CN203387203U - 一种具有usb otg功能的充电切换系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有USB OTG功能的充电切换系统，属于USB OTG数据接口以及充电切换技术领域，应用于手持设备中，尤其涉及包括：USB OTG接口电路；充电控制电路；微处理器CPU；以及充电IC。本实用新型同现有技术相比，采用单个具备USB OTG功能的数据接口，可检测判断为device或者HOST，完成充电过程或者供电过程的切换，并能够防止系统自充电现象的产生，同时判断完成USB充电或者AC充电，并控制充电电流大小，且在系统为死电池时，默认小电流充电状态，防止损坏设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种USB OTG数据接口以及充电切换技术领域，应用于手持设备中，尤其涉及一种具有USB OTG功能的充电切换系统。
背景技术
目前手机或者平板电脑等手持设备中，还有很多不具备OTG功能，主要是目前手持设备中的USB接口只有一个，除了做数据传输功能之外还要做充电功能，如果要做USB HOST（主机）功能，需要通过该接口对外提供5V的电源，这样很容易导致自充电现象产生，所以普遍只做device（设备）功能，未支持OTG功能。虽然很多CPU具备OTG功能，但很多和外部的充电切换还需要终端设计者仔细考虑。目前常用的解决方式有两种，一种是用两个USB接口，即一个做device和充电接口，一个做HOST功能接口；另一种是由平台背部集成。若采用两个USB接口，对于如今越来越轻薄、越来越小型的手持设备来说显得累赘，同时还要区分不同USB接口的功能，其使用也较复杂；若是由平台背部集成，则较易发生自充电现象以及无法合理区分USB充电和AC充电的问题，如果在需要USB充电时系统未加区分采用了AC充电，这样无法控制充电电流极有可能导致对电子设备造成损坏。
对此，中国专利申请“一种在电子设备上实现USB OTG功能的方法和装置”申请号“201010246911.4”公开了一种在电子设备上实现USB OTG功能的方法和装置，当外接电子设备与USB OTG连接单元相连时，USB OTG连接单元的各引脚状态触发主处理单元开启或关闭USB物理层模块，USB物理层模块在开启或关闭时，对外接电子设备识别和配置，并通知主处理单元执行供电操作，能够识别充电器、USB主设备和USB从设备，控制简单，不占用系统总线，该专利申请同样克服了上述USB OTG接口的缺陷，但其所解决的技术问题并未涉及到自充电以及区分充电类型，而且采用的技术手段也本专利申请不同。
而另一中国专利申请“一种智能充电控制电路及其控制方法”申请号“201110432635.5”公开了一种智能充电控制电路，包括充电器及电池，所述的控制电路还包括充电IC、微控制器CPU、输入电流设置数字电阻器及充电电流设置数字电阻器，该充电控制电路配置有控制方法，通过微控制器CPU的ADC监控充电器端口Vchg电压，来实时调整充电电流，能充分利用充电器的输出能力；该专利申请所解决的技术问题是控制电路设置的输入限流超出充电器的输出能力，对充电器造成损害及影响整机工作，虽然也解决了上述充电电流控制问题，但与本实用新型不尽相同，其采用的技术手段也不相同。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型设计一种可以普遍使用于手持设备中、具备USB OTG功能、可检测device和HOST的充电切换系统，并通过软硬件控制，合理区分USB充电和AC充电，并控制充电电流。
为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：
一种具有USB OTG功能的充电切换系统，应用于手持设备中，其中，包括：USB OTG接口电路，用于连接外接电子设备，所述USB OTG接口电路的检测引脚和识别引脚与微处理器CPU对应的引脚相连；充电控制电路，所述充电控制电路的一端连接USB OTG接口电路的电源引脚，另一端分别连接微处理器CPU、充电IC，以使充电IC、微处理器CPU和连接有外接电子设备的USB OTG接口电路的电源引脚之间实现充电切换；微处理器CPU，其还与充电IC连接，通过所述微处理器CPU的通用输入输出引脚向充电控制电路、充电IC和USB OTG接口电路的电源引脚发送充电切换信号，并通过所述微处理器CPU的通用输入输出引脚控制充电电流大小；以及充电IC，用以接收微处理器CPU发出的充电切换信号，并通过充电控制电路和USB OTG接口电路的电源引脚进行充电或者向外接电子设备进行供电。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述充电控制电路包括第一开关电路、第二开关电路以及升压电路，所述USB OTG接口电路的电源引脚的第一通路依次连接升压电路、第一开关电路，所述USB OTG接口电路的电源引脚的第二通路连接第二开关电路后分两路连接微处理器CPU的 识别引脚和微处理器CPU的电源引脚，所述微处理器CPU的电源引脚还连接充电IC的直流电源引脚。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述微处理器CPU的通用输入输出引脚包括：与所述第一开关电路连接的用来控制升压电路供电开关的第一通用输入输出引脚，与所述升压电路的使能控制输入引脚连接的用来控制升压电路工作的第二通用输入输出引脚，与所述充电IC的特征输入低电平引脚连接的用来控制充电电流的第三通用输入输出引脚，以及与所述充电IC的使能控制输入引脚连接的用来控制充电IC工作使能的第四通用输入输出引脚。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述微处理器CPU的第四通用输入输出引脚与充电IC的使能控制输入引脚之间外接一下拉电阻R1，以使充电IC电池过放后、充电IC的使能控制输入引脚默认为充电状态。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述下拉电阻R1未接入所述微处理器CPU的第四通用输入输出引脚与充电IC的使能控制输入引脚之间的一端接地。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述微处理器CPU的第三通用输入输出引脚与充电IC的特征输入低电平引脚之间外接一下拉电阻R2，以使充电IC电池过放后、充电IC的使能控制输入引脚采用防损害设备的小电流充电。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述下拉电阻R2未接入所述微处理器CPU的第三通用输入输出引脚与充电IC的特征输入低电平引脚之间的一端接地。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述充电IC采用型号为MAX8903的DC-DC充电器。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述USB OTG接口电路的电源引脚的输入输出电压为5V。
具有USB OTG功能的充电切换系统，其中，所述充电IC的电池电压引脚接地。
上述技术方案的有益效果是：同现有技术相比，采用单个具备USB OTG功能的数据接口，可检测判断为device或者HOST，完成充电过程或者供电 过程的切换，并能够防止系统自充电现象的产生，同时判断完成USB充电或者AC充电，并控制充电电流大小，且在系统为死电池时，默认小电流充电状态，防止损坏设备。
附图说明
图1为本实用新型的系统框图；
图2为本实用新型充电切换的控制流程图；
图3为本实用新型充电及死电池的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
作为本实用新型的一个实施例，本实用新型具有USB OTG（USB On-The-Go，一键拷贝）功能的充电切换系统，如图1所示，应用于手持设备中，包括：
USB OTG接口电路，用于连接外接电子设备，USB OTG接口电路的检测引脚D+、D-和识别引脚ID与微处理器CPU对应的引脚相连；
充电控制电路，其一端连接USB OTG接口电路的电源引脚VBUS（Voltage Bus），另一端分别连接微处理器CPU、充电IC，以使充电IC、微处理器CPU和连接有外接电子设备的USB OTG接口电路的电源引脚VBUS之间实现充电切换；
微处理器CPU，其还与充电IC连接，通过微处理器CPU的通用输入输出引脚GPIO（General Purpose Input/Output）向充电控制电路、充电IC和USB OTG接口电路的电源引脚VBUS发送充电切换信号，并通过微处理器CPU的通用输入输出引脚GPIO控制充电电流大小；以及
充电IC（Integrated Circuit），用以接收微处理器CPU发出的充电切换信号，并通过充电控制电路和USB OTG接口电路的电源引脚VBUS进行充电或者向外接电子设备进行供电。
其中，充电IC采用型号为MAX8903的DC-DC充电器（直流-直流充电器），USB OTG接口电路的电源引脚VBUS的输入输出电压为5V。
充电控制电路包括第一开关电路、第二开关电路以及升压电路，USB OTG接口电路的电源引脚VBUS的第一通路依次连接升压电路、第一开关电路，USB OTG接口电路的电源引脚VBUS的第二通路连接第二开关电路后分两路连接微处理器CPU的识别引脚ID和微处理器CPU的电源引脚VBUS，微处理器CPU的电源引脚VBUS还连接充电IC的直流电源引脚DC（Direct Current）。
微处理器CPU的通用输入输出引脚GPIO包括：与第一开关电路连接的用来控制升压电路供电开关的第一通用输入输出引脚GPIO1，与升压电路的使能控制输入引脚EN（Enable）连接的用来控制升压电路工作的第二通用输入输出引脚GPIO2，与充电IC的特征输入低电平引脚CH_L（CH，Charge Limited，充电电流控制）连接的用来控制充电电流的第三通用输入输出引脚GPIO3，以及与充电IC的使能控制输入引脚EN连接的用来控制充电IC工作使能的第四通用输入输出引脚GPIO4。
USB OTG接口电路与微处理器CPU采用一对检测引脚D+、D-以及识别引脚ID连接，微处理器CPU通过该一对检测引脚D+、D-的状态检测连接到USB OTG接口电路的外接电子设备，并通过识别引脚ID的状态判断手持设备为数据设备或者充电设备，从而通过充电控制电路控制充电IC的充电或者供电过程。参见图2，本实用新型系统应用的手持设备处于开机状态，检测引脚D+、D-开始检测，识别引脚ID进行判断，若识别引脚ID为高电平H，则手持设备为数据设备（即检测判断手持设备为device，如手机做U盘等设备使用），此时，微处理器CPU的第一通用输入输出引脚GPIO1和第二通用输入输出引脚GPIO2输出为低电平L，第一通用输入输出引脚GPIO1和第二通用输入输出引脚GPIO2控制关闭第一开关电路和升压电路，同时第三通用输入输出引脚GPIO3和第四通用输入输出引脚GPIO4输出为低电平L，第二开关电路控制USB OTG接口电路的电源引脚VBUS给充电IC和微处理器CPU的电源引脚VBUS充电，充电过程设置为USB500mA充电；若识别引脚ID为低电平L，则手持设备为充电设备（即检测判断手持设备为HOST，外接电子设备为U盘或者是鼠标等设备），微处理器CPU的第四通用输入输出引脚GPIO4输出为高电平H，通过开关电路2切断到充电IC的电源，即禁止充电，防止手持设备自充电现象的发生，同时，微处理 器CPU的第一通用输入输出引脚GPIO1和第二通用输入输出引脚GPIO2输出均为高电平H，微处理器CPU的第一通用输入输出引脚GPIO1控制打开第一开关电路，充电IC的电池电压引脚VBATT（Voltage Battery）通过第一开关电路给升压电路供电，且充电IC的电池电压引脚VBATT接地，微处理器CPU的第二通用输入输出引脚GPIO2控制升压电路工作后输出5V电压到USB OTG接口电路的电源引脚VBUS给外接电子设备供电。
如图3所示为本实用新型充电及死电池的控制流程图，当外接电子设备为充电设备时，USB OTG接口电路与微处理器CPU采用一对检测引脚D+、D-连接，微处理器CPU通过USB OTG接口电路的电源引脚VBUS的5V电压检测到该充电设备，启动USB协议，微处理器CPU通过该一对检测引脚D+、D-的状态判断该充电设备的充电类型，若该一对检测引脚D+、D-短接则充电设备为AC充电，则第三通用输入输出引脚GPIO3的输出为高电平H，此时，第二开关电路控制USB OTG接口电路的电源引脚VBUS采用大电流充电模式给充电IC和微处理器CPU的电源引脚VBUS充电；若该一对检测引脚D+、D-不短接则充电设备为USB充电，则第三通用输入输出引脚OPIO3的输出为低电平L，此时，第二开关电路控制USB OTG接口电路的VBUS采用USB500mA小电流充电模式给充电IC和微处理器CPU的电源引脚VBUS充电。本实用新型系统应用的手持设备死电池不开机时，先插入充电设备直至电池3V状态开机进入boot界面，此时默认充电关闭，即第四通用输入输出引脚GPIO4的输出为高电平H，当检测到有充电设备时先将第三通用输入输出引脚OPIO3的输出设为低电平L，即进入USB500mA小电流充电模式；接着检测是USB充电还是AC充电，当检测到是USB充电时继续采用USB500mA小电流充电模式充电至电池电压3.6V，此时手持设备处于开机状态，当检测到是AC充电时才将第三通用输入输出引脚OPIO3的输出设为高电平H，即进入大电流充电模式充电至电池电压3.3V，此时手持设备处于开机状态，这样先小电流充电再大电流充电的做法可以有效的保护手持设备不会由于突然的大电流充电而导致损坏现象的发生。
作为本实用新型的另一个实施例，本实用新型充电切换系统同时提供死电池方案，即对充电IC电池过放后的充电方案：微处理器CPU的第四通用输入输出引脚GPIO4与充电IC的使能控制输入引脚EN之间外接一下拉电 阻R1，下拉电阻R1未接入所述微处理器CPU的第四通用输入输出引脚GPIO4与充电IC的使能控制输入引脚EN之间的一端接地，以使充电IC电池过放后、充电IC的使能控制输入引脚EN默认为充电状态；同时微处理器CPU的第三通用输入输出引脚GPIO3与充电IC的特征输入低电平引脚CH_L之间外接一下拉电阻R2，下拉电阻R2的未接入所述微处理器CPU的第三通用输入输出引脚GPIO3与充电IC的特征输入低电平引脚CH_L之间的一端接地，以使充电IC电池过放后、充电IC的使能控制输入引脚EN采用防损害设备的小电流充电；当电池充到电量满足开机的时候，手持设备开机进入boot界面。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有USB OTG功能的充电切换系统，应用于手持设备中，其特征在于，包括：
USB OTG接口电路，用于连接外接电子设备，所述USB OTG接口电路的检测引脚和识别引脚与微处理器CPU对应的引脚相连；
充电控制电路，所述充电控制电路的一端连接USB OTG接口电路的电源引脚，另一端分别连接微处理器CPU、充电IC；
微处理器CPU，所述微处理器CPU还与充电IC连接，通过所述微处理器CPU的通用输入输出引脚向充电控制电路、充电IC和USB OTG接口电路的电源引脚发送充电切换信号，并通过所述微处理器CPU的通用输入输出引脚控制充电电流大小；以及充电IC。
2.如权利要求1所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述充电控制电路包括第一开关电路、第二开关电路以及升压电路，所述USB OTG接口电路的电源引脚的第一通路依次连接升压电路、第一开关电路，所述USB OTG接口电路的电源引脚的第二通路连接第二开关电路，所述第二开关电路分别连接微处理器CPU的识别引脚和微处理器CPU的电源引脚，所述微处理器CPU的电源引脚还连接充电IC的直流电源引脚。
3.如权利要求2所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述微处理器CPU的通用输入输出引脚包括：与所述第一开关电路连接的第一通用输入输出引脚，与所述升压电路的使能控制输入引脚连接的第二通用输入输出引脚，与所述充电IC的特征输入低电平引脚连接的第三通用输入输出引脚，以及与所述充电IC的使能控制输入引脚连接的第四通用输入输出引脚。
4.如权利要求3所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述微处理器CPU的第四通用输入输出引脚与充电IC的使能控制输入引脚之间外接一下拉电阻R1。
5.如权利要求4所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述下拉电阻R1未接入所述微处理器CPU的第四通用输入输出引脚与充电IC的使能控制输入引脚之间的一端接地。
6.如权利要求3所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述微处理器CPU的第三通用输入输出引脚与充电IC的特征输入低电平引脚之间外接一下拉电阻R2。
7.如权利要求6所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述下拉电阻R2的未接入所述微处理器CPU的第三通用输入输出引脚与充电IC的特征输入低电平引脚之间的一端接地。
8.如权利要求1所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述充电IC采用型号为MAX8903的DC-DC充电器。
9.如权利要求1所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述USB OTG接口电路的电源引脚的输入输出电压为5V。
10.权利要求1所述的具有USB OTG功能的充电切换系统，其特征在于，所述充电IC的电池电压引脚接地。
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