CN114461000B - 一种低功耗维持电路、控制方法及转接头 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种低功耗维持电路、控制方法及转接头，涉及供电电路的技术领域，其中，电路包括电压输入端、电压输出端、第一电压检测模块、开关模块、电容充放电模块以及控制单元；电容充放电模块与电压输出端相并连接；第一电压检测模块用于检述电容充放电模块两端的电压并发送第一电压检测值至控制单元；控制单元基于第一电压检测值与预设第一电压值，发送第一控制信号至开关模块；控制单元基于时长或基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至开关模块。本申请具有实现低功耗维持供电设备持续输出电流的效果。

Description

一种低功耗维持电路、控制方法及转接头

技术领域

本申请涉及供电电路的技术领域，尤其是涉及一种低功耗维持电路、控制方法及转接头。

背景技术

在很多需要电池作为供电电源的领域，如充电宝，电池组，移动电源箱等都有节能的要求。

相关技术中，为了实现节省电能的目的，充电宝类供电设备会检测输出的电流来控制供电设备是否进行供电。当在检测时长内（例如30S）供电设备输出的电流的数值小于检测数值时，会自动关闭供电设备的输出开关，供电设备进入关机状态停止对外供电，以达到节能的目的。

针对上述中的相关技术，发明人发现：一些需要小电流工作的用电设备（如蓝牙耳机、手环及小夜灯）需要用电时，充电宝类供电设备即使有足够的能源，却因为这些用电设备工作电流太小导致无法持续供电。

发明内容

为了实现低功耗维持供电设备持续输出电流，本申请提供了一种低功耗维持电路、控制方法及转接头。

第一方面，本申请提供的一种低功耗维持电路采用如下的技术方案。

一种低功耗维持电路，包括：电压输入端、电压输出端、第一电压检测模块、开关模块、电容充放电模块以及控制单元；

所述电容充放电模块与所述电压输出端相并连接；

所述第一电压检测模块用于检述电容充放电模块两端的电压并发送第一电压检测值至所述控制单元；

所述控制单元基于所述第一电压检测值与预设第一电压值，发送第一控制信号至所述开关模块；所述控制单元基于时长或基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至所述开关模块；

所述开关模块接收所述第二控制信号后使得供电设备通过电压输出端对外输出电能且所述供电设备为所述电容充放电模块充电，所述供电设备输出的电流值大于检测数值；

所述开关模块接收所述第一控制信号后使得所述电容充放电模块停止充电，并且使得所述电容充放电模块通过所述电压输出端对外供电。

通过采用上述技术方案，即能够保证低功耗、低工作电流的用电设备与原有的充电宝类供电设备连接时能够持续工作，同时触发供电设备输出电能的大电流并没有浪费，而是被电容充放电模块吸收并存储，电容充放电模块又能够为负载进行供电，消耗其存储的电能，整个过程中，能量的浪费极少。

可选的，所述电路还包括第二电压检测模块及三极管放大模块；

所述第二电压检测模块与所述电压输入端相连接；所述第二电压检测模块用于检测所述供电设备输出的电压并发送第二电压检测值至所述控制单元；

所述三极管放大模块的控制端与所述控制单元相连接，输出端与所述电压输入端相连接；

所述控制单元基于所述第二电压检测值及预设第三电压值发送第三控制信号至所述三极管放大模块使得所述三极管放大模块输出电流，所述三极管放大模块持续输出的电流用于触发所述供电设备输出电能。

通过采用上述技术方案，控制单元基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至开关模块时，如果负载工作时需要的电流极小，此时电容充放电模块放电时其两端的电压值由第一预设电压值降低至第二预设电压值时，所花费的时间远远大于检测时长；对于在检测时长内电流的数值均小于检测数据，将输出电压控制在较低的水平的充电宝类供电设备，通过三极管放大模块能够输出的电流可以作为触发电流，触发供电设备输出电能；由于只是发送一个触发电流且持续的时间很短，消耗的能量很少，从而能够更好的保持负载持续工作。

可选的，所述电容充放电模块包括第一极性电容器C1；所述第一极性电容器C1的正极与所述电压输出端相连接，所述第一极性电容器C1的负极接地。

可选的，所述控制单元包括第一接口；所述第一电压检测模块包括第六电阻器R6及第七电阻器R7；

所述第六电阻器R6的第一端与所述第一极性电容器C1的正极相连接；

所述第七电阻器R7的第一端连接于所述第六电阻器R6的第二端，所述第七电阻器R7的第二端连接于所述第一极性电容器C1的负极；

所述第一接口连接于所述第六电阻器R6及第七电阻器R7之间。

通过采用上述技术方案，控制单元能够采集第七电阻器R7两端的电压值，通过第六电阻器R6与第七电阻器R7的阻值比例关系能够得到电容充放电模块两端的电压。

可选的，所述控制单元还包括第二接口，所述开关模块包括MOS管Q2、第四电阻器R4、第五电阻器R5；

所述第五电阻器R5的第一端与所述电压输入端相连接；所述第五电阻器R5的第二端与所述第二接口相连接；

所述MOS管Q2的漏极与第五电阻器R5的第一端相连接；所述MOS管Q2的源极与所述电容充放电模块的输入正极相连接；

所述第四电阻器R4的第一端与所述MOS管Q2的栅极相连接；所述第四电阻器R4的第二端连接于第五电阻器R5的第二端及所述第二接口之间。

可选的，所述控制单元包括第三接口，所述三极管放大模块包括第三电阻器R3及三极管Q1；

所述第三电阻器R3的第一端连接于所述电压输入端及所述第五电阻器R5的第二端之间；

所述三极管Q1的基极与所述第三接口相连接；所述三极管Q1的集电极与所述第三电阻器R3的第二端相连接；所述三极管Q1的发射极接地。

可选的，所述控制单元的电源端口连接于所述电压输出端口。

通过采用上述技术方案，能够使得控制单元由供电设备或者电容充放电模块进行供电，无需外接电源。

第二方面，本申请提供的一种低功耗维持电路控制方法采用如下的技术方案。

一种低功耗维持电路控制方法，包括：

在与供电设备连接后，进入供电设备供电步骤；所述充电设备供电步骤包括：发送第二控制信号至所述开关模块；获取第一电压检测值；判断第一电压检测值是否小于预设第一电压值；如果否，则发送第一控制信号至所述开关模块，进入电容充放电模块供电步骤；

进入所述电容充放电模块供电步骤后，基于时长或基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至所述开关模块，重新进入供电设备供电步骤。

可选的，所述基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至所述开关模块，包括：采集第一电压检测值，判断所述第一电压检测值是否大于预设第二电压值；如果否，则发送第二控制信号至所述开关模块；

所述基于时长发送第二控制信号至所述开关模块，包括：发送第一控制信号后进行计时，在检测时长内，发送第二控制信号。

第三方面，本申请提供的一种转接头，包括上述中任一项所述的电路。

附图说明

图1是本申请实施例的一种低功耗维持电路的电路框图；

图2是本申请实施例的一种低功耗维持电路的电路结构示意图；

图中，1、第一电压检测模块；2、开关模块；3、电容充放电模块；4、第二电压检测模块；5、三极管放大模块；6、控制单元。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-2及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为了实现充电宝类供电设备节省电能的目的，充电宝类供电设备会检测输出的电流来控制供电设备是否进行供电。在检测时长内，如果供电设备输出的电流的数值均小于检测数值，充电宝类供电设备会自动关闭供电设备的输出开关，供电设备进入关机状态停止对外供电；或者，充电宝类供电设备会将输出电压控制在较低的水平，例如1V或者2V，输出的电压用于检测是否有外部负载接入，此时充电宝类供电设备的输出阻抗很高，一旦负载接入导致检测电压跳变，供电设备开始输出，但是要维持供电设备持续输出需要有一定的电流，正常的最小值是50MA。一旦负载接入且负载的工作电流大于检测数值，充电宝类供电设备将继续进行供电。

当一些小电流工作的用电设备需要用电时，比如给蓝牙耳机充电，给手环充电，点亮一个LED小夜灯等，此时充电宝类供电设备即使有足够的能源，却因为这些用电设备工作电流太小低于检测数值，而无法正常供电。充电宝类供电设备为小电流工作的用电设备进行供电时，一般在30秒到2分钟该数值仅仅为便于解释说明，并不起限定作用内会关掉，从而这些小电流工作的用电设备无法持续工作。

为了解决上述的问题，在相关技术中，可以通过外接一个功率件一般情况下，功率件的电流较大来解决充电宝类供电设备的关机问题。例如，需要点亮一个LED夜灯时，LED夜灯本身可能仅需10MA的电流，但是为了不让充电宝类设备关机，至少得再浪费浪40MA的电流，让总电流达50MA以上，这样的做法极大浪费能源，违背了节能的初衷。现有技术中，也有少量的不断电充电宝类供电设备，但是这类产品无法实现节能电能的目的。

随着低功耗且低工作电流的用电设备越来越多，为了使用上述的充电宝类供电装置为小电流工作的用电设备供电时，能够保持用电设备持续工作，本申请实施例公开一种低功耗维持电路。为了方便描述，下文中将充电宝类供电设备简称为供电设备，供电设备可以是充电宝、电池组、移动电源箱等采用电池作为供电电源的设备。

参照图1和图2，作为一种低功耗维持电路的一种实施方式，一种低功耗维持电路包括电压输入端、电压输出端、开关模块2、电容充放电模块3、第一电压检测模块1以及控制单元6。

参照图2，电压输入端在图2中标示为“VIN”，电压输出端在图2中标示为“OUT”，上述电路还包括一接地端，接地端在图2中标示为GND。电压输入端VIN用于与供电设备的输出正极相连接。

电容充放电模块3与电压输出端OUT相并联，电容充放电模块3用于存储供电设备输出的部分电能且能够通过电压输出端OUT向外供电；由于电容的特性，只要有微小压差，也会在短时间内通过很大的电流，从而使得供电设备输出的电流值大于检测数值。

第一电压检测模块1用于检述电容充放电模块3两端的电压并发送第一电压检测值至控制单元6。

控制单元6在图2中示意为U1，控制单元6可以是一个MCU，也可以是多个MCU。控制单元6基于第一电压检测值与预设第一电压值，发送第一控制信号至开关模块2；控制单元6基于时长或基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至开关模块2。预设第一电压值可以是电容充放电模块3充满电后两端的电压值，也可以是供电设备提供的电压无法为电容充放电模块3继续充电时，电容充放电模块3两端的电压值。预设第二电压值小于预设第一电压值，预设第二电压值大于电容充放电模块3无法输出电能时，其两端的电压值。在电容充放电模块3两端的电压达到预设第一电压值时，电容充放电模块3所存储的电能不少于与电压输出端相连接的负载在预设时长内消耗的电能。

开关模块2接收第二控制信号后使得供电设备通过电压输出端OUT对外输出电能且供电设备为电容充放电模块3充电，供电设备输出的电流值大于检测数值。开关模块2接收第一控制信号后使得电容充放电模块3停止充电，并且使得电容充放电模块3通过电压输出端OUT对外供电。

使用时，使用者可以将供电设备的输出正极与本申请的电压输入端VIN相连接，将小电流工作的负载与本申请的电压输出端OUT相连接。使用时，控制单元6发送第二控制信号至开关模块2，此时供电设备通过电压输出端OUT对外输出电能为负载进行供电，并且供电设备为电容充放电模块3充电。通过选取参数合适的器件，供电设备为电容充放电模块3充电时，可以使得流过电容充放电模块3的电流较大，此时供电设备输出的电流值大于检测数值可以是流过电容充放电模块3的电流大于检测数值，也可以是流过电容充放电模块3的电流加上流过负载的电流之和大于检测数值，此时由于输出的电流的数值大于检测数值，供电设备持续对外输出电能并且为电容充放电模块3进行充电。

当电容充放电模块3两端的电压达到预设第一电压值时，此时电容充放电模块3无法继续充电，继而无电流流过电容充放电模块3。此时，控制单元6发送第一控制信号至开关模块2，开关模块2接收第一控制信号后使得电容充放电模块3停止充电，此时供电设备不再为电容充放电模块3充电也不为负载供电。电容充放电模块3通过电压输出端OUT对外供电，保证负载能够持续工作。

控制单元6发送第一控制信号后基于时长或基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号发送第二控制信号至开关模块2，继续由供电设备对外输出电能且为电容充放电模块3进行供电，如此循环往复。通过上述的设置，即能够保证低功耗、低工作电流的用电设备与原有的充电宝类供电设备连接时能够持续工作，同时触发供电设备输出电能的大电流并没有浪费，而是被电容充放电模块3吸收并存储，电容充放电模块3又能够为负载进行供电，消耗其存储的电能，整个过程中，能量的浪费极少。

参照图1和图2，作为一种低功耗维持电路的另一种实施方式，上述电路还包括:第二电压检测模块4及三极管放大模块5。第二电压检测模块4与电压输入端VIN相连接；第二电压检测模块4用于检测供电设备输出的电压并发送第二电压检测值至控制单元6。三极管放大模块5的控制端与控制单元6相连接，三极管放大模块5的输出端与电压输入端VIN相连接。控制单元6基于第二电压检测值及预设第三电压值发送第三控制信号至三极管放大模块5使得三极管放大模块5输出电流，三极管放大模块5持续输出的电流用于触发供电设备输出电能。

控制单元6基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至开关模块2时，如果负载工作时需要的电流极小，例如仅仅只需几nA，此时电容充放电模块3放电时其两端的电压值由第一预设电压值降低至第二预设电压值时，所花费的时间远远大于检测时长。对于在检测时长内电流的数值均小于检测数据，将输出电压控制在较低的水平的充电宝类供电设备，通过三极管放大模块5能够输出的电流可以作为触发电流，触发供电设备输出电能；由于只是发送一个触发电流且持续的时间很短，消耗的能量很少，从而能够更好的保持负载持续工作。

参照图2，作为电容充放电模块3的其中一种实施方式，电容充放电模块3包括第一极性电容器C1；第一极性电容器C1的正极与电压输出端OUT相连接，第一极性电容器C1的负极接地。

继续参照图2，控制单元6包括第一接口，第一接口在图2中第一接口表示为“A”。第一电压检测模块1包括第六电阻器R6及第七电阻器R7；第六电阻器R6的第一端与第一极性电容器C1的正极相连接；第七电阻器R7的第一端连接于第六电阻器R6的第二端，第七电阻器R7的第二端连接于第一极性电容器C1的负极；第一接口连接于第六电阻器R6及第七电阻器R7之间。控制单元6能够采集第七电阻器R7两端的电压值，通过第六电阻器R6与第七电阻器R7的阻值比例关系能够得到电容充放电模块3两端的电压。

继续参照图2，控制单元6还包括用于输出第一控制信号和第二控制信号的第二接口，第二接口用于输出PWM信号。开关模块2包括MOS管Q2、第四电阻器R4、第五电阻器R5。第五电阻器R5的第一端与电压输入端VIN相连接；第五电阻器R5的第二端与第二接口相连接。MOS管Q2为N型MOS管，MOS管Q2的漏极与第五电阻器R5的第一端相连接；MOS管Q2的源极与电容充放电模块3的输入正极相连接，即MOS管Q2的源极与第一极性电容器C1的正极相连接。第四电阻器R4的第一端与MOS管Q2的栅极相连接；第四电阻器R4的第二端连接于第五电阻器R5的第二端及第二接口之间。

当本申请与供电设备连接时，控制单元6的所有端口处于高阻状态，MOS管Q2由第五电阻器R5拉到VIN处，MOS管Q2导通，控制单元6得电工作，进而控制MOS管Q2的工作状态。控制单元6发送PWM信号至MOS管Q2，通过设置PWM信号的占空比实现控制单元6输出第一控制信号及第二控制信号。当PWM信号处于高电平时，MOS管Q2导通；当PWM信号处于低电平时，MOS管Q2截止。

继续参照图2，控制单元6包括第三接口，第三接口在图2中标示为“B”。三极管放大模块5包括第三电阻器R3及三极管Q1。第三电阻器R3的第一端连接于电压输入端VIN及第五电阻器R5的第二端之间。三极管Q1为NPN型三极管，三极管Q1的基极与第三接口相连接；三极管Q1的集电极与第三电阻器R3的第二端相连接；三极管Q1的发射极接地。当三极管Q1的基极输入高电平时，三极管Q1导通，此时三极管Q1集电极的电流较大，能够用于触发供电设备进行供电。

继续参照图2，作为第二电压检测模块4的其中一种实施方式，控制单元6包括第四接口，第四接口在图2中标示为“C”。第二电压检测模块4包括第一电阻器R1及第二电阻器R2。第一电阻器R1的第一端与电压输入端VIN相连接；第二电阻器R2的第一端连接于第一电阻器R1的第二端，第二电阻器R2的第二端接地；第四接口C连接于第一电阻器R1及第二电阻器R2之间。具体的，控制单元6能够通过第四接口C采集第一电阻器R1两端的电压，进而通过第一电阻器R1与第二电阻器R2的电阻阻值的关系，通过分压公式得到供电设备输出的第二电压检测值。

作为一种低功耗维持电路的另一种实施方式，控制单元6的电压输入端VIN连接于电压输出端OUT口。通过这样的设置，能够使得控制单元6由供电设备或者电容充放电模块3进行供电，此时第二预设电压大于控制单元6工作的电压。

本申请还提供了一种低功耗维持电路控制方法，包括：在与供电设备连接后，进入供电设备供电步骤；充电设备供电步骤包括：

发送第二控制信号至开关模块2；获取第一电压检测值；判断第一电压检测值是否小于预设第一电压值；如果否，则发送第一控制信号至开关模块2，进入电容充放电模块3供电步骤；

进入电容充放电模块3供电步骤后，基于时长或基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至开关模块2，重新进入供电设备供电步骤。

基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至开关模块2，包括：采集第一电压检测值，判断第一电压检测值是否大于预设第二电压值；如果否，则发送第二控制信号至开关模块2；

基于时长发送第二控制信号至开关模块2，包括：发送第一控制信号后进行计时，在检测时长内，发送第二控制信号。

本申请还提供了一种转接头，包括上述任一种电路。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (9)

1.一种低功耗维持电路，其特征在于，包括：电压输入端、电压输出端、第一电压检测模块（1）、开关模块（2）、电容充放电模块（3）以及控制单元（6）；

所述电容充放电模块（3）与所述电压输出端相并连接；

所述第一电压检测模块（1）用于检述电容充放电模块（3）两端的电压并发送第一电压检测值至所述控制单元（6）；

所述控制单元（6）基于所述第一电压检测值与预设第一电压值，发送第一控制信号至所述开关模块（2）；所述控制单元（6）基于时长或基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至所述开关模块（2）；

所述开关模块（2）接收所述第二控制信号后使得供电设备通过电压输出端对外输出电能且所述供电设备为所述电容充放电模块（3）充电，所述供电设备输出的电流值大于检测数值；

所述开关模块（2）接收所述第一控制信号后使得所述电容充放电模块（3）停止充电，并且使得所述电容充放电模块（3）通过所述电压输出端对外供电；

所述电路还包括第二电压检测模块（4）及三极管放大模块（5）；

所述第二电压检测模块（4）与所述电压输入端相连接；所述第二电压检测模块（4）用于检测所述供电设备输出的电压并发送第二电压检测值至所述控制单元（6）；

所述三极管放大模块（5）的控制端与所述控制单元（6）相连接，输出端与所述电压输入端相连接；

所述控制单元（6）基于所述第二电压检测值及预设第三电压值发送第三控制信号至所述三极管放大模块（5）使得所述三极管放大模块（5）输出电流，所述三极管放大模块（5）输出的电流用于触发所述供电设备输出电能。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电容充放电模块（3）包括第一极性电容器C1；所述第一极性电容器C1的正极与所述电压输出端相连接，所述第一极性电容器C1的负极接地。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述控制单元（6）包括第一接口；所述第一电压检测模块（1）包括第六电阻器R6及第七电阻器R7；

所述第六电阻器R6的第一端与所述第一极性电容器C1的正极相连接；

所述第七电阻器R7的第一端连接于所述第六电阻器R6的第二端，所述第七电阻器R7的第二端连接于所述第一极性电容器C1的负极；

所述第一接口连接于所述第六电阻器R6及第七电阻器R7之间。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述控制单元（6）还包括第二接口，所述开关模块（2）包括MOS管Q2、第四电阻器R4、第五电阻器R5；

所述第五电阻器R5的第一端与所述电压输入端相连接；所述第五电阻器R5的第二端与所述第二接口相连接；

所述MOS管Q2的漏极与第五电阻器R5的第一端相连接；所述MOS管Q2的源极与所述电容充放电模块（3）的输入正极相连接；

所述第四电阻器R4的第一端与所述MOS管Q2的栅极相连接；所述第四电阻器R4的第二端连接于第五电阻器R5的第二端及所述第二接口之间。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述控制单元（6）包括第三接口，所述三极管放大模块（5）包括第三电阻器R3及三极管Q1；

所述第三电阻器R3的第一端连接于所述电压输入端及所述第五电阻器R5的第二端之间；

所述三极管Q1的基极与所述第三接口相连接；所述三极管Q1的集电极与所述第三电阻器R3的第二端相连接；所述三极管Q1的发射极接地。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述控制单元（6）的电源端口连接于所述电压输出端口。

7.一种低功耗维持电路控制方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任一项所述的电路，包括：

在与供电设备连接后，进入供电设备供电步骤；充电设备供电步骤包括：发送第二控制信号至所述开关模块（2）；获取第一电压检测值；判断第一电压检测值是否小于预设第一电压值；如果否，则发送第一控制信号至所述开关模块（2），进入电容充放电模块（3）供电步骤；

进入所述电容充放电模块（3）供电步骤后，基于时长或基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至所述开关模块（2），重新进入供电设备供电步骤。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述基于第一电压检测值与预设第二电压值发送第二控制信号至所述开关模块（2），包括：采集第一电压检测值，判断所述第一电压检测值是否大于预设第二电压值；如果否，则发送第二控制信号至所述开关模块（2）；

所述基于时长发送第二控制信号至所述开关模块（2），包括：发送第一控制信号后进行计时，在检测时长内，发送第二控制信号。

9.一种转接头，其特征在于：包括如权利要求1-6中任一项所述的电路。