CN220107623U - 一种低功耗usb充电插入电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及充电电路的技术领域，尤其是涉及一种低功耗USB充电插入电路，其包括：充电设备插入检测电路、主芯片电路、供电电源电路和USB充电控制电路，其中，USB充电控制电路连接于供电电池以获取电池电能；供电电源电路连接于USB充电控制电路以接收电池电能，并将电池电能转化为供电电能以进行内部供电及外部充电；充电设备插入检测电路连接于供电电源电路以获取供电电能，其用于检测是否有外接充电设备插入；主芯片电路根据检测信号生成相应的充电控制信号；USB充电控制电路还连接于主芯片电路以接收充电控制信号，并根据充电控制信号转化为待机状态或工作状态。本申请具有减少可以通过USB接口对外接设备进行充电的智能家具的电能功耗的效果。

Description

一种低功耗USB充电插入电路

技术领域

本申请涉及充电电路的技术领域，尤其是涉及一种低功耗USB充电插入电路。

背景技术

目前随着智能化的变革，越来越多的家庭中都开始使用了智能家居，例如智能沙发、智能床等，那么这些智能家具为了实现其智能化功能，对于电能的需求就是其必不可少的环节，而当前大部分智能家具都采用锂电池供电的方法作为内置电源。

但是通过这种方法进行供电的智能家居，普遍存在以下问题：当前的智能家具，如智能沙发可以通过USB接口对外接的设备进行充电，如手机、平板电脑等，而智能沙发内设置有一系列的USB充电功能电路，这些USB充电功能电路主要用于实现智能沙发对外接设备的充电控制，但这些USB充电功能电路在智能家具处于待机状态且没有外接设备插入并进行充电时仍然会保持导通工作状态，这样就会在智能家具待机过程中持续消耗智能家居内锂电池的电能，这使得智能家居的电能损耗较大，需要用户频繁的对电池进行充电。

实用新型内容

为了减少可以通过USB接口对外接设备进行充电的智能家具的电能功耗，本申请提供一种低功耗USB充电插入电路。

本申请提供的一种低功耗USB充电插入电路，采用如下的技术方案：

一种低功耗USB充电插入电路，包括充电设备插入检测电路、主芯片电路、供电电源电路和USB充电控制电路，其中，

所述USB充电控制电路连接于供电电池以获取电池电能；

所述供电电源电路连接于所述USB充电控制电路以接收所述电池电能，并将所述电池电能转化为供电电能以进行内部供电及外部充电；

所述充电设备插入检测电路连接于所述供电电源电路以获取所述供电电能，其用于检测是否有外接充电设备插入并输出相应的检测信号；

所述主芯片电路连接于所述充电设备插入检测电路以获取所述检测信号，并根据所述检测信号生成相应的充电控制信号；

所述USB充电控制电路还连接于所述主芯片电路以接收所述充电控制信号，并根据所述充电控制信号转化为待机状态或工作状态，其中，所述待机状态下所述USB充电控制电路处于关断，所述工作状态下所述USB充电控制电路将所述供电电能发送至外接充电设备以进行充电。

优选的，所述充电设备插入检测电路包括USB接口J3、电压检测电路和电压比较电路，所述USB接口J3用于连接外接充电设备，所述电压检测电路连接于所述外接充电设备以检测是否有所述外接充电设备插入所述USB接口J3，并生成相应的检测，所述电压比较电路连接于所述电压检测电路以获取所述电压检测电路上的检测电压，并与预设值进行比较以生成相应的检测信号。

优选的，所述电压检测电路包括第五二极管D5和第二十电阻R20，所述第五二极管D5的负极连接于所述USB接口J3，正极连接于所述第二十电阻R20，所述第二十电阻R20的另一端连接于供电电源电路，所述电压比较电路包括比较芯片U4，所述比较芯片U4的第五引脚连接于所述第五二极管D5的正极和所述第二十电阻R20之间的节点。

优选的，所述电压检测电路还包括第六二极管D6，所述第六二极管D6为瞬态抑制二极管，其负极连接于所述第五二极管D5的正极和所述第二十电阻R20之间，正极接地。

优选的，还包括输入USB电源控制电路，其一端连接于所述USB充电控制电路，另一端连接于所述充电设备插入检测电路，所述输入USB电源控制电路用于防止充电设备插入检测电路与外接设备之间发生倒灌。

优选的，还包括充电电流检测电路，所述充电电流检测电路连接于所述主芯片电路，并根据所述充电控制信号转化为待机状态或工作状态，所述充电电流检测电路在工作状态下用于检测对外接充电设备的充电电流大小。

优选的，所述主芯片电路（2）包括主芯片U5，所述主芯片U5的第十五引脚连接于所述充电设备插入检测电路（1）的第七引脚，所述充电设备插入检测电路（1）的第七引脚为输出引脚，用于输出所述检测信号，所述主芯片U5的第一引脚连接于USB充电控制电路（4），所述主芯片U5的第二引脚连接于所述充电电流检测电路（6），所述主芯片U5的第一引脚和第二引脚皆为输出引脚，用于输出所述充电控制信号。

优选的，所述主芯片U5的型号为N76E003。

优选的，所述USB充电控制电路（4）包括型号为IP6510的充电芯片U1，所述充电芯片U1的第二引脚作为输入端连接于所述供电电源电路（3）以接收供电电能，所述充电芯片U1的第一引脚作为输出端连接于所述输入USB电源控制电路（5），所述充电芯片U1的第五引脚和第六引脚作为QC协议识别端连接于所述USB接口J3，所述充电芯片U1的第七引脚和第八引脚作为PD协议识别端连接于所述USB接口J3。

优选的，所述输入USB电源控制电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四三极管Q4和第三MOS管Q3，其中，第三MOS管Q3的D极连接于充电芯片U1的第一引脚，S极连接于外部充电设备，G极连接于第九电阻R9，第九电阻R9的另一端连接于第四三极管Q4的集电极，所述第四三极管Q4的发射极接地，基极连接于第十电阻R10，第十电阻R10的另一端连接于第八电阻R8和第十一电阻R11之间，所述第八电阻R8的另一端连接于充电芯片U1的第一引脚和第三MOS管Q3的D极之间，第十一电阻R11的另一端接地，第七电阻R7的一端连接于第三MOS管的基极和第九电阻R9之间。

综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

通过充电设备插入检测电路来检测是否有外接充电设备插入，如果没有，那么只有充电设备插入检测电路处于工作状态，其他电路都处于休眠状态，不工作以节省电能，如果检测到有外接充电设备插入，则主芯片电路从休眠状态被唤醒以进入工作状态，主芯片电路通过内部指令，将输出引脚输出高电平信号，进而打开其他电路以进行工作状态，这样可以使得在待机状态下，使得智能家居的待机电流可做到30-40uA，大大延长了锂电池包的使用时间，降低了智能家具的待机损耗电流。

附图说明

图1是本申请实施例的整体模块连接示意图；

图2是本申请实施例中供电电源电路的电路连接示意图；

图3是本申请实施例中充电设备插入检测电路的电路连接示意图；

图4是本申请实施例中主芯片电路的电路连接示意图；

图5是本申请实施例中USB充电控制电路的连接示意图；

图6是本申请实施例中输入USB电源控制电路的电路连接示意图；

图7是本申请实施例中充电电流检测电路的电路连接示意图。

附图标记说明：1、充电设备插入检测电路；11、电压检测电路；12、电压比较电路；2、主芯片电路；3、供电电源电路；4、USB充电控制电路；5、输入USB电源控制电路；6、充电电流检测电路。

具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种低功耗USB充电插入电路。

如图1所示，一种低功耗USB充电插入电路，包括充电设备插入检测电路1、主芯片电路2、供电电源电路3和USB充电控制电路4。

USB充电控制电路4连接于供电电池以获取电池电能。

供电电池为智能家具中内置的锂电池包。

USB充电控制电路4包括接口J1以与锂电池包进行连接。

供电电源电路3连接于USB充电控制电路4以接收电池电能，并将电池电能转化为供电电能以进行内部供电及外部充电。

供电电源电路3获取电池电能后，将电池电能转化为+5V的供电电能，其可以用于内部供电，通过供电使得主芯片电路2和充电设备插入检测电路1启动，以及为后续的外接充电设备进行充电。

如图2所示，具体的，供电电源电路3包括三端稳压芯片U2，三端稳压芯片U2的第三引脚为输入5引脚，其与充电设备插入检测电路1连接，其第一引脚为输出引脚，其可以将电池电能转化并输出为+5V的供电电能。

充电设备插入检测电路1连接于供电电源电路3以获取供电电能，其用于检测是否有外接充电设备插入并输出相应的检测信号。

如图3所示，具体的，充电设备插入检测电路1包括USB接口J3、电压检测电路11和电压比较电路12，USB接口J3用于连接外接充电设备，电压检测电路11连接于外接充电设备以检测是否有外接充电设备插入USB接口J3，并生成相应的检测，电压比较电路12连接于电压检测电路11以获取电压检测电路11上的检测电压，并与预设值进行比较以生成相应的检测信号。

电压检测电路11包括第五二极管D5和第二十电阻R20，第五二极管D5的负极连接于USB接口J3，正极连接于第二十电阻R20，第二十电阻R20的另一端连接于供电电源电路3，电压比较电路12包括比较芯片U4，比较芯片U4的第五引脚连接于第五二极管D5的正极和第二十电阻R20之间的节点。

电压检测电路11还包括第六二极管D6，第六二极管D6为瞬态抑制二极管，其负极连接于第五二极管D5的正极和第二十电阻R20之间，正极接地。

因第五二极管D5为肖特基二极管，为了避免肖特基漏电流的影响，加入瞬态抑制二极管。

比较芯片U4的第七引脚为电平信号输出端，其连接于主芯片U5的第十五引脚。

如图4所示，主芯片电路2连接于充电设备插入检测电路1以获取检测信号，并根据检测信号生成相应的充电控制信号。

主芯片电路2包括主芯片U5，主芯片U5的第十五引脚连接于充电设备插入检测电路1的第七引脚，充电设备插入检测电路1的第七引脚为输出引脚，用于输出检测信号，主芯片U5的第一引脚连接于USB充电控制电路4，主芯片U5的第一引脚为输出引脚，用于输出充电控制信号。主芯片U5的型号为NF6E003。

如图5所示，USB充电控制电路4还连接于主芯片电路2以接收充电控制信号，并根据充电控制信号转化为待机状态或工作状态，其中，待机状态下USB充电控制电路4处于关断，工作状态下USB充电控制电路4将供电电能发送至外接充电设备以进行充电。

USB充电控制电路4包括型号为IP6510的充电芯片U1，其第二引脚作为输入5端连接于供电电源电路3以接收供电电能，第五引脚和第六引脚作为QC协议识别端连接于USB接口J3，第七引脚和第八引脚作为PD协议识别端连接于USB接口J3。

IP6510是一款集成同步开关的降压转换器，其支持9种输出快充协议、支持Type-C输出和USB PD协议。其还包括多种保护功能，具有输入5过压、欠压保护、输出过流、过压、欠压、短路保护等功能。

其还包括保险丝F1、双向瞬态抑制二极管DR1、第一MOS管Q1、第一电阻R1、第三电阻R3、第二二极管Q2、第四电阻R4和第六电阻R6。

保险丝F1的一端连接于接口J1，另一端连接于第一MOS管Q1的S极，第一MOS管Q1的D极连接于充电芯片U1的第二引脚，其中，充电芯片U1的第二引脚为电压输入5引脚，第一MOS管Q1的G极连接于第三电阻R3，第三电阻R3的另一端连接于第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q2的基极连接于第四电阻R4，第四电阻R4的另一端连接于主芯片U5的第一引脚。

第一电阻R1并联在第一MOS管Q1的S极和G极之间，第六电阻R6一端连接在第四电阻R4和第二三极管Q2的基极之间，另一端接地，双向瞬态抑制二极管DR1一端连接于保险丝F1和第一MOS管Q1的S极之间，另一端接地。

如图6所示，在另一些实施例中，还包括输入USB电源控制电路5，其一端连接于USB充电控制电路（4），另一端连接于充电设备插入检测电路（1），输入USB电源控制电路5用于防止充电设备插入检测电路（1）与外接设备之间发生倒灌。

当USB充电控制电路4被打开后，输入USB电源控制电路5也随即被打开，其可以防止外接充电设备插入充电设备插入检测电路1时的+5V电源倒灌流入，这样可以进一步降低功耗。

具体的，输入USB电源控制电路5包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四三极管Q4和第三MOS管Q3，其中，第三MOS管Q3的D极连接于充电芯片U1的第一引脚，S极连接于外部充电设备，G极连接于第九电阻R9，第九电阻R9的另一端连接于第四三极管Q4的集电极，第四三极管Q4的发射极接地，基极连接于第十电阻R10，第十电阻R10的另一端连接于第八电阻R8和第十一电阻R11之间，第八电阻R8的另一端连接于充电芯片U1的第一引脚和第三MOS管Q3的D极之间，第十一电阻R11的另一端接地，第七电阻R7的一端连接于第三MOS管的基极和第九电阻R9之间。

如图7所示，在另一些实施例中，还包括充电电流检测电路6，充电电流检测电路6连接于主芯片电路2，并根据充电控制信号转化为待机状态或工作状态，充电电流检测电路6在工作状态下用于检测对外接充电设备的充电电流大小。

充电电流检测电路6包括运放芯片U3，其第五引脚为VDD端，其连接于主芯片U5的第二引脚以接收充电控制信号。

当有手机或平板电脑等设备插入USB接口J3时，第五二极管D5的正极与第二十电阻R20之间的电压会下降，这样比较芯片U4便通过该点的电压小于预设值，这样其第七引脚输出低电平信号，反之，当没有设备插入时，第七引脚则输出高电平信号。当第七引脚输出低电平时，其会触发主芯片U5的ADC外部检测终端，主芯片U5便可以从休眠状态被唤醒，以进入工作状态，当主芯片U5进入工作状态后，其输出引脚便输出高电平信号，以此进而打开连接于主芯片电路2的其他电路，反之，若主芯片U5处于休眠状态，其输出引脚输出的便是低电平信号，这时与这些输出引脚相连接的其他电路则处于关断状态。

具体的，当插入外接充电设备后，主芯片U5被唤醒，主芯片U5通过内部指令，第一引脚（P0.5）和第二引脚（P0.6）输出高电平信号，进而打开USB充电控制电路4（P0.5）和充电电流检测信号（P0.6）。

这样可以使得在没有外接充电设备插入时，除了主芯片电路2和充电设备插入检测电路1外，其他用于为外接充电设备进行充电的关联电路都处于关断状态，不消耗电能，而只有存在外接充电设备插入后，其他关联电路才进入工作状态，从而使得智能家具在不适用的条件下待机电流达到30-40uA，大大延长了锂电池的使用时间，极大的降低了智能家具的待机损耗电流。

实施原理为：

通过充电设备插入检测电路1来检测是否有外接充电设备插入，如果没有，那么只有充电设备插入检测电路1处于工作状态，其他电路都处于休眠状态，不工作以节省电能，如果检测到有外接充电设备插入，则主芯片电路2从休眠状态被唤醒以进入工作状态，主芯片电路2通过内部指令，将输出引脚输出高电平信号，进而打开其他电路以进行工作状态，这样可以使得在待机状态下，使得智能家居的待机电流可做到30-40uA，大大延长了锂电池包的使用时间，降低了智能家具的待机损耗电流。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低功耗USB充电插入电路，其特征在于：包括充电设备插入检测电路（1）、主芯片电路（2）、供电电源电路（3）和USB充电控制电路（4），其中，

所述USB充电控制电路（4）连接于供电电池以获取电池电能；

所述供电电源电路（3）连接于所述USB充电控制电路（4）以接收所述电池电能，并将所述电池电能转化为供电电能以进行内部供电及外部充电；

所述充电设备插入检测电路（1）连接于所述供电电源电路（3）以获取所述供电电能，其用于检测是否有外接充电设备插入并输出相应的检测信号；

所述主芯片电路（2）连接于所述充电设备插入检测电路（1）以获取所述检测信号，并根据所述检测信号生成相应的充电控制信号；

所述USB充电控制电路（4）还连接于所述主芯片电路（2）以接收所述充电控制信号，并根据所述充电控制信号转化为待机状态或工作状态，其中，所述待机状态下所述USB充电控制电路（4）处于关断，所述工作状态下所述USB充电控制电路（4）将所述供电电能发送至外接充电设备以进行充电。

2.根据权利要求1所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：所述充电设备插入检测电路（1）包括USB接口J3、电压检测电路（11）和电压比较电路（12），所述USB接口J3用于连接外接充电设备，所述电压检测电路（11）连接于所述外接充电设备以检测是否有所述外接充电设备插入所述USB接口J3，并生成相应的检测，所述电压比较电路（12）连接于所述电压检测电路（11）以获取所述电压检测电路（11）上的检测电压，并与预设值进行比较以生成相应的检测信号。

3.根据权利要求2所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：所述电压检测电路（11）包括第五二极管D5和第二十电阻R20，所述第五二极管D5的负极连接于所述USB接口J3，正极连接于所述第二十电阻R20，所述第二十电阻R20的另一端连接于供电电源电路（3），所述电压比较电路（12）包括比较芯片U4，所述比较芯片U4的第五引脚连接于所述第五二极管D5的正极和所述第二十电阻R20之间的节点。

4.根据权利要求3所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：所述电压检测电路（11）还包括第六二极管D6，所述第六二极管D6为瞬态抑制二极管，其负极连接于所述第五二极管D5的正极和所述第二十电阻R20之间，正极接地。

5.根据权利要求2所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：还包括输入USB电源控制电路（5），其一端连接于所述USB充电控制电路（4），另一端连接于所述充电设备插入检测电路（1），所述输入USB电源控制电路（5）用于防止充电设备插入检测电路（1）与外接设备之间发生倒灌。

6.根据权利要求1所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：还包括充电电流检测电路（6），所述充电电流检测电路（6）连接于所述主芯片电路（2），并根据所述充电控制信号转化为待机状态或工作状态，所述充电电流检测电路（6）在工作状态下用于检测对外接充电设备的充电电流大小。

7.根据权利要求6所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：所述主芯片电路（2）包括主芯片U5，所述主芯片U5的第十五引脚连接于所述充电设备插入检测电路（1）的第七引脚，所述充电设备插入检测电路（1）的第七引脚为输出引脚，用于输出所述检测信号，所述主芯片U5的第一引脚连接于USB充电控制电路（4），所述主芯片U5的第二引脚连接于所述充电电流检测电路（6），所述主芯片U5的第一引脚和第二引脚皆为输出引脚，用于输出所述充电控制信号。

8.根据权利要求7所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：所述主芯片U5的型号为N76E003。

9.根据权利要求5所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：所述USB充电控制电路（4）包括型号为IP6510的充电芯片U1，所述充电芯片U1的第二引脚作为输入端连接于所述供电电源电路（3）以接收供电电能，所述充电芯片U1的第一引脚作为输出端连接于所述输入USB电源控制电路（5），所述充电芯片U1的第五引脚和第六引脚作为QC协议识别端连接于所述USB接口J3，所述充电芯片U1的第七引脚和第八引脚作为PD协议识别端连接于所述USB接口J3。

10.根据权利要求9所述的低功耗USB充电插入电路，其特征在于：所述输入USB电源控制电路（5）包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第四三极管Q4和第三MOS管Q3，其中，所述第三MOS管Q3的D极连接于充电芯片U1的第一引脚，S极连接于外部充电设备，G极连接于第九电阻R9，第九电阻R9的另一端连接于第四三极管Q4的集电极，所述第四三极管Q4的发射极接地，基极连接于第十电阻R10，第十电阻R10的另一端连接于第八电阻R8和第十一电阻R11之间，所述第八电阻R8的另一端连接于充电芯片U1的第一引脚和第三MOS管Q3的D极之间，第十一电阻R11的另一端接地，第七电阻R7的一端连接于第三MOS管的基极和第九电阻R9之间。