CN212391559U - 一种充电设备输出状态的检测电路、装置及充电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充电设备输出状态的检测电路，包括PWM控制单元、电阻、基准电压源、误差放大器和第一电容；PWM控制单元接收输入端的电压信号，并输出调制后的电压信号；电阻的一端连接PWM控制单元的输出端，另一端接地；电阻还连接误差放大器的输入端；基准电压源也与误差放大器的输入端连接输出基准电压信号；误差放大器对基准电压信号和经电阻分压后的电压信号进行误差放大，输出误差电压信号；第一电容连接误差放大器和PWM控制单元，根据误差电压信号生成第一直流电压信号；还公开了输出状态的检测装置及充电设备。本实用新型无需任何检测外围的情况下实现了充电完成的提示功能，大大降低了外部装置成本、PCB的布板面积和装置的功耗。

Description

一种充电设备输出状态的检测电路、装置及充电设备

技术领域

本实用新型涉及充电设备输出状态的检测电路领域，具体涉及一种充电设备输出状态的检测电路、装置及充电设备。

背景技术

一般直流充电器(如车载充电器)，只有充电电源指示灯，只能显示电源是否接通，而不能显示充电是否已满，无论是否充满电都是统一的灯亮，指示效果差，用户不能得知充电状态。

目前如果要反映充电状态，往往采用额外接入电流采样电阻的检测方式，通过电流采样电阻一直检测输出电流的大小，检测信号需要经过精密运算放大器放大处理，当输出电流减小到某一电流(如200mA)时，运算放大器翻转，产生转灯(如绿灯转为红灯)。采用该检测方式需额外接入电流采样电阻，存在功耗大，外围复杂，占据印制电路板(PCB)大量的面积，成本大的问题，而且该检测方式不利于装置的集成，尤其对于狭小的点烟器类的充电器，PCB的面积至关重要。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的一个目的是提供一种充电设备输出状态的检测电路，本实用新型通过比例采样输出电流，并通过误差放大器积分输出直流电压，输出的直流电压正比于充电设备输出端的输出电流(充电电流)，得到了充电电流的大小，此电压能用于控制转灯或发声；本实用新型在无需任何检测外围(电流采样电阻)的情况下实现了对充电设备输出电流大小的检测，大大降低了外部装置成本、PCB的布板面积和装置的功耗。

本实用新型的第二个目的是提供一种充电设备输出状态的检测装置，本实用新型提供的检测装置能全部或部分集成在一个芯片内，利于装置的集成，更适合于便携式、PCB面积小的充电器。

本实用新型的第三个目的是提供一种充电设备，该设备具有充电完成的提示功能。

本实用新型所采用的第一个技术方案是：一种充电设备输出状态的检测电路，包括PWM控制单元、电阻、基准电压源、误差放大器和第一电容；

所述PWM控制单元用于接收输入端的电压信号，并输出调制后的电压信号；

所述电阻的一端连接PWM控制单元的输出端，另一端接地；所述电阻还连接所述误差放大器的输入端；

所述基准电压源也与所述误差放大器的输入端连接，用于输出基准电压信号；

所述误差放大器对所述基准电压信号和经所述电阻分压后的电压信号进行误差放大，并输出误差电压信号；

所述第一电容连接所述误差放大器和PWM控制单元，根据所述误差电压信号生成第一直流电压信号，以反映充电设备输出电流的状态。

优选地，所述检测电路还包括低通滤波单元，所述低通滤波单元连接所述第一电容，用于输出低通滤波后的第二直流电压信号。

优选地，所述低通滤波单元包括第三电阻、第一开关、第二电容、第四电阻、第二开关、第三电容和开关控制单元；所述开关控制单元连接第一开关和第二开关，所述第三电阻一端连接第一电容，另一端连接第一开关，所述第一开关另一端连接第二电容，所述第二电容连接第四电阻，所述第四电阻的另一端连接第二开关，所述第二开关连接第三电容，所述第三电容的电压为所述低通滤波单元的最终输出电压。

优选地，所述第一开关单元和第二开关单元均为选通门电路。

优选地，所述误差放大器为跨导放大器。

优选地，所述检测电路还包括比较器和参考电压源；所述比较器输入端连接所述误差放大器和所述参考电压源，用于将参考电压源输出的参考电压信号与所述第一直流电压信号进行比较。

优选地，所述检测电路还包括比较器和参考电压源；所述比较器输入端连接所述低通滤波单元和所述参考电压源，用于将参考电压源输出的参考电压信号与所述第二直流电压信号进行比较。

本实用新型所采用的第二个技术方案是：一种充电设备输出状态的检测装置，包括如第一技术方案中任一项的检测电路以及与所述检测电路连接的执行装置；所述检测电路通过至少一个驱动单元驱动所述执行装置。

优选地，所述执行装置包括显示装置或/和发声装置。

本实用新型所采用的第三个技术方案是：一种充电设备，包括如第二技术方案中任一项的检测装置。

上述技术方案的有益效果：

(1)本实用新型在无需任何检测外围(电流采样电阻)的情况下实现了对充电设备输出电流大小的检测，大大降低了外部装置成本、PCB的布板面积和装置的功耗。

(2)本实用新型提供的检测装置在无需任何检测外围(电流采样电阻)的情况下实现了充电完成的提示功能(转灯或/和发声)，大大降低了外部装置成本、PCB的布板面积和装置的功耗。

(3)本实用新型提供的检测装置能全部或部分集成在一个芯片内，利于装置的集成，更适合于便携式、PCB面积小的充电器。

(4)本实用新型公开的充电设备具有充电完成的提示功能，提示功能为转灯或/和发声。

附图说明

图1为本实用新型一种充电设备输出状态的检测电路的结构示意图；

图2为本实用新型中低通滤波单元的结构示意图；

图3为本实用新型一种充电设备输出状态的检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本实用新型的原理，但不能用来限制本实用新型的范围，即本实用新型不限于所描述的优选实施例，本实用新型的范围由权利要求书限定。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”“下”“内”“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义，对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实用新型公开了一种充电设备输出状态的检测电路，包括PWM控制单元、电阻、基准电压源、误差放大器和第一电容；PWM控制单元用于接收输入端的电压信号，并输出调制后的电压信号；电阻的一端连接PWM控制单元的输出端，另一端接地；电阻还连接误差放大器的输入端；基准电压源也与误差放大器的输入端连接，用于输出基准电压信号；误差放大器对基准电压信号和经电阻分压后的电压信号进行误差放大，并输出误差电压信号；第一电容连接误差放大器和PWM控制单元，根据误差电压信号生成第一直流电压信号，以反映充电设备输出电流的状态。电阻包括第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻串联分压的中间端连接所述误差放大器的输入端，第一电阻的另一端连接PWM控制单元的输出端，第二电阻的另一端接地。

如图1所示，充电设备输入端Vin的输入电压为直流电压(如汽车内部的电池电压，8-40V)，脉冲宽度调制(PWM)控制单元包含能量转换元件电感L和输出电容Cout，PWM控制单元接收输入端Vin的输入电压信号，将输入电压信号经过能量转换元件电感L的转换，通过输出电容Cout输出电压信号Vout；PWM控制单元例如为DC-DC控制器，工作在峰值电流模式。

输出电压信号Vout经第一电阻和第二电阻分压后形成电阻分压信号，连接到误差放大器的负端，误差放大器的正端接基准电压源，基准电压源输出基准电压信号，误差放大器接收基准电压信号和电阻分压信号并将其进行误差放大，生成误差电压信号，将误差电压信号输出到第一电容C生成第一直流电压信号，以反映充电设备输出电流的状态；第一电容C连接到PWM控制单元，第一直流电压信号控制PWM控制单元。误差放大器例如为跨导放大器。

当充电设备的输出电流降低时，由于PWM控制单元的输出电流来不及反应，设备输出电压Vout增加。反之亦然，当设备的输出电流增加时，Vout降低。

当Vout升高时，第一电阻和第二电阻产生的电阻分压增加，误差放大器的输出电压降低，即第一电容C的直流电压降低，PWM控制单元输出电流降低。反之，当Vout降低时，第一电阻和第二电阻产生的电阻分压降低，误差放大器的输出电压增加，即第一电容C的直流电压增加，PWM控制单元输出电流增加；反复循环后，PWM控制单元输出电流的变化与充电设备充电电流的变化一致，并保持稳定。

因此，当设备输出电流增加时，也就是充电电流增加时，第一电容的直流电压增加；当输出电流减小时，也就是充电电流减小时，第一电容的直流电压减小；所以第一电容的直流电压正比于设备输出电流的大小，能反映充电设备输出端输出电流的状态。

第一电容的直流电压为Vc，输出端电流为Iout，内部对应的比例系数为定值k，Vc＝k·Iout；所以通过检测Vc电压，可以精确的反应输出端电流的大小。

进一步的，在一个实施例中，检测电路还包括低通滤波单元，低通滤波单元电性连接第一电容，所述第一电容输出的第一直流电压信号经低通滤波单元滤波处理，输出滤波后的第二直流电压，此电压正比于外部设备充电的充电电流，从而也就得到了充电电流的大小，即低通滤波单元的输出也反映出输出端输出电流的状态。第一电容生成的第一直流电压信号纹波大约为40mV，经过低通滤波后，生成第二直流电压，其纹波低于2mV；第二直流电压为最终滤波器输出电压，其直流分量跟第一电容的直流分量相同，经过低通滤波单元后使纹波从40mV降低至低于2mV，更加精确的检测出第一电容的直流分量(直流电压)。

如图2所示，低通滤波单元包含第三电阻、第一开关、第二电容、第四电阻、第二开关、第三电容和开关控制单元。

开关控制单元电性连接到第一开关单元和第二开关单元，第三电阻一端电性连接所述的第一电容，另一端电性连接第一开关，第一开关另一端电性连接到第二电容，所述第二电容的电压输出为滤波器的第一级输出，所述第二电容电性连接到第四电阻，所述第四电阻的另一端电性连接到第二开关，所述的第二开关电性连接到第三电容，所述的第三电容的电压为低通滤波单元的最终输出电压。

第一开关单元和第二开关单元皆为选通门电路；第一开关单元在一个周期内导通与关断时间比例为1：n，实现把所述的第三电阻放大n倍；第二开关单元在一个周期内导通与关断时间比例为1：m，实现把所述的第四电阻放大m倍。

本实施例中第一开关单元为选通门电路，所述选通门在一个周期内导通与关断时间比例为1：100，实现把第三电阻放大100倍；第二开关单元为选通门电路，选通门在一个周期内导通与关断时间比例为1：100，实现把第四电阻放大100倍。设第三电阻为R3，第二电容为C2，第四电阻为R4，第三电容为C3。

第一级滤波时间常数为：101·R3·C2，第二级滤波时间常数为：101·R4·C3；经过两级低通滤波后，第三电容的电压为最终滤波器输出电压，其直流分量跟第一电容的直流分量相同，纹波低于2mV，更加精确的检测出第一电容的直流分量(直流电压)。

进一步的，在一个实施例中，充电设备输出状态的检测电路还包含比较器和参考电压源；比较器负端电性连接到误差放大器的输出端或低通滤波单元的输出端，比较器例如为滞回比较器，其正端电性连接到参考电压源，比较器用于将参考电压源输出的参考电压信号与低通滤波单元输出的第二直流电压信号进行比较，输出比较结果信号，比较结果信号用于充电状态的判定。由于第二直流电压信号正比于外部设备充电的充电电流，从而得到了充电电流的大小，故通过设置比较器比较第二直流电压信号与参考电压信号，来判定充电设备的充电状态，当第二直流电压信号大于参考电压信号时，判定正在充电；当第二直流电压信号小于参考电压信号时，判定充电完成。

参考电压源在基准电压VH和基准电压VL之间切换；当低通滤波单元输出电压低于VL时，表明输出电流减小到IL，即充电电流减小到IL，充电已完成，这里本实用新型例如设置IL为200mA(但并不限于此)；当低通滤波单元输出电压高于VH时，表明输出电流增大到IH，充电电流增大到IH，充电未完成，这里本实用新型例如设置IH为600mA(但并不限于此)。

本实用新型采用内部采样误差放大器积分输出的方式，采样出输出电流的大小，并经低通滤波单元滤波处理，输出相应的直流电压，此电压正比于充电设备的充电电流，也就得到了充电电流的大小。

如图3所示，本实用新型公开的一种输出状态的检测装置，包括上述的检测电路以及与检测电路电连接的执行装置；执行装置包括显示装置或/和发声装置；检测电路通过至少一个驱动单元驱动上述执行装置，即检测电路中比较器的输出端电连接驱动单元，驱动单元驱动执行装置。检测电路能通过显示驱动单元驱动显示装置，显示装置可选用LED灯；检测电路能通过发声驱动单元驱动发声装置，发声装置可选用扬声器。

参考电压源在基准电压VH和基准电压VL之间切换，通过比较器对参考电压源输出的参考电压信号与低通滤波单元输出电压信号进行比较。当低通滤波单元输出电压低于VL时，表明输出电流减小到IL，即充电电流减小到IL(例如200mA)，此时代表充电完成状态，比较器输出比较结果信号，该信号控制显示驱动单元驱动LED灯由红灯转变为绿灯或/和发声驱动单元驱动扬声器语音提示充电完成；当低通滤波单元输出电压高于VH时，表明输出电流增大到IH，即充电电流增大到IH(例如600mA)，此时代表正在充电且并未充满的状态，比较器输出比较结果信号，该信号控制显示驱动单元驱动LED灯显示为红灯或/和发声驱动单元驱动扬声器语音提示正在充电。

本实用新型采用内部采样误差放大器积分输出的方式，采样出输出电流的大小，并经低通滤波单元滤波处理，输出相应的直流电压，此电压正比于外部设备充电的充电电流，也就得到了充电电流的大小。本实用新型无需任何检测外围实现了充电完成的提示功能(LED灯转灯或/和语音提示)，大大降低了外部装置成本及PCB的布板面积。

本实用新型提供的检测装置在无需任何检测外围(电流采样电阻)的情况下实现了充电完成的提示功能(转灯或/和发声)，大大降低了外部装置成本、PCB的布板面积和装置的功耗；而且本实用新型提供的检测装置能全部或部分集成在一个芯片内，利于装置的集成，更适合于便携式、PCB面积小的充电器。

本实用新型公开了一种充电设备，包括上述的检测装置；该充电设备具有充电完成的提示功能，提示功能为转灯或/和发声。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种充电设备输出状态的检测电路，其特征在于，包括PWM控制单元、电阻、基准电压源、误差放大器和第一电容；

所述PWM控制单元用于接收输入端的电压信号，并输出调制后的电压信号；

所述电阻的一端连接PWM控制单元的输出端，另一端接地；所述电阻还连接所述误差放大器的输入端；

所述基准电压源也与所述误差放大器的输入端连接，用于输出基准电压信号；

所述误差放大器对所述基准电压信号和经所述电阻分压后的电压信号进行误差放大，并输出误差电压信号；

所述第一电容连接所述误差放大器和PWM控制单元，根据所述误差电压信号生成第一直流电压信号，以反映充电设备输出电流的状态。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，还包括低通滤波单元，所述低通滤波单元连接所述第一电容，用于输出低通滤波后的第二直流电压信号。

3.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述低通滤波单元包括第三电阻、第一开关、第二电容、第四电阻、第二开关、第三电容和开关控制单元；所述开关控制单元连接第一开关和第二开关，所述第三电阻一端连接第一电容，另一端连接第一开关，所述第一开关另一端连接第二电容，所述第二电容连接第四电阻，所述第四电阻的另一端连接第二开关，所述第二开关连接第三电容，所述第三电容的电压为所述低通滤波单元的最终输出电压。

4.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述第一开关单元和第二开关单元均为选通门电路。

5.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述误差放大器为跨导放大器。

6.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，还包括比较器和参考电压源；所述比较器输入端连接所述误差放大器和所述参考电压源，用于将参考电压源输出的参考电压信号与所述第一直流电压信号进行比较。

7.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于，还包括比较器和参考电压源；所述比较器输入端连接所述低通滤波单元和所述参考电压源，用于将参考电压源输出的参考电压信号与所述第二直流电压信号进行比较。

8.一种充电设备输出状态的检测装置，其特征在于，包括：权利要求1至7任一项所述的检测电路以及与所述检测电路连接的执行装置；所述检测电路通过至少一个驱动单元驱动所述执行装置。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述执行装置包括显示装置或/和发声装置。

10.一种充电设备，其特征在于，包括权利要求8或9所述的检测装置。

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