CN206237177U - 一种充电控制电路及安全的电源适配器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充电控制电路及安全的电源适配器，充电控制电路设置在电源适配器的主板上，包括整流单元、反馈滤波单元、转换单元和控制单元；反馈滤波单元连接整流单元和转换单元，转换单元连接控制单元。整流单元将输入的交流电整流后转换为直流源，反馈滤波单元对直流源进行正负反馈滤波后输出直流电，转换单元将直流电转换为充电电压。控制单元启动充电并显示充电状态，根据充电电流的大小检测充满电后关闭充电并显示满电状态；以及根据用户的按键操作重新启动充电。能在满电时关闭充电，即使电源适配器仍与设备连接，也不会出现USB漏电、触电等情况，从而解决了现有电源适配器充完电后持续输出充电电压存在安全隐患的问题。

Description

一种充电控制电路及安全的电源适配器

技术领域

本实用新型涉及充电器技术领域，特别涉及一种充电控制电路及安全的电源适配器。

背景技术

随着社会的发展以及科技日新月异的创新变革进步，智能化产品引领着科技发展的前沿。智能手机的强大功能给用户带来了极其方便的操作性，但相应问题也随之产生，即功耗大造成电池续航的问题，需要反复充电才能再使用。大部分人将智能手机的电源适配器插在插座上充电，充满电后电源适配器不会及时拔出。虽然此时智能手机不再充电，但是充电器一直在工作，输出的5V充电电压一直存在造成空载现像。长此以往，不仅会造成漏电问题，质量差的充电器还容易烧坏导致电源短路，电源适配器烧坏后可能会引起漏电或更严重的人体触电、火灾等问题；存在较大安全隐患。

因此有必要对现有技术进行改进。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种充电控制电路及安全的电源适配器，以解决现有电源适配器充完电后持续输出充电电压存在安全隐患的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种充电控制电路，设置在电源适配器的主板上，其包括：

用于将输入的交流电整流后转换为直流源的整流单元；

用于对直流源进行正负反馈滤波后输出直流电的反馈滤波单元；

用于将直流电转换为对应压值的充电电压的转换单元；

用于启动充电并显示充电状态，根据充电电流的大小检测充满电后关闭充电并显示满电状态；以及根据按键操作重新启动充电的控制单元；

所述反馈滤波单元连接整流单元和转换单元，转换单元连接控制单元。

所述的充电控制电路中，所述整流单元包括保险丝、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第一电容；

所述第一二极管的正极连接第二二极管的负极和第一交流输入端；第一二极管的负极连接第三二极管的负极、第一电容的正极和反馈滤波单元；第二二极管的正极连接第四二极管的正极、第一电容的负极和反馈滤波单元；第三二极管的正极连接第四二极管的负极和保险丝的一端，保险丝的另一端连接第二交流输入端。

所述的充电控制电路中，所述反馈滤波单元包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第一检测电阻、第二检测电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五二极管、第六二极管和第七二极管；

所述第一三极管的基极通过第一检测电阻连接第二电容的正极、第二三极管的集电极和第一电容的正极；第一三极管的集电极连接第五二极管的正极和转换单元，所述第五二极管的负极连接第二电容的负极和第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电容的正极和转换单元；第一三极管的发射极第二检测电阻的一端和第一电容的负极，第二检测电阻的另一端连接第二三极管的基极和第六二极管的正极；第二三极管的发射极连接第七二极管的正极、第四电容的负极和第一三极管的发射极；第六二极管的负极连接第四电容的正极和转换单元，第二三极管的集电极连接第三电容的正极，第三电容的负极连接第七二极管的负极和转换单元。

所述的充电控制电路中，所述转换单元包括变压器、第五电容和第八二极管；

所述变压器的第3脚连接第一电阻的另一端，变压器的第4脚连接第一三极管的集电极，变压器的第5脚连接第三电容的负极，变压器的第6脚连接第六二极管的负极，变压器的第1脚连接第八二极管的正极，变压器的第2脚连接第五电容的负极和控制单元，第八二极管的负极连接第五电容的正极和控制单元。

所述的充电控制电路中，所述控制单元包括按键、主控芯片、第一指示灯、第二指示灯、第三三极管、开关MOS管和保护管；

所述按键的一端接地，按键的另一端连接主控芯片的RESET脚，主控芯片的VDD脚连接第八二极管的负极和开关MOS管的漏极，主控芯片的LED1脚连接第一指示灯的正极，主控芯片的LED1脚连接第二指示灯的正极，第一指示灯的负极连接第二指示灯的负极和地，主控芯片的GPIO脚连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极连接开关MOS管的栅极，开关MOS管的源极连接充电输出端OUT和保护管的负极，保护管的正极连接变压器的第2脚和地。

所述的充电控制电路中，所述控制单元还包括第二电阻和抗浪涌器件；

所述第二电阻的一端连接第三三极管的基极，第二电阻的另一端连接第三三极管的发射极和地，抗浪涌器件的正极连接保护管的正极和变压器的第2脚，抗浪涌器件的负极连接开关MOS管的漏极和第八二极管的负极。

所述的充电控制电路中，所述主控芯片的型号为STC15F104E-SOP8，按键的型号为EVPAKB01A。

所述的充电控制电路中，所述第一三极管、第二三极管和第三三极管均为NPN三极管，开关MOS管为PMOS管。

一种安全的电源适配器，包括壳体、设置在壳体内的主板，设置在壳体底部的插头，与壳体一侧连接的USB数据线；其中，所述主板上设置有所述的充电控制电路，所述插头连接充电控制电路的整流单元，控制单元连接USB数据线的输出端。

相较于现有技术，本实用新型提供的一种充电控制电路及安全的电源适配器，通过整流单元将输入的交流电整流后转换为直流源，反馈滤波单元对直流源进行正负反馈滤波后输出直流电，转换单元将直流电转换为对应压值的充电电压。控制单元启动充电并显示充电状态，根据充电电流的大小检测充满电后关闭充电并显示满电状态；以及根据用户的按键操作重新启动充电。所述充电控制电路在检测满电时关闭充电，即关闭了充电电压和充电电流的输出通路，此时无5V的充电电压和充电电流输出，即使电源适配器仍与设备连接，也不会出现USB漏电、触电等情况，从而解决了安全隐患。另外，电源适配器一直插在插座上，用户想要继续充电时，只要接上设备，按下设置的按键即可重新启动进入充电状态。

附图说明

图1为本实用新型提供的充电控制电路的结构框图。

图2为本实用新型提供的充电控制电路的电路图。

图3为本实用新型提供的电源适配器的示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种充电控制电路及安全的电源适配器，可广泛用于各类电子设备，如智能手机，IPAD，复读机，机器人，电视机，电脑显示器等。在电子设备停止充电或充满电时，通过检测当前的充电电流，让电源适配器检测到充满电后进入不工作的安全状态；既能保证电源适配的正常使用，又能消除安全隐患。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供一种充电控制电路，设置在电源适配器的主板上，包括整流单元10、反馈滤波单元20、转换单元30和控制单元40。所述反馈滤波单元20连接整流单元10和转换单元30，转换单元30连接控制单元40。所述整流单元10将输入的交流电整流后转换为直流源，反馈滤波单元20对直流源进行正负反馈滤波后输出直流电给转换单元30，转换单元30将直流电转换为对应压值（如5V）的充电电压。控制单元40启动充电并显示充电状态，根据充电电流的大小检测充满电后关闭充电并显示满电状态；以及根据用户的按键操作重新启动充电。

所述充电控制电路在检测满电时关闭充电，即关闭了充电电压和充电电流的输出通路，此时无5V的充电电压和充电电流输出，即使电源适配器仍与设备连接，也不会出现USB漏电、触电等情况，从而解决了安全隐患。另外，电源适配器一直插在插座上，用户想要继续充电时，只要接上设备，按下设置的按键即可重新启动进入充电状态。

请一并参阅图2，所述整流单元10包括保险丝F1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第一电容C1；所述第一二极管D1的正极连接第二二极管D2的负极和第一交流输入端AC_IN1；第一二极管D1的负极连接第三二极管D3的负极、第一电容C1的正极和反馈滤波单元20；第二二极管D2的正极连接第四二极管D4的正极、第一电容C1的负极和反馈滤波单元20；第三二极管D3的正极连接第四二极管D4的负极和保险丝F1的一端，保险丝F1的另一端连接第二交流输入端AC_IN2。

其中，第一交流输入端AC_IN1和第二交流输入端AC_IN2输入的AC交流电（220V）经过第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4组成的整流桥整流，第一电容C1滤波后输出直流源。

所述反馈滤波单元20包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第一检测电阻RI1、第二检测电阻RI2、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7。所述第一三极管Q1的基极通过第一检测电阻RI1连接第二电容C2的正极、第二三极管Q2的集电极和第一电容C1的正极；第一三极管Q1的集电极连接第五二极管D5的正极和转换单元30，所述第五二极管D5的负极连接第二电容C2的负极和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第二电容C2的正极和转换单元30；第一三极管Q1的发射极连接第二检测电阻RI2的一端和第一电容C1的负极，第二检测电阻RI2的另一端连接第二三极管Q2的基极和第六二极管D6的正极；第二三极管Q2的发射极连接第七二极管D7的正极、第四电容C4的负极和第一三极管Q1的发射极；第六二极管D6的负极连接第四电容C4的正极和转换单元30，第二三极管Q2的集电极连接第三电容C3的正极，第三电容C3的负极连接第七二极管D7的负极和转换单元30。

所述转换单元30包括变压器L1、第五电容C5和第八二极管D8。所述变压器L1的第3脚连接第一电阻R1的另一端，变压器L1的第4脚连接第一三极管Q1的集电极，变压器L1的第5脚连接第三电容C3的负极，变压器L1的第6脚连接第六二极管D6的负极，变压器L1的第1脚连接第八二极管D8的正极，变压器L1的第2脚连接第五电容C5的负极和控制单元40，第八二极管D8的负极连接第五电容C5的正极和控制单元40。

其中，第一三极管Q1和第二三极管Q2为NPN三极管。变压器L1是设置输出5V线匝的、型号为EF10（5V1A）的变压器（厂家为思博星辰），将输入的直流电变压后输出5V/1A的充电电压/充电电流。所述第五电容C5的耐压值为10V，容值为4.7uF，用于滤波去噪。所述第八二极管D8采用型号为IN5817的整流二极管。

AC交流电220V接通后，第一电容C1上会有250V左右的直流电压，通过第一检测电阻RI1（电流检测电阻）为第一三级管Q1的基极提供电流。第一三极管Q1的基极得到供电后，通过变压器L1的PIN3（第3脚）、PIN4（第4脚）产生集电极电流，并同时在变压器L1的PIN5（第5脚）、PIN6（第6脚）与PIN1（第1脚）、PIN2（第2脚）上产生感应电压。其中，变压器L1的PIN5、PIN6分别经过第七二极管D7整流、第四电容C4滤波后，通过第六二极管D6和第二三极管Q2组成的取样比较电路检测输出电压高低。

变压器L1的PIN5、PIN6与第三电容C3、第二检测电阻RI2还组成第一三极管Q1的正反馈电路，让第一三极管Q1工作在高频振荡，不停的给变压器L1（PIN3、PIN4）开关供电。当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，变压器L1的PIN5、PIN6与第六二极管D6取样比较导致第二三极管Q2导通，第一三极管Q1的基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，从而导致输出电压降低；当输出电压降低后，第二三极管Q2取样后又会截止，第一三极管Q1的负载能力变强，输出电压又会升高；这样起到自动稳压作用。

所述控制单元40包括按键S1、主控芯片U1、第一指示灯LED11、第二指示灯LED12、第三三极管Q3、开关MOS管Q4和保护管D9。所述按键S1的一端接地，按键S1的另一端连接主控芯片U1的RESET脚，主控芯片U1的VDD脚连接第八二极管D8的负极和开关MOS管Q4的漏极，主控芯片U1的LED1脚连接第一指示灯LED11的正极，主控芯片U1的LED1脚连接第二指示灯LED12的正极，第一指示灯LED11的负极连接第二指示灯LED12的负极和地，主控芯片U1的GPIO脚连接第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极连接开关MOS管Q4的栅极，开关MOS管Q4的源极连接充电输出端OUT和保护管D9的负极，保护管D9的正极连接变压器L1的第2脚和地。

其中，主控芯片U1的型号为STC15F104E-SOP8（其为51单片机，厂家为宏晶），通过其VDD脚获取充电电压以启动自身工作；还能检测充电电流的大小以判断是否充满电（内置有型号为CW2015CSAD的电量计），当充电电流小于主控芯片U1内置的预设值时，主控芯片U1进入待机低功耗休眠模式，并改变GPIO脚的输出以关闭充电。

主控芯片U1的GPIO脚控制第三三极管Q3和开关MOS管Q4的通断状态，控制充电电压和充电电流是否输出，从而启闭充电。第三三极管Q3为NPN三极管，开关MOS管Q4为PMOS管。当GPIO脚输出高电平时，第三三极管Q3导通将开关MOS管Q4的栅极电压拉低，开关MOS管Q4导通从而开启充电。当GPIO脚输出低电平时，第三三极管Q3截止使开关MOS管Q4截止，从而关闭充电。

主控芯片U1的LED1脚和LED2脚控制对应指示灯的亮灭状态，从而显示当前是充电状态还是充满状态，起到指示作用；其中第一指示灯LED11发红光，表示充电状态；第二指示灯LED12发黄光，表示充满状态。

按键S1采用型号为EVPAKB01A（厂家为NAIS）的开关，当按下时接地，对主控芯片U1的RESET脚输入低电平的触发信号，使主控芯片U1改变GPIO脚的输出以打开第三三极管Q3和开关MOS管Q4，重新开启充电功能。当手松开时按键S1会弹回，主控芯片U1的RESET脚悬空。

保护管D9是TVS保护管，用于防止手碰到USB线头时，静电击坏电源适配器。

进一步实施例中，所述控制单元40还包括第二电阻R2和抗浪涌器件D10；所述第二电阻R2的一端连接第三三极管Q3的基极，第二电阻R2的另一端连接第三三极管Q3的发射极和地，抗浪涌器件D10的正极连接保护管D9的正极和变压器L1的第2脚，抗浪涌器件D10的负极连接开关MOS管Q4的漏极和第八二极管D8的负极。抗浪涌器件D10能防止电压过高不稳定而烧坏电源适配器。第二电阻R2能使第三三极管Q3的通断状态更加稳定。

基于上述的充电控制电路，本实用新型还提供一种安全的电源适配器，请一并参阅图3，所述电源适配器包括壳体、设置在壳体内的主板，设置在壳体底部的插头，与壳体一侧连接的USB数据线，所述主板上设置有上述的充电控制电路。插头连接充电控制电路的整流单元，具体连接第一交流输入端和第二交流输入端，充电控制电路的控制单元的充电输出端OUT连接USB数据线的输出端。所述第一指示灯LED11和第二指示灯LED12设置在壳体的顶部的一侧，以方便用户观看LED灯的颜色，从而识别出当前的工作状态（充电和充满）。按键S1的设置位置可如图3所示，也可以设置在指示灯所在的顶部，此处对其不作限定。

请继续参阅图2和图3，所述电源适配器（即充电器）的工作原理为：

当电源适配器插入市电时进入充电模式， 220V的交流电经过整流桥（D1~D4组成）后转变为直流源，再经过反馈滤波单元20进行正负反馈滤波后输出直流电给变压器L1变压，输出5V的充电电压和1A的充电电流。

主控芯片U1支持5V供电工作，当5V的充电电压输入时，主控芯片U1启动工作，GPIO脚输出高电平使第三三极管Q3导通、开关MOS管Q4导通，充电通路导通，5V的充电电压从充电输出端OUT输出给所连接的设备充电。同时，主控芯片U1的LED1脚输出高电平控制第一指示灯LED11发红光，表示进入充电状态。

当充满电时，充电电流会变小。当主控芯片U1的VDD脚检测到5V电源线上的充电电流低于预设值（如50mA）时，主控芯片U1自动关闭充电系统进入低功耗休眠状态，即其GPIO脚输出低电平使第三三极管Q3截止、从而开关MOS管Q4截止（断开），此时充电输出端OUT无充电电压与充电电流输出，也就不会出现USB漏电、触电等情况。同时，LED1脚无输出同时LED2脚输出高电平点亮第二指示灯LED12发黄光，表示电已充满。

若电源适配器还插在插座上，想要继续充电时，只要接上设备，按下按键S1进行复位，主控芯片U1的RESET脚被拉低，主控芯片U1被激活，充电系统重新启动，其GPIO脚输出高电平重新进入充电状态。

综上所述，本实用新型提供的充电控制电路及安全的电源适配器，既能进行正常的充电，又能在检测充满电时关闭充电，即关闭了充电电压和充电电流的输出通路，此时无5V的充电电压和充电电流输出，不会出现空载现像。即使电源适配器仍与设备连接，也不会出现USB漏电、易烧坏、短路、触电等情况；从而解决了现有电源适配器充完电后持续输出充电电压存在安全隐患的问题，提高了使用安全性，消除了潜在的安全隐患，还能减少充电电压持续输出产生的电源损耗。另外，电源适配器可以一直插在插座上，用户想要继续充电时，只要接上设备，按下设置的按键即可重新启动进入充电状态。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种充电控制电路，设置在电源适配器的主板上，其特征在于，包括：

用于将输入的交流电整流后转换为直流源的整流单元；

用于对直流源进行正负反馈滤波后输出直流电的反馈滤波单元；

用于将直流电转换为对应压值的充电电压的转换单元；

用于启动充电并显示充电状态，根据充电电流的大小检测充满电后关闭充电并显示满电状态；以及根据按键操作重新启动充电的控制单元；

所述反馈滤波单元连接整流单元和转换单元，转换单元连接控制单元。

2.根据权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述整流单元包括保险丝、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第一电容；

所述第一二极管的正极连接第二二极管的负极和第一交流输入端；第一二极管的负极连接第三二极管的负极、第一电容的正极和反馈滤波单元；第二二极管的正极连接第四二极管的正极、第一电容的负极和反馈滤波单元；第三二极管的正极连接第四二极管的负极和保险丝的一端，保险丝的另一端连接第二交流输入端。

3.根据权利要求2所述的充电控制电路，其特征在于，所述反馈滤波单元包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第一检测电阻、第二检测电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五二极管、第六二极管和第七二极管；

所述第一三极管的基极通过第一检测电阻连接第二电容的正极、第二三极管的集电极和第一电容的正极；第一三极管的集电极连接第五二极管的正极和转换单元，所述第五二极管的负极连接第二电容的负极和第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电容的正极和转换单元；第一三极管的发射极连接第二检测电阻的一端和第一电容的负极，第二检测电阻的另一端连接第二三极管的基极和第六二极管的正极；第二三极管的发射极连接第七二极管的正极、第四电容的负极和第一三极管的发射极；第六二极管的负极连接第四电容的正极和转换单元，第二三极管的集电极连接第三电容的正极，第三电容的负极连接第七二极管的负极和转换单元。

4.根据权利要求3所述的充电控制电路，其特征在于，所述转换单元包括变压器、第五电容和第八二极管；

所述变压器的第3脚连接第一电阻的另一端，变压器的第4脚连接第一三极管的集电极，变压器的第5脚连接第三电容的负极，变压器的第6脚连接第六二极管的负极，变压器的第1脚连接第八二极管的正极，变压器的第2脚连接第五电容的负极和控制单元，第八二极管的负极连接第五电容的正极和控制单元。

5.根据权利要求4所述的充电控制电路，其特征在于，所述控制单元包括按键、主控芯片、第一指示灯、第二指示灯、第三三极管、开关MOS管和保护管；

所述按键的一端接地，按键的另一端连接主控芯片的RESET脚，主控芯片的VDD脚连接第八二极管的负极和开关MOS管的漏极，主控芯片的LED1脚连接第一指示灯的正极，主控芯片的LED1脚连接第二指示灯的正极，第一指示灯的负极连接第二指示灯的负极和地，主控芯片的GPIO脚连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极连接开关MOS管的栅极，开关MOS管的源极连接充电输出端OUT和保护管的负极，保护管的正极连接变压器的第2脚和地。

6.根据权利要求5所述的充电控制电路，其特征在于，所述控制单元还包括第二电阻和抗浪涌器件；

所述第二电阻的一端连接第三三极管的基极，第二电阻的另一端连接第三三极管的发射极和地，抗浪涌器件的正极连接保护管的正极和变压器的第2脚，抗浪涌器件的负极连接开关MOS管的漏极和第八二极管的负极。

7.根据权利要求5所述的充电控制电路，其特征在于，所述主控芯片的型号为STC15F104E-SOP8，按键的型号为EVPAKB01A。

8.根据权利要求5所述的充电控制电路，其特征在于，所述第一三极管、第二三极管和第三三极管均为NPN三极管，开关MOS管为PMOS管。

9.一种安全的电源适配器，包括壳体、设置在壳体内的主板，设置在壳体底部的插头，与壳体一侧连接的USB数据线；其特征在于，所述主板上设置有如权利要求1-8任一所述的充电控制电路，所述插头连接充电控制电路的整流单元，控制单元连接USB数据线的输出端。