用于充电式设备的过压保护电路及充电式设备的制作方法

本实用新型涉及电路设计技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种用于充电式设备的过压保护电路及充电式设备。

背景技术：

对于现有的充电式设备，都包括可充电电池、MCU和为该MCU供电的低压差线性稳压器(本领域技术人员也称之为LDO)，该MCU可用于控制设备充电、电量指示、识别连接的外设等。有的充电式设备的过压保护电路结构如图1所示，当电池电压降到LDO的输出电压之下时，LDO无法正常工作，则MCU得不到供电，整个系统则处于瘫痪状态，即使插入USB线也无法正常充电；有的充电式设备的过压保护电路结构如图2所示，当误用高适配器时，会导致LDO因过压损坏，导致充电式设备损坏。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提供一种用于充电式设备的过压保护的新的技术方案。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于充电式设备的过压保护电路，所述充电式设备包括用于控制所述充电式设备进行充电的处理器和用于所述低压差线性稳压器，所述线性稳压器被设置为将输入的电压信号转换为电压稳定的供电信号、以向所述处理器供电，所述过压保护电路包括保护电压输出端、及串联连接在所述充电信号输入端与接地端之间的稳压二极管和限流电阻，所述稳压二极管的阳极与所述接地端连接，所述稳压二极管与所述限流电阻之间的电位点作为稳压信号输出端与所述保护电压输出端连接。

可选的是，所述过压保护电路还包括两个NPN型三极管，第一个所述三极管的基极与所述稳压信号输出端连接，第一个所述三极管的集电极与所述充电信号输入端连接，第一个所述三极管的发射极与第二个所述三极管的基极连接，第二个所述三极管的集电极与所述充电信号输入端连接，第二个所述三极管的发射极与所述保护电压输出端连接。

可选的是，所述过压保护电路还包括第一电容，所述第一电容连接在所述充电信号输入端与所述接地端之间。

可选的是，所述过压保护电路还包括第二电容，所述第二电容连接在所述保护电压输出端与所述接地端之间。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种充电式设备，包括：

根据本实用新型第一方面所述的过压保护电路；

处理器，所述处理器被设置为控制所述充电式设备进行充电；

低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器连接在所述过压保护电路的保护电压输出端和所述处理器的电源信号输入端之间，所述低压差线性稳压器被设置为将所述电压信号输入端输入的电压信号转换为电压稳定的供电信号、以向所述处理器供电。

可选的是，所述充电式设备还包括充电芯片和充电电池，所述充电芯片被设置为根据所述充电信号输入端的输入的充电信号为所述充电电池充电，所述充电电池输出电池电压信号至所述电压信号输入端。

可选的是，所述充电式设备还包括两个二极管，第一个所述二极管连接在所述保护电压输出端与所述电压信号输入端之间，第二个所述二极管连接在所述充电电池的电池电压信号输出端与所述电压信号输入端之间，两个所述二极管的阴极均与所述电压信号输入端连接。

可选的是，所述充电式设备还包括第三电容，所述第三电容连接在所述低压差线性稳压器的供电信号输出端和所述接地端之间。

可选的是，所述充电式设备还包括充电接口，所述充电接口的电源端子与所述充电信号输入端连接。

可选的是，所述充电接口至少包括micro USB接口、mini USB接口、Type-C接口或者CA-101接口。

本实用新型的一个技术效果在于，通过对低压差线性稳压器的输入电压信号进行稳压处理，避免在充电式设备使用匹配的适配器进行充电的过程中，低压差线性稳压器因过压导致损坏的问题，进而保护充电式设备不因过压而损坏。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为现有充电式设备的一种实施结构的方框原理图；

图2为现有充电式设备的另一种实施结构的方框原理图。

图3为根据本实用新型一种用于充电式设备的过压保护电路的一种实施结构的方框原理图；

图4为根据本实用新型一种用于充电式设备的过压保护电路的另一种实施结构的方框原理图；

图5为根据本实用新型一种充电式设备的一种实施结构的方框原理图。

附图标记说明：

U1-低压差线性稳压器； U2-处理器；

D1-稳压二极管； R1-限流电阻；

Q1、Q2-NPN型三极管； C1、C2、C3-电容；

D2、D3-二极管； b1、b2-三极管的基极；

c1、c2-三极管的集电极； e1、e2-三极管的发射极；

U3-充电芯片； U4-充电电池；

Vin-充电信号输入端； P1-稳压信号输出端；

Vout-保护电压输出端； GND-接地端；

J1-充电接口； VBUS-充电接口的电源端子；

GND1-充电接口的接地端子； VCC2-处理器的电源信号输入端；

Vin1-低压差线性稳压器的电压信号输入端；

Vout1-低压差线性稳压器的供电信号输出端。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

现有的大部分充电式设备，充电电压通常为5V，控制其进行充电的处理器的供电电压通常为1.8-3.5V，因此需要线性稳压器将5V的充电电压转换为稳定的供电电压、以向处理器供电，由于线性稳压器的输入电压与输出电压之间的压差较小，因此线性稳压器通常采用低压差线性稳压器，并且低压差线性稳压器具有成本低、噪音低、静态电流小的优点，低压差线性稳压器U1例如可以输出稳定电压为2V的供电信号向处理器供电。

为了解决现有技术中存在的当充电式设备误用高充电电压例如12V或者20V的适配器时，可能会导致低压差线性稳压器因过压损坏，进而导致充电式设备损坏的问题，提供了一种用于充电式设备的过压保护电路，如图3所示，该过压保护电路包括保护电压输出端Vout、及串联连接在充电信号输入端Vin与接地端GND之间的稳压二极管D1和限流电阻R1，稳压二极管D1的阳极与接地端GND连接，稳压二极管D1与限流电阻R1之间的电位点作为稳压信号输出端P1与保护电压输出端Vout连接。

其中，稳压二极管是利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。其反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压附近，从而实现了二极管的稳压功能。本实用新型的过压保护电路采用的稳压二极管D1的稳定电压可以为但不局限于5.6V。

在充电式设备使用匹配的适配器进行充电的过程中，充电信号输入端Vin输入电压是5V的充电信号，由于充电信号的电压小于稳压二极管D1的稳定电压，因此，稳压信号输出端P1将输出5V的稳压信号，那么，低压差线性稳压器U1的输入电压也为5V，不会发生损坏；在充电式设备使用高充电电压的适配器进行充电的过程中，充电信号输入端Vin输入电压例如是20V的充电信号，由于充电信号的电压大于稳压二极管D1的稳定电压，稳压二极管D1反向击穿，并将稳压信号输出端P1的电压稳定在5.6V，此时低压差线性稳压器U1的输入电压也为5.6V，没有超过可能使其损坏的6.5V，因此低压差线性稳压器U1也不会发生损坏。这样，通过本实用新型的过压保护电路，就能够有效保护低压差线性稳压器U1，避免其因过压损坏的问题。

为了满足处理器对电流的需求，可以通过降低限流电阻R1的阻值以增大输入低压差线性稳压器U1的电流来实现，但是，当限流电阻R1的阻值较小时，流经该限流电阻R1的电流就会较大，限流电阻R1产生的功耗也会随之增加。为了在降低过流保护电路功耗的基础上满足处理器对电流的需求，在本实用新型的一个具体实施例中，过压保护电路还包括两个NPN型三极管Q1、Q2，如图4所示，第一个三极管Q1的基极b1与稳压信号输出端P1连接，第一个三极管Q1的集电极c1与充电信号输入端Vin连接，第一个三极管Q1的发射极e1与第二个三极管Q2的基极b2连接，第二个三极管Q2的集电极c2与充电信号输入端Vin连接，第二个三极管Q2的发射极e2与保护电压输出端Vout连接。

为了降低过流保护电路功耗，限流电阻R1的阻值比较大，那么流经该限流电阻R1的电流则比较小，三极管Q1的基极电流为几个uA，所以Q1的发射极只能驱动几百个uA的电流，而一般处理器消耗的电流都在几个mA左右，所以电流只经过Q1一级放大不能满足处理器对电流的需求，所以增加了Q2，Q2为二级放大，能把Q1发射极输出的电流再放大100倍，所以Q2发射极的驱动能力就能达到几十mA，这样就满足处理器的供电需求了。

并且，在充电式设备使用匹配的适配器进行充电的过程中，稳压信号输出端P1的电压为5V，三极管Q1基极b1与发射极e1之间形成的pn结两端的电压为0.7V，三极管Q2基极b2与发射极e2之间形成的pn结两端的电压页为0.7V，此时保护电压输出端Vout的电压为5-0.7-0.7＝3.6V，能够使低压差线性稳压器U1正常工作且不会致其损坏；在充电式设备使用高充电电压的适配器进行充电的过程中，稳压信号输出端P1的电压为5.6V，此时保护电压输出端Vout的电压为5.6-0.7-0.7＝4.2V，也能够使低压差线性稳压器U1正常工作且不会致其损坏。

进一步地，该过压保护电路还包括第一电容C1，第一电容C1连接在充电信号输入端Vin与接地端GND之间。

在此基础上，该过压保护电路还包括第二电容C2，第二电容C2连接在保护电压输出端Vout与接地端GND之间。

其中，电容C1和电容C2均具有储能和滤波的作用，能够使该过压保护电路的工作性能更加稳定，同时也降低了交变脉动波纹对该过压保护电路的干扰。

本实用新型还提供了一种充电式设备，包括前述的过压保护电路、处理器U2和低压差线性稳压器U1，处理器U2用于控制充电式设备进行充电；低压差线性稳压器U1连接在过压保护电路的保护电压输出端Vout和处理器U2的电源信号输入端VCC2之间，低压差线性稳压器U1被设置为将电压信号输入端Vin1输入的电压信号转换为电压稳定的供电信号、以向处理器U2供电。该充电式设备例如可以是移动电源、蓝牙耳机、充电台灯等通过处理器控制进行充电的电子产品，上述处理器U2例如可以是MCU。

这样，通过保护低压差线性稳压器U1、避免其发生过压损坏，进而保护充电式设备不会因为低压差线性稳压器U1过压损坏导致的充电式设备不可用。

本实用新型的充电式设备例如为移动电源时，在其未充电的过程中，处理器U2还将用于识别连接的外设、控制电量指示灯等，因此，为了保证处理器U2在未充电的过程中能够正常工作，在本实用新型的一个具体实施例中，该充电式设备还包括充电芯片U3和充电电池U4，充电芯片U3被设置为根据充电信号输入端Vin的输入的充电信号为充电电池U4充电，充电电池U4输出电池电压信号至电压信号输入端Vin1，该充电电池U4例如可以是锂电池。

在此基础上，为了避免在该充电式设备充电过程中，充电电池U4输出的电池电压信号和过压保护电路的保护电压输出端输出的保护电压信号之间相互干扰，在本实用新型的一个具体实施例中，充电式设备还包括两个二极管D2、D3，二极管D2连接在保护电压输出端Vout与电压信号输入端Vin1之间，二极管D3连接在充电电池的电池电压输出端与电压信号输入端Vin1之间，二极管D1和二极管D2的阴极均与电压信号输入端Vin1连接，这样，二极管D2和D3就构成了一个或门电路，保证处理器在充电或者用自带的充电电池供电的过程中都能够正常工作。

在低压差线性稳压器U1通过充电电池U4输出的电池电压信号为处理器U2供电时，充电电池U4输出的电池电压信号的电压通常在3-4.2V之间，随着充电电池U4电池电量的降低，电池电压信号的电压也随之降低，当电池电压信号的电压下降至2.3V以下时，由于二极管D3两端的电压为0.3V，因此低压差线性稳压器U1的电压信号输入端Vin1输入的电压信号的电压小于2V，导致低压差线性稳压器U1无法输出2V的供电电压为处理器供电，此时该充电式设备将不能使用。但是，当该设备再次充电后，低压差线性稳压器U1通过充电信号输入端Vin输入的充电信号为处理器U2继续供电，使得充电信号同时能够用于为充电电池U4充电，保证该充电式设备可用。

这样，在充电式设备使用匹配的适配器进行充电的过程中，保护电压输出端Vout的电压为3.6V，二极管D2两端的电压为0.3V，此时低压差线性稳压器U1的电压信号输入端Vin1输入的电压信号的电压为3.3V；在充电式设备使用高充电电压的适配器进行充电的过程中，保护电压输出端Vout的电压为4.2V，此时低压差线性稳压器U1的电压信号输入端Vin1输入的电压信号的电压为3.9V，在这两种情况下，均能够使低压差线性稳压器U1正常工作且不会致其损坏。

进一步地，充电式设备还包括第三电容C3，第三电容C3连接在低压差线性稳压器U1的供电信号输出端Vout1和接地端GND之间，其中，电容C3具有储能和滤波的作用，能够使该低压差线性稳压器U1输出的供电信号更加稳定。

充电式设备还包括充电接口J1，充电接口J1的电源端子VBUS与充电信号输入端Vin连接，充电接口J1的接地端子GND1与该充电式设备的接地端GND连接，保证充电信号形成回路。

其中，该充电接口J1至少包括micro USB接口、mini USB接口、Type-C接口或者CA-101接口。

上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。