CN105262183A - 一种省电型usb充电结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种省电型USB充电结构，包括电源、第一电流转换模块和第二电流转换模块，第一电流转换模块用于将电源电流转换为小电流供电，第二电流转换模块用于将电源电流转换为大电流供电；所述省电型USB充电结构还包括：USB充电接口、触发电路和充电切换电路；充电切换电路包括：第一电流输出节点、第二电流输出节点、USB电流输出节点、选通模块、第一通断模块和第二通断模块。本发明可实现：关机状态下，通过切换第二电流转换模块为便携式外接设备供电，避免了第一电流转换模块转换后的电流小，不能同时满足供电与充电需求的问题，且解决了关机状态下，系统为外接设备充电导致的耗电过甚问题。

Description

一种省电型USB充电结构

技术领域

本发明涉及USB充电技术领域，尤其涉及一种省电型USB充电结构。

背景技术

目前，笔记本、平板电脑上都带有USB充电接口，通过USB充电接口可为外接设备充电。

目前笔记本、平板电脑的设计中包含两种电，一种电是能够提供较大的电流，但是这种电的转化效率较低，另一种电提供的电流很小，但是这种电的转化效率很高。将前者定义为第一电流转换模块，后者定义为第二电流转换模块。

目前，大多系统关机状态下仍能对外界设备充电，大都采用的是将系统电通过第一电流转换模块转化为5V来为外接设备充电。第一电流转换模块虽然可以提供较大的充电电流，但是转换效率比较低。当系统处于关机状态，并且USB端口没有设备插入，即外界没有充电需求时，此时系统电仍然源源不断的通过第一电流转换模块转化为5V，功率损耗很大。设想此时系统如果只有电池供电，系统的电池续航时间将会大大减少。

此外，还有一部分系统，关机状态下，仅仅通过第二电流转换模块供电，此时，如果为外接设备充电，效率慢，还有可能无法同时满足系统供电和充电的需求。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种省电型USB充电结构。

本发明提出的一种省电型USB充电结构，包括电源、第一电流转换模块和第二电流转换模块，第一电流转换模块用于将电源电流转换为小电流供电，第二电流转换模块用于将电源电流转换为大电流供电；所述省电型USB充电结构还包括：USB充电接口、触发电路和充电切换电路；

充电切换电路包括：第一电流输出节点、第二电流输出节点、USB电流输出节点、选通模块、第一通断模块和第二通断模块；第一电流转换模块的输出端和第二电流转换模块的输出端分别连接第一电流输出节点和第二电流输出节点；

选通模块与第一电流输出节点连接，且选通模块设有输入端、第一输出端和第二输出端，其第一输出端和第二输出端分别与第一通断模块和第二通断模块；第一电流输出节点和第二电流输出节点分别通过第一通断模块和第二通断模块连通USB电流输出节点；USB电流输出节点与USB充电接口连接；USB充电接口与触发电路输入端连接，触发电路输出端与选通模块输入端连接。

优选地，第一通断模块和第二通断模块可采用MOS管。

优选地，第一通断模块和第二通断模块分别采用第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管和第二MOS管均为P型MOS管；第一MOS管的G极连接选通模块的第一输出端，其S极和D极分别连接第一电流输出节点和USB电流输出节点；第二MOS管的G极连接选通模块的第二输出端，其S极和D极分别连接USB电流输出节点和第二电流输出节点。

优选地，选通模块包括第三MOS管和第四MOS管，第三MOS管和第四MOS管均为N型MOS管；第三MOS管的D极和第四MOS管的D极分别作为选通模块的第一输出端和第二输出端，第四MOS管的G极作为选通模块的输入端；第三MOS管的S极和第四MOS管的S极均接地；第三MOS管的D极通过第一电阻连接第一电流输出节点，第四MOS管的D极连接第一电流输出节点并连接第三MOS管的G极。

优选地，第一电流输出节点通过第二电阻连接第四MOS管的D极。

优选地，第三MOS管的D极通过第三电阻连接第一MOS管的G极。

优选地，第一MOS管的S极通过第一电容连接第一MOS管的G极。

优选地，第二电流输出节点和USB电流输出节点分别通过第二电容和第三电容接地。

优选地，触发电路采用嵌入式控制器。

本发明提供两路电流转换，分别为第一电流转换模块和第二电流转换模块，前者输出的电流较小，转化效率较高，且在系统开机和关机时都工作；后者能提供较大电流，但是转化效率低，且在系统关机时默认不工作，但是可以通过触发电路控制其在关机状态下为USB充电接口供电。

本发明中，选通模块根据触发电路的输出信号控制第一通断模块和第二通断模块通断状态，从而选择第一电流转换模块或者第二电流转换模块向USB充电接口供电，而触发电路的输出信号由USB充电器根据是否有外接设备决定。

故而，本发明可实现：关机状态下，通过切换第二电流转换模块为便携式外接设备供电，避免了第一电流转换模块转换后的电流小，不能同时满足供电与充电需求的问题，且解决了关机状态下，系统为外接设备充电导致的耗电过甚问题。开机状态下，在设备由第二电流转换模块输出的大电流进行供电的情况下，USB充电接口在没有外接设备的情况下，依然从第一电流转换模块获取小电流供电，有利于避免大电流供电导致的浪费。

附图说明

图1为本发明提出的一种省电型USB充电结构示意图；

图2为充电切换电路硬件连接图。

具体实施方式

参照图1，本发明提出的一种省电型USB充电结构，包括电源、第一电流转换模块、第二电流转换模块、USB充电接口、触发电路和充电切换电路。第一电流转换模块和第二电流转换模块均与电源连接。第一电流转换模块可采用低压差线性稳压器LDO，其用于将电源电流转换为小电流供电。第二电流转换模块可采用DC-DC电源变换模块，其用于将电源电流转换为大电流供电。

参照图2，充电切换电路包括：第一电流输出节点VCC1、第二电流输出节点VCC2、USB电流输出节点VCC_USB、选通模块、第一通断模块和第二通断模块。

第一电流转换模块的输出端和第二电流转换模块的输出端分别连接第一电流输出节点VCC1和第二电流输出节点VCC2。

第一通断模块和第二通断模块分别采用第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均为P型MOS管。选通模块包括第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，第三MOS管Q3和第四MOS管Q4均为N型MOS管。

第三MOS管Q3的S极和第四MOS管Q4的S极均接地；第三MOS管Q3的D极和第四MOS管Q4的D极分别第一电阻R1和第二电阻R2连接第一电流输出节点VCC1，且第四MOS管Q4的D极还连接第三MOS管Q3的G极。

第三MOS管Q3的D极作为选通模块的第一输出端还与第一MOS管Q1的G极连接，第一MOS管Q1的S极和D极分别连接第一电流输出节点VCC1和USB电流输出节点VCC_USB。第四MOS管Q4的D极分别作为选通模块的第二输出端还与第二MOS管Q2的G极连接，第二MOS管Q2S极和D极分别连接USB电流输出节点VCC_USB和第二电流输出节点VCC2。

USB电流输出节点VCC_USB与USB充电接口连接；USB充电接口与触发电路输入端连接，第四MOS管Q4的G极作为选通模块的输入端还与触发电路输出端连接。本实施方式中，触发电路采用嵌入式控制器EC。

本实施方式中，关机状态下，默认由第一电流转换模块对电源电流进行转换，从而第一电流输出节点VCC1得电。此时，如果USB充电接口外接便携式设备，则USB充电接口的/STATUS端向触发电路的GPIO1输出高电平信号1，然后触发电路GPIO2端输出高电平的CHG_SW信号，从而第四MOS管Q4G极的电压高于S极并导通，使得第三MOS管Q3的G极通过第四MOS管Q4接地，第三MOS管Q3截止，从而第一MOS管Q1的G极和S极串联，第一MOS管Q1截止，故而第一电流输出节点VCC1与USB电流输出节点VCC_USB断开；而第四MOS管Q4导通时,其D极作为选通模块第二输出端输出的USB_EN为低电平信号，第二MOS管Q2G极获得该低电平信号USB_EN，从而第二MOS管Q2导通，第二电流输出节点VCC2与USB电流输出节点VCC_USB导通，即第二电流转换模块与USB电流输出节点VCC_USB导通，从而USB充电接口从第二电流转换模块获取大电流为便携式设备充电。如果USB充电接口没有外接便携式设备，则USB充电接口的/STATUS端向触发电路的GPIO1输出低电平信号0，然后触发电路GPIO2端输出低电平的CHG_SW信号，从而第四MOS管Q4截止，第四MOS管Q4D极即选通模块第二输出端从第一电流输出节点VCC1获得高电平信号USB_EN，第三MOS管Q3导通，第三MOS管Q3D极作为选通模块第一输出端向第一MOS管Q1G极输送低电平，从而第一MOS管Q1导通，而第二MOS管Q2获得高电平信号USB_EN后截止；所以，USB充电接口没有外接便携式充电设备的情况下，USB电流输出节点VCC_USB从第一电流输出节点VCC1获取电能提供给USB充电接口为便携式外接设备充电。

关机状态下，通过切换第二电流转换模块为便携式外接设备供电，避免了第一电流转换模块转换后的电流小，不能同时满足供电与充电需求的问题。

本实施方式中，开机状态下，触发电路的GPIO3端向第二电流转换模块发送控制信号EN，使得第二电流转换模块进入工作模式，此时，如果USB充电接口外接便携式设备，则USB充电接口的/STATUS端向触发电路的GPIO1输出高电平信号1，第一MOS管Q1截止，第二MOS管Q2导通，USB充电接口获取大电流为便携式外接设备充电。如果，USB充电接口没有外接便携式设备，则USB充电接口的/STATUS端向触发电路的GPIO1输出低电平信号0，然后，第一MOS管Q1导通，第二MOS管Q2截止。如此，开机状态下，在设备由第二电流转换模块输出的大电流进行供电的情况下，USB充电接口在没有外接设备的情况下，依然从第一电流转换模块获取小电流供电，有利于避免大电流供电导致的浪费。

本实施方式中，第一电流输出节点VCC1通过第二电阻R2连接第四MOS管Q4的D极，第二电阻R2串联限压，避免第四MOS管受到过压伤害。同理，第三MOS管Q3的D极通过第三电阻R3连接第一MOS管Q1的G极。

本实施方式中，第一MOS管Q1的S极即第一电流输出节点VCC1通过第一电容C1连接第一MOS管Q1的G极，第二电流输出节点VCC2和USB电流输出节点VCC_USB分别通过第二电容C2和第三电容C2接地。第一电容C1、第二电容C2和第三电容C2的设置，由于避免对地电流泄漏。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种省电型USB充电结构，包括电源、第一电流转换模块和第二电流转换模块，第一电流转换模块用于将电源电流转换为小电流供电，第二电流转换模块用于将电源电流转换为大电流供电；其特征在于，所述省电型USB充电结构还包括：USB充电接口、触发电路和充电切换电路；

充电切换电路包括：第一电流输出节点(VCC1)、第二电流输出节点(VCC2)、USB电流输出节点(VCC_USB)、选通模块、第一通断模块和第二通断模块；第一电流转换模块的输出端和第二电流转换模块的输出端分别连接第一电流输出节点(VCC1)和第二电流输出节点(VCC2)；

选通模块与第一电流输出节点(VCC1)连接，且选通模块设有输入端、第一输出端和第二输出端，其第一输出端和第二输出端分别与第一通断模块和第二通断模块；第一电流输出节点(VCC1)和第二电流输出节点(VCC2)分别通过第一通断模块和第二通断模块连通USB电流输出节点(VCC_USB)；USB电流输出节点(VCC_USB)与USB充电接口连接；USB充电接口与触发电路输入端连接，触发电路输出端与选通模块输入端连接。

2.如权利要求1所述的省电型USB充电结构，其特征在于，第一通断模块和第二通断模块可采用MOS管。

3.如权利要求2所述的省电型USB充电结构，其特征在于，第一通断模块和第二通断模块分别采用第一MOS管(Q1)和第二MOS管(Q2)，第一MOS管(Q1)和第二MOS管(Q2)均为P型MOS管；第一MOS管(Q1)的G极连接选通模块的第一输出端，其S极和D极分别连接第一电流输出节点(VCC1)和USB电流输出节点(VCC_USB)；第二MOS管(Q2)的G极连接选通模块的第二输出端，其S极和D极分别连接USB电流输出节点(VCC_USB)和第二电流输出节点(VCC2)。

4.如权利要求3所述的省电型USB充电结构，其特征在于，选通模块包括第三MOS管(Q3)和第四MOS管(Q4)，第三MOS管(Q3)和第四MOS管(Q4)均为N型MOS管；第三MOS管(Q3)的D极和第四MOS管(Q4)的D极分别作为选通模块的第一输出端和第二输出端，第四MOS管(Q4)的G极作为选通模块的输入端；第三MOS管(Q3)的S极和第四MOS管(Q4)的S极均接地；第三MOS管(Q3)的D极通过第一电阻(R1)连接第一电流输出节点(VCC1)，第四MOS管(Q4)的D极连接第一电流输出节点(VCC1)并连接第三MOS管(Q3)的G极。

5.如权利要求4所述的省电型USB充电结构，其特征在于，第一电流输出节点(VCC1)通过第二电阻(R2)连接第四MOS管(Q4)的D极。

6.如权利要求4所述的省电型USB充电结构，其特征在于，第三MOS管(Q3)的D极通过第三电阻(R3)连接第一MOS管(Q1)的G极。

7.如权利要求4所述的省电型USB充电结构，其特征在于，第一MOS管(Q1)的S极通过第一电容(C1)连接第一MOS管(Q1)的G极。

8.如权利要求4所述的省电型USB充电结构，其特征在于，第二电流输出节点(VCC2)和USB电流输出节点(VCC_USB)分别通过第二电容(C2)和第三电容(C2)接地。

9.如权利要求1至8任一项所述的省电型USB充电结构，其特征在于，触发电路采用嵌入式控制器。