Usb充电与供电电路板设计结构及其电子装置制造方法
【专利摘要】本实用新型揭露一种USB充电与供电电路板设计结构及其电子装置。USB充电与供电电路板设计结构包含主板体、多个USB连接器、USB控制芯片、子板体、USB电源芯片。USB连接器与USB控制芯片设置于主板体。子板体包含多个接脚，多个接脚插设于主板体上。USB电源芯片设置于子板体，并适于提供电力至多个USB连接器。
【专利说明】USB充电与供电电路板设计结构及其电子装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型是有关于一种电路板以及电子装置，其为一种包含特殊USB充电与供 电设计的电路板以及电子装置。
【背景技术】
[0002] 随着科技的演变，USB使用非常普及。然而，目前的USB2. 0或USB3. 0的电力仅能 提供手机装置充电，尚无法完全提供平板电脑或笔记型电脑等足够的电力，使得需要较大 电量的产品需要额外加装电源线，造成接线混乱，使用上非常不方便。
[0003] 虽然目前USB协会发表了 USB ro的充电规格，其可传输高达100瓦的电力，但USB ro大电流所需的电源走线，与一般USB2.0或USB3.0所使用的差分信号走线的阻抗匹配、铜 箔需求等都不尽相同。因此，如果将USB ro大电流所需的电源走线与USB2. 0或USB3. 0所 使用的差分信号走线设计在同一个电路板上，将会使设计规范有所冲突。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的一方面就是在提供一种USB充电与供电电路板设计结构及其电子 装置，其可设计有USB电源子板。USB电源子板与USB控制芯片所在的主板体为不同的板 子，且USB电源子板上的USB电源芯片负责控制对多个USB连接器进行电力传输，使得主板 体上的差分信号走线不会与电源走线冲突，以解决现有技术的问题。
[0005] 根据本实用新型的一实施例，提出一种USB充电与供电电路板设计结构，包含主 板体、USB控制芯片、子板体、多个USB连接器、USB电源芯片以及子板电源供应单元。多个 USB连接器与USB控制芯片设置于主板体，USB控制芯片电性连接各个USB连接器且USB控 制芯片适于控制一第一电源。子板体包含多个接脚，多个接脚插设于主板体上。USB电源芯 片设置于子板体，且USB电源芯片电性连接至少一个该USB连接器，并适于控制第二电源至 USB连接器，其中第二电源的功率大于第一电源的功率。子板电源供应单元设置于子板体， 并包含至少一个的电源端口，设置于子板体。
[0006] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述USB电源芯片为符合BC充电规格、ro充 电规格或其组合的控制芯片。
[0007] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板体位于USB控制芯片以及多个USB 连接器之间。
[0008] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述USB充电与供电电路板设计结构还包含 电力调节器，且该子板体包含相对的一第一表面与一第二表面，该第一表面面对该主板体， 该电力调节器选择性的设置于第一表面或第二表面。电力调节器的输出电压经由USB电源 芯片所控制，以选择性地提供不同的电压至USB连接器。
[0009] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供预设电压至电力 调节器，而电力调节器可以产生5伏特、12伏特或20伏特的电压，并经由USB电源芯片所控 制，以选择性地5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。
[0010] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供12伏特或20伏 特电压，电力调节器转换12伏特的电压为5伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏特 或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。 [0011] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供5伏特或12伏特 的电压，电力调节器转换12伏特的电压为20伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏 特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。
[0012] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供12伏特或20伏 特的电压，主板体提供5伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输 出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。
[0013] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供12伏特电压，电 力调节器转换12伏特的电压为20伏特的电压，主板体提供5伏特的电压，USB电源芯片控 制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压 至USB连接器。
[0014] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供20伏特的电压， 主板体提供5伏特或12伏特的电压，USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输 出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器。
[0015] 根据本实用新型的一或多个实施例，上述子板电源供应单元提供5伏特、12伏特 或20伏特的电压，并经由USB电源芯片所控制，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特 的电压至USB连接器。
[0016] 此外，根据本实用新型的另一实施例，提出一种电子装置，包含有机壳以及上述实 施例的USB充电与供电电路板设计结构，其中USB充电与供电电路板设计结构设置于机壳 内，且USB充电与供电电路板设计结构的多个USB连接器设置于机壳的侧壁面上。如此一 来，通过将主板体与子板体设置于三维空间中不同的平面上，使得USB充电与供电电路板 设计结构可充分利用电子装置内固有的空间，符合未来电子装置越做越小的趋势。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是绘示本实用新型一实施例的USB充电与供电电路板设计结构的立体图；
[0018] 图2至图4是跟据图1的USB充电与供电电路板设计结构绘示的各种不同态样的 电路方块图；
[0019] 图5是绘示本实用新型另一实施例的USB充电与供电电路板设计结构的立体图；
[0020] 图6至图9是跟据图5的USB充电与供电电路板设计结构绘示的各种不同实施方 式的电路方块图；
[0021] 图10是绘示本实用新型一实施例的电子装置的局部立体图。
【具体实施方式】
[0022] 下述实施例的USB充电与供电电路板设计结构包含有主板体以及子板体，子板体 插设于主板体上，且子板体包含大电流所需的电源走线，以使子板体负责对USB连接器的 电力传输。在下述实施例中，大电流指的是符合或大于ro电力传输规范的电流大小。在ro 电力传输规范下，子板体的电源走线能传递1. 5安培至5安培的电流大小。如此一来，通过 将电源走线独立于主板体外，可解决已知技术中主板体上的差分信号走线与电源走线规范 冲突的问题。须说明的是，下述实施例只是举例，本实用新型并不局限于只能传递1. 5安培 至5安培大小的电流，凡是具有两种不同板体的USB充电与供电电路板设计结构，且其中一 种板体可负责电力的传输，并插设于主板体上，皆属本实用新型所应保护的范围。
[0023] 请参考图1，其是绘示本实用新型一实施例的USB充电与供电电路板设计结构20 的立体图。如图1所示，USB充电与供电电路板设计结构20包含主板体200、两个USB连 接器110、210、USB控制芯片220、两个USB电源芯片130、230以及子板体240。USB连接器 110、210设置于主板体200上。在本实施例中，主板体200与子板体240可为印刷电路板， 且USB连接器110、210可位于主板体200的边缘位置。此外，USB连接器110、210为符合 规范的标准-A(standard-A)的插座，但不以此为限。
[0024] USB控制芯片220设置于主板体200上，且电性连接USB连接器110、210。主板体 200上可具有主板电源供应单元201，本实施例的主板电源供应单元201可为一电源端口 202,适于提供第一电源，USB控制芯片220适于控制此第一电源，且若USB连接器110、210 为USB3. 0的插座连接器，则USB控制芯片220可为USB3. 0控制芯片，其可支持5伏特且 900毫安培的电源传输以及支持USB3. 0的通讯规范。同理可推，若USB连接器110、210为 USB2. 0的插座连接器，则USB控制芯片220可为USB2. 0控制芯片，其可支持5伏特且500 毫安培的电源传输以及支持USB2. 0的通讯规范。在部分实施例中，若主板体200为一种接 口卡，则可不具有电源端口 202,主板体200的电源可由金手指提供。
[0025] 子板体240具有多个接脚241，且接脚241插设于主板体200上。详言之，子板 体240可包含有相对的第一表面240a以及第二表面240b，其中第一表面240a面对主板体 200,多个接脚241则连接于子板体240的第一表面240a与主板体200之间。亦即，本实施 例的子板体240的第一表面240a可近乎与主板体200的表面平行设置，且与主板体200之 间具有间距D。在一实施例中，此间距D可小于或等于10. 6mm，并且子板体240的厚度可约 为 L 2 ?L 6mm〇
[0026] USB电源芯片130、230设置于子板体240上，且USB电源芯片130、230分别电性连 接USB连接器110、210。以本实施例而言，USB电源芯片130、230可设置于第二表面240b 上，且USB电源芯片130、230可透过子板体240边缘的多个接脚241电性连接至USB连接 器110、210,并且控制且传输一第二电源至USB连接器110、210,其中第二电源的功率大于 USB控制芯片220所控制的第一电源的功率。值得一提的是，在一实施例中，USB电源芯片 130、230可以与USB装置沟通并可以在第一电源与第二电源之间作切换，使得USB装置可选 择性的接受第一电源或第二电源的电力。亦即，USB电源芯片130、230主要可控制较大功 率的电源传输，例如BC或电力传输，USB控制芯片220所控制的是USB2. 0或USB3. 0所 规范的5伏特电压。并且，在子板体240设置于主板体200上时，USB控制芯片220并不主 动地对USB连接器110、210进行电力传输的控制，而是USB电源芯片130、230专门负责控 制将电源输送至USB连接器110、210。
[0027] 在部分实施例中，USB充电与供电电路板设计结构20还包含子板电源供应单元 162,子板电源供应单元162具体而言可为两个不同的电源端口 163U6LUSB电源芯片130、 230及电源端口 163、164可设置于第一表面240a上。亦即，USB电源芯片130、230及电源 端口 163U64可位于子板体240与主板体200之间的间距D中，以缩小子板体240的尺寸 及第二表面240b上的零件高度。
[0028] 须说明的是，USB电源芯片130、230可为符合BC充电规格、H)充电规格或其组合 的控制芯片。在BC的充电规范下，USB电源芯片130、230可支持四种充电模式，例如BC1. 2、 苹果的iPad和iPhone、中国的YD/T1591-2006与三星Galaxy，但不以此为限。此外，USB电 源芯片130、230同时可传递USB2. 0的差动对信号D+/D-。在充电规范下，USB电源芯片 130、230可支持五种不同规格的电力传输，其传输功率最大可到100瓦。
[0029] 接着，请一并参考图2,其是绘示本实用新型的USB充电与供电电路板设计结构 20的电路方块图的其中一种实施方式。如图2所示，当设置于主板体200上的USB控制芯 片220为USB3. 0的控制芯片时，USB控制芯片220可与USB连接器110、210传输超高速 (SuperSpeed)的差动对信号 SSTX1+/SSTX1-、SSRX1+/SSRX1-、SSTX2+/SSTX2-以及 SSRX2+/ SSRX2-。USB电源芯片130、230可支持BC以及充电规范，并分别传输非超高速的差动对 信号 D1+/D1-以及 D2+/D2-。值得一提的是，差动对信号 SSTX1+/SSTX1-、SSRX1+/SSRX1-、 SSTX2+/SSTX2-以及SSRX2+/SSRX2-只在主板体200上传递，然而差动对信号D1+/D1-以及 D2+/D2-则是先传递至USB电源芯片130、230,以侦测USB装置97、98是否支持BC充电，再 传递至主板体200上的USB控制芯片220。
[0030] 在本实施例中，子板体240可位于USB控制芯片220以及USB连接器110、210之 间，且子板体240与USB连接器110、210的电源线VBUS1以及VBUS2以及差动对信号D1+/ D1-以及D2+/D2-的传输线接脚连接，使得子板体240上的USB电源芯片130、230 (包含有 BC电路131、231)可通过差动对信号D1+/D1-以及D2+/D2-的传输线的电位判断USB装置 97或98是否支持BC充电功能。
[0031] 请继续参考图2,本实施例的USB连接器110、210上可包含ro充电装置的侦测机 制，以判断USB装置98或97是否可进行ro规范的电力传输。举例而言，USB连接器110、 210可为USB3. 〇插座连接器并且具有额外的ro侦测接脚（未绘示）。则当具有ro规范的 USB传输线与USB连接器110、210连接时，USB连接器110、210就会传输侦测信号PD_D1、 PD_D2至PD电路132、232,使得子板体240上的USB电源芯片130、230可通过电源VBUS1、 VBUS2与USB装置97、98沟通是否支持供电功能，才进行规范的电力传输。
[0032] 在部分实施例中，子板体240可包含有过电流侦测机制。亦即，当子板体240所进 行的电流传输大小超过一临界电流时，子板体240上的USB电源芯片130、230会将VBUS1以 及VBUS2的电源（20V或12V或5V)关闭，同时子板体240的过电流侦测机制会传递过电流 信号0C_D1以及0C_D2至USB控制芯片220,此时USB控制芯片220就会关闭掉子板体240 的电力传输功能。
[0033] 请继续参考图1与图2,在部分实施例中，子板电源供应单元162可提供5伏特、 12伏特与20伏特的电压至USB连接器110、210。详言之，子板电源供应单元162的其中一 个电源端口 164经USB电源芯片130、230的控制，可提供5伏特或12伏特的电压至USB连 接器110、210,而子板电源供应单元162的另外一个电源端口 163经USB电源芯片130、230 的控制，可提供20伏特的电压至USB连接器110、210,但不以此为限。请参考图3,在一变 化实施方式中，子板电源供应单元162的电源端口 164可提供12伏特的电压至USB电源芯 片130、230,而电源端口 163可提供20伏特的电压至USB电源芯片130、230。此外，5伏特 的电压可直接由主板体200的电源端口 202提供至USB电源芯片130、230,使得USB电源芯 片130、230可选择性的提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器110、210。类似 地，请参考图4,在又一变化实施方式中，子板电源供应单元162可只提供20伏特的电压至 USB电源芯片130、230,另外主板电源供应单元201可提供5伏特或12伏特的电压至USB 电源芯片130、230,以使得USB电源芯片130、230可选择性的提供5伏特、12伏特或20伏 特的电压至USB连接器110、210。
[0034] 请一并参考图5至图7,在其他实施例中，USB充电与供电电路板设计结构20可 还包含电力调节器150。在本实施例中，电力调节器150可设置于子板体240的第二表面 240b，但不以此为限。子板电源供应单元162可提供一预设电压至电力调节器150,电力调 节器150的输出电压经由USB电源芯片130所控制，以选择性地提供不同的电压至该USB 连接器110、210。更详细而言，电力调节器150可将子板电源供应单元162提供的预设电压 转换为适当的电压大小至USB连接器110、210。
[0035] 举例而言，在图6中，子板电源供应单元162可提供20伏特以上的预设电压至电 力调节器150,接着电力调节器150再将此预设电压转换为5伏特、12伏特或20伏特的电 压，并经由USB电源芯片130、230的PD电路132、232或BC电路131、231控制并传至USB 连接器110、210。在图7中，子板电源供应单元162可直接提供12伏特或20伏特的电压至 USB电源芯片130、230,并提供12伏特的电压至电力调节器150,电力调节器150可将12伏 特的电压转换为5伏特的电压并提供至USB电源芯片130、230，USB电源芯片130、230可选 择性的提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至USB连接器110、210。图8与图7的不同在 于，子板电源供应单元162可直接提供5伏特或12伏特的电压至USB电源芯片130、230,电 力调节器150可将12伏特的电压转换为20伏特的电压并提供至USB电源芯片130、230。
[0036] 在图9中，主板电源供应单元201可提供5伏特的电压至USB电源芯片130、230。 子板电源供应单元162可直接提供12伏特的电压至USB电源芯片130、230,或选择性的提 供12伏特的电压至电力调节器150,而电力调节器150可将12伏特的电压转换为20伏特 的电压并提供至USB电源芯片130、230, USB电源芯片130、230可选择性的提供5伏特、12 伏特或20伏特的电压至USB连接器110、210。
[0037] 需说明的是，上述实施例的USB充电与供电电路板设计结构20上的USB连接器 110、210数目并不局限于以上所揭露的数目，可视USB控制芯片120、220所能支持的USB连 接连接器数量而调整。
[0038] 值得一提的是，上述实施例的USB充电与供电电路板设计结构20应用在一电子装 置内时，可充分利用电子装置内固有的空间，符合目前电子装置越做越小的趋势。否则，若 在同一块电路板上想同时包含有差分信号走线以及大电流的电源走线，可能需要加大电路 板的尺寸才能避免差分信号走线与电源走线规范冲突的问题，但此种方法并不符合电子装 置越做越小的趋势。
[0039] 具体而言，请参考图10,其是绘示本实用新型一实施例的电子装置30的局部立体 图，为使本实用新型更清楚易懂，是绘示出USB充电与供电电路板设计结构20在机壳300 内部的透视图。如图10所示，电子装置30包含有机壳300以及上述实施例的USB充电与 供电电路板设计结构20,其中USB充电与供电电路板设计结构20位于机壳300内部，USB 连接器110、210可设置于机壳300的侧壁面301上。电子装置30可为服务器或USB集线 器等。
[0040] 综上所述，上述实施例通过将电源走线以及USB电源芯片设置于子板体上，可避 免主板体上的差分信号走线与电源走线规范冲突的问题。
【权利要求】
1. 一种USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，包含： 一主板体； 多个USB连接器，设置于该主板体； 一 USB控制芯片，设置于该主板体，该USB控制芯片电性连接所述USB连接器，且该USB 控制芯片适于传输一第一电源； 一子板体，包含多个接脚，所述接脚插设于该主板体上；以及 一 USB电源芯片，设置于该子板体，该USB电源芯片电性连接至少一个所述USB连接 器，适于传输一第二电源到至少一个所述USB连接器，该第二电源的功率大于该第一电源 的功率；以及 一子板电源供应单元，包含至少一个电源端口，设置于该子板体。
2. 根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该USB电源芯 片为符合一 BC充电规格、一 充电规格或其组合的控制芯片。
3. 根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板体位于 该USB控制芯片以及所述USB连接器之间。
4. 根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，还包含一电力 调节器，且该子板体包含相对的一第一表面与一第二表面，该第一表面面对该主板体，该电 力调节器选择性的设置于该第一表面或该第二表面，该电力调节器的输出电压经由该USB 电源芯片所控制，以选择性地提供不同的电压至所述USB连接器。
5. 根据权利要求4所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供 应单元提供一预设电压至该电力调节器，而该电力调节器能够产生5伏特、12伏特或20伏 特的电压，并经由该USB电源芯片所控制，以选择性的提供5伏特、12伏特或20伏特的电压 至所述USB连接器。
6. 根据权利要求4所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供 应单元提供12伏特或20伏特的电压，该电力调节器转换12伏特的电压为5伏特的电压， 该USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏 特或20伏特的电压至所述USB连接器。
7. 根据权利要求4所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供 应单元提供5伏特或12伏特的电压，该电力调节器转换12伏特的电压为20伏特的电压， 该USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏 特或20伏特的电压至所述USB连接器。
8. 根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供 应单元提供12伏特或20伏特的电压，该主板体提供5伏特的电压，该USB电源芯片控制5 伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至该 USB连接器。
9. 根据权利要求4所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源供 应单元提供12伏特电压，该电力调节器转换12伏特的电压为20伏特的电压，该主板体提 供5伏特的电压，该USB电源芯片控制5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提 供5伏特、12伏特或20伏特的电压至所述USB连接器。
10. 根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源 供应单元提供20伏特的电压，该主板体提供5伏特或12伏特的电压，该USB电源芯片控制 5伏特、12伏特或20伏特的电压输出，以选择性地提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至 所述USB连接器。
11. 根据权利要求1所述的USB充电与供电电路板设计结构，其特征在于，该子板电源 供应单元提供5伏特、12伏特或20伏特的电压，并经由该USB电源芯片所控制，以选择性地 提供5伏特、12伏特或20伏特的电压至所述USB连接器。
12. -种电子装置，其特征在于，包含： 一机壳；以及 一如权利要求1至11任一项所述的USB充电与供电电路板设计结构，设置于该机壳 内，且所述USB充电与供电电路板设计结构的USB连接器设置于该机壳的一侧壁面。
【文档编号】H05K1/14GK203840637SQ201420227262
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】吴华刚 申请人:映奥股份有限公司