CN117526476A - 一种充电器专用电源插座 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充电器专用电源插座，涉及电源插座领域，包括壳体、市电输入接口、市电输出接口、充电输入线、充电线、电源模块、检测控制模块、执行模块和单片机，当插座接入市电且与充电器、移动设备依序电连接后，通过闭合充电线上的触发开关开启移动设备OTG供电，为插座提供初始工作电能，单片机上电后通过控制执行模块将市电接入充电器及将充电电流送往移动设备，当单片机通过检测控制模块测得的电流值满足预定条件时，单片机控制执行模块切断充电器与市电连接，从而克服了现有充电器接入市电操作不便、不及时断开市电的不足，避免了充电器空闲时仍与市电连接而带来电能浪费、非必要的元器件老化及安全隐患。

Description

一种充电器专用电源插座

技术领域

本发明涉及电源插座领域，具体涉及一种充电器专用电源插座。

背景技术

随着手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备高度普及，充电器作为不可缺少的配件被大量的使用，市售的部分插座不具有断电功能，充电器插在电源插座上空闲时虽无输出但内部电路仍在工作，在移动设备充满电或使用完后如不及时将充电器从插座上拔下来，会导致非必要的电能消耗、器件过早老化失效，甚至引发火灾。

市售部分有断电功的插座都需要手动设置通、断电时间或手动操作机械开关的方式断开充电器与市电的电连接，不仅不能做到“充满即断”，而且操作的不便会让很多人忘记或怠于使用此类插座的断电功能。

部分市售的有断电功能的插座虽说可以断开接入的用电器与市电的电连接，但是，并不会断开插座自身内部电路与市电的电连接，内部的电路却始终处于工作状态。

发明内容

本发明提供的一种充电器专用电源插座，主要是实现以下三个目的：1.提供一种能在移动设备停止充电时可以断开充电器与市电连接的插座，减少充电器内部器件通电时间从而延长充电器寿命，做到节能、安全、环保；2.在不过多的改变充电器使用者原有使用习惯的前提下，在要为移动设备充电时能便捷的将市电接入充电器，并且能在充电结束时自动将电源与充电器断开；3.在断开充电器与市电连接同时也断开自身内部电路供电。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种充电器专用电源插座，包括：壳体、市电输入接口、市电输出接口，还包括充电输入线、充电线、电源模块、检测控制模块、执行模块、单片机。

其中，充电输入线包括VBUS线、GND线、CC线及USB连接器，USB连接器端用于连接充电器充电输出口，另一端与电源模块及检测控制模块电连接，其作用是将充电器输出的充电电流及充电信号引至电源模块及检测控制模块。

其中，充电线包括VBUS线、GND线、CC线、OTG触发单元及TYPE-C连接器，TYPE-C连接器端用于连接移动设备充电口，另一端与检测控制模块及充电输入线电连接，OTG触发单元由第一触控开关K1与5.1kΩ电阻串联后两端分别与充电线CC线和GND线电连接，其作用是当充电线连接到移动设备后，通过闭合第一触控开关K1开启移动设备OTG模式作为电源通过充电线的VBUS线、GND线为插座内电路提供初始工作电能，较佳的第一触控开关K1设置在TYPE-C连接器之上，其有益的效果是，可以在远离充电器的移动设备侧方便的通过为插座内电路提供初始工作电能的方式来启动插座电路，从而将市电接入充电器，当市电接口位置处于不方便充电器插拔的位置时，这种接入市电的方式为使用者提供了极大的便利。

其中，移动设备为插座提供的初始工作电流与充电器向移动设备提供的充电电流共用充电线中的VBUS线及GND线，其有益的效果是通过线缆的复用做到不增加制造的成本。

其中，电源模块包括DC-DC单元和储能单元，输入端与充电输入线及充电线的VBUS线、GND线连接，输出端与单片机、检测控制模块及执行模块连接；储能单元中的储电元件为超级电容或电池，其有益的效果是当充电器停止输出时，如充电器与移动设备因通讯中断导致充电器停止输出时，贮能单元可以短时间为单片机、检测控制模块及执行模块供电，以维持系统正常工作。

其中，检测控制模块还与单片机连接，包括第一复位开关单元、第二复位开关单元、电流检测单元和输出控制单元；第一复位开关单元受控端两极串接于CC线上，主控端与单片机电连接，单片机上电即控制第一复位开关单元导通，当充电器开始为移动设备充电后单片机控制第一复位单元断开继而重新导通，以使得充电器与移动设备重新握手以匹配充电电流与充电电压；第二复位开关单元受控端两极分别与CC线、GND线电连接，主控端与单片机电连接，当移动设备开始充电后单片机控制第二复位开关单元导通继而断开，以使得充电器与移动设备重新握手以匹配充电电流与充电电压，复位开关单元开关器件可以是光耦、三极管、MOS管或继电器，设置第一、第二复位开关单元其有益的效果是，在本发明实施例应用中部分移动设备在与充电器初始通信过程中会因第一触发单元处于闭合状态，即充电器检测到GND线与CC线上接有5.1kΩ识别电阻时默认只持续输出5V电压，通过第一、第二复位开关单元动作使得移动设备与充电器重新握手，从而使得充电器以最适宜二者的电压与电流为移动设备充电，提高充电效率，通常只采用其中一种复位方式即可。

其中，继电器单元在移动设备开始充电后受单片机控制先释放继而重新吸合，模拟手动拔插充电器动作，其作用是使得充电器与移动设备重新建立充电连接，以得二者以重新匹配的最佳充电电流与充电电压充电。

其中，电流检测单元一端与VBUS线或GND线电连接，另一端与单片机电连接；单片机通过电流检测单元可以随时监控充电线VBUS线或GND线上的电流，并将电流值与预定阀值比对，当达到预定值时控制执行模块断开市电输入接口与市电输出接口的电连接，其有益的效果是以测得的电流值作为判断移动设备是否充满或仍在充电的依据，及时切断充电器与市电连接，克服了现有插座需要通过手动预设时长或设定时间点的方式控制插座通、断电，不能在移动设备已经充满或移动设备停止充电时即刻断开充电器与市电连接的不足。

在一些实施例中，检测控制模块还包括输出控制单元，其受控端串接在充电线的GND线或VBUS线上，主控端接单片机，作用是控制充电电流的输出，其有益的效果是，当接入的是多口充电器时，可以实现对各充电口输出的单独控制。

其中，执行模块受控端分别与市电输入接口与市电输出接口电连接，主控端与单片机电连接，执行模块内的开关器件采用继电器，通过物理方式控制市电的通断，其有益的效果是可以彻底断开市电连接；执行模块还包括两端分别电连接在市电输入接口市电输出接口之间的第二触控开关K2，其有益的效果是，当移动设备不能提供OTG供电时，作为备用方式将市电接入充电器，从而使得插座内部电路开始工作，增加了应用场景。

本发明技术方案有益效果是：利用移动设备为插座提供初始工作电能，通过按压设置在充电线上的开关就可以启动插座电路，从而将充电器接入市电为移动设备充电，同时，充电器也为插座电路供电，在充电过程中插座实时检测移动设备充电电流，当满足预定阀值时断开充电器与市电连接，本方案使得电源插座具备了及时自动断开充电器与市电连接的功能，免除了充电后还得手工拔下充电器的不便，在断开充电器与市电连接的同时也实现了自身电路的完全断电，改善了使用者的体验，做到充满即断、彻底断电，延长了充电器寿命，更加节能、环保。

附图说明

图1是一种充电器专用电源插座结构图。

图2是一种充电器专用电源插座其中一个实施例与移动设备及充电器连接图。

图3是一种充电器专用电源插座其中一个实施例电路图。

图4是一种充电器专用电源插座其中一个实施例工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图2为一种充电器专用电源插座其中一个实施例与移动设备及充电器连接图，三者依图示连接并接入市电后即完成了为移动设备充电的准备工作。

图3所示为一种充电器专用电源插座其中一个实施例电路图。

市电输入口20为两脚插头，用于连接市电，市电输出口21为2孔插口，用于连接充电器插头，在市电输入口20和市电输出口21之间还设置有执行模块70，用于控制市电输入口与市电输出口间的电连接。

30为充电输入线，包括D+线、D-线、VBUS线、GND线、CC线和TYPE-C端子31，TYPE-C端31用于连接充电器的充电输出口，另一端于壳体10内与电源模块50、检测控制模块60及充电线40连接，其用途是将充电器输出的电流及信号接入壳体10内电路。

70为执行模块，包括继电器单元71和第二触发开关K2，其中继电器单元71由继电器J1、二极管D3、电阻R9及三极管Q2组成，所述的继电器线圈两端并联有二极管D3，一端接电源模块50输出端正极，另一端接三极管Q2集电极，所述三极管Q2发射极接电源模块50输出端负极，基极通过电阻R9与单片机U1的PA5连接，本实施例中继电器J1为单刀单掷常开继电器。在继电器动触点与静触点上还跨接有轻触开关K2，用于手动控制市电由市电输入口20接入市电输出口21。

40为充电线，包括D+线、D-线、VBUS线、GND线、CC线、OTG触发单元41及TYPE-C端子42，TYPE-C端子42用于连接移动设备充电口，触发单元41由电阻R1和第一触发开关K1串联构成跨接于GND线、CC线之间，其中电阻R1典型值为5.1kΩ设在TYPE-C端子42上以方便使用者操作。

50为电源模块，输入端与充电输入线30的VBUS线、GND线电连接，包括DC-DC单元51和储能单元52，DC-DC单元51为宽输入电压直流转换电路，属现有技术，用来将来自移动设备或充电器的充电电压转换为检测控制模块60、执行模块70及单片机80适用的4V直流电；储能单元52由二极管D2、电阻R2及超级电容C4组成，超级电容C4正极通过二级管D2与DC-DC单元51输出端正极连接，负极通过限流电阻R2与DC-DC单元51输出端负极连接，储能单元52的作用是当充电器无输出时短维持插座电路供电。

60为检测控制模块，包括第一复位开关单元61、第二复位开关单元62、电流检测单元（63）和输出控制单元（64）。

第一复位开关61中光耦U3受控端串接在CC线上，控制端与R3串联后接单片机输出端PA6，其复位过程是当单片机80上电后，通过端口PA6驱动光耦U3导通15秒，然后截止0.5秒，继而持续导通，设置第一复位开关61目的是通过断开与复通CC线的方式使得充电器与移动设备重新握手适合的充电电流及充电电压。

第二复位开关62中光耦U4受控端跨接于CC线与GND线之间，控制端与限流电阻R4串接后与单片机80的PA0相连，在第一复位单元61完成复位后,单片机80通过端口PA0驱动光耦U4导通0.2秒后持续截止，此过程的目的是用短接CC线与GND线的方式强制充电器与移动设备充电中断通讯，继而在截止后重新握手优选的充电电流及充电压；本实施例设置了第一和第二复位电路两级复位电路其目的均是使得充电器与移动设备重新握手，在通常情况下采用其中一种即可。

输出控制单元64由开关晶体管Q1、电阻R7和电阻R8组成，其中，开关晶体管Q1的漏极接充电线40的GND线、源极通过R5接充电输入线30的GND线，栅极通过电阻R8与单片机80的PA2相连，单片机80上电即控制Q1导通，从而为充电电流送往移动设备建立回路。

检测单元63由电阻R5、R6及电容C5组成，R5为50mΩ采样电阻串接在GND线上，在第一及第二复位单元完成复位后，单片机80实时采集流经充电输出线上的电流值Ia,当电流值Ia小于预定电流值I时，单片机80先控制输出控制单元64中的Q1截止从而断开充电输出电流，再控制继电器单元J1切断市电输入接口20与市电输入接口21间的电连接，从而切断充电器与市电的连接，优选的预定电流值I为50ma。

80为单片机，VDD脚接电源模块（50）输出端正极；VSS脚接电源模块（50）负极；PA0脚接第二复位开关62；PA1脚为AD转换口接检测单元63；PA2脚接输出控制单元64，PA5脚接继电器单元71，PA6脚接第一复位开关单元61。

以下结合图2、图4对本实施例一种充电器专用电源插座的工作流程进行描述：

当移动设备、充电器和本实施例的插座依图2连接后将插座接到市电，其中一种启动插座电路的方法是：当移动设备具OTG供电功能并处开机状态时，通过按下第一触控开关K1，移动设备开启OTG供电并通过充电线为插座提供初始工作电源；另一种启动插座的方法是：当移动设备无法为插座提供初始工作电源，如：移动设备没有OTG供电功能或有OTG供电功能的设备无法提供初始工作电源时，作为一种补充手段通过按下第二触控开关K2将市电接入充电器，充电器将市电转换为低压直流电，并通过充电输入线送往插座作为插座的初始工作电源。

当插座电路开始工作后，单片机80控制继电器J1闭合，充电器接续为插座电路供电；接着单片机80控制输出控制单元Q1导通，移动设备开始充电。

当移动设备开始充电后，单片机80控制第一、第二复位单元依序复位移动设备与充电器间的协议连接，二者重新握手以双方最适宜电压、电流充电。

在移动设备充电过程中，单片机80通过检测单元63持续监测充电电流Ia，当电流Ia小于预定值I时，单片机80顺序控制充电输出单元Q1截止、继电器J1释放，不仅断开充电器与移动设备间的充电回路，而且断开了充电器与市电的连接，同时插座自身也实现了断电。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种充电器专用电源插座，包括：壳体（10）、市电输入接口（20）、市电输出接口（21），其特征在于还包括充电输入线（30）、充电线（40）、电源模块（50）、检测控制模块（60）、执行模块（70）及单片机（80）；

所述的充电输入线（30）包括VBUS线、GND线、CC线及USB连接器（31），一端用于连接充电器电源输出口，另一端与电源模块（50）和检测控制模块（60）连接，其作用是将充电器输出的充电电流及充电信号引至电源模块（50）和检测控制模块（60）；

所述的充电线（40）包括VBUS线、GND线、CC线、OTG触发单元（41）及TYPE-C连接器（42），TYPE-C连接器（42）端用于连接移动设备充电口，另一端与检测控制模块（60）及充电输入线（30）电连接，OTG触发单元（41）由第一触控开关（K1）与电阻（R1）串联后两端分别与充电线（40）的CC线和GND线电连接，电阻（R1）符合TYPE-C规范定义，其阻值为5.1kΩ，OTG触发单元的作用是当充电线（40）连接到移动设备后，通过闭合第一触控开关（K1）开启移动设备OTG模式作为电源通过充电线（40）的VBUS线和GND线为插座内电路提供初始工作电能；

所述的电源模块（50）包括DC-DC单元（51）和储能单元（52），输入端与充电输入线（30）中的VBUS线和GND线电连接，输出端与检测控制模块（60）、执行模块（70）及单片机（80）电连接；

所述的检测控制模块（60）还与单片机（80）电连接，包括第一复位开关单元（61）、第二复位开关单元（62）、电流检测单元（63）和输出控制单元（64）；第一复位开关单元（61）受控端两极串接于CC线上，主控端与单片机（80）电连接；第二复位开关单元（62）受控端两极与CC线、GND线电连接，主控端与单片机（80）电连接；电流检测单元（63）一端与VBUS线或GND线连接，另一端与单片机（80）连接；输出控制单元（64）受控端串接于充电线（40）的VBUS线或GND线之上，主控端与单片机（80）电连接；

所述的执行模块（70）包括继电器单元（71）和第二触控开关（K2），继电器单元（71）控制市电通断的开关器件为继电器，继电器动、静触点分别与市电输入接口（20）、市电输出接口（21）电连接，主控端与单片机（80）连接；第二触控开关（K2）两端分别与市电输入接口（20）与市电输出接口（21）连接。

2.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于由移动设备为插座提供的初始工作电流与充电器为移动设备提供的充电电流共用充电线（40）中的VBUS线和GND线。

3.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于单片机（80）上电即控制继电器单元（71）闭合，从而通过继电器单元（71）将市电接入充电器；插座电路的供电启动时由移动设备提供，维持供电由充电器提供，当充电器因与移动设备间通讯中断停止输出时由贮能单元（52）提供。

4.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于储能单元（52）中的储电元件为超级电容或电池，其用途是当充电器无输出时为检测控制模块（60）、执行模块（70）和单片机（80）供电。

5.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于单片机（80）上电即控制第一复位开关单元（61）导通，当充电器开始为移动设备充电后单片机（80）控制第一复位单元（61）截止继而重新导通，使得充电器与移动设备重新握手以匹配充电电流与充电电压，第一复位开关单元（61）的开关器件为光耦、三极管、MOS管或继电器。

6.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于充电器开始为移动设备充电后，单片机（80）控制第二复位开关单元（62）导通继而截止，使得充电器与移动设备重新握手以匹配充电电流与充电电压，第二复位开关单元（62）的开关器件为光耦、三极管、MOS管或继电器。

7.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于检测单元（63）用于检测VBUS线或GND线上的充电电流，并由单片机（80）经AD转换后将测得电流值与预定阀值比对，当达到预定值时单片机（80）控制继电器单元（71）断开市电输入接口（20）与市电输出接口（21）的电连接。

8.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于单片机（80）上电即控制输出控制单元（64）导通，当检测单元（63）测得的电流阀值达到预定值时切断充电电流输出。

9.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于继电器单元（71）在移动设备开始充电后释放继而重新吸合，其作用是使得充电器与移动设备重新建立充电连接，以重新匹配的最佳充电电流与充电电压充电。

10.根据权利要求1所述的一种充电器专用电源插座，其特征在于第二触控开关（K2）的作用是当移动设备无法为插座提供初始供电时，通过闭合第二触控开关（K2）临时为充电器接入市电。