电火花消除电路、电源适配器及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及供电保护技术领域，尤其涉及一种电火花消除电路、电源适配器及电子设备。


背景技术：

2.传统设计的电源适配器一般使用带直流电的插头与笔记本、cpe(customer premise equipment，客户前置设备)等电子设备直接相连。在使用过程中，电源适配器在带电插入电子设备的瞬间，由于连接不到位等问题，在接口处会产生电火花。这种现象不仅会损害电源适配器和电子设备的接口稳定性，降低设备的可靠性和使用寿命，还会影响用户体验(如引发用户对设备的安全担忧)，甚至有可能会引发火灾，产生安全隐患。
3.相关技术中，在电源适配器上集成了按键开关，要求用户将电源适配器插入电子设备后再通过按键启动电源适配器供电。但是该方式仍不能够解决电源适配器启动后再插入电子设备的问题，导致电火花仍然存在。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种电火花消除电路，该电路能够有效消除直流电源接入负载时可能产生的电火花现象，有效保护了直流电源和负载的安全。
5.本实用新型的第二个目的在于提出一种电源适配器。
6.本实用新型的第三个目的在于提出一种电子设备。
7.为达到上述目的，本实用新型第一方面实施例提出了一种电火花消除电路，包括：切换开关，切换开关的第一端与直流电源的输出端相连，切换开关的第二端与负载相连；探测控制模块，探测控制模块分别与切换开关的第三端、切换开关的控制端和直流电源的输出端相连，探测控制模块用以检测直流电源的输出端的电流，并在检测到有电流时，控制切换开关的第一端和第二端相连通，以及在检测到无电流时，控制切换开关的第二端和第三端相连通。
8.根据本实用新型实施例的电火花消除电路，通过探测控制模块检测直流电源的输出端的电流，并在检测到有电流时，控制切换开关的第一端和第二端相连通，以使直流电源给负载供电，以及在检测到无电流时，控制切换开关的第二端和第三端相连通，以使探测控制模块处于电流探测状态，由此，通过探测控制模块是否检测到输出端的电流来控制切换开关选通不同电路，确保只有在直流电源的输出端与负载稳定接触并产生电流后才会对负载进行供电，有效消除了直流电源接入负载时可能产生的电火花现象，有效保护了直流电源和负载的安全。
9.根据本实用新型的一个实施例，探测控制模块包括：第一探测控制单元、第二探测控制单元和或门电路。其中，第一探测控制单元分别与直流电源的输出端、切换开关第三端和或门电路的第一输入端相连，用以检测直流电源的输出端的电流；第二探测控制单元分
别与直流电源的输出端和或门电路的第二输入端相连，用以检测直流电源的输出端的电流；或门电路的输出端与切换开关的控制端相连，用以在第一探测控制单元或第二探测控制单元检测到有电流时，控制切换开关的第一端和第二端相连通，并在第一探测单元和第二探测单元均检测到无电流时，控制切换开关的第二端和第三端相连通。
10.根据本实用新型的一个实施例，第一探测控制单元包括：第一分压电路，第一分压电路的输入端与直流电源的输出端相连；第一检流电阻，第一检流电阻的一端与第一分压电路的输出端相连，第一检流电阻的另一端与切换开关的第三端相连；第一比较器，第一比较器的正输入端与第一检流电阻的一端相连，第一比较器的负输入端与第一检流电阻的另一端相连，第一比较器的输出端与或门电路的第一输入端相连。
11.根据本实用新型的一个实施例，第二探测控制单元包括：第二检流电阻，第二检流电阻的一端与直流电源的输出端相连，第二检流电阻的另一端与切换开关的第一端相连；第二比较器，第二比较器的正输入端与第二检流电阻的一端相连，第二比较器的负输入端与第二检流电阻的另一端相连，第二比较器的输出端与或门电路的第二输入端相连。
12.根据本实用新型的一个实施例，第一分压电路包括：第一分压电阻，第一分压电阻的一端作为分压电路的输入端；第二分压电阻，第二分压电阻的一端与第一分压电阻的另一端相连且形成有连接点，该连接点作为分压电路的输出端，第二分压电阻的另一端接地。
13.根据本实用新型的一个实施例，第二检流电阻的阻值大于0且小于等于0.1ω。
14.为达到上述目的，本实用新型第二方面实施例提出了一种电源适配器，包括前述的电火花消除电路。
15.根据本实用新型实施例的电源适配器，通过前述的电火花消除电路，能够有效消除电源适配器接入负载时可能产生的电火花现象，有效保护了电源适配器和负载的安全。
16.为达到上述目的，本实用新型第三方面实施例提出了一种电子设备，包括前述的电火花消除电路。
17.根据本实用新型实施例的电子设备，通过前述的电火花消除电路，能够有效消除直流电源接入电子设备时可能产生的电火花现象，有效保护了直流电源和电子设备的安全。
18.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.图1为根据本实用新型一个实施例的电火花消除电路的结构示意图；
20.图2为根据本实用新型一个实施例的电火花消除电路应用于电源适配器的示意图；
21.图3为根据本实用新型一个实施例的电火花消除电路应用于电子设备的示意图；
22.图4为根据本实用新型另一个实施例的电火花消除电路的结构示意图；
23.图5为根据本实用新型一个实施例的电火花消除电路的电路图。
具体实施方式
24.下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
25.下面参考附图描述本实用新型实施例提出的电火花消除电路、电源适配器及电子设备。
26.图1为根据本实用新型一个实施例的电火花消除电路的结构示意图，参考图1所示，该电火花消除电路100包括：切换开关s、探测控制模块110。其中，切换开关s的第一端与直流电源的输出端相连，切换开关s的第二端与负载相连；探测控制模块110分别与切换开关s的第三端、切换开关s的控制端和直流电源的输出端相连。探测控制模块110用以检测直流电源的输出端的电流，在检测到有电流时，控制切换开关s的第一端和第二端相连通；在检测到无电流时，控制切换开关s的第二端和第三端相连通。
27.需要说明的是，直流电源可以是电源适配器等能够产生直流电的设备或电路等，负载可以是笔记本、cpe等需要直流供电的电子设备等，具体本实用新型中不做限制。在实际应用时，可将电火花消除电路100集成至电源适配器或电子设备中。
28.下面先以电火花消除电路100集成至电源适配器中进行说明。
29.参考图2所示，电源适配器包括acdc模块(即直流电源)和电火花消除电路100，其中，acdc模块的输入端与交流电插头相连，用以通过交流电插头与交流电源相连，acdc模块的输出端与电火花消除电路100的输入端相连，电火花消除电路100的输出端与直流电插头相连，用以通过直流电插头与负载相连。
30.在使用时，在将电源适配器的交流电插头插入交流电源后，acdc模块将对交流电源提供的交流电进行转换得到直流电，电源适配器处于带电状态。若此时电源适配器的直流电插头未插入负载，即切换开关s的第二端未连接负载，acdc模块与负载未形成通路，acdc模块的输出端无电流，此时探测控制模块110检测到无电流，切换开关s的第二端和第三端处于连通状态，电火花消除电路100处于电流探测状态，一直探测acdc模块的输出端是否有电流；若电源适配器的直流电插头可靠插入负载，即切换开关s的第二端连接负载，由于切换开关s的第二端和第三端相连通，acdc模块将通过探测控制模块110、切换开关s的第三端和切换开关s的第二端与负载形成通路，acdc模块的输出端有电流，此时探测控制模块110检测到有电流，切换开关s的第一端和第二端处于连通状态，acdc模块给负载供电，电火花消除电路100处于供电状态。在给负载供电过程中，探测控制模块110将检测到acdc模块的输出端一直有电流，切换开关s的第一端和第二端保持连通状态，acdc模块给负载持续供电。若电源适配器的直流电插头从负载拔出，即切换开关s的第二端失去负载，acdc模块的输出端将无电流，此时探测控制模块110检测到无电流，切换开关s的第二端和第三端处于连通状态，电火花消除电路100再次进入电流探测状态，由于拔出的过程中，电火花消除电路100处于电流探测状态，因而也可以消除拔出过程中的电火花。
31.由此，在电源适配器未与负载稳定连接时，探测控制模块110处于探测模式，通过探测acdc模块的输出端是否有电流，若有电流，则说明电源适配器与负载稳定连接，此时探测控制模块110控制acdc模块与负载接通，以给负载正常供电，从而保证了在电源适配器与负载未稳定连接之前，使得acdc模块与负载处于断开状态，并在电源适配器与负载稳定连接后，使得acdc模块与负载处于连接状态，避免了在电源适配器与负载未稳定连接之前，使
得acdc模块与负载处于连接状态，从而避免了电源适配器与负载连接时电火花的产生，保证了电源适配器和负载的安全。需要说明的是，当电火花消除电路100处于电流探测状态时，在电源适配器接入负载时，所产生的电压电流较小，不会产生电火花。
32.下面先以电火花消除电路100集成至电子设备中进行说明。
33.参考图3所示，电子设备包括电火花消除电路100和处理器等负载，其中，电火花消除电路100的输入端与直流电插头相连，用以通过直流电插头与直流电源相连，电火花消除电路100的输出端与处理器等负载相连。
34.在使用时，在直流电源未插入电子设备的直流电插头时，探测控制模块110检测到无电流，切换开关s的第二端和第三端处于连通状态，电火花消除电路100处于电流探测状态，一直探测直流电源的输出端是否有电流；若直流电源可靠插入电子设备的直流电插头，由于切换开关s的第二端和第三端相连通，直流电源将通过探测控制模块110、切换开关s的第三端和切换开关s的第二端与负载形成通路，直流电源的输出端有电流，此时探测控制模块110检测到有电流，切换开关s的第一端和第二端处于连通状态，直流电源给负载供电，电火花消除电路100处于供电状态。在给负载供电过程中，探测控制模块110将检测到直流电源的输出端一直有电流，切换开关s的第一端和第二端保持连通状态，直流电源给负载持续供电。若直流电源从电子设备的直流电插头拔出，探测控制模块110检测到无电流，切换开关s的第二端和第三端处于连通状态，电火花消除电路100再次进入电流探测状态，由于拔出的过程中，电火花消除电路100处于电流探测状态，因而也可以消除拔出过程中的电火花。
35.由此，在直流电源未与电子设备稳定连接时，探测控制模块110处于探测模式，通过探测直流电源的输出端是否有电流，若有电流，则说明直流电源与电子设备稳定连接，此时探测控制模块110控制直流电源与电子设备的负载接通，以给负载正常供电，从而保证了在直流电源与电子设备未稳定连接之前，使得直流电源与电子设备的负载处于断开状态，并在直流电源与电子设备稳定连接后，使得直流电源与电子设备的负载处于连接状态，避免了在直流电源与电子设备未稳定连接之前，使得直流电源与电子设备的负载处于连接状态，从而避免了直流电源与电子设备连接时电火花的产生，保证了直流电源和电子设备的安全。需要说明的是，当电火花消除电路100处于电流探测状态时，在直流电源接入电子设备时，所产生的电压电流较小，不会产生电火花。
36.上述实施例中，通过探测控制模块检测直流电源输出端的电流是否存在来控制切换开关，使电火花消除电路处于不同工作状态，确保只有在直流电源的输出端与负载稳定连接并产生电流后才对负载进行正常供电，从而达到了在直流电源与负载连接的过程中不产生电火花现象，以此保护直流电源和负载设备安全的技术效果。
37.在一些实施例中，参考图4所示，探测控制模块110包括：第一探测控制单元111、第二探测控制单元112和或门电路113。其中，第一探测控制单元111分别与直流电源的输出端、切换开关s第三端和或门电路的第一输入端相连，用以检测直流电源的输出端的电流；第二探测控制单元112分别与直流电源的输出端和或门电路113的第二输入端相连，用以检测直流电源的输出端的电流；或门电路113的输出端与切换开关s的控制端相连，用以在第一探测控制单元111或第二探测控制单元112检测到有电流时，控制切换开关s的第一端和第二端相连通，并在第一探测单元111和第二探测单元112均检测到无电流时，控制切换开
关s的第二端和第三端相连通。
38.具体来说，当直流电源或负载未稳定接入时，直流电源的输出端与负载未形成通路，直流电源的输出端无电流，此时第一探测控制单元111和第二探测控制单元112均探测到无电流，或门电路113输出低电平，切换开关s的第二端和第三端相连通，电火花消除电路100处于电流探测状态，一直探测直流电源的输出端有无电流；当直流电源和负载均稳定接入时，由于切换开关s的第二端和第三端相连通，直流电源将通过第一探测单元111、切换开关s的第三端和切换开关s的第二端与负载形成通路，此时第一探测控制单元111将探测到所在电路有电流，第二探测单元112将探测到所在电路无电流，或门电路113将输出高电平，控制切换开关s的第一端和第二端相连通，直流电源通过第二探测控制单元112所在电路给负载进行正常供电，电火花消除电路100处于供电状态。在正常供电过程中，第一探测控制单元111将探测到无电流，第二探测控制单元112将持续探测到有电流，或门电路113持续输出高电平，切换开关s的第一端和第二端保持连通状态，直流电源持续给负载供电。当直流电源或负载脱离时，直流电源的输出端与负载未形成通路，第一探测控制单元111和第二探测控制单元112均探测到无电流，或门电路113输出低电平，切换开关s的第二端和第三端相连通，电火花消除电路100再次切换到电流探测状态，第一探测控制单元111继续探测直流电源的输出端是否有电流。
39.由此，探测控制模块100实现了只有在直流电源的输出端与负载稳定连接并产生电流后才对负载进行正常供电，从而达到了在直流电源与负载连接的过程中不产生电火花现象，以此保护直流电源和负载设备安全的技术效果。
40.在一些实施例中，参考图5所示，第一探测控制单元111包括：第一分压电路u1、第一检流电阻r1、第一比较器comp1。其中，第一分压电路u1的输入端与直流电源的输出端相连；第一检流电阻r1的一端与第一分压电路u1的输出端相连，第一检流电阻r1的另一端与切换开关s的第三端相连；第一比较器comp1的正输入端与第一检流电阻r1的一端相连，第一比较器comp1的负输入端与第一检流电阻r1的另一端相连，第一比较器comp1的输出端与或门电路113的第一输入端相连。
41.第二探测控制单元112包括：第二检流电阻r2、第二比较器comp2。其中，第二检流电阻r2的一端与直流电源的输出端相连，第二检流电阻r2的另一端与切换开关s的第一端相连；第二比较器comp2的正输入端与第二检流电阻r2的一端相连，第二比较器comp2的负输入端与第二检流电阻r2的另一端相连，第二比较器comp2的输出端与或门电路113的第二输入端相连。
42.或门电路113包括：或门or，或门or的第一输入端与第一比较器comp1的输出端相连，或门or的第二输入端与第二比较器comp2的输出端相连，或门or的输出端与切换开关s的控制端相连。
43.第一探测控制单元111和第二探测控制单元112通过各自内部的比较器检测各自内部的检流电阻两端电压来判断是否有电流通过，并通过或门电路113控制切换开关s动作以切换电火花消除电路100的工作状态，进而避免直流电源和负载相连时可能产生的电火花。
44.具体来说，参考图5所示，当直流电源或负载未稳定接入时，第一检流电阻r1和第二检流电阻r2所在电路均未构成回路，均无电流，第一比较器comp1和第二比较器copm2的
正负输入端电势均为0，根据比较器特性，两个比较器输出端均输出低电平，或门or输出低电平，继而控制切换开关s的第二端和第三端相连通，此时电火花消除电路100处于电流探测状态，一直探测直流电源的输出端是否有电流，也即探测是否有电流流过第一检流电阻r1和第二检流电阻r2；当直流电源和负载均稳定接入时，由于切换开关s的第二端和第三端相连通，直流电源通过分压电路u1、第一检流电阻r1和切换开关s与负载构成回路，直流电源输出电流至负载，该电流流经第一检流电阻r1，根据分压原理，第一比较器comp1的正输入端的电势高于负输入端，第一比较器comp1的输出端输出高电平，此时第二比较器comp2的输出端依旧输出低电平，或门or将输出高电平，继而控制切换开关s的第一端和第二端相连通，此时直流电源通过切换开关s给负载供电，电火花消除电路100处于供电状态。在直流电源给负载的过程中，直流电源输出电流至负载，该电流流经第二检流电阻r2，根据分压原理，第二比较器comp2的正输入端的电势高于负输入端，第二比较器comp2的输出端输出高电平，此时由于第一检流电阻r1中无电流流过，第一比较器comp1的输出端输出低电平，或门or将输出高电平，继而控制切换开关s的第一端和第二端保持连通状态，从而保证直流电源给负载持续供电。当直流电源或负载再次断开时，第一检流电阻r1和第二检流电阻r2中均未有电流流过，第一比较器comp1和第二比较器copm2均输出低电平，或门or输出低电平，继而控制切换开关s的第二端和第三端相连通，此时电火花消除电路100再次处于电流探测状态。
45.由此，通过端口电阻探测，基于直流电源和负载稳定接入前后阻抗的变化来确定直流电源和负载是否稳定插入，以此来控制切换开关动作，避免电火花的产生。需要说明的是，也可以通过电容探测，基于直流电源和负载稳定接入前后容抗的变化来确定直流电源和负载是否稳定插入，以此来控制切换开关动作，避免电火花的产生。
46.进一步的，继续参考图5所示，第一分压电路u1包括：第一分压电阻r3和第二分压电阻r4，第一分压电阻r3的一端作为第一分压电路u1的输入端与直流电源的输出端相连；第二分压电阻r4的一端与第一分压电阻r3的另一端相连且形成有连接点，该连接点作为第一分压电路u1的输出端与第一检流电阻r1的一端相连，第二分压电阻r4的另一端接地。该分压电路u1的作用是，降低电火花消除电路100处于电流探测状态时的输出电压，以在负载接入直流电源时保证施加在第一检流电阻r1的电压较小，进而保证流经第一检流电阻r1的电流较小，即使得电火花消除电流100处于低电压低电流的状态，从而不仅能够实现对负载接入直流电源的检测，而且不会引起电火花。进一步的，第一电流电阻r1的阻值可以选用较大阻值的电阻，以保证电流探测状态下具有较小的电流。
47.进一步的，上述实施例中的第二检流电阻r2的阻值大于0且小于等于0.1ω，也就是说，第二检流电阻r2的阻值为接近零的较小值，例如第二检流电阻r2的阻值为0.01ω，从而不仅能够实现供电状态下的电流检测，以检测负载是否从直流电源断开，进而保证负载从直流电源断开时，使得电火花消除电路100再次进入到电流探测状态，而且可以降低直流电源给负载供电时的电路损耗，提高供电效率。
48.进一步的，在上述实施例中，在拔插直流电源或负载的过程中，拔插端口可等效为阻值可变的电阻，开始连接时阻值很大，在稳定连接时阻值为0ω。根据比较器存在失调电压的电气特性，可以根据比较器失调电压、直流电源电压、负载端等效电阻等参数来选取合适阻值的第一检流电阻r1，控制在直流电源或负载的过程中插入过程中，第一检流电阻r1
所在电路电流大于某一阈值后，比较器两端电压大于失调电压并输出高电平，以此控制切换开关s动作变为直流输出模式；也可通过在0至0.1ω范围内选取合适阻值的第二检流电阻r2，控制在直流电源或负载的拔出过程中第二检流电阻r2所在电路电流小于某一阈值后，比较器两端电压小于失调电压并输出低电平，以此控制切换开关s动作变为探测模式。通过上述方式可为电源电路选取合适电流阈值作为电火花消除电路工作模式的切换节点，从而提高电路的电火花消除精度，达到增强电路保护能力和提高电路稳定性的技术效果。
49.综上所述，根据本实用新型的电火花消除电路，在拔插直流电源或者负载过程中，电火花消除电路始终保持在探测模式工作，确保了直流电源对负载的电压电流输出均很小，从而消除了在该过程中可能会出现的电火花现象，最终达到了在拔插直流电源或者负载过程中消除电火花，保护设备和电路安全的技术效果。
50.在一些实施例中，本实用新型的实施例还提供了一种电源适配器，其包括前述的电火花消除电路。
51.根据本实用新型实施例的电源适配器，通过前述的电火花消除电路，确保了该电源适配器在插拔电子设备供电过程中不会产生电火花现象，从而达到保护电源适配器和电子设备安全的技术效果。
52.在一些实施例中，本实用新型的实施例还提供了一种电子设备，其包括前述的电火花消除电路。
53.根据本实用新型实施例的电子设备，通过前述的电火花消除电路，确保在外接或拔除外接电源适配器时不会产生电火花现象，从而达到保护电源适配器和电子设备安全的技术效果。
54.应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
56.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技
术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
58.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。