CN211508663U - 一种usb接口结构以及便携式的充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种USB接口结构以及便携式的充电系统。所述USB接口结构配置为电性连接至外接电子设备，包括：电源引脚，所述电源引脚电性连接至电源供应器的输出端；正差分信号引脚及负差分信号引脚，分别与所述电源供应器对应的正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接；开关，所述开关与所述USB接口结构的所述正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接，配置为使所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接，并对所述外接电子设备进行充电器充电流程，或者，使所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开，并对所述外接电子设备进行USB充电流程。

Description

一种USB接口结构以及便携式的充电系统

技术领域

本实用新型涉及电子产品开关机技术领域，更具体地涉及一种USB接口结构以及便携式的充电系统。

背景技术

现代的移动电话、个人数字助理(PDA)以及其他手持式电子设备通常消耗大量电能，特别是考虑到如今趋于增大的显示屏尺寸、“始终开启”的无线连接以及愈发被用作便携式媒体播放器的手持式电子设备的趋势。许多这类设备也优选地尽可能地紧凑，所以必然需要存储电能的紧凑装置。结果是许多现代的手持式电子设备包含相对小的电池，所述电池仅能提供相当短时间的电能，因此遭受着短的电池寿命并因此需要频繁充电。

目前的便携式设备(Portable devices，PD)在使用过程中通过USB接入外接电子设备，可对外接电子设备进行充电，但是充电电流也只能达到规定的5V、500mA进行USB充电，使得充电时间久，用户体验差。

为了解决上述问题需要对目前的充电系统进行改进。

实用新型内容

为了解决目前存在的外接电子设备充电电流小，充电时间短的问题，本实用新型提供了一种USB接口结构，所述USB接口结构配置为电性连接至外接电子设备，包括：

电源引脚，所述电源引脚电性连接至电源供应器的输出端；

正差分信号引脚及负差分信号引脚，分别与所述电源供应器对应的正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接；

开关，所述开关与所述USB接口结构的所述正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接，配置为使所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接，并对所述外接电子设备进行充电器充电流程，或者，使所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开，并对所述外接电子设备进行USB充电流程。

可选地，所述开关包括第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别与所述正差分信号引脚和所述负差分信号引脚电性连接。

可选地，所述开关还包括公共端和常闭端，所述公共端的一端与所述第一端固定连接，所述公共端的另一端与所述第二端电性连接时，所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接；或所述公共端的另一端与所述常闭端电性连接时，所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开。

可选地，所述开关包括控制脚，与所述正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接，配置为所述控制脚输出高电平时，所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接，以及所述控制脚输出低电平时，所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开。

可选地，所述充电器充电流程的充电电流大于所述USB充电流程的充电电流。

本实用新型还提供了一种便携式的充电系统，所述充电系统包括：

前文所述的USB接口结构；

便携设备，配置为所述电源供应器并与所述USB接口结构的所述电源引脚电性连接；

控制单元，配置为控制所述控制脚输出高电平或低电平。

可选地，所述便携设备为投影设备、计算机、个人数字助理中的一种。

可选地，所述便携设备包括电池组件，以配置为所述电源供应器。

可选地，所述便携设备包括电源转换电路，所述电源转换电路通过外接电源作为所述电源供应器。

可选地，所述外接电子设备包括检测单元，配置为检测所述正差分信号引脚及负差分信号引脚是否短接以及控制所述外接电子设备进行充电。

可选地，所述充电系统还包括与所述USB接口结构电性连接的外接电子设备，所述便携设备配置为对所述外接电子设备充电。

根据本实用新型实施例的USB接口结构，所述USB接口结构中通过增加开关来控制所述正差分信号引脚及负差分信号引脚的短接和断开，当所述正差分信号引脚及负差分信号引脚的短接时，所述电源供应器执行充电器充电流程，以较大的电流对所述外接设备进行充电，以实现快速充电的目的。

本实用新型的所述便携式的充电系统采用上文所述USB接口结构，同样可以实现以较大的电流对所述外接设备进行充电，以及快速充电的目的。

附图说明

通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1是根据本实用新型实施例的USB接口结构的电路示意图；

图2是根据本实用新型实施例的开关的电路示意图；

图3是根据本实用新型实施例的便携式的充电系统的示意性框图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

实施例一

为了解决目前存在的外接电子设备充电电流小，充电时间短的问题，本实用新型提供了一种USB接口结构，所述USB接口结构配置为电性连接至外接电子设备，包括：

电源引脚，电源引脚电性连接至电源供应器的输出端VBUS2；

正差分信号引脚及负差分信号引脚，分别与电源供应器对应的正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接；

开关，开关与正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接，配置为使正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接，电源供应器执行充电器充电流程为外接设备充电；或配置为使正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开，电源供应器执行USB充电流程为外接设备充电。

根据本实用新型实施例的USB接口结构，USB接口结构中通过增加开关来控制正差分信号引脚及负差分信号引脚的短接和断开，当正差分信号引脚及负差分信号引脚的短接时，电源供应器执行充电器充电流程，以较大的电流对外接设备进行充电，以实现快速充电的目的。

下面结合附图对USB接口结构进行详细的说明。

如图1所示，USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)是高速数据传输的主要标准之一，具有支持热拔插、携带方便、接口统一、可连接多个电子设备等优点，广泛应用于消费电子产品和通信电子产品领域。USB协议中，两个USB设备要进行数据传输，其中一个必需为USB主设备(USB Host)，另一个为USB从设备(USB Device)，USB Host负责数据传输的初始化和传输控制。

在本实用新型的一示例中，如图1所示，USB接口结构包括电源引脚VBUS、接地引脚GND、正差分信号引脚D+及负差分信号引脚D-。

其中，USB主设备通过电源引脚VBUS向USB从设备提供5V电源。

其中，电源供应器包括可以提供电能的电源电路，以及包括电池的各种电子设备。电源供应器为各种便携设备，比如投影设备、计算机、平板设备、个人数字助理中的一种。

具体地，在本实用新型的一示例中，电源供应器为投影仪。

在本实用新型中正差分信号引脚D+及负差分信号引脚D-分别与电源供应器对应的正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接。

其中，USB接口结构配置为电性连接至外接电子设备，外接电子设备并不局限于某一种，可以为移动电话、个人数字助理(PDA)以及其他手持式电子设备。

为了实现对外接电子设备的快速充电，USB接口结构还进一步包括开关，其中，开关用于控制正差分信号引脚D+及负差分信号引脚D-之间电性短接或断开。

其中，当正差分信号引脚D+及负差分信号引脚D-之间电性短接时，外接电子设备在与USB接口结构连接之后检测到外接电子设备已经接入墙充电源，进而执行充电器充电流程，即执行大电流的充电流程。

当正差分信号引脚D+及负差分信号引脚D-之间电性断开时，外接电子设备在与USB接口结构连接之后检测到外接电子设备已经USB接口结构，进而执行USB充电流程，即执行小电流的充电流程。

充电器充电流程与USB充电流程二者的区别在于充电电流不同，USB主设备最大能提供的充电电流为500mA，而充电器的充电电流一般更大，例如可以达到1A甚至更大，以减小充电时间。

具体地，在本实用新型的一实施例中，外接电子设备在与USB接口结构连接之后通过USB接口结构与电源供应器协议通信确定充电参数，例如当正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接时，外接电子设备在与USB接口结构连接之后检测到外接电子设备已经接入墙充电源，即通过USB接口结构与电源供应器协议通信确定较大的充电电流例如1A，当检测到外接电子设备已经USB接口结构，则通过USB接口结构与电源供应器协议通信确定较大的充电电流例如500mA等。

其中，外接电子设备根据正差分信号引脚及负差分信号引脚的电压为高电平或低电平来判断正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接或断开。例如，在本实用新型的一实施例中，当正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接时，则正差分信号引脚及负差分信号引脚电的电压均为高电平，大于零，而当正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开时，则正差分信号引脚为高电平，大于零，负差分信号引脚电的电压为低电平，为零。

下面结合附图对开关进行详细的说明。如图2所示，开关为一般的无记忆常开开关或无记忆型常闭开关。

在本实用新型的一实施例中，开关为一般的无记忆常开开关，该开关电性连接至USB接口结构的正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-之间，且在初始状态时USB接口结构的正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-短接，外接电子设备才能进行充电器充电，即快速充电；关闭开关时，USB接口结构的正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-为断开连接，如此，外接电子设备不能进行快速充电，只能进行USB充电。

具体地，如图1和图2所示，开关包括第一端USB_DP和第二端USB_DN，第一端USB_DP和第二端USB_DN分别与USB接口结构的正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-电性连接。其中，第二端USB_DN可以设置为常开端NO，即初始状态下USB接口结构的正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-短接。

进一步，开关还包括公共端COM和常闭端NC，公共端COM的一端与第一端USB_DP固定连接，公共端COM的另一端与第二端USB_DN电性连接时，USB接口结构的正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-短接，公共端COM的另一端与常闭端NC电性连接时，正差分信号引脚D+和负差分信号引脚D-之间电性断开。

可选地，开关还包括控制脚，通过控制脚控制开关的打开和闭合。其中，控制脚与正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接。

其中，当控制控制脚输出高电平时，USB接口结构的正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-短接，以及当控制控制脚输出低电平时，USB接口结构的正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-之间电性断开。

其中开关工作逻辑为：当控制脚为低电平时，公共端COM连接到常闭端NC；当用户需要进行充电时，通过软件控制控制脚输出高电平，正差分信号引脚D+及USB接口结构的负差分信号引脚D-短接，待充电设备判断进入墙充模式，然后开始进行快速充电。

根据本实用新型实施例的USB接口结构，USB接口结构中通过增加开关来控制正差分信号引脚及负差分信号引脚的短接和断开，当正差分信号引脚及负差分信号引脚的短接时，电源供应器执行充电器充电流程，以较大的电流对外接设备进行充电，以实现快速充电的目的。

实施例二

本实用新型还提供了一种便携式的充电系统，如图3所示，充电系统200包括：

前文的USB接口结构210；

便携设备230，配置为电源供应器并与USB接口结构的电源引脚电性连接；

控制单元220，配置为控制控制脚输出高电平或低电平。

其中，USB接口结构210配置为电性连接至外接电子设备，至少包括：

电源引脚，电源引脚电性连接至电源供应器的输出端VBUS2；

正差分信号引脚及负差分信号引脚，分别与电源供应器对应的正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接；

开关，开关与正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接，配置为使正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接，电源供应器执行充电器充电流程为外接设备充电；或配置为使正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开，电源供应器执行USB充电流程为外接设备充电。

其中，USB接口结构210的详细结构可以参照实施例一的相关解释和说明，在此不再重复。

下面针对便携设备230以及控制单元220进行详细的说明。其中，便携设备230可以为投影设备、计算机、平板设备，个人数字助理中的一种。

其中，便携设备230为投影仪，投影仪包括电池组件，以配置为电源供应器。或者投影仪包括电源转换电路，配置为通过外接电源作为电源供应器。

在本实用新型的一示例中，投影仪包括电池组件，电池组件包括Li电池，其中Li电池容量大于1500mAh，例如为1800mAh或以上，采用大容量电池以延长便携投影仪使用时间，同时更好的供给电能。

示例性地，为了更好地对外接电子设备进行充电，在投影仪中还可以设置整流电路、滤波电路、能量转换电路和输出控制电路等。

具体的，整流电路电连接至滤波电路，从输入接口接收交流电源整流后输出至滤波电路。

进一步，整流电路可以是桥式整流电路。

滤波电路，电连接至能量转换电路，对从整流电路接收直流电源信号进行滤波，并传输至能量转换电路。

能量转换电路，电连接至输出控制电路，接收滤波电路的直流电源信号，调节充电器输出能量。

输出控制电路，电连接至能量转换电路的输入端和输出端，用于采样能量转换电路的输出信号并反馈至能量转换电路输入端，以通过能量转换电路调整能量转换电路的输出。

以及进一步的输出控制电路连接输出端口以与外接电子设备协议通信确定充电参数，并将参数输出至能量转换电路的输入端，能量转换电路输入端设置有能量转换控制电路，基于从输出控制电路接收的信号调整输出。进一步的能量转换电路还包括输出整流滤波电路，其对能量转换电路的输出的电能进行整流和滤波。

可选地，所述充电系统还包括与接口结构电性连接的外接电子设备，所述便携设备配置为对所述外接电子设备充电。

进一步，充电系统中的控制单元用于在接收控制信息后进行处理并向信号响应模块发出指令。其中，控制模块接收到的控制信号包括对外接电子设备进行充电，在接收信号之后控制控制脚输出高电平。

可选地，控制模块选用微程序控制单元(Micro-programmed Control Unit，MCU)或类似的结构，在此不做限定。

本实用新型的便携式的充电系统采用上文USB接口结构，同样可以实现以较大的电流对外接设备进行充电，以及快速充电的目的。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种USB接口结构，其特征在于，所述USB接口结构配置为电性连接至外接电子设备，包括：

电源引脚，所述电源引脚电性连接至电源供应器的输出端；

正差分信号引脚及负差分信号引脚，分别与所述电源供应器对应的正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接；

开关，所述开关与所述USB接口结构的所述正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接，配置为使所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接，并对所述外接电子设备进行充电器充电流程，或者，使所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开，并对所述外接电子设备进行USB充电流程。

2.根据权利要求1所述的USB接口结构，其特征在于，所述开关包括第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别与所述正差分信号引脚和所述负差分信号引脚电性连接。

3.根据权利要求2所述的USB接口结构，其特征在于，所述开关还包括公共端和常闭端，所述公共端的一端与所述第一端固定连接，所述公共端的另一端与所述第二端电性连接时，所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接；或所述公共端的另一端与所述常闭端电性连接时，所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开。

4.根据权利要求1所述的USB接口结构，其特征在于，所述开关包括控制脚，与所述正差分信号引脚及负差分信号引脚电性连接，配置为所述控制脚输出高电平时，所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性短接，以及所述控制脚输出低电平时，所述正差分信号引脚及负差分信号引脚之间电性断开。

5.根据权利要求1所述的USB接口结构，其特征在于，所述充电器充电流程的充电电流大于所述USB充电流程的充电电流。

6.一种便携式的充电系统，其特征在于，所述充电系统包括：

权利要求1至5之一所述的USB接口结构；

便携设备，配置为所述电源供应器并与所述USB接口结构的所述电源引脚电性连接；

控制单元，配置为控制所述控制脚输出高电平或低电平。

7.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，所述便携设备为投影设备、计算机、个人数字助理中的一种。

8.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，所述便携设备包括电池组件，以配置为所述电源供应器。

9.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，所述便携设备包括电源转换电路，所述电源转换电路通过外接电源作为所述电源供应器。

10.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于，所述充电系统还包括与所述USB接口结构电性连接的外接电子设备，所述便携设备配置为对所述外接电子设备充电。

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