手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置的制作方法

本实用新型涉及通讯与消费电子领域，尤其涉及一种手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，该连接器连接手持电子数码设备与电源适配器、计算机、存贮器等其他设备之间的连接，该连接器端头有Micro USB或Mini USB或Type C等接口的充电连接线或充电连接线与数据传送线组合。

背景技术：

当前由于数码产品的普及，电池容量提高和快速充电电流的增大致使数码产品在充电时的安全事故时有耳闻。究其原因，其中大部分是因为充电时温度升高自燃引起严重的火灾，导致人身财产受到危害。

虽然，针对这种情况，设计人员已经在平板电脑、手机等手持数码产品上采取了相应的安全措施，比如内部加设电池充放电保护芯片，温度保险丝等，但是这些手段无法确保万一。事实表明有相当数量的火灾源头是手持数码产品外部充电连接器的电流在Micro USB或Mini USB或Type C等接口的金属导电簧片接触电阻或导线电阻上热效应使温升过高的自燃，如何适时地控制这些电阻的温升，避免手持数码产品外部充电连接器温升过高而发生火灾是当下急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，该保护装置能消除手持数码产品充电时因连接器温度过高而引发的安全问题。

为了实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，所述保护装置包括一块控制芯片、一块电子功率开关和温度传感器；

所述电子功率开关为贴片式，所述电子功率开关为MOSFET，且为N-MOSFET；

所述控制芯片包括电压变换器、温度/电压的高精度转换、温度上限基准电压、温度下限基准电压、基准选择开关、电压比较器、MOSFET栅极限压保护、MOSFET栅极电压拉高电路，

连接器端口的充电连接线正极1号端子和负极2号端子分别接入电压变换器正极端和负极端，电压变换器输出连接MOSFET栅极电压拉高电路；

基准选择开关连接温度上限基准电压和温度下限基准电压，并由电压比较器输出反馈控制切换；基准选择开关输出端接入电压比较器输入端，电压比较器另一输入端接入由温度传感器经温度/电压的高精度转换的电压，两者在电压比较器进行比较；电压比较器输出端3号端子并接MOSFET栅极限压保护和MOSFET栅极电压拉高电路另一端，同时并接到控制芯片外部的N-MOSFET栅极；

MOSFET栅极限压保护另一端和N-MOSFET源极共同连接至充电连接线负极2号端子，N-MOSFET漏极连接电子数码设备输入负极端，电子数码设备输入正极端连接充电连接线正极1号端子。

进一步，所述温度传感器为第一型温度传感器，第一型温度传感器与所述控制芯片组成一体构成第一型控制芯片，第一型控制芯片为贴片式。

进一步，所述控制芯片为第三型控制芯片，第三型控制芯片为贴片式；所述温度传感器为第二型温度传感器，第二型温度传感器为贴片式温度传感器。

进一步，所述温度传感器包括热敏电阻、二极管或三极管。

一种手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，所述保护装置包括一块控制芯片、一块电子功率开关和温度传感器；

所述电子功率开关为贴片式，所述电子功率开关为MOSFET，且为P-MOSFET；

所述控制芯片包括电压变换器、温度/电压的高精度转换、温度上限基准电压、温度下限基准电压、基准选择开关、电压比较器、MOSFET栅极限压保护、MOSFET栅极电压拉低电路，

连接器端口的充电连接线正极1号端子和负极2号端子分别接入电压变换器正极端和负极端，电压变换器输出连接MOSFET栅极电压拉低电路；

基准选择开关连接温度上限基准电压和温度下限基准电压，并由电压比较器输出反馈控制切换；基准选择开关输出端接入电压比较器输入端，电压比较器另一输入端接入由温度传感器经温度/电压的高精度转换的电压，两者在电压比较器进行比较；电压比较器输出端3号端子并接MOSFET栅极限压保护和MOSFET栅极电压拉低电路另一端，同时并接到控制芯片外部的P-MOSFET栅极；

MOSFET栅极限压保护另一端和P-MOSFET源极共同连接至充电连接线正极1号端子，P-MOSFET漏极连接电子数码设备输入正极端，电子数码设备输入负极端连接充电连接线负极2号端子。

进一步，所述温度传感器为第一型温度传感器，第一型温度传感器与所述控制芯片组成一体构成第二型控制芯片，第二型控制芯片为贴片式。

进一步，所述控制芯片为第四型控制芯片，第四型控制芯片为贴片式；所述温度传感器为第二型温度传感器，第二型温度传感器为贴片式温度传感器。

进一步，所述温度传感器包括热敏电阻、二极管或三极管。

本实用新型手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，在安装时，注意将温度传感器紧贴连接器的热源，通过保护装置能实时监测连接器局域温度，当温度达到设定的上限温度时，保护装置会立刻断开充电电流以确保温度不再上升，防止引发火灾；待温度低于设定的下限温度时，自行恢复至传输充电电流的导通状态。从而消除了手持数码产品充电时因连接器温度过高而引发的事故。该保护装置成本低、易普及、使用方便适合大规模推广。

附图说明

图1为本实用新型手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置电气原理框图（第1实施例，其中：控制芯片为第一型控制芯片，电子功率开关为N-MOSFET）；

图2为本实用新型的内嵌限温电子开关的保护装置电气原理框图（第2实施例，其中：控制芯片为第二型控制芯片，电子功率开关为P-MOSFET）；

图3为本实用新型的内嵌限温电子开关的保护装置电气原理框图（第3实施例，其中：控制芯片为第三型控制芯片，电子功率开关为N-MOSFET）；

图4为本实用新型的内嵌限温电子开关的保护装置电气原理框图（第4实施例，其中：控制芯片为第四型控制芯片，电子功率开关为P-MOSFET）；

图5为图1中第一型控制芯片电路示意图；

图6为本实用新型手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置与连接器端头的接口连接示意图。

图中：111电压变换器，112温度上限基准电压，113温度下限基准电压，114基准选择开关，115电压比较器，116温度/电压的高精度转换，117 MOSFET栅极电压拉高电路，118 MOSFET栅极限压保护，119 MOSFET栅极电压拉低电路；

110第一型温度传感器，33第二型温度传感器；

21-1第一型控制芯片，21-2第二型控制芯片第，31-1第三型控制芯片，31-2第四型控制芯片；

22-1 N-MOSFET（电子功率开关），22-2 P-MOSFET（电子功率开关）；

5连接器，6电源适配器，7电子数码设备，8 PCB底板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

参见图1，图1中点划线框内是连接器5，粗线框内是控制芯片，该控制芯片为第一型控制芯片21-1。电源适配器6输出正极端1号端子和负极端2号端子，1号端子和2号端子分别为连接器5正、负电源输入端；1号端子同时也是连接器5输出端连接电子数码设备7正端。3号端子为控制芯片21-1的输出驱动端，连接到N-MOSFET 22-1的控制栅极。N-MOSFET 22-1的漏极连接电子数码设备7的负端；N-MOSFET的源极连接到2号端子。第一型温度传感器110输入端子紧贴测温点，同时确保有良好热传导性。

一种手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，该保护装置包括一块控制芯片、一块电子功率开关和温度传感器；所述电子功率开关为贴片式，所述电子功率开关为MOSFET，且为N-MOSFET 22-1；

所述控制芯片包括电压变换器111、温度/电压的高精度转换116、温度上限基准电压112、温度下限基准电压113、基准选择开关114、电压比较器115、MOSFET栅极限压保护118、MOSFET栅极电压拉高电路117，

连接器5端口的充电连接线正极1号端子和负极2号端子分别接入电压变换器111正极端和负极端，电压变换器111输出连接MOSFET栅极电压拉高电路117；

基准选择开关114连接温度上限基准电压112和温度下限基准电压113，并由电压比较器115输出反馈控制切换；基准选择开关114输出端接入电压比较器115输入端，电压比较器115另一输入端接入由温度传感器经温度/电压的高精度转换116的电压，两者在电压比较器115进行比较；电压比较器115输出端3号端子并接MOSFET栅极限压保护118和MOSFET栅极电压拉高电路117另一端，同时并接到控制芯片外部的N-MOSFET 22-1栅极；

MOSFET栅极限压保护118另一端和N-MOSFET 22-1源极共同连接至充电连接线负极2号端子，N-MOSFET 22-1漏极连接电子数码设备7输入负极端，电子数码设备7输入正极端连接充电连接线正极1号端子。

所述温度传感器为第一型温度传感器110，第一型温度传感器110与所述控制芯片组成一体构成第一型控制芯片21-1，第一型控制芯片21-1为贴片式。贴片式的第一型控制芯片21-1与贴片式电子功率开关N-MOSFET 22-1构成了两件套结构。所述第一型温度传感器110包括热敏电阻、二极管或三极管。

参见图5，图5为图1中第一型控制芯片各功能模块具体电路图。图5中虚线框内的电压变换器由电流源I1、基准稳压管D1、运算放大器U1、三极管Q1、电压取样电阻R1和R2构成。二极管D2是温度传感器，在本实施例中采用了二极管D2，也可以是热敏电阻或三极管。精准电流源I2在二极管D2上产生随温度而变的电压实行温度/电压高精度转换。M1(n-mosfet)是基准选择开关，基准选择开关M1导通时将分压电阻R5短路，分压比R4/(R3+R4) 在“B”点建立温度上限基准电压(该值较小)；基准选择开关M1关断时，分压比(R4+R5)/(R3+R4+R5) 在“B”点建立温度下限基准电压(该值较大) 。电压比较器U2与上拉电阻R6输出M2(MOSFET)栅极驱动电压。MOSFET栅极由稳压管D3实行限压保护。

实施例2

参见图2，图2中点划线框内是连接器5，粗线框内是控制芯片，该控制芯片为第二型控制芯片21-2。电源适配器6输出正极端1号端子和负极端2号端子，1号端子和2号端子分别为连接器5正、负电源输入端；3号端子为控制芯片21-2的输出驱动端，连接到P-MOSFET 22-2的控制栅极。P-MOSFET 22-2的漏极连接电子数码设备7正端，P-MOSFET 22-2的源极连接到1号端子，2号端子连接电子数码设备7负端。第一型温度传感器110输入端子紧贴测温点，同时确保有良好热传导性。

一种手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，该保护装置包括一块控制芯片、一块电子功率开关和温度传感器；所述电子功率开关为贴片式，所述电子功率开关为MOSFET，且为P-MOSFET 22-2；

所述控制芯片包括电压变换器111、温度/电压的高精度转换116、温度上限基准电压112、温度下限基准电压113、基准选择开关114、电压比较器115、MOSFET栅极限压保护118、MOSFET栅极电压拉低电路119，

连接器5端口的充电连接线正极1号端子和负极2号端子分别接入电压变换器111正极端和负极端，电压变换器111输出连接MOSFET栅极电压拉低电路119；

基准选择开关114连接温度上限基准电压112和温度下限基准电压113，并由电压比较器115输出反馈控制切换；基准选择开关114输出端接入电压比较器115输入端，电压比较器115另一输入端接入由温度传感器经温度/电压的高精度转换116的电压，两者在电压比较器115进行比较；电压比较器115输出端3号端子并接MOSFET栅极限压保护118和MOSFET栅极电压拉低电路119另一端，同时并接到控制芯片外部的P-MOSFET 22-2栅极；

MOSFET栅极限压保护118另一端和P-MOSFET 22-2源极共同连接至充电连接线正极1号端子，P-MOSFET 22-2漏极连接电子数码设备7输入正极端，电子数码设备7输入负极端连接充电连接线负极2号端子。

所述温度传感器为第一型温度传感器110，第一型温度传感器110与所述控制芯片组成一体构成第二型控制芯片21-2，第二型控制芯片21-2为贴片式。贴片式的第二型控制芯片21-2与贴片式电子功率开关P-MOSFET 22-2构成了两件套结构。所述第一型温度传感器110包括热敏电阻、二极管或三极管。

第二型控制芯片21-2内部各功能模块具体电路与第一型控制芯片类似，故从略，可参见图5。

实施例3

参见图3，图3中点划线框内是连接器5，粗线框内是控制芯片，该控制芯片为第三型控制芯片31-1。电源适配器6输出正极端1号端子和负极端2号端子，1号端子和2号端子分别为连接器5正、负电源输入端；1号端子同时也是连接器5输出端连接电子数码设备7正端。3号端子为控制芯片31-1的输出驱动端，连接到N-MOSFET 22-1的控制栅极。N-MOSFET 22-1的漏极连接电子数码设备7的负端；N-MOSFET 22-1的源极连接到2号端子。4号端子连接到贴片式温度传感器一端，该贴片式温度传感器为第二型温度传感器33，外部第二型温度传感器33获得的信号从4号端子进入控制芯片31-1内部，第二型温度传感器33输入端紧贴测温点，同时确保有良好热传导性。

一种手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，该保护装置包括一块控制芯片、一块电子功率开关和温度传感器；所述电子功率开关为贴片式，所述电子功率开关为MOSFET，且为N-MOSFET 22-1；

所述控制芯片包括电压变换器111、温度/电压的高精度转换116、温度上限基准电压112、温度下限基准电压113、基准选择开关114、电压比较器115、MOSFET栅极限压保护118、MOSFET栅极电压拉高电路117，

连接器5端口的充电连接线正极1号端子和负极2号端子分别接入电压变换器111正极端和负极端，电压变换器111输出连接MOSFET栅极电压拉高电路117；

基准选择开关114连接温度上限基准电压112和温度下限基准电压113，并由电压比较器115输出反馈控制切换；基准选择开关114输出端接入电压比较器115输入端，电压比较器115另一输入端接入由温度传感器经温度/电压的高精度转换116的电压，两者在电压比较器115进行比较；电压比较器115输出端3号端子并接MOSFET栅极限压保护118和MOSFET栅极电压拉高电路117另一端，同时并接到控制芯片外部的N-MOSFET 22-1栅极；

MOSFET栅极限压保护118另一端和N-MOSFET 22-1源极共同连接至充电连接线负极2号端子，N-MOSFET 22-1漏极连接电子数码设备7输入负极端，电子数码设备7输入正极端连接充电连接线正极1号端子。

所述控制芯片为第三型控制芯片31-1，第三型控制芯片31-1为贴片式；所述温度传感器为第二型温度传感器33，第二型温度传感器33为贴片式；上述二个贴片式结构与贴片式电子功率开关N-MOSFET 22-1构成了三件套结构。所述第二型温度传感器33包括热敏电阻、二极管或三极管。

第三型控制芯片31-1内部各功能模块具体电路与第一型控制芯片类似，故从略，参见图5。

实施例4

参见图4，图4中点划线框内是连接器5，粗线框内是控制芯片，该控制芯片为第四型控制芯片31-2。电源适配器6输出正极端1号端子和负极端2号端子，1号端子和2号端子分别为连接器5正、负电源输入端；3号端子为控制芯片31-2的输出驱动端，连接到P-MOSFET 22-2的控制栅极。P-MOSFET 22-2的漏极连接电子数码设备7正端，P-MOSFET 22-2的源极连接到1号端子，2号端子连接电子数码设备7负端。4号端子连接到贴片式温度传感器一端，该贴片式温度传感器为第二型温度传感器33，外部第二型温度传感器33获得的信号从4号端子进入控制芯片31-2内部，第二型温度传感器33输入端紧贴测温点，同时确保有良好热传导性。

一种手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，该保护装置包括一块控制芯片、一块电子功率开关和温度传感器；所述电子功率开关为贴片式，所述电子功率开关为MOSFET，且为P-MOSFET 22-2；

所述控制芯片包括电压变换器111、温度/电压的高精度转换116、温度上限基准电压112、温度下限基准电压113、基准选择开关114、电压比较器115、MOSFET栅极限压保护118、MOSFET栅极电压拉低电路119，

连接器5端口的充电连接线正极1号端子和负极2号端子分别接入电压变换器111正极端和负极端，电压变换器111输出连接MOSFET栅极电压拉低电路119；

基准选择开关114连接温度上限基准电压112和温度下限基准电压113，并由电压比较器115输出反馈控制切换；基准选择开关114输出端接入电压比较器115输入端，电压比较器115另一输入端接入由温度传感器经温度/电压的高精度转换116的电压，两者在电压比较器115进行比较；电压比较器115输出端3号端子并接MOSFET栅极限压保护118和MOSFET栅极电压拉低电路119另一端，同时并接到控制芯片外部的P-MOSFET 22-2栅极；

MOSFET栅极限压保护118另一端和P-MOSFET 22-2源极共同连接至充电连接线正极1号端子，P-MOSFET 22-2漏极连接电子数码设备7输入正极端，电子数码设备7输入负极端连接充电连接线负极2号端子。

所述控制芯片为第四型控制芯片31-2，第四型控制芯片31-2为贴片式；所述温度传感器为第二型温度传感器33，第二型温度传感器33为贴片式；上述二个贴片式结构与贴片式电子功率开关P-MOSFET 22-2构成了三件套结构。所述第二型温度传感器33包括热敏电阻、二极管或三极管。

第四型控制芯片31-2内部各功能模块具体电路与第一型控制芯片类似，故从略，参见图5。

本实用新型手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置的特征是：构成保护装置的这些器件均可通过表面贴装技术（SMT）安装在连接器5端头Micro USB或Mini USB或Type C等接口的PCB底板8上，参见图6，限温开关的功能全部由电子器件实行。消除了之前电气机械式温度开关方案存在的机械抖动、金属疲劳失效、断路电弧火花电磁辐射、机械强度差、反应速度较慢以及状态维持耗电较大的固有缺点。

本实用新型手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置的工作原理是：

连接器初始温度低于设定的上限温度时，基准选择开关自动接入温度上限基准电压，电压比较器输出拉高或拉低电平，分别驱动N-MOSFET或P-MOSFET导通；保护装置处于导通状态，传输电流实现正常充电。

当连接器温度上升（负载电流在Micro USB或Mini USB或Type C等接口的金属导电簧片接触电阻或MOSFET导通电阻或导线电阻上热效应产生的温升或环境温度升高）达到设定的上限温度时，控制芯片的电压比较器输出将MOSFET栅极与源极短接，从而MOSFET截止关断，充电电流瞬即为零；保护装置处于关断的保护状态，切断负载的充电电流。同时，电压比较器输出触发基准选择开关自动切换，改接输入比较电压为温度下限基准电压值。

此后，连接器会自然降温。尽管如此，MOSFET仍保持关断的保护状态。仅当连接器的温度下降到设定下限温度时，该控制芯片中的电压比较器才会将MOSFET栅极与源极的短接释放，从而MOSFET导通，重新恢复充电状态；这样保护装置重新处于导通状态，连接器恢复正常工作并传输电流。上限温度和下限温度的设定，是根据用户需要在控制芯片设计时确定的。

控制芯片内部集成的电压变换器，确保了连接器的输入电压在5V~20V宽范围内，保护装置都可以正常工作，参见图5。

在本实用新型的手持电子数码设备连接器5中，所述内嵌限温电子开关的保护装置安装在连接器端头内接口的PCB底板8上，位于接口的金属导电簧片与充电连接线之间，参见图6。图6中接口的PCB底板8上虚线框内是内嵌的限温电子开关保护装置。

本实用新型的保护装置可应用于当前的Micro USB接口或Mini USB接口或Type C接口的充电连接线或充电连接线与数据传送线组合的连接器上。

本实用新型手持电子数码设备连接器内嵌限温电子开关的保护装置，通过其本体能实时监测连接器局域温度，当温度达到设定的上限温度时，保护装置会立刻断开充电电流以确保温度不再上升，防止引发火灾；待温度低于设定的下限温度时，自行恢复至传输充电电流的导通状态。从而消除了众多由于劣质连接器或连接器非原厂配件或原配连接器不当使用引发的火灾。另外该保护装置成本低、易普及、使用方便适合大规模推广。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。