专利名称：一种usb过流检测和控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术，尤其涉及USB的检测和保护技术。
背景技术：
目前市场上有大量关于USB过流检测和保护类的器件，例如以下几种。
1 、过流保护， 一旦出线过流情况就切断电源，过流情况消失后恢复； 2 、过流检测，出现过流情况后检测引脚发出过流信号，不对过流情况进行处理； 3、过流检测和保护，一旦出现过流情况就切断电源，同时检测引脚发出过流信号，
过流情况消失后恢复； 例如，在中国专利局公开的一件专利公开号为CN201149942的中国专利，其公开 日为2008. 11. 12，其公开一种工作电流范围可选的具有过流保护功能的USB转接装置，即 USB转接装置设置多个自恢复保险，可以方便用户对电流范围选择，并且通过自恢复保险的 特性，自动对USB设备完成过流保护。技术方案是包括相互连接的第一USB接口模块和 第二USB接口模块，所述第一USB接口用于与USB设备连接，所述第二USB接口用于与上游 USB接口连接，还设置有用于限制电流大小和对工作电流范围进行选择的电流限制及选择 模块，所述电流限制及选择模块串联在第一 USB接口模块与第二 USB接口模块之间的Vbus 信号线或GND信号线上，所述第一 USB接口模块的D+信号线及D-信号线分别与所述第二 USB接口模块的D+信号线及D-信号线相连。 但是，现有的一些电子设备，例如家庭多媒体设备，办公设备等等，都会配备有一 个或多个USB接口 ，现有技术描述的电子设备都是在过流情况出现后不加选择的对过流的 一条支路进行关断处理，当出现单路USB供电电路电流正常，而整体电流超出要求的情况， 则无法有选择的对各个USB供电电路进行处理。 因此，随着USB技术的普及以及发展，当电子设备出现单路USB供电电路电流正 常，而整体电流超出要求的情况，如何有选择的对各个USB供电电路进行处理，使产品正常 工作，成为急待解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种USB过流检测和控制电路，当电子设备出现单路 USB供电电路电流正常，而整体电流超出要求的情况，可以有选择的对各个USB供电电路进 行处理，实现过流检测和控制，使产品正常工作。 为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种USB过流检测和控制电路，其中，包 括 对多个USB干路中的电流信号进行采样并将电流信号转换为电压信号的采样模 块； 进行所述电压信号放大的放大模块； 对所述电压信号进行比较的比较模块；禾口[0014] 接收所述比较模块比较所述电压信号而产生表示实时电流状态的电平信号后并
检测出电流超出设定值之后有选择控制多个USB支路上的开关控制模块的CPU ;其中， 采样模块，放大模块和比较模块依次串联，且比较模块还连接所述CPU。 较优的，所述采样模块进一步包括两个并联的第一电阻和第二电阻，其中，所述并
联后的电路， 一端连接5V供电网络以及所述放大模块，另一端连接两路或多路USB的负载
网络以及所述放大模块。 较优的，所述放大模块进一步包括第一运放，第三电阻，第四电阻，第五电阻和第 六电阻，其中，所述第一运放的负极输入端通过所述第三电阻与负载网络连接以及通过所 述第五电阻与其输出形成反馈电路，所述第一运放的正极输入端通过所述第四电阻与供电 网络连接以及通过所述第六电阻接地。 较优的，所述比较模块进一步包括第二运放，第七电阻，第八电阻，第九电阻和稳 压管，其中，所述第二运放的正极输入端通过所述第七电阻与所述第一运放的输出连接，所 述第二运放的负极输入端通过所述第八电阻与基准电压连接，所述第二运放的输出端通过 第九电阻连接CPU的通用输入输出接口 GPI0_IN，并在所述第九电阻和所述CPU的通用输入 输出接口 GPIOJN之间连接所述稳压管。 较优的，所述开关控制模块进一步包括NPN管，第十电阻，第十一电阻，第十六电 阻，第十七电阻，第十八电阻，第十九电阻，电容和P沟道M0S管Q9，其中，所述第十七电阻的 一端连接所述CPU的通用输入输出接口 GPIO—IN，，另一端连接所述NPN管的基极，其中，所 述第十八电阻的两端分别连接所述NPN管的基极和发射极 所述NPN管的集电极连接所述第十电阻的一端和所述第十六电阻的一端，所述第 十六电阻的另一端通过所述第十一电阻与所述P沟道MOS管Q9的栅极连接，且所述第十六 电阻的另一端也同时通过所述第十九电阻，所述电容同所述P沟道M0S管Q9的源级连接； 所述第十电阻的另一端与所述P沟道M0S管Q9的源级均与所述负载网络连接，所 述P沟道MOS管Q9的漏极连接所述外部USB设备端口 USB_P0RT1 。 与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果 本实用新型公开一种USB过流检测和控制电路，利用开关控制模块，当CPU检测出 电流超出设定值之后便可以有选择的控制不同USB的支路上的开关，从而实现工作状态干 路电流检测，支路供电有选择的关断的功能。因此，当电子设备出现单路USB供电电路电流 正常，而整体电流超出要求的情况，可以有选择的对各个USB供电电路进行处理，实现过流 检测和控制，使产品正常工作。
图1为本实用新型较佳实施例之一种USB过流检测和控制电路的结构示意图； 图2为本实用新型较佳实施例之USB过流检测和控制电路中的开关控制模块电路 结构示意图。
具体实施方式本实用新型公开一种USB过流检测和控制电路，当电子设备出现单路USB供电电 路电流正常，而整体电流超出要求的情况，可以有选择的对各个USB供电电路进行处理，使产品正常工作。 如图1所述，为本实用新型较佳实施例之一种USB过流检测和控制电路的结构示 意图。该USB过流检测和控制电路可以包括采样模块ll，放大模块12和比较模块13，其 中，采样模块ll，放大模块12和比较模块13依次连接。 其中，采样模块11进一步包括两个并联的第一电阻R1和第二电阻R2。所述放大 模块12可以进一步包括第一运放U1-A和四个电阻第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻 R5和第六电阻R6。所述比较模块13进一步包括第二运放Ul-B，三个电阻第七电阻R7， 第八电阻R8和第九电阻R9，以及稳压管Z1。电路连接关系可以如图以及下述所述。 如图1所示，所述第一电阻R1和第二电阻R2并联后的电路，一端连接5V供电网 络以及所述放大模块12，另一端连接两路或多路USB的负载网络以及所述放大模块12。采 样模块11采样多个USB干路中的电流信号，并利用其内的电阻将电流信号转换成电压信 号，采样模块11将该电压信号输出至所述放大模块12，通过放大模块12的放大然后输出 给一比较模块13进行比较，比较模块13比较该电压信号之后向CPU(未图示)输出一个电 平信号表示实时的电流状态，当CPU检测出电流超出设定值之后便可以有选择的控制USB1 或USB2支路上的开关控制模块，从而实现工作状态干路电流检测，支路供电有选择的关断 的功能。 具体的工作过程可以通过图1和图2进行详细说明，如下所述。 所述采样模块11的作用是将供电网络上的电流信号转换为电压信号，其结构以
及工作过程可以如下。 5V为两路或多路USB的供电网络，USB_L0AD 1和USB_L0AD2为负载网络，第一 电阻 Rl和第二电阻R2为取样电阻。当无负载接入USB_L0AD1时，5V网络上面没有电流流过，第 一电阻Rl和第二电阻R2两端没有压降，即5V-USB_L0AD1 = 0V。 当USBJDAD1或USBJDAD2网络有负载(即有USB设备接入)接入时，5V网络上有 电流I流过，此时第一电阻R1和第二电阻R2两端会产生压降，即5V-USB_L0AD1 = I*(R1〃 R2)。 采样模块11输出的电压信号经过放大模块12将采样信号放大，再经过比较模块 13和基准电压作比较，之后将比较结果输出至通用输入输出接口 GPI0JN，具体可以如下 所述。 放大模块12中，所述第一运放Ul-A的负极输入端通过所述第三电阻R3与负载网 络连接以及通过所述第五电阻R5与第一运放U1-A的输出引脚1形成反馈电路，所述第一 运放Ul-A的正极输入端通过所述第四电阻R4与供电网络连接以及通过所述第六电阻R6 接地。 比较模块13中，所述第二运放Ul-B的正极输入端通过所述第七电阻R7与所述第 一运放U1-A的输出端连接，所述第二运放U1-B的负极输入端通过所述第八电阻R8与基 准电压连接，所述第二运放U1-B的输出端通过第九电阻R9连接CPU的通用输入输出接口 GPI0JN，所述第九电阻R9和所述CPU的通用输入输出接口 GPI0_IN之间连接所述稳压管 Zl。 放大模块12中，第三电阻R3与第五电阻R5的阻值相等，第四电阻R4与第六电阻 R6的阻值相等，通过调节这四个电阻的阻值可以调整第一运放U1-A的放大倍数。当USB—L0AD1和USB_L0AD2网络无负载接入，5V_USB_L0AD1 = 0V时，第一运放Ul-A差分输入电压 相等，差值为0V，将此差值放大后，第一运放U1-A引脚1输出为0V。 VREF为一个基准电压 (取正值)，第一运放Ul-A引脚1输出的信号被传输至第二运放Ul-B，第二运放Ul-B利用 基准电压VREF进行比较后输出至CPU的通用输入输出接口 GPIO_IN，此时因为U4_A第1引 脚电压小于VREF，则CPU的通用输入输出接口 GPIOJN为低电平。 当USB_L0AD1和USB_L0AD2网络有负载接入时，负载电流为I，第一运放U1_A差 分输入电压为5V-USB_L0AD1 = I* (R1〃R2)，此电压差值经第一运放U1_A放大后由引脚1 输出，第一运放Ul-A的引脚1输出电压信号至第二运放Ul-B，第二运放Ul-B利用基准电压 VREF进行比较后输出至CPU的通用输入输出接口GPIOJN。当负载电流I超过设定值时，第 一运放Ul-A的引脚1输出电压将大于基准电压VREF，此时CPU的通用输入输出接口 GPIO_ IN输出高电平，稳压管Zl可以控制CPU的通用输入输出接口 GPIO_IN的输出电压，以免输 出电压过高烧坏GPIO 口 。 系统GPIO(通用输入输出接口 )根据检测到CPU的通用输入输出接口 GPIOJN的 值来控制开关控制模块，从而实现对两路USB设备的灵活控制，其中，开关控制模块的电路 结构示意图如图2所示，该开关控制模块的工作过程可以如下所述。 该开关控制模块可以包括NPN管Q10，第十电阻R10，第十一电阻R11，第十六电阻 R16，第十七电阻R17，第十八电阻R18，第十九电阻R19，电容C78和P沟道MOS管Q9。 其中，第十七电阻R17的一端连接CPU的通用输入输出接口 GPIOl，另一端连接 NPN管Q10的基极B， CPU的通用输入输出接口 GPIO_IN检测的信号从基极B输入，从集电 极C输出，发射极E接地。其中，第十八电阻R18的两端分别连接NPN管Q10的基极B和发 射极E。 NPN管QIO的集电极C连接第十电阻RIO的一端和第十六电阻R16的一端，第十六 电阻R16的另一端通过第十一电阻Rll与P沟道MOS管Q9的栅极(即G极)连接，且该第 十六电阻R16的另一端也同时通过第十九电阻R19和电容C78同P沟道M0S管Q9的源级 (即S极)连接。 第十电阻R10的另一端与USB_L0AD1连接，P沟道MOS管Q9的源级(即S极)均 与USB—LOAD 1连接，P沟道MOS管Q9的漏极(即D极)连接USB_P0RT1。 该开关控制模块的工作过程可以如下所述。 当CPU的通用输入输出接口 GPI0JN检测到高电平时，可以控制GPI01输出为高 电平，此时NPN管Q10处于导通状态，P沟道MOS管Q9的栅极(即G极)被拉低，也处于导 通状态，USB_L0AD1电压通过P沟道MOS管Q9送至USB_P0RT1 ， USB_P0RT1为USB设备接口 供电网络。 当CPU的通用输入输出接口 GPIOJN检测到高电平时，说明USB外部负载已经超 过设定值，判断为过流状态，此时系统控制GPIOl输出低电平，NPN管QIO处于截止状态，P 沟道MOS管Q9的栅极(即G极)受到RIO上拉为高电平，P沟道MOS管Q9截止USB_P0RT1 电源被关断，USB设备停止工作。直到系统检测到CPU的通用输入输出接口GPIO—IN再次 变为低电平，系统控制G0I01恢复对USB设备的供电。 电子设备的系统中可以共有两个或者多个开关控制模块，同时受到两个或者多个 GPIO的控制，所以当CPU的通用输入输出接口 GPIO—IN检测到过流信号后可以任意控制其中的一路或者多路USB设备的电源，从而实现总体检测，分别关断的效果。 综上所述，本实用新型公开一种USB过流检测和控制电路，利用开关控制模块，当
CPU检测出电流超出设定值之后便可以有选择的控制不同USB的支路上的开关，从而实现
工作状态干路电流检测，支路供电有选择的关断的功能。因此，当电子设备出现单路USB供
电电路电流正常，而整体电流超出要求的情况，可以有选择的对各个USB供电电路进行处
理，实现过流检测和控制，使产品正常工作。
权利要求一种USB过流检测和控制电路，其特征在于，包括对多个USB干路中的电流信号进行采样并将所述电流信号转换为电压信号的采样模块；进行所述电压信号放大的放大模块；对所述电压信号进行比较的比较模块；和接收所述比较模块比较所述电压信号而产生表示实时电流状态的电平信号后并检测出电流超出设定值之后有选择控制多个USB支路上的开关控制模块的CPU；其中，所述采样模块，所述放大模块和所述比较模块依次串联，且所述比较模块还连接所述CPU。
2. 如权利要求l的所述电路，其特征在于，所述采样模块进一步包括两个并联的第一 电阻和第二电阻，其中，所述并联后的电路，一端连接5V供电网络以及所述放大模块，另一 端连接两路或多路USB的负载网络以及所述放大模块。
3. 如权利要求2的所述电路，其特征在于，所述放大模块进一步包括第一运放，第三 电阻，第四电阻，第五电阻和第六电阻，其中，所述第一运放的负极输入端通过所述第三电 阻与负载网络连接以及通过所述第五电阻与其输出形成反馈电路，所述第一运放的正极输 入端通过所述第四电阻与供电网络连接以及通过所述第六电阻接地。
4. 如权利要求3的所述电路，其特征在于，所述比较模块进一步包括第二运放，第七 电阻，第八电阻，第九电阻和稳压管，其中，所述第二运放的正极输入端通过所述第七电阻 与所述第一运放的输出连接，所述第二运放的负极输入端通过所述第八电阻与基准电压连 接，所述第二运放的输出端通过第九电阻连接CPU的通用输入输出接口 GPI0—IN，并在所述 第九电阻和所述CPU的通用输入输出接口 GPIO—IN之间连接所述稳压管。
5. 如权利要求l的所述电路，其特征在于，所述开关控制模块进一步包括NPN管，第十 电阻，第十一电阻，第十六电阻，第十七电阻，第十八电阻，第十九电阻，电容和P沟道MOS管 Q9，其中，所述第十七电阻的一端连接所述CPU的通用输入输出接口 GPIOJN，，另一端连接 所述NPN管的基极，其中，所述第十八电阻的两端分别连接所述NPN管的基极和发射极；所述NPN管的集电极连接所述第十电阻的一端和所述第十六电阻的一端，所述第十六 电阻的另一端通过所述第十一电阻与所述P沟道MOS管Q9的栅极连接，且所述第十六电阻 的另一端也同时通过所述第十九电阻，所述电容同所述P沟道M0S管Q9的源级连接；所述第十电阻的另一端与所述P沟道MOS管Q9的源级均与所述负载网络连接，所述P 沟道MOS管Q9的漏极连接所述外部USB设备端口 USB_P0RT1 。
专利摘要本实用新型公开一种USB过流检测和控制电路，包括对多个USB干路中的电流信号进行采样并将所述电流信号转换为电压信号的采样模块；进行所述电压信号放大的放大模块；对所述电压信号进行比较的比较模块；和接收所述比较模块比较所述电压信号而产生表示实时电流状态的电平信号后并检测出电流超出设定值之后有选择控制多个USB支路上的开关控制模块的CPU；其中，所述采样模块，所述放大模块和所述比较模块依次串联，且所述比较模块还连接所述CPU。可以有选择的对各个USB供电电路进行处理，实现过流检测和控制，使产品正常工作。
文档编号G01R19/165GK201536253SQ20092020490
公开日2010年7月28日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者李科, 殷厚城, 陈碧波 申请人:深圳市同洲电子股份有限公司