CN103633690B - 一种可充式usb辅助供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可充式USB辅助供电装置，该供电装置包括外壳部分、USB接口状态检测部分以及控制电路部分。外壳部分包括外壳、USB接口母、USB接口公、上盖板以及下盖板，USB接口状态检测部分由滑块、复位弹簧、挡块、微型行程开关、基板组成，控制电路部分包括充电电路和升压电路。本装置不需要外接电源，体积小巧，不占用桌面过多的空间，当用户的USB端口数量紧张、主机距离电源插座较远、电源插孔不足、移动设备未提供双头USB连接线时，只需要接入本辅助供电装置，即可方便使用大功率USB移动设备。

Description

一种可充式USB辅助供电装置

技术领域

本实用新型涉及供电设备领域，特别涉及一种可充式USB辅助供电装置，以保证大功率USB移动设备顺利接入普通电脑USB接口。

背景技术

根据USB接口技术规范，目前USB接口输出电压和电流是：+5V，500mA左右。当在单个USB接口上使用功率较大的设备时，例如移动硬盘，常常会发现找不到设备、设备不能正常运行、文件读取不易、只能拷贝小文件不能拷贝大文件、拷贝文件容易死机等情况，特别是对于7200转高速移动硬盘（2.5寸），启动功率往往需要5W，单个USB接口的无法满足供电需要。为了解决供电不足的问题，一般采用的是双头USB连线取电或外接电源直接给外设供电。

当使用双头USB连线取电时，如果前置或后置的一个USB接口被其他设备占用时，就无法解决供电问题。特别是前置USB接口经常被占用，而连接后置的USB接口又往往有诸多不便。

另外当使用外接电源直接给移动设备供电，如果主机摆放的位置距离电源插座较远，或电源插座的插孔数量不足时，也带来很多不便。

综上分析，提供一种可靠性好，并且结构简单、成本低廉的可充式USB辅助供电装置有着迫切的需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型克服了电脑单个USB接口无法接入大功率USB移动设备的缺点，提供了一种方便、可以充电反复使用的USB辅助供电装置，使大功率USB移动设备能够轻松接入电脑。

为达上述目的，本实用新型采取如下方案：

一种可充式USB辅助供电装置，该供电装置包括外壳部分、USB接口状态检测部分以及控制电路部分，其特征在于：

所述外壳部分包括外壳、USB接口母、USB接口公、上盖板以及下盖板，其中，USB接口公与电脑的前置USB接口连接，USB接口母与用户的大功率USB移动设备连接，USB接口母的两侧未设置弹性压条；

所述USB接口状态检测部分由滑块、复位弹簧、挡块、微型行程开关、基板组成，在所述USB接口母附近的基板上开有条状凹槽，在所述条状凹槽上对称安装有滑块，所述微型行程开关对称安装在基板上，所述微型行程开关的动作臂靠近滑块本体，所述基板的条状凹槽的尾部安装有圆柱挡块；

所述控制电路部分包括充电电路和升压电路。

优选的，所述USB接口母是符合USB接口规范的A型母口，所述USB接口公是符合USB接口规范的A型公口。

优选的，所述滑块由滑块本体、支腿、楔形块、圆柱组成，支腿嵌入基板的凹槽中，呈对称分布的所述楔形块的尺寸与USB接口母两侧的侧孔配合，插入侧孔中，楔形块斜面底部与侧孔的表面平齐，所述支腿的圆柱与复位弹簧连接。

优选的，所述微型行程开关采用欧姆龙OMRON J-7-V3。

优选的，所述控制电路部分中的充电电路采用CN3052A充电芯片，升压电路采用CN5136直流升压芯片。

本实用新型具有以下优点和积极效果：

1）保证用户的大功率USB移动设备能够顺利接入普通电脑的单个USB端口，并正常工作。

2）本装置不需要外接电源，体积小巧，不占用桌面过多的空间，当用户的USB端口数量紧张、主机距离电源插座较远、电源插孔不足、移动设备未提供双头USB连接线时，只需要接入本辅助供电装置，即可方便使用大功率USB移动设备。

附图说明

图1示出了可充式USB辅助供电装置内部结构图（上盖板未画出）；

图2示出了USB接口(母)结构图；

图3示出了基板结构图；

图4示出了滑块结构图；

图5a示出了USB状态检测结构图(1)；

图5b示出了USB状态检测结构图(2)；

图5c示出了USB状态检测结构图(3)；

图6示出了基板电子元件布置图；

图7示出了该装置的电路模块图；

图8示出了该装置的控制电路总图；

图9示出了该装置的装置总图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

如图1所示，可充式USB辅助供电装置主要由以下部件组成，图中所示标号和相对应部件名称如下表所示。

序号	名称	备注
			1	外壳	两侧有散热孔
2	锂电池	2000mAH，可充电
			3	USB接口(母)
4	USB接口(公)
			5	滑块
6	复位弹簧
			7	挡块
8	微型行程开关
			9	指示灯A	红色
10	指示灯B	绿色
			11	基板
12	芯片CN3052A	基板背面，详情见
			13	芯片CN5136
14	外围电子元件	详情见电路图
			15	上盖板
16	下盖板

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散热孔

该可充式USB辅助供电装置主要由三大部分组成：外壳部分、USB接口状态检测部分、控制电路部分。下面分别予以说明：

（1）外壳部分

如图1所示，外壳部分包括外壳、USB接口(母)，USB接口(公)，上盖板、下盖板。其中USB接口(母)是符合USB接口规范的A型母口，USB接口(公)是符合USB接口规范的A型公口。外壳的两侧开有一定数量的散热孔，保持空气流通，使内部器件工作时发出热量及时散出。

USB接口(公)与电脑的前置USB接口连接，该接口带有一定长度的延长线，以方便连接。USB接口(母)与用户的大功率USB移动设备连接，根据USB接口规范，一般的USB母口顶部和两侧都有弹性压条201，如图2所示，其作用是压紧用户接入的USB移动设备端口，本装置为了方便检测用户USB移动设备的接入状态，USB接口(母)的两侧未设置弹性压条，留出侧孔202提供给检测机构使用。上、下盖板的作用是将USB辅助供电装置的内部元件封闭保护。

（2）USB接口状态检测部分

USB接口状态检测部分由滑块、复位弹簧、挡块、微型行程开关、基板组成。其中，基板采用普通双层印刷线路板PCB，其作用安装固定USB接口(母)，锂电池、电路元件、行程开关等器件，如图3所示，并提供电子元器件的电气连接。另外为了固定复位弹簧，在USB接口(母)的附近的基板上开有条状凹槽301。

为了检测用户USB移动设备的接入状态，在基板的条状凹槽301上对称安装有滑块，如图4所示，滑块采用工程塑料材质，可以灵活在基板的凹槽中滑动。滑块由滑块本体401、支腿402、楔形块403、圆柱404组成，支腿嵌入基板的凹槽中，支撑滑块的滑动；呈对称分布的楔形块的尺寸与USB接口(母)两侧的侧孔配合，插入侧孔中，楔形块斜面底部与侧孔的表面平齐，对用户USB移动设备的接入无影响。滑块支腿的圆柱与复位弹簧连接，使滑块复位。

附图5a是USB状态检测的结构示意图(1)（未画出复位弹簧），为了检测滑块的运动，在基板上对称安装了微型行程开关，行程开关选用高容量的微型行程开关，行程开关具有一对常开、常闭触点，触点允许通过的额定电流至少大于500mA(DC5V)，行程开关选型例如欧姆龙OMRON J-7-V3，该开关额定电流允许7A(AC250V)。行程开关的动作臂靠近滑块本体。基板的条形凹槽的尾部安装有圆柱挡块，负责在基板上固定复位弹簧。

附图5b是USB状态检测的结构示意图(2)，当用户的USB移动设备接入USB接口(母)时，移动设备的USB口推动滑块的楔形块，使滑块沿着基板的条形凹槽滑动，滑块本体在滑动过程中，推动微型行程开关的动作臂摆动，使行程开关动作，常开触点闭合、常闭触点断开。在复位弹簧的作用下，楔形块也可以起到USB接口(母)顶部弹性压条的作用，从两侧压紧用户接入的USB移动设备端口。复位弹簧固定在滑块的圆柱和基板的圆柱挡块上，当用户USB移动设备拔出时，复位弹簧将滑块复位，微型行程开关随之复位，常开触点断开、常闭触点闭合。

附图5c是USB状态检测的结构示意图(3)，复位弹簧的上部安装有挡块，挡块的底部对复位弹簧起支撑作用，挡块也对复位弹簧起保护作用。

（3）控制电路部分

如图6所示，控制电路的元器件安装在基板的背面，基板的正面安装有2000mAH的可充锂电池（3.7V），锂电池采用市场常见的已封装好的块状锂电池。基板的背面安装有集成电路芯片和外围电子元件。

图7示出了该装置的电路模块图，电路选用了目前市场上成熟的锂电池充电集成电路IC和直流DC-DC升压集成电路IC，在图中采用的是上海如韵电子公司的CN3052A充电芯片和CN5136直流升压芯片。其中CN3052A芯片支持恒流或恒压充电，充电电流可设定，CN5136芯片输出电流可达500mA，满足本装置的需要。通过CN3052A的控制，充电时指示灯A(红色)点亮，充满后指示灯B(绿色)点亮。

首先USB接口(公)接入电脑的USB接口，当电脑开机后，USB接口(公)得到+5V电压，此时用户的USB移动设备并未接入，微型行程开关的常闭触点接通，常开触点断开。

电流通过二极管D2、自恢复保险丝FU1、微型行程开关的常闭触点进入CN3052A充电电路给锂电池充电。其中二极管D2保证了充电电流单向流入；保险FU1、FU2的工作电流为500mA，动作电流为1A。通过设置CN3052A充电电路的Riset电阻值，可以设置充电电流，一般设置为350-400mA左右即可。

当用户USB设备接入USB接口(母)时，微型行程开关动作，常闭触点断开，常开触点闭合。此时充电电路断开，充电结束；CN5136升压电路接通，3.7VDC的锂电池通过升压电路，升压为5VDC，通过自恢复保险丝FU2，并联到USB接口的+5V母线上，与USB母线的电流叠加，得到1A电流，向用户的USB移动设备供电，使用户的大功率USB移动设备正常工作。

理论上一块充满的2000mAH的锂电池可以提供4小时的500mA的电流，能够满足用户USB移动设备的使用需要。

虽然CN3052A支持边充电边放电的应用，但是为了保证USB母线能够向用户USB移动设备提供500mA的电流，当用户USB移动设备接入后，通过行程开关的触点断开充电电路。

行程开关的常闭触点串联，常开触点并联。当一个行程开关故障时（不论是触点粘连或拒动），都能保证锂电池向USB母线正常供电，直至电池电压低于CN5136的工作电压。

图8示出了控制电路总图，图中标明了电路元件的基本情况。

最终完成的可充式USB辅助供电装置，如图9所示。

该可充式USB辅助供电装置的具体操作流程如下：

第一：准备好USB辅助供电装置；

第二：打开电脑；

第三：将装置的USB接口(公)接入电脑的USB接口；

第四：准备好需要接入的USB移动设备；

第五：接入装置的USB接口(母)即可使用。

本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种可充式USB辅助供电装置，该供电装置包括外壳部分、USB接口状态检测部分以及控制电路部分，其特征在于：

所述外壳部分包括外壳、USB接口母、USB接口公、上盖板以及下盖板，其中，USB接口公与电脑的前置USB接口连接，USB接口母与用户的大功率USB移动设备连接，USB接口母的两侧未设置弹性压条；

所述USB接口状态检测部分由滑块、复位弹簧、挡块、微型行程开关、基板组成，在所述USB接口母附近的基板上开有条状凹槽，在所述条状凹槽上对称安装有滑块，所述微型行程开关对称安装在基板上，所述微型行程开关的动作臂靠近滑块本体，所述基板的条状凹槽的尾部安装有圆柱挡块；

所述控制电路部分包括充电电路和升压电路。

2.根据权利要求1所述的可充式USB辅助供电装置，其特征在于：所述USB接口母是符合USB接口规范的A型母口，所述USB接口公是符合USB接口规范的A型公口。

3.根据权利要求1所述的可充式USB辅助供电装置，其特征在于：所述滑块由滑块本体、支腿、楔形块、圆柱组成，支腿嵌入基板的凹槽中，呈对称分布的所述楔形块的尺寸与USB接口母两侧的侧孔配合，插入侧孔中，楔形块斜面底部与侧孔的表面平齐，所述支腿的圆柱与复位弹簧连接。

4.根据权利要求1所述的可充式USB辅助供电装置，其特征在于：所述微型行程开关采用欧姆龙OMRON J-7-V3。

5.根据权利要求1所述的可充式USB辅助供电装置，其特征在于：所述控制电路部分中的充电电路采用CN3052A充电芯片，升压电路采用CN5136直流升压芯片。