CN216529684U - 一种低纹波usb智能插座装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低纹波USB智能插座装置，包括：电网电源插头、熔断器、整流器、平波模块、振荡器、变压器、带通滤波器、稳压单元、开关单元、电源模块、比较器、蓄压单元、释压单元、USB输出接口。该装置通过在传统的USB插座中增加了振荡器、带通滤波器、电源模块、比较器、蓄压单元、释压单元提高输出电压稳定性、抑制输出电压纹波。

Description

一种低纹波USB智能插座装置

技术领域

本实用新型涉及智能充电插座领域，具体涉及一种低纹波USB智能插座装置。

背景技术

在对USB充电插座的输出电压稳定性进行检测时，常检测出USB充电插座的直流输出电压具有较大纹波，输出电压稳定性较差。USB充电插座的输出电压不稳定，将会带来毁坏用电设备、造成漏电触电等安全隐患。通常USB充电插座的纹波来源主要有以下两种：一是低频纹波即工频纹波，USB充电插座的输出直流电压过程是由电网电源的高压低频交流电转换为低压直流电的过程，交流电压在经过整流、滤波形成直流电压后并没将交流电压部分完全滤除，形成低频纹波；二是高频纹波，USB充电插座中具有开关器件，该开关器件的电容振荡器会产生高频振荡电压，在通过变压器降压和低压整流滤波模块滤波后并未完全滤除，形成高频纹波。现有技术中滤除纹波的方法有多种，最常见的是纹波电压检测芯片，但是这种芯片的存在增加了USB充电插座本身成本，在电路设计时需要增加额外的引脚；还有一种是工频纹波滤除装置，但这种装置只能滤除由电网电源带来的低频纹波。目前市面上很少存在低成本且能够同时滤除高频纹波和低频纹波的USB充电插座。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种低纹波USB智能插座装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的。

一种低纹波USB智能插座装置，包括：电网电源插头、熔断器、整流器、平波模块、振荡器、变压器、带通滤波器、稳压单元、开关单元、电源模块、比较器、蓄压单元、释压单元、USB输出接口，熔断器的输入端与电网电源插头连接，熔断器的输出端与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与平波模块的输入端电连接，平波模块的输出端与振荡器的输入端电连接，振荡器的输出端与变压器的高压输入端电连接，变压器的低压输出端与带通滤波器的输入端电连接，带通滤波器的输出端电连接稳压模块的输入端，稳压模块的输出端分别电连接开关单元的第一输入端及电源模块的输入端，电源模块的输出端电连接比较器的第二输入端，比较器的第一输出端电连接开关单元的第二输入端，比较器的第二输出端电连接释压单元第二输入端，开关单元的输出端电连接蓄压单元的输入端，蓄压单元的输出端分别电连接比较器的第一输入端和USB输出接口的输入端，释压单元的输出端接地，释压单元的第一输入端分别电连接蓄压单元的输出端和USB输出接口的输入端；所述电源模块用于产生基准电压，送入比较器中；所述蓄压单元用于积蓄电能，让电压保持稳定，一方面蓄压单元的输出电压作为反馈电压送入比较器中，另一方面蓄压单元的输出电压作为USB输出接口的输出电压；所述比较器将所述反馈电压与所述基准电压的比对结果分别输出到所述开关单元和所述释压单元；所述开关单元用于通过所述比对结果控制电路的通断；所述释压单元用于通过所述比对结果释放蓄压单元多余的电能。

优选的，装置还包括电网电源接口，电网电源插头与电网电源接口通过电路连接。

优选的，当反馈电压高于基准电压时，比较器的比对结果为高电平；当反馈电压低于基准电压时，比较器的比对结果为低电平。

优选的，装置中的开关单元包含第一NMOS管和反相器，蓄压单元包含第一电容，释压单元包含第二NMOS管；第一NMOS管的源极连接稳压单元的输出端，第一NMOS管的漏极连接第一电容的输入端，第一NMOS管的栅极连接反相器的输出端，反相器的输入端连接所述比较器的第一输出端，比较器的第一输入端连接第一电容的输出端，比较器的第二输入端连接电源模块的输出端，比较器的第二输出端连接第二NMOS管的栅极，第二NMOS管的漏极连接所述第一电容的输出端，第二NMOS管的源极接地。

优选的，所述比较器为LM311型号数字芯片。

本实用新型有益效果：本实用新型中提供了一种低纹波USB智能插座装置，该装置在保证能够低成本制造的同时还能够有效滤除低频纹波和高频纹波，提高了USB智能插座的输出电压稳定性。

附图说明

图1本实用新型的原理框图。

图2本实用新型的电路示意图。

具体实施方式

为了能够更详尽的了解本实用新型的特点与技术内容，下面将结合具体的应用实施例及附图对本实用新型的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本实用新型。

图1为一实施例的低纹波USB智能插座装置原理框图。低纹波USB智能插座装置包括了电网电源插头、熔断器、整流器、平波模块、振荡器、变压器、带通滤波器、稳压单元、开关单元、电源模块、比较器、蓄压单元、释压单元、USB输出接口。

本实施例中，熔断器用于USB智能插座遇到瞬时过大电流电压时及时熔断从而保护设备及人体，熔断器的输入端与电网电源插座电连接，熔断器的输出端与整流器的输入端电连接。

本实施例中，整流器用于将接入全波交流电转换为半波直流电，整流器的输出端与平波模块的输入端电连接。

本实施例中，平波模块用于将半波直流电转换为一定平稳的电压，平波模块的输出端与振荡器的输入端电连接，平波模块主要由电容器组成，将交流平滑为直流。

所述振荡器，用于提高电压频率，使电路中产生高频电流以通过变压器的初次级线圈，振荡器的输出端与变压器的高压输入端电连接；

本实施例中，由于电网电源带来了工频纹波，这种纹波在通过装置的整流、平波之后依然存在，这种纹波具有低频的特征，本实施例通过设置振荡器，根据振荡器的特征，提高输入电压电流频率，而此时纹波频率基本保持不变，依然属于低频纹波。

本实施例中，变压器用于将高压高频直流变压成低压高频直流，变压器的低压输出端电连接带通滤波器的输入端。

所述带通滤波器，用于滤除低频纹波，带通滤波器的输出端电连接稳压模块的输入端。

本实施例中，通过带通滤波器滤除电网电源所带来的低频纹波。

本实施例中，稳压模块用于将具有一定频率波动的电压稳定为固定电压值，稳压模块的输出端分别电连接开关单元的第一端输入端及电源模块的输入端。

所述电源模块用于产生基准电压，送入比较器中，电源模块的输出端电连接比较器的第二输入端。

所述蓄压单元用于积蓄电能，让电压保持稳定，始终保持在限值范围，一方面蓄压单元的输出电压作为反馈电压送入比较器中；另一方面蓄压单元的输出端连接释压单元第一输入端后通过释压单元的第一输入端后直接与USB输出接口电连接，即蓄压单元的输出电压作为USB输出接口的输出电压。蓄压单元的输出端分别电连接所述比较器的第一输入端和USB输出接口的输入端，以及释压单元第一输入端。

所述比较器用于将蓄压单元的反馈电压与电源模块的基准电压进行比对，将反馈电压与基准电压的比对结果输出到开关单元和释压单元，以实现开关单元与释压单元的通断，比较单元的第一输出端电连接开关单元的第二输入端，同时比较器的第二输出端电连接到释压单元的第二输入端。

所述开关单元用于通过比较器的比对结果控制电路的通断，开关单元的输出端连接蓄压单元的输入端。

所述释压单元用于通过比较器的比对结果控制蓄压单元的电能释放，释放蓄压单元多余的电能，释压单元的输出端接地，释压单元的第一输入端分别电连接蓄压单元的输出端和USB输出接口的输入端。

本实施例中，当反馈电压高于基准电压时，开关单元处于断开状态，蓄压单元通过释压单元释放电能；当反馈电压低于基准电压时，开关单元处于接通状态，向所述蓄压单元提供电能。使电压保持在稳定值，实现稳定电压，由此方式滤除高频纹波。

本实施例中，蓄压单元用于保持电压的稳定，将蓄压单元产生的反馈电压及电源模块产生的基准电压分别送入比较器的第一输入端和第二输入端中进行比较，当反馈电压高于基准电压时，比较器输出的对比结果为高电平，该高电平通过比较器的第一输出端输出到开关单元，使得开关单元处于断开状态，同时该高电平通过比较器的第二输出端输出到释压单元，使释压单元处于导通状态，将此时在蓄压单元输出端的电压通过释压单元释放；与此同时蓄压单元的输出端不断向比较器提供反馈电压，与基准电压进行对比，当反馈电压低于基准电压时，比较器输出的比对结果为低电平，该低电平通过比较器的第一输出端输出到开关单元，使开关单元处于导通的状态，此时电荷向蓄压单元充电，同时该低电平通过比较器的第二输出端输出到释压单元的第二输入端，使释压单元处于关断的状态，此时蓄压单元积蓄电能，第一电容的输出端继续向比较器输出反馈电压，继续与基准电压进行对比，以此交替方式，使得蓄压单元的输出端为一个稳定的直流值，送入到USB输出接口中，实现USB接口输出电压的稳定，抑制电路中的纹波和噪声。

进一步的，装置还包括电网电源接口，电网电源插头与电网电源接口电连接。

进一步的，装置中的比较器，当反馈电压高于基准电压时，比较器输出的比对结果为高电平；当反馈电压低于基准电压时，比较器输出的比对结果为低电平。

图2为一实施例的低纹波USB智能插座装置电路示意图。所示开关单元包含第一NMOS管和反相器，蓄压单元包含第一电容，释压单元包含第二NMOS管，第一NMOS管的源极连接稳压单元的输出端，第一NMOS管的漏极连接第一电容的输入端，第一NMOS管的栅极连接所述反相器的输出端，反相器的输入端连接所述比较器的第一输出端，比较器的第一输入端连接所述所述第一电容的输出端，比较器的第二输入端连接所述电源模块的输出端，比较器的第二输出端连接所述第二NMOS管的栅极，第二NMOS管的漏极连接所述第一电容的输出端，第二NMOS管的源极接地。

蓄压单元的第一电容用于保持电压的恒定，将第一电容的输出的反馈电压及电源模块产生的基准电压分别送入比较器的第一输入端和第二输出端中。在现有技术的比较器中输出结果一般为大于等于1V的高电平或小于0.7V的低电平。在比较器中进行比较，当反馈电压高于基准电压时，比较器输出的比对结果为高电平，一方面，高电平的比对结果从比较器的第一输出端输出到反相器，通过反相器将高电平转换为低电平，输出到第一NMOS管的栅极，因为NMOS管的导通阈值电压范围为大于0.7V，低电平使第一NMOS管处于截止的状态，无法导通，即此时开关单元处于断开状态；另一方面，高电平的比对结果从比较器的第二输出端输出到释压单元的第二NMOS管的栅极，高电平使第二NMOS管处于导通的状态，将在蓄压单元输出端的超过基准电压所产生的电能通过第二NMOS管即释压单元释放。与此同时第一电容输出端不断向比较器提供反馈电压，与基准电压进行对比，当反馈电压低于基准电压时，比较器输出的比对结果为低电平，一方面，低电平的比对结果从比较器的第一输出端输出到反相器，通过反相器将低电平转换为高电平，输出到第一NMOS管的栅极，高电平使第一NMOS管处于导通的状态，即此时开关单元处于连接状态；另一方面，低电平的比对结果从比较器的第二输出端输出到释压单元的第二NMOS管的栅极，低电平使第二NMOS管处于关断的状态，此时第一电容积蓄能量，第一电容的输出端继续向比较器输出反馈电压，继续与基准电压进行对比，以此交替方式，实现USB接口输出电压的稳定性，抑制纹波和噪声。

进一步的，比较器输出的比对结果为高电平时，比对结果为1V高电平；比对结果为低电平时，比对结果为0V低电平。

当比较器输出的比对结果为1V的高电平时，1V的高电平通过比较器的第一输出端输出后经反相器转换为0V的低电平，0V的低电平使第一NMOS管处于截止的状态，无法导通；1V的高电平通过比较器的第二输出端输出到释压单元的第二NMOS管的栅极，1V的高电平使第二NMOS管处于导通的状态，将在蓄压单元输出端的超过基准电压所产生的电能通过第二NMOS管即释压单元释放。当比较器输出的比对结果为0V的低电平时，0V的低电平通过比较器的第一输出端输出到反相器转换为1V的高电平，使第一NMOS管处于导通的状态；0V的低电平通过比较器的第二输出端输出到释压单元的第二NMOS管的栅极，0V的低电平使第二NMOS管处于关断的状态。

进一步的，比较器为LM311型号数字芯片。将LM311型号数字芯片作为比较器，性能高，延时小，输出的高电平为1V，输出的低电平为0V。

本实用新型的说明书中提到的“电连接”可指直接的连接或通过间接物的连接，如通过导体的连接，该导体具有阻值，也可有寄生参数，如具有电感值和电容值，以及如通过半导体器件如二极管的连接。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低纹波USB智能插座装置，其特征在于，包括：电网电源插头、熔断器、整流器、平波模块、振荡器、变压器、带通滤波器、稳压单元、开关单元、电源模块、比较器、蓄压单元、释压单元、USB输出接口，熔断器的输入端与电网电源插头连接，熔断器的输出端与整流器的输入端电连接，整流器的输出端与平波模块的输入端电连接，平波模块的输出端与振荡器的输入端电连接，振荡器的输出端与变压器的高压输入端电连接，变压器的低压输出端与带通滤波器的输入端电连接，带通滤波器的输出端电连接稳压模块的输入端，稳压模块的输出端分别电连接开关单元的第一输入端及电源模块的输入端，电源模块的输出端电连接比较器的第二输入端，比较器的第一输出端电连接开关单元的第二输入端，比较器的第二输出端电连接释压单元的第二输入端，开关单元的输出端电连接蓄压单元的输入端，蓄压单元的输出端分别电连接比较器的第一输入端和USB输出接口的输入端，释压单元的输出端接地，释压单元的第一输入端分别电连接蓄压单元的输出端和USB输出接口的输入端；所述电源模块用于产生基准电压，送入比较器中；所述蓄压单元用于积蓄电能，让电压保持稳定，一方面蓄压单元的输出电压作为反馈电压送入比较器中，另一方面蓄压单元的输出电压作为USB输出接口的输出电压；所述比较器将所述反馈电压与所述基准电压的比对结果分别输出到所述开关单元和所述释压单元；所述开关单元用于通过所述比对结果控制电路的通断；所述释压单元用于通过所述比对结果释放蓄压单元多余的电能。

2.如权利要求1所述的一种低纹波USB智能插座装置，其特征在于，装置还包括电网电源接口，电网电源插头与电网电源接口电连接。

3.如权利要求1所述的一种低纹波USB智能插座装置，其特征在于，当所述反馈电压高于所述基准电压时，所述比较器的比对结果为高电平；当所述反馈电压低于所述基准电压时，所述比较器的比对结果为低电平。

4.如权利要求1所述的一种低纹波USB智能插座装置，其特征在于，所述开关单元包含第一NMOS管和反相器，所述蓄压单元包含第一电容，所述释压单元包含第二NMOS管，所述第一NMOS管的源极连接所述稳压单元的输出端，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一电容的输入端，所述第一NMOS管的栅极连接所述反相器的输出端，所述反相器的输入端连接所述比较器的第一输出端，所述比较器的第一输入端连接所述第一电容的输出端，所述比较器的第二输入端连接所述电源模块的输出端，所述比较器的第二输出端连接所述第二NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的漏极连接所述第一电容的输出端，所述第二NMOS管的源极接地。

5.如权利要求1所述的一种低纹波USB智能插座装置，其特征在于，所述比较器为LM311型号数字芯片。

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