專利名稱：Usb智能充電器的制作方法
技術領域：
USB智能充電器技術領域[0001]本實用新型涉及一種充電設備，特別是涉及一種USB智能充電器。
背景技術：
[0002]目前市面上的USB充電器都是直接為鋰離子電池(或者稱為鋰電池)提供電源，充 滿電后不能直觀地反映出充電完成，需要在手機端才能看到，同時也不能充滿后自動切斷 電源。電池的長時間充電可能導致過充，而電池任何形式的過充都會導致電池性能受到嚴 重破壞,甚至爆炸。[0003]因此，要對充電電池的充電過程進行控制，以防止電池過充。傳統(tǒng)的對鋰離子電池 的保護，一般是在鋰電池組內(nèi)，設置一片保護板，用以監(jiān)測充電電壓上限、放電電壓下限、及 電流上限三項，對電池進行保護。但是保護板的這三項保護有時也會失效，導致電池損壞。[0004]另外，如果電子的防護措施都失敗了，就剩下最后的一道防線。最后一道防線由電 芯來提供。電芯的安全等級依據(jù)電芯抵抗外部短路和過充的能力大略區(qū)分。電池爆炸前， 如果內(nèi)部有鋰原子堆積在材料表面，電池的爆炸威力會更大。因為過充的防護常因消費者 使用劣質(zhì)充電器而只剩一道防線，所有電芯抗過充能力比抗外部短路的能力更重要。[0005]因此，常用的USB充電器安全性低，無法直觀顯示電池的充電狀態(tài)(此處的充電狀 態(tài)指電池在充電過程中電池內(nèi)的電量)。實用新型內(nèi)容[0006]基于此，有必要提供一種能夠直觀反映出充電狀態(tài)的USB智能充電器。[0007]—種USB智能充電器，包括為所述USB智能充電器提供電源的USB輸入接口和用 于連接充電設備并輸出充電電壓的輸出接口，所述USB智能充電器還包括對充電設備的電 池的當前電壓進行采集的電壓采集單元、對充電設備當前的充電狀態(tài)進行指示的狀態(tài)指示 單元及根據(jù)所述電壓采集單元采集的電池的當前電壓對狀態(tài)指示單元指示的充電狀態(tài)進 行控制的控制單元，所述充電狀態(tài)包括充電設備的電池的電量情況。[0008]在其中一個實施例中，所述狀態(tài)指示單元包括至少三個狀態(tài)指示燈,所述控制單 元根據(jù)逐漸增大的電池的當前電壓輸出控制信號驅(qū)動相應的狀態(tài)指示燈依次亮起，用于指 示相應的電池的電量百分比。[0009]在其中一個實施例中，所述控制單元還驅(qū)動未亮起的狀態(tài)指示燈閃爍。[0010]在其中一個實施例中，所述狀態(tài)指示燈的數(shù)量為四個，所述控制單元為型號為 PC16C620的單片機，所述型號為PC16C620的單片機的PORTBl端與所述電壓采集單元相連， P0RTA3端、P0RTB7端、PORTAO端及P0RTB3端與狀態(tài)指示燈相連，VDD端與USB輸入接口的 電源端相連。[0011]在其中一個實施例中，所述的USB智能充電器還包括與USB輸入接口相連的開關 單元，所述控制單元根據(jù)所述電壓采集單元采集的電池的當前電壓輸出信號至所述開關單 元，所述開關單元根據(jù)控制單元輸出的信號決定是否對充電設備的電池充電。[0012]在其中一個實施例中，所述開關單元包括控制信號轉(zhuǎn)換單元與切換開關，所述控 制信號轉(zhuǎn)換單元將控制單元輸出的控制信號轉(zhuǎn)換成充電設備的充電控制信號，所述控制信 號轉(zhuǎn)換單元控制USB輸入接口在充電狀態(tài)與數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，所述控制信號轉(zhuǎn) 換單元的一端與所述控制單元相連，另一端與所述切換開關相連，所述切換開關包括第一 引腳、第二引腳、第三引腳、第四引腳、第五引腳與第六引腳，所述第一引腳與USB輸入接口 的一個數(shù)據(jù)端相連，所述第六引腳與USB輸入接口的另一個數(shù)據(jù)端相連，所述第二引腳與 輸出接口的一個數(shù)據(jù)端相連，所述第五引腳與輸出接口的另一個數(shù)據(jù)端相連，所述第三引 腳與所述第四引腳與所述控制信號轉(zhuǎn)換單元的一端相連，所述USB輸入接口的電源端與所 述輸出接口的電源端相連。[0013]在其中一個實施例中，所述控制信號轉(zhuǎn)換單元包括至少兩個阻值相同的第一電阻 與第二電阻，所述第一電阻與所述第二電阻相串聯(lián)，所述第一電阻與所述第二電阻的連接 處與所述切換開關的第三引腳及第四引腳相連。[0014]在其中一個實施例中，所述電壓采集單元包括相并聯(lián)的采樣電阻與濾波電容，所 述采樣電阻與濾波電容的一端接地，另一端與控制單元及輸出接口的接地端相連。[0015]上述USB智能充電器在進行充電時，控制單元通過電壓采集單元采集得到的充電 設備的電池的電壓來控制狀態(tài)指示單元指示電池的電量，從而直觀的反映出充電狀態(tài)。
[0016]圖1為一個實施例的USB智能充電器電路圖。
具體實施方式
[0017]請參考圖1，一個實施例提供一種USB智能充電器，該USB智能充電器包括為該 USB智能充電器提供電源的USB輸入接口 110和用于連接充電設備并輸出充電電壓的輸出 接口 160。另外，該USB智能充電器還包括對充電設備的電池的當前電壓進行采集的電壓 采集單元150、對充電設備當前的充電狀態(tài)進行指示的狀態(tài)指示單元140及根據(jù)電壓采集 單元150采集的電池的當前電壓對狀態(tài)指示單元140指示的充電狀態(tài)進行控制的控制單元 150，此處的充電狀態(tài)包括充電設備的電池的電量情況。這樣，該USB智能充電器可以通過 狀態(tài)指示單元140直觀的指示電池的電量。[0018]該USB智能充電器的USB輸入接口 110可與常用的USB接口相連接。該USB輸入 接口 110包括電源端VCC、數(shù)據(jù)端DATA+與DATA-及接地端GND。[0019]該USB智能充電器的輸出接口 160與USB輸入接口 110相對應。該輸出接口 160 也包括電源端VCC、數(shù)據(jù)端DATA+與DATA-及接地端PGND。該USB輸入接口 110的電源端 VCC與輸出接口 160的VCC相連接。[0020]該USB智能充電器還包括開關單元120，開關單元120包括控制信號轉(zhuǎn)換單元121 與切換開關SW1。所述控制信號轉(zhuǎn)換單元121將控制單元130輸出的控制信號轉(zhuǎn)換成充電 設備的充電控制信號，所述切換開關SWl控制USB輸入接口在充電狀態(tài)與數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)之 間相互轉(zhuǎn)換?？刂菩盘栟D(zhuǎn)換單元121的一端與控制單元130相連，另一端與切換開關SWl 相連。[0021]切換開關SWl包括第一引腳、第二引腳、第三引腳、第四引腳、第五引腳與第六引腳，分別對應圖中切換開關SWl的1、2、3、4、5、6。第一引腳與USB輸入接口 110的一個數(shù)據(jù) 端，例如DATA+相連，第六引腳與USB輸入接口的另一個數(shù)據(jù)端DATA-相連，第二引腳與輸 出接口的一個數(shù)據(jù)端DATA+相連，第五引腳與輸出接口的另一個數(shù)據(jù)端DATA-相連，第三引 腳與第四引腳與控制信號轉(zhuǎn)換單元121的一端相連。[0022]這樣，切換開關SWl可以通過將第一引腳與第二引腳相連，第五引腳與第六引腳 相連，第二引腳與第三引腳斷開，第四引腳與第五引腳斷開，而使該USB智能充電器工作在 數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。該切換開關SWl也可以通過將第一引腳與第二引腳斷開，第五引腳與第六 引腳斷開，第二引腳與第三引腳相連，第四引腳與第五引腳相連，而使該USB智能充電器工 作在充電狀態(tài)。因此該切換開關SWl能夠?qū)崿F(xiàn)在充電狀態(tài)與數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換的 功能。[0023]該USB智能充電器的控制信號轉(zhuǎn)換單元121包括至少兩個阻值相同的第一電阻與 第二電阻，第一電阻與第二電阻相串聯(lián)，第一電阻與第二電阻的連接處與切換開關SWl的 第三引腳及第四引腳相連。圖中的電阻為四個分別為第一電阻R7、第二電阻R8、第三電阻 R9與第四電阻R10，它們的阻止相同。其中第一電阻R7與第二電阻R8相串聯(lián)，第三電阻R9 與第四電阻RlO相串聯(lián)。第一電阻R7與第二電阻R8的連接處與切換開關SWl的第三引腳 相連。第三電阻R9與第四電阻RlO的連接處與切換開關SWl的第四引腳相連。[0024]當切換開關SWl處于充電狀態(tài)時，控制單元130發(fā)出控制信號，控制信號轉(zhuǎn)換單元 121將該控制信號轉(zhuǎn)換成充電設備的充電控制信號，從而使充電設備開始充電。此處的充電 設備是一類需要在數(shù)據(jù)傳輸接口接到信號才會在電源端口開始充電的設備，因此需要在輸 出接口 160的數(shù)據(jù)端DATA+、DATA-有電壓輸入。[0025]該USB智能充電器的電壓采集單元150包括相并聯(lián)的采樣電阻R9與濾波電容Cl、 C2,此處為兩個濾波電容,分別為第一濾波電容Cl與第二濾波電容C2。該米樣電阻R9的一 端接地，另一端與控制單元130及輸出接口 160的接地端PGND相連。第一濾波電容Cl與 第二濾波電容C2的一端接地，另一端與控制單元130及輸出接口 160的接地端PGND相連。 該采樣電阻R9用于采集充電設備的電壓。[0026]該USB智能充電器的控制單元130為型號為PC16C620的單片機U1。該型號為 PC16C620的單片機Ul的P0RTA4端(對應圖中Ul的引腳11)與開關單元120相連，PORTBl 端(對應圖中Ul的引腳7)與電壓采集單元150相連，P0RTA3端(對應圖中Ul的引腳I)、 P0RTB7端(對應圖中Ul的引腳2)、PORTAO端(對應圖中Ul的引腳15)及P0RTB3端(對應 圖中Ul的引腳16)與狀態(tài)指示單元140相連，VDD端(對應圖中Ul的引腳12)與USB輸入 接口 110的電源端VCC相連。這樣型號為PC16C620的單片機Ul就可以實現(xiàn)根據(jù)電壓采集 單元150采集得到的信號來控制開關單元120與狀態(tài)指示單元140的工作。[0027]該型號為PC16C620的單片機Ul可以根據(jù)需要進行設計，以控制開關單元120與 狀態(tài)指示單元140的工作。例如可以根據(jù)充電設備所充入的電量，此處充電設備所充入的 電量與電壓采集單元150采集到的電壓相對應，來控制狀態(tài)指示單元140所對應的狀態(tài)。[0028]該USB智能充電器的狀態(tài)指示單元140包括至少三個連接于USB輸入接口 110的 電源端VCC與控制單元130之間的狀態(tài)指示燈?？刂茊卧?50根據(jù)逐漸增大的電池的當前 電壓輸出控制信號驅(qū)動相應的狀態(tài)指示燈依次亮起，用于指示相應的電池的電量百分比。 控制單元150還驅(qū)動未亮起的狀態(tài)指示燈閃爍。此處的狀態(tài)指示燈為發(fā)光二極管。圖中的發(fā)光二極管的數(shù)量為四個，分別為第一發(fā)光二極管D1、第二發(fā)光二極管D2、第三發(fā)光二極 管D3與第四發(fā)光二極管D4、。這四個發(fā)光二極管中的每一個發(fā)光二極管均與一個電阻串 聯(lián)，然后再分別與型號為PC16C620的單片機Ul的PORTAO端、P0RTB3端、P0RTA3端及P0RTB7 端相連。例如，第一發(fā)光二極管Dl與電阻Rl相串聯(lián),然后Rl的一端再與型號為PC16C620 的單片機Ul的PORTAO端相連。這樣型號為PC16C620的單片機Ul就可以分別控制各個發(fā) 光二極管的亮暗，以反應不同的狀態(tài)。[0029]例如，當充電電池的電量達到自身充滿時電量的25%之前，四個發(fā)光二極管依次 閃爍，頻率為1Hz，即每I秒內(nèi)四個發(fā)光二極管依次閃爍一下。達到25%時，其中一個發(fā)光二 極管常亮，其它三個閃爍，頻率1Hz。達到50%時其中二個發(fā)光二極管常亮，其它二個閃爍， 頻率1Hz。達到75%時，其中三個發(fā)光二極管常亮，另外一個閃爍，頻率1Hz，即每I秒另外一 個發(fā)光二極管閃爍一下。達到100%時，四個發(fā)光二極管同時全亮，這時表示充電完成。此 處也可以采用發(fā)光二極管所具有的其它顯示狀況來指示充電狀態(tài)，只要在型號為PC16C620 的單片機Ul內(nèi)寫入合適的程序即可。例如，此處還可以采用發(fā)光二極管的閃爍頻率來指 示不同的充電狀態(tài)。當充電電池的電量達到自身充滿時電量的25%之前，四個發(fā)光二極管 依次閃爍，頻率為1Hz。達到25%時，四個發(fā)光二極管依次閃爍，頻率O. 5Hz。達到50%時 其，四個發(fā)光二極管依次閃爍，頻率O. 25Hz。達到75%時，四個發(fā)光二極管依次閃爍，頻率O.125Hz。達到100%時，四個發(fā)光二極管同時全亮，這時表示充電完成。[0030]該USB智能充電器工作時，用戶可以通過切換開關SWl來選擇數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)與充 電狀態(tài)。當切換開關SWl處于數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，即第一引腳與第二引腳相連，第五引腳與第六 引腳相連，第二引腳與第三引腳斷開，第四引腳與第五引腳斷開時，數(shù)據(jù)將從USB輸入接口 110的數(shù)據(jù)端DATA+、DATA-傳送至輸出接口 160的數(shù)據(jù)端DATA+、DATA-。這樣即可實現(xiàn)對 連接在輸出接口 160上的設備進行數(shù)據(jù)傳輸。[0031]當切換開關SWl處于充電狀態(tài)，即第一引腳與第二引腳斷開，第五引腳與第六引 腳斷開，第二引腳與第三引腳相連，第四引腳與第五引腳相連時，控制單元130將會發(fā)出控 制信號；控制信號傳輸至開關單元120的控制信號轉(zhuǎn)換單元120，該控制信號轉(zhuǎn)換單元120 會將控制信號轉(zhuǎn)換成連接在輸出接口 160上的充電設備啟動充電所需的信號；連接在輸出 接口 160上的充電設備收到該控制信號后開始充電，電流即可從USB輸入接口 110流到輸 出接口 160，并進入充電設備。[0032]在充電過程中，控制單元130會一直檢測電壓采集單元150采集到的電壓，并根據(jù) 該電壓來輸出控制信號與控制狀態(tài)指示單元140的工作，例如，當充電電池的電量達到自 身充滿時電量的25%之前,狀態(tài)指示單元140的四個發(fā)光二極管依次閃爍,頻率為IHz。達 到25%時，其中一個發(fā)光二極管常亮，其它三個閃爍，頻率1Hz。達到50%時其中二個發(fā)光 二極管常亮，其它二個閃爍，頻率1Hz。達到75%時，其中三個發(fā)光二極管常亮，另外一個閃 爍，頻率1Hz。達到100%時，四個發(fā)光二極管同時全亮，這時表示充電完成。[0033]充電過程中，用戶可以根據(jù)狀態(tài)指示單元140的顯示主動去切斷電源，從而達到 保護充電設備，延長充電設備的電池壽命的目的。[0034]當充電完成而一段時間(此處的一段時間例如是一分鐘)后用戶仍沒有主動切斷 電源時，控制單元130會停止對開關單元120發(fā)出控制信號，或者發(fā)出結束充電的控制信 號。這樣充電設備就停止接受從輸出接口 160傳來的電流。達到保護充電設備的電池，延遲電池壽命的目的。[0035]該USB智能充電器在進行充電時，控制單元130通過檢測電壓采集單元150采集 得到的充電設備的電壓來控制USB輸入接口 110是否對輸出接口 160連接的充電設備進行 充電。在充電過程中，狀態(tài)指示單元140可以直觀的顯示充電設備的電池的電量情況，方便 用戶判斷電池內(nèi)的電量。當充電設備充滿電時，該USB智能充電器的狀態(tài)指示單元140會 顯示充電完成，從而提醒用戶切斷電源，從而保護充電設備的電池。如果用戶沒有在一定時 間內(nèi)切斷電源，該USB智能充電器可以自動停止充電，從而減少對充電設備的電池的危害， 延長充電設備的電池的使用壽命。因此該USB智能充電器的狀態(tài)指示單元140可以很直觀 的反映與該USB智能充電器相連的充電設備的電池的電量，方便用戶使用。另外，該USB智 能充電器在充電完成后能夠自動切斷電源，保護電池。[0036]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細， 但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通 技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬 于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求1.一種USB智能充電器，包括為所述USB智能充電器提供電源的USB輸入接口和用于連接充電設備并輸出充電電壓的輸出接口，其特征在于，所述USB智能充電器還包括對充電設備的電池的當前電壓進行采集的電壓采集單元、對充電設備當前的充電狀態(tài)進行指示的狀態(tài)指示單元及根據(jù)所述電壓采集單元采集的電池的當前電壓對狀態(tài)指示單元指示的充電狀態(tài)進行控制的控制單元，所述充電狀態(tài)包括充電設備的電池的電量情況。
2.根據(jù)權利要求1所述的USB智能充電器，其特征在于，所述狀態(tài)指示單元包括至少三個狀態(tài)指示燈，所述控制單元根據(jù)逐漸增大的電池的當前電壓輸出控制信號驅(qū)動相應的狀態(tài)指示燈依次亮起，用于指示相應的電池的電量百分比。
3.根據(jù)權利要求2所述的USB智能充電器，其特征在于，所述控制單元還驅(qū)動未亮起的狀態(tài)指示燈閃爍。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的USB智能充電器，其特征在于，所述狀態(tài)指示燈的數(shù)量為四個，所述控制單元為型號為PC16C620的單片機，所述型號為PC16C620的單片機的PORTBl端與所述電壓采集單元相連，P0RTA3端、P0RTB7端、PORTAO端及P0RTB3端與狀態(tài)指示燈相連，VDD端與USB輸入接口的電源端相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的USB智能充電器，其特征在于，所述的USB智能充電器還包括與USB輸入接口相連的開關單元，所述控制單元根據(jù)所述電壓采集單元采集的電池的當前電壓輸出信號至所述開關單元，所述開關單元根據(jù)控制單元輸出的信號決定是否對充電設備的電池充電。
6.根據(jù)權利要求5所述的USB智能充電器，其特征在于，所述開關單元包括控制信號轉(zhuǎn)換單元與切換開關，所述控制信號轉(zhuǎn)換單元將控制單元輸出的控制信號轉(zhuǎn)換成充電設備的充電控制信號，所述控制信號轉(zhuǎn)換單元控制USB輸入接口在充電狀態(tài)與數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，所述控制信號轉(zhuǎn)換單元的一端與所述控制單元相連，另一端與所述切換開關相連，所述切換開關包括第一引腳、第二引腳、第三引腳、第四引腳、第五引腳與第六引腳，所述第一引腳與USB輸入接口的一個數(shù)據(jù)端相連，所述第六引腳與USB輸入接口的另一個數(shù)據(jù)端相連，所述第二引腳與輸出接口的一個數(shù)據(jù)端相連，所述第五引腳與輸出接口的另一個數(shù)據(jù)端相連，所述第三引腳與所述第四引腳與所述控制信號轉(zhuǎn)換單元的一端相連，所述USB輸入接口的電源端與所述輸出接口的電源端相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的USB智能充電器，其特征在于，所述控制信號轉(zhuǎn)換單元包括至少兩個阻值相同的第一電阻與第二電阻，所述第一電阻與所述第二電阻相串聯(lián)，所述第一電阻與所述第二電阻的連接處與所述切換開關的第三引腳及第四引腳相連。
8.根據(jù)權利要求1所述的USB智能充電器，其特征在于，所述電壓采集單元包括相并聯(lián)的采樣電阻與濾波電容，所述采樣電阻與濾波電容的一端接地，另一端與控制單元及輸出接口的接地端相連。
專利摘要本實用新型提供一種USB智能充電器，其包括為USB智能充電器提供電源的USB輸入接口、用于連接充電設備并輸出充電電壓的輸出接口、對充電設備的電池的當前電壓進行采集的電壓采集單元、對充電設備當前的充電狀態(tài)進行指示的狀態(tài)指示單元及根據(jù)電壓采集單元采集的電池的當前電壓對狀態(tài)指示單元指示的充電狀態(tài)進行控制的控制單元，所述充電狀態(tài)包括充電設備的電池的電量情況。該USB智能充電器在進行充電時，控制單元通過電壓采集單元采集得到的充電設備的電池的電壓來控制狀態(tài)指示單元指示電池的電量，從而直觀的反映出充電狀態(tài)。
文檔編號H02J7/00GK202840602SQ20122048274
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權日2012年7月27日
發(fā)明者林涓 申請人:深圳市顯盈電子科技有限公司