CN203840637U - Usb充电与供电电路板设计结构及其电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露一种USB充电与供电电路板设计结构及其电子装置。USB充电与供电电路板设计结构包含主板体、多个USB连接器、USB控制芯片、子板体、USB电源芯片。USB连接器与USB控制芯片设置于主板体。子板体包含多个接脚，多个接脚插设于主板体上。USB电源芯片设置于子板体，并适于提供电力至多个USB连接器。

Description

USB充电与供电电路板设计结构及其电子装置

技术领域

本实用新型是有关于一种电路板以及电子装置，其为一种包含特殊USB充电与供电设计的电路板以及电子装置。

背景技术

随着科技的演变，USB使用非常普及。然而，目前的USB2.0或USB3.0的电力仅能提供手机装置充电，尚无法完全提供平板电脑或笔记型电脑等足够的电力，使得需要较大电量的产品需要额外加装电源线，造成接线混乱，使用上非常不方便。

虽然目前USB协会发表了USB PD的充电规格，其可传输高达100瓦的电力，但USB PD大电流所需的电源走线，与一般USB2.0或USB3.0所使用的差分信号走线的阻抗匹配、铜箔需求等都不尽相同。因此，如果将USB PD大电流所需的电源走线与USB2.0或USB3.0所使用的差分信号走线设计在同一个电路板上，将会使设计规范有所冲突。

实用新型内容

本实用新型的一方面就是在提供一种USB充电与供电电路板设计结构及其电子装置，其可设计有USB电源子板。USB电源子板与USB控制芯片所在的主板体为不同的板子，且USB电源子板上的USB电源芯片负责控制对多个USB连接器进行电力传输，使得主板体上的差分信号走线不会与电源走线冲突，以解决现有技术的问题。

根据本实用新型的一实施例，提出一种USB充电与供电电路板设计结构，包含主板体、USB控制芯片、子板体、多个USB连接器、USB电源芯片以及子板电源供应单元。多个USB连接器与USB控制芯片设置于主板体，USB控制芯片电性连接各个USB连接器且USB控制芯片适于控制一第一电源。子板体包含多个接脚，多个接脚插设于主板体上。USB电源芯片设置于子板体，且USB电源芯片电性连接至少一个该USB连接器，并适于控制第二电源至USB连接器，其中第二电源的功率大于第一电源的功率。子板电源供应单元设置于子板体，并包含至少一个的电源端口，设置于子板体。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述USB电源芯片为符合BC充电规格、PD充电规格或其组合的控制芯片。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板体位于USB控制芯片以及多个USB连接器之间。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述USB充电与供电电路板设计结构还包含电力调节器，且该子板体包含相对的一第一表面与一第二表面，该第一表面面对该主板体，该电力调节器选择性的设置于第一表面或第二表面。电力调节器的输出电压经由USB电源芯片所控制，以选择性地提供不同的电压至USB连接器。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供预设电压至电力调节器，而电力调节器可以产生5伏特、12伏特或20伏特的电压，并经由USB电源芯片所控制，以选择性地5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供12伏特或20伏特电压，电力调节器转换12伏特的电压为5伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供5伏特或12伏特的电压，电力调节器转换12伏特的电压为20伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供12伏特或20伏特的电压，主板体提供5伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供12伏特电压，电力调节器转换12伏特的电压为20伏特的电压，主板体提供5伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供20伏特的电压，主板体提供5伏特或12伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。

根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供5伏特、12伏特或20伏特的电压，并经由USB电源芯片所控制，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。

此外，根据本实用新型的另一实施例，提出一种电子装置，包含有机壳以及上述实施例的USB充电与供电电路板设计结构，其中USB充电与供电电路板设计结构设置于机壳内，且USB充电与供电电路板设计结构的多个USB连接器设置于机壳的侧壁面上。如此一来，通过将主板体与子板体设置于三维空间中不同的平面上，使得USB充电与供电电路板设计结构可充分利用电子装置内固有的空间，符合未来电子装置越做越小的趋势。

附图说明

图1是绘示本实用新型一实施例的USB充电与供电电路板设计结构的立体图；

图2至图4是跟据图1的USB充电与供电电路板设计结构绘示的各种不同态样的电路方块图；

图5是绘示本实用新型另一实施例的USB充电与供电电路板设计结构的立体图；

图6至图9是跟据图5的USB充电与供电电路板设计结构绘示的各种不同实施方式的电路方块图；

图10是绘示本实用新型一实施例的电子装置的局部立体图。

具体实施方式

下述实施例的USB充电与供电电路板设计结构包含有主板体以及子板体，子板体插设于主板体上，且子板体包含大电流所需的电源走线，以使子板体负责对USB连接器的电力传输。在下述实施例中，大电流指的是符合或大于PD电力传输规范的电流大小。在PD电力传输规范下，子板体的电源走线能传递1.5安培至5安培的电流大小。如此一来，通过将电源走线独立于主板体外，可解决已知技术中主板体上的差分信号走线与电源走线规范冲突的问题。须说明的是，下述实施例只是举例，本实用新型并不局限于只能传递1.5安培至5安培大小的电流，凡是具有两种不同板体的USB充电与供电电路板设计结构，且其中一种板体可负责电力的传输，并插设于主板体上，皆属本实用新型所应保护的范围。

请参考图1，其是绘示本实用新型一实施例的USB充电与供电电路板设计结构20的立体图。如图1所示，USB充电与供电电路板设计结构20包含主板体200、两个USB连接器110、210、USB控制芯片220、两个USB电源芯片130、230以及子板体240。USB连接器110、210设置于主板体200上。在本实施例中，主板体200与子板体240可为印刷电路板，且USB连接器110、210可位于主板体200的边缘位置。此外，USB连接器110、210为符合PD规范的标准-A(standard-A)的插座，但不以此为限。

USB控制芯片220设置于主板体200上，且电性连接USB连接器110、210。主板体200上可具有主板电源供应单元201，本实施例的主板电源供应单元201可为一电源端口202，适于提供第一电源，USB控制芯片220适于控制此第一电源，且若USB连接器110、210为USB3.0的插座连接器，则USB控制芯片220可为USB3.0控制芯片，其可支持5伏特且900毫安培的电源传输以及支持USB3.0的通讯规范。同理可推，若USB连接器110、210为USB2.0的插座连接器，则USB控制芯片220可为USB2.0控制芯片，其可支持5伏特且500毫安培的电源传输以及支持USB2.0的通讯规范。在部分实施例中，若主板体200为一种接口卡，则可不具有电源端口202，主板体200的电源可由金手指提供。

子板体240具有多个接脚241，且接脚241插设于主板体200上。详言之，子板体240可包含有相对的第一表面240a以及第二表面240b，其中第一表面240a面对主板体200，多个接脚241则连接于子板体240的第一表面240a与主板体200之间。亦即，本实施例的子板体240的第一表面240a可近乎与主板体200的表面平行设置，且与主板体200之间具有间距D。在一实施例中，此间距D可小于或等于10.6mm，并且子板体240的厚度可约为1.2～1.6mm。

USB电源芯片130、230设置于子板体240上，且USB电源芯片130、230分别电性连接USB连接器110、210。以本实施例而言，USB电源芯片130、230可设置于第二表面240b上，且USB电源芯片130、230可透过子板体240边缘的多个接脚241电性连接至USB连接器110、210，并且控制且传输一第二电源至USB连接器110、210，其中第二电源的功率大于USB控制芯片220所控制的第一电源的功率。值得一提的是，在一实施例中，USB电源芯片130、230可以与USB装置沟通并可以在第一电源与第二电源之间作切换，使得USB装置可选择性的接受第一电源或第二电源的电力。亦即，USB电源芯片130、230主要可控制较大功率的电源传输，例如BC或PD电力传输，USB控制芯片220所控制的是USB2.0或USB3.0所规范的5伏特电压。并且，在子板体240设置于主板体200上时，USB控制芯片220并不主动地对USB连接器110、210进行电力传输的控制，而是USB电源芯片130、230专门负责控制将电源输送至USB连接器110、210。

在部分实施例中，USB充电与供电电路板设计结构20还包含子板电源供应单元162，子板电源供应单元162具体而言可为两个不同的电源端口163、164。USB电源芯片130、230及电源端口163、164可设置于第一表面240a上。亦即，USB电源芯片130、230及电源端口163、164可位于子板体240与主板体200之间的间距D中，以缩小子板体240的尺寸及第二表面240b上的零件高度。

须说明的是，USB电源芯片130、230可为符合BC充电规格、PD充电规格或其组合的控制芯片。在BC的充电规范下，USB电源芯片130、230可支持四种充电模式，例如BC1.2、苹果的iPad和iPhone、中国的YD/T1591-2006与三星Galaxy，但不以此为限。此外，USB电源芯片130、230同时可传递USB2.0的差动对信号D+/D-。在PD充电规范下，USB电源芯片130、230可支持五种不同规格的电力传输，其传输功率最大可到100瓦。

接着，请一并参考图2，其是绘示本实用新型的USB充电与供电电路板设计结构20的电路方块图的其中一种实施方式。如图2所示，当设置于主板体200上的USB控制芯片220为USB3.0的控制芯片时，USB控制芯片220可与USB连接器110、210传输超高速(SuperSpeed)的差动对信号SSTX1+/SSTX1-、SSRX1+/SSRX1-、SSTX2+/SSTX2-以及SSRX2+/SSRX2-。USB电源芯片130、230可支持BC以及PD充电规范，并分别传输非超高速的差动对信号D1+/D1-以及D2+/D2-。值得一提的是，差动对信号SSTX1+/SSTX1-、SSRX1+/SSRX1-、SSTX2+/SSTX2-以及SSRX2+/SSRX2-只在主板体200上传递，然而差动对信号D1+/D1-以及D2+/D2-则是先传递至USB电源芯片130、230，以侦测USB装置97、98是否支持BC充电，再传递至主板体200上的USB控制芯片220。

在本实施例中，子板体240可位于USB控制芯片220以及USB连接器110、210之间，且子板体240与USB连接器110、210的电源线VBUS1以及VBUS2以及差动对信号D1+/D1-以及D2+/D2-的传输线接脚连接，使得子板体240上的USB电源芯片130、230(包含有BC电路131、231)可通过差动对信号D1+/D1-以及D2+/D2-的传输线的电位判断USB装置97或98是否支持BC充电功能。

请继续参考图2，本实施例的USB连接器110、210上可包含PD充电装置的侦测机制，以判断USB装置98或97是否可进行PD规范的电力传输。举例而言，USB连接器110、210可为USB3.0插座连接器并且具有额外的PD侦测接脚(未绘示)。则当具有PD规范的USB传输线与USB连接器110、210连接时，USB连接器110、210就会传输侦测信号PD_D1、PD_D2至PD电路132、232，使得子板体240上的USB电源芯片130、230可通过电源VBUS1、VBUS2与USB装置97、98沟通是否支持PD供电功能，才进行PD规范的电力传输。

在部分实施例中，子板体240可包含有过电流侦测机制。亦即，当子板体240所进行的电流传输大小超过一临界电流时，子板体240上的USB电源芯片130、230会将VBUS1以及VBUS2的电源(20V或12V或5V)关闭，同时子板体240的过电流侦测机制会传递过电流信号OC_D1以及OC_D2至USB控制芯片220，此时USB控制芯片220就会关闭掉子板体240的电力传输功能。

请继续参考图1与图2，在部分实施例中，子板电源供应单元162可提供5伏特、12伏特与20伏特的电压至USB连接器110、210。详言之，子板电源供应单元162的其中一个电源端口164经USB电源芯片130、230的控制，可提供5伏特或12伏特的电压至USB连接器110、210，而子板电源供应单元162的另外一个电源端口163经USB电源芯片130、230的控制，可提供20伏特的电压至USB连接器110、210，但不以此为限。请参考图3，在一变化实施方式中，子板电源供应单元162的电源端口164可提供12伏特的电压至USB电源芯片130、230，而电源端口163可提供20伏特的电压至USB电源芯片130、230。此外，5伏特的电压可直接由主板体200的电源端口202提供至USB电源芯片130、230，使得USB电源芯片130、230可选择性的提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器110、210。类似地，请参考图4，在又一变化实施方式中，子板电源供应单元162可只提供20伏特的电压至USB电源芯片130、230，另外主板电源供应单元201可提供5伏特或12伏特的电压至USB电源芯片130、230，以使得USB电源芯片130、230可选择性的提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器110、210。

请一并参考图5至图7，在其他实施例中，USB充电与供电电路板设计结构20可还包含电力调节器150。在本实施例中，电力调节器150可设置于子板体240的第二表面240b，但不以此为限。子板电源供应单元162可提供一预设电压至电力调节器150，电力调节器150的输出电压经由USB电源芯片130所控制，以选择性地提供不同的电压至该USB连接器110、210。更详细而言，电力调节器150可将子板电源供应单元162提供的预设电压转换为适当的电压大小至USB连接器110、210。

举例而言，在图6中，子板电源供应单元162可提供20伏特以上的预设电压至电力调节器150，接着电力调节器150再将此预设电压转换为5伏特、12伏特或20伏特的电压，并经由USB电源芯片130、230的PD电路132、232或BC电路131、231控制并传至USB连接器110、210。在图7中，子板电源供应单元162可直接提供12伏特或20伏特的电压至USB电源芯片130、230，并提供12伏特的电压至电力调节器150，电力调节器150可将12伏特的电压转换为5伏特的电压并提供至USB电源芯片130、230，USB电源芯片130、230可选择性的提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器110、210。图8与图7的不同在于，子板电源供应单元162可直接提供5伏特或12伏特的电压至USB电源芯片130、230，电力调节器150可将12伏特的电压转换为20伏特的电压并提供至USB电源芯片130、230。

在图9中，主板电源供应单元201可提供5伏特的电压至USB电源芯片130、230。子板电源供应单元162可直接提供12伏特的电压至USB电源芯片130、230，或选择性的提供12伏特的电压至电力调节器150，而电力调节器150可将12伏特的电压转换为20伏特的电压并提供至USB电源芯片130、230，USB电源芯片130、230可选择性的提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器110、210。

需说明的是，上述实施例的USB充电与供电电路板设计结构20上的USB连接器110、210数目并不局限于以上所揭露的数目，可视USB控制芯片120、220所能支持的USB连接连接器数量而调整。

值得一提的是，上述实施例的USB充电与供电电路板设计结构20应用在一电子装置内时，可充分利用电子装置内固有的空间，符合目前电子装置越做越小的趋势。否则，若在同一块电路板上想同时包含有差分信号走线以及大电流的电源走线，可能需要加大电路板的尺寸才能避免差分信号走线与电源走线规范冲突的问题，但此种方法并不符合电子装置越做越小的趋势。

具体而言，请参考图10，其是绘示本实用新型一实施例的电子装置30的局部立体图，为使本实用新型更清楚易懂，是绘示出USB充电与供电电路板设计结构20在机壳300内部的透视图。如图10所示，电子装置30包含有机壳300以及上述实施例的USB充电与供电电路板设计结构20，其中USB充电与供电电路板设计结构20位于机壳300内部，USB连接器110、210可设置于机壳300的侧壁面301上。电子装置30可为服务器或USB集线器等。

综上所述，上述实施例通过将电源走线以及USB电源芯片设置于子板体上，可避免主板体上的差分信号走线与电源走线规范冲突的问题。

Claims (12)

1.一种USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，包含：

一主板体；

多个USB连接器，设置于该主板体；

一USB控制芯片，设置于该主板体，该USB控制芯片电性连接所述USB连接器，且该USB控制芯片适于传输一第一电源；

一子板体，包含多个接脚，所述接脚插设于该主板体上；以及

一USB电源芯片，设置于该子板体，该USB电源芯片电性连接至少一个所述USB连接器，适于传输一第二电源到至少一个所述USB连接器，该第二电源的功率大于该第一电源的功率；以及

一子板电源供应单元，包含至少一个电源端口，设置于该子板体。

2.根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该USB电源芯片为符合一BC充电规格、一PD充电规格或其组合的控制芯片。

3.根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板体位于该USB控制芯片以及所述USB连接器之间。

4.根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，还包含一电力调节器，且该子板体包含相对的一第一表面与一第二表面，该第一表面面对该主板体，该电力调节器选择性的设置于该第一表面或该第二表面，该电力调节器的输出电压经由该USB电源芯片所控制，以选择性地提供不同的电压至所述USB连接器。

5.根据权利要求4所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供应单元提供一预设电压至该电力调节器，而该电力调节器能够产生5伏特、12伏特或20伏特的电压，并经由该USB电源芯片所控制，以选择性的提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至所述USB连接器。

6.根据权利要求4所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供应单元提供12伏特或20伏特的电压，该电力调节器转换12伏特的电压为5伏特的电压，该USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至所述USB连接器。

7.根据权利要求4所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供应单元提供5伏特或12伏特的电压，该电力调节器转换12伏特的电压为20伏特的电压，该USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至所述USB连接器。

8.根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供应单元提供12伏特或20伏特的电压，该主板体提供5伏特的电压，该USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至该USB连接器。

9.根据权利要求4所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供应单元提供12伏特电压，该电力调节器转换12伏特的电压为20伏特的电压，该主板体提供5伏特的电压，该USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至所述USB连接器。

10.根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供应单元提供20伏特的电压，该主板体提供5伏特或12伏特的电压，该USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至所述USB连接器。

11.根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供应单元提供5伏特、12伏特或20伏特的电压，并经由该USB电源芯片所控制，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至所述USB连接器。

12.一种电子装置，其特征在于，包含：

一机壳；以及

一如权利要求1至11任一项所述的USB充电与供电电路板设计结构，设置于该机壳内，且所述USB充电与供电电路板设计结构的USB连接器设置于该机壳的一侧壁面。