指纹锁电池USB升压充电电路论文和设计-陈坚雄

全文摘要

本实用新型公开了一种指纹锁电池USB升压充电电路，包括芯片U1、芯片U2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D1、三极管Q2和带铁芯电感L1；还包括稳压二极管D2、稳压二极管D3、发光二极管LED1、发光二极管LED2、三极管Q3、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R10、电阻R15、电阻R16和增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1。本实用新型具有涓流充电功能，具有USB连接软启动，从小电流缓慢切换至大电流充电的过程，减少大电流对电池的冲击,可有效延长电池寿命，具有USB输入超压保护关断功能，具有升压输出短路关断保护功能。

主设计要求

1.一种指纹锁电池USB升压充电电路，其特征在于，包括芯片U1、芯片U2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D1、三极管Q2和带铁芯电感L1；芯片U1的脚1分别连接二极管D1的正极、带铁芯电感L1的一端，带铁芯电感L1的另一端分别连接电容C4的一端、电容C5的一端、芯片U1的脚4、芯片U1的脚5，电容C4的另一端分别连接电容C5的另一端、芯片U1的脚2、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电阻R11的一端、三极管Q2的发射极、电阻R12的一端、电容C1的一端、电容C2的一端，电阻R8的另一端接地，电阻R9的一端接地，电阻R11的另一端连接芯片U2的脚7，芯片U2的脚8通过电容C6连接芯片U2的脚1，芯片U2的脚5连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端分别连接芯片U1的脚6、电阻R12的另一端，电阻R9的另一端分别连接芯片U1的脚3、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接二极管D1的负极，二极管D1的负极分别连接电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R4的一端、电容C3的一端，电容C3的一端连接电源8.4V，电阻R4的另一端分别连接芯片U2的脚6、电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电容C3的另一端，电阻R5的另一端接地；还包括稳压二极管D2、稳压二极管D3、发光二极管LED1、发光二极管LED2、三极管Q3、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R10、电阻R15、电阻R16和增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1；增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的D极连接带铁芯电感L1的另一端，增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的S极分别连接电阻R3的一端、电容C9的一端、电阻R1的一端、稳压二极管D3的负极，电容C9的另一端接地，电阻R3的另一端分别连接增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的G极、电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接芯片U2的脚3，芯片U2的脚2分别连接发光二极管LED1的负极、发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接地，发光二极管LED1的正极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接电阻R1的另一端、稳压二极管D2的负极、电容C7的一端、芯片U2的脚1，稳压二极管D2的正极连接电容C7的另一端，稳压二极管D2的正极接地，稳压二极管D3的正极分别连接电阻R15的一端、电容C8的一端、芯片U2的脚4，电阻R15的另一端连接电容C8的另一端，电容C8的另一端接地。

设计方案

1.一种指纹锁电池USB升压充电电路，其特征在于，包括芯片U1、芯片U2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D1、三极管Q2和带铁芯电感L1；

芯片U1的脚1分别连接二极管D1的正极、带铁芯电感L1的一端，带铁芯电感L1的另一端分别连接电容C4的一端、电容C5的一端、芯片U1的脚4、芯片U1的脚5，电容C4的另一端分别连接电容C5的另一端、芯片U1的脚2、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电阻R11的一端、三极管Q2的发射极、电阻R12的一端、电容C1的一端、电容C2的一端，电阻R8的另一端接地，电阻R9的一端接地，电阻R11的另一端连接芯片U2的脚7，芯片U2的脚8通过电容C6连接芯片U2的脚1，芯片U2的脚5连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端分别连接芯片U1的脚6、电阻R12的另一端，电阻R9的另一端分别连接芯片U1的脚3、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接二极管D1的负极，二极管D1的负极分别连接电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R4的一端、电容C3的一端，电容C3的一端连接电源8.4V，电阻R4的另一端分别连接芯片U2的脚6、电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电容C3的另一端，电阻R5的另一端接地；

还包括稳压二极管D2、稳压二极管D3、发光二极管LED1、发光二极管LED2、三极管Q3、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R10、电阻R15、电阻R16和增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1；

增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的D极连接带铁芯电感L1的另一端，增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的S极分别连接电阻R3的一端、电容C9的一端、电阻R1的一端、稳压二极管D3的负极，电容C9的另一端接地，电阻R3的另一端分别连接增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的G极、电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接芯片U2的脚3，芯片U2的脚2分别连接发光二极管LED1的负极、发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接地，发光二极管LED1的正极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接电阻R1的另一端、稳压二极管D2的负极、电容C7的一端、芯片U2的脚1，稳压二极管D2的正极连接电容C7的另一端，稳压二极管D2的正极接地，稳压二极管D3的正极分别连接电阻R15的一端、电容C8的一端、芯片U2的脚4，电阻R15的另一端连接电容C8的另一端，电容C8的另一端接地。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电路设计技术领域，具体涉及一种指纹锁电池USB升压充电电路。

背景技术

现有(PWM软件调制)的指纹锁电池USB升压充电电路(中等配置)具有涓流充电功能(即小电流预充功能)，充电电流可配置，充电截止电压8.4V\/8.7V可配置，充电电流小于设定值时自动停止升压，保证电池不出现充电至0截止电流。

但是具有如下缺点：

1、USB插头接触不良容易误判为充满电，或电流降低造成充电时间过长。

2、USB输入电压尖峰易干扰PWM频率造成功率管因电流过大而烧毁。

3、不具备输入超压关断保护功能。

4、不具备输出短路关断保护功能。

5、USB输入及升压输出之间不能共地线，需要串接检流电阻隔离。

现有(纯集成硬件升压充电方案)的指纹锁电池USB升压充电电路(中等配置)充电电流小于设定值时自动停止升压，保证电池不出现充电至0截止电流，充电电流可配置，充电截止电压8.4V\/8.7V可配置。

但是具有如下缺点：

1、不具备涓流充电功能(即小电流预充功能)。

2、不具备输出短路关断保护功能。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型提出一种指纹锁电池USB升压充电电路。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种指纹锁电池USB升压充电电路，包括芯片U1、芯片U2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻 R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D1、三极管Q2和带铁芯电感L1；

芯片U1的脚1分别连接二极管D1的正极、带铁芯电感L1的一端，带铁芯电感 L1的另一端分别连接电容C4的一端、电容C5的一端、芯片U1的脚4、芯片U1的脚 5，电容C4的另一端分别连接电容C5的另一端、芯片U1的脚2、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电阻R11的一端、三极管Q2的发射极、电阻R12的一端、电容C1 的一端、电容C2的一端，电阻R8的另一端接地，电阻R9的一端接地，电阻R11的另一端连接芯片U2的脚7，芯片U2的脚8通过电容C6连接芯片U2的脚1，芯片U2的脚5连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端分别连接芯片U1的脚6、电阻R12的另一端，电阻R9的另一端分别连接芯片U1的脚3、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接二极管D1的负极，二极管D1的负极分别连接电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R4的一端、电容C3的一端，电容C3的一端连接电源8.4V，电阻R4 的另一端分别连接芯片U2的脚6、电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电容C3的另一端，电阻R5的另一端接地；

增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的D极连接带铁芯电感L1的另一端，增强型P 沟道绝缘栅场效应管Q1的S极分别连接电阻R3的一端、电容C9的一端、电阻R1的一端、稳压二极管D3的负极，电容C9的另一端接地，电阻R3的另一端分别连接增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的G极、电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接芯片U2的脚3，芯片U2的脚2分别连接发光二极管LED1的负极、发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极连接电阻R10的一端，电阻 R10的另一端接地，发光二极管LED1的正极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接电阻R1的另一端、稳压二极管D2的负极、电容C7的一端、芯片U2的脚1，稳压二极管D2的正极连接电容C7的另一端，稳压二极管D2的正极接地，稳压二极管D3的正极分别连接电阻R15的一端、电容C8的一端、芯片U2的脚4，电阻R15 的另一端连接电容C8的另一端，电容C8的另一端接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：

1、具有涓流充电功能(即小电流预充功能)。

2、具有USB连接软启动，从小电流缓慢切换至大电流充电的过程，减少大电流对电池的冲击,可有效延长电池寿命。

3、具有USB输入超压保护关断功能(超过6.8V进入保护状态,红绿灯交替闪烁提示)。

4、具有升压输出短路关断保护功能(充电过程中电池部分短路立即切断USB 前端输入，红绿灯交替闪烁提示，此控制可有效剔除因输出短路而严重发热造成的安全隐患)。

5、充电电流可配置。

6、截止电压8.4V\/8.7V可配置。

7、电池不在线则切断USB前端输入，红绿灯交替闪烁提示。

8、充电电流小于设定值时自动停止升压，保证电池不出现充电至0截止电流。

9、升压IC浮地提供电流采样点，解决纯软件方案的输入输出不能共地问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型指纹锁电池USB升压充电电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1所示，本实用新型提供一种指纹锁电池USB升压充电电路，包括芯片 U1、芯片U2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D1、三极管Q2和带铁芯电感L1；

芯片U1的脚1分别连接二极管D1的正极、带铁芯电感L1的一端，带铁芯电感 L1的另一端分别连接电容C4的一端、电容C5的一端、芯片U1的脚4、芯片U1的脚 5，电容C4的另一端分别连接电容C5的另一端、芯片U1的脚2、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电阻R11的一端、三极管Q2的发射极、电阻R12的一端、电容C1 的一端、电容C2的一端，电阻R8的另一端接地，电阻R9的一端接地，电阻R11的另一端连接芯片U2的脚7，芯片U2的脚8通过电容C6连接芯片U2的脚1，芯片U2的脚5连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端分别连接芯片U1的脚6、电阻R12的另一端，电阻R9的另一端分别连接芯片U1的脚3、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接二极管D1的负极，二极管D1的负极分别连接电容C1的另一端、电容C2的另一端、电阻R4的一端、电容C3的一端，电容C3的一端连接电源8.4V，电阻R4 的另一端分别连接芯片U2的脚6、电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接电容C3的另一端，电阻R5的另一端接地；

增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的D极连接带铁芯电感L1的另一端，增强型P 沟道绝缘栅场效应管Q1的S极分别连接电阻R3的一端、电容C9的一端、电阻R1的一端、稳压二极管D3的负极，电容C9的另一端接地，电阻R3的另一端分别连接增强型P沟道绝缘栅场效应管Q1的G极、电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接三极管Q3的集电极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端连接芯片U2的脚3，芯片U2的脚2分别连接发光二极管LED1的负极、发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极连接电阻R10的一端，电阻 R10的另一端接地，发光二极管LED1的正极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接电阻R1的另一端、稳压二极管D2的负极、电容C7的一端、芯片U2的脚1，稳压二极管D2的正极连接电容C7的另一端，稳压二极管D2的正极接地，稳压二极管D3的正极分别连接电阻R15的一端、电容C8的一端、芯片U2的脚4，电阻R15 的另一端连接电容C8的另一端，电容C8的另一端接地。

本实用新型的控制方法说明:

USB输入电压后,由电阻R12设定300mA进行涓流充电，延时500毫秒MCU 检测到电池电压大于5.6V时由Q2切换至750mA进行大电流充电。此缓慢切换过程实现了USB连接软启动功能，减少了大电流对电池的冲击。

USB输入电压后,经D3稳压管进入MCU检测电压范围，超过6.8V(即MCU得到6.8-5.1＝1.7V)时进入保护状态,Q1切断USB前端输入，红绿灯交替闪烁提示)。

充电过程中电池部分P+及P-端短路立即由Q1切断USB前端输入，红绿灯交替闪烁提示)。

充电电流可配置。(电阻R12设定预充电流，R13设定大电流)。

充电截止电压8.4V\/8.7V可配置。(电阻R7及R9可调整充电截止电压)

由R4及R5分压检测电池是否连接，当电池未连接时则由Q1切断USB前端输入，红绿灯交替闪烁提示，当未检测到正常的电池连接将禁止充电，避免强制充电造成电池爆炸事故。

U1升压IC浮地(第2引脚GND)串接R8采样电阻提供电流采样点给MCU，

A:当MCU采集到的电流值小于60mA时充电截止(由Q1切断USB前端输入)，

B:当MCU采集到的电流值大于2000mA时短路保护(由Q1切断USB前端输入)，

保证电池不出现充电至0截止电流。同时解决了纯软件方案的输入输出不能共地问题。说明：以上描述中：升压IC＝集成电路FP6291。MCU＝8位AD 型单片机。

D3\/R15为输入超压检测，高于6.8V关闭Q1，红绿灯闪烁指示故障。

由于R7\/R9精度影响，输出在8.30-8.48之间。

P+\/P-端静态功耗≤17μA，R4、R5分压采样，电压<4V时关闭Q1，输出短路时关闭Q1。

Q2为电压>5.6V时涓流切换到大电流，R11采样电流<60mA(电池端 60*65％＝40mA)关闭Q1并提示满电，调整R12可改变涓流电流和大电流值，电阻值越小电流越大(100K＝300mA\/750mA)。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

指纹锁电池USB升压充电电路论文和设计

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主设计要求

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