CN2739695Y - 一种便携式电子设备及其充电装置的充电接口和扩展头 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种便携式电子设备及其充电装置的充电接口和扩展头，所述便携式电子设备至少包括一USB接口、USB收发装置和充电单元，所述USB接口包括两数据端、一供电端和一接地端，其数据端与USB收发装置的数据端连接，其供电端与USB收发装置的供电端和充电单元的供电端相连。所述充电接口可插入所述的USB接口，其供电端插芯与充电装置的供电端相连，其接地端与充电装置的接地端相连。所述扩展头包括一输入USB接口、一充电接口和一输出USB接口，输出USB接口分别与USB接口和充电接口相连。本实用新型所述的便携式电子设备及充电接口和扩展头，可以实现用一USB接口完成数据传输和充电的功能，从而减少便携式电子设备的接口数量，降低成本，方便用户使用。

Description

一种便携式电子设备及其充电装置的充电接口和扩展头
技术领域
本实用新型涉及电子设备接口技术，尤其涉及一种便携式电子设备，及其充电装置的充电接口和扩展头。
背景技术
随着USB技术的广泛应用，USB接口已经成为诸如手机、PDA、手持电脑等电子设备的标准数据通信接口之一，但是在目前的电子设备中，USB接口只与USB收发装置相连，作为一个单独的数据通讯接口，只能用于进行数据传输，不能用于充电；充电接口只与充电单元相连，也是一个单独的充电接口，只能用于充电。用户在为电子设备进行传输数据和充电时，需要分别使用两套电缆，分别插入便携式电子设备和充电接口。
由于当前的电子设备中，USB接口和充电接口的相互分离，导致生产时需分别设计两个接口，成本较高。用户使用时需辨明接口的类型，因此使用不方便，另外，电子设备一般需要体积越小越好，且外观需要简约和美观，而两个接口相分离，不仅增加了电子设备的体积，又影响了外观。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的是提供一种便携式电子设备及其充电装置的充电接口和扩展头，从而实现便携式电子设备只用一个USB接口就可完成数据通讯和充电功能。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：
一种便携式电子设备，至少包括一USB接口、USB收发装置和充电单元，所述USB接口包括两个数据端、一个供电端和一个接地端，所述USB接口的数据端与所述USB收发装置的数据线连接，所述USB接口的供电端与所述USB收发装置的供电线和充电单元的供电线相连。
所述便携式电子设备进一步包括一CPU，与所述USB收发装置和所述充电单元相连，用于对所述USB收发装置和所述充电单元进行控制。
所述充电单元包括一充电电路和一充电管理模块，所述充电电路的供电端与所述USB接口的供电端相连，所述充电管理模块的电平状态监测线与所述USB接口的供电端相连。
所述充电单元进一步包括一电平产生电路，串连在所述USB接口的供电端和接地端之间，用于外界电缆接头插入USB接口时，在USB接口的供电端产生高电平，外界电缆接头不插入USB接口时，在USB接口的供电端产生低电平。
所述的充电电路至少包括一个三极管、一降压电阻、一场效应管和一充电电池，其中，三极管的发射极和集电极、降压电阻，场效应管的源极和漏极以及充电电池串连；所述三极管的发射极为充电电路的供电端，与所述USB接口的供电端相连；所述充电管理模块分别与所述CPU、三极管的基极、降压电阻、场效应管的栅极以及充电电池连接，用于根据CPU的控制命令对三极管、降压电阻、场效应管和充电电池进行充电管理控制。
所述的便携式电子设备为手机、手持电脑和MP3播放器。
所述的USB接口为USB插头或USB插座。
一种便携式电子设备充电装置的充电接口，该充电接口包括供电端插芯和接地端插芯，其供电端插芯与充电装置的供电端相连，其接地端与充电装置的接地端相连，该充电接口与USB接口配套，其物理形状和USB接口的物理形状相同，该充电接口和USB接口相互插入时，其供电端插芯与USB接口中供电端对应接触，其接地端插芯与USB接口中接地端对应接触。所述充电接口为USB插头或USB插座，该充电接口的数据端空置，供电端与充电装置的供电端相连，接地端与充电装置的接地端相连。
一种便携式电子设备充电装置的扩展头，该扩展头包括一个输入USB接口、一个充电接口和一个输出USB接口，其中输入USB接口包括两个数据端、一个供电端和一个接地端，充电接口中至少包括一个供电端和一个接地端，输出USB接口中包括两个数据端插芯，一个供电端插芯和一个接地端插芯；输入USB接口的数据端与输出USB接口的数据端插芯对应相连，输入USB接口的供电端与输出USB接口的供电端插芯相连，输入USB接口的接地端与输出USB接口的接地端插芯相连，充电接口的供电端与输出USB接口的供电端插芯相连，充电接口的接地端与输出USB接口的接地端插芯相连。所述扩展头的充电接口为一USB插头或USB插座，该USB插头或USB插座的数据端与输出USB接口的数据端插芯对应相连，该USB插头或USB插座的供电端与输出USB接口的供电端插芯相连，该USB插头或USB插座的接地端与输出USB接口的接地端插芯相连。所述的输入USB接口为USB插头或USB插座，所述的输出USB接口为USB插头或USB插座。
由于本实用新型所述的便携式电子设备将USB接口的供电端与充电单元的供电端相连，从而实现在利用USB接口进行数据通讯的同时为电子设备进行充电；利用本实用新型所述的充电接口将充电器与本实用新型所述的USB接口连接，从而为电子设备独立充电；利用本实用新型所述的扩展头，可将一个USB接口拓展为两个USB接口，或者将一个USB接口扩展为一个USB接口和一个充电接口，从而同时完成电子设备进行USB数据通讯和充电。利用本实用新型所述的便携式电子设备及其充电装置的充电接口扩展头，可以只用一个USB接口即可完成数据通讯和充电功能，从而减少电子设备的接口数量，降低生产成本，方便了用户的使用；同时减小电子设备的体积，方便携带，外观上更容易做到简约和美观。
附图说明
图1为本实用新型所述便携式电子设备内部器件的电路连接图；
图2为本实用新型所述便携式电子设备充电装置的充电接口的结构图；
图3为本实用新型所述的第一种扩展头的结构图；
图4为本实用新型所述的第二种扩展头的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型的实施方法。
本实用新型所述的便携式电子设备为手机、手持电脑或MP3播放器。如图1所示，本实用新型所述的便携式电子设备包括：USB插口101、USB收发装置102、中央处理器(CPU)103和充电单元104。
其中，USB接口101为电子设备与USB电缆连接的物理接口，该USB接口101中包括两个数据端，分别为D-端和D+端，一个供电端VBUS，和一个接地端GND；USB接口101的D-端和D+端分别与USB收发器装置102的数据线USB_D_N和USB_D_P相连，USB接口101的供电端VBUS与USB收发器装置102的供电线USB_VBUS以及充电单元104的供电端E相连，用于为USB收发装置102供电和为充电单元104充电；USB接口101的接地端GND接地。
USB收发装置102用于完成逻辑信号与USB传输信号之间的变换和反变换，为了省电，该USB收发装置102必须支持休眠模式，当前市场上实现该USB收发装置102功能的芯片很多，例如Micron公司的型号为MIC2551的芯片；CPU103通过逻辑信号接口USB_Interface与所述的USB收发装置102相连，用于接收和发送数据并驱动和控制USB收发装置。
所述充电单元104包括：充电管理装置105、大功率PNP三极管106、降压电阻107、增强型P沟道MOS场效应管108、可充电电池(BATT)109，以及电平产生电路110。所述的可充电电池109为锂离子或聚合物可充电电池。充电管理装置105为一种充电管理芯片，例如高通公司的型号为PM1000的集成芯片，充电管理装置105在CPU103的控制下，配合三极管106、降压电阻107和MOS场效应管108完成充电管理功能。
充电单元104的供电端为三极管106的发射极E，USB接口101的供电端VBUS与该充电单元104的供电端E相连。上述三极管106的发射极E和集电极C、降压电阻107，场效应管108的源极S和漏极B以及充电电池串连组成一充电电路111；三极管106用于控制充电的电流，充电管理装置105通过控制信号线CHG_CTL_N与三极管106的基极B相连，通过信号线CHG_CTL_N输出不同的电压获得流经三极管106的不同充电电流，当信号线CHG_CTL_N的电压大于等于USB接口101上供电线VBUS的电压时，则充电管理装置105关闭充电；充电电流通过降压电阻107时，会因为电流大小的不同在降压电阻107上产生一定的压降，这个压降通过充电管理装置105的信号线ISNS_P和信号线ISNS_M送进充电管理装置105，经过充电管理装置105内置的放大器放大后，和预先设置的最大充电电流值IMAXSEL比较，当充电电流大于最大充电电流时，则充电管理装置107关断充电；MOS场效应管108用于关断充电，其栅极G与充电管理装置105的BAT_FET_CTL端相连，当充电管理装置105的BAT_FET_CTL端电压大于等于充电电池109的电压VBAT时，则关断充电。充电管理模块105的VBAT端为充电电池109的电压端，当充电电池109的电压达到预定的最大充电电池电压值VMAXSEL时，电源管理装置105关闭充电。
另外，电平产生电路110串连在USB接口的供电端VBUS和接地端GND之间，用于保证电缆接头不插入USB接口时，在供电端VBUS上产生低电平，电缆接头插入USB接口时产生高电平；所述的充电管理模块105中包括一监测模块，通过电平状态监测线与USB接口的供电端VBUS相连，用于监测供电端VBUS是低电平还是高电平，从而辨别电缆接头是否插上。
通过上述USB接口101，便携式电子设备可实现同时进行数据通讯和充电。当电子设备使用USB接口101与计算机进行数据通讯时，计算机在USB接口101的供电端VBUS上提供电压为5V，电流为500mA的电源给便携式设备，而USB数据通讯只需要很小的电流，因此剩下的电流可以用于充电。由于计算机通过USB数据端提供的电压为5V，电流为500mA，所以本实用新型所述的USB接口较适用于在电压为5V，电流为500mA充电电源下正常工作的电子设备。
上述的USB接口可以是USB插头，也可以是USB插座。
由于当前还没有一种充电器的充电接口能够插入USB接口，为了实现通过充电器直接向所述的便携式电子设备充电，因此本实用新型还公开了一种便携式电子设备充电器的充电接口，该接口与所述的USB接口相配套。如图2所示，该充电接口202包括两个插芯，+端为供电端插芯，-端为接地端插芯，该充电接口202与USB接口101配套，其物理形状和USB接口101的物理形状相同，能够插入USB接口101，且插入USB接口101后，供电端插芯与USB接口的供电端VBUS接触，接地端插芯与USB接口101的接地端GND接触。该充电接口202也可是一个标准的USB插头或USB插座，其数据端空置，其供电端与充电装置的供电端相连，其接地端与充电装置的接地端相连。
利用上述的充电接口202，可将USB接口101与充电器202连接，实现便携式电子设备的充电，但便携式电子设备要求充电器201的电压范围在4.8V至5.4V之间，以保证充电单元的工作安全可靠。
为了实现便携式电子设备同时利用USB电缆和充电器进行USB数据传输和充电，本实用新型还公开了两种USB扩展头，第一种USB扩展头的结构如图3所示，该扩展头301包括输入USB接口302、充电接口303和一个输出USB接口304，其中输入USB接口302与所述便携式电子设备上的USB接口101相同，其数据端D-和D+分别与输出USB接口304的插芯D-和插芯D+相连，其供电端VBUS与输出USB接口304的插芯VBUS相连，接地端GND与输出USB接口304的插芯GND相连；所述充电接口303为一普通充电器的充电插口，其+端为供电端，与输出USB接口304的插芯VBUS相连，其-端为接地端，与输出USB接口304的插芯GND相连；所述输出USB接口304为一普通的可插入电子设备USB接口101的USB接头，该USB接头插入USB接口后，插芯D-和插芯D+分别与USB接口101的数据端D-和数据端D+接触，插芯VBUS与USB接口101的供电端VBUS接触，插芯GND与USB接口101的接地端GND接触。以上所述的输入USB接口302和输出USB接口304为USB插头或USB插座。
将USB电缆插入上述的USB扩展头中的一个USB接口，将普通充电器的充电接口插入上述USB扩展头中的充电接口，并将上述的USB扩展头的USB接头插入便携式电子设备的USB接口，可实现电子设备同时传输USB数据传输和充电。
第二种扩展头的结构如图4所示，该扩展头401包括输入USB接口402、输入USB接口403和一个输出USB接口404，其中输入USB接口402和输入USB接口403与所述便携式电子设备上的输入USB接口101相同，其数据端D-和D+分别与输出USB接口404的插芯D-和插芯D+相连，其供电端VBUS与输出USB接口404的插芯VBUS相连，接地端GND与输出USB接口404的插芯GND相连，所述输出USB接口404为一可插入电子设备输入USB接口101的USB接口，该输出USB接口插入输入USB接口后，插芯D-和插芯D+分别与输入USB接口101的数据端D-和数据端D+接触，插芯VBUS与输入USB接口101的供电端VBUS接触，插芯GND与输入USB接口101的接地端GND接触。以上所述的输入USB接口402、输入USB接口403和输出USB接口404为USB插座或USB插头。
将上述的USB扩展头的输出USB接口插入便携式电子设备的USB接口后，上述的USB扩展头中的一个输入USB接口可通过连接USB电缆实现数据传输，上述的USB扩展头中的另一个输入USB接口可通过连接上述充电器的充电接口实现为电子设备进行充电。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，凡是利用USB接口充电和把USB接口与充电、电源功能整合为一的情况，以及任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1、一种便携式电子设备，至少包括一USB接口、USB收发装置和充电单元，所述USB接口包括两个数据端、一个供电端和一个接地端，所述USB接口的数据端与所述USB收发装置的数据线连接，其特征在于，所述USB接口的供电端与所述USB收发装置的供电线和充电单元的供电线相连。
2、如权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备进一步包括一CPU，与所述USB收发装置和所述充电单元相连，用于对所述USB收发装置和所述充电单元进行控制。
3、如权利要求2所述的便携式电子设备，其特征在于，所述充电单元包括一充电电路和一充电管理模块，所述充电电路的供电端与所述USB接口的供电端相连，所述充电管理模块的电平状态监测线与所述USB接口的供电端相连。
4、如权利要求3所述的便携式电子设备，其特征在于，所述充电单元进一步包括一电平产生电路，串连在所述USB接口的供电端和接地端之间，用于外界电缆接头插入USB接口时，在USB接口的供电端产生高电平，外界电缆接头不插入USB接口时，在USB接口的供电端产生低电平。
5、如权利要求3所述的便携式电子设备，其特征在于，所述的充电电路至少包括一个三极管、一降压电阻、一场效应管和一充电电池，其中，三极管的发射极和集电极、降压电阻，场效应管的源极和漏极以及充电电池串连；所述三极管的发射极为充电电路的供电端，与所述USB接口的供电端相连；所述充电管理模块分别与所述CPU、三极管的基极、降压电阻、场效应管的栅极以及充电电池连接，用于根据CPU的控制命令对三极管、降压电阻、场效应管和充电电池进行充电管理控制。
6、如权利要求1至5任一所述的便携式电子设备，其特征在于，所述的便携式电子设备为手机、手持电脑和MP3播放器。
7、如权利要求1、3、4或5所述的便携式电子设备，其特征在于，所述的USB接口为USB插头或USB插座。
8、一种便携式电子设备充电装置的充电接口，其特征在于，该充电接口包括供电端插芯和接地端插芯，其供电端插芯与充电装置的供电端相连，其接地端与充电装置的接地端相连，该充电接口与USB接口配套，其物理形状和USB接口的物理形状相同，该充电接口和USB接口相互插入时，其供电端插芯与USB接口中供电端对应接触，其接地端插芯与USB接口中接地端对应接触。
9、如权利要求8所述的充电接口，其特征在于，所述充电接口为USB插头或USB插座，该充电接口的数据端空置，供电端与充电装置的供电端相连，接地端与充电装置的接地端相连。
10、一种便携式电子设备充电装置的扩展头，其特征在于，该扩展头包括一个输入USB接口、一个充电接口和一个输出USB接口，其中输入USB接口包括两个数据端、一个供电端和一个接地端，充电接口中至少包括一个供电端和一个接地端，输出USB接口中包括两个数据端插芯，一个供电端插芯和一个接地端插芯；输入USB接口的数据端与输出USB接口的数据端插芯对应相连，输入USB接口的供电端与输出USB接口的供电端插芯相连，输入USB接口的接地端与输出USB接口的接地端插芯相连，充电接口的供电端与输出USB接口的供电端插芯相连，充电接口的接地端与输出USB接口的接地端插芯相连。
11、如权利要求10所述的便携式电子设备充电装置的扩展头，其特征在于，所述的充电接口为一USB插头或USB插座，该USB插头或USB插座的数据端与输出USB接口的数据端插芯对应相连，该USB插头或USB插座的供电端与输出USB接口的供电端插芯相连，该USB插头或USB插座的接地端与输出USB接口的接地端插芯相连。
12、如权利要求10或11所述的便携式电子设备充电装置的扩展头，其特征在于，所述的输入USB接口为USB插头或USB插座，所述的输出USB接口为USB插头或USB插座。
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