一种双向USB供电系统的制作方法

本实用新型涉电路设计技术领域，特别涉及一种双向USB供电系统。

背景技术：

目前很多电子设备都设置有USB接口，通过USB接口连接到PC机、电源等可以为该设备充电。随着用户对设备功能的需求逐步提升，一个设备通常还需要通过USB接口连接某些扩展设备，进行功能上的扩展，此时需要该设备通过USB接口向外接的扩展设备供电，但是目前的电子设备只能通过USB接口为自身充电，并不能为连接到USB接口的外接设备供电。例如虚拟现实系统中的无线手柄控制器可以通过USB接口连接到主机为自身充电，但是当手柄控制器需要连接某些外部扩展设备，如枪托、方向盘或弓箭等，做功能上的扩展时，手柄控制器不能给连接到USB接口的扩展设备供电，不能满足用户对产品的应用需求。

技术实现要素：

为了解决目前的电子设备只能通过USB接口为自身充电，不能为连接到USB接口的外接从设备供电的问题，使一个电子设备既可以通过USB接口连接到供电设备为自身充电，又可以在连接从设备时通过USB接口为外接从设备供电，本实用新型提供了一种双向USB供电系统。

本实用新型提供的一种双向USB供电系统包括微控制器、充电芯片、电池、USB连接器、第一开关电路和第二开关电路；

所述充电芯片与所述电池相连；

所述充电芯片的电源输入引脚通过所述第一开关电路连接到所述USB连接器的VBUS引脚；所述充电芯片的电源输出引脚通过所述第二开关电路连接到所述USB连接器的VBUS引脚；

所述微控制器检测连接到所述USB连接器的设备的类型，并控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的通断：

当所述微控制器检测到连接到所述USB连接器的设备为供电设备时，所述微控制器控制所述第一开关电路接通、所述第二开关电路断开，控制所述充电芯片通过所述USB连接器的VBUS引脚从所述供电设备取电，并为所述电池充电；

当所述微控制器检测到连接到所述USB连接器的设备为外接从设备时，所述微控制器控制所述第一开关电路断开、所述第二开关电路接通，控制所述充电芯片从所述电池取电，并通过所述USB连接器的VBUS引脚为所述外接从设备供电。

其中，所述USB连接器的VBUS引脚经分压后的ON引脚和所述USB连接器的ID引脚分别连接到所述微控制器；当USB连接器没有连接任何设备时或者连接供电设备时，所述USB连接器的ID引脚为高电平，当USB连接器连接外接从设备时，所述USB连接器的ID引脚为低电平；

当所述微控制器检测到所述USB连接器的ON引脚由低电平变为高电平，并且所述USB连接器的ID引脚为高电平时，所述微控制器判断连接到所述USB连接器的设备为供电设备；

当所述微控制器检测到所述USB连接器的ON引脚为低电平，并且所述USB连接器的ID引脚由高电平变为低电平时，所述微控制器判断连接到所述USB连接器的设备为外接从设备。

其中，所述微控制器的控制端连接所述第二开关电路；

当所述微控制器检测到所述USB连接器的ON引脚为低电平，并且所述USB连接器的ID引脚为低电平时，所述微控制器的控制端向所述第二开关电路输出高电平的控制信号；否则，所述微控制器的控制端向所述第二开关电路输出低电平的控制信号。

其中，所述第一开关电路包括第一三极管和第一PMOS管；

所述第一三极管的基极接所述USB连接器的ID引脚，发射极接地，集电极接所述第一PMOS管的栅极；

所述第一PMOS管的源极接所述USB连接器的VBUS引脚，漏极接所述充电芯片的电源输入引脚。

其中，所述第一开关电路还包括第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和第一肖特基二极管；

所述第一电容的第一端接所述USB连接器的VBUS引脚，第二端接地；

所述第一电阻的第一端接所述第一PMOS管的栅极，第二端接所述第一三极管的集电极；

所述第二电阻的两端分别接所述第一PMOS管的源极和栅极；所述第二电容的两端分别接所述第一PMOS管的漏极和栅极；

所述第一肖特基二极管的正极接所述第一PMOS管的漏极，负极接所述充电芯片的电源输入引脚。

其中，所述第二开关电路包括第二三极管和第二PMOS管；

所述第二三极管的基极接所述微控制器的控制端，发射极接地，集电极接所述第二PMOS管的栅极；

所述第二PMOS管的漏极接所述USB连接器的VBUS引脚，源极接所述充电芯片的电源输出引脚。

其中，所述第二开关电路还包括第三电容、第三电阻、第四电阻和第二肖特基二极管；

所述第三电阻的第一端接所述第二PMOS管的栅极，第二端接所述第二三极管的集电极；

所述第四电阻的两端分别接所述第二PMOS管的源极和栅极；所述第三电容的两端分别接所述第二PMOS管的漏极和栅极；

所述第二肖特基二极管的负极接所述第二PMOS管的源极，正极接所述充电芯片的电源输出引脚。

其中，所述充电芯片为BQ24195L芯片；

所述充电芯片的电源输入引脚为所述BQ24195L芯片的VBUS引脚，所述充电芯片的电源输出引脚为所述BQ24195L芯片的PMID引脚，所述PMID引脚经所述BQ24195L芯片内置的升压模块升压后输出5V。

其中，所述供电系统应用于虚拟现实系统的无线手柄控制器。

本实用新型实施例的有益效果是：通过将USB连接器的VBUS引脚分别经第一开关电路和第二开关电路连接至充电芯片的电源输入引脚和电源输出引脚，利用微控制器检测USB连接器的VBUS引脚和ID引脚的高低电平变化来判断连接到USB连接器的设备类型，当为供电设备时，第一开关电路接通、第二开关电路断开，充电芯片从供电设备取电，为电池充电；当为外接从设备时，第一开关电路断开、第二开关电路接通，控制充电芯片从电池取电，为外接从设备供电，从而实现双向USB供电。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种双向USB供电系统的结构示意图；

图2(a)、图2(b)为本实用新型实施例提供的一种双向USB供电系统的电路图。

具体实施方式

本实用新型的设计构思是：针对目前的电子设备只能通过USB接口为自身充电，不能为连接到USB接口的外接从设备供电的问题，本实用新型利用USB接口的VBUS引脚和ID引脚，识别连接到USB接口的是供电设备还是外接从设备，当连接供电设备时，控制充电芯片从供电设备取电，为电池充电；当连接外接从设备时，控制充电芯片从电池取电，为外接从设备供电，从而实现双向USB供电。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的一种双向USB供电系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的双向USB供电系统包括微控制器、USB连接器、充电芯片110、电池120、第一开关电路S1和第二开关电路S2，充电芯片110与电池120相连。

充电芯片110的电源输入引脚通过第一开关电路S1连接到USB连接器的VBUS引脚；充电芯片110的电源输出引脚通过第二开关电路S2连接到USB连接器的VBUS引脚。

微控制器用于检测连接到USB连接器的设备的类型，并根据设备类型控制第一开关电路S1和第二开关电路S2的通断：当微控制器检测到连接到USB连接器的设备为供电设备时，微控制器控制第一开关电路S1接通、第二开关电路S2断开，充电芯片110通过USB连接器的VBUS引脚从供电设备取电，并为电池120充电；当微控制器检测到连接到USB连接器的设备为外接从设备时，微控制器控制第一开关电路S1断开、第二开关电路S2接通，充电芯片110从电池120取电，并通过USB连接器的VBUS引脚为外接从设备供电。

图2为本实用新型实施例提供的一种双向USB供电系统的电路图。如图2(a)所示，在本实用新型的一个实施例中，USB连接器的VBUS引脚通过电阻R14和R15分压后连接到微控制器，向微控制器输出信号USB_ON，USB连接器的ID引脚连接到微控制器，向微控制器输出信号USB_ID。当USB连接器没有连接任何设备时或者连接供电设备时，信号USB_ID为高电平；当USB连接器连接外接从设备时，信号USB_ID为低电平。

当微控制器检测到信号USB_ON由低电平变为高电平，并且信号USB_ID为高电平时，微控制器判断连接到USB连接器的设备为供电设备；当微控制器检测到信号USB_ON为低电平，并且信号USB_ID由高电平变为低电平时，微控制器判断连接到USB连接器的设备为外接从设备。

微控制器根据信号USB_ON、USB_ID高低电平的变化自动检测连接到USB连接器的类型，当连接供电设备时，控制充电芯片从供电设备取电，为电池充电；当连接外接从设备时，控制充电芯片从电池取电，为外接从设备供电，从而实现双向USB供电。

优选的，微控制器的控制端连接第二开关电路，输出控制信号RVS_EN。当微控制器检测到信号USB_ON为低电平，并且信号USB_ID为低电平时，微控制器的控制端向第二开关电路输出的控制信号RVS_EN为高电平；否则，微控制器的控制端向第二开关电路输出的控制信号RVS_EN为低电平。微控制器通过输出控制信号RVS_EN控制第二开关电路的通断。

如图2(b)所示，在本实用新型的优选实施例中，充电芯片为BQ24195L芯片，充电芯片的电源输入引脚为BQ24195L芯片的VBUS引脚，充电芯片的电源输出引脚为BQ24195L芯片的PMID引脚，PMID引脚经BQ24195L芯片内置的升压模块升压后输出5V。

第一开关电路包括三极管Q10和PMOS管Q5。三极管Q10的基极1接USB连接器的ID引脚USB_ID，发射极接地GND，集电极接PMOS管Q5的栅极1。PMOS管Q5的源极2接USB连接器的VBUS引脚，漏极3接充电芯片的电源输入引脚VBUS。

优选的，第一开关电路还包括电容C11、电容C13、电阻R16、电阻R18和肖特基二极管D17。电容C11的第一端接USB连接器的VBUS引脚，第二端接地GND。电阻R18的第一端接PMOS管Q5的栅极1，第二端接三极管Q10的集电极3。电阻R16的两端分别接PMOS管Q5的源极2和栅极1，电容C13的两端分别接PMOS管Q5的漏极3和栅极1。肖特基二极管D17的正极接PMOS管Q5的漏极3，负极接充电芯片的电源输入引脚VBUS。肖特基二极管D17起反向截止的作用，具有开关频率高和正向压降低的优点。

当供电设备连接到USB连接器时，微控制器检测到信号USB_ON由低电平变为高电平，信号USB_ID一直是高电平，微控制器输出的控制信号RVS_EN为低电平，三极管Q11和PMOS管Q6截止，充电芯片的电源输出引脚PMID至USB连接器的VBUS引脚的通路断开；USB_ID是高电平，三极管Q10导通，PMOS管Q5导通，USB连接器的VBUS引脚至充电芯片的电源输入引脚VBUS的通路接通，供电设备通过USB连接器的VBUS引脚经过肖特基二极管D17向充电芯片的电源输入引脚VBUS供电，从而可以给该设备的电池充电。

仍如图2(b)所示，第二开关电路包括三极管Q11和PMOS管Q6。三极管Q11的基极1接微控制器的控制端，接收微控制器输出的控制信号RVS_EN，发射极2接地GND，集电极3接PMOS管Q6的栅极1，PMOS管Q6的漏极3接USB连接器的VBUS引脚，源极2接充电芯片的电源输出引脚PMID。

优选的，第二开关电路还包括电容C12、电阻R17、电阻R19和肖特基二极管D18。电阻R19的第一端接PMOS管Q6的栅极1，第二端接三极管Q11的集电极3。电阻R17的两端分别接PMOS管Q6的源极2和栅极1，电容C12的两端分别接PMOS管Q6的漏极3和栅极1。肖特基二极管D18的负极接PMOS管Q6的源极2，正极接充电芯片的电源输出引脚PMID。

当外接从设备连接到USB连接器时，微控制器检测到信号USB_ID由高电平变为低电平，信号USB_ON一直是低电平，微控制器输出的控制信号RVS_EN为高电平，三极管Q11导通，PMOS管Q6导通，充电芯片的电源输出引脚PMID至USB连接器的VBUS引脚的通路接通；USB_ID为低电平，三极管Q10和PMOS管Q5截止，USB连接器的VBUS引脚至充电芯片的电源输入引脚VBUS的通路断开；充电芯片的电源输出引脚PMID输出5V直流电，通过USB连接器的VBUS引脚为外接从设备供电。

本实用新型优选实施例提供的双向USB供电系统可应用于虚拟现实系统的无线手柄控制器。手柄控制器上设置USB接口，当手柄控制器通过USB接口连接至主机时，充电芯片从主机取电为手柄控制器供电，并为手柄控制器的内置电池充电；当手柄控制器通过USB接口连接外接从设备时，例如接枪托、方向盘或弓箭等，充电芯片从手柄控制器的内置电池取电，为手柄控制器供电，并通过USB接口为外接从设备供电，实现了双向USB供电，丰富了虚拟现实产品的应用场景。

综上所述，本实用新型提供的一种双向USB供电系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：

通过将USB连接器的VBUS引脚分别经第一开关电路和第二开关电路连接至充电芯片的电源输入引脚和电源输出引脚，利用微控制器检测USB连接器的VBUS引脚和ID引脚的高低电平变化来判断连接到USB连接器的设备类型，当判断为供电设备时，控制第一开关电路接通、第二开关电路断开，控制充电芯片从供电设备取电，为电池充电；当判断为外接从设备时，控制第一开关电路断开、第二开关电路接通，控制充电芯片从电池取电，为外接从设备供电，从而实现双向USB供电。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。