一种安全隔离的usb电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种通过USB 口连接智能手机的硬件连接装置，尤其是一种安全隔离的USB电源。
【背景技术】
[0002]目前智能手机都配套有用于充电的USB电源(或称充电器)，这种电源都有用于连接智能手机的USB 口和用于连接高电压(一般是220V)交流电插座的插头，其中USB 口与交流电插头之间有变压器实现电气隔离。这种电气隔离对于一般的家用电器(比如冰箱、洗衣机、电视机)没有问题，但是对于智能手机严格来讲则不能满足要求。由于智能手机经常接触人体，特别是接触到人的脸部、心脏部位等非常重要的部位，所以如果智能手机在充电的同时被人使用的话，就可能会对使用手机的人的安全构成威胁，比如一旦220V交流电插头与USB 口之间的变压器短路或者漏电就会导致使用者与220V触电。在这种情况下严格来讲，智能手机应该满足可携带医疗仪器级别的电气隔离的安全标准，就是具有双重隔离，并且供电电压为安全电压(36V以下)。所谓双重隔离，就是既对高压交流电(一般为220V)一侧进行电气隔离，还要有对USB的低直流电压(一般为5V)进行电气隔离，而不是仅仅一道电气隔离(仅仅220V交流与5V直流之间)，并且第一道变压器隔离就把电压从220V降到36V以下的人体安全电压。这样的话，万一某一道隔离失效，还有另外一道隔离，而且最大的漏电电压也是人体安全电压。
[0003]双重隔离会明显增加USB充电器的成本，这不仅是增加了一个隔离电源的成本，而且由于增加的这一道隔离的电能转换效率不会到100%，所以为了输出同样的功率就还要增加前端交流隔离变压器的功率。目前智能手机的USB充电器都不具有双重隔离的功能。
[0004]目前可以解决一边使用一边充电的办法就是外接USB移动电源。这种USB移动电源不插交流电(220V)时其实就是一个外部锂电池。USB移动电源也不允许一边插(220V)交流电对自己充电、一边又给智能手机进行供电，因为这样也是不安全的。移动电源的容量有限，使用后需要充电，所以使用不方便。本实用新型是一种可以一边对智能手机充电，一边又可以打电话使用并且保证使用者绝不触220V高压电的安全的USB电源。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种安全隔离的USB电源，可以保护智能手机使用者可以安全地一边接电话一边对智能手机进行充电。
[0006]本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种安全隔离的USB电源，其特征在于:它包括依次连接的交流输入端、第一隔离变压模块、第二隔离变压模块和USB接口，其中第一隔离变压模块将交流输入端的电压降至人体安全电压以内，第二隔离变压模块再继续降压至USB充电电源的输出电压。
[0007]按上述方案，所述的第一隔离变压模块包括依次连接的交流变压器和整流滤波电路，所述的第二隔离变压模块为直流变压器。
[0008]按上述方案，所述的第一隔离变压模块为第一交流变压器，所述的第二隔离变压模块包括第二交流变压器和整流滤波电路。
[0009]本实用新型的有益效果为:
[0010]1、通过采用本实用新型结构，将高电压交流电(一般是220V)先用第一隔离变压模块进行降压和隔离到人体安全电压(通常36V以内被定义为人体安全电压)，然后再用第二隔离变压模块进行隔离并且再稳压(一般是5V)，这样一旦某一个隔离变压模块失效(比如短路或者漏电)，还有一个隔离变压模块，并且即使触电也最多到人体安全电压，所以并不会对连接到USB接口的智能手机的使用者构成电气安全威胁。
[0011]2、采用不同的结构组合原理，选用现有集成产品进行组合，使得组装容易、降低成本。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型一实施例的结构示意图。
[0013]图2为本实用新型又一实施例的结构示意图。
[0014]图中:1-交流输入端，2-交流变压器，3-整流滤波电路，4-直流变压器，5-USB接口，6-第一交流变压器，7-第二交流变压器。
【具体实施方式】
[0015]下面结合具体实例和附图对本实用新型做进一步说明。
[0016]本实用新型提供一种安全隔离的USB电源，包括依次连接的交流输入端1、第一隔离变压模块、第二隔离变压模块和USB接口 5，其中第一隔离变压模块将交流输入端的电压降至人体安全电压以内，第二隔离变压模块再继续降压至USB充电电源的输出电压。本实用新型的第一隔离变压模块和第二隔离变压模块的之间的部分的电压是小于36V的人体安全电压，但是一般不会低于5V。这个安全电压可以是交流电AC也可以是直流电DC。
[0017]USB就是通用串行总线(英文:Universal Serial Bus，简称USB)，是连接外部装置的一个串口通信标准。由于USB 口有对外供电功能，所以A型USB插座在智能手机电源或称充电器上使用广泛。目前广泛使用的USB标准为USB2.0。USB2.0有4个信号线，就是+5V、D—、D+、GND，在智能手机电源或称充电器的A型USB2.0插座上一般只用到+5V和GND这两个电源信号。
[0018]图1为本实用新型一实施例的结构示意图，所述的第一隔离变压模块包括依次连接的交流变压器2和整流滤波电路3，所述的第二隔离变压模块为直流变压器4。
[0019]这样的好处在于可以利用现有的普通USB电源，因为本实施例的交流输入端1、交流变压器2和整流滤波电路3部分就是普通的USB电源(输出5V直流DC)。目前已经广泛应用开关电源技术，主要就是升高频率，比如将50HZ的频率升高到400HZ，这样在同样功率下可以减小变压器的尺寸。所以本方案交流输入端1、交流变压器2和整流滤波电路3部分也包括应用了变频技术的普通USB开关电源。在普通的(单变压器)USB电源后面再接上直流变压器4和USB接口 5就构成了本实施例。而直流变压器4是现有成熟的技术，有许多厂家生产这类产品，比如金升阳公司的B0505S型号的产品。具体实现方案既可以是将本实施例一起集中在一个外壳内，也可以将交流输入端1、交流变压器2和整流滤波电路3的普通USB电源与直流变压器4分别装在各自的壳子里再连接起来。
[0020]图2为本实用新型又一实施例的结构示意图，所述的第一隔离变压模块为第一交流变压器6，所述的第二隔离变压模块包括第二交流变压器7和整流滤波电路3。目前已经广泛应用开关电源技术，主要就是升高频率，比如将50HZ的频率升高到400HZ，这样在同样功率下可以减小变压器的尺寸。所以本方案也包括应用了变频技术的开关电源的变压器隔离。本方案的第一隔离变压模块与第二隔离变压模块中间的电压为36V以下的人体安全电压范围。
[0021]本方案包括利用已有的220V降到人体安全电压的直流电源，比如笔记本电脑的电源或者已有的普通USB电源作为交流输入端1、交流变压器2和整流滤波电路3的实施。笔记本电脑的电源一般输出为20V左右，属于人体安全电压范围。普通USB电源输出为5V电压，也属于人体安全电压。利用现有的普通电源的优势在于节约整个方案成本，因为这种普通电源已经大批量商业化生产，成本几乎压缩到了极限。
[0022]使用本实用新型结构，即使其中一个变压器失效，另外一个变压器仍然可以保证本实用新型的USB电源的隔离，使用者仍然是安全的。当其中一个变压器失效时会导致整个USB电源无法提供正常的输出电压和功率，用户就会发现问题而不再使用本电源，而此时还有一个变压器在实现隔离。就算出现后端变压器短路这种最坏情况时，人体接触的电压还是在36V以下的人体安全电压范围。这样就避免了现有的普通USB电源失效时对使用者的220V电击。
[0023]整流与滤波电路的功能是将交流电压信号转为比较稳定的直流电压信号，典型的实现方案是桥式整流滤波电路，用4个二极管01、02、03、04和一个电容器(:组成。实际上电源产品内部的整流与滤波电路比这个复杂，往往有专用集成电路来实现，比如稳压电路7805就是次级整流滤波电路的典型集成电路方案。连接交流变压器2和直流变压器4的整流滤波电路3的电压值介于交流电220V与输出USB电压5V之间，这样可以降低交流变压器2和直流变压器4之间的电压比，就是把原来一个变压器承受的电压比分摊给了两个变压器，可以降低变压器的失效机率或者说提高本实用新型USB电源的可靠性。
[0024]以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种安全隔离的USB电源，其特征在于:它包括依次连接的交流输入端、第一隔离变压模块、第二隔离变压模块和USB接口，其中第一隔离变压模块将交流输入端的电压降至人体安全电压以内，第二隔离变压模块再继续降压至USB充电电源的输出电压。2.根据权利要求1所述的一种安全隔离的USB电源，其特征在于:所述的第一隔离变压模块包括依次连接的交流变压器和整流滤波电路，所述的第二隔离变压模块为直流变压器。3.根据权利要求1所述的一种安全隔离的USB电源，其特征在于:所述的第一隔离变压模块为第一交流变压器，所述的第二隔离变压模块包括第二交流变压器和整流滤波电路。
【专利摘要】本实用新型提供一种安全隔离的USB电源，包括依次连接的交流输入端、第一隔离变压模块、第二隔离变压模块和USB接口，其中第一隔离变压模块将交流输入端的电压降至人体安全电压以内，第二隔离变压模块再继续降压至USB充电电源的输出电压。通过采用本实用新型结构，将高电压交流电（一般是220V）先用第一隔离变压模块进行降压和隔离到人体安全电压（通常36V以内被定义为人体安全电压），然后再用第二隔离变压模块进行隔离并且再稳压（一般是5V），这样一旦某一个隔离变压模块失效（比如短路或者漏电），还有一个隔离变压模块，并且即使触电也最多到人体安全电压，所以并不会对连接到USB接口的智能手机的使用者构成电气安全威胁。
【IPC分类】H02M7/04
【公开号】CN204928597
【申请号】CN201520582529
【发明人】周云波
【申请人】周云波
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年8月5日