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CN101174770B - 充电保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电保护方法及装置,该方法包括步骤:检测充电器极性是否插反,并检测充电器输出电压是否大于预定过压保护阀值,如果二项中有一项为是,则执行断开充电通路的步骤,结束当前流程,否则执行接通充电通路的步骤。通过本发明的充电保护方法,能够同时提供过压保护和防反插的功能,实现对终端设备充电过程中的有效保护,且在正常充电状态下,不会减少终端设备的实际充电电压,保证电池的有效充电。

Description

充电保护装置 
技术领域
本发明涉及终端设备充电设备,特别是涉及一种充电保护装置。 
背景技术
目前,各种移动设备以及一些电气产品,作为终端设备,都需要利用充电装置对其内置或可更换式电池进行充电,充电过程中,应该避免由于过压或反插而导致移动设备或电池的损坏,为此中国信息产业部(MII,Ministry ofInformation Industry)于2006年11月发布了《移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法》,规定移动设备内部必须具有充电过压保护功能及防反插功能。 
现有技术中,对于充电过压保护一般采用以下几种方式来实现: 
用保险丝实现充电过压、过流保护功能。这种方法电路比较简单,直接在充电通路中串接保险丝,但该方法具有不可恢复性的缺点,当充电器输出电压或电流高于预定阀值时,保险丝烧断,起到过压、过流保护作用,防止损坏终端设备,但保险丝烧断后无法自行修复,所以终端设备此后再无法进行充电,只有更换新的保险丝后,才能对电池进行正常充电操作。 
在充电器与终端充电输入端串联一个过压保护电路。这种方法能够实现充电过压保护,并且能够自行恢复,当充电电压小于预定阀值时,终端又能正常进行充电。但这种方法的缺点是:过压保护电路常用特定芯片来实现,成本较高,且没有防反插功能,当终端设备与充电器之间极性反接时,即充电器的正极连接到终端设备的负极、充电器的负极连接到终端设备的正极,终端设备或电池会被损坏。 
在充电器输出端与终端设备充电输入端之间串联功率二极管,实现防反插 功能。这种方案虽然能够起到反插保护作用,但由于功率二极管导通存在一定的电压降,一般为0.7V,这样会减小正常充电状态下终端设备的实际充电电压,导致电池无法充足。 
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种充电保护装置,能够通过少量简单的元件实现过压保护和防反插的功能,且在正常充电状态下,不会减少终端设备的实际充电电压。 
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的: 
一种充电保护装置,所述装置连接充电器的输出端和终端设备的电源管理单元,包括反插检测单元、电压检测单元、充电通路控制单元和检测状态延时单元,其中,反插检测单元,连接充电器输出端和电压检测单元及充电通路控制单元,用于检测充电器极性是否插反,并根据检测结果调整其输出信号为反插状态或正常状态,其输出信号传输给电压检测单元及充电通路控制单元,输出信号为反插状态时,断开电压检测单元及充电通路控制单元;电压检测单元,连接反插检测单元和充电通路控制单元,用于检测充电器输出电压是否大于预定过压保护阀值,并根据检测结果调整其输出信号为过压状态或正常状态,其输出信号传输给充电通路控制单元;充电通路控制单元,连接反插检测单元及电压检测单元和终端设备的电源管理单元,用于根据反插检测单元和电压检测单元的输出信号,控制充电通路的导通或截止,当反插检测单元和电压检测单元的输出信号均为正常状态时,控制充电通路导通,否则控制充电通路截止;所述检测状态延时单元位于电压检测单元和充电通路控制单元之间。 
所述检测状态用于当电压检测单元输出信号为正常状态时,执行预定时间长度的对电压检测单元输出信号给充电通路控制单元的延时操作,当电压检测单元输出信号为过压状态时,直接将电压检测单元的输出信号发送给充电通路控制单元。 
其中,所述反插检测单元包括第一二极管,其阳极连接至充电器输出端, 阴极连接至电压检测单元、检测状态延时单元和充电通路控制单元。 
其中,所述电压检测单元包括第一电阻、第二电阻和第一三极管,第一电阻一端连接反插检测单元的输出端,另一端连接第二电阻的一端和第一三极管的基极,第二电阻一端连接第一电阻和第一三极管的基极,另一端接地,第一三极管的集电极输出作为电压检测单元的输出,发射极接地。 
其中,所述充电通路控制单元包括第二三极管、第四电阻以及第一MOS管和第二MOS管,其中,第四电阻的一端连接反插检测单元的输出端,另一端连接第二三极管的集电极,第二三极管的基极连接至检测状态延时单元的输出端,发射极接地,第一MOS管和第二MOS管的栅极接至第二三极管的集电极,第一MOS管的源极接至充电器的输出端,漏极接至第二MOS管的漏极,第二MOS管的源极接至终端设备的电源管理单元。 
其中,所述检测状态延时单元包括第三电阻和第一电容,第三电阻一端连接反插检测单元的输出端,另一端连接电压检测单元的输出端,并连接第一电容的一端,第一电容的另一端接地,第三电阻和第一电容之间的输出作为检测状态延时单元的输出。 
本发明的充电保护装置,能够通过少量简单元件实现过压保护和防反插功能,结构简单、成本低。且在正常充电状态下,不会减少终端设备的实际充电电压,保证电池的有效充电。 
附图说明
图1为本发明充电保护装置的结构示意图; 
图2为本发明充电保护方法的流程图; 
图3为本发明充电保护装置一个实施例的电路图。 
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。 
如图1所示,本发明充电保护装置连接充电器和终端设备的电源管理单元, 包括反插检测单元、电压检测单元、检测状态延时单元和充电通路控制单元,其中, 
反插检测单元,连接充电器输出端和电压检测单元、检测状态延时单元及充电通路控制单元,用于检测充电器极性是否插反,并根据检测结果调整其输出信号为反插状态或正常状态,反插检测单元的输出信号传输给电压检测单元、检测状态延时单元及充电通路控制单元,当监测到充电器极性插反时,通过输出信号为反插状态断开电压检测单元、检测状态延时单元及充电通路控制单元,避免反插时对所有器件造成损坏,当没有监测到充电器极性插反时,通过输出正常状态,使得电压检测单元、检测状态延时单元及充电通路控制单元各自实现其功能; 
电压检测单元,连接反插检测单元和检测状态延时单元,用于检测充电器输出电压是否大于预定过压保护阀值,并根据检测结果调整其输出信号为过压状态或正常状态,并将输出信号发送给检测状态延时单元,其中所述输出信号为正常状态时,检测状态延时单元执行预定时间段的对发送该输出信号给充电通路控制单元的延时操作,而输出信号为过压状态时,检测状态延时单元直接将输出信号发送给充电通路控制单元,其中,所述预定过压保护阀值随终端设备的不同而不同,例如设置正常充电电压为5V的终端设备的预定过压保护阀值为5.5V等; 
检测状态延时单元,连接反插检测单元、电压检测单元和充电通路控制单元,用于当电压检测单元输出信号为正常状态时,执行预定时间段的对发送该输出信号给充电通路控制单元的延时操作,并将电压检测单元的输出信号传输给充电通路控制单元,当输出信号为过压状态时,检测状态延时单元直接将输出信号发送给充电通路控制单元; 
充电通路控制单元,连接反插检测单元和检测状态延时单元至终端设备的电源管理单元,用于根据反插检测单元和电压检测单元的输出信号,控制充电通路的导通或截止,即当反插检测单元输出的信号为反插状态时或电压检测单元输出信号为过压状态时,控制充电通路截止,当反插检测单元和电压检测单 元输出的信号都为正常状态时,控制充电通路导通。 
如图2所示,根据本发明充电保护装置,本发明的充电保护方法包括以下步骤: 
步骤101:检测充电器极性是否插反,如果是则执行步骤103,否则执行步骤102。 
步骤102:检测充电器输出电压是否大于预定过压保护阀值,如果是则执行步骤103,否则执行步骤104。 
其中,所述预定过压保护阈值是根据终端设备的充电电压而不同的,例如设置正常充电电压为5V的终端设备的预定过压保护阀值为5.5V等。 
步骤103:断开充电通路;然后继续执行步骤101进行检测。 
如果通过步骤101的检测,发现充电器输出电压大于预定过压保护阀值,或充电器极性插反,则断开充电通路,然后继续执行步骤101的检测,直到发现充电器极性正确且充电器输出电压小于预定过压保护阀值后,才执行步骤104。 
步骤104:执行预定时间长度的对于接通充电通路的延时操作; 
所述延时操作的目的是,步骤101中检测到极性正确且步骤102中检测到充电电压属于正常范围后,经过一定时间的延时操作,才将电压检测单元输出的正常状态信号传输给充电通路控制单元,以此防止立即接通充电通路导致瞬间过流烧坏终端设备,并且能消除充电器输出电压抖动。 
步骤105:接通充电通路,并继续执行步骤102进行检测。 
接通充电通路之后,继续检测充电器输出电压,如果充电器输出电压大于预定过压保护阀值,则执行步骤103中的断开电路操作。 
对于本发明的充电保护装置的各个单元,可以利用多种电路或装置来实现,例如电压检测单元使用检测电压的专用芯片,当充电器输出电压高于预定过压保护阀值时,输出一个高电平或低电平等,本发明充电保护装置一个实施例的电路图如图3所示,其中, 
反插检测单元包括第一二极管D1,其阳极连接至充电器输出端,阴极连接 至电压检测单元、检测状态延时单元和充电通路控制单元。 
电压检测单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管Q1,R1一端连接反插检测单元的输出端,即D1的阴极,另一端连接R2的一端和Q1的基极,R2一端连接R1和Q1的基极,另一端接地,Q1的集电极接至D1的阴极,发射极接地,第一三极管Q1的集电极输出作为电压检测单元的输出。 
检测状态延时单元包括第三电阻R3和第一电容C1,R3一端连接D1的阴极,另一端连接电压检测单元的输出端、即Q1的集电极,并连接C1的一端,C1的另一端接地,第三电阻R3和第一电容C1之间的输出作为检测状态延时单元的输出。 
充电通路控制单元包括第二三极管Q2、第四电阻R4、第一MOS管M1和第二MOS管M2,其中,R4的一端连接D1的阴极,另一端连接Q2的集电极,Q2的基极连接至检测状态延时单元的输出端,即C1与R3之间,发射极接地,M1和M2的栅极接至Q2的集电极,M1的源极接至充电器的输出端,漏极接至M2的漏极,M2的源极接至终端设备的电源管理单元的VCHG管脚。 
由以上结构可知,当充电器反插时,D1反向截止,阴极为低电平,导致Q2截止,使得2个MOS管M1和M2截止,VCHG也为低电平,充电通路断开。 
当充电器没有反插时,D1导通,仅有二极管导通压降,阴极输出为高电平,此时选择R1和R2的比例关系,使得当充电器输出为正常电压值时,R2分压所得到的压降小于Q1的导通压降,Q1截止,则Q1的集电极为高电平,而当当充电器输出大于正常电压值时,R2分压所得到的压降大于Q1的导通压降,Q1导通,此时Q1的集电极为低电平,为0.3V左右。 
当充电器输出为正常电压值时,Q1截止,此时D1的阴极通过R3对C1充电,C1的电压逐渐增大,当其电压大于0.7V时,Q2导通,对C1的充电导致Q2导通的过程相当于执行预定时间长度的延时操作。 
当Q2截止时,R4两端电压相同,均为充电器输出电压,M1和M2的源极和栅极之间的压降为0V,M1和M2截止,此时VCHG管脚电压为0V,终 端设备的电源管理单元不执行充电操作。 
当Q2导通时,M1和M2的源极和栅极之间的压降为充电器输出电压,M1和M2导通,VCHG管脚电压值也约为充电器输出电压,电源管理单元开始执行充电操作。 
由于MOS管的制作工艺,则在M1和M2的漏极和源极之间分别并联有一个二极管,所以本实施例中用到了两个相互串接的MOS管M1和M2,以使本发明充电保护电路与充电器输出电压的极性无关。 
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用来限定本发明的保护范围。本领域内技术人员应该能够联想到,利用不同电路或功能模块来实现本发明充电保护装置的各个单元,本发明充电保护装置具有其他更多功能模块,以及利用本发明的方法和结构所作出的相类似的变形,和符合本发明结构特征的其它充电保护装置都应该属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种充电保护装置,其特征在于,所述装置连接充电器的输出端和终端设备的电源管理单元,包括反插检测单元、电压检测单元、充电通路控制单元和检测状态延时单元,其中,
反插检测单元,连接充电器输出端和电压检测单元及充电通路控制单元,用于检测充电器极性是否插反,并根据检测结果调整其输出信号为反插状态或正常状态,其输出信号传输给电压检测单元及充电通路控制单元,输出信号为反插状态时,断开电压检测单元及充电通路控制单元;
电压检测单元,连接反插检测单元和充电通路控制单元,用于检测充电器输出电压是否大于预定过压保护阀值,并根据检测结果调整其输出信号为过压状态或正常状态,其输出信号传输给充电通路控制单元;
充电通路控制单元,连接反插检测单元及电压检测单元和终端设备的电源管理单元,用于根据反插检测单元和电压检测单元的输出信号,控制充电通路的导通或截止,当反插检测单元和电压检测单元的输出信号均为正常状态时,控制充电通路导通,否则控制充电通路截止;
检测状态延时单元位于电压检测单元和充电通路控制单元之间;
所述反插检测单元包括第一二极管,其阳极连接至充电器输出端,阴极连接至电压检测单元、检测状态延时单元和充电通路控制单元。
2.根据权利要求1所述的充电保护装置,其特征在于,所述检测状态延时单元,用于当电压检测单元输出信号为正常状态时,执行预定时间长度的对电压检测单元输出信号给充电通路控制单元的延时操作,当电压检测单元输出信号为过压状态时,直接将电压检测单元的输出信号发送给充电通路控制单元。
3.根据权利要求2所述的充电保护装置,其特征在于,所述电压检测单元包括第一电阻、第二电阻和第一三极管,第一电阻一端连接反插检测单元的输出端,另一端连接第二电阻的一端和第一三极管的基极,第二电阻一端连接第一电阻和第一三极管的基极,另一端接地,第一三极管的集电极输出作为电压检测单元的输出,发射极接地。
4.根据权利要求2所述的充电保护装置,其特征在于,所述充电通路控制单元包括第二三极管、第四电阻以及第一MOS管和第二MOS管,其中,第四电阻的一端连接反插检测单元的输出端,另一端连接第二三极管的集电极,第二三极管的基极连接至检测状态延时单元的输出端,发射极接地,第一MOS管和第二MOS管的栅极接至第二三极管的集电极,第一MOS管的源极接至充电器的输出端,漏极接至第二MOS管的漏极,第二MOS管的源极接至终端设备的电源管理单元。
5.根据权利要求2所述的充电保护装置,其特征在于,所述检测状态延时单元包括第三电阻和第一电容,第三电阻一端连接反插检测单元的输出端,另一端连接电压检测单元的输出端,并连接第一电容的一端,第一电容的另一端接地,第三电阻和第一电容之间的输出作为检测状态延时单元的输出。
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