CN208571664U - 一种嵌入式终端的充电控制*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种嵌入式终端的充电控制***，其包括DC电源电路、USB OTG接口电路、充放电切换电路、CPU模块及充电管理电路、单片机及开关电路；DC电源电路连接外接电源并输出直流电压；USB OTG接口电路连接外接电子设备，USB OTG接口电路与CPU模块对应引脚连接；充放电切换电路用于切换充电所使用的电源，包括第一防倒灌开关、第二防倒灌开关、升压电路及第一缓冲电路、第二缓冲电路；充电管理电路用于监控供电电池充电条件及充电过程状态并通过I2C接口与CPU模块通讯，CPU模块用于监控充电管理电路的充电过程。本实用新型即可车载嵌入式终端大电流边用边充电，还可在充电同时连接USB外设，且关机充满电之后，充电电路进入低功耗模式。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子产品的电池充电技术领域，尤其涉及一种嵌入式终端的充电控制***。
背景技术
随着嵌入式终端在车上的应用越来越普及，车载嵌入式终端的性能稳定性越越来越受到重视。有的车载嵌入式终端为了保护自身，避免因非正常上电及断电而导致***崩溃，选择配备电池，一旦遇到外部供电异常，会自动采用内部电池供电。有的车载嵌入式终端为了脱车也可以便携使用，实现车上车上两用，也会内置电池。从而，车载嵌入式终端边使用、边快速充电，渐渐成为一个问题。
车载嵌入式终端一般带有一个USB接口，不但支持USB充电，还支持USB数据通讯。但是如图1所示现有的适配器在充电时的电流流动示意图，它的输出电压如图所示的VAB，经过USB线的传输后到达手机端的电压为VCD，二者之差我们称之为USB线压降。一根普通的USB线内阻为500m欧姆左右，在功能机500mA充电使用下，充电线上的压降为250mV，适配器输出5V的情况下到达USB接口的电压为4.75V。而当充电电流增加到2A应用时，如果还使用老的充电线的话，线上的压降高达1V，如果适配器输出仍旧为5V，USB接口的电压只有4V，这会导致USB充电电压没法达到预定设计值，更甚至可能会导致无法充电。当车载嵌入式终端要边使用边充电，充电电流达到1A以上，那么总电流肯定大于2A，这就出现了车载嵌入式终端无法边用边充的问题。
USB快速充电***包括快充标准，快充电源适配器，接口E-marker芯片，线缆，手机芯片，电池等多个部分。各部分都必须针对不同标准专门设计，才能实现快充功能，并且保证充电安全。常见快速充电技术可分为两种：第一种是高压快充：通过提高电源适配器输出电压来提高终端充电功率和速率；第二种是低压快充：通过提高电源适配器输出电流来提高终端充电功率和速率。无论是第一种还是第二种，都需要特殊定制的器件才能实现，而且不同的厂家各有各的快速充电标准，出现成本高，兼容性差的情况，这无疑给车载嵌入式终端的边用边充需求构成了一道障碍。
另外，车载嵌入式终端的一个USB接口在充电的同时，是无法同时接USBOTG 外设的，比如U盘。
专利号CN201320250159.X，揭露了一种兼容USB充电及USB OTG供电的方案，但是该方案在大电流边用边冲的时候，存在无法正常充电的缺陷，而且不支持DC电源充电。另外在充电的时候无法使用USB接口通讯，而且无法实现关机充电完成之后的低功耗充电控制。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种嵌入式终端的充电控制***。
本实用新型采用的技术方案是：
一种嵌入式终端的充电控制***，其包括DC电源电路、USB OTG接口电路、充放电切换电路、CPU模块及充电管理电路；
DC电源电路的输入端连接外接电源，DC电源电路的输出端输出直流电压；
所述USB OTG接口电路用于连接外接电子设备，USB OTG接口电路的检测引脚以及识别引脚与所述CPU模块对应引脚连接；
所述充放电切换电路用于切换充电所使用的电源，包括第一防倒灌开关、第二防倒灌开关、升压电路及第一缓冲电路、第二缓冲电路，
充电管理电路用于监控供电电池充电条件及充电过程状态并输出中断信号，充电管理电路的充电电源检测引脚PSEL连接第一缓冲电路的第二输出端，充电管理电路的***电源输出端SYS用于给***电路供电，充电管理电路的电池连接端VBAT用于给电池充放电，充电管理电路的I2C接口连接CPU模块；
CPU模块用于收到中断信号、发起I2C通讯、读取充电管理电路的充电参数状态、通过LCD显示充电状态信息给用户，CPU模块还控制充电管理电路的充电过程，比如控制充电电流的大小、充电电源的输入阻抗；
第一防倒灌开关和第二防倒灌开关均包括一输入端、一输出端以及一使能端，使能端用于控制对应的防倒灌开关导通或者关闭，DC电源电路的输出端分别连接第一防倒灌开关的输入端和使能端，第一防倒灌开关和第二防倒灌开关的输出端并联连接至充电管理电路的电源输入端，第二防倒灌开关的使能端通过一上拉电阻分别连接至第二防倒灌开关的输入端和USB OTG接口电路的电源引脚；
升压电路包括一输入端、一输出端及一使能端，升压电路的输入端接入充电管理电路的***电源输出端SYS，升压电路的使能端用于控制接入的电压升压后输出5V给USBOTG接口电路的电源脚；CPU模块的第一通用输入输出引脚GPIO1分别连接第二缓冲电路的输入端和升压电路的使能端；
第一缓冲电路包括一输入端及两输出端，第一缓冲电路将接入的逻辑电平进行翻转后通过两个输出端输出；第二缓冲电路包括一输入端及一输出端，第二缓冲电路将接入的逻辑电平进行翻转并通过输出端输出；第二缓冲电路的输出端与第一缓冲电路的第一输出端分别并联连接第二防倒灌开关的使能端。
进一步地，DC电源电路的输出端输出5V直流电压。
进一步地，所述充电管理电路包括BQ24192充电管理芯片和BQ27531电量计。
进一步地，I2C接口包括SDA数据、SCL时钟和INT中断引脚。
进一步地，充电条件包括充电电源切换、充电温度异常；充电过程状态包括预充电完成、电池充满和电池充电超时。
进一步地，所述第一防倒灌开关和第二防倒灌开关选用TPS22953芯片或MIC94165开关芯片。
进一步地，本实用新型其还包括一单片机及一开关电路，单片机连接CPU模块，开关电路具有一输入端、一输出端和使能端，开关电路的输入端连接充电管理电路的***电源输出端，开关电路的输出端作为电源输出端，开关电路的使能端连接单片机的一引脚，单片机用于控制开关电路的使能。
进一步地，单片机还连接有一用于人工操作的开关按键。
本实用新型采用以上技术方案，通过第一、第二防倒灌开关及第二缓冲电路，完成充电电源的切换，在DC电源存在的时候，第一防倒灌开关打开优先接通DC电源用于充电，第二防倒灌开关关闭切断USB OTG接口电路电源的接入，第一缓冲电路提供一个充电电源选择信号给充电管理电路，优先选择DC电源，支持大电流充电，至少2A以上。当所述CPU模块检测到USB OTG设备接入时，充放电切换电路控制所述升压电路给USB OTG接口电路供给5V电源，同时通过第二防倒灌开关关闭以防止自充电。通过第一、第二防倒灌开关及第一缓冲电路的结合，使得大电流充电的同时可以支持USB OTG功能，还同时控制第二防倒灌开关关闭防止自充电。关机时CPU模块控制单片机切断开关电路，充电管理电路的***电源输出端SYS停止给***供电，***进入低功耗模式，车载嵌入式终端在汽车停火之后，基本不损耗汽车电池的电，避免汽车电池因嵌入式终端用电而电量耗尽，导致汽车无法启动。本实用新型即可车载嵌入式终端大电流边用边充电，还可在充电同时连接USB外设，且关机充满电之后，充电电路进入低功耗模式。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；
图1为现有的适配器在充电时的电流流动示意图；
图2为本实用新型实施例一的充电控制***结构示意图；
图3为本实用新型施例二的的充电控制***结构示意图；
图4为本实用新型实施例一的开机充电切换充电控制流程示意图；
图5为本实用新型实施例一的关机充电切换控制流程示意图；
图6为本实用新型实施例二的开机及关机充电状态控制切换流程示意图。
具体实施方式
如图2-6之一所示，本实用新型本公开了一种车载嵌入式终端的充电***，其包括DC电源电路、USB OTG接口电路、充放电切换电路、CPU模块及充电管理电路；
DC电源电路，其输入端用于连接外接电源，输出端输出直流电压DC_5V；
USB OTG接口电路，用于连接外接电子设备，其检测引脚以及识别引脚与CPU模块对应引脚连接；
充放电切换电路，包括第一、二防倒灌开关、升压电路及第一、第二缓冲电路，用于切换充电所使用的电源，当DC电源有接入的时候，通过第一防倒灌开关优先接通DC电源用于充电，并通过第二防倒灌开关切断USB OTG接口电路电源的接入；当CPU模块检测到USBOTG设备接入的时候，控制升压电路给USB OTG接口电路供给5V电源，同时通过第二防倒灌开关关闭以防止自充电；第一、二防倒灌开关包括一输入端、一输出端以及一使能端，使能端用于控制防倒灌开关导通或者关闭，第一防倒灌开关的输入端及使能端并联接到DC电源电路的输出端，第一、二防倒灌开关的输出端并联接到充电管理电路的电源输入端，第二防倒灌开关的使能端通过一上拉电阻R1连接到其输入端及USB OTG接口电路的电源引脚；第一缓冲电路包括一输入端及两输出端，用于将其输入端的逻辑电平进行翻转并通过两个输出端输出；第二缓冲电路包括一输入端及一输出端，用于将其输入端的逻辑电平进行翻转并通过输出端输出；第二缓冲电路的输出端与第一缓冲电路的第一输出端OUT1并联接到第二防倒灌开关的使能端，升压电路包括一输入端、一输出端及一使能端，使能端用于控制将输入端的电压升压后输出5V给USB OTG接口电路的电源脚；CPU模块的第一通用输入输出引脚GPIO1接到第二缓冲电路的输入端及升压电路的使能端；充电管理电路的充电电源检测引脚PSEL接第一缓冲电路的第二输出端OUT2，***电源输出端SYS用于给***电路供电，电池连接端VBAT用于给电池充放电，I2C接口(含SDA数据、SCL时钟及INT中断引脚)接CPU模块的对应引脚。充电管理电路用于监控供电电池充电条件（充电电源切换、充电温度异常等）及充电过程变化（预充电完成，电池充满，电池充电超时等），产生中端信号，CPU模块收到中断信号，发起I2C通讯，读取充电管理电路的相关充电参数状态，可以通过LCD显示一些对应的充电状态信息给用户。CPU模块还可以控制充电管理电路的充电过程，比如充电电流的大小、充电电源的输入阻抗。
如图3或图6所示，在更进一步的实施例2中，还包括一单片机及一开关电路。单片机的IO1口连接CPU模块的GPIO3口，开关电路具有一输入端、一输出端和使能端EN，开关电路的输入端连接充电管理电路的***电源输出端SYS，开关电路的输出端作为电源输出端SYS_OUT，开关电路的使能端EN连接单片机的一引脚IO2，单片机用于控制开关电路的使能。进一步地，单片机的IO3还连接有一用于人工操作的开关按键。
***通过I2C接口可以主动设置充电管理电路，使其在充满电之后将电源输入端DC的阻抗切换为高阻态，并在电池电量或者电压小于设定值时，恢复充电，再次充满电之后，继续设为高阻态。在对充电管理电路完成设置之后，CPU模块发出一个关机通知信号给单片机的第一通用输入输出脚IO1，单片机在收到该信号之后，控制第二输入输出引脚IO2输出电源关闭信号给开关电路的使能端，关闭整个***的用电SYS_OUT。而开机，可以通过单片机的IO3侦测开关按键的开机信号来实现，开机之后，单片机的IO2控制开关电路打开，CPU通电起来之后，对充电管理电路进行初始化。第一及第二防倒灌开关的实现方案优选型号为TPS22953的芯片，也可以是其他具有输出端电流防倒灌功能的开关芯片，比如MIC94165。充电管理电路可以采用BQ24192充电管理芯片和BQ27531电量计结合的方式来实现，BQ24192和BQ27531之间的电路连接方式为已知的技术，此处不予详细描述。在其他实施例当中，充电管理电路也可以选择其他具备通讯接口的充电芯片及电量计芯片。CPU模块可以是由CPU、内存、电源管理芯片等一起配套组成的模块，用于核心计算及控制***的设备。CPU模块与充电管理电路之间的通讯接口也可以采用诸如SPI、USB等其他类型的接口。
本实用新型采用以上技术方案，通过第一、第二防倒灌开关及第二缓冲电路，完成充电电源的切换，在DC电源存在的时候，第一防倒灌开关打开优先接通DC电源用于充电，第二防倒灌开关关闭切断USB OTG接口电路电源的接入，第二缓冲电路提供一个充电电源选择信号给充电管理电路，优先选择DC电源，支持大电流充电，至少2A以上。当所述CPU模块检测到USB OTG设备接入时，充放电切换电路控制所述升压电路给USB OTG接口电路供给5V电源，同时通过第二防倒灌开关关闭以防止自充电。通过第一、第二防倒灌开关及第一缓冲电路的结合，使得大电流充电的同时可以支持USB OTG功能，还同时控制第二防倒灌开关关闭防止自充电。关机时CPU模块控制单片机切断开关电路，充电管理电路的***电源输出端SYS停止给***供电，***进入低功耗模式，车载嵌入式终端在汽车停火之后，基本不损耗汽车电池的电，避免汽车电池因嵌入式终端用电而电量耗尽，导致汽车无法启动。本实用新型即可车载嵌入式终端大电流边用边充电，还可在充电同时连接USB外设，且关机充满电之后，充电电路进入低功耗模式。
Claims (7)
1.一种嵌入式终端的充电控制***，其特征在于：其包括DC电源电路、USB OTG接口电路、充放电切换电路、CPU模块及充电管理电路；
DC电源电路的输入端连接外接电源，DC电源电路的输出端输出直流电压；
所述USB OTG接口电路用于连接外接电子设备，USB OTG接口电路的检测引脚以及识别引脚与所述CPU模块对应引脚连接；
所述充放电切换电路用于切换充电所使用的电源，包括第一防倒灌开关、第二防倒灌开关、升压电路及第一缓冲电路、第二缓冲电路，
充电管理电路用于监控供电电池充电条件及充电过程状态并输出中断信号，充电管理电路的充电电源检测引脚PSEL连接第一缓冲电路的第二输出端，充电管理电路的***电源输出端SYS用于给***电路供电，充电管理电路的电池连接端VBAT用于给电池充放电，充电管理电路的I2C接口连接CPU模块；
CPU模块用于收到中断信号、发起I2C通讯、读取充电管理电路的充电参数状态、通过LCD显示充电状态信息给用户，CPU模块还控制充电管理电路的充电过程；
第一防倒灌开关和第二防倒灌开关均包括一输入端、一输出端以及一使能端，使能端用于控制对应的防倒灌开关导通或者关闭，DC电源电路的输出端分别连接第一防倒灌开关的输入端和使能端，第一防倒灌开关和第二防倒灌开关的输出端并联连接至充电管理电路的电源输入端，第二防倒灌开关的使能端通过一上拉电阻分别连接至第二防倒灌开关的输入端和USB OTG接口电路的电源引脚；
升压电路包括一输入端、一输出端及一使能端，升压电路的使能端用于控制接入的电压升压后输出5V给USB OTG接口电路的电源脚；CPU模块的第一通用输入输出引脚GPIO1分别连接第二缓冲电路的输入端和升压电路的使能端；
第一缓冲电路包括一输入端及两输出端，第一缓冲电路将接入的逻辑电平进行翻转后通过两个输出端输出；第二缓冲电路包括一输入端及一输出端，第二缓冲电路将接入的逻辑电平进行翻转并通过输出端输出；第二缓冲电路的输出端与第一缓冲电路的第一输出端并联连接到第二防倒灌开关的使能端。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式终端的充电控制***，其特征在于：DC电源电路的输出端输出5V直流电压。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式终端的充电控制***，其特征在于：充电管理电路包括BQ24192充电管理芯片和BQ27531电量计。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式终端的充电控制***，其特征在于：充电条件包括充电电源切换、充电温度异常；充电过程状态包括预充电完成、电池充满和电池充电超时。
5.根据权利要求1所述的一种嵌入式终端的充电控制***，其特征在于：第一防倒灌开关和第二防倒灌开关选用TPS22953芯片或MIC94165开关芯片。
6.根据权利要求1所述的一种嵌入式终端的充电控制***，其特征在于：其还包括一单片机及一开关电路，单片机连接CPU模块，开关电路具有一输入端、一输出端和使能端，开关电路的输入端连接充电管理电路的***电源输出端，开关电路的输出端作为电源输出端，开关电路的使能端连接单片机的一引脚，单片机用于控制开关电路的使能。
7.根据权利要求6所述的一种嵌入式终端的充电控制***，其特征在于：单片机还连接有一用于人工操作的开关按键。
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| CN201821205954.6U CN208571664U (zh) | 2018-07-27 | 2018-07-27 | 一种嵌入式终端的充电控制*** |
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| TWI742582B (zh) * | 2020-03-24 | 2021-10-11 | 廣達電腦股份有限公司 | 充電裝置及其方法 |
| CN115391258A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-25 | 云码智能(海南)科技有限公司 | 接口管理电路、方法、装置、设备、存储介质和程序产品 |
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