CN207008535U - Usb‑c扩展坞及电路 - Google Patents
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Abstract
一种USB‑C扩展坞及电路，该电路包括第一USB‑C插座、第二USB‑C插座、DC插座、两个PD处理器，第一USB‑C插座的VBUS端通过第一和第二开关连接第二USB‑C插座的VBUS端，DC插座的+端通过第一DC‑DC电路和第四开关连接第一和第二开关的公共端，DC插座的+端通过第三开关连接所述公共端，所述公共端连接第二DC‑DC电路的输入端，第二DC‑DC电路的输入和输出端之间跨接第五开关，两个PD处理器分工合作控制五个开关，实现可同时连接PD电源和DC电源或其中一个，智能地管理扩展坞的电源系统。该扩展坞采用了上述电路。该扩展坞使用简单通用性广，给消费者提供了更多便利的节省成本的选择。
Description
技术领域
本实用新型涉及USB-C扩展坞，尤其涉及USB-C扩展坞电路。
背景技术
自从USB-C电脑上市后，市面上陆续推出了很多USB-C扩展坞，扩展坞自身消耗的功率比较大，需要连接外部电源，连接了外部电源后同时还可以给USB-C电脑充电。但市面上的扩展坞要么是USB-C PD(Power Delivery，电力传输)电源充电、要么是DC电源充电的，只能用一种充电方式。这两种供电方式各有优缺点，只支持USB-C PD充电的扩展坞配合支持PD充电的电脑使用时，如果该电脑的原装电源也是PD电源，那么将该PD电源连接到扩展坞再连接到电脑，既可以实现扩展坞的功能同时可以给电脑充电，优点是不需要额外配电源，缺点是充电的功率比PD电源直接连接电脑要小一些，另外如果配合不支持PD充电或原装电源不是PD电源的产品，需要额外配置一个PD电源给扩展坞使用。只支持DC电源充电的扩展坞必须配备专用DC电源，配合不同的USB-C电脑使用时，优点是通用性更好，缺点是必须配备专用DC电源，成本较高，如果USB-C电脑不支持PD充电的话，该电源只能供电给扩展坞，性价比不高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种USB-C扩展坞电路，以解决现有USB-C扩展坞存在的上述缺陷中的至少一种。
为达上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种USB-C扩展坞电路，该USB-C扩展坞电路包括第一USB-C插座、第二USB-C插座、DC插座、以及第一PD处理器和第二PD处理器，第一USB-C插座的VBUS端顺次通过第一开关和第二开关连接第二USB-C插座的VBUS端，DC插座的+端通过第一DC-DC电路和第四开关连接第一开关和第二开关的公共端，DC插座的+端还通过第三开关连接所述公共端，所述公共端连接第二DC-DC电路的输入端，第二DC-DC电路的输入端和输出端之间跨接第五开关，第一开关的控制端连接第一PD处理器，第二至第五开关的控制端均连接第二PD处理器，第一USB-C插座的CC1端和CC2端连接第一PD处理器，第二USB-C插座的CC1端和CC2端连接第二PD处理器，第一PD处理器与第二PD处理器之间采用USB PD协议通信连接，第一DC-DC电路的电压选择端连接第二PD处理器。
优选地，第一DC-DC电路包括20V转15V、20V转9V和20V转5V三种转换电路，三种转换电路由所述电压选择端控制切换。
优选地，第二USB-C插座连接PD电源时，第一开关和第二开关导通，其余开关断开，PD电源通过第一开关和第二开关向连接在第一USB-C插座的设备充电，同时通过第二DC-DC电路向该USB-C扩展坞供电；DC插座连接了DC 20V电源时，第一开关和第四开关导通，其余开关断开，第二PD处理器控制第一DC-DC电路及第三开关将其转换成5V/2A、9V/3A、15V/3A、20V/3A中的至少一种，通过第三开关或第四开关和第一开关向连接在第一USB-C插座的设备充电，同时通过第二DC-DC电路或第五开关向该USB-C扩展坞供电；DC插座连接了DC 5V电源时，第三开关和第五开关导通，其余开关断开，DC 5V电源通过第三开关和第五开关向该USB-C扩展坞供电；第二USB-C插座和DC插座均连接了电源时，第二PD处理器控制相应开关选择其中一个电源向连接在第一USB-C插座的设备充电，当选择的电源断开连接时，控制相应开关自动切换到另一个电源进行供电。
优选地，该USB-C扩展坞电路包括多个第一USB-C插座和/或多个第二USB-C插座。
优选地，第二DC-DC电路的输出电压为5V。
优选地，VBUS_M上的电压为5V时，第五开关导通将该5V电源直接传输给扩展坞自身使用；VBUS_M上的电压大于5.4V时，第五开关断开，VBUS_M上的电压通过第二DC-DC电路降压成5V给扩展坞自身使用。
一种USB-C扩展坞，该USB-C扩展坞包括壳体、以及设置于壳体内的USB-C扩展坞电路，所述USB-C扩展坞电路包括上述任意一项所述的USB-C扩展坞电路。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
采用两个PD处理器分工合作，实现可以同时连接PD电源和DC电源或连接二者中的任意一种，智能地管理扩展坞的电源系统，使该扩展坞使用简单、通用性广，同时也给消费提供了更多便利的、节省成本的选择。
附图说明
图1为一个实施例USB-C扩展坞电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
参照图1，该USB-C扩展坞电路包括第一USB-C插座P1、第二USB-C插座P2、DC插座P3、以及通信连接的第一PD处理器1和第二PD处理器2，第一USB-C插座P1的VBUS端顺次通过第一开关S1和第二开关S2连接第二USB-C插座P2的VBUS端，DC插座P3的+端通过第一DC-DC电路3和第四开关S4连接第一开关S1和第二开关S2的公共端，DC插座P3的+端还通过第三开关S3连接所述公共端(即第一开关S1和第二开关S2的公共端)，所述公共端连接第二DC-DC电路4的输入端，第二DC-DC电路4的输入端和输出端之间跨接第五开关S5，第一开关S1的控制端连接第一PD处理器1，第二至第五开关S2-S5的控制端均连接第二PD处理器2，第一USB-C插座P1的CC1端和CC2端连接第一PD处理器1，第二USB-C插座P2的CC1端和CC2端连接第二PD处理器2，第一PD处理器1与第二PD处理器2之间采用USB PD协议通信连接，第一DC-DC电路3的电压选择端连接第二PD处理器2。
第一DC-DC电路3包括20V转15V、20V转9V和20V转5V三种转换电路，三种转换电路由所述电压选择端控制切换。结合第三开关S3将20V直流电转换成5V/2A、9V/3A、15V/3A、20V/3A标准的PD电源，以给连接在第一USB-C插座P1的设备充电。
第二DC-DC电路4转换后的输出电压为5V。
当第二USB-C插座P2连接PD电源时，第二PD处理器2控制第二开关S2导通，再将PD电源的供电能力转发给第一PD处理器1，第一PD处理器1控制第一开关S1导通，PD电源通过第一开关S1和第二开关S2向连接在第一USB-C插座P1的设备充电，同时通过第二DC-DC电路4转换成5V直流电向该USB-C扩展坞供电。
当DC插座P3连接了DC 20V电源时，第一PD处理器1控制第一开关S1导通，第二PD处理器2控制第四开关S4导通，控制第一DC-DC电路3的9V、15V电压反馈电阻(即控制第一DC-DC电路的电压选择端)，结合第三开关S3将20V直流电转换成5V/2A、9V/3A、15V/3A、20V/3A中的至少一种，然后通过第三开关或第四开关S4和第一开关S1向连接在第一USB-C插座P1的设备充电，同时通过第二DC-DC电路4或第五开关S5向该USB-C扩展坞供电。
当DC插座连接了DC 5V电源时，第二PD处理器2控制第三开关S3和第五开关S5导通，其余开关断开，DC 5V电源通过第三开关S3和第五开关S5向该USB-C扩展坞供电。不向连接在第一USB-C插座P1的设备充电，也不从连接在第一USB-C插座P1的设备获取电能。
当第二USB-C插座P2和DC插座P3均连接了电源时，第二PD处理器2控制相应开关选择其中一个电源向连接在第一USB-C插座P1的设备充电，当选择的电源断开连接时，控制相应开关自动切换到另一个电源进行供电。
第二DC-DC电路4或第五开关S5实现供电给扩展坞自身使用，当VBUS_M只有5V电压，打开第五开关S5实现将该5V传输给扩展坞自身使用；而当VBUS_M的电压超过5.4V时，通过第二DC-DC电路4降压成5V给扩展坞自身使用。
第三开关S3和第五开关S5实现旁路作用，减少能量损耗，提高电源利用率。
该USB-C扩展坞电路的第一USB-C插座P1用于连接USB-C设备，如电脑，第二USB-C插座P2用于连接PD电源。第一USB-C插座P1可以是一个，也可以是多个，第二USB-C插座P2可以是一个，也可以是多个。
上述实施例中，第一PD处理器1负责与连接在第一USB-C插座P1的设备进行通讯，协议电力传输、DP Alt-Mode。第二PD处理器2负责与连接在第二USB-C插座P2端的PD电源进行通讯、并对连接在DC插座P3的DC电源及扩展坞的电源进行管理，所连接的PD电源、DC电源先经过第二PD处理器2检查、仲裁、再决定用哪个电源给连接在第一USB-C插座P1的设备供电。两个PD处理器分工合作，相互之间通过标准的PD协议进行沟通。PD处理器具体可采用STM32系列的ARM芯片。
一种USB-C扩展坞，包括壳体以及设置于壳体内的USB-C扩展坞电路，USB-C扩展坞电路采用上述的USB-C扩展坞电路，通过该电路支持同时连接PD电源和DC电源或任意一种电源到扩展坞，实现外部电源既给扩展坞供电，同时可以给USB-C电脑充电，自动管理供电系统。该USB-C扩展坞进一步还可集成mini DP、HDMI、VGA、USB-A、Ethernet、audio等接口。
本USB-C扩展坞是一种支持PD电源、DC电源的扩展坞，可以同时连接这两种电源或其中的任意一种电源。可以配备20V/75W以上的电源，供电给扩展坞自身并给电脑充电；也可以配备5V/15W的电源，成本低，适用于不支持PD充电的电脑；也可以不配电源，更省成本，需要使用电脑原装的PD电源。支持两种电源，使产品的通用性更广，给消费者提供更多的选择。
上述通过具体实施例对本实用新型进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本实用新型的内容，并不能理解为对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员在本实用新型构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种USB-C扩展坞电路，其特征在于：该USB-C扩展坞电路包括第一USB-C插座(P1)、第二USB-C插座(P2)、DC插座(P3)、以及第一PD处理器(1)和第二PD处理器(2)，第一USB-C插座的VBUS端顺次通过第一开关(S1)和第二开关(S2)连接第二USB-C插座的VBUS端，DC插座的+端通过第一DC-DC电路(3)和第四开关(S4)连接第一开关和第二开关的公共端，DC插座的+端还通过第三开关(S3)连接所述公共端，所述公共端连接第二DC-DC电路(4)的输入端，第二DC-DC电路的输入端和输出端之间跨接第五开关(S5)，第一开关的控制端连接第一PD处理器，第二至第五开关的控制端均连接第二PD处理器，第一USB-C插座的CC1端和CC2端连接第一PD处理器，第二USB-C插座的CC1端和CC2端连接第二PD处理器，第一PD处理器与第二PD处理器之间采用USB PD协议通信连接，第一DC-DC电路的电压选择端连接第二PD处理器。
2.根据权利要求1所述的USB-C扩展坞电路，其特征在于：第一DC-DC电路包括20V转15V、20V转9V和20V转5V三种转换电路，三种转换电路由所述电压选择端控制切换。
3.根据权利要求2所述的USB-C扩展坞电路，其特征在于：
第二USB-C插座连接PD电源时，第一开关和第二开关导通，其余开关断开，PD电源通过第一开关和第二开关向连接在第一USB-C插座的设备充电，同时通过第二DC-DC电路向该USB-C扩展坞供电；
DC插座连接了DC 20V电源时，第一开关和第四开关导通，其余开关断开，第二PD处理器控制第一DC-DC电路及第三开关将其转换成5V/2A、9V/3A、15V/3A、20V/3A中的至少一种，通过第三开关或第四开关和第一开关向连接在第一USB-C插座的设备充电，同时通过第二DC-DC电路或第五开关向该USB-C扩展坞供电；
DC插座连接了DC 5V电源时，第三开关和第五开关导通，其余开关断开，DC 5V电源通过第三开关和第五开关向该USB-C扩展坞供电；
第二USB-C插座和DC插座均连接了电源时，第二PD处理器控制相应开关选择其中一个电源向连接在第一USB-C插座的设备充电，当选择的电源断开连接时，控制相应开关自动切换到另一个电源进行供电。
4.根据权利要求1所述的USB-C扩展坞电路，其特征在于：该USB-C扩展坞电路包括至少两个第一USB-C插座和/或至少两个第二USB-C插座。
5.根据权利要求1所述的USB-C扩展坞电路，其特征在于：第二DC-DC电路的输出电压为5V。
6.根据权利要求5所述的USB-C扩展坞电路，其特征在于：VBUS_M上的电压为5V时，第五开关导通将该5V电源直接传输给扩展坞自身使用；VBUS_M上的电压大于5.4V时，第五开关断开，VBUS_M上的电压通过第二DC-DC电路降压成5V给扩展坞自身使用。
7.一种USB-C扩展坞，包括壳体、以及设置于壳体内的USB-C扩展坞电路，其特征在于：所述USB-C扩展坞电路包括权利要求1至6中任意一项所述的USB-C扩展坞电路。
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