专利名称：Usb双向供电保护电路的制作方法
技术领域：
USB双向供电保护电路技术领域[0001]本实用新型涉及一种应用在3G智能无线电话内的保护电路，特别是公开一种USB 双向供电保护电路。
背景技术：
[0002]目前USB接口广泛应用于各类嵌入式电子产品内，利用USB接口中5V电源给外设供电也越来越普遍，现有的嵌入式产品通常只是被动接受PC机给出的5V电源，而没有对外供电能力。因此在嵌入式产品之间的连接需要彼此独立的两套电源，这样这个系统成本增加，连接复杂。而此技术则解决了外设供电问题，只需要连接到主嵌入式设备的USB线就可以得到主设备的电源。同时主设备也可以连接PC机。发明内容[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种设置在3G智能无线电话机的内部，用于实现USB接口的电源连接控制，使无线电话机的USB端口可以直接连接PC机的USB线，用于实现3G无线Modem功能，也可以在无线电话机的USB端口上连接一个宽带路由器来实现多路WAN接口和WiFi热点功能的USB双向供电保护电路。[0004]本实用新型为一种USB双向供电保护电路，其特征在于包括分别受控于内部嵌入式系统并与内部嵌入式系统相连的电源控制模块、电压监测模块、电源开关模块，所述电源开关模块与所述电压监测模块相连，所述电压监测模块与所述电源控制模块相连。[0005]所述电源开关模块与外部USB接口相连。[0006]所述内部嵌入式系统提供电源给电源开关模块，电源开关模块输出电源给外部 USB接口 ；内部嵌入式系统输出控制信号给电源控制模块；电源控制模块输出信号给电源开关模块；电压监测模块输出信号给电源控制模块；电压监测模块输出信号给内部嵌入式系统。[0007]内部嵌入式系统通过电源控制模块实现对电源开关的开启或关闭控制。电源开关模块连接内部电源和外部USB接口电源。而电源监测模块可以自动识别当前是否内部系统电源和外部USB电源产生冲突，并自动切断电源开关模块。[0008]本实用新型的有益效果是使用低成本差分运放作为电源监测，可靠地实现了电源保护；有效提高主嵌入式产品的智能型和减少从设备的电源成本。
[0009]图1是本实用新型与内部嵌入式系统连接的结构框图。[0010]图2是本实用新型电路结构图。
具体实施方式
[0011]根据图1、图2，本实用新型包括包括分别受控于内部嵌入式系统并与内部嵌入式系统相连的电源控制模块、电压监测模块、电源开关模块，所述电源开关模块与所述电压监测模块相连，所述电压监测模块与所述电源控制模块相连。所述电源开关模块与外部USB 接口相连。所述内部嵌入式系统提供电源给电源开关模块，电源开关模块输出电源给外部 USB接口 ；内部嵌入式系统输出控制信号给电源控制模块；电源控制模块输出信号给电源开关模块；电压监测模块输出信号给电源控制模块；电压监测模块输出信号给内部嵌入式系统。基本工作流程如下[0012]电源开关模块连接内部电源和外部USB接口电源，内部嵌入式系统输出信号至电源控制模块，电源控制模块接受信号来控制电源开关的开启或关闭。[0013]而电源监测模块可以自动识别当前是否内部系统电源和外部USB电源产生冲突， 并输出信号到电源控制模块来切断电源开关模块。[0014]下面根据图2对本实用新型的各个模块的工作原理作进一步阐述。[0015]一、电路信号说明[0016]VBUS 外部USB接口的电源线，既作为PC机USB线的5V输入，也用于给外部宽带路由器供电；[0017]VBAT 是电话机内部的工作电源，电压为3. 5V 4. 2V ·’[0018]VDD_DIG 电话机工作时的系统IO电源3. OV ；[0019]VBUS_SI 插入USB线连接外部PC机后，此信号输入为高。没有连接时为OV ；[0020]VBUS_INT :VBUS_SI的电平转换信号，把电压限定在0和3V。此信号同VBUS电压的结合来确定当前的USB线连接设备是PC机还是外部宽带路由器。[0021]二、电路控制[0022]本实用新型的电路保护工作主要由硬件实现，同时利用几个信号的状态来确定当前是PC机USB线插入还是开启对外部VUSB供电。有效逻辑如下，其它状态均属于非常正常状态。智能电话机可以自动识别VBUS大于3V和小于IV这两种状态，可以等效为为两个高低电平信号。[0023]当 VBUS=O, VBUS_INT=0, VBUS_EN=0 时，没有开启对外部 VUSB 供电，PC 机 USB 线没有插入；[0024]当 VBUS=1，VBUS_INT=0, VBUS_EN=1 时，开启对外部 VUSB 供电，PC 机 USB 线没有插入；[0025]当 VBUS=1，VBUS_INT=1, VBUS_EN=0 时，没有开启对外部 VUSB 供电，PC 机 USB 线插入；[0026]当VBUS=1，VBUS_INT=1, VBUS_EN=1时，开启对外部VUSB供电，但却误插入PC机 USB 线。[0027]三、本实用新型电路工作原理如下[0028](1)电话机正常工作时，VBAT电压在3. 5 4. 2V。[0029]A.没有启动对外部宽带路由器供电功能，则电源控制模块的VBUS_EN=0，VBUS输出为0V。原理如下[0030]当VBUS_EN=0时，第二二极管D2导通将第三三极管Q3的基极拉低(0. 3V)，从而第三三极管Q3截止。[0031]第三三极管Q3的集电极经过第六电阻R6拉高至VBAT，这样电源开关模块的第一三极管Ql和第二三极管Q2也处于截止状态。[0032]第一三极管Ql的S极输出被第三电阻R3下拉至0V，也即VBUS输出为0V。[0033]同时因为电压上 VBUS <VBAT，即 Vin-<Vin+，所以 VBUS_SI=VBAT-0. 2V,电源控制模块的第一二极管Dl截止，电源控制模块的第四三极管Q4导通。VBUS_INT=0. 3V，即PC机 USB线没有插入。[0034]B.电话机启动对外部宽带路由器供电功能，此时VBUS_EN=1，VBUS输出为VBAT-0. 015V。[0035]当VBUS_EN=1时(3V)，电源控制模块的第二二极管D2截止，第三三极管Q3因为第五电阻R5和VDD_DIG电压的存在而饱和导通。第三三极管Q3的集电极被拉低至0. 3V，导致第一三极管Ql和第二三极管Q2导通，第一三极管Ql的S极输出为VBUS=VBAT - 0. 015V (如果外面插入宽带路由器，在IA的工作电流下VBUS电压大约为VBAT-0.05V)。所以 VBUS<VBAT。[0036]这样仍然保证Vin- < Vin+, VBUS_SI = VBAT - 0. 2V，第一二极管Dl截止。所以第四三极管Q4导通。VBUS_INT=0. 3V。[0037](2)电话机工作时，插入USB线连接到PC机。电路工作原理如下[0038]A.没有启动对外部供电功能，则VBUS_EN=0，插入PC机USB线后使VBUS=5V。VBAT 电压不变。[0039]电池电压为VBAT (3. 5 4. 2V)，因为第一三极管Q1，第二三极管Q2不导通。插入PC机USB线后VBUS=5V ；从而Vin->Vin+，VBUS_SI输出低电平(< 0. 05V)，将第三三极管Q3基极拉低(<0. 4V)，第三三极管Q3处于截止状态。[0040]第三三极管Q3集电极通过第七电阻R7、第三二极管D3和VBUS上拉至5V左右，从而第一三极管Q1、第二三极管Q2截止。[0041 ] VBAT和VBUS两个电源互不影响，并且因为VBUS_S I输出为低电平，所以VBUS_ INT=VDD_DIG，表示当前有PC机USB线插入，电话机界面可以自动提示是否开启同PC机的 USB通讯。[0042]B.已经启动对外部供电功能，则VBUS_EN=1，插入PC机USB线后使VBUS=5V。VBAT 电压不变。[0043]因为VBUS_EN=1，第一三极管Q1、第二三极管Q2导通。VBUS略小VBAT电压。[0044]此时插入PC机USB线，VBUS连接到PC机的5V电源，迅速给VBAT充电。[0045]造成第一三极管Ql、第二三极管Q2两侧电压反向，即Vin-> Vin+, VBUS_SI输出低电平(< 0. 05V)，将第三三极管Q3基极拉低(<0. 4V)。[0046]从而第三三极管Q3截止，第三三极管Q3集电极立即通过第七电阻R7、第三二极管 D3和VBUS上拉至5V左右，导致第一三极管Ql、第二三极管Q2截止。[0047]VBAT和VBUS两个电源得以切断，互不影响(注意此时VBUS_EN的输出不再起作用)，并且因为VBUS_SI输出为低电平，所以VBUS_INT=VDD_DIG，表示当前有PC机USB线插入，电话机界面可以显示是否关闭宽带路由器供电输出，开启同PC机USB通讯。[0048](3)电话机没有工作时，插入USB线连接到PC机。测试结果VBUS=5. 175V， VBAT=O. 195V。[0049]插入PC机USB线后，因为VUSB_EN被第四电阻R4下拉到0V，而VDD_DIG=0V，所以第三三极管Q3处于截至状态。[0050]第三三极管Q3集电极通过第七电阻R7、第三二极管D3和VBUS上拉至5V左右，第一三极管Q1、第二三极管Q2也处于截止状态。[0051]VBAT和VBUS两个电源切断，互不影响。[0052]同样是否插入PC机的USB线，对于系统的开关机也没有影响。
权利要求1.本实用新型为一种USB双向供电保护电路，其特征在于包括分别受控于内部嵌入式系统并与内部嵌入式系统相连的电源控制模块、电压监测模块、电源开关模块，所述电源开关模块与所述电压监测模块相连，所述电压监测模块与所述电源控制模块相连。
2.根据权利要求1所述的USB双向供电保护电路，其特征在于所述电源开关模块与外部USB接口相连。
专利摘要本实用新型为一种USB双向供电保护电路。它包括分别受控于内部嵌入式系统并与内部嵌入式系统相连的电源控制模块、电压监测模块、电源开关模块，所述电源开关模块与所述电压监测模块相连，所述电压监测模块与所述电源控制模块相连。本实用新型的优点是在保证低成本基础上，实现可靠的USB电源切换保护和信号识别。
文档编号H02M1/36GK202334297SQ201120490800
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者丁俊明, 宋海彬 申请人:德明通讯(上海)有限公司