CN204538751U - 可兼容快速充电的充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可兼容快速充电的充电电路，包括依次连接的充电器输出电路、5针的MICRO-USB连接器、充电管理电路以及蓄电池，所述充电器输出电路通过所述MICRO-USB连接器的脚VDD输出电压至所述充电管理电路，所述充电管理电路的反馈脚通过所述MICRO-USB连接器的脚D+和D-传输反馈信号至所述充电器输出电路，所述充电器输出电路根据所述反馈信号持续输出5V或切换输出12V电压至所述充电管理电路，所述充电管理电路在接收到5V电压时输出5V/2A电流至所述蓄电池并在接收到12V电压时输出5V/4.5A电流至所述蓄电池。与现有技术相比，本实用新型实现了基于5针MICRO-USB连接器的大电流快速充电与现有充电方式的兼容，而无需设计专用的MICRO-USB连接器。

Description

可兼容快速充电的充电电路

技术领域

本实用新型涉及充电管理技术领域，更具体的涉及一种可兼容快速充电的充电电路。

背景技术

随着智能手持设备电池容量越来越大，有的产品电池容量已经超过4000mAh，充电时间变得越来越长。用普通的方式充电，需要3-6小时才能充满，因此4.5A以上快速充电变得非常重要。而目前的智能手持设备充电器接口大多数使用标准的5针Micro-USB数据线，其不能支持5V/4.5A以上的大电流充电,如果改变充电器的接口实现大电流充电，就会出现充电接口不兼容的情况。同时快充电池的保护电路需要选用内阻10mΩ以下的MOS管，这种低内阻的MOS管采用TSSOP8封装(或者SOP8)，价格非常贵，造成电池保护板的成本上升。

为解决标准的5针Micro-USB数据线不支持5V/4.5A以上大电流充电的问题，人们提出了将Micro-USB的针的数量增加到7针(具体参见图1)，使充电器的正极、负极分别并接2芯线来实现5V/4.5A大电流充电。然而，为了防止充电器与5针Micro-USB数据线连接，7针的Micro-USB数据线与充电器连接的一端通常是不可以拆卸的，一旦Micro-USB数据线出现损坏必须把充电器一起更换；同时，由于5针的Micro-USB数据线使用单针分别作为充电器的正、负极，而单针不能承受5V/4.5A的大电流，因此7针Micro-USB数据线与通用的5针Micro-USB数据线是不兼容的。

因此，急需一种通过5针Micro-USB数据线实现快速充电与现有充电方式兼容的充电电路来克服上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可兼容快速充电的充电电路，以通过标准5针MICRO-USB连接器实现快速充电与现有充电方式的兼容。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种可兼容快速充电的充电电路，包括依次连接的充电器输出电路、5针的MICRO-USB连接器、充电管理电路以及蓄电池，所述充电器输出电路通过所述MICRO-USB连接器的脚VDD输出电压至所述充电管理电路，所述充电管理电路的反馈脚通过所述MICRO-USB连接器的脚D+和D-传输反馈信号至所述充电器输出电路，所述充电器输出电路根据所述反馈信号持续输出5V或切换输出12V电压至所述充电管理电路，所述充电管理电路在接收到5V电压时输出5V/2A电流至所述蓄电池并在接收到12V电压时输出5V/4.5A电流至所述蓄电池。

与现有技术相比，本实用新型可兼容快速充电的充电电路包括依次连接的充电器输出电路、5针的MICRO-USB连接器、充电管理电路以及蓄电池，充电时充电器输出电路首先输出5V电压至充电管理电路，充电管理电路根据检测到的电压输出反馈信号至充电器输出电路，充电器输出电路根据反馈信号调节输出电压为12V或继续保持5V输出，且充电管理电路在接收到12V电压时输出5V/4.5A大电流，从而实现了基于标准5针MICRO-USB连接器的大电流快速充电与现有充电方式的兼容，而无需设计专用的MICRO-USB连接器。

较佳地，所述MICRO-USB连接器包括USB母座和相应的USB公座，所述USB母座和所述USB公座上分别设置有所述脚VDD、脚D+以及脚D-，所述USB公座与所述充电器输出电路连接，所述USB母座与所述充电管理电路连接。

较佳地，所述充电器输出电路包括充电器接口芯片和输出调节单元，所述输出调节单元串联于所述充电器接口芯片的输出端与所述USB公座的脚VDD之间，所述充电器接口芯片根据接收到的所述反馈信号发出调节信号至所述输出调节单元以调节由所述脚VDD输出的电压。

较佳地，所述充电器接口芯片具有第一输出端、第二输出端以及第三输出端，所述输出调节单元包括电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、光电耦合器U2、变压器T、稳压二极管D1、可控精密稳压源U3、电容C1以及电容C2，所述电阻R5、R6、R7的一端分别与充电器接口芯片的第一输出端、第二输出端以及第三输出端连接，所述电阻R5、R6、R7另一端连接在一起且与所述电阻R10、R8的一端、电容C1的一端以及可控精密稳压源U3的参考极连接，所述电阻R8的另一端和可控精密稳压源U3的阳极接地，所述可控精密稳压源U3的阴极与所述光电耦合器U2的脚2以及所述电容C1的另一端连接，所述光电耦合器U2的脚1与所述电阻R9的一端连接，所述光电耦合器U2的脚3和脚4与所述变压器T的初级线圈连接，所述变压器T的次级线圈的其中之一端子与所述稳压二极管D1的阳极连接，所述稳压二极管D1的阴极与所述电容C2的一端、电阻R9及电阻R10的另一端共同连接至所述USB公座的脚VDD，所述变压器T的次级线圈的其中之另一端子、电容C2的另一端以及所述USB公座的脚GND接地。

较佳地，所述充电管理电路包括充电管理芯片和反馈电路，所述充电管理芯片的电源输入端与所述USB母座的脚VDD连接，所述充电管理芯片的反馈脚与所述反馈电路连接以输出高、低电平至所述反馈电路，所述反馈电路根据所述高、低电平产生所述反馈信号，且所述反馈电路的输出端与所述USB母座的脚D+和D-连接以输出所述反馈信号。

较佳地，所述反馈电路包括场效应管Q1、电阻R1、R2、R3以及R4，所述场效应管Q1的栅极与所述充电管理芯片的反馈脚连接，所述场效应管Q1的源极与所述电阻R1和电阻R3的一端以及所述充电管理芯片的使能端连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端以及所述USB母座的脚D-连接，所述电阻R3的另一端与所述电阻R4的一端以及所述USB母座的脚D+连接，所述电阻R2和电阻R4的另一端与基准电压连接。

较佳地，所述可兼容快速充电的充电电路还包括充放电保护电路，所述充放电保护电路连接于所述充电管理芯片和所述蓄电池之间以对所述蓄电池的充电和放电进行保护。

较佳地，所述充放电保护电路包括充电保护单元和放电保护单元，所述充电保护单元和放电保护单元均包括两个内阻小于20mΩ的场效应管，且两所述场效应管并联。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1为现有技术中快充充电器与充电管理电路相配合的示意图。

图2为本实用新型可兼容快速充电的充电电路一实施例的结构框图。

图3为图2中可兼容快速充电的充电电路的结构示意图。

图4为图3中充电器输出电路的电路图。

图5为图3中充电管理电路的电路图。

图6为充放电保护电路的电路图。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图2至图3，本实用新型可兼容快速充电的充电电路100包括依次连接的充电器输出电路12、5针的MICRO-USB连接器14、充电管理电路16以及蓄电池18，其中充电器输出电路12通过MICRO-USB连接器14的脚VDD输出电压至充电管理电路16，充电管理电路16的反馈脚通过MICRO-USB连接器14的脚D+和D-传输反馈信号至充电器输出电路12，充电器输出电路12根据反馈信号持续输出5V或切换输出12V电压至充电管理电路16，充电管理电路16在接收到5V电压时输出5V/2A电流至蓄电池18并在接收到12V电压时输出5V/4.5A电流至蓄电池18。

具体的，如图3所示，5针MICRO-USB连接器14包括USB公座USB1和USB母座USB2，USB公座USB1和USB母座USB2上设置有脚VDD、脚D+、脚D-、脚NC以及脚GND，USB公座USB1与充电器输出电路12连接，USB母座USB2与充电管理电路16连接，且充电器输出电路12通过脚VDD输出电压至充电管理电路16，充电管理电路16通过脚D+和D-传输反馈信号至充电器输出电路12。

请参考图4，为充电器输出电路12一实施例的电路图。如图4所示，充电器输出电路12包括充电器接口芯片U1和输出调节单元，输出调节单元串联于充电器接口芯片U1的输出端与USB公座USB1的脚VDD之间，充电器接口芯片U1根据接收到的反馈信号发出调节信号至输出调节单元以调节由脚VDD所输出的电压。具体的，充电器接口芯片U1的输入脚(D+和D-)与USB公座USB1的脚D+和D-连接以接收来自充电管理电路16的反馈信号，充电器接口芯片U1的输出端(包括第一输出端V1、第二输出端V2以及第三输出端V3)与输出调节单元连接以输出与反馈信号相应的调节信号(具体为高、低电平)至输出调节单元。输出调节单元包括电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、光电耦合器U2、变压器T、稳压二极管D1、可控精密稳压源U3、电容C1以及电容C2，电阻R5、R6、R7的一端分别与充电器接口芯片U1的第一输出端V1、第二输出端V2以及第三输出端V3连接，电阻R5、R6、R7另一端连接在一起且与电阻R10、R8的一端、电容C1的一端以及可控精密稳压源U3的参考极连接，电阻R8的另一端以及可控精密稳压源U3的阳极接地，可控精密稳压源U3的阴极与光电耦合器U2的脚2以及电容C1的另一端连接，光电耦合器U2的脚1与电阻R9的一端连接，光电耦合器U2的脚3和脚4与变压器T的初级线圈T1连接，变压器T的次级线圈T1的其中之一端子与稳压二极管D1的阳极连接，稳压二极管D1的阴极与电容C2的一端、电阻R9及电阻R10的另一端共同连接至USB公座USB1的脚VDD，变压器T的次级线圈T2的其中之另一端子、电容C2的另一端以及USB公座USB1的脚GND接地。本实施例中充电器接口芯片U1的型号为CHY100，可控精密稳压源U3的型号为TL431。此外，充电器输出电路12还包括电阻Rref、电阻Rbp、电阻Rd以及电容Cbp，电阻Rref、电阻Rbp、电阻Rd以及电容Cbp与充电器接口芯片U1的连接关系如图4所示。上述充电器输出电路12支持5V/2A或12V/2A输出电压。

请参考图5，充电管理电路16包括充电管理芯片U4和反馈电路，充电管理芯片U4的电源输入端(即脚VBUS)与USB母座USB2的脚VDD连接，充电管理芯片U4的反馈脚(即脚STAT)与反馈电路连接以输出高、低电平至反馈电路，反馈电路根据高、低电平产生反馈信号，且反馈电路的输出端与USB母座USB2的脚D+和D-连接以输出反馈信号，充电管理芯片U4的输出端(即脚BAT)输出充电电流至蓄电池18(即蓄电池BAT)。具体的，反馈电路包括场效应管Q1、电阻R1、R2、R3以及R4，场效应管Q1的栅极与充电管理芯片U4的反馈脚连接，场效应管Q1的源极与电阻R1和电阻R3的一端以及充电管理芯片U4的使能端(即脚/CE)连接，电阻R1的另一端(即相当于反馈电路的其中一输出端)与电阻R2的一端以及USB母座USB2的脚D-连接，电阻R3的另一端(即相当于反馈电路的其中另一输出端)与电阻R4的一端以及USB母座USB2的脚D+连接，电阻R2和电阻R4的另一端与基准电压VREF(如为2.8V)连接。此外，充电管理电路16还包括电容C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、电感L、电阻R11、电阻R12以及NTC热敏电阻R13，其中各个元件与充电管理芯片U4的连接关系具体如图5所示，此处不再详细描述。需要说明的是，本实施例中充电管理芯片U4的型号为BQ25XXX。充电管理芯片U4的电源输入端(即脚VBUS)在检测到不同的输入电压时，会输出不同的充电电流至蓄电池18。

下面结合图4至图5详细说明本实用新型可兼容快速充电的充电电路100的工作原理：

插入充电器之后的初始时刻，充电器接口芯片U1输出5V/2A的充电电压至充电管理电路16，充电管理芯片U4检测到脚VBUS有电压输入，则反馈脚(脚STAT)输出高电平以使MOS管Q1导通，进而使能端(脚/CE)的输入电平变成低电平，充电管理芯片U4的输出端(脚BAT)输出5V/2A的充电电流给蓄电池BAT充电，同时经过电阻R1、R2、R3以及R4的分压作用，反馈电路输约出0.6～0.8V的电压(电平的高低代表不同的反馈信号)至USB母座USB2的脚D+和D-，充电器接口芯片U1从USB公座USB1的脚D+和D-接收到反馈信号后，输出不同的调节信号(高、低电平)至第一输出端V1、第二输出端V2以及第三输出端V3，电阻R5、R6、R7、R8、R10组成的分压网络对充电器接口芯片U1输出的电平进行分压，输出不同的电平至光电耦合器U2，从而改变了变压器T初级线圈端的输入，使输出调节单元由5V/2A输出转换为12V/2A输出，充电管理芯片U4检测到12V/2A的电压后，将输出至蓄电池18的充电电流转换为5V/4.5A，实现了大电流快速充电。而对于不能进行12V/2A转换为5V/4.5A充电电流的充电管理芯片，反馈电路经USB母座USB2的脚D+和D-输出至充电器输出电路12的为电压或没有通讯信息(使用了没有D+、D-的USB充电线)的反馈信号，充电器接口芯片U1根据此时接收到的反馈信号依然输出5V/2A电压，充电管理电路16持续输出5V/2A的充电电流至蓄电池18，从而实现了基于标准5针MICRO-USB连接器的快速充电与现有充电方式的兼容，所用的充电线也不需要定制。

此外，如图6所示，本实用新型可兼容快速充电的充电电路100还包括充放电保护电路19，充放电保护电路19连接于充电管理芯片U4和蓄电池BAT之间以对蓄电池BAT的充电和放电进行保护，具体的，图6中B+与充电管理芯片U4的脚BAT连接，B-与充电管理芯片U4的脚PGND连接。具体的，充放电保护电路19包括充电保护单元、放电保护单元、充放电保护芯片U5、电阻R14、电阻R15以及电容C10，充电保护单元和放电保护单元均包括两个内阻小于20mΩ的场效应管，且两场效应管并联，由于保护电路采用内阻小于20mΩ的双路场效应管并联，并联后内阻在10mΩ以下，替代内阻10mΩ以下单场效应管，有效降低了成本，同时可以保证电路稳定可靠的工作。

以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。

Claims (8)

1.一种可兼容快速充电的充电电路，包括依次连接的充电器输出电路、5针的MICRO-USB连接器、充电管理电路以及蓄电池，其特征在于，所述充电器输出电路通过所述MICRO-USB连接器的脚VDD输出电压至所述充电管理电路，所述充电管理电路的反馈脚通过所述MICRO-USB连接器的脚D+和D-传输反馈信号至所述充电器输出电路，所述充电器输出电路根据所述反馈信号持续输出5V或切换输出12V电压至所述充电管理电路，所述充电管理电路在接收到5V电压时输出5V/2A电流至所述蓄电池并在接收到12V电压时输出5V/4.5A电流至所述蓄电池。

2.如权利要求1所述的可兼容快速充电的充电电路，其特征在于，所述MICRO-USB连接器包括USB母座和相应的USB公座，所述USB母座和所述USB公座上分别设置有所述脚VDD、脚D+以及脚D-，所述USB公座与所述充电器输出电路连接，所述USB母座与所述充电管理电路连接。

3.如权利要求2所述的可兼容快速充电的充电电路，其特征在于，所述充电器输出电路包括充电器接口芯片和输出调节单元，所述输出调节单元串联于所述充电器接口芯片的输出端与所述USB公座的脚VDD之间，所述充电器接口芯片根据接收到的所述反馈信号发出调节信号至所述输出调节单元以调节由所述脚VDD输出的电压。

4.如权利要求3所述的可兼容快速充电的充电电路，其特征在于，所述充电器接口芯片具有第一输出端、第二输出端以及第三输出端，所述输出调节单元包括电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10、光电耦合器U2、变压器T、稳压二极管D1、可控精密稳压源U3、电容C1以及电容C2，所述电阻R5、R6、R7的一端分别与充电器接口芯片的第一输出端、第二输出端以及第三输出端连接，所述电阻R5、R6、R7另一端连接在一起且与所述电阻R10、R8的一端、电容C1的一端以及可控精密稳压源U3的参考极连接，所述电阻R8的另一端和可控精密稳压源U3的阳极接地，所述可控精密稳压源U3的阴极与所述光电耦合器U2的脚2以及所述电容C1的另一端连接，所述光电耦合器U2的脚1与所述电阻R9的一端连接，所述光电耦合器U2的脚3和脚4与所述变压器T的初级线圈连接，所述变压器T的次级线圈的其中之一端子与所述稳压二极管D1的阳极连接，所述稳压二极管D1的阴极与所述电容C2的一端、电阻R9及电阻R10的另一端共同连接至所述USB公座的脚VDD，所述变压器T的次级线圈的其中之另一端子、电容C2的另一端以及所述USB公座的脚GND接地。

5.如权利要求2所述的可兼容快速充电的充电电路，其特征在于，所述充电管理电路包括充电管理芯片和反馈电路，所述充电管理芯片的电源输入端与所述USB母座的脚VDD连接，所述充电管理芯片的反馈脚与所述反馈电路连接以输出高、低电平至所述反馈电路，所述反馈电路根据所述高、低电平产生所述反馈信号，且所述反馈电路的输出端与所述USB母座的脚D+和D-连接以输出所述反馈信号。

6.如权利要求5所述的可兼容快速充电的充电电路，其特征在于，所述反馈电路包括场效应管Q1、电阻R1、R2、R3以及R4，所述场效应管Q1的栅极与所述充电管理芯片的反馈脚连接，所述场效应管Q1的源极与所述电阻R1和电阻R3的一端以及所述充电管理芯片的使能端连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端以及所述USB母座的脚D-连接，所述电阻R3的另一端与所述电阻R4的一端以及所述USB母座的脚D+连接，所述电阻R2和电阻R4的另一端与基准电压连接。

7.如权利要求2所述的可兼容快速充电的充电电路，其特征在于，还包括充放电保护电路，所述充放电保护电路连接于所述充电管理芯片和所述蓄电池之间以对所述蓄电池的充电和放电进行保护。

8.如权利要求7所述的可兼容快速充电的充电电路，其特征在于，所述充放电保护电路包括充电保护单元和放电保护单元，所述充电保护单元和放电保护单元均包括两个内阻小于20mΩ的场效应管，且两所述场效应管并联。