一种充电保护电路、充电保护方法及移动终端与流程

本发明属于直流充电技术领域，具体地说，是涉及一种采用电源适配器对移动终端内部的电池进行充电时，为确保充电安全而提出的过压、过流保护技术。

背景技术：

目前，便携式移动终端已经深入到人们生活的方方面面，成为引领半导体产业前进的主导力量。现有的便携式移动终端大多采用可充电电池为产品内部的系统电路供电，并在电池电量不足时，采用外置的电源适配器(充电器)为移动终端内部的电池补充电力，以满足移动终端的用电需求。

现有的充电器，其类型多种多样，有输出电压固定的普通5V充电器、输出电压多档可选的QC2.0、USB PD、MTK PE+充电器以及输出电压可自由调节的QC3.0充电器等。其中，普通5V充电器只能输出固定的5V直流充电电压。QC2.0、USB PD、MTK PE+充电器可以支持5V/9V/12V等几档固定电压输出，移动终端可以根据自身的充电要求将QC2.0、USB PD、MTK PE+充电器的输出电压调整到某一固定的档位上，进而采用调整后的固定充电电压为移动终端内部的电池充电。而QC3.0充电器则是一款智能化程度比较高的电源适配器，它可以以200mV增量为一档，提供从3.6V到20V宽范围的直流电压输出，实现输出电压的灵活选择。使用QC3.0充电器为手机等移动终端内部的电池充电，可以根据电池的电量实时地调节QC3.0充电器的输出电压，以达到预期的充电电流，从而最小化电量损失，提高充电效率并改善移动终端的热表现。

面对种类如此繁多的充电器，对于现有的移动终端，在其充电接口的保护电路设计上，对于过压、过流保护点的设定都是固定单一的，不能根据实际的充电器输出电压类型进行自适应调节，这就会导致两方面问题：一方面，保护点设定得过低，可能会触发误保护，导致用户的使用体验下降；另一方面，保护点设定得过高，可能起不到过压、过流保护的作用，继而导致移动终端的损坏概率增加，降低了移动终端充电的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以根据充电器的类型自动调整过压、过流保护点的充电保护技术，在保证充电安全的前提下，可以使不同类型的充电器充分发挥其自身的充电性能，提高充电效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供了一种充电保护电路，应用在具有充电电池的移动终端中，包括充电接口、充电芯片、过压过流保护电路、电位器和处理器；所述充电接口用于外接充电器；所述充电芯片用于接收通过所述充电接口接入的充电电源，并为所述充电电池充电；所述过压过流保护电路连接在所述充电接口与充电芯片之间，包括用于调节电压阈值的过压保护端子和用于调节电流阈值的过流保护端子，所述过压过流保护电路在检测到所述充电电源的充电电压超过所述电压阈值或者所述充电电源的充电电流超过所述电流阈值时，切断所述充电电源向所述充电芯片的供电；所述电位器通过调节连接到所述过压过流保护电路的所述过压保护端子和过流保护端子的有效电阻的阻值，以改变所述的电压阈值和电流阈值；所述处理器根据所述充电接口外接的充电器的类型，调节所述电位器的所述有效电阻的阻值。

另一方面，本发明还提供了一种移动终端，设置有包括充电接口、充电芯片、充电电池、过压过流保护电路、电位器和处理器；所述充电接口用于外接充电器；所述充电芯片用于接收通过所述充电接口接入的充电电源，并为所述充电电池充电；所述过压过流保护电路连接在所述充电接口与充电芯片之间，包括用于调节电压阈值的过压保护端子和用于调节电流阈值的过流保护端子，所述过压过流保护电路在检测到所述充电电源的充电电压超过所述电压阈值或者所述充电电源的充电电流超过所述电流阈值时，切断所述充电电源向所述充电芯片的供电；所述电位器通过调节连接到所述过压过流保护电路的所述过压保护端子和过流保护端子的有效电阻的阻值，以改变所述的电压阈值和电流阈值；所述处理器根据所述充电接口外接的充电器的类型，调节所述电位器的所述有效电阻的阻值。

再一方面，本发明还提供了一种充电保护方法，包括识别外接充电器的类型；根据充电器的类型调整充电电路的电压阈值和电流阈值；检测充电器输出的充电电源，若充电电压大于所述电压阈值或者充电电流大于所述电流阈值，则阻断所述的充电电源，进行过压过流保护。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过在移动终端的充电线路中增设过压过流保护电路，并利用电位器阻值可调的特性对过压过流保护电路的过压保护端子上的电压值以及过流保护端子上的电流值进行调节，由此实现了电压阈值和电流阈值的动态调整。在此基础上，本发明进一步提出了根据外接充电器的类型动态地调整所述电压阈值和电流阈值的设计思想，由此在保证移动终端充电安全的前提下，可以使不同类型的充电器充分发挥其自身的充电性能，提高移动终端的充电效率。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提出的充电保护方法的一种实施例的处理流程图；

图2是本发明所提出的充电保护电路的一种实施例的电路原理图；

图3是图1中充电器识别方法的一种实施例的识别流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例为了使不同类型的充电器都能充分发挥其自身的充电性能，以尽可能地提升移动终端的充电效率，提出了根据外接充电器的类型不同，自适应地调整移动终端的过压过流保护点的设计思想，从而可以为移动终端提供更安全的充电保护，以降低移动终端的损坏概率。

下面结合图1，首先对本实施例的充电保护方法进行详细阐述，具体包括以下过程：

S101、插入充电器；

在本实施例中，设置各种类型的充电器在插入到移动终端的充电接口上时，首先输出默认的5V充电电压，以确保各种类型移动终端的充电安全。

S102、识别外接充电器的类型；

在本实施例中，设计移动终端在检测到其充电接口上有充电器插入时，首先对外接的充电器的类型进行识别。本实施例在这里将充电器分成两种类型：一种类型是，在正常充电过程中，其输出的充电电压是固定不变的固定充电器，本实施例以普通5V充电器、QC2.0充电器、USB PD充电器和MTK PE+充电器为例进行说明；另一种类型是，在正常充电过程中，其输出的充电电压是可以根据电池的电芯电压变化实现动态调整的可调充电器，本实施例以QC3.0充电器为例进行说明。对于各种类型的充电器如何识别，将在后续的描述中结合图3进行详细地说明。

S103、根据充电器的类型调整充电电路的电压阈值和电流阈值；

在本实施例中，为了充分发挥不同类型充电器的充电性能，对于电压阈值和电流阈值的具体设置，本实施例提出以下三种设置方式：

当移动终端识别出外接到其充电接口上的充电器是普通5V充电器时，设置充电电路的电压阈值(过压保护点)Vth＝5.5V，设置电流阈值(过流保护点)Ith＝2A。当然，也可以根据充电器和移动终端的实际情况进行按需调整。对于电流阈值Ith，可以按照移动终端预期的输入电流确定，但应小于该普通5V充电器的输出能力。

当移动终端识别出外接到其充电接口上的充电器是输出电压多档可调、但在档位选定后即以确定档位输出固定电压的固定充电器时，如QC2.0充电器、USB PD充电器或MTK PE+充电器等，则移动终端首先根据其所需的充电电压调整所述充电器的电压输出，然后根据确定后的充电电压Vout设置充电电路的电压阈值Vth＝Vout+△V，所述△V为电压增量，其优选在[5％*Vout,15％*Vout]的范围内取值，并根据所述移动终端预期的输入电流Iin确定电流阈值Ith＝Iin+△I，所述△I为电流增量，其取值应满足使设置的电流阈值Ith小于所述固定充电器的电流输出能力的要求。例如，当所述移动终端控制与其外接的充电器的输出电压Vout＝9V时，优选设置充电电路的电压阈值Vth＝10V，电流阈值Ith＝1.8A或者Ith＝2A，继而在保证充电器运行安全的同时，尽量提升充电电流，加快移动终端的充电速度。

当移动终端识别出外接到其充电接口上的充电器是输出电压动态可调的可调充电器时，可以跟随所述可调充电器输出的充电电压Vout的变化，动态地调整充电电路的电压阈值Vth和电流阈值Ith。本实施例优选设置电压阈值Vth＝1.1*Vout，电流阈值Ith＝1.1*Iin，所述Iin为充电电压为Vout时移动终端所预期的输入电流。当然，也可以根据充电器和移动终端的实际情况对所述电压阈值Vth和电流阈值Ith进行调整，使电压阈值Vth略大于可调充电器输出的充电电压Vout，电流阈值Ith略大于移动终端所预期的输入电流。例如，电压阈值Vth可以在1.05*Vout～1.15*Vout的范围内取值，电流阈值Ith可以在1.05*Iin～1.15*Iin的范围内取值，且最终确定的电流阈值Ith小于所述可调充电器的输出能力。

S104、检测充电器输出的充电电源，若充电电压Vout大于所设置的电压阈值Vth或者充电电流Iin大于所设置的电流阈值Ith，则阻断所述的充电电源，对移动终端进行过压过流保护。

采用本实施例提出的上述设计思想，解决了现有移动终端的过压过流保护点固定单一，不能根据实际使用的充电器类型进行自适应调整的问题，可以为移动终端提供更安全的充电保护。

为了实现电压阈值和电流阈值的自适应调整，本实施例还提出了一种充电保护电路的结构设计，如图2所示，包括充电接口J1、处理器U1、充电芯片U2、过压过流保护电路U3、电位器U4等主要组成部分。其中，所述充电接口J1优选设计成USB接口，以满足与目前绝大多数类型充电器的插接要求。在本实施例中，为了实现对USB PD类型充电器的识别，在所述USB接口J1中优选设置六个引脚，分别包括电源引脚VBUS、差分引脚D+、差分引脚D-、总线引脚CC1、总线引脚CC2和接地引脚GND。其中，电源引脚VBUS用于传输充电器输出的充电电源，连接过压过流保护电路U3的电源输入端VIN，过压过流保护电路U3的电源输出端VOUT连接充电芯片U2，当通过充电器接入的充电电压和充电电流均未超过移动终端设置的安全阈值时，过压过流保护电路U3将其电源输入端VIN和电源输出端VOUT连通，进而使充电电源传输至充电芯片U2，通过所述充电芯片U2为移动终端内部的充电电池U5充电蓄能。USB接口J1的接地引脚GND连接移动终端内部的系统地，实现外接充电器与移动终端的共地。

为了实现移动终端对外接充电器类型的有效识别，本实施例将充电芯片U2的差分引脚U2_D+、差分引脚U2_D-和处理器U1的差分引脚U1_D+差分引脚U1_D-分别与USB接口J1的差分引脚D+、差分引脚D-对应连接，并在充电芯片U2和处理器U1的差分引脚连接线路中串联隔离电阻R1、R2，以实现充电芯片U2与处理器U1之间的信号隔离。在本实施例中，所述隔离电阻R1、R2优选采用330欧姆的常规电阻，串联在充电芯片U2的差分引脚U2_D+、差分引脚U2_D-的一侧，对处理器U1通过其差分引脚U1_D+、差分引脚U1_D-输出的信号实现隔离。处理器U1通过其I²C接口SCL、SDA连接USB PD控制芯片U6，通过USB PD控制芯片U6连接USB接口J1的总线引脚CC1、总线引脚CC2，通过与外接的USB PD充电器通信，以实现移动终端对USB PD充电器的识别。所述USB PD控制芯片U6可以选择性设置，只要能够满足处理器U1与USB PD充电器的通信要求即可。

下面结合图3，对外接充电器类型的具体识别方法进行详细阐述，包括以下流程：

S301、检测充电接口J1上是否有充电电源接入，若有，则执行后续步骤，否则，重复当前的充电电源接入的检测过程；

在本实施例中，无论何种类型的充电器，都可以设置充电器在插入到移动终端的充电接口J1上时，默认输出5V直流电压。由于在移动终端中设置的过压保护点—电压阈值Vth均大于5V，因此过压过流保护电路U3的电源输入端VIN和电源输出端VOUT连通，充电芯片U2在检测到充电接口J1的电源引脚VBUS上有电源接入时，判定有SDP(标准USB设备，例如计算机等主机)或DCP(专用充电器)插入，并通过I²C总线通知处理器U1，开始对外接设备的类型进行识别。

S302、移动终端进行BC1.2检测，来区分SDP和DCP，若为SDP，则结束充电器类型的识别过程；若为DCP，则执行后续步骤；

在本实施例中，对于专用充电器DCP来说，其充电接口J0的差分引脚D+、差分引脚D-都是默认短接的。移动终端可以利用其处理器U1或充电芯片U2检测其充电接口J1的差分引脚D+、差分引脚D-是否短接，若短接，则判定为专用充电器DCP，并执行后续的进一步识别步骤；若未短接，则判定为标准USB设备SDP，如电脑，结束本次充电器类型的识别过程。

S303、在充电接口J1的差分引脚D+上施加高电平，且维持时间t1，与此同时，检测差分引脚D-的电平状态，若差分引脚D-上的电平在时间t1以内由高电平跳变为低电平，则执行步骤S304；若差分引脚D-上的电平在时间t1内始终保持高电平，则执行步骤S305；

在本实施例中，所述t1优选设定在1秒以上。优选利用充电芯片U2将充电接口I1的差分引脚D+上拉至0.6V，且维持1秒以上的时间，然后对充电接口J1的差分引脚D-的电平变化进行检测。对于普通5V充电器、MTK PE+充电器、USB PD充电器来说，其充电接口J0的差分引脚D+、差分引脚D-始终保持短接状态；而对于QC2.0/QC3.0类型的充电器来说，在其检测到其差分引脚D+被置为高电平后，会在持续1秒左右的时间将其短接的差分引脚D+、差分引脚D-断开。移动终端可以利用其处理器U1或者充电芯片U2检测其充电接口J1的差分引脚D-的电平变化，若检测到差分引脚D-始终保持高电平，则判定外接的充电器为普通5V充电器、MTK PE+充电器、USB PD充电器，跳转到S305执行。若检测到差分引脚D-保持高电平大约1秒钟的时间时，跳变为低电平，则判定充电器的差分引脚D+、差分引脚D-断开，外接的充电器为QC2.0充电器或者QC3.0充电器，执行步骤S304。

S304、向充电接口J1的差分引脚D+连续发送高电平脉冲信号，若通过充电器输出的充电电压相应增加，则判定插入的是QC3.0充电器；否则，判定为外接的是QC2.0充电器；

在本实施例中，移动终端可以利用其充电芯片U2或处理器U1向充电接口J1的差分引脚D+连续发送高电平的脉冲信号。对于QC3.0充电器来说，每当其差分引脚D+接收到一个高电平脉冲，就将其输出的充电电压升高200mV；而QC2.0充电器则不具备输出电压连续可调的特性。因此，可以采用向充电器的差分引脚D+连续发送高电平脉冲，并通过检测电源引脚VBUS的输出电压是否逐渐增加的方式，来判定插入的充电器是QC2.0充电器还是QC3.0充电器。具体来讲，对于输出电压相应增加的充电器，判定为QC3.0充电器；未相应增加的充电器，判定为QC2.0充电器。由此完成充电器类型的识别过程。

S305、通过充电接口J1的电源引脚VBUS向外接的充电器发送脉冲，以判断外接的充电器是否为MTK PE+充电器；

在本实施例中，移动终端可以利用充电芯片U2首先向充电接口J1的电源引脚VBUS发送电流脉冲，对于MTK PE+充电器来说，在其电源引脚Vbus接收到脉冲信号后，会调节其输出的充电电压，以做出响应。而对于USB PD充电器来说，则不会有所反应。因此，可以根据输出电压的变化判断是否为MTK PE+充电器。即，若充电器对其输出电压进行了调整，则判定当前插入的是MTK PE+充电器，结束本次的充电器类型识别过程；否则，继续执行后续的充电器类型识别步骤。

S306、通过总线引脚CC1、总线引脚CC2与外接的充电器通信，以判断是否为USB PD充电器；

在本实施例中，移动终端的充电芯片U2在判定插入的充电器不是MTK PE+充电器时，通过I²C总线通知处理器U1进行USB PD充电器的识别。具体来讲，所述处理器U1可以通过充电接口J1的总线引脚CC1、总线引脚CC2与外接的充电器进行通信，根据事先确定的握手机制判断外接充电接口U1的充电器是否为USB PD充电器。即，若握手成功，则判定为USB PD充电器；否则，判定为普通5V充电器。

移动终端在识别出外接至其充电接口J1的充电器是何种类型后，首先根据充电器的具体类型调节其输出的充电电压。在本实施例中，对于普通5V充电器，则保持输出+5V充电电压；而对于QC2.0充电器、USB PD充电器和MTK PE+充电器，则优选将其输出电压调整为9V；而对于QC3.0充电器，则需根据充电电池U5的电芯电压的变化，动态地调整其输出的充电电压。

为了对过压过流保护电路U3的电压阈值Vth和电流阈值Ith进行调整，本实施例优选采用电位器U4连接至过压过流保护电路U3的过压保护端子OVP和过流保护端子ILIM上，通过改变电位器U4的有效电阻的阻值，以实现对过压保护端子OVP上的电压的调节以及过流保护端子ILIM上的电流的调节，继而实现对电压阈值Vth和电流阈值Ith的调整。

为了简化电路设计，本实施例优选采用过压过流保护芯片U3配合数字电位器U4实现对电压阈值Vth和电流阈值Ith的调整。如图2所示，本实施例的数字电位器U4包括两路可调电阻P0A-P0B和P1A-P1B，将第一路可调电阻P0A-P0B的中间抽头P0W连接至过压过流保护芯片U3的过压保护端子OVP，并进一步通过分压电阻R3连接至充电接口J1的电源引脚VBUS。由于过压保护端子OVP上的电压计算公式为：其中Vout为通过充电接口J1的电源引脚VBUS接入的充电电压，因此，通过调节第一路可调电阻P0A-P0B的有效电阻RP0W-P0B的阻值，即可改变过压保护端子OVP上的电压值，进而改变过压过流保护芯片U3的电压阈值Vth。

同理，将第二路可调电阻P1A-P1B的中间抽头P1W连接至所述过压过流保护芯片U3的过流保护端子ILIM。由于过流保护端子ILIM上的电流计算公式为：其中，VREF为过压过流保护芯片U3的内部参考电压，幅值固定，因此，通过调节第二路可调电阻P1A-P1B的有效电阻RP1W-P1B的阻值，便可以改变过流保护端子ILIM上的电流值，进而改变过压过流保护芯片U3的电流阈值Ith。将所述数字电位器U4的总线引脚U4_SCL、U4_SDA通过I²C总线连接至处理器U1的总线接口，通过I²C总线接收处理器U1根据外接充电器的类型输出的控制信号，以调节两路可调电阻P0A-P0B和P1A-P1B的有效电阻RP0W-P0B、RP1W-P1B的阻值，进而达到调整过压过流保护芯片U3的电压阈值Vth和电流阈值Ith的目的。

所述过压过流保护芯片U3对外接充电器输出的充电电压Vout和充电电流进行检测，当充电电压Vout大于电压阈值Vth或者充电电流大于电流阈值Ith时，将其电源输入端VIN和电源输出端VOUT断开，阻断充电电源向充电芯片U2的传送，以起到过压、过流保护的作用。

本实施例所提出的充电保护电路和充电保护方法可以根据外接充电器的类型自适应地调整移动终端的过压保护点和过流保护点，特别是对于外接充电器是QC3.0充电器的情况，处理器U1不仅可以根据电池U5的电芯电压变化，采用向充电接口J1的差分引脚D+或差分引脚D-发送脉冲的方式，动态地调整QC3.0充电器输出的充电电压Vout，而且可以根据充电电压Vout的变化动态地调整过压过流保护芯片U3的电压阈值Vth和电流阈值Ith，使其跟随充电电压Vout的变化而变化，由此不仅可以显著提升移动终端的充电效率，而且可以对移动终端提供更安全的保护。

本发明所提出的充电保护电路结构简单，成本低，充电保护方法易于设计和实现，可以广泛应用在手机、平板电脑、笔记本电脑、移动电源等移动终端产品中，以提高移动终端充电的安全性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。