具有充電保護(hù)功能的usb端口連接器及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及USB端口連接器，尤其涉及一種具有充電保護(hù)功能的USB-AM端口連接器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在的手機(jī)、平板電腦等數(shù)碼電子產(chǎn)品普遍采用鋰離子電池供電，以手機(jī)為例，基本配置包括手機(jī)、充電器、充電和數(shù)據(jù)傳輸用連線等部分組成。先說充電器，現(xiàn)在手機(jī)配備充電器均具有恒流(CC)，恒壓(CV)功能，標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)主要有輸入電壓，輸入電流，輸出電壓，輸出電流，其中這里的輸出電壓就是指CV，常見的就是5.1V，輸出電流就是CC，一般標(biāo)準(zhǔn)的是1A、1.5A、2.1A，這里數(shù)值表示的是充電器可以提供的最大充電電流值。充電器端常見的故障就是電子元件質(zhì)量問題或者電子元件老化等原因?qū)е率禽敵鲭妷荷撸簿褪荂V恒壓功能失控，當(dāng)輸出電壓高于手機(jī)端的安全范圍時(shí)，就會(huì)發(fā)生損毀手機(jī)事情發(fā)生。再說手機(jī)端，鋰離子電池本身具有充電保護(hù)電路，其中一項(xiàng)就是過充保護(hù)，過充保護(hù)的使能電壓一般是4.2V—4.35V之間，視電池的不同略有差異，在標(biāo)準(zhǔn)的充電電壓(5V)，由于充電時(shí)鋰電池的電壓是緩慢上升的，當(dāng)電壓上升至接近保護(hù)電壓(電池的恒壓充電階段)時(shí)，充電電流逐漸減小，當(dāng)充電電流小于一定值時(shí)，鋰電池也就基本充滿電了，如果充電保護(hù)電路失效，再繼續(xù)充電，電池電壓將繼續(xù)升高，如果充電器端的電壓再高于標(biāo)準(zhǔn)電壓，這時(shí)候就容易引起鋰離子電池燃燒爆炸。從已經(jīng)發(fā)生的多起充電傷人事件的事故分析，極有可能是上述的原因，因?yàn)橐痄囯x子電池爆炸的原因，一是過電壓充電，另外就是短路引起燃燒。
[0003]手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品在充電結(jié)束后，充電器與電子產(chǎn)品之間不會(huì)自動(dòng)斷開，需要人們手動(dòng)分開，由此而引發(fā)的充電安全事故時(shí)常發(fā)生。長(zhǎng)時(shí)間的過度飽和充電，會(huì)加速電池的老化，縮短電池使用壽命，除了不利于節(jié)能環(huán)保，同時(shí)也更存在著安全隱患。因此各種充電保護(hù)裝置如雨后春筍般紛紛面市，尤其是利用充電數(shù)據(jù)線而開發(fā)的斷電保護(hù)裝置。這種斷電保護(hù)裝置普遍利用電池(尤其是鋰離子)恒壓充電(CV)階段充電電流的逐漸減小的特點(diǎn)來判斷電池是否充滿電，進(jìn)而實(shí)施斷電保護(hù)。這種只檢測(cè)恒壓(CV )充電階段充電電流的逐漸減小的特點(diǎn)來判斷電池是否充滿電的方法，普遍存在以下缺點(diǎn)和不足:最小電流檢測(cè)法，需要預(yù)先設(shè)定了一個(gè)閾值，用檢測(cè)到的逐漸減小的當(dāng)前充電電流值與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)到的電流值小于閾值時(shí)，判斷充電完成，斷電保護(hù)電路工作，防止過度充電。但閾值預(yù)先設(shè)定，無法根據(jù)不同設(shè)備、電池、充電電壓等進(jìn)行調(diào)節(jié)，在使用時(shí)固定閾值比較法無法實(shí)現(xiàn)智能或自動(dòng)檢測(cè)。固定閾值設(shè)置大了，會(huì)出現(xiàn)提前斷電保護(hù)，導(dǎo)致充電不足，出現(xiàn)欠充；固定閾值設(shè)置小了，導(dǎo)致充電時(shí)間過長(zhǎng)，特別是有些設(shè)備在充電結(jié)束時(shí)也會(huì)消耗充電器的電流，一旦這個(gè)電流大于所設(shè)定的固定閾值電流，斷電保護(hù)裝置將會(huì)失效，不能實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提出一種能自動(dòng)識(shí)別輸入電壓、在電池充滿時(shí)自動(dòng)斷電、并且具有多種保護(hù)功能的USB端口連接器。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種具有充電保護(hù)功能的USB端口連接器，典型應(yīng)用包括依次連接的USB插頭端、連接線、輸出端，連接線內(nèi)包含充電數(shù)據(jù)線、正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線，其在USB插頭端或輸出端內(nèi)設(shè)置充電保護(hù)電路，所述充電保護(hù)電路具有連接在充電正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線之間的電壓檢測(cè)單元、串接在充電回路中的電流偵測(cè)單元、連接電壓檢測(cè)單元和電流偵測(cè)單元的中央處理單元、串接在充電回路中的電子開關(guān)，其中所述電壓檢測(cè)單元用于檢測(cè)輸入電壓，中央處理單元接收所測(cè)電壓信號(hào)，自動(dòng)識(shí)別輸入端電源的輸入電壓等級(jí)，當(dāng)輸入電壓超出安全電壓范圍時(shí)控制所述電子開關(guān)截止，使充電回路斷開，實(shí)施過壓保護(hù)功能；所述電流偵測(cè)單元用于偵測(cè)充電電流，中央處理單元接收所測(cè)電流信號(hào)，當(dāng)發(fā)生過電流或短路時(shí)控制所述電子開關(guān)截止，使充電回路斷開；所述中央處理單元根據(jù)恒流充電階段的最大安全充電電流(I恒流)和輸入電壓等級(jí)按公式:1截止=1恒流/ N計(jì)算出充電截止電流閾值(I截止)，公式中的N為充電參數(shù)，充電參數(shù)對(duì)應(yīng)輸入電壓等級(jí)有多個(gè)值，充電參數(shù)存儲(chǔ)在中央處理單元的存儲(chǔ)器中，在運(yùn)算公式時(shí)對(duì)應(yīng)地調(diào)用N值，中央處理單元通過電流偵測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)控恒壓階段的充電電流，當(dāng)充電電流低于充電截止電流閾值時(shí)再延時(shí)一段時(shí)間，控制所述電子開關(guān)截止，使充電回路斷開。
[0006]所述中央處理單元連接功能選擇單元，功能選擇單元由與第三電容并聯(lián)的微型按鍵開關(guān)構(gòu)成，第三電阻和第三電容串接在所述正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線之間，第三電阻和按鍵開關(guān)的連接點(diǎn)連接中央處理單元；在上電同時(shí)如果按下按鍵開關(guān)，中央處理單元得到低電平觸發(fā)信號(hào)控制所述電子開關(guān)導(dǎo)通，除所述過壓保護(hù)功能使能外，禁止其它保護(hù)功能；在連接器為當(dāng)前電子產(chǎn)品充完電后如欲再次為其它電子產(chǎn)品充電，在無需插拔USB插頭端的情況下，只需按動(dòng)按鍵開關(guān)，就可再次啟動(dòng)充電保護(hù)功能。
[0007]所述電壓檢測(cè)單元包括連接在所述充電正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線之間的第一電阻和第二電阻，第一和第二電阻的連接點(diǎn)向中央處理單元發(fā)送所測(cè)電壓信號(hào)。
[0008]所述電流偵測(cè)單元包括串接在負(fù)極導(dǎo)線中的第九電阻，第九電阻的兩端分別通過第八電阻和第六電阻向中央處理單元發(fā)送所測(cè)電流信號(hào)。
[0009]上述電子開關(guān)采用場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極串接在充電回路中、其柵極連接中央處理單元。
[0010]所述中央處理單元連接一個(gè)用以顯示充電狀態(tài)的LED顯示單元，該LED顯示單元包括串接在所述場(chǎng)效應(yīng)管漏極與柵極之間的第五電阻和LED燈。
[0011]所述USB插頭端接入充電器后，中央處理單元在一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到無充電電流信號(hào)后控制所述電子開關(guān)截止，使充電回路斷開。
[0012]本發(fā)明還提出一種具有充電保護(hù)功能的USB端口連接器的實(shí)現(xiàn)方法:通過連接在充電正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線之間的電壓檢測(cè)單元檢測(cè)并識(shí)別輸入電壓，中央處理單元接收所測(cè)電壓信號(hào)，自動(dòng)識(shí)別輸入端電源的輸入電壓等級(jí)，當(dāng)輸入電壓超出安全電壓范圍時(shí)控制串接在充電回路中的電子開關(guān)截止，使充電回路斷開，實(shí)施過壓保護(hù)功能；通過串接在充電回路中的電流偵測(cè)單元偵測(cè)充電電流，中央處理單元接收所測(cè)電流信號(hào)，當(dāng)發(fā)生過電流或短路時(shí)控制所述電子開關(guān)截止，使充電回路斷開；所述中央處理單元根據(jù)恒流充電階段的最大安全充電電流(I恒流)和輸入電壓等級(jí)按公式截止=1恒流/ N計(jì)算出充電截止電流閾值(I截止)，公式中的N為充電參數(shù)，充電參數(shù)對(duì)應(yīng)輸入電壓等級(jí)有多個(gè)值，充電參數(shù)存儲(chǔ)在中央處理單元的存儲(chǔ)器中，在運(yùn)算公式時(shí)對(duì)應(yīng)地調(diào)用N值，中央處理單元通過電流偵測(cè)單元實(shí)時(shí)監(jiān)控恒壓階段的充電電流，當(dāng)充電電流低于充電截止電流閾值時(shí)再延時(shí)一段時(shí)間，控制所述電子開關(guān)截止，使充電回路斷開。
[0013]所述中央處理單元連接功能選擇單元，功能選擇單元由與第三電容并聯(lián)的微型按鍵開關(guān)構(gòu)成，第三電阻和第三電容串接在所述正極導(dǎo)線和負(fù)極導(dǎo)線之間，第三電阻和按鍵開關(guān)的連接點(diǎn)連接中央處理單元；在上電同時(shí)如果按下按鍵開關(guān)，中央處理單元得到低電平觸發(fā)信號(hào)控制所述電子開關(guān)導(dǎo)通，除所述過壓保護(hù)功能使能外，禁止其它保護(hù)功能；；在連接器為當(dāng)前電子產(chǎn)品充完電后如欲再次為其它電子產(chǎn)品充電，在無需插拔USB插頭端的情況下，只需按動(dòng)按鍵開關(guān)，就可再次啟動(dòng)充電保護(hù)功能。
[0014]上述USB插頭端接入充電器后，中央處理單元在一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到無充電電流信號(hào)后控制所述電子開關(guān)截止，使充電回路斷開。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有過電壓保護(hù)，能自動(dòng)識(shí)別輸入電壓，在輸入電壓過高時(shí)自動(dòng)斷電；具備過充電保護(hù)，能檢測(cè)恒定電流(最大電流)，根據(jù)恒流充電階段時(shí)最大安全充電電流計(jì)算出充電截止電流閾值，在充電飽和時(shí)