CN215526402U

CN215526402U - 电子设备主从模式的电压切换电路

Info

Publication number: CN215526402U
Application number: CN202121641540.XU
Authority: CN
Inventors: 程威龙; 郑东挺; 朱超麒
Original assignee: Ningbo Mechanical Electric Design & Research Institute Co ltd
Current assignee: Ningbo Mechanical Electric Design & Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2031-07-19

Abstract

本实用新型涉及电子设备技术领域，公开了一种电子设备主从模式的电压切换电路，该电路包括：充放电切换模块、电源管理模块、电压检测模块、USB接口模块和单片机模块；所述的单片机模块与充放电切换模块、USB接口模块和电压检测模块相连，充放电切换模块与电源管理模块相连，USB接口模块与充放电切换模块相连，电压检测模块与充放电切换模块相连。该电路结构简单，控制方便、成本低廉，有很大的实用价值，尤其适合在OTG设备上使用。

Description

电子设备主从模式的电压切换电路

技术领域

本实用新型涉及自动控制技术领域，具体涉及一种电子设备主从模式的电压切换电路。

背景技术

USB驱动的电子产品市场已出现爆炸性增长，通用串行总线On-the-Go（USB OTG）技术的出现为人们的连网生活提供了更多选择。例如，用户可以方便地将一部照相机或智能电话直接连到一台打印机上，而无需PC作为中间设备。

USB OTG设备具有主从工作模式，即允许一个设备既可充当外部设备，也可充当主机。作为主机时，OTG设备可与其他外部设备通信，并为其他外部设备供电；当作为外部设备时，OTG设备可以与主机通信，并接受主机的供电以及接受主机的数据读写。

目前，OTG电子设备的主从模式切换电路复杂，成本高；而且现有的OTG电子设备主从模式切换电路没有保护模式。因此，如何设计一种简单、成本低廉且带有保护模式的主从模式切换电路成为了当下OTG设备领域急需研究的课题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电路简单、成本低廉、有很大的实用价值的电子设备主从模式的电压切换电路以满足当下市场需求。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：充放电切换模块、电源管理模块、电压检测模块、USB接口模块和单片机模块；所述的单片机模块与充放电切换模块、USB接口模块和电压检测模块相连，充放电切换模块还与电源管理模块、USB接口模块和电压检测模块相连；充放电切换模块实现电路充电/放电的切换；电源管理模块管理电路的电源；电压检测模块对充放电切换模块进行分压，保护内部电源；USB接口模块用来连接外部电子设备；单片机模块用于根据电路信号反馈实现对外部电子设备的数据读写。

进一步的，充放电切换模块包括电阻三R3、电阻四R4、电阻五R5、电阻六R6、电阻七R7、电阻八R8、二极管D1、三极管Q3、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2；第一MOS管Q1的源极与电阻三R3的一端并联后连接内部电源，第一MOS管Q1的栅极与电阻三R3另一端并联后连接电阻四R4的一端，电阻四R4的另一端连接三极管Q3的集电极，电阻五R5的一端与电阻七R7的一端并联后连接三极管Q3的基极，电阻五R5另一端连接单片机模块，电阻七R7的另一端与三极管Q3的发射极并联后接地；第一MOS管Q1的漏极、电阻二R2的一端、二极管D1的正极、电阻六R6的一端、第二MOS管Q2的栅极并联后连接电阻八R8的一端，电阻六R6的另一端、二极管D1的负极、第二MOS管Q2的源极并联后连接USB模块，电阻八R8的另一端接地，第二MOS管Q2的漏极输出电压至电源管理模块。

进一步的，电压检测模块包括电阻二R2和电阻九R9，电阻九R9一端与电阻二R2的一端并联后连接单片机模块，电阻九R9另一端接地；电阻二R2的另一端连接充放电切换模块。

进一步的，USB接口模块包括USB接口J1，USB接口模块的DC+端连接二极管D1的负极与电阻六R6的另一端及第二MOS管Q2的源极的连接点；USB接口模块的USB_DP端、USB_DM端均与单片机模块连接。

进一步的，单片机模块包括单片机U2，电阻二R2与电阻九R9并联后连接单片机U2的ADO端口；单片机U2的PB1端连接电阻五R5；单片机U2的USB DP端、USB DM端均与USB接口模块连接。

进一步的，电阻一R1的一端与电容C1的一端并联后接地，电阻一R1的另一端连接电源管理芯片U1的PROG端，电源管理芯片U1的VCC端与第二MOS管Q2的漏极、电源管理芯片U1的CE端并联后连接电容C1的另一端；电池B1一端连接电源管理芯片U1的BTA端，电池B1另一端接地；源管理芯片U1的GND端、TEMP端接地。

进一步的，所述三极管为NPN型三极管。

进一步的，所述第一MOS管为P沟道增强型场效应管，第二MOS管为P沟道增强型场效应管。

本申请的电子设备主从模式的电压切换电路尤其适合OTG设备。

本实用新型的有益效果为：相比现有技术，本申请设计的电路简单，控制方便、成本低廉，有很大的实用价值，尤其适合在OTG设备上使用。电路中电压检测模块的存在可以对充放电切换模块进行分压，保护内部电源，形成了保护模式。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的电路原理图。

图中， R1、电阻一；R2、电阻二；R3、电阻三；R4、电阻四；R5、电阻五；R6、电阻六；R7、电阻七；R8、电阻八；R9、电阻九；C1、电容；B1、电池；D1、二极管；Q3、三极管；Q1、第一MOS管；Q2、第二MOS管；J1、USB接口；U2、单片机；U1、电源管理芯片。

具体实施方式

参见附图1，一种电子设备主从模式的电压切换电路，包括充放电切换模块、电源管理模块、电压检测模块、USB接口模块和单片机模块。在一种较佳的实施方式中，电子设备选为OTG设备。

所述的单片机模块与充放电切换模块、USB接口模块和电压检测模块相连，并传输数据；充放电切换模块还与电源管理模块、USB接口模块、电压检测模块相连，并传输数据。

充放电切换模块的作用是实现电路充电/放电的切换；电源管理模块的作用是管理电路的电源；电压检测模块的作用是对第一MOS管Q1的漏极进行分压，保护内部电源；USB接口模块用来连接外部OTG设备；单片机模块用于数据的读写。单片机模块控制充放电切换模块，当切换为充电模式时，充放电切换模块使外部电源通过USB接口对电源管理模块进行充电；当切换为放电模式时，充放电切换模块使系统电源通过USB接口对外接OTG设备放电，同时对电压检测模块供电，单片机模块对电压检测模块进行分析，单片机通过USB接口根据电路信号反馈实现对外部电子设备的数据读写。

参见附图2，充放电切换模块包括电阻三R3、电阻四R4、电阻五R5、电阻六R6、电阻七R7、电阻八R8、二极管D1、三极管Q3、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2。在一个较佳的实施例中，三极管Q3为NPN三极管，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均为P沟道增强型场效应管。

第一MOS管Q1的源极与电阻三R3的一端并联后连接系统电源 +5V；第一MOS管Q1的栅极与电阻三R3另一端并联后连接电阻四R4的一端，电阻四R4的另一端连接三极管Q3的集电极，电阻五R5的一端与电阻七R7的一端并联后连接三极管Q3的基极，电阻五R5另一端连接单片机的PB1接口，电阻七R7的另一端与三极管Q3的发射极并联后接地。

第一MOS管Q1的漏极、电阻二R2的一端、二极管D1的正极、电阻六R6的一端、电阻八R8的一端与第二MOS管Q2栅极并联后连接电阻八R8的一端，R8的另一端接地；电阻六R6的另一端、二极管D1的负极与第二MOS管Q2的源极并联后连接USB接口模块，即连接USB接口J1的外部电源DC+，第二MOS管Q2的漏极输出电压至电源管理模块。

在一个较佳的实施例中，三极管的型号选用S9014；二极管的型号为SS24；第一MOS管Q1选用型号为IRLML6401T的MOS管,第二MOS管Q2选用型号为IRLML6401T的MOS管；电阻三R3、电阻四R4、电阻五R5、电阻六R6、电阻七R7、电阻八R8的阻值均为5.1kΩ。

电阻二R2和电阻九R9组成电压检测模块，电阻九R9一端与电阻二R2的一端并联后连接单片机模块。电阻九R9另一端接地，电阻二R2另一端连接充放电切换模块，具体地，连接到二极管D1的正极。在一个较优的实施例中，电阻二R2、电阻九R9选用5.1kΩ阻值。

单片机U2组成单片机模块，电阻九R9一端与电阻二R2的一端并联后连接单片机U2的ADO端；单片机U2的PB1端连接电阻五R5；单片机U2的USB DP数据端连接USB接口模块的USB DP数据端，单片机U2的USB DM数据端连接USB接口模块的USB DM数据端。在一个较佳的实施例中，单片机U2选用HC32F460JETA型号的单片机。

USB接口J1组成USB接口模块。USB接口模块的USB_DP数据端与单片机模块的USB_DP数据端连接，USB接口模块的USB_DM数据端与单片机模块的USB_DM数据端连接。USB接口J1的GND端接地。在一个较佳的实施例中，USB接口J1选用micro 5s/b型。

电源管理模块包括电阻一R1、电容C1、电池B1和电源管理芯片U1。电阻一R1的一端与电容C1的一端并联后接地，电阻一R1的另一端连接电源管理芯片U1的PROG端，电容C1另一端连接电源管理芯片U1的VCC端，电池B1一端连接电源管理芯片U1的BTA端，电池B1另一端接地。电源管理芯片U1的VCC端与电源管理芯片U1的CE端并联后连接第二MOS管Q2的漏极。电源管理芯片U1的的GND端、TEMP端接地。在一个较佳的实施例中，电阻一R1选用2kΩ值，电源管理芯片U1可选用型号为AP5056H的芯片，电容C1选用10μF。

本电压切换电路的工作原理为：当PB1端为低电平信号，电路处于从模式，三极管Q1的基极通过电阻七R7下拉处于低电平，三极管Q3的集电极和发射极处于断开状态，第一MOS管Q1的源极接内部电源+5V，第一MOS管Q1的栅极通过电阻三R3上拉处于+5V，第一MOS管Q1断开，接口J1外接OTG主设备，外部电源电压DC+经过第二MOS管Q2的源极，第二MOS管Q2的栅极通过电阻六R6和电阻八R8分压，第二MOS管Q2的源极和漏极导通，第二MOS管Q2的漏极输出电压VIN,通过电源管理芯片的4脚和8脚对电池B1进行充电，外部OTG设备通过USB_DP和USB_DM对单片机进行数据的读写。

当单片机的PB1端为高电平信号，电路处于主模式，三极管Q3的基极通过电阻五R5和电阻七R7分压，三极管Q3的集电极和发射极处于导通状态，第一MOS管Q1的源极接内部电源+5V，第一MOS管Q1的栅极通过电阻三R3和电阻四R4分压，第一MOS管Q1的源极和漏极导通，第一MOS管Q1的漏极输出电压，再通过二极管D1对接口J1的DC+对外放电，接口J1外接OTG从设备。单片机U2通过USB_DP和USB_DM对外部OTG设备进行数据读写。

参见图2，本申请设计的电路还有保护模式，第一MOS管Q1的漏极输出电压连接第二MOS管Q2的栅极，第二MOS管Q2断开，第二MOS管Q2的漏极无电压输出,电源管理芯片U1不对电池B1进行充电。电阻二R2和电阻九R9分压，单片机口AD0进行AD转换，检测第一MOS管Q1的漏极输出电压值，对输出电压进行检测，当负载过大拉低电压时使PB1端为低电平，断开输出，保护内部电源。

且本申请的电压切换电路中，单片机只需1个IO口即可对OTG设备主从模式电压进行切换。

本实用新型中的电路简单，控制方便、成本低廉，有很大的实用价值，尤其适合与OTG设备配合使用。

Claims

1.一种电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，包括：充放电切换模块、电源管理模块、电压检测模块、USB接口模块和单片机模块；所述的单片机模块与充放电切换模块、USB接口模块和电压检测模块相连，充放电切换模块还与电源管理模块、USB接口模块和电压检测模块相连；充放电切换模块实现电路充电/放电的切换；电源管理模块管理电路的电源；电压检测模块对充放电切换模块进行分压，保护内部电源；USB接口模块用来连接外部电子设备；单片机模块用于根据电路信号反馈实现对外部电子设备的数据读写。

2.根据权利要求1所述的电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，充放电切换模块包括电阻三R3、电阻四R4、电阻五R5、电阻六R6、电阻七R7、电阻八R8、二极管D1、三极管Q3、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2；

第一MOS管Q1的源极与电阻三R3的一端并联后连接内部电源，第一MOS管Q1的栅极与电阻三R3另一端并联后连接电阻四R4的一端，电阻四R4的另一端连接三极管Q3的集电极，电阻五R5的一端与电阻七R7的一端并联后连接三极管Q3的基极，电阻五R5另一端连接单片机模块，电阻七R7的另一端与三极管Q3的发射极并联后接地；

第一MOS管Q1的漏极、电阻二R2的一端、二极管D1的正极、电阻六R6的一端、第二MOS管Q2的栅极并联后连接电阻八R8的一端，电阻六R6的另一端、二极管D1的负极、第二MOS管Q2的源极并联后连接USB模块，电阻八R8的另一端接地，第二MOS管Q2的漏极输出电压至电源管理模块。

3.根据权利要求1所述的电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，电压检测模块包括电阻二R2和电阻九R9，电阻九R9一端与电阻二R2的一端并联后连接单片机模块，电阻九R9另一端接地；电阻二R2的另一端连接充放电切换模块。

4.根据权利要求1所述的电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，单片机模块包括单片机U2，电阻二R2与电阻九R9并联后连接单片机U2的ADO端口；单片机U2的PB1端连接电阻五R5；单片机U2的USB DP端、USB DM端均与USB接口模块连接。

5.根据权利要求1所述的电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，USB接口模块包括USB接口J1，USB接口模块的DC+端连接充放电切换模块；USB接口模块的USB_DP端与USB_DM端均与单片机模块连接，USB接口模块的GND端接地。

6.根据权利要求1所述的电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，电源管理模块包括电阻一R1、电容C1、电池B1和电源管理芯片U1；电阻一R1的一端与电容C1的一端并联后接地，电阻一R1的另一端连接电源管理芯片U1的PROG端，电源管理芯片U1的VCC端与第二MOS管Q2的漏极、电源管理芯片U1的CE端并联后连接电容C1的另一端；电池B1一端连接电源管理芯片U1的BTA端，电池B1另一端接地；源管理芯片U1的GND端、TEMP端接地。

7.根据权利要求2所述的电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，所述三极管Q3为NPN型三极管。

8.根据权利要求2所述的电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，所述第一MOS管Q1为P沟道增强型场效应管，所述第二MOS管Q2为P沟道增强型场效应管。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的电子设备主从模式的电压切换电路，其特征在于，所述电子设备包括OTG设备。