CN111865072A - 一种基于车载usb接口充电转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于车载USB接口充电转换电路，包括包括外部电源输入口P1和USB输出接口，所述外部电源输入口P1和USB输出接口设置在PCB电路板上表面两端，且相对PCB电路板的中心轴线对称；所述外部电源输入口P1的输出端通过依次电连接的保护电路，滤波电路，降压转换电路与USB输出接口输入端相连。由外部电源输入口P1输入的直流电压Vi（可以为8V‑32V），经保护电路和滤波电路，再降压转换电路降压转换为5V的输出电压Vo，由USB输出接口连续稳定地输出，供手机、pad等电子设备充电。本发明简化电路电子元器件的使用，生产制造成本低，提高生产效率、电路故障率低，电路安全性高，稳定性好，电源转换效率高，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于车载USB接口充电转换电路，属于汽车制造控制技术领域。
背景技术
随着社会的进步与发展，各种便携式电子设备越来越多，对电子设备的充电需求也越来越多，然而目前市场上大部分汽车在配置上都没有配备专门的USB充电接口，很多用户都是选择另外购买采用点烟器接口取电的USB充电器，这些充电器很多都不符合汽车类产品的安全标准，给车辆以及电子设备造成很大的安全隐患。虽然也有个别厂家将USB充电口作为车辆的一种标配，但是涉及的车载USB接口充电转换电路比较复杂，电路上的电子元件较多，导致其生产效率低下，制造成本高，并且电路故障率高。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种基于车载USB接口充电转换电路，可以克服现有技术的不足。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于车载USB接口充电转换电路，包括外部电源输入口P1和USB输出接口，所述外部电源输入口P1和USB输出接口设置在PCB电路板上表面两端，且相对PCB电路板的中心轴线对称；所述外部电源输入口P1的输出端通过依次电连接的保护电路，滤波电路，降压转换电路与USB输出接口输入端相连；所述外部电源输入口P1用于向电路输入直流电压Vi；保护电路用于电路的浪涌保护和过载保护；滤波电路用于过滤低频和高频干扰；降压转换电路用于将输入直流电压降压转换为5V的输出电压Vo，并实现连续稳定供电；USB输出接口作为最终的输出接口，完成电源的输出以及USB数据口的数据交互。
前述保护电路包括依次串联的浪涌保护电路和反接保护电路。
前述浪涌保护电路包括与外部电源输入口P1输出端依次串联的双向TVS管和过流熔断保险丝Fuse，双向TVS管用于电路的浪涌保护，过流熔断保险丝Fuse用于电路的过流保护；所述反接保护电路包括PMOS管Q1，PMOS管Q1与相并联的电阻R4和二极管D2连接，用于电源输入极性的反接保护。
前述过流熔断保险丝Fuse为PCB双曲线覆铜段，其线宽为0.2-0.25mm。
前述滤波电路由两个不同材质、不同容量的电容C1、电容C4串联组成，电容C1采用大容量的铝电解电容用于过滤低频干扰，电容C4采用小容量的陶瓷电容用于过滤高频干扰。
前述降压转换电路包括降压转换器，所述降压转换器为集成有同步开关的集成电路芯片U1；集成电路芯片U1的输入脚1与所述滤波电路的输出端电连接，输出脚7通过储能电感L1与储能电容C电连接，用于降低输出的电压波动。
前述集成电路芯片U1的型号为IP6503S。
前述储能电感L1由线圈和磁芯组成；储能电容C包括相并联储能电容C2和储能电容C5，在二者的并联电路上还并联有负载电阻R1，所述负载电阻R1用于避免USB输出端空载造成电压波动；相并联的储能电容C2、储能电容C5和负载电阻R1的输入端耦合后分别与储能电感L1、集成电路芯片U1的输出脚5连接，用于电压连续检测并稳定输出电压Vo。
前述储能电感L1还与相串联的电阻R2和电容C6连接，相串联的电阻R2和电容C6用于波形校正和尖峰吸收。
还包括与前述储能电感L1并联的自举电容C3，自举电容C3一端与集成电路芯片U1的输出脚7电连接，另一端与与集成电路芯片U1的输出脚8相连，用于将集成电路芯片U1的输出脚8电压抬升至输入电压+输出电压的总和，供内部驱动电路使用。
与现有技术比较，本发明公开的一种基于车载USB接口充电转换电路，其包括外部电源输入口P1和USB输出接口，所述外部电源输入口P1和USB输出接口设置在PCB电路板上表面两端，且相对PCB电路板的中心轴线对称；所述外部电源输入口P1的输出端通过依次电连接的保护电路，滤波电路，降压转换电路与USB输出接口输入端相连。由外部电源输入口P1输入的直流电压Vi（可以为8V-32V），经保护电路和滤波电路，再降压转换电路降压转换为5V的输出电压Vo，由USB输出接口连续稳定地输出，供手机、pad等电子设备充电。
本发明的有益效果是：
（1）所述的外部电源输入口P1和USB输出接口设置在PCB电路板上表面两端，且相对PCB电路板的中心轴线对称，其布置简单，简化加工工艺，便于后续生产和装配，生产制造成本低，实用性强。
（2）所述的保护电路包括依次串联的浪涌保护电路和反接保护电路，不仅实现电路的浪涌保护、过载保护，安全性高，稳定性好，而且使用了PMOS管做防极性反接保护，由于PMOS管具有极低的内阻，电流流过时损耗极低，在实现极性反接保护的同时，还降低了功率消耗。
（3）本设计电路结构简单，所述的降压转换电路采用型号为IP6503S的集成电路芯片，在简化电路外围电子元器件、提高生产效率、降低故障率的同时，还保证电源转换效率高（可达到94%以上），静态电流低（小于3mA），输入电压范围宽（8V到32V）,输出电流大（可达2.4A）。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为降压转换电路的工作原理示意图。
图3为本发明的结构分布示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1-图3所示，本发明公开的一种基于车载USB接口充电转换电路，包括外部电源输入口P1和USB输出接口，所述外部电源输入口P1和USB输出接口设置在PCB电路板上表面两端，且相对PCB电路板的中心轴线对称；所述外部电源输入口P1的输出端通过依次电连接的保护电路，滤波电路，降压转换电路与USB输出接口输入端相连；所述外部电源输入口P1用于向电路输入直流电压Vi；保护电路用于电路的浪涌保护和过载保护；滤波电路用于过滤低频和高频干扰；降压转换电路用于将输入直流电压降压转换为5V输出电压Vo，并实现连续稳定供电；USB输出接口作为最终的输出接口，完成电源的输出以及USB数据口的数据交互。
所述保护电路包括依次串联的浪涌保护电路和反接保护电路。所述浪涌保护电路包括与外部电源输入口P1输出端依次串联的双向TVS管和过流熔断保险丝Fuse；双向TVS管用于电路的浪涌保护；所述过流熔断保险丝Fuse为PCB双曲线覆铜段，其线宽为0.2-0.25mm，可作为本电路的最后一道过流保护防线。
所述反接保护电路包括PMOS管Q1，PMOS管Q1与相并联的电阻R4和二极管D2连接，用于电源输入极性的反接保护，可以避免因车辆蓄电池接反时对本电路损害。
所述滤波电路由两个不同材质、不同容量的电容C1、电容C4串联组成，电容C1采用大容量的铝电解电容用于过滤低频干扰，电容C4采用小容量的陶瓷电容用于过滤高频干扰。
所述降压转换电路包括降压转换器，所述降压转换器为集成有同步开关的集成电路芯片U1；集成电路芯片U1的输入脚1与所述滤波电路的输出端电连接，输出脚7通过储能电感L1与储能电容C电连接，由集成电路芯片U1负责将输入脚1的电源用电子开关的形式转换成占空比可调的高频脉动电源，由输出脚7通过储能电感L1向储能电容C充电，进而降低输出的电压波动。
所述集成电路芯片U1的型号为IP6503S；IP6503S支持 DCP(BC1.2、 Apple2.4A、三星)输出协议，为车载充电器、适配器、智能排插、行车记录仪提供完整的解决方案。
所述储能电感L1由线圈和磁芯组成；储能电容C包括相并联储能电容C2和储能电容C5，在二者的并联电路上还并联有负载电阻R1，所述负载电阻R1用于避免USB输出端空载造成电压波动；相并联的储能电容C2、储能电容C5和负载电阻R1的输入端耦合后分别与储能电感L1、集成电路芯片U1的输出脚5连接；不仅可以由输出脚7通过储能电感L1向储能电容C2和储能电容C5充电、降压，同时输出脚5会对输出端的电压进行连续检测，用来控制内部开关的占空比调节，保证输出电压的稳定。
所述储能电感L1还与相串联的电阻R2和电容C6连接，相串联的电阻R2和电容C6用于波形校正和尖峰吸收。
还包括与储能电感L1并联的自举电容C3，自举电容C3一端与集成电路芯片U1的输出脚7电连接，另一端与与集成电路芯片U1的输出脚8相连，用于将集成电路芯片U1的输出脚8电压抬升至输入电压+输出电压的总和，供内部驱动电路使用。
见图2，所述降压转换电路的工作原理是：在降压转换器U1内部集成有电子开关S和整流器VD；
当S接通时，整流器VD反向截止，电流通过储能电感L1给连接在USB输出接口的负载R提供能源，C作为储能器件，可以降低负载R两端的电压波动，同时，流过L线圈的电流也会转化成磁能给L磁芯充磁；
当S断开的时候，储能电感L1的线圈无法再获得外部提供的电能量，磁芯的磁场强度开始消退，磁场的变化过程又会在线圈中感生出电流，且电流流向相同，该电流通过整流器VD正向导通，最终与负载R形成回路，提供电能，储能电容C在整个过程中能够减小上述变化造成的输出电压Vo波动。
控制S的开闭时间，即占空比，就能控制在Vo端获得的电压值，也就完成了输入电压Vi至输出电压Vo的降压变化过程。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式保密的限制，任何未脱离本发明技术方案内容、依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于车载USB接口充电转换电路，包括外部电源输入口P1和USB输出接口，其特征在于：所述外部电源输入口P1和USB输出接口设置在PCB电路板上表面两端，且相对PCB电路板的中心轴线对称；所述外部电源输入口P1的输出端通过依次电连接的保护电路，滤波电路，降压转换电路与USB输出接口输入端相连；所述外部电源输入口P1用于向电路输入直流电压Vi；保护电路用于电路的浪涌保护和过载保护；滤波电路用于过滤低频和高频干扰；降压转换电路用于将输入直流电压降压转换为5V的输出电压Vo，并实现连续稳定供电；USB输出接口作为最终的输出接口，完成电源的输出以及USB数据口的数据交互。
2.根据权利要求1所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：所述保护电路包括依次串联的浪涌保护电路和反接保护电路。
3.根据权利要求2所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：所述浪涌保护电路包括与外部电源输入口P1输出端依次串联的双向TVS管和过流熔断保险丝Fuse，双向TVS管用于电路的浪涌保护，过流熔断保险丝Fuse用于电路的过流保护；所述反接保护电路包括PMOS管Q1，PMOS管Q1与相并联的电阻R4和二极管D2连接，用于电源输入极性的反接保护。
4.根据权利要求3所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：所述过流熔断保险丝Fuse为PCB双曲线覆铜段，其线宽为0.2-0.25mm。
5.根据权利要求1所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：所述滤波电路由两个不同材质、不同容量的电容C1、电容C4串联组成，电容C1采用大容量的铝电解电容用于过滤低频干扰，电容C4采用小容量的陶瓷电容用于过滤高频干扰。
6.根据权利要求1所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：所述降压转换电路包括降压转换器，所述降压转换器为集成有同步开关的集成电路芯片U1；集成电路芯片U1的输入脚1与所述滤波电路的输出端电连接，输出脚7通过储能电感L1与储能电容C电连接，用于降低输出的电压波动。
7.根据权利要求6所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：所述集成电路芯片U1的型号为IP6503S。
8.根据权利要求6所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：所述储能电感L1由线圈和磁芯组成；储能电容C包括相并联储能电容C2和储能电容C5，在二者的并联电路上还并联有负载电阻R1，所述负载电阻R1用于避免USB输出端空载造成电压波动；相并联的储能电容C2、储能电容C5和负载电阻R1的输入端耦合后分别与储能电感L1、集成电路芯片U1的输出脚5连接，用于电压连续检测并稳定输出电压Vo。
9.根据权利要求6所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：所述储能电感L1还与相串联的电阻R2和电容C6连接，相串联的电阻R2和电容C6用于波形校正和尖峰吸收。
10.根据权利要求6所述的基于车载USB接口充电转换电路，其特征在于：还包括与储能电感L1并联的自举电容C3，自举电容C3一端与集成电路芯片U1的输出脚7电连接，另一端与与集成电路芯片U1的输出脚8相连，用于将集成电路芯片U1的输出脚8电压抬升至输入电压+输出电压的总和，供内部驱动电路使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201030 |