智能终端充电保护装置及智能终端的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能终端充电保护装置及智能终端，所述充电保护装置连接于充电器与智能终端充电端口之间，包括：防反插保护模块、分压选路模块和末端开关模块。其中，防反插保护模块，用于在充电器输出端反插时，阻断充电器输出端与分压选路模块；分压选路模块，用于在充电通路过压时，选路至末端开关模块的阻断电路，断开充电通路。当充电器输出端反插或充电通路过压时，充电保护装置断开充电通路，实现防反插保护、过压保护及防倒灌保护；否则，充电保护装置接通充电通路，实现正常充电。利用本发明，可节省成本，改善智能终端充电的安全性及可靠性，延长智能终端电池乃至其本身的使用寿命。
【专利说明】智能终端充电保护装置及智能终端
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能终端通信技术，尤其涉及一种智能终端充电保护装置及智能终端。
【背景技术】
[0002]随着通信技术的飞速发展，智能终端诸如Touch、智能手机、平板电脑等逐渐得以普及，并在全球范围内广受欢迎。而使用这些智能终端的共性问题在于需对其内部电池进行充电。
[0003]出于良好兼容性的考虑，多数智能终端的充电器接口均设计为USB接口，这就可能导致用户在使用不同智能终端产品时，将各个充电器互用或错用。而对于不同智能终端，其充电器输出电压是各不相同的。如果充电过程中出现过压(即充电器输出电压超出智能终端电池的额定电压范围)或反插(即充电器与智能终端极性接反)，甚至在反插时伴随电流倒灌(以下简称倒灌)现象，这些均会导致充电器输出电压异常，从而损坏充电通路，或影响电池甚至智能终端的使用寿命。
[0004]现有技术一是在充电通路中加入二极管，如图1所示。其中，VIN为充电器的输出电压，VOUT为该充电保护电路的输出电压，Dl为二极管。这种电路可简单实现防反插、防倒灌保护功能，但存在以下不足:一是由于二极管压降的存在，使得智能终端的实际充电电压远低于充电器输出电压，降低了充电效率；二是当充电过程中出现过压时，不具备过压保护能力，从而造成对智能终端的损坏。
[0005]现有技术二是通过加入专用的过压保护芯片来实现对智能终端充电端口的保护，如图2所示。其中，VIN为充电器的输出电压，VOUT为该充电保护电路的输出电压。这种电路可实现过压保护功能，但附加的过压保护芯片，会提高成本且不具备防反插、防倒灌保护功能。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种智能终端充电保护装置及智能终端，同时具备防反插保护、过压保护及防倒灌保护功能，提高智能终端充电的安全性及可靠性，延长智能终端电池乃至其本身的使用寿命。
[0007]为达到上述目的，本发明提供一种智能终端充电保护装置，所述装置包括:依次串接的防反插保护模块、分压选路模块、末端开关模块，所述末端开关模块包括阻断电路及选通电路；其中:
[0008]防反插保护模块,设置于充电器输出端和分压选路模块之间，用于在充电器输出端反插时，阻断充电器输出端与分压选路模块；
[0009]分压选路模块，用于在充电通路过压时，选路至末端开关模块的阻断电路，断开充电通路；在充电器输出端未反插且充电通路未过压时，选路至末端开关模块的选通电路，接通充电通路。[0010]优选地，所述末端开关模块，还用于为充电通路提供防倒灌保护。
[0011]所述防反插保护模块包括第三二极管，第三二极管的阳极连接至充电器输出端，阴极连接至分压模块。
[0012]优选地，所述分压选路模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一 N型金属氧化物半导体NMOS管、第二 NMOS管和第三P型金属氧化物半导体PMOS管，其中第一电阻一端连接至防反插保护模块的输出端，另一端连接至第二电阻的一端，第二电阻一端连接至第一电阻，另一端接地，第三电阻一端连接至防反插保护模块的输出端，另一端与第一 NMOS管的漏极、第二 NMOS管的栅极以及第三PMOS管的栅极连接，第一 NMOS管的栅极连接至第一、第二电阻之间，源极接地，第二 NMOS管的漏极与第三PMOS管的漏极连接，源极接地，第三PMOS管的源极连接至充电器输出端。
[0013]优选地，所述末端开关模块包括第一 PMOS管和第二 PMOS管，第一、第二 PMOS管的栅极均连接至分压选路模块的输出端，第一、第二 PMOS管的源极彼此连接，第一 PMOS管的漏极连接至充电器输出端，第二 PMOS管的漏极连接至智能终端的充电端口。
[0014]优选地，所述第一 PMOS管和第二 PMOS管，分别包含第一、第二二极管，第一、第二二极管处于防倒灌的背靠背对接状态。 [0015]所述分压选路模块在充电通路过压时，选路至末端开关模块的阻断电路，断开充电通路，包括:
[0016]充电通路过压时，第一、第二电阻分压使第一 NMOS管导通，第二 NMOS管、第三PMOS管栅极被拉为低电平，第二 NMOS管截止、第三PMOS管导通，第一、第二 PMOS管的栅极间压降使第一、第二 PMOS管均截止。
[0017]优选地，所述分压选路模块在充电器输出端未反插且充电通路未过压时，选路至末端开关模块的选通电路，接通充电通路，包括:
[0018]在充电器输出端未反插且充电通路未过压时，第三二极管导通，第一、第二电阻分压使第一 NMOS管截止，第一 NMOS管的漏极为高电平，第三电阻处的电压使第二 NMOS管导通、第三PMOS管截止，第一、第二 PMOS管的栅极被拉为低电平，第一、第二 PMOS管均导通。
[0019]此外，本发明还提供一种智能终端，所述智能终端中设置有如上所述的充电保护
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[0020]优选地，所述智能终端为个人数字助理PDA、个人电脑、平板电脑、手机、可视电话、游戏机、电子相册、视频会议终端。
[0021]本发明技术方案使得防反插保护模块、分压选路模块和末端开关模块在充电保护装置中有效发挥各自作用，实现了对智能终端充电的控制，以及在反插、过压及倒灌时的保护。与现有技术相比，本发明技术方案节约了成本，改善了智能终端充电的安全性及可靠性，延长了智能终端电池乃至智能终端的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为现有技术一的充电保护电路；
[0023]图2为现有技术二的充电保护电路；
[0024]图3为本发明实施例的充电保护装置的结构连接图；
[0025]图4为本发明实施例的充电保护装置的充电流程示意图；[0026]图5为本发明实施例的充电保护装置对应电路图；
[0027]图6为本发明实施例的充电保护装置对应电路的充电流程示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面具体结合附图及具体实施例对本发明做以详细说明。
[0029]图3为本发明实施例的充电保护装置的结构连接图，如图3所示，该充电保护装置连接于充电器输出端31与智能终端充电端口 35之间，包括依次串接的防反插保护模块32、分压选路模块33和末端开关模块34，其中:
[0030]防反插保护模块32，设置于充电器输出端31和分压选路模块33之间，用于在充电器与智能终端极性接反(即反插)时，直接阻断与分压选路模块33的连接，由于此时充电通路被阻断，分压选路模块33无电流流经，因此不会出现过压；且在未反插时，接通防反插保护模块32与分压选路模块33的连接。
[0031 ] 分压选路模块33，设置于防反插保护模块32和末端开关模块34之间，用于在充电器输出电压超出智能终端电池的额定电压范围(即过压)时，通过分压作用选路至末端开关模块34的阻断电路，断开充电通路；在充电器输出端未反插且充电通路未过压时，同样通过分压作用选路至末端开关模块34的选通电路，接通充电通路。由此可见，分压的作用在于通过选路，最终实现末端开关模块34对异常充电保护或正常充电的可控性。
[0032]末端开关模块34，设置于分压选路模块33和智能终端充电端口 35之间。末端开关模块34包括阻断电路及选通电路，用于根据防反插保护模块32、分压选路模块33的上述情况，最终实现充电通路的断开或接通。当充电器输出端未反插而充电通路过压时，分压选路模块33选路至末端开关模块34的阻断电路，充电通路断开；反之，当充电器输出端未反插且充电通路未过压时，充电通路接通。此外，该模块的结构特征还为充电通路提供防倒灌保护功能。
[0033]图4为本发明实施例的充电保护装置的充电流程示意图，如图4所示，本发明实施例的充电保护装置的充电流程包括以下步骤:
[0034]步骤401:当充电器通过充电保护装置连接智能终端之后，首先充电保护装置对充电器的正常性进行检查，包括反插和过压。
[0035]步骤402:判断充电器是否反插。若反插，则执行步骤404 ;反之，执行步骤403 ；
[0036]步骤403:判断充电器是否过压。若过压，则执行步骤404 ;反之，执行步骤405 ；
[0037]步骤404:充电保护装置断开充电通路；
[0038]步骤405:充电保护装置接通充电通路，执行正常充电。
[0039]图5为本发明实施例的充电保护装置对应电路图，如图5所示，VIN为充电器的输出电压，VOUT为该充电保护电路的输出电压。
[0040]防反插保护模块51包括第三二极管D3，其阳极连接充电器输出端，阴极接至分压模块。
[0041]分压选路模块52包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一 N型金属氧化物半导体NMOS管N1、第二 NMOS管N2和第三P型金属氧化物半导体PMOS管P3，其中Rl —端连接防反插保护模块的输出端，另一端接至R2的一端，R2 一端连接R1，另一端接地，R3一端连接防反插保护模块的输出端，另一端与NI的漏极、N2的栅极以及P3的栅极相连接，NI的栅极接至Rl、R2之间，源极接地，N2的漏极与P3的漏极相连接，源极接地，P3的源极接至充电器输出端。
[0042]末端开关模块53包括第一 PMOS管Pl和第二 PMOS管P2，P1、P2构成所述阻断电路和选通电路，PU P2的栅极均接至分压选路模块52的输出端，PU P2的源极彼此连接，Pl的漏极连接充电器输出端，P2的漏极接至智能终端的充电端口。当出现高电平使P1、P2截止时，VIN与VOUT间不形成通路，故称阻断电路；当出现低电平使P1、P2导通时，VIN与VOUT间形成通路，故称选通电路。
[0043]由图5所示的结构可知，分压选路模块52中N2、P3组成推挽结构，通过Rl、R2分压使得该推挽结构的N2、P3截止或导通，再通过选路进一步实现末端开关模块53中P1、P2的截止或导通，最终实现智能终端异常充电保护或正常充电:当P1、P2截止时，VIN与VOUT间无通路，充电器不进行充电；当P1、P2导通时，VIN与VOUT间形成通路，充电器的输出端接通智能终端的充电端口，进行充电。此外，P1、P2的寄生二极管D1、D2的阴极接在一起，处于背靠背状态，以保证在Pl和P2截止时，VIN和VOUT间通路完全切断，实现防反插、防倒灌保护功能。
[0044]在分压选路模块52中，合理选择Rl、R2，使得仅在充电器输出端未反插且充电通路未过压时，R2的分压小于NI的导通压降，假设X点的电压为\，从而实现Vx对NI的导通或截止的控制。此外，由于NI的源漏之间有寄生电容，N2栅源之间也有寄生电容，R3与这两个电容组成RC滤波电路，从而在充电器电压出现瞬时尖峰时，将该电压滤掉，进而防止过压误检测的发生，进一步提高了充电保护电路的可靠性。
[0045]本领域技术人员应当理解，本发明实施例的充电保护装置中的防反插保护模块51、分压选路模块52及末端开关模块53均有多种电路实现方式，图5仅示出了一种实现电路，不应理解为对本发明技术方案的限定。上述电路中电阻的阻值，可根据上述充电保护装置的对应电路需截止电压及需导通电压的大小而设定，本发明不限定其具体取值。
[0046]图6为本发明实施例的充电保护装置对应电路的充电流程示意图，下面结合图5和图6给予详细说明。
[0047]正常充电实施过程:当充电器通过充电保护电路连接智能终端之后，若充电器输出端未反插且充电通路未过压时，由上所述，D3导通，经R1、R2分压后，Vx小于NI的导通压降，则NI截止，从而NI的漏极为高电平，R3处Y点的电压Vy为VIN-Vd (Vd为D3的导通压降)，从而N2导通，P3截止，这样，P1、P2的栅极被拉为低电平而导通，充电器输出端VIN和智能终端的充电端口 VOUT间形成通路，对智能终端执行正常的充电功能。
[0048]防反插和防倒灌保护的实施过程:当充电器通过充电保护电路连接智能终端之后，若充电器反插，VIN为负压，则D3反向截止，VIN至接地端不能形成通路，则X点、Y点、Z点电压均为GND，N1、N2和P3均截止，P1、P2也截止；且由于P1、P2的寄生二极管D1、D2处于背靠背状态，因此在Pl、P2截止期间，VIN与VOUT之间不会形成电流倒灌通路，从而本发明实施例的充电保护装置对应电路在对充电器实现防反插保护功能的同时，也避免了出现电流倒灌现象，实现了对智能终端充电端口的保护。
[0049]过压保护的实施过程:当充电器通过充电保护电路连接智能终端之后，若充电器过压，由上所述，D3导通，经过Rl、R2分压后，Vx大于NI的导通压降，这时NI导通，则Y点电压Vy被拉低，使N2截止，P3导通，从而P1、P2的源极和栅极间压降约等于VIN，从而P1、P2截止，VIN与VOUT间无通路，实现了过压保护功能。
[0050]由此可见，该智能终端充电保护电路同时具备过压保护、防反插保护及防倒灌保护。
[0051]本发明还记载了一种智能终端，该智能终端中设置有前述的充电保护装置。
[0052]智能终端可以为个人数字助理(PDA)、个人电脑、平板电脑、手机、可视电话、游戏机、电子相册、视频会议终端等。
[0053]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种智能终端充电保护装置，其特征在于，所述装置包括:依次串接的防反插保护模块、分压选路模块、末端开关模块，所述末端开关模块包括阻断电路及选通电路；其中: 防反插保护模块，设置于充电器输出端和分压选路模块之间，用于在充电器输出端反插时，阻断充电器输出端与分压选路模块； 分压选路模块，用于在充电通路过压时，选路至末端开关模块的阻断电路，断开充电通路；在充电器输出端未反插且充电通路未过压时，选路至末端开关模块的选通电路，接通充电通路。
2.根据权利要求1所述的充电保护装置，其特征在于，所述末端开关模块，还用于为充电通路提供防倒灌保护。
3.根据权利要求1所述的充电保护装置，其特征在于，所述防反插保护模块包括第三二极管，第三二极管的阳极连接至充电器输出端，阴极连接至分压模块。
4.根据权利要求3所述的充电保护装置，其特征在于，所述分压选路模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一 N型金属氧化物半导体NMOS管、第二 NMOS管和第三P型金属氧化物半导体PMOS管，其中第一电阻一端连接至防反插保护模块的输出端，另一端连接至第二电阻的一端，第二电阻一端连接至第一电阻，另一端接地，第三电阻一端连接至防反插保护模块的输出端，另一端与第一 NMOS管的漏极、第二 NMOS管的栅极以及第三PMOS管的栅极连接，第一 NMOS管的栅极连接至第一、第二电阻之间，源极接地，第二 NMOS管的漏极与第三PMOS管的漏极连接，源极接地，第三PMOS管的源极连接至充电器输出端。
5.根据权利要求4所述的充电保护装置，其特征在于，所述末端开关模块包括第一PMOS管和第二 PMOS管，第一、第二 PMOS管的栅极均连接至分压选路模块的输出端，第一、第二 PMOS管的源极彼此连接，第一 PMOS管的漏极连接至充电器输出端，第二 PMOS管的漏极连接至智能终端的充电端口。
6.根据权利要求5所述的充电保护装置，其特征在于，所述第一PMOS管和第二 PMOS管，分别包含第一、第二二极管，第一、第二二极管处于防倒灌的背靠背对接状态。
7.根据权利要求5所述的充电保护装置，其特征在于，所述分压选路模块在充电通路过压时，选路至末端开关模块的阻断电路，断开充电通路，包括: 充电通路过压时，第一、第二电阻分压使第一 NMOS管导通，第二 NMOS管、第三PMOS管栅极被拉为低电平，第二 NMOS管截止、第三PMOS管导通，第一、第二 PMOS管的栅极间压降使第一、第二 PMOS管均截止。
8.根据权利要求5所述的充电保护装置，其特征在于，所述分压选路模块在充电器输出端未反插且充电通路未过压时，选路至末端开关模块的选通电路，接通充电通路，包括: 在充电器输出端未反插且充电通路未过压时，第三二极管导通，第一、第二电阻分压使第一 NMOS管截止，第一 NMOS管的漏极为高电平，第三电阻处的电压使第二 NMOS管导通、第三PMOS管截止，第一、第二 PMOS管的栅极被拉为低电平，第一、第二 PMOS管均导通。
9.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端中设置有权利要求1至8任一项所述的充电保护装置。
10.根据权利要求9所述的智能终端，其特征在于，所述智能终端为个人数字助理PDA、个人电脑、平板电脑、手机、可视电话、游戏机、电子相册、视频会议终端。
【文档编号】H02J7/00GK104037734SQ201310068019
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月4日 优先权日:2013年3月4日
【发明者】刘世伟, 宁金星, 马彦青, 赵战克, 李朝晖 申请人:中兴通讯股份有限公司