CN114336900B - 一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路及方法，其中，充电高电位端和充电低电位端分别用于连接耳机的正充电端和负充电端；功率开关管的电流输入端和电流输出端分别连接功率输出端和充电高电位端；第一电流支路的电流输入端和电流输出端分别连接第二电压端和充电高电位端；第二电流支路的电流输入端连接第二电压端，电流输出端连接第一开关的电流输入端；第一开关的电流输出端连接充电高电位端；充电高电位端和参考电压端分别连接比较器的第一输入端和第二输入端；充电低电位端接地；第一电流支路输出的最大电流为第一最大电流，第二电流支路输出的最大电流为第二最大电流。

Description

一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路及方法

技术领域

本发明涉及耳机领域，具体涉及一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路及方法。

背景技术

目前，随着智能手机的使用越来越多，蓝牙耳机市场蓬勃发展。蓝牙耳机通常配有充电仓（又称充电盒），充电仓既能为蓝牙耳机提供移动的充电源，又能作为蓝牙耳机的收纳仓。当蓝牙耳机被放入或者取出充电仓时，充电仓需要及时检测蓝牙耳机的在仓或离仓状态以便做出不同的响应。目前常见的是，充电仓通过检测与蓝牙耳机交互的电气特性来判断蓝牙耳机的在仓离仓状态。例如，充电仓检测输出电流来判断蓝牙耳机是否在充电仓中；但由于蓝牙耳机在充满状态下从充电仓抽取的电流越来越小以降低功耗，充电仓在正常放电电平（通常为5V）输出下难以检测很小的电流，从而无法区分蓝牙耳机的充满状态和蓝牙耳机的取出，导致检测结果的不准确。

图1是一种现有技术的耳机检测电路，图中，ERR、ERL、RS_R、RS_L、CMP、VREF、PMID分别表示右耳机、左耳机、右耳机检测电阻、左耳机检测电阻、比较器、参考电压、功率输出电路的输出端。以左耳机为例，充电仓中的采样电阻RS_L用来检测流经左耳机的电流；当左耳机放入充电仓后，PMID和电阻RS_L、GND形成电流通路，流过左耳机的电流将在电阻RS_L上产生电压降，检测电阻RS_L上的电压降即可检测出流经左耳机的电流。当左耳机电流非常小时，电阻RS_L上的电压信号太小，导致难以被比较器检测出，因而在耳机充满电后进入充电饱和状态下时，充电仓无法准确进行耳机的出入仓检测；如果为了能够检测小电流而增大电阻RS_L的阻值，则会导致左耳机在大电流充电时，左耳机两端的电压减小，损耗增加，从而影响效率。该现有技术的检测方案通常适用于检测毫安级别的耳机电流。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路及方法，使得当耳机充满电后，充电高电位端与充电低电位端之间的电压差处于耳机低功耗工作区间尽可能低的工作电压点，从而不仅可以让耳机处于低功耗状态，而且使得耳机处于低功耗工作区间较低功耗的工作点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路，包括功率输出电路、比较器、充电高电位端、充电低电位端、以及输出参考电压的参考电压端，所述功率输出电路设有输出第一电压的功率输出端，还包括功率开关管、第一电流支路、第二电流支路、第一开关、以及输出第二电压的第二电压端，所述充电高电位端和充电低电位端分别用于连接耳机的正充电端和负充电端；所述功率开关管的电流输入端和电流输出端分别连接所述功率输出端和所述充电高电位端；所述第一电流支路的电流输入端和电流输出端分别连接所述第二电压端和所述充电高电位端；所述第二电流支路的电流输入端连接所述第二电压端，电流输出端连接所述第一开关的电流输入端；所述第一开关的电流输出端连接所述充电高电位端；所述充电高电位端和所述参考电压端分别连接所述比较器的第一输入端和第二输入端；所述充电低电位端接地；所述第一电流支路输出的最大电流为第一最大电流，所述第二电流支路输出的最大电流为第二最大电流，其中，所述第一最大电流小于所述耳机的低功耗阈值电流，所述第一最大电流和所述第二最大电流之和大于所述低功耗阈值电流，所述低功耗阈值电流为在所述正充电端与负充电端的电压差等于所述耳机的低功耗阈值电压时所述耳机从所述充电仓抽取的电流，且所述耳机在所述充电仓处于低功耗区间从所述充电仓抽取的电流与所述正充电端与负充电端的电压差呈正相关关系；其中，所述第一电压、所述第二电压、所述参考电压和所述低功耗阈值电压依次减小。

优选地，所述第一电流支路为第一电阻支路，所述第二电流支路为第二电阻支路，且(V2-Vth)/R1+(V2-Vth-Vd)/R2>Ith >(V2-Vth)/R1，其中，V2、Vth、Ith、Vd、R1和R2分别为所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第一开关的导通压降、所述第一电阻支路的阻值和所述第二电阻支路的阻值。

优选地，所述第一电流支路为第一电阻支路，所述第二电流支路为输出所述第二最大电流的第二恒流源，且(V2-Vth)/ R1+I2>Ith >(V2-Vth)/ R1，其中，V2、Vth、Ith、I2和R1分别为所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第二最大电流和所述第一电阻支路的阻值。

优选地，所述第一电流支路为输出所述第一最大电流的第一恒流源，所述第二电流支路为第二电阻支路，且(V2-Vth-Vd)/ R2+I1>Ith>I1，其中，V2、Vth、Ith、I1和R2分别为所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第一最大电流和所述第二电阻支路的阻值。

优选地，所述的耳机识别与充电电路还包括第二开关和逻辑电路，所述第一电流支路的电流输出端和所述第一开关的电流输出端均通过所述第二开关连接所述充电高电位端，所述充电高电位端通过所述第二开关连接所述比较器的第一输入端；当所述功率开关管关断，所述充电高电位端的电压从所述第二电压下降到小于所述参考电压时，所述逻辑电路判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通、所述第二开关关断；当流过所述功率开关管的电流小于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管关断、所述第二开关导通，若此时所述充电高电位端的电压大于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机离开所述充电仓；若此时所述充电高电位端的电压小于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机在所述充电仓内。

优选地，当所述功率开关管关断，所述充电高电位端的电压从所述第二电压下降到小于所述参考电压时，所述第一开关导通。

优选地，所述的耳机识别与充电电路还包括逻辑电路，当所述功率开关管关断，所述充电高电位端的电压从所述第二电压下降到小于所述参考电压时，所述逻辑电路判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通；当流过所述功率开关管的电流大于所述设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管保持导通，当流过所述功率开关管的电流小于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管关断；当所述功率开关管关断，若此时所述充电高电位端的电压大于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机离开所述充电仓；若此时所述充电高电位端的电压小于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机在所述充电仓内。

优选地，所述第一开关为二极管。

优选地，所述第一最大电流与所述第二最大电流之和小于所述耳机处于所述低功耗区间的最大电流。

本发明还提供了一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路，包括功率输出电路、比较器、充电高电位端、充电低电位端、以及输出参考电压的参考电压端，所述功率输出电路设有输出第一电压的功率输出端，还包括功率开关管、第一电流支路、第二电流支路、第一开关、以及输出第二电压的第二电压端，所述充电高电位端和充电低电位端分别用于连接耳机的正充电端和负充电端；所述功率开关管的电流输入端和电流输出端分别连接所述充电低电位端和地；所述第一电流支路的电流输入端和电流输出端分别连接所述充电低电位端和地；所述第一开关的电流输入端连接所述充电低电位端，电流输出端连接所述第二电流支路的电流输入端；所述第二电流支路的电流输出端连接所述第二电压端；所述充电低电位端和所述参考电压端分别连接所述比较器的第一输入端和第二输入端；所述充电高电位端连接所述功率输出端；所述第一电流支路输出的最大电流为第一最大电流，所述第二电流支路输出的最大电流为第二最大电流，其中，所述第一最大电流小于所述耳机的低功耗阈值电流，所述第一最大电流和所述第二最大电流之和大于所述低功耗阈值电流，所述低功耗阈值电流为在所述正充电端与负充电端的电压差等于所述耳机的低功耗阈值电压时所述耳机从所述充电仓抽取的电流，且所述耳机在所述充电仓处于低功耗区间从所述充电仓抽取的电流与所述正充电端与负充电端的电压差呈正相关关系；其中，所述第一电压、所述参考电压、所述第二电压和所述低功耗阈值电压依次减小。

优选地，所述第一电流支路为第一电阻支路，所述第二电流支路为第二电阻支路，且(V1-V2-Vth)/ R1+(V1-V2-Vth-Vd)/ R2>Ith >(V1-V2-Vth)/ R1，其中，V1、V2、Vth、Ith、Vd、R1和R2分别为所述第一电压、所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第一开关的导通压降、所述第一电阻支路的阻值和所述第二电阻支路的阻值。

优选地，所述第一电流支路为第一电阻支路，所述第二电流支路为输出所述第二最大电流的第二恒流源，且(V1-V2-Vth)/ R1+I2>Ith >( V1-V2-Vth)/ R1，其中，V1、V2、Vth、Ith、I2和 R1分别为所述第一电压、所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第二最大电流和所述第一电阻支路的阻值。

优选地，所述第一电流支路为输出所述第一最大电流的第一恒流源，所述第二电流支路为第二电阻支路，且(V1-V2-Vth-Vd)/ R2+I1>Ith>I1，其中，V1、V2、Vth、Ith、I1和R2分别为所述第一电压、所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第一最大电流和所述第二电阻支路的阻值。

优选地，所述的耳机识别与充电电路，还包括第二开关和逻辑电路，所述第一电流支路的电流输入端和所述第一开关的电流输入端均通过所述第二开关连接所述充电低电位端，所述充电低电位端通过所述第二开关连接所述比较器的第一输入端；当所述功率开关管关断，所述充电低电位端的电压从所述第二电压上升到大于所述参考电压时，所述逻辑电路判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通、所述第二开关关断；当流过所述功率开关管的电流小于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管关断、所述第二开关导通，若此时所述充电低电位端的电压小于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机离开所述充电仓；若此时所述充电低电位端的电压大于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机在所述充电仓内。

优选地，当所述功率开关管关断，所述充电低电位端的电压从所述第二电压上升到大于所述参考电压时，所述第一开关导通。

优选地，所述的耳机识别与充电电路还包括逻辑电路，当所述功率开关管关断，所述充电低电位端的电压从所述第二电压上升到大于所述参考电压时，所述逻辑电路判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通；当流过所述功率开关管的电流大于所述设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管保持导通，当流过所述功率开关管的电流小于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管关断；当所述功率开关管关断，若此时所述充电低电位端的电压小于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机离开所述充电仓；若此时所述充电低电位端的电压大于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机在所述充电仓内。

优选地，所述第一开关为二极管。

优选地，所述第一最大电流与所述第二最大电流之和小于所述耳机处于所述低功耗区间的最大电流。

本发明还提供了一种耳机识别与充电方法，采用任一所述的耳机识别及充电电路，并包括如下步骤：当所述耳机的正充电端和负充电端分别连接所述充电高电位端和充电低电位端时，所述第一电流支路输出小于所述耳机的低功耗阈值电流的第一最大电流，在所述充电高电位端的电压被所述第一电流支路从所述第二电压下拉到小于所述参考电压后，判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通；当流过所述功率开关管的电流小于设定电流时，控制所述功率开关管关断，所述第二电流支路输出第二最大电流，所述第一最大电流和所述第二最大电流之和大于所述低功耗阈值电流且小于所述耳机处于所述低功耗区间的最大电流，使所述充电高电位端与所述充电低电位端的电压之差大于所述低功耗阈值电压，且所述充电高电位端小于所述参考电压。

本发明还提供了一种耳机识别与充电方法，采用任一所述的耳机识别及充电电路，并包括如下步骤：当所述耳机的正充电端和负充电端分别连接所述充电高电位端和充电低电位端时，所述第一电流支路输出小于所述耳机的低功耗阈值电流的第一最大电流，在所述充电低电位端的电压被所述第一电流支路从所述第二电压上拉到大于所述参考电压后，判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通；当流过所述功率开关管的电流小于设定电流时，控制所述功率开关管关断，所述第二电流支路输出第二最大电流，所述第一最大电流和所述第二最大电流之和大于所述低功耗阈值电流且小于所述耳机处于所述低功耗区间的最大电流，使所述充电高电位端与所述充电低电位端的电压之差大于所述低功耗阈值电压，且所述充电低电位端的电压大于所述参考电压。

【有益效果】

通过第一电流支路、第二电流支路和第一开关的共同作用，使得最终充电高电位端与充电低电位端之间的电压差维持在一个较低电压值，从而迫使耳机尽可能处于低功耗工作区间尽可能低的工作电压点，且不会小于低功耗阈值电压让耳机误认为离仓而退出低功耗状态，从而不仅可以让耳机处于低功耗状态，而且使得耳机处于低功耗工作区间较低功耗的工作点，而且对于不具备主动控制低功耗工作区间电压的耳机而言，具备上述控制电路的充电仓的优势尤其明显。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图中：

图1为现有技术的耳机检测电路图；

图2为根据本发明的一种优选实施方式的无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路的电路图；

图3为根据本发明的一种优选实施方式的无线耳机低功耗区间正负端压差U与从充电仓抽取电流I之间的相关关系曲线；

图4为根据本发明的另一种优选实施方式的无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路的电路图；

图5为根据本发明的另一种优选实施方式的无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路的电路图；

图6为根据本发明的另一种优选实施方式的无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路的电路图。

具体实施方式

图2是一种实施例的无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路的电路图，该电路图中，无线耳机ER处于接入充电仓的耳机识别与充电电路的状态。

无线耳机ER（下称耳机，例如蓝牙耳机）具有正充电端和负充电端，充电仓具有充电高电位端PH和充电低电位端PL，当耳机ER被置入充电仓的充电位置后，正充电端接触连接充电高电位端PH，负充电端接触连接充电低电位端PL（即耳机ER在仓）。在本实施例中，充电仓的充电低电位端PL接地，因此，当负充电端接触连接充电低电位端PL时，负充电端也接地。

当耳机ER在仓时可能处于两种状态，一种是充电状态，此时耳机ER从充电仓抽取的电流（即流出充电高电位端PH的电流）较大，通常为mA级别以上；另一种是充电饱和状态，此时，耳机ER并没有在充电状态，但是耳机ER的至少部分电路（例如检测电路等）处于工作状态，会从充电仓抽取电流，但是此时耳机ER从充电仓抽取（或者称为消耗）的电流较小，通常为mA级别以下，甚至可能在μA级别。典型的，耳机ER的充电饱和状态包括耳机ER处于低功耗状态，低功耗状态通常是一个区间，在该低功耗区间耳机ER从充电仓抽取的电流与耳机ER的正充电端与负充电端的电压差（即正负端压差）呈正相关关系（即电压差越大耳机ER从充电仓抽取的电流越大）（耳机ER在不同的正负端压差时会进入不同等级的休眠，或者消耗不同大小的电流），如图3所示，当正负端压差为低功耗阈值电压Vth时耳机ER抽取的电流为低功耗阈值电流Ith，当正负端压差为低功耗区间的最大电压V3时耳机ER抽取的电流为低功耗区间的最大电流I3，当正负端压差从Vth增大到V3，对应地耳机ER抽取的电流从Ith增大到I3。需要说明的是，充电仓抽取的电流与正负端压差的相关关系在更多情况下是非线性的，虽然图3示意了该相关关系接近线性关系。

另外，耳机ER自身会根据正负端压差与低功耗阈值电压Vth之间的大小来判断耳机ER自身是否离仓，当压差大于低功耗阈值电压Vth且小于充电开启阈值电压Vth2时则认为在仓并进入低功耗状态（例如休眠等状态）；当压差小于低功耗阈值电压Vth则认为离仓并退出低功耗状态（即耳机ER进入功耗较高的状态），例如，在本实施例中，若正充电端的电压被下拉至0，则正负端压差接近0，小于耳机ER的低功耗阈值电压Vth，因此耳机ER会误认为离仓；当压差大于充电开启阈值电压Vth2，耳机ER则进入充电状态。

充电仓的耳机识别与充电电路包括逻辑电路、功率输出电路、比较器CMP、参考电压端、第一电流支路CH1、第二电流支路CH2、功率开关管SW、第一开关S1、输出第二电压V2的第二电压端、以及该充电高电位端PH和充电低电位端PL。功率输出电路设有输出第一电压V1的功率输出端PMID，功率输出电路具有在功率输出端PMID维持第一电压V1保持不变或基本保持不变的能力，例如常见的功率开关电路，如DC-DC升压、降压或升降压电路等。参考电压端用于输出参考电压VREF。第一电压V1、充电开启阈值电压Vth2、第二电压V2、参考电压VREF和低功耗阈值电压Vth依次减小，例如，依次为5V、4.5V、4V、3.5V和1V。

功率开关管SW的电流输入端和电流输出端分别连接功率输出端PMID和充电高电位端PH；第一电流支路CH1的电流输入端和电流输出端分别连接第二电压端和充电高电位端PH；第二电流支路CH2的电流输入端连接第二电压端、电流输出端连接第一开关S1的电流输入端，第一开关S1的电流输出端连接充电高电位端PH；充电高电位端PH和参考电压端分别连接比较器CMP的第一输入端和第二输入端；比较器CMP的输出端连接逻辑电路；比较器CMP将充电高电位端PH的电压与参考电压VREF的大小进行比较，输出相应的结果信号DET，逻辑电路可以根据该比较结果信号DET结合相关条件，判断耳机ER入仓、在仓还是离仓，进而充电仓可以做出相关动作，例如提示耳机ER入仓、在仓或离仓。

第一电流支路CH1（例如恒流源支路、电阻支路等）能够输出第一最大电流I1（大于零），第一最大电流I1小于耳机ER的低功耗阈值电流Ith，第二电流支路CH2（例如恒流源支路、电阻支路等）能够输出第二最大电流I2（大于零），第一最大电流I1和第二最大电流I2之和大于低功耗阈值电流Ith。

在充电仓不存在第二电流支路CH2的情况下，当耳机ER入仓后，充电高电位端PH的电压将被第一电流支路CH1下拉至接近0。在充电仓存在第二电流支路CH2并输出电流的情况下，若第一最大电流I1与第二最大电流I2之和小于低功耗区间的最大电流，则耳机ER的正负端压差将处于对应第一最大电流I1与第二最大电流I2之和（I1+I2）对应的电压V0，即充电高电位端PH与充电低电位端PL的电压差为V0，由于充电低电位端PL的电压为0，因此充电高电位端PH的电压为V0；在充电仓存在第二电流支路CH2并输出电流的情况下，若第一最大电流I1与第二最大电流I2之和大于低功耗区间的最大电流，则充电高电位端PH的电压将处于第二电压V2与第一开关S1压降Vd之差（即V2-Vd）。不论上述哪种情况，当耳机ER入仓后，充电高电位端PH的电压被第一电流支路CH1从第二电压V2下拉至小于参考电压VREF，比较器CMP检测到充电高电位端PH的电压从第二电压V2变化为小于参考电压VREF后，逻辑电路根据比较结果判断耳机ER入仓，并控制功率开关管SW开启，充电高电位端PH的电压被上拉至第一电压V1。作为一个例子，在充电高电位端PH和参考电压端分别连接比较器CMP的反相输入端和同相输入端的情况下，若比较器CMP检测输出的比较结果从低电平变化到高电平，表示充电高电位端PH的电压从第二电压V2变化为小于参考电压VREF，逻辑电路即可以判断耳机ER入仓。

当耳机ER检测到正负端压差大于充电开启阈值电压Vth2后，耳机ER会控制自身的充电电路工作，从而进入充电状态，此后，耳机ER从充电仓抽取的电流增大（此时主要为充电电流），此时流过功率开关管SW的电流较大，例如大于设定电流；若耳机ER检测到自身的电池已经充满，则退出充电状态，此时流过功率开关管SW的电流较小，例如小于设定电流。充电仓可以设置检测流过功率开关管SW的电流大小的电流检测电路，只要当流过功率开关管SW的电流小于设定电流时，控制功率开关管SW关断，充电高电位端PH的电压恢复至V0（或者V2-Vd）。电流检测电路可以采用现有技术，例如利用采样电阻的电流检测电路，该采样电阻与功率开关管SW串联，通过采集采样电阻两端的压降即可获得流过功率开关管SW的电流大小。功率开关管SW可以为场效应管，例如MOS场效应管，其可以是N沟通或P沟道。

当功率开关管SW处于关断状态，比较器CMP检测到充电高电位端PH的电压大于参考电压VREF，逻辑电路判断耳机ER离仓。当功率开关管SW处于关断状态，且比较器CMP检测到充电高电位端PH的电压小于参考电压VREF，逻辑电路判断耳机ER在仓。

可见，在耳机ER充满电后充电仓主动关断功率开关管SW，从而降低充电高电位端PH的电压，通过第一电流支路CH1、第二电流支路CH2和第一开关S1的共同作用，使得最终充电高电位端PH的电压维持在一个较低电压值，从而迫使耳机ER尽可能处于低功耗工作区间尽可能低的工作电压点，且不会小于低功耗阈值电压Vth让耳机ER误认为离仓而退出低功耗状态，对于不具备主动控制低功耗工作区间电压的耳机ER而言，具备上述控制电路的充电仓的优势尤其明显。

在一个实施例中，在充电高电位端PH下降到小于参考电压VREF后，第一开关S1才导通，此后第二电流支路CH2开始为耳机ER提供最大可以达到第二最大电流I2的电流，进而使耳机ER的正负端压差大于低功耗阈值电压Vth。第一开关S1可以是二极管，这样，只有在充电高电位端PH下降到小于参考电压VREF时（第二电压端与充电高电位端PH之间的压差大于二极管的导通压降），该二极管S1才导通，此时第二电流支路CH2才工作，并开始输出电流。第一开关S1还可以是MOS管，或其他形式的电路组合，比较器CMP检测到在充电高电位端PH下降到小于参考电压VREF后输出比较信号DET，逻辑电路可以根据比较信号DET控制该MOS管或其他形式的电路组合导通，第二电流支路CH2开始为耳机ER提供最大可以达到第二最大电流I2的电流。

如图4所示，在一个实施例中，耳机识别与充电电路还包括第二开关S2，第一电流支路CH1的电流输出端和第一开关S1的电流输出端均通过第二开关S2连接充电高电位端PH，充电高电位端PH通过第二开关S2连接比较器CMP的第一输入端。

当功率开关管SW关断，且充电高电位端PH的电压从第二电压V2下降到小于参考电压VREF时，逻辑电路判断耳机ER进入充电仓，并控制功率开关管SW导通、第二开关S2关断，充电高电位端PH的电压被上拉至第一电压V1。当耳机ER检测到正负端压差大于充电开启阈值电压Vth2后，耳机ER会控制自身的充电电路工作，从而进入充电状态，此后，耳机ER从充电仓抽取的电流增大（此时主要为充电电流），此时流过功率开关管SW的电流较大，例如大于设定电流；若耳机ER检测到自身的电池已经充满，则退出充电状态，此时流过功率开关管SW的电流较小，例如小于设定电流。只要当流过功率开关管SW的电流小于设定电流时，控制功率开关管SW关断，第二开关S2导通，充电高电位端PH的电压恢复至V0（或者V2-Vd）。

在功率开关管SW关断、第二开关S2导通的状态下，若此时充电高电位端PH的电压大于参考电压VREF，逻辑电路判断耳机ER离开充电仓；若此时充电高电位端PH的电压小于参考电压VREF，逻辑电路判断耳机ER在充电仓内。

如前所述，第一电流支路CH1和第二电流支路CH2可以为恒流源支路，或者电阻支路。

在一个实施例中，第一电流支路CH1为第一电阻支路，第二电流支路CH2为第二电阻支路，且(V2-Vth)/R1+(V2-Vth-Vd)/R2>Ith >(V2-Vth)/R1，其中，V2、Vth、Ith、Vd、R1和R2分别为第二电压、低功耗阈值电压、低功耗阈值电流、第一开关S1的导通压降、第一电阻支路的阻值和第二电阻支路的阻值。在一个实施例中，第一电流支路CH1为第一电阻支路，第二电流支路CH2为输出第二最大电流I2的第二恒流源，且(V2-Vth)/ R1+I2>Ith >(V2-Vth)/ R1，其中，V2、Vth、Ith、I2和R1分别为第二电压、低功耗阈值电压、低功耗阈值电流、第二最大电流和第一电阻支路的阻值。在一个实施例中，第一电流支路CH1为输出第一最大电流I1的第一恒流源，第二电流支路CH2为第二电阻支路，且(V2-Vth-Vd)/ R2+I1>Ith>I1，其中，V2、Vth、Ith、I1和R2分别为第二电压、低功耗阈值电压、低功耗阈值电流、第一最大电流和第二电阻支路的阻值。随着电阻支路两端的压降的变化，电阻支路流过的电流会有所变化。

图5是另一种实施例的无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路的电路图，该电路图中，耳机ER处于接入充电仓的耳机识别与充电电路的状态。

当耳机ER被置入充电仓的充电位置后，耳机ER的正充电端接触连接充电仓的充电高电位端PH，耳机ER的负充电端接触连接充电仓的充电低电位端PL。在本实施例中，充电仓的充电高电位端PH与功率输出端PMID连接，两者在电路上是同一个电位点，因此，正充电端接触连接充电高电位端PH时即连接了功率输出端PMID。

充电仓的耳机识别与充电电路包括逻辑电路、功率输出电路、比较器CMP、参考电压端、第一电流支路CH1、第二电流支路CH2、功率开关管SW、第一开关S1、输出第二电压V2的第二电压端、以及上述充电高电位端PH和充电低电位端PL。其中，功率输出电路设有输出第一电压V1的功率输出端PMID，功率输出电路具有在功率输出端PMID维持第一电压V1保持不变或基本保持不变的能力，例如常见的功率开关电路，如DC-DC升压电路、DC-DC降压电路或DC-DC升降压电路等。参考电压端用于输出参考电压VREF。第一电压V1、充电开启阈值电压Vth2、参考电压VREF、第二电压V2和低功耗阈值电压Vth依次减小，例如，依次为5V、4.5V、4V、3.5V和1V。

功率开关管SW的电流输入端和电流输出端分别连接充电低电位端PL和地；第一电流支路CH1的电流输入端和电流输出端分别连接充电低电位端PL和地；第一开关S1的电流输入端连接充电低电位端PL、电流输出端连接第二电流支路CH2的电流输入端，第二电流支路CH2的电流输出端连接第二电压端；充电低电位端PL和参考电压端分别连接比较器CMP的第一输入端和第二输入端；充电高电位端PH连接功率输出端PMID；较器CMP的输出端连接逻辑电路；比较器CMP将充电低电位端PL的电压与参考电压VREF的大小进行比较，输出相应的结果信号DET，逻辑电路可以根据该比较结果信号DET结合相关条件，判断耳机ER入仓、在仓还是离仓，进而充电仓可以做出相关动作，例如提示耳机ER入仓、在仓或离仓。

第一电流支路CH1（例如恒流源支路、电阻支路等）能够输出第一最大电流I1（大于零），第一最大电流I1小于耳机ER的低功耗阈值电流Ith，第二电流支路CH2（例如恒流源支路、电阻支路等）能够输出第二最大电流I2（大于零），第一最大电流I1和第二最大电流I2之和大于低功耗阈值电流Ith。

在充电仓不存在第二电流支路CH2的情况下，当耳机ER入仓后，充电低电位端PL的电压将被第一电流支路CH1上拉至接近V1。在充电仓存在第二电流支路CH2并输出电流的情况下，若第一最大电流I1与第二最大电流I2之和小于低功耗区间的最大电流，则耳机ER的正负端压差将处于对应第一最大电流I1与第二最大电流I2之和（I1+I2）对应的电压V0，即充电高电位端PH与充电低电位端PL的电压差为V0，因此充电低电位端PL的电压为V1-V0；在充电仓存在第二电流支路CH2并输出电流的情况下，若第一最大电流I1与第二最大电流I2之和大于低功耗区间的最大电流，则充电低电位端PL的电压将处于第二电压V2与第一开关S1压降Vd之和（即V2+Vd）。不论上述哪种情况，当耳机ER入仓后，充电低电位端PL的电压被第一电流支路CH1从第二电压V2上拉至大于参考电压VREF，比较器CMP检测到充电低电位端PL的电压从第二电压V2变化为大于参考电压VREF后，逻辑电路根据比较结果判断耳机ER入仓，并控制功率开关管SW开启，充电低电位端PL的电压被下拉至0，即此时耳机ER检测到正负端压差为V1。作为一个例子，在充电低电位端PL和参考电压端分别连接比较器CMP的同相输入端和反相输入端的情况下，若比较器CMP检测输出的比较结果从低电平变化到高电平，表示充电低电位端PL的电压从第二电压V2变化为大于参考电压VREF，逻辑电路即可以判断耳机ER入仓。

当耳机ER检测到正负端压差大于充电开启阈值电压Vth2后，耳机ER会控制自身的充电电路工作，从而进入充电状态，此后，耳机ER从充电仓抽取的电流增大（此时主要为充电电流），此时流过功率开关管SW的电流较大，例如大于设定电流；若耳机ER检测到自身的电池已经充满，则退出充电状态，此时流过功率开关管SW的电流较小，例如小于设定电流。充电仓可以设置检测流过功率开关管SW的电流大小的电流检测电路，只要当流过功率开关管SW的电流小于设定电流时，控制功率开关管SW关断，充电低电位端PL的电压恢复至V1-V0（或者V2+Vd）。电流检测电路可以采用现有技术，例如利用采样电阻的电流检测电路，该采样电阻与功率开关管SW串联，通过采集采样电阻两端的压降即可获得流过功率开关管SW的电流大小。功率开关管SW可以为场效应管，例如MOS场效应管，其可以是N沟通或P沟道。

当功率开关管SW处于关断状态，比较器CMP检测到充电低电位端PL的电压大于参考电压VREF，逻辑电路判断耳机ER在仓。当功率开关管SW处于关断状态，且比较器CMP检测到充电低电位端PL的电压小于参考电压VREF，逻辑电路判断耳机ER在仓。

可见，在耳机ER充满电后充电仓主动关断功率开关管SW，从而降低耳机ER正负端压差，通过第一电流支路CH1、第二电流支路CH2和第一开关S1的共同作用，使得最终耳机ER正负端压差维持在一个较低电压值，从而迫使耳机ER尽可能处于低功耗工作区间尽可能低的工作电压点，且不会小于低功耗阈值电压Vth让耳机ER误认为离仓而退出低功耗状态，对于不具备主动控制低功耗工作区间电压的耳机ER而言，具备上述控制电路的充电仓的优势尤其明显。

在一个实施例中，在充电低电位端PL上升到小于参考电压VREF后，第一开关S1才导通，此后第二电流支路CH2开始为耳机ER提供最大可以达到第二最大电流I2的电流，进而使耳机ER的正负端压差大于低功耗阈值电压Vth。第一开关S1可以是二极管，这样，只有在充电低电位端PL上升到大于参考电压VREF时（充电低电位端PL与第二电压端之间的压差大于二极管的导通压降），该二极管S1才导通，此时第二电流支路CH2才工作，并开始输出电流。第一开关S1还可以是MOS管，或其他形式的电路组合，比较器CMP检测到在充电低电位端PL上升到大于参考电压VREF后输出比较信号DET，逻辑电路可以根据比较信号DET控制该MOS管或其他形式的电路组合导通，第二电流支路CH2开始为耳机ER提供最大可以达到第二最大电流I2的电流。

如图6所示，在一个实施例中，耳机识别与充电电路还包括第二开关S2，第一电流支路CH1的电流输入端和第一开关S1的电流输入端均通过第二开关S2连接充电低电位端PL，充电低电位端PL通过第二开关S2连接比较器CMP的第一输入端。

当功率开关管SW关断，且充电低电位端PL的电压从第二电压V2上升到大于参考电压VREF时，逻辑电路判断耳机ER进入充电仓，并控制功率开关管SW导通、第二开关S2关断，充电低电位端PL的电压被下拉至0，即正负端压差为V1。当耳机ER检测到正负端压差大于充电开启阈值电压Vth2后，耳机ER会控制自身的充电电路工作，从而进入充电状态，此后，耳机ER从充电仓抽取的电流增大（此时主要为充电电流），此时流过功率开关管SW的电流较大，例如大于设定电流；若耳机ER检测到自身的电池已经充满，则退出充电状态，此时流过功率开关管SW的电流较小，例如小于设定电流。只要当流过功率开关管SW的电流小于设定电流时，控制功率开关管SW关断，第二开关S2导通，充电低电位端PL的电压恢复至V1-V0（或者V2+Vd）。

在功率开关管SW关断、第二开关S2导通的状态下，若此时充电低电位端PL的电压小于参考电压VREF，逻辑电路判断耳机ER离开充电仓；若此时充电低电位端PL的电压大于参考电压VREF，逻辑电路判断耳机ER在充电仓内。

如前所述，第一电流支路CH1和第二电流支路CH2可以为恒流源支路，或者电阻支路。

在一个实施例中，第一电流支路CH1为第一电阻支路，第二电流支路CH2为第二电阻支路，且(V1-V2-Vth)/ R1+(V1-V2-Vth-Vd)/ R2>Ith >(V1-V2-Vth)/ R1，其中，V1、V2、Vth、Ith、Vd、R1和R2分别为第一电压、第二电压、低功耗阈值电压、低功耗阈值电流、第一开关S1的导通压降、第一电阻支路的阻值和第二电阻支路的阻值。在一个实施例中，第一电流支路CH1为第一电阻支路，第二电流支路CH2为输出第二最大电流I2的第二恒流源，且(V1-V2-Vth)/ R1+I2>Ith >( V1-V2-Vth)/ R1，其中，V1、V2、Vth、Ith、I2和 R1分别为第一电压、第二电压、低功耗阈值电压、低功耗阈值电流、第二最大电流和第一电阻支路的阻值。在一个实施例中，第一电流支路CH1为输出第一最大电流I1的第一恒流源，第二电流支路CH2为第二电阻支路，且(V1-V2-Vth-Vd)/ R2+I1>Ith>I1，其中，V1、V2、Vth、Ith、I1和R2分别为第一电压、第二电压、低功耗阈值电压、低功耗阈值电流、第一最大电流和第二电阻支路的阻值。随着电阻支路两端的压降的变化，电阻支路流过的电流会有所变化。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路，包括功率输出电路、比较器、充电高电位端、充电低电位端、以及输出参考电压的参考电压端，所述功率输出电路设有输出第一电压的功率输出端，其特征在于，还包括功率开关管、第一电流支路、第二电流支路、第一开关、以及输出第二电压的第二电压端，所述充电高电位端和充电低电位端分别用于连接耳机的正充电端和负充电端；

所述功率开关管的电流输入端和电流输出端分别连接所述功率输出端和所述充电高电位端；所述第一电流支路的电流输入端和电流输出端分别连接所述第二电压端和所述充电高电位端；所述第二电流支路的电流输入端连接所述第二电压端，电流输出端连接所述第一开关的电流输入端；所述第一开关的电流输出端连接所述充电高电位端；所述充电高电位端和所述参考电压端分别连接所述比较器的第一输入端和第二输入端；所述充电低电位端接地；

所述第一电流支路输出的最大电流为第一最大电流，所述第二电流支路输出的最大电

流为第二最大电流，其中，所述第一最大电流小于所述耳机的低功耗阈值电流，所述第一最大电流和所述第二最大电流之和大于所述低功耗阈值电流，所述低功耗阈值电流为在所述正充电端与负充电端的电压差等于所述耳机的低功耗阈值电压时所述耳机从所述充电仓抽取的电流，且所述耳机在所述充电仓处于低功耗区间从所述充电仓抽取的电流与所述正充电端与负充电端的电压差呈正相关关系；

其中，所述第一电压、所述第二电压、所述参考电压和所述低功耗阈值电压依次减小。

2.根据权利要求1所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一电流支路为第一电阻支路，所述第二电流支路为第二电阻支路，且(V2-Vth)/R1+(V2-Vth-Vd)/R2>Ith >(V2-Vth)/R1，其中，V2、Vth、Ith、Vd、R1和R2分别为所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第一开关的导通压降、所述第一电阻支路的阻值和所述第二电阻支路的阻值。

3.根据权利要求1所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一电流支路为第一电阻支路，所述第二电流支路为输出所述第二最大电流的第二恒流源，且(V2-Vth)/ R1+I2>Ith >(V2-Vth)/ R1，其中，V2、Vth、Ith、I2和R1分别为所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第二最大电流和所述第一电阻支路的阻值。

4.根据权利要求1所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一电流支路为输出所述第一最大电流的第一恒流源，所述第二电流支路为第二电阻支路，且(V2-Vth-Vd)/ R2+I1>Ith>I1，其中，V2、Vth、Ith、I1和R2分别为所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第一最大电流和所述第二电阻支路的阻值。

5.根据权利要求1所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

还包括第二开关和逻辑电路，所述第一电流支路的电流输出端和所述第一开关的电流输出端均通过所述第二开关连接所述充电高电位端，所述充电高电位端通过所述第二开关连接所述比较器的第一输入端；

当所述功率开关管关断，所述充电高电位端的电压从所述第二电压下降到小于所述参考电压时，所述逻辑电路判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通、所述第二开关关断；

当流过所述功率开关管的电流小于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管关断、所述第二开关导通，若此时所述充电高电位端的电压大于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机离开所述充电仓；若此时所述充电高电位端的电压小于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机在所述充电仓内。

6.根据权利要求1所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

当所述功率开关管关断，所述充电高电位端的电压从所述第二电压下降到小于所述参考电压时，所述第一开关导通。

7.根据权利要求6所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

还包括逻辑电路，当所述功率开关管关断，所述充电高电位端的电压从所述第二电压下降到小于所述参考电压时，所述逻辑电路判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通；

当流过所述功率开关管的电流大于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管保持导通，当流过所述功率开关管的电流小于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管关断；

当所述功率开关管关断，若此时所述充电高电位端的电压大于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机离开所述充电仓；若此时所述充电高电位端的电压小于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机在所述充电仓内。

8.根据权利要求6所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一开关为二极管。

9.根据权利要求1所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一最大电流与所述第二最大电流之和小于所述耳机处于所述低功耗区间的最大电流。

10.一种无线耳机充电仓的耳机识别与充电电路，包括功率输出电路、比较器、充电高电位端、充电低电位端、以及输出参考电压的参考电压端，所述功率输出电路设有输出第一电压的功率输出端，其特征在于，还包括功率开关管、第一电流支路、第二电流支路、第一开关、以及输出第二电压的第二电压端，所述充电高电位端和充电低电位端分别用于连接耳机的正充电端和负充电端；

所述功率开关管的电流输入端和电流输出端分别连接所述充电低电位端和地；所述第一电流支路的电流输入端和电流输出端分别连接所述充电低电位端和地；所述第一开关的电流输入端连接所述充电低电位端，电流输出端连接所述第二电流支路的电流输入端；所述第二电流支路的电流输出端连接所述第二电压端；所述充电低电位端和所述参考电压端分别连接所述比较器的第一输入端和第二输入端；所述充电高电位端连接所述功率输出端；

所述第一电流支路输出的最大电流为第一最大电流，所述第二电流支路输出的最大电流为第二最大电流，其中，所述第一最大电流小于所述耳机的低功耗阈值电流，所述第一最大电流和所述第二最大电流之和大于所述低功耗阈值电流，所述低功耗阈值电流为在所述正充电端与负充电端的电压差等于所述耳机的低功耗阈值电压时所述耳机从所述充电仓抽取的电流，且所述耳机在所述充电仓处于低功耗区间从所述充电仓抽取的电流与所述正充电端与负充电端的电压差呈正相关关系；

其中，所述第一电压、所述参考电压、所述第二电压和所述低功耗阈值电压依次减小。

11.根据权利要求10所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一电流支路为第一电阻支路，所述第二电流支路为第二电阻支路，且(V1-V2-Vth)/ R1+(V1-V2-Vth-Vd)/ R2>Ith >(V1-V2-Vth)/ R1，其中，V1、V2、Vth、Ith、Vd、R1和R2分别为所述第一电压、所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第一开关的导通压降、所述第一电阻支路的阻值和所述第二电阻支路的阻值。

12.根据权利要求10所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一电流支路为第一电阻支路，所述第二电流支路为输出所述第二最大电流的第二恒流源，且(V1-V2-Vth)/ R1+I2>Ith >( V1-V2-Vth)/ R1，其中，V1、V2、Vth、Ith、I2和R1分别为所述第一电压、所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第二最大电流和所述第一电阻支路的阻值。

13.根据权利要求10所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一电流支路为输出所述第一最大电流的第一恒流源，所述第二电流支路为第二电阻支路，且(V1-V2-Vth-Vd)/ R2+I1>Ith>I1，其中，V1、V2、Vth、Ith、I1和R2分别为所述第一电压、所述第二电压、所述低功耗阈值电压、所述低功耗阈值电流、所述第一最大电流和所述第二电阻支路的阻值。

14.根据权利要求10所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

还包括第二开关和逻辑电路，所述第一电流支路的电流输入端和所述第一开关的电流输入端均通过所述第二开关连接所述充电低电位端，所述充电低电位端通过所述第二开关连接所述比较器的第一输入端；

当所述功率开关管关断，所述充电低电位端的电压从所述第二电压上升到大于所述参考电压时，所述逻辑电路判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通、所述第二开关关断；

当流过所述功率开关管的电流小于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管关断、所述第二开关导通，若此时所述充电低电位端的电压小于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机离开所述充电仓；若此时所述充电低电位端的电压大于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机在所述充电仓内。

15.根据权利要求10所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

当所述功率开关管关断，所述充电低电位端的电压从所述第二电压上升到大于所述参考电压时，所述第一开关导通。

16.根据权利要求15所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

还包括逻辑电路，当所述功率开关管关断，所述充电低电位端的电压从所述第二电压上升到大于所述参考电压时，所述逻辑电路判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通；

当流过所述功率开关管的电流大于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管保持导通，当流过所述功率开关管的电流小于设定电流，所述逻辑电路控制所述功率开关管关断；

当所述功率开关管关断，若此时所述充电低电位端的电压小于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机离开所述充电仓；若此时所述充电低电位端的电压大于所述参考电压，所述逻辑电路判断所述耳机在所述充电仓内。

17.根据权利要求15所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一开关为二极管。

18.根据权利要求10所述的耳机识别与充电电路，其特征在于，

所述第一最大电流与所述第二最大电流之和小于所述耳机处于所述低功耗区间的最大电流。

19.一种耳机识别与充电方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的耳机识别与 充电电路，并包括如下步骤：

当所述耳机的正充电端和负充电端分别连接所述充电高电位端和充电低电位端时，所述第一电流支路输出小于所述耳机的低功耗阈值电流的第一最大电流，在所述充电高电位端的电压被所述第一电流支路从所述第二电压下拉到小于所述参考电压后，判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通；

当流过所述功率开关管的电流小于设定电流时，控制所述功率开关管关断，所述第二电流支路输出第二最大电流，所述第一最大电流和所述第二最大电流之和大于所述低功耗阈值电流且小于所述耳机处于所述低功耗区间的最大电流，使所述充电高电位端与所述充电低电位端的电压之差大于所述低功耗阈值电压，且所述充电高电位端小于所述参考电压。

20.一种耳机识别与充电方法，其特征在于，采用如权利要求10-18任一所述的耳机识别与 充电电路，并包括如下步骤：

当所述耳机的正充电端和负充电端分别连接所述充电高电位端和充电低电位端时，所述第一电流支路输出小于所述耳机的低功耗阈值电流的第一最大电流，在所述充电低电位端的电压被所述第一电流支路从所述第二电压上拉到大于所述参考电压后，判断所述耳机进入所述充电仓，并控制所述功率开关管导通；

当流过所述功率开关管的电流小于设定电流时，控制所述功率开关管关断，所述第二电流支路输出第二最大电流，所述第一最大电流和所述第二最大电流之和大于所述低功耗阈值电流且小于所述耳机处于所述低功耗区间的最大电流，使所述充电高电位端与所述充电低电位端的电压之差大于所述低功耗阈值电压，且所述充电低电位端的电压大于所述参考电压。

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