CN102999144B - Usb供电电路及其装置和供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种USB供电电路及其装置和供电方法，通过位于一USB主机设备的直通供电电路上的第一传感器、第二传感器、微处理器、调压电路、第二功率输出端口及标准电源电路，能及时侦测到所述USB主机设备外接的周边电子产品所需的功率，并根据侦测结果调整和输出所需的功率，并在接入的周边电子产品所需的功率超过规定值时，及时切断供电过程，从而无需额外的外部电源，就能为标准USB设备及非USB设备持续供电并提供保护。

Description

USB供电电路及其装置和供电方法

技术领域

本发明涉及电源设备技术领域，尤其涉及一种给笔记本电脑等设备的周边电子产品供电工作的USB供电电路及其装置和供电方法。

背景技术

笔记本电脑、UMPC(Ultra Mobile PC超级移动型个人电脑)等移动设备的周边电子产品（简称USB外设）使用时，一般是通过与其连接的USB插头***电脑的USB插座内来实现与电脑的连接。通常，USB插座提供5V-500mA的电源，但目前市面上很多笔记本、UMPC(Ultra Mobile PC超级移动型个人电脑)等移动设备，由于内部结构、散热设计等原因，往往存在USB接口供电能力不足的缺陷。特别是一些已经长时间使用的笔记本电脑、UMPC等移动设备，由于USB接口供电电路的电解电容出现漏电、容量降低等原因，使USB接口电源输出功率降低，USB接口供电能力不足的缺陷更为明显，使得其周边电子产品，尤其是音/视频类电子产品的发展受到很大限制。

一般情况下，笔记本电脑、UMPC等移动设备的周边电子产品为了解决大功率问题，需要另外增加外部电源供电，这样一来即增加了产品成本又使得笔记本电脑周围显的电线较多很影响桌面的简洁性。

因此，需要一种USB供电电路及其装置和供电方法，以避免上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种USB供电电路及其装置和供电方法，能为给笔记本电脑等设备的周边电子产品持续提供供电，同时无需额外的外部电源。

为解决上述问题，本发明提供一种USB供电电路，包括：

第一传感器，输入端连接一USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接一微处理器的输入端，用于感知所述直通供电电路上的第一功率所对应的电流转电压值；

第二传感器，输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接所述输出到所述USB主机设备的电源端口以及所述微处理器的输入端，用于感知第二功率所对应的电流转电压值；

调压电路，输入端连接所述第一传感器的输出端以及所述微处理器的输出端，用于根据连接到所述USB主机设备的非USB设备所需电压来调整输出电压；

第二功率输出端口，根据所述调压电路调整的输出电压，为连接到所述USB主机设备的非USB设备提供不大于第二功率的功率输出；

标准电源电路，输出端直接或间接连接所述主机设备的USB端口，输入端连接所述第一传感器的输出端以及微处理器的输出端，用于为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源；

所述微处理器，用于侦测第二功率输出端口是否有连接非USB设备，若没有连接非USB设备，则控制所述标准电源电路为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，并在第一传感器侦测到连接到所述USB主机设备的USB设备所需功率高于第一功率时，控制所述标准电源电路停止对外输出，同时切断所述USB主机设备的USB端口输出；若有连接非USB设备，则控制所述调压电路输出连接的非USB设备所需的电压，并在所述第二传感器侦测到连接的非USB设备所需的功率高于第二功率时，控制所述调压电路停止对外输出。

进一步的，所述第一功率小于第二功率。

进一步的，所述第一功率为10W，所述第二功率为30W。

进一步的，所述标准电源电路的输出端间接连接所述主机设备的USB端口时，所述USB供电电路还包括：USB-HUB电路，具有一个连接所述USB主机设备的一个USB端口的输入端和多个连接所述标准电源电路的输出端的输出端，用于将所述USB主机设备的一个USB端口扩展成多个USB输出端口。

进一步的，每个所述USB输出端口与所述标准电源电路的输出端之间还设有电源并联器，用于为所述USB输出端口连接的USB设备取得适当的电压。

进一步的，所述第二功率输出端口的个数为多个。

进一步的，所述调压电路的个数小于等于所述第二功率输出端口的个数。

进一步的，所述USB供电电路还包括：侦测开关电路，设置于所述第二功率输出端口与所述微处理器之间，使得所述微处理器通过向所述侦测开关电路通信以侦测第二功率输出端口是否有连接非USB设备。

本发明还提供一种USB供电装置，包括上述的USB供电电路。

本发明还提供一种使用上述的USB供电电路进行USB供电方法，包括：

在一USB主机设备的直通供电电路上设置用于感知所述直通供电电路上的第一功率所对应的电流转电压值的第一传感器，所述第一传感器的输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接一微处理器的输入端；

在所述USB主机设备的直通供电电路上设置用于感知第二功率所对应的电流转电压值的第二传感器，所述第二传感器的输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接所述输出到所述USB主机设备的电源端口以及所述微处理器的输入端；

接入一调压电路，用于根据连接到所述USB主机设备的非USB设备所需电压来调整输出电压，所述调压电路的输入端连接所述第一传感器的输出端以及所述微处理器的输出端；

在所述调压电路的输出端设置第二功率输出端口，用于根据所述调压电路调整的输出电压，为连接到所述USB主机设备的非USB设备提供不大于第二功率的功率输出；

接入一标准电源电路，用于为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，所述标准电源电路的输出端直接或间接连接所述主机设备的USB端口，输入端连接所述第一传感器的输出端以及微处理器的输出端，输出端连接所述主机设备的USB端口；

所述微处理器侦测第二功率输出端口是否有连接非USB设备；

若没有连接非USB设备，则控制所述标准电源电路为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，并在第一传感器侦测到连接到所述USB主机设备的USB设备所需功率高于第一功率时，控制所述标准电源电路停止对外输出，同时切断所述USB主机设备的USB端口输出；

若有连接非USB设备，则控制所述调压电路输出连接的非USB设备所需的电压，并在所述第二传感器侦测到连接的非USB设备所需的功率高于第二功率时，控制所述调压电路停止对外输出。

与现有技术相比，本发明提供的USB供电电路及其装置和供电方法，通过位于一USB主机设备的直通供电电路上的第一传感器、第二传感器、微处理器、调压电路、第二功率输出端口及标准电源电路，能及时侦测到所述USB主机设备外接的周边电子产品所需的功率，并根据侦测结果调整和输出所需的功率，从而无需额外的外部电源，就能为标准USB设备供电以及为非USB设备持续提供大功率输出；进一步的，在接入的周边电子产品所需的功率超过规定值时，及时切断供电过程，保护USB主机设备及其接入的周边电子产品。

附图说明

图1为本发明具体实施例的USB供电电路的示意图；

图2为本发明具体实施例的USB供电装置的结构示意图；

图3为本发明具体实施例的USB供电方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应认为只是局限在所述的实施例。

如图1所示，本发明提供一种USB供电电路1，包括：第一传感器14、第二传感器15、微处理器（MCU）16、调压电路17、第二功率输出端口18、标准电源电路11、USB-HUB电路12及其扩展的USB输出端口。

其中，第一传感器14的输入端连接一USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口20，输出端连接微处理器16的输入端，用于感知所述直通供电电路上的第一功率所对应的电流转电压值；

第二传感器15输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口20，输出端连接所述输出到所述USB主机设备的电源端口21以及所述微处理器16的输入端，用于感知第二功率所对应的电流转电压值；

调压电路17输入端连接所述第一传感器14的输出端以及所述微处理器16的输出端，用于根据连接到所述USB主机设备的非USB设备所需电压来调整输出电压；

第二功率输出端口18根据所述调压电路17调整的输出电压，为连接到所述USB主机设备的非USB设备提供不大于第二功率的功率输出；

标准电源电路11输出端直接或间接连接所述主机设备的USB端口22，输入端连接所述第一传感器14的输出端以及微处理器16的输出端，用于为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源；

所述微处理器16用于侦测第二功率输出端口18是否有连接非USB设备，若没有连接非USB设备，则控制所述标准电源电路11为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，并在第一传感器14侦测到连接到所述USB主机设备的USB设备所需功率高于第一功率时，控制所述标准电源电路11停止对外输出，同时切断所述USB主机设备的USB端口22输出；若有连接非USB设备，则控制所述调压电路17输出连接的非USB设备所需的电压，并在所述第二传感器15侦测到连接的非USB设备所需的功率高于第二功率时，控制所述调压电路17停止对外输出。

通常情况下，所述第一功率小于第二功率，例如，所述第一功率为10W，所述第二功率为30W，这种情况下，标准电源电路提供的标准电源电压为5V。

本实施例中，所述USB供电电路还包括USB-HUB电路12及其扩展的USB输出端口，以实现所述标准电源电路11的输出端间接连接所述主机设备的USB端口22；所述USB-HUB电路12具有一个连接所述USB主机设备的一个USB端口22的输入端和多个连接所述标准电源电路11的输出端的输出端，用于将所述USB主机设备的一个USB端口22扩展成多个USB输出端口。图中的USB-HUB电路为1拖3型，即将USB端口22扩展成3个USB输出端口13a、13b、13c,且3个USB输出端口13a、13b、13c在各自与所述标准电源电路11的输出端连接的线路上还设有一个电源并联器（如图1中的19a、19b、19c所示），用于为自身连接的USB设备取得适当的电压。

在本发明的其他实施例中，为了同时实现多个非USB设备的接入，第二功率输出端口的个数可以设置多个，这些第二功率输出端口可以均连接到一个调压电路上，也可以通过一对一的方式各自连接各自对应的调压电路。因此，所述调压电路的个数一般小于等于所述第二功率输出端口的个数。

在本实施例中，所述USB供电电路还包括：侦测开关电路（未图示），设置于所述第二功率输出端口18与所述微处理器16之间（一般是侦测开关电路的控制端连接微处理器的开关信号输出引脚），使得所述微处理器16通过向所述侦测开关电路通信以侦测第二功率输出端口18是否有连接非USB设备（即是否有插头***）。

需要说明的是，本发明所指的USB主机设备可以是笔记本电脑、平板电脑、UMPC(Ultra Mobile PC超级移动型个人电脑)等移动设备，非USB设备主要是音/视频类电子产品、打印机、扫描仪等大功率设备，USB设备是指U盘、移动硬盘，存储卡等小功率设备以及未来新出现的USB设备。

本发明的USB供电电路可以直接嵌入到USB主机设备中，或者嵌入到USB主机设备的周边电子产品中，以使得USB主机设备周围的桌面简洁。但是为了提高通用型，降低USB主机设备及其周边电子产品的产品成本，可以将该USB供电电路单独装配成一个独立装置。

因此，如图2所示，本发明还提供一种USB供电装置30，与USB主机设备的电源相接，包括上述的USB供电电路1。本实施例中，USB供电电路1的USB-HUB电路是一拖四的，第二功率输出端口为3个，因此为外界提供了4个用于接入USB设备的USB口和3个用于插接非USB设备的插孔。

综上所述，本发明提供的USB供电电路及其装置，通过位于一USB主机设备的直通供电电路上的第一传感器、第二传感器、微处理器、调压电路、第二功率输出端口及标准电源电路，能及时侦测到所述USB主机设备外接的周边电子产品所需的功率，并根据侦测结果调整和输出所需的功率，并在接入的周边电子产品所需的功率超过规定值时，及时切断供电过程，从而无需额外的外部电源，就能为标准USB设备及非USB设备持续供电并提供保护。

如图3所示，本发明还提供一种使用上述的USB供电电路进行USB供电方法，包括：

S31，在一USB主机设备的直通供电电路上设置用于感知所述直通供电电路上的第一功率所对应的电流转电压值的第一传感器，所述第一传感器的输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接一微处理器的输入端；

S32，在所述USB主机设备的直通供电电路上设置用于感知第二功率所对应的电流转电压值的第二传感器，所述第二传感器的输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接所述输出到所述USB主机设备的电源端口以及所述微处理器的输入端；

S33，接入一调压电路，用于根据连接到所述USB主机设备的非USB设备所需电压来调整输出电压，所述调压电路的输入端连接所述第一传感器的输出端以及所述微处理器的输出端；

S34，在所述调压电路的输出端设置第二功率输出端口，用于根据所述调压电路调整的输出电压，为连接到所述USB主机设备的非USB设备提供不大于第二功率的功率输出；

S36，接入一标准电源电路，用于为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，所述标准电源电路的输出端直接或间接连接所述主机设备的USB端口，输入端连接所述第一传感器的输出端以及微处理器的输出端，输出端连接所述主机设备的USB端口；

S41，所述微处理器侦测第二功率输出端口是否有连接非USB设备；

S42，若没有连接非USB设备，则控制所述标准电源电路为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，并进一步执行步骤S44和S45;

S43，若有连接非USB设备，则控制所述调压电路输出连接的非USB设备所需的电压，并执行步骤S46和S47;

S44，第一传感器侦测连接到所述USB主机设备的USB设备所需功率是否高于第一功率；若否，继续执行步骤S42，所述标准电源电路继续提供第一功率下的标准电源；若是，则执行步骤S45;

S45，微处理器控制所述标准电源电路停止对外输出，同时切断所述USB主机设备；

S46，第二传感器侦测连接的非USB设备所需的功率是否高于第二功率，若否，继续执行步骤S43，所述调压电路继续输出连接的非USB设备所需的电压；若是，执行步骤S47；

S47，微处理器控制所述调压电路停止对外输出。

在上述步骤中，S31至S35可以看做是为笔记本电脑等USB主机设备铺设USB供电电路的步骤，步骤S41至步骤S47可以看做是铺设好的USB供电电路供电的过程。在一些使用本发明的USB供电电路的过程中，USB供电电路自身各部件之前就已连接好，可以省略步骤S31至S35的执行，直接将第一传感器的输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，将第二传感器的输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接所述输出到所述USB主机设备的电源端口即可，其余的USB供电电路供电的过程是通过微处理器自动处理和完成的。

本发明公开的USB供电方法，通过在一USB主机设备的直通供电电路上设置第一传感器、第二传感器、微处理器、调压电路、第二功率输出端口及标准电源电路，能及时侦测到所述USB主机设备外接的周边电子产品所需的功率，并根据侦测结果调整和输出所需的功率，并在接入的周边电子产品所需的功率超过规定值时，及时切断供电过程，从而无需额外的外部电源，就能为标准USB设备及非USB设备持续供电并提供保护。

下面以笔记本电脑作为USB主机设备，可以外接USB设备和音视频类电子产品（非USB设备）为例，详细说明本发明的USB供电电路的工作原理或使用方法，以更容易、更清楚的了解使用本发明USB供电电路的供电方法的有益效果。

笔记本电脑的直通供电电路可以看做是从该笔记本电源适配器输出端（即USB主机设备的直通供电电路上的电源输入端口，）到输入到笔记本电脑CPU（输出到所述USB主机设备的电源端口）的一段电路；第一传感器为10W传感器，可以感知10W功率所对应的电流转电压值；第二传感器为30W传感器，可以感知30W功率所对应的电流转电压值；第二功率输出端口为30W功率输出端口，可以为笔记本电脑周边非USB设备提供30W大功率输出；调压电路为30W电压可调DC/DC电路，可以根据笔记本电脑周边非USB设备所需电压来调整输出电压；微处理器（MCU），内部集成***程序进行各种状态侦测或操作；标准电源电路为10W DC/DC电路，可以为USB设备提供10W的5V标准电源；USB-HUB电路为1拖3USB-HUB电路，进行常规USB HUB转接，在这里可以将笔记本电脑的标准USB端口扩展成3个大功率USB输出端口。

在该笔记本电脑的电源适配器接通后，微处理器通过向30W功率输出端口发送电源***侦测开关信号，来侦测30W功率输出端口没有***头***。

当30W功率输出端口没有***头***时，微处理器可以侦测到该状态，此时***默认为USB-HUB大功率电源输出模式，从而能给10W以下的USB设备提供工作条件；10W传感器侦测***的USB设备所需的功率是否超过10W，当***的USB设备所需功率超过10W时，微处理器可以通过10W传感器侦测到已超设定，此时微处理器发出停止供电信号给到10W DC/DC电路，使得10WDC/DC电路停止对外输出，并切断笔记本电脑本身自带的5V USB电源输出（即切断笔记本电源的标准USB端口输出），以起到保护作用。

当30W功率输出端口有插头***时，微处理器可以侦测到该状态的变化，此时***自动切换到30W功率输出模式，为***的非USB大功率设备提供工作条件；30W传感器侦测***的USB设备所需的功率是否超过30W，当外部的非USB大功率设备超过30W时，微处理器可以通过30W传感器侦测到已超设定，此时微处理器发出停止供电信号给到30W DC/DC电路，使得30W DC/DC电路停止对外输出，以起到保护作用。

综上所述，本发明提供的USB供电电路及其装置和供电方法，通过位于一USB主机设备的直通供电电路上的第一传感器、第二传感器、微处理器、调压电路、第二功率输出端口及标准电源电路，能及时侦测到所述USB主机设备外接的周边电子产品所需的功率，并根据侦测结果调整和输出所需的功率，并在接入的周边电子产品所需的功率超过规定值时，及时切断供电过程，从而无需额外的外部电源，就能为标准USB设备及非USB设备持续供电并提供保护。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种USB供电电路，其特征在于，包括：

第一传感器，输入端连接一USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接一微处理器的输入端，用于感知所述直通供电电路上的第一功率所对应的电流转电压值；

第二传感器，输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接输出到所述USB主机设备的电源端口以及所述微处理器的输入端，用于感知第二功率所对应的电流转电压值；

调压电路，输入端连接所述第一传感器的输出端以及所述微处理器的输出端，用于根据连接到所述USB主机设备的非USB设备所需电压来调整输出电压；

第二功率输出端口，根据所述调压电路调整的输出电压，为连接到所述USB主机设备的非USB设备提供不大于第二功率的功率输出；

标准电源电路，输出端直接或间接连接所述主机设备的USB端口；输入端连接所述第一传感器的输出端以及微处理器的输出端，用于为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源；

所述微处理器，用于侦测第二功率输出端口是否有连接非USB设备，若没有连接非USB设备，则控制所述标准电源电路为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，并在第一传感器侦测到连接到所述USB主机设备的USB设备所需功率高于第一功率时，控制所述标准电源电路停止对外输出，同时切断所述USB主机设备的USB端口输出；若有连接非USB设备，则控制所述调压电路输出连接的非USB设备所需的电压，并在所述第二传感器侦测到连接的非USB设备所需的功率高于第二功率时，控制所述调压电路停止对外输出。

2.如权利要求1所述的USB供电电路，其特征在于，所述第一功率小于第二功率。

3.如权利要求2所述的USB供电电路，其特征在于，所述第一功率为10W，所述第二功率为30W。

4.如权利要求1所述的USB供电电路，其特征在于，所述标准电源电路的输出端间接连接所述主机设备的USB端口时，所述USB供电电路还包括：USB-HUB电路，具有一个连接所述USB主机设备的一个USB端口的输入端和多个连接所述标准电源电路的输出端的输出端，用于将所述USB主机设备的一个USB端口扩展成多个USB输出端口。

5.如权利要求4所述的USB供电电路，其特征在于，每个所述USB输出端口与所述标准电源电路的输出端之间还设有电源并联器，用于为所述USB输出端口连接的USB设备取得适当的电压。

6.如权利要求1所述的USB供电电路，其特征在于，所述第二功率输出端口的个数为多个。

7.如权利要求6所述的USB供电电路，其特征在于，所述调压电路的个数小于等于所述第二功率输出端口的个数。

8.如权利要求1所述的USB供电电路，其特征在于，还包括：侦测开关电路，设置于所述第二功率输出端口与所述微处理器之间，使得所述微处理器通过向所述侦测开关电路通信以侦测第二功率输出端口是否有连接非USB设备。

9.一种USB供电装置，其特征在于，所述USB供电装置连接一USB主机设备的电源，并包括权利要求1至8中任一项所述的USB供电电路。

10.一种使用权利要求1至8中任一项所述的USB供电电路进行USB供电方法，其特征在于，包括：

在一USB主机设备的直通供电电路上设置用于感知所述直通供电电路上的第一功率所对应的电流转电压值的第一传感器，所述第一传感器的输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接一微处理器的输入端；

在所述USB主机设备的直通供电电路上设置用于感知第二功率所对应的电流转电压值的第二传感器，所述第二传感器的输入端连接所述USB主机设备的直通供电电路的电源输入端口，输出端连接输出到所述USB主机设备的电源端口以及所述微处理器的输入端；

接入一调压电路，用于根据连接到所述USB主机设备的非USB设备所需电压来调整输出电压，所述调压电路的输入端连接所述第一传感器的输出端以及所述微处理器的输出端；

在所述调压电路的输出端设置第二功率输出端口，用于根据所述调压电路调整的输出电压，为连接到所述USB主机设备的非USB设备提供不大于第二功率的功率输出；

接入一标准电源电路，用于为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，所述标准电源电路的输出端直接或间接连接所述主机设备的USB端口，输入端连接所述第一传感器的输出端以及微处理器的输出端，输出端连接所述主机设备的USB端口；

所述微处理器侦测第二功率输出端口是否有连接非USB设备；

若没有连接非USB设备，则控制所述标准电源电路为连接到所述USB主机设备的USB设备提供第一功率下的标准电源，并在第一传感器侦测到连接到所述USB主机设备的USB设备所需功率高于第一功率时，控制所述标准电源电路停止对外输出，同时切断所述USB主机设备的USB端口输出；

若有连接非USB设备，则控制所述调压电路输出连接的非USB设备所需的电压，并在所述第二传感器侦测到连接的非USB设备所需的功率高于第二功率时，控制所述调压电路停止对外输出。