CN103954861A - 一种双路usb负载插入检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双路USB负载插入检测装置，在现有单路USB负载检测装置的基础，在两个USB口即USB1口和USB2口的GND端连接并联的开关管K2和检测电阻R2，其中，开关管K2控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接。这样，占用主控芯片的端口从现有的6个降低为4个，并且只用一个输电流采样电阻，降低了产品体积和封装成本以及物料价格成本。

Description

一种双路USB负载插入检测装置

技术领域

本发明属于USB充电技术领域，更为具体地讲，涉及一种移动电源使用USB口向手机、平板电脑等USB负载充电时，能同时检测双路USB负载插入的装置。

背景技术

之前大多数电源，如移动电源向手机、平板电脑等USB负载充电时，均采用USB口输出一个恒定的5V电压，USB负载的充电USB口接收到5V电压时，就启动其内置的充电芯片，开始充电。该方式因为需要长期打开充移动电源的5V电压输出，内部电路一直保持在工作状态，因此待机功耗较高，直接导致移动电源内部的电池耗电增加，降低了移动电源的使用时间。为解决该问题，移动电源增加了负载插入检测装置，可以在检测到负载插入时才打开5V电压输出，无负载时关闭5V电压输出，降低了移动电源内部电池的耗电。

图1是传统移动电源USB负载插入检测装置原理示意图。

图1中，VOUT端口是移动电源的5V电压输出引脚；C是输出滤波电容，接到VOUT端口和移动电源的地之间，用于对输出的5V电压进行滤波；USB是输出的USB口，其VBUS端与VOUT端口连接；RS是输出电流采样电阻，一端与USB口的GND地端连接，另一端通过一开关管连接到移动电源的地，在图1中，为一NMOS管，通过NMOS管的漏极、源极连接到移动电源的地。

移动电源输出电流可通过主控芯片连接在输电流采样电阻RS两端的检测端口LD和CS，检测出输电流采样电阻RS两端之间的电压差，然后根据其自身的电阻值计算得到，NMOS管和检测电阻R用于检测负载插入，检测电阻R连接在USB口的GND地端与移动电源的地之间。

该方式利用了USB负载内部充电芯片的漏电原理，当移动电源未识别到USB负载时，可以将相关的硬件工作模块关闭，这样VOUT并不是5V输出，而是移动电源内部锂电池的漏电电压输出，该电压一般都低于4.5V。

图1中USB口的GND地端并联接入了一个检测电阻R和一个NMOS管，移动电源未识别到负载时，主控芯片的NCTRL控制端口使NMOS管关闭，此时如果没有将USB负载插入移动电源USB口，检测电阻R上无电流经过，检测端口LD上无电压，而当将USB负载插入移动电源USB口时，USB负载内部充电芯片识别到低于4.5V的输入后，产生微安级的漏电流流到USB口的GND地端上，而此时NMOS管关闭，微安级漏电从检测电阻R流向移动电源的地。检测电阻R的值选取大于100K时，会在检测电阻R上产生一个电压，此时如果移动电源内部的主控芯片通过检测端口LD识别到该电压产生，就会认为USB负载插入，则使能对应的硬件工作模块并控制端口NCTRL打开NMOS管，VOUT端口产生5V电压给USB负载充电，这样就实现了USB负载的插入检测功能。当拔出USB负载时，检测端口LD无电压，则主控芯片关闭对应的硬件工作模块，使VOUT端口不输出5V电压，同时，关闭NMOS管，以便电阻R对USB负载插入进行检测。

移动电源USB负载插入检测装置，目前只能实现单个USB负载插入检测，且每个USB口都需要一个检测端口LD、一个检测端口CS以及一个控制端口NCTRL。目前不少移动电源产品都带了双路USB口输出，且每个USB口对应的输出电流、保护电流等参数都可能不同，这就要求移动电源产品能检测出是哪一个USB口插入了负载。如果按照上述传统方法要实现双路USB负载插入检测，需要占用主控芯片6个端口，目前移动电源产品对成本较为敏感，占用主控芯片端口越多，可能会促使用户选用更大封装的主控芯片。而且在实际使用中，该方法如果要实现双路检测，则必须用两个采样电阻RS，采样电阻RS为毫欧级电阻，为了准确检测输出电流，其精度要求比较高，其价格也比较高，这样，增加了移动电源产品物料价格成本，同时也增大了产品体积和封装成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双路USB负载插入检测装置，通过减少输出电流采样电阻和占用主控芯片端口的数量，以有效降低移动电源产品成本。

为实现上述目的，本发明双路USB负载插入检测装置，包括：

两个USB口即USB1口和USB2口，两个USB口的VBUS端均与移动电源的VOUT端口连接；

一个输出电流采样电阻RS和一开关管K1，输出电流采样电阻RS一端与USB1口的GND地端连接，连接点同时与主控芯片检测端口LD1连接，另一端通过开关管K1连接到移动电源的地，与开关管K1的连接点同时与主控芯片的检测端口CS连接，开关管K1控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接；

一检测电阻R1，连接在USB1口的GND地端与移动电源的地之间；

其特征在于，还包括：

另一开关管K2和另一检测电阻R2，两者并联，并连接在两个USB口即USB1口和USB2口的GND端，开关管K2控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接；

当两个USB口即USB1口和USB2口均未插入USB负载时，检测端口LD1检测不到电压，此时，主控芯片关闭对应的硬件工作模块，使移动电源的VOUT端口不输出5V电压，同时，控制端口NCTRL使开关管K1、K2关闭；

当两个USB口即USB1口和USB2口中任意一个插入USB负载时，检测端口LD1检测到电压，此时，移动电源内部的主控芯片使能对应的硬件工作模块，使VOUT端口产生5V电压给USB负载，同时，使能控制端口NCTRL打开开关管K1、K2，对USB负载进行充电，并采集检测端口LD1、CS的电压，检测输出电流采样电阻RS两端之间的电压差，然后根据输电流采样电阻RS的电阻值计算得到充电电流，对充电电流进行监控。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明双路USB负载插入检测装置，在现有单路USB负载检测装置的基础，在两个USB口即USB1口和USB2口的GND端连接并联的开关管K2和检测电阻R2，其中，开关管K2控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接。这样，占用主控芯片的端口从现有的6个降低为4个，并且只用一个输电流采样电阻，降低了产品体积和封装成本以及物料价格成本。

附图说明

图1是传统移动电源USB负载插入检测装置原理示意图；

图2是本发明双路USB负载插入检测装置一种具体实施方式的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图2是本发明双路USB负载插入检测装置一种具体实施方式的原理示意图。

在本实施例中，如图1所示，本发明双路USB负载插入检测装置包括两个USB口即USB1口和USB2口、输出电流采样电阻RS、开关管K1、检测电阻R1、开关管K2和检测电阻R2。

两个USB口的VBUS端均与移动电源的VOUT端口连接。

输出电流采样电阻RS一端与USB1口的GND地端连接，同时与主控芯片检测端口LD1连接，另一端通过开关管K1连接到移动电源的地，与开关管K1的连接点同时与主控芯片的检测端口CS连接，开关管K1控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接。在本实施例中，开关管K1采用NMOS管即NMOS1，输出电流采样电阻RS的另一端通过NMOS管的漏极、源极连接到移动电源的地，NMOS管的栅极作为控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接。

检测电阻R1连接在USB1口的GND地端与移动电源的地之间。

开关管K2和检测电阻R2，两者并联，并连接在两个USB口即USB1口和USB2口的GND端，开关管K2控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接。在本实施例中，开关管K2采用NMOS管即NMOS2，USB2口的GND端与NMOS2管的漏极连接，USB2口的GND端与NMOS2管的源极连接，NMOS管的栅极作为控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接。

当两个USB口即USB1口和USB2口均未插入USB负载时，检测端口LD1检测不到电压，此时，主控芯片关闭对应的硬件工作模块，使移动电源的VOUT端口不输出5V电压，同时，控制端口NCTRL使NMOS管即NMOS1、NMOS2关闭；

当两个USB口即USB1口和USB2口中任意一个插入USB负载时，检测端口LD1检测到电压，此时，移动电源内部的主控芯片使能对应的硬件工作模块，使VOUT端口产生5V电压给USB负载，同时，使能控制端口NCTRL打开NMOS管即NMOS1、NMOS2，对USB负载进行充电，并采集检测端口LD1、CS的电压，检测出输电流采样电阻RS两端之间的电压差，然后根据输电流采样电阻RS的电阻值计算得到充电电流，对充电电流进行监控。

在本实施例中，主控芯片还包括一个检测端口LD2连接到USB2口的GND端，用于识别插入USB负载的是USB1口，还是USB2口：

如果检测到检测端口LD1检测上有电压时，并且同时检测到检测端口LD2的电压VLD2小于或等于检测端口LD1的电压VLD1时，则认为USB1口插入USB负载；如果检测到检测端口LD1检测上有电压时，并且检测到检测端口LD2的电压VLD2、检测端口LD1的电压VLD1满足VLD1＝VLD2*R1/(R1+R2)，且则认为USB2口插入USB负载；如果检测到检测端口LD1检测上有电压时，并且检测到检测端口LD2的电压VLD2、检测端口LD1的电压VLD1满足VLD1大于VLD2*R1/(R1+R2)且小于VLD2时，且则认为USB1口、USB2口都插入USB负载

根据上述检测端口上电压的差别，就可以判断出是USB负载插在了哪个USB口上。

当识别到USB负载插入后，主控芯片控制端NCTRL打开开关管K1、K2，在本实施例中NMOS管NMOS1、NMOS2。在本实施例中，移动电源同时根据不同的USB口对输出电流、保护电流等参数要求的不同，对移动电源相关硬件模块进行设置。不管是哪个USB口插入了USB负载，最终输出电流都要经过输出电流采样电阻RS，实现一个采样电阻完成双路USB口的电流采样。

在本实施例中，如图2所示，检测端口LD1和LD2为移动电源主控芯片的两个电压识别端口；检测端口CS是移动电源主控芯片的采样电压识别口，可以和检测端口LD1及LD2组合进行输出电流采样电阻RS上的电压采集，从而可计算出充电电流，对充电过程进行监控。

控制端口NCTRL是移动电源主控芯片的NMOS管控制端口。在本实施列中利用两个NMOS管，两个检测电阻R1和R2，一个输出电流采样电阻RS，即可完成USB负载从任意一个USB口插入的检测。检测流程具体如下：

当USB1口和USB2口未插入USB负载时，移动电源主控芯片关闭相关的硬件模块，使移动电源保持在低耗电状态，并控制端口NCTRL使即NMOS1、NMOS2，此时VOUT上电压为移动电源内部锂电池漏过来的电压。

当USB1口或USB2口插入负载时，VOUT端口通过USB负载内置的充电芯片，产生微安级的漏电流。当负载插在USB1口时，该漏电流经检测电阻R1到地，使检测端口LD1处产生一个电压，该电压可唤醒主控芯片；当USB负载插在USB2口时，该漏电流经检测电阻R2和R1到地，在检测端口LD1端口也能产生一个电压，也可以唤醒主控芯片。

主控芯片被唤醒后，首先对检测端口LD1、LD2的电压进行比较，当USB负载插在USB1口时，检测端口LD1上的电压应该和检测端口LD2上的电压大小差不多，即相等；当USB负载插在USB2口时，检测端口LD1上的电压VLD1应该比检测端口LD2上的电压VLD2要小，具体关系为VLD1＝VLD2*R1/(R1+R2)；当USB1口、USB2口都插入USB负载时，检测端口LD1上的电压VLD1应该比检测端口LD2上的电压VLD2要小，电压VLD1满足电压VLD1大于VLD2*R1/(R1+R2)。根据上述电压的差别，就可以判断出是USB负载插在了哪个USB口上。

当识别到USB负载插入后，主控芯片控制端NCTRL打开NMOS管NMOS1、NMOS2，同时根据不同的USB口对输出电流、保护电流、等参数要求的不同，对移动电源相关硬件模块进行设置。

本发明可以在完成双路USB负载插入检测的同时，降低产品物料的使用，且同时可使用相对较为便宜引脚较少的主控芯片，有利于降低产品的整体成本。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种双路USB负载插入检测装置，包括：

两个USB口即USB1口和USB2口，两个USB口的VBUS端均与移动电源的VOUT端口连接；

一个输出电流采样电阻RS和一开关管K1，输出电流采样电阻RS一端与USB1口的GND地端连接点，连接点同时与主控芯片检测端口LD1连接，另一端通过开关管K1连接到移动电源的地，与开关管K1的连接点同时与主控芯片的检测端口CS连接，开关管K1控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接；

一检测电阻R1，连接在USB1口的GND地端与移动电源的地之间；

其特征在于，还包括：

另一开关管K2和另一检测电阻R2，两者并联，并连接在两个USB口即USB1口和USB2口的GND端，开关管K2控制端与主控芯片的控制端口NCTRL连接；

当两个USB口即USB1口和USB2口均未插入USB负载时，检测端口LD1检测不到电压，此时，主控芯片关闭对应的硬件工作模块，使移动电源的VOUT端口不输出5V电压，同时，控制端口NCTRL开关管K1、K2关闭；

当两个USB口即USB1口和USB2口中任意一个插入USB负载时，检测端口LD1检测到电压，此时，移动电源内部的主控芯片使能对应的硬件工作模块，使VOUT端口产生5V电压给USB负载，同时，使能控制端口NCTRL打开开关管K1、K2，对USB负载进行充电，并采集检测端口LD、CS的电压，检测输出电流采样电阻RS两端之间的电压差，然后根据输电流采样电阻RS的电阻值计算得到充电电流，对充电电流进行监控。

2.根据权利要求1所示的双路USB负载插入检测装置，其特征在于，所述的主控芯片还包括一个检测端口LD2，连接到USB2口的GND端，用于识别插入USB负载的是USB1口，还是USB2口：

如果检测到检测端口LD1检测上有电压时，并且同时检测到检测端口LD2的电压VLD2小于或等于检测端口LD1的电压VLD1时，则认为USB1口插入USB负载；如果检测到检测端口LD1检测上有电压时，并且检测到检测端口LD2的电压VLD2、检测端口LD1的电压VLD1满足VLD1＝VLD2*R1/(R1+R2)，且则认为USB2口插入USB负载；如果检测到检测端口LD1检测上有电压时，并且检测到检测端口LD2的电压VLD2、检测端口LD1的电压VLD1满足VLD1大于VLD2*R1/(R1+R2)且小于VLD2时，且则认为USB1口、USB2口都插入USB负载；

当识别到USB负载插入后，主控芯片控制端NCTRL打开开关管K1、K2，移动电源同时根据不同的USB口对输出电流、保护电流等参数要求的不同，对移动电源相关硬件模块进行设置。