Usb充电设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种USB充电设备，其包括充电电源输出端、USB充电端、微控制器和充电电流检测电路，该充电电流检测电路包括电流取样模块、电压检测模块和检测反馈模块。本实用新型通过电压检测模块检测电流取样模块两端的电压，在USB充电设备给外部设备充电过程中，当电流取样模块两端的电压相等时，电压检测模块输出低电平的检测信号至检测反馈模块，检测反馈模块向微控制器反馈外部设备已充满电，从而微控制器持续检测到高电平的反馈信号，且没有检测到USB充电设备有任何操作时控制USB充电设备进入待机状态，节省了USB充电设备的能源消耗，而且若USB充电设备处于电池模式下给外部设备充电，还能延长电池的使用时间和寿命。
【专利说明】USB充电设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子设备【技术领域】，尤其涉及一种USB充电设备。
【背景技术】
[0002]由于个人电脑(PC)、音响、影碟机(DVD)等消费类电子产品的普及，并且这些产品基本都带USB功能，因此可把消费类电子产品作为充电设备，利用消费类电子产品的USB给外部设备充电。当用户通过PC、音响、DVD等设备的USB给手机、MP3等外部设备进行充电时，如果充电设备只是用于充电，而未进行其他功能操作或动作时，在外部设备充满电后，充电设备还是处于工作模式，那么就会增加充电设备对能源的消耗，如果充电设备是处于电池模式下给外部设备充电，还会减小充电设备电池的使用时间和寿命。
实用新型内容
[0003]本实用新型的主要目的是提出一种USB充电设备，旨在节省USB充电设备的能源消耗，延长USB充电设备电池的使用时间和寿命。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型提出一种USB充电设备，该USB充电设备包括充电电源输出端、USB充电端和微控制器，还包括充电电流检测电路，所述充电电流检测电路包括:
[0005]用于取样所述充电电源输出端向所述USB充电端输出的充电电流并在两端产生相应电压的电流取样模块、用于检测所述电流取样模块两端的电压并根据检测结果输出检测信号的电压检测模块，以及用于根据所述检测信号向所述微控制器反馈充电状态，以通过所述微控制器控制USB充电设备工作状态的检测反馈模块；其中，
[0006]所述电流取样模块连接于所述充电电源输出端和所述USB充电端之间，所述电压检测模块的两个输入端连接至所述电流取样模块的两端，所述电压检测模块的输出端与所述检测反馈模块的输入端连接，所述检测反馈模块的输出端与所述微控制器的充电检测端连接。
[0007]优选地，所述电流取样模块包括第一电阻；所述第一电阻的一端与所述充电电源输出端连接，且与所述电压检测模块的第一输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述USB充电端连接，且与所述电压检测模块的第二输入端连接。
[0008]优选地，所述电压检测模块包括第一工作电压输入端和一电压比较器；
[0009]所述电压比较器的正电源端与所述第一工作电压输入端连接，所述电压比较器的负电源端接地，所述电压比较器的同相输入端连接至所述第一电阻和所述充电电源输出端的公共端，所述电压比较器的反相输入端连接至所述第一电阻和所述USB充电端的公共端，所述电压比较器的输出端与所述检测反馈模块的输入端连接。
[0010]优选地，所述检测反馈模块包括第二工作电压输入端、一开关元件、第二电阻、第三电阻、第四电阻和反馈输出端；
[0011]所述开关元件的第一端经由所述第二电阻与所述电压比较器的输出端连接，且经由所述第三电阻接地，所述开关元件的第二端与所述反馈输出端连接，且经由所述第四电阻与所述第二工作电压输入端连接，所述开关元件的第三端接地。
[0012]优选地，所述检测反馈模块还包括第五电阻；所述第五电阻的一端与所述第二电阻和第三电阻的公共端连接，所述第五电阻的另一端与所述开关元件的第一端连接。
[0013]优选地，所述开关元件为三极管，所述三极管的基极为所述开关元件的第一端，所述三极管的集电极为所述开关元件的第二端，所述三极管的发射极为所述开关元件的第三端。
[0014]优选地，所述三极管为NPN三极管。
[0015]优选地，所述开关元件为MOS管，所述MOS管的栅极为所述开关元件的第一端，所述MOS管的漏极为所述开关元件的第二端，所述MOS管的源极为所述开关元件的第三端。
[0016]优选地，所述MOS管为NMOS管。
[0017]本实用新型提出的USB充电设备，充电电源输出端向USB充电端输出的充电电流在电流取样模块两端产生电压，电压检测模块检测电流取样模块两端的电压，在USB充电设备给外部设备充电过程中，当电流取样模块两端的电压相等时，电压检测模块输出低电平的检测信号至检测反馈模块，检测反馈模块向微控制器反馈外部设备已充满电，从而微控制器持续检测到高电平的反馈信号，且没有检测到USB充电设备有任何操作时控制USB充电设备进入待机状态，节省了 USB充电设备的能源消耗，而且若USB充电设备处于电池模式下给外部设备充电，还能延长电池的使用时间和寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型USB充电设备较佳实施例的原理框图；
[0019]图2为图1中充电电流检测电路一具体实施例的电路结构示意图；
[0020]图3为图1中充电电流检测电路另一具体实施例的电路结构示意图。
[0021]本实用新型的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。
【具体实施方式】
[0022]以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0023]参照图1，图1为本实用新型USB充电设备较佳实施例的原理框图。
[0024]本实用新型的USB充电设备为具有USB接口，能够通过USB给外部设备(图未示)充电的设备，如PC、音响、DVD等，外部设备可以是手机、MP3等。
[0025]本实用新型较佳实施例中，USB充电设备包括充电电源输出端VCC、USB充电端Vusb、微控制器10和充电电流检测电路20，该充电电流检测电路20包括电流取样模块21、电压检测模块22和检测反馈模块23。电流取样模块21用于取样充电电源输出端VCC向USB充电端Vusb输出的充电电流并在两端产生相应电压，电压检测模块22用于检测电流取样模块21两端的电压并根据检测结果输出检测信号，检测反馈模块23用于根据该检测信号向微控制器10反馈充电状态，以通过微控制器10控制USB充电设备工作状态。
[0026]其中，电流取样模块21连接于充电电源输出端VCC和USB充电端Vusb之间，电压检测模块22的两个输入端连接至电流取样模块21的两端，电压检测模块22的输出端与检测反馈模块23的输入端连接，检测反馈模块23的输出端与微控制器10的充电检测端连接。
[0027]在本实施例中，当外部设备通过USB充电端Vusb连接USB充电设备进行充电时，USB充电设备给外部设备充电，USB充电设备在给外部设备充电过程中，USB充电设备的充电电流从充电电源输出端VCC输出，通过USB充电端Vusb输出至外部设备，充电电流流过充电电流检测电路20中的电流取样模块21。电流取样模块21对充电电源输出端VCC向USB充电端Vusb输出的充电电流进行取样，并在电流取样模块21的两端产生相应电压，电压检测模块22检测电流取样模块21两端的电压。
[0028]当电压检测模块22检测到电流取样模块21两端的电压存在压差时，电压检测模块22输出高电平的检测信号至检测反馈模块23，检测反馈模块23根据该高电平的检测信号输出低电平的反馈信号至微控制器10，向微控制器10反馈此时USB充电设备正在给外部设备充电，微控制器10检测到低电平的反馈信号后确认USB充电设备处于充电状态。
[0029]当电压检测模块22检测到电流取样模块21两端的电压相等时，电压检测模块22输出低电平的检测信号至检测反馈模块23，检测反馈模块23根据该低电平的检测信号输出高电平的反馈信号至微控制器10，向微控制器10反馈此时外部设备已充满电，USB充电设备不再给外部设备充电，从而微控制器10持续检测到高电平的反馈信号，且没有检测到USB充电设备有任何操作时，微控制器10确认USB充电设备处于空闲状态，并控制USB充电设备进入待机状态。
[0030]相对于现有技术，本实用新型的USB充电设备，通过电压检测模块22检测电流取样模块21两端的电压，在USB充电设备给外部设备充电过程中，当电流取样模块21两端的电压相等时，电压检测模块22输出低电平的检测信号至检测反馈模块23，检测反馈模块23向微控制器10反馈外部设备已充满电，从而微控制器10持续检测到高电平的反馈信号，且没有检测到USB充电设备有任何操作时控制USB充电设备进入待机状态，节省了 USB充电设备的能源消耗，而且若USB充电设备处于电池模式下给外部设备充电，还能延长电池的使用时间和寿命。
[0031]再参照图2，图2为图1中充电电流检测电路一具体实施例的电路结构示意图。
[0032]本实施例中，电流取样模块21包括第一电阻Rl ;第一电阻Rl的一端与充电电源输出端VCC连接，且与电压检测模块22的第一输入端连接，第一电阻Rl的另一端与USB充电端Vusb连接，且与电压检测模块22的第二输入端连接。
[0033]电压检测模块22包括第一工作电压输入端VDD和电压比较器Ul。第一工作电压输入端VDD输入的电压给电压比较器Ul提供工作电压，例如，电压比较器Ul所需的工作电压为12V时，第一工作电压输入端VDD输入12V电压。
[0034]电压比较器Ul的正电源端与第一工作电压输入端VDD连接，电压比较器Ul的负电源端接地，电压比较器Ul的同相输入端连接至第一电阻Rl和充电电源输出端VCC的公共端，电压比较器Ul的反相输入端连接至第一电阻Rl和USB充电端Vusb的公共端，电压比较器Ul的输出端与检测反馈模块23的输入端连接。
[0035]检测反馈模块23包括第二工作电压输入端VEE、开关元件Q1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和反馈输出端VFB。
[0036]开关元件Ql的第一端经由第二电阻R2与电压比较器Ul的输出端连接，且经由第三电阻R3接地，开关元件Ql的第二端与反馈输出端Vfb连接，且经由第四电阻R4与第二工作电压输入端VEE连接，开关元件Ql的第三端接地。
[0037]具体地，检测反馈模块23还包括第五电阻R5 ;第五电阻R5的一端与第二电阻R2和第三电阻R3的公共端连接，第五电阻R5的另一端与开关元件Ql的第一端连接。
[0038]如图2所示，开关元件Ql为三极管，其中，该三极管为NPN三极管。三极管的基极为开关元件Ql的第一端，三极管的集电极为开关元件Ql的第二端，三极管的发射极为开关元件Ql的第三端。
[0039]在一变形的实施例中，再参照图3，图3为图1中充电电流检测电路另一具体实施例的电路结构示意图。
[0040]与图2所示充电电流检测电路不同的是，图3中，开关元件Ql为MOS管，其中，该MOS管为NMOS管。MOS管的栅极为开关元件Ql的第一端，MOS管的漏极为开关元件Ql的第二端，MOS管的源极为开关元件Ql的第三端。
[0041]本实用新型USB充电设备的工作原理具体描述如下:
[0042]当外部设备没有连接USB充电设备，即USB充电设备未给外部设备充电时,第一电阻Rl两端的电压V1、V2相等，则电压比较器Ul的同相输入端和反相输入端上的电压相等，电压比较器Ul的输出端输出低电平的检测信号,从而开关兀件Ql的第一端为低电平，开关元件Ql关断，此时由于第四电阻R4的上拉作用，从第二工作电压输入端VEE输入的电压经由第四电阻R4输出至开关元件Ql的第三端，从而通过反馈输出端Vfb输出至微控制器10的反馈信号为高电平，表不此时USB充电设备未给外部设备充电。因此，若微控制器10检测到的反馈信号是高电平，而且微控制器10在预设时间(如30秒)内没有检测到USB充电设备有任何操作，则微控制器10根据其自身待机控制功能控制USB充电设备待机。
[0043]当外部设备通过USB供电端连接USB充电设备进行充电时，USB充电设备给外部设备充电，USB充电设备在给外部设备充电过程中，USB充电设备的充电电流从充电电源输出端VCC输出，通过USB充电端Vusb输出至外部设备，充电电源输出端VCC向USB充电端Vusb输出的充电电流流过第一电阻R1，从而在第一电阻Rl两端产生电压，第一电阻Rl两端的电压V1、V2分别输出至电压比较器Ul的同相输入端和反相输入端，电压比较器Ul检测第一电阻Rl两端的电压，比较V1、V2的大小。
[0044]若电压比较器Ul检测到Vl >V2，则电压比较器Ul的输出端输出的电压等于第一工作电压输入端VDD输入的电压，如12V。因此此时电压比较器Ul的输出端输出的检测信号为高电平，12V检测信号经过第二电阻R2和第三电阻R3分压后输出至开关元件Ql的第一端，从而开关元件Ql的第一端为高电平，开关元件Ql导通，此时开关元件Ql的第三端被拉低，因此通过反馈输出端Vfb输出至微控制器10的反馈信号为低电平，表示此时USB充电设备正在给外部设备充电，微控制器10检测到低电平的反馈信号后确认USB充电设备处于充电状态。
[0045]若电压比较器Ul检测到V1=V2，则电压比较器Ul的输出端的电压为0V，因此此时电压比较器Ul的输出端输出的检测信号为低电平,从而开关兀件Ql的第一端为低电平，开关元件Ql关断，此时由于第四电阻R4的上拉作用，从第二工作电压输入端VEE输入的电压经由第四电阻R4输出至开关元件Ql的第三端，从而通过反馈输出端Vfb输出至微控制器10的反馈信号为高电平，表不此时外部设备已充满电，USB充电设备不再给外部设备充电。于是，当微控制器10持续检测到高电平的反馈信号时，微控制器10确认USB充电设备不再给外部设备充电，继而微控制器10检测USB充电设备，当在预设时间内，微控制器10没有检测到USB充电设备有任何操作时，微控制器10确认USB充电设备处于空闲状态，并控制USB充电设备进入待机状态，使得USB充电设备在不给外部设备充电且没有任何其他操作时待机，减少对能源的消耗。
[0046]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种USB充电设备，包括充电电源输出端、USB充电端和微控制器，其特征在于，还包括充电电流检测电路，所述充电电流检测电路包括: 用于取样所述充电电源输出端向所述USB充电端输出的充电电流并在两端产生相应电压的电流取样模块、用于检测所述电流取样模块两端的电压并根据检测结果输出检测信号的电压检测模块，以及用于根据所述检测信号向所述微控制器反馈充电状态，以通过所述微控制器控制USB充电设备工作状态的检测反馈模块；其中， 所述电流取样模块连接于所述充电电源输出端和所述USB充电端之间，所述电压检测模块的两个输入端连接至所述电流取样模块的两端，所述电压检测模块的输出端与所述检测反馈模块的输入端连接，所述检测反馈模块的输出端与所述微控制器的充电检测端连接。
2.如权利要求1所述的USB充电设备，其特征在于，所述电流取样模块包括第一电阻； 所述第一电阻的一端与所述充电电源输出端连接，且与所述电压检测模块的第一输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述USB充电端连接，且与所述电压检测模块的第二输入端连接。
3.如权利要求2所述的USB充电设备，其特征在于，所述电压检测模块包括第一工作电压输入端和一电压比较器； 所述电压比较器的正电源端与所述第一工作电压输入端连接，所述电压比较器的负电源端接地，所述电压比较器的同相输入端连接至所述第一电阻和所述充电电源输出端的公共端，所述电压比较器的反相输入端连接至所述第一电阻和所述USB充电端的公共端，所述电压比较器的输出端与所述检测反馈模块的输入端连接。
4.如权利要求3所述的USB充电设备，其特征在于，所述检测反馈模块包括第二工作电压输入端、一开关元件、第二电阻、第三电阻、第四电阻和反馈输出端； 所述开关元件的第一端经由所述第二电阻与所述电压比较器的输出端连接，且经由所述第三电阻接地，所述开关元件的第二端与所述反馈输出端连接，且经由所述第四电阻与所述第二工作电压输入端连接，所述开关元件的第三端接地。
5.如权利要求4所述的USB充电设备，其特征在于，所述检测反馈模块还包括第五电阻； 所述第五电阻的一端与所述第二电阻和第三电阻的公共端连接，所述第五电阻的另一端与所述开关元件的第一端连接。
6.如权利要求4或5所述的USB充电设备，其特征在于，所述开关元件为三极管，所述三极管的基极为所述开关元件的第一端，所述三极管的集电极为所述开关元件的第二端，所述三极管的发射极为所述开关元件的第三端。
7.如权利要求6所述的USB充电设备，其特征在于，所述三极管为NPN三极管。
8.如权利要求4或5所述的USB充电设备，其特征在于，所述开关元件为MOS管，所述MOS管的栅极为所述开关元件的第一端，所述MOS管的漏极为所述开关元件的第二端，所述MOS管的源极为所述开关元件的第三端。
9.如权利要求8所述的USB充电设备，其特征在于，所述MOS管为NMOS管。
【文档编号】H02J7/00GK203660580SQ201320789555
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】倪世坤 申请人:Tcl通力电子（惠州）有限公司