WO2015003376A1

WO2015003376A1 - 用于电子烟的usb充电器

Info

Publication number: WO2015003376A1
Application number: PCT/CN2013/079256
Authority: WO
Inventors: 向智勇
Original assignee: 吉瑞高新科技股份有限公司
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2015-01-15

Abstract

一种用于电子烟的USB充电器，包括用于和电源连接的USB接口（101）以及用于连接负载的负载端（104），还包括电压比较单元（107）、基准电路（105）、电流检测元件（103）、采样电路（106）、状态指示单元（108）以及依次连接在USB接口（101）和负载端（104）之间的低压差线性稳压器（102），基准电路（105）设置在低压差线性稳压器（102）的第五引脚和电压比较单元（107）的输入端之间，状态指示单元（108）连接在电压比较单元（107）的输出端上。该用于电子烟的USB充电器具有更加安全以及提升用户体验的有益效果。

Description

用于电子烟的 USB 充电器

技术领域

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种用于电子烟的 USB 充电器。

背景技术

目前大部分用于电子烟的USB充电器，其要么是直通，充电器本身只相当于转接器（USB接口转换成与电子烟的电池杆匹配的接口）；其要么只有比较器和状态指示灯状态指示单元来指示充电状态，而没有低压差线性稳压器进行过温、过流以及短路保护；其要么只有低压差线性稳压器（LDO）控制，而没有比较器和状态指示灯状态指示单元指示充电状态。在如上三种情况使用时均有一定的安全隐患以及给用于带来不好的体验效果。

发明内容

针对现有技术中的用于电子烟的USB充电器的存在安全隐患和给用于带来不好的体验效果的缺陷，提供一种改进的用于电子烟的USB充电器。

本发明解决技术问题采用的技术手段：提供一种用于电子烟的USB充电器，包括用于和电源连接的USB接口以及用于连接负载的负载端，所述用于电子烟的USB充电器还包括电压比较单元、基准电路、采样电路、电流检测元件、状态指示单元以及依次连接在所述USB接口和所述负载端之间的低压差线性稳压器，所述基准电路设置在所述低压差线性稳压器和所述电压比较单元的输入端之间，所述状态指示单元连接在所述电压比较单元的输出端上，其中，

所述低压差线性稳压器用于通过USB接口获取电源、对所述负载充电，还用于在充电过程中实时提供过流保护、短路保护以及过温保护；

所述电流检测元件用于检测充电电流，并在其上形成一个电压；

所述采样电路用于采集所述负载端与所述电流检测元件之间的节点电压，并根据所述节点电压在所述电压比较单元的输入端产生一个比较电压；

所述基准电路用于产生一个基准电压，并将所述基准电压传递给所述电压比较单元；

所述电压比较单元用于对比较电压和所述基准电压的大小进行比较，以判断所述用于电子烟USB充电器的充电状态，并根据所述充电状态控制所述状态指示单元发光。

优选地，所述状态指示单元包括第一发光二级管和第二发光二极管，所述电压比较单元包括第一电压比较器和第二电压比较器，所述第一发光二极管和所述第二发光二极管分别连接在所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端上；

所述采样电路分别在所述第一电压比较器的正输入端和所述第二电压比较器的负输入端产生所述比较电压，所述基准电路将所述基准电压分别传送给所述第一电压比较器的负输入端和所述第二电压比较器的正输入端。

优选地，所述电流检测元件为检测电阻。

优选地，所述检测电阻设置在所述负载端的负极和地之间；所述基准电路包括第一电阻和第二电阻，所述采样电路包括第三电阻，其中，

所述第一电阻和所述第二电阻串联后连接在所述低压差线性稳压器的第五引脚和地之间，所述第一电压比较器的负输入端和所述第二电压比较器的正输入端分别连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间；所述第三电阻一端连接在所述检测电阻和负载端的负极之间，所述第三电阻的另一端与所述第一电压比较器正输入端和所述第二电压比较器的负输入端分别连接；

所述第一发光二极管的负极与所述第一电压比较器的输出端连接，所述第一发光二极管的正极与所述负载端的正极连接，所述第二发光二级管的负极与所述第二电压比较器的输出端连接，所述第二发光二级管的正极与所述负载端的正极连接。

优选地，所述用于电子烟的USB充电器还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容的一端连接在电压比较单元与所述第三电阻之间，所述第一滤波电容的另一端接地。

优选地，所述检测电阻连接在所述低压差线性稳压器的第五引脚与所述负载端的正极之间；所述基准电路包括第一电阻和第二电阻，所述采样电路包括第四电阻、第五电阻以及调节电阻，其中，

所述第一电阻和所述第二电阻串联后连接在所述低压差线性稳压器的第五引脚和地之间，所述第一电压比较器的负输入端和所述第二电压比较器的正输入端分别连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间；所述第四电阻、所述第五电阻以及所述调节电阻依次串联后一端接地一端连接在所述检测电阻和所述负载端的正极之间，所述第一电压比较器的正极和所述第二电压比较器的负极分别连接在所述第四电阻和所述第五电阻之间；

所述第一发光二极管的正极与所述第一电压比较器的输出端连接，所述第一发光二级管的负极接地，所述第二发光二级管的正极与所述第二电压比较器的输出端连接，所述发光二极管的负极接地。

优选地，所述用于电子烟的USB充电器还包括第一上拉电阻和第二上拉电阻，所述第一上拉电阻连接在所述第一电压比较器的输出端与所述低压差线性稳压器的第五引脚之间，所述第二上拉电阻连接在所述第二电压比较器的输出端与所述低压差线性稳压器的第五引脚之间。

优选地，所述低压差线性稳压器的第五引脚上还依次串接第六电阻和第七电阻后接地，所述低压差线性稳压器的第四引脚连接在所述第六电阻和所述第七电阻之间。

优选地，所述用于电子烟的USB充电器还包括第二滤波电容，所述第二滤波电容一端与所述低压差线性稳压器的第五引脚连接，所述第二滤波电容的另一端接地。

优选地，所述用于电子烟的USB充电器还包括第三滤波电容，所述第三滤波电容的一端连接在所述低压差线性稳压器的第一引脚之间，所述第三滤波电容的另一端接地。

优选地，所述第一发光二级管与所述第一电压比较器的输出端之间以及所述第二发光二极管所述第二电压比较器的输出端之间分别设置有第一保护电阻和第二保护电阻。

优选地，所述低压差线性稳压器的内部设置有过温保护单元、短路保护单元以及过流保护单元，所述过温度保护单元、所述短路保护单元以及所述过流保护单元串接在所述第一引脚和所述第五引脚之间的内部电路中；当充电电流超过所述过流保护单元的预设值时，所述过流保护单元关断，第五引脚停止输出充电电压；当低压差线性稳压器内部的温度超过预设值时，所述过温保护单元关断，所述第五引脚停止输出所述充电电压；当所述负载端短路时，所述短路保护单元检测到所述充电电流瞬间变大，所述短路保护单元关断，所述第五引脚停止输出所述充电电压。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：由于本发明提供的用于电子烟的USB充电器同时具有用于指示充电状态的状态指示单元和低压差线性稳压器，同时具有指示充电状态、过温保护、过流保护以及短路保护功能，具有更加安全、提高用户体验的有益效果。

附图说明

图1是本发明用于电子烟的USB充电器的原理框图；

图2是本发明用于电子烟的USB充电器的一种实施例中的电路图。

图3是本发明用于电子烟的USB充电器的另一中实施例中的电路图。

具体实施方式

图1示出了本发明用于电子烟的USB充电器，其包括的USB接口101、低压差线性稳压器（LDO）102、电流检测元件103、负载端104、基准电路105、采样电路106、电压比较单元107以及状态指示单元108。

USB 接口101、低压差线性稳压器102、电流检测元件103、负载端104依次电连接。基准电路106连接在低压差线性稳压器102的电压输出端和电压比较单元107的输入端之间。采样电路106一端连接在电压比较单元107的输入端，另一端连接在电流检测元件103和负载端104之间。状态指示单元108连接在电压比较单元107的输出端。

低压差线性稳压器102用于通过USB接口101获取电源、过流保护、短路保护以及过温保护；电流检测元件103用于检测充电电流，并在其上形成一个电压；采样电路106用于采集所述负载端104与电流检测元件103之间的节点电压，并根据该节点电压在电压比较单元107的输入端产生一个比较电压；基准电路105用于产生一个基准电压，并将基准电压传递给电压比较单元107；电压比较单元107用于对比较电压和基准电压的大小进行比较，以判断该用于电子烟USB充电器的充电状态，并根据充电状态控制状态指示单元（108）发光。根据充电状态可以判断出负载端104的电压，然后进而计算得到电流检测元件103上的电压，用该电流检测元件103上的电压除以电流检测单元103的电阻值可以得到此时的充电电流。

其信号流向为：低压差线性稳压器102通过USB接口101获得电源，然后低压差线性稳压器102的电压输出端输出电压V，基准电路105从该电压输出端获得一个恒定电压，并经过基准电路105的调节后，输出一个基准电压V0给电压比较单元107的输入端；于此同时，当充电电流流过电流检测元件103时，在电流检测元件103上产生一个分压V1，采样电路106接在负载端104与电流检测元件103之间，采集此处的节点电压V2，并根据该节点电压V2在比较单元107的输入端产生比较电压Vp。电压比较单元107对V0和Vp进行比较，以判断充电状态。并驱动连接在电压比较单元107上的状态指示单元108发光，以指示其状态。

如图2所示，在该实施例中，当电流检测元件103连接在负载端104的正极与低压差线性稳压器102的电压输出端之间。低压差线性稳压器102的电压输出端为第五引脚Out。低压差线性稳压器102为芯片U1，其型号为AP2127K-ADJ。电流检测元件103为检测电阻R11。基准电路105包括第一电阻R1和第二电阻R2。采样电路106包括第四电阻R4、第五电阻R5以及调整电阻Rx。电压比较单元107为双电压比较器U2，其包括第一电压比较器和第二电压比较器。滤波电容有两个，分别是第二滤波电容C2和第三滤波电容C3。保护电阻有两个，分别是第一保护电阻R14和第二保护电阻R15。上拉电阻有两个，分别是第一上拉电阻R12和第二上拉电阻R13。状态指示单元108包括第一发光二极管D1和第二发光二极管D2。其中第一发光二极管D1为发绿色光，第二发光二极管D2发红色光。

电路连接关系：低压差线性稳压器102的第一引脚Vin和第三引脚shutdown通过USB接口101获得一个5V的电压，第二引脚GND接地，第五引脚Out作为电压输出端，第五引脚Out串接第六电阻R6和第七电阻R7后接地，第四引脚Adj连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间。第二滤波电容C2一端连接在第五引脚Out，另一端接地。第三滤波电容C3一端连接在第一引脚Vin上，另一端接地。第一电阻R1和第二电阻R2串联后一端接在第五引脚Out，另一端接地，第一电压比较器的负输入端和第二电压比较器的正输入端均连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间。检测电阻R11连接在第五引脚Out和负载端104的正极之间。第四电阻R4、第五电阻R5、调节电阻Rx依次串联后一端接地，另一端连接在检测电阻R11和负载端104的正极之间。第一电压比较器的正输入端和第二电压比较器的负输入端分别连接在第四电阻R4和第五电阻R5之间。第一发光二级管D1的正极与第一电压比较器的输出端连接，第一发光二级管D1的负极接地。第二发光二级管D2的正极与第二电压比较器的输出端连接，第二发光二极管D2的负极接地。第一上拉电阻R12一端连接在第五引脚Out上，另一端接在第一电压比较器的输出端上。第二上拉电阻R13一端连接在第五引脚Out上，另一端连接在第二电压比较器的输出端上。第一保护电阻R14连接在第一电压比较器的输出端和第一发光二极管D1之间。第二保护电阻R15连接在第二电压比较的输出端和第二发光二级管D2之间。

采样电路106采集电流检测元件103和负载端104之间的节点电压V2，并在电压比较单元107的输入端的产生的比较电压为Vp。如果Vp大于V0的值，说明充电已完成，第一电压比较器输出高电平，第二电压比较器输出低电平，此时第一发光二极管D1发光，第二发光二极管D2不发光。如果Vp小于V0的值说明正在充电中，第一电压比较器输出低电平，第二电压比较器输出高电平，此时第一发光二极管D1不发光，第二发光二极管D2发光。

由于在本实施例中，第一发光二极管D1和第二发光二极管D1分别由高电平驱动，因此为了保证第一电压比较器和第二电压比较器的输出电压足够使得该第一发光二极管D1和第二发光二极管发光D2，故设置了第一上拉电阻R12和第二上拉电阻R13。

如图3所示，在本实施例中，电流检测元件103连接在负载端104的负极与地之间。在该实施例中，低压差线性稳压器102为芯片AP2127K-ADJ。电流检测元件103为检测电阻R11。基准电路105包括第一电阻R1和第二电阻R2。采样电路106包括第三电阻R3。电压比较单元107为双电压比较器，其包括第一电压比较器和第二电压比较器。滤波电容有三个，分别是第一滤波电容C1、第二滤波电容C2和第三滤波电容C3。保护电阻有两个，分别是第一保护电阻R14和第二保护电阻R15。状态指示单元108包括第一发光二极管D1和第二发光二极管D2。其中第一发光二极管D1为发绿色光，第二发光二极管D2发红色光。

其电路连接关系为：低压差线性稳压器102的第一引脚Vin和第三引脚shutdown通过USB接口获得一个5V的电压，第二引脚GND接地，第五引脚Out作为输出端，第五引脚Out串接第六电阻R6和第七电阻R7后接地，第四引脚Adj连接在第六电阻R6和第七电阻R7之间。第二滤波电容C2一端连接在第五引脚Out，另一端接地。第三滤波电容C3一端连接在第一引脚Vin上，另一端接地。第一电阻R1和第二电阻R2串联后一端接在第五引脚Out，另一端接地。第一电压比较器的负输入端和第二电压比较器的正输入端均连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间。第三电阻R3一端连接在检测电阻R11和负载端104的负极之间，另一端与第一电压比较器的正输入端和第二电压比较器的负输入端分别连接。第一滤波电容C1一端接地，另一端连接在第一电压比较器的正输入端和第三电阻R3之间。第一发光二级管D1的负极与第一电压比较器的输出端连接，第一发光二极管D1的正极与负载端的正极连接。第二发光二级管D2的负极与第二电压比较器的输出端连接，第二发光二极管D2的正极与负载端的正极连接。第一保护电阻R14连接在第一发光二极管D1与第一电压比较器的输出端之间，第二保护电阻R15连接在第二发光二极管D2与第二电压比较器的输出端之间。

未充满电时负载端104的电压为Va，电流检测元件103上的电压为Vc；充满电时负载端104的电压为Vb，电流检测元件103上的电压为Vd；其中Va<Vb。采样电路106在电压比较单元107的输入端的产生的实时电压Vp，在本实施例中，Vp与采集点的节点电压V2以及电流检测元件103上的电压均相等；并且充满电时，Vp=Vc=V-Vb，未充满电时电流检测元件103上的电压为，Vp=Vd=V-Va。基准电压为V0=V*R2/（R1+R2），此时，因为Va<Vb，所以Vd>Vc，在Vc和Vd之间取一个值为基准电压V0。当Vp>V0时充电完成，第一电压比较器输出高电平，第二电压比较器输出低电平，第一发光二极管D1不发光，第二发光二极管D2发光。Vp<V0时充电未完成，第一电压比较器输出低电平，第二电压比较器输出高电平，第一发光二极管D1发光，第二发光二极管D2不发光。

下面对上述两个实施例中的低压差线性稳压器102做详细说明，其具有过流保护、短路保护以及过温保护功能。低压差线性稳压器102的内部设置有过温度保护单元、短路保护单元以及过流保护单元，过温保护单元、短路保护单元以及过流保护单元串接在第一引脚VIN和所述第五引脚Out之间的内部电路中；当充电电流超过过流保护单元的预设值时，过流保护单元关断，第五引脚Out停止输出充电电压。当低压差线性稳压器102内部的温度超过预设值时，过温保护单元关断，第五引脚Out停止输出充电电压；当所述负载端104短路时，短路保护单元检测到充电电流瞬间变大，短路保护单元关断，第五引脚Out停止输出充电电压。其中，第一引脚Vin为电压输入引脚，用于获取电源。第二引脚GND用于接地。第三引脚shutdown为使能端，在本处为高电平开启。第四引脚Adj为输出电压调节引脚。第五引脚Out为电压输出引脚。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

一种用于电子烟的USB充电器，包括用于和电源连接的USB接口（101）以及用于连接负载的负载端（104），其特征在于，所述用于电子烟的USB充电器还包括电压比较单元（107）、基准电路（105）、采样电路（106）、电流检测元件（103）、状态指示单元（108）以及依次连接在所述USB接口（101）和所述负载端（104）之间的低压差线性稳压器（102），所述基准电路（105）设置在所述低压差线性稳压器和所述电压比较单元（107）的输入端之间，所述状态指示单元（108）连接在所述电压比较单元（107）的输出端上，其中，

所述低压差线性稳压器（102）用于通过USB接口（101）获取电源、对所述负载充电，还用于在充电过程中实时提供过流保护、短路保护以及过温保护；

所述电流检测元件（103）用于检测充电电流，并在其上形成一个电压；

所述采样电路（106）用于采集所述负载端（104）与所述电流检测元件（103）之间的节点电压，并根据所述节点电压在所述电压比较单元（107）的输入端产生一个比较电压；

所述基准电路（105）用于产生一个基准电压，并将所述基准电压传递给所述电压比较单元（107）；

所述电压比较单元（107）用于对比较电压和所述基准电压的大小进行比较，以判断所述用于电子烟USB充电器的充电状态，并根据所述充电状态控制所述状态指示单元（108）指示充电状态。
根据权利要求1所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述状态指示单元（108）包括第一发光二级管（D1）和第二发光二极管（D2），所述电压比较单元（107）包括第一电压比较器和第二电压比较器，所述第一发光二极管（D1）和所述第二发光二极管（D2）分别连接在所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端上；

所述采样电路（106）分别在所述第一电压比较器的正输入端和所述第二电压比较器的负输入端产生所述比较电压，所述基准电路（105）将所述基准电压分别传送给所述第一电压比较器的负输入端和所述第二电压比较器的正输入端。
根据权利要求2所述的用于USB的充电器，其特征在于，所述电流检测元件（103）为检测电阻（R11）。
根据权利要求3所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述检测电阻（R11）设置在所述负载端（104）的负极和地之间；所述基准电路（105）包括第一电阻（R1）和第二电阻（R2），所述采样电路（106）包括第三电阻（R3），其中，

所述第一电阻（R1）和所述第二电阻（R2）串联后连接在所述低压差线性稳压器（102）的第五引脚（Out）和地之间，所述第一电压比较器的负输入端和所述第二电压比较器的正输入端分别连接在所述第一电阻（R1）和所述第二电阻（R2）之间；所述第三电阻（R3）一端连接在所述检测电阻（R11）和负载端（104）的负极之间，所述第三电阻（R3）的另一端与所述第一电压比较器正输入端和所述第二电压比较器的负输入端分别连接；

所述第一发光二极管（D1）的负极与所述第一电压比较器的输出端连接，所述第一发光二极管（D1）的正极与所述负载端（104）的正极连接，所述第二发光二级管（D2）的负极与所述第二电压比较器的输出端连接，所述第二发光二级管(D2)的正极与所述负载端（104）的正极连接。
根据权利要求4所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述用于电子烟的USB充电器还包括第一滤波电容(C1)，所述第一滤波电容（C1）的一端连接在电压比较单元（107）与所述第三电阻（R3）之间，所述第一滤波电容（C1）的另一端接地。
根据权利要求3所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述检测电阻（R11）连接在所述低压差线性稳压器（102）的第五引脚（Out）与所述负载端（103）的正极之间；所述基准电路（105）包括第一电阻（R1）和第二电阻（R2），所述采样电路（106）包括第四电阻（R4）、第五电阻（R5）以及调节电阻（Rx），其中，

所述第一电阻（R1）和所述第二电阻（R2）串联后连接在所述低压差线性稳压器（102）的第五引脚（Out）和地之间，所述第一电压比较器的负输入端和所述第二电压比较器的正输入端分别连接在所述第一电阻（R1）和所述第二电阻（R2）之间；所述第四电阻（R4）、所述第五电阻（R5）以及所述调节电阻（Rx）依次串联后一端接地一端连接在所述检测电阻（R11）和所述负载端（104）的正极之间，所述第一电压比较器的正极和所述第二电压比较器的负极分别连接在所述第四电阻（R4）和所述第五电阻（R5）之间；

所述第一发光二极管（D1）的正极与所述第一电压比较器的输出端连接，所述第一发光二级管（D1）的负极接地，所述第二发光二级管（D2）的正极与所述第二电压比较器的输出端连接，所述发光二极管（D2）的负极接地。
根据权利要求6所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述用于电子烟的USB充电器还包括第一上拉电阻（R12）和第二上拉电阻（R13），所述第一上拉电阻（R12）连接在所述第一电压比较器的输出端与所述低压差线性稳压器（102）的第五引脚（Out）之间，所述第二上拉电阻（R13）连接在所述第二电压比较器的输出端与所述低压差线性稳压器（102）的第五引脚（Out）之间。
根据权利要求1至7任一项所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述低压差线性稳压器（102）的第五引脚（Out）上还依次串接第六电阻（R6）和第七电阻（R7）后接地，所述低压差线性稳压器（102）的第四引脚（Adj）连接在所述第六电阻（R6）和所述第七电阻（R7）之间。
根据权利要求8所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述用于电子烟的USB充电器还包括第二滤波电容（C2），所述第二滤波电容（C2）一端与所述低压差线性稳压器（102）的第五引脚（Out）连接，所述第二滤波电容（C2）的另一端接地。
根据权利要求9所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述用于电子烟的USB充电器还包括第三滤波电容（C3），所述第三滤波电容（C3）的一端连接在所述低压差线性稳压器（102）的第一引脚（Vin）之间，所述第三滤波电容（C3）的另一端接地。
根据权利要求10所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述第一发光二级管（D1）与所述第一电压比较器的输出端之间以及所述第二发光二极管（D2）所述第二电压比较器的输出端之间分别设置有第一保护电阻（R14）和第二保护电阻（R15）。
根据权利要求1所述的用于电子烟的USB充电器，其特征在于，所述低压差线性稳压器（102）的内部设置有过温保护单元、短路保护单元以及过流保护单元，所述过温度保护单元、所述短路保护单元以及所述过流保护单元串接在所述第一引脚（VIN）和所述第五引脚（Out）之间的内部电路中；当充电电流超过所述过流保护单元的预设值时，所述过流保护单元关断，第五引脚（Out）停止输出电压；当低压差线性稳压器（102）内部的温度超过预设值时，所述过温保护单元关断，所述第五引脚（Out）停止输出充电电压；当所述负载端（104）短路时，所述短路保护单元检测到所述充电电流瞬间变大，所述短路保护单元关断，所述第五引脚（Out）停止输出所述充电电压。