CN218633412U - 一种usb pd的电源快充控制电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种USB PD的电源快充控制电路及装置，一种USB PD的电源快充控制电路包括：电源管理模块、变换器控制模块、***检测模块、锂电池保护模块、过温检测模块及锂电池组；所述电源管理模块分别与所述变换器控制模块、所述***检测模块、所述锂电池保护模块、所述过温检测模块及所述锂电池组电连接；所述***检测模块与所述变换器控制模块电连接，所述变换器控制模块与所述锂电池组电连接，所述锂电池组与所述锂电池保护模块电连接。本实用新型能实现移动电源的大功率电能传输，节省充电时间，且能够保证移动电源充放电过程的安全进行，可靠性高。

Description

一种USB PD的电源快充控制电路及装置

技术领域

本实用新型涉及充电控制技术领域，尤其涉及一种USB PD的电源快充控制电路及装置。

背景技术

随着智能时代的到来，手机、平板、笔记本电脑等电子设备也越来越向智能化、大屏化的方向发展，但与此同时带来了设备的续航问题。在目前市场上移动电源从小功率逐渐转向大功率电能传输，其中快速充电协议是实现大功率传输的关键技术。其中USB—PD协议是基于Type—C接口的快充协议，在Type—C接口越来越普及的今天USB—PD协议占据天然的优势。

然而，现有技术中，基于USB PD快充协议的移动电源在充放电过程中仍然存在过温、过放及过充等问题，且没有对移动电源内部的锂电池进行恰当保护，使得移动电源易于损坏，减少移动电源的使用寿命。因此，发明一种USB PD的电源快充控制电路是该领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种USB PD的电源快充控制电路及装置，本方案中，当充电器接人***检测模块时，先经过***检测模块检测，电源管理模块确认为充电器后，根据输入电压驱动变换器控制模块使之工作在降压或者升压的状态，形成回路给锂电池组充电：锂电池保护模块串联在锂电池组的负极与地极之间，通过锂电池保护模块能够控制整个***回路的导通与关断，进行充电保护；过温检测模块用于实时监测锂电池组的充放电过程中的温度变化，以保证充电过程的安全进行，从而本实用新型能实现移动电源的大功率电能传输，节省充电时间，且能够保证移动电源充放电过程的安全进行，可靠性高。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种USB PD的电源快充控制电路，包括电源管理模块、变换器控制模块、***检测模块、锂电池保护模块、过温检测模块及锂电池组；

所述电源管理模块分别与所述变换器控制模块、所述***检测模块、所述锂电池保护模块、所述过温检测模块及所述锂电池组电连接；

所述***检测模块与所述变换器控制模块电连接，所述变换器控制模块与所述锂电池组电连接，所述锂电池组与所述锂电池保护模块电连接。

优选地，所述一种USB PD的电源快充控制电路还包括辅助电源模块；

所述辅助电源模块与所述电源管理模块电连接，所述辅助电源模块用于给所述电源管理模块充电。

优选地，所述过温检测模块包括热敏电阻及第一电阻；

所述热敏电阻的第一端及所述第一电阻的第一端均与所述电源管理模块的电连接，所述热敏电阻的第二端及所述第一电阻的第二端接地。

优选地，所述锂电池保护模块包括锂电池保护单元及第一开关控制单元；

所述锂电池保护单元分别与所述锂电池组及所述电源管理模块电连接，所述第一开关控制单元分别与所述锂电池保护单元及所述锂电池组电连接。

优选地，所述***检测模块包括TypeC接口单元、USB接口单元及第二开关控制单元；

所述USB接口单元分别与所述电源管理模块及所述第二开关控制单元电连接，所述第二开关控制单元分别与所述电源管理模块及所述TypeC接口单元电连接，所述USB接口单元用于与输出负载电连接，所述TypeC接口单元用于与输出负载或充电器电连接。

优选地，所述变换器控制模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、电感、第一电容及第二电容；

所述第一MOS管的漏极及所述第一电容的第一端与所述锂电池组的正极电连接，所述第一MOS管的源极分别与所述电感的第一端及所述第二MOS管的漏极电连接，所述电感的第二端分别与所述第三MOS管的源极及所述第四MOS管的漏极电连接，所述第三MOS管的漏极分别与所述第二电容的第一端及输入电压正极电连接，所述第一电容的第二端、所述第二MOS管的源极、所述第四MOS管的源极、所述第二电容的第二端及输入电压负极电连接。

优选地，所述电源管理模块的芯片型号为EDP3010。

优选地，所述锂电池保护单元的芯片型号为LT6034A。

优选地，所述辅助电源模块包括低压差线性稳压器、第三电容、第四电容及第五电容；

所述低压差线性稳压器的输入端分别与所述第三电容的第一端及所述锂电池组电连接，所述低压差线性稳压器的输出端分别与所述第四电容的第一端、所述第五电容的第一端及所述电源管理模块电连接，所述第三电容、所述第四电容及所述第五电容的第二端接地。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种USB PD的电源快充控制装置，包括所述的一种USB PD的电源快充控制电路。

本实用新型的一种USB PD的电源快充控制电路具有如下有益效果，本实用新型公开的一种USB PD的电源快充控制电路包括：电源管理模块、变换器控制模块、***检测模块、锂电池保护模块、过温检测模块及锂电池组；所述电源管理模块分别与所述变换器控制模块、所述***检测模块、所述锂电池保护模块、所述过温检测模块及所述锂电池组电连接；所述***检测模块与所述变换器控制模块电连接，所述变换器控制模块与所述锂电池组电连接，所述锂电池组与所述锂电池保护模块电连接。当充电器接人***检测模块时，先经过***检测模块检测，电源管理模块确认为充电器后，根据输入电压驱动变换器控制模块使之工作在降压或者升压的状态，形成回路给锂电池组充电：锂电池保护模块串联在锂电池组的负极与地极之间，通过锂电池保护模块能够控制整个***回路的导通与关断，进行充电保护；过温检测模块用于实时监测锂电池组的充放电过程中的温度变化，以保证充电过程的安全进行。因此，本实用新型能实现移动电源的大功率电能传输，节省充电时间，且能够保证移动电源充放电过程的安全进行，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，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附图：

图1是本实用新型较佳实施例的一种USB PD的电源快充控制电路的原理框图；

图2是本实用新型另一较佳实施例的一种USB PD的电源快充控制电路的原理框图；

图3是本实用新型较佳实施例的一种USB PD的电源快充控制电路的辅助电源模块的电路原理图；

图4是本实用新型较佳实施例的一种USB PD的电源快充控制电路的过温检测模块的电路原理图；

图5是本实用新型较佳实施例的一种USB PD的电源快充控制电路的锂电池保护模块的电路原理图；

图6是本实用新型较佳实施例的一种USB PD的电源快充控制电路的***检测模块的电路原理图；

图7是本实用新型较佳实施例的一种USB PD的电源快充控制电路的变换器控制模块的电路原理图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种USB PD的电源快充控制电路及装置，本方案中，当充电器接人***检测模块时，先经过***检测模块检测，电源管理模块确认为充电器后，根据输入电压驱动变换器控制模块使之工作在降压或者升压的状态，形成回路给锂电池组充电：锂电池保护模块串联在锂电池组的负极与地极之间，通过锂电池保护模块能够控制整个***回路的导通与关断，进行充电保护；过温检测模块用于实时监测锂电池组的充放电过程中的温度变化，以保证充电过程的安全进行，从而本实用新型能实现移动电源的大功率电能传输，节省充电时间，且能够保证移动电源充放电过程的安全进行，可靠性高。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请提供的一种USB PD的电源快充控制电路的原理框图，包括电源管理模块1、变换器控制模块2、***检测模块3、锂电池保护模块4、过温检测模块5及锂电池组6；

电源管理模块1分别与变换器控制模块2、***检测模块3、锂电池保护模块4、过温检测模块5及锂电池组6电连接；

***检测模块3与变换器控制模块2电连接，变换器控制模块2与锂电池组6电连接，锂电池组6与锂电池保护模块4电连接。

现有技术中，基于USB PD快充协议的移动电源在充放电过程中仍然存在过温、过放及过充等问题，且没有对移动电源内部的锂电池进行恰当保护，使得移动电源易于损坏，减少移动电源的使用寿命。

针对上述缺点，本申请中通过电源管理模块1、变换器控制模块2、***检测模块3、锂电池保护模块4、过温检测模块5及锂电池组6的配合实现了移动电源的大功率电能传输，节省充电时间，且能够保证移动电源充放电过程的安全进行，可靠性高。

具体地，在本实施例中，当充电器接人***检测模块3时，先经过***检测模块3检测，电源管理模块1确认为充电器后，打开内部的开关管流经变换器控制模块2，并根据输入电压驱动变换器控制模块2的开关管使之工作在降压或者升压的状态，然后接入锂电池保护模块4及锂电池组6形成完整的回路。可以理解的是，本实施例中锂电池保护模块4是串联在锂电池组6负极与地极之间的，通过锂电池保护模块4能够控制整个***回路的导通与关断，从而在锂电池处于异常工况时可以实现及时的保护。

具体地，在本实施例中，除了锂电池保护模块4对***进行保护外，还有过温检测模块5进行过温保护，依据电源管理模块1内置的过流保护、欠压保护和过压保护等功能，都是由电源管理模块1通过AD采集电压电流数据来进行的保护。可以理解的是，当***工作在放电模式时，基本工作过程一致，只是电流电压的流向不同。

综上，本申请提供了一种USB PD的电源快充控制电路，在本方案中，包括电源管理模块1、变换器控制模块2、***检测模块3、锂电池保护模块4、过温检测模块5及锂电池组6；当充电器接人***检测模块3时，先经过***检测模块3检测，电源管理模块1确认为充电器后，根据输入电压驱动变换器控制模块2使之工作在降压或者升压的状态，形成回路给锂电池组6充电：锂电池保护模块4串联在锂电池组6的负极与地极之间，通过锂电池保护模块4能够控制整个***回路的导通与关断，进行充电保护；过温检测模块5用于实时监测锂电池组6的充放电过程中的温度变化，以保证充电过程的安全进行。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本申请提供的一种USB PD的电源快充控制电路的原理框图。

请参照图3，图3为本申请提供的一种辅助电源模块的电路原理图。

作为一种优选地实施例，一种USB PD的电源快充控制电路还包括辅助电源模块7；

辅助电源模块7与电源管理模块1电连接，辅助电源模块7用于给电源管理模块1充电。

作为一种优选地实施例，辅助电源模块7包括低压差线性稳压器U2、第三电容C15、第四电容C16及第五电容C17；

低压差线性稳压器U2的输入端分别与第三电容C15的第一端及锂电池组6电连接，低压差线性稳压器U2的输出端分别与第四电容C16的第一端、第五电容C17的第一端及电源管理模块1电连接，第三电容C15、第四电容C16及第五电容C17的第二端接地。

具体地，辅助电源模块7用于给电源管理模块1进行供电，本申请采用3.6V低压差线性稳压电源芯片ME6203，ME6203具有***电路简单、耐压值高、输出电压精度高以及低温漂的优点，成本低廉。

请参照图4，图4为本申请提供的一种过温检测模块的电路原理图。

作为一种优选地实施例，过温检测模块5包括热敏电阻NTC1及第一电阻Rx；

热敏电阻NTC1的第一端及第一电阻Rx的第一端均与电源管理模块1的电连接，热敏电阻NTC1的第二端及第一电阻Rx的第二端接地。

具体地，在本实施例中，电源管理模块1TH引脚内部集成了恒流源和AD采样接口，在TH引脚外部配置好热敏电阻NTC1并将其放置于锂电池处，当锂电池温度发生变化时热敏电阻NTC1的阻值也发生变化，从而TH引脚上电压也会随之变化，***可通过AD采集TH引脚电压获取锂电池的温度信息，超出温度范围会立即停止工作以保证锂电池安全工作。

请参照图5，图5为本申请提供的一种锂电池保护模块的电路原理图。

作为一种优选地实施例，锂电池保护模块4包括锂电池保护单元41及第一开关控制单元42；

锂电池保护单元41分别与锂电池组6及电源管理模块1电连接，第一开关控制单元42分别与锂电池保护单元及锂电池组6电连接。

作为一种优选地实施例，锂电池保护单元41的芯片型号为LT6034A。

具体地，锂电池保护模块4用于防止锂电池在充放电过程中出现过充、过放等问题；在本实施例中，锂电池保护单元41采用HLT6034A锂电池保护芯片，可对单节电池进行监控，正常工作情况下锂电保护电路外接的第一开关控制单元42中的MOSFET处于导通状态，一旦锂电保护芯片检测，到了异常情况会马上关断MOSFET进行断电，从而实现锂电保护功能。

请参照图6，图6为本申请提供的一种***检测模块的电路原理图。

作为一种优选地实施例，***检测模块3包括TypeC接口单元31、USB接口单元32及第二开关控制单元33；

USB接口单元32分别与电源管理模块1及第二开关控制单元33电连接，第二开关控制单元33分别与电源管理模块1及TypeC接口单元电连接，USB接口单元32用于与输出负载电连接，TypeC接口单元31用于与输出负载或充电器电连接。

具体地，当***处于待机状态，电源管理模块1通过100kQ的电阻R2将USB接口单元32中的OUT2网络电位抬高，电源管理模块1通过OUT2的电位进行判断，一旦该电位被拉低电源管理模块1检测到低电平即判断有负载插人，然后启动***并打开开关管Q2，开始输出给负载供电。

具体地，TypeC接口单元31中的USBTpye—C接口是一个双向1：1，既可以作为输出接口又可以作为输入接口，该口的判断逻辑如下：***待机时接口上的CC线处于上拉下拉不断切换的状态，若有负载接入在cc上拉状态时可以检测到负载拉低CC线电压，此时会判断为负载接人，***启动对其供电：若有充电器***C口则CC线处于下拉状态时会检测到充电器的电压，在下拉状态检测到了C口上有电压接入持续一段时间后会判断为充电器接入。

请参照图7，图7为本申请提供的一种变换器控制模块的电路原理图。

作为一种优选地实施例，变换器控制模块2包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、电感L、第一电容及第二电容；

第一MOS管Q1的漏极及第一电容的第一端与锂电池组6的正极电连接，第一MOS管Q1的源极分别与电感的第一端及第二MOS管Q2的漏极电连接，电感的第二端分别与第三MOS管Q3的源极及第四MOS管Q4的漏极电连接，第三MOS管Q3的漏极分别与第二电容的第一端及输入电压正极电连接，第一电容的第二端、第二MOS管Q2的源极、第四MOS管Q4的源极、第二电容的第二端及输入电压负极电连接。

具体地，在本实施例中，BAT端是由四节标称3.7V锂电池串联而成的电池组，电压范围为12V～16.8V，当使用供电设备例如5V适配器从V+端输入给***充电时，需要通过变换器控制模块2进行升压才能给锂电池组充电，但当使用支持USB—PD协议的适配器时，通过功率协商输入电压可达20V，此时需要通过变换器控制模块2进行降压才能给锂电池组充电，因此从V+端输人需要***根据输入电压来判断是使变换器控制模块2工作在Boost模式还是Buck模式；当V+端为受电设备时，BAT端电压范围是12V～16.8V，经过USB—PD协议协商后的V+端输出电压可能是5V、9V、12V、15V、20V，同样需要升降压变换。

具体地，图7所示的四管升降压电路可以满足***需求，实现双向的升降压变换.以V+端输入给锂电池充电的方向为例，当输入电压低于锂电池电压时，Q4恒关断，Q3恒导通，用两路互补的PWM波驱动Q1、Q2，使变换器工作于Boost模式：当输入电压高于锂电池电压时，Q1恒导通，Q2恒关断，用两路互补的PWM波驱动Q3、Q4，此时变换器工作于Buck模式。可以理解的是，当***作为供电设备时变换器的工作状态以上类似，只是方向相反。

作为一种优选地实施例，电源管理模块1的芯片型号为EDP3010。在另一个优选地实施例中，电源管理模块1的芯片型号不作具体限定。

本申请还提供了一种USB PD的电源快充控制装置，包括所述的一种USB PD的电源快充控制电路。

对于本申请提供的一种USB PD的电源快充控制电路的介绍，请参照上述实施例，本申请此处不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，包括电源管理模块、变换器控制模块、***检测模块、锂电池保护模块、过温检测模块及锂电池组；

所述电源管理模块分别与所述变换器控制模块、所述***检测模块、所述锂电池保护模块、所述过温检测模块及所述锂电池组电连接；

所述***检测模块与所述变换器控制模块电连接，所述变换器控制模块与所述锂电池组电连接，所述锂电池组与所述锂电池保护模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，所述一种USBPD的电源快充控制电路还包括辅助电源模块；

所述辅助电源模块与所述电源管理模块电连接，所述辅助电源模块用于给所述电源管理模块充电。

3.根据权利要求1所述的一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，所述过温检测模块包括热敏电阻及第一电阻；

所述热敏电阻的第一端及所述第一电阻的第一端均与所述电源管理模块的电连接，所述热敏电阻的第二端及所述第一电阻的第二端接地。

4.根据权利要求1所述的一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，所述锂电池保护模块包括锂电池保护单元及第一开关控制单元；

所述锂电池保护单元分别与所述锂电池组及所述电源管理模块电连接，所述第一开关控制单元分别与所述锂电池保护单元及所述锂电池组电连接。

5.根据权利要求1所述的一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，所述***检测模块包括TypeC接口单元、USB接口单元及第二开关控制单元；

所述USB接口单元分别与所述电源管理模块及所述第二开关控制单元电连接，所述第二开关控制单元分别与所述电源管理模块及所述TypeC接口单元电连接，所述USB接口单元用于与输出负载电连接，所述TypeC接口单元用于与输出负载或充电器电连接。

6.根据权利要求1所述的一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，所述变换器控制模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、电感、第一电容及第二电容；

所述第一MOS管的漏极及所述第一电容的第一端与所述锂电池组的正极电连接，所述第一MOS管的源极分别与所述电感的第一端及所述第二MOS管的漏极电连接，所述电感的第二端分别与所述第三MOS管的源极及所述第四MOS管的漏极电连接，所述第三MOS管的漏极分别与所述第二电容的第一端及输入电压正极电连接，所述第一电容的第二端、所述第二MOS管的源极、所述第四MOS管的源极、所述第二电容的第二端及输入电压负极电连接。

7.根据权利要求1所述的一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，所述电源管理模块的芯片型号为EDP3010。

8.根据权利要求4所述的一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，所述锂电池保护单元的芯片型号为LT6034A。

9.根据权利要求2所述的一种USB PD的电源快充控制电路，其特征在于，所述辅助电源模块包括低压差线性稳压器、第三电容、第四电容及第五电容；

所述低压差线性稳压器的输入端分别与所述第三电容的第一端及所述锂电池组电连接，所述低压差线性稳压器的输出端分别与所述第四电容的第一端、所述第五电容的第一端及所述电源管理模块电连接，所述第三电容、所述第四电容及所述第五电容的第二端接地。

10.一种USB PD的电源快充控制装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的一种USB PD的电源快充控制电路。

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