CN209805401U - 一种充电过压保护装置及耳机、音箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种充电过压保护装置及耳机、音箱，包括第一电压采样模块、第二电压采样模块、电压转换模块、比较模块以及开关模块。第一电压采样模块用于对外部电源进行电压采样以生成第一采样电压，第二电压采样模块用于对外部电源进行电压采样以生成第二采样电压，电压转换模块用于根据第二采样电压对电池电源进行电压转换以生成第一电源和参考电压，比较模块用于根据第一采样电压和参考电压生成控制信号，开关模块用于根据控制信号连通或者关断外部电源，实现对外部电源的过压保护，过压保护精度高，结构简单，使用的元器件少，降低成本，同时可以循环多次进行过压保护。

Description

一种充电过压保护装置及耳机、音箱

技术领域

本实用新型属于充电保护技术领域，尤其涉及一种充电过压保护装置及耳机、音箱。

背景技术

近些年，科技已经渗透到个人生活、工作、学习以及娱乐等的方方面面，不论是智能终端、智能手环、智能手表、智能音箱或是蓝牙耳机等，已然成为消费者追捧的对象。同时，小型化、便捷化、智能化成为科技主流，其中便捷化要求能够便于携带，可以即插即用。但是电子产品充电环境非常复杂，且电网波动也会造成输入直流电源过压，从而导致充电IC(Integrated Circuit，集成电路)、电源管理模块或蓝牙芯片等被烧坏，所以对电子产品充电电路的过压保护十分关键。

目前，一般市面上的耳机、音箱等设备是多是通过USB Type-C(简称USB-C)接口直接接5V直流电源充电，充电电源的输入电压直接加载到蓝牙芯片或者充电IC上，如果碰到异常情况，充电输入电压过大，耳机或音箱等设备就会被烧坏，传统常用的过压保护方案主要是在主板充电路径增加过压保护IC，如Fairchild FPF2280，但这种IC成本较高。或者采用复杂的电路结构分别实现过压保护。

故传统过压保护电路存在电路结构复杂、成本较高以及过压保护精度较低的缺陷。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种充电过压保护装置及耳机、音箱，旨在解决传统的技术方案中存在的电路结构复杂、成本较高以及过压保护精度较低的缺陷的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种充电过压保护装置，所述充电过压保护装置包括：

用于对外部电源进行电压采样以生成第一采样电压的第一电压采样模块。

用于对所述外部电源进行电压采样以生成第二采样电压的第二电压采样模块。

与所述第二电压采样模块连接，用于根据所述第二采样电压对电池电源进行电压转换以生成第一电源和参考电压的电压转换模块。

与所述电压转换模块和所述第一电压采样模块连接，用于根据所述第一采样电压和所述参考电压生成控制信号的比较模块。

与所述比较模块和所述外部电源连接，用于根据所述控制信号连通或关断所述外部电源的开关模块。

在一个实施例中，所述充电过压保护装置还包括：

与所述开关模块连接，用于根据所述外部电源进行工作的蓝牙音频模块。

在一个实施例中，所述充电过压保护装置还包括：

与所述开关模块和所述蓝牙音频模块连接，用于根据所述外部电源生成供电电源的充电模块。

所述蓝牙音频模块具体用于根据所述供电电源进行工作。

在一个实施例中，所述第一电压采样模块包括第一电阻和第二电阻。

所述第一电阻的第一端为所述第一电压采样模块的外部电源输入端。

所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与电源地连接。

所述第一电阻的第二端为所述第一电压采样模块的第一采样电压输出端。

在一个实施例中，所述第二电压采样模块包括第三电阻和第四电阻。

所述第三电阻的第一端为所述第二电压采样模块的外部电源输入端。

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与电源地连接。

所述第三电阻的第二端为所述第二电压采样模块的第二采样电压输出端。

在一个实施例中，所述电压转换模块保护第一电源芯片、第一电容、第二电容、第五电阻以及第六电阻。

所述第一电源芯片的使能端为所述电压转换模块的第二采样电压输入端。

所述第一电源芯片的电源输入端与所述电池电源和所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与电源地连接，所述第一电源芯片的地端与电源地连接。

所述第一电源芯片的输出端为所述电压转换模块的第一电源输出端。

所述第一电源芯片的输出端与所述第二电容的第一端和所述第五电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端与电源地连接，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与电源地连接。

所述第六电阻的第一端为所述电压转换模块的参考电压输出端。

在一个实施例中，所述比较模块包括比较器。

所述比较器的电源端为所述比较模块的第一电源输入端。

所述比较器的第一同向输入端为所述比较模块的参考电压输入端。

所述比较器的第一反向输入端为所述比较模块的第一采样电压输入端。

所述比较器的第一输出端为所述比较模块的控制信号输出端。

在一个实施例中，所述开关模块包括第一场效应、第二场效应管以及第七电阻。

所述第一场效应管的源极为所述开关模块的外部电源输入端。

所述第一场效应管的源极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极与电源地连接。

所述第二场效应管的栅极为所述开关模块的控制信号输入端。

所述第一场效应管的漏极为所述开关模块的外部电源输出端。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种耳机，所述耳机包括如上述任一项所述的充电过压保护装置。

本实用新型实施例的第三方面提供了一种音箱，所述音箱包括如上述任一项所述的充电过压保护装置。

本实用新型实施例通过第一电压采样模块采样外部电源生成第一采样电压，第二电压采样模块采样外部电源生成第二采样电压，电压转换模块根据第二采样电压将电池电源进行转换与稳压生成稳定的第一电源和参考电压，比较模块根据第一采样电压和参考电压生成控制信号，开关模块根据控制信号连通或者关断外部电源，实现在外部电源低于预设电压阈值时，正常充电/供电；外部电源高于或者等于预设电压阈值时，断开外部电源；外部电源恢复正常，即外部电源重新小于预设电压阈值时重新恢复充电/供电，实现对设备/芯片的过压保护，过压保护精度高，结构简单，使用的元器件少，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种充电过压保护装置的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种充电过压保护装置的另一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种充电过压保护装置的另一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种充电过压保护装置的一种电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅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，本实用新型实施例提供的一种充电过压保护装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种充电过压保护装置，包括第一电压采样模块11、第二电压采样模块12、电压转换模块13、比较模块14以及开关模块15。

第一电压采样模块11用于对外部电源进行电压采样以生成第一采样电压。

第二电压采样模块12用于对外部电源进行电压采样以生成第二采样电压。

电压转换模块13与第二电压采样模块12连接，用于根据第二采样电压对电池电源进行电压转换以生成第一电源和参考电压。

比较模块14与电压转换模块13和第一电压采样模块11连接，用于根据第一采样电压和参考电压生成控制信号。

开关模块15与比较模块14和外部电源连接，用于根据控制信号连通或关断外部电源。

具体实施中，第一电压采样模块11和第二电压采样模块12均通过分压电阻对外部电源进行电压采样，对应分别生成第一采样电压和第二采样电压。控制信号包括高电平的控制信号和低电平的控制信号。可选的，当外部电源小于预设的电压阈值时，第一采样电压小于参考电压，比较模块14生成高电平的控制信号，开关模块15根据高电平的控制信号连通外部电源给下级电路/设备供电；当外部电源大于预设的电压阈值时，第一采样电压大于等于参考电压，比较模块14生成低电平的控制信号，开关模块15根据低电平的控制信号断开外部电源，避免过大的电压给下级电路/设备(例如充电芯片/电源芯片、蓝牙音频芯片等)造成损害。

本实用新型实施例通过第一电压采样模块对外部电源进行采样生成第一采样电压，第二电压采样模块对外部电源进行采样生成第二采样电压，电压转换模块根据第二采样电压将电池电源进行转换与稳压生成稳定的第一电源和参考电压，比较模块根据第一采样电压和参考电压生成控制信号，开关模块根据控制信号连通或者断开外部电源，实现在外部电源低于预设电压阈值时，正常充电/供电；在外部电源高于预设电压阈值时断开外部电源，实现对设备/芯片的过压保护，过压保护精度高，结构简单，使用的元器件少，降低成本。同时，当外部电源由过压恢复正常时重新恢复充电/供电，实现循环多次进行过压保护。

请参阅图2，在一个实施例中，充电过压保护装置还包括蓝牙音频模块16。

蓝牙音频模块16与开关模块15连接，用于根据外部电源进行工作。

本实施例通过在外部电源和音频设备之间加入过压保护电路，避免因充电时外部电源的电压过高而烧坏音频设备，实现对音频设备的过压保护。

请参阅图3，在一个实施例中，充电过压保护装置还包括充电模块17。

充电模块17与开关模块15和蓝牙音频模块16连接，用于根据外部电源生成供电电源。

蓝牙音频模块16具体用于根据供电电源进行工作。

本实施例通过在外部电源和充电模块之间加入过压保护电路，避免因充电时外部电源的电压过高而烧坏充电模块，进而保护充电模块不被异常高压而损坏，实现对充电模块的过压保护。

请参阅图4，在一个实施例中，第一电压采样模块11包括第一电阻R1和第二电阻R2。

第一电阻R1的第一端为第一电压采样模块11的外部电源输入端。

第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与电源地GND连接。

第一电阻R1的第二端为第一电压采样模块11的第一采样电压输出端。

具体实施中，外部电源VBUS通过USB接口进行转接，外部电源VBUS的电压值可选为5V。其中，USB接口包括Micro USB接口、Type C USB接口以及Lighting USB接口中的至少一种。

利用具有OTG(On-The-Go，即插即用)功能的USB接口进行外部电源转接，可以实现即插即用，充电/供电便捷，外部电源容易获取。

请参阅图4，在一个实施例中，第二电压采样模块12包括第三电阻R3和第四电阻R4。

第三电阻R3的第一端为第二电压采样模块12的外部电源输入端。

第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与电源地GND连接。

第三电阻R3的第二端为第二电压采样模块12的第二采样电压输出端。

请参阅图4，在一个实施例中，电压转换模块13保护第一电源芯片U2、第一电容C1、第二电容C2、第五电阻R5以及第六电阻R6。

第一电源芯片U2的使能端EN为电压转换模块13的第二采样电压输入端。

第一电源芯片U2的电源输入端IN与电池电源VBAT和第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端与电源地GND连接，第一电源芯片U2的地端GND与电源地GND连接。

第一电源芯片U2的输出端OUT为电压转换模块13的第一电源输出端。

第一电源芯片U2的输出端OUT与第二电容C2的第一端和第五电阻R5的第一端连接，第二电容C2的第二端与电源地GND连接，第五电阻R5的第二端与第六电阻R6的第一端连接，第六电阻R6的第二端与电源地GND连接。

第六电阻R6的第一端为电压转换模块13的参考电压输出端。

第一电源芯片U2对电池电源VBAT进行电压转换和稳压处理，以为下级比较器提供稳定的第一电源和参考电压，提高过压保护的稳定性和精确度。

请参阅图4，在一个实施例中，比较模块14包括比较器U1。

比较器U1的电源端VCC为比较模块14的第一电源输入端。

比较器U1的第一同向输入端1IN+为比较模块14的参考电压输入端。

比较器U1的第一反向输入端1IN-为比较模块14的第一采样电压输入端。

比较器U1的第一输出端1OUT为比较模块14的控制信号输出端。

通过比较器U1比较其第一同向输入端1IN+的电压和第一反向输入端1IN-的电压的大小生成高电平的控制信号或者低电平的控制信号，进而控制开关模块15连通或者关断外部电源VBUS，从而实现对下级设备或者电路稳定精准的过压保护。

请参阅图4，在一个实施例中，开关模块15包括第一场效应Q1、第二场效应管Q2以及第七电阻R7。

第一场效应管Q1的源极为开关模块15的外部电源输入端。

第一场效应管Q1的源极与第七电阻R7的第一端连接，第七电阻R7的第二端与第一场效应管Q1的栅极和第二场效应管Q2的漏极连接，第二场效应管Q2的源极与电源地GND连接。

第二场效应管Q2的栅极为开关模块15的控制信号输入端。

第一场效应管Q1的漏极为开关模块15的外部电源输出端。

具体实施中，可选的，第一场效应管Q1包括P沟道场效应管，第二场效应管Q2包括N沟道场效应管。

通过配合使用不同沟道的场效应管，实现对外部电源VBUS的通断控制。

请参阅图4，在一实施例中，充电模块17包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二电源芯片U3以及电池包VBAT。

第三电容C3的第一端为充电模块17的外部电源输入端，第三电容C3的第一端与第四电容C4的第一端和第八电阻R8的第一端连接，第三电容C3的第二端和第四电容C4的第二端与电源地GND连接。

第八电阻R8的第二端与第九电阻R9的第一端连接，第九电阻R9的第二端与第二电源芯片U3的充电指示端CHRG连接，第二电源芯片U3的地端GND与电源地GND连接，第二电源芯片U3的充电电流调整端PROG与第十电阻R10的第一端连接，第十电阻R10的第二端与电源地GND连接，第二电源芯片U3的电源端VCC与第四电容C4的第一端连接，第二电源芯片U3的电池充电输入端BAT与电池包VBAT的第一端和第五电容C5的第一端连接，第五电容C5的第二端和电池包VBAT的第二端与电源地GND连接。

以下结合图4对一种充电过压保护装置的工作原理进行说明：

以市面上的蓝牙音频芯片或充电芯片为例，市面上的蓝牙音频IC或充电IC的最大充电电压值约为5.7V，充电时输入的充电电压长时间大于预设电压阈值5.35V，芯片会被烧坏。

当输入外部电源VBUS时，在第一电阻R1的第二端生成第一采样电压VIN，并通过比较器U1的第一反向输入端1IN-将第一采样电压VIN传输给比较器U1；在第三电阻R3的第二端生成高电平的第二采样电压，第二采样电压通过第一电源芯片U2的使能端EN传输给第一电源芯片U2，使得第一电源芯片U2根据电池电源VBAT生成3V的第一电源并传输给比较器U1供电，同时第一电源芯片U2生成1.5V的参考电压VREF，并将参考电压VREF通过比较器U1的第一同向输入端1IN+传输给比较器U1，以作为比较器U1的基准电压。比较器U1通过比较第一采样电压VIN和参考电压VREF的大小生成高电平的控制信号或者低电平的控制信号，控制第一场效应管Q1和第二场效应管Q2连通外部电源VBUS或者断开外部电源VBUS。其中，当外部电源VBUS大于预设电压阈值(如5.35V)时，第一采样电压VIN大于参考电压VREF，比较器U1的第一输出端1OUT输出低电平的控制信号，使得第二场效应管Q2截止，第一场效应管Q1的G极为高电平，控制第一场效应管Q1断开，从而断开外部电源VBUS给第二电源芯片U3供电；当外部电源VBUS小于预设电压阈值时，第一采样电压VIN小于参考电压VREF，比较器U1的第一输出端1OUT输出高电平的控制信号，使得第二场效应管Q2导通，第一场效应管Q1的G极为低电平，控制第一场效应管Q1导通，从而连通外部电源VBUS给第二电源芯片U3供电，进行正常充电。实现5V充电的设备在异常过高电压下的过压保护，避免设备/芯片被烧坏。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种耳机，耳机包括如上述所述的充电过压保护装置。

本实施例的耳机能够实现在外部电源低于预设电压阈值时，正常充电/供电；在外部电源高于预设电压阈值时断开外部电源，实现对耳机的过压保护，过压保护精度高，结构简单，使用的元器件少，降低成本。同时，当外部电源由过压恢复正常时重新恢复充电/供电，实现循环多次进行过压保护。

本实用新型实施例的第三方面提供了一种音箱，音箱包括如上述所述的充电过压保护装置。

本实施例的音箱能够实现在外部电源低于预设电压阈值时，正常充电/供电；在外部电源高于预设电压阈值时断开外部电源，实现对音箱的过压保护，过压保护精度高，结构简单，使用的元器件少，降低成本。同时，当外部电源由过压恢复正常时重新恢复充电/供电，实现循环多次进行过压保护。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电过压保护装置，其特征在于，所述充电过压保护装置包括：

用于对外部电源进行电压采样以生成第一采样电压的第一电压采样模块；

用于对所述外部电源进行电压采样以生成第二采样电压的第二电压采样模块；

与所述第二电压采样模块连接，用于根据所述第二采样电压对电池电源进行电压转换以生成第一电源和参考电压的电压转换模块；

与所述电压转换模块和所述第一电压采样模块连接，用于根据所述第一采样电压和所述参考电压生成控制信号的比较模块；

与所述比较模块和所述外部电源连接，用于根据所述控制信号连通或关断所述外部电源的开关模块。

2.如权利要求1所述的充电过压保护装置，其特征在于，所述充电过压保护装置还包括：

与所述开关模块连接，用于根据所述外部电源进行工作的蓝牙音频模块。

3.如权利要求2所述的充电过压保护装置，其特征在于，所述充电过压保护装置还包括：

与所述开关模块和所述蓝牙音频模块连接，用于根据所述外部电源生成供电电源的充电模块；

所述蓝牙音频模块具体用于根据所述供电电源进行工作。

4.如权利要求1所述的充电过压保护装置，其特征在于，所述第一电压采样模块包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端为所述第一电压采样模块的外部电源输入端；

所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与电源地连接；

所述第一电阻的第二端为所述第一电压采样模块的第一采样电压输出端。

5.如权利要求1所述的充电过压保护装置，其特征在于，所述第二电压采样模块包括第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻的第一端为所述第二电压采样模块的外部电源输入端；

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与电源地连接；

所述第三电阻的第二端为所述第二电压采样模块的第二采样电压输出端。

6.如权利要求1所述的充电过压保护装置，其特征在于，所述电压转换模块保护第一电源芯片、第一电容、第二电容、第五电阻以及第六电阻；

所述第一电源芯片的使能端为所述电压转换模块的第二采样电压输入端；

所述第一电源芯片的电源输入端与所述电池电源和所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与电源地连接，所述第一电源芯片的地端与电源地连接；

所述第一电源芯片的输出端为所述电压转换模块的第一电源输出端；

所述第一电源芯片的输出端与所述第二电容的第一端和所述第五电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端与电源地连接，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端与电源地连接；

所述第六电阻的第一端为所述电压转换模块的参考电压输出端。

7.如权利要求1所述的充电过压保护装置，其特征在于，所述比较模块包括比较器；

所述比较器的电源端为所述比较模块的第一电源输入端；

所述比较器的第一同向输入端为所述比较模块的参考电压输入端；

所述比较器的第一反向输入端为所述比较模块的第一采样电压输入端；

所述比较器的第一输出端为所述比较模块的控制信号输出端。

8.如权利要求1所述的充电过压保护装置，其特征在于，所述开关模块包括第一场效应、第二场效应管以及第七电阻；

所述第一场效应管的源极为所述开关模块的外部电源输入端；

所述第一场效应管的源极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述第一场效应管的栅极和所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极与电源地连接；

所述第二场效应管的栅极为所述开关模块的控制信号输入端；

所述第一场效应管的漏极为所述开关模块的外部电源输出端。

9.一种耳机，其特征在于，所述耳机包括如权利要求1至8任一项所述的充电过压保护装置。

10.一种音箱，其特征在于，所述音箱包括如权利要求1至8任一项所述的充电过压保护装置。