CN216979719U - 一种usb电源切换电路和usb电源装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种USB电源切换电路和USB电源装置。本申请提供的USB电源切换电路包括：控制切换支路和供电支路，所述控制切换支路的第一输入端连接南桥芯片的第一电源管理接口，所述控制切换支路的第二输入端连接所述南桥芯片的第二电源管理接口，所述控制切换支路的输出端连接所述供电支路的控制端，所述供电支路的电压输入端连接供电电源，所述供电支路的电压输出端连接USB接口的电源端。通过上述技术手段，解决了现有技术中USB接口供电的可靠性低的问题，提高USB接口的可靠性和稳定性。

Description

一种USB电源切换电路和USB电源装置

技术领域

本申请涉及USB接口技术领域，尤其涉及一种USB电源切换电路和USB电源装置。

背景技术

PC(Personal Computer，个人计算机)主板上的USB接口通过待机电源(suspendpower supply)和系统电源(system power supply)切换供电。待机电源用于在PC主板为开机状态时给USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口供电以及在休眠、睡眠状态唤醒USB接口，系统电源用于在PC主板为开机状态时给USB接口供电及休眠、睡眠状态断电以避免误动作唤醒和减少耗电。

目前USB接口的供电电源通过跳帽进行切换，但跳帽会在供电路径上增加一个等效电阻，使得供电电压产生一个压降。由于+5VSUS(suspend power supply，待机电源)和+5VS(system power supply，系统电源)由扩展电脑电源供电系统直接提供，其电平不可调。因此当供电电压由于金针跳帽产生额外的压降后，供电电压可能不满足USB接口满载测试允许的电压范围，使得USB接口的可靠性降低。

实用新型内容

本申请提供一种USB电源切换电路和USB电源装置，解决了现有技术中USB接口的可靠性低的问题，提高USB接口的可靠性和稳定性。

第一方面，本申请提供了一种USB电源切换电路，包括：

控制切换支路和供电支路，控制切换支路的第一输入端连接南桥芯片的第一电源管理接口，控制切换支路的第二输入端连接南桥芯片的第二电源管理接口，控制切换支路的输出端连接供电支路的控制端，供电支路的电压输入端连接供电电源，供电支路的电压输出端连接USB接口的电源端，其中：

控制切换支路用于选择输出端连接第一输入端或第二输入端，并通过输出端将第一输入端或第二输入端接收到的电平信号发送至供电支路；

供电支路用于在接收到的高电平信号的情况下控制供电电源向USB接口供电，以及用于在接收到低电平信号的情况下控制供电电源停止供电。

第二方面，本申请提供了一种USB电源装置，包括：如第一方面的USB电源切换电路。

本申请通过控制切换支路连接的电源管理接口的状态信号控制供电支路向USB接口供电或停止向USB接口供电，以在控制切换支路的输出端连接第一电源管理接口时实现系统电源向USB接口供电的供电模式，在控制切换支路的输出端连接第二电源管理接口时实现待机电源向USB接口供电的供电模式。由于供电电源和USB接口之间没有因跳帽电阻产生压降，因此USB接口的供电电压满足满载测试允许的电压范围，保证USB接口的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本申请实施例提供的传统USB电源切换电路；

图2是本申请实施例提供的一种USB电源切换电路的原理框图；

图3是本申请实施例提供的供电支路的电路图；

图4是本申请实施例提供的控制切换支路的电路图。

图中，10、供电支路；20、控制切换支路；30、南桥芯片；40、USB接口；50、供电电源；60、使能信号延时电路；UUA1、限流开关；VIN、限流开关的电压输入端；VOUT、限流开关的电压输出端；EN、限流开关的使能端；FLAG、限流开关的报警端；USB_PWRCTL、控制切换支路的输出端；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；USB_PWR、USB接口的电源端；JUSBP1、跳帽组件。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在一实施例中，图1是本申请实施例提供的传统USB电源切换电路。参考图1，传统USB电源切换电路通过选择跳帽位置(1-2)或跳帽位置(2-3)来切换+5VSUS或+5VS电源向USB接口供电。但跳帽会在USB接口的供电路径上增加一个等效电路，使得USB接口的供电电压产生一个压降。由于+5VSUS和+5VS由扩展电脑电源(ATX电源)供电系统直接提供，其电平不可调。因此当供电电压产生压降后，供电电压不满足USB接口满载测试允许的电压范围，使得USB接口的可靠性降低。其中，+5VSUS即为+5V待机电源，+5VS即为+5V系统电源。

基于此，本申请实施例提供一种USB电源切换电路和USB电源装置，以解决现有技术中USB接口的可靠性低的问题。

图2是本申请实施例提供的一种USB电源切换电路的原理框图。如图2所示，USB电源切换电路包括控制切换支路20和供电支路10，控制切换支路20的第一输入端连接南桥芯片30的第一电源管理接口，控制切换支路20的第二输入端连接南桥芯片30的第二电源管理接口，控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL连接供电支路10的控制端，供电支路10的电压输入端VIN连接供电电源50，供电支路10的电压输出端VOUT连接USB接口40的电源端USB_PWR。其中，系统状态包括S0、S3、S4和S5，S0为开机状态，S3为睡眠状态，S4为休眠状态，S5为关机状态。第一电源管理接口输出信号的控制逻辑如下：当系统处于S3、S4、S5状态时，南桥芯片30的第一电源管理接口输出低电平信号；当系统处于S0状态时，南桥芯片30的第一电源管理接口输出高电平信号。第二电源管理接口输出信号的控制逻辑如下：当系统处于S5状态时，南桥芯片30的第二电源管理接口输出低电平信号；当系统处于S0、S3、S4状态时，南桥芯片30的第二电源管理接口输出高电平信号。

在本实施例中，控制切换支路20用于选择输出端连接第一输入端或第二输入端，并通过输出端将第一输入端或第二输入端接收到的电平信号发送至供电支路10；供电支路10用于在接收到的高电平信号的情况下控制控制供电电源50向USB接口40供电，以及用于在接收到低电平信号的情况下控制供电电源50停止供电。

示例性的，当控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL连接第一电源管理接口时，第一电源管理接口输出的电平信号通过控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL输入至供电支路10的控制端。如果第一电源管理接口输出高电平信号，则供电支路10的控制端接收到高电平信号，并控制供电电源50和USB接口40之间的供电路径导通，使得供电电源50向USB接口40供电。如果第一电源管理接口输出低电平信号，则供电支路10的控制端接收到低电平信号，并控制供电电源50和USB接口40之间的供电路径断开，使得供电电源50停止向USB接口40供电。需要说明的，供电电源50为始终存在的+5V电源，因此只要当供电支路10的控制端接收到高电平信号时，供电电源50就能为USB接口40供电。进一步的，当系统处于开机状态时，第一电源管理接口输出高电平信号，供电电源50向USB接口40供电。当系统处于睡眠休眠和关机状态时，第一电源管理接口输出低电平信号，供电电源50不向USB接口40供电。因此当控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL连接第一电源管理接口，USB接口40的供电模式相当于传统的+5VS供电模式。但由于供电电源50和USB接口40的供电路径上没有等效电阻，因此USB接口40的供电电压满足满载测试允许的电压范围。

同理的，当控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL连接第二电源管理接口时，第二电源管理接口输出的电平信号通过控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL输入至供电支路10的控制端。如果第二电源管理接口输出高电平，则供电支路10的控制端接收到高电平信号，并控制供电电源50和USB接口40之间的供电路径导通，使得供电电源50向USB接口40供电。如果第二电源管理接口输出低电平信号，则供电支路10的控制端接收到低电平信号，并控制供电电源50和USB接口40之间的供电路径断开，使得供电电源50停止向USB接口40供电。进一步的，当系统处于关机状态时，第二电源管理接口输出低电平信号，供电电源50停止向USB接口40供电。当系统处于睡眠、休眠和开机状态时，第二电源管理接口输出高电平信号，供电电源50向USB接口40供电。因此当控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL连接第二电源管理接口，USB接口40的供电模式相当于传统的+5VSUS供电模式。同样的，由于供电电源50和USB接口40的供电路径上没有等效电阻，因此USB接口40的供电电压满足满载测试允许的电压范围。

在一实施例中，供电电源50为扩展电脑电源提供的+5V待机电源。+5VSUS和+5VS都是扩展电脑电源提供的电源，其中+5VSUS始终存在，因此可用作供电电源50在供电支路10的控制端接收到高电平信号时向USB接口40供电。

在一实施例中，图3是本申请实施例提供的供电支路的电路图。如图3所示，供电支路10包括限流开关UUA1，控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL连接限流开关UUA1的使能端EN，限流开关UUA1的电压输入端VIN连接供电电源50，限流开关UUA1的电压输出端VOUT连接USB的电源端USB_PWR。其中，限流开关UUA1的使能端EN即为供电支路10的控制端，限流开关UUA1的电压输入端VIN即为供电支路10的电压输入端VIN，限流开关UUA1的电压输出端VOUT即为供电支路10的电压输出端VOUT。本实施例以控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL接通第一电源管理接口为例进行描述。当第一电源管理接口输出高电平信号时，限流开关UUA1的使能端EN接收到高电平信号，使得限流开关UUA1的电压输入端VIN和电压输出端VOUT导通，+5VSUS向USB接口40供电。当第一电源管理接口输出低电平信号时，限流开关UUA1的使能端EN接收到低电平信号，使得限流开关UUA1的电压输入端VIN和电压输出端VOUT断开，+5VSUS停止向USB接口40供电。

在一实施例中，参考图3，供电支路10还包括使能信号延时电路60，使能信号延时电路60用于延长限流开关UUA1的使能端EN的电平到达高电平阈值的时间。示例性的，限流开关UUA1的使能端EN的电平达到高电平值时，限流开关UUA1的电压输入端VIN和电压输出端VOUT导通。由于扩展电脑电源提供的+5V待机电源负载能力有限，如果上电时所有USB电源一起接入会对扩展电脑电源造成较大冲击，产生电压掉落，进而影响开机过程。因此在限流开关UUA1的使能端EN和控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL之间设置使能信号延时电路60，当有多路USB控制线路使用时采用每一路不同的R、C组合将使能端EN的电平上升至高电平的时间错开，减小对扩展电脑电源的冲击。在该实施例中，电流缓冲电路60包括第一电容C1和第一电阻R1，第一电容C1的第一端连接限流开关UUA1的使能端EN，第一电容C1的第二端接地，第一电阻R1的第一端连接+3V待机电源，第一电阻R1的第二端连接限流开关UUA1的使能端EN。示例性的，第一电容C1和第一电阻R1构成RC延时电路，通过RC延时电路调节限流开关UUA1的使能端EN从低电平上升至高电平的时间，缓冲经过USB接口40的电流，减小对扩展电脑电源的冲击。

在一实施例中，参考图3，供电支路10还包括第二电容C2，第二电容C2的第一端连接限流开关UUA1的电压输入端VIN，第二电容C2的第二端接地。示例性的，通过第二电容C2滤除对电压输入端VIN的干扰电压。

在一实施例中，参考图3，限流开关UUA1的报警端FLAG连接南桥芯片30。在该实施例中，供电支路10还包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2的第一端连接限流开关UUA1的报警端，第二电阻R2的第二端接地，第三电阻R3的第一端连接限流开关UUA1的报警端，第三电阻R3的第二端连接南桥芯片30。示例性的，限流开关UUA1的作用是当流过的电流大于设定的电流值时自动切断电路，起到保护主板和外接设备的功能。根据限流开关UUA1具体选择型号的不同，报警端FLAG有不同的功能：一种是通过下拉第二电阻R2调节设置限制电流的大小，此时报警端FLAG不连接到南桥芯片30；另一种是限流开关UUA1本身已经有固定的过流值，当流过的电流大于设定的电流值时限流开关UUA1断开电路并通过第三电阻R3发出低电平告知南桥芯片30发生了过流事件。

在一实施例中，图4是本申请实施例提供的控制切换支路的电路图。如图4所示，控制切换支路20包括跳帽组件JUSBP1，跳帽组件JUSBP1的第一端连接第一电源管理接口，跳帽组件JUSBP1的第二端连接限流开关UUA1的使能端EN，跳帽组件JUSBP1的第三端连接第二电源管理接口。示例性的，当跳帽组件JUSBP1选择跳帽位置(1-2)时，跳帽组件JUSBP1的第一端和第二端接通，限流开关UUA1的使能端EN与第一电源管理接口接通，USB接口40的供电模式相当于传统的+5VS供电模式。当跳帽组件JUSBP1选择跳帽位置(2-3)时，跳帽组件JUSBP1的第二端和第三端接通，限流开关UUA1的使能端EN与第二电源管理接口接通，USB接口40的供电模式相当于传统的+5VSUS供电模式。

在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供了一种USB电源装置，该USB电源装置设置有如上述实施例提供的USB电源切换电路，通过该USB电源切换电路提高USB接口40的可靠性和稳定性。

综上，本申请实施例提供的USB电源切换电路和USB电源装置，通过控制切换支路20连接的电源管理接口的状态信号控制供电支路10向USB接口40供电或停止向USB接口40供电，以在控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL连接第一电源管理接口时实现系统电源向USB接口40供电的供电模式，在控制切换支路20的输出端USB_PWRCTL连接第二电源管理接口时实现待机电源向USB接口40供电的供电模式。由于供电电源50和USB接口40之间没有因跳帽电阻产生压降，因此USB接口40的供电电压满足满载测试允许的电压范围，保证USB接口40的可靠性和稳定性。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

Claims (10)

1.一种USB电源切换电路，其特征在于，包括：控制切换支路和供电支路，所述控制切换支路的第一输入端连接南桥芯片的第一电源管理接口，所述控制切换支路的第二输入端连接所述南桥芯片的第二电源管理接口，所述控制切换支路的输出端连接所述供电支路的控制端，所述供电支路的电压输入端连接供电电源，所述供电支路的电压输出端连接USB接口的电源端，其中：

所述控制切换支路用于选择输出端连接第一输入端或第二输入端，并通过输出端将第一输入端或第二输入端接收到的电平信号发送至所述供电支路；

所述供电支路用于在接收到的高电平信号的情况下控制供电电源向USB接口供电，以及用于在接收到低电平信号的情况下控制供电电源停止供电。

2.根据权利要求1所述的USB电源切换电路，其特征在于，所述供电支路包括限流开关，所述控制切换支路的输出端连接所述限流开关的使能端，所述限流开关的电压输入端连接所述供电电源，所述限流开关的电压输出端连接USB接口的电源端。

3.根据权利要求1所述的USB电源切换电路，其特征在于，所述供电电源包括扩展电脑电源提供的+5V待机电源。

4.根据权利要求2所述的USB电源切换电路，其特征在于，所述控制切换支路包括跳帽组件，所述跳帽组件的第一端连接所述第一电源管理接口，所述跳帽组件的第二端连接所述限流开关的使能端，所述跳帽组件的第三端连接所述第二电源管理接口。

5.根据权利要求2所述的USB电源切换电路，其特征在于，所述供电支路还包括使能信号延时电路，所述使能信号延时电路用于延长所述限流开关的使能端的电平上升时间。

6.根据权利要求5所述的USB电源切换电路，其特征在于，所述使能信号延时包括第一电容和第一电阻，所述第一电容的第一端连接所述限流开关的使能端，所述第一电容的第二端接地，所述第一电阻的第一端连接+3V待机电源，所述第一电阻的第二端连接所述限流开关的使能端。

7.根据权利要求2所述的USB电源切换电路，其特征在于，所述供电支路还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接所述限流开关的电压输入端，所述第二电容的第二端接地。

8.根据权利要求2所述的USB电源切换电路，其特征在于，所述限流开关的报警端连接所述南桥芯片。

9.根据权利要求8所述的USB电源切换电路，其特征在于，所述供电支路还包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的第一端连接所述限流开关的报警端，所述第二电阻的第二端接地，所述第三电阻的第一端连接所述限流开关的报警端，所述第三电阻的第二端连接所述南桥芯片。

10.一种USB电源装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的USB电源切换电路。

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