CN107733025B - 一种usb与dc兼容的双充电路及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电电路领域，特别涉及一种USB与DC兼容的双充电路及其运行方法。该电路包括USB电源通路、DC电源通路、充电电路、电池、电源管理集成电路PMIC、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C3，所述USB电源通路包括场效应管Q1、场效应管Q2、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5。同时还提供一种基于该电路的运行方法。本技术方案主要应用于智能Tablet以及其他不具备多路充电功能的平台，尤其在Tablet的USB接口需要长时间对外部设备供电的情况下，可以保证机台既能放电又能同时充电，电路都用分离元件搭建，未使用集成电路，具有电路简单，成本低廉的特点。

Description

一种USB与DC兼容的双充电路及其运行方法

技术领域

本发明涉及充电电路领域，特别涉及一种USB与DC兼容的双充电路及其运行方法。

背景技术

市场中常见的手机，平板等移动设备几乎都只标配了一个USB接口，作为设备的充电与数据传输接口。无论是手机或平板都带有OTG（On-The-Go，安上即可用，主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换。）功能，可以通过设备的USB接口外接U盘，鼠标，键盘，游戏手柄等设备，为用户带来了更多的扩展性可玩性，特别是平板产品，由于其屏幕尺寸大的特点，外接键盘鼠标后，可以带来类似笔记本般的使用体验。但是在使用过程中，作为主机HOST端的平板需要向外部OTG设备供电，再加上平板本身的耗电，使得用户外接OTG设备后并不能真正的像笔记本一样长时间使用，不得不在使用一段时间后又拔掉OTG设备并为机台充电，使得该使用场景下的用户体验欠佳。

发明内容

本发明提供一种USB与DC兼容的双充电路及其运行方法，旨在使得Tablet平板产品能够使用USB接口或者DC接口充电，在USB接口被外部U盘，鼠标，键盘等OTG设备占用的情况下，还可以使用直流DC接口为Tablet充电，以保证机台长时间工作而不断电。

本发明提供一种USB与DC兼容的双充电路，包括USB电源通路、DC电源通路、充电电路、电池、电源管理集成电路PMIC、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C3，所述USB电源通路包括场效应管Q1、场效应管Q2、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述场效应管Q1的栅极分别连接二极管D2的负极、电阻R3，所述场效应管Q1的源极分别连接二极管D1的负极、电容C1、电阻R4、外接的USB接口，所述场效应管Q1的漏极分别连接电阻R1、电容C2、场效应管Q2的漏极，所述电容C1的另一端接GND，所述二极管D1的正极分别连接二极管D2的正极、电容C3、OTG电源，所述电阻R1的另一端分别连接电阻R2、微控制单元MCU的ADC接口，所述电容C3的另一端、电阻R3的另一端、电阻R2的另一端分别接GND，所述场效应管Q2的栅极分别连接电阻R5、电容C2的另一端、DC电源通路，所述电阻R5的另一端接GND，所述场效应管Q2的源极分别连接电阻R4的另一端、DC电源通路、充电电路，所述DC电源通路的另一端连接DC电源，所述充电电路的另一端分别连接电池、电源管理集成电路PMIC。

作为本发明的进一步改进，该USB与DC兼容的双充电路包括电容C5，所述DC电源通路包括二极管D3、二极管D4、场效应管Q5、电阻R9、电阻R10，所述二极管D3的正极分别连接场效应管Q2的栅极、二极管D4的正极、电阻R9、电容C5、DC电源，所述二极管D3的负极分别连接场效应管Q2的源极、二极管D4的负极，所述电阻R9的另一端分别连接电阻R10、场效应管Q5的栅极，所述场效应管Q5的漏极连接MCU的ADC接口，所述场效应管Q5的源极接GND，所述电容C5的另一端接GND，所述电阻R10的另一端接GND。

作为本发明的进一步改进，该USB与DC兼容的双充电路包括电容C4，所述充电电路包括场效应管Q3、场效应管Q4、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电容C4的一端分别连接场效应管Q2的源极、电阻R6、电阻R8、三极管Q4的发射极，所述电容C4的另一端接GND，所述电阻R6的另一端分别连接电阻R7、电源管理集成电路PMIC，所述电阻R7的另一端接GND，所述电阻R8的另一端分别连接场效应管Q3的栅极、电源管理集成电路PMIC，所述三极管Q4的基极连接场效应管Q3的栅极，所述三极管Q4的集电极连接电池，所述场效应管Q3的源极连接电源管理集成电路PMIC。

作为本发明的进一步改进，所述电阻R6的另一端连接电源管理集成电路PMIC的VCDT接口，所述电阻R8的另一端连接电源管理集成电路PMIC的CHRLDO接口，所述场效应管Q3的源极连接电源管理集成电路PMIC的VDRV接口。

本发明还提供一种USB与DC兼容的双充电路运行方法，包括以下情况的运行方法：

插入USB电源，场效应管Q1、场效应管Q2的栅极为低电平，场效应管Q1、场效应管Q2导通，USB电源流过场效应管Q1、场效应管Q2到达充电电路的输入端，电阻R1、电阻R2对输入的USB电源进行分压，电阻R2上的电压USB_DET接到MCU的ADC接口进行采样判断，并在操作系统界面显示当前为USB充电模式；

插入DC电源，DC电源直接流过二极管D2、二极管D3到达充电电路的输入端，电阻R9、电阻R10对输入DC电源进行分压，场效应管Q5漏极上的电压DC_DET接到MCU的ADC接口进行采样判断，并在操作系统界面显示当前为DC电源充电模式。

作为本发明的进一步改进，该方法还包括以下情况的运行方法：

插入USB电源和DC电源，场效应管Q2被截止，阻止USB电源到达充电电路，DC电源到达充电电路，系统在检测到USB_DET和DC_DET同时存在时，在操作系统界面显示当前为DC充电模式。

作为本发明的进一步改进，该方法还包括以下情况的运行方法：

插入外部OTG设备，OTG电源输出流经二极管D1到达USB接口给外部OTG设备供电，同时OTG电源流过二极管D2到达场效应管Q1的栅极，场效应管Q1被截止，阻止OTG电源到达充电电路。

作为本发明的进一步改进，该方法还包括以下情况的运行方法：

插入外部OTG设备和DC电源，场效应管Q1、场效应管Q2都被截止，OTG电源输出流经二极管D1到达USB接口给外部OTG设备供电，DC电源直接流过二极管D2、二极管D3到达充电电路的输入端。

本发明的有益效果是：本技术方案主要应用于智能Tablet以及其他不具备多路充电功能的平台，尤其在Tablet的USB接口需要长时间对外部设备供电的情况下，可以保证机台既能放电又能同时充电，电路都用分离元件搭建，未使用集成电路，具有电路简单，成本低廉的特点。

附图说明

图1是本发明一种USB与DC兼容的双充电路的电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本发明的一种USB与DC兼容的双充电路，包括USB（Universal SerialBus，通用串行总线）电源通路1、DC电源通路2、充电电路3、电池4、电源管理集成电路PMIC、二极管D1、二极管D2、7535容C1、电容C3，USB电源通路包括场效应管Q1、场效应管Q2、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，场效应管Q1的栅极分别连接二极管D2的负极、电阻R3，场效应管Q1的源极分别连接二极管D1的负极、电容C1、电阻R4、外接的USB接口，场效应管Q1的漏极分别连接电阻R1、电容C2、场效应管Q2的漏极，电容C1的另一端接GND，二极管D1的正极分别连接二极管D2的正极、电容C3、OTG电源，电阻R1的另一端分别连接电阻R2、微控制单元MCU的ADC接口，电容C3的另一端、电阻R3的另一端、电阻R2的另一端分别接GND，场效应管Q2的栅极分别连接电阻R5、电容C2的另一端、DC电源通路，电阻R5的另一端接GND，场效应管Q2的源极分别连接电阻R4的另一端、DC电源通路、充电电路，DC电源通路的另一端连接DC电源，充电电路的另一端分别连接电池、电源管理集成电路PMIC。

该电路还包括电容C5，DC电源通路包括二极管D3、二极管D4、场效应管Q5、电阻R9、电阻R10，二极管D3的正极分别连接场效应管Q2的栅极、二极管D4的正极、电阻R9、电容C5、DC电源，二极管D3的负极分别连接场效应管Q2的源极、二极管D4的负极，电阻R9的另一端分别连接电阻R10、场效应管Q5的栅极，场效应管Q5的漏极连接MCU的ADC接口，场效应管Q5的源极接GND，电容C5的另一端接GND，电阻R10的另一端接GND。

该电路还包括电容C4，充电电路包括场效应管Q3、场效应管Q4、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电容C4的一端分别连接场效应管Q2的源极、电阻R6、电阻R8、三极管Q4的发射极，所述电容C4的另一端接GND，所述电阻R6的另一端分别连接电阻R7、电源管理集成电路PMIC，所述电阻R7的另一端接GND，所述电阻R8的另一端分别连接场效应管Q3的栅极、电源管理集成电路PMIC，所述三极管Q4的基极连接场效应管Q3的栅极，所述三极管Q4的集电极连接电池，所述场效应管Q3的源极连接电源管理集成电路PMIC。

其中，电阻R6的另一端连接电源管理集成电路PMIC的VCDT接口，电阻R8的另一端连接电源管理集成电路PMIC的CHRLDO接口，场效应管Q3的源极连接电源管理集成电路PMIC的VDRV接口。

本技术方案的结构包括DC电源通路2部分、USB电源通路1部分、充电电路3部分。其中USB电源通路1的输入源头为外部USB接口，此外USB接口同时也是OTG电源的输出端口。DC电源通路2的输入源头为外部DC接口，USB电源通路1和DC电源通路2的输出作为后级充电电路3的输入，后级充电电路3配合平台的PMIC控制，可以调整充电的开关，充电电流的大小，USB或DC的输入电流经过充电电路的调整和控制后流入电池，实现充电。

实施例二：

本USB与DC兼容的双充电路的运行原理如下：

当只插入USB电源时，场效应管Q1、场效应管Q2的栅极是低电平，场效应管Q1，Q2是导通的，USB电源流过场效应管Q1、场效应管Q2到达充电电路的输入，由于二极管D3、二极管D4的存在，USB电源流过场效应管Q1后并不会倒灌到DC插座。R1，R2对输入的USB电源进行分压，R2上的电压USB_DET可以接到MCU的ADC接口进行采样判断，软件可以在操作系统界面显示当前为USB充电模式。

当只插入DC电源时，DC电源直接流过二极管D3、二极管D4到达充电电路3的输入端，电阻R9、电阻R10对输入DC电源进行分压，场效应管Q5漏极上的电压DC_DET可以接到MCU的ADC接口进行采样判断，软件可以在操作系统界面显示当前为DC电源充电模式。由于DC电源的输入接到了场效应管Q2的栅极，场效应管Q2截止，因此DC电源并不会倒灌到USB插座。

当同时插入USB电源和DC电源时，由于场效应管Q2被截止，USB电源不能到达充电电路3，而DC电源可以到达充电电路3，因此在该情况下，硬件上优先选择用DC充电，软件在检测到USB_DET和DC_DET都存在的情况下，可以在操作系统界面显示当前为DC充电模式。

当只插入U盘等OTG设备时，平台OTG电源模块会输出OTG电源流经二极管D1到达USB插座给外部设备供电，同时OTG_POWER也会流过二极管D2到达场效应管Q1的栅极，场效应管Q1被截止，因此OTG_POWER不会到达充电电路3，并不会出现“自己给自己充电的情况”。

当同时插入OTG设备和DC电源时，场效应管Q1、场效应管Q2都被截止，OTG电源和DC电源互不影响，即在该种情况下，可以给机台一边充电，一边给OTG设备供电。

电阻R4为选贴电阻，在只需要做USB充电的情况下，可以删除USB电源通路1和DC电源通路2模块，只贴上电阻R4即可，节约成本。

对于充电电路3，当有充电电压到达输入端电容C2时，电源管理集成电路PMIC的VCDT可以检测到，系统进入充电模式，CHRLDO可以控制场效应管Q3的开断来控制是否进行充电，VDRV控制流过场效应管Q3的电流，进而控制流过三极管Q4基极的电流，从而控制流过三极管Q4的充电电流的大小。

本设计为USB和DC的双充兼容电路，在只插入DC电源或者USB电源的情况下，都可以充电，在同时插入USB电源和DC电源的情况下，DC电源将场效应管Q2截止，在硬件上把USB电源隔断，优先使用DC充电。在只插入OTG设备或者同时插入OTG设备与DC电源的情况下，OTG电源将场效应管Q1截止，DC电源将场效应管Q2截止，使得OTG电源与后级充电电路隔离，互不影响，从而实现多种场景下的正常电源控制。

本发明的目的在设计一种USB和DC兼容的双路接口充电电路，使得Tablet平板等智能产品可以使用USB接口或者DC接口充电，在USB接口被外部OTG设备占用的情况下，还可以使用DC接口为Tablet充电，以保证机台在该使用场景下可以长时间工作而不断电，提升用户体验。此外DC接口的物理尺寸通常比Micro USB接口还要小，当用于Tablet这样的大尺寸移动产品时，几乎不影响产品美观。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种USB与DC兼容的双充电路，其特征在于，包括USB电源通路、DC电源通路、充电电路、电池、电源管理集成电路PMIC、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C3，所述USB电源通路包括场效应管Q1、场效应管Q2、电容C2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，所述场效应管Q1的栅极分别连接二极管D2的负极、电阻R3，所述场效应管Q1的源极分别连接二极管D1的负极、电容C1、电阻R4、外接的USB接口，所述场效应管Q1的漏极分别连接电阻R1、电容C2、场效应管Q2的漏极，所述电容C1的另一端接GND，所述二极管D1的正极分别连接二极管D2的正极、电容C3、OTG电源，所述电阻R1的另一端分别连接电阻R2、微控制单元MCU的ADC接口，所述电容C3的另一端、电阻R3的另一端、电阻R2的另一端分别接GND，所述场效应管Q2的栅极分别连接电阻R5、电容C2的另一端、DC电源通路，所述电阻R5的另一端接GND，所述场效应管Q2的源极分别连接电阻R4的另一端、DC电源通路、充电电路，所述DC电源通路的另一端连接DC电源，所述充电电路的另一端分别连接电池、电源管理集成电路PMIC；

还包括电容C5，所述DC电源通路包括二极管D3、二极管D4、场效应管Q5、电阻R9、电阻R10，所述二极管D3的正极分别连接场效应管Q2的栅极、二极管D4的正极、电阻R9、电容C5、DC电源，所述二极管D3的负极分别连接场效应管Q2的源极、二极管D4的负极，所述电阻R9的另一端分别连接电阻R10、场效应管Q5的栅极，所述场效应管Q5的漏极连接MCU的ADC接口，所述场效应管Q5的源极接GND，所述电容C5的另一端接GND，所述电阻R10的另一端接GND；

还包括电容C4，所述充电电路包括场效应管Q3、场效应管Q4、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电容C4的一端分别连接场效应管Q2的源极、电阻R6、电阻R8、三极管Q4的发射极，所述电容C4的另一端接GND，所述电阻R6的另一端分别连接电阻R7、电源管理集成电路PMIC，所述电阻R7的另一端接GND，所述电阻R8的另一端分别连接场效应管Q3的栅极、电源管理集成电路PMIC，所述三极管Q4的基极连接场效应管Q3的栅极，所述三极管Q4的集电极连接电池，所述场效应管Q3的源极连接电源管理集成电路PMIC。

2.根据权利要求1所述USB与DC兼容的双充电路，其特征在于，所述电阻R6的另一端连接电源管理集成电路PMIC的VCDT接口，所述电阻R8的另一端连接电源管理集成电路PMIC的CHRLDO接口，所述场效应管Q3的源极连接电源管理集成电路PMIC的VDRV接口。

3.一种USB与DC兼容的双充电路运行方法，应用于如权利要求1或2所述USB与DC兼容的双充电路，其特征在于，包括以下情况的运行方法：

插入USB电源，场效应管Q1、场效应管Q2的栅极为低电平，场效应管Q1、场效应管Q2导通，USB电源流过场效应管Q1、场效应管Q2到达充电电路的输入端，电阻R1、电阻R2对输入的USB电源进行分压，电阻R2上的电压USB_DET接到MCU的ADC接口进行采样判断，并在操作系统界面显示当前为USB充电模式；

插入DC电源，DC电源直接流过二极管D2、二极管D3到达充电电路的输入端，电阻R9、电阻R10对输入DC电源进行分压，场效应管Q5漏极上的电压DC_DET接到MCU的ADC接口进行采样判断，并在操作系统界面显示当前为DC电源充电模式。

4.根据权利要求3所述USB与DC兼容的双充电路运行方法，其特征在于，还包括以下情况的运行方法：

插入USB电源和DC电源，场效应管Q2被截止，阻止USB电源到达充电电路，DC电源到达充电电路，系统在检测到USB_DET和DC_DET同时存在时，在操作系统界面显示当前为DC充电模式。

5.根据权利要求3所述USB与DC兼容的双充电路运行方法，其特征在于，还包括以下情况的运行方法：

插入外部OTG设备，OTG电源输出流经二极管D1到达USB接口给外部OTG设备供电，同时OTG电源流过二极管D2到达场效应管Q1的栅极，场效应管Q1被截止，阻止OTG电源到达充电电路。

6.根据权利要求5所述USB与DC兼容的双充电路运行方法，其特征在于，还包括以下情况的运行方法：

插入外部OTG设备和DC电源，场效应管Q1、场效应管Q2都被截止，OTG电源输出流经二极管D1到达USB接口给外部OTG设备供电，DC电源直接流过二极管D2、二极管D3到达充电电路的输入端。