CN208849443U - 一种用于充电底座的温度保护电路及充电底座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于充电底座的温度保护电路及充电底座，包括温度检测电路、比较电路和充电保护芯片；所述温度检测电路对连接充电底座的电子产品进行温度检测，并根据温升变化输出相应的检测电压；所述比较电路接收所述检测电压并与参考电压进行比较，以在所述电子产品的温度超过安全阈值时生成温度保护信号；所述充电保护芯片连接所述比较电路，在接收到比较电路输出的温度保护信号时关断充电底座的电压输出，对电子产品进行过热保护。本实用新型的充电底座可以在充电过程中电子产品的温升超过安全阈值时，自动关断充电底座的电压输出，并在电子产品的温度恢复正常后，能够自动恢复充电过程，使得电子产品的充电过程更加安全可靠。

Description

一种用于充电底座的温度保护电路及充电底座

技术领域

本实用新型属于充电装置技术领域，具体地说，是涉及一种应用于充电底座的电路设计。

背景技术

随着电子技术的快速发展，穿戴类电子设备日益繁多，例如智能手表、智能手环等，给人们的日常生活带来了极大的便利。目前的穿戴类电子设备，内置可充电电池为设备的系统电路供电，并可以利用外置的充电器（插头型或底座型）为可充电电池充电蓄能。

随着穿戴类电子设备中电池容量的不断增加，充电电流也随之增大，不可避免地会导致充电过程中穿戴设备的温度不断升高。而目前的充电器在为穿戴设备充电的过程中，仅针对充电电源和充电电流进行检测并制定相应的过压和过流保护措施，对于充电温度并没有相应的保护功能，这样便存在穿戴设备因充电温升过高而烫伤用户、设备自身损坏甚至引发设备着火等隐患，严重影响了用户的使用安全。

发明内容

本实用新型为了弥补现有充电器不具备充电温度保护功能的缺陷，提出了一种适用于充电底座的温度保护电路，可以利用充电底座检测电子产品在充电过程中的温升，并对电子产品进行过热保护。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

在一个方面，本实用新型提出了一种用于充电底座的温度保护电路，包括温度检测电路、比较电路和充电保护芯片；所述温度检测电路对连接充电底座的电子产品进行温度检测，并根据温升变化输出相应的检测电压；所述比较电路接收所述检测电压并与参考电压进行比较，以在所述电子产品的温度超过安全阈值时生成温度保护信号；所述充电保护芯片连接所述比较电路，在接收到比较电路输出的温度保护信号时关断充电底座的电压输出，对电子产品进行过热保护。

优选的，在所述温度检测电路中设置有热敏电阻和分压电阻，所述热敏电阻与分压电阻连接形成分压网络，通过分压网络的分压节点输出所述的检测电压。

优选的，将所述分压网络连接在充电底座转换生成的电子产品所需的充电电源与地之间，通过对所述充电电源进行分压，以生成所述的检测电压。

作为所述比较电路的一种优选电路设计，本实用新型在所述比较电路中设置有一比较器，所述比较器的同相输入端通过所述分压电阻连接所述充电电源，并通过所述热敏电阻接地，所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻，所述比较器的反相输入端连接所述参考电压，输出低电平有效的温度保护信号。

作为所述比较电路的另外一种优选电路设计，本实用新型在所述比较电路中设置有一比较器，所述比较器的反相输入端通过所述分压电阻连接所述充电电源，并通过所述热敏电阻接地，所述热敏电阻为正温度系数的热敏电阻，所述比较器的同相输入端连接所述参考电压，输出低电平有效的温度保护信号。

为了使通过比较器输出的温度保护信号能够控制充电保护芯片执行过热保护动作，本实用新型设计所述充电保护芯片的输入端接收所述充电电源，输出端连接所述充电接口，使能端分别连接所述充电电源和所述比较器的输出端；所述充电保护芯片高电平使能，在所述电子产品的温度低于安全阈值时受控所述充电电源而进入使能状态，控制所述输入端和输出端连通，将充电电源传输至充电接口，为电子产品充电；在所述比较器输出低电平有效的温度保护信号时，控制所述输入端和输出端断开，阻断充电电源向充电接口的输送，采用结束充电的方式限制电子产品的温升，对电子产品实现温度保护。

作为所述充电电源的一种优选生成方式，在所述充电底座中设置有整流电路和直流转换电路，所述整流电路将接入充电底座的交流电源整流成直流电源输出至直流转换电路，以转换生成所述的充电电源。

为了进一步提升电子产品充电过程的安全性，本实用新型的充电保护芯片具有限流端，连接一配置电阻，通过调节配置电阻的阻值调整充电保护芯片的电流阈值；所述充电保护芯片在检测到流过充电保护芯片的充电电流大于所述电流阈值时，关断充电底座的电压输出，停止充电过程，避免充电电流过大引发电子产品的温升过高，采用测温+限流双重措施确保电子产品的充电安全。

为了避免充电过程频繁启停，损坏电子产品，本实用新型在所述比较电路的输出端优选连接延时电容，通过调节延时电容的电容值调整过热保护动作的延时时间。

在另一个方面，本实用新型还提出了一种充电底座，包括外壳以及布设在外壳上且用于连接电子产品的充电接口，在所述外壳中封装有温度检测电路、比较电路和充电保护芯片；所述温度检测电路对连接充电底座的电子产品进行温度检测，并根据温升变化输出相应的检测电压；所述比较电路接收所述检测电压并与参考电压进行比较，以在所述电子产品的温度超过安全阈值时生成温度保护信号；所述充电保护芯片连接所述比较电路，在接收到比较电路输出的温度保护信号时关断充电底座的电压输出，对电子产品进行过热保护。

为了提高对电子产品温升检测的灵敏度，本实用新型在所述温度检测电路中设置有热敏电阻，优选将所述热敏电阻安装在所述外壳上且邻近所述充电接口的位置处，以在电子产品连接到充电底座的充电接口上时，能够及时准确的感测出电子产品的温度变化。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的充电底座可以在充电过程中对电子产品的温度变化进行实时监测，并可在电子产品的温升超过安全阈值时，自动关断充电底座的电压输出，避免了电子产品在大电流充电过程中因温升过高而引发的安全隐患，使得电子产品的温度在充电过程中能够始终维持在可接受的范围内，显著提升了电子产品充电过程的安全性和可靠性。此外，本实用新型的充电底座在电子产品的温度恢复正常后，能够自动恢复充电过程，继续输出充电电源为电子产品充电，在为充电底座增加温度保护功能的同时，提高了充电底座的智能化水平，改善了用户的使用体验。本实用新型采用硬件电路实现了充电底座的温度保护功能，不依赖于软件控制，因此电路工作的可靠性更高。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其它特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的用于充电底座的温度保护电路的一种实施例的电路原理框图；

图2是图1所示的温度保护电路的一种实施例的具体电路原理框图；

图3是图1所示的温度保护电路的另外一种实施例的具体电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例为了在充电底座上增加温度保护功能，在充电底座中增设温度保护电路，如图1所示，包括温度检测电路、比较电路和充电保护芯片等。在本实施例中，所述充电底座可以是为穿戴类电子设备充电的充电底座，也可以是为手机、平板电脑等其他内置有可充电电池的电子产品充电的充电底座。其中，温度检测电路中配置有感温元件，优选安装在充电底座的外壳上且在电子产品放入充电底座中时刚好能与电子产品相贴合或靠近电子产品的位置，例如邻近充电底座的充电接口的位置处，以便于感温元件能够及时、准确地感知插入到充电底座中的电子产品的温升变化，并使所述温度检测电路能够根据检测到的产品温度生成与之对应的检测电压Vo，输出至比较电路。预先根据温度检测电路在电子产品的温度达到安全阈值时生成的检测电压确定出参考电压V_REF，利用比较电路对实际应用过程中温度检测电路输出的检测电压Vo与参考电压V_REF进行比较，以在电子产品的温度超过其安全阈值时生成有效的温度保护信号V_EN，发送至充电保护芯片。所述充电保护芯片连接在充电底座中用于输送充电电源V_CHG的电源输出线路中，在接收到比较电路输出的有效的温度保护信号V_EN时，自动切断所述电源输出线路，以关断充电底座的电压输出，采用结束充电的方式对电子产品实现过热保护，确保电子产品的充电安全。

在本实施例中，所述充电电源V_CHG可以由内置于充电底座中的整流电路和稳压电路对交流市电转换生成。即，利用充电底座连接交流市电，接收220V交流电源并传输至整流电路，以整流生成高压直流电源，发送至直流转换电路。所述直流转换电路可以包括变压器、滤波电路和稳压电路等直流电压处理电路，将整流电路输出的高压直流电源转换成电子产品充电所需的低压直流电源，例如+5V或+9V或+12V的充电电源V_CHG，经由充电保护芯片传送至充电接口。所述充电接口安装在充电底座的外壳上且外露，当电子产品放置于充电底座中时，电子产品的充电接口刚好能与充电底座上的充电接口对接，接收充电底座输出的充电电源V_CHG，为电子产品内部的可充电电池充电蓄能。

在本实施例的温度保护电路中，参考电压V_REF可以利用分压电阻对所述充电电源V_CHG分压获得。如图2所示，可以在充电底座的内置电路板上布设分压电阻R107和R105，将分压电阻R107的一端通过分压电阻R105接地，另一端直接连接充电电源V_CHG或者通过限流电阻R101连接充电电源V_CHG。配置分压电阻R107和R105的阻值，使分压电阻R107和R105的中间节点处的电压等于参考电压V_REF。将分压电阻R107和R105的中间节点连接至比较电路或者经由电阻R115连接至比较电路，为比较电路提供参考电压V_REF。

在本实施例的温度检测电路中，优选采用热敏电阻作为感温元件，配合分压电阻R106、R110构成分压网络，连接在充电电源V_CHG与地之间，通过对充电电源V_CHG进行分压，以生成能够反映电子产品温度变化的检测电压Vo，输出至所述比较电路。作为本实施例的一种优选设计方案，所述热敏电阻可以选用负温度系统的热敏电阻RT101，如图2所示；也可以选用正温度系统的热敏电阻RT102，如图3所示。

当选用负温度系统的热敏电阻RT101设计所述温度检测电路时，如图2所示，可以将热敏电阻RT101的一端接地，另一端通过串联的分压电阻R106、R110（或进一步通过限流电阻R101）连接至充电电源V_CHG。选择电阻RT101、R106、R110之间的其中一个分压节点连接比较电路，为比较电路提供检测电压Vo。图2中，选择电阻R106、R110之间的分压节点输出所述检测电压Vo，通过电阻R113传送至比较电路，以与参考电压V_REF进行比较。

在本实施例中，所述比较电路优选采用比较器U101配合简单的外围电路连接而成，如图2所示。利用比较器U101的同相输入端IN+接收检测电压Vo，利用比较器U101的反相输入端IN-接收参考电压V_REF，并且在比较器U101的同相输入端IN+和反相输入端IN-可以分别连接滤波电容C109和C110，以提高接入到比较器U101的检测电压Vo和参考电压V_REF的稳定性，继而提升充电底座的温度保护动作的可靠性。

所述负温度系统的热敏电阻RT101随着电子产品的温度升高而阻值减小，由此使得通过电阻R106、R110的分压节点处输出的检测电压Vo随着电子产品的温度升高而降低。当电子产品的温度低于安全阈值时，Vo>V_REF，比较器U101因其同相输入端IN+的电位高于其反相输入端IN-的电位而输出高电平信号，传输至充电保护芯片U102的使能端EN。本实施例的充电保护芯片U102高电平使能，可以将充电保护芯片U102的使能端EN进一步通过上拉电阻R108连接至充电电源V_CHG，并将充电保护芯片U102的输入端IN连接至充电电源V_CHG，输出端OUT连接至充电底座的充电接口的电源引脚VBUS。当比较器U101输出高电平信号时，充电保护芯片U102使能运行，控制其输入端IN与其输出端OUT连通，将充电电源V_CHG传送至充电接口的电源引脚VBUS，为插入到充电底座中的电子产品充电。

电子产品在充电过程中会伴随有温升现象，随着电子产品的温度升高，检测电压Vo随之减小。当插入到充电底座中的电子产品的温度超过安全阈值时，Vo<V_REF，比较器U101因其同相输入端IN+的电位低于其反相输入端IN-的电位而输出低电平有效的温度保护信号V_EN，将充电保护芯片U102的使能端EN的电位拉低，控制充电保护芯片U102停止运行，将其输入端IN与输出端OUT断开，切断充电电源V_CHG向充电接口的传输，即，关断充电底座的电压输出，停止电子产品的充电过程，以此达到降低电子产品的温度，实现对电子产品过热保护的目的。

随着电子产品的温度下降，检测电压Vo随之上升，当电子产品的温度低于安全阈值后，检测电压Vo上升超过参考电压V_REF。此时，比较器U101重新输出高电平信号，控制充电保护芯片U102重新使能运行，恢复充电底座的电压输出，继续为电子产品充电。

如果将热敏电阻改用正温度系数的热敏电阻RT102，如图3所示，为了获得低电平有效的温度保护信号V_EN，则需要将检测电压Vo传输至比较器U101的反相输入端IN-，将参考电压V_REF传输至比较器U101的同相输入端IN+，将比较器U101的输出端VOUT连接至充电保护芯片U102的使能端EN。由于正温度系数的热敏电阻RT102随温度的升高，其阻值逐渐增大，由此导致通过电阻R106、R110的分压节点处输出的检测电压Vo随着电子产品的温度升高而增大。当电子产品的温度低于安全阈值时，Vo<V_REF，比较器U101输出高电平信号，保持充电保护芯片U102的使能运行状态，将充电电源V_CHG通过充电接口输出至电子产品，为电子产品充电。当电子产品的温度高于安全阈值时，Vo>V_REF，比较器U101输出低电平有效的温度保护信号V_EN，拉低充电保护芯片U102的使能端EN的电位，使充电保护芯片U102停止运行，控制充电保护芯片U102将输入端IN与输出端OUT断开，关断充电底座的电压输出，对电子产品实现温度保护。

在电子产品结束充电过程后，其温度会逐渐下降，检测电压Vo逐渐减小，当电子产品的温度低于安全阈值时，Vo<V_REF，此时，比较器U101重新输出高电平信号，控制充电保护芯片U102重新使能运行，恢复充电底座的电压输出，继续为电子产品充电。

为了避免充电底座频繁执行过热保护动作，本实施例优选在所述比较器U101的输出端VOUT连接延时电容CT，即，将比较器U101的输出端VOUT通过延时电容CT接地，如图2、图3所示，通过调节延时电容CT的电容值，可以调整过热保护动作的延时时间。

具体工作原理是：当比较器U101的反相输入端IN-的电压高于其同相输入端IN+的电压时，比较器U101输出低电平有效的温度保护信号V_EN时，即，比较器U101的输出端VOUT在其内部拉低到地。此时，由于延时电容CT中充满电荷，且电容具有其两端电压不能突变的特性，由此使得充电保护芯片U102的使能端EN仍然维持高电平，继续当前的充电过程。尔后，延时电容CT通过比较器U101的输出端VOUT放电，致使充电保护芯片U102的使能端EN的电位逐渐降低，直到延时时间t1后，使能端EN的电位降为低电平，关断充电底座的电压输出，结束电子产品的充电过程。在延时时间t1内，若电子产品的温度下降，降低到安全阈值以下，则比较器U101重新输出高电平信号，为延时电容CT充电，保持充电保护芯片U102的使能端EN的电位始终为高，使电子产品的充电过程持续，不会因电子产品的短暂温升而导致充电过程频繁启停，对电子产品起到了一定的保护作用。

同理，当充电底座因电子产品的温度过高而关断其电压输出后，若电子产品的温度降低，恢复到安全阈值以下时，比较器U101重新输出高电平。此时，由于延时电容CT的存在，充电保护芯片U102的使能端EN仍保持低电位，不向电子产品输出充电电源V_CHG，直到延时时间t2后，延时电容CT上的电压逐渐升高，使充电保护芯片U102的使能端EN的电位变为高电平，进而恢复电子产品的充电过程。在延时时间t2内，若电子产品的温度再次上升，超过安全阈值，则比较器U101的输出端VOUT重新转为低电平，控制延时电容CT放电，保持充电保护芯片U102的使能端EN的电位始终为低，继续关断充电底座的电压输出，不会因电子产品的短暂温降而导致充电过程频繁启停，避免频繁充电对电子产品造成损坏。

此外，为了进一步提高温度保护效果，本实施例提出测温+限流双重措施，共同确定充电底座的充电过程。具体而言，选用具有限流作用的充电保护芯片U102设计温度保护电路，即，所述充电保护芯片U102具有限流端ILIM，通过配置电阻R111接地。调节配置电阻R111的阻值可以调整充电保护芯片U102的电流阈值，当充电保护芯片U102检测到流过其输出端OUT的充电电流大于所述电流阈值时，无论电子产品的温度是否超过安全阈值，均控制其输入端IN和输出端OUT断开，关断充电底座的电压输出，停止电子产品的充电过程，避免因充电电流过大引发电子产品的温升过高，实现控温和限流的双重保护。

在所述充电保护芯片U102的输入端IN和输出端OUT还可以分别连接静电保护二极管D107、D102，以抑制静电冲击，保护充电底座。

本实用新型通过在充电底座中增加少量简单的电子器件，采用纯硬件电路设计的方式使得充电底座具备了温度保护的功能，不仅可以对充电过程中的电子产品执行过热保护，而且待电子产品的温度恢复正常后，充电底座可自动恢复电子产品的充电过程，智能化程度高，使用安全可靠。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于充电底座的温度保护电路，其特征在于，包括：

温度检测电路，其对连接充电底座的电子产品进行温度检测，并根据温升变化输出相应的检测电压；

比较电路，其接收所述检测电压并与参考电压进行比较，以在所述电子产品的温度超过安全阈值时生成温度保护信号；

充电保护芯片，其连接所述比较电路，在接收到比较电路输出的温度保护信号时关断充电底座的电压输出，对电子产品进行过热保护。

2.根据权利要求1所述的用于充电底座的温度保护电路，其特征在于，在所述温度检测电路中设置有热敏电阻和分压电阻，所述热敏电阻与分压电阻连接形成分压网络，通过分压网络的分压节点输出所述的检测电压。

3.根据权利要求2所述的用于充电底座的温度保护电路，其特征在于，所述分压网络连接在充电底座转换生成的电子产品所需的充电电源与地之间，通过对所述充电电源进行分压，以生成所述的检测电压。

4.根据权利要求3所述的用于充电底座的温度保护电路，其特征在于，在所述比较电路中设置有一比较器，其中，

所述比较器的同相输入端通过所述分压电阻连接所述充电电源，并通过所述热敏电阻接地，所述热敏电阻为负温度系数的热敏电阻，所述比较器的反相输入端连接所述参考电压，输出低电平有效的温度保护信号；

或者，

所述比较器的反相输入端通过所述分压电阻连接所述充电电源，并通过所述热敏电阻接地，所述热敏电阻为正温度系数的热敏电阻，所述比较器的同相输入端连接所述参考电压，输出低电平有效的温度保护信号。

5.根据权利要求4所述的用于充电底座的温度保护电路，其特征在于，所述充电保护芯片的输入端接收所述充电电源，输出端连接充电接口，使能端分别连接所述充电电源和所述比较器的输出端；所述充电保护芯片高电平使能，在所述电子产品的温度低于安全阈值时受控所述充电电源而进入使能状态，控制所述输入端和输出端连通；在所述比较器输出低电平有效的温度保护信号时，控制所述输入端和输出端断开。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于充电底座的温度保护电路，其特征在于，所述充电保护芯片具有限流端，连接一配置电阻，通过调节配置电阻的阻值调整充电保护芯片的电流阈值；所述充电保护芯片在检测到流过充电保护芯片的充电电流大于所述电流阈值时，关断充电底座的电压输出。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于充电底座的温度保护电路，其特征在于，在所述比较电路的输出端连接有延时电容，通过调节延时电容的电容值调整过热保护动作的延时时间。

8.根据权利要求3至5中任一项所述的用于充电底座的温度保护电路，其特征在于，在所述充电底座中设置有整流电路和直流转换电路，所述整流电路将接入充电底座的交流电源整流成直流电源输出至直流转换电路，通过直流转换电路转换生成所述的充电电源。

9.一种充电底座，包括外壳以及布设在外壳上且用于连接电子产品的充电接口，其特征在于，在所述外壳中封装有如权利要求1至8中任一项所述的用于充电底座的温度保护电路。

10.根据权利要求9所述的充电底座，其特征在于，所述温度检测电路包括热敏电阻，所述热敏电阻安装在所述外壳上且邻近所述充电接口的位置处。