專(zhuān)利名稱(chēng)：充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路及數(shù)碼電子產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于接口電路技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種針對(duì)充電接口與數(shù)據(jù)通信接口的復(fù)用接口提出的電源管理電路以及采用所述充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路設(shè)計(jì)的數(shù)碼電子產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
自從蘋(píng)果公司推出IPAD以來(lái)，平板電腦迅速風(fēng)靡全球，國(guó)內(nèi)外眾多IT企業(yè)巨頭紛紛推出相關(guān)產(chǎn)品。目前市面上的平板電腦使用的硬件平臺(tái)多數(shù)是使用雙電芯串聯(lián)的鋰電池方案，這就要求充電電壓必須高于DC 8.4V。而現(xiàn)有的SLAVE型USB接口的電源電壓是DC 5V，所以按照傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，采用雙電芯串聯(lián)的鋰電池方案設(shè)計(jì)的平板電腦就無(wú)法像手機(jī)一樣，將用于進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的USB接口與充電接口共用。如果為該類(lèi)型的平板電腦同時(shí)配置USB數(shù)據(jù)線(xiàn)和充電線(xiàn)，不僅會(huì)增加產(chǎn)品的硬件成本，而且也會(huì)給用戶(hù)的攜帶產(chǎn)生不便，使用時(shí)也過(guò)于繁瑣。若要實(shí)現(xiàn)USB數(shù)據(jù)線(xiàn)與充電線(xiàn)的復(fù)用，目前的解決方案是使用特殊的電源適配器。該電源適配器需要配置USB3. 0接口，在Normal模式(連接其他設(shè)備或者空載時(shí))下輸出DC 5V ；在ASUA模式(外部提供大于2. 5V的控制信號(hào))時(shí)，輸出DC 12V (可根據(jù)串聯(lián)電芯的數(shù)量定義相應(yīng)的輸出電壓)。USB 3.0接口的管腳布局如圖1所示，其接口定義為Pinl 是電源“ + ”輸出管腳；Pin4是電源“_”輸出管腳；Pin7是外部提供的控制信號(hào)ID的輸出管腳，且控制信號(hào)ID的電壓值>2. 5V。使用這種電源適配器時(shí)，USB接口的電源和充電電源是通過(guò)相同的線(xiàn)路輸入的，即都是通過(guò)Pinl、Pin4輸入的，而且USB接口的電源是5V，充電電源是12V或者更高的電壓，這就要求數(shù)碼產(chǎn)品能夠合適地處理這兩個(gè)不同的電源，否則不但不能實(shí)現(xiàn)原有的功能，而且還會(huì)對(duì)數(shù)碼產(chǎn)品造成過(guò)壓燒毀的后果。很顯然，這種數(shù)據(jù)線(xiàn)與充電線(xiàn)復(fù)用的電路設(shè)計(jì)方案，需要利用USB3. 0接口中的 Pin7管腳傳輸?shù)目刂菩盘?hào)ID來(lái)輔助數(shù)碼產(chǎn)品完成對(duì)充電模式或數(shù)據(jù)通信模式的準(zhǔn)確識(shí)別。這種模式識(shí)別方法顯然對(duì)于目前應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)充電/通信復(fù)用接口(比如USB1. 0或者USB2. 0等接口)來(lái)說(shuō)不能適用，因此其應(yīng)用領(lǐng)域非常有限。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種電源管理電路，采用該電源管理電路可以支持充電接口與數(shù)據(jù)通信接口的復(fù)用，從而使得數(shù)碼產(chǎn)品只需配置一條數(shù)據(jù)線(xiàn)，即可同時(shí)兼用作充電線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與電池充電的雙重功能。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，用于通過(guò)復(fù)用接口輸入的充電電壓與通信接口電源不一致的電路中，包括比較器和開(kāi)關(guān)電路，所述比較器的其中一路輸入端連接復(fù)用接口的電源輸入管腳，另一路輸入端連接參考電壓，比較器的輸出端連接開(kāi)關(guān)電路的控制端，所述開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)通路連接在所述復(fù)用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端之間。進(jìn)一步的，所述復(fù)用接口的電源輸入管腳同時(shí)連接充電管理器的輸入端，所述充電管理器在數(shù)碼電子產(chǎn)品中負(fù)責(zé)對(duì)充電電池的充電狀態(tài)進(jìn)行管理。又進(jìn)一步的，所述充電管理器的輸出端連接充電電池，所述充電電池為多電芯串聯(lián)的鋰電池。優(yōu)選的，所述復(fù)用接口的電源輸入管腳通過(guò)分壓電路接地，所述分壓電路的分壓節(jié)點(diǎn)連接所述比較器的其中一路輸入端，例如比較器的反相輸入端，此時(shí)比較器的同相輸入端連接所述的參考電壓。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的兩種電源進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，所述參考電壓的幅值應(yīng)介于通信接口電源通過(guò)所述分壓電路分壓后的電壓值與充電電壓通過(guò)所述分壓電路分壓后的電壓值之間。作為所述開(kāi)關(guān)電路的一種優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，在所述開(kāi)關(guān)電路中包含有一 N溝道場(chǎng)效應(yīng)管和一 P溝道場(chǎng)效應(yīng)管；所述N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接比較器的輸出端，源極接地，漏極連接所述P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極；所述P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極同時(shí)通過(guò)限流電阻連接所述復(fù)用接口的電源輸入管腳，源極連接所述復(fù)用接口的電源輸入管腳，漏極連接所述通信接口電路的供電端。優(yōu)選的，所述復(fù)用接口的電源輸入管腳通過(guò)一電容器接地，所述電容器的額定電壓高于充電電壓。進(jìn)一步的，所述復(fù)用接口為USB接口，通過(guò)所述USB接口輸入的充電電壓大于等于 12V，USB接口電源為5V?；谏鲜鲭娫垂芾黼娐方Y(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型還提供了一種采用所述電源管理電路設(shè)計(jì)的數(shù)碼電子產(chǎn)品，包括充電/通信復(fù)用接口、通信接口電路、充電電池以及與所述充電/ 通信復(fù)用接口的電源輸入管腳相連接的電源管理電路；其中，通過(guò)所述充電/通信復(fù)用接口輸入的充電電壓與通信接口電源不一致；在所述電源管理電路中包括比較器和開(kāi)關(guān)電路，所述比較器的其中一路輸入端連接復(fù)用接口的電源輸入管腳，另一路輸入端連接參考電壓，比較器的輸出端連接開(kāi)關(guān)電路的控制端，所述開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)通路連接在所述復(fù)用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端之間。通過(guò)比較器對(duì)輸入的充電電壓和通信接口電源進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而在當(dāng)所述復(fù)用接口上插入的是數(shù)據(jù)線(xiàn)時(shí)，連通所述復(fù)用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端，為通信接口電路以及其他需要使用通信接口電源的負(fù)載供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型的電源管理電路針對(duì)充電電壓與通信接口電源不一致的情況，采用簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入電源的準(zhǔn)確識(shí)別并自動(dòng)將其接通到相應(yīng)的負(fù)載電路，由此對(duì)于采用多電芯串聯(lián)的鋰電池方案設(shè)計(jì)的數(shù)碼電子產(chǎn)品，也能配置傳統(tǒng)的充電/通信復(fù)用接口，用戶(hù)只需使用一條數(shù)據(jù)線(xiàn)即能連接電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，又能連接電源適配器對(duì)數(shù)碼電子產(chǎn)品進(jìn)行充電，不僅降低了數(shù)碼電子產(chǎn)品的硬件成本，使產(chǎn)品附件變得更加簡(jiǎn)潔、實(shí)用，而且也給用戶(hù)的日常使用提供了方便。結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
圖1是USB3.0接口的管腳布局圖；圖2是本實(shí)用新型所提出的電源管理電路的原理框圖；圖3是本實(shí)用新型所提出的電源管理電路的一種實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述。實(shí)施例一，本實(shí)施例針對(duì)充電接口與通信接口共用同一個(gè)接口且充電電壓ACIN 與通信接口電源VBUS不一致的情況，提出了一種特殊的電源管理電路設(shè)計(jì)方案，參見(jiàn)圖2 所示，主要由比較器Ul和開(kāi)關(guān)電路Kl組建而成。將通過(guò)復(fù)用接口的電源輸入管腳輸入的電源傳輸至比較器Ul，與參考電壓進(jìn)行比較，進(jìn)而識(shí)別出當(dāng)前輸入的是充電電壓ACIN還是通信接口電源VBUS。若是通信接口電源VBUS，則控制開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通，將輸入的通信接口電源VBUS傳輸至通信接口電路的供電端USB_VBUS，其他需要使用該通信接口電源VBUS的負(fù)載電路則可以采用與所述通信接口電路的供電端相連接的方式，獲取所需的通信接口電源 VBUS。若輸入的電源是充電電壓ACIN，則保持開(kāi)關(guān)電路Kl的關(guān)斷狀態(tài)，不會(huì)使高電壓輸出到通信接口電路的供電端USB_VBUS，從而避免對(duì)通信接口電路以及其他負(fù)載電路造成損壞。將輸入的充電電壓ACIN傳輸至充電管理器，進(jìn)而通過(guò)充電管理器對(duì)充電電池進(jìn)行充 H1^ ο本實(shí)施例以USB接口作為所述的復(fù)用接口，且充電電池為要求12V充電電壓的雙電芯串聯(lián)的鋰電池為例進(jìn)行具體說(shuō)明。對(duì)于USB接口來(lái)說(shuō)，其Pim管腳一般定義為電源輸入管腳，當(dāng)USB接口通過(guò)配置線(xiàn)纜連接到電腦上時(shí)，通過(guò)其Pmi管腳輸入的是5V的USB接口電源VBUS ；而當(dāng)USB接口通過(guò)配置線(xiàn)纜連接電源適配器時(shí)，則通過(guò)其Pim管腳輸入的是充電電壓ACIN。對(duì)于采用雙電芯串聯(lián)的鋰電池作為電源的數(shù)碼電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，其要求充電電壓ACIN應(yīng)為12V;對(duì)于其他使用更多電芯串聯(lián)的鋰電池設(shè)計(jì)的數(shù)碼電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，所述充電電壓ACIN可以根據(jù)串聯(lián)的電芯數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)定義。如圖3所示，將USB接口的電源輸入管腳連接比較器Ul的其中一路輸入端，例如比較器Ul的反相輸入端IN-；或者首先將USB接口的電源輸入管腳通過(guò)分壓電路接地，然后利用分壓電路的分壓節(jié)點(diǎn)連接所述比較器Ul的反相輸入端IN-，通過(guò)分壓電路對(duì)輸入的充電電壓ACIN或者通信接口電源VBUS進(jìn)行分壓后，再與參考電壓REF進(jìn)行比較。所述分壓電路可以由兩個(gè)精密電阻R2、R3串聯(lián)而成，一端連接USB接口的電源輸入管腳，另一端接地，其中間節(jié)點(diǎn)連接比較器Ul的反相輸入端IN-，比較器Ul的同相輸入端IN+連接參考電壓REF。所述參考電壓REF的選取應(yīng)滿(mǎn)足其幅值介于通信接口電源VBUS通過(guò)所述分壓電路分壓后的電壓值與充電電壓ACIN通過(guò)所述分壓電路分壓后的電壓值之間的規(guī)定，即5V 的USB接口電源和12V的充電電壓被電阻R2、R3分壓后的值一個(gè)大于比較器Ul的參考電壓REF，一個(gè)小于比較器Ul的參考電壓REF。由此一來(lái)，當(dāng)通過(guò)USB接口的電源輸入管腳輸入的是5V的USB接口電源VBUS時(shí)，則通過(guò)比較器Ul的輸出端OUT輸出高電平，控制連接在USB接口的電源輸入管腳與USB接口電路的供電端USB_VBUS之間的開(kāi)關(guān)電路Kl導(dǎo)通， 使5V的USB接口電源VBUS輸出至USB接口電路的供電端USB_VBUS，為USB接口電路和其他需要USB接口電源VBUS的負(fù)載電路供電。將所述USB接口的電源輸入管腳同時(shí)連接充電管理器的輸入端，此時(shí)充電管理器不工作，不會(huì)對(duì)充電電池進(jìn)行充電，而且也不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成任何不良影響。當(dāng)通過(guò)USB接口的電源輸入管腳輸入的是12V的充電電壓ACIN時(shí)，則通過(guò)比較器Ul的輸出端OUT輸出低電平，使開(kāi)關(guān)電路Kl保持關(guān)斷狀態(tài)，避免12V或者更高的充電電壓ACIN傳輸至USB接口電路，造成系統(tǒng)電路的燒毀。另一方面，輸入的12V充電電壓ACIN傳輸至充電管理器的輸入端，使充電管理器進(jìn)入工作狀態(tài)，將充電電壓ACIN傳輸至與其輸出端相連接的充電電池上，為充電電池充電。由于通過(guò)改變電阻R2、R3的電阻值即可改變分壓比值，因此，可以把本實(shí)施例的電源管理電路應(yīng)用于更多鋰電芯串聯(lián)的產(chǎn)品中，具有相當(dāng)大的靈活性和延展性。作為所述開(kāi)關(guān)電路Kl的一種優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，本實(shí)施例采用一顆N溝道場(chǎng)效應(yīng)管 Q2 (例如N溝道金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管M0SFET)和一顆P溝道場(chǎng)效應(yīng)管Ql (例如P溝道金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET)來(lái)組建所述的開(kāi)關(guān)電路K1，如圖3所示。其中，將N溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極連接比較器Ul的輸出端OUT，源極接地，漏極連接P溝道場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極。 所述P溝道場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極通過(guò)限流電阻Rl連接USB接口的電源輸入管腳，源極也連接所述USB接口的電源輸入管腳，漏極連接USB接口電路的供電端USB_VBUS。當(dāng)比較器Ul 輸出高電平時(shí)，N溝道場(chǎng)效應(yīng)管Q2導(dǎo)通，將P溝道場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極電壓拉低，此時(shí)P溝道場(chǎng)效應(yīng)管Ql由于其源極電壓高于柵極電壓而導(dǎo)通，使通過(guò)USB接口的電源輸入管腳輸入的5V接口電源VBUS傳輸至USB接口電路。而當(dāng)比較器Ul輸出低電平時(shí)，N溝道場(chǎng)效應(yīng)管 Q2截止，此時(shí)P溝道場(chǎng)效應(yīng)管Ql由于其源極電壓等于柵極電壓而處于截止?fàn)顟B(tài)，從而切斷 USB接口的電源輸入管腳與USB接口電路的連接通路，避免充電電壓ACIN輸入到USB接口電路中，對(duì)系統(tǒng)電路造成損壞。當(dāng)然，所述開(kāi)關(guān)電路Kl也可以采用其他具有開(kāi)關(guān)作用的元器件(比如可控硅、晶體管等)或者集成芯片組建實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例并不僅限于以上舉例。由于比較器Ul的響應(yīng)時(shí)間很快，輸入和輸出的延遲時(shí)間只有5uS左右，所以，不用擔(dān)心當(dāng)通過(guò)USB接口的電源輸入管腳輸入的是12V的充電電壓ACIN時(shí)，在比較器Ul輸出低電平之前，會(huì)有短暫的12V脈沖涌向USB接口電路的供電端USB_VBUS。為了更加穩(wěn)妥，可以在所述USB接口的電源輸入管腳處增加一個(gè)2. 2uF左右，額定電壓為15V以上的電容器 Cl，如圖3所示，即將所述USB接口的電源輸入管腳通過(guò)電容器Cl接地，從而達(dá)到徹底避免通過(guò)比較器Ul輸出短暫的12V脈沖的目的。當(dāng)然，對(duì)于充電電壓ACIN高于12V的情況，只需選用額定電壓超過(guò)充電電壓的電容器，連接在所述USB接口的電源輸入管腳與地之間即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。將本實(shí)施例所提出的電源管理電路應(yīng)用于多鋰電芯串聯(lián)的平板電腦等數(shù)碼電子產(chǎn)品中，便可以在數(shù)碼電子產(chǎn)品上設(shè)置傳統(tǒng)的充電/通信復(fù)用接口，例如USB1.0接口、 USB2. 0接口等。當(dāng)然，采用現(xiàn)有平板電腦上配置的USB3. 0接口同樣適用，而且不再需要外部提供控制信號(hào)ID，系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前通過(guò)復(fù)用接口輸入的電源是充電電壓ACIN還是通信接口電源VBUS，執(zhí)行相應(yīng)的充電或者數(shù)據(jù)通信任務(wù)。當(dāng)然，以上所述僅是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，用于通過(guò)復(fù)用接口輸入的充電電壓與通信接口電源不一致的電路中，其特征在于包括比較器和開(kāi)關(guān)電路，所述比較器的其中一路輸入端連接復(fù)用接口的電源輸入管腳，另一路輸入端連接參考電壓，比較器的輸出端連接開(kāi)關(guān)電路的控制端，所述開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)通路連接在所述復(fù)用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，其特征在于所述復(fù)用接口的電源輸入管腳連接充電管理器的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，其特征在于所述充電管理器的輸出端連接充電電池，所述充電電池為多電芯串聯(lián)的鋰電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，其特征在于所述復(fù)用接口的電源輸入管腳通過(guò)分壓電路接地，所述分壓電路的分壓節(jié)點(diǎn)連接所述比較器的其中一路輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，其特征在于所述參考電壓的幅值介于通信接口電源通過(guò)所述分壓電路分壓后的電壓值與充電電壓通過(guò)所述分壓電路分壓后的電壓值之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，其特征在于所述比較器的反相輸入端連接所述分壓電路的分壓節(jié)點(diǎn)，比較器的同相輸入端連接所述的參考電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，其特征在于在所述開(kāi)關(guān)電路中包含有一N溝道場(chǎng)效應(yīng)管和一P溝道場(chǎng)效應(yīng)管；所述N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接比較器的輸出端，源極接地，漏極連接所述P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極；所述P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極通過(guò)限流電阻連接所述復(fù)用接口的電源輸入管腳，源極連接所述復(fù)用接口的電源輸入管腳，漏極連接所述通信接口電路的供電端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，其特征在于所述復(fù)用接口的電源輸入管腳通過(guò)一電容器接地，所述電容器的額定電壓高于充電電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路，其特征在于所述復(fù)用接口為USB接口，通過(guò)所述USB接口輸入的充電電壓大于等于12V，USB接口電源為5V。
10.一種數(shù)碼電子產(chǎn)品，包括充電/通信復(fù)用接口、通信接口電路和充電電池，其特征在于還包括如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種充電/通信復(fù)用接口的電源管理電路及數(shù)碼電子產(chǎn)品，包括比較器和開(kāi)關(guān)電路，所述比較器的其中一路輸入端連接復(fù)用接口的電源輸入管腳，另一路輸入端連接參考電壓，比較器的輸出端連接開(kāi)關(guān)電路的控制端，所述開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)通路連接在所述復(fù)用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端之間。本實(shí)用新型針對(duì)充電電壓與通信接口電源不一致的情況，采用簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入電源的準(zhǔn)確識(shí)別并自動(dòng)將其接通到相應(yīng)的負(fù)載電路，由此對(duì)于采用多電芯串聯(lián)的鋰電池方案設(shè)計(jì)的數(shù)碼電子產(chǎn)品，也能配置傳統(tǒng)的充電/通信復(fù)用接口，用戶(hù)只需使用一條數(shù)據(jù)線(xiàn)即能連接電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，又能連接電源適配器對(duì)數(shù)碼電子產(chǎn)品進(jìn)行充電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202196398SQ201120246659
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者任海坤, 殷松嶺, 王靖武 申請(qǐng)人:青島海信移動(dòng)通信技術(shù)股份有限公司