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Patent Searching and Data


Title:
TERMINAL CHARGING PROTECTION CIRCUIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/078848
Kind Code:
A1
Abstract:
A terminal charging protection circuit is provided. The terminal charging protection circuit comprises: a drain electrode of a first PMOS transistor is connected with a first charging port, a substrate of the first PMOS transistor is connected with a source electrode of the first PMOS transistor, the source electrode is connected with a terminal internal charging end, and a gate electrode of the first PMOS transistor is connected with a second charging port; a drain electrode of a second PMOS transistor is connected with the second charging port, a substrate of the second PMOS transistor is connected with a source electrode of the second PMOS transistor, the source electrode is connected with the terminal internal charging end, and a gate electrode of the second PMOS transistor is connected with the first charging port; the first charging port is connected with one end of a first resistor, the other end of the first resistor is connected with the ground, the second charging port is connected with one end of a second resistor, the other end of the second resistor is connected with the ground, the terminal internal charging end is connected with one end of a third resistor, and the other end of the third resistor is connected with the ground.

Inventors:
LIU SHIWEI (CN)
ZHAO ZHANKE (CN)
LI ZHAOHUI (CN)
MA YANQING (CN)
NING JINXING (CN)
Application Number:
PCT/CN2012/076731
Publication Date:
June 06, 2013
Filing Date:
June 11, 2012
Export Citation:
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Assignee:
ZTE CORP (CN)
LIU SHIWEI (CN)
ZHAO ZHANKE (CN)
LI ZHAOHUI (CN)
MA YANQING (CN)
NING JINXING (CN)
International Classes:
H02J7/00; H02H7/18; H02H11/00
Foreign References:
CN101316044A2008-12-03
CN201975805U2011-09-14
CN101567556A2009-10-28
CN101640404A2010-02-03
US20090045792A12009-02-19
JP2010130742A2010-06-10
Attorney, Agent or Firm:
KANGXIN PARTNERS, P.C. (CN)
北京康信知识产权代理有限责任公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1. 一种终端充电保护电路, 包括:

第一 P型金属氧化物半导体场效应 PMOS晶体管的漏极连接所述第一充电 端口,所述第一 PMOS晶体管的衬底连接至所述第一 PMOS晶体管的源极,该 源极连接所述终端内部充电端,所述第一 PMOS晶体管的栅极连接至所述第二 充电端口;

第二 PMOS晶体管的漏极连接所述第二充电端口,所述第二 PMOS晶体管 的衬底连接至所述第二 PMOS的源极, 该源极连接所述终端内部充电端, 所述 第二 PMOS晶体管的栅极连接至所述第一充电端口; 所述第一充电端口连接至第一电阻的一端, 所述第一电阻的另一端接地, 所述第二充电端口连接至第二电阻的一端, 所述第二电阻的另一端接地, 所述 终端内部充电端连接至第三电阻的一端, 所述第三电阻的另一端接地。

2. 如权利要求 1所述的终端充电保护电路, 其中, 所述第一 PMOS晶体管的栅极 通过第四电阻连接至所述第二充电端口。

3. 如权利要求 1所述的终端充电保护电路, 其中, 所述第二 PMOS晶体管的栅极 通过第五电阻连接至所述第一充电端口。

4. 如权利要求 1所述的终端充电保护电路,其中,所述第一充电端口为以下之一: 通用串行总线 USB充电端口、 车载充电端口、 充电器充电端口。

5. 如权利要求 1所述的终端充电保护电路,其中,所述第二充电端口为以下之一: 通用串行总线 USB充电端口、 车载充电端口、 充电器充电端口。

Description:
终端充电保护电路 技术领域 本实用新型涉及电子领域, 特别是涉及一种终端充电保护电路。 背景技术 随着通信技术的发展以及手机的逐渐普及, 手机的充电方式越来越多。 一个手机 可能同时支持多种充电方式, 例如, 通过充电器充电、 通过通用串行总线 (Universal Serial BUS, 简称为 USB) 端口充电、 座充充电、 车载充电器充电等。 为了方便设计, 降低成本, 一些手机将诸多充电端口设计为一个复用端口 (例如, USB 口), 手机只 需要通过一根电源线 (例如, USB 线), 即可实现对若干充电源的兼容。 在这种方式 下, 由于不同的充电方式都采用同一端口, 容易对该充电端口造成损坏, 而且有时使 用起来不是很方便, 特别在使用是座充及车载充电器的时候。 因此在多数的手机中, 还是将车载充电端口、座充端口与 USB端口分开设计, 从而提高产品的质量及用户体 验。 当同一部手机有两个充电端口时,会存在以下 问题: 1、如果两个充电端电压不同, 会导致充电器之间存在电流倒灌或互灌的问题 ; 2、 当充电源正、 负极性接反时, 充电 保护电路不能自动保护手机, 从而容易对手机造成损坏。 为解决上述问题, 现有技术 通常采用在各充电通路上串联二极管的方式, 图 1是现有技术中防倒灌电路的示意图, 如图 1所示,其中 USB_VBUS_CON为接充电器或电脑时的充电端口, CARKIT_CHG 为车载充电端口, VCHG为终端内部充电端, 如图 1所示的充电保护电路利用二极管 的单向导通性来防止电流倒灌, 从而提供充电源正负反插时的保护功能。 上述方案存在以下技术问题: 1、二极管导通时因压降的存在使得在某种场 下手 机电池电压存在充不满的问题。 例如: 手机外部通过 USB 充电端充电, 其范围为 4.75V~5.25V。 假设二极管压降为 0.3V, 则实际到基带芯片的充电电压 V CHe 为 4.45V~4.95V。 而电池特性要求, 电池要充满, V CHG 最小电压为 V MAXSE L+0.5V, 其中, VMAXSEL为电池充满时的电压值 (典型值为 4.2V) , 即, 要求 V CHE 必须大于 4.7V。 因 此二极管压降的存在使得 USB充电端电压低于 5V时电池不能充满, 影响电池的使用 寿命。 2、 二极管的反向漏电流较大, 如果外源接反时, 二极管反向压差太大而使反向 漏电流过大, 将导致损坏外部充电器。 3、 二极管上压降的存在, 使在充电的过程中, 自身损耗较大, 充电效率降低。 实用新型内容 本实用新型提供一种终端充电保护电路, 以防止终端和充电器之间电流倒灌、 以 及预防充电电源反插时将终端损坏。 本实用新型提供一种终端充电保护电路, 包括: 第一 P型金属氧化物半导体场效应 (Positive Channel Metal Oxide Semiconductor, 简称为 PMOS) 晶体管的漏极连接第一充电端口, 第一 PM0S晶体管的衬底连接至第 一 PM0S晶体管的源极, 该源极连接终端内部充电端, 第一 PM0S晶体管的栅极连接 至第二充电端口; 第二 PM0S晶体管的漏极连接第二充电端口,第二 PM0S晶体管的衬底连接至第 二 PM0S的源极, 该源极连接终端内部充电端, 第二 PM0S晶体管的栅极连接至第一 充电端口; 第一充电端口连接至第一电阻的一端, 第一电阻的另一端接地, 第二充电端口连 接至第二电阻的一端, 第二电阻的另一端接地, 终端内部充电端连接至第三电阻的一 端, 第三电阻的另一端接地。 优选地, 第一 PM0S晶体管的栅极通过第四电阻连接至第二充 端口。 优选地, 第二 PM0S晶体管的栅极通过第五电阻连接至第一充 端口。 优选地,第一充电端口为以下之一:通用串行 总线 USB充电端口、车载充电端口、 充电器充电端口。 优选地,第二充电端口为以下之一:通用串行 总线 USB充电端口、车载充电端口、 充电器充电端口。 本实用新型有益效果如下: 通过采用 PM0S管代替二极管, 解决了现有技术中终端的不同充电电源之间电 流 倒灌、 以及充电电源反插的问题, 能够保证在终端有多个充电电源充电时无电流 倒灌 现象, 在电源反插时终端可进行自我保护, 此外, 还使得终端电池在各种充电源下都 能够充满电量, 增强了终端充电的安全性, 增加了电池的使用寿命及用户体验度, 提 高了产品的市场竞争力。 附图说明 图 1是现有技术中防倒灌电路的示意图; 图 2是本实用新型实施例的终端充电保护电路的 构示意图; 图 3是本实用新型实施例的终端充电保护电路的 选结构示意图。 具体实施方式 为了解决现有技术中终端和充电器之间电流倒 灌、 以及充电电源反插的问题, 本 实用新型提供了一种终端充电保护电路, 以下结合附图以及实施例, 对本实用新型进 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实用新 型, 并 不限定本实用新型。 根据本实用新型的实施例, 提供了一种终端充电保护电路, 图 2是本实用新型实 施例的终端充电保护电路的结构示意图, 如图 2所示, 根据本实用新型实施例的终端 充电保护电路包括: 第一 PMOS晶体管 20、 第一充电端口 21、 终端内部充电端 22、 第二充电端口 23、 第二 PMOS晶体管 24、 第一电阻 25、 第二电阻 26、 以及第三电阻 27, 其中, 第一 PMOS晶体管 20中包括寄生第一体二极管、第二 PMOS晶体管 24中 包括寄生第二体二极管, 以下对本实用新型实施例的各个模块进行详细 的说明。 具体地, 第一 PMOS晶体管 20的漏极连接第一充电端口 21, 第一 PMOS晶体管 20的衬底连接至第一 PMOS晶体管 20的源极, 该源极连接终端内部充电端 22, 第一 PMOS晶体管 20的栅极连接至第二充电端口 23 ; 优选地,第一 PMOS晶体管 20的栅极可以通过第四电阻连接至第二充电端 23, 第四电阻的作用是保护第一 PMOS晶体管 20的栅极。 第二 PMOS晶体管 24的漏极连接第二充电端口 23, 第二 PMOS晶体管 24的衬 底连接至第二 PMOS的源极, 该源极连接终端内部充电端 22, 第二 PMOS晶体管 24 的栅极连接至第一充电端口 21 ; 优选地,第二 PMOS晶体管 24的栅极可以通过第五电阻连接至第一充电端 21, 第五电阻的作用是保护第二 PMOS晶体管 24的栅极。 第一充电端口 21连接至第一电阻 25的一端, 第一电阻 25的另一端接地,第二充 电端口 23连接至第二电阻 26的一端, 第二电阻 26的另一端接地, 终端内部充电端 22连接至第三电阻 27的一端, 第三电阻 27的另一端接地。 需要说明的是, 第一充电端口 21可以为: 通用串行总线 USB充电端口、 车载充 电端口、 充电器充电端口等充电端口。 第二充电端口 23可以为: 通用串行总线 USB 充电端口、 车载充电端口、 充电器充电端口等充电端口。 需要说明的是, 上述终端充电保护电路的终端可以是任何需要 2个端口进行充电 的终端。 下面以手机为例, 对本实用新型上述技术方案进行举例说明。 在手机的两个充电端分别加入一个 PM0S管, 利用其导通时源端与漏端压降几乎 为 0的特性, 使手机内部充电信号 VCHG电压与外部充电源输出的电压相等, 实现将 电池充满。 其中一个 PMOS 管的导通与关断由另一个充电端电压控制, 并保证两个 PMOS的寄生二极管为背靠背状态, 防止 PMOS关闭时出现两个充电端口电流反灌, 以及外部电源反插时, 具有自身保护功能, 图 3是本实用新型实施例的终端充电保护 电路的优选结构示意图, 如图 3所示, USB_VBUS_CON为接充电器或电脑时的充电 端口, CARKIT_CHG为车载充电端口, VCHG为手机内部充电端。 PMOS1和 PMOS2 为 2个 PMOS管, Rl、 R2、 R3、 R4、 R5为电阻, D3、 D4分另 ij为 PMOSl禾口 PM0S2 的寄生二极管。 PM0S1和 PM0S2衬底电位都连接 VCHG, 则其寄生二极管 D3、 D4 处于背靠背状态。 PM0S1 的栅极通过 R3连至 CARKIT_CHG, PM0S2 的栅极通过 R2连至 USB_VBUS_CON。 充电保护分为以下几种: 情况 1, 当只插入充电器或电脑时, 将 PMOS 1 开关导通而使 USB_VBUS_CON 电压传至 VCHG端, 且二者电压几乎相等 (压降较小), 从而保证电池可以充满; 此 时使 PM0S2开关断开, USB VBUS CON与 CARKIT_CHG之间没有通路,从而没有 电流的倒灌; 情况 2, 当只插入车载充电器 CARKIT_CHG 时, 将 PM0S2 开关导通而使

CARKIT_CHG电压传至 VCHG端, 且二者电压几乎相等, 保证电池可以充满; 此时 PMOS1开关断开, USB_VBUS_CON与 CARKIT_CHG之间也没有通路, 从而没有电 流的倒灌; 情况 3,当两种充电端都插上时,将两个 PMOS同时关闭,两个充电端通过 PMOS 寄生二极管对电池进行充电,两个二极管处于 背靠背状态,也能防止 USB VBUS CON 与 CARKIT_CHG之间的电流互灌, 此时通常不能保证电池充满, 在手机说明书上应 加以说明。 同样, 当外部充电端之一出现反插时, 将 PMOS断开从而使负电压不能传输至内 部 VCHG端, 从而实现对手机充电电源反插时的保护。 需要说明的是, 不允许外部两个充电端均反插,这种情况不能 实现对手机的保护, 在实际应用中, 手机用户说明书上需要对此进行说明。 本实用新型采用 PMOS管代替现有方案中的二极管, 在保持原有防充电电源反插 和电流互灌功能的同时, 减小了原来二极管上面的压降, 保证在各种情况下手机电池 可以充满, 同时减小了二极管自身的功率损耗, 提高了充电的效率; 而且采用 PMOS 管,当栅源电压差 Vgs为 0时,漏电流为 nA级, 比二极管反向漏电流(一般为 200uA) 更小, 更能保护充电器的安全。 以下以手机为例对本实用新型实施例的终端充 电保护电路防倒灌工作过程和防电 源反插工作过程进一步进行详细说明。

1、 防倒灌工作过程: 当 USB_VBUS_CON接充电器或电脑 (手机不插入车载充电器) 时, PMOS1 的 栅极为 CARKIT_CHG (被 R3、R4下拉至 G D), PMOS1导通,进行充电,此时 PMOS2 栅极为 USB_VBUS_CON电压, 从而使其关断, 并且其寄生二极管也反向截止, 避免 了 USB_VBUS_CON倒灌至 CARKIT_CHG,而且 VCHG电压与 USB_VBUS_CON几 乎相等, 保证电池可以充满; 同理, CARKIT_CHG端进行充电 (手机不插入充电器或电脑)时, PMOS1 关断,

PMOS2导通, D3反向截止, 也能防止 CARKIT_CHG电流倒灌至 USB_VBUS_CON; VCHG电压几乎等于 CARKIT_CHG, 也可保证电池可以充满; 当两个端口同时插上且 USB_VBUS_CON禾 P CARJIT CHG电压相等或相近 (两 者电压之差绝对值小于 MOS管的阈值电压) 时, PMOS1和 PMOS2同时关断, 但寄 生二极管 D3 和 D4 正向导通, 两端可同时进行充电。 若二者之一的电压小于 (VMAXSEL+0.5+0.7) V, 则不能保证电池充满, 手机说明书上应指明这点, 并建议 用户不要经常使用这种方式。 当两个端口同时插上, USB_VBUS_CON禾 P CARKIT CHG电压不相等且两者压 差的绝对值大于 MOS管的阈值电压时, 电压较高的一端对应的 PMOS管导通, 并进 行充电: 例如, USB_VBUS_CON电压较高, PMOS1导通, PMOS2不导通, 从而防 止电流从 USB_VBUS_CON流向 CATKIT_CHG; CARKIT CHG电压较高, PMOS1 不导通, PMOS2导通, 从而防止电流从 CARKIT_CHG流向 USB_VBUS_CON。 表 1 为防倒灌验证结果。 表 1

2、 防电源反插过程: 表 2为防反插验证结果。 表 2

如表 2所示, 当 USB_VBUS_CON为 -5V时 (手机不插车载充电器): PMOS1的 栅极和源极电压均为 0V (栅极和源极之间的压差为 0V), PMOS1关断; PMOS2栅极 为 -5V, 源极为 0V, PMOS2导通, 但是由于 CARKIT_CHG为 0V, 故 VCHG为 0V, 并不会出现负压, 起到电源反插时的保护作用。 同理,当 CARKIT_CHG为 -5V时, PMOS1导通, PMOS2关闭, USB_ VBUS _CON 为 0V, 从而 VCHG为 0V, 也不会出现负电压, 也能起到电源反插时的保护作用。 当 USB_VBUS_CON为 -5V, CARKIT_CHG也为 -5V时 (即充电器反插且车载充 电器也反插), 此时 PMOS管栅极和漏极电位均为 -5V (相当于栅、 漏相连在一起), 故 VCHG为 -4.5V, 此时会损坏手机, 故这种情况属于严重错误, 应告知用户切勿出 现两个充电源均反插的情况(在实际使用中这 种情况出现的概率很低,几乎不会出现, 故而无需做防护措施, 此处只是为了全面的考虑而加以说明)。 通过采用 PMOS管代替现有方案中的二极管, 解决了现有技术中终端和充电器之 间电流倒灌、 以及充电电源反插的问题, 能够保证在终端有多个充电电源充电时无电 流倒灌现象, 在电源反插时终端可进行自我保护, 此外, 还使得终端电池在各种充电 源下都能够充满, 增强了终端充电的安全性, 增加了电池的使用寿命及用户体验度, 提高了产品的市场竞争力。 尽管为示例目的, 已经公开了本实用新型的优选实施例, 本领域的技术人员将意 识到各种改进、 增加和取代也是可能的, 因此, 本实用新型的范围应当不限于上述实 施例。