CN217656469U - 一种基于usb接口的充放电切换电路及电子产品 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于USB接口的充放电切换电路及包括其的电子产品，电子产品还包括充电电池；充放电切换电路包括充电电路模块、充放电判断控制模块、第一连接接口；充电电路模块包括电源输入端、电源输出端；第一连接接口包括电源端口；充电电池与电源输出端连接；充放电判断控制模块分别与电源输入端、电源输出端、电源端口连接，比较电源端口的电压与电源输出端的电压；且当电源端口的电压大于电源输出端的电压时，使电源端口与电源输入端连通，与电源输出端断开；当电源端口的电压小于电源输出端的电压时，使电源端口与电源输出端连通，与电源输入端断开。本实用新型通过简单的电压判断实现主从设备的切换，降低成本。

Description

一种基于USB接口的充放电切换电路及电子产品

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，具体地说，是涉及一种基于USB接口的充放电切换电路及电子产品。

背景技术

USB通用串行总线(Universal Serial Bus)是一种新兴的并逐渐取代其他接口标准的数据通信方式。 USB总线作为一种高速串行总线，其极高的传输速度可以满足高速数据传输的应用环境要求，且该总线还兼有供电简单、支持热插拔、可扩展端口、传输方式多样化，以及产品升级后向下兼容等优点。

USB接口有三种模式，a：DFP也就是主设备，b：UFP也就是从设备，c：DRP可以做DFP也可以做UFP。当DRP连接到DFP外设,DRP转换成UFP；当DRP连接到UFP外设,DRP转换成DFP。

在行业应用上，对于USB的需求通常是可实现主从设备切换功能即可，依靠USB_ID信号完成；目前，为了实现在有普通USB功能但又不含USB-C完整信号的CPU/MCU的USB-C硬件接口形式，行业上一般方式采用专用芯片，对USB-C的CC信号进行监控，从而实现DFP/UFP功能的切换。

而对于只需完成主从充放电功能切换的USB小型设备来说，使用专用芯片或其他检测放大电流的方法均存在资源浪费、增加设备体积及成本较高的问题。

发明内容

本实用新型提供一种基于USB接口的充放电切换电路及包括其的电子产品，通过对接入电压与内部电压的比较实现代表主从角色的充放电功能切换，降低成本，缩小体积，满足市场需求。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种基于USB接口的充放电切换电路，包括充电电路模块、充放电判断控制模块、第一连接接口；

所述充电电路模块包括电源输入端、电源输出端，分别用于输入电源及输出电源；所述第一连接接口为USB接口，包括电源端口；

所述电源输出端用于与充电电池连接；所述充放电判断控制模块分别与所述电源输入端、所述电源输出端、所述电源端口连接，比较所述电源端口的电压与所述电源输出端的电压；且当所述电源端口的电压大于所述电源输出端的电压时，使所述电源端口与所述电源输入端连通，与所述电源输出端断开；当所述电源端口的电压小于所述电源输出端的电压时，使所述电源端口与所述电源输出端连通，与所述电源输入端断开。

在一些实施例中，所述充放电判断控制模块包括PMOS管、二极管；所述PMOS管的源极与所述电源端口、所述二极管的负极连接；所述PMOS管的栅极与所述电源输出端、所述二极管的正极连接；所述PMOS管的漏极与所述电源输入端连接。

在一些实施例中，所述充放电判断控制模块还包括第一电阻；所述PMOS管的源极通过所述第一电阻与所述二极管的负极连接。

在一些实施例中，所述充放电判断控制模块包括PNP三极管、二极管；所述PNP三极管的发射极与所述电源端口、所述二极管的负极连接；所述PNP三极管的基极与所述电源输出端、所述二极管的正极连接；所述PNP三极管的集电极与所述电源输入端连接。

在一些实施例中，所述充放电判断控制模块还包括第一电阻；所述PNP三极管的发射极通过所述第一电阻与所述二极管的负极连接。

在一些实施例中，所述第一连接接口为Type-C USB 母口；所述第二连接接口为Type-C USB公口；所述电源端口为所述第一连接接口的VBUS端口。

在一些实施例中，所述充电电路模块为充电芯片LTC4054。

一种电子产品，包括充电电池及上述的基于USB接口的充放电切换电路；

所述充放电切换电路包括充电电路模块、充放电判断控制模块、第一连接接口；

所述充电电路模块包括电源输入端、电源输出端，分别用于输入电源及输出电源；所述第一连接接口为USB接口，包括电源端口；

所述充电电池与所述电源输出端连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的基于USB接口的充放电切换电路及包括其的电子产品通过充放电判断控制模块直接比较电源端口的电压与电源输出端的电压，并根据比较结果控制电源端口与电源输入端连通或者与电源输出端连通，实现基于USB接口的充放电切换电路及包括其的电子产品与充电电源连接时为从设备，即实现电源端口电压大于电源输出端电压时为充电电池充电；基于USB接口的充放电切换电路及包括其的电子产品与用电设备连接时为主设备，实现电源端口电压小于电源输出端电压时放电，即为用电设备供电。通过简单的电压判断实现主从设备的切换，减少专用芯片的使用，降低成本且缩小体积，满足市场需要。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所提出的一种基于USB接口的充放电切换电路的一种实施例的电路功能模块连接示意图；

图2是图1中的一种基于USB接口的充放电切换电路的一种实施例的电路连接示意图；

图3是图1中的一种基于USB接口的充放电切换电路的一种实施例的电路连接示意图。

图中，

1、充电电路模块；2、充放电判断控制模块； BA、充电电池；CN1、第一连接接口；U1、充电芯片；VCC、电源输入端；VBAT、电源输出端；D1、二极管；D2、PMOS管；D3、PNP三极管；R1、第一电阻。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中至始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1、图2、图3，本实用新型的一种基于USB接口的充放电切换电路包括充电电路模块1、充放电判断控制模块2、第一连接接口CN1。

充电电路模块1包括电源输入端VCC、电源输出端VBAT，分别用于向充电电路模块1输入电源及由充电电路模块1向外输出电源；第一连接接口CN1包括电源端口。

电源输出端VBAT用于与充电电池BA连接；电源输出端VBAT的输出电源为充电电池BA充电。

充放电判断控制模块2分别与电源输入端VCC、电源输出端VBAT、电源端口连接，比较电源端口的电压与电源输出端VBAT的电压，并根据比较结果控制电源端口与电源输出端VBAT连接或与电源输入端VCC连接。

当电源端口的电压大于电源输出端VBAT的电压时，满足为充电电池BA充电的条件，控制电源端口与电源输入端VCC连通，与电源输出端VBAT断开；电源端口的电压通过充电电路模块1的电源输入端VCC输入，并由电源输出端VBAT输出为充电电池BA充电。

当电源端口的电压小于电源输出端VBAT的电压时，满足电源输出端VBAT的电压为外部设备供电的条件，控制电源端口与电源输出端VBAT连通，与电源输入端VCC断开。电源输出端VBAT即充电电池BA正极通过电源端口与外部用电设备连接，为外部用电设备供电。

本实用新型还公开一种电子产品，其包括充电电池及上述的基于USB接口的充放电切换电路。

本实用新型的基于USB接口的充放电切换电路及电子产品通过充放电判断控制模块2直接比较电源端口的电压与电源输出端VBAT的电压，并根据比较结果控制电源端口与电源输入端VCC连通或者与电源输出端VBAT连通，实现基于USB接口的充放电切换电路及包括其的电子产品与充电电源连接时为从设备，即实现电源端口电压大于电源输出端VBAT电压时为充电电池BA充电；基于USB接口的充放电切换电路及包括其的电子产品与用电设备连接时为主设备，实现电源端口电压小于电源输出端VBAT电压时放电，即为用电设备供电。通过简单的电压判断实现主从设备的切换，降低成本。

根据本申请的一些实施例，参照图2，充放电判断控制模块2包括PMOS管D2、二极管D1；PMOS管D2的源极与电源端口、二极管D1的负极连接；PMOS管D2的栅极与电源输出端VBAT、二极管D1的正极连接；PMOS管D2的漏极与电源输入端VCC连接。

当电源端口电压大于电源输出端VBAT的电压时，即电源端口电压大于充电电池BA正极电压时，PMOS管D2的源极电压大于栅极电压，PMOS管D2的源极与漏极连通，即电源端口与电源输入端VCC连通；此时，二极管D1的正极电压小于负极电压，所以二极管D1不导通，即电源端口与电源输出端VBAT断开。实现为充电电池BA充电。

当电源端口电压小于电源输出端VBAT的电压时，即电源端口电压小于充电电池BA正极电压时，PMOS管D2的源极电压小于栅极电压，PMOS管D2的源极与漏极不连通，即电源端口与电源输入端VCC断开；此时，二极管D1的正极电压大于负极电压，所以二极管D1导通，即电源端口与电源输出端VBAT连通。实现为外部设备供电。

电子产品的实施例包括上述的充放电切换电路。

本实施例的基于USB接口的充放电切换电路及电子产品通过简单的PMOS管D2及二极管D1实现充放电判断控制模块2的功能，电路简单，成本低。

另外，PMOS管D2导通时分压低，减少电压损失，从而提高充电效率。

根据本申请的一些实施例，参照图2，充放电判断控制模块2还包括第一电阻R1；PMOS管D2的源极通过第一电阻R1与二极管D1的负极连接。即，PMOS管D2的源极和电源端口的公共端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与二极管D1的负极连接。

电子产品的实施例包括上述的充放电切换电路。

本实施例的基于USB接口的充放电切换电路及电子产品当电源端口的电压小于电源输出端VBAT的电压时，二极管D1导通，电源输出端VBAT即充电电池BA向外供电；第一电阻R1串联于供电电路上，与二极管D1串联，为二极管D1限流，保护二极管D1，提高充放电判断控制模块2的可靠性，进而提高基于USB接口的充放电切换电路的稳定性及可靠性。

根据本申请的一些实施例，参照图3，充放电判断控制模块2包括PNP三极管D3、二极管D1；PNP三极管D3的发射极与电源端口、二极管D1的负极连接；PNP三极管D3的基极与电源输出端VBAT、二极管D1的正极连接；PNP三极管D3的集电极与电源输入端VCC连接。

当电源端口电压大于电源输出端VBAT的电压时，即电源端口电压大于充电电池BA正极电压时，PNP三极管D3的发射极电压大于基极电压，PNP三极管D3的发射极与集电极连通，即电源端口与电源输入端VCC连通；此时，二极管D1的正极电压小于负极电压，所以二极管D1不导通，即电源端口与电源输出端VBAT断开。实现为充电电池BA充电。

当电源端口电压小于电源输出端VBAT的电压时，即电源端口电压小于充电电池BA正极电压时，PNP三极管D3的发射极电压小于基极电压，PNP三极管D3的发射极与集电极不连通，即电源端口与电源输入端VCC断开；此时，二极管D1的正极电压大于负极电压，所以二极管D1导通，即电源端口与电源输出端VBAT连通。实现为外部设备供电。

电子产品的实施例包括上述的充放电切换电路。

本实施例的基于USB接口的充放电切换电路及电子产品通过简单的PNP三极管D3及二极管D1实现充放电判断控制模块2的功能，电路简单，成本低。

根据本申请的一些实施例，参照图3，充放电判断控制模块2还包括第一电阻R1；PNP三极管D3的发射极通过第一电阻R1与二极管D1的负极连接。即，PNP三极管D3的发射极和电源端口的公共端与第一电阻R1的一端连接；第一电阻R1的另一端与二极管D1的负极连接。

电子产品的实施例包括上述的充放电切换电路。

本实施例的基于USB接口的充放电切换电路及电子产品当电源端口的电压小于电源输出端VBAT的电压时，二极管D1导通，电源输出端VBAT即充电电池BA向外供电；第一电阻R1串联于供电电路上，与二极管D1串联，为二极管D1限流，保护二极管D1，提高充放电判断控制模块2的可靠性，进而提高基于USB接口的充放电切换电路的稳定性及可靠性。

当然，充放电判断控制模块2中的PMOS管D2或PNP三极管D3也可以用其他的元件或模块替代，只要实现电源端口的电压大于电源输出端VBAT的电压时连通电源端口与电源输入端VCC，电源端口的电压小于电源输出端VBAT的电压时断开电源端口与电源输入端VCC的功能即属于本申请的保护范围。

根据本申请的一些实施例，参照图1、图2、图3，第一连接接口CN1为Type-C USB 母口；第二连接接口CN2为Type-C USB公口；电源端口为第一连接接口CN1的VBUS端口。

当然，第一连接接口CN1也可为Type-C USB公口或其他类型的USB接口的公口或母口；第二连接接口CN2也可为Type-C USB 母口或其他类型的USB接口的母口或公口，实现与第一连接接口CN1连接及脱离。

根据本申请的一些实施例，参照图1、图2、图3，充电电路模块1为充电芯片U1；充电芯片U1优选型号为LTC4054。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于USB接口的充放电切换电路，其特征在于，包括充电电路模块、充放电判断控制模块、第一连接接口；

所述充电电路模块包括电源输入端、电源输出端，分别用于输入电源及输出电源；所述第一连接接口为USB接口，包括电源端口；

所述电源输出端用于与充电电池连接；所述充放电判断控制模块分别与所述电源输入端、所述电源输出端、所述电源端口连接，比较所述电源端口的电压与所述电源输出端的电压；且当所述电源端口的电压大于所述电源输出端的电压时，使所述电源端口与所述电源输入端连通，与所述电源输出端断开；当所述电源端口的电压小于所述电源输出端的电压时，使所述电源端口与所述电源输出端连通，与所述电源输入端断开。

2.根据权利要求1所述的基于USB接口的充放电切换电路，其特征在于，所述充放电判断控制模块包括PMOS管、二极管；所述PMOS管的源极与所述电源端口、所述二极管的负极连接；所述PMOS管的栅极与所述电源输出端、所述二极管的正极连接；所述PMOS管的漏极与所述电源输入端连接。

3.根据权利要求2所述的基于USB接口的充放电切换电路，其特征在于，所述充放电判断控制模块还包括第一电阻；所述PMOS管的源极通过所述第一电阻与所述二极管的负极连接。

4.根据权利要求1所述的基于USB接口的充放电切换电路，其特征在于，所述充放电判断控制模块包括PNP三极管、二极管；所述PNP三极管的发射极与所述电源端口、所述二极管的负极连接；所述PNP三极管的基极与所述电源输出端、所述二极管的正极连接；所述PNP三极管的集电极与所述电源输入端连接。

5.根据权利要求4所述的基于USB接口的充放电切换电路，其特征在于，所述充放电判断控制模块还包括第一电阻；所述PNP三极管的发射极通过所述第一电阻与所述二极管的负极连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于USB接口的充放电切换电路，其特征在于，所述第一连接接口为Type-C USB 母口；所述电源端口为所述第一连接接口的VBUS端口。

7.根据权利要求1至5任一项所述的基于USB接口的充放电切换电路，其特征在于，所述充电电路模块为充电芯片LTC4054。

8.一种电子产品，其特征在于，包括充电电池及权利要求1至7任一项所述的基于USB接口的充放电切换电路；

所述充放电切换电路包括充电电路模块、充放电判断控制模块、第一连接接口；

所述充电电路模块包括电源输入端、电源输出端，分别用于输入电源及输出电源；所述第一连接接口为USB接口，包括电源端口；

所述充电电池与所述电源输出端连接。

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