充电器端USB充电控制电路和终端USB充电控制电路的制作方法

本发明涉及USB充电技术领域，具体而言，本发明涉及一种充电器端USB充电控制电路和一种终端USB充电控制电路，还涉及一种充电器和一种便携式多功能设备。

背景技术：

USB是Universal Serial Bus(通用串行总线)的缩写，是一个外部总线标准，用于规范计算机与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能，通过USB接口能够进行充电和数据的传输。近年来，USB接口已经成为各种便携式智能终端的标准数据接口和充电接口。然而，智能终端通过USB充电器进行充电时，充电电流偏低，导致充电效率较差。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是安全性不高的技术缺陷。

本发明提供一种充电器端USB充电控制电路，包括：USB母座、第一控制芯片、第一开关器件、第一防反模块和第二防反模块；

所述USB母座包括电源线P+、接地线P-、数据线正极D+和数据线负极D-；所述第一控制芯片包括电源引脚、电压输出引脚、信号输出引脚、信号控制引脚和信号接收引脚；

所述电源线P+连接所述电源引脚，所述接地线P-接地；

所述数据线正极D+通过第一防反模块连接所述电压输出引脚；所述数据线正极D+还依次通过第一防反模块、所述第一开关器件连接所述信号输出引脚，所述第一开关器件的控制端连接所述信号控制引脚；

所述数据线负极D-连接所述信号接收引脚，所述数据线负极D-还通过第二防反模块接地。

在其中一个实施例中，所述第一控制芯片为单片机。

在其中一个实施例中，所述第一开关器件为场效应晶体管。

在其中一个实施例中，还包括第一电阻器；所述第一开关器件为P型MOS管，所述P型MOS管的S极连接第一防反模块、D极连接所述信号输出引脚、G极连接所述信号控制引脚，所述D极和G极之间还连接有第一电阻器。

在其中一个实施例中，还包括第一电容器，所述G极还通过第一电容器接地。

在其中一个实施例中，第一防反模块和/或第二防反模块为二极管，第一防反模块的负极连接所述数据线正极D+，第二防反模块的负极接地。

在其中一个实施例中，所述二极管为肖特基二极管。

在其中一个实施例中，所述第一控制芯片用于：

当所述电源线P+和接地线P-接入供电环路时，通过所述信号控制引脚控制第一开关器件导通，通过所述信号输出引脚发出预设的检测信号。

在其中一个实施例中，所述第一控制芯片用于：

在发出预设的检测信号之后，当所述信号接收引脚接收到预设的反馈信号时，通过所述信号控制引脚控制第一开关器件断开，通过所述电压输出引脚输出供电电流。

在其中一个实施例中，所述第一控制芯片用于：

当所述信号接收引脚接收到预设的反馈信号时，经过预设的缓冲时间，通过所述信号控制引脚控制第一开关器件断开，通过所述电压输出引脚输出供电电流。

本发明还提供一种充电器，其包括上述任一实施例的充电器端USB充电控制电路。

本发明还提供一种终端USB充电控制电路，包括：USB公座，第二控制芯片、第二开关器件、第三开关器件、第三防反模块和第四防反模块；

所述USB公座包括电源线p+、接地线p-、数据线正极d+和数据线负极d-；所述第二控制芯片包括电源引脚、信号输出引脚、信号控制引脚和信号接收引脚；

所述电源线p+连接所述电源引脚，所述接地线p-接地；

所述数据线正极d+通过第三防反模块连接所述电压输出引脚；所述数据线正极d+还通过所述第二开关器件连接所述信号接收引脚，所述第二开关器件的控制端连接所述信号控制引脚；

所述数据线负极d-依次通过第四防反模块、第三开关器件接地，所述第三开关器件的控制端连接所述信号输出引脚。

在其中一个实施例中，所述第二控制芯片为单片机。

在其中一个实施例中，所述第二开关器件和/或第三开关器件为场效应晶体管。

在其中一个实施例中，还包括第二电阻器；所述第二开关器件为P型MOS管，所述P型MOS管的S极连接所述信号接收引脚、D极连接所述数据线正极d+、G极连接所述信号控制引脚，所述D极和G极之间还连接有第二电阻器。

在其中一个实施例中，还包括第二电容器；所述G极还通过第二电容器接地。

在其中一个实施例中，所述第三开关器件为P型MOS管，所述P型MOS管的S极连接所述第三防反模块、D极接地、G极连接所述信号输出引脚。

在其中一个实施例中，第三防反模块和/或第四防反模块为二极管，第三防反模块的负极连接所述电源引脚，第四防反模块的负极连接所述数据线负极d-。

在其中一个实施例中，所述二极管为肖特基二极管。

在其中一个实施例中，所述第二控制芯片用于：

当所述电源线p+和接地线p-接入供电环路时，通过所述信号控制引脚控制第二开关器件导通，通过所述信号接收引脚接收预设的检测信号。

在其中一个实施例中，所述第二控制芯片用于：

接收到预设的检测信号之后，通过所述信号输出引脚输出预设的反馈信号。

在其中一个实施例中，所述第二控制芯片用于：

输出所述反馈信号后，通过所述信号控制引脚控制所述第二开关器件断开，通过所述信号输出引脚控制所述第三开关器件导通。

在其中一个实施例中，所述第二控制芯片用于：

输出所述反馈信号后，经过预设的缓冲时间，通过所述信号控制引脚控制所述第二开关器件断开，通过所述信号输出引脚控制所述第三开关器件导通。

本发明还提供一种便携式多功能设备，其包括上述任一实施例的终端USB充电控制电路。

上述的充电器端USB充电控制电路和充电器，包括USB母座、第一控制芯片、第一开关器件、第一防反模块和第二防反模块。USB母座包括电源线P+、接地线P-、数据线正极D+和数据线负极D-。在连接普通的终端进行充电时，只有电源线P+在充电，接地线P-保证接地，形成充电回路。在连接具有上述终端USB充电控制电路的终端进行充电时，第一控制芯片可以通过电压输出引脚向数据线正极D+输出充电电流，从而使得USB母座的电源线P+和数据线正极D+都输出充电电流，提高了充电效率。

上述的终端USB充电控制电路和便携式多功能设备，包括：USB公座，第二控制芯片、第二开关器件、第三开关器件、第三防反模块和第四防反模块。在连接普通的充电器时，只有电源线p+在充电，接地线p-保证接地，形成充电回路。在连接具有上述充电器端USB充电控制电路的充电器进行充电时，第二控制芯片可以通过电源引脚从数据线正极d+获取充电电流，从而使得USB公座的电源线p+和数据线正极d+都能获取充电电流，提高了充电效率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为一个实施例的充电器端USB充电控制电路图；

图2为一个实施例的终端USB充电控制电路图；

图3为一个实施例的充电系统电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，这里所使用的“终端”、“终端设备”既包括无线信号接收器的设备，其仅具备无发射能力的无线信号接收器的设备，又包括接收和发射硬件的设备，其具有能够在双向通信链路上，执行双向通信的接收和发射硬件的设备。这种设备可以包括：蜂窝或其他通信设备，其具有单线路显示器或多线路显示器或没有多线路显示器的蜂窝或其他通信设备；PCS(Personal Communications Service，个人通信系统)，其可以组合语音、数据处理、传真和/或数据通信能力；PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)，其可以包括射频接收器、寻呼机、互联网/内联网访问、网络浏览器、记事本、日历和/或GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接收器；常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备，其具有和/或包括射频接收器的常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备。这里所使用的“终端”、“终端设备”可以是便携式、可运输、安装在交通工具(航空、海运和/或陆地)中的，或者适合于和/或配置为在本地运行，和/或以分布形式，运行在地球和/或空间的任何其他位置运行。这里所使用的“终端”、“终端设备”还可以是通信终端、上网终端、音乐/视频播放终端，例如可以是PDA、MID(Mobile Internet Device，移动互联网设备)和/或具有音乐/视频播放功能的移动电话，也可以是智能电视、机顶盒等设备。

图1为一个实施例的充电器端USB充电控制电路图。

本发明提供一种充电器端USB充电控制电路，其包括：USB母座110、第一控制芯片U1、第一开关器件120、第一防反模块130和第二防反模块140。

USB母座110包括电源线P+、接地线P-、数据线正极D+和数据线负极D-。现有技术中，电源线P+和接地线P-主要用于充电，数据线正极D+和数据线负极D-主要用于数据传输。在本发明中，电源线P+和接地线P-主要用于充电，数据线正极D+和数据线负极D-既可以在传输数据时用于数据传输，又可以在充电时用于充电。

第一控制芯片U1可以是单片机，单片机(Micro controllers)是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。在本实施例中，第一控制芯片U1采用应广公司的PMC150系列单片机，具体规格参数请浏览网址http://www.docin.com/p-1421710000.html。

第一控制芯片U1包括电源引脚DVCC、电压输出引脚PA5、信号输出引脚PA0、信号控制引脚PA6和信号接收引脚PA3。电源引脚DVCC连接由市电转换成直流的供电电压，对于手机之类的智能终端而言，该供电电压通常为5V。

USB母座110的电源线P+连接第一控制芯片U1的电源引脚DVCC，接地线P-接地，从而供电电压可以通过电源线P+对外实现供电。

USB母座110的数据线正极D+通过第一防反模块130连接第一控制芯片U1的电压输出引脚PA5。第一防反模块130是用于防反接的，可以为二极管D1，该二极管D1的负极连接数据线正极D+，该二极管D1的正极连接电压输出引脚PA5。该二极管D1可以为肖特基二极管。在本实施例中，该二极管D1采用IN5819肖特基二极管。

USB母座110的数据线正极D+还依次通过第一防反模块130、第一开关器件120连接第一控制芯片U1的信号输出引脚PA0，第一开关器件120的控制端连接第一控制芯片U1的信号控制引脚PA6。第一开关器件120为三极管M1，可以是场效应晶体管，例如MOS场效应晶体管。在本实施例中，该三极管M1采用P型低压MOS场效应晶体管SI2305，该MOS管的S极连接第一防反模块130、D极连接信号输出引脚PA0、G极连接信号控制引脚PA6。充电器端USB充电控制电路还可以包括第一电阻器R1和第一电容器C1，该MOS管的D极和G极之间还连接有第一电阻器R1，G极还通过第一电容器C1接地。第一电阻器R1的阻值可以是10K，第一电容器C1的电容值可以是0.1μF。

USB母座110的数据线负极D-连接信号接收引脚PA3，数据线负极D-还通过第二防反模块140接地。同样，第二防反模块140是用于防反接的，可以为二极管D2，该二极管D2的正极连接USB母座110的数据线负极D-，该二极管D2的负极接地。该二极管D2可以为肖特基二极管。在本实施例中，该二极管D2采用IN5819肖特基二极管。

以下描述在第一控制芯片U1的控制下该电路的工作原理。

在本实施例中，当电源线P+和接地线P-接入供电环路(即正常连接外部设备)时，通过信号控制引脚PA6控制第一开关器件120导通，通过信号输出引脚PA0发出预设的检测信号。如果第一开关器件120为上述的P型MOS管，则第一控制芯片U1通过信号控制引脚PA6输出低电平信号以控制第一开关器件120导通。预设的检测信号是能够被特定的外部设备(例如与该充电器搭配的终端)识别的信号，可以是设定的方波信号、正弦波信号、脉冲信号等等，例如设定频率的脉冲信号。

在本实施例中，在第一控制芯片U1通过信号控制引脚PA6发出预设的检测信号之后，当信号接收引脚PA3接收到预设的反馈信号时，通过信号控制引脚PA6控制第一开关器件120断开，通过电压输出引脚PA5输出供电电流。预设的反馈信号是可以被第一控制芯片U1识别的信号，以识别正在连接电路的外部设备是否为特定的外部设备。同样，预设的反馈信号也可以是设定的方波信号、正弦波信号、脉冲信号等等。进行充电时，为了保护第一控制芯片U1，需要将第一开关器件120断开，以免充电电压直接加压在信号输出引脚PA0。

在一些实施例中，当第一控制芯片U1的信号接收引脚PA3接收到预设的反馈信号时，电压输出引脚PA5并不马上输出供电电流，而是经过预设的缓冲时间后，再通过信号控制引脚PA6控制第一开关器件120断开，通过电压输出引脚PA5输出供电电流。缓冲时间是用于使得充电器端和外部设备都有足够的时间去设置参数以准备利用USB母座110的数据线进行充电，缓冲时间在本实施例中为1分钟。

上述的充电器端USB充电控制电路，电压输出引脚PA5在充电时可以输出与电源引脚DVCC一致或差不多的直流电压，从而使得对外输出的供电电流增加一倍左右，实现了大电流充电，提高了充电效率。当然，如果上述的充电器端USB充电控制电路并没有接收到预设的反馈信号，则电压输出引脚PA5并不会输出供电电流，USB母座110的数据线正极D+和数据线负极D-也不会对外供电，只有电源线P+和接地线P-接入对外的供电环路。

上述的充电器端USB充电控制电路可以应用于智能终端的充电器中，而且该充电器既能对特定的外部设备(即下述的本发明的便携式多功能设备)进行大电流充电，也能对普通的外部设备进行普通充电，实现充电器的广泛通用。

上述的充电器端USB充电控制电路和充电器，包括USB母座110、第一控制芯片U1、第一开关器件120、第一防反模块130和第二防反模块140。USB母座110包括电源线P+、接地线P-、数据线正极D+和数据线负极D-。在连接普通的终端进行充电时，只有电源线P+在充电，接地线P-保证接地，形成充电回路。在连接具有上述终端USB充电控制电路的终端进行充电时，第一控制芯片U1可以通过电压输出引脚PA5向数据线正极D+输出充电电流，从而使得USB母座110的电源线P+和数据线正极D+都输出充电电流，提高了充电效率。

图2为一个实施例的终端USB充电控制电路图。

对应上述的充电器端USB充电控制电路，本发明还提供一种终端USB充电控制电路，其包括：USB公座210，第二控制芯片U2、第二开关器件220、第三开关器件230、第三防反模块240和第四防反模块250。

USB公座210是和上述的USB母座110相对应的，其包括电源线p+、接地线p-、数据线正极d+和数据线负极d-。USB公座210是和上述的USB母座110在连接时，电源线p+、接地线p-、数据线正极d+和数据线负极d-分别对应连接上述的电源线P+、接地线P-、数据线正极D+和数据线负极D-。现有技术中，电源线p+和接地线p-主要用于充电，数据线正极d+和数据线负极d-主要用于数据传输。在本发明中，电源线p+和接地线p-主要用于充电，数据线正极d+和数据线负极d-既可以在传输数据时用于数据传输，又可以在充电时用于充电。

第二控制芯片U2也可以是单片机，在本实施例中，第二控制芯片U2也采用应广公司的PMC150系列单片机。

第二控制芯片U2包括电源引脚DVCC、信号输出引脚PA0、信号控制引脚PA6和信号接收引脚PA3。USB公座210的电源线p+连接电源引脚DVCC，接地线p-接地。电源引脚DVCC连接智能终端的电池以使得电源线p+可以对电池充电，对于手机之类的智能终端而言，该充电电压通常为5V。

USB公座210的数据线正极d+通过第三防反模块240连接电压输出引脚PA5；第三防反模块240是用于防反接的，可以为二极管D3，该二极管D3的负极连接电源引脚DVCC，该二极管D3的正极连接数据线正极d+。该二极管D3可以为肖特基二极管。在本实施例中，该二极管D3采用IN5819肖特基二极管。

USB公座210的数据线正极d+还通过第二开关器件220连接信号接收引脚PA3，第二开关器件220的控制端连接信号控制引脚PA6。第二开关器件220为三极管M2，可以是场效应晶体管，例如MOS场效应晶体管。在本实施例中，该三极管M2采用P型低压MOS场效应晶体管SI2305，该MOS管的S极连接信号接收引脚PA3、D极连接数据线正极d+、G极连接信号控制引脚PA6。终端USB充电控制电路还可以包括第二电阻器R2和第二电容器C2，D极和G极之间还连接有第二电阻器R2，G极还通过第二电容器C2接地。第二电阻器R2的阻值可以是10K，第二电容器C2的电容值可以是0.1μF。

USB公座210的数据线负极d-依次通过第四防反模块250、第三开关器件230接地，第三开关器件230的控制端连接信号输出引脚PA0。同样，第四防反模块250是用于防反接的，可以为二极管D4，该二极管D4的正极连接数据线负极d-，该二极管D4的负极接地。该二极管D4可以为肖特基二极管。在本实施例中，该二极管D4采用IN5819肖特基二极管。第三开关器件230为三极管M3，可以是场效应晶体管，例如MOS场效应晶体管。在本实施例中，该MOS管的S极连接第三防反模块240、D极接地、G极连接信号输出引脚PA0。

以下描述在第二控制芯片U2的控制下该电路的工作原理。

在本实施例中，当电源线p+和接地线p-接入充电环路(即正常连接充电器)时，通过信号控制引脚PA6控制第二开关器件220导通，通过信号接收引脚PA3接收预设的检测信号。如果第二开关器件220为上述的P型MOS管，则第二控制芯片U2通过信号控制引脚PA6输出低电平信号以控制第二开关器件220导通。预设的检测信号就是上述充电器端USB充电控制电路所发出的检测信号，可以是设定的方波信号、正弦波信号、脉冲信号等等，例如设定频率的脉冲信号。第二控制芯片U2识别出该信号，就认为当前的充电器是搭配的充电器。

在本实施例中，第二控制芯片U2接收到预设的检测信号之后，通过信号输出引脚PA0输出预设的反馈信号。该预设的反馈信号经过控制第三开关器件230的G极，使得第三开关器件230的S极产生相应的反馈信号，该相应的反馈信号就是上述充电器端USB充电控制电路所接收到的反馈信号，是可以被上述充电器端USB充电控制电路识别的信号。加在G极的反馈信号可以是设定的方波信号、正弦波信号、脉冲信号等等，如果加在G极的反馈信号是方波信号，将使得S极产生与该方波信号反相的方波信号。

在本实施例中，第二控制芯片U2输出反馈信号后，通过信号控制引脚PA6控制第二开关器件220断开，通过信号输出引脚PA0控制第三开关器件230导通。这个时候，终端USB充电控制电路准备利用USB母座110的数据线进行充电，因此为了保护第二控制芯片U2，需要将第二开关器件220断开，以免充电电压直接加压在信号输出引脚PA0。数据线正极d+是连接着第二控制芯片U2的电源引脚DVCC的，而电源引脚DVCC又连接着终端的电池，因此当数据线正极d+有充电电流输入时，直接通过第三防反模块240对终端的电池进行充电，而数据线负极d-也通过导通的第三开关器件230直接接地，从而形成了两条数据线充电的充电环路。

同样在一些实施例中，第二控制芯片U2输出反馈信号后，经过预设的缓冲时间，通过信号控制引脚PA6控制第二开关器件220断开，通过信号输出引脚PA0控制第三开关器件230导通。缓冲时间是用于使得本终端和充电器端都有足够的时间去设置参数以准备利用USB公座210的数据线进行充电，缓冲时间在本实施例中为1分钟。

上述的终端USB充电控制电路，数据线正极d+在充电时可以获取到与电源引脚DVCC一致或差不多的直流电流，从而使得对终端电池的充电电流增加一倍左右，实现了大电流充电，提高了充电效率。当然，如果上述的终端USB充电控制电路没有接收到预设的检测信号，则意味着充电器为普通的充电器，USB公座210的数据线正极d+和数据线负极d-并不会接收到相应的充电电流，只有电源线p+和接地线p-接入充电环路。

上述的终端USB充电控制电路可以应用于智能终端中，例如手机、平板电脑、PSP等等便携式多功能设备。而且该便携式多功能设备既能应用特定的充电器(即上述的本发明的充电器)进行大电流充电，也能应用普通的充电器进行普通充电，通用性较好。

上述的终端USB充电控制电路和便携式多功能设备，包括：USB公座210，第二控制芯片U2、第二开关器件220、第三开关器件230、第三防反模块240和第四防反模块250。在连接普通的充电器时，只有电源线p+在充电，接地线p-保证接地，形成充电回路。在连接具有上述充电器端USB充电控制电路的充电器进行充电时，第二控制芯片U2可以通过电源引脚DVCC从数据线正极d+获取充电电流，从而使得USB公座210的电源线p+和数据线正极d+都能获取充电电流，提高了充电效率。

当上述的充电器端USB充电控制电路的USB母座110与上述的终端USB充电控制电路的USB公座210连接上后，形成充电系统，即可实现大电流充电。图3为一个实施例的充电系统电路图。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。