TW201329727A - Usb充電控制電路 - Google Patents

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Abstract

一種USB充電控制電路,包括備用電源、USB介面、充電控制單元、開關電路以及南橋晶片,所述充電控制單元由所述備用電源獲取工作電壓,所述充電控制單元控制單元包括充電控制器;所述開關電路包括電性連接至所述充電控制器以及所述備用電源的電子開關;南橋晶片包括USB控制器,所述南橋晶片根據電腦的工作模式控制所述USB控制器或所述充電控制器發送確認訊號至所述USB介面,並藉由控制電子開關的導通或斷開以相應將備用電源供應或停止供應到所述USB介面。

Description

USB充電控制電路
本發明涉及一種充電控制電路,尤其涉及一種USB充電控制電路。
習知多數USB設備,例如行動電話、平板電腦等都是藉由USB介面插入電腦進行充電。在這些USB設備藉由USB線纜輸入電腦後,電腦需要先對這些USB設備進行枚舉以識別並連接USB設備。電腦內的USB控制器藉由與USB介面相連接的差分訊號線(D+、D-)來進行枚舉,即,所述USB控制器藉由所述差分訊號線發送確認訊號至所述USB設備,當所述USB設備接收到該確認訊號後,才會藉由所述USB介面的電源引腳進行充電。
然,當電腦在待機狀態時,所述USB控制器已停止工作,無法對所述USB設備進行枚舉,導致所述USB設備無法進行充電。
有鑒於此,有必要提供一種當電腦處於待機狀態時,也可對插入電腦USB介面的USB設備進行充電的USB充電控制電路。
一種USB充電控制電路,設於電腦內,用於控制對USB設備的充電,所述USB充電控制電路包括:
備用電源;
USB介面,電性連接至所述USB設備;
充電控制單元,由所述備用電源獲取工作電壓,所述充電控制單元控制單元包括充電控制器;
開關電路,包括電性連接至所述充電控制器以及所述備用電源的電子開關;以及
南橋晶片,包括USB控制器,所述南橋晶片根據電腦的工作模式控制所述USB控制器或所述充電控制器發送確認訊號至所述USB介面,並藉由控制電子開關的導通或斷開以相應將備用電源供應或停止供應到所述USB介面。
所述的USB充電控制電路在電腦待機時,藉由所述充電控制器發送確認訊號至USB設備,以使USB設備採用備用電源進行充電,並且藉由南橋晶片對所述開關電路導通與斷開控制所述備用電源對USB設備的充電路徑的導通與斷開,如此,不僅可使USB設備在電腦待機時也可進行充電,還可對USB設備的充電電源進行控制。
請參閱圖1,本發明較佳實施方式的USB充電控制電路100設於電腦(圖未示)內,用於給行動電話、平板電腦等USB設備200進行充電。USB設備200藉由USB介面50電性連接至USB充電控制電路100。USB充電控制電路100包括南橋晶片10、充電控制單元20、開關電路30、備用電源40以及USB介面50。USB介面50用於將USB設備200電性連接至USB充電控制電路100。在南橋晶片10的控制下,電腦待機時,充電控制單元20對USB設備200發送確認訊號,開關電路30將備用電源40供應至USB介面50。在本實施方式中,備用電源40輸出+5V電壓,標記為+5VSB。
請一併參閱圖2,南橋晶片10內部集成有USB控制器11。南橋晶片10包括第一控制引腳P1、第二控制引腳P2、正差分訊號引腳VP以及負差分訊號引腳VM。正差分訊號引腳VP及負差分訊號引腳VM電性連接至USB控制器11。
充電控制單元20包括充電控制器U1、第一上拉電阻R1以及第一下拉電阻R2。
充電控制器U1包括電源引腳VDD、接地引腳GND、正差分訊號引腳Y+、D+,負差分訊號引腳Y-、D-,第一輸入引腳SB、第二輸入引腳SEL以及輸出引腳INT/。電源引腳VDD電性連接至備用電源40,以獲取+5VSB;接地引腳GND接地處理;正差分訊號引腳Y+及負差分訊號引腳Y-分別對應電性連接至USB控制器11的正差分訊號引腳VP以及負差分訊號引腳VM;正差分訊號引腳D+及負差分訊號引腳D-分別與USB介面50的正差分訊號引腳D+及負差分訊號引腳D-對應連接;第一輸入引腳SB電性連接至南橋晶片10的第一控制引腳P1;第二輸入引腳SEL藉由第一上拉電阻R1電性連接至備用電源40;輸出引腳INT/藉由第一下拉電阻R2接地。輸出引腳INT/在電腦正常工作或者待機狀態時均呈高阻態(High impedance, hi-z)。
當電腦正常工作時,充電控制器U1用於實現USB設備200與USB控制器11之間資料訊號的傳送,由USB控制器11發送確認訊號至USB設備200;而當電腦待機時,充電控制器U1則發送所述確認訊號至USB設備200。具體地,當電腦正常工作時,南橋晶片10藉由第一控制引腳P1發送一高電平訊號至充電控制器U1的第一輸入引腳SB,充電控制器U1則將USB介面50的正差分訊號引腳D+及負差分訊號引腳D-對應連接至USB控制器11的正差分訊號引腳VP及負差分訊號引腳VM,當有USB設備200插入USB介面50時,USB設備200即可藉由充電控制器U1與USB控制器11之間進行通訊,此時由USB控制器11發出所述確認訊號至USB設備200。而當電腦進入待機狀態時,USB控制器11停止工作,南橋晶片10藉由第一控制引腳P1發送一低電平訊號至充電控制器U1的第一輸入引腳SB,當有USB設備200插入USB介面50時,充電控制器U1藉由其正差分訊號引腳D+及負差分訊號引腳D-發出所述確認訊號至USB設備200。USB設備200接收到所述確認訊號後,即可藉由備用電源+5VSB進行充電。
在本實施方式中,充電控制器U1為Pericom公司生產的型號為PI5USB1457的充電控制器。
可以理解,電子開關Q1也可以為一PNP型三極管,其基極、發射極和集電極分別對應所述P溝道MOSFET的柵極G、源極S和漏極D。
開關電路30包括電平轉換電路31、第一二極體D1、第二二極體D2、電子開關Q1以及第二下拉電阻R3第一二極體D1。由於南橋晶片10輸出的高電平的電壓幅度是3.3V,電平轉換電路31用於轉換南橋晶片10輸出的3.3V高電平訊號轉換為5V的高電平訊號,以使南橋晶片10輸出的高電平訊號能準確地關閉電子開關Q1。具體地,電平轉換電路31包括第一NPN型三極管Q2、第二NPN型三極管Q3、限流電阻R4、第二上拉電阻R5以及第三上拉電阻R6。第一NPN型三極管Q2的基極B1藉由限流電阻R4電性連接至南橋晶片10的第二控制引腳P2;發射極T1接地;集電極J1藉由第二上拉電阻R5電性連接至備用電源40。第二NPN型三極管Q3的基極B2電性連接至集電極J1與第二上拉電阻R5之間的節點;發射極T2接地;集電極J2藉由第三上拉電阻R6電性連接至備用電源40。第一二極體D1的陽極電性連接至集電極J2與第三上拉電阻R6之間的節點,陰極電性連接至電子開關Q1。
第二二極體D2的陽極電性連接至輸出引腳INT/與第一下拉電阻R2之間的節點;陰極電性連接至電子開關Q1。在本實施方式中,電子開關Q1為P溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET),其柵極G電性連接至第二二極體D2的陰極及第一二極體D1的陰極;源極S電性連接至備用電源+5VSB;漏極D藉由保險絲F電性連接至USB介面50的電源引腳VCC。P溝道MOSFET的柵極G還藉由第二下拉電阻R3接地。保險絲F用於對插入USB介面50的USB設備200進行過流保護。
當電腦處於待機狀態並且需要給USB設備供電時,南橋晶片10的第二控制引腳P2則輸出低電平訊號,第一NPN型三極管Q2截止,第二NPN型三極管Q3導通,第一二極體D1截止使得P溝道MOSFET Q1的柵極G為低電平,P溝道MOSFET Q1導通,備用電源+5VSB即可藉由USB介面50對USB設備200進行充電。
而當電腦處於正常工作狀態時,電腦可採用正常電源,如+5V電源300給USB設備進行供電。由於此時充電控制器U1的輸出引腳INT/仍呈高阻態,第二二極體D2的陽極藉由第一下拉電阻R2接地從而使得第二二極體D2截止。若需要停止採用備用電源+5VSB對USB設備200充電,則南橋晶片10的第二控制引腳P2輸出3.3V的高電平訊號,第一NPN型三極管Q2導通,第二NPN型三極管Q3截止,第一二極體D1導通使得P溝道MOSFET Q1的柵極G為+5V的高電平,P溝道MOSFET Q1截止,如此即可切斷備用電源+5VSB與USB設備200之間的電性連接。
所述的USB充電控制電路100在電腦待機時,藉由所述充電控制器U1發送確認訊號至USB設備,以使USB設備採用備用電源+5VSB進行充電,並且藉由南橋晶片10對所述開關電路30導通與斷開控制所述備用電源+5VSB對USB設備200的充電路徑的導通與斷開,如此,不僅可使USB設備200在電腦待機時也可進行充電,還可對USB設備200的充電電源進行控制。
綜上所述,本發明符合發明專利要件,爰依法提出專利申請。惟,以上所述者僅為本發明之實施方式,本發明之範圍並不以上述實施方式為限,舉凡熟悉本案技藝之人士,於援依本案發明精神所作之等效修飾或變化,皆應包含於以下之申請專利範圍內。
100...USB充電控制電路
200...USB設備
10...南橋晶片
20...充電控制單元
30...開關電路
40、+5VSB...備用電源
50...USB介面
11...USB控制器
31...電平轉換電路
P1...第一控制引腳
P2...第二控制引腳
VP、Y+、D+...正差分訊號引腳
VM、Y-、D-...負差分訊號引腳
U1...充電控制器
D1...第一二極體
Q1...電子開關
R1...第一上拉電阻
R2...第一下拉電阻
R3...第二下拉電阻
F...保險絲
VDD、VCC...電源引腳
GND...接地引腳
SB...第一輸入引腳
SEL...第二輸入引腳
INT/...輸出引腳
D2...第二二極體
Q2...第一NPN型三極管
Q3...第二NPN型三極管
R4...限流電阻
R5...第二上拉電阻
R6...第三上拉電阻
圖1為本發明較佳實施方式的USB充電控制電路的功能模組圖。
圖2為圖1所示USB充電控制電路的電路圖。
10...南橋晶片
+5VSB...備用電源
50...USB介面
11...USB控制器
31...電平轉換電路
P1...第一控制引腳
P2...第二控制引腳
VP、Y+、D+...正差分訊號引腳
VM、Y-、D-...負差分訊號引腳
U1...充電控制器
D1...第一二極體
Q1...電子開關
R1...第一上拉電阻
R2...第一下拉電阻
R3...第二下拉電阻
F...保險絲
VDD、VCC...電源引腳
GND...接地引腳
SB...第一輸入引腳
SEL...第二輸入引腳
INT/...輸出引腳
D2...第二二極體
Q2...第一NPN型三極管
Q3...第二NPN型三極管
R4...限流電阻
R5...第二上拉電阻
R6...第三上拉電阻

Claims (7)

  1. 一種USB充電控制電路,設於電腦內,用於控制對USB設備的充電,其改良在於,所述USB充電控制電路包括:
    備用電源;
    USB介面,電性連接至所述USB設備;
    充電控制單元,由所述備用電源獲取工作電壓,所述充電控制單元控制單元包括充電控制器;
    開關電路,包括電性連接至所述充電控制器以及所述備用電源的電子開關;以及
    南橋晶片,包括USB控制器,所述南橋晶片根據電腦的工作模式控制所述USB控制器或所述充電控制器發送確認訊號至所述USB介面,並藉由控制電子開關的導通或斷開以相應將備用電源供應或停止供應到所述USB介面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之USB充電控制電路,其中所述開關電路還包括第一二極體及電性連接至所述南橋晶片的電平匹配電路,所述第一二極體的陽極電性連接至所述電平匹配電路的輸出端,陰極電性連接至所述電子開關,所述電平匹配電路用於將所述南橋晶片輸出的高電平電壓轉換為能使電子開關截止的另一電壓幅度的高電平,並藉由所述第一二極體輸出至所述電子開關。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之USB充電控制電路,其中所述電平匹配電路包括第一NPN型三極管、第二NPN型三極管及限流電阻,所述第一NPN型三極管基極藉由所述限流電阻電性連接至所述南橋晶片,發射極接地,集電極電性連接至所述備用電源;所述第二NPN型三極管的基極電性連接至所述第一NPN型三極管的集電極與所述備用電源之間的節點,發射極接地,集電極電性連接至所述備用電源,所述第一二極體的陽極電性連接至所述第二NPN型三極管的集電極與所述備用電源之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之USB充電控制電路,其中所述電子開關為P溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體,其柵極電性連接至所述第一二極體的陰極;源極電性連接至所述備用電源;漏極電性連接至所述USB介面的電源引腳。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之USB充電控制電路,其中所述電子開關為PNP型三極管,其基極電性連接至所述第一二極體的陰極;發射極電性連接至所述備用電源;集電極電性連接至所述USB介面的電源引腳。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之USB充電控制電路,其中所述充電控制單元還包括保險絲,所述保險絲電性連接至所述USB介面的電源引腳與所述電子開關之間,所述保險絲用於對插入所述USB介面的USB設備進行過流保護。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之USB充電控制電路,其中所述充電控制單元還包括第一下拉電阻,所述開關電路還包括第二二極體,所述USB控制器包括呈高阻態的輸出引腳,所述輸出引腳藉由所述第一下拉電阻接地,所述第二二極體的陽極電性連接至所述輸出引腳與所述第一下拉電阻之間的節點,陰極電性連接至所述電子開關。
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