CN209516712U - 一种usb快速充电系统及其电源插座 - Google Patents

Abstract

一种USB快速充电系统及其电源插座，USB快速充电系统包括整流桥DB1、滤波电路、变压器T1、USB充电接头、用于为接电插头供电的供电芯片U1、及用于实现快速充电的快充芯片U2；所述整流桥DB1分别连接火线和零线，整流桥DB1、滤波电路和变压器T1依次连接；所述变压器T1并联连接USB充电接头和快充芯片U2；所述快充芯片U2上设置有用于自动检测并提供正确电气特性连接的识别模块，识别模块分别连接USB充电接头；所述滤波电路和变压器T1分别连接供电芯片U1。本实用新型具有电路结构简单合理、性能可靠、自动识别和自动提供正确连接等特点。

Description

一种USB快速充电系统及其电源插座

技术领域

本实用新型涉及一种电源插座，特别涉及一种USB快速充电系统及其电源插座。

背景技术

市面上的二三插座和USB充电器大部分都是单独分开设置的，当设备需要充电时，USB充电器就会占用二三插座表面较多空间，不但造成使用不便，而且影响二三插座的正常使用；此外，随着当今电子领域发展迅速，日常生活中的各种智能手机、智能家电等几乎每一种设备的电池容量都越来越大，若插到传统的插座上进行充电，则充电时间较长，导致用户体验差。

中国专利文献号CN205646957U于2016年10月12日公开了一种USB 充电电路和USB充电插座，具体公开了：包括用于将市电降压为9V直流电压的变压电路，用于对9V直流电压进行滤波的滤波电路，用于将9V直流电压降压为5V直流电压的稳压电路，用于提供USB接口的USB接口电路；变压电路的输入端与市电连接，滤波电路设置于变压电路的输出端与稳压电路的输入端之间，稳压电路的输出端连接USB接口电路；变压电路包括变压器T和整流桥D1，T的初级线圈端连接市电，次级线圈连接D1的交流输入端，D1的直流输出端连接滤波电路；滤波电路包括第一电容C1，C1的容值为300μF，C1的正极连接变压电路的正极直流输出端，负极连接变压电路的负极直流输出端并接地；稳压电路包括三端稳压器A，A的正极输入端连接滤波电路的正极，负极输出端连接USB接口电路，接地端GND接地。该 USB充电电路由于不能识别充电设备，导致充电设备充电过程中容易由于过压、过流或过温等问题损坏。

因此，有必要做进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种电路结构简单合理、性能可靠、自动识别和自动提供正确连接的USB快速充电系统及其电源插座，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种USB快速充电系统，包括整流桥DB1、滤波电路、变压器T1和USB充电接头，其特征在于：还包括用于为接电插头供电的供电芯片U1、及用于实现快速充电的快充芯片U2；所述整流桥DB1分别连接火线和零线，整流桥DB1、滤波电路和变压器T1依次连接；所述变压器T1 并联连接USB充电接头和快充芯片U2；所述快充芯片U2上设置有用于自动检测并提供正确电气特性连接的识别模块，识别模块分别连接USB充电接头；所述滤波电路和变压器T1分别连接供电芯片U1。

所述变压器T1上的A端口并联连接快充芯片U2上的VDD端口和USB 充电接头上的VOUT端口；所述快充芯片U2上的DM端口连接USB充电接头上的D-端口，快充芯片U2上的DP端口连接USB充电接头上的D+端口；快充芯片U2上的GND端口和USB充电接头上的GND端口分别接地。

所述变压器T1上的A端口通过滤波电容EC4、滤波电容EC5、电阻R14、电阻R15和同步整流MOS管Q1连接变压器T1上的B端口，以形成回路。

所述滤波电路一输出端分别连接变压器T1上的1号端口和供电芯片U1 上的OV/UV端口，另一输出端分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口。

所述变压器T1上的2号端口连接供电芯片U1上的D端口；所述变压器 T1上的3号端口分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S 端口；所述变压器T1上的4号端口分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口。

所述滤波电路一输出端通过电阻R6和电阻R7连接供电芯片U1上的 OV/UV端口；所述变压器T1上的3号端口通过整流二极管D2分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口；所述变压器T1上的4 号端口通过滤波电容EC3分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片 U1上的S端口；所述变压器T1上的4号端口通过稳压二极管ZD1、电阻 R5和电阻R4连接供电芯片U1上的BPP端口。

所述滤波电路包括电抗器L1、滤波电容EC1和滤波电容EC2；所述整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1连接变压器T1上的1号端口；所述整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1和滤波电容EC2连接供电芯片U1 上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口；所述整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1、滤波电容EC1和滤波电容EC2连接整流桥DB1上的4号端口，以形成回路。

所述整流桥DB1上的1号端口连接零线，整流桥DB1上的3号端口连接火线。

一种电源插座，包括插座本体，其特征在于：所述插座本体上设置有上述的USB快速充电系统。

所述插座本体表面设置有二插口和/或三插口、及USB插口，二插口与二插接电片对应，三插口与三插接电片对应，USB插口与USB充电接头对应；所述插座本体背面设置有用于连接火线的L极端口、用于连接零线的N 极端口和用于连接地线的接地端口。

本实用新型通过设置USB快速充电系统，一方便能使传统电源插座增加 USB充电功能，另一方面能提升USB充电速度，满足用户不同需求，同时大大提升了用户的使用体验；通过增设市场上现有的识别模块，一方面能自动检测插入USB接口的设备，另一方面可根据检测结果自动在数据库中提取正确的电气特性连接，实现高效、快速的充电功能，且能避免设备过载、过压、过流、过温等，起到很好的保护作用，提高使用安全性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中USB快速充电系统的电路图。

图2为本实用新型一实施例中电源插座的主视图。

图3为本实用新型一实施例中电源插座的后视图。

图4为本实用新型一实施例中电源插座的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

参见图1，本USB快速充电系统，包括整流桥DB1、滤波电路11、变压器T1、USB充电接头10、用于为接电插头供电的供电芯片U1、及用于实现快速充电的快充芯片U2；其中，USB充电接头10设置两个；快充芯片U2 支持双路USB端口充电协议、及支持BC1.2充电协议；供电芯片U1内部设有过压、过流和过温保护，当供电芯片U1的电压、电流或温度高于设定值时，供电芯片U1自动停止输出工作；整流桥DB1分别连接火线L和零线N，整流桥DB1、滤波电路11和变压器T1依次连接；变压器T1并联连接USB 充电接头10和快充芯片U2；快充芯片U2上设置有用于自动检测并提供正确电气特性连接的识别模块12，识别模块12分别连接USB充电接头10；滤波电路11和变压器T1分别连接供电芯片U1。本USB快速充电系统一方便能使传统电源插座增加USB充电功能，另一方面能提升USB充电速度，满足用户不同需求，同时大大提升了用户的使用体验。在快充芯片U2上设置识别模块，一方面能自动检测插入USB接口的设备，另一方面可根据检测结果自动在数据库中提取正确的电气特性连接，实现高效、快速的充电功能，且能避免设备过载/过压而损坏。具体地，识别模块主要是解析插入USB充电接头10的充电设备的充电请求，然后根据充电协议通知快充芯片U2，并通过USB充电接头10调整输出相应的电流，从而达到高效、快速的充电效果；本USB快速充电系统采用变压器隔离工作方案，把输入端和输出端隔离，有效防止USB充电接头10触电，快充芯片U2带有过压、过流、过温等保护功能，起到很好的保护作用，提高使用安全性。

进一步说，变压器T1上的A端口并联连接快充芯片U2上的VDD端口 (5号端口)和两USB充电接头10上的VOUT端口(1号端口)；快充芯片 U2上的DM1端口(6号端口)连接一USB充电接头10上的D-端口(2号端口)，快充芯片U2上的DP1端口(1号端口)连接一USB充电接头10上的D+端口(3号端口)；快充芯片U2上的DM2端口(4号端口)连接另一 USB充电接头10上的D-端口(2号端口)，快充芯片U2上的DP2端口(3 号端口)连接另一USB充电接头10上的D+端口(3号端口)；快充芯片U2 上的GND端口和两USB充电接头10上的GND端口(4号端口)分别接地。

进一步说，变压器T1上的A端口通过滤波电容EC4、滤波电容EC5、电阻R14、电阻R15和同步整流MOS管Q1连接变压器T1上的B端口，以形成回路。其中，滤波电容EC4与滤波电容EC5相互并联后分别连接同步整流MOS管Q1一端口，同步整流MOS管Q1另一端口分别连接变压器T1上的B端口和供电芯片U1上的FWD端口(7号端口)，同步整流MOS管Q1 又一端连接供电芯片U1上的SR端口(5号端口)；变压器T1上的A端口连接供电芯片U1上的VO端口(6号端口)；电阻R14与电阻R15相互并联后连接供电芯片U1上的IS端口(1号端口)，电阻R14和电阻R15共同组成过流保护电路，当供电芯片U1的输出电流高于设定值时，电阻R14和电阻 R15两端的电压增高，使供电芯片U1的IS端口(1号端口)的电压高于设定值，供电芯片U1即进入过流保护状态，电流输出停止。

进一步说，滤波电路11一输出端分别连接变压器T1上的1号端口和供电芯片U1上的OV/UV端口(13号端口)，另一输出端分别连接供电芯片 U1上的BPP端口(14号端口)和供电芯片U1上的S端口(16号端口)。

进一步说，变压器T1上的2号端口连接供电芯片U1上的D端口(24 号端口)；变压器T1上的3号端口分别连接供电芯片U1上的BPP端口(14 号端口)和供电芯片U1上的S端口(16号端口)；变压器T1上的4号端口分别连接供电芯片U1上的BPP端口(14号端口)和供电芯片U1上的S端口(16号端口)；变压器T1上的2号端口通过整流二极管D1、电阻R2、电阻R1和电阻R16连接变压器T1上的1号端口，以形成回路。

进一步说，滤波电路11一输出端依次通过电阻R6和电阻R7连接供电芯片U1上的OV/UV端口(13号端口)；变压器T1上的3号端口通过整流二极管D2分别连接供电芯片U1上的BPP端口(14号端口)和供电芯片U1 上的S端口(16号端口)；变压器T1上的4号端口通过滤波电容EC3分别连接供电芯片U1上的BPP端口(14号端口)和供电芯片U1上的S端口(16 号端口)；变压器T1上的4号端口通过稳压二极管ZD1、电阻R5和电阻R4 连接供电芯片U1上的BPP端口(14号端口)，其中，稳压二极管ZD1与电阻R5串联，电阻R4与稳压二极管ZD1和电阻R5并联；稳压二极管ZD1 和电阻R5共同组成过压保护电路，当变压器T1的4号端口的电压高于设定值，稳压二极管ZD1导通，供电芯片U1的BPP端口(14号端口)输入一个高电压，供电芯片U1就会停止输出工作。

进一步说，滤波电路11包括电抗器L1、滤波电容EC1和滤波电容EC2，滤波电容EC1与电抗器L1和滤波电容EC2并联；整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1连接变压器T1上的1号端口；整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1和滤波电容EC2连接供电芯片U1上的BPP端口(14号端口) 和供电芯片U1上的S端口(16号端口)；整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1、滤波电容EC1和滤波电容EC2连接整流桥DB1上的4号端口，以形成回路。

进一步说，整流桥DB1上的1号端口连接零线N，整流桥DB1上的3 号端口连接火线L。

参见图2-图4，本实施例涉及的电源插座包括插座本体1，插座本体1 上设置有上述的USB快速充电系统。插座本体1表面设置有二插口2、三插口3和两个USB插口4，二插口2与二插接电片8对应，三插口3与三插接电片9对应，USB插口4与USB充电接头10对应；插座本体1背面设置有用于连接火线L的L极端口5、用于连接零线N的N极端口6和用于连接地线的接地端口7，L极端口5与整流桥DB1上的3号端口对应或连接，N极端口与整流桥DB1上的1号端口对应或连接。接电插头插入相应的插口(二插口2或三插口3)后，电源插座可直接输出市电，给家用电器供电；USB 插口4则输出一个稳定的5V直流电，供相应设备快速充电用，并通过变压器T1隔离的方式防止触电；USB充电接头10的待机功耗满足六级能效；各插口分别带挡板保护门，从而起到防止触电作用；

工作原理：

(一)L极端口5和N极端口6通电后，经过整流桥DB1整流和滤波电路11滤波后，交流电变成平滑的直流电，电压值约为输入电压的1.4倍，再经过电阻R6和电阻R7分压后，对供电芯片U1上的OV/UV端口(13号端口)供电，使供电芯片U1开始工作；

(二)当供电芯片U1内部收到导通信号时，供电芯片U1的D端口(24 号端口)导通，电流经变压器T1的1号端口来到变压器T1的2号端口，此时变压器T1的1号端口为正，变压器T1的2号端口为负，变压器T1储存电能，电流再经供电芯片U1的D端口(24号端口)来到电芯片U1的S端口(16号端口)形成回路；利用变压器T1的同名端原理，此时变压器T1 的3号端口和变压器T1的B端口分别为正，变压器T1的4号端口和变压器 T1的A端口为负，没有输出电压；当供电芯片U1内部收到截止信号时，供电芯片U1的D端口(24号端口)截止,此时变压器T1释放电能，变压器T1 的2号端口、变压器T1的4号端口和变压器T1的A端口分别为正，变压器 T1的1号端口、变压器T1的3号端口和变压器T1的B端口分别为负，输出电压经过变压器T1的A端口、滤波电容EC4、滤波电容EC5、两USB 充电接头10、电阻R14、电阻R15和同步整流MOS管Q1到达变压器T1的 B端口，形成回路，从而输出一个稳定的5V直流电压；

(三)当变压器T1的4号端口为正时，电流经滤波电容EC3、电阻R4 和整流二极管D2向供电芯片U1的BPP端口(14号端口)提供一个稳定的直流电压，以给供电芯片U1供电；当该电压正常工作后，循环上述第(二) 项的步骤，令整个电路在不停的循环工作，使输出保持一个稳定的直流电；

(四)快充芯片U2的DP1端口(1号端口)和快充芯片U2的DM1端口(6号端口)分别对一USB充电接头10进行充电识别，快充芯片U2的DP2端口(3号端口)和快充芯片U2的DM2端口(4号端口)分别对另一 USB充电接头10进行充电识别，快充芯片U2的VDD端口(5号端口)通过变压器T1接输出电源供电；当设备接入USB充电接头10时，快充芯片 U2对设备进行自动检测，自动在数据库上提取正确的电气特性连接，解析接入USB充电接头10的充电设备的充电请求，然后根据解析的充电协议通知 USB充电接头10调整输出电流，实现高效、快速充电功能。

上述为本实用新型的优选方案，显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种USB快速充电系统，包括整流桥DB1、滤波电路(11)、变压器T1和USB充电接头(10)，其特征在于：还包括用于为接电插头供电的供电芯片U1、及用于实现快速充电的快充芯片U2；所述整流桥DB1分别连接火线(L)和零线(N)，整流桥DB1、滤波电路(11)和变压器T1依次连接；所述变压器T1并联连接USB充电接头(10)和快充芯片U2；所述快充芯片U2上设置有用于自动检测并提供正确电气特性连接的识别模块(12)，识别模块(12)分别连接USB充电接头(10)；所述滤波电路(11)和变压器T1分别连接供电芯片U1。

2.根据权利要求1所述的USB快速充电系统，其特征在于：所述变压器T1上的A端口并联连接快充芯片U2上的VDD端口和USB充电接头(10)上的VOUT端口；所述快充芯片U2上的DM端口连接USB充电接头(10)上的D-端口，快充芯片U2上的DP端口连接USB充电接头(10)上的D+端口；快充芯片U2上的GND端口和USB充电接头(10)上的GND端口分别接地。

3.根据权利要求2所述的USB快速充电系统，其特征在于：所述变压器T1上的A端口通过滤波电容EC4、滤波电容EC5、电阻R14、电阻R15和同步整流MOS管Q1连接变压器T1上的B端口，以形成回路。

4.根据权利要求3所述的USB快速充电系统，其特征在于：所述滤波电路(11)一输出端分别连接变压器T1上的1号端口和供电芯片U1上的OV/UV端口，另一输出端分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口。

5.根据权利要求4所述的USB快速充电系统，其特征在于：所述变压器T1上的2号端口连接供电芯片U1上的D端口；所述变压器T1上的3号端口分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口；所述变压器T1上的4号端口分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口。

6.根据权利要求5所述的USB快速充电系统，其特征在于：所述滤波电路(11)一输出端通过电阻R6和电阻R7连接供电芯片U1上的OV/UV端口；所述变压器T1上的3号端口通过整流二极管D2分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口；所述变压器T1上的4号端口通过滤波电容EC3分别连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口；所述变压器T1上的4号端口通过稳压二极管ZD1、电阻R5和电阻R4连接供电芯片U1上的BPP端口。

7.根据权利要求6所述的USB快速充电系统，其特征在于：所述滤波电路(11)包括电抗器L1、滤波电容EC1和滤波电容EC2；所述整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1连接变压器T1上的1号端口；所述整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1和滤波电容EC2连接供电芯片U1上的BPP端口和供电芯片U1上的S端口；所述整流桥DB1上的2号端口通过电抗器L1、滤波电容EC1和滤波电容EC2连接整流桥DB1上的4号端口，以形成回路。

8.根据权利要求7所述的USB快速充电系统，其特征在于：所述整流桥DB1上的1号端口连接零线(N)，整流桥DB1上的3号端口连接火线(L)。

9.一种电源插座，包括插座本体(1)，其特征在于：所述插座本体(1)上设置有如权利要求1-8任一项所述的USB快速充电系统。

10.根据权利要求9所述的电源插座，其特征在于：所述插座本体(1)表面设置有二插口(2)和/或三插口(3)、及USB插口(4)，二插口(2)与二插接电片(8)对应，三插口(3)与三插接电片(9)对应，USB插口(4)与USB充电接头(10)对应；所述插座本体(1)背面设置有用于连接火线(L)的L极端口(5)、用于连接零线(N)的N极端口(6)和用于连接地线的接地端口(7)。