一种USB供电切换电路、方法、装置及芯片与流程

一种usb供电切换电路、方法、装置及芯片
技术领域
1.本发明涉及usb供电技术领域，尤其涉及一种usb供电切换电路、方法、装置及芯片。


背景技术：

2.usb是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，其可以连接多种外设。鉴于usb支持热插拔、携带方便、标准统一和可连接多个设备等优点，其被广泛地应用于个人电脑和移动设备等通讯产品中，并扩展至摄影器材、数字电视和游戏机等相关领域。计算机主板上usb的供电方式一般是使用了5v standby电压(待机电压)。standby电压是指在系统关闭了后，保留一个+5v的等待电压，以便用于电源及系统的唤醒服务，一般作为鼠标、键盘以及网络开机的电源。
3.usb的待机电压对应的电流一般是比较小的，当连接的外接设备额定电流较大时，会导致外接设备无法正常工作，此时就需要system电压(系统电压)为外接设备供电。待机电压和系统电压能够提供的功耗是不同的，后者所能提供的功耗大于前者所能提供的功耗。
4.计算机的外部设备不单包括鼠标和键盘等设备，还包括连接有传感器信号采集功能的设备，比如摄像头、扫描仪等，当外部设备为摄像头、扫描仪等高功耗设备时，就需要给这些外部设备提供足够的供电电能，但是现有产品的usb接口输出的一般都是待机电压，不能很好的选择不同的供电模式，这会导致usb对外部设备供电不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种usb供电切换电路、方法、装置及芯片，以解决现有技术中usb对外部设备供电不足的技术问题。
6.本发明的技术方案如下，提供了一种usb供电切换电路，包括电压控制模块、系统供电模块及待机供电模块；
7.所述电压控制模块，用于给所述系统供电模块输入低电平，或者给所述待机供电模块输入低电平；所述系统供电模块，用于在接收到所述电压控制模块输入的低电平时，输出系统电压；所述待机供电模块，用于在接收到所述电压控制模块输入的低电平时，输出待机电压。
8.进一步地，所述电压控制模块包括电压切换单元及电压输入单元；
9.所述电压切换单元，用于接收高电平或者低电平，并在接收到高电平时，使所述电压输入单元给所述系统供电模块输入低电平，
10.在接收到低电平时，使所述电压输入单元给所述待机供电模块输入低电平。
11.进一步地，所述电压输入单元包括第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第一供电电源及第二供电电源；所述第一场效应晶体管与所述第一供电电源连接，所述第二场效应晶体管与所述第二供电电源连接；
12.所述电压切换单元还用于在接收到高电平时，使所述第一场效应晶体管导通，在接收到低电平时，使第二场效应晶体管导通；所述第一供电电源用于在第一场效应晶体管导通时，给所述系统供电模块输入低电平；所述第二供电电源用于在第二场效应晶体管导通时，给所述待机供电模块输入低电平。
13.进一步地，所述电路还包括第五供电电源，所述电压切换单元包括二极管，所述电压输入单元还包括第六供电电源、第一电阻及第二电阻，所述第五供电电源与所述二极管的负极连接，所述二极管的正极分别接所述第一电阻的一端、第二电阻的一端及第一场效应晶体管的栅极，所述第一电阻的另一端接第六供电电源，所述第二电阻的另一端接地，所述第一场效应晶体管的漏极接所述第一供电电源，所述第一场效应晶体管的源极接地。
14.进一步地，所述电压输入单元还包括电容、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第六电阻；
15.所述二极管的正极还接所述电容的一端，所述电容的另一端接地，所述第一场效应晶体管的漏极通过所述第三电阻接所述第一供电电源，所述第一场效应晶体管的漏极还通过第四电阻接地；
16.所述第二场效应晶体管的源极接地，所述第二场效应晶体管的栅极分别通过第三电阻接第一供电电源、通过第四电阻接地，所述第二场效应晶体管的漏极分别通过第五电阻接第二供电电源、通过第六电阻接地。
17.进一步地，所述系统供电模块包括第三供电电源及第三场效应晶体管，所述第三供电电源与所述第三场效应晶体管电的漏极连接，所述第三场效应晶体管的栅极接所述第一场效应晶体管的漏极；
18.所述第三场效应晶体管，用于在接收到所述电压控制模块输入的低电平时导通，所述第三供电电源，用于在所述第三场效应晶体管导通时，输出系统电压。
19.进一步地，所述待机供电模块包括第四供电电源及第四场效应晶体管，所述第四供电电源与所述第四场效应晶体管的漏极连接，所述第四场效应晶体管的栅极接所述第二场效应晶体管的漏极；
20.所述第四场效应晶体管，用于在接收到所述电压控制模块输入的低电平时导通，所述第四供电电源，用于在所述第四场效应晶体管导通时，输出待机电压。
21.本发明的另一技术方案如下，提供了一种usb供电切换方法，应用于上述任一项技术方案所述的usb供电切换电路，包括：
22.给系统供电模块输入低电平，或者给待机供电模块输入低电平；所述系统供电模块在接收到对应低电平时，输出系统电压；所述待机供电模块在接收到对应低电平时，输出待机电压。
23.本发明的另一技术方案如下，提供了一种usb供电切换装置，包括上述任一项技术方案所述的usb供电切换电路。
24.本发明的另一技术方案如下，提供了一种芯片，包括上述任一项技术方案所述的usb供电切换电路。
25.本发明的有益效果在于：通过电压控制模块给系统供电模块输入低电平，或者给待机供电模块输入低电平；通过系统供电模块在接收到电压控制模块输入的低电平时，输出系统电压；通过待机供电模块在接收到电压控制模块输入的低电平时，输出待机电压；实
现了usb供电输出在系统电压与待机电压之间的切换，解决了usb对外部设备供电不足的问题。
附图说明
26.图1为本发明实施例的usb供电切换电路的结构框图；
27.图2为本发明实施例的电压控制模块的电路原理图；
28.图3为本发明实施例的跳线帽的电路原理图；
29.图4为本发明实施例的系统供电模块及待机供电模块的电路原理图；
30.图5为本发明实施例的usb供电切换方法的流程示意图。
具体实施方式
31.下面详细描述本技术的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性地，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术的方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.本技术实施例中，至少一个是指一个或多个；多个，是指两个或两个以上。在本技术的描述中，“第一”、“第二”、“第三”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
34.在本说明书中描述的参考“一种实施方式”或“一些实施方式”等意味着在本技术的一个或多个实施方式中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
35.需要指出的是，本技术实施例中“连接”可以理解为电连接，两个电学元件连接可以是两个电学元件之间的直接或间接连接。例如，a与b连接，既可以是a与b直接连接，也可以是a与b之间通过一个或多个其它电学元件间接连接。
36.图1是本发明实施例的usb供电切换电路的结构框图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明提供的usb供电切换电路并不以图1所示的结构框图。如图1所示，该usb供电切换电路100，包括电压控制模块101、系统供电模块102及待机供电模块103；
37.所述电压控制模块101，用于给所述系统供电模块102输入低电平，或者给所述待机供电模块103输入低电平；所述系统供电模块102，用于在接收到所述电压控制模块101输入的低电平时，输出系统电压；所述待机供电模块103，用于在接收到所述电压控制模块101输入的低电平时，输出待机电压。
38.本发明实施例，通过电压控制模块101给系统供电模块102输入低电平，或者给待机供电模块103输入低电平；通过系统供电模块102在接收到电压控制模块101输入的低电平时，输出系统电压；通过待机供电模块103在接收到电压控制模块101输入的低电平时，输出待机电压；实现了usb供电输出在系统电压与待机电压之间的切换，解决了usb对外部设
备供电不足的问题。
39.作为一种实施方式，所述电压控制模块包括电压切换单元及电压输入单元；
40.所述电压切换单元，用于接收高电平或者低电平，并在接收到高电平时，使所述电压输入单元给所述系统供电模块输入低电平，在接收到低电平时，使所述电压输入单元给所述待机供电模块输入低电平。
41.一个具体实施例中，电压控制模块的电路原理图，如图2所示，在所述电压切换单元111接收到高电平时，所述电压输入单元121给所述系统供电模块输入低电平，在所述电压切换单元111接收到低电平时，所述电压输入单元121给所述待机供电模块输入低电平；其中，以跳线帽或是mcu(微控制单元)的gpio(通用输入输出)来给所述电压切换单元111提供高电平或者低电平。
42.作为一种实施方式，所述电压输入单元包括第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第一供电电源及第二供电电源；所述第一场效应晶体管与所述第一供电电源连接，所述第二场效应晶体管与所述第二供电电源连接；
43.所述电压切换单元还用于在接收到高电平时，使所述第一场效应晶体管导通，在接收到低电平时，使第二场效应晶体管导通；所述第一供电电源用于在第一场效应晶体管导通时，给所述系统供电模块输入低电平；所述第二供电电源用于在第二场效应晶体管导通时，给所述待机供电模块输入低电平。
44.本发明实施例，通过给电压切换单元提供高电平时或者低电平，可以实现对系统电压输出及待机电压输出的顺滑切换。
45.一些实施例中，在所述电压切换单元在接收到高电平，第一场效应晶体管导通，第二场效应晶体管截止，此时第一供电电源给所述系统供电模块输入低电平；在所述电压切换单元接收到低电平时，使第二场效应晶体管导通，第一场效应晶体管截止，此时第二供电电源给所述待机供电模块输入低电平。
46.作为一种实施方式，所述电路还包括第五供电电源，所述电压切换单元包括二极管，所述电压输入单元还包括第六供电电源、第一电阻及第二电阻，所述第五供电电源与所述二极管的负极连接，所述二极管的正极分别接所述第一电阻的一端、第二电阻的一端及第一场效应晶体管的栅极，所述第一电阻的另一端接第六供电电源，所述第二电阻的另一端接地，所述第一场效应晶体管的漏极接所述第一供电电源，所述第一场效应晶体管的源极接地。
47.一些实施例中，以跳线帽来给所述电压切换单元提供高电平或者低电平，跳线帽的电路原理图，如图3所示，图3中，跳线帽j6c7的1引脚接第五供电电源，跳线帽的2引脚接所述电压切换单元，跳线帽的3引脚接地；通过跳线帽j6c7设置高电平还是低电平，以切换usb供电切换电路是输出v5s的系统电压还是输出v5sb的待机电压；跳线帽j6c7也可以取消，并通过mcu的gpio来控制usb供电模式的切换，也可以有效防止电源的倒灌。
48.另一个实施例中，如图2所示，电压输入单元包括第六供电电源、第一电阻r2872及第二电阻r2873，第五供电电源与二极管d73的负极连接，所述二极管d73的正极分别接所述第一电阻r2872的一端、第二电阻r2873的一端及第一场效应晶体管的栅极，所述第一电阻r2872的另一端接第六供电电源，所述第二电阻r2873的另一端接地，所述第一场效应晶体管的漏极接所述第一供电电源，所述第一场效应晶体管的源极接地。
49.作为一种实施方式，所述电压输入单元还包括电容、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第六电阻；
50.所述二极管的正极还接所述电容的一端，所述电容的另一端接地，所述第一场效应晶体管的漏极通过所述第三电阻接所述第一供电电源，所述第一场效应晶体管的漏极还通过第四电阻接地；
51.所述第二场效应晶体管的源极接地，所述第二场效应晶体管的栅极分别通过第三电阻接第一供电电源、通过第四电阻接地，所述第二场效应晶体管的漏极分别通过第五电阻接第二供电电源、通过第六电阻接地。
52.一些实施例中，在如图2所示的电压控制模块中，所述第一场效应晶体管的漏极通过所述第三电阻r2874接所述第一供电电源，所述第一场效应晶体管的漏极还通过第四电阻r2875接地；所述第二场效应晶体管的栅极分别通过第三电阻r2874接第一供电电源、通过第四电阻r2875接地，所述第二场效应晶体管的漏极分别通过第五电阻r2877接第二供电电源、通过第六电阻r2876接地；所述第五供电电源与所述二极管d73的负极连接，二极管d73型号为1n4148w，场效应管单元q245包括第一场效应晶体管和第二场效应晶体管，当v5usb_en为高电平时，即二极管d73的负极输入为高电平时，场效应管单元q245的第一场效应晶体管(前置mos管)导通，pg_#+v5处的电平被拉低，场效应管单元q245的第二场效应晶体管(后置mos管)截止，en_+v5sb处的电平被拉高，所述系统供电模块输出系统电压。当v5usb_en为低电平时，即二极管d73的负极输入为低电平时，场效应管单元q245的第一场效应晶体管截止，pg_#+v5处的电平被拉高，场效应管单元q245的第二场效应晶体管导通，en_+v5sb处的电平被拉低，待机供电模块输出待机电压。
53.作为一种实施方式，所述系统供电模块包括第三供电电源及第三场效应晶体管，所述第三供电电源与所述第三场效应晶体管的漏极连接，所述第三场效应晶体管的栅极接所述第一场效应晶体管的漏极；
54.所述第三场效应晶体管，用于在接收到所述电压控制模块输入的低电平时导通，所述第三供电电源，用于在所述第三场效应晶体管导通时，输出系统电压。其中，从所述第三场效应晶体管的源极输出电能。
55.作为一种实施方式，所述待机供电模块包括第四供电电源及第四场效应晶体管，所述第四供电电源与所述第四场效应晶体管的漏极连接，所述第四场效应晶体管的栅极接所述第二场效应晶体管的漏极；
56.所述第四场效应晶体管，用于在接收到所述电压控制模块输入的低电平时导通，所述第四供电电源，用于在所述第四场效应晶体管导通时，输出待机电压。其中，从所述第四场效应晶体管的源极输出电能。
57.一些实施例中，系统供电模块及待机供电模块的电路原理图，如图4所示，所述系统供电模块102还包括第七电阻r3g69，第三供电电源通过第七电阻r3g69与第三场效应晶体管的漏极连接，待机供电模块103还包括第八电阻r3g72，所述第四供电电源通过第八电阻r3g72与所述第四场效应晶体管漏极连接；在en_+v5sb处的电平被拉高，并且pg_#+v5处的电平被拉低时，第三场效应晶体管q246导通，第四场效应晶体管q247截止，+v5的系统电压就给到+v5dual，+v5dual为所述usb供电切换电路的输出；当pg_#+v5处的电平被拉高，并且en_+v5sb处的电平被拉低时，第三场效应晶体管q246截止，第四场效应晶体管q247导通，
+v5sb的待机电压就给到了+v5dual。
58.需要说明的是，整个usb供电切换电路就是通过场效应管单元q245的导通或截止，来控制第三场效应晶体管、第四场效应晶体管的导通或者截止。当v5usb_en的电平信号由低电平变成高电平时，或是由高电平到低电平时，通过二极管d73针对+v5sb供电电源(待机供电电源)、+v5供电电源(系统供电电源)的不同分压，以及第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管导通或者截止的切换，可以完美的切换+v5dual的供电，而不会出现电流倒灌或者电压的跌落。
59.其中，可以根据通过不同的电流来选择第三场效应晶体管q246和第四场效应晶体q247的类型；具体实施时，它们可以选用fds4435场效应晶体管，其可以通过的最大电流是8.8a；它们也可以选择漏电电流值更大的场效应晶体管，或是增加并联的fds4435场效应晶体管，以满足更大电流的要求。
60.本发明实施例提供一种usb供电切换电路，通过电压控制模块给系统供电模块输入低电平，或者给待机供电模块输入低电平；通过系统供电模块在接收到电压控制模块输入的低电平时，输出系统电压；通过待机供电模块在接收到电压控制模块输入的低电平时，输出待机电压；实现了usb供电输出在系统电压与待机电压之间的切换，解决了usb对外部设备供电不足的问题。
61.其中，本发明实施例可以通过切换usb的供电模式来满足不同设备的需求。普通usb的供电标准无法满足现有各种应用的发展需求，不同的应用对usb电供应的有不同需求，电供应涉及到是使用待机电压还是使用系统电压。计算机系统默认供电的是5v待机电压，而有些设备需要5v的系统电压。在计算机的应用中，待机电压和系统电压能够提供的功耗是不同的，当使用usb连接多路相机或是其他高功耗设备时，待机电压能够提供的功耗有可能会不够，此时就可以通过本发明实施例的usb供电切换电路进行模式选择，选择系统电压来供电；当usb连接的是键鼠等设备时，就可以使用待机电压来供电。由于usb外部设备的需求电流的大小无法非常的明确，通常只需要能够满足4路usb3.0的电流作为标准设计即可，还可以根据该usb供电切换电路进行适当的扩展。
62.需要说明的是，现有技术中当外部设备工作电流较大时，为了支持设备工作，会增大待机电压，这样增加电路设计成本。通过本发明实施例提供的usb供电切换电路实现usb供电输出在系统电压与待机电压之间的切换，在满足外部设备供电需求的同时，还可以降低电路的设计成本。
63.本技术实施例提供了一种usb供电切换方法，应用于上述任一实施例所述的usb供电切换电路，该usb供电切换方法的流程示意图，如图5所示。该usb供电切换方法包括：
64.s51，给系统供电模块输入低电平，或者给待机供电模块输入低电平；
65.s52，所述系统供电模块在接收到对应低电平时，输出系统电压；
66.s53，所述待机供电模块在接收到对应低电平时，输出待机电压。
67.本技术实施例提供了一种usb供电切换装置，包括上述任一实施例所述的usb供电切换电路。
68.本技术实施例提供了一种芯片，包括上述任一实施例所述的usb供电切换电路。
69.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛
盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
70.以上实施例仅表达了本技术的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。