CN104810820A - 一种usb供电电路 - Google Patents

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胡源
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Abstract

本发明公开了一种USB供电电路包括:开关控制电路,电流检测电阻和差动放大电路;其中,所述开关控制电路的第一输入端与USB电源电路的输出端相连,所述开关控制电路的第二输入端与所述差动放大电路的第一输出端相连,所述开关控制电路的输出端与所述电流检测电阻的第一端相连;所述电流检测电阻的第二端与USB接口电源接口相连;所述差动放大电路的第一输入端与所述电流检测电阻的第一端相连,所述差动放大电路的第二输入端与所述电流检测电阻的第二端相连;该USB供电电路可以在第一设备断电后阻止另第二设备对第一设备进行反向供电。

Description

一种USB供电电路
技术领域
[0001] 本发明涉及USB领域,特别是涉及一种USB供电电路。
背景技术
[0002] USB目前已经成为当今世界最通用的串行接口之一;但是USB接口存在当两个使用USB接口的设备其中一个设备断电后,另一个设备会对其进行反向供电的缺点。
[0003] 例如假设有两个使用USB接口的设备A和B,当A设备与B设备通过USB延长线连接在一起时,不可避免地会遇到两个设备同时供电的情况,假设当A设备断电后,B设备会持续地通过USB接口对A设备进行供电,造成A设备断电后仍然带电,从而影响A设备内部的电子元件,严重时甚至损坏A设备。反之,当B设备断电时,A设备也会持续地对B设备进行供电,从而可能损坏B设备。
[0004] 因此,如何使得USB供电电路可以在一个设备断电后阻止另一个设备对其进行反向供电。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种USB供电电路,该USB供电路可以使得通过USB连接在一起的第一设备和第二设备,当第一设备断电后阻止另第二设备对第一设备进行反向供电。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明提供一种USB供电电路包括:开关控制电路,电流检测电阻和差动放大电路;
[0007] 其中,所述开关控制电路的第一输入端与USB电源电路的输出端相连,所述开关控制电路的第二输入端与所述差动放大电路的第一输出端相连,所述开关控制电路的输出端与所述电流检测电阻的第一端相连;
[0008] 所述电流检测电阻的第二端与USB接口电源端口相连;
[0009] 所述差动放大电路的第一输入端与所述电流检测电阻的第一端相连,所述差动放大电路的第二输入端与所述电流检测电阻的第二端相连。
[0010] 其中,所述开关控制电路包括:
[0011] 第一 MOS管,第四三极管,第六电阻,第七电阻和第九电阻;其中,
[0012] 所述第一 MOS管的漏极与所述USB电源电路的输出端相连,所述第一 MOS管的栅极与所述第六电阻的第一端相连,所述第一 MOS管的源极与所述电流检测电阻的第一端相连;所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第一端相连,且所述第六电阻的第二端与所述第四三极管的集电极相连;所述第七电阻的第二端与所述第一 MOS管的源极相连;所述第四三极管的发射极与地线相连,所述第四三极管的基极与所述第九电阻的第一端相连;所述第九电阻的第二端与所述差动放大电路的第一输出端相连。
[0013] 其中,所述差动放大电路包括:
[0014] 第一电阻,第二电阻,第三电阻,第五电阻,第八电阻,第十电阻,第十一电阻,第二三极管和第三三极管;其中,
[0015] 所述第二三极管的第二管脚与所述电流检测电阻的第一端相连,所述第二三极管的第五管脚与所述电流检测电阻的第二端相连,所述第二三极管的第一管脚与所述第三三极管的集电极相连,所述第二三极管的第三管脚与所述差动放大电路的第一输出端相连,所述第二三极管的第六管脚与所述差动放大电路的第二输出端相连,所述第二三极管的第四管脚与所述第三三极管的集电极相连;所述第一电阻的第一端与所述第二三极管的第三管脚相连,所述第一电阻的第二端与所述电流检测电阻的第一端相连;所述第二电阻的第一端与所述第二三极管的第六管脚相连,所述第二电阻的第二端与所述电流检测电阻的第一端相连;所述第三电阻的第一端与所述第二三极管的第二管脚相连,所述第三电阻的第二端与接地线相连;所述第五电阻的第一端与所述第二三极管的第五管脚相连,所述第五电阻的第二端与接地线相连;所述第八电阻的第一端与所述电流检测电阻的第一端相连,所述第八电阻的第二端与所述第三三极管的基极相连;所述第十电阻的第一端与所述第三三极管的基极相连,所述第十电阻的第二端与接地线相连;所述第三三极管的发射极与所述第十一电阻的第一端相连;所述第十一电阻的第二端与接地线相连。
[0016] 其中,所述第一 MOS管为LP3443LT1G型MOS管。
[0017] 其中,所述第四三极管为KMBT2222A型三极管。
[0018] 其中,所述第二三极管为双三极管元件。
[0019] 其中,所述双三极管元件为LBC847BDW1T1G型三极管。
[0020] 其中,所述第三三极管为KMBT2222A型三极管。
[0021] 本发明所提供的一种USB供电电路包括:开关控制电路,电流检测电阻和差动放大电路;当有一个设备发生断电现象后,USB电源电路电压为O,外部通过USB接口对内进行供电,因此在电流检测电阻上产生的压降与两个设备正常供电时在电流检测电阻上产生的压降反相;差动放大电路将该反相压降放大,由于该压降反相,因此,差动放大电路的第一输出端为输出为O ;由于差动放大电路的第一输出端与开关控制电路的第二输入端相连,因此开关控制电路闭合;所以电流不会通过开关控制电路,因此外部电压不会经过USB接口进入到断电设备中;因此,该USB供电电路可以在第一设备断电后阻止另第二设备对第一设备进行反向供电。
附图说明
[0022] 为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案,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的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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获得其他的附图。
[0023] 图1为本发明实施例提供的USB供电电路的结构框图;
[0024] 图2为本发明实施例提供的开关控制电路的不意图;
[0025] 图3为本发明实施例提供的差动放大电路的示意图;
[0026] 图4为本发明实施例提供的USB供电电路具体的结构示意图。
具体实施方式
[0027] 本发明的核心是提供一种USB供电电路,该USB供电路可以使得通过USB连接在一起的第一设备和第二设备,当第一设备断电后阻止另第二设备对第一设备进行反向供电。
[0028] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0029] 请参考图1,图1为本发明实施例提供的USB供电电路的结构框图,该USB供电电路可以包括:
[0030] 开关控制电路100,电流检测电阻200和差动放大电路300 ;
[0031 ] 其中,所述开关控制电路100的第一输入端与USB电源电路的输出端相连,所述开关控制电路100的第二输入端与所述差动放大电路300的第一输出端相连,所述开关控制电路100的输出端与所述电流检测电阻200的第一端相连;
[0032] 其中,所述开关控制电路100的第一输入端与USB电源电路的输出端相连,根据USB电源电路的供电情况第一输入端的电压相应改变;所述开关控制电路100的第二输入端与所述差动放大电路300的第一输出端相连,通过所述差动放大电路300的第一输出端的输出情况决定开关控制电路100的输出端是否有电流流出;例如当差动放大电路300的第一输出端输出不为0,则所述开关控制电路100的输出端输出电流,也即开关控制电路100打开;当差动放大电路300的第一输出端输出为0,则所述开关控制电路100的输出端不会输出电流,也即开关控制电路100闭合。
[0033] 即当通过USB相连的两个设备供电情况正常时,开关控制电路100打开,开关控制电路100的输出端输出电流;当通过USB相连的两个设备中有一个设备不供电的情况时,开关控制电路100闭合,开关控制电路100的输出端不会输出电流,即不会通过USB接口对断电的设备进行供电,不会出现由于损坏断电设备内部电子元件的情况。
[0034] 所述电流检测电阻200的第二端与USB接口电源端口相连;
[0035] 其中,所述电流检测电阻200,可以为具有预定电阻值的纯电阻,或者是其他能够产生压降带有电阻的器件都可以,这里虽然叫做电流检测电阻但是并不是仅仅限定为电阻,只要具有产生压降的功能即可。
[0036] 所述差动放大电路300的第一输入端与所述电流检测电阻200的第一端相连,所述差动放大电路300的第二输入端与所述电流检测电阻200的第二端相连。
[0037] 其中,由于通过USB相连的两个设备都正常供电,有一个出现断电的情况下,两种情况下,流经电流检测电阻200的电流的方向相反,因此在电流检测电阻200产生的压降反相;又由于差动放大电路300的第一输入端与所述电流检测电阻200的第一端相连,所述差动放大电路300的第二输入端与所述电流检测电阻200的第二端相连;因此,当电流检测电阻200产生的压降反相时,即差动放电电路的两个输入端的压降反相,假设当通过USB相连的两个设备都正常供电时,差动放电电路的第一输入端的电压比第二输入端的电压高时,差动放电电路的第一输出端输出不为0,当通过USB相连的两个设备其中一个出现断电的情况下,差动放电电路的第一输入端的电压比第二输入端的电压低时,差动放电电路的第一输出端输出为O ;由于差动放电电路的第一输出端与开关控制电路100的第二输入端相连,因此,开关控制电路100就可以通过开关控制电路100的第二输入端的输入情况,控制开关控制电路100闭合情况;上述例子中,当差动放电电路的第一输出端输出不为O时,开关控制电路100打开,当差动放电电路的第一输出端输出为O时,开关控制电路100闭合。这里对具体的数值及差动放电电路的第一输入端和第二输入端的压降不进行定义,只要能完成当通过USB相连的两个设备都正常供电时,开关控制电路有电流流出可以通过USB接口向系统供电,当通过USB相连的两个设备其中一个出现断电的情况下,开关控制电路没有电流流出,不可以经过USB接口向系统内部供电。
[0038] 基于上述技术方案,本发明实施例利用开关控制电路,电流检测电阻和差动放大电路能完成当第一设备断电后阻止另第二设备对第一设备进行反向供电;具体当有一个设备发生断电现象后,USB电源电路电压为0,外部通过USB接口对内进行供电,因此在电流检测电阻上产生的压降与两个设备正常供电时在电流检测电阻上产生的压降反相;差动放大电路将该反相压降放大,由于该压降反相,因此,差动放大电路的第一输出端为输出为O ;由于差动放大电路的第一输出端与开关控制电路的第二输入端相连,因此开关控制电路闭合;所以电流不会通过开关控制电路,因此外部电压不会经过USB接口进入到断电设备中;因此,该USB供电电路可以在第一设备断电后阻止另第二设备对第一设备进行反向供电。
[0039] 优选的,请参考图2,图2为本发明实施例提供的开关控制电路的示意图;所述开关控制电路100可以包括:
[0040] 第一 MOS管QI,第四三极管Q4,第六电阻R6,第七电阻R7和第九电阻R9 ;其中,
[0041] 所述第一 MOS管Ql的漏极即图2中Ql标记3处与所述USB电源电路的输出端相连,所述第一 MOS管Ql的栅极即图2中Ql标记I处与所述第六电阻R6的第一端相连,所述第一 MOS管Ql的源极图2中Ql标记2处与所述电流检测电阻200的第一端相连;所述第六电阻R6的第二端与所述第七电阻R7的第一端相连,且所述第六电阻R6的第二端与所述第四三极管Q4的集电极即图2中Q4标记3处相连;所述第七电阻R7的第二端与所述第一 MOS管Ql的源极相连;所述第四三极管Q4的发射极即图2中Q4标记2处与地线相连,所述第四三极管Q4的基极即图2中Q4标记I处与所述第九电阻R9的第一端相连;所述第九电阻R9的第二端与所述差动放大电路300的第一输出端相连。
[0042] 其中,优选的,所述第一 MOS管Ql可以为LP3443LT1G型MOS管。
[0043] 优选的,所述第四三极管Q4可以为KMBT2222A型三极管。
[0044] 优选的,请参考图3,图3为本发明实施例提供的差动放大电路的示意图;所述差动放大电路300可以包括:
[0045] 第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3,第五电阻R5,第八电阻R8,第十电阻R10,第i^一电阻R11,第二三极管Q2和第三三极管Q3 ;其中,
[0046] 所述第二三极管Q2的第二管脚与所述电流检测电阻200的第一端相连,所述第二三极管Q2的第五管脚与所述电流检测电阻200的第二端相连,所述第二三极管Q2的第一管脚与所述第三三极管Q3的集电极即图3中Q3标记3处相连,所述第二三极管Q2的第三管脚与所述差动放大电路的第一输出端(图3中标记为0UT2)相连,所述第二三极管Q2的第六管脚与所述差动放大电路的第二输出端(图3中标记为0UT1)相连,所述第二三极管Q2的第四管脚与所述第三三极管Q3的集电极即图3中Q3标记3处相连;所述第一电阻Rl的第一端与所述第二三极管Q2的第三管脚相连,所述第一电阻Rl的第二端与所述电流检测电阻200的第一端相连;所述第二电阻R2的第一端与所述第二三极管Q2的第六管脚相连,所述第二电阻R2的第二端与所述电流检测电阻200的第一端相连;所述第三电阻R3的第一端与所述第二三极管Q2的第二管脚相连,所述第三电阻R3的第二端与接地线相连;所述第五电阻R5的第一端与所述第二三极管Q2的第五管脚相连,所述第五电阻R5的第二端与接地线相连;所述第八电阻R8的第一端与所述电流检测电阻200的第一端相连,所述第八电阻R8的第二端与所述第三三极管Q3的基极相连;所述第十电阻RlO的第一端与所述第三三极管Q3的基极即图3中Q3标记I处相连,所述第十电阻RlO的第二端与接地线相连;所述第三三极管Q3的发射极即图3中Q3标记2处与所述第十一电阻Rll的第一端相连;所述第十一电阻Rll的第二端与接地线相连。
[0047] 其中,优选的,所述第二三极管Q2可以为双三极管元件。
[0048] 优选的,所述双三极管元件可以为LBC847BDW1T1G型三极管。
[0049] 优选的,所述第三三极管Q3可以为KMBT2222A型三极管。
[0050] 请参考图4,图4为本发明实施例提供的USB供电电路具体的结构示意图;该USB供电电路简单实用,且成本低廉。当USB接口(母头)反向供电时,可防止电流倒灌的电路。该USB供电电路的具体工作过程如下:为了使说明更加具体,下面以A型USB2.0接口为例子:
[0051] 图4中的开关控制电路100由一个PMOS,一个NPN型三极管,三个1K电阻构成,电流检测电阻200由电阻R4构成,差动放大电路300由电阻Rl、R2、R3、R5、R8、RlO、Rl I和三极管Q2,Q3组成。其新颖之处在于采用的PMOS管有一个内藏二极管(PMOS管型号为:LP3443LT1G),因此可以采用MOS管反接法,巧妙地利用其内藏二极管,使得PMOS无论在什么情况下都可以对外供电。在正常对外供电时,其供电原理是这样的:
[0052] A、首先无论PMOS管是否关闭,其内藏二极管都会对外提供一个初始电压。
[0053] B、该初始电压在流经电流检测电阻R4时,会产生一个正向的压降+Λ V。
[0054] C、差动放大电路200会将这个+ Δ V进行放大,放大后的电压将从线路0UT2输出(根据差动放大器原理0UT2输出与+ AV同相,而OUTl与+ AV反相),该输出会控制三极管Q4导通,Q4导通后PMOS管的栅极电压为0,小于其源极电压,导致PMOS管Ql完全导通。因此在正常对外供电时,且由于PMOS管几乎没有压降,压降只会产生在R4上,根据USB2.0规范,对外供电最大为0.5A,R4的值为0.2R,因此整个电路上产生的压降小于0.1V。另外若对压降精度要求更高,也可以将R4的值调小,并提高Q2的放大倍数(选择放大倍数更高的三极管),可以将压降控制得更小。
[0055] 当有一个设备出现断电情况时,防止外部电源对内供电的原理是这样的:
[0056] A、当其内部电压USB_5V为O,而外部通过USB接口对内进行供电时。
[0057] B、由于此时电流是从外部倒流进来,因此在R4上产生的压降与+ AV相反,这里记作-ΔV(注意这里的-AV并非真正的负压,只是与规定的方向相反,本电路中不存在小于OV的负压)ο
[0058] C、差动放大电路200会将此-Δ V放大,但本电路中不存在真正的负压,因此0UT2的值始终为0,因此第四三极管Q4不会打开,此时PMOS管Ql的栅极与源极间的压差为0,因此PMOS管关闭,电流不会流到PMOS管的漏极。从而外部电压不会经过USB接口进入到系统内部。
[0059] 由上述过程可以看到本发明的USB供电电路在功能上可以等效为一个二极管,即防止外部反向供电,但在性能上有着二极管无法比拟的优点,因为使用二极管在正向对外供电时,有着较大压降,即使使用压降较小的肖特基二极管也有着约0.4V的压降,从而使其对外供电电压低于USB规范所要求的电压。而本发明可以将压降降到0.1V以下。
[0060] 且,检测电阻R4的大小可以根据USB带载电流的大小重新选择,例如如果要求USB带IA负载,则R4可以选择0.1欧姆电阻,以减小压降,相应的,应加大Q2的放大倍数,在成本允许下,Q2的放大倍数越大越好。
[0061] 本发明提供的电路简单实用,可以根据实际情况对电路中的细节进行微调,也可以根据实际情况对精度等的要求不同,也可以选择精度不同功能相同的器件使用。且由于USB型号的不同,也可以对电路中各个元件的数值进行适应性改变。但是其电路的原理都是一样的。
[0062] 以上对本发明所提供的USB供电电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种USB供电电路,其特征在于,包括:开关控制电路,电流检测电阻和差动放大电路; 其中,所述开关控制电路的第一输入端与USB电源电路的输出端相连,所述开关控制电路的第二输入端与所述差动放大电路的第一输出端相连,所述开关控制电路的输出端与所述电流检测电阻的第一端相连; 所述电流检测电阻的第二端与USB接口电源接口相连; 所述差动放大电路的第一输入端与所述电流检测电阻的第一端相连,所述差动放大电路的第二输入端与所述电流检测电阻的第二端相连。
2.如权利要求1所述的USB供电电路,其特征在于,所述开关控制电路包括: 第一 MOS管,第四三极管,第六电阻,第七电阻和第九电阻;其中, 所述第一 MOS管的漏极与所述USB电源电路的输出端相连,所述第一 MOS管的栅极与所述第六电阻的第一端相连,所述第一 MOS管的源极与所述电流检测电阻的第一端相连;所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第一端相连,且所述第六电阻的第二端与所述第四三极管的集电极相连;所述第七电阻的第二端与所述第一 MOS管的源极相连;所述第四三极管的发射极与地线相连,所述第四三极管的基极与所述第九电阻的第一端相连;所述第九电阻的第二端与所述差动放大电路的第一输出端相连。
3.如权利要求1所述的USB供电电路,其特征在于,所述差动放大电路包括: 第一电阻,第二电阻,第三电阻,第五电阻,第八电阻,第十电阻,第十一电阻,第二三极管和第三三极管;其中, 所述第二三极管的第二管脚与所述电流检测电阻的第一端相连,所述第二三极管的第五管脚与所述电流检测电阻的第二端相连,所述第二三极管的第一管脚与所述第三三极管的集电极相连,所述第二三极管的第三管脚与所述差动放大电路的第一输出端相连,所述第二三极管的第六管脚与所述差动放大电路的第二输出端相连,所述第二三极管的第四管脚与所述第三三极管的集电极相连;所述第一电阻的第一端与所述第二三极管的第三管脚相连,所述第一电阻的第二端与所述电流检测电阻的第一端相连;所述第二电阻的第一端与所述第二三极管的第六管脚相连,所述第二电阻的第二端与所述电流检测电阻的第一端相连;所述第三电阻的第一端与所述第二三极管的第二管脚相连,所述第三电阻的第二端与接地线相连;所述第五电阻的第一端与所述第二三极管的第五管脚相连,所述第五电阻的第二端与接地线相连;所述第八电阻的第一端与所述电流检测电阻的第一端相连,所述第八电阻的第二端与所述第三三极管的基极相连;所述第十电阻的第一端与所述第三三极管的基极相连,所述第十电阻的第二端与接地线相连;所述第三三极管的发射极与所述第十一电阻的第一端相连;所述第十一电阻的第二端与接地线相连。
4.如权利要求2所述的USB供电电路,其特征在于,所述第一 MOS管为LP3443LT1G型MOS 管。
5.如权利要求2所述的USB供电电路,其特征在于,所述第四三极管为KMBT2222A型三极管。
6.如权利要求3所述的USB供电电路,其特征在于,所述第二三极管为双三极管元件。
7.如权利要求6所述的USB供电电路,其特征在于,所述双三极管元件为LBC847BDW1T1G 型三极管。
8.如权利要求3所述的USB供电电路,其特征在于,所述第三三极管为KMBT2222A型三极管。
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