CN204652249U - 一种usb插座 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种USB插座，包括至少一个USB接口，还包括：整流滤波单元，其电压输入端接收交流电，并将交流电整流、滤波成直流电后输出；变压单元，其电压输入端接收直流电，电压输出端与每一USB接口的电源输入端口耦接，并将电压输入端的输入电压变压为供电电压后输出；稳压单元，其稳压输入端接收供电电压，根据供电电压的变化对输入电压进行调整，使供电电压保持稳定。因此，本实用新型所述USB插座，通过稳压单元获取供电电压的变化，据此对输入电压进行调整，确保了供电电压的稳定，避免了供电电压由于负载功率或电网电压的不稳定而产生的波动，充电设备通过USB接口就可以获取到稳定的供电电压，有利于保护设备，延长其使用寿命。

Description

一种USB插座

技术领域

本实用新型涉及直流电源技术领域，具体地说涉及一种USB插座。

背景技术

USB(Universal Serial Bus)插座是一种安全节电、实现USB连接技术的通用插座。随着用USB接口传输数据或者为其它终端设备充电的普及，USB插座的应用也越来越广泛了。USB的四个引脚(Pin)定义分别为VBUS、D+、D-和GND，这样不但可以使电脑和其它周边设备通过USB接口(如：扫描器、键盘和数码相机等)进行通信，还可以利用电脑的USB接口为其它周边设备进行充电。现在还出现了很多带有USB插座的移动设备，如移动电源、车充和旅充电源等。现在的USB接口的基本结构如图1所示，包括结构间外壳11、设置于结构外壳内的胶芯12、簧片13、焊盘固定脚14以及四个引脚15(USB接口)，分别为：VBUS、D+、D-和GND，用来传输数据和为其它设备提供电流。

具体应用中，USB插座会将市电经整流桥整流以及变压器降压变为额定的直流电后输出给其它设备供电，而稳定的电压供给有利于保护设备，延长其使用寿命，但USB插座的供电电压有可能会由于负载功率或者电网电压的不稳定而产生波动，因此如何维持USB插座供电电压的稳定性是亟待解决的问题。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于USB插座的供电电压有可能会由于负载功率或者电网电压的不稳定而产生波动，难以输出稳定的电压。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供了一种USB插座，包括至少一个USB接口，还包括：

整流滤波单元，其电压输入端接收交流电，并将交流电整流、滤波成直流电后输出；

变压单元，其电压输入端接收所述直流电，电压输出端与每一所述USB接口的电源输入端口耦接，并将所述电压输入端的输入电压变压为供电电压后输出；

稳压单元，其稳压输入端接收所述供电电压，根据所述供电电压的变化对所述输入电压进行调整，使所述供电电压保持稳定。

本实用新型所述的USB插座，所述稳压单元包括反馈电路和开关电路；

所述反馈电路，其稳压输入端接收所述供电电压，并将所述供电电压的变化信号反馈至所述开关电路；

所述开关电路，接收所述变化信号并根据所述变化信号对自身输出的脉冲电压信号进行调整，并将所述脉冲电压信号输入所述变压单元的电压输入端，与所述直流电叠加后作为所述输入电压，使所述供电电压保持稳定。

本实用新型所述的USB插座，所述反馈电路包括第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R14、第四电阻R15、第二电容C9、第三电容C4、第一稳压管TVS1、以及光耦芯片U2；所述开关电路32包括PWM控制芯片U1；

所述第二电阻R12的一端、所述第三电阻R14的一端同时与所述变压单元的供电电压的正向输出端耦接，所述第一电阻R11的一端与所述第二电阻R12的另一端耦接，所述第一电阻R11的另一端同时与所述第二电容C9的一端以及所述第一稳压管TVS1的负极耦接，所述第二电容C9的另一端同时与所述第三电阻R14的另一端、所述第四电阻R15的一端以及所述第一稳压管TVS1的正极耦接，所述第四电阻R15的另一端与所述第一稳压管TVS1的正极耦接后接地；

所述光耦芯片U2的发光器与所述第一电阻R11并联，所述光耦芯片U2的受光器与所述第三电容C4并联，所述光耦芯片U2的受光器的输出端接地；

所述PWM控制芯片U1的变化信号采集引脚与所述光耦芯片U2的受光器的输入端耦接，所述PWM控制芯片U1的脉冲电压信号输出引脚与所述变压单元的电压输入端耦接。

本实用新型所述的USB插座，所述变压单元包括变压器T1和整流滤波支路；

所述变压器T1的原边绕组即为所述变压单元的电压输入端，其一端用于接收所述直流电，另一端用于接收所述脉冲电压信号，所述直流电和所述脉冲电压信号叠加后形成所述输入电压；所述变压器T1的副边绕组根据所述输入电压生成耦合电压；

所述整流滤波支路，接收所述耦合电压，并将所述耦合电压整流、滤波处理后作为所述供电电压输出。

本实用新型所述的USB插座，所述整流滤波支路包括第五电阻R9、第六电阻R10、第四电容C6、第五电容C7、第六电容C8、第五二极管D4以及第六二极管D5；

所述变压器T1的副边绕组的一端与同时与所述第五二极管D4以及所述第六二极管D5的正极耦接，所述变压器T1的副边绕组的另一端接地；所述第五电阻R9与所述第四电容C6串联后与所述第五二极管D4以及所述第六二极管D5并联，所述第五电容C7的一端同时与所述第五二极管D4以及所述第六二极管D5的负极耦接，所述第五电容C7的另一端接地，所述第六电容C8以及所述第六电阻R10与所述第五电容C7并联，输出所述供电电压。

本实用新型所述的USB插座，所述第五电容C7和所述第六电容C8均为固态电容。

本实用新型所述的USB插座，所述整流滤波单元包括由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成的桥式电路和第一电容C2；

所述第一二极管D1的正极与所述第四二极管D4的负极耦接作为所述桥式电路的第一端，所述第一二极管D1的负极与所述第二二极管D2的负极耦接作为所述桥式电路的第二端，所述第二二极管D2的正极与所述第三二极管D3的负极耦接作为所述桥式电路的第三端，所述第三二极管D3的正极与所述第四二极管D4的正极耦接作为所述桥式电路的第四端；

所述桥式电路的第一端和第三端用于接收所述交流电，所述桥式电路的第二端与所述第一电容C2的一端耦接后向所述变压单元输出所述直流电；所述桥式电路的第四端与所述第一电容C2的另一端耦接后接地。

本实用新型所述的USB插座，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4均为肖特基二极管，所述第一电容C2为固态电容。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型提供了一种USB插座，包括至少一个USB接口，还包括：整流滤波单元，其电压输入端接收交流电，并将交流电整流、滤波成直流电后输出；变压单元，其电压输入端接收所述直流电，电压输出端与每一所述USB接口的电源输入端口耦接，并将所述电压输入端的输入电压变压为供电电压后输出；稳压单元，其稳压输入端接收所述供电电压，根据所述供电电压的变化对所述输入电压进行调整，使所述供电电压保持稳定。因此，本实用新型所述USB插座，通过稳压单元获取供电电压的变化，据此对变压单元电压输入端的输入电压进行调整，确保了供电电压的稳定性，避免了供电电压由于负载功率或电网电压的不稳定而产生的波动，充电设备通过USB接口就可以获取到稳定的供电电压，有利于保护设备，延长其使用寿命。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型背景技术部分USB接口的结构示意图；

图2是本实用新型所述USB插座的结构框图；

图3是本实用新型所述USB插座的电路原理图。

图中附图标记表示为：1-整流滤波单元，2-变压单元，3-稳压单元，4-USB接口，21-整流滤波支路，31-反馈电路，32-开关电路，11-外壳，12-胶芯，13-簧片，14-焊盘固定脚，15-引脚。

具体实施方式

本实施例提供了一种USB插座，如图2所示，包括至少一个USB接口4，还包括：整流滤波单元1、变压单元2和稳压单元3，其中整流滤波单元1，其电压输入端接收交流电，并将交流电整流、滤波成直流电后输出；变压单元2，其电压输入端接收所述直流电，电压输出端与每一所述USB接口4的电源输入端口耦接，并将所述电压输入端的输入电压变压为供电电压后输出；稳压单元3，其稳压输入端接收所述供电电压，根据所述供电电压的变化对所述输入电压进行调整，使所述供电电压保持稳定。

具体地，市电(交流电)输入整流滤波单元1后，经整流、滤波处理后变为直流电输出，因为此时电压比较大，不符合用电设备(比如手机、笔记本等)的充电电压，因此需要再经变压单元2降压处理后作为供电电压输出，但因为电网波动或者用电设备功率的变化，有可能造成供电电压不稳定，通过稳压单元3可以实时监测供电电压的变化，并根据供电电压的变化对输入电压进行调整，当供电电压降低时，调高输入电压，当供电电压升高时，调低输入电压，从而使供电电压保持稳定。用电设备通过USB接口4就可以从USB插座获取到稳定的供电电压了。

优选地，所述稳压单元3可以包括反馈电路31和开关电路32；

所述反馈电路31，其稳压输入端接收所述供电电压，并将所述供电电压的变化信号反馈至所述开关电路32；

所述开关电路32，接收所述变化信号并根据所述变化信号对自身输出的脉冲电压信号进行调整，并将所述脉冲电压信号输入所述变压单元2的电压输入端，与所述直流电叠加后作为所述输入电压，使所述供电电压保持稳定。

具体地，开关电路32可以根据供电电压的变化信号对自身输出的脉冲电压信号的脉宽或者脉冲频率进行调节，当供电电压升高时，将脉冲电压信号的脉宽调窄或者将脉冲频率调低，就能使脉冲电压信号的额定电压变低，与直流电叠加后，就能使输入电压降低，从而维持供电电压稳定；当供电电压降低时，将脉冲电压信号的脉宽调宽或者脉冲频率调高，就能使脉冲电压信号的额定电压变高，与直流电叠加后，就能使输入电压升高，从而维持供电电压稳定。

优选地，如图3所示，所述反馈电路31可以包括第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R14、第四电阻R15、第二电容C9、第三电容C4、第一稳压管TVS1、以及光耦芯片U2；所述开关电路32包括PWM控制芯片U1；

所述第二电阻R12的一端、所述第三电阻R14的一端同时与所述变压单元2的供电电压的正向输出端耦接，所述第一电阻R11的一端与所述第二电阻R12的另一端耦接，所述第一电阻R11的另一端同时与所述第二电容C9的一端以及所述第一稳压管TVS1的负极耦接，所述第二电容C9的另一端同时与所述第三电阻R14的另一端、所述第四电阻R15的一端以及所述第一稳压管TVS1的正极耦接，所述第四电阻R15的另一端与所述第一稳压管TVS1的正极耦接后接地；

所述光耦芯片U2的发光器与所述第一电阻R11并联，所述光耦芯片U2的受光器与所述第三电容C4并联，所述光耦芯片U2的受光器的输出端接地；

所述PWM控制芯片U1的变化信号采集引脚与所述光耦芯片U2的受光器的输入端耦接，所述PWM控制芯片U1的脉冲电压信号输出引脚与所述变压单元2的电压输入端耦接。

具体地，当供电电压升高时，第一电阻R11上的电压也增大，因其与光耦芯片U2的发光器并联，则光耦芯片U2的发光器上的电压也增大，发光器的光亮度提升，使得光耦芯片U2的受光器流过的电流也更大，从而使第三电容C4的充电电压也不断升高，从而将供电电压的变化信号经光耦芯片U2隔离传输至PWM控制芯片U1的变化信号采集引脚，PWM控制芯片U1获取到供电电压升高的变化信号后，就会调整其脉冲电压信号输出引脚输出的脉冲电压信号，将其脉宽调窄或者频率调低，与直流电叠加后会使输入电压降低，从而使供电电压降下来，维持其稳定性；当供电电压降低时，工作原理与升高时类似，不再详述。本实施例中通过光耦芯片U2可以隔离噪声信号，使得输入开关电路32的变化信号更为精准，防止误操作。另，所述PWM控制芯片U1内置MOS管，通过控制MOS管通断的频率调节脉冲电压信号，实现PWM占空比调节，无需在PCB板上外置MOS管，有利于减小体积，从而PCB板上就可以留出足够多的散热铜箔来解决电路散热问题。

优选地，所述变压单元2可以包括变压器T1和整流滤波支路21；

所述变压器T1的原边绕组即为所述变压单元2的电压输入端，其一端用于接收所述直流电，另一端用于接收所述脉冲电压信号，所述直流电和所述脉冲电压信号叠加后形成所述输入电压；所述变压器T1的副边绕组根据所述输入电压生成耦合电压；

所述整流滤波支路21，接收所述耦合电压，并将所述耦合电压整流、滤波处理后作为所述供电电压输出。

具体地，开关电路32输出的脉冲电压信号与整流滤波单元1输出的直流电叠加后，产生脉冲电压，从而推动变压器T1工作，变压器T1的副边绕组就会根据输入电压产生耦合电压，经整流滤波支路21的整流、滤波处理后就可以将耦合电压转换为稳定的直流电压作为供电电压输出了，非常便捷。

优选地，所述整流滤波支路21可以包括第五电阻R9、第六电阻R10、第四电容C6、第五电容C7、第六电容C8、第五二极管D4以及第六二极管D5；

所述变压器T1的副边绕组的一端与同时与所述第五二极管D4以及所述第六二极管D5的正极耦接，所述变压器T1的副边绕组的另一端接地；所述第五电阻R9与所述第四电容C6串联后与所述第五二极管D4以及所述第六二极管D5并联，所述第五电容C7的一端同时与所述第五二极管D4以及所述第六二极管D5的负极耦接，所述第五电容C7的另一端接地，所述第六电容C8以及所述第六电阻R10与所述第五电容C7并联，输出所述供电电压。

具体地，第五电阻R9和第四电容C6的组合可以吸收尖峰电压，耦合电压经第五二极管D4以及第六二极管D5整流后变为直流电压，再经第五电容C7、第六电容C8滤波去除干扰，就可以输出稳定的高质量的直流电压作为供电电压了。

优选地，所述第五电容C7和所述第六电容C8均为固态电容。因为固态电容具有超低的内阻，优异的耐温性能，体积小，能够节省空间，滤波效果也更优。

优选地，所述整流滤波单元1可以包括由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成的桥式电路和第一电容C2；

所述第一二极管D1的正极与所述第四二极管D4的负极耦接作为所述桥式电路的第一端，所述第一二极管D1的负极与所述第二二极管D2的负极耦接作为所述桥式电路的第二端，所述第二二极管D2的正极与所述第三二极管D3的负极耦接作为所述桥式电路的第三端，所述第三二极管D3的正极与所述第四二极管D4的正极耦接作为所述桥式电路的第四端；

所述桥式电路的第一端和第三端用于接收所述交流电，所述桥式电路的第二端与所述第一电容C2的一端耦接后向所述变压单元2输出所述直流电；所述桥式电路的第四端与所述第一电容C2的另一端耦接后接地。

具体地，经过桥式电路整流和第一电容C2滤波，就可以将市电(交流电)整流滤波成为直流电了，非常便捷。

优选地，所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4均为肖特基二极管，所述第一电容C2为固态电容。

具体地，因为肖特基二极管具有低压降的特性，选用肖特基二极管可以降低整流损耗，另，因为固态电容容具有超低的内阻，优异的耐温性能，体积小，能够节省空间，滤波效果也更优。

本实施例所述USB插座，通过稳压单元3获取供电电压的变化，据此对变压单元2电压输入端的输入电压进行调整，确保了供电电压的稳定性，避免了供电电压由于负载功率或电网电压的不稳定而产生的波动，充电设备通过USB接口就可以获取到稳定的供电电压，有利于保护设备，延长其使用寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种USB插座，包括至少一个USB接口(4)，其特征在于，还包括：

整流滤波单元(1)，其电压输入端接收交流电，并将交流电整流、滤波成直流电后输出；

变压单元(2)，其电压输入端接收所述直流电，电压输出端与每一所述USB接口(4)的电源输入端口耦接，并将所述电压输入端的输入电压变压为供电电压后输出；

稳压单元(3)，其稳压输入端接收所述供电电压，根据所述供电电压的变化对所述输入电压进行调整，使所述供电电压保持稳定。

2.根据权利要求1所述的USB插座，其特征在于，所述稳压单元(3)包括反馈电路(31)和开关电路(32)；

所述反馈电路(31)，其稳压输入端接收所述供电电压，并将所述供电电压的变化信号反馈至所述开关电路(32)；

所述开关电路(32)，接收所述变化信号并根据所述变化信号对自身输出的脉冲电压信号进行调整，并将所述脉冲电压信号输入所述变压单元(2)的电压输入端，与所述直流电叠加后作为所述输入电压，使所述供电电压保持稳定。

3.根据权利要求2所述的USB插座，其特征在于，所述反馈电路(31)包括第一电阻(R11)、第二电阻(R12)、第三电阻(R14)、第四电阻(R15)、第二电容(C9)、第三电容(C4)、第一稳压管(TVS1)、以及光耦芯片(U2)；所述开关电路(32)包括PWM控制芯片(U1)；

所述第二电阻(R12)的一端、所述第三电阻(R14)的一端同时与所述变压单元(2)的供电电压的正向输出端耦接，所述第一电阻(R11)的一端与所述第二电阻(R12)的另一端耦接，所述第一电阻(R11)的另一端同时与所述第二电容(C9)的一端以及所述第一稳压管(TVS1)的负极耦接，所述第二电容(C9)的另一端同时与所述第三电阻(R14)的另一端、所述第四电阻(R15)的一端以及所述第一稳压管(TVS1)的正极耦接，所述第四电阻(R15)的另一端与所述第一稳压管(TVS1)的正极耦接后接地；

所述光耦芯片(U2)的发光器与所述第一电阻(R11)并联，所述光耦芯片(U2)的受光器与所述第三电容(C4)并联，所述光耦芯片(U2)的受光器的输出端接地；

所述PWM控制芯片(U1)的变化信号采集引脚与所述光耦芯片(U2)的受光器的输入端耦接，所述PWM控制芯片(U1)的脉冲电压信号输出引脚与所述变压单元(2)的电压输入端耦接。

4.根据权利要求3所述的USB插座，其特征在于，所述变压单元(2)包括变压器(T1)和整流滤波支路(21)；

所述变压器(T1)的原边绕组即为所述变压单元(2)的电压输入端，其一端用于接收所述直流电，另一端用于接收所述脉冲电压信号，所述直流电和所述脉冲电压信号叠加后形成所述输入电压；所述变压器(T1)的副边绕组根据所述输入电压生成耦合电压；

所述整流滤波支路(21)，接收所述耦合电压，并将所述耦合电压整流、滤波处理后作为所述供电电压输出。

5.根据权利要求4所述的USB插座，其特征在于，所述整流滤波支路(21)包括第五电阻(R9)、第六电阻(R10)、第四电容(C6)、第五电容(C7)、第六电容(C8)、第五二极管(D4)以及第六二极管(D5)；

所述变压器(T1)的副边绕组的一端与同时与所述第五二极管(D4)以及所述第六二极管(D5)的正极耦接，所述变压器(T1)的副边绕组的另一端接地；所述第五电阻(R9)与所述第四电容(C6)串联后与所述第五二极管(D4)以及所述第六二极管(D5)并联，所述第五电容(C7)的一端同时与所述第五二极管(D4)以及所述第六二极管(D5)的负极耦接，所述第五电容(C7)的另一端接地，所述第六电容(C8)以及所述第六电阻(R10)与所述第五电容(C7)并联，输出所述供电电压。

6.根据权利要求5所述的USB插座，其特征在于，所述第五电容(C7)和所述第六电容(C8)均为固态电容。

7.根据权利要求1-6任一所述的USB插座，其特征在于，所述整流滤波单元(1)包括由第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)组成的桥式电路和第一电容(C2)；

所述第一二极管(D1)的正极与所述第四二极管(D4)的负极耦接作为所述桥式电路的第一端，所述第一二极管(D1)的负极与所述第二二极管(D2)的负极耦接作为所述桥式电路的第二端，所述第二二极管(D2)的正极与所述第三二极管(D3)的负极耦接作为所述桥式电路的第三端，所述第三二极管(D3)的正极与所述第四二极管(D4)的正极耦接作为所述桥式电路的第四端；

所述桥式电路的第一端和第三端用于接收所述交流电，所述桥式电路的第二端与所述第一电容(C2)的一端耦接后向所述变压单元(2)输出所述直流电；所述桥式电路的第四端与所述第一电容(C2)的另一端耦接后接地。

8.根据权利要求7所述的USB插座，其特征在于，所述第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)均为肖特基二极管，所述第一电容(C2)为固态电容。