Usb供电补偿电路和便携式电子设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种USB供电补偿电路和具有该USB供电补偿电路的便携式电子设备，USB供电补偿电路包括电源输入端、第一USB接口、第二USB接口、第一限流模块、第二限流模块、电流检测模块、电压检测模块和补偿控制模块。本实用新型的USB供电补偿电路，当外部设备所需的驱动电流大于第一限流模块限制输出的最大USB供电电流时，电流检测模块输出的检测电压大于电压检测模块预设的参考电压，电压检测模块控制补偿控制模块关断，使得第二限流模块使能并输出补偿电流来补偿USB供电电流，从而使得所输出的USB供电电流能够满足外部设备的供电需求，而且不需使用大功率适配器或者大电流电源板来增大USB供电电流，降低了成本。
【专利说明】USB供电补偿电路和便携式电子设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子设备USB供电的【技术领域】，尤其涉及一种USB供电补偿电路和便携式电子设备。
【背景技术】
[0002]目前，带有USB接口的便携式电子设备，大都采用限流芯片限制USB接口的供电电流，一般采用以下两种方案:
[0003](I)如图1所示的USB供电电路，采用一片限流芯片UOl来限流，将两路USB的总电流设置为1A，即每一路USB的电流设置为0.5A，USB接口 P1、P2上的电流均为0.5A。若使用图1所示的USB供电电路，则当某一路USB插入外部设备，例如插入HDD (Hard DiskDrive，硬盘驱动器)时，由于驱动HDD需要IA的电流，导致当另外一路USB也插入HDD或者其他外部设备时，由于驱动电流太小而无法读取外部设备。
[0004](2)如图2所示的USB供电电路，使用两片限流芯片U01、U02来限流，这种方案可以通过一片限流芯片控制一路USB的电流，即图2中限流芯片UOl单独控制USB接口 Pl支路的电流，限流芯片U02单独控制USB接口 P2支路的电流，因此不会出现某一路USB由于驱动电流太小或是没有驱动电流而无法读取外部设备的情况，解决了第一种方案存在的问题，但是图2所示的USB供电电路会出现以下问题:当每一个限流芯片的输出电流限制为IA时，两路USB总共消耗2A的电流，因此系统需要预留2A的电流给两路USB，这给整个系统供电提出了更高要求，需要更大功率的适配器，提供更大电流的电源板等方式来解决，然而，制作大功率适配器或者大电流电源板都会增加成本。
实用新型内容
[0005]本实用新型的主要目的是提出一种USB供电补偿电路和便携式电子设备，旨在外部设备供电需求增大时，自动补偿USB供电电流，满足不同外部设备的USB供电需求，同时降低成本。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型提出一种USB供电补偿电路，该USB供电补偿电路包括电源输入端、第一 USB接口、第二 USB接口、用于提供USB供电电流的第一限流模块、用于输出补偿电流以补偿所述USB供电电流的第二限流模块、用于检测所述USB供电电流并根据检测结果输出检测电压的电流检测模块、用于检测所述检测电压并根据检测结果输出相应的检测信号的电压检测模块，以及用于根据所述检测信号控制所述第二限流模块是否输出补偿电流的补偿控制模块；其中，
[0007]所述电源输入端分别与所述第一限流模块的输入端、所述第二限流模块的输入端和所述补偿控制模块的输入端连接；所述第一限流模块的输出端通过所述电流检测模块分别与所述第一 USB接口、所述第二 USB接口以及所述电压检测模块的输入端连接；所述第二限流模块的输出端分别与所述第一 USB接口和所述第二 USB接口连接；所述补偿控制模块的控制端与所述电压检测模块的输出端连接，输出端与所述第二限流模块的使能端连接。[0008]优选地，所述第一限流模块包括第一限流芯片、第一电阻和第一电容；所述第一限流芯片的输入脚和使能脚均与所述电源输入端连接，所述第一限流芯片的电流设置脚与经由所述第一电阻接地，所述第一限流芯片的地引脚接地，所述第一限流芯片的输出脚与所述电流检测模块的输入端连接；所述第一电容的一端与所述电源输入端连接，另一端接地。
[0009]优选地，所述电流检测模块包括第二电阻；所述第二电阻的第一端与所述第一限流芯片的输出脚连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一 USB接口的电源脚、第二 USB接口的电源脚和所述电压检测模块的输入端连接。
[0010]优选地，所述电压检测模块包括比较器、参考电压输入端、第一工作电压输入端和第二工作电压输入端；所述比较器的正电源端与所述第一工作电压输入端连接，所述比较器的负电源端与所述第二工作电压输入端连接，所述比较器的同相输入端与所述参考电压输入端连接，所述比较器的反相输入端与所述第二电阻的第二端连接，所述比较器的输出端与所述补偿控制模块的控制端连接。
[0011]优选地，所述补偿控制模块包括开关元件和第三电阻；所述开关元件的第一端与所述比较器的输出端连接，所述开关元件的第二端与所述第二限流模块的使能端连接，且经由所述第三电阻与所述电源输入端连接，所述开关元件的第三端接地。
[0012]优选地，所述开关元件为PNP三极管，所述PNP三极管的基极为所述开关元件的第一端，所述PNP三极管的发射极为所述开关元件的第二端，所述PNP三极管的集电极为所述开关元件的第三端。
[0013]优选地，所述开关元件为PMOS管，所述PMOS管的栅极为所述开关元件的第一端，所述PMOS管的源极为所述开关元件的第二端，所述PMOS管的漏极为所述开关元件的第三端。
[0014]优选地，所述第二限流模块包括第二限流芯片、第四电阻和第二电容；
[0015]所述第二限流芯片的输入脚与所述电源输入端连接，所述第二限流芯片的使能脚与所述开关元件的第二端连接，且经由所述第三电阻与所述电源输入端连接，所述第二限流芯片的电流设置脚与经由所述第四电阻接地，所述第二限流芯片的地引脚接地，所述第二限流芯片的输出脚分别与所述第一 USB接口的电源脚和第二 USB接口的电源脚连接；所述第二电容的一端与所述电源输入端连接，另一端接地。
[0016]本实用新型还提出一种便携式电子设备，该便携式电子设备包括USB供电补偿电路，该USB供电补偿电路包括电源输入端、第一 USB接口、第二 USB接口、用于提供USB供电电流的第一限流模块、用于输出补偿电流以补偿所述USB供电电流的第二限流模块、用于检测所述USB供电电流并根据检测结果输出检测电压的电流检测模块、用于检测所述检测电压并根据检测结果输出相应的检测信号的电压检测模块，以及用于根据所述检测信号控制所述第二限流模块是否输出补偿电流的补偿控制模块；其中，
[0017]所述电源输入端分别与所述第一限流模块的输入端、所述第二限流模块的输入端和所述补偿控制模块的输入端连接；所述第一限流模块的输出端通过所述电流检测模块分别与所述第一 USB接口、所述第二 USB接口以及所述电压检测模块的输入端连接；所述第二限流模块的输出端分别与所述第一 USB接口和所述第二 USB接口连接；所述补偿控制模块的控制端与所述电压检测模块的输出端连接，输出端与所述第二限流模块的使能端连接。
[0018]本实用新型提出的USB供电补偿电路，通过第一 USB接口和/或第二 USB接口连接外部设备，输出USB供电电流给外部设备提供所需的驱动电流，以读取外部设备。当外部设备所需的驱动电流大于第一限流模块限制输出的最大USB供电电流时，电流检测模块输出的检测电压大于电压检测模块预设的参考电压，电压检测模块控制补偿控制模块关断，使得第二限流模块使能并输出补偿电流来补偿USB供电电流，从而使得所输出的USB供电电流能够满足外部设备的供电需求，而且不需使用大功率适配器或者大电流电源板来增大USB供电电流，降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为现有技术中一 USB供电电路的电路结构示意图；
[0020]图2为现有技术中另一 USB供电电路的电路结构示意图；
[0021]图3为本实用新型USB供电补偿电路较佳实施例的原理框图；
[0022]图4为本实用新型USB供电补偿电路一具有实施例的电路结构示意图；
[0023]图5为本实用新型USB供电补偿电路另一具有实施例的电路结构示意图。
[0024]本实用新型的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。
【具体实施方式】
[0025]以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0026]本实用新型提出一种USB供电补偿电路。
[0027]参照图3，图3为本实用新型USB供电补偿电路较佳实施例的原理框图。
[0028]本实用新型较佳实施例中，USB供电补偿电路应用于具有USB接口的便携式电子设备(如手机)，可通过USB接口连接外部设备(如HDD )来读取外部设备。本实用新型的USB供电补偿电路包括电源输入端VIN、第一 USB接口 10、第二 USB接口 20、第一限流模块30、第二限流模块40、电流检测模块50、电压检测模块60和补偿控制模块70。第一限流模块30提供USB供电电流，第二限流模块40用于输出补偿电流以补偿该USB供电电流，电流检测模块50用于检测上述USB供电电流并根据检测结果输出检测电压，电压检测模块60用于检测该检测电压并根据检测结果输出相应的检测信号，补偿控制模块70用于根据该检测信号控制第二限流模块40是否输出补偿电流。
[0029]其中，电源输入端VIN分别与第一限流模块30的输入端、第二限流模块40的输入端和补偿控制模块70的输入端连接；第一限流模块30的输出端通过电流检测模块50分别与第一 USB接口 10、第二 USB接口 20以及电压检测模块60的输入端连接；第二限流模块40的输出端分别与第一 USB接口 10和第二 USB接口 20连接；补偿控制模块70的控制端与电压检测模块60的输出端连接,输出端与第二限流模块40的使能端连接。
[0030]在本实施例中，第一 USB接口 10和/或第二 USB接口 20连接外部设备，第一限流模块30向第一 USB接口 10和第二 USB接口 20输出USB供电电流，而且限制USB供电电流不得超出第一限流模块30所预设的最大USB供电电流，第一限流模块30输出至第一 USB接口 10和第二 USB接口 20的USB供电电流流经电流检测模块50，电流检测模块50检测第一限流模块30输出至第一 USB接口 10和第二 USB接口 20的USB供电电流，并根据检测结果输出检测电压至电压检测模块60，电压检测模块60根据该检测电压的大小输出相应的检测信号控制补偿控制模块70导通或者关断，进而控制第二限流模块40是否输出补偿电流以补偿USB供电电流。
[0031]当第一 USB接口 10和/或第二 USB接口 20连接的外部设备所需的驱动电流未超过第一限流模块30限制输出的最大USB供电电流时，电流检测模块50输出的检测电压小于电压检测模块60预设的参考电压，电压检测模块60输出高电平的检测信号至补偿控制模块70，控制补偿控制模块70导通，使得第二限流模块40的使能关闭，第二限流模块40不工作，不输出补偿电流。当第一 USB接口 10和/或第二 USB接口 20连接的外部设备所需的驱动电流大于第一限流模块30限制输出的最大USB供电电流时，电流检测模块50输出的检测电压大于电压检测模块60预设的参考电压，电压检测模块60输出低电平的检测信号至补偿控制模块70，控制补偿控制模块70关断，使得第二限流模块40使能并输出补偿电流来补偿USB供电电流，从而使得通过第一 USB接口 10和/或第二 USB接口 20输出的USB供电电流能够满足外部设备的供电需求，能够驱动外部设备，使得便携式电子设备可以读取外部设备。
[0032]相对于现有技术，本实用新型的USB供电补偿电路，当外部设备所需的驱动电流大于第一限流模块30限制输出的最大USB供电电流时，电流检测模块50输出的检测电压大于电压检测模块60预设的参考电压，电压检测模块60控制补偿控制模块70关断，使得第二限流模块40使能并输出补偿电流来补偿USB供电电流，从而使得所输出的USB供电电流能够满足外部设备的供电需求，而且不需使用大功率适配器或者大电流电源板来增大USB供电电流，降低了成本。
[0033]再参照图4，图4为本实用新型USB供电补偿电路一具有实施例的电路结构示意图。
[0034]本实施例中，第一限流模块30包括第一限流芯片Ul、第一电阻Rl和第一电容Cl ；第一限流芯片Ul的输入脚INl和使能脚ENl均与电源输入端VIN连接，第一限流芯片Ul的电流设置脚ISETl与经由第一电阻Rl接地，第一限流芯片Ul的地引脚GNDl接地，第一限流芯片Ul的输出脚OUTl与电流检测模块50的输入端连接；第一电容Cl的一端与电源输入端VIN连接，第一电容Cl的另一端接地。
[0035]其中，第一电容Cl为去耦滤波电容，第一电阻Rl为第一限流芯片Ul的限流电阻，第一限流芯片Ul的限制电流值(即最大USB供电电流)与第一电阻Rl的阻值有关，例如，若本实施例的第一限流芯片Ul采用SY6280芯片，则第一限流芯片Ul的限制电流值为6800/Rsetl，其中Rsetl为第一电阻Rl的阻值。因此，通过调整第一电阻Rl的阻值可以设置所需的最大USB供电电流，将第一限流芯片Ul输出的USB供电电流限制在6800/Rsetl。
[0036]具体地，电流检测模块50包括第二电阻R2 ;第二电阻R2的第一端与第一限流芯片Ul的输出脚OUTl连接，第二电阻R2的第二端分别与第一 USB接口 10的电源脚VCC1、第二 USB接口 20的电源脚VCC2和电压检测模块60的输入端连接。第二电阻R2为电流检测电阻，当第一限流芯片Ul输出不同的USB供电电流时，会在第二电阻R2上形成不同的压差。
[0037]具体地，电压检测模块60包括比较器U3、参考电压输入端REF、第一工作电压输入端V+和第二工作电压输入端V-;比较器U3的正电源端与第一工作电压输入端V+连接，比较器U3的负电源端与第二工作电压输入端V-连接，比较器U3的同相输入端与参考电压输入端REF连接，比较器U3的反相输入端与第二电阻R2的第二端连接，比较器U3的输出端与补偿控制模块70的控制端连接。
[0038]具体地，补偿控制模块70包括开关元件Ql和第三电阻R3 ;开关元件Ql的第一端与比较器U3的输出端连接，开关元件Ql的第二端与第二限流模块40的使能端连接，且经由第三电阻R3与电源输入端VIN连接，开关元件Ql的第三端接地。
[0039]具体地，第二限流模块40包括第二限流芯片U2、第四电阻R4和第二电容C2。
[0040]第二限流芯片U2的输入脚IN2与电源输入端VIN连接，第二限流芯片U2的使能脚EN2与开关元件Ql的第二端连接，且经由第三电阻R3与电源输入端VIN连接，第二限流芯片U2的电流设置脚ISET2与经由第四电阻R4接地，第二限流芯片U2的地引脚GND2接地，第二限流芯片U2的输出脚0UT2分别与第一 USB接口 10的电源脚VCCl和第二 USB接口 20的电源脚VCC2连接；第二电容C2的一端与电源输入端VIN连接，第二电容C2的另一端接地。
[0041]其中，第二电容C2为去耦滤波电容，第四电阻R4为第二限流芯片U2的限流电阻，第二限流芯片U2的限制电流值(即最大USB供电电流)与第四电阻R4的阻值有关，例如，若本实施例的第二限流芯片U2采用SY6280芯片，则第二限流芯片U2的限制电流值为6800/Rset2，其中Rset2为第四电阻R4的阻值。因此，通过调整第四电阻R4的阻值可以设置所需的最大USB供电电流，将第二限流芯片U2输出的USB供电电流限制在6800/Rset2。
[0042]如图4所示，补偿控制模块70中的开关元件Ql为PNP三极管，PNP三极管的基极为开关元件Ql的第一端，PNP三极管的发射极为开关元件Ql的第二端，PNP三极管的集电极为开关元件Ql的第三端。
[0043]再参照图5，图5为本实用新型USB供电补偿电路另一具有实施例的电路结构示意图。
[0044]与图4所示USB供电补偿电路不同的是，如图5所示，在一变形的实施例中，补偿控制模块70中的开关元件Ql为PMOS管，PMOS管的栅极为开关元件Ql的第一端，PMOS管的源极为开关元件Ql的第二端，PMOS管的漏极为开关元件Ql的第三端。
[0045]本实用新型USB供电补偿电路的工作原理具体描述如下:
[0046]当通过第一 USB接口 10和/或第二 USB接口 20连接外部设备时，第一限流模块30中，第一限流芯片Ul通过其输出脚OUTl输出USB供电电流，该USB供电电流通过第一USB接口 10和/或第二 USB接口 20输出至外部设备，给外部设备提供驱动电流。
[0047]在第一限流芯片Ul输出USB供电电流给外部设备供电的过程中，USB供电电流流经第二电阻R2，由于USB供电电流在第二电阻R2上有消耗，因此在第二电阻R2上产生压差，即第二电阻R2的两端产生电压\、Vb,且Va > VB, Vb即为电流检测模块50输出至电压检测模块60的检测电压，从而输入到比较器U3的同相输入端上的电压为VB。本实用新型将参考电压输入端REF输入的参考电压Vref作为参考，而且设定在USB供电电流正常输出的情况下，Vb > Vref。
[0048]当第一 USB接口 10和/或第二 USB接口 20连接的外部设备所需的驱动电流未超过第一限流芯片Ul限制输出的最大USB供电电流时，第一限流芯片Ul输出的USB供电电流正常输出，此时Vb > Vref,比较器U3的反相输入端电压大于比较器U3的同相输入端电压，因此比较器U3的输出端输出的检测信号为低电平，该低电平的检测信号输出至开关元件Ql的第一端(即PNP三极管的基极或者PMOS管的栅极)，此时开关元件Ql的第一端为低电平，又由于开关元件Ql的第二端(即PNP三极管的发射极或者PMOS管的源极)经由第三电阻R3连接至电源输入端VIN，开关元件Ql的第二端通过第三电阻R3获得偏置电压，开关元件Ql的第二端为高电平，从而开关元件Ql导通。由于开关元件Ql的第三端(即PNP三极管的集电极或者PMOS管的漏极)接地，因此将第二限流芯片U2的使能脚EN2拉低，第二限流芯片U2的使能脚EN2为低电平，第二限流芯片U2不工作，第二限流芯片U2的输出脚OUT无补偿电流输出。
[0049]当第一 USB接口 10和/或第二 USB接口 20连接的外部设备所需的驱动电流超过第一限流芯片Ul限制输出的最大USB供电电流时，第一限流芯片Ul输出至第一 USB接口10和/或第二 USB接口 20的USB供电电流变大，即流经第二电阻R2的USB供电电流变大，此时USB供电电流在第二电阻R2上的消耗变大，即第二电阻R2上的电压变大，而由于VaF变，因此检测电压Vb变小，当Vb < Vref时，比较器U3的同相输入端电压大于比较器U3的反相输入端电压，比较器U3的输出端输出的检测信号为高电平,该高电平的检测信号输出至开关元件Ql的第一端(即PNP三极管的基极或者PMOS管的栅极)，此时开关元件Ql的第一端为高电平，又由于开关元件Ql的第二端(即PNP三极管的发射极或者PMOS管的源极)通过第三电阻R3获得偏置电压，开关元件Ql的第二端也为高电平，从而开关元件Ql关断。此时第二限流芯片U2的使能脚EN2通过第三电阻R3获得偏置电压，第二限流芯片U2的使能脚EN2为高电平，使得第二限流芯片U2使能并正常工作，从而第二限流芯片U2的输出脚0UT2输出补偿电流，及时地补偿USB供电电流，此时输出给外部设备的USB供电电流是第一限流芯片Ul输出的USB供电电流与第二限流芯片U2输出的补偿电流的叠加，达到外部设备所需的驱动电流，因此满足外部设备的供电需求，外部设备能够正常工作，使得便携式电子设备可以读取与其连接的外部设备。
[0050]本实用新型还提出一种便携式电子设备，该便携式电子设备具有USB供电补偿电路，该USB供电补偿电路的结构、工作原理以及所带来的有益效果均参照上述实施例，此处不再赘述。
[0051]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种USB供电补偿电路，其特征在于，包括电源输入端、第一 USB接口、第二 USB接口、用于提供USB供电电流的第一限流模块、用于输出补偿电流以补偿所述USB供电电流的第二限流模块、用于检测所述USB供电电流并根据检测结果输出检测电压的电流检测模块、用于检测所述检测电压并根据检测结果输出相应的检测信号的电压检测模块，以及用于根据所述检测信号控制所述第二限流模块是否输出补偿电流的补偿控制模块；其中， 所述电源输入端分别与所述第一限流模块的输入端、所述第二限流模块的输入端和所述补偿控制模块的输入端连接；所述第一限流模块的输出端通过所述电流检测模块分别与所述第一 USB接口、所述第二 USB接口以及所述电压检测模块的输入端连接；所述第二限流模块的输出端分别与所述第一 USB接口和所述第二 USB接口连接；所述补偿控制模块的控制端与所述电压检测模块的输出端连接，输出端与所述第二限流模块的使能端连接。
2.如权利要求1所述的USB供电补偿电路，其特征在于，所述第一限流模块包括第一限流芯片、第一电阻和第一电容； 所述第一限流芯片的输入脚和使能脚均与所述电源输入端连接，所述第一限流芯片的电流设置脚与经由所述第一电阻接地，所述第一限流芯片的地引脚接地，所述第一限流芯片的输出脚与所述电流检测模块的输入端连接；所述第一电容的一端与所述电源输入端连接，另一端接地。
3.如权利要求2所述的USB供电补偿电路，其特征在于，所述电流检测模块包括第二电阻；所述第二电阻的第一端与所述第一限流芯片的输出脚连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第一 USB接口的电源脚、第二 USB接口的电源脚和所述电压检测模块的输入端连接。
4.如权利要求3所述的USB供电补偿电路，其特征在于，所述电压检测模块包括比较器、参考电压输入端、第一工作电压输入端和第二工作电压输入端；所述比较器的正电源端与所述第一工作电压输入`端连接，所述比较器的负电源端与所述第二工作电压输入端连接，所述比较器的同相输入端与所述参考电压输入端连接，所述比较器的反相输入端与所述第二电阻的第二端连接，所述比较器的输出端与所述补偿控制模块的控制端连接。
5.如权利要求4所述的USB供电补偿电路，其特征在于，所述补偿控制模块包括开关元件和第三电阻；所述开关元件的第一端与所述比较器的输出端连接，所述开关元件的第二端与所述第二限流模块的使能端连接，且经由所述第三电阻与所述电源输入端连接，所述开关元件的第三端接地。
6.如权利要求5所述的USB供电补偿电路，其特征在于，所述开关元件为PNP三极管，所述PNP三极管的基极为所述开关元件的第一端，所述PNP三极管的发射极为所述开关元件的第二端，所述PNP三极管的集电极为所述开关元件的第三端。
7.如权利要求5所述的USB供电补偿电路，其特征在于，所述开关元件为PMOS管，所述PMOS管的栅极为所述开关元件的第一端，所述PMOS管的源极为所述开关元件的第二端，所述PMOS管的漏极为所述开关元件的第三端。
8.如权利要求5至7中任意一项所述的USB供电补偿电路，其特征在于，所述第二限流模块包括第二限流芯片、第四电阻和第二电容； 所述第二限流芯片的输入脚与所述电源输入端连接，所述第二限流芯片的使能脚与所述开关元件的第二端连接，且经由所述第三电阻与所述电源输入端连接，所述第二限流芯片的电流设置脚与经由所述第四电阻接地，所述第二限流芯片的地引脚接地，所述第二限流芯片的输出脚分别与所述第一 USB接口的电源脚和第二 USB接口的电源脚连接；所述第二电容的一端与所述电源输入端连接，另一端接地。
9.一种便携式电子设备，其特征在于，包括权利要求1至8中任意一项所述的USB供电补偿电路 。
【文档编号】G05F1/10GK203658888SQ201320800662
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】孟晓鹏 申请人:Tcl通力电子（惠州）有限公司