JP6188945B2 - 移動端末用充電器 - Google Patents

Description

本発明は携帯電話及びデータカード等の電池充電機能を有する移動端末分野に関し、特に移動端末用充電器に関する。

移動端末技術の発展に伴って、ユーザに必要な機能がますます多くなり、スクリーンの寸法がますます大きくなり、端末の電池容量への需要もますます大きくなり、従って、携帯電話を充電するための充電器のパワーがますます大きくなり、このような大電流の充電過程において、多くの端末ユーザは充電器出力端子のコネクタが携帯電話の充電時にマイクロショートが発生した後焼いたというセキュリティ問題にあったことがあり、特に従来の、全世界で推薦された汎用のマイクロユニバーサルシリアルバス（Ｍｉｃｒｏ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ、Ｍｉｃｒｏ ＵＳＢ）型コネクタは、構造寸法の制限のため、ユーザの使用過程において、異物が入り、プラグコンセントの斜方向の抜き差しによる破損が発生し、過大な力によるプラグの屈曲、折れをもたらし、大量の導電性液体及び金属粉を形成し、データケーブル又は充電器のプラグ内部でのマイクロショートをもたらし、マイクロショートが充電器短絡保護の条件に達することができず、充電器が連続的にパワーを出力してしまい、データケーブルのプラグで熱量に変換して形成し、最終的に、データケーブル又は充電器プラグ又は携帯電話インターフェースの熱融着、発煙、火災等をもたらす。市場で既存ブランドの携帯端末はいずれもこのような問題が発生したことがあり、この問題のため、ユーザは携帯電話のセキュリティ上の問題を心配し、ユーザの人身と財産に重大な損害を与える可能性があり、且つ日本と欧米のハイエンド市場では、このような電気製品のセキュリティ問題の規範がより厳しく、このような問題は製品安全事故に属し、ひいては国家法律上に関連要求が存在し、故障が所定のレベルに達すると、製品のリコール及び厳しい罰則を及ぼす。未来の端末製品の電池容量がますます大きくなることに伴って、このような問題の発生率がますます大きくなり、このような問題の影響がますます深刻に現れ、従って、このような問題の解決が急務となっている。

現在の市場での端末製品の充電器安全性について、単に電池部分、及び携帯電話部分のみに対して安全性検査及び防護を行い、例えば、２０１０１０５９６５７９．４では、電池保護板用温度検知回路は電池保護板に増加された温度検知回路に過ぎず、電池充電の異常発熱問題のみを解決できる。充電器及び端末インターフェース部分に対する温度保護がいずれも施されず、市場の問題が広範囲に発生し、一部のハイエンドの顧客も該安全性保護の要求を提出した。一方で、現在の端末電池容量及び充電器パワーが依然として比較的小さいが、将来、大容量電池及び大パワー充電器の幅広い応用に伴って、該問題の発生がより顕著になる。

本発明の実施例は、充電器出力端子のコネクタは携帯電話を充電する時にマイクロショートが発生した後焼くというセキュリティ問題を解決するための移動端末用充電器を提供する。

本発明の実施例は、サーミスター及び充電器出力保護回路を備える移動端末用充電器を開示し、
前記サーミスターは、コネクタの頭部に取り付けられ、充電器直流（ＤＣ）ケーブルを介して充電器回路に接続され、充電器における抵抗と充電器回路抵抗を構成するように設定され、
前記充電器出力保護回路は、前記充電器回路抵抗が過電流保護閾値より小さい場合、前記充電器の出力パワーを遮断又は低下させるように設定される。

選択的に、上記移動端末用充電器は電圧レギュレーション回路を更に備え、前記電圧レギュレーション回路は、前記充電器回路抵抗が電圧レギュレーション抵抗保護閾値より大きい場合、充電器の出力パワーを低下させるように設定される。

選択的に、上記移動端末用充電器において、前記サーミスターは正温度係数（ＰＴＣ）抵抗で、充電器における抵抗に直列接続される。

選択的に、上記移動端末用充電器において、前記サーミスターは負温度係数（ＮＴＣ）抵抗で、充電器における抵抗に並列接続される。

選択的に、上記移動端末用充電器において、前記充電器出力保護回路は少なくとも短絡保護回路、過電流保護回路及び過電圧保護回路を備える。

選択的に、上記移動端末用充電器において、前記サーミスターはコネクタ頭部に接続するプリント基板（ＰＣＢ）に取り付けられる。

選択的に、上記移動端末用充電器において、サーミスターは前記ＰＣＢにプラグインをウエーブソルダリングしたサーミスターである。

選択的に、上記移動端末用充電器において、前記サーミスターは前記ＰＣＢにパッチ固定抵抗器をリフローソルダリングしたサーミスターである。

選択的に、上記移動端末用充電器において、前記サーミスターはＰＣＢ板に直接に埋め込まれたサーミスターである。

選択的に、上記移動端末用充電器において、前記サーミスターは抵抗−キャパシタンス材料で製造されたサーミスターである。

本発明の実施例は、コネクタ頭部にサーミスターが取り付けられ、異常が発生した場合、温度が昇り、サーミスターＰＴＣ又はＮＴＣ抵抗の抵抗値が変化し、更に充電器回路抵抗の抵抗値も影響を受けて変化し、回路抵抗が充電器の過電流又は短絡保護閾値に達した場合、充電器が出力を遮断し、温度が低下し、それにより充電器又はデータケーブルの頭部を損傷から保護する。

図１は本発明の実施例に係る移動端末用充電器の構造模式図である。 図２は本発明の実施例に係る移動端末用充電器の原理アーキテクチャ図である。 図３は本発明の実施例に係る充電器の実際構造模式図である。 図４は本発明の実施例に係る回路電源出力ＣＲ曲線図である。 図５は本発明の実施例に係る充電温度保護のフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例の技術的解決手段を詳細に説明する。なお、衝突がない場合、本願における実施例及び実施例における特徴は互いに任意に組み合せることができる。

実施例１
マイクロショートが発生した後、設計上に保護し、電源回路を切断し、発熱を回避することができるかどうかは、充電器の内部制御からみれば、解決手段がなく、コネクタヘッダ内部から充電器内部に温度検査を導入して制御を行うと、線が長すぎ、温度を正確に検出することができず、コストが高い。従って、本発明の実施例は移動端末用充電器を提案し、図１に示すように、少なくともサーミスター１１及び充電器出力保護回路１２を備え、
コネクタの頭部に取り付けられたサーミスター１１は充電器直流（ＤＣ）ケーブルを介して充電器回路に接続され、充電器における抵抗と充電器回路抵抗を構成し、
充電器出力保護回路１２は、充電器回路抵抗が過電流保護閾値より小さい場合、充電器の出力パワーを遮断又は低下させる。

好ましくは、サーミスターは正温度係数（ＰＴＣ）抵抗を直列接続した方式を採用してもよく、又は負温度係数（ＮＴＣ）抵抗を並列接続した方式を採用してもよく、又はＰＴＣとＮＴＣ抵抗の組合せの方式を採用してもよい。

充電器出力保護回路は短絡保護回路、過電流保護回路及び過電圧保護回路等を含んでよい。

また、上記充電器は、コネクタ頭部に接続するプリント基板（ＰＣＢ）を更に備え、サーミスターはこのＰＣＢに取り付けることができる。

なお、ＰＣＢにサーミスターを取り付ける方式は複数種あり、例えば、プラグインウエーブソルダリング、パッチ固定抵抗器リフローソルダリング又は「埋め込み抵抗」の方式を採用する。そのうち、「埋め込み抵抗」の方式は２種に分けられ、第１種はサーミスターを直接に埋め込むことであり、第２種は抵抗−キャパシタンス材料で製造された「サーミスター」であり、本発明の実施例はサーミスターの取り付け方式を制限しない。すなわち、サーミスターはＰＣＢにプラグインをウエーブソルダリングしたサーミスターであってもよく、又はＰＣＢにパッチ固定抵抗器をリフローソルダリングしたサーミスターであってもよく、更にＰＣＢ板に直接に埋め込まれたサーミスターであってもよく、又は抵抗−キャパシタンス材料で製造されたサーミスターであってもよい。

好ましくは、上記移動端末用充電器はＡＣ−ＤＣモジュール（１０２）、ＤＣ−ＤＣモジュール（１０３）、整流フィルタリング（１０４）、出力ＤＣケーブル（１０５）、電圧レギュレーション回路（１０６）、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御（ＩＣ）モジュール（１０７）を備えてもよく、充電器出力保護回路は短絡保護回路（１０８）、過電流保護回路（１０９）、過電圧保護回路（１１０）等、コネクタ及びサーミスター（１０１）を備える。この時、移動端末用充電器の原理アーキテクチャは図２に示される。

ＡＣ−ＤＣモジュール（１０２）は主に電磁干渉（ＥＭＩ）入力フィルタ（１０２Ａ）及び入力整流フィルタ（１０２Ｂ）を含み、商用電力の交流電を直流電に変換して送電網におけるノイズ及び干渉を除去することを実現する。

ＤＣ−ＤＣモジュール（１０３）は主にパワー変換回路（１０３ａ）及び高周波変圧器（１０３ｂ）からなり、スイッチ管のスイッチング周波数を制御することにより出力電圧デューティサイクルを調整し、それにより出力電圧及び電流を制御する。

サーミスター（１０１）は、充電器又はデータケーブルのコネクタ頭部にサーミスターＰＴＣ（１０１ａ）を直列接続する、又はＮＴＣ（１０１ｂ）を並列接続する、又は優れた安全効果を達するために同時に２種のデバイスを埋め込むことにより、コネクタ頭部の熱量を検出することができ、コネクタ頭部の温度が昇ったと検出すると、サーミスターの抵抗値も温度の上昇に伴って変化し、変化された抵抗により充電器回路抵抗はプリセットの充電器保護閾値に達した場合、充電器の出力パワーを遮断又は低下させればよい。

以下、図３を例として上記移動端末充電温度保護装置の実際構造模式図を紹介する。それは充電器又はデータケーブル出力ケーブル（２０１）（すなわち出力ＤＣケーブルである）、充電器又はデータケーブル出力コネクタ端子（２０２）（すなわち前記コネクタ頭部である）、コネクタシールドフロントハウジング（２０３）、コネクタシールドバックハウジング（２０４）、コネクタ端子（２０２）に接続されるＰＣＢ（２０５）（該ＰＣＢに上記充電器出力保護回路が集積された）を備え、サーミスターＰＴＣ又はＮＴＣ（２０６）がＰＣＢ（２０５）に取り付けられ、ＰＣＢの他方の端が出力ケーブル（２０１）の対応ノードと接続され、コネクタシールドハウジング（２０３）、（２０４）がＰＣＢ及びコネクタ端子（２０２）の後部を包み、コネクタシールドハウジングの外にはそれぞれインナーモデル（２０７）、アウターモデル（シェル）（２０８）が更に取り付けられる。

異常が発生し、コネクタ頭部端子（２０２）にマイクロショートが発生した場合、コネクタ端子部位に熱量が発生し、熱量がコネクタシールドハウジング（２０３）と（２０４）を介してサーミスター（２０６）に伝達され、サーミスターが温度の変化を感知した後、サーミスターの抵抗値が変化し、充電器の回路抵抗は接続されたサーミスターの抵抗値の変化に応じて変化し、回路抵抗出力に応じて回路を制御して動作させ、出力パワーが低下し又は遮断され、温度が低下する。

好ましくは、図４に示す上記移動端末用充電器の回路電源出力ＣＲ曲線を参照する。図４におけるパワーが異なる充電器出力ＣＲ曲線の特性から分かるように、出力応用抵抗が２オームより小さく又は２００オームより大きい場合、充電器の出力パワーが基本的に０Ｗに近い。正常なＰＴＣ抵抗が１０ミリオームであり、ＮＴＣ抵抗がキロオームレベルであり、従って、埋め込んだ後、充電器の正常な動作に影響を与えない。充電器出力にマイクロショート（例えば電源と接地直接抵抗が２オームより大きく２０オームより小さい）が発生した場合、対応するＣＲ曲線から分かるように、充電器短絡保護の起動条件に達せずに、充電器が連続的に大パワーを出力し、充電器が出力してコネクタ頭部が連続的に発熱し、発熱が８０−１００度に達すると、ＰＴＣ抵抗が急に増大し、ＮＴＣ抵抗が０に近いまで減少する。

サーミスターはＰＴＣ抵抗を直列接続する実現方式を採用する場合、ＰＴＣ抵抗の増大に伴って、充電器回路抵抗も増大し、対応するＣＲ曲線から分かるように、充電器出力電流が徐々に減少し、充電器出力パワーが減少し、それによりコネクタ上の発熱が減少し、温度が徐々に高くなり抵抗が非常に大きいと、充電器出力パワーが０に近い。

サーミスターはＮＴＣ抵抗を並列接続する実現方式を採用する場合、コネクタ頭部温度が昇る時、ＮＴＣ抵抗が減少し、それに対応して、充電器入力電源及び接地抵抗が減少し、２オームより小さい又は０に近いまで減少した場合、充電器出力電流が定格作動電流を超えた後、充電器過電流保護回路（１０９）が起動し、対応するＣＲ曲線から分かるように、充電器出力パワーが０に低下した。対応する過電流保護作動過程は、充電器出力電流が変圧器巻数比により一次に屈折され、一次の電流も増大し始め、この電流がＰＷＭ ＩＣモジュール（１０７）内部論理回路でトリガーされ始め、スイッチング周波数を低下させ、この時オン時間が変わらず、これはデューティサイクルが小さくなり、出力エネルギーが削減され、出力電圧が低下し、対応するＰＷＭ ＩＣモジュール（１０７）の給電電圧も低下し始めると示し、所定の範囲より低いと、充電器過電流保護回路が保護モードを起動し、過電流保護機能を実現することである。

以下、図５を参照しながら上記装置が充電温度保護を実現する過程を説明する。

図５から分かるように、ユーザが正常に使用する場合、充電コネクタインターフェースにはマイクロショートが発生していない時、サーミスター誘導温度が正常であるため、サーミスターの抵抗値が正常であり、充電器が正常に出力することができ、端末が正常に充電することができる。ユーザの使用に異常が発生した場合、充電コネクタインターフェースに液体、導電性金属粉等が入り、充電コネクタインターフェースのマイクロショートが発生し、マイクロショート充電器短絡保護が起動できないと、充電器が連続的にパワーを出力し、充電コネクタ頭部で熱量に変換し、コネクタ頭部に取り付けられたサーミスターの抵抗値が温度に従って高くなり、図４の充電器ＣＲ曲線に基づいて分析すると、サーミスターの変化が充電器の回路抵抗を変化させ、それにより保護条件に達し、充電器が保護を起動し、出力を閉じ、それによりコネクタ頭部温度が高くなることを回避し、同時にセキュリティ問題の発生を回避する。

上記実施例から分かるように、本願発明の実施例の技術的解決手段は、異常が発生した場合、プラグ部位に取り付けられたサーミスターの抵抗値の変化により充電器の出力保護回路閾値を開き、充電器パワーを低下させ又は出力を遮断し、温度を低下させ、それにより充電器又はデータケーブルの頭部を損傷から保護する。セキュリティ問題を解決し、且つコストが低く、容易に実現でき、信頼性が高い。

当業者は、上記方法における全部又は一部のステップをプログラムによって関連ハードウェアに命令を出して完成させることができ、前記プログラムはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えば読取り専用メモリ、ディスク又は光ディスク等に記憶してもよいと理解することができる。選択肢として、上記実施例の全部又は一部のステップが１つ又は複数のＩＣにより実現されてもよい。それに対応して、上記実施例における各モジュール／ユニットはハードウェアの形式で実現されてもよく、ソフトウェア機能モジュールの形式で実現されてもよい。本願はいかなる特定形式のハードウェアとソフトウェアの組合せに限らない。

以上は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の保護範囲を制限するものではない。本発明の趣旨及び原則内に行ったいかなる変更、等価置換、改良等は、いずれも本発明の保護範囲内に属すべきである。

本発明の実施例の技術的解決手段は、コネクタ頭部にサーミスターが取り付けられ、異常が発生した場合、温度が昇り、サーミスターＰＴＣ又はＮＴＣ抵抗の抵抗値が変化し、更に充電器回路抵抗の抵抗値も影響を受けて変化し、回路抵抗が充電器の過電流又は短絡保護閾値に達した場合、充電器が出力を遮断し、温度が低下し、それにより充電器又はデータケーブルの頭部を損傷から保護する。

Claims (8)

1. サーミスター及び充電器出力保護回路を備え、前記充電器出力保護回路は充電器過電流保護回路を備え、
   前記サーミスターは、コネクタの頭部に取り付けられ、充電器直流（ＤＣ）ケーブルを介して充電器回路に接続され、充電器における抵抗と充電器回路抵抗を構成するように設定され、
   前記充電器出力保護回路は、前記サーミスターが正温度係数（ＰＴＣ）抵抗を採用して、充電器における抵抗に直列接続する場合、コネクタの頭部の温度が昇るとＰＴＣ抵抗が増大し、前記充電器回路抵抗も増大し、それにより前記充電器の出力電流が減少し、更に前記充電器の出力パワーが低下し、及び／又は、
   前記サーミスターが負温度係数（ＮＴＣ）抵抗を採用して、充電器における抵抗に並列接続する場合、コネクタの頭部の温度が昇るとＮＴＣ抵抗が減少し、それに対応して、充電器入力電源及び接地抵抗も減少し、前記充電器回路抵抗が過電流保護閾値より小さい場合、充電器出力電流が定格作動電流を超えた後、前記充電器過電流保護回路が起動し、それにより前記充電器の出力パワーが低下するように設定される移動端末用充電器。
2. 電圧レギュレーション回路を更に備える請求項１に記載の移動端末用充電器。
3. 前記充電器出力保護回路は短絡保護回路及び過電圧保護回路を更に含む請求項１又は２に記載の移動端末用充電器。
4. 前記サーミスターはコネクタの頭部に接続するプリント基板（ＰＣＢ）に取り付けられる請求項１又は２に記載の移動端末用充電器。
5. 前記サーミスターは前記ＰＣＢにプラグインをウエーブソルダリングしたサーミスターである請求項４に記載の移動端末用充電器。
6. 前記サーミスターは前記ＰＣＢにパッチ固定抵抗器をリフローソルダリングしたサーミスターである請求項４に記載の移動端末用充電器。
7. 前記サーミスターはＰＣＢ板に直接に埋め込まれたサーミスターである請求項４に記載の移動端末用充電器。
8. 前記サーミスターは抵抗−キャパシタンス材料で製造されたサーミスターである請求項４に記載の移動端末用充電器。

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