CN215345001U - 真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路，包括有PMOS管Q5、PMOS管Q6以及电阻R11；所述PMOS管Q5具有第一源极、第一栅极以及用于连接蓝牙耳机之第一充电触点的第一漏极；所述PMOS管Q6具有第二源极、第二栅极以及用于连接蓝牙耳机之电池正极的第二漏极；所述第一源极通过电阻R11连接第一栅极，同时，所述第二源极通过电阻R11连接第二栅极，所述第一栅极和第二栅极共同连接后形成控制输入端；其形成在需要充电时充电开关才接通，在不需要充电时充电开关不接通，并且，在不充电状态下蓝牙耳机内电池的电能不会往外泄放，提高使用安全性，以及，整体电路结构设计巧妙合理，各电路性能稳定和安全可靠。

Description

真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路

技术领域

本实用新型涉及一种蓝牙耳机充电开关电路技术领域，尤其是指一种真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路。

背景技术

近几年，TWS蓝牙耳机越来越火，其由两只耳机加一个充电盒组成。为了考虑便携，整个产品外形也是越做越小，续航时间要求却越来越长，甚至有些TWS蓝牙耳机把这个续航时间作为了一个卖点，以此获取更好的市场认可与接受度。

当前的这些蓝牙耳机都是先将充电盒里3.7伏用DC/DC升压到5伏，然后再送到耳机，在耳机端通过降压电路将5伏转成电池所需要的电压(通常为3.0伏至4.2伏)充到耳机的电池里面。在这个过程中，DC/DC为开关模式，效率通常能做到95%以上，因耳机与充电盒开关同步问题(开关不同步，会使电能无法正常传递)，耳机里面的充电电路为线性半导通工作模式，平均效率在65%左右。在这个电压一升一降的转换过程中，总的电能损失了35%以上。

从以上数据来看，能量损失主要是耳机内的充电电路，如果取消这部份电路，将充电盒里3.7伏直接转换成耳机所需要的3.0伏至4.2伏，效率将直接提升到95%以上。如果是这样，耳机里的电池正负极将直接与外部充电触点相连接，当不充电时，一旦有导体短路这两个触点时，耳机电池里的电能就会往外泻放，存在安全隐患。这就需要有一个新的方案来解决这个痛点。

因此，本实用新型专利申请中，申请人精心研究了一种真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路结构来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术所存在不足，主要目的在于提供一种真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路，其在需要充电时充电开关才饱和接通，在不需要充电时充电开关不接通，并且，在不充电状态下蓝牙耳机端内电池的电能不会往外泄放，提高使用安全性，以及，整体电路结构设计巧妙合理，各电路性能稳定和安全可靠。

为实现上述之目的，本实用新型采取如下技术方案：

一种真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路，包括有PMOS管Q5、PMOS管Q6以及电阻R11；

所述PMOS管Q5具有第一源极、第一栅极以及用于连接蓝牙耳机之第一充电触点的第一漏极；

所述PMOS管Q6具有第二源极、第二栅极以及用于连接蓝牙耳机之电池正极的第二漏极；

所述第一源极通过电阻R11连接第一栅极，同时，所述第二源极通过电阻R11连接第二栅极，所述第一栅极和第二栅极共同连接后形成控制输入端。

作为一种优选方案，还包括有电阻R9和NMOS驱动管Q7；

所述NMOS驱动管Q7具有第三漏极、用于连接蓝牙主控芯片U3之GPIO引脚的第三栅极以及用于连接蓝牙耳机之电池负极和第二充电触点的第三源极；

所述第三栅极通过电阻R9连接第一漏极，所述第三源极接地，所述第三漏极连接控制输入端。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言：其主要是通过PMOS管Q5和PMOS管Q6的配合，能够在需要充电时充电开关才接通，在不需要充电时充电开关不接通，并且，在不充电状态下蓝牙耳机端内电池的电能不会往外泄放，提高使用安全性，以及，整体电路结构设计巧妙合理，各电路性能稳定和安全可靠。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型之实施例的大致控制框图；

图2是本实用新型之实施例的蓝牙耳机充电系统的大致控制框图。

图3是本实用新型之实施例的蓝牙耳机充电系统的电路原理图。

附图标号说明：

10、蓝牙耳机充电盒电路

11、第一电池

121、电流采样电路 122、电压采样电路

13、第一充电开关单元 14、第三充电触点

15、第四充电触点 16、第一通信电路

17、充电接口

20、蓝牙耳机电路

21、第二电池 22、第二充电开关单元

23、第一充电触点 24、第二充电触点

25、第二通信电路。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步描述。

如图1至图3所示，一种真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路，其主要应用于真无线蓝牙耳机，其包括有PMOS管Q5、PMOS管Q6和电阻R11；

所述PMOS管Q5具有第一源极、第一栅极以及用于连接蓝牙耳机之第一充电触点的第一漏极；所述PMOS管Q6具有第二源极、第二栅极以及用于连接蓝牙耳机之电池正极的第二漏极；所述第一源极通过电阻R11连接第一栅极，同时，所述第二源极通过电阻R11连接第二栅极，所述第一栅极和第二栅极共同连接后形成控制输入端。

所述控制输入端通过NMOS驱动管Q7连接蓝牙主控芯片U3之GPIO引脚。所述NMOS驱动管Q7具有第三漏极、用于连接蓝牙主控芯片U3之GPIO引脚的第三栅极以及用于连接蓝牙耳机之电池负极和第二充电触点的第三源极；所述第三栅极通过电阻R9连接第一漏极，所述第三源极接地，所述第三漏极连接控制输入端。

当蓝牙耳机之电池没有足够电量可以让蓝牙主控芯片U3工作时，蓝牙耳机之第一充电触点的电压会经电阻R9为NMOS驱动管Q7的第三栅极提供高电位，使得NMOS驱动管Q7的第三漏极和第三源极导通，电阻R11的两端有了正向负电压，继而使得PMOS管Q5和PMOS管Q6导通，以实现对蓝牙耳机之电池充电。

当需要关断PMOS管Q5和PMOS管Q6关断时，需要蓝牙主控芯片U3之GPIO引脚输出低电位，强行让NMOS驱动管Q7的第三栅极与第三源极之间的电压为0V，使得NMOS驱动管Q7的第三漏极和第三源极不导通，再由于存在电阻R11，PMOS管Q5和PMOS管Q6的相应栅极和源极两端电压为0V，即可使PMOS管Q5和PMOS管Q6关断。

接下来以整个蓝牙耳机充电系统为例进行说明：

一种蓝牙耳机充电系统，包括有蓝牙耳机充电盒电路10以及蓝牙耳机电路20，其中：

所述蓝牙耳机充电盒电路10包括有第一电池11、DC/DC转换电路、第一充电开关单元13、第三充电触点14、第四充电触点15、第一通信电路16以及充电盒主控电路；

所述第一电池11连接DC/DC转换电路的输入端，所述DC/DC转换电路的输出端通过第一充电开关单元13分别连接第三充电触点14和第四充电触点15，所述第一通信电路16连接第三充电触点14，所述充电盒主控电路分别连接DC/DC转换电路、第一充电开关单元13以及第一通信电路16。优选地，所述第一电池11为可充电电池，还包括有用于给第一电池11充电的充电接口17，所述充电接口17的两端分别连接第一电池11的正负极。优选地，所述充电接口17为USB充电接口17。

所述蓝牙耳机电路20包括有第二电池21、第二充电开关单元22、第二通信电路25、蓝牙耳机主控电路、可拆式连接于第三充电触点14的第三端口以及可拆式连接于第四充电触点15的第四端口，所述第二电池21为可充电电池，所述第二电池21通过第二充电开关单元22分别连接第三端口和第四端口，所述第二通信电路25连接第三端口，所述蓝牙耳机主控电路分别连接第二充电开关单元22和第二通信电路25，所述蓝牙耳机主控电路还连接第二电池21以监测第二电池21的充电电压；

所述充电盒主控电路通过第一通信电路16和第二通信电路25与蓝牙耳机主控电路相互连接。

在本实施例中，所述充电盒主控电路包括有充电盒主控芯片U2，所述充电盒主控芯片U2具有GPIO1引脚、ADC_IN1引脚、GPIO2引脚、ADC_IN2引脚、UART_RX引脚以及UART_TX引脚；

所述GPIO1引脚和ADC_IN1引脚分别连接DC/DC转换电路，所述GPIO2引脚和ADC_IN2引脚分别连接第一充电开关单元13，所述UART_RX引脚和UART_TX引脚分别连接第一通信电路16。

在本实施例中，所述第一通信电路16包括有第六开关管、第七开关管、电阻R10和电阻R7；

第六开关管的控制端连接UART_TX引脚，第六开关管的第一端连接第七开关管的控制端且连接第三充电触点14，第六开关管的第二端连接第七开关管的第二端且接地，所述UART_RX引脚连接第七开关管的第一端，所述电阻R7具有第一电阻连接端和用于连接电源VCC的第二电阻连接端，所述第一电阻连接端连接第七开关管的第一端，所述第二电阻连接端通过电阻R10连接第三充电触点14。

在本实施例中，所述第一充电开关单元13包括有第八开关管和电阻R6，所述DC/DC转换电路的输出端包括有第一输出端和第二输出端；

所述第一输出端连接第八开关管的第二端，所述第八开关管的第二端通过电阻R6连接第八开关管的控制端，所述第八开关管的控制端连接GPIO2引脚，所述第三充电触点14连接第八开关管的第一端，第八开关管的第一端连接ADC_IN2引脚。

所述DC/DC转换电路的输出端分别通过电流采样电路121和电压采样电路122连接充电盒主控电路。在本实施例中，所述DC/DC转换电路包括有DC/DC芯片U1、第九开关管、电感L1、二极管D1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及电阻R5；

所述DC/DC芯片U1具有第一引脚至第八引脚，第一电池11的正负极并联有电容C1，第八引脚连接第一电池11的正极，电感L1的一端连接第八引脚，电感L1的另一端连接二极管D1的正极，第九开关管的第一端连接二极管D1的正极，第六引脚连接第九开关管的控制端，二极管D1的负极通过电容 C3接地，二极管D1的负极通过电容 C4连接第一引脚；

所述输入端包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端为第八引脚，所述第四引脚为第二输入端，所述电阻R4的非串联节点为第一输出端，所述第一引脚为第二输出端。

所述电流采样电路121包括有采样电阻R3，所述采样电阻R3的一端接地，采样电阻R3的另一端连接充电盒主控电路的ADC_IN1引脚，所述第一引脚连接采样电阻R3的另一端且第一引脚连接第四充电触点15；

所述电压采样电路122包括有相串联的采样电阻R4和采样电阻R5，二极管D1的负极连接采样电阻R4的非串联节点，采样电阻R4和采样电阻R5的串联节点连接第三引脚，采样电阻R5的非串联节点连接充电盒主控电路的ADC_IN1引脚；

第四引脚、第五引脚以及第九开关管的第二端均连接第一电池11的负极且接地；所述GPIO1引脚连接第七引脚，第七引脚通过电阻R2接地，第二引脚通过电容C2和电阻R1接地。

在本实施例中，所述蓝牙耳机主控电路包括有蓝牙耳机主控芯片U3，所述蓝牙耳机主控芯片U3具有VBAT引脚、GPIO引脚、UART_RX1引脚以及UART_TX1引脚；

所述VBAT引脚连接第二电池21的正极，所述GPIO引脚连接第二充电开关单元22，所述蓝牙耳机主控芯片U3的UART_RX1引脚和UART_TX1引脚分别连接第二通信电路25。

所述第二通信电路25包括第四开关管、第五开关管以及电阻R8；第四开关管的控制端连接蓝牙耳机主控芯片U3的UART_TX1引脚，第四开关管的第一端连接第五开关管的控制端且连接第三端口，第四开关管的第二端连接第五开关管的第二端且接地，所述蓝牙耳机主控芯片U3的UART_RX1引脚连接第五开关管的第一端，所述电阻R8具有第三电阻连接端和用于连接电源VCC的第四电阻连接端，所述第三电阻连接端连接第五开关管的第一端。在本实施例中，所述第二充电开关单元22为前述真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路，所述第三端口为蓝牙耳机之第一充电触点23，所述第四端口为蓝牙耳机之第二充电触点24。

接下来大致说明下本实施例的工作原理：

当蓝牙耳机被置于蓝牙耳机充电盒内后，金属顶针与对应的金属触点电接触，即，蓝牙耳机充电盒电路10的第三充电触点14与蓝牙耳机电路20的第三端口连接，蓝牙耳机充电盒电路10的第四充电触点15与蓝牙耳机电路20的第四端口连接。

电源VCC则会依次经过电阻R10、第三充电触点14和第三端口传输到第五开关管的控制端，第五开关管导通；此时，如果第二电池21仍然有电量时，则蓝牙耳机主控芯片U3的UART_RX1引脚的电位由高变低，接着，蓝牙耳机主控芯片U3通过VBAT引脚来检测第二电池21当前的电池电量。

当检测完第二电池21当前的电池电量后，蓝牙耳机主控芯片U3的UART_TX1引脚发出第一信息指令（与此同时，蓝牙耳机主控芯片U3的UART_RX1引脚也会接收到第一信息指令，但是不作任何处理），这个第一信息指令会依次通过第四开关管、第三端口和第三充电触点14传输到第七开关管的控制端，第七开关管导通或开漏到地，继而充电盒主控芯片U2的UART_RX引脚能够接收到上述第一信息指令。

接着，充电盒主控芯片U2开始初始化，进行读取第一电池11的电池电量、温度和各部分电路状态，在确认没问题后，充电盒主控芯片U2的UART_TX引脚发出第二信息指令，这个第二信息指令会依次通过第六开关管、第三充电触点14和第三端口传输到第五开关管的控制端，第五开关管导通，蓝牙耳机主控芯片U3的UART_RX1引脚的电位由高变低，即蓝牙耳机主控芯片U3能够接收到时第二信息指令，完成充电盒主控芯片U2和蓝牙耳机主控芯片U3两者的信息交互。此处需要说明的是，如果蓝牙耳机主控芯片U3仍然与移动终端蓝牙连接的话，移动终端也能够收到第一电池11的电池电量、温度和各部分电路状态的信息。

在确认蓝牙耳机充电盒电路10和蓝牙耳机电路20都没有问题的情况下，蓝牙耳机主控芯片U3的GPIO引脚输出高电位至NMOS驱动管Q7的控制端，NMOS驱动管Q7导通，继而第一开关管和第二开关管依次导通，完成第二充电开关单元22的导通。接着，蓝牙耳机主控芯片U3的UART_TX1引脚发出第三信息指令（与此同时，蓝牙耳机主控芯片U3的UART_RX1引脚也会接收到第三信息指令，但是不作任何处理），这个第三信息指令会依次通过第四开关管、第三端口和第三充电触点14传输到第七开关管的控制端，第七开关管导通或开漏到地，继而充电盒主控芯片U2的UART_RX引脚能够接收到上述第三信息指令。

当充电盒主控芯片U2在接收到第三信息指令后，充电盒主控芯片U2先通过GPIO1引脚控制DC/DC芯片U1打开，再通过GPIO2引脚控制第八开关管打开，完成充电初始化并开始对第二电池21充电。在对第二电池21充电过程中，充电盒主控芯片U2通过ADC_IN1引脚监控采样电阻R3两端的电压，以此监控充电电流，第二电池21两端实时的充电电压则由蓝牙耳机主控芯片U3从VBAT引脚采集并依次通过第四开关管、第三端口和第三充电触点14和第七开关管上报给充电盒主控芯片U2。当充电电流掉到预设电流的0.1C时，依次关闭DC/DC芯片U1、第八开关管、PMOS管Q5和PMOS管Q6，完成对第二电池21的充电。

当蓝牙耳机被置于蓝牙耳机充电盒内后，如果第二电池21没有电量时，充电盒主控芯片U2就不会收到蓝牙耳机主控芯片U3发来的信息指令， 此时，充电盒主控芯片U2就会控制DC/DC芯片U1和第八开关管打开，先让第二电池21充电，使得其能够让蓝牙耳机主控芯片U3得电工作，继而才能够对第二电池21的电池电量进行检查。

在本实施例中，所述第六开关管为NMOS管Q2，所述第七开关管为NMOS管Q4，所述第四开关管为NMOS管Q9，所述第五开关管为NMOS管Q8，所述第九开关管为NMOS管Q1，当然，第六开关管、第七开关管、第四开关管、第五开关管以及第九开关管也可以NPN三极管（集电极相当于漏极，基极相当于栅极，发射极相当于源极）；

所述第八开关管为PMOS管Q3，当然，第八开关管也可以PNP三极管（集电极相当于漏极，基极相当于栅极，发射极相当于源极）。

接下来大致说明下本实施例的充电转换效率和现有技术的充电转换效率的区别：

本实施例的充电转换效率如下：假设电感L1的内阻为0.1欧、二极管D1的正向压降为0.15伏，所有开关管的内阻为50毫欧、充电电流为0.1安培、第一电池11BT1的电压为3.7伏，第二电池21的电压为3.0伏(此处为最低电池电压V6且为效率最低状态)计算。定义PMOS管Q3的源极和漏极之间的电压为第一电压V1，定义PMOS管Q5的源极和漏极之间的电压为第二电压V2，定义PMOS管Q6的源极和漏极之间的电压为第三电压V3，定义采样电阻R3两端的电压为第四电压V4，定义二极管D1的正向压降为第五电压V5，定义输出总功率为输出总功率P1，定义电感L1的功率为功率P2，定义NMOS管Q1的功率为功率P3，定义输入功率为输入功率P4，定义输入电流为电流I1，定义通过电感L1的电流为I2，定义通过NMOS管Q1的电流为I3；

V1= V2= V3=0.1安培乘以0.01欧=0.001伏；V4=0.1安培乘以0.01欧=0.001伏；

所述输出总功率P1为输出总电压与充电电流的乘积，其中，输出总电压为V1、V2、V3、V4、V5以及V6六者的总和，充电电流为0.1安培。

因此，所述输出总功率：

P1=（V6+V1+V2+V3+V4+V5）*0.1

=（3+0.005+0.005+0.005+0.001+0.15）*0.1

=0.3166瓦特。

根据能量守恒定律可得：P4= P2+ P3+ P1，其中，P4=3.7*I1；

因此，3.7*I1=（I2的平方*0.1）+（I3的平方*0.1）+0.3166瓦特。

其中，在输入升压回路中，第一电池11、电感L1和NMOS管Q1三者为串联，因此，I1=I2=I3=0.089183安培；

总效率：（3.0伏乘以0.1安培）除以（3.0伏乘以0.089183安培）=90.91%。

现有技术的充电转换效率如下：

在相同条件下，现有蓝牙耳机为线性充电，整个回路中的电流都为0.1安培，DC/DC的输出始终为5.0伏，定义输出总功率为P0，定义输入电流为I0，定义通过电感L1的电流为I21，定义通过NMOS管Q1的电流为I31；定义二极管D1的正向压降为电压V0且为0.15伏；

充电转换效率计算如下：

输出总功率为

P总=(5.0伏+ V0)乘以0.1安培=(5+0.15)乘以0.1安培=0.515瓦特；

在此情况下，DC/DC输入升压回路中电流为：

I0=I21=I31=0.1450705安培；

总效率为：

(3.0伏乘以0.1安培)除以(3.7伏乘以0.1450705安培)=55.89%，以此来看，本实施例的电路效率最高可提升为：90.91%-55.89%=35%。

需要说明的是，本实施例在能量转换过程中只有降压或升压，不会有升压或降压同时存在。同时，本实施例是通过充电盒主控芯片U2控制控制DC/DC芯片U1和第八开关管两者的打开，可以将充电效率提高到90%以上。另外，第二充电开关单元22只有在充电时才接通。在蓝牙耳机端内只有第二充电开关单元22中PMOS管Q5和PMOS管Q6两者的内阻造成损耗，还有就是本实施例的蓝牙耳机主控芯片U3和充电盒主控芯片U2会耗电，但是蓝牙耳机主控芯片U3和充电盒主控芯片U2两者的损耗是可以被忽略的。

本实用新型设计要点在于，其主要是通过PMOS管Q5和PMOS管Q6的配合，形成在需要充电时充电开关才接通，在不需要充电时充电开关不接通，并且，在不充电状态下蓝牙耳机端内电池的电能不会往外泄放，提高使用安全性，以及，整体电路结构设计巧妙合理，各电路性能稳定和安全可靠。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路，其特征在于：包括有PMOS管Q5、PMOS管Q6以及电阻R11；

所述PMOS管Q5具有第一源极、第一栅极以及用于连接蓝牙耳机之第一充电触点的第一漏极；

所述PMOS管Q6具有第二源极、第二栅极以及用于连接蓝牙耳机之电池正极的第二漏极；

所述第一源极通过电阻R11连接第一栅极，同时，所述第二源极通过电阻R11连接第二栅极，所述第一栅极和第二栅极共同连接后形成控制输入端。

2.根据权利要求1所述的真无线蓝牙耳机充电系统之蓝牙耳机充电开关电路，其特征在于：还包括有电阻R9和NMOS驱动管Q7；

所述NMOS驱动管Q7具有第三漏极、用于连接蓝牙主控芯片U3之GPIO引脚的第三栅极以及用于连接蓝牙耳机之电池负极和第二充电触点的第三源极；

所述第三栅极通过电阻R9连接第一漏极，所述第三源极接地，所述第三漏极连接控制输入端。

Images