CN218974907U - Usb供电电路、电路板及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种USB供电电路、电路板及装置，通过USB主模块、USB从模块及外部供电模块构成USB供电电路，以及USB从模块同时与USB主模块、外部供电模块电连接，USB主模块用于向USB从模块提供第一供电电流，外部供电模块用于向USB从模块提供第二供电电流；第一供电电流处于预设电流阈值范围内，第二供电电流处于电流阈值之外。由此，对电流需求超出USB接口供电标准的产品，通过本实用新型能合理实现供电，满足从设备的不同供电需求，而且不用降低产品本身性能指标，同时对主机USB接口起到不因过流而损坏的保护作用。

Description

USB供电电路、电路板及装置

技术领域

本实用新型涉及供电电路技术领域，具体涉及一种USB供电电路、电路板及装置。

背景技术

目前，在日益更新的USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)电子产品设计上仍然面临着众多电流限制问题，例如常见的TYPE-A(Standard Type-A USB，一种标准Type-A USB接口)接口的USB主设备/USB连接器上(USB2.0接口标准供电电流为：500mA，USB3.0接口的标准供电电流为：1000mA)，如果产品上的USB从设备需求峰值或平均电流超过标注值时，那这个产品很有可能会面临不能正常使用或者稳定性差，甚至会因电流过大损坏主机端的USB端口等问题。

但是往往有些产品为了能达到最终的性能目标又不得不加大对USB电流的需求，这种情况下就使得产品的设计与USB供电标准产生了矛盾，不得铤而走险或降低性能等来取舍导致最终产品的质量、性能、通用性等都大打折扣。

因此，现有技术有待于改善。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种USB供电电路、电路板及装置，以至少能够解决相关技术中大多数USB产品存在的电流过大损坏主机端的USB端口的技术问题。

本实用新型的第一方面，提供了一种USB供电电路，USB供电电路包括USB主模块、USB从模块及外部供电模块，USB从模块同时与USB主模块、外部供电模块电连接；USB主模块用于向USB从模块提供第一供电电流；外部供电模块用于向USB从模块提供第二供电电流；其中，第一供电电流处于预设电流阈值范围内，第二供电电流处于电流阈值之外。

本实用新型的第二方面，提供了一种USB供电电路板，该USB供电电路板包括主USB母座、从USB公座、外部电源母座和第一方面的USB供电电路；主USB母座用于与主设备连接，从USB公座用于与从设备连接，外部电源母座用于与DC供电系统连接。

本实用新型的第三方面，提供了一种USB供电装置，包括上下结构件、固定件和第二方面的USB供电电路板；上下结构件和USB供电电路板通过固定件进行固定，上下结构件作为外壳保护USB供电电路板。

本实用新型提供的USB供电电路、电路板及装置，通过USB主模块、USB从模块及外部供电模块构成USB供电电路，以及USB从模块同时与USB主模块、外部供电模块电连接。在进行实施时，USB主模块向USB从模块提供第一供电电流，外部供电模块用于向USB从模块提供第二供电电流；其中，第一供电电流处于预设电流阈值范围内，第二供电电流处于电流阈值之外。由此，对电流需求超出USB接口供电标准的产品，通过本实用新型能合理实现供电需求，满足从设备的不同供电需求，而且不用降低产品本身性能指标，同时对主机USB接口起到不因过流而损坏的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本实用新型一实施例中USB供电装置的三维示意图；

图2为本实用新型一实施例中USB供电电路板的模块连接示意图；

图3为本实用新型一实施例中所提供的USB供电电路的电路连接示意图；

图4为本实用新型一实施例中所提供的USB供电电路的电路连接示意图；

图5为本实用新型一实施例中所提供的USB供电电路中USB主模块、USB从模块之间的电路连接示意图；

图6为本实用新型一实施例中所提供的USB供电电路中外部供电模块的电路连接示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要注意的是，相关术语如“第一”、“第二”等可以用于描述各种组件，但是这些术语并不限制该组件。这些术语仅用于区分一个组件和另一组件。例如，不脱离本实用新型的范围，第一组件可以被称为第二组件，并且第二组件类似地也可以被称为第一组件。术语“和/或”是指相关项和描述项的任何一个或多个的组合。

请参阅图1，本实用新型提出一种USB供电装置1，包括上下结构件、固定件14和USB供电电路板12。

具体的，上下结构件和USB供电电路板12通过固定件14进行固定，上下结构件作为外壳保护述USB供电电路板12；其中，上下结构件包括顶板11以及底板13，顶板11位于USB供电电路板12的上方，底板13位于USB供电电路板12的下方，两个板一同作为外壳保护述USB供电电路板12。

具体的，固定件14可以是铜螺柱以及螺丝，一起搭配使用实现顶板11、USB供电电路板12、底板13之间固定。

具体的，USB供电装置1中的顶板11、底板13的材料设计可以直接使用PCB板材进行替代，省去繁琐的外观件开模与生产，也可以直接使用与USB供电电路板12一样的PCB材料(Printed Circuit Board，印制电路板)，能够省去外观件的开模等一系列的人工成本费用，更快速、低成本、一体感更好、阻燃等级更高。组装上同样简洁，直接使用铜螺柱搭配螺丝组装即可。

应当说明的是，顶板11、底板13、USB供电电路板12的材质都可以选用PCB常用的材料FR4(Flame Retardant 4，阻燃剂4)、CEM(Composite Epoxy Material，复合环氧材料)等。

请参阅图1和图2，本实用新型的一种USB供电电路板12具体包括主USB母座22、从USB公座23、外部电源母座21和USB供电电路。

具体的，主USB母座用于与主设备连接，从USB公座用于与从设备连接，外部电源母座用于与DC供电系统连接；其中，主设备包括终端，从设备包括产品。则上述种USB供电电路板12在应用时，产品(USB从设备)按照自身的设计理念通过USB接口或线材直接接到(USB供电电路板12)的USB母座后经USB公座接到终端(USB主设备)然后通过另外一路供电接入到(USB供电电路板12)的外部电源母座，实现整个系统的扩流连接使用。当主机即USB主设备供电不足时，DC供电系统主要给USB从设备进行供电。

例如:本身需求电流是800mA的产品，通过USB供电电路板12就可以直接在USB2.0的Host/OTG接口(主接口，用于与USB主设备连接)上稳定使用；本身需求电流是1500mA的产品，通过USB供电电路板12就可以直接在USB2.0或USB3.0的Host/OTG接口上稳定使用。不用担心最终锁定一定要用在某种要求的USB2.0/3.0接口上，适配通用性更广。

请参阅图3，本实用新型的USB供电电路包括USB主模块、USB从模块及外部供电模块，USB从模块同时与USB主模块、外部供电模块电连接。在进行实施时，USB主模块用于向USB从模块提供第一供电电流，外部供电模块用于向USB从模块提供第二供电电流；其中，第一供电电流处于预设电流阈值范围内，第二供电电流处于电流阈值之外。也即USB主模块与USB从模块进行通信，并提供阈值范围内的供电，另外外部供电模块对USB从模块提供超出阈值范围外的供电。由此，对电流需求超出USB接口供电标准的产品，通过本实用新型能合理实现供电需求，而且不用降低产品本身性能指标，同时对主机USB接口起到不因过流而损坏的保护作用。

在本实施例中，USB供电电路还包括连接模块，外部供电模块和USB主模块分别通过连接模块与USB从模块电连接；其中，连接模块的作用是充当“桥梁”，来建立外部供电模块、USB从模块、USB主模块之间连接关系。

请参阅图4，连接模块包括电源保护电路，电源保护电路电连接于USB从模块和外部供电模块之间；电源保护电路可以起到电源开关断控制作用。

在本实施例中，连接模块还包括检测控制电路，检测控制电路同时与USB主模块、外部供电模块、电源保护电路电连接。检测控制电路的作用是检测是否过压以及上电时序问题。

其中，电源保护电路还包括防上电冲击电路，防上电冲击电路电连接于USB从模块和检测控制电路之间，其起到防止电冲击的作用。

请参阅图5及图6，外部供电模块为第一连接器J1，USB主模块为第二连接器J2，USB从模块为第三连接器J3；第二连接器J2的常规输入输出接口与第三连接器J3的常规输入输出接口电连接，第二连接器J2的电源供电引脚经检测控制电路与第一连接器J1电连接，第三连接器J3的电源供电引脚经电源保护电路与第一连接器J1电连接。

其中，第二连接器J2的常规输入输出接口包括DM引脚、DP引脚、RX-引脚、RX+引脚、TX-引脚及TX+引脚；第三连接器的常规输入输出接口包括DM引脚、DP引脚、RX-引脚、RX+引脚、TX-引脚及TX+引脚；第二连接器J2的电源供电引脚为VBUS引脚，第三连接器J3的电源供电引脚为VBUS引脚。

在本实施例中，电源保护电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第一二极管D1和PMOS管Q1。相应的电路连接关系如下：PMOS管Q1的源极同时与第二电容C2的一端、第一电阻R1的一端、第一电容C1的一端、第一连接器J1电连接，PMOS管Q1的栅极同时与检测控制电路、第一电阻R1的另一端、第二电容C2的另一端电连接，PMOS管Q1的漏极同时与第一二极管D1的阴极、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端、第三连接器J3的电源供电引脚电连接，第一二极管D1的阳极接地，第三电容C3的另一端接地，第四电容C4的另一端接地。在正常工作时，USB的电压供电标准为5V±0.2V，如果超出这个范围即为非标准供电、会直接使USB从设备接上后导致过压烧毁或者无法正常工作，为了防止外加输入的扩流供电电压不因接错或者不稳定而导致的过压，通过设置PMOS管Q1为截止状态，则可以使得超出标准值的电压直接关闭无法供给USB从设备，实现电源保护作用。

在本实施例中，检测控制电路包括比较器U1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二二极管D2、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和NMOS管Q2。

具体的，比较器U1的正极输入引脚同时与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端、第六电容C6的一端电连接，比较器U1的负极输入引脚与第一连接器J1电连接，比较器U1的输出引脚与第五电阻R5的一端电连接，第三电阻R3的另一端同时与第二二极管D2、第二电阻R2的一端、第五电容C5的一端电连接，第二电阻R2的另一端与第二连接器J2的电源供电引脚电连接，第五电阻R5的另一端同时与第六电阻R6的一端、NMOS管Q2的栅极电连接，比较器U1的供电引脚同时与第二连接器的电源供电引脚、第七电容C7的一端、第八电容C8的一端电连接，第七电容C7的另一端接地，第八电容C8的另一端接地，NMOS管Q2的源极接地，NMOS管Q2的漏极同时与PMOS管Q1的栅极、第一电阻R1的另一端、第二电容C2的另一端电连接。具体的工作原理如下：通过比较器U1的负输入端检测DC_IN输入电压再与比较器U1的正极输入引脚的基准电压进行比较，得知DC_IN的输入电压是否超出标准值，如果超出标准值那U2的OUT输出端会直接输出低电平信号给到NMOS管Q2控制NMOS管Q2关闭，NMOS管Q2关闭后因有第一电阻R1的原因PMOS管Q1也直接关闭，使得超出标准值的电压直接关闭无法供给(产品USB从设备)，反之输入的电压正常整个逻辑会相反，实现过压检测保护功能。其中，基准电压可以通过计算调整第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二二极管D2的参数实现，结合调整第七电阻R7、第八电阻R8的参数就可以设定好过压保护阈值参数。

在本实施例中，USB供电电路还包括第九电容C9、第八电阻R8和第七电阻R7；第九电容C9的一端同时与比较器U1的负极输入引脚、第八电阻R8的一端、第七电阻R7的一端电连接，第九电容C9的另一端接地，第七电阻R7的另一端接地，第八电阻R8的另一端同时与PMOS管Q1的源极、第二电容C2的一端、第一电阻R1的一端、第一电容C1的一端、第一连接器J1电连接。则产品(USB从设备)的从供电针脚SLAVE_VBUS供电开启或关闭通过主供电针脚HOST_VBUS的接入转态决定，如第一连接器J1接入但是第二连接器J2没接入时第三连接器J3无供电、第二连接器J2接入但是第一连接器J1没接入时第三连接器J3也是无供电，只能第一连接器J1和第二连接器J2都有接入第三连接器J3才有供电给产品(USB从设备)，也就是说需要待第二连接器J2与第三连接器J3的接口都接好USB2.0/3.0的通讯信号线都接上了之后才能开启从供电针脚SLAVE_VBUS的供电，保证任何产品的USB3.0通讯枚举握手时序要求，避免产品(USB从设备)的从供电针脚SLAVE_VBUS上电过早导致USB3.0的枚举过程时间超时问题。

其中，USB供电电路还包括第十电阻R10，该第十电阻R10的一端同时与PMOS管Q1的栅极、第二电容C2的另一端、第一电阻R1的另一端电连接，第十电阻R10的另一端同时与NMOS管Q2的漏极电连接。本实施例通过PMOS管Q1、第一电阻R1、第二电容C2、第十电阻R10、第一二极管D1构成防上电冲击电路，实现上电软启动(就是让电压缓慢上升达到最终稳定值)来消除上电开启的瞬间冲击问题，然后第一二极管D1为二极浪涌防护二极管作为第二层防护措施。在设定软启动的时间时，可通过调整第一电阻R1、第四电容C4的参数来实现。

基于上述本申请实施例的技术方案，通过USB主模块、USB从模块及外部供电模构成USB供电电路，以及USB从模块同时与USB主模块、外部供电模块电连接。在进行实施时，USB主模块用于向USB从模块提供第一供电电流；外部供电模块用于向USB从模块提供第二供电电流；其中，第一供电电流处于预设电流阈值范围内，第二供电电流处于电流阈值之外。也即USB主模块与USB从模块进行通信，并提供阈值范围内的供电，另外外部供电模块对USB从模块提供超出阈值范围外的供电。由此，对电流需求超出USB接口供电标准的产品，通过本实用新型能合理实现供电需求，满足从设备的不同供电需求，而且不用降低产品本身性能指标，同时对主机USB接口起到不因过流而损坏的保护作用。

以上仅为本实用新型的优选实施例，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等效流程变换，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 (10)

1.一种USB供电电路，其特征在于，所述USB供电电路包括USB主模块、USB从模块及外部供电模块，所述USB从模块同时与所述USB主模块、所述外部供电模块电连接；

其中，所述USB主模块用于向所述USB从模块提供第一供电电流；所述外部供电模块用于向所述USB从模块提供第二供电电流；其中，所述第一供电电流处于预设电流阈值范围内，所述第二供电电流处于所述电流阈值之外。

2.如权利要求1所述USB供电电路，其特征在于，所述USB供电电路还包括连接模块，所述外部供电模块和所述USB主模块分别通过所述连接模块与所述USB从模块电连接。

3.如权利要求2所述USB供电电路，其特征在于，所述连接模块包括电源保护电路，所述电源保护电路电连接于所述USB从模块和所述外部供电模块之间。

4.如权利要求3所述USB供电电路，其特征在于，所述连接模块还包括检测控制电路，所述检测控制电路同时与所述USB主模块、所述外部供电模块、所述电源保护电路电连接。

5.如权利要求4所述USB供电电路，其特征在于，所述电源保护电路还包括防上电冲击电路，所述防上电冲击电路电连接于所述USB从模块和所述检测控制电路之间。

6.如权利要求5所述USB供电电路，其特征在于，所述外部供电模块为第一连接器，所述USB主模块为第二连接器，所述USB从模块为第三连接器；

所述第二连接器的常规输入输出接口与所述第三连接器的常规输入输出接口电连接，所述第二连接器的电源供电引脚经所述检测控制电路与所述第一连接器电连接，所述第三连接器的电源供电引脚经所述电源保护电路与所述第一连接器电连接。

7.如权利要求6所述USB供电电路，其特征在于，所述电源保护电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第一二极管D1和PMOS管Q1；

所述PMOS管Q1的源极同时与所述第二电容C2的一端、所述第一电阻R1的一端、所述第一电容C1的一端、所述第一连接器电连接，所述PMOS管Q1的栅极同时与所述检测控制电路、所述第一电阻R1的另一端、所述第二电容C2的另一端电连接，所述PMOS管Q1的漏极同时与所述第一二极管D1的阴极、所述第三电容C3的一端、所述第四电容C4的一端、所述第三连接器的电源供电引脚电连接，所述第一二极管D1的阳极接地，所述第三电容C3的另一端接地，所述第四电容C4的另一端接地。

8.如权利要求7所述USB供电电路，其特征在于，所述检测控制电路包括比较器U1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二二极管D2、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和NMOS管Q2；

所述比较器U1的正极输入引脚同时与所述第三电阻R3的一端、所述第四电阻R4的一端、所述第六电容C6的一端电连接，所述比较器U1的负极输入引脚与所述第一连接器电连接，所述比较器U1的输出引脚与所述第五电阻R5的一端电连接，所述第三电阻R3的另一端同时与第二二极管D2、所述第二电阻R2的一端、所述第五电容C5的一端电连接，所述第二电阻R2的另一端与所述第二连接器的电源供电引脚电连接，所述第五电阻R5的另一端同时与所述第六电阻R6的一端、所述NMOS管Q2的栅极电连接，所述比较器U1的供电引脚同时与所述第二连接器的电源供电引脚、所述第七电容C7的一端、所述第八电容C8的一端电连接，所述第七电容C7的另一端接地，所述第八电容C8的另一端接地，所述NMOS管Q2的源极接地，所述NMOS管Q2的漏极同时与所述PMOS管Q1的栅极、所述第一电阻R1的另一端、所述第二电容C2的另一端电连接。

9.一种USB供电电路板，其特征在于，包括:主USB母座、从USB公座、外部电源母座和如权利要求1-8中任一项所述USB供电电路；

所述主USB母座用于与主设备连接，所述从USB公座用于与从设备连接，所述外部电源母座用于与DC供电系统连接。

10.一种USB供电装置，其特征在于，包括上下结构件、固定件和如权利要求9所述USB供电电路板；

所述上下结构件和所述USB供电电路板通过固定件进行固定，所述上下结构件作为外壳保护所述USB供电电路板。

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