CN218386845U - 供电控制电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及电子技术领域，公开了一种供电控制电路和电子设备。本申请的控制电路包括：充电模块和储能元件；充电模块的第一输入端接入输入电流、第二输入端接入充电控制信号、输出端连接所述储能元件的第一端，用于根据所述充电控制信号，采用所述输入电流为所述储能元件进行充电，或者采用限流后的所述输入电流为所述储能元件进行充电；储能元件的所述第一端连接外接第一电源模块，第二端接地，用于为外接的第一电源模块提供用电电流。控制为用电器件进行供电的电源模块所产生的峰值电流，使得峰值电流满足接口电路的接口标准要求，从而保证电子设备的接口既能进行数据通信又能进行供电。

Description

供电控制电路和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及电子技术领域，特别涉及一种供电控制电路和电子设备。

背景技术

为了获取符合要求的图像，USB接口的图像采集设备大多具备大功率补光功能，该设备在使用时会产生较高的峰值电流，这种峰值电流不符合标准USB接口要求，很容易使USB接口的图像采集设备工作异常甚至不工作，因此无法使用USB接口对具备大功率补光功能的图像采集设备进行供电。

为了解决这一问题，目前常采用的方法是为USB接口的图像采集设备单独设计一个电源供电接口满足设备的稳定运行，USB接口仅负责数据通信，单独的电源供电接口负责供电。但该方法线路设计复杂、成本高，且多一个电源接口不利于设备集成和实施。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种供电控制电路和电子设备，控制为用电器件进行供电的电源模块所产生的峰值电流，使得峰值电流满足接口电路的接口标准要求，从而保证电子设备的接口既能进行数据通信又能进行供电。

为解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种供电控制电路，包括：充电模块和储能元件；所述充电模块的第一输入端接入输入电流、第二输入端接入充电控制信号、输出端连接所述储能元件的第一端，用于根据所述充电控制信号，采用所述输入电流为所述储能元件进行充电，或者采用限流后的所述输入电流为所述储能元件进行充电；所述储能元件的所述第一端连接外接第一电源模块，第二端接地，用于为外接的第一电源模块提供用电电流。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：如上实施例所述的供电控制电路，以及接口电路、第一电源模块和用电器件；所述接口电路的电能输出端与所述供电控制电路的第一输入端连接，用于为所述供电控制电路提供输入电流；所述供电控制电路用于根据所述第一电源模块所对应的用电器件的主控制器发出的充电控制信号，采用所述输入电流作为所述第一电源模块的用电电流，或者采用限流后的所述输入电流作为所述第一电源模块的用电电流；所述第一电源模块用于为所述用电器件提供用电电流。

本申请实施例提供的供电控制电路和电子设备，通过充电控制信号控制充电模块选择输入电流为储能元件进行充电或选择限流后的输入电流为储能元件进行充电，而储能元件用于为外接的第一电源模块提供用电电流。也就是说，通过充电控制信号来为储能元件选择合适的充电电流，当第一电源模块需要进行大电流供电时，由输入电流为储能元件进行快速充电，当第一电源模块不需要进行大电流供电时，由限流后的输入电流为储能元件进行充电，利用储能元件的充放电特性，可以对第一电源模块产生的较大的脉冲式峰值电流进行滤波，避免峰值电流对电路造成的损害，同时通过储能方式使得第一电源模块的输出更加均匀。

另外，充电模块包括：并联在所述充电模块的所述第一输入端和所述输出端的第一输电支路和第二输电支路；所述第一输电支路上设置有限流元件，所述第二输电支路上设置有第一开关元件；所述第一开关元件的控制端接入所述充电控制信号，用于根据所述充电控制信号控制所述第二输电支路导通或断开。本申请通过充电控制信号控制第一开关元件导通或关闭，当第一开关元件导通时第二输电支路导通，输入电流通过第二输电支路为储能元件进行充电，当第一开关元件关闭时，第二输电支路断开，输入电流通过设置有限流元件的第一输电支路为储能元件进行充电。

另外，充电控制信号由所述第一电源模块所对应的用电器件的主控制器经通用输入输出接口发送至所述充电模块的所述第二输入端。本申请的用电器件在工作状态时，用电器件的主控制器经通用输入输出接口发送充电控制信号给充电模块以控制输入电流为储能元件进行充电，用电器件在关闭状态时，用电器件的主控制器经通用输入输出接口发送充电控制信号给充电模块以控制限流后的输入电流为储能元件进行充电。

另外，控制电路还包括：信号转换模块，所述信号转换模块的输入端连接所述通用输入输出接口，输出端连接所述充电模块的所述第二输入端；所述信号转换模块用于将控制所述第二输电支路导通的所述充电控制信号转换为控制所述第一开关元件导通的第一控制信号，和将控制所述第二输电支路断开的所述充电控制信号转换为控制所述第一开关元件关闭的第二控制信号。本申请通过信号转换模块将充电控制信号转换为控制第一开关元件导通或关闭的第一控制信号或第二控制信号，同时防止第一开关元件导通时，输入电流经通用输入输出接口倒灌至主控制器。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请实施例提供的供电控制电路的结构示意图一；

图2是本申请实施例提供的供电控制电路的电路图；

图3是本申请实施例提供的供电控制电路的结构示意图二；

图4是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图一；

图5是本申请实施例提供的电子设备中接口电路的电路图；

图6是本申请实施例提供的电子设备中第一电源模块的电路图；

图7是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图二；

图8是本申请实施例提供的电子设备中滤波电路的电路图；

图9是本申请实施例提供的电子设备中过压过流保护电路的电路图；

图10是本申请实施例提供的电子设备中第二电源模块的电路图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本申请的实施例涉及一种供电控制电路，如图1所示，具体包括：充电模块101和储能元件102。

其中，充电模块101的第一输入端接入输入电流、第二输入端接入充电控制信号、输出端连接储能元件102的第一端，用于根据充电控制信号，采用输入电流为储能元件102进行充电，或者采用限流后的输入电流为储能元件进行充电；储能元件102的第一端连接外接第一电源模块(参考图4中203)，第二端接地，用于为外接的第一电源模块提供用电电流。

具体地，当第一电源模块为所连接的用电器件进行大电流供电时(比如：用电器件处于工作状态时)，充电模块101通过充电控制信号选择输入电流为储能元件102进行快速充电，以使储能元件102短时间内积累形成大电流并为第一电源模块提供稳定的用电电流，当第一电源模块为所连接的用电器件不进行大电流供电时(比如：用电器件中处于关闭状态)，充电模块101通过充电控制信号选择限流后的输入电流为储能元件102进行充电，此时由于充电电流很小，基本不会造成太多电能消耗，这样可以保证第一电源模块只有在需要进行大电流供电时储能元件102才会积累产生较高的用电电流提供给第一电源模块，进而实现为用电器件供电。

需要说明的是，在充电模块101接入输入电流的瞬间或者用电器件开始工作瞬间(尤其是大功率用电器件)，都会产生瞬间的大电流，即峰值电流，而这种峰值电流一般都不符合为供电控制电路提供输入电流的接口电路(如USB接口电路)的电流要求，此时很容易造成用电器件工作异常或不工作。基于此，本申请提供的供电控制电路，只有当第一电源模块需要为用电器件进行供电时，充电模块101才会使用大电流(输入电流)为储能元件102进行快速充电，储能元件102即可为第一电源模块提供较大的电流，利用储能元件102的充放电特性，可以对第一电源模块产生的较大的脉冲式峰值电流进行滤波，避免长时间或持续的峰值电流对电路造成的损害。当第一电源模块不需要为用电器件进行供电时，充电模块101使用小电流(限流后的输入电流)为储能元件102进行充电，由于充电电流很小，基本不会造成太多电能消耗。

在一实施例中，充电模块101包括：并联在充电模块101的第一输入端和输出端的第一输电支路和第二输电支路；第一输电支路上设置有限流元件，第二输电支路上设置有第一开关元件；第一开关元件的控制端接入充电控制信号，用于根据充电控制信号控制第二输电支路导通或断开。

另外，储能元件102为法拉电容，所述法拉电容的一端连接在充电模块101的输出端，另一端接地。

具体地，限流元件可以为电阻，第一开关元件可以为MOS管，电阻和MOS管并联在充电模块101的第一输入端和输出端之间。当然限流元件的数量和阻值在此不做限制，可以只使用一个大阻值的电阻，也可以将多个小电阻并联使用，第一开关元件除了MOS管外，也可以使用其他具有开关特性的电子元件。以如图2所示的充电模块101为例，限流元件包括电阻R6、电阻R7，第一开关元件为P沟道增强型MOS管Q1，储能元件102为大能量的法拉电容C11。MOS管Q1的源极分别连接电阻R6、电阻R7的一端(第一输入端)，漏极分别连接电阻R6和电阻R7的另一端(输出端)，栅极(第二输入端)接入充电控制信号，法拉电容C11一端接输出端，另一端接地。

当充电控制信号提供的电压使栅源电压(栅极和源极之间的电压)大于等于阈值电压时，MOS管导通，第二输电支路导通，输入电流通过第二输电支路为C11充电。当充电控制信号提供的电压使栅源电压小于阈值电压时，MOS管不导通，第二输电支路断开，输入电流通过R6、R7所组成的第一输电支路为C11进行充电。

进一步地，充电控制信号由第一电源模块所对应的用电器件的主控制器经通用输入输出接口发送至充电模块101的第二输入端。具体地说，当用电器件开始工作时，用电器件的主控制器经通用输入输出接口(GPIO)发送充电控制信号(高电平)至充电模块101的第二输入端(MOS管Q1的栅极)，使MOS管Q1导通；当用电期间由工作状态切换为关闭状态时，主控制器经GPIO发送充电控制信号(低电平)至充电模块101的第二输入端(MOS管Q1的栅极)，使MOS管Q1关闭。

此外，供电控制电路还包括信号转换模块103，如图3所示，信号转换模块103的输入端连接通用输入输出接口，输出端连接充电模块101的第二输入端；信号转换模块103用于将控制第二输电支路导通的充电控制信号转换为控制所述第一开关元件导通的第一控制信号，和将控制第二输电支路断开的充电控制信号转换为控制第一开关元件关闭的第二控制信号。

本实施例中，主控制器发送的充电控制信号经通用输入输出接口传输至信号转换模块103的输入端，信号转换模块103利用充电控制信号转换后的第一控制信号，控制第一开关元件导通，和利用充电控制信号转换后的第二控制信号，控制第一开关元件关闭。除了信号转换的功能外，信号转换模块103的另一功能是还可以在第一开关元件导通时，防止大电流(输入电流)经通用输入输出接口倒灌至主控制器，保护主控制器不受大电流损害。

具体地，如图2所示，信号转换模块103包括：三极管Q2、第一电阻R11、第二电阻R10和第一电容C14；三极管Q2的集电极与第一开关元件Q1的控制端连接，发射极接地，基极分别连接第一电阻R11和第二电阻R10的一端；第一电阻R11的另一端接地，第二电阻R10的另一端分别连接信号转换模块103的输入端和第一电容C14的一端，第一电容C14的另一端接地。

在如图2所示的例子中，三极管Q2为NPN型，当充电控制信号提供的电压使基极和发射极之间的电压差大于导通阈值，且集电极电压大于基极电压时，三极管Q2导通，此时MOS管Q1也导通；当基极电压小于发射极电压且集电极电压大于基极电压时，三极管Q2截止，此时MOS管Q1也关闭。可以理解的是，若充电模块101没有连接信号转换模块103，直接以导线连接到通用输入输出接口，当MOS管导通时，输入电流很可能经MOS管和通用输入输出接口倒灌至主控制器，造成主控制器工作异常，因此，通过包括三极管、电阻和电容的信号转换模块103可以有效防止电流倒灌。

本申请的另一实施例涉及一种电子设备，如图4所示，包括：如上所述的供电控制电路202以及接口电路201、第一电源模块203和用电器件204；

其中，接口电路201的电能输出端与供电控制电路的第一输入端连接，用于为供电控制电路提供输入电流；供电控制电路用于根据第一电源模块203所对应的用电器件204的主控制器发出的充电控制信号，采用输入电流作为第一电源模块203的用电电流，或者采用限流后的输入电流作为第一电源模块203的用电电流；第一电源模块203用于为用电器件204提供用电电流。

本实施例中，若电子设备为图像采集设备，用电器件204为大功率补光灯，则在拍摄图像过程中，大功率补光灯可能随时开启随时关闭，则在大功率补光灯开启时，供电控制电路采用大电流(输入电流)为其内部的储能元件进行快速充电，以用来为大功率补光灯提供稳定的用电电流，在大功率补光灯关闭时，供电控制电路采用小电流(限流后的输入电流)为储能元件补充电能，由于充电电流很小，基本不会造成太多电能消耗。整个过程是一种边充电边工作的使用过程。

本实施例提供的电子设备包括依次连接的接口电路201、供电控制电路、第一电源模块203和用电器件204，供电控制电路利用储能元件的充放电特性对第一电源模块203产生的较大的脉冲式峰值电流进行滤波，以此来控制脉冲式峰值电流的大小，使接口电路201上的峰值电流满足接口标准要求，解决峰值电流过大导致电子设备不工作的问题。整个电路可以使电子设备的接口既具有数据通信功能，又能进行供电，无需单独的电源接口，易于设备集成和实施。

本实施例中，供电控制电路的具体电路细节和工作过程与上述实施例所提供的具体细节基本相同，在此不做赘述。

接口电路201以如图5所示的USB接口电路201的电路图为例，USB接口电路201包括TYPE C接口电路201；其中，TYPE C接口电路201的A4、A9引脚为电能输出端，用于供电控制电路提供输入电流，B6/B7、A6/A7用于电子设备的数据通信。

第一电源模块203以如图6所示的LED供电电路的电路图为例，第一电源模块203包括：电源芯片U3、电阻R8、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C12、电容C13、电感L2、稳压二极管D3。电源芯片U2的输入引脚分别连接电容C12和所述电感L2一端，使能引脚连接电阻R13一端，电感引脚分别连接电感L2另一端和稳压二极管D3一端，输出引脚分别电阻R8一端，反馈引脚分别连接电阻R14和发光二极管LED一端；电容C12、所述电阻R13和所述电阻R14另一端均接地；稳压二极管D3另一端分别连接电容C13一端、电阻R8另一端和发光二极管LED另一端；电容C13另一端接地。

第一电源模块203为用电器件204(LED)进行供电，图6中电源芯片U3的型号为DIO5322ACST6，升压型电源芯片。

在一实施例中，如图7所示，电子设备还包括：滤波电路205和过压过流保护电路206；滤波电路205连接在接口电路201的电能输出端和过压过流保护电路206的输入端之间；过压过流保护电路206的输出端与供电控制电路的第一输入端连接；滤波电路205用于滤除所述接口电路201提供的工作电压上的电源纹波，并降低工作电压上的电源辐射。过压过流保护电路206用于控制接口电路201提供的工作电压和工作电流处于预定范围内。

滤波电路205的电路图如图8所示，包括：瞬态二极管D1(Transient VoltageSuppressor，TVS)、磁珠B1、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10；TVS管D1、磁珠B1、电容C7、电容C10的一端均连接USB接口电路201的供电端，TVS管D1、电容C7、电容C10的另一端均接地；磁珠B1另一端、电容C8一端、电容C9一端均连接过压过流保护电路206的输入端，电容C8和所述电容C9另一端均接地。

其中，TVS管D1在承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。而在滤波时通过磁珠B1和其他多个电容配合完成，磁珠可以将电能转换为热能，彻底消除高频噪声，不会对电路构成二次干扰(如噪声和电磁辐射)，磁珠和电容协同工作不会产生自激，达到很好的滤波效果。

在一实施例中，电子设备还包括：执行电子设备基础功能的主芯片208和第二电源模块207；过压过流保护电路206的输出端与第二电源模块207连接，用于通过第二电源模块207为主芯片208进行供电；过压过流保护电路206与供电控制电路202的连接通路上设置有防倒流二极管D2。

本实施例中，通过具备单向导通特点的二极管分别连接过压过流保护电路206和供电控制电路，使得过压过流保护电路206输出端连接的第二电源模块和供电控制电路输出端连接的第一电源模块203可以独立分开，避免第一电源模块203上产生的峰值电流对第二电源模块稳定性造成影响。

具体地，过压过流保护电路206的具体电路图如图9所示，过压过流保护电路206包括：过压保护芯片U2、电阻R4、电阻R5；过压保护(Over Voltage Protection，OVP)芯片的输入引脚连接电阻R4一端，过压闭锁引脚分别连接电阻R4另一端和所述电阻R5一端，输出引脚分别连接第二电源模块和所述供电控制电路；电阻R5另一端接地。本实施例中，OVP芯片型号为SGN40655。

第二电源模块的具体电路图如图10所示，包括：电源芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1；电源芯片U1的输入引脚分别连接电阻R1、电容C1和电容C2的一端，使能引脚分别连接电阻R1另一端和电容C6一端，电感引脚连接电感L1一端，反馈引脚分别连接电阻R2、电阻R3和电容C3的一端；电容C1、电容C2、电容C6和电阻R3另一端均接地；电感L1另一端连接电阻R2另一端；电容C3另一端分别连接所述电容C4和电容C5一端，电容C4和电容C5另一端均接地。其中，电源芯片U1为降压型芯片，型号为ETA3409。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (10)

1.一种供电控制电路，其特征在于，包括：充电模块和储能元件；

所述充电模块的第一输入端接入输入电流、第二输入端接入充电控制信号、输出端连接所述储能元件的第一端，用于根据所述充电控制信号，采用所述输入电流为所述储能元件进行充电，或者采用限流后的所述输入电流为所述储能元件进行充电；

所述储能元件的所述第一端连接外接第一电源模块，第二端接地，用于为外接的第一电源模块提供用电电流。

2.根据权利要求1所述的供电控制电路，其特征在于，所述充电模块包括：并联在所述充电模块的所述第一输入端和所述输出端的第一输电支路和第二输电支路；所述第一输电支路上设置有限流元件，所述第二输电支路上设置有第一开关元件；

所述第一开关元件的控制端接入所述充电控制信号，用于根据所述充电控制信号控制所述第二输电支路导通或断开。

3.根据权利要求1所述的供电控制电路，其特征在于，所述储能元件为法拉电容，所述法拉电容的一端连接在所述充电模块的输出端，另一端接地。

4.根据权利要求2所述的供电控制电路，其特征在于，所述充电控制信号由所述第一电源模块所对应的用电器件的主控制器经通用输入输出接口发送至所述充电模块的所述第二输入端。

5.根据权利要求4所述的供电控制电路，其特征在于，所述供电控制电路还包括：信号转换模块，所述信号转换模块的输入端连接所述通用输入输出接口，输出端连接所述充电模块的所述第二输入端；

所述信号转换模块用于将控制所述第二输电支路导通的所述充电控制信号转换为控制所述第一开关元件导通的第一控制信号，和将控制所述第二输电支路断开的所述充电控制信号转换为控制所述第一开关元件关闭的第二控制信号。

6.根据权利要求5所述的供电控制电路，其特征在于，所述信号转换模块包括：三极管、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述三极管的集电极与所述第一开关元件的控制端连接，发射极接地，基极分别连接所述第一电阻和所述第二电阻的一端；

所述第一电阻的另一端接地，所述第二电阻的另一端分别连接所述信号转换模块的输入端和所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1-6中任一项所述的供电控制电路，以及接口电路、第一电源模块和用电器件；

所述接口电路的电能输出端与所述供电控制电路的第一输入端连接，用于为所述供电控制电路提供输入电流；

所述供电控制电路用于根据所述第一电源模块所对应的用电器件的主控制器发出的充电控制信号，采用所述输入电流作为所述第一电源模块的用电电流，或者采用限流后的所述输入电流作为所述第一电源模块的用电电流；

所述第一电源模块用于为所述用电器件提供用电电流。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：滤波电路和过压过流保护电路；所述滤波电路连接在所述接口电路的电能输出端和所述过压过流保护电路的输入端之间；所述过压过流保护电路的输出端与所述供电控制电路的第一输入端连接；

所述滤波电路用于滤除所述接口电路提供的工作电压上的电源纹波，并降低所述工作电压上的电源辐射；

所述过压过流保护电路用于控制所述接口电路提供的工作电压和工作电流处于预定范围内。

9.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：执行所述电子设备基础功能的主芯片和第二电源模块；

所述过压过流保护电路的输出端与所述第二电源模块连接，用于通过所述第二电源模块为所述主芯片进行供电；

所述过压过流保护电路与所述供电控制电路的连接通路上设置有防倒流二极管。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述过压过流保护电路包括：过压保护芯片、第三电阻和第四电阻；

所述过压保护芯片的输入引脚连接所述第三电阻的一端，过压闭锁引脚分别连接所述第三电阻的另一端和所述第四电阻的一端，输出引脚分别连接所述第二电源模块和所述供电控制电路；

所述第四电阻另一端接地。

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