CN218183058U

CN218183058U - 一种单接口兼容输入输出的供电电路和供电系统

Info

Publication number: CN218183058U
Application number: CN202222623232.5U
Authority: CN
Inventors: 陈超; 廖金凤; 余森波; 严云龙
Original assignee: Hunan Beyond Medical Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Beyond Medical Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2032-09-30

Abstract

本实用新型提供了一种单接口兼容输入输出的供电电路和供电系统，涉及电力电子技术领域。本实用新型提供的单接口兼容输入输出的供电电路包括输入支路、输出支路和USB接口；所述输入支路包括依次电连接的滤波单元、降噪单元和充电控制单元；所述输出支路包括第一二极管；所述第一二极管的负极与所述USB接口的第一引脚电连接。本实用新型提供的单接口兼容输入输出的供电电路通过PMOS管的开关作用，实现了电信号的输入；通过二极管单向导通的特性，实现了电信号的输出。使用一个USB接口同时实现了电信号输入和输出的效果，减少了接口的使用，节省空间的同时通过滤波单元、降噪单元、保护单元增加了静电防护的效果。

Description

一种单接口兼容输入输出的供电电路和供电系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种单接口兼容输入输出的供电电路和供电系统。

背景技术

在各类电子设备中，需要兼具供电输入和供电输出。例如，当需要读取U盘数据时，需要对U盘供电；而当设备需要充电或供电时，又需要外接电源进行供电。现有的设计中，一般分别采用两个USB2.0接口或USB3.0接口实现两种功能。例如，充电宝采用的是USB2.0接口作为供电输出端，Micro USB作为供电输入端。而两个USB接口的设计会占用比较大的空间，同时也会造成USB引脚资源的浪费，在生产成本上也较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单接口兼容输入输出的供电电路，能够使用一个USB接口同时实现电信号的输入和输出。

本实用新型提供一种技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种单接口兼容输入输出的供电电路，所述供电电路包括输入支路、输出支路和USB接口；

所述输入支路包括滤波单元、降噪单元和充电控制单元；

所述滤波单元的第一端与所述降噪单元的第一端电连接，所述滤波单元的第二端与PCB内部地电连接；

所述降噪单元的第二端与所述充电控制单元的第一端电连接；所述充电控制单元的第二端与所述PCB内部地电连接；

所述充电控制单元的第三端与所述USB接口的第一引脚电连接；

所述输出支路包括第一二极管；

所述第一二极管的负极与所述USB接口的第一引脚电连接。

在一实施方式中，所述滤波单元包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容并联于第一结点和第二结点；

所述第一结点为所述滤波单元的第一端，所述第二结点为所述滤波单元的第二端。

在一实施方式中，所述降噪单元包括磁珠，所述磁珠的第一端为所述降噪单元的第一端，所述磁珠的第二端为所述降噪单元的第二端。

在一实施方式中，所述充电控制单元包括PMOS管、稳压二极管和分压电阻；

所述PMOS管的漏极与所述降噪单元的第二端电连接；

所述PMOS管的栅极与所述稳压二极管的负极电连接；

所述稳压二极管的正极与所述PCB内部地电连接；

所述分压电阻的第一端与所述PMOS管的栅极电连接，所述分压电阻的第二端与所述PMOS管的源极电连接；

所述PMOS管的漏极为所述充电控制单元的第一端；所述稳压二极管的正极为所述充电控制单元的第二端；所述PMOS管的源极为所述充电控制单元的第三端。

在一实施方式中，所述输入支路还包括第一保护单元；

所述第一保护单元的第一端与所述充电控制单元的第三端电连接；

所述第一保护单元的第二端与USB金属地电连接。

在一实施方式中，所述第一保护单元为第一瞬态抑制二极管，所述第一瞬态抑制二极管的第一端为所述第一保护单元的第一端，所述第一瞬态抑制二极管的第二端为所述第一保护单元的第二端。

在一实施方式中，所述输出支路还包括第二保护单元和第三电容；

所述第二保护单元的第一端与所述第一二极管的正极电连接，所述第二保护单元的第二端与所述PCB内部地电连接；

所述第三电容的第一端与所述第一二极管的负极电连接，所述第三电容的第二端与USB金属地电连接。

在一实施方式中，所述第二保护单元为第二瞬态抑制二极管，所述第二瞬态抑制二极管的第一端为所述第二保护单元的第一端，所述第二瞬态抑制二极管的第二端为所述第二保护单元的第二端。

在一实施方式中，所述供电电路还包括隔离电阻；

所述隔离电阻的第一端与所述PCB内部地电连接；

所述隔离电阻的第二端与USB金属地电连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种供电系统，所述供电系统包括电子设备、外接负载和如第一方面所述的单接口兼容输入输出的供电电路；

所述电子设备与所述供电电路电连接；

所述供电电路经由所述USB接口与所述外接负载电连接。

本实用新型提供的单接口兼容输入输出的供电电路的有益效果是：

本实用新型提供的供电电路包括输入支路、输出支路和USB接口；所述输入支路包括滤波单元、降噪单元和充电控制单元；所述滤波单元的第一端与所述降噪单元的第一端电连接，所述滤波单元的第二端与PCB内部地电连接；所述降噪单元的第二端与所述充电控制单元的第一端电连接；所述充电控制单元的第二端与所述PCB内部地电连接；所述充电控制单元的第三端与所述USB接口的第一引脚电连接；所述输出支路包括第一二极管；所述第一二极管的负极与所述USB接口的第一引脚电连接。通过二极管单向导通的特性，以及PMOS管的开关作用，使用一个USB接口同时实现电信号输入和输出的效果，减少了接口的使用，节省空间的同时增加了静电防护的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的单接口兼容输入输出的供电电路的一电路示意图。

图2为本实用新型实施例提供的单接口兼容输入输出的供电电路的另一电路示意图。

图标：110-输入支路；120-输出支路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。

实施例1

随着全球医疗器械产业的迅速发展，人们对医疗器械产品的认知越来越多，对每种医疗器械的功能需求越来越集中化。结合消费电子产品的发展趋势及理念，医疗器械产品的发展逐渐追求产品体积小、功能齐全。对于各类医疗器械，通常会设置USB接口用于读取U盘、移动硬盘等外接设备的数据，在读取时需要对外接设备供电。而一些医疗器械也需要通过USB接口为其充电或供电。

现有的设计一般是采用两个USB接口实现向外接设备供电和通过外界电源为医疗器械供电两个功能。但是两个USB接口的设计会占用比较大的PCB空间，也会增大医疗器械本身的体积；同时，两个USB接口引脚数量多，但是不会都投入使用，造成了引脚资源的浪费；此外，从生产制造角度来看，用两个USB接口在生产成本上也增加了不少。

因此，本实施例只采用一个接口，实现兼容输入输出的功能。具体地，请参阅图1，图1为本实施例提供的单接口兼容输入输出的供电电路的一电路示意图。

所述供电电路包括输入支路110、输出支路120和USB接口J1；

此处的输入支路110代表的是向医疗设备供电时，对医疗设备输入电信号的支路；而输出支路120代表的则是当医疗设备读取外接设备的数据，需要对外接设备供电时，对外接设备输出电信号的支路。USB接口J1，用于和外界传输电信号和数据。

所述输入支路包括滤波单元、降噪单元和充电控制单元；

所述滤波单元的第一端与所述降噪单元的第一端电连接，所述滤波单元的第二端与PCB内部地电连接；所述降噪单元的第二端与所述充电控制单元的第一端电连接；所述充电控制单元的第二端与所述PCB内部地电连接；所述充电控制单元的第三端与所述USB接口J1的第一引脚电连接；

在图一中，标有GND的是PCB板统一设置的PCB内部地。标有DGND的是USB金属地，即外界可以触摸到的USB接口J1的金属外壳。PCB内部地和USB金属地需要隔离，具体的隔离方式详见下文。

在一实施方式中，所述滤波单元包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1和所述第二电容C2并联于第一结点和第二结点；所述第一结点为所述滤波单元的第一端，所述第二结点为所述滤波单元的第二端。

在输入电信号流经输入支路110的过程中，第一电容C1、第二电容C2可以吸收较大的电源纹波，去除干扰信号，起到了滤波作用，使得输入电信号更为稳定。

在一实施方式中，所述降噪单元包括磁珠FB1，所述磁珠FB1的第一端为所述降噪单元的第一端，所述磁珠FB1的第二端为所述降噪单元的第二端。在输入支路110中，磁珠主要起到了抑制高频噪声和尖峰干扰，吸收静电脉冲的作用，根据实际的应用场景，磁珠可以为一个高频电阻或高损耗电感，具体型号在此不做限定。

在一实施方式中，所述充电控制单元包括PMOS管Q1、稳压二极管D2和分压电阻R1；所述PMOS管Q1的漏极D与所述降噪单元的第二端电连接；所述PMOS管Q1的栅极G与所述稳压二极管D2的负极电连接；所述稳压二极管D2的正极与所述PCB内部地电连接；所述分压电阻R1的第一端与所述PMOS管Q1的栅极G电连接，所述分压电阻R1的第二端与所述PMOS管Q1的源极S电连接；

当输入电信号流经分压电阻R1时，PMOS管Q1的栅极G和源极S之间存在电压，PMOS管Q1开通，输入支路110随之导通，输入电信号可以到达DC端。稳压二极管D2串联在PMOS管Q1和PCB内部地之间，用于保护PMOS管Q1遇到故障时，不被高电流击穿；此外，合适型号的稳压二极管还可以防止输出支路120的电流直接流入输入支路110。此处稳压二极管还起到了PMOS管Q1的开关调节器的作用。

所述PMOS管Q1的漏极D为所述充电控制单元的第一端；所述稳压二极管D2的正极为所述充电控制单元的第二端；所述PMOS管Q1的源极S为所述充电控制单元的第三端。

在一实施方式中，所述输入支路还包括第一保护单元；所述第一保护单元的第一端与所述充电控制单元的第三端电连接；所述第一保护单元的第二端与USB金属地电连接。

在一实施方式中，所述第一保护单元为第一瞬态抑制二极管D3，所述第一瞬态抑制二极管D3的第一端为所述第一保护单元的第一端，所述第一瞬态抑制二极管D3的第二端为所述第一保护单元的第二端。

瞬态抑制二极管用来保护滤波单元和充电控制单元中的电子元件免受由静电和电源波动引起的意外过电压和浪涌的影响。当电路正常工作时，TVS二极管处于OFF状态，只消耗一定的漏电流。当被施加了浪涌等过电压时，TVS二极管会变为ON状态，并且TVS侧会消耗脉冲电流，从而钳制过电压并保护后段的电子元件。

所述输出支路120包括第一二极管D1；所述第一二极管D1的负极与所述USB接口J1的第一引脚电连接。利用二极管正向导通，反向截止的特性，当医疗器械为外接设备供电时，输出电信号流经输出支路120时第一二极管D1导通。反之，外接电信号无法经由输出支路120流向VCC。

在一实施方式中，所述输出支路120还包括第二保护单元和第三电容C3；

所述第二保护单元的第一端与所述第一二极管D1的正极电连接，所述第二保护单元的第二端与所述PCB内部地电连接；所述第三电容C3的第一端与所述第一二极管D1的负极电连接，所述第三电容C3的第二端与USB金属地电连接。

在一实施方式中，所述第二保护单元为第二瞬态抑制二极管D4，所述第二瞬态抑制二极管D4的第一端为所述第二保护单元的第一端，所述第二瞬态抑制二极管D4的第二端为所述第二保护单元的第二端。第二瞬态抑制二极管D4用于保护第一二极管D1和第三电容C3。第二瞬态抑制二极管D4的工作原理同第一瞬态抑制二极管D3，在此不再赘述。第三电容C3在此也起到了滤波作用。

在一实施方式中，所述供电电路还包括隔离电阻R2，请参见图2；

所述隔离电阻R2的第一端与所述PCB内部地电连接；所述隔离电阻R2的第二端与USB金属地电连接。

在本实施例中，单接口兼容输入输出的供电电路以插入或焊接的形式设置在PCB板上，而PCB板的工作环境与USB接口J1对应的外界环境可能会存在互相干扰，因此，需要设置一个隔离电阻R2将PCB内部地和USB金属地进行隔离，减少相互之间的干扰。

在一实施方式中，USB接口J1包括6个引脚，USB接口J1的第一引脚，代表电源信号脚VBUS。第二引脚，代表数据线负极D-，第三引脚，代表数据线正极D+；通常这两个引脚是悬空的。第四引脚代表地线GND。第五引脚SH1、第六引脚SH2用于控制数据的传输，在一实施方式中，第四引脚、第五引脚、第六引脚都与USB金属地电连接。

本实施例提供的单接口兼容输入输出的供电电路，通过二极管单向导通的特性，以及PMOS管的开关作用，实现使用一个USB接口同时实现电信号输入和输出的效果；供电电路由常用的分立电子元件搭建而成，安全可靠、成本较低，同时减少了接口的使用，有效的增加了PCB板的布局空间，也节省了医疗器械整体的空间布局，使得外观也更加简洁、整体，同时增加了静电防护的效果。

实施例2

本实施例提供了一种供电系统，所述供电系统包括所述供电系统包括电子设备、外接负载和如实施例1所述的单接口兼容输入输出的供电电路；所述电子设备与所述供电电路电连接；所述供电电路经由所述USB接口与所述外接负载电连接。

本实施例提供的供电系统可以实现实施例1所述的单接口兼容输入输出的供电电路的功能，为避免重复，在此不再赘述。

本实施例提供的供电系统，通过二极管单向导通的特性，以及PMOS管的开关作用，实现使用一个USB接口同时实现电信号输入和输出的效果；供电电路由常用的分立电子元件搭建而成，安全可靠、成本较低，同时减少了接口的使用，有效的增加了PCB板的布局空间，也节省了医疗器械整体的空间布局，使得外观也更加简洁、整体，同时增加了静电防护的效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述供电电路包括输入支路、输出支路和USB接口；

所述输入支路包括滤波单元、降噪单元和充电控制单元；

所述输出支路包括第一二极管；

所述第一二极管的负极与所述USB接口的第一引脚电连接。

2.根据权利要求1所述的单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述滤波单元包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容并联于第一结点和第二结点；

3.根据权利要求1所述的单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述降噪单元包括磁珠，所述磁珠的第一端为所述降噪单元的第一端，所述磁珠的第二端为所述降噪单元的第二端。

4.根据权利要求1所述的单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述充电控制单元包括PMOS管、稳压二极管和分压电阻；

所述PMOS管的漏极与所述降噪单元的第二端电连接；

所述PMOS管的栅极与所述稳压二极管的负极电连接；

所述稳压二极管的正极与所述PCB内部地电连接；

5.根据权利要求1所述的单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述输入支路还包括第一保护单元；

所述第一保护单元的第二端与USB金属地电连接。

6.根据权利要求5所述的单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述第一保护单元为第一瞬态抑制二极管，所述第一瞬态抑制二极管的第一端为所述第一保护单元的第一端，所述第一瞬态抑制二极管的第二端为所述第一保护单元的第二端。

7.根据权利要求1所述的单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述输出支路还包括第二保护单元和第三电容；

8.根据权利要求7所述的单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述第二保护单元为第二瞬态抑制二极管，所述第二瞬态抑制二极管的第一端为所述第二保护单元的第一端，所述第二瞬态抑制二极管的第二端为所述第二保护单元的第二端。

9.根据权利要求1所述的单接口兼容输入输出的供电电路，其特征在于，所述供电电路还包括隔离电阻；

所述隔离电阻的第一端与所述PCB内部地电连接；

所述隔离电阻的第二端与USB金属地电连接。

10.一种供电系统，其特征在于，所述供电系统包括电子设备、外接负载和如权利要求1至9中任一项所述的单接口兼容输入输出的供电电路；

所述电子设备与所述供电电路电连接；

所述供电电路经由所述USB接口与所述外接负载电连接。