CN209184282U - 一种充电保护电路及电子产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充电保护电路及电子产品，充电保护电路包括充电控制电路、基准电源产生电路、电压比较电路、开关电路；充电控制电路的电源输入端连接外接电源，电源输出端连接电压比较电路的一个输入端；基准电源产生电路的电源输入端连接外接电源，电源输出端连接电压比较电路的另一个输入端；电压比较电路的输出端连接开关电路的控制端，开关电路的开关通路的一端连接充电控制电路的电源输出端，另一端连接充电电池。本实用新型在充电控制电路输出的充电电压低于基准电源产生电路输出的参考电压时，控制开关电路导通，充电线路正常；在充电电压高于参考电压时，控制开关电路关断，切断充电线路，避免损毁充电电池。

Description

一种充电保护电路及电子产品

技术领域

本实用新型属于电路技术领域，具体地说，是涉及一种充电保护电路以及采用所述充电保护电路设计的电子产品。

背景技术

目前众多产品和系统都在使用可充电电池，例如锂离子电池，锂聚合物电池等。这类产品及系统都配备有电池充电系统。以消费类耳机为例，普遍使用单节3.7v锂电池和5v充电系统，正常情况下当耳机用USB 线插入适配器或电脑后，从后者输出vbus-5v到耳机中，耳机中设计有充电电路模块，配置充电参数后给电池充电。但是根据最新电子产品安规要求，这类产品要具备充电系统单一模块失效保护机制，即如果当充电电路失效后，vbus5v直接与电池端连接，此时产品需要切断充电回路，避免对产品及电池的损害和引起安全事故，例如电池起火，爆炸，引起人身或财产安全事故。

但是目前的产品设计思路一般为，产品内部充电电路直接与电池相连，虽然电池端设计有PCM保护板，但是当5v直接与电池连接时，PCM板无法有效截断充电回路，其OCP（over charge protect）一般设计过大，异常造成的大电流短时间内无法达到保护阈值。

发明内容

本实用新型提供了一种充电保护电路，提高了充电的安全性。

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：

一种充电保护电路，包括充电控制电路、基准电源产生电路、电压比较电路、开关电路；所述充电控制电路的电源输入端连接外接电源，所述充电控制电路的电源输出端连接电压比较电路的一个输入端；所述基准电源产生电路的电源输入端连接外接电源，所述基准电源产生电路的电源输出端连接电压比较电路的另一个输入端；所述电压比较电路的输出端连接开关电路的控制端，所述开关电路的开关通路的一端连接充电控制电路的电源输出端，所述开关电路的开关通路的另一端连接充电电池。

进一步的，所述开关电路包括开关管，所述开关管为低导通压降开关管，所述开关管的控制端连接电压比较电路的输出端，所述开关管的开关通路的一端连接充电控制电路的电源输出端，所述开关管的开关通路的另一端连接充电电池。

又进一步的，所述开关管为PMOS管或PNP三极管；当所述开关管为PMOS管时，所述开关管的栅极连接电压比较电路的输出端，所述开关管的源极连接充电控制电路的电源输出端，所述开关管的漏极连接充电电池；当所述开关管为PNP三极管时，所述开关管的基极连接电压比较电路的输出端，所述开关管的发射极连接充电控制电路的电源输出端，所述开关管的集电极连接充电电池。

更进一步的，所述基准电源产生电路包括基准源芯片和分压电路；所述基准源芯片的阴极通过限流电阻连接外接电源，所述基准源芯片的阳极接地，所述基准源芯片的参考极连接分压电路的分压节点；所述基准源芯片的阴极连接电压比较电路的另一个输入端。

再进一步的，所述基准电源产生电路还包括延时电路，所述延时电路包括高导通压降开关管、充电电容、充电电阻；所述充电电容的一端连接外接电源，所述充电电容的另一端通过充电电阻接地；所述充电电容的另一端连接高导通压降开关管的控制端；所述高导通压降开关管的开关通路的一端连接电压比较电路的另一个输入端，所述高导通压降开关管的开关通路的另一端接地。

进一步的，所述高导通压降开关管为NPN三极管或NMOS管；当所述高导通压降开关管为NPN三极管时，所述高导通压降开关管的基极连接充电电容的另一端，所述高导通压降开关管的集电极连接电压比较电路的另一个输入端，所述高导通压降开关管的发射极接地；当所述高导通压降开关管为NMOS管时，所述高导通压降开关管的栅极连接充电电容的另一端，所述高导通压降开关管的漏极连接电压比较电路的另一个输入端，所述高导通压降开关管的源极接地。

又进一步的，所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻的一端通过所述限流电阻连接外接电源，所述第一分压电阻的另一端连接第二分压电阻的一端，所述第二分压电阻的另一端接地，所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点连接基准源芯片的参考极。

基于上述充电保护电路的设计，本实用新型还提出了一种电子产品，包括所述的充电保护电路。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的充电保护电路及电子产品，在充电控制电路输出的充电电压低于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路输出导通信号，控制开关电路导通，保证充电线路正常，正常为充电电池充电；在充电控制电路输出的充电电压高于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路输出关断信号，控制开关电路关断，切断充电线路，避免损毁充电电池，提高了充电的安全性。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他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充电保护电路的一个实施例的电路框图；

图2是图1的电路原理图。

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。

本实施例的充电保护电路，主要包括充电控制电路、基准电源产生电路、电压比较电路、开关电路等，参见图1、图2所示；充电控制电路用于产生充电电压，为充电电池充电；充电控制电路的电源输入端连接外接电源VBUS，充电控制电路的电源输出端连接电压比较电路的一个输入端；基准电源产生电路的电源输入端连接外接电源VBUS，基准电源产生电路的电源输出端连接电压比较电路的另一个输入端；基准电源产生电路将输入的电源进行转换，生成基准电压，并输出至电压比较电路的另一个输入端；电压比较电路的输出端连接开关电路的控制端，开关电路的开关通路的一端连接充电控制电路的电源输出端，开关电路的开关通路的另一端连接充电电池。

当充电控制电路输出的充电电压低于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路的输出端输出导通信号至开关电路的控制端，控制开关电路导通，充电控制电路与充电电池之间的充电线路导通，充电控制电路为充电电池充电。

当充电控制电路输出的充电电压高于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路的输出端输出关断信号至开关电路的控制端，控制开关电路关断，切断充电控制电路与充电电池之间的充电线路，充电控制电路无法为充电电池充电，以避免由于充电控制电路输出电压过高损毁电池。

外接电源的电压＞基准电源产生电路正常输出时的参考电压＞充电控制电路正常输出时的充电电压。假设外接电源的电压为5V，当充电控制电路正常工作时，其输出电压为4.2V；当充电控制电路失效时，其输出电压为5V；基准电源产生电路正常输出时的基准电压为4.42V。当充电控制电路失效时，电压比较电路的输出端输出关断信号至开关电路的控制端，控制开关电路关断。充电控制电路可选为充电控制芯片，也可以采用元件搭建而成。

因此，本实施例的充电保护电路，在充电控制电路输出的充电电压低于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路输出导通信号，控制开关电路导通，保证充电线路正常，正常为充电电池充电；在充电控制电路输出的充电电压高于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路输出关断信号，控制开关电路关断，切断充电线路，避免由于充电控制电路失效导致损毁充电电池，避免由于充电控制电路输出的电压过高损毁充电电池，提高了充电的安全性。而且，本实施例的充电保护电路，结构简单、使用的元器件较少，便于搭建、成本低、便于实现。

在本实施例中，开关电路包括开关管Q2，开关管Q2为低导通压降开关管，开关管Q2的控制端连接电压比较电路的输出端，开关管Q2的开关通路的一端连接充电控制电路的电源输出端，开关管Q2的开关通路的另一端连接充电电池。电压比较电路的正相输入端连接充电控制电路的电源输出端，电压比较电路的反相输入端连接基准电源产生电路的电源输出端。

当充电控制电路输出的充电电压低于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路的输出端输出低电平的导通信号至开关管Q2的控制端，控制开关管Q2导通，充电控制电路与充电电池之间的充电线路导通，充电控制电路为充电电池充电。

当充电控制电路输出的充电电压高于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路的输出端输出高电平的关断信号至开关管Q2的控制端，控制开关管Q2关断，切断充电控制电路与充电电池之间的充电线路，充电控制电路无法为充电电池充电，以避免由于充电控制电路输出电压过高损毁电池。

通过设计开关管Q2实现充电控制电路与充电电池之间的充电线路的通断控制，提高了充电的安全性；而且，结构简单、使用的元器件较少，便于搭建、成本低、便于实现。

在本实施例中，开关管Q2为PMOS管或PNP三极管。当开关管Q2为PMOS管时，开关管Q2的栅极连接电压比较电路的输出端，开关管Q2的源极连接充电控制电路的电源输出端，开关管Q2的漏极连接充电电池。当开关管Q2为PNP三极管时，开关管Q2的基极连接电压比较电路的输出端，开关管Q2的发射极连接充电控制电路的电源输出端，开关管Q2的集电极连接充电电池。通过将开关管Q2选择为PMOS管或PNP三极管，不仅性能稳定、便于控制，而且成本低。

在本实施例中，基准电源产生电路包括基准源芯片U3和分压电路；基准源芯片U3的阴极通过限流电阻R3连接外接电源VBUS，基准源芯片U3的阳极接地，基准源芯片U3的参考极连接分压电路的分压节点；基准源芯片U3的阴极连接电压比较电路的另一个输入端。

基准源芯片U3根据其参考极和分压电路，将其阴极电压钳位在一个稳定的电压，为电压比较电路提供稳定的参考电压，从而保证了电压比较电路的正确输出，避免由于参考电压不稳导致输出端错误，影响对开关管Q2的通断控制。

在本实施例中，基准电源产生电路还包括延时电路，延时电路包括高导通压降开关管Q1、充电电容C2、充电电阻R8；充电电容C2的一端连接外接电源，充电电容C2的另一端通过充电电阻R8接地；充电电容C2的另一端连接高导通压降开关管Q1的控制端；高导通压降开关管Q1的开关通路的一端连接电压比较电路的另一个输入端（反相输入端），高导通压降开关管Q1的开关通路的另一端接地。

在外接电源刚上电时，外接电源为充电电容C2充电，开关管Q1的控制端被C2和R8拉高，开关管Q1导通，电压比较电路的反相输入端被开关管Q1拉低；随着充电电容C2充电的进行，开关管Q1的控制端被拉为低电平，开关管Q1关断，基准源芯片U3的阴极输出参考电压，电压比较电路的反相输入端被基准源芯片U3的阴极电压拉高。通过调整充电电容C2的容值和充电电阻R8的阻值，可以调整延时时间，即开关管Q1在外接电源刚上电时的导通时间。

当充电控制电路正常工作时：外接电源刚上电时，外接电源为充电电容C2充电，开关管Q1的控制端被C2和R8拉高，开关管Q1导通，电压比较电路的反相输入端被开关管Q1拉低；而充电控制电路输出正常的充电电压，如4.2V，电压比较电路的输出端输出高电平的关断信号至开关管Q2的控制端，控制开关管Q2关断，切断充电控制电路与充电电池之间的充电线路；即，在外接电源刚上电时，开关管Q2关断，切断电池的充电线路，保证电池的安全。随着充电电容C2充电的进行，开关管Q1的控制端被拉为低电平，开关管Q1关断，基准电源产生电路输出参考电压，如4.42V，电压比较电路比较充电电压和参考电压，控制开关管Q2的导通，充电控制电路为充电电池充电。

当充电控制电路失效时（即充电控制电路的输出电压和输入电压相等）：外接电源刚上电时，外接电源为充电电容C2充电，开关管Q1的控制端被C2和R8拉高，开关管Q1导通，电压比较电路的反相输入端被开关管Q1拉低；由于充电控制电路失效，输出的充电电压等于外接电源的电压，如5V，电压比较电路的输出端输出高电平的关断信号至开关管Q2的控制端，控制开关管Q2关断，切断充电控制电路与充电电池之间的充电线路。随着充电电容C2充电的进行，开关管Q1的控制端被拉为低电平，开关管Q1关断，基准电源产生电路输出参考电压，如4.42V，电压比较电路比较充电电压（5V）和参考电压（4.42V），电压比较电路输出高电平的关断信号，控制开关管Q2的关断，切断充电线路，避免由于充电控制电路失效导致损毁充电电池。

通过设计延时电路，使得外接电源刚上电时保证电压比较电路输出高电平的关断信号至开关管Q2，控制开关管Q2关断，以保证充电电池的安全。

在本实施例中，高导通压降开关管Q1为NPN三极管或NMOS管。当高导通压降开关管Q1为NPN三极管时，高导通压降开关管Q1的基极连接充电电容C2的另一端，高导通压降开关管Q1的集电极连接电压比较电路的另一个输入端（如反相输入端），高导通压降开关管Q1的发射极接地。当高导通压降开关管Q1为NMOS管时，高导通压降开关管Q1的栅极连接充电电容C2的另一端，高导通压降开关管Q1的漏极连接电压比较电路的另一个输入端（如反相输入端），高导通压降开关管Q1的源极接地。通过将开关管Q1选择为NPN三极管或NMOS管，不仅性能稳定、便于控制，而且成本低。

在本实施例中，分压电路包括第一分压电阻R2和第二分压电阻R4；第一分压电阻R2的一端通过限流电阻R3连接外接电源，第一分压电阻R2的另一端连接第二分压电阻R4的一端，第二分压电阻R4的另一端接地，第一分压电阻R2和第二分压电阻R4的连接节点连接基准源芯片U3的参考极。基准源芯片U3的参考极确定了R2和R4连接节点的电压，从而可以计算出R2和R3连接节点的电压，即计算出基准源芯片U3的阴极电压，也即计算出基准电源产生电路输出的参考电压。通过设计上述分压电路，不仅实现了产生稳定的参考电压，而且电路结构简单、成本低、便于实现。

基于上述充电保护电路的设计，本实施例还提出了一种电子产品，包括所述的充电保护电路。

通过在电子产品中设计所述的充电保护电路，在充电控制电路输出的充电电压低于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路输出导通信号，控制开关电路导通，保证充电线路正常，正常为充电电池充电；在充电控制电路输出的充电电压高于基准电源产生电路输出的参考电压时，电压比较电路输出关断信号，控制开关电路关断，切断充电线路，避免由于充电控制电路失效导致损毁充电电池，提高了整个电路的安全性以及充电过程的安全性，提高了电子产品的安全性。

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 (8)

1.一种充电保护电路，其特征在于：包括充电控制电路、基准电源产生电路、电压比较电路、开关电路；

所述充电控制电路的电源输入端连接外接电源，所述充电控制电路的电源输出端连接电压比较电路的一个输入端；

所述基准电源产生电路的电源输入端连接外接电源，所述基准电源产生电路的电源输出端连接电压比较电路的另一个输入端；

所述电压比较电路的输出端连接开关电路的控制端，所述开关电路的开关通路的一端连接充电控制电路的电源输出端，所述开关电路的开关通路的另一端连接充电电池。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述开关电路包括开关管，所述开关管为低导通压降开关管，所述开关管的控制端连接电压比较电路的输出端，所述开关管的开关通路的一端连接充电控制电路的电源输出端，所述开关管的开关通路的另一端连接充电电池。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：所述开关管为PMOS管或PNP三极管；

当所述开关管为PMOS管时，所述开关管的栅极连接电压比较电路的输出端，所述开关管的源极连接充电控制电路的电源输出端，所述开关管的漏极连接充电电池；

当所述开关管为PNP三极管时，所述开关管的基极连接电压比较电路的输出端，所述开关管的发射极连接充电控制电路的电源输出端，所述开关管的集电极连接充电电池。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述基准电源产生电路包括基准源芯片和分压电路；

所述基准源芯片的阴极通过限流电阻连接外接电源，所述基准源芯片的阳极接地，所述基准源芯片的参考极连接分压电路的分压节点；

所述基准源芯片的阴极连接电压比较电路的另一个输入端。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述基准电源产生电路还包括延时电路，所述延时电路包括高导通压降开关管、充电电容、充电电阻；

所述充电电容的一端连接外接电源，所述充电电容的另一端通过充电电阻接地；所述充电电容的另一端连接高导通压降开关管的控制端；所述高导通压降开关管的开关通路的一端连接电压比较电路的另一个输入端，所述高导通压降开关管的开关通路的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于：所述高导通压降开关管为NPN三极管或NMOS管；

当所述高导通压降开关管为NPN三极管时，所述高导通压降开关管的基极连接充电电容的另一端，所述高导通压降开关管的集电极连接电压比较电路的另一个输入端，所述高导通压降开关管的发射极接地；

当所述高导通压降开关管为NMOS管时，所述高导通压降开关管的栅极连接充电电容的另一端，所述高导通压降开关管的漏极连接电压比较电路的另一个输入端，所述高导通压降开关管的源极接地。

7.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述分压电路包括第一分压电阻和第二分压电阻；所述第一分压电阻的一端通过所述限流电阻连接外接电源，所述第一分压电阻的另一端连接第二分压电阻的一端，所述第二分压电阻的另一端接地，所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接节点连接基准源芯片的参考极。

8.一种电子产品，其特征在于：包括如权利要求1至7中任一项所述的电路。