CN117353112A - 一种多功能排插系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电器设备技术领域，特别是一种多功能排插系统及其控制方法；包括市电输入接口、开关控制电路、AC插座、初级整流电路、PFC控制电路、LLC控制电路、次级整流电路、快充电路以及HUB状态控制电路；开关控制电路的电流输入端与市电输入接口连接，开关控制电路的电流输出端分别与AC插座和初级整流电路的电流输入端连接，初级整流电路的电流输出端与PFC控制电路的电流输入端连接，PFC控制电路的电流输出端与LLC控制电路的电流输入端连接，LLC控制电路的电流输出端与次级整流电路的电流输入端连接，次级整流电路的电流输出端与快充电路的电路输入端连接，HUB状态控制电路与快充电路连接；解决了多设备供电AC插座不够用的痛点和笔记本接口不够用的问题。

Description

一种多功能排插系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电器设备技术领域，特别是一种多功能排插系统及其控制方法。

背景技术

目前市场上的充电产品多为功能单一的单个产品，比如单独的AC排插，单独的PD快充电源，单独的HUB数据传输等。存在使用不便，多个产品在桌面使桌面凌乱，繁多的电子产品造成更多的电子垃圾，不利于环保节能。

因此，设计一种能够支持AC排插、PD快充、HUB数据传输等功能的多功能排插系统，对本领域技术人员来说是至关重要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种多功能排插系统及其控制方法，以解决现有技术中产品功能单一、使用不便以及不利于环保节能的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多功能排插系统，包括：市电输入接口、开关控制电路、AC插座、初级整流电路、PFC控制电路、LLC控制电路、次级整流电路、快充电路以及HUB状态控制电路；所述市电输入接口用于接入市电，所述开关控制电路的电流输入端与所述市电输入接口连接，所述开关控制电路的电流输出端分别与所述AC插座和所述初级整流电路的电流输入端连接，所述初级整流电路的电流输出端与所述PFC控制电路的电流输入端连接，所述PFC控制电路的电流输出端与所述LLC控制电路的电流输入端连接，所述LLC控制电路的电流输出端与所述次级整流电路的电流输入端连接，所述次级整流电路的电流输出端与所述快充电路的电路输入端连接，所述HUB状态控制电路与所述快充电路连接。

其中，较佳方案是，所述开关控制电路包括电源开关控制模块和继电器控制模块，所述电源开关控制模块的电流输入端与所述市电输入接口连接，所述电源开关控制模块的电流输出端与所述继电器控制模块的电流输入端连接，所述继电器控制模块的电流输出端与所述初级整流电路的电流输入端连接。

其中，较佳方案是，所述LLC控制电路包括开关管和高频变压器，所述开关管的输入端与所述PFC控制电路的输出端连接，所述开关管的输出端与所述高频变压器连接。

其中，较佳方案是，所述快充电路包括第一PD协议控制模块和第一母座，所述第一PD协议控制模块的输入端与所述次级整流电路的输出端连接，所述第一母座与所述第一PD协议控制模块连接，所述第一PD协议控制模块支持PD3.1 140W快充输出。

其中，较佳方案是，所述快充电路还包括第二PD协议控制模块、第二母座、第三PD协议控制模块和第三母座，所述第二PD协议控制模块和所述第三PD协议控制模块均连接至所述次级整流电路的输出端，所述第二母座与所述第二PD协议控制模块连接，所述第三母座与所述第三PD协议控制模块连接，所述第二PD协议控制模块和所述第三PD协议控制模块均支持PD3.0 100W快充输出。

其中，较佳方案是，所述快充电路还包括第四PD协议控制模块和第四母座，所述第四PD协议控制模块的输入端与所述次级整流电路的输出端连接，所述第四PD协议控制模块的输出端与所述HUB状态控制电路的输入端连接，所述HUB状态控制电路的输出端与所述第四母座连接。

其中，较佳方案是，所述多功能排插系统还包括SCP协议控制电路和USB母座，所述SCP协议控制电路的输入端分别与所述次级整流电路和所述第四PD协议控制模块连接，所述SCP协议控制电路的输出端与所述USB母座连接。

其中，较佳方案是，所述多功能排插系统还设置有切换开关，所述切换开关的输入端与所述SCP协议控制电路连接，所述切换开关的输出端能够在所述第四母座和所述USB母座之间切换。

本发明还提供一种多功能排插控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

将USB母座作为快充母座的下行接口与快充母座电连接，并设置一切换开关，且使得该切换开关与快充母座对应的PD协议控制模块信号连接；

当快充母座接入终端设备，USB母座接入USB设备时，切换开关将USB母座的数据引脚切换连接至快充母座的数据引脚上；以实现给终端设备充电的同时进行数据传输。

其中，较佳方案是，还包括以下步骤：

将PD协议控制模块与电源开关控制模块信号连接，通过电源开关控制模块输出切换信号至PD协议控制模块中，PD协议控制模块将切换控制信号传输至切换开关；

切换开关根据切换控制信号将USB母座的数据引脚切换连接至快充母座的数据引脚上。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种集AC插座、快充电路以及HUB状态控制电路于一体的多功能排插系统，不仅能采用AC插座为家用电器供电，还能采用快充电路为具有不同功率需求的设备进行快充，还能采用HUB状态控制电路进行HUB的数据传输与管理，以实现为笔记本电脑充电的同时还可以支持硬盘、U盘、鼠标以及HUB扩展坞等USB设备的数据传输；既能解决用户需要多设备供电时AC插座不够用及多设备充电不够用的痛点，也解决了笔记本接口不够用的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明多功能排插系统的系统框图一；

图2是本发明多功能排插系统的系统框图二；

图3是本发明中开关控制电路的电路图；

图4是本发明中LLC控制电路的电路图；

图5是本发明中第一PD协议控制模块和第一母座的电路图；

图6是本发明中第二PD协议控制模块和第二母座的电路图；

图7是本发明中第三PD协议控制模块和第三母座的电路图；

图8是本发明中多功能排插控制方法的流程图一；

图9是本发明中多功能排插控制方法的流程图二。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1和图2所示，本发明提供一种多功能排插系统的具体实施例。

一种多功能排插系统，参考图1，多功能排插系统包括：市电输入接口1、开关控制电路2、AC插座3、初级整流电路4、PFC控制电路5、LLC控制电路6、次级整流电路7、快充电路8以及HUB状态控制电路9。

参考图1，开关控制电路2的电流输入端与市电输入接口1连接，开关控制电路2的电流输出端分别与AC插座3和初级整流电路4的电流输入端连接，初级整流电路4的电流输出端与PFC控制电路5的电流输入端连接，PFC控制电路5的电流输出端与LLC控制电路6的电流输入端连接，LLC控制电路6的电流输出端与次级整流电路7的电流输入端连接，次级整流电路7的电流输出端与快充电路8的电路输入端连接，HUB状态控制电路9与快充电路8连接。

具体地，参考图1，市电输入接口1主要用于连接外部市电，以获取市电交流电压；开关控制电路2的电流输入端与市电输入接口1的电流输出端连接，以用于控制电源的通断以及电源工作状态的指示；AC插座3具体为5孔AC插座3，主要用于用电设备的拓展，多功能排插系统可以设置多个5孔AC插座3，以提供多部家用电器的供电，其所供电的最大功率不超过2500W。

其中，参考图1和图2，市电输入接口1处还设置有6KV防雷电路11，当外部市电AC电压通过市电输入接口1连接到6KV防雷电路11上，开关控制电路2取得供电，若此时按压对应的开关按钮，电源指示灯同步点亮，开关控制电路2检测到开关按钮的信号后产生高电平并导通，进而为AC插座3和后续的各电路供电。

进一步地，参考图1，初级整流电路4的电流输入端与开关控制电路2的电流输出端连接，初级整流电路4的电流输出端与PFC控制电路5的电流输入端连接，开关控制电路2导通后，AC交流电压将输入至初级整流电路4中，初级整流电路4不仅能够抑制EMV能量，还能够将输入的AC交流电压整流为脉动直流电压，并将脉动直流电压输出至PFC控制电路5中。

进一步地，参考图1，PFC控制电路5的电流输入端与初级整流电路4的电流输出端连接，PFC控制电路5的电流输出端与LLC控制电路6的电流输入端连接，当初级整流电路4将脉动直流电压输入至PFC控制电路5后，PFC控制电路5能够对其进行高频谐波抑制，以及将脉动直流电压进行升压，并升压至400V后输出至LLC控制电路6中。

进一步地，参考图1，LLC控制电路6的电流输入端与PFC控制电路5的电流输出端连接，LLC控制电路6的电流输出端与次级整流电路7的电流输入端连接，PFC控制电路5将升压至400V的直流电压输入至LLC控制电路6后，LLC控制电路6能够将该400V直流电压转换为较低的高频脉冲交流电压，并将降压后的交流电压输出至次级整流电路7。

进一步地，参考图1，次级整流电路7的电流输入端与LLC控制电路6的电流输出端连接，次级整流电路7的电流输出端与快充电路8的电流输入端连接，LLC控制电路6将降压后的交流电压输入至次级整流电路7后，次级整流电路7对降压后的交流电压整流为29V直流电压并提供给快充电路8，以为外部设备供电。

进一步地，参考图1，快充电路8包括多种快充协议输出母座，快充电路8的电流输入端与次级整流电路7的电流输出端连接，获取29V直流电压，并通过内设的多种快充协议和多种快充协议输出母座连接至不同的电子设备，以实现给不同协议的电子设备供电。

目前市场上的充电产品多为功能单一的单个产品，比如单独的AC排插，单独的PD快充电源，单独的HUB数据传输等；存在使用不便，繁多的电子产品造成更多的电子垃圾，不利于环保节能。

在本实施例中，通过设计一种集AC插座、快充电路以及HUB状态控制电路于一体的多功能排插系统，不仅能采用AC插座为家用电器供电，还能采用快充电路为具有不同功率需求的设备进行快充，还能采用HUB状态控制电路进行HUB的数据传输与管理，以实现为笔记本电脑充电的同时还可以支持硬盘、U盘、鼠标以及HUB扩展坞等USB设备的数据传输；既能解决用户需要多设备供电时AC插座不够用及多设备充电不够用的痛点，也解决了笔记本接口不够用的问题。

在其中一个实施例中，参考图1和图2，开关控制电路2包括电源开关控制模块21和继电器控制模块22，电源开关控制模块21的电流输入端与市电输入接口1连接，电源开关控制模块21的电流输出端与继电器控制模块22的电流输入端连接，继电器控制模块22的电流输出端与初级整流电路4的电流输入端连接。

具体地，参考图1和图2，电源开关控制模块21上设置有开关按钮和电源指示灯，继电器控制模块22上设置有继电器；当市电AC电压通过市电输入接口1连接到6KV防雷模块上，电源开关控制模块21取得供电；当开关按钮被按压后，电源指示灯同步点亮，电源开关控制模块21检测到开关按钮信号，电源开关控制模块21发出高电平信号到继电器控制模块22，继电器控制模块22控制其继电器吸合，并开启5孔AC插座3以及后续电路的供电。

其中，参考图3，本发明提供开关控制电路2的具体电路图。

在其中一个实施例中，参考图1和图2，LLC控制电路6包括开关管和高频变压器，开关管的输入端与PFC控制电路5的输出端连接，开关管的输出端与高频变压器连接。

具体地，参考图1和图2，当继电器控制模块的继电器吸合时，输入的AC交流电压加载到初级整流电路4上，初级整流电路4将AC交流电压整流为AC电压*1.414倍的脉动直流电压，并滤波后提供到PFC控制电路5，PFC控制电路5将整流后的AC电压*1.414倍的脉动直流电压升压到400V的直流电压并提供给LLC控制电路6，开关管导通，高频变压器获取到400V直流电压并将其转化为较低的高频脉冲交流电压并提供给次级整流电路7。

其中，参考图4，本发明提供LLC控制电路6的具体电路图。

在其中一个实施例中，参考图2和图3，快充电路8包括第一PD协议控制模块811和第一母座812，第一PD协议控制模块811的输入端与次级整流电路7的输出端连接，第一母座812与第一PD协议控制模块811连接，第一PD协议控制模块811支持PD3.1 140W快充输出。

具体地，参考图2和图3，第一PD协议控制模块811内置有BUCK控制子电路和PD快充协议控制子电路，第一PD协议控制模块811用于将29V直流电压转换为带有PD快充功能的Type-C快充参数的电压，第一PD协议控制模块811支持的快充参数为PD3.1 140W，并通过第一母座812供电给具有对应需求的外部电子设备。

其中，参考图5，本发明提供第一PD协议控制模块811和第一母座812的具体电路图。

在其中一个实施例中，参考图2和图4，快充电路8还包括第二PD协议控制模块821、第二母座822、第三PD协议控制模块831和第三母座832，第二PD协议控制模块821和第三PD协议控制模块831均连接至次级整流电路7的输出端，第二母座822与第二PD协议控制模块821连接，第三母座832与第三PD协议控制模块831连接，第二PD协议控制模块821和第三PD协议控制模块831均支持PD3.0 100W快充输出。

具体地，参考图2和图4，第二PD协议控制模块821和第三PD协议控制模块831也均内置有BUCK控制子电路和PD快充协议控制子电路，第二PD协议控制模块821和第三PD协议控制模块831均用于将29V直流电压转换为带有PD快充功能的Type-C快充参数的电压，第二PD协议控制模块821和第三PD协议控制模块831支持的快充参数均为PD3.0 100W，并通过第二母座822和第三母座832供电给具有对应需求的外部电子设备。

其中，参考图6，本发明提供第二PD协议控制模块821和第二母座822的具体电路图。

其中，参考图7，本发明提供第三PD协议控制模块831和第三母座832的具体电路图。

在其中一个实施例中，参考图1和图2，快充电路8还包括第四PD协议控制模块841和第四母座842，第四PD协议控制模块841的输入端与次级整流电路7的输出端连接，第四PD协议控制模块841的输出端与HUB状态控制电路9的输入端连接，HUB状态控制电路9的输出端与第四母座842连接。

具体地，参考图1和图2，第四PD协议控制模块841也内置有BUCK控制子电路和PD快充协议控制子电路，HUB状态控制电路9上还设置有HUB母座，第四PD协议控制模块841配合HUB状态控制电路9可以实现HUB数据传输功能，可以实现在第四母座842上连接笔记本电脑充电的同时还支持在HUB母座上接入硬盘、U盘、鼠标以及HUB扩展坞等设备的数据传输。

其工作原理为：当作为上行端口的第四母座842接入笔记本电脑后，作为下行端口的HUB母座接入USB设备，例如键盘、鼠标、2.4G无线接收头、U盘以及固态硬盘等时，可以切换到HUB模式，以激活HUB数据传输功能。

在其中一个实施例中，参考图1和图2，多功能排插系统还包括SCP协议控制电路85和USB母座86，SCP协议控制电路85的输入端分别与次级整流电路7和第四PD协议控制模块841连接，SCP协议控制电路85的输出端与USB母座86连接。

具体地，参考图1和图2，SCP协议控制电路85上主要用于将29V直流电压转换为带有SCP QC3.0等快充功能的USBA快充接口所需电压并通过USB母座86供电至平板电脑或手机等设备，USBA支持最大PD3.0 QC3.0 18W的快充协议输出。

在其中一个实施例中，参考图1和图2，多功能排插系统还设置有切换开关87，切换开关87的输入端与SCP协议控制电路85连接，切换开关87的输出端能够在第四母座842和USB母座86之间切换。

具体地，参考图1和图2，切换开关87主要用于与第四PD协议控制模块841和HUB状态控制模块一同实现HUB模式的切换，当作为上行端口的第四母座842接入笔记本电脑后，作为下行端口的HUB母座接入USB设备，例如键盘、鼠标、2.4G无线接收头、U盘以及固态硬盘等时，电源开关控制模块21能够根据开关按钮指示并输出HUB模式切换控制信号给到快充电路8，快充电路8将输出切换控制信号给到切换开关87，切换开关87将进行HUB模式切换。

HUB模式切换原理为：切换开关87将USB母座86的DP、DM信号引脚切换连接到第四母座842的DP、DM信号引脚；以将HUB数据传输功能激活；此时，第四母座842上连接的笔记本电脑在充电的同时可以通过USB母座86的DP、DM信号引脚及第四母座842的DP、DM信号引脚支持USB母座86接入的USB设备(如键盘、鼠标、2.4G无线接收头、U盘、固态硬盘等)进行数据传输。

在其中一个实施例中，参考图1和图2，初级整流电路4包括EMC滤波模块41和整流桥42，市电输入接口1的输出电流经EMC滤波模块41滤波，以及经整流桥42整流为脉动直流电压后输出至PFC控制电路5。

具体地，参考图1和图2，EMC滤波模块41用于抑制EMC能量，整流桥42用于将市电AC交流电压整流为脉动直流电压。

在其中一个实施例中，参考图1和图2，次级整流电路7包括整流MOS管和滤波电容，以用于将LLC控制电路6输出的交流电压转换为直流电压，并输出至快充电路8。

具体地，参考图1和图2，滤波电容用于滤波，整流MOS管用于将LLC控制电路6输出的高频脉冲交流电压整流为29V直流电压。

如图8所示，本发明还提供一种多功能排插控制方法的具体实施例。

一种多功能排插控制方法，参考图8，多功能排插控制方法包括以下步骤：

S1、将USB母座作为快充母座的下行接口与快充母座电连接，并设置一切换开关，且使得该切换开关与快充母座对应的PD协议控制模块信号连接；

S2、当快充母座接入终端设备，USB母座接入USB设备时，切换开关将USB母座的数据引脚切换连接至快充母座的数据引脚上；以实现给终端设备充电的同时进行数据传输。

具体地，在快充母座上设置一USB母座，并在快充母座的数据传输引脚和USB母座的数据传输引脚之间设置一切换开关，当终端设备接入快充母座且不需要进行数据传输时，切换开关将USB母座的数据传输引脚与快充母座的数据传输引脚断开，并为接入快充母座的终端设备进行快充。

进一步地，当终端设备接入快充母座且需要与其他USB设备进行数据传输时，则将对应的USB设备接入USB母座，并通过切换开关将USB母座的数据传输引脚切换连接至快充母座的数据传输引脚上，使得USB母座的数据传输引脚与至快充母座的数据传输引脚导通，从而为接入快充母座的终端设备进行快充，并同时实现接入快充母座的终端设备与接入USB母座的USB设备进行数据传输。

在其中一个实施例中，参考图9，多功能排插控制方法还包括以下步骤：

S21、将PD协议控制模块与电源开关控制模块信号连接，通过电源开关控制模块输出切换信号至PD协议控制模块中，PD协议控制模块将切换控制信号传输至切换开关；

S22、切换开关根据切换控制信号将USB母座的数据引脚切换连接至快充母座的数据引脚上。

具体地，当作为上行端口的快充母座接入终端设备，例如笔记本电脑时，作为下行端口的USB母座接入USB设备，例如键盘、鼠标、2.4G无线接收头、U盘、固态硬盘等时。在电源开启的情况下长按电源开关控制模块电路上的电源开关键3秒，此时电源开关控制模块电路输出HUB模式切换控制信号给到PD快充协议控制电路上，PD快充协议控制电路在接收到HUB模式切换控制信号后，将输出切换控制信号给到切换开关，切换开关根据切换控制信号进行切换。

进一步地，切换开关根据切换控制信号将USB母座上的数据传输引脚(DP信号引脚和DM信号引脚)切换连接到快充母座的数据传输引脚(DP信号引脚和DM信号引脚)上；从而使得HUB数据传输功能激活成功；此时，快充母座上连接的笔记本电脑在充电的同时，还可以通过USB母座的数据传输引脚(DP信号引脚和DM信号引脚)及快充母座的数据传输引脚(DP信号引脚和DM信号引脚)支持USB母座接入的USB设备(包括键盘、鼠标、2.4G无线接收头、U盘、固态硬盘等)USB2.0的数据传输。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要的保护范围。

Claims (10)

1.一种多功能排插系统，其特征在于，包括：市电输入接口、开关控制电路、AC插座、初级整流电路、PFC控制电路、LLC控制电路、次级整流电路、快充电路以及HUB状态控制电路；所述市电输入接口用于接入市电，所述开关控制电路的电流输入端与所述市电输入接口连接，所述开关控制电路的电流输出端分别与所述AC插座和所述初级整流电路的电流输入端连接，所述初级整流电路的电流输出端与所述PFC控制电路的电流输入端连接，所述PFC控制电路的电流输出端与所述LLC控制电路的电流输入端连接，所述LLC控制电路的电流输出端与所述次级整流电路的电流输入端连接，所述次级整流电路的电流输出端与所述快充电路的电路输入端连接，所述HUB状态控制电路与所述快充电路连接。

2.根据权利要求1所述的多功能排插系统，其特征在于，所述开关控制电路包括电源开关控制模块和继电器控制模块，所述电源开关控制模块的电流输入端与所述市电输入接口连接，所述电源开关控制模块的电流输出端与所述继电器控制模块的电流输入端连接，所述继电器控制模块的电流输出端与所述初级整流电路的电流输入端连接。

3.根据权利要求1所述的多功能排插系统，其特征在于，所述LLC控制电路包括开关管和高频变压器，所述开关管的输入端与所述PFC控制电路的输出端连接，所述开关管的输出端与所述高频变压器连接。

4.根据权利要求1所述的多功能排插系统，其特征在于，所述快充电路包括第一PD协议控制模块和第一母座，所述第一PD协议控制模块的输入端与所述次级整流电路的输出端连接，所述第一母座与所述第一PD协议控制模块连接，所述第一PD协议控制模块支持PD3.1140W快充输出。

5.根据权利要求4所述的多功能排插系统，其特征在于，所述快充电路还包括第二PD协议控制模块、第二母座、第三PD协议控制模块和第三母座，所述第二PD协议控制模块和所述第三PD协议控制模块均连接至所述次级整流电路的输出端，所述第二母座与所述第二PD协议控制模块连接，所述第三母座与所述第三PD协议控制模块连接，所述第二PD协议控制模块和所述第三PD协议控制模块均支持PD3.0 100W快充输出。

6.根据权利要求4所述的多功能排插系统，其特征在于，所述快充电路还包括第四PD协议控制模块和第四母座，所述第四PD协议控制模块的输入端与所述次级整流电路的输出端连接，所述第四PD协议控制模块的输出端与所述HUB状态控制电路的输入端连接，所述HUB状态控制电路的输出端与所述第四母座连接。

7.根据权利要求6所述的多功能排插系统，其特征在于，所述多功能排插系统还包括SCP协议控制电路和USB母座，所述SCP协议控制电路的输入端分别与所述次级整流电路和所述第四PD协议控制模块连接，所述SCP协议控制电路的输出端与所述USB母座连接。

8.根据权利要求7所述的多功能排插系统，其特征在于，所述多功能排插系统还设置有切换开关，所述切换开关的输入端与所述SCP协议控制电路连接，所述切换开关的输出端能够在所述第四母座和所述USB母座之间切换。

9.一种多功能排插控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

将USB母座作为快充母座的下行接口与快充母座电连接，并设置一切换开关，且使得该切换开关与快充母座对应的PD协议控制模块信号连接；

当快充母座接入终端设备，USB母座接入USB设备时，切换开关将USB母座的数据引脚切换连接至快充母座的数据引脚上；以实现给终端设备充电的同时进行数据传输。

10.根据权利要求9所述的多功能排插控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将PD协议控制模块与电源开关控制模块信号连接，通过电源开关控制模块输出切换信号至PD协议控制模块中，PD协议控制模块将切换控制信号传输至切换开关；

切换开关根据切换控制信号将USB母座的数据引脚切换连接至快充母座的数据引脚上。