CN113541220A - 负载检测电路及充电系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种负载检测电路及充电系统。负载检测电路包括磁珠、脉冲生成电路、检测端以及检测电路。磁珠连接在接入端和输入电源之间，脉冲生成电路用于生成第一脉冲信号，检测端接收所述第一脉冲信号，并与所述接入端耦接，检测电路适于在所述检测端处获得第二脉冲信号，并根据所述第二脉冲信号在高电平阶段的电压幅值与预设电压值的比较结果提供输出信号，所述输出信号表征负载是否与接入端连接。与现有技术相比，本发明实施例的负载检测电路的电路结构简单、不受磁场和外部震动的影响，具有低功耗和低成本的特性，可以提高负载检测的灵敏度和检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，更具体地，涉及一种负载检测电路及充电系统。
背景技术
随着技术的发展，智能手机、可穿戴设备以及无线耳机等可移动设备的使用越来越多。其中，充电器是可移动设备中的重要组成部分，充电器一般通过内部电路产生一定电压值的输出电压，所述输出电压用于负载的充电。
现有技术中，用户大多希望充电器在充电设备插入(通过USB接口或者其他方式插入)之后可以自动对其充电，所以需要在现有的充电器中设置负载检测电路，以检测充电设备是否插入，提高充电器的智能性化。
对于通过USB接口连接的移动设备，一般通过检测接地处的电源和地之间的阻抗来判断移动设备是否插入，这种检测方式是基于标准的接口，通过接口阻抗的变化来判断负载状态，这种检测方式的不足之处在于功耗较高，此外由于一些充电线材本身材质的影响，会导致检测电路在充电线材插入接口之后出现误判，检测的准确率不高。
对于通过其他方式连接的移动设备，以无线耳机为例，无线耳机产品通常适配有一个具有收纳和充电功能的充电盒，该充电盒具有能够为耳机充电以及发送配对命令等功能。此外，充电盒还可以在无线耳机入盒时及时检测到无线耳机的入盒，然后自动为耳机充电。
现有技术的检测无线耳机是否入盒的方式主要有以下几种：一种是采用轮询尝试通信的方式，这种检测方式的缺点为功耗较高；另一种方式是使用霍尔传感器、隧道磁阻器件或者干簧管等传感器来检测无线耳机的入盒，这种方式的缺点为器件尺寸较大，电路成本更高，并且霍尔传感器容易受到周围磁场的影响，导致检测结果不准确。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种负载检测电路及充电系统，电路结构简单、不受磁场和外部震动的影响，具有低功耗和低成本的特性，可以提高负载检测的灵敏度和检测精度。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种负载检测电路，包括：磁珠，连接在接入端和输入电源之间；脉冲生成电路，用于生成第一脉冲信号；检测端，接收所述第一脉冲信号，并与所述接入端耦接；以及检测电路，适于在所述检测端处获得第二脉冲信号，并根据所述第二脉冲信号在高电平阶段的电压幅值与预设电压值的比较结果提供输出信号，所述输出信号表征所述接入是否接入负载。
优选地，所述检测电路被配置为：在所述电压幅值大于所述预设电压值的情况下，提供第一状态的所述输出信号，以表征所述接入端未接入负载，在所述电压幅值小于/等于所述预设电压值的情况下，提供第二状态的所述输出信号，以表征所述接入端接入负载。
优选地，所述负载检测电路还包括：与所述负载的充电接口匹配的接口电路；以及将所述接口电路与所述接入端耦接的导线，所述导线的阻抗小于/等于设定阈值。
优选地，所述第一脉冲信号具有设定频率和设定脉冲宽度，所述第一脉冲信号的占空比小于所述设定频率之周期的百万分之一。
优选地，所述负载检测电路还包括：隔离电容，耦接在所述检测端和所述接入端之间。
优选地，所述负载检测电路还包括：输出缓冲器，耦接在所述脉冲生成电路和所述检测端之间。
优选地，所述负载检测电路还包括：输入缓冲器，耦接在所述检测端和所述检测电路之间。
优选地，所述检测电路通过高速比较器实现。
优选地，所述脉冲生成电路通过触发器实现。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种充电系统，包括：上述的负载检测电路；充电控制电路，与所述负载检测电路连接，用于在所述负载接入点接入负载时输出相应的充电控制信号；以及电源管理电路，与所述充电控制电路连接，用于根据所述充电控制信号为所述负载提供充电电源。
本发明实施例的负载检测电路和充电系统利用脉冲生成电路生成具有窄脉冲宽度的第一脉冲信号，并将第一脉冲信号经检测端提供至接入端，然后在高频磁珠隔离输入电源之后根据检测端的第二脉冲信号的脉冲电压幅度变化得到接入端的高频阻抗变化，继而确定接入端是否接入负载。与现有技术相比，本发明实施例的负载检测电路的电路结构简单、不受磁场和外部震动的影响，具有低功耗和低成本的特性，可以提高负载检测的灵敏度和检测精度。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据本发明第一实施例的一种负载检测电路的结构示意图；
图2示出图1中本发明第一实施例的负载检测电路的第一脉冲信号和第二脉冲信号的波形示意图；
图3示出根据本发明第二实施例的一种无线耳机的充电系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”或者“耦合到”另一元件，或称元件/电路“连接在”或者“耦合在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者二者之间也可以存在中间元件，元件之间的连接或耦合可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出根据本发明第一实施例的一种负载检测电路的结构示意图。如图1所述，负载检测电路100包括脉冲生成电路110、检测电路120、检测端SNS和接入端101。
接入端101与输入电源之间通过一个磁珠B1连接。磁珠B1用于抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。磁珠B1具有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电感值和电阻值都随频率变化。在本实施例中，磁珠B1的电阻值在100Mhz的频率下为200欧姆。
脉冲生成电路110用于提供具有设定频率和设定脉冲宽度的第一脉冲信号CLK1。进一步的，脉冲生成电路110例如通过触发器实现，用于提供窄脉冲的第一脉冲信号CLK1。例如，第一脉冲信号CLK1的占空比小于/等于50％，例如占空比小于设定频率之周期的百万分之一。示例的，脉冲生成电路110以5Hz的频率发出脉冲宽度为30ns的第一脉冲信号CLK1，可以使得磁珠B1的高频特性得以体现，达到省电和降低干扰的目的。
检测端SNS用于接收该第一脉冲信号CLK1，并与接入端101耦接，所述接入端101适于与外部负载连接或断开。
检测电路120用于获取检测端SNS的第二脉冲信号CLK2，并根据第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度变化情况提供输出信号Ctrl，输出信号Ctrl用于表征接入端101是否接入负载。
图2示出图1中本发明第一实施例的负载检测电路的第一脉冲信号和第二脉冲信号的波形示意图。在图2中，第一脉冲信号CLK1和第二脉冲信号CLK2为周期性重复的脉冲信号，且第一脉冲信号CLK1和第二脉冲信号CLK2的脉冲宽度为t1，例如第一脉冲信号CLK1和第二脉冲信号CLK2的脉冲宽度t1等于30ns。如图2所示，当接入端101未接入负载时，第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度由电路源阻抗和磁珠B1的分压决定，因此第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度与第一脉冲信号CLK1接近，如时间段T1所示；当接入端101接入负载时，第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度由负载电容CLOAD和负载与接入端101之间的连线阻抗决定，因此第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度较小，如时间段T2所示，因此可以根据第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度变化确定接入端101是否接入负载。
进一步的，检测电路120可以通过高速比较器实现，高速比较器通过将该第二脉冲信号CLK2的高电平阶段的电压幅值与预设电压值REF进行比较，根据比较结果确定接入端101是否接入负载。示例的，高速比较器的正相输入端接收预设电压值REF，反相输入端接收第二脉冲信号CLK2，当第二脉冲信号CLK2在高电平阶段的电压幅值大于预设电压值时，高速比较器提供低电平的输出信号Ctrl，表征此时接入端101未接入负载；当第二脉冲信号CLK2在高电平阶段的电压幅值小于/等于预设电压值时，高速比较器提供高电平的输出信号Ctrl，表征此时接入端101接入负载。
进一步的，所述负载检测电路100还包括与负载的充电接口匹配的接口电路以及将所述接口电路与接入端耦接的导线(如图1中的虚线所示)。其中，所述导线的阻抗小于/等于设定阈值。示例的，本实施例的负载检测电路100的导线的长度小于1.5米。
进一步的，负载检测电路100还包括输出缓冲器130和输入缓冲器140，输出缓冲器130的输入端与脉冲生成电路110连接，输出端与检测端SNS连接。输入缓冲器140的输入端与检测端SNS连接，输出端与所述检测电路120连接。输出缓冲器130和输入缓冲器140主要起到阻抗匹配的作用，用于减小第一脉冲信号CLK1和第二脉冲信号CLK2的失真，抗干扰。
进一步的，负载检测电路100还包括隔离电容C1，检测端SNS经隔离电容C1与接入端101连接。其中，隔离电容C1用于隔离输入电源的直流电平对检测端SNS的影响，提高负载检测的准确度。进一步的，本实施例中隔离电容C1的电容值为10nF-1μF。
综上，本实施例的负载检测电路100利用脉冲生成电路110生成具有窄脉冲宽度的第一脉冲信号CLK1，并将第一脉冲信号CLK1经检测端SNS提供至接入端，然后在高频磁珠B1隔离输入电源之后根据检测端SNS的第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度变化得到接入端的高频阻抗变化，继而确定接入端是否接入负载。
更进一步的，所述负载检测电路100基于印刷电路板(PCB)制成，当接入端101浸入水或者其他介电常数与空气和印刷电路板具有较大不同的液体(空气的介电常数为1，印刷电路板的介电常数为4-5，纯净水的介电常数为80)时，会导致电路的高频阻抗发生变化，继而表现在第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度变化。所以，负载检测电路100可以根据第二脉冲信号CLK2的脉冲电压幅度变化来检查接入端是否浸入水或者其他液体。
本发明第一实施例的负载检测电路可应用于智能手机、可穿戴设备以及无线耳机等可移动设备中，以根据负载的接入和移除进行相应的响应操作。图3示出根据本发明第二实施例的一种无线耳机的充电系统的结构示意图。
现有的无线耳机大多自带电源，例如蓄电池等，但是其自带的电源一般容量有限，因此通常需要采用耳机充电装置为无线耳机充电。耳机充电装置大多设置为充电盒的形状，无线耳机在未使用时，可以将其收纳于充电盒内，以免丢失。充电盒还可以给无线耳机充电以及发送配对命令等。充电盒需要在无线耳机入盒时检测到其与无线耳机之间的连接，然后给无线耳机充电，并进行一系列的信息交互。
现有技术的检测无线耳机是否入盒的方式主要有以下几种：一种是采用轮询尝试通信的方式，这种检测方式的缺点为功耗较高。另一种方式是使用霍尔传感器、隧道磁阻器件或者干簧管等传感器来检测无线耳机的入盒。这种方式需要在无线耳机两侧添加磁铁，当无线耳机放入充电盒中时，磁铁与霍尔传感器的位置一一对应。当带有磁铁的无线耳机放入充电盒内时，由于磁铁的作用，充电盒上的霍尔传感器产生感应而使的输出电平发生翻转，从而识别到无线耳机的入盒。这种方式的缺点为在无线耳机中增加磁铁会增加无线耳机的重量，器件尺寸较大，电路成本更高，不利于无线耳机向轻便化发展，并且霍尔传感器容易受到周围磁场的影响，导致检测结果不准确。再一种方法是采用红外接近检测传感器，这种方式需要在充电盒容纳无线耳机的腔体内设置红外接近检测传感器，红外接近检测传感器通过设定阈值，根据红外接近检测传感器的返回值与设定阈值之间的比较判断无线耳机是否位于充电盒内。这种方式的缺点为：由于耳机质感和颜色的不同，对红外光的透光和反射率也不同，从而造成设定阈值应用于不同颜色的无线耳机时的结果不一致，因此这种方案受到无线耳机的材质和颜色的限制，通用性较差。
为了解决上述问题，参照图3，本发明的第二实施例提供了一种无线耳机的充电系统。如图3所示，该充电系统200包括负载检测电路210、充电控制电路220以及电源管理电路230。该充电系统200例如设置于充电盒的内部。
负载检测电路210例如通过第一实施例的负载检测电路100实现，包括：磁珠、脉冲生成电路、检测端以及检测电路，磁珠连接在接入端和输入电源之间，接入端用于在无线耳机放置于充电盒内时与无线耳机电连接，脉冲生成电路用于生成第一脉冲信号，检测端接收所述第一脉冲信号，并与所述接入端耦接，检测电路适于在所述检测端处获得第二脉冲信号，并根据所述第二脉冲信号在高电平阶段的电压幅值与预设电压值的比较结果提供输出信号，所述输出信号表征无线耳机300是否与接入端连接。
进一步的，负载检测电路210例如设置于充电盒底部的印刷电路板上，当无线耳机300未放入充电盒内时，第二脉冲信号在高电平阶段的电压幅值大于预设电压值；当无线耳机300放置于充电盒内时，无线耳机的充电接口经负载检测电路210的接口电路和导线与接入端连接，第二脉冲信号在高电平阶段的电压幅值小于/等于预设电压值。
与现有技术的轮询尝试通信、霍尔传感器以及红外接近检测传感器的方案相比，负载检测电路210对无线耳机300的颜色和材质不敏感，并且具有低功耗的特性，因此可以提高无线耳机入盒检测的灵敏度和检测精度。
充电控制电路220与所述负载检测电路210连接，用于在所述负载检测电路210提供的输出信号表征接入端接入负载(例如无线耳机300)的情况下输出相应的控制信号，以对放置于充电盒内的无线耳机300进行充电控制。
进一步的，充电控制电路220可以采用单片机、DSP(digital signal processor，数字信号处理器)以及FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等微处理器来实现，并且本领域的技术人员能够通过在充电控制电路220中集成一些硬件电路和软件程序或算法，来实现对无线耳机的充电控制，例如集成有存储器、ADC转换电路以及滤波器等硬件电路，或者根据接收到的负载检测电路210的输出信号对无线耳机300进行充电控制的软件算法程序等。例如，充电控制电路220通过运行或执行存储在其内的软件程序和/或模块，并调用存储在存储器内的数据，以及ADC转换电路，将接收到的负载检测电路210的输出信号转换为数字信号，并对该数字信号进行比较、分析等处理，以确定无线耳机300是否入盒。在确定无线耳机300放入充电盒的情况下，充电控制电路220可以与无线耳机300中的控制芯片，例如蓝牙芯片等进行通讯连接，以获取无线耳机的电量信息，然后根据当前的电量信息对无线耳机300进行充电控制。
电源管理电路230与充电控制电路220和接入端连接，用于在无线耳机300置于充电盒中时根据充电控制电路220提供的充电控制信号为无线耳机300提供充电电源。例如，充电控制电路220中设定有充电阈值，在当前电量信息小于充电阈值的情况下，充电控制电路220控制电源管理电路230将蓄电池内的电量输出至无线耳机，为无线耳机提供充电电源。
综上所示，本发明实施例的负载检测电路和充电系统利用脉冲生成电路生成具有窄脉冲宽度的第一脉冲信号，并将第一脉冲信号经检测端提供至接入端，然后在高频磁珠隔离输入电源之后根据检测端的第二脉冲信号的脉冲电压幅度变化得到接入端的高频阻抗变化，继而确定接入端是否接入负载。与现有技术相比，本发明实施例的负载检测电路的电路结构简单、不受磁场和外部震动的影响，具有低功耗和低成本的特性，可以提高负载检测的灵敏度和检测精度。
依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种负载检测电路，其特征在于，包括：
磁珠，连接在接入端和输入电源之间；
脉冲生成电路，用于生成第一脉冲信号；
检测端，接收所述第一脉冲信号，并与所述接入端耦接；以及
检测电路，适于在所述检测端处获得第二脉冲信号，并根据所述第二脉冲信号在高电平阶段的电压幅值与预设电压值的比较结果提供输出信号，所述输出信号表征所述接入是否接入负载。
2.根据权利要求1所述的负载检测电路，其特征在于，所述检测电路被配置为：
在所述电压幅值大于所述预设电压值的情况下，提供第一状态的所述输出信号，以表征所述接入端未接入负载，
在所述电压幅值小于/等于所述预设电压值的情况下，提供第二状态的所述输出信号，以表征所述接入端接入负载。
3.根据权利要求1所述的负载检测电路，其特征在于，所述负载检测电路还包括：
与所述负载的充电接口匹配的接口电路；以及
将所述接口电路与所述接入端耦接的导线，所述导线的阻抗小于/等于设定阈值。
4.根据权利要求1所述的负载检测电路，其特征在于，所述第一脉冲信号具有设定频率和设定脉冲宽度，所述第一脉冲信号的占空比小于所述设定频率之周期的百万分之一。
5.根据权利要求1所述的负载检测电路，其特征在于，还包括：
隔离电容，耦接在所述检测端和所述接入端之间。
6.根据权利要求1所述的负载检测电路，其特征在于，还包括：
输出缓冲器，耦接在所述脉冲生成电路和所述检测端之间。
7.根据权利要求1所述的负载检测电路，其特征在于，还包括：
输入缓冲器，耦接在所述检测端和所述检测电路之间。
8.根据权利要求1所述的负载检测电路，其特征在于，所述检测电路通过高速比较器实现。
9.根据权利要求1所述的负载检测电路，其特征在于，所述脉冲生成电路通过触发器实现。
10.一种充电系统，其特征在于，包括：
权利要求1-9所述的负载检测电路；
充电控制电路，与所述负载检测电路连接，用于在所述负载接入点接入负载时输出相应的充电控制信号；以及
电源管理电路，与所述充电控制电路连接，用于根据所述充电控制信号为所述负载提供充电电源。
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