充电电路、充电盒及充电系统
技术领域
本实用新型涉及无线耳机技术领域，特别涉及一种充电电路、充电盒及充电系统。
背景技术
TWS是英文True Wireless Stereo的缩写，即真正无线立体声的意思，TWS技术同样也是基于蓝牙芯片技术的发展。按其工作原理来说是指手机通过连接主耳机，再由主耳机通过无线方式快速连接副耳机，实现真正的蓝牙左右声道无线分离使用。不连接从耳机时，主耳机回到单声道音质。TWS技术运用到了蓝牙耳机领域，因此也催生了一个新的产品-TWS耳机。
目前现有市场上TWS耳机和耳机充电电路之间的充电和通讯大部分采用3pin触点连接方式，个别产品采用2pin触点连接方式。
采用2pin触点连接方式通常有两种实现方式：
1.添加专用的芯片实现(如AMS或Maxim的专用芯片)充电电路和耳机之间的通讯和充电功能，但现有方式芯片价格高，通讯速率受限等因素，在大多数的客户需求中没有市场竞争力而不能使用。
2.通过专用的CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)或MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)控制外部单刀双掷开关，来达到控制通讯或充电等状态的传递，但由于此种方式成本高、产品稳定性差等条件限制，以至于不能满足前端市场客户的需求。
以上方式均需要在耳机和充电电路端添加一个IC处理耳机和充电电路之间的通讯，然后再把相应的通讯信息通过I2C告知MCU或其他处理器，这种方式需要有主从设备的管理，不然会造成通讯的异常。
可见，现有TWS耳机存在硬件成本高的问题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种充电电路、充电盒及充电系统，旨在降低无线耳机的硬件成本。
为实现上述目的，本实用新型提出的一种充电电路，所述充电电路包括第一发射电路、第一接收电路、负载开关电路、电流侦测电路及用于与待充电设备连接的第一触点；其中
所述电流侦测电路，用于经所述负载开关电路将充电电源输出至第一触点，以供所述待充电设备进行充电；
所述第一发射电路，用于输出电平信号至所述第一触点，以输出至所述待充电设备；
当所述第一触点接收到所述待充电设备的电平信号为第一电平时，所述第一接收电路接收该第一电平信号；当第一触点接收到所述待充电设备的电平信号为第二电平时，所述电流侦测电路输出使能信号至所述负载开关电路，以使所述负载开关电路根据使能信号停止输出充电电源，第一接收电路接收该第二电平信号。
优选地，所述充电电路还包括直流变换器及微处理器，所述微处理器与所述直流变换器连接，所述直流变换器与所述电流侦测电路连接；所述微处理器还与所述第一发射电路及所述第一接收电路分别连接；其中
所述微处理器，用于输出开启信号；
所述直流变换器，用于在接收到所述开启信号时，输出充电电源至所述电流侦测电路。
优选地，所述第一发射电路及所述第一接收电路还分别与所述第一触点连接，所述电流侦测电路还与所述负载开关电路连接，所述负载开关电路还与所述第一触点连接。
优选地，所述电流侦测电路包括第一三极管、第二三极管、第一电阻及功率电阻；其中
所述第一三极管的发射极接收充电电源，所述第一三极管的集电极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端接地，所述第一三极管的基极与所述负载开关电路连接；所述第二三极管的基极与所述第一电阻的第一端连接，所述第二三极管的发射极与直流电源连接，所述第二三极管的集电极与所述负载开关电路连接。
优选地，所述电流侦测电路包括电流检测器、比较器及采样电路；其中
所述采样电路，用于采集充电电源通路的目标电流；
所述电流检测器，用于将所述目标电流转换为对应的目标电压；
所述比较器用于，用于将所述目标电压与预设电压阈值进行比较，当所述目标电压大于预设电压阈值时，输出使能信号至所述负载开关电路，使得负载开关电路停止输出充电电源，第一接收电路接收该第二电平信号。
优选地，所述第一发射电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第三三极管及第四三极管；其中
所述第二电阻的第一端与直流电源连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三三极管的基极连接；所述第三电阻的第二端还接收所述电平信号；所述第三三极管的发射极与直流电源连接，所述第四电阻的第一端与所述第三三极管的集电极连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第四三极管的集电极与直流电源连接，所述第四三极管的发射极接地；所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第四三极管的基极连接，所述第五电阻的第一端还与所述电流侦测电路连接。
优选地，所述第一接收电路包括第六电阻及第一二极管；其中
所述第六电阻的第一端与直流电源连接，所述第六电阻的第二端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一触点连接；所述第一二极管的阳极还输出电平信号。
为实现上述目的，本实用新型还提出一种充电盒，所述充电盒包如上所述的充电电路。
优选地，所述充电盒还包括容纳所述待充电设备的腔体，所述充电电路设置于所述腔体内。
为实现上述目的，本实用新型还提出一种充电系统，所述充电系统包括耳机电路及如上所述的充电盒；所述耳机电路包括用于与所述第一触点连接的第二触点、第二接收电路、第二发射电路及电源电路；所述第二接收电路、所述第二发射电路及所述电源电路均与所述第二触点连接。
本实用新型技术方案中通过设置第一发射电路、第一接收电路、负载开关电路、电流侦测电路及用于与待充电设备连接的第一触点，形成了一种充电电路。所述电流侦测电路经所述负载开关电路将充电电源输出至第一触点，以供所述待充电设备进行充电；第一发射电路输出电平信号至所述第一触点，以输出至所述待充电设备；当第一触点接收到所述待充电设备的电平信号为第一电平时，第一接收电路接收该第一电平信号；当第一触点接收到待充电设备的电平信号为第二电平时，电流侦测电路输出使能信号至所述负载开关电路，以使所述负载开关电路根据使能信号停止输出充电电源，第一接收电路接收该第二电平信号。本实用新型技术方案能够利用充电电路同时给待充电设备进行充电和进行信号传输，只需要第一触点和用于接地的接地触点，共2个触点就能实现，从而降低了硬件成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型充电电路第一实施例的功能模块图；
图2为本实用新型充电电路第二实施例的功能模块图
图3为本实用新型充电系统第一实施例的功能模块图；
图4为本实用新型充电系统第二实施例的功能模块图；
图5为本实用新型充电系统一实施例的电路结构示意图；
图6为图1中电流侦测电路另一实施例的电路结构图。
附图标号说明：
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种充电电路。本实施例中，该充电电路应用于TWS耳机的充电盒中。
参照图1，该充电电路包括第一发射电路100、第一接收电路200、负载开关电路300、电流侦测电路400及用于与待充电设备连接的第一触点J11。
参照图2，进一步地，所述充电电路还包括直流变换器900及微处理器800，所述微处理器800与所述直流变换器900连接，所述直流变换器900与所述电流侦测电路400连接；所述微处理器800还与所述第一发射电路100及所述第一接收电路200分别连接。所述第一发射电路100及所述第一接收电路200还分别与所述第一触点J11连接，所述电流侦测电路400还与所述负载开关电路300连接，所述负载开关电路300还与所述第一触点J11连接。所述微处理器800，用于输出开启信号；所述直流变换器900，用于在接收到所述开启信号时，输出充电电源至所述电流侦测电路400。
所述电流侦测电路400，用于经所述负载开关电路300将充电电源输出至第一触点J11，以供所述待充电设备进行充电；
值得说明的是，该充电电源由直流变换器900提供，直流变换器900将输入的电源进行电压变换，得到预设的电压的充电电源。负载开关电路300的作用在于，通过控制负载开关电路300的开启或关闭，使得对待充电设备进行充电或者不充电。
所述第一发射电路100，用于输出电平信号至所述第一触点J11，以输出至所述待充电设备；
在一实施例中，微处理器800输出电平信号至第一发射电路100，再由第一发射电路100输出至第一触点J11，在输出至待充电设备。从而完成在充电状态下，充电电路向待充电设备的数据发送。
当所述第一触点J11接收到所述待充电设备的电平信号为第一电平时，所述第一接收电路200接收该第一电平信号；当第一触点J11接收到所述待充电设备的电平信号为第二电平时，所述电流侦测电路400输出使能信号至所述负载开关电路300，以使所述负载开关电路300根据使能信号停止输出充电电源，第一接收电路200接收该第二电平信号。
在一实施例中，第一电平信号为高电平信号，第二电平信号为低电平信号。
在第二电平信号为低电平信号时，电流侦测电路400经所述负载开关电路300与地接通，此时电流侦测电路400中的流过的电流增大，当电流增大到设定的阈值时，所述电流侦测电路400输出使能信号至所述负载开关电路300，以使所述负载开关电路300根据使能信号停止输出充电电源，第一接收电路200接收该第二电平信号。
本实用新型技术方案能够利用充电电路同时给待充电设备进行充电和进行信号传输，只需要第一触点J11和用于接地的接地触点，共2个触点就能实现，从而降低了硬件成本。
参照图5，接地触点包括J12和J22，J11和J12为充电电路侧的触点。J21和J22为耳机侧的触点。
请继续参照图5，在第一实施例中，所述电流侦测电路400包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1及功率电阻Rw；其中
所述第一三极管Q1的发射极接收充电电源Vpower，所述第一三极管Q1的集电极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端接地，所述第一三极管Q1的基极与所述负载开关电路300连接；所述第二三极管Q2的基极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第二三极管Q2的发射极与直流电源连接，所述第二三极管Q2的集电极与所述负载开关电路300连接。
本实施例中，功率电阻Rw随着流过电流的增加，功率电阻Rw上的分压随之增大，当增大到设定的阈值时，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，负载开关电路300断开，此时第一接收电路200接收到低电平信号。需要说明的是，电流侦测电路400主要作用在于，在充电电路接收待充电设备发送的低电平信号时，将充电电源Vpower断开，暂停对待充电设备的充电，使得充电电路接收低电平信号，这是关键所在。
因为功率电阻Rw导致电路中损耗较大，为进一步的降低充电电路的功耗、提高充电电路的性能，提出电流侦测电路400的第二实施例。
参照图6，在第二实施例中，所述电流侦测电路400包括电流检测器、比较器及采样电路；其中
所述采样电路，用于采集充电电源Vpower通路的目标电流；
所述电流检测器，用于将所述目标电流转换为对应的目标电压；
所述比较器，用于将所述目标电压与预设电压阈值进行比较，当所述目标电压大于预设电压阈值时，输出使能信号至所述负载开关电路300，使得负载开关电路300停止输出充电电源Vpower，第一接收电路200接收该第二电平信号。
在一实施例中，电流检测器采用电流检测芯片实现，该芯片内部集成有运放、开关管及电流镜等，共同实现将采样目标电流转换为目标电压。该芯片包括有第一采样端RS+、第二采样端RS-、输出端VOUT。而比较器则包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15及第十六电阻R16，其中第十三电阻R13及第十四电阻R14用于提供预设电压阈值。
本实施例中，采样电路包括有一个采样电阻Rs，当然采样电路也可以通过多个电阻串联或者并联来实现，再次不做限制。电流检测器采用电流检测芯片。电流检测器输出的目标电压与在采样电阻上通过的电流成正比。当输出的目标电压大于比较器提供的预设电压阈值时，比较器输出使能信号至所述负载开关电路300，使得负载开关电路300停止输出充电电源Vpower，第一接收电路200接收该第二电平信号。
本实施例中通过设置电流检测器、比较器及采样电路，形成了一种电流侦测电路400，该电流侦测电路400的功耗较低，提高了充电电路的能源利用率。
具体地，所述第一发射电路100包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三三极管Q3及第四三极管Q4；其中
所述第二电阻R2的第一端与直流电源连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第三电阻R3的第一端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第三三极管Q3的基极连接；所述第三电阻R3的第二端还接收所述电平信号；所述第三三极管Q3的发射极与直流电源连接，所述第四电阻R4的第一端与所述第三三极管Q3的集电极连接，所述第四电阻R4的第二端接地，所述第四三极管Q4的集电极与直流电源连接，进一步地，第四三极管Q4的集电极与直流电源之间还设置第十三电阻R13。所述第四三极管Q4的发射极接地；所述第五电阻R5的第一端与所述第四电阻R4的第一端连接，所述第五电阻R5的第二端与所述第四三极管Q4的基极连接，所述第五电阻R5的第一端还与所述电流侦测电路400连接。本实施例中，直流电源采用1.8V直流电压。
需要说明的是，当需要发送的信号为高电平时，第三三极管Q3截止，第四三极管Q4截止，此时第一触点J11处为高电平，待充电设备接收到高电平信号。当需要发送的信号为低电平时，第三三极管Q3导通，第四三极管Q4导通，此时第一触点J11处为低电平，待充电设备接收到低电平信号。
本实施例中，第三三极管Q3及第四三极管Q4均为PNP三极管，也可以同时采用两个NPN三极管实现。
本实施例中，负载开关电路采用开关芯片U1实现，该开关芯片U1包括接地端GND、使能端ON、输入端VIN及输出端VOUT
具体地，所述第一接收电路200包括第六电阻R6及第一二极管D1；其中
所述第六电阻R6的与直流电源连接，所述第六电阻R6的第二端与所述第一二极管D1的阳极连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一触点J11连接；所述第一二极管D1的阳极还输出电平信号。
需要说明的是，在一实施例中，直流电源的采用1.8V的直流电源，第六电阻R6为上拉电阻。该第一接收电路200结构简单可靠，使得整体上硬件成本较低。
为实现上述目的，本实用新型还提出一种充电盒，所述充电盒包如上所述的充电电路。
具体地，所述充电盒还包括容纳所述待充电设备的腔体，所述充电电路设置于所述腔体内。
需要说明的是，本实施例中，该待充电设备为TWS耳机，当然该待充电设备还可以为其他便携式电子产品，例如运动手环、智能手表等等，在此不做限制。
参照图3及图4，为实现上述目的，本实用新型还一种充电系统，所述充电系统包括耳机电路及如上所述的充电盒；所述耳机电路包括用于与所述第一触点J11连接的第二触点J21、第二接收电路600、第二发射电路500及电源电路700；所述第二接收电路600、所述第二发射电路500及所述电源电路700均与所述第二触点J21连接。
进一步地，所述耳机电路还包括蓝牙电路1000，所述蓝牙电路1000与所述第二接收电路600及所述第二发射电路500分别连接。
蓝牙电路1000包括有蓝牙芯片，以实现耳机之间的无线通信及耳机与移动终端之间的通信。当耳机电路进行充电时，耳机电路还可以与充电电路进行数据交互。
具体地，所述电源电路700包括第二二极管D2，所述第二二极管D2的阳极与所述第二触点J21连接，所述第二二极管D2的阴极与所述蓝牙电路1000连接。
其中电源电路7000包括第三二极管，用于防止电压倒灌。电源电路与耳机端的电池连接。
本实用新型技术方案中，充电盒和TWS耳机之间采用2PIN方案即可以实现充电也可以完成通讯功能，且通讯设备之间不分主从设备，即减小了1个通讯PIN节约了耳机的空间，又进一步的降低了成本，降低了产品开发难度，提高了产品的的可靠性。
综上，请继续参照图5，当该待充电设备为TWS耳机时，结合图3对本实用新型技术方案做进一步阐述：
其工作原理及过程如下：
在默认状态下，当检测到TWS耳机放入充电盒(入盒检测部分此处不做描述)内，Vpower有电压输出，此时在Rw上的压降很小达不到Q1的导通电压，以至于Q1截止，Q2基极处电压被R1拉低(同步的，Q3的基极被R2拉高，Q3截止，Q2基极处电压同时被R4拉低)，Q2导通，从而使U1的使能端被拉高而使U1导通，从而使Pogo Pin(J11 J21)上维持高电平，给待充电设备提供充电电源Vpower。
充电状态下充电盒与耳机发送数据过程:
在充电状态下即有Vpower输出时：当充电盒端发送高电平时，Q3截止，Q4截止，Pogo Pin(J11 J21)电平为高电平Vpower，肖特基二极管D2防止电压倒灌,由于R7上拉1.8V，从而使接收端Rx2维持高电平1.8V。当充电盒端发送低电平时，Q3导通，Q4导通(同步的Q2截止，U1关闭)，从而使Pogo Pin(J11 J21)通过Q4导通而变为低电平，由于耳机端D2为肖特基二极管，导通压降较低，从而使耳机接收端Rx2被拉低，从而完成充电盒端到耳机端数据的传输。
充电状态下耳机与充电盒发送数据过程:
在充电状态下即有Vpower输出时：当耳机端发送高电平时，Q6截止，Q5截止，PogoPin(J11 J21)电平为高电平Vpower，肖特基二极管D1防止倒灌，由于R6上拉从而使接收端Rx1网络电平为高电平(1.8V)；当耳机端发送低电平时，Q6导通，Q5导通，此时Pogo Pin(J11J21)电平通过Q5被拉低，由于该充电盒端采样电阻Rw为功率电阻Rw，从而使充电盒端Rw上的电流升高，当该电流上升到一定值后从而使Rw两端的压降增大，从而使Q01导通，然后Q2截止，U1关闭；充电盒Rx1部分D1为肖特基二极管，导通压降较低，从而使充电盒接收端Rx1被拉低；从而完成了耳机端到充电盒端的数据传输。
非充电状态下充电盒与耳机发送数据过程：
当耳机充满电状态后，为节约功耗，通过前端的直流变换器900(Buck-Boost)控制关闭Vpower，
此时耳机处于非充电状态，即无Vpower输出，其发送高电平的过程与在充电状态发送高电平的过程类似，区别在于Pogo Pin(J11 J21)电平为高电平1.8V。发送低电平的过程完全相同。
非充电状态下耳机与充电盒发送数据过程：
非充电状态下，耳机端发送高电平信号的过程与在充电状态发送高电平的过程类似，区别在于Pogo Pin(J11 J21)电平为高电平1.8V。发送低电平的过程与在充电状态下的工作机制完全不同，由于处于非充电状态，当耳机端Tx1发送低电平时，Q6导通，Q5导通，此时Pogo Pin(J11 J21)电平通过Q5被拉低，此时由于无Vpower输出，电流侦测电路400不工作。低电平通过充电盒端的第一接收电路200中肖特基二极管D1，从而使充电盒接收端RX1接收到低电平。通过以上方法从而实现了充电盒与耳机端通过2pin Pogo Pin即可以充电又完成了互相通讯，且不分主从设备。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
