CN211859660U - 一种充电过流保护电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充电过流保护电路及电子设备，保护电路包括电流检测电路、积分恒流电路和过流自锁电路，电流检测电路包括采样电路及输出电路，使用时采样电路接到充电通道中，以采集对应充电通道的充电电流，并将充电电流转换成直流电压再传输至输出电路，输出电路输出所有采样电路中最大的直流电压，积分恒流电路将接入的直流电压转换成以预设定斜率下降的电压信号或输出高电平；而过流自锁电路可接入电压信号或高电平，及接入解锁信号，并根据接入信号接通充电通道、自锁并输出保护信号切断充电通道或解锁。可见，本实用新型的保护电路能够及时检测出过电流，并及时切断充电通道，使设有本保护电路的电子设备安全充电。

Description

一种充电过流保护电路及电子设备

技术领域

本实用新型涉及充电保护技术领域，尤其涉及一种充电过流保护电路及电子设备。

背景技术

现有耳机通常有不带充电盒和带充电盒两种，不带充电盒的耳机基本上通过USB接口充电，带充电盒的耳机有TWS耳机。TWS耳机的充电盒包含两部分：充电盒自身充电和充电盒给耳机充电。其中充电盒自身充电包括有线充电和无线充电两种方式，其中充电盒给耳机充电又包括两个充电路径，并且两个路径完全独立。可见带充电盒的耳机充电通道较多，而带充电盒的耳机内并未设置充电过流保护电路，一旦出现充电过流的情况，很容易对充电盒、耳机造成损伤，存在安全隐患。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种充电过流保护电路及电子设备，保护电路能够及时检测出过电流充电的情况，并可及时切断充电通道，使设有本保护电路的电子设备，充电安全得到保障。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种充电过流保护电路，包括电连接的电流检测电路、积分恒流电路和过流自锁电路，所述电流检测电路包括至少一路采样电路及一路输出电路，所述采样电路采集对应充电通道的充电电流，并将充电电流转换成直流电压，再将直流电压传输至所述输出电路，所述输出电路输出所有所述采样电路中最大的直流电压；所述积分恒流电路用于接入最大的直流电压，并将最大的直流电压与参考电压比较，当直流电压大于参考电压时，将直流电压转换成以预设定斜率下降的电压信号并输出，否则输出高电平；所述过流自锁电路用于接入所述积分恒流电流输出的高电平或电压信号，及用于外接入解锁信号，并根据接入的信号输出信号去接通充电通道、进入自锁状态并输出保护信号去切断充电通道和/或从自锁状态中解锁。

优选方式为，所述采样电路包括串接在充电通道上的采样电阻、用于将充电电流转换成直流电压的转换电路及隔离电路，所述采样电阻与所述转换电路的输入端电连接，所述转换电路的输出端与所述隔离电路的输入端电连接，所述隔离电路输出端与所述输出电路的输入端电连接。

优选方式为，所述隔离电路包括电压跟随器和第一二极管，所述电压跟随器的正相输入端与所述转换电路的输出端电连接，所述电压跟随器的反相输入端与第一二极管的负极电连接，所述电压跟随器的输出端与第一二极管的正极电连接，第一二极管的负极为所述隔离电路的输出端。

优选方式为，所述输出电路包括运算放大器和第二二极管，运算放大器的正相输入端与所述隔离电路的输出端电连接，运算放大器的反相输入端与第二二极管的负极电连接，运算放大器的输出端与第二二极管的正极电连接，第二二极管的负极为所述电流检测电路的输出端。

优选方式为，所述积分恒流电路包括电连接的第一电压比较电路、RC积分电路和调节电路，所述第一电压比较电路用于将最大的直流电压与参考电压比较，所述RC积分电路用于将直流电压转换成以预设定斜率下降的电压信号，所述调节电路用于保证所述第一电压比较电路正常工作；所述第一电压比较电路的输入端与所述电流检测电路的输出端电连接，所述第一电压比较电路的输出端与所述过流自锁电路电连接。

优选方式为，所述RC积分电路包括积分电阻和积分电容，积分电阻的一端与积分电容的一端连接，积分电阻的另一端与所述电流检测电路的输出端电连接，积分电容的另一端与所述第一电压比较电路的输出端电连接。

优选方式为，所述调节电路包括第一三极管和第二三极管，第一三极管的发射极与所述第一电压比较电路的输出端连接，第一三极管的集电极与所述第一电压比较电路的输入端电连接，第一三极管的基极与第二三极管的基极电连接，第二三极管的发射极经3V电压接地，第二三极管的集电极接地。

优选方式为，所述过流自锁电路包括电连接的第二电压比较电路、自锁电路和解锁电路，所述自锁电路用于使所述第二电压比较电路自锁持续输出保护信号，所述解锁电路用于解锁所述第二电压比较电路去工作，所述第二电压比较电路的输入端与所述积分恒流电路的输出端电连接，所述第二电压比较电路的输出端输出信号至充电通道。

优选方式为，所述自锁电路包括第三三极管，第三三极管的基极经电阻与所述第二电压比较电路的输出端电连接，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极与所述第二电压比较电路的输入端电连接；和/或，所述解锁电路包括第四三极管，第四三极管的集电极与第三三极管的基极电连接，第四三极管的发射极接地，第四三极管的基极经第四电阻外接入解锁信号。

一种电子设备，包括至少一路充电通道及上述的充电过流保护电路，所述充电过流保护电路的所述采样电路与所述充电通道一对一电连接。

采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

由于本实用新型的充电过流保护电路及电子设备，保护电路包括电连接的电流检测电路、积分恒流电路和过流自锁电路，其中电流检测电路包括至少一路采样电路及一路输出电路，使用时采样电路串接到充电通道中，以采集对应充电通道的充电电流，并将充电电流转换成直流电压，再将直流电压传输至输出电路，输出电路输出所有采样电路中最大的直流电压；其中积分恒流电路用于接入最大的直流电压，并将最大的直流电压与参考电压比较，当直流电压大于参考电压，将直流电压转换成以预设定斜率下降的电压信号，否则输出高电平；其中过流自锁电路用于接入积分恒流电路输出的电压信号或高电平，及用于接入解锁信号，并根据接入的信号接通充电通道、进入自锁状态并输出保护信号去切断充电通道或从自锁状态中解锁。可见，本实用新型的充电过流保护电路能够在充电通道中出现过电流时，及时切断充电通道以实现充电保护，因本充电过流保护电路设有至少一路采样电路，可使设有本保护电路的电子设备上的多路充电通道均可得到保护，且独立控制各充电通道，提高充电的安全性能。

由于隔离电路包括电压跟随器和第一二极管，电压跟随器的正相输入端与转换电路的输出端电连接，电压跟随器的反相输入端与第一二极管的负极电连接，电压跟随器的输出端与第一二极管的正极电连接，第一二极管的负极为隔离电路的输出端；通过第一二极管使各路采样电路之间隔离，提高整个保护电路的可靠性。

由于输出电路包括运算放大器和第二二极管，运算放大器的正相输入端与电压跟随器的输出端电连接，运算放大器的反相输入端与第二二极管的负极电连接，运算放大器的输出端与第二二极管的正极电连接，第二二极管的负极为电流检测电路的输出端；通过第二二极管将电流检测电路与积分恒流电路可靠隔离。

附图说明

图1本实用新型充电过流保护电路的原理框图；

图2是本实用新型中电流检测电路图；

图3是本实用新型中积分恒流电路图；

图4是本实用新型中过流自锁电路图；

图中：1-采样电路，2-输出电路，3-隔离电路，4-调节电路，5-解除电路,6-RC积分电路。

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。

实施例一：

如图1至图4共同所示，一种充电过流保护电路，包括电连接的电流检测电路、积分恒流电路和过流自锁电路。

其中电流检测电路包括至少一路采样电路及一路输出电路，使用时采样电路接在对应的充电通道，以采集对应充电通道的充电电流，并将该充电通道的充电电流转换成直流电压，而后再将直流电压传输至输出电路，输出电路输出所有采样电路中最大直流电压。

其中积分恒流电路内置有参考电压，其用于接入最大的直流电压，并将最大的直流电压与参考电压比较，当直流电压大于参考电压时，表明充电通道存在过电流，此时积分恒流电路将接入的直流电压转换成以预设定斜率下降的电压信号并输出，当直流电压不大于参考电压时，表明充电正常，此时输出高电平。

其中过流自锁电路内只有基准电压，其用于接入积分恒流电流输出的高电平或电压信号，及用于外接入解锁信号。当接入高电平时，输出信号去接通充电通道以保证正常充电，当接入电压信号时，过流自锁电路将电压信号与基准电压进行比较，当电压信号小于基准电压时，进入自锁状态并输出保护信号去切断充电通道。当接入解锁信号后，过流自锁电路解锁再次对接入的高电平或电压信号进行处理，比如：电压信号与基准电压去比较，当电压信号大于基准电压时，表明消除了过电流，此时输出信号去接通充电通道以实现正常充电。

本实用新型的充电过流保护电路，可通过设置多路采样电路，来检测多路充电通道，并且可对各充电通道进行单独控制，使本实用新型更加实用。所以，本实用新型的充电过流保护电路，能够及时检测出充电通道中存在过电流的情况，并及时切断充电通道，以实现充电保护，且具有结构简单，成本低的优点。

如图2所示，采样电路包括串接在充电通道上的采样电阻、用于将充电电流转换成直流电压的转换电路及隔离电路，采样电阻与转换电路的输入端电连接，转换电路的输出端与隔离电路的输入端电连接。其中转换电路优先使用运算放大器，但不限于运算放大器。本例中电流检测电路设置有三路采样电路，使本实用新型可独立保护三路充电通道。当然，不限所列举的三路采样电路，可根据所使用的电子设备实时设置。

其中，隔离电路包括电压跟随器和第一二极管，电压跟随器的正相输入端与第一转换电路的输出端电连接，电压跟随器的反相输入端与第一二极管的负极电连接，电压跟随器的输出端与第一二极管的正极电连接，第一二极管的负极与输出电路的输入端电连接；本例电压跟随器实际为运算放大器，其中第一二极管可防止其他采样电路输出的直流电压施加在本采样电路上，以实现各采样电路之间的隔离，使整个保护电路可靠工作。

其中，输出电路包括运算放大器和第二二极管，运算放大器的正相输入端与电压跟随器的输出端电连接，运算放大器的反相输入端与第二二极管的负极电连接，且运算放大器的输出端与第二二极管的正极电连接，第二二极管的负极为电流检测电路的输出端，用于输出最大的直流电压。此第二二极管可防止积分恒流电路的电压施加在运算放大器上，以实现隔离，使整个保护电路可靠工作。

如图2所示，本例的电流检测电路包括三路采样电路，具体连接关系如下：

其中一路的采样电阻R1的两端并接在运算放大器U1的正相输入端和反相输入端之间，采样电阻R1的一端与充电通道的Vin端电连接，运算放大器U1的输出端与运算放大器U2的正相输入端电连接，运算放大器U2的输出端与第一二极管D1的正极电连接，第一二极管D1的负极将该路的直流电压传输至运算放大器U7。

其中一路的采样电阻R2的两端并接在运算放大器U3的正相输入端和反相输入端之间，采样电阻R2的一端与充电通道的Vin端电连接，运算放大器U3的输出端与运算放大器U4的正相输入端电连接，运算放大器U4的输出端与第一二极管D2的正极电连接，第一二极管D2的负极将该路的直流电压传输至运算放大器U7。

其中一路的采样电阻R3的两端并接在运算放大器U5的正相输入端和反相输入端之间，采样电阻R3的一端与充电通道的Vin端电连接，运算放大器U5的输出端与运算放大器U6的正相输入端电连接，运算放大器U6的输出端与第一二极管D3的正极电连接，第一二极管D3的负极将该路的直流电压传输至运算放大器U7。

运算放大器U7检测三路采样电路中最大的直流电压，将最大的直流电压经过第二二极管D4的负极输出至积分恒流电路的输入端Vpeak。

各采样电阻的阻值根据实际充电通道中充电电流来设定，各运算放大器增益要根据对应的采样电阻和积分恒流电路的参考电压、过流自锁电路的基准电压来选择。

如图3所示，积分恒流电路包括电连接的第一电压比较电路、RC积分电路及调节电路，第一电压比较电路用于将接入的直流电压与参考电压进行比较，RC积分电路用于将直流电压转换成以预设定斜率下降的电压信号，而斜率可通过RC积分电路的参数调整，调节电路用于保证第一电压比较电路正常工作，其中第一电压比较电路的输入端与电流采样电路的输出端电连接，第一电压比较电路的输出端与过流自锁电路电连接。

本例第一电压比较电路优选运算放大器U8，运算放大器U8的正相输入端接参考电压Vref，运算放大器U8的反相输入端接电流检测电路输出端Vpeak。

其中，RC积分电路包括积分电阻R4和积分电容C1，积分电阻R4的一端与积分电容C1的一端连接，积分电阻R4的另一端与第二二极管D4的负极电连接，积分电容C1的另一端与运算放大器U8的反相输入端电连接。

其中，调节电路包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1的发射极与运算放大器U8的输出端连接，第一三极管Q1的集电极经电阻R5与运算放大器U8的反相输入端电连接，第一三极管Q1的基极与第二三极管Q2的基极电连接，第二三极管Q2的发射极经3V电压接地，第二三极管Q2的集电极经电阻R7接地。

积分恒流电路的工作原理为：

过流自锁电路输出端Vint与输入端Vpeak的电压关系可通过下面公式计算，

式中τ＝R4C1表示时间常数，实际上是转换直流电压的斜率，斜率的值影响保护信号产生的快慢。

在正常情况下，输入端Vpeak的电压值小于参考电压Vref，运算放大器U8输出高电平，此时无过电流。在充电通道有过电流时，输入端Vpeak电压大于参考电压Vref，此时RC积分电路对接入的直流电压进行转换，使其以-1/τ为斜率下降，运算放大器U8输出被转换的电压信号至过流自锁电路。积分恒流电路通过将接入的直流电压与参考电压进行比较，来及时检测出充电通道是否存在过电流，并将过流时的直流电压进行转换，使过流自锁电路能够识别出过流，以便及时自锁并输出保护信号去切断充电通道。

上述调节电路的有两个作用：一是防止运算放大器U8在低频中的增益过大；二是防止运算放大器U8出现过饱和，当出现过饱和情况，就不会对变换的信号产生响应。

如图4所示，过流自锁电路包括电连接的第二电压比较电路、自锁电路和解锁电路，其中自锁电路用于使第二电压比较电路自锁持续输出保护信号，其中解锁电路用于解锁第二电压比较电路去工作，其中第二电压比较电路的输入端与积分恒流电路的输出端电连接，第二电压比较电路的输出端输出信号至充电通道。

其中自锁电路包括第三三极管Q3，第三三极管Q3的基极经电阻R9与第二电压比较电路的输出端电连接，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极与积分恒流电路的输出端电连接。本例中第二电压比较电路为运算放大器U9，运算放大器U9的正相输入端接基准电压Vref,反相输入端经过电阻R8与积分恒流电路输出端Vint电连接。

其中，解锁电路包括第四三极管Q4，第四三极管Q4的集电极与第三三极管Q3的基极电连接，第四三极管Q4的发射极接地，第四三极管Q4的基极外接入解锁信号。

过流自锁电路的工作原理为：

未出现过流信号时，过流自锁电路从积分恒流电路接入高电平，此时运算放大器U9的反相输入端的电压不小于基准电压Vref，运算放大器U9的输出端输出的信号使充电通道保持接通。

出现过流信号时，过流自锁电路从积分恒流电路接入的电压信号下降到小于基准电压Vref时，运算放大器U9的输出端输出保护信号Safe_F(高电平)，同时，运算放大器U9通过电阻R9将第三三极管Q3导通，使运算放大器U9的反相输入端的电压一直小于基准电压Vref，从而实现过流自锁电路的自锁，维持输出保护信号Safe_F，去切断充电通道的输入，从而达到充电保护的作用。

当电子设备通过第四三极管Q4的基极输入解锁信号Vrst时，该解锁信号每隔一定的时间输入一次，该解锁信号使运算放大器U9解锁，可检查过流情况，如果过流继续存在，则整个保护电路继续自锁输出保护信号切断充电通道。当过流消失，该解锁信号通过第四三极管Q4截止第三三极管Q3，从而使运算放大器U9的反相输入端的电压迅速上升，当上升到大于基准电压Vref时，运算放大器U9输出低电平，输出的信号接通充电通道，继续充电。

可通过调整过流自锁电路的参数，使过流信号越强，下降的越快，越快的保护。

另外，本实用新型的充电过流保护电路适用于PWM脉冲信号过流情况，在某些情况下会出现时间很短的过流情况，但是短暂的幅值不大的过流情况不会影响充电，但是可通过调整参数，选择合适的时间常数来处理PWM脉冲信号过流情况。

实施例二：

一种电子设备，包括充电通道及上述的充电过流保护电路，充电过流保护电路与充电通道电连接。

本例的电子设备可为耳机或为耳机充电的充电盒等电子设备，当然不限上面所理解的电子设备。

电子设备内可设置多路充电通道，对应的充电过流保护电路的电流检测电路设置相同数量的采样电路，以便独立保护各充电通道。因设置了充电过流保护电路，使各充电通道使用时，一旦出现过流，均可被切断，使电子设备能够可靠、安全的充电。

以上所述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、等同一种充电过流保护电路及电子设备的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充电过流保护电路，其特征在于，包括电连接的电流检测电路、积分恒流电路和过流自锁电路，

所述电流检测电路包括至少一路采样电路及一路输出电路，所述采样电路采集对应充电通道的充电电流，并将充电电流转换成直流电压，再将直流电压传输至所述输出电路，所述输出电路输出所有所述采样电路中最大的直流电压；

所述积分恒流电路用于接入最大的直流电压，并将最大的直流电压与参考电压比较，当直流电压大于参考电压时，将直流电压转换成以预设定斜率下降的电压信号并输出，否则输出高电平；

所述过流自锁电路用于接入所述积分恒流电流输出的高电平或电压信号，及用于外接入解锁信号，并根据接入的信号输出信号去接通充电通道、进入自锁状态并输出保护信号去切断充电通道和/或从自锁状态中解锁。

2.根据权利要求1所述的充电过流保护电路，其特征在于，所述采样电路包括串接在充电通道上的采样电阻、用于将充电电流转换成直流电压的转换电路及隔离电路，所述采样电阻与所述转换电路的输入端电连接，所述转换电路的输出端与所述隔离电路的输入端电连接，所述隔离电路输出端与所述输出电路的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的充电过流保护电路，其特征在于，所述隔离电路包括电压跟随器和第一二极管，所述电压跟随器的正相输入端与所述转换电路的输出端电连接，所述电压跟随器的反相输入端与第一二极管的负极电连接，所述电压跟随器的输出端与第一二极管的正极电连接，第一二极管的负极为所述隔离电路的输出端。

4.根据权利要求2所述的充电过流保护电路，其特征在于，所述输出电路包括运算放大器和第二二极管，运算放大器的正相输入端与所述隔离电路的输出端电连接，运算放大器的反相输入端与第二二极管的负极电连接，运算放大器的输出端与第二二极管的正极电连接，第二二极管的负极为所述电流检测电路的输出端。

5.根据权利要求1所述的充电过流保护电路，其特征在于，所述积分恒流电路包括电连接的第一电压比较电路、RC积分电路和调节电路，所述第一电压比较电路用于将最大的直流电压与参考电压比较，所述RC积分电路用于将直流电压转换成以预设定斜率下降的电压信号，所述调节电路用于保证所述第一电压比较电路正常工作；

所述第一电压比较电路的输入端与所述电流检测电路的输出端电连接，所述第一电压比较电路的输出端与所述过流自锁电路电连接。

6.根据权利要求5所述的充电过流保护电路，其特征在于，所述RC积分电路包括积分电阻和积分电容，积分电阻的一端与积分电容的一端连接，积分电阻的另一端与所述电流检测电路的输出端电连接，积分电容的另一端与所述第一电压比较电路的输出端电连接。

7.根据权利要求6所述的充电过流保护电路，其特征在于，所述调节电路包括第一三极管和第二三极管，第一三极管的发射极与所述第一电压比较电路的输出端连接，第一三极管的集电极与所述第一电压比较电路的输入端电连接，第一三极管的基极与第二三极管的基极电连接，第二三极管的发射极经3V电压接地，第二三极管的集电极接地。

8.根据权利要求1所述的充电过流保护电路，其特征在于，所述过流自锁电路包括电连接的第二电压比较电路、自锁电路和解锁电路，所述自锁电路用于使所述第二电压比较电路自锁持续输出保护信号，所述解锁电路用于解锁所述第二电压比较电路去工作，

所述第二电压比较电路的输入端与所述积分恒流电路的输出端电连接，所述第二电压比较电路的输出端输出信号至充电通道。

9.根据权利要求8所述的充电过流保护电路，其特征在于，

所述自锁电路包括第三三极管，第三三极管的基极经电阻与所述第二电压比较电路的输出端电连接，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极与所述第二电压比较电路的输入端电连接；和/或，

所述解锁电路包括第四三极管，第四三极管的集电极与第三三极管的基极电连接，第四三极管的发射极接地，第四三极管的基极经第四电阻外接入解锁信号。

10.一种电子设备，其特征在于，包括至少一路充电通道及权利要求1至9任一项所述的充电过流保护电路，所述充电过流保护电路的所述采样电路与所述充电通道一对一电连接。

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