CN213693173U - 一种充电安全保护电路及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种充电安全保护电路及装置，属于充电保护的领域，包括第一控制单元、充电开关电路、负载检测电路、电压检测电路和电流检测电路；充电开关电路的控制信号输入端与第一控制单元连接，充电开关电路的电压输入端用于与充电负载的阴极连接；负载检测电路的电压输入端用于与充电负载的阴极连接，负载检测电路的检测信号输入端与第一控制单元连接；电压检测电路的输入端用于与充电电源的正极连接，电压检测电路的输出端与第一控制单元连接；电流检测电路的输入端用于与充电负载的阴极连接，电流检测电路的输出端与第一控制单元连接。与相关技术相比，本申请具有提高充电安全性的效果。

Description

一种充电安全保护电路及装置

技术领域

本申请涉及充电保护的领域，尤其是涉及一种充电安全保护电路及装置。

背景技术

随着电子科学技术的不断发展，越来越多的电子产品进入人们的生活，例如手机、游戏机、电脑等。为了方便为电子产品充电，充电插座应运而生。充电插座体积小，可以热插拔，也可以连接多个设备，且携带方便，是居家旅行必备的设备之一。

在进行充电时，容易出现因电流过大或电压过大而损坏电子设备或电池等的情况，使得容易造成财务损失，从而存在有充电安全性较低的问题。

实用新型内容

为了提高充电安全性，本申请提供了一种充电安全保护电路及装置。

第一方面，本申请提供一种充电安全保护电路，采用如下的技术方案：

一种充电安全保护电路，其特征在于：包括第一控制单元、充电开关电路、负载检测电路、电压检测电路和电流检测电路；其中，

所述第一控制单元的电压输入端用于与充电电源的正极连接；

所述充电开关电路的控制信号输入端PS_IN1与第一控制单元的控制信号输出端连接，所述充电开关电路的电压输入端PS_IN2用于与充电负载的阴极连接；

所述负载检测电路的电压输入端Load_IN1用于与充电负载的阴极连接，所述负载检测电路的检测信号输入端Load_IN2与第一控制单元的负载检测端连接；

所述电压检测电路的输入端与充电电源的正极连接，所述电压检测电路的输出端与第一控制单元的电压检测端连接；

所述电流检测电路的输入端用于与充电负载的阴极连接，所述电流检测电路的输出端与第一控制单元的电流检测端连接。

通过采用上述技术方案，负载检测电路检测充电负载是否插入，充电负载插入后，第一控制单元控制充电开关电路闭合，充电负载开始充电，电压检测电路和电流检测电路实时采集充电输入电压和充电电流，一旦充电输入电压过大或充电电流过大，则第一控制单元控制充电开关电路断开，充电停止，从而根据实时检测到的充电输入电压和充电电流，控制充电继续或断开，从而有助于提高充电安全性，进而能够降低充电设备损坏的几率，从而有助于减少人们的财产损失。

可选的，所述电流检测电路包括第一电阻器R1、第二电阻器R2和第五非极性电容器C5；其中，

所述第一电阻器R1的一端用于与充电负载的阴极连接，所述第一电阻器R1的另一端与第五非极性电容器C5的一端、第二电阻器R2的一端以及第一控制单元的电流检测端连接，所述第二电阻器R2的另一端以及第五非极性电容器C5的另一端与接地端连接。

通过采用上述技术方案，第一控制单元通过采集流过第二电阻器R2分得的电压值，并将采集到的电压值转换成电流值与预设的充电电流阈值进行比较，从而判断充电电流是否正常，从而便于采集充电电流，有助于提高充电安全性。

可选的，所述电压检测电路包括第三电阻器R3、第四电阻器R4和第六非极性电容器C6；其中，

所述第三电阻器R3的一端用于与充电电源的正极连接，所述第三电阻器R3的另一端与第一控制单元的电压检测端、第四电阻器R4的一端以及第六非极性电容器C6的一端连接，所述第四电阻器R4的另一端以及第六非极性电容器C6的另一端与接地端连接。

通过采用上述技术方案，第一控制单元采集第四电阻器R4分得的电压值，由于第三电阻器R3和第四电阻器R4串联后与直流低压插座连接，因此第四电阻器R4分得的电压的大小与充电电源的输入电压值的大小有关，即与充电输入电压的大小有关，从而根据第四电阻器R4分得的电压的大小就能判断充电输入电压的大小，以便于第一控制单元将采集到电压值与预设的电压阈值进行比较来判断充电输入电压是否过大。

可选的，所述充电开关电路包括第一NMOS管Q2、第五电阻器R5和第六电阻器R6；其中，

所述第五电阻器R5的一端为充电开关电路的控制信号输入端PS_IN1，所述第五电阻器R5的另一端与第一NMOS管Q2的栅极以及第六电阻器R6的一端连接，所述第六电阻器R6的另一端与接地端连接；

所述第一NMOS管Q2的源极为充电开关电路的控制信号输入端PS_IN1，所述第一NMOS管Q2的漏极和D1 端用于与充电负载的阴极连接。

通过采用上述技术方案，充电负载通过充电开关电路与接地端连接，而当第一控制单元的控制输出端输出低电平时，第一NMOS管不导通，即充电开关电路处于断开状态，充电负载停止充电；当第一控制单元的控制输出端输出高电平时，第一NMOS管Q2导通，充电开关电路处于闭合状态，充电负载开始充电，从而便于控制充电负载充电的通断。

可选的，所述充电安全保护电路还包括第二控制单元和用于显示充电输入电压值和充电电流值的显示模块，所述第二控制单元的数据输入端与第一控制单元的数据输出端连接，所述第二控制单元的电压输入端与直流低压插座的阳极连接，所述显示模块的显示数据输入端与第二控制单元的数据输出端连接。

通过采用上述技术方案，充电负载充电时，第一控制单元将采集到的充电电压输入值和充电电流值发送给第二控制单元，第二控制单元控制显示模块将充电电压输入值和充电电流值显示出来，以便于能够直观地了解充电电压输入值和充电电流值。

可选的，所述第二控制单元的控制输入端连接有用于切换显示模块显示对象的按键SW1，所述按键SW1的另一端与接地端连接。

通过采用上述技术方案，能够通过按键SW1切换显示模块显示的USB输入电压值和充电电流值，以便于提高使用体验感。

可选的，所述负载检测电路包括第七电阻器R7和PMOS管Q1，所述第七电阻器R7的一端为负载检测电路的电压输入端Load_IN1，所述第七电阻器R7的另一端与PMOS管Q1的栅极连接，所述PMOS管Q1的源极为负载检测电路的检测信号输入端Load_IN2，所述PMOS管Q1的漏极与接地端连接。

通过采用上述技术方案，充电负载的阴极通过第七电阻器R7和PMOS管后与接地端连接，从而插入充电负载后，PMOS管Q1导通，第一控制单元的插拔检测端检测到高电平，反之，PMOS管Q1未导通，第一控制单元的插拔检测端检测到低电平，从而便于检测充电负载是否插入。

可选的，所述充电安全保护电路还包括稳压电路，所述稳压电路的电压输入端用于与充电电源的正极连接，所述稳压电路的电压输出端与第一控制单元的电压输入端和第二控制单元的电压输入端连接。

通过采用上述技术方案，稳压电路起到稳压的作用，从而能够给第一控制单元和第二控制单元提供稳定的电压，从而有助于第一控制单元和第二控制单元稳定工作。

可选的，所述稳压电路包括线性稳压器U1、第二非极性电容器C2、第三非极性电容器C3和第四非极性电容器C4；其中，

所述第三非极性电容器C3的电容值大于第四非极性电容器C4的电容值；

所述线性稳压器U1的电压输入端VIN与第二非极性电容器C2的一端以及充电电源的正极连接，所述第二非极性电容器C2的另一端接地；

所述线性稳压器U1的电压输出端VOUT与第三非极性电容器C3的一端以及第四非极性电容器C4的一端连接，所述第三非极性电容器C3的另一端、第四非极性电容器C4的另一端与接地端连接。

通过采用上述技术方案，线性稳压器U1能够输出稳定的输出电压，第二非极性电容器C2、第三非极性电容器C3和第四非极性电容器C4起到滤波的作用，将低频噪声和高频噪声滤除，从而保护线性稳压器并使输出的直流电更为平滑。

第二方面，本申请提供一种充电安全保护装置，包括直流低压插座DC1，第一方面所述的充电安全保护电路应用于直流低压插座DC1，所述直流低压插座DC1的阳极与充电负载的阳极、电压检测电路的输入端以及稳压电路的电压输入端连接，所述直流低压插座DC1的阴极与接地端连接。

第一方面，本申请提供一种充电安全保护电路，采用如下的技术方案

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请提高一种充电安全保护电路，通过第一控制单元、充电开关电路、负载检测电路、电压检测电路和电流检测电路的共同作用，能够根据实时检测到的USB输入电压和充电电流，控制充电继续或断开，从而有助于提高充电安全性，进而能够降低充电设备损坏的几率，从而有助于减少人们的财产损失；

2.通过第二控制单元和显示模块的共同作用，能够直观地了解到充电输入电压值和充电电流值的大小，以便于能够根据显示的充电输入电压值和充电电流值的大小判断充电故障的原因，从而便于进行检修；

3.通过稳压电路的作用，能够给第一控制单元和第二控制单元提供稳定的电压，从而能使第一控制单元和第二控制单元稳定工作。

附图说明

图1是本申请实施例的整体的的结构框图。

图2是本申请实施例的用于展示稳压电路、直流低压插座和电压检测电路之间连接关系的电路原理图。

图3是本申请实施例的用于展示第一控制单元、电流检测电路、负载检测电路和充电开关电路之间连接关系的电路原理图。

图4是本申请实施例的用于展示按键与第二控制单元之间连接关系的电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本实施例以可充电电池C1作为充电负载。

本申请实施例公开了一种充电安全保护电路。参照图1，作为提高充电安全性的一种实施方式，还包括第一控制单元103、充电开关电路105、负载检测电路106，负载检测电路106、电压检测电路104和电流检测电路102；其中，

第一控制单元103的电压输入端VDD用于与充电电源的正极连接；

充电开关电路105的控制信号输入端PS_IN1与第一控制单元103连接，充电开关电路的电压输入端PS_IN2用于与充电负载的阴极连接；

负载检测电路106的电压输入端Load_IN1用于与充电负载的阴极连接，负载检测电路106的检测信号输入端Load_IN2与第一控制单元103的负载检测端连接；

电压检测电路104的输入端用于与充电电源的正极连接，电压检测电路104的输出端与第一控制单元103的电压检测端连接；

电流检测电路102的输入端用于与充电负载C1的阴极连接，电流检测电路102的输出端与第一控制单元103的电流检测端连接。

从而能够根据实时检测到的充电输入电压和充电电流，控制充电继续或断开，从而有助于提高充电安全性，进而能够降低充电设备损坏的几率，从而有助于减少人们的财产损失。

参照图3，作为第一控制单元103的一种实施方式，为使第一控制单元103能够对采集到充电输入电压和充电电流进行处理，并能接收负载检测电路106的信号，可选用AS086芯片。在其他实施例中，可以选用STM32F0等芯片。

需要说明的时，第一控制单元103可以同等替换成MCU，一样能够实现控制的功能。

参照图3，作为充电开关电路105的一种实施方式，充电开关电路105包括第一双N沟道MOS管U1、第五电阻器R5和第六电阻器R6；其中，

第五电阻器R5的一端为充电开关电路105的控制信号输入端PS_IN1，第五电阻器R5的另一端与第一双N沟道MOS管U1的G1端、G2端以及第六电阻器R6的一端连接，第六电阻器R6的另一端与接地端连接；

第一双N沟道MOS管U1的S1端、S2端为充电开关电路105的控制信号输入端PS_IN1，第一双N沟道MOS管U1的D端和D1 端用于与充电负载C1的阴极连接。

在本实施例中，选用型号为BL8205B的第一双N沟道MOS管来替代第一NMOS管Q2。双N沟道MOS管具有快速开关、超低导通电阻和高性价比的优点，能够快速控制充电的继续或停止。在其他实施例中，第一NMOS管Q2可以同等替换其它MOS管或开关管，一样能够实现控制开关的作用。

从而通过第一控制单元103的控制输出端输出高电平或低电平来控制充电开关电路105的闭合断开，从而控制充电负载C1继续充电或停止充电，从而便于控制充电负载C1充电的通断。

参照图3，作为负载检测电路106的一种实施方式，负载检测电路106包括第七电阻器R7和PMOS管Q1，第七电阻器R7的一端为负载检测电路106的电压输入端Load_IN1，第七电阻器R7的另一端与PMOS管Q1的栅极连接，PMOS管Q1的源极为负载检测电路106的检测信号输入端Load_IN2，PMOS管Q1的漏极与接地端连接，从而第一控制单元103的插拔检测端能够根据充电负载C1的插入或拔出而检测到高电平或低电平，从而便于检测充电负载C1是否插入。

在其他实施例中，PMOS管Q1可以用双P沟道低压MOS管来替代，双P沟道磨损管的第一栅极和第二栅极与第七电阻器R7的一端连接，第七电阻器R7的另一端充电负载C1的阴极连接，双P沟道低压MOS管的第一源极和第二源极与第一控制单元103的负载检测端PT1.0连接，双P沟道低压MOS管的第一漏极和第二漏极与接地端连接。同理，可以用其它MOS管或开关管来替换PMOS管Q1，同样能够进行充电负载的检测。

参照图3，作为电流检测电路102的一种实施方式，电流检测电路102包括第一电阻器R1、第二电阻器R2和第五非极性电容器C5；其中，

第一电阻器R1的一端用于与充电负载C1的阴极连接，第一电阻器R1的另一端与第五非极性电容器C5的一端、第二电阻器R2的一端以及第一控制单元103的电流检测端AI6和AI7连接，第二电阻器R2的另一端以及第五非极性电容器C5的另一端与接地端连接。

上述电流检测电路102的实施方式中，第一控制单元103能够检测到流过第二电阻器R2的电流，即充电电流，第一控制单元103的AI6端采集1A-5A的电流，AI7端采集1mA-1A的电流，从而便于采集不同大小的充电电流，有助于提高充电安全性。

参照图2，作为电压检测电路104的一种实施方式，电压检测电路104包括第三电阻器R3、第四电阻器R4和第六非极性电容器C6；其中，第三电阻器R3的一端用于与充电电源的正极连接，第三电阻器R3的另一端与第一控制单元103的电压检测端AI3、第四电阻器R4的一端以及第六非极性电容器C6的一端连接，第四电阻器R4的另一端以及第六非极性电容器C6的另一端与接地端连接。

上述电压检测电路104的实施方式中，第一控制单元103采集第四电阻器R4分得的电压值，由于第三电阻器R3和第四电阻器R4串联后与直流低压插座DC1的阳极连接，因此第四电阻器R4分得的电压的大小与充电电源的输入电压值的大小有关，即与充电输入电压的大小有关，从而根据第四电阻器R4分得的电压的大小就能判断充电输入电压的大小。

参照图1和图3，为了便于判断充电故障的原因，充电安全保护电路还包括第二控制单元107和用于显示USB输入电压值和充电电流值的显示模块108，第二控制单元107的数据输入端P13与第一控制单元103的数据输出端SDA连接，第二控制单元107的电压输入端用于与充电电源的正极连接，显示模块108的显示数据输入端与第二控制单元107的数据输出端连接。本实施例中，第二控制单元107选用AS275_8A芯片，第二控制单元107的VDD端与第七非极性电容C7的一端连接，第七非极性电容C7的另一端与接地端连接。其中，显示模块108可以包括数码管，也可以包括显示屏。

参照图4，为了便于切换显示模块108的显示对象，第二控制单元107的控制输入端PO4连接有用于切换显示模块108显示对象的按键SW1，按键SW1的另一端与接地端连接。

参照图2，作为充电安全保护电路进一步的实施方式，充电安全保护电路还包括稳压电路101，稳压电路101的电压输入端VIN与直流低压插座DC1的阳极连接，稳压电路101的电压输出端VCC与第一控制单元103的电压输入端VDD和第二控制单元107的电压输入端VDD连接。

需要说明的是，稳压电路的电压输入端VDD可与充电电源连接，也可以与其它直流电源连接，即第一控制单元103和第二控制单元107可由充电电源供电，也可以由其它直流电源供电。其它直流电源，包括蓄电池、锂电池等。

参照图2，作为稳压电路101的一种实施方式，稳压电路101包括线性稳压器U1、第二非极性电容器C2、第三非极性电容器C3和第四非极性电容器C4；其中，线性稳压器可选用AS7133芯片，

第三非极性电容器C3的电容值大于第四非极性电容器C4的电容值；

线性稳压器U1的电压输入端VIN与第二非极性电容器C2的一端以及充电电源的正极连接，第二非极性电容器C2的另一端接地；

线性稳压器U1的电压输出端VOUT与第三非极性电容器C3的一端以及第四非极性电容器C4的一端连接，第三非极性电容器C3的另一端、第四非极性电容器C4的另一端与接地端连接。

本申请实施例还公开了一种充电安全保护装置，包括直流低压插座DC1，上述的充电安全保护电路应用于直流插座DC1，直流低压插座DC1的阳极与充电负载C1的阳极、电压检测电路104的输入端以及稳压电路101的电压输入端连接，直流低压插座DC1的阴极与接地端连接。直流低压插座DC1选用DC003，直流低压插座DC1的1脚和3脚与接地端连接，直流低压插座DC1的3脚与第一非极性电容器C1的一端连接，第一非极性电容器C1的另一端与接地端连接。需要说明的是，这种充电安全保护装置可以应用于USB等充电方式中。

本申请实施例一种充电安全保护电路的实施原理为：作为本申请的具体实施方式，基于电路结构的设置，常态下，负载检测电路106检测到充电负载C1接入后，第一控制单元103控制充电开关电路105闭合，充电负载C1开始充电，在充电负载C1充电过程中，电流检测电路102和电压检测电路104实时采集充电输入电压和充电电流，第一控制单元103判断充电输入电压或充电电流是否过大，若充电输入电压或充电电流过大，则第一控制电路控制充电开关电路105断开，充电停止。其中，在充电过程中，显示模块108能够实时显示充电输入电压值和充电电流值。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种充电安全保护电路，其特征在于：包括第一控制单元(103)、充电开关电路(105)、负载检测电路(106)、电压检测电路(104)和电流检测电路(102)；其中，

所述第一控制单元(103)的电压输入端用于与充电电源的正极连接；

所述充电开关电路(105)的控制信号输入端PS_IN1与第一控制单元(103)的控制信号输出端连接，所述充电开关电路(105)的电压输入端PS_IN2用于与充电负载的阴极连接；

所述负载检测电路(106)的电压输入端Load_IN1用于与充电负载的阴极连接，所述负载检测电路(106)的检测信号输入端Load_IN2与第一控制单元(103)的负载检测信号输出端连接；

所述电压检测电路(104)的输入端与充电电源的正极连接，所述电压检测电路(104)的输出端与第一控制单元(103)的电压检测端连接；

所述电流检测电路(102)的输入端用于与充电负载的阴极连接，所述电流检测电路(102)的输出端与第一控制单元(103)的电流检测端连接。

2.根据权利要求1所述的一种充电安全保护电路，其特征在于：所述电流检测电路(102)包括第一电阻器R1、第二电阻器R2和第五非极性电容器C5；其中，

所述第一电阻器R1的一端用于与充电负载的阴极连接，所述第一电阻器R1的另一端与第五非极性电容器C5的一端、第二电阻器R2的一端以及第一控制单元(103)的电流检测端连接，所述第二电阻器R2的另一端以及第五非极性电容器C5的另一端与接地端连接。

3.根据权利要求1所述的一种充电安全保护电路，其特征在于：所述电压检测电路(104)包括第三电阻器R3、第四电阻器R4和第六非极性电容器C6；其中，

所述第三电阻器R3的一端用于与充电电源的正极连接，所述第三电阻器R3的另一端与第一控制单元(103)的电压检测端、第四电阻器R4的一端以及第六非极性电容器C6的一端连接，所述第四电阻器R4的另一端以及第六非极性电容器C6的另一端与接地端连接。

4.根据权利要求1所述的一种充电安全保护电路，其特征在于：所述充电开关电路(105)包括第一NMOS管Q2、第五电阻器R5和第六电阻器R6；其中，

所述第五电阻器R5的一端为充电开关电路(105)的控制信号输入端PS_IN1，所述第五电阻器R5的另一端与第NMOS管Q2的栅极以及第六电阻器R6的一端连接，所述第六电阻器R6的另一端与接地端连接；

所述第一NMOS管Q2的源极为充电开关电路(105)的控制信号输入端PS_IN1，所述第一NMOS管Q2的漏极用于与充电负载的阴极连接。

5.根据权利要求1所述的一种充电安全保护电路，其特征在于：所述充电安全保护电路还包括第二控制单元(107)和用于显示充电输入电压值和充电电流值的显示模块(108)，所述第二控制单元(107)的数据输入端与第一控制单元(103)的数据输出端连接，所述第二控制单元(107)的电压输入端用于与充电电源的正极连接，所述显示模块(108)的显示数据输入端与第二控制单元(107)的数据输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种充电安全保护电路，其特征在于：所述第二控制单元(107)的控制输入端连接有用于切换显示模块(108)显示对象的按键SW1，所述按键SW1的另一端与接地端连接。

7.根据权利要求1所述的一种充电安全保护电路，其特征在于：所述负载检测电路(106)包括第七电阻器R7和PMOS管Q1，所述第七电阻器R7的一端为负载检测电路(106)的电压输入端Load_IN1，所述第七电阻器R7的另一端与PMOS管Q1的栅极连接，所述PMOS管Q1的源极为负载检测电路(106)的检测信号输入端Load_IN2，所述PMOS管Q1的漏极与接地端连接。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种充电安全保护电路，其特征在于：所述充电安全保护电路还包括稳压电路(101)，所述稳压电路(101)的电压输入端用于与充电电源的正极连接，所述稳压电路(101)的电压输出端与第一控制单元(103)的电压输入端和第二控制单元(107)的电压输入端连接。

9.根据权利要求8所述的一种充电安全保护电路，其特征在于：所述稳压电路(101)包括线性稳压器U1、第二非极性电容器C2、第三非极性电容器C3和第四非极性电容器C4；其中，

所述第三非极性电容器C3的电容值大于第四非极性电容器C4的电容值；

所述线性稳压器U1的电压输入端VIN与第二非极性电容器C2的一端以及充电电源的正极连接，所述第二非极性电容器C2的另一端接地；

所述线性稳压器U1的电压输出端VOUT与第三非极性电容器C3的一端以及第四非极性电容器C4的一端连接，所述第三非极性电容器C3的另一端、第四非极性电容器C4的另一端与接地端连接。

10.一种充电安全保护装置，包括直流低压插座DC1，其特征在于，所述权利要求1至9任一项所述的充电安全保护电路应用于直流低压插座DC1，所述直流低压插座DC1的阳极与充电负载的阳极、电压检测电路(104)的输入端以及稳压电路(101)的电压输入端连接，所述直流低压插座DC1的阴极与接地端连接。

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