CN201167239Y - 一种具有限流功能的usb充电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有限流功能的USB充电电路，具体地说，涉及一种对USB端口输出电流进行限流的充电电路。本实用新型通过将检测到的USB端口输出电流与最大输出电流设定值比较，将比较结果输送到闭环调节器，由闭环调节器输出控制信号控制保护单元执行器件的导通或增加阻抗，从而实现USB端口的输出限流；通过检测系统温度或输出电压，控制保护单元中的执行器件做出关断保护。本实用新型将USB端口的输出电流限制在一定范围以内，防止由于后续负载增大导致电流过大引起的USB端口或主板故障、USB设备损坏，同时实现稳定的输出和最大化的输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有限流功能的充电电路，特别是涉及一种对USB端口输出电流进行限流的充电电路。
背景技术
如今，对各种电子设备的电池进行充电的充电器，已经从传统的充电器发展到用USB端口供电进行充电的USB充电器。USB充电器克服了传统充电器对AC电源、额定电压等充电要求，可以在带有USB端口的电脑或其他设备上直接取电，不受很多场合的限制，应用广泛。一般单个USB端口提供5V电压，最大输出电流是500mA，一旦连接负载增大，输出电流随之逐步增大超过最大限额时，可能导致USB端口损坏，或者引起主板故障。因此有必要对USB的输出电流进行限制，保持充电电路正常运行同时实现输出最大化。现有技术一般通过主板提供的限流IC限制USB端口电流。此外，在限流功能的实现上，目前的现有技术往往将限流模块集成在整个充电电路中，例如美国专利号US6664765B2的专利《锂电池充电器功率限制方法》(LITHIUM-IONBATTERY CHARGER POWER LIMITATION METHOD)，该发明通过对功率、电压和电流的比较，在3种不同的工作模式之间进行切换实现电流限制。该限流功能内置集成在整个充电器电路中，不能将限流电路模块应用于其他内部具有充电管理电路的设备上。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种对USB端口的输出电流进行限制的充电电路。
为实现上述发明目的，本实用新型采取以下技术方案：
一种具有限流功能的USB充电电路，具有：一USB输出，连接USB端口；一电流输出端口，用于输出充电电流；一输出电流检测电路，与USB输出连接，用于检测USB端口输出电流，并将检测结果传输给控制单元；一控制单元，连接输出电流检测电路，该控制单元的参考电压产生电路提供一个参考电压，用于设定最大输出电流值，将检测到的电压信号与参考电压进行比较，将比较结果送入闭环调节器进行调整，由闭环调节器输出控制信号调节保护单元的阻抗；一保护单元，连接在升压电路单元和电流输出端口之间，同时与控制单元连接，根据控制单元的控制信号改变阻抗进行电流限制；一升压电路单元，耦合至所述的输出电流检测电路，用于将USB端口输出电压升高到后续负载所需的电压后，通过保护单元输出。
该实用新型电路还可以包括一个辅助电源，用于给保护单元和控制单元提供电源。
该实用新型闭环调节方式是当输出电流检测电路检测到的电流小于最大输出电流值时，控制单元中的闭环调节器调节保护单元阻抗减小，当检测到的电流大于最大输出电流值时，闭环调节器调节保护单元增加阻抗，从而将USB端口输出电流限制在最大输出电流值以内。
该USB充电电路的升压电路单元是一个BOOST电路，将USB端口的输出电压升高至后续负载所需电压后，将电压输送到辅助电源和保护单元；辅助电源为一个泵升电路；电流检测电路通过对阻性器件电压的检测实现对电流的检测，所述的阻性器件可以是简单的电阻、开关型器件的导通电阻或上述电感器件的直流电阻；保护单元的开关型器件可以是三极管或者是MOS管。
本实用新型的技术方案还包括，在控制单元中还包括一部分电路，用于检测输出电压，当输出电压长时间短路时，控制保护单元中的执行器件做出关断保护。
本实用新型的技术方案还包括，在控制单元中还包括一部分电路，用于检测系统的温度，当温度超过设定值时，控制保护单元中的执行器件做出关断保护。
本实用新型的有益效果在于：将USB端口的输出电流限制在一定范围以内，防止由于后续负载增大导致电流过大引起的USB端口或主板故障、USB设备损坏，同时实现稳定的输出和最大化的输出，采用简单的电路结构实现对输出电流的限制，可以封装得很小，除了作为USB充电器的限流电路外，也可以连接其他内部具有充电管理电路的设备。
本专业技术人员将会知道，虽然以下的具体实施方式将以较佳实施例作为参考加以说明，但并不意味着本实用新型被局限于这个较佳实施例。更正确的说，本实用新型具有较广泛的范围，并且只被随附的权利要求范围所限定和阐明。
附图说明
图1为本实用新型的结构框架图；
图2为本实用新型中电流检测电路的一个实施例；
图3为本实用新型中升压单元的一个实施例；
图4为本实用新型中保护单元的一个实施例，其中(a)为三极管，(b)为MOS管；
图5为本实用新型中辅助单元的一个实施例；
图6为本实用新型中控制单元闭环调节的一个实施例。
具体实施方式
下面参考附图对本实用新型进行具体说明。
参考图1，USB输出、输出电流检测电路1、升压电路单元2、保护单元3和电流输出端口依次连接，同时，输出电流检测电路1还连接控制单元5，控制单元5分别连接升压电路单元2和保护单元3，其中升压电路单元2连接辅助电源4，辅助电源4分别连接保护单元3和控制单元5。
本实用新型的工作原理如下：当USB输出端插到USB端口处后，输出电流检测电路1开始持续地检测电流，同时将检测信号传送到控制单元5。参考图2，输出电流检测电路1的实施例可以是一个简单的电阻，也可以是一个开关型器件的导通电阻，或者是上述电感器件的直通电阻。输出电流检测电路1是通过对阻性器件两端电压进行检测来实现对电流的检测。
参考图3，升压电路单元2的一个实施例为BOOST电路，该电路能将USB端口的输出电压升高到后续负载所需的电压，然后将该电压通过保护单元输出到后续负载。辅助电源4启动。辅助电源4为一个泵升电路，其工作原理是借用整个电路中的升压电路单元2中的开关信号，并以该信号为基础，采用一个泵升电路，来得到一个辅助电源4。参考图5，辅助电源4的一个实施例为一个电荷泵电路，其IN输入端接USB输入端，SW端接升压电路单元2的二极管D1的阳极，当升压电路单元2工作时，SW处被驱动为高低电平。当SW端为低电平时，C3被充电至输入电压，当SW端为高电平时(例如6V)，C4被充电至C3电压和SW电压之和，产生例如10V左右的辅助电源，用于给保护单元3和控制单元5提供电源。
输入电流的变化是由于输出负载的阻抗变化导致的，当输出阻抗减小时，这个充电器的输入电流就会增大。反之，输入电流就会减小。本实用新型的控制单元就是根据上述原理实现对USB端口输出电流(即充电电路的输入电流)的限制。参考图6，电流检测单元1将检测到的电压信号输送到控制单元，控制单元5有一个参考电压产生电路，提供一个参考电压，来确定最大输出电流设定值6，将检测到的电压与参考电压进行比较，然后将比较结果送入控制单元5的闭环调节器7进行调整，闭环调节器7的输出用于驱动保护单元3。保护单元3的执行器件实际上是由一个可以由控制信号调节阻抗的开关型器件构成，并且是和后续负载串联在一起，本实施例中的后续负载为锂电池充电电路。参考图4，保护单元的一个实施例是三极管，或者是MOS管。闭环调节器7根据比较结果输出控制电压信号，调节保护单元3中开关型器件的阻抗来对输出电流进行限制。当实际的输出电流小于最大输出电流设定值6时，闭环调节器7的输出信号使保护单元3的执行器件完全导通，从而使得升压电路单元2的输出电压直接输入到后续的负载，提供最大化的稳定电流；而随着后续负载功率的增加，USB端口输出电流会逐步增大，当输出电流试图超过最大输出电流设定值6时，闭环调节器7的输出电压就会控制保护单元3的开关型器件，此时保护单元3中的开关型器件进入线性工作区，通过增加导通的阻抗，从而使得整个电路的输出功率减小，最终将USB端口输出电流限制在最大输出电流设定值6以内。通过上述步骤实现了本实用新型的输出限流功能。
控制单元5还包括另外一部分电路(未图示)，用于检测输出电压，当输出电压长时间短路时，保护单元3中的执行器件便成为整个电路的实际负载，所有的功率都转化为热量耗散在电路中，可能导致电路烧毁，此时由控制电路的闭环调节器7输出控制信号控制保护单元3中的执行器件，将负载电路从升压电路的输出端断开，实现短路保护功能。控制电路5也可以包括这样一部分电路(未图示)，用于检测系统的温度，当温度超过设定值时，控制保护单元3中的执行器件做出关断保护，将负载电路从升压电路的输出端断开，实现过热保护功能。
本实用新型中的需要限流的后续负载可以是锂电池充电电路，也可以是其他内部具有充电管理电路的设备。
本实用新型一般应用于USB供电的电池充电电路中，但是，本专业技术人员可以得知，本实用新型也可以应用于其他内部具有充电管理电路的后续负载上。
Claims (11)
1、一种具有限流功能的USB充电电路，其中包括：
一USB输出，连接USB端口；
一电流输出端口，用于输出充电电流；
其特征在于，还包括：
一输出电流检测电路，与USB输出端口连接，用于检测USB输出端口的输出电流，并将检测结果输送给控制单元；
一控制单元，连接输出电流检测电路，该控制单元的参考电压产生电路提供一个参考电压，用于设定最大输出电流值，将检测到的电压信号与参考电压进行比较，将比较结果送入闭环调节器进行调整，由闭环调节器输出控制信号调节保护单元的阻抗；
一保护单元，连接在升压电路单元和电流输出端口之间，同时与控制单元连接，根据控制单元的控制信号改变阻抗进行电流限制；
一升压电路单元，耦合至所述的输出电流检测电路，用于将USB端口输出电压升高到后续负载所需的电压后，通过保护单元输出。
2、根据权利要求1所述的USB充电电路，其特征在于，当输出电流检测电路检测到的电流小于最大输出电流值，控制单元调节保护单元阻抗减小，当检测到的电流大于最大输出电流值，调节保护单元增加阻抗，从而将USB端口输出电流限制在最大输出电流值以内。
3、根据权利要求1所述的USB充电电路，其特征在于，还包括一辅助电源，耦合至升压电路单元，用于给保护单元和控制单元提供电源。
4、根据权利要求1所述的USB充电电路，其特征在于，其中所述的升压电路单元为一BOOST电路。
5、根据权利要求1所述的USB充电电路，其特征在于，其中所述的输出电流检测电路包括阻性器件。
6、根据权利要求5所述的USB充电电路，其特征在于，其中所述的阻性器件是简单的电阻、开关型器件的导通电阻或上述电感器件的直流电阻。
7、根据权利要求3所述的USB充电电路，其特征在于，其中所述的辅助电源为一泵升电路。
8、根据权利要求1所述的USB充电电路，其特征在于，其中所述的保护单元由开关型器件构成。
9、根据权利要求8所述的USB充电电路，其特征在于，其中所述的开关型器件是三极管或MOS管。
10、根据权利要求1所述的USB充电电路，其特征在于，其中所述的控制单元还包括一部分电路，用于检测输出电压，当输出电压长时间短路时，控制保护单元中的执行器件做出关断保护。
11、根据权利要求1所述的USB充电电路，其特征在于，其中所述的控制单元还包括一部分电路，用于检测系统的温度，当温度超过设定值时，控制保护单元中的执行器件做出关断保护。
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