一种超低待机功耗的两线再充电系统

技术领域

本发明涉及一种两线再充电系统，尤其涉及一种超低待机功耗的两线再充电系统。

技术背景

目前当供电部和充电端一直处于正常连接状态时，充电系统并不进入低功耗的待机状态，或者仅充电端进入待机模式，而供电部仍处于正常充电模式。电池充满后，系统仍会消耗很大的功耗。如果要实现既可以正常再充电，又能供电部和充电端同时进入待机模式，通常需要除了供电正端和负端外的引脚进行通讯，如USB的D+/D-、CC等。当遇到对于引脚使用有限制的使用场景时，则上述解决方案并不适用。且上述方案需要其他辅助通信模块配合，系统会消耗额外的功耗，导致整个系统无法完全休眠达到超低功耗的目的。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明一方面提出一种超低待机功耗的两线再充电系统，不需要额外的通信模块和CPU配合，适用于绝大多数超低待机功耗和仅使用两个引脚充电的应用场景。

技术方案：本发明一方面提供一种超低待机功耗的两线再充电系统。该系统包括供电部和充电部；所述供电部包括第一输出端、第二输出端、充电电源、待机电源、电源切换电路、第一分压电阻和第一开关；所述电源切换电路分别与第一输出端、第二输出端、充电电源、待机电源连接；所述第一分压电阻和第一开关均一端与接地点相连，另一端与所述第二输出端相连；所述充电电源输出大于充电开启电压的充电电压，所述待机电源输出小于充电开启电压的待机电压；所述充电部包括与第一输出端对应的第一输入端、与第二输出端对应的第二输入端、向负载供电的电源输出端、充电控制电路、第二分压电阻和第二开关；所述第二分压电阻与所述第二开关串联在所述第一输入端和所述第二输入端之间；供电部和充电部各自对应的输入端和输出端相连时，所述电源切换电路将所述充电电压提供至第一输出端，并将所述第一开关和第二开关分别闭合和断开；在所述电源输出端连接负载，且所述供电部和充电部连接的情况下：当所述充电控制电路检测到所述第一输入端处的电压大于所述充电开启电压时，将从所述第一输入端获取的电力经由所述电源输出端提供至负载；当所述电源切换电路检测到所述第一输出端处的电流小于充电结束阈值电流时，将所述待机电源的电力提供至所述第一输出端，并将所述第一开关断开；当所述充电控制电路检测到所述第一输入端处的电压不大于充电开启电压时，停止向所述电源输出端提供电力；当所述充电控制电路检测到所述电源输出端处的电压低于再充电阈值电压时，将所述第二开关闭合特定时段后再断开；当电源切换电路检测到所述第二输出端处的电压升高后再降低时，将所述充电电压提供至所述第一输出端，并将所述第一开关闭合。

进一步地，所述电源切换电路包括唤醒信号检测电路、充电结束检测电路和切换控制器；所述唤醒信号检测电路用于检测所述第二输出端的电压，并在检测到第二输出端的电压升高后再降低时向所述切换控制器发送唤醒信号，所述切换控制器响应于所述唤醒信号将所述充电电源产生的电力提供至所述第一输出端；所述充电结束检测电路用于检测所述第一输出端处的电流，并在检测到第一输出端处的电流小于充电结束阈值电流时，向所述切换控制器发送充电结束信号，所述切换控制器响应于所述充电结束信号将所述待机电源产生的电力提供至所述第一输出端。

进一步地，所述充电控制电路包括负载控制电路和再充电检测电路；所述负载控制电路用于检测所述第一输入端处的电压，将所述第一输入端处的电压与所述充电开启电压进行比较：若大于所述充电开启电压则将所述第一输入端处的电力经由所述电源输出端提供给负载；反之则停止向负载提供电力；所述再充电检测电路用于检测所述电源输出端处的电压，将所述电源输出端处的电压与所述再充电阈值电压进行比较，一旦所述电源输出端处的电压大于所述再充电阈值电压，则控制所述第二开关闭合特定时间后再断开。

本发明另一方面提供一种超低待机功耗的两线再充电系统。该系统包括供电部和充电部；所述供电部包括第一输出端、第二输出端、充电电源、待机电源、电源切换电路、第一分压电阻；所述电源切换电路分别与第一输出端、第二输出端、充电电源、第一分压电阻的一端连接；所述第一分压电阻的另一端与待机电源连接；所述第二输出端与接地点相连；所述充电部包括与第一输出端对应的第一输入端、与第二输出端对应的第二输入端、向负载供电的电源输出端、充电控制电路、第二分压电阻和第二开关；所述第二分压电阻与所述第二开关串联在所述第一输入端和所述第二输入端之间；供电部和充电部各自对应的输入端和输出端相连时，所述电源切换电路将大于充电开启电压的充电电压提供至第一输出端，并将所述第二开关断开；在所述电源输出端连接负载，且所述供电部和充电部连接的情况下：当所述充电控制电路检测到所述第一输入端处的电压大于所述充电开启电压时，向所述电源输出端提供电力；当所述电源切换电路检测到所述第一输出端处的电流小于充电结束阈值电流时，将所述待机电源的电力提供至所述第一输出端；当充电控制电路检测到所述第一输入端处的电压不大于充电开启电压时，停止向所述电源输出端提供电力；当所述充电控制电路检测到所述电源输出端处的电压低于再充电阈值电压时，将所述第二开关闭合特定时段后再断开；当电源切换电路检测到所述第一输出端处的电压降低后再降低时，将所述充电电压提供至所述第一输出端。

进一步地，所述电源切换电路包括唤醒信号检测电路、充电结束检测电路和切换控制器；所述唤醒信号检测电路用于检测所述第一输出端的电压，并在检测到第一输出端的电压降低后再升高时向所述切换控制器发送唤醒信号，所述切换控制器响应于所述唤醒信号将所述充电电源产生的电力提供至所述第一输出端；所述充电结束检测电路用于检测所述第一输出端处的电流，并在检测到第一输出端处的电流小于充电结束阈值电流时，向所述切换控制器发送充电结束信号，所述切换控制器响应于所述充电结束信号将所述待机电源产生的电力提供至所述第一输出端。

进一步地，所述充电控制电路包括负载控制电路和再充电检测电路；所述负载控制电路用于检测所述第一输入端处的电压，将所述第一输入端处的电压与所述充电开启电压进行比较：若大于所述充电开启电压则将所述第一输入端处的电力经由所述电源输出端提供给负载；反之则停止向负载提供电力；所述再充电检测电路用于检测所述电源输出端处的电压，将所述电源输出端处的电压与所述再充电阈值电压进行比较，一旦所述电源输出端处的电压大于所述再充电阈值电压，则控制所述第二开关闭合特定时间后再断开。

有益效果：本发明相对现有技术具备如下有益效果：

1、连线少，仅使用电源和地两根连线实现了充电和再充电通信功能。供电部和充电端一直连接时，充电结束后，供电部和充电端电路可同时进入待机模式。由于该系统无需MCU，并可将绝大部分主功能电路下电，可达到超低功耗。

2、由于该系统为纯硬件实现，可将绝大部分主功能电路下电，达到超低功耗。连线少，仅使用电源和地两根连线实现了既能充电，又能发送再充电命令的通信功能。

3、仅通过Vout电压区间，自动打开关闭充电端的充电电路，自动在正常充电模式和待机模式间切换。

附图说明

图1为本发明再充电系统第一实施例的结构图；

图2为本发明再充电系统第二实施例的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步阐明本发明，应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例一

如图1，本发明的再充电系统包括供电部和充电部两部分。

供电部包括产生正常充电电压Vcharge的充电电源、产生待机电压Vsleep的待机电源、电源切换电路、第一分压电阻R1、第一开关K1、输出电压记为Vout+的第一输出端和输出电压记为Vout-的第二输出端。其中，电源切换电路分别与第一输出端、第二输出端、充电电源、待机电源连接；第一分压电阻R1和第一开关K1均一端与接地点相连，另一端与所述第二输出端相连。充电电源输出大于充电开启电压Vcharge_min的充电电压，待机电源输出小于充电开启电压Vcharge_min的待机电压。

电源切换电路进一步包括唤醒信号检测电路、充电结束检测电路和切换控制器。唤醒信号检测电路用于检测所述第二输出端的电压Vout-，并在检测到第二输出端的电压Vout-发生变化(本实施例中为升高后再降低)后向所述切换控制器发送唤醒信号，切换控制器响应于所述唤醒信号将所述充电电源产生的电力提供至所述第一输出端。充电结束检测电路用于检测所述第一输出端处的电流Iout，并在检测到第一输出端处的电流Iout小于充电结束阈值电流Imin时，向所述切换控制器发送充电结束信号，切换控制器响应于充电结束信号将待机电源产生的电力提供至第一输出端。

此外，为了使整个系统能够检测到供电部和充电部的连接和断开，并使系统在检测到连接和断开后自动分别进入充电模式和待机模式，上述电源切换电路还包括第三电阻R3(未在图1中示出)。该第三电阻R3串联在第一输出端和第二输出端之间，且阻值远大于第一分压电阻R1和所述第二分压电阻R2。相应地，唤醒信号检测电路还被配置为将第二输出端处的电压与连接阈值电压Vout-_min进行比较，当第二输出端处的电压从小于所述连接阈值电压Vout-_min变为大于连接阈值电压Vout-_min时，说明供电部和充电部从断开转为连接，唤醒信号检测电路将向切换控制器发送连接确认信号，切换控制器响应于连接确认信号将充电电源产生的电力提供至第一输出端；当第二输出端处的电压从大于连接阈值电压Vout-_min变为小于连接阈值电压Vout-_min时，说明供电部和充电部从连接转为断开，唤醒信号检测电路将向切换控制器发送断开确认信号，切换控制器响应于断开确认信号将待机电源产生的电力提供至第一输出端。

本实施例中，切换控制器包括第三开关K3、第四开关K4和选择器。第三开关K3连接在所述选择器和所述充电电源之间。第四开关K4连接在所述选择器和所述待机电源之间。选择器还分别和所述唤醒信号检测电路、所述充电结束检测电路相连，并根据接收的唤醒信号和充电结束信号对所述第三开关K3和第四开关K4进行控制。这种控制具体包括：选择器响应于接收的唤醒信号将所述第三开关K3闭合、第四开关K4断开，或响应于接收的充电结束信号将所述第三开关K3断开、第四开关K4闭合。

充电部包括与第一输出端对应的第一输入端、与第二输出端对应的第二输入端、向负载供电的电源输出端、充电控制电路、第二分压电阻R2和第二开关K2。第二分压电阻R2与所述第二开关K2串联在所述第一输入端和所述第二输入端之间。

充电控制电路包括负载控制电路和再充电检测电路。负载控制电路用于检测所述第一输入端处的电压，将所述第一输入端处的电压与所述充电开启电压Vcharge_min进行比较：若大于所述充电开启电压则将所述第一输入端处的电力经由所述电源输出端提供给负载。反之则停止向负载提供电力。所述再充电检测电路用于检测所述电源输出端处的电压，将所述电源输出端处的电压Vbat与所述再充电阈值电压Vrecharge进行比较，一旦所述电源输出端处的电压Vbat大于所述再充电阈值电压，则控制第二开关K2闭合特定时间后再断开。

在本实施例中，唤醒信号检测电路包括电压采样器和多个电压比较器。充电结束检测电路包括电流采样器和电流比较器。负载控制电路包括电压采样器和电压比较器。再充电检测电路包括电压采样器和电压比较器。在其他实施例中，唤醒信号检测电路、充电结束检测电路、负载控制电路、再充电检测电路也可以用可编程逻辑电路来实现。

基于上述结构介绍，以下来讲述本实施例的系统的工作原理：

供电部和充电部出厂时：供电部中，切换控制器默认启用待机电源而禁用充电电源，开关K1断开；充电部中，负载控制电路控制使得第一输入端和电源输出端之间断路，开关K2断开。

当供电部和充电部连接后且充电部连接负载时，供电部中，R1和R3分压，唤醒信号检测电路将会检测到第二输出端的电压从0V升高至大于连接阈值电压Vout-_min(例如，0.2V)，从而发送连接确认信号至切换控制器并控制开关K1闭合，切换控制器响应于收到的连接确认信号而将充电电源的电力提供至第一输出端。充电部中的负载控制电路检测到第一输出端的电压大于充电开启电压Vcharge_min时，会控制使得第一输入端和电源输出端之间连接，从而将第一输入端输入的电力提供至电源输出端。此时，供电部和充电部均进入充电模式。

当供电部和充电部相互连接且处于充电模式时，由于供电部的充电结束检测模块包括电流采样电路，因此充电结束检测模块可以采样到流入供电部地端的电流Iout，并将Iout与阈值电流Imin进行比较，当Iout小于阈值电流Imin时，即判断充电电流过小，电池已充满。判定电池充满后，充电结束检测模块将第一输出端的电压Vout切换为VSleep，并使第一开关K1断开。对应地，充电端中的充电控制电路将会检测到第一输入端对应的电压Vout+等于VSleep，且Vsleep小于充电开启电压Vcharge_min，从而停止向负载供电并进入待机状态。这样一来，整个系统即处于待机模式。在待机模式中，充电端中的充电控制电路可以检测到第一输入端输入的电压VSleep并不等于0，而是大于连接阈值电压Vout-_min，因而可判定充电部一直处于正常连接状态。进入待机模式后，充电部的负载控制电路和供电部中消耗电流较大的充电电源被禁用，因此降低了整个系统的待机电流。

当充电部中的再充电检测电路检测到负载(例如，电池)电压Vbat低于再充电阈值电压Vrecharge时，会控制第二开关K2闭合一段时间再断开。开关K2闭合时，R3和R2并联，由于R3远大于R2，并联后的电阻基本上等于R2，由于分压电阻R1和R2的分压，供电部中的唤醒信号检测电路将检测到第二输出端电压Vout-由接近0v的Vout-_min升高，开关K2断开时，唤醒信号检测电路将看到Vout-降为接近0v的Vout-_min。这样一来，供电部中的唤醒信号检测电路将可以看到第二输出端电压Vout-的高低变化，即检测到唤醒信号。当唤醒信号检测电路检测到Vout-升高后又降低时，会向切换控制器发送唤醒信号并使第一开关K1闭合，切换控制器响应于唤醒信号将启用充电电源，对开关K3、K4进行切换从而使产生充电电压Vcharge的充电电源将电力提供至第一输出端，供电部和充电部将自动切换回充电模式。

若供电部和充电部断开，则不论断开前处于充电模式或是待机模式，供电部中的唤醒信号检测电路将检测到第二输出端的电压Vout-从大于Vout-_min变为小于Vout-_min的0V，从而唤醒信号检测电路将断开确认信号发送至切换控制器并使第一开关K1断开，切换控制器响应于断开确认信号而启用待机电源并禁用充电电源。

如此往复，使得整个系统自动在待机模式和充电模式间切换，且在充电部和供电部断开和连接时能够自动分别切换至待机模式和充电模式。

实施例二

如图2所示，与实施例一中的再充电系统不同之处在于，供电部中不存在第一开关K1，第一分压电阻R1不接电源地，而是与第四开关K4串联。第三电阻R3(未示出)的一端与第一输出端相连，另一端分别与第二输出端和电源地相连。唤醒信号检测电路用于检测第一输出端上的电压Vout+，以判断是否需要发送信号至切换控制器以进行电源切换。

具体而言，待机状态下，供电部中R1和R3分压，此时第一输出端上的电压Vout+实际上为接近且小于Vsleep的Vsleep_near。如果充电部和供电部已经正常连接，当唤醒信号检测电路检测到第一输出端上的电压Vout+在特定时间内从接近且小于Vsleep的第二连接阈值电压Vsleep_near降低后再升高到Vsleep_near时，说明充电部的再充电检测电路检测到电源输出端电压已低于再充电阈值电压Vrecharge，此时唤醒信号检测电路发送唤醒信号至切换控制器，切换控制器响应于唤醒信号使第三开关K3闭合且使第四开关K4断开，从而使产生充电电压Vcharge的充电电源将电力提供至第一输出端。

此外，为了判断充电部和供电部是否正常连接，当唤醒信号检测电路检测到第一输出端上的电压Vout+从Vsleep_near升高到Vsleep或以上时(可通过设置第二连接阈值电压Vout+_max来进行判断，其中Vout+_max的值在Vsleep_near和Vsleep之间)，说明充电部和供电部断开，唤醒信号检测电路将发送断开确认信号至切换控制器，切换控制器响应于断开确认信号，通过使K3断开K4闭合，从而使产生待机电压Vsleep的待机电源将电力提供至第一输出端。当唤醒信号检测电路检测到第一输出端上的电压Vout+从Vsleep或以上的电压降低到Vsleep_near时，说明充电部和供电部正常连接，唤醒信号检测电路发送连接确认信号至切换控制器，切换控制器响应于连接确认信号，通过使K3闭合K4断开，从而使产生充电电压Vcharge的充电电源将电力提供至第一输出端。

从以上的实施例一和实施例二可见，常规的充电系统，当供电部和充电端一直连接时，即使充电结束，供电部和充电端电路，仍处于正常工作状态，待机功耗很大。采用本系统后，充电结束后，供电部和充电端电路可同时进入待机模式，极大的降低了待机功耗。当电池电压降低至需要再充电时，系统可以自动唤醒，重新进入正常充电状态。同时，本发明通过简答的分压电阻进行通信，无需额外复杂的通信模块，也无需CPU或MCU和软件辅助控制。在充满电后，可将供电部及充电端的主要电路全部关闭，即使供电部和充电端一直处于正常连接状态，系统仍可实现超低功耗待机模式，且不影响再充电功能。无需额外连线，仅通过2根供电线，即可实现从充电端发送唤醒信号至供电部，可将供电部和充电端的连线缩减到2根，大大减少了两端的连线复杂度，使充满后可待机的再充电功能可通过2根连线实现。