CN218569863U - 一种具有输出短路保护和插入检测的充电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有输出短路保护和插入检测的充电系统，包括若干USB接口、功率转换单元、逻辑控制单元、快充协议检测单元、输出控制单元、插入检测单元和电流检测单元；功率转换单元与宽电压电源连接；插入检测单元分别与各USB接口连接；电流检测单元分别与各USB接口连接；快充协议检测单元分别与各USB接口连接；逻辑控制单元与插入检测单元、电流检测单元、快充协议检测单元分别连接；逻辑控制单元与功率转换单元连接；功率转换单元通过输出控制单元分别与各USB接口连接，输出控制单元用于控制各USB接口的供电。该充电系统使得在有限的空间、成本和输入功率的情况下依然可以进行多口普通输出和单口快充，并可以每个端口单独进行短路保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有输出短路保护和插入检测的充电系统，属于充电设备技术领域。
背景技术
随着目前手机使用频率增加，手机耗电量增大，手机充电适配器之外的充电设备的使用也更加频繁，例如车充和移动电源以及共享充电器。而手机的使用增多，多个手机同时充电的需求也逐渐增大，因此多口同时充电的应用成为目前充电设备的主流发展趋势。当前市面上常用的充电接口可分为Lightning接口、TYPE-C接口和Micro接口，因此特别是在共享领域的充电设备，需要至少同时支持三个端口的输出来满足不同使用设备的用户。
相较于单USB口适配器，无复杂的端口输出控制，供电设备和受电设备是一对一的关系，而多口充电设备受充电器的体积、发热、输出功率等的限制。如果每路输出都能支持同时进行快充放电，则每路输出都需要进行功率转换，对设计的成本以及电源输入的功率要求也加大。简单的三路输出是使用一拖三的充电线或者单路功率转换输出接三个端口来满足不同手机的充电需求，这种方式无法实现对手机的快充输出。在外面的无人值守的充电设备，充电线短路会造成充电设备的损坏以及发生一些无法预知的危险，或者具有保护功能的多口充电设备，在单个输出口短路时会导致其他输出口无法输出的情况。
实用新型内容
为了克服上述问题，本实用新型提供一种具有输出短路保护和插入检测的充电系统，该充电系统使得在有限的空间、成本和输入功率的情况下依然可以进行多口普通输出和单口快充，并可以每个端口单独进行短路保护。
本实用新型的技术方案如下：
一种具有输出短路保护和插入检测的充电系统，包括若干USB接口、功率转换单元、逻辑控制单元、快充协议检测单元、输出控制单元、插入检测单元和电流检测单元；
所述功率转换单元与宽电压电源连接；
所述插入检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口是否有负载插入；
所述电流检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口的电流；
所述快充协议检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口接入负载的快充协议；
所述逻辑控制单元与所述插入检测单元、所述电流检测单元、所述快充协议检测单元分别连接，并接收检测结果；
所述逻辑控制单元与所述功率转换单元连接，控制所述功率转换单元的输出电压；
所述功率转换单元通过输出控制单元分别与各所述USB接口连接，所述输出控制单元用于控制各所述USB接口的供电。
进一步的，所述插入检测单元具体为：LDO输出电源VDD依次通过电阻R1和二极管D1接入负载的VBUS线路，其中，所述电阻R1与所述二极管D1的正极连接；插入信号检测单元采集所述二极管D1处电压。
进一步的，所述电流检测单元具体为：采样电阻R2接入所述USB接口的负载电流，所述采样电阻R2一端接地，电流检测单元采集所述采样电阻R2另一端电压，得到所述USB接口的电流。
进一步的，所述输出控制单元具体为：PMOS管Q1的源级与输入所述USB接口的电源连接，漏极与所述USB接口的VBUS线路连接，栅极与NPN三极管Q2的集电极连接；上拉电阻R3的两端分别连接所述PMOS管Q1的源级、栅极；所述控制单元的控制信号通过限流电阻R5输入所述NPN三极管Q2的基极；下拉电阻R4两端分别连接所述NPN三极管Q2的基极、发射极；所述NPN三极管Q2的发射极接地。
进一步的，所述宽电压电源为5.5V～30V宽电压电源。
本实用新型具有如下有益效果：
1.该充电系统在单设备接入支持快充输出，多设备接入只支持普通的5V电压输出，且在单个输出端口短路的时候，不影响其他端口的输出。
2.如图6所示的是不带端口控制单元的框图，功率转换单元输出的普通5V电压直接通过端口供电给外部的负载，不能有快充功能，且在单端口发生短路保护后，由于共用一路功率转换单元，其他端口也一并不能使用。而经过本实用新型的端口控制，单路短路单路关闭的优点，可以提高设备的使用率，减小发生故障对其他端口的影响。
3.如图7所示是多路单独的功率转换，可以同时对外快充，且保护是单独的，但是其最大缺点是对输入功率的要求大，成本高，占用空间大。本实用新型的多口控制可以有效解决这个问题，采用三端口共享一路的功率转换单元，单口输出时启动快充功能，多口输出时变为普通电压输出。这种方式不仅节省了PCB的空间，降低成本，同时还能满足单口使用用户对快充的需求，而且输入的电源功率也不需要太大，做到多端口共享电源而又相互独立使用。
附图说明
图1为本实用新型实施例的系统框图。
图2为本实用新型实施例的插入检测单元电路图。
图3为本实用新型实施例的电流检测单元电路图。
图4为本实用新型实施例的输出控制单元电路图。
图5为本实用新型实施例的实现流程图。
图6为一现有技术的供电方式局部示意图。
图7为另一现有技术的供电方式局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。
参见图1-5，一种具有输出短路保护和插入检测的充电系统，其特征在于，包括若干USB接口、功率转换单元、逻辑控制单元、快充协议检测单元、输出控制单元、插入检测单元和电流检测单元；
所述功率转换单元与宽电压电源连接；根据指令对输入的电源功率进行转换；
所述插入检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口是否有负载插入；
所述电流检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口的电流；
所述快充协议检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口接入负载的快充协议；
所述逻辑控制单元与所述插入检测单元、所述电流检测单元、所述快充协议检测单元分别连接，并接收检测结果；
所述逻辑控制单元与所述功率转换单元连接，控制所述功率转换单元的输出电压；
所述功率转换单元通过输出控制单元分别与各所述USB接口连接，所述输出控制单元用于控制各所述USB接口的供电。
图5是本实用新型的逻辑控制单元的一种具体控制方法，流程图中描述的是多个端口中的其中任何一个端口控制流程，在系统启动后，当描述端口发生短路，功率转换单元会给信号到逻辑控制单元，则端口会一直处于关闭状态，无论是否有负载插入，直到下一次重新启动，则会再次清零端口的短路状态，在端口打开与关闭状态会一直在检测短路状态。端口无短路状态，则会进行端口的插入检测，逻辑控制单元一直处于检测端口的插入状态，当检测到端口的插入，判断当前端口插入负载之前是否有其他端口已经插入负载，如果无其他负载插入，则会直接打开端口并启动快充协议识别，控制功率转换单元输出相应的电压，如果有其他负载，则会先控制功率转换单元输出普通的5V电压，再打开端口。端口打开后会判断端口电流，当端口电流一直处于0A并且大于预设时间时，判断端口已经拔出，然后关闭端口，重新开始检测。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述插入检测单元具体为：LDO输出电源VDD依次通过电阻R1和二极管D1接入负载的VBUS线路，其中，所述电阻R1与所述二极管D1的正极连接；插入信号检测单元采集所述二极管D1处电压。其中电阻R1对VBUS起到弱上拉作用，二极管D1的作用是防止VBUS电压高于VDD导致逻辑控制单元损坏。当负载接入端口，由于电阻R1的阻值很大，二极管D1的阴极被拉低到将近0V，二极管D1的阳极也被拉低，此信号被逻辑控制单元采集并判断当前负载是否插入。
在本实用新型的一种具体实施方式汇总，所述电流检测单元具体为：采样电阻R2接入所述USB接口的负载电流，所述采样电阻R2一端接地，电流检测单元采集所述采样电阻R2另一端电压，得到所述USB接口的电流，通过当前电流判断负载的拔出情况。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述输出控制单元具体为：PMOS管Q1的源级与输入所述USB接口的电源连接，漏极与所述USB接口的VBUS线路连接，栅极与NPN三极管Q2的集电极连接；上拉电阻R3的两端分别连接所述PMOS管Q1的源级、栅极；所述控制单元的控制信号通过限流电阻R5输入所述NPN三极管Q2的基极；下拉电阻R4两端分别连接所述NPN三极管Q2的基极、发射极；所述NPN三极管Q2的发射极接地。在无信号输入时，Q1和Q2截止，在逻辑控制单元输出高电平信号给到Q2时，Q2导通，Q1导通，负载通电。
在本实用新型的一种具体实施方式中，所述宽电压电源为5.5V～30V宽电压电源。
参见图1-5，本实用新型的工作原理如下：
本实用新型在使用时，逻辑控制单元根据插入检测单元、电流检测单元和快充协议检测单元的检测结果判断个USB接口的工作状态。其中，插入检测单元用于判断USB接口是否接入负载，电流检测单元用于判断USB接口负载是否拔出，快充协议检测单元用于检测USB接口插入负载的快充协议。逻辑控制单元根据检测结果进行逻辑控制，如单USB接口接入负载时，进行快充，多USB接口接入负载时，进行普通充电，发生短路时，输出控制单元屏蔽短路USB接口。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种具有输出短路保护和插入检测的充电系统，其特征在于，包括若干USB接口、功率转换单元、逻辑控制单元、快充协议检测单元、输出控制单元、插入检测单元和电流检测单元；
所述功率转换单元与宽电压电源连接；
所述插入检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口是否有负载插入；
所述电流检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口的电流；
所述快充协议检测单元分别与各所述USB接口连接，检测各所述USB接口接入负载的快充协议；
所述逻辑控制单元与所述插入检测单元、所述电流检测单元、所述快充协议检测单元分别连接，并接收检测结果；
所述逻辑控制单元与所述功率转换单元连接，控制所述功率转换单元的输出电压；
所述功率转换单元通过输出控制单元分别与各所述USB接口连接，所述输出控制单元用于控制各所述USB接口的供电。
2.根据权利要求1所述具有输出短路保护和插入检测的充电系统，其特征在于，所述插入检测单元具体为：LDO输出电源VDD依次通过电阻R1和二极管D1接入负载的VBUS线路，其中，所述电阻R1与所述二极管D1的正极连接；插入信号检测单元采集所述二极管D1处电压。
3.根据权利要求1所述具有输出短路保护和插入检测的充电系统，其特征在于，所述电流检测单元具体为：采样电阻R2接入所述USB接口的负载电流，所述采样电阻R2一端接地，电流检测单元采集所述采样电阻R2另一端电压，得到所述USB接口的电流。
4.根据权利要求1所述具有输出短路保护和插入检测的充电系统，其特征在于，所述输出控制单元具体为：PMOS管Q1的源级与输入所述USB接口的电源连接，漏极与所述USB接口的VBUS线路连接，栅极与NPN三极管Q2的集电极连接；上拉电阻R3的两端分别连接所述PMOS管Q1的源级、栅极；所述控制单元的控制信号通过限流电阻R5输入所述NPN三极管Q2的基极；下拉电阻R4两端分别连接所述NPN三极管Q2的基极、发射极；所述NPN三极管Q2的发射极接地。
5.根据权利要求1所述具有输出短路保护和插入检测的充电系统，其特征在于，所述宽电压电源为5.5V～30V宽电压电源。
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