CN102570518A - 电源管理模组及使用该电源管理模组的电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源管理模组包括具使能引脚与输出引脚的稳压器与保护模块，USB模块连接输出引脚，保护模块包括第一场管、第二场管、第一三极管与第二三极管；电子装置为Host，使能引脚低电位，稳压器关闭；电子装置为Slave，使能引脚高电位，输出引脚输出电压；第一场管的漏极连接输出引脚、源极连接第二场管的漏极、栅极连接第一三极管的集电极、二极管的阳极连接漏极，阴极连接源极；第二场管的源极连接USB、栅极连接第一三极管的集电极、二极管的阳极连接漏极、阴极连接源极；第一三极管的基极连接输出引脚与第一场管的漏极，发射极连接第二三极管的集电极；第二三极管的基极连接输出引脚。本发明还提供一种使用电源管理模组的电子装置。

Description

电源管理模组及使用该电源管理模组的电子装置
技术领域
本发明涉及一种电源管理模组，尤其涉及一种用于正在进行中(On TheGo，OTG)技术的电源管理模组及使用该电源管理模组的电子装置。
背景技术
USB技术的发展使得个人电脑和周边设备能够通过简单的方式、适度的制造成本将各种数据传输速度的设备连接在一起，手机、数码相机、打印机、扫描仪等多种设备都可以通过USB总线，作为个人电脑的周边，在个人电脑的控制下进行数据交换。此种交换模式下，个人电脑为主设备(Host)，连接到Host的为从设备(Slave)，由Host向Slave的USB功能模块供电，以建立Host与Slave之间的通讯。但在缺少个人电脑时，各设备间一般无法利用USB口进行操作，因为没有从设备能够与个人电脑一样充当Host。正在进行中(On The Go，OTG)技术就是为解决上述问题而发展起来的，OTG技术可在没有个人电脑时实现设备与设备之间的数据传输(例如可以直接将数码相机与打印机连接并打印照片)，从而拓展了USB技术的应用范围。然而，现有的USB接口电路中通常都具有过电压保护(Over Voltage Protect，OVP)芯片保护电路，防止由于电压或电流过高而损坏电子装置。该种OVP芯片一般是单向导电的，仅允许电流流入USB接口而不允许电流从USB接口流出，因此该OVP芯片将阻碍使用USB电路的电子装置相互传输数据，难以与OTG技术兼容。而若去掉上述OVP芯片，则无法实现过电压或过电流保护功能，缺乏保护功能的电子装置也无法通过现有的检测标准。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种具有过电压保护功能且支持OTG双向传输的电源管理模组。
还有必要提供一种具有上述电源管理模组的电子装置。
一种电源管理模组，用以对具有USB正在进行中(On The Go，OTG)功能的电子装置的USB模块供电，该电源管理模组包括稳压器与保护模块，稳压器包括使能引脚与输出引脚，USB模块连接至输出引脚，该保护模块包括第一场管、第二场管、第一三极管与第二三极管；当该电子装置为主设备时，使能引脚置低电位，稳压器关闭；当电子装置为从设备时，使能引脚置高电位，稳压器开启，输出引脚输出电压；所述第一场管的漏极(D)连接至稳压器的输出引脚，源极(S)连接至第二场管的D，栅极(G)连接至第一三极管的集电极，二极管的阳极连接至D，阴极连接至S；第二场管的S连接至USB的VBUS引脚，以通过VBUS连接至另一电子装置，G连接至第一三极管的集电极，二极管的阳极连接至D，阴极连接至S；第一三极管的基极连接至稳压器的输出引脚与第一场管的D之间，发射极连接至第二三极管的集电极；第二三极管的基极连接至稳压器的输出引脚。
一种电子装置，该电子装置具有USB正在进行中(On The Go，OTG)传输功能，该电子装置包括电源管理模组以及连接至该电源管理模组的USB模块、CPU、USB接口，USB接口用以建立该电子装置与其他电子装置的连接，该电源管理模组包括稳压器与保护模块，稳压器包括连接至CPU的使能引脚与输出引脚，USB模块连接至输出引脚，保护模块包括第一场管、第二场管、第一三极管与第二三极管；当该电子装置为主设备时，CPU控制使能引脚置低电位，稳压器关闭；当电子装置为从设备时，CPU控制使能引脚置高电位，稳压器开启，输出引脚向USB模块以及保护模块输出电压；所述第一场管包括漏极、源极、栅极与二极管，漏极连接至稳压器的输出引脚，源极连接至第二场管的漏极，栅极连接至第一三极管的集电极，二极管的阳极连接至第一场管的漏极，阴极连接至第一场管的源极；第二场管的源极连接至USB接口，以通过USB接口连接至另一电子装置，栅极连接至第一三极管的集电极，二极管的阳极连接至第二场管的漏极，阴极连接至第二场管的源极；第一三极管的基极连接至稳压器的输出引脚与第一场管的漏极之间，发射极连接至第二三极管的集电极；第二三极管的基极连接至稳压器的输出引脚。
上述电源管理模组可以实现电流的双向传输以支持OTG模式，同时还可通过二极管的特性在输入电压过高时限制其产生的电流，从而起到过电压保护作用，可以代替现有的OVP芯片，从而解决现有OVP芯片与OTG技术不兼容的问题。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的电子装置的模块框图。
图2是图1所示电子装置中的电源管理模组的电路图。
主要元件符号说明
  电子装置   100
  电源管理模组   10
  稳压器   11
  使能引脚   EN
  电源引脚   VBAT
  接地引脚   PGND、GND
  输出引脚   VOUT
  保护模块   13
  第一场管   131
  第二场管   132
  漏极   D
  源极   S
  栅极   G
  二极管   D1
  第一三极管   Q1
  第二三极管   Q2
  偏置电阻   R1、R2、R3、R4、R5
  USB模块   30
  CPU   50
  电池   70
  USB接口   90
具体实施方式
请参考图1，本发明电子装置100包括电源管理模组10、通用串行总线(Universal Serial BUS，USB)模块30、CPU50、电池70及USB接口90。所述USB模块30、CPU50、电池70及USB接口90均电连接至电源管理模组10。所述电源管理模组10支持OTG技术，可用以向通过USB接口90连接至该电子装置100的另一电子装置的USB模块(图未示)供电，或者接收另一电子装置提供的电能而对该电子装置100的USB模块30供电。USB模块30用以实现该电子装置100与其他装置的数据交换。电池70用以对该电子装置100供电。USB接口90用以建立电子装置100与其他电子装置的连接。
该电源管理模组10包括稳压器11与电连接至稳压器11的保护模块13，该电子装置100的USB模块30与稳压器11及保护模块13均电性连接。当电子装置100为OTG模式中的主设备(Host)时，稳压器11向该电子装置100的USB模块30及连接至该Host端的电子装置(即Slave端)的USB模块(图未示)输出一额定电压(5V)，当电子装置100为OTG模式中的从设备(即Slave端)时，保护模块13将从与该电子装置100(即Slave端)相对的Host端接入5V电源对该电子装置100的USB模块30供电。
请一并参阅图2，稳压器11连接至电子装置100的电池70，用以将电池70输出的电压转换成USB模块30所需的额定的电压(5V)。于本发明实施方式中，该电子装置100为一移动电话，电池70输出一惯用的3.7V电压，该稳压器11为一型号为tps61026的升压直流变直流芯片，用以将电池70输出的3.7V电压升压至5V，再供给USB模块30与保护模块13。该稳压器11包括使能引脚EN、电源引脚VBAT、接地引脚PGND、GND以及输出引脚VOUT。使能引脚EN用以控制该稳压器11的开启或者关闭。当该使能引脚EN设置为低电位时，该稳压器11将关闭，使能引脚EN设置为高电位时，该稳压器11开启。电源引脚VBAT连接至电池70，以获取电池70的电能。输出引脚VOUT用以输出一电压。于本实施方式中，该输出引脚VOUT输出一5V电压至USB模块30与保护模块13。
保护模块13包括第一场管131、第二场管132、偏置电阻R1、R2、R3、R4、R5与第一三极管Q1及第二三极管Q2。第一场管131与第二场管132的构造相同，均为一PMOS管，均包括漏极D、源极S、栅极G以及连接于漏极D与源极S之间的二极管D1，且二极管D1的正极朝向漏极D，负极朝向源极S。当漏极D的电压高于栅极G的电压时，对应的第一场管131或者第二场管132的内部将导通(漏极D与源极S导通)。第一场管131的漏极D连接至输出引脚VOUT，源极S连接至第二场管132的漏极D，栅极G连接至第一三极管Q1的集电极。第二场管132的栅极G也连接至第一三极管Q1的集电极，源极S则连接至该移动电话的USB接口的VBUS引脚。第一三极管Q1的基极通过偏置电阻R1电连接至输出引脚VOUT，集电极连接至第一场管131的栅极G、第二场管132的栅极G并通过偏置电阻R2电连接至第一场管131的源极S与第二场管132的漏极D之间，发射极连接至第二三极管Q2的集电极。第二三极管Q2的基极通过偏置电阻R4电连接至输出引脚VOUT。第三偏置电阻R3的相对两端分别连接至第一三极管Q1的基极与发射极之间。偏置电阻R5电连接于第二三极管Q2的基极与发射极之间。
CPU50检测电子装置100为OTG模式中的Host端还是Slave端，并相应地设定稳压器11状态。当电子装置100为OTG模式中的Slave端时，此时CPU50将设置稳压器11的使能引脚EN低电平而关闭该稳压器11，输出引脚VOUT不输出电压。当电子装置100为OTG模式中的Host端时，此时CPU50将设置稳压器11的使能引脚EN高电平而开启该稳压器11，输出引脚VOUT向USB模块30及保护模块13输出5V电压。
USB接口90包括VBUS引脚与ID引脚。VBUS引脚连接至第二场管132的源极，用以实现电源的传输。ID引脚用以检测电子装置100为Host端还是Slave端。当ID引脚悬空时，电子装置100为OTG模式中的Slave端；当ID引脚低电位时，电子装置100为OTG模式中的Host端。CPU50即通过检测ID引脚的高低电位来判断该电子装置100处于OTG模式中的Slave端还是Host端。
本发明电子装置100的工作原理如下：电子装置100内的CPU50根据该电子装置100为Host端或是Slave端相应的开启或者关闭上述稳压器11，以相应控制该电源管理模组10向USB模块30以及连接至USB接口90的另一电子装置的USB模块(图未示)供电，或者控制该电源管理模组10接收连接至USB接口90的另一电子装置的电能，并供应至USB模块30。
当USB接口90连接至另一电子装置，且CPU50检测到USB接口90的ID引脚悬空时，则说明该电子装置100为Slave端，另一电子装置为Host端，CPU50将控制稳压器11的使能引脚EN低电位，以关闭该稳压器11。此时，输出引脚VOUT将不会向USB模块30供电，由于使能引脚EN低电位，第二三极管Q2不导通，因此第一三极管Q1亦不导通。USB接口90接入Host端输送的电源(5V)，并经过第二场管132的二极管D1与第一场管131的二极管D1输送至USB模块30，从而对USB模块30供电。由于二极管D1的限流特性，在USB接口90发生过电压情况时，可以限制USB接口90输入的电流，从而防止电源管理模组电子装置100因为输入的电流过大而烧坏，起到保护作用。
当USB接口90连接至另一电子装置，且CPU50检测到USB接口90的ID引脚为低电位时，则说明该电子装置100为Host端，另一设备为Slave端，CPU50将控制稳压器11的使能引脚EN达到高电位，以开启该稳压器11。该稳压器11将电池70输出的电压升压至USB模块30的额定电压(5V)，并由输出引脚VOUT输出至USB模块30以及保护模块13。此时，第二三极管Q2的基极处于高电位，并与第二三极管Q2的发射极产生一电压差(偏置电阻R5的压降)而导通。第一场管131的漏极D与栅极G存在一电压差(偏置电阻R1的压降)而使第一场管131的内部导通，电流流至第二场管的漏极D与第二偏置电阻R2。而第一三极管Q1的基极与发射极由于存在一电压差(偏置电阻R3的压降)也将导通。此时，由第一场管131的源极S输出的电流经偏置电阻R2、第一三极管Q1的集电极与发射极、第二三极管Q2的集电极与发射极，使第二场管132的漏极D与栅极G形成压差(偏置电阻R2的压降)而使该第二场管132的内部导通。如此，输出引脚VOUT输出的5V电压供给该Host端的USB模块30的同时，还通过第一场管131的漏极D与源极S、第二场管132的漏极D与源极S以及VBUS输出至连接至该Host端的Slave端，即可对Slave端的USB模块30供电。
本发明电子装置100的电源管理模组10可以实现电流的双向传输以支持OTG模式，同时还可通过二极管D1的特性在输入电压过高时限制其产生的电流大小，从而起到过电压保护作用，可以代替现有的OVP芯片，从而解决现有OVP芯片与OTG技术不兼容的问题。

Claims (7)

1.一种电源管理模组，用以接收外界电源对具有该电源管理模组的电子装置的USB模块供电，或者用以对连接至该电源模组的外界USB模块供电，该电源管理模组包括稳压器与保护模块，稳压器包括使能引脚与输出引脚，USB模块连接至输出引脚，其特征在于：该保护模块包括第一场管、第二场管、第一三极管与第二三极管；
当该电子装置为主设备时，使能引脚置低电位，稳压器关闭；当电子装置为从设备时，使能引脚置高电位，稳压器开启，输出引脚输出电压；
所述第一场管包括漏极、源极、栅极与二极管，漏极连接至稳压器的输出引脚，源极连接至第二场管的漏极，栅极连接至第一三极管的集电极，二极管的阳极连接至第一场管的漏极，阴极连接至第一场管的源极；
第二场管的源极连接至电子装置的USB接口，以通过USB接口连接至另一电子装置，栅极连接至第一三极管的集电极，二极管的阳极连接至第二场管的漏极，阴极连接至第二场管的源极；
第一三极管的基极连接至稳压器的输出引脚与第一场管的漏极之间，发射极连接至第二三极管的集电极；
第二三极管的基极连接至稳压器的输出引脚。
2.如权利要求1所述的电源管理模组，其特征在于：所述保护模块还包括电连接于第一场管的漏极与栅极之间的偏置电阻，用以使第一场管的漏极与源极导通。
3.如权利要求1所述的电源管理模组，其特征在于：所述保护模块还包括电连接于第一三极管的基极与发射极之间的偏置电阻，用以使第一三极管导通。
4.如权利要求1所述的电源管理模组，其特征在于：所述保护模块还包括电连接于第二三极管的基极与发射极之间的偏置电阻，用以使第二三极管导通。
5.如权利要求1所述的电源管理模组，其特征在于：所述保护模块还包括电连接于第二场管的漏极与栅极之间的偏置电阻，用以使第二场管的漏极与源极导通。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的电源管理模组，其特征在于：所述稳压器为一tps61026芯片。
7.一种电子装置，该电子装置具有USB正在进行中(On The Go，OTG)传输功能，该电子装置包括USB模块、CPU以及USB接口，USB接口用以建立该电子装置与其他电子装置的连接，其特征在于：该电子装置还包括电源管理模组，该电源管理模组包括稳压器与保护模块，稳压器包括连接至CPU的使能引脚与输出引脚，USB模块连接至输出引脚，保护模块包括第一场管、第二场管、第一三极管与第二三极管；当该电子装置为主设备时，CPU控制使能引脚置低电位，稳压器关闭；当电子装置为从设备时，CPU控制使能引脚置高电位，稳压器开启，输出引脚向USB模块以及保护模块输出电压；所述第一场管包括漏极、源极、栅极与二极管，漏极连接至稳压器的输出引脚，源极连接至第二场管的漏极，栅极连接至第一三极管的集电极，二极管的阳极连接至第一场管的漏极，阴极连接至第一场管的源极；第二场管的源极连接至USB接口，以通过USB接口连接至另一电子装置，栅极连接至第一三极管的集电极，二极管的阳极连接至第二场管的漏极，阴极连接至第二场管的源极；第一三极管的基极连接至稳压器的输出引脚与第一场管的漏极之间，发射极连接至第二三极管的集电极；第二三极管的基极连接至稳压器的输出引脚。
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Application publication date: 20120711