CN117096835A - 一种tws充电仓输入过压保护控制实用电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，包括USB、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R7、MOS管Q1、三极管Q2、MOS管Q3及电容C4。本发明使用模拟电路搭建的输入过压保护电路，代替直接使用过压保护集成IC，分离元器件输入过压保护电路，研发成本低，电路设计很简单，为终端客户，创造更有竞争力的产品；针对ODM厂商要求极低的方案设计成本，它输入电压范围宽，避免因人为误接入高电压，或者外部输入电压不稳定的情况下，保护后极用电设备不被损坏，将输出电压限制在安全值的范围内，保证产品的安全及可靠性。

Description

一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路

技术领域

本发明涉及无线耳机技术领域，具体来说，涉及一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路。

背景技术

随着通信技术的快速发展，无线耳机越来越普及，给人们的生活、工作以及学习带来了极大的便利。现有无线耳机通常是使用内置的充电电池作为电源。为保证无线耳机的正常使用，需要对无线耳机中的充电电池进行充电，如在用户不使用无线耳机时，将无线耳机放入该无线耳机的充电盒进行充电。当无线耳机放入充电盒后，若充电盒给无线耳机充电的电压达到了预设的充电电压，如5V，则无线耳机可基于充电盒提供的充电电压自动关机，并进入到充电状态。在充电盒给无线耳机充电时，充电盒需要检测给无线耳机充电的电路是否发生过流及短路，即检测输出是否发生过流及短路，并且在发生过流或短路时停止为无线耳机充电，实现过流保护功能。

针对目前消费类电子市场，绝大部分电子产品，电源部分是重中之重，好的电源防护更是不可或缺，它可以保护后续重要的电路以及元器件不受外部过压影响而损坏。同时基于国内外TWS市场，给无线耳机充电所使用的充电仓，锂电池充放电管理单元，充电部分，输入过压保护电路，几乎都是使用专用过压保护集成IC，从而达到外部输入电压变化，充电端始终保持在5v左右的充电电压，进一步保护充电芯片，因此不会因输入电压过高，而损坏锂电池管理芯片。然而过压保护集成IC成本较高，且IC器件不易采购，市场价格波动较大。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，包括USB、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R7、MOS管Q1、三极管Q2、MOS管Q3及电容C4；

其中，所述USB的第一端及第六端均接地，所述USB的第三端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述USB的第四端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端接地，所述USB的第二端依次与所述USB的第五端、所述电阻R3的一端、所述电阻R5的一端、所述电阻R7的一端及所述MOS管Q3的源极连接，所述电阻R3的另一端依次与所述电容C4的一端、所述电阻R4的一端及所述MOS管Q1的栅极连接，所述电容C4的另一端接地，所述电阻R4的另一端与所述MOS管Q1的源极连接并接地，所述MOS管Q1的漏极依次与所述电阻R5的另一端及所述三极管Q2的第三端连接，所述三极管Q2的第二端接地，所述三极管Q2的第一端依次与所述电阻R7的另一端及所述MOS管Q3的栅极连接，所述MOS管Q3的漏极与OUTPUT信号端连接。

进一步的，所述MOS管Q1为电压型N-MOS管，所述MOS管Q3为电压型P-MOS管。

进一步的，所述MOS管Q1的Vgs导通电压为：

Vgs＝R4/(R3+R4)*6V

式中，R4为所述电阻R4的电阻值，R3为所述电阻R3的电阻值。

进一步的，所述MOS管Q1的Vgs导通电压若大于阈值，则所述MOS管Q1导通。

进一步的，所述USB为Type c usb接口。

进一步的，所述电阻R1及所述电阻R2均为正反向充电识别电阻。

进一步的，所述电阻R3为上偏置分压电阻，所述电阻R4为下偏置分压电阻。

进一步的，所述电容C4为旁路电容。

进一步的，所述电阻R5及所述电阻R7均为上拉电阻。

进一步的，所述三极管Q2为电流型NPN晶体三极管。

本发明的有益效果为：

(1)本发明为产品研发端提供输入过压保护方案，在芯片价格日益上涨的情况下，使用模拟电路搭建的输入过压保护电路，代替直接使用过压保护集成IC，分离元器件输入过压保护电路，研发成本低，电路设计很简单，为终端客户，创造更有竞争力的产品。

(2)本发明针对ODM厂商要求极低的方案设计成本，它输入电压范围宽，避免因人为误接入高电压，或者外部输入电压不稳定的情况下，保护后极用电设备不被损坏，将输出电压限制在安全值的范围内，保证产品的安全及可靠性。

(3)本发明节省产品开发时间，降低整机产品成本，本发明的电路使用分离元器件，搭建输入过压保护控制实用电路，电路中所采用的电子元器件容易采购，不受缺货的影响，为终端用户，争取了产品上市时间，提高了产品的竞争力；产品安全，性能可靠，设计方案成本低；产品低功耗，电路设计简单，稳定性能好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路的电路图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

根据本发明的实施例，提供了一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，包括USB、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R7、MOS管Q1、三极管Q2、MOS管Q3及电容C4；

其中，所述USB的第一端及第六端均接地，所述USB的第三端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述USB的第四端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端接地，所述USB的第二端依次与所述USB的第五端、所述电阻R3的一端、所述电阻R5的一端、所述电阻R7的一端及所述MOS管Q3的源极连接，所述电阻R3的另一端依次与所述电容C4的一端、所述电阻R4的一端及所述MOS管Q1的栅极连接，所述电容C4的另一端接地，所述电阻R4的另一端与所述MOS管Q1的源极连接并接地，所述MOS管Q1的漏极依次与所述电阻R5的另一端及所述三极管Q2的第三端连接，所述三极管Q2的第二端接地，所述三极管Q2的第一端依次与所述电阻R7的另一端及所述MOS管Q3的栅极连接，所述MOS管Q3的漏极与OUTPUT信号端连接。

在进一步的实施例中，所述MOS管Q1为电压型N-MOS管，所述MOS管Q3为电压型P-MOS管。

需要说明的是，N-MOS管和P-MOS管是两种常见的金属氧化物半导体(MOS)传导管，它们的工作原理如下：

N-MOS管使用N型半导体(如磷掺杂的硅)作为导电沟道。当栅极电压Vgs大于阈值电压Vth时，N-MOS管导通；当Vgs小于Vth时，N-MOS管截止。N-MOS管的工作原理是：当施加正栅极电压时，会形成一个反型沟道(电子富集)，允许电子从源极流向漏极，N-MOS管导通。

P-MOS管使用P型半导体(如硼掺杂的硅)作为导电沟道。当栅极电压Vgs小于阈值电压Vth时，P-MOS管导通；当Vgs大于Vth时，P-MOS管截止。P-MOS管的工作原理是：当施加负栅极电压时，会形成一个正型沟道(空穴富集)，允许空穴从源极流向漏极，P-MOS管导通。

N-MOS管导通时Vgs>Vth，使用N型半导体沟道；P-MOS管导通时Vgs<Vth，使用P型半导体沟道。两者的沟道材料和导通条件正好相反，这是N-MOS管和P-MOS管的关键区别。但它们都利用MOS结构控制沟道的形成，实现电子开关的功能。

在进一步的实施例中，所述MOS管Q1的Vgs导通电压为：

Vgs＝R4/(R3+R4)*6V

式中，R4为所述电阻R4的电阻值，R3为所述电阻R3的电阻值。

在进一步的实施例中，所述MOS管Q1的Vgs导通电压若大于阈值，则所述MOS管Q1导通。

在进一步的实施例中，所述USB为Type c usb接口。Type c usb接口可逆插拔，不再区分公母接口，使用更为方便。且Type c usb接口采用了更加坚固的24针金属接头设计，使用寿命更长。

在进一步的实施例中，所述电阻R1及所述电阻R2均为正反向充电识别电阻。

在进一步的实施例中，所述电阻R3为上偏置分压电阻，所述电阻R4为下偏置分压电阻。

在进一步的实施例中，所述电容C4为旁路电容。

在进一步的实施例中，所述电阻R5及所述电阻R7均为上拉电阻。

在进一步的实施例中，所述三极管Q2为电流型NPN晶体三极管。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

在实际应用时，具体电路分析：外部电源适配器输入电压，由Type c usb线材连接，输入电压经过识别电阻R1、电阻R2，实现正反插type c线材，能够给后级电路提供电能，即Vinput，该电压一路与上偏置分压电阻R3相连，为电压型N-MOS管Q1，提供Vgs导通电压，一路经过上拉电阻与电阻R5相接，分别给电压型N-MOS管Q1栅极提供电平、电流型NPN晶体三极管Q2基极提供电平，Vinput输入电压直接给电压型P-MOS管Q3，给源极提供电平。另一部分Vinput通过上拉电阻R7，向三极管Q2集电极和MOS管Q3控制极提供电平。

假设：TWS充电仓输入过压保护电压为6v，即当外部电源适配器输入电压超过6v时候，TWS充电仓充电截止，从而更好的保护TWS充放电电源管理芯片。以免电压过高，烧坏芯片。当Vinput＝6v，电压型N-MOS管Q1，Vgs导通电压，由上偏置分压电阻R3，下偏置分压电阻R4决定，满足N-MOS导通条件而导通，根据N-MOS管特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，Vgs导通电压如下：

Vgs＝R4/(R3+R4)*6V，Vgs>0，参数典型设置：R3＝51K，R4＝2.4K，C1＝0.01uf，电容C1利用电容特性：电容两端的电压不能突变特性，保证Vgs电压保持一段时间，保证Q1稳定导通或截止状态。

Vgs＝2.4k/(51K+2.4K)*6V＝0.269V>0，Q1导通。

备注：若MOS管Q1截止电流大，调大R4电阻，反之，若MOS管Q1截止电流小，调小R4电阻。

(1)当Vinput≥6v，Vgs＝0.269V，电压型N-MOS管Q1导通，电流型NPN晶体三极管Q2，基极电平会被拉低，基极电压VB2＝0V，三极管Q2为截止状态，电压型P-MOS管Q3，控制极g极电压，Vg由上拉电阻R7提供高电平，Vg≈6V，MOS管Q3处于截止状态，停止输出电压，VOUTPUT≈0V，从而达到输入6v过压保护目的。

(2)当Vinput<6v，Vgs<0V，电压型N-MOS管Q1截止，电流型NPN晶体三极管Q2，两端存在正向压降，基极电平，由上拉电阻R5提供，基极电压VB2≈6V，电流型NPN晶体三极管Q2为导通状态，即：Vb>Ve+x，x的范围大概是(0.1-0.7)V，电压型P-MOS管Q3，控制极g极电压，Vg电压因Q2导通后，Vg＝0V，Q3处于导通截止状态，VOUTPUT≈Vinput，可提供小于6v充电电压，从而保证TWS充电仓充放电电源芯片正常工作。

本发明使用范围较广泛，诸如：平板电脑，机顶盒，数码产品，穿戴设备，TWS等消费类电子产品。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明为产品研发端提供输入过压保护方案，在芯片价格日益上涨的情况下，使用模拟电路搭建的输入过压保护电路，代替直接使用过压保护集成IC，分离元器件输入过压保护电路，研发成本低，电路设计很简单，为终端客户，创造更有竞争力的产品。本发明针对ODM厂商要求极低的方案设计成本，它输入电压范围宽，避免因人为误接入高电压，或者外部输入电压不稳定的情况下，保护后极用电设备不被损坏，将输出电压限制在安全值的范围内，保证产品的安全及可靠性。本发明节省产品开发时间，降低整机产品成本，本发明的电路使用分离元器件，搭建输入过压保护控制实用电路，电路中所采用的电子元器件容易采购，不受缺货的影响，为终端用户，争取了产品上市时间，提高了产品的竞争力；产品安全，性能可靠，设计方案成本低；产品低功耗，电路设计简单，稳定性能好。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，包括USB、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R7、MOS管Q1、三极管Q2、MOS管Q3及电容C4；

其中，所述USB的第一端及第六端均接地，所述USB的第三端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地，所述USB的第四端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端接地，所述USB的第二端依次与所述USB的第五端、所述电阻R3的一端、所述电阻R5的一端、所述电阻R7的一端及所述MOS管Q3的源极连接，所述电阻R3的另一端依次与所述电容C4的一端、所述电阻R4的一端及所述MOS管Q1的栅极连接，所述电容C4的另一端接地，所述电阻R4的另一端与所述MOS管Q1的源极连接并接地，所述MOS管Q1的漏极依次与所述电阻R5的另一端及所述三极管Q2的第三端连接，所述三极管Q2的第二端接地，所述三极管Q2的第一端依次与所述电阻R7的另一端及所述MOS管Q3的栅极连接，所述MOS管Q3的漏极与OUTPUT信号端连接。

2.根据权利要求1所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述MOS管Q1为电压型N-MOS管，所述MOS管Q3为电压型P-MOS管。

3.根据权利要求2所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述MOS管Q1的Vgs导通电压为：

Vgs＝R4/(R3+R4)*6V

式中，R4为所述电阻R4的电阻值，R3为所述电阻R3的电阻值。

4.根据权利要求3所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述MOS管Q1的Vgs导通电压若大于阈值，则所述MOS管Q1导通。

5.根据权利要求1所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述USB为Type c usb接口。

6.根据权利要求1所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述电阻R1及所述电阻R2均为正反向充电识别电阻。

7.根据权利要求1所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述电阻R3为上偏置分压电阻，所述电阻R4为下偏置分压电阻。

8.根据权利要求1所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述电容C4为旁路电容。

9.根据权利要求1所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述电阻R5及所述电阻R7均为上拉电阻。

10.根据权利要求1所述的一种TWS充电仓输入过压保护控制实用电路，其特征在于，所述三极管Q2为电流型NPN晶体三极管。