端口，用于向电子设备供电；供电侧数据端口，用于与所述电子设备的设备侧数据端口连接；故障检测电路，连接到所述供电侧数据端口，并在所述供电侧数据端口与所述设备侧数据端口连接之后的预定时间之后，确定所述供电侧数据端口中的信号是否处于标准范围之内；以及数据保护电路，用于控制由控制器的信号端口到所述供电侧数据端口的信号连接；其中，在所述供电侧数据端口中的信号超出标准范围之外时，所述故障检测电路控制所述数据保护电路，以断开所述信号连接。

在本发明实施例中，在充电设备侧设置保护电路，从而减小在诸如手机等的移动电子设备侧设置检测和保护电路的要求，从而可以节省移动电子设备中用于设置检测和保护电路的空间。此外，在本发明实施例中，可以检测并防止数据端口的故障，例如，数据端口与电源线或地线短路，从而可以避免损害充电设备及移动电子设备，以及避免产生由此引起的数据传送紊乱。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的充电设备的示意图。

图2示出了根据本发明的另一个实施例的充电设备的示意图。

图3示出了根据本发明的另一个实施例的比较器参考电压配置电路的示意图。

图4示意性地示出了数据端口的正常电压波形图。

图5示意性地示出了在数据端口与接地短路的情况下的异常电压波形图。

图6示意性地示出了在数据端口与电源线短路的情况下的异常电压波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

【充电设备】

图1示出了根据本发明的一个实施例的充电设备的示意图。

充电设备可以是连接到市电的充电器的一部分，也可以是移动充电器的一部分。

图1示出了充电设备的电路图，该充电设备可以连接到市电。在图1的充电设备中，交流电AC输入到整流滤波单元11。整流滤波单元可以由整流桥及LC滤波网络组成，并把交流电整流成直流电。接着，所整流的直流电输入到直流逆变单元12。在直流逆变单元12，所述直流电被转换为高频交流电。接着，高频交流电输入到低压单元13并被转换为直流电。所述直流电在DC/DC同步整流单元14被转换为适配器所需的输出电压。可以由驱动电路15控制DC/DC同步整流单元14产生所需的电压。驱动电路15产生脉宽调制信号，并将脉宽调制信号发送给DC/DC同步整流单元14。DC/DC同步整流单元14基于脉宽调制信号的占空比，产生所需的直流电流。可以由处理单元21的控制端口P1来控制驱动电路15。例如，P1端口的信号可以使得驱动电路15停止驱动，增加/减小脉宽调制信号的占空比。

上述充电电路可以是现有技术已知的电路，并且不是这里所关注的，因此，在这里省略对它们的详细描述。

在这里，以USB接口为例，说明本发明实施例提供的充电设备。但是，本领域技术人员可以理解，充电接口不限于USB接口，还可以是任意类型的其他接口，并且，这里公开的实施例还可以应用于这些其他接口。

图1所示的充电设备包括：供电端口，例如，VBUS端口，用于向电子设备供电；供电侧数据端口，例如，DP端口、DM端口，用于与所述电子设备的设备侧数据端口连接。供电侧数据端口可以连接到数据信号线，例如，DP、DM。

通常，在诸如USB接口的接口中，还包括控制器，用于控制接口中的信号。例如，在包含USB接口的电子设备中，控制器的数据端口可以通过数据信号线连接到DP端口、DM端口。

图1所示的充电设备还包括故障检测电路21和数据保护电路N1。

故障检测电路21连接到供电侧数据端口，例如，DP端口、DM端口，并在供电侧数据端口与设备侧数据端口连接之后的预定时间之后，确定供电侧数据端口中的信号是否处于标准范围之内。

数据保护电路N1用于控制由控制器的信号端口到供电侧数据端口的信号连接。在供电侧数据端口中的信号超出标准范围之外时，故障检测电路21控制数据保护电路N1，以断开所述信号连接。

在图1中，以专用充电口DCP模式来设置供电侧数据端口DP端口、DM端口，其中，通过短接电阻R3连接数据信号线DP、DM。根据USB标准，例如，在标准下行口SDP或者充电下行口模式下，还可以通过上拉或者下拉电阻，将数据信号线DP、DM连接到电源或接地。由于这些是现有技术已知的，因此，不在这里进行进一步的详细描述。

在现有技术中，在移动电子设备中，设置故障检测和保护电路，即，在被充电侧设置故障检测和保护电路。与现有技术不同，在这里，将故障检测和保护电路设置在充电设备中，即，在充电侧设置故障检测和保护电路。这样，可以节省移动电子设备中的空间，其中，移动电子设备作为被充电侧设备。此外，通过这种方式，可以减少移动电子设备中的发热量，给用户提供更好的使用体验。另外，在这里，通过检测数据端口的电压范围，能够及时判断数据接口的故障，从而防止电源或接地接口针和数据接口针之间的短接对充电设备或移动电子设备造成损坏。

图4-6示意性地示出了数据端口的电压波形图。在图4-6中，上侧示出了DP端口的电压波形，下侧示出了DM端口的电压波形。

图4示意性地示出了数据端口的正常电压波形图。在正常情况下，当诸如手机的移动电子设备与充电设备的USB接口连接后，在经过t1时间之后，数据端口DP端口、DM端口的信号电平应该在0.65V左右。例如，t1可以是600ms。如图4所示，在正常情况下，当移动电子设备与充电设备的USB接口连接后，在t1时间内，端口电压会出现一些波动。接着，在t1时间之后，端口电压稳定在0.65V左右。

图5示意性地示出了在数据端口与接地短路的情况下的异常电压波形图。如图5所示，在数据端口DP端口和DM端口与接地短路的情况下，在t1时间之后，端口电压被短路到地电平，即，0V左右。

图6示意性地示出了在数据端口与电源线短路的情况下的异常电压波形图。如图6所示，在数据端口DP端口和DM端口与电源线短路的情况下，在t1时间之后，端口电压被短路到电源电平，即，5V左右。

通过检测数据端口的电压是否处于标准范围之内，可以确定数据端口是否发生故障。设计人员可以根据需要，或者按照设计目的，确定标准范围。例如，对于安全性要求较低的设备，可以将标准范围设置为0.3～1V，对于安全性要求较高的设备，可以将标准范围设置为0.55～0.75V。

在这里，提供了对与数据端口的保护，从而防止充电端口对于电子设备的数据部分造成不可挽回的损害。

可以采用多种方式来实现故障检测电路21，可以采用分立的电路来实现所述检测。例如，通过利用电阻、电容以及比较器来实现故障的检测。此外，还可以通过逻辑器件来实现所述检测。例如，可以利用微控制单元来实现所述检测。在图1中，故障检测电路21可以是微控制单元。微控制单元21的电压检测端口P5、P6经由电阻R4、R5连接到数据信号线DP、DM，由此连接到供电侧数据端口，即，DP端口和DM端口。微控制单元21可以检测数据信号线DP、DM中的信号。

数据保护电路包括开关器件，例如MOS管N1、N2。MOS管N1、N2分别设置在数据信号线DP、DM中，数据信号线用于连接控制器的数据端口和供电侧数据端口。在图1中，MOS管N1、N2的源极和漏极连接在数据信号线DP、DM中。微控制单元21的开关控制端口P3、P4连接到MOS管N1、N2的控制端口，即，栅极。

在故障检测电路21检测到供电侧数据端口中的信号超出标准范围之外时，控制开关器件N1、N2断开数据信号线DP、DM与供电侧数据端口DP端口、DM端口的连接。

如图1所示，充电设备还包括供电控制电路23。供电控制电路23用于控制向所述供电端口供电。例如，在图1中，供电控制电路23可以通过端口P1控制驱动电路15。例如，供电控制电路23可以使得取得电路15所产生的脉宽调制信号的占空比为0，从而使得DC/DC同步整流单元14的输出电压为0。此外，供电控制电路23还可以直接关闭驱动电路15，从而停止向所述供电端口供电。

在检测到供电侧数据端口发生故障时，切断供电线路的电力，可以防止供电端口对于充电设备的数据线路以及移动电子设备的数据线路造成进一步的破坏。

如图1所示，充电设备还包括接地端口GND、电流检测电路22和电压比较器24。

电流检测电路22设置供电端口VBUS端口和接地端口GND之间，以检测供电端口VBUS和接地端口GND之间的电流，并将所检测的电流转换成检测电压U1。例如，可以利用分流电阻、电磁感应、霍尔效应等方式来检测电流，并转化成电压。本领域技术人员还能想到许多其他方式，在这里不再赘述。

电压比较器24用于判断电源和接地之间的电流是否过大。电压比较器24接收检测电压U1和基准电压Vrf。当检测电压U1大于基准电压Vrf时，电压比较器24的比较输出用于控制供电控制电路，以停止向所述供电端口供电。电压比较器24输出电压U2。电压U2可以控制供电控制电路，以停止向所述供电端口供电。

通过这种方式，可以防止电源和接地之间的短接烧毁充电设备和/或移动电子设备。

可以通过多种方式来设置基准电压Vrf。基准电压Vrf可以是经验值。此外，基准电压Vrf也可以是与当前的电源电压(供电电压)相关联的。例如，在较高的供电电压的情况下，基准电压也应该较高；反之，在较低的供电电压的情况下，基准电压也应该较低。因此，这里还提供一种基准电压跟随供电电压变化的技术方案。

图3示出了根据本发明的另一个实施例的比较器参考电压配置电路的示意图。

在比较器24参考电压配置电路中，第一分压电路R6、R7连接在供电VBUS端口和接地GND端口之间，并产生分压电压Vrf。分压电压Vrf作为基准电压输入到电压比较器24。

通过使得基准电压跟随供电电压变化，使得在能够保护充电设备的同时，防止由于供电电压的波动而导致的误保护。这进一步提升充电设备的性能。

可以将故障检测电路21的输出P1与电流检测的结果结合起来控制供电控制电路。

如图1所示，充电设备还包括逻辑与门25。逻辑与门25的输入r1、r2分别连接到电压比较器的输出U2和供电控制端口P1，以及输出c1(电压U3)连接到供电控制电路23的驱动控制端口。

当检测电压U1大于基准电压Vrf时，比较输出U2为低电平。

在停止向供电端口(VBUS端口)供电时，供电控制端口P1输出低电平。

在供电控制电路23的驱动控制端口接收到低电平时，供电控制电路23控制充电设备停止供电。

在这里，通过逻辑与门25，当故障检测电路21或电流检测电路22中的任何一个电路检测到故障时，都可以控制供电控制电路23，以停止供电。

充电设备还可以包括温度传感器R2。温度传感器R2设置在供电端口(例如，VBUS端口、DP端口、DM端口、接地端口)附近并检测这些供电端口周围的温度。

故障检测电路21接收来自温度传感器R2的温度信号，并在温度信号指示的温度超出预定温度范围之外时，控制供电控制电路23，以停止向供电端口供电。

这里，温度传感器R2是热敏电阻。可以利用分压电路来实现上述温度检测。例如，热敏电阻R2与电阻R1串联在供电端口(VBUS端口)和接地之间。热敏电阻R2可以是正温度系数热敏电阻或者负温度系数热敏电阻。当温度发生变化时，例如，当供电端口和接地端口短接时，产生较大电流，并由此产生较大热量。在这种情况下，热敏电阻R2的阻值发生变化。例如，在正温度系数热敏电阻的情况下，热敏电阻R2的阻值增加；在负温度系数热敏电阻的情况下，热敏电阻R2的阻值减小。这样，输入到故障检测电路21的电压也发生变化。故障检测电路21检测到所述电压变化，并判断供电端口附近发生故障。故障检测电路21通过端口P1控制供电控制电路23，以停止向供电端口供电。

在这里，可以防止裸露的充电端口处烧坏造成安全事故，且在电源转换源头切断电路，从源头保证了充电设备和移动电子设备安全性和可靠性。

此外，在现有技术中，为了在移动电子设备中提供保护功能，通常在移动电子设备中设置USB开关，以在检测到故障时断开USB充电电路。通过这里公开的技术方案，可以省去移动电子设备中的这种USB开关，节省移动电子设备中的有限布局空间。另外，这里的实施例还可以防止DP接口针/DM接口针与电源线或接地短路，避免损害电源适配器以及避免引起数据传送紊乱。

此外，在充电设备设置故障检测和保护电路的方案中，检测和保护逻辑简单，有效。

此外，由于不需要在移动电子设备中设置额外的检测和保护电路，因此，可以减少移动电子设备端的发热，从而提升用户使用体验和感知价值。

这里的充电设备不仅可以用于使用市电的专用充电设备，还可以应用于移动充电器或具有较大电池的移动电源。

如图2所示，在移动充电器或具有较大电池的移动电子设备的情况下，充电设备可以包括电池31。电池31通过开关器件32连接到供电端口(VBUS端口)。供电控制电路23连接到开关器件32的控制端，并控制开关器件32的接通和断开。当故障检测电路21或电流检测电路22中的任何一个电路检测到故障时，可以控制供电控制电路23，以断开开关器件32，从而停止供电。

图2与图1的区别仅在于电池31和开关器件32。因此，在这里省略对其他部分的重复描述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种充电设备，包括：

供电端口，用于向电子设备供电；

供电侧数据端口，用于与所述电子设备的设备侧数据端口连接；

故障检测电路，连接到所述供电侧数据端口，并在所述供电侧数据端口与所述设备侧数据端口连接之后的预定时间之后，确定所述供电侧数据端口中的信号是否处于标准范围之内；以及

数据保护电路，用于控制由控制器的数据端口到所述供电侧数据端口的信号连接；

其中，在所述供电侧数据端口中的信号超出标准范围之外时，所述故障检测电路控制所述数据保护电路，以断开所述信号连接；

所述故障检测电路包括电压检测端口和开关控制端口；

所述数据保护电路包括开关器件，所述开关器件设置在数据信号线中，其中，所述数据信号线连接所述控制器的数据端口和所述供电侧数据端口；

所述电压检测端口连接到所述供电侧数据端口，以检测所述供电侧数据端口中的信号；以及

所述开关控制端口连接到所述开关器件的控制端口，以在所述供电侧数据端口中的信号超出标准范围之外时，控制所述开关器件断开所述供电侧数据端口与所述控制器的数据端口的连接。

2.根据权利要求1所述的充电设备，还包括：

供电控制电路，用于控制向所述供电端口供电，

其中，所述故障检测电路还包括供电控制端口，用于在所述供电侧数据端口中的信号超出标准信号范围之外时，控制所述供电控制电路，以停止向所述供电端口供电。

3.根据权利要求2所述的充电设备，还包括：

接地端口；

电流检测电路，设置所述供电端口和所述接地端口之间，以检测所述供电端口和所述接地端口之间的电流，并将所检测的电流转换成检测电压；以及

电压比较器，接收所述检测电压和基准电压，

其中，当所述检测电压大于所述基准电压时，控制所述供电控制电路，以停止向所述供电端口供电。

4.根据权利要求3所述的充电设备，还包括：

第一分压电路，连接在所述供电端口和所述接地端口之间，并产生分压电压，

其中，所述分压电压作为基准电压输入到所述电压比较器。

5.根据权利要求4所述的充电设备，还包括：

逻辑与门，其输入连接到所述电压比较器的输出和所述供电控制端口，以及其输出连接到所述供电控制电路的驱动控制端口，

其中，当所述检测电压大于所述基准电压时，所述电压比较器的输出为低电平，

其中，在停止向所述供电端口供电时，所述供电控制端口输出低电平，以及

其中，在所述驱动控制端口接收到低电平时，所述供电控制电路控制所述充电设备停止供电。

6.根据权利要求2所述的充电设备，还包括：

温度传感器，设置在所述供电端口附近并检测所述供电端口周围的温度，

其中，所述故障检测电路接收来自温度传感器的温度信号，并用于在所述温度信号超出预定温度范围之外时，控制所述供电控制电路，以停止向所述供电端口供电。

7.根据权利要求6所述的充电设备，其中，所述温度传感器包括热敏电阻。

Images