CN220584369U - 一种充电电量检测电路及终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种充电电量检测电路及终端设备，充电电量检测电路包括分压模块、开关模块和充电模块；分压模块连接开关模块、充电模块、USB接口和主控制器；充电模块连接开关模块和电池；分压模块根据USB接口输入的电源电压输出高电平的开关信号，还根据主控制器的控制输出低电平的开关信号；开关模块根据开关信号的高低电平来控制充电电压的输出状态；充电模块根据开关信号和充电电压来控制对电池的充电状态；根据主控制器输出低电平的开关信号暂停充电并延迟预设时间，检测主控制器读取电池电压后恢复充电。停止充电并延迟预设时间后再读取，即可避免充电时电池电压虚高导致读取结果不准确的问题，大大提高了读取精度。

Description

一种充电电量检测电路及终端设备

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种充电电量检测电路及终端设备。

背景技术

目前市面上的电池电量检测方案，大多使用电量计来检测电池电量，这样做虽然可以提高检测精度，但是有很大的弊端。一是量产前需要建模，耗时半个月左右，出厂产品只能使用建模电池的品牌和型号，如果更换电池就会造成很大的误差。二是电量计价格比较贵，需要一两块钱左右，属于比较贵的芯片。三是电量计在建模完成后需要软件去进行复杂的调试，每次拔掉电池以后需要3个小时以上才能完成精度检测。

另一种电池电量检测方案，是直接将电池通过分压后传输至MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)的ADC脚，由MCU进行检测。这种方案有一个很大的弊端，就是在充电时电池电压是虚高，此时读取的电压值不准确，基本上无法达到20％以内的精度，虽然价格便宜但精度较低，影响用户使用。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种充电电量检测电路及终端设备，以解决现有充电时读取电池电压导致读取的电压值不准确的问题。

本实用新型实施例提供一种充电电量检测电路，连接USB接口、主控制器和电池，其中，所述充电电量检测电路包括分压模块、开关模块和充电模块；所述分压模块连接开关模块、充电模块、USB接口和主控制器；充电模块连接开关模块和电池；

所述分压模块根据USB接口输入的电源电压输出高电平的开关信号，还根据主控制器的控制输出低电平的开关信号；

所述开关模块根据开关信号的高低电平来控制充电电压的输出状态；

所述充电模块根据开关信号和充电电压来控制对电池的充电状态；根据主控制器输出低电平的开关信号暂停充电并延迟预设时间，检测主控制器读取电池电压后恢复充电。

可选地，所述的充电电量检测电路中，所述分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接第二电阻的一端、开关模块、充电模块和主控制器的GPIO脚；第一电阻的另一端连接USB接口，第二电阻的另一端接地。

可选地，所述的充电电量检测电路中，所述开关模块包括第一开关管、第二开关管和第三电阻；所述第一开关管的栅极连接第一电阻的一端，第一开关管的源极接地，第一开关管的漏极连接第二开关管的栅极和第三电阻的一端，第二开关管的源极连接第三电阻的另一端和USB接口，第二开关管的漏极连接充电模块。

可选地，所述的充电电量检测电路中，所述开关模块还包括第一电容、第四电阻和第五电阻；所述第一电容与第三电阻并联，第四电阻的一端连接第一开关管的栅极，第四电阻的另一端连接第一电阻的一端，第五电阻的一端连接第一开关管的漏极，第五电阻的另一端连接第二开关管的栅极。

可选地，所述的充电电量检测电路中，所述开关模块还包括第二电容和第三电容，所述第二电容的一端连接第二开关管的源极和第三电阻的另一端，第三电容的一端连接第二开关管的漏极，第二电容的另一端和第三电容的另一端均接地。

可选地，所述的充电电量检测电路中，所述充电模块包括充电芯片和第六电阻，所述充电芯片的TEMP脚连接第六电阻的一端和地，充电芯片的PROG脚连接第六电阻的另一端，充电芯片的GND脚和PGND脚均接地，充电芯片的VCC脚连接第二开关管的漏极，充电芯片的CE脚连接第一电阻的一端和主控制器的GPIO脚，充电芯片的VBAT脚连接电池的正极，电池的正极连接主控制器的ADC脚。

可选地，所述的充电电量检测电路中，所述第一电阻的阻值为4.7KΩ，第二电阻的阻值为10KΩ。

可选地，所述的充电电量检测电路中，所述第一开关管是NMOS管，第二开关管是PMOS管。

可选地，所述的充电电量检测电路中，所述第三电阻的阻值为1M。

本实用新型实施例第二方面提供了一种终端设备，包括一壳体，所述壳体内设有一主板，所述主板上设有USB接口、主控制器、电池和所述的充电电量检测电路；所述充电电量检测电路根据USB接口输入的电源电压来控制充电状态；主控制器读取电池电压时控制充电电量检测电路暂停充电，延迟预设时间后读取电池电压再恢复充电。

本实用新型实施例提供的技术方案中，充电电量检测电路包括分压模块、开关模块和充电模块；分压模块连接开关模块、充电模块、USB接口和主控制器；充电模块连接开关模块和电池；分压模块根据USB接口输入的电源电压输出高电平的开关信号，还根据主控制器的控制输出低电平的开关信号；开关模块根据开关信号的高低电平来控制充电电压的输出状态；充电模块根据开关信号和充电电压来控制对电池的充电状态；根据主控制器输出低电平的开关信号暂停充电并延迟预设时间，检测主控制器读取电池电压后恢复充电。无需使用电量计来读取电压，节约了成本，还无需建模，对电池的品牌和型号也没有限制，可以让厂商或者客户随意更换电池；读取电池电压时先停止充电，延迟预设时间后再读取即可避免充电时电池电压虚高导致读取结果不准确的问题，大大提高了读取精度，电量精度可以控制在3％以内，还不影响充电和使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例中主板的结构框图。

图2为本实用新型实施例中分压模块和开关模块的电路图。

图3为本实用新型实施例中充电模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的一种终端设备包括一壳体，所述壳体内设有一主板，所述主板上集成了USB接口、主控制器、电池，以及本实施例提供的充电电量检测电路10；所述充电电量检测电路连接USB接口、主控制器和电池，主控制器连接电池。所述充电电量检测电路根据USB接口输入的电源电压CH_5V来控制充电状态；主控制器读取电池电压时控制充电电量检测电路暂停充电，延迟预设时间后读取电池电压再恢复充电。

所述充电电量检测电路10适用于所有需要对电池充电的主板上，即终端设备可为手机、平板、剃须刀、电动美容仪等。

所述充电电量检测电路10包括分压模块110、开关模块120和充电模块130；所述分压模块110连接开关模块120、充电模块130、USB接口和主控制器；充电模块130连接开关模块120和电池；所述分压模块110根据USB接口输入的电源电压CH_5V输出高电平的开关信号CHAR_CE，还根据主控制器的控制输出低电平的开关信号CHAR_CE；开关模块120根据开关信号CHAR_CE的高低电平来控制充电电压CH_VCC的输出状态；充电模块130根据开关信号CHAR_CE和充电电压CH_VCC来控制对电池的充电状态，还根据主控制器输出的低电平的开关信号CHAR_CE暂停充电并延迟预设时间，检测主控制器读取电池电压后恢复充电。

无需使用电量计来读取电压，节约了成本，还无需建模，对电池的品牌和型号也没有限制，可以让厂商或者客户随意更换电池；读取电池电压时先停止充电，延迟预设时间后再读取即可避免充电时电池电压虚高导致读取结果不准确的问题，大大提高了读取精度，电量精度可以控制在3％以内，还不影响充电和使用。需要理解的是，所述主控制器优选型号为XX，其读取电池电压的控制方式(如输出低电平的开关信号CHAR_CE，延迟预设时间)为现有技术，用户可根据需求设置每隔多久读取一次，预设时间的长短等。

请一并参阅图2，所述分压模块110包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的一端、开关模块120、充电模块130和主控制器的GPIO脚；第一电阻R1的另一端连接USB接口(具体为输入5V电压的电源脚)，第二电阻R2的另一端接地。

其中，所述第一电阻R1的阻值优选为4.7KΩ，第二电阻R2的阻值优选为10KΩ。当USB接口插入充电器时，5V的电源电压CH_5V输入，经过R1和R2分压后输出3.3V的开关信号CHAR_CE给开关模块120和充电模块130。主控制器的GPIO脚为输出状态时，可输出低电平来将开关信号CHAR_CE强制拉下；为输入状态时，不改变开关信号CHAR_CE的高低电平。

所述开关模块120包括第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三电阻R3；所述第一开关管Q1的栅极连接第一电阻R1的一端，第一开关管Q1的源极接地，第一开关管Q1的漏极连接第二开关管Q2的栅极和第三电阻R3的一端，第二开关管Q2的源极连接第三电阻R3的另一端和USB接口(具体为输入5V电压的电源脚)，第二开关管Q2的漏极连接充电模块130。

其中，所述第一开关管Q1是NMOS管，型号优选为YC2302EASF；第二开关管Q2是PMOS管，型号优选为WPM3401。第三电阻R3的阻值优选为1M，其用于Q1截止时将Q2的栅极上拉为高电平，以避免Q2的栅极电压不确定导致误通断。

所述开关信号CHAR_CE为高电平时，第一开关管Q1导通将第二开关管Q2的栅极下拉，Q2导通，电源电压CH_5V通过Q2输出为充电电压CH_VCC给充电模块130。开关信号CHAR_CE为低电平或没有时，Q1截止，Q2的栅极被R3上拉，Q2截止，电源电压CH_5V停止输出，则无充电电压CH_VCC输出。

优选地，所述开关模块120还包括第一电容C1、第四电阻R4和第五电阻R5；所述第一电容C1与第三电阻R3并联，第四电阻R4的一端连接第一开关管Q1的栅极，第四电阻R4的另一端连接第一电阻R1的一端，第五电阻R5的一端连接第一开关管Q1的漏极，第五电阻R5的另一端连接第二开关管Q2的栅极。

其中，第一电容C1的规格优选为01uF(容值)/16V(耐压)，用于滤波以确保Q2的导通更加稳定。第四电阻R4和第五电阻R5的阻值优选为100KΩ，R4用于限流以保护Q1，R5用于限流以保护Q2。

优选地，所述开关模块120还包括第二电容C2和第三电容C3，所述第二电容C2的一端连接第二开关管Q2的源极和第三电阻R3的另一端，第三电容C3的一端连接第二开关管Q2的漏极，第二电容C2的另一端和第三电容C3的另一端均接地。

其中，第二电容C2和第三电容C3的规格优选为01uF(容值)/16V(耐压)，C2用于对输入的电源电压CH_5V滤波，C3用于对输出的充电电压CH_VCC滤波，使后级充电时更加稳定。

请一并参阅图3，所述充电模块130包括充电芯片U1和第六电阻R6，所述充电芯片U1的TEMP脚连接第六电阻R6的一端和地，充电芯片U1的PROG脚连接第六电阻R6的另一端，充电芯片U1的GND脚和PGND脚均接地，充电芯片U1的VCC脚连接第二开关管Q2的漏极，充电芯片U1的CE脚连接第一电阻R1的一端和主控制器的GPIO脚，充电芯片U1的VBAT脚连接电池的正极，电池的正极连接主控制器的ADC脚。

其中，所述充电芯片U1的型号优选为CL4056，其最高充电电流为1A。开关信号CHAR_CE为高电平时，充电芯片U1工作，将充电电压CH_VCC输出对电池充电。开关信号CHAR_CE为低电平时，充电芯片U1不工作，停止充电。

请继续参阅图1至图3，所述主板的工作原理为：

当USB接口插入充电器时，5V的电源电压CH_5V经过R1和R2分压后输出3.3V高电平的开关信号CHAR_CE。此时Q1导通将Q2的栅极下拉，Q2导通，电源电压CH_5V通过Q2输出为充电电压CH_VCC至充电芯片U1。基于此时充电芯片U1的CE脚(使能脚)处于高电平，充电芯片U1工作处于充电状态。电池电压VBAT会直接升高0.5V以上，按照最大1A充电，

基于主控制器的GPIO脚连接充电芯片U1的CE脚，此时GPIO脚是输入状态，不干涉充电。由于充电过程中电池电压虚高，导致电压检测的结果不准确(偏大)，此时主控制器的ADC脚无法正常地对电池电压进行采样检测，但是能够正常地充电和使用。充电过程中若用户使用终端设备，此时由电池来供电，即电池处于一边充电一边供电的状态。

当主控制器准备读取电池电压时，其GPIO脚变为输出状态，输出一个低电平(逻辑0)至充电芯片U1的CE脚，将开关信号CHAR_CE强制变为低电平，此时，充电芯片U1停止充电。为了保护充电芯片不被损坏，低电平的开关信号CHAR_CE控制Q1截止，Q2的栅极被R3上拉，Q2截止，电源电压CH_5V停止输出，则无充电电压CH_VCC输出。

主控制器等待预设时间(如70ms，可设置)左右，此时电池电压也稳定下来不会出现浮高，即可开始稳定的读取电池电压。读取之后，主控制器的GPIO脚又变成输入状态。此时开关信号CHAR_CE恢复(通过R1和R2分压)为高电平(3.3V左右)，Q1导通使Q2导通，充电电压CH_VCC输出，充电芯片U1又开始充电。

主控制器每个预设时间(如5分钟)读取一次电池电压，重复上述步骤，每次读取前都先停止充电70ms左右后再读取，停止的时间很短(不是秒级)，所以总体充电速度和用户使用效果不受影响。因为主控制器是低功耗的MCU，5分钟时间内电池电量的变化不会太多。虽然每隔5分钟就会从GPIO脚输出低电平来断电(停止充电，避免充电时读取不准确)，此时Q2也会被截止停止输出充电电压CH_VCC，进一步停止充电，双重保障下，即可保护充电芯片不被损坏，又能保证电池不会处于充电状态，此时的电池电压就会恢复平衡，断电70ms之后再读取电压值，就能确保准确性。并且，此时就算设备处于满载工作，电池电压在70ms左右因为有分压电阻的延迟，不会出现突变，进而确保电池电压检测相对很稳定，能保证在3％精度以内。主控制器读取电池电压后，通过其内部的建模数据对当前电压进行比对，得出当前电量(此为现有技术)。

当电池充满后，主控制器检测电池电压为4.2V且电源电压CH_5V持续输入时，表示电池充满电了。主控制器控制开关信号CHAR_CE持续输出低电平，以确保电池不再边充边用。主控制器继续每个5分钟检测一次电池电压，当电池电压降低到90％电量后，若充电器还一直连接着，主控制器可再次启动充电，否则不再充电。如果90％以上时用户想继续充电，则取下充电口重新插拔一下即可重新充电，以保护电池。

综上所述，本实用新型提供的充电电量检测电路及终端设备；采用MOS管的开关特性，在需要读取电池电压时控制充电芯片暂停充电，延迟预设时间的断电来阻断充电时对电池电压造成的虚电浮高，之后再读取就能获得更加准确的结果，精度可达到3％以内。读取后立即恢复充电，由于暂停的时间很短，是ms级的，对充电效果和电量显示基本没有影响，充电时时长不变、充电时电量正确。主控制器是低功耗的MCU，对功耗也不会有影响。

另外，本方案无需使用电量计，大大降低了成本；无需建模，用户可以不必限制固定品牌、容量、型号的电池，可以任意搭配。并且对于设计方来说可以大大减少开发周期(因为电量计建模需要15天周期，如果加上排队就会更久)。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种充电电量检测电路，连接USB接口、主控制器和电池，其特征在于，所述充电电量检测电路包括分压模块、开关模块和充电模块；所述分压模块连接开关模块、充电模块、USB接口和主控制器；充电模块连接开关模块和电池；

所述分压模块根据USB接口输入的电源电压输出高电平的开关信号，还根据主控制器的控制输出低电平的开关信号；

所述开关模块根据开关信号的高低电平来控制充电电压的输出状态；

所述充电模块根据开关信号和充电电压来控制对电池的充电状态；根据主控制器输出低电平的开关信号暂停充电并延迟预设时间，检测主控制器读取电池电压后恢复充电。

2.根据权利要求1所述的充电电量检测电路，其特征在于，所述分压模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接第二电阻的一端、开关模块、充电模块和主控制器的GPIO脚；第一电阻的另一端连接USB接口，第二电阻的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的充电电量检测电路，其特征在于，所述开关模块包括第一开关管、第二开关管和第三电阻；所述第一开关管的栅极连接第一电阻的一端，第一开关管的源极接地，第一开关管的漏极连接第二开关管的栅极和第三电阻的一端，第二开关管的源极连接第三电阻的另一端和USB接口，第二开关管的漏极连接充电模块。

4.根据权利要求3所述的充电电量检测电路，其特征在于，所述开关模块还包括第一电容、第四电阻和第五电阻；所述第一电容与第三电阻并联，第四电阻的一端连接第一开关管的栅极，第四电阻的另一端连接第一电阻的一端，第五电阻的一端连接第一开关管的漏极，第五电阻的另一端连接第二开关管的栅极。

5.根据权利要求3所述的充电电量检测电路，其特征在于，所述开关模块还包括第二电容和第三电容，所述第二电容的一端连接第二开关管的源极和第三电阻的另一端，第三电容的一端连接第二开关管的漏极，第二电容的另一端和第三电容的另一端均接地。

6.根据权利要求3所述的充电电量检测电路，其特征在于，所述充电模块包括充电芯片和第六电阻，所述充电芯片的TEMP脚连接第六电阻的一端和地，充电芯片的PROG脚连接第六电阻的另一端，充电芯片的GND脚和PGND脚均接地，充电芯片的VCC脚连接第二开关管的漏极，充电芯片的CE脚连接第一电阻的一端和主控制器的GPIO脚，充电芯片的VBAT脚连接电池的正极，电池的正极连接主控制器的ADC脚。

7.根据权利要求2所述的充电电量检测电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值为4.7KΩ，第二电阻的阻值为10KΩ。

8.根据权利要求3所述的充电电量检测电路，其特征在于，所述第一开关管是NMOS管，第二开关管是PMOS管。

9.根据权利要求3所述的充电电量检测电路，其特征在于，所述第三电阻的阻值为1M。

10.一种终端设备，包括一壳体，所述壳体内设有一主板，所述主板上设有USB接口、主控制器和电池，其特征在于，所述主板上还设有如权利要求1-9任一项所述的充电电量检测电路；所述充电电量检测电路根据USB接口输入的电源电压来控制充电状态；主控制器读取电池电压时控制充电电量检测电路暂停充电，延迟预设时间后读取电池电压再恢复充电。