CN113806269A - Usb端口恒压供电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种USB端口恒压供电电路,其包括USB恒压模块,所述USB恒压模块包括第一电压检测模块和第二电压检测模块,所述USB恒压模块的电源输出端与目标负载的电源输入端连接,所述第一电压检测模块的第一检测线与目标负载的电源输入端连接;所述USB恒压模块的接地端与目标负载的接地输出端连接,所述第二电压检测模块的第二检测线与目标负载的接地输出端连接,实现了自动将负载两端的端电压控制在5V,保证USB供电的输出电压恒定。

Description

USB端口恒压供电电路
技术领域
本发明涉及USB供电技术领域,特别是涉及一种USB 端口恒压供电电路。
背景技术
USB供电是指USB端口在正常工作时能提供一定的电压,被广泛应用于个人计算机和移动设备等信息通讯产品,并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其他相关领域。
目前,USB供电标准一般都是5V,即,USB端口电源管脚VCC与接地管脚GND之间的供电电压差为5V,但是当使用USB端口供电时,与USB端口连接的供电导线存在线电阻,如图1所示,分别与电源管脚VCC和接地管脚GND连接的供电导线均存在着线电阻(R1、R2),经常导致给负载RL的供电电压偏低,也就是负载RL两端的端电压
Figure DEST_PATH_IMAGE001
,其中,
Figure 24284DEST_PATH_IMAGE002
为USB端口的输出电压、I为流经供电导线的电流,结果负载RL电路无法正常工作。如供电导线的线电阻R1=R2=0.5Ω,流经供电导线的电流I=0.5A,那么负载RL一侧的电压只有4.5V,这样负载RL一侧将无法正常工作。
如果加大USB端口的输出电压
Figure 538442DEST_PATH_IMAGE002
,如6V,又由于负载RL一侧是不固定的,当电流较小时,可能导致负载电路RL两端的端电压偏高,如供电导线的线电阻R1=R2=0.5Ω,流经供电导线的电流I=0.1A,那么负载RL一侧的端电压将达到5.9V,而这种情况对于负载RL一侧带有集成IC来说则是致命的。
因此,亟需提供一种USB 端口恒压供电电路以解决上述现有技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种USB 端口恒压供电电路,自动将负载两端的端电压控制在5V,保证USB供电的输出电压恒定。
为实现上述目的,本发明提供了一种USB 端口恒压供电电路,其包括USB恒压模块,所述USB恒压模块包括第一电压检测模块和第二电压检测模块,所述USB恒压模块的电源输出端与目标负载的电源输入端连接,所述第一电压检测模块的第一检测线与目标负载的电源输入端连接;所述USB恒压模块的接地端与目标负载的接地输出端连接,所述第二电压检测模块的第二检测线与目标负载的接地输出端连接。
优选地,所述USB恒压模块采用至少四线结构,通过所述第一电压检测模块的第一检测线和所述第二电压检测模块的第二检测线检测目标负载的两端端电压,反馈到所述USB恒压模块,以自动调整所述USB恒压模块的电源输出端的电压输出,保证目标负载两端端电压恒定。
优选地,所述第一电压检测模块和所述第二电压检测模块均采用高阻抗输入缓冲,其中,通过所述第一检测线和所述第二检测线的电流小于1μA。
优选地,所述USB恒压模块还包括运算比较电路模块、功率控制模块和供电输入模块,所述运算比较电路模块的输入端分别与所述第一电压检测模块和第二电压检测模块连接,所述运算比较电路模块的输出端与所述功率控制模块的输入端连接,所述功率控制模块设置于所述供电输入模块和目标负载之间,用于控制所述供电输入模块的电源输出端与目标负载的电源输入端连接的输出电压,所述供电输入模块的接地端与目标负载的接地输出端连接。
优选地,所述第一电压检测模块包括第一运放器和第一电阻,所述第二电压检测模块包括第二运放器和第二电阻,所述第一运放器的同相输入端与目标负载的电源输入端连接,并且通过所述第一电阻与所述供电输入模块的电源输出端连接,所述第一运放器的反相输入端与所述第一运放器的输出端连接,所述第二运放器的同相输入端与目标负载的接地输出端连接,并且通过所述第二电阻与所述供电输入模块的接地端连接,所述第二运放器的反相输入端与所述第二运放器的输出端连接。
优选地,所述运算比较电路模块包括第三运放器、比较器、第三电阻、第四电阻、第七电阻、第六电阻、第五电阻和第八电阻,所述第一运放器的输出端与所述第三电阻的第一端连接,所述第三电阻的第二端与所述第三运放器的同相输入端连接,并且通过所述第五电阻接地,所述第二运放器的输出端与所述第四电阻的第一端连接,所述第四电阻的第二端与所述第三运放器的反相输入端连接,并且通过所述第六电阻与所述第三运放器的输出端连接,所述第三运放器的输出端与所述第七电阻的第一端连接,所述第七电阻的第二端与所述比较器的反相输入端连接,并且通过所述第八电阻接地。
优选地,所述USB恒压模块还包括基准电压模块,所述比较器的同相输入端与所述基准电压模块的输入端连接。
优选地,所述功率控制模块包括第九电阻、第十一电阻、第一三极管和第二三极管,所述比较器的输出端通过所述第九电阻与所述第一三极管的基极连接,所述第一三极管的发射极接地,所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极和所述第十一电阻的第一端都连接,所述第十一电阻的第二端与所述第二三极管的发射极和和所述供电输入模块都连接。
优选地,所述供电输入模块包括原始输入电源和滤波电路,所述原始输入电源的输入端与所述第二三极管的发射极连接,所述第二三极管的集电极与所述滤波电路的输入端连接,所述滤波电路的输出端作为所述恒压模块的电源输出端与目标负载的电源输入端连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明提供一种USB 端口恒压供电电路,其包括USB恒压模块,该USB恒压模块设置于目标负载RL的一侧,并且该USB恒压模块采用至少四线结构,即,该USB恒压模块对外可以至少引出四根引脚线,用于连接目标负载RL。具体地,USB恒压模块包括第一电压检测模块和第二电压检测模块,USB恒压模块的电源输出端与目标负载RL的电源输入端连接,第一电压检测模块的第一检测线与目标负载RL的电源输入端连接;USB恒压模块的接地端与目标负载RL的接地输出端连接,第二电压检测模块的第二检测线与目标负载RL的接地输出端连接,保证USB端口能够恒定提供输出电压。第一检测线和第二检测线在电路连接过程中,采用高阻抗输入缓冲,因此USB恒压模块检测到目标负载RL两端电压后,自动调整电源输出端的电压输出,从而保证目标负载RL两端电压恒定,而且该供电电路设计简单,有效。
2、第一电压检测模块和第二电压检测模块第一运放器、第二运放器主要电压跟随器的作用;运算比较电路模块用于将第一电压检测模块采集的电压和第二电压检测模块采集的电压进行输入运算,而基准电压模块的输入端与运算比较电路模块的输入端连接;功率控制模块更好地控制输出电压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的方案,下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍,显而易见地,下面描述中的附图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。
图1是背景技术中现有电路结构示意图;
图2是本发明USB 端口恒压供电电路提供的结构框图;
图3是本发明USB 端口恒压供电电路基于图2提供的电路结构示意图;
图4是本发明USB 端口恒压供电电路基于图2提供的另一种电路结构示意图;
图5是本发明USB 端口恒压供电电路中USB恒压模块的结构框图;
图6是本发明USB 端口恒压供电电路中USB恒压模块的电路原理图。
附图标记说明:
10、第一电压检测模块;20、第二电压检测模块;30、运算比较电路模块、40、基准电压模块;50、功率控制模块;60、供电输入模块;601、原始输入电源;602、滤波电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的“上”“下”“左”“右”“前”“后”“侧”等方位词是针对提供的附图作相对的位置说明,并不是用于描述实际产品特定顺序。
请参阅图2,本发明第一实施例提供一种USB 端口恒压供电电路,用于自动将目标负载RL两端的端电压控制在所需的电压值范围内,例如5V,保证USB端口能够恒定提供输出电压。其包括USB恒压模块,该USB恒压模块设置于目标负载RL的一侧,并且该USB恒压模块采用至少四线结构,即,该USB恒压模块对外可以至少引出四根引脚线,用于连接目标负载RL。具体地,USB恒压模块包括第一电压检测模块10和第二电压检测模块20,USB恒压模块的电源输出端V+与目标负载RL的电源输入端VCC连接,第一电压检测模块10的第一检测线V+_S与目标负载RL的电源输入端VCC连接;USB恒压模块的接地端GND与目标负载RL的接地输出端GND连接,第二电压检测模块20的第二检测线GND_S与目标负载RL的接地输出端GND连接。
需要说明的是,图2中的USB恒压模块的电源输出端V+与目标负载RL的电源输入端VCC连接之间的供电导线本身存在线电阻R1,USB恒压模块的接地端GND与目标负载RL的接地输出端GND连接之间的供电导线本身存在线电阻R2,第一电压检测模块10的第一检测线V+_S与目标负载RL的电源输入端VCC连接之间存在线电阻R3,第二电压检测模块20的第二检测线GND_S与目标负载RL的接地输出端GND连接之间存在线电阻R4,第一电压检测模块10和第二电压检测模块20均采用高阻抗输入缓冲,通过线电阻R3和线电阻R4的电流非常小,具体地,其电流小于1μA,所以线电阻R3和线电阻R4的电压差可以忽略不计,因此,USB恒压模块检测到目标负载RL两端电压后,自动调整电源输出端V+的电压输出,从而保证目标负载RL两端电压恒定。
进一步地,为了能够更好地理解图2,根据实际电路设计,本发明提供第一种连接方式,如图3所示,将USB端口从USB恒压模块中独立出来分析,其中,USB端口在使用过程中只需用到数据传输线(D+、D-),数据传输线对应连接至目标负载RL对应的数据传输线(D+、D-),该连接方式属于本领域技术人员所知悉,因此不必赘述。
其中,USB恒压模块引出四根引脚线(V+、V+_S、GND、GND_S),为了容易理解,将引脚线V+定义电源输出端V+,将引脚线V+_S定义第一检测线V+_S,将引脚线GND定义接地端GND,将引脚线GND_S定义第二检测线GND_S。因此,USB恒压模块的电源输出端V+与目标负载的电源输入端VCC连接,第一检测线V+_S与目标负载RL的电源输入端VCC连接,USB恒压模块的接地端GND与目标负载RL的接地输出端GND对应连接,第二检测线GND_S与目标负载RL的接地输出端GND对应连接。
更进一步地,为了能够更好地理解图2以及区别图3,根据实际电路设计,提供第二种连接方式,如图4所示,也就是将图3中独立的USB端口合并至USB恒压模块内,采用特殊的导线进行连接,USB恒压模块的电源输出端V+与目标负载RL的电源输入端VCC连接,第一检测线V+_S与目标负载RL的电源输入端VCC连接,USB恒压模块的接地端GND与目标负载RL的接地输出端GND对应连接,第二检测线GND_S与目标负载RL的接地输出端GND对应连接。
请参阅图5,所述USB恒压模块包括第一电压检测模块10和第二电压检测模块20,USB恒压模块的电源输出端V+与目标负载RL的电源输入端VCC连接,第一电压检测模块10的第一检测线V+_S与目标负载RL的电源输入端VCC连接;USB恒压模块的接地端GND与目标负载RL的接地输出端GND连接,第二电压检测模块20的第二检测线GND_S与目标负载RL的接地输出端GND连接。通过第一电压检测模块10的第一检测线V+_S和第二电压检测模块20的第二检测线GND_S检测目标负载RL的两端端电压,反馈到所述USB恒压模块,以自动调整所述USB恒压模块的电源端电压输出,保证目标负载RL两端端电压恒定。具体地,第一电压检测模块10和第二电压检测模块20均采用高阻抗输入缓冲,也就是通过第一电压检测模块10和第二电压检测模块20的电流非常小,具体地,其电流小于1uA,所以第一电压检测模块10和第二电压检测模块20的差压可以忽略不计,这样增加电压的检测回路,确保了目标负载RL电压稳定。
进一步地,请继续参阅图5,USB恒压模块还包括运算比较电路模块30、功率控制模块50和供电输入模块60,运算比较电路模块30的输入端分别与第一电压检测模块10和第二电压检测模块20连接,运算比较电路模块30的输出端与功率控制模块50的输入端连接,功率控制模块50设置于供电输入模块60和目标负载RL之间,用于控制供电输入模块60的电源输出端V+与目标负载RL的电源输入端VCC连接的输出电压,供电输入模块60的接地端GND与目标负载的接地输出端GND连接。
应当理解的是,USB恒压模块还包括基准电压模块40,所述基准电压模块40的输入端与所述运算比较电路模块30的输入端连接,用于提供基准电平进行运算比较。
该USB恒压模块可以检测到目标负载RL两端端电压后,自动调整电源输出端V+的电压输出,从而保证目标负载RL两端端电压恒定。
请参阅图6,图6为本发明针对USB恒压模块的提供的一种电路原理图,通过该电路原理图可以更容易理解本发明第一实施例的技术方案。
第一电压检测模块10包括第一运放器U1和第一电阻R1,第二电压检测模块20包括第二运放器U2和第二电阻R2,第一运放器U1的同相输入端与目标负载RL的电源输入端连接,也就是第一运放器U1的同相输入端引出第一检测线V+_S与目标负载RL的电源输入端VCC连接,并且通过设置第一电阻R1与供电输入模块60的电源输出端V+连接,防止电源输出端V+和第一检测线V+S开环,即,防止第一检测线V+_S 接触不好或断开,造成开环没反馈,开环电源输出端V+会输出高压,将负载打坏,同时达到高阻抗输入缓冲。第一运放器U1的反相输入端与第一运放器U1的输出端连接,这样可以采集电源输入端VCC的电压,第二运放器U2的同相输入端与目标负载RL的接地输出端连接,也就是第二运放器U2的同相输入端引出第二检测线GND_S与目标负载RL的接地输出端GND连接,并且通过第二电阻R2与供电输入模块60的接地端GND连接,第二电阻R2防止接地输出端GND和第二检测线GND-S开环,第二运放器U2的反相输入端与第二运放器U2的输出端连接,第一运放器U1、第二运放器U2主要电压跟随的作用。
运算比较电路模块30包括第三运放器U3、比较器U4、第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第六电阻R6、第五电阻R5和第八电阻R8,这些电阻是运算比较电路模块30的匹配电阻。第一运放器U1的输出端与第三电阻R3的第一端连接,第三电阻R3的第二端与第三运放器U3的同相输入端连接,并且通过第五电阻R5接地,第二运放器U2的输出端与第四电阻R4的第一端连接,第四电阻R4的第二端与第三运放器U3的反相输入端连接,并且通过第六电阻R6与第三运放器U3的输出端连接,第三运放器U3的输出端与第七电阻R7的第一端连接,第七电阻R7的第二端与比较器U4的反相输入端连接,并且通过第八电阻R8接地。该运算比较电路模块用于将第一电压检测模块10采集的电压和第二电压检测模块20采集的电压进行输入运算,而基准电压模块40的输入端与运算比较电路模块30的输入端连接,具体地,比较器U4的同相输入端与基准电压模块40的输入端连接,用于提供基准电平进行运算比较。具体地,基准电压模块40包括第十电阻R10和基准源D1,所述第十电阻R10的第一端与电源VCC连接,第十电阻R10的第二端与基准源D1的负极连接,基准源D1的正极接地,第十电阻R10用于限流,基准源D1用于稳压提供基准电平供比较器U4。
功率控制模块50包括第九电阻R9和第一三极管Q1、第二三极管Q2,比较器U4的输出端通过第九电阻R9与第一三极管Q1的基极连接,第一三极管Q1的发射极接地,第一三极管Q1的集电极与供电输入模块60连接,第二三极管Q2的基极与第一三极管Q1的集电极连接。为了让第二三极管Q2的能够更好地控制输出电压,功率控制模块50包括第十一电阻R11,该第十一电阻R11的第一端与第二三极管Q2的基极连接,第十一电阻R11的第二端与第二三极管Q2的发射极连接,这样有利于给第二三极管Q2提供稳定的静态工作点。
供电输入模块60包括原始输入电源601和滤波电路602,原始输入电源601的输入端与第二三极管Q2的发射极连接,第二三极管Q2的集电极与滤波电路602的输入端连接,滤波电路602的输出端作为USB恒压模块的电源输出端V+与目标负载的电源输入端VCC连接。需要说明的是,本实施例中提供的原始输入电源601和滤波电路602为本领域技术人员所能掌握的现有技术,其具体电路形式可参考图6,本实施例对此不作限定,也不再赘述。
应当理解的是,上述中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11均可以包括至少一个电阻进行串联和/或并联构成,本发明实施例对此不作限定。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明提供一种USB 端口恒压供电电路,其包括USB恒压模块,该USB恒压模块设置于目标负载RL的一侧,并且该USB恒压模块采用至少四线结构,即,该USB恒压模块对外可以至少引出四根引脚线,用于连接目标负载RL。具体地,USB恒压模块包括第一电压检测模块和第二电压检测模块,USB恒压模块的电源输出端与目标负载RL的电源输入端连接,第一电压检测模块的第一检测线与目标负载RL的电源输入端连接;USB恒压模块的接地端与目标负载RL的接地输出端连接,第二电压检测模块的第二检测线与目标负载RL的接地输出端连接,保证USB端口能够恒定提供输出电压。第一检测线和第二检测线在电路连接过程中,采用高阻抗输入缓冲,因此USB恒压模块检测到目标负载RL两端电压后,自动调整电源输出端的电压输出,从而保证目标负载RL两端电压恒定,而且该供电电路设计简单,有效。
2、第一电压检测模块和第二电压检测模块第一运放器、第二运放器主要电压跟随器的作用;运算比较电路模块用于将第一电压检测模块采集的电压和第二电压检测模块采集的电压进行输入运算,而基准电压模块的输入端与运算比较电路模块的输入端连接;功率控制模块更好地控制输出电压。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种USB 端口恒压供电电路,其特征在于,包括USB恒压模块,所述USB恒压模块包括第一电压检测模块和第二电压检测模块,所述USB恒压模块的电源输出端与目标负载的电源输入端连接,所述第一电压检测模块的第一检测线与目标负载的电源输入端连接;所述USB恒压模块的接地端与目标负载的接地输出端连接,所述第二电压检测模块的第二检测线与目标负载的接地输出端连接。
2.根据权利要求1所述的USB 端口恒压供电电路,其特征在于,所述USB恒压模块采用至少四线结构,通过所述第一电压检测模块的第一检测线和所述第二电压检测模块的第二检测线检测目标负载的两端端电压,反馈到所述USB恒压模块,以自动调整所述USB恒压模块的电源输出端的电压输出,保证目标负载两端端电压恒定。
3.根据权利要求2所述的USB 端口恒压供电电路,其特征在于,所述第一电压检测模块和所述第二电压检测模块均采用高阻抗输入缓冲,其中,通过所述第一检测线和所述第二检测线的电流小于1μA。
4.根据权利要求1所述的USB 端口恒压供电电路,其特征在于,所述USB恒压模块还包括运算比较电路模块、功率控制模块和供电输入模块,所述运算比较电路模块的输入端分别与所述第一电压检测模块和第二电压检测模块连接,所述运算比较电路模块的输出端与所述功率控制模块的输入端连接,所述功率控制模块设置于所述供电输入模块和目标负载之间,用于控制所述供电输入模块的电源输出端与目标负载的电源输入端连接的输出电压,所述供电输入模块的接地端与目标负载的接地输出端连接。
5.根据权利要求4所述的USB 端口恒压供电电路,其特征在于,所述第一电压检测模块包括第一运放器和第一电阻,所述第二电压检测模块包括第二运放器和第二电阻,所述第一运放器的同相输入端与目标负载的电源输入端连接,并且通过所述第一电阻与所述供电输入模块的电源输出端连接,所述第一运放器的反相输入端与所述第一运放器的输出端连接,所述第二运放器的同相输入端与目标负载的接地输出端连接,并且通过所述第二电阻与所述供电输入模块的接地端连接,所述第二运放器的反相输入端与所述第二运放器的输出端连接。
6.根据权利要求5所述的USB 端口恒压供电电路,其特征在于,所述运算比较电路模块包括第三运放器、比较器、第三电阻、第四电阻、第七电阻、第六电阻、第五电阻和第八电阻,所述第一运放器的输出端与所述第三电阻的第一端连接,所述第三电阻的第二端与所述第三运放器的同相输入端连接,并且通过所述第五电阻接地,所述第二运放器的输出端与所述第四电阻的第一端连接,所述第四电阻的第二端与所述第三运放器的反相输入端连接,并且通过所述第六电阻与所述第三运放器的输出端连接,所述第三运放器的输出端与所述第七电阻的第一端连接,所述第七电阻的第二端与所述比较器的反相输入端连接,并且通过所述第八电阻接地。
7.根据权利要求6所述的USB 端口恒压供电电路,其特征在于,所述USB恒压模块还包括基准电压模块,所述比较器的同相输入端与所述基准电压模块的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的USB 端口恒压供电电路,其特征在于,所述功率控制模块包括第九电阻、第十一电阻、第一三极管和第二三极管,所述比较器的输出端通过所述第九电阻与所述第一三极管的基极连接,所述第一三极管的发射极接地,所述第二三极管的基极与所述第一三极管的集电极和所述第十一电阻的第一端都连接,所述第十一电阻的第二端与所述第二三极管的发射极和和所述供电输入模块都连接。
9.根据权利要求8所述的USB 端口恒压供电电路,其特征在于,所述供电输入模块包括原始输入电源和滤波电路,所述原始输入电源的输入端与所述第二三极管的发射极连接,所述第二三极管的集电极与所述滤波电路的输入端连接,所述滤波电路的输出端作为所述恒压模块的电源输出端与目标负载的电源输入端连接。
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