CN103107591B - 一种便携数码设备的供电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携数码设备的供电装置，该装置包括USB供电端口，所述USB供电端口具有一个供电引脚VBUS，该装置还包括检测电路和稳压电路；所述检测电路的输入端连接所述供电引脚VBUS，用于比较所述供电引脚VBUS的电压值与预设电压值的大小，并输出比较结果；所述稳压电路的输入端连接所述检测电路的输出端和所述供电引脚VBUS，用于根据所述检测电路的输出结果调整所述供电引脚VBUS的电压值后输出向便携数码设备供电。本发明还提供了一种对便携数码设备供电的方法。本发明方案可以实现用稳定的电压对便携数码设备供电。

Description

一种便携数码设备的供电装置及方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种便携数码设备的供电装置及方法。

背景技术

在通常的便携数码设备供电方式里，往往直接利用通用串行总线(USB)或者适配器(adapter)对便携数码设备供电。USB接口有四根线，分别是VBUS,D－,D+,GND。其中VBUS线是主机(HOST/HUB)向USB设备供电的电源线，GND为地线，D-和D+为数据线。HOST/HUB每个端口通过VBUS提供的电流最大为500mA，电压范围是4.4V－5.5V。一旦系统耗电的波动过大，极易引起供电源端极大的电压波动，而这样的波动也可能使得系统因为供电不稳而产生一些异常状况，因此考虑到利用一些电路对这些供电源进行二次转化、稳定供电的电压(或升压、或降压等等处理)，保证系统供电的稳定性。

在常规的USB线材供电方式下，直接从USB座子的VBUS(或者有的电路增加一个控制开关)给系统供电。图1所示为现有技术的一种USB供电装置示意图。该USB供电装置100包括：

USB供电端口101，用于连接HOST/HUB的USB接口中的VBUS线；

开关控制电路102，用于对供电线路提供开关控制；

系统供电模块103，用于输出直流5伏的供电电压(DC5V)。

这种供电方式下，一旦系统耗电加大、或者USB线材的阻抗过大，那么势必导致VBUS压降过大，从而可能引起供电不足。这样可能导致如下后果：

1、在便携数码设备的电池电量很满的时候，便携数码设备插上USB线工作的时候，由于DC5V反复被大电流拉的太低，导致便携数码设备的供电是处于电池供电端口(VBAT)和USB供电端口这两者间切换，不利于系统的稳定性。

2、便携数码设备工作的时候，由于DC5V太低，很有可能不能通过USB对电池充满电。

另一方面，采用适配器连接市电的方式对便携数码设备供电时，适配器的输出电压有可能高于DC5V，这种情况下有可能对便携数码设备的内部电路造成不良影响，严重时甚至可能导致元件烧毁。

综上所述，现有技术中对便携数码设备的供电电压常常偏低或者偏高。

发明内容

本发明提供了一种对便携数码设备供电的装置及方法，可以确保USB供电电压的稳定性。

本发明实施例提供一种便携数码设备的供电装置，该装置包括USB供电端口，所述USB供电端口具有一个供电引脚VBUS，该装置还包括检测电路和稳压电路；

所述检测电路的输入端连接所述供电引脚VBUS，用于比较所述供电引脚VBUS的电压值与预设电压值的大小，并输出比较结果；

所述稳压电路的输入端连接所述检测电路的输出端和所述供电引脚VBUS，用于根据所述检测电路的输出结果调整所述供电引脚VBUS的电压值后输出向便携数码设备供电。

较佳地，该装置进一步包括：系统供电模块、第一开关控制电路和第二开关控制电路；

USB供电端口用于分别向第一开关控制电路和检测电路输出VBUS电压；

检测电路的输入端连接USB供电端口，输出端连接稳压电路，用于对USB供电端口输入的VBUS电压进行检测，当VBUS电压低于预先设置的第一门限值或者高于预先设置的第二门限值，则使能稳压电路；当VBUS电压高于第一门限值且低于第二门限值，则去使能稳压电路；所述第二门限值大于第一门限值；

第一开关控制电路的输入端连接USB供电端口输出的VBUS电压，输出端连接系统供电模块的输入端，当稳压电路使能时保持断开状态，稳压电路去使能时则保持导通状态；

稳压电路用于在使能状态时，将输入端接收的VBUS电压变换为预设电压值，包括：当VBUS的电压值小于所述第一门限值，将VBUS的电压值升压至所述预设电压值；当VBUS的电压值大于第二门限值，将VBUS的电压值降压至所述预设电压值；

第二开关控制电路的输入端连接稳压电路的输出端，输出端连接系统供电模块的输入端，当稳压电路使能时保持导通状态，稳压电路去使能时则保持断开状态；

系统供电模块用于对便携数码设备进行供电。

较佳地，所述第一门限值为USB供电端口到系统供电模块的压降与充电截止电压之和。

较佳地，该装置进一步包括第一开关控制电路、适配器供电端口、第二开关控制电路、隔离器件和系统供电模块；

USB供电端口用于连接USB供电线路，适配器供电端口用于连接电源适配器；

第一开关控制电路和第二开关控制电路分别连接USB供电端口和适配器供电端口，当USB供电端口连接USB供电线路且适配器供电端口连接电源适配器时，第一开关控制电路断开，第二开关控制电路导通；

检测电路对第一开关控制电路和第二开关控制电路的供电输出交汇点处的电压进行检测，如果检测到的电压大于第一门限值且小于第二门限值，则隔离器件导通，变压电路去使能，直接通过隔离器件给系统供电模块供电；如果检测到的电压低于第一门限值或高于第二门限值，则使能稳压电路并关闭隔离器件；

稳压电路用于在使能状态时，将输入端接收的VBUS电压变换为预设电压值，包括：当VBUS的电压值小于所述第一门限值，将VBUS的电压值升压至所述预设电压值；当VBUS的电压值大于第二门限值，将VBUS的电压值降压至所述预设电压值；

系统供电模块用于对便携数码设备进行供电。

较佳地，所述检测电路包括4组彼此并联于接地点与VBUS输入电压之间的支路以及第一开关二极管D1；

第一支路为第三电阻R3和第四电阻R4串联组成的分压电路；

第二支路包含依次串联的第二电阻R2、第一电阻R1和三端精密可调稳压器；所述三端精密可调稳压器的负极连接第一电阻R1，正极接地，检测端连接第一支路的第三电阻R3和第四电阻R4之间的等电位联结点；

第三支路包含依次串联的第一三极管Q1、第六电阻R6、第五电阻R5；所述第一三极管Q1为pnp型三极管，其发射极连接VBUS输入电压，集电极连接第六电阻R6，基极连接第二支路的第二电阻R2和第一电阻R1之间的等电位联结点；

第四支路包含依次串联的第七电阻R7和第二三极管Q2；所述第二三极管Q2为npn型三极管，其发射极接地，集电极连接第七电阻R7，基极连接第三支路的第六电阻R6和第五电阻R5之间的等电位联结点；

第一开关二极管D1的正极连接所述第二三极管Q2集电极的等电位联结点，负极连接稳压电路的使能引脚。

本发明实施例还提供一种便携数码设备的供电方法，包括如下步骤：

检测外部输入的供电电压；

判断所述外部供电电压的电压值是否低于第一门限值或高于第二门限值，若是，使能稳压电路，将外部供电电压转换为标准供电电压对便携数码设备供电；否则，去使能稳压电路，使用外部供电电压对便携数码设备供电。

较佳地，所述外部供电输入的电压为USB供电时VBUS引脚输入的电压或适配器供电时输入的电压。

从以上技术方案可以看出，通过在对便携数码设备供电装置中增加一个稳压电路，当外部供电电压低于使系统正常工作的门限值的时候，立刻启动稳压电路，对外部供电电压进行抬升；当外部供电电压高于使系统正常工作的门限值时则启动稳压电路压低对外部供电电压，保证便携数码设备稳定工作。

附图说明

图1为现有技术中的USB供电装置内部结构示意图；

图2为本发明提出的便携数码设备供电装置内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种便携数码设备供电装置示意图；

图4为检测电路204的一种示例性的详细电路图；

图5为本发明另一实施例提供的便携数码设备供电装置示意图。

具体实施方式

本发明提出的便携数码设备供电装置如图2所示，是在现有的对便携数码设备供电装置中增加一个检测电路202和一个稳压电路203(或者利用已有的稳压电路进行改造)。所述检测电路202的输入端连接USB供电端口的供电引脚VBUS，用于比较所述供电引脚VBUS的电压值与预设电压值的大小；所述稳压电路203的输入端连接所述检测电路的输出端和USB供电端口201的供电引脚VBUS，用于根据所述检测电路的输出结果调整所述供电引脚VBUS的电压值后输出向便携数码设备供电。

以下不做特殊说明，所述系统均为便携数码设备。本文中，便携数码设备包括但不限于移动终端、mp3/mp4播放器、上网本、平板电脑、数码相机。所述外部供电电压包括但不限于USB供电的VBUS电压以及电源适配器的输出电压。

为使本发明技术方案的技术原理、特点以及技术效果更加清楚，以下通过具体实施例对本发明方案进行进一步详细阐述。

图3为本发明实施例提供的一种对便携数码设备供电的装置示意图。该USB供电装置包括USB供电端口301、第一开关控制电路302、系统供电模块303、检测电路304、稳压电路305和第二开关控制电路306。相对于图1所示的USB供电装置100，主要是增加了检测电路304、稳压电路305和第二开关控制电路306。

检测电路304用于对USB供电端口301输入的VBUS电压进行检测，当VBUS电压低于预先设置的第一门限值或者高于预先设置的第二门限值，则使能稳压电路305；当VBUS电压高于第一门限值且低于第二门限值，则去使能稳压电路305；所述第二门限值大于第一门限值；

稳压电路305用于在使能状态时，将输入端接收的VBUS电压变换到预设电压值(5V)，包括：当VBUS的电压值小于所述第一门限值，将VBUS的电压值升压至所述预设电压值；当VBUS的电压值大于第二门限值，将VBUS的电压值降压至所述预设电压值；并将变换后的电压通过输出端输出到第二开关控制电路306。

第二开关控制电路306的输入端连接稳压电路305的输出端，输出端连接系统供电模块303的输入端，当稳压电路305使能时保持导通状态，稳压电路305去使能时则保持断开状态。

第一开关电路302的输入端连接USB供电端口301输出的VBUS电压，输出端连接系统供电模块303的输入端，当稳压电路305使能时保持断开状态，稳压电路305去使能时则保持导通状态。

可见，USB供电装置300包括两组供电支路，当VBUS电压低于第一门限或高于第二门限时，通过支路B实现供电，并且将电压变换到标准电压；当VBUS电压高于第一门限且低于第二门限时，则通过支路A实现供电。其中，第一门限为USB供电端口到系统供电模块的压降与充电截止电压之和。第一门限的典型值可以取为4.5V。

图4所示为检测电路304的一种示例性的详细电路图。其中，R1-R7均为电阻，401处用于外接USB供电端口201输出的VBUS电压，403处接地。图示402指示的开关二极管D1的负极接稳压电路305的使能引脚。图示404指示的U1为三端精密可调稳压器，图示405指示的Q1为第一三极管，图示406指示的Q2为第二三极管。

从图4可以看出，所述检测电路304包括4组彼此并联于接地点与VBUS输入电压之间的支路以及第一开关二极管D1；

第一支路为第三电阻R3和第四电阻R4串联组成的分压电路；

第二支路包含依次串联的第二电阻R2、第一电阻R1和三端精密可调稳压器U1404；所述三端精密可调稳压器U1404的负极连接第一电阻R1，正极接地，检测端连接第一支路的第三电阻R3和第四电阻R4之间的等电位联结点；

第三支路包含依次串联的第一三极管Q1405、第六电阻R6、第五电阻R5；所述第一三极管Q1405为pnp型三极管，其发射极连接VBUS输入电压，集电极连接第六电阻R6，基极连接第二支路的第二电阻R2和第一电阻R1之间的等电位联结点；

第四支路包含依次串联的第七电阻R7和第二三极管Q2406；所述第二三极管Q2406为npn型三极管，其发射极接地，集电极连接第七电阻R7，基极连接第三支路的第六电阻R6和第五电阻R5之间的等电位联结点；

第一开关二极管D1的正极连接所述第二三极管Q2集电极的等电位端点，负极连接稳压电路的使能引脚。

三端精密可调稳压器U1404，用于对401处输入的VBUS电压值进行检测，当VBUS电压低于4.5V时，通过R3、R4在U1404的检测端分压小于2.5V，那么U1404的两端就不导通，那么第一三极管Q1405就不导通，因此第二三极管Q2406也停止工作，所以在开关二极管D1402的负极就会产生一个高的驱动电压，提供一个使能信号，使能稳压电路；反之则为低电平，不使能稳压电路。

图4所示的检测电路304仅为示例，并不用以对检测电路304的内部构造做出限定。应当将检测电路304理解为满足其功能描述的任何构造的检测电路。

便携数码设备一般除了使用USB供电外，还常常使用交流(220V/110V)的电源适配器供电。在使用电源适配器供电的时候，由于便携数码设备耗电的反复变化会导致电源适配器的输出供电电压波动太大，也会影响便携数码设备的正常使用。可以利用本发明思想，先把电源适配器的电压稳定在一个特定值，然后再对便携数码设备供电，以维护系统供电的稳定性。

图5示出了本发明另一实施例提供的便携数码设备供电装置示意图，该供电装置500具有USB供电升压以及电源适配器供电稳压的功能。供电装置500包括USB供电端口501、第一开关控制电路502、隔离器件503、适配器供电端口504、第二开关控制电路505、检测电路506、稳压电路507以及系统供电模块508。

该电路的原理是：如果系统中采用USB供电或者是适配器供电，或者两者兼有，一旦检测到给系统供电之前的供电电压低于正常工作门限时，那么就通过检测电路506使能稳压电路507，给系统供电模块508供电。

具体地，USB供电端口501用于连接USB供电线路，适配器供电端口504用于连接电源适配器。第一开关控制电路502和第二开关控制电路505分别连接USB供电端口501和适配器供电端口504，其作用是防止同时连接USB供电以及适配器供电时互相干扰。具体情况如下：

当仅USB供电端口501连接USB供电线路时，第一开关控制电路502导通，第二开关控制电路505断开；当仅适配器供电端口504连接电源适配器时，第一开关控制电路502断开，第二开关控制电路505导通；当USB供电端口501连接USB供电线路且适配器供电端口504连接电源适配器时，第一开关控制电路502断开，第二开关控制电路505导通，保证优先由电源适配器供电。

第一开关控制电路502和第二开关控制电路505的供电输出端在510处交汇。检测电路506对交汇点510处的电压进行检测，如果检测到的电压合适(大于第一门限值且小于第二门限值，其中第一门限值小于第二门限值)，那么隔离器件503导通，稳压电路507去使能，直接通过隔离器件503给系统供电模块508供电；一旦检测到的电压不合适(低于第一门限值或高于第二门限值)，那么就使能稳压电路507并关闭隔离器件503，稳压电路507将电压转换为标准供电电压提供给系统供电模块508。

现有技术中已有多种类型的适用于便携数码设备的成熟稳压电路。本发明实施例中所涉及的稳压电路可以是任一种上述稳压电路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种便携数码设备的供电装置，该装置包括USB供电端口，所述USB供电端口具有一个供电引脚VBUS，其特征在于，该装置还包括检测电路、稳压电路、系统供电模块、第一开关控制电路和第二开关控制电路；

USB供电端口用于分别向第一开关控制电路和检测电路输出VBUS电压；

检测电路的输入端连接USB供电端口，输出端连接稳压电路，用于对USB供电端口输入的VBUS电压进行检测，当VBUS电压低于预先设置的第一门限值或者高于预先设置的第二门限值，则使能稳压电路；当VBUS电压高于第一门限值且低于第二门限值，则去使能稳压电路；所述第二门限值大于第一门限值；

第一开关控制电路的输入端连接USB供电端口输出的VBUS电压，输出端连接系统供电模块的输入端，当稳压电路使能时保持断开状态，稳压电路去使能时则保持导通状态；

稳压电路用于在使能状态时，将输入端接收的VBUS电压变换为预设电压值，包括：当VBUS的电压值小于所述第一门限值，将VBUS的电压值升压至所述预设电压值；当VBUS的电压值大于第二门限值，将VBUS的电压值降压至所述预设电压值；

第二开关控制电路的输入端连接稳压电路的输出端，输出端连接系统供电模块的输入端，当稳压电路使能时保持导通状态，稳压电路去使能时则保持断开状态；

系统供电模块用于对便携数码设备进行供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一门限值为USB供电端口到系统供电模块的压降与充电截止电压之和。

3.一种便携数码设备的供电装置，该装置包括USB供电端口，所述USB供电端口具有一个供电引脚VBUS，其特征在于，该装置还包括检测电路、稳压电路、第一开关控制电路、适配器供电端口、第二开关控制电路、隔离器件和系统供电模块；

USB供电端口用于连接USB供电线路，适配器供电端口用于连接电源适配器；

第一开关控制电路和第二开关控制电路分别连接USB供电端口和适配器供电端口，当USB供电端口连接USB供电线路且适配器供电端口连接电源适配器时，第一开关控制电路断开，第二开关控制电路导通；

检测电路对第一开关控制电路和第二开关控制电路的供电输出交汇点处的电压进行检测，如果检测到的电压大于第一门限值且小于第二门限值，则隔离器件导通，稳压电路去使能，直接通过隔离器件给系统供电模块供电；如果检测到的电压低于第一门限值或高于第二门限值，则使能稳压电路并关闭隔离器件；

稳压电路用于在使能状态时，将输入端接收的VBUS电压变换为预设电压值，包括：当VBUS的电压值小于所述第一门限值，将VBUS的电压值升压至所述预设电压值；当VBUS的电压值大于第二门限值，将VBUS的电压值降压至所述预设电压值；

系统供电模块用于对便携数码设备进行供电。

4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述检测电路包括4组彼此并联于接地点与VBUS输入电压之间的支路以及第一开关二极管D1；

第一支路为第三电阻R3和第四电阻R4串联组成的分压电路；

第二支路包含依次串联的第二电阻R2、第一电阻R1和三端精密可调稳压器；所述三端精密可调稳压器的负极连接第一电阻R1，正极接地，检测端连接第一支路的第三电阻R3和第四电阻R4之间的等电位联结点；

第三支路包含依次串联的第一三极管Q1、第六电阻R6、第五电阻R5；所述第一三极管Q1为pnp型三极管，其发射极连接VBUS输入电压，集电极连接第六电阻R6，基极连接第二支路的第二电阻R2和第一电阻R1之间的等电位联结点；

第四支路包含依次串联的第七电阻R7和第二三极管Q2；所述第二三极管Q2为npn型三极管，其发射极接地，集电极连接第七电阻R7，基极连接第三支路的第六电阻R6和第五电阻R5之间的等电位联结点；

第一开关二极管D1的正极连接所述第二三极管Q2集电极的等电位联结点，负极连接稳压电路的使能引脚。

5.一种便携数码设备的供电方法，其特征在于，该方法由权利要求3所述装置实现，包括如下步骤：

检测外部输入的供电电压；

判断所述外部供电电压的电压值是否低于第一门限值或高于第二门限值，若是，使能稳压电路，将外部供电电压转换为标准供电电压对便携数码设备供电；否则，去使能稳压电路，使用外部供电电压对便携数码设备供电。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述外部供电输入的电压为USB供电时VBUS引脚输入的电压或适配器供电时输入的电压。