CN111864833A - 一种通过usb接口唤醒的低功耗开机电路及供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过USB接口唤醒的低功耗开机电路及供电装置，包括：储能电路、第一开关电路、稳压电路、控制电路以及USB接口；USB接口的插接端用于接入负载，储能电路的输入端和第一开关电路的输入端与输入电压连接，第一开关电路的输出端与稳压电路的输入端连接，第一开关电路的控制端与控制电路连接，稳压电路的输出端连接，USB接口的连接端与第一开关电路连接；USB接口的插接端接入负载时，第一开关电路导通，输入电压经过第一开关电路传输至稳压电路，稳压电路对输入电压进行处理输出工作电压至控制电路，控制电路根据工作电压唤醒启动。本发明待机时，内部电路完全停止工作，待USB接口接入负载时才启动，待机功耗低，待机电流可达到5uA以下。

Description

一种通过USB接口唤醒的低功耗开机电路及供电装置

技术领域

本发明涉及电源技术领域，更具体地说，涉及一种通过USB接口唤醒的低功耗开机电路及供电装置。

背景技术

随着电子技术的发展，现有电池类产品一般均要求进行低功耗设计，而目前常用的方式是通过USB接口负载来实现唤醒检测，然而，现有产品在待机时，电池内部的部分器件如MCU一直处于工作状态，在待机时仍存在耗电问题，因此，在待机时功耗较高，无法做到5uA以下。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种通过USB接口唤醒的低功耗开机电路及供电装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，包括：储能电路、第一开关电路、稳压电路、控制电路以及USB接口；

所述USB接口的插接端用于接入负载，所述储能电路的输入端和所述第一开关电路的输入端与输入电压连接，所述第一开关电路的输出端与所述稳压电路的输入端连接，所述第一开关电路的控制端与所述控制电路连接，所述稳压电路的输出端连接，所述USB接口的连接端与所述第一开关电路连接；

所述USB接口的插接端接入负载时，所述第一开关电路导通，所述输入电压经过所述第一开关电路传输至所述稳压电路，所述稳压电路对所述输入电压进行处理输出工作电压至所述控制电路，所述控制电路根据所述工作电压唤醒启动。

优选地，还包括：与所述第一开关电路连接的DC-DC电路；

所述DC-DC电路用于在所述控制电路启动后，对输入电压进行处理以输出直流电压至USB接口。

优选地，还包括：设置在所述DC-DC电路与所述控制电路之间的第二开关电路；

所述第二开关电路在所述控制电路启动后，接收所述控制电路输出的导通信号，并根据所述导通信号导通，所述DC-DC电路通过所述第二开关电路向所述USB接口输出直流电压。

优选地，所述储能电路包括：第四电容和第五电容；

所述第四电容的第一端连接所述输入电压，所述第四电容的第二端连接所述第五电容的第一端，所述第五电容的第二端接地；

所述第四电容的第二端和所述第五电容的第一端的连接端还连接至所述第一开关电路。

优选地，所述第一开关电路包括：第一PMOS管、第二NMOS管、第三PMOS管、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第一PMOS管的源极连接所述输入电压，所述第一PMOS管的漏极连接所述稳压电路的输入端，所述第一PMOS管的栅极通过所述第四电阻连接所述第二NPMOS管的漏极，所述第二电阻连接在所述第一PMOS管的源极和栅极之间；

所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的栅极通过所述第五电阻连接至所述控制电路和所述第三PMOS管的漏极；所述第六电阻连接在所述第二NMOS管的栅极和源极之间；所述第三PMOS管的源极连接所述第四电容的第二端和所述第五电容的第一端的连接端，所述第三PMOS管的栅极通过第四二极管连接至所述USB接口的连接端，所述第七电阻连接在所述第三PMOS管的栅极和源极之间；

所述第一PMOS管的漏极为所述第一开关电路的输出端，所述第二NMOS管的栅极为所述第一开关电路的控制端。

优选地，所述稳压电路包括：第一电阻、稳压芯片、第一电容、第二电容和第三电容；

所述第一电阻的第一端作为所述稳压电路的输入端连接所述第一PMOS管的漏极，所述第一电阻的第二端连接所述第三电容的第一端和所述稳压芯片的第二引脚，所述稳压芯片的第一引脚和所述第三电容的第二端接地，所述稳压芯片的第三引脚通过所述第一电容接地，所述第二电容的第一端连接所述稳压芯片的第三引脚，所述第二电容的第二端接地，所述稳压芯片的第三引脚输出所述工作电压。

优选地，所述DC-DC电路包括：转换芯片、第一电感、第六电容、第八电阻、第十二电阻、第九电阻、第十三电阻、第七电容和第三二极管；

所述第六电容的第一端和所述第八电阻的第一端连接所述第一开关电路的输出端，所述第六电容的第二端接地，所述第八电阻的第二端通过所述第十二电阻接地，所述第八电阻的第二端还连接至转换芯片的使能端，所述转换芯片的供电端连接所述第一开关电路的输出端，所述转换芯片的转换端连接所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端依次通过所述第九电阻和所述第十三电阻接地，所述第一电感的第二端还连接所述第二开关电路；

所述第七电容的第一端连接所述第一电感的第二端，所述第七电容的第二端接地；所述第九电阻和所述第十三电阻的连接端连接至所述转换芯片的反馈端，所述第三二极管的阳极接地，所述第三二极管的阴极连接所述转换芯片的转换端。

优选地，所述第二开关电路包括：第四PMOS管、第五NMOS管、第十电阻、第十一电阻、第十四电阻和第十五电阻；

所述第四PMOS管的漏极连接所述第一电感的第二端，所述第四PMOS管的源极连接至所述USB接口的连接端，所述第四PMOS管的栅极通过所述第十一电阻连接所述第五NMOS管的漏极，所述第十电阻连接在所述第四PMOS管的栅极和源极之间；

所述第五NMOS管的栅极通过所述第十四电阻连接至所述控制电路，所述第五NMOS管的源极接地，所述第十五电阻连接在所述第五NMOS管的源极和栅极之间。

优选地，所述控制电路包括控制芯片；

所述控制芯片的第一引脚通过所述第十四电阻连接所述第五NMOS管的栅极，所述控制芯片的第二引脚通过第二二极管连接至所述第一开关电路的控制端，所述控制芯片的第三引脚连接至所述稳压电路的输出端，所述控制芯片的控制端接地。

本发明还提供一种供电装置，包括以上所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路。

实施本发明的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，具有以下有益效果：包括：储能电路、第一开关电路、稳压电路、控制电路以及USB接口；USB接口的插接端用于接入负载，储能电路的输入端和第一开关电路的输入端与输入电压连接，第一开关电路的输出端与稳压电路的输入端连接，第一开关电路的控制端与控制电路连接，稳压电路的输出端连接，USB接口的连接端与第一开关电路连接；USB接口的插接端接入负载时，第一开关电路导通，输入电压经过第一开关电路传输至稳压电路，稳压电路对输入电压进行处理输出工作电压至控制电路，控制电路根据工作电压唤醒启动。本发明待机时，内部电路完全停止工作，待USB接口接入负载时才启动，待机功耗低，可达到5uA以下。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的一种通过USB接口唤醒的低功耗开机电路的原理框图；

图2是本发明实施例提供的一种通过USB接口唤醒的低功耗开机电路的电路原理图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参考图1，图1为本发明提供的各实施例一可选实施例的原理框图。

如图1所示，该通过USB接口16唤醒的低功耗开机电路可包括：储能电路11、第一开关电路12、稳压电路14、控制电路15以及USB接口16。

USB接口16的插接端用于接入负载，储能电路11的输入端和第一开关电路12的输入端与输入电压连接，第一开关电路12的输出端与稳压电路14的输入端连接，第一开关电路12的控制端与控制电路15连接，稳压电路14的输出端连接，USB接口16的连接端与第一开关电路12连接。USB接口16的插接端接入负载时，第一开关电路12导通，输入电压经过第一开关电路12传输至稳压电路14，稳压电路14对输入电压进行处理输出工作电压至控制电路15，控制电路15根据工作电压唤醒启动。在一些实施例中，当USB接口16的插接端没有接入负载时，输入电压对储能电路11进行充电，储能电路11储能，此时，第一开关电路12为截止状态，由于第一开关电路12未导通，因此，控制电路15、稳压电路14均处于不工作状态，因此，可以使得待机电流小于5uA。

在一些实施例中，储能电路11可以通过多个电容串联分压实现。第一开关电路12可以通过MOS管或者三极管实现。当USB接口16的插接端没有接入负载时，由于电容的作用，电容对输入电压进行串联分压，此时第一开关电路12不导通，由于第一开关电路12的作用，使得控制电路15和稳压电路14均没有电，不工作，从而使待机功耗很低，待机电流可达到5uA以下。

在一些实施例中，输入电压可由电池提供，也可以由外部电源提供。

进一步地，稳压电路14用于在第一开关电路12导通时，对输入电压进行处理，以获得可适合控制电路15工作的工作电压。

在一些实施例中，还包括：与第一开关电路12连接的DC-DC电路13。DC-DC电路13用于在控制电路15启动后，对输入电压进行处理以输出直流电压至USB接口16。

进一步地，在一些实施例中，还包括：设置在DC-DC电路13与控制电路15之间的第二开关电路17。

第二开关电路17在控制电路15启动后，接收控制电路15输出的导通信号，并根据导通信号导通，DC-DC电路13通过第二开关电路17向USB接口16输出直流电压。该第二开关电路17受控于控制电路15。具体的，当控制电路15启动后，控制电路15即输出导通信号至第二开关电路17，第二开关电路17根据该导通信号导通，此时，DC-DC电路13转换输出的直流电压经过第二开关电路17传送至USB接口16给负载供电。在一些实施例中，第二开关电路17还可以起到防倒挂的作用，即在USB接口16接入负载后，可防止电压回流至DC-DC电路13。在一些实施例中，第二开关电路17可以通过MOS管或者三极管实现。

参考图2，图2为本发明提供的各实施例一可选实施例的电路原理图。

如图2所示，R16表示负载。需要说明的是R16仅作为示意，不对本发明的负载类型进行限定，本发明可适用于容性负载、阻性负载等。

在一些实施例中，储能电路11包括：第四电容C4和第五电容C5。

第四电容C4的第一端连接输入电压(VIN)，第四电容C4的第二端连接第五电容C5的第一端，第五电容C5的第二端接地。

第四电容C4的第二端和第五电容C5的第一端的连接端还连接至第一开关电路12。

在一些实施例中，第一开关电路12包括：第一PMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三PMOS管Q3、第二电阻R2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7。

第一PMOS管Q1的源极连接输入电压，第一PMOS管Q1的漏极连接稳压电路14的输入端，第一PMOS管Q1的栅极通过第四电阻R4连接第二NPMOS管的漏极，第二电阻R2连接在第一PMOS管Q1的源极和栅极之间；第二NMOS管Q2的源极接地，第二NMOS管Q2的栅极通过第五电阻R5连接至控制电路15和第三PMOS管Q3的漏极；第六电阻R6连接在第二NMOS管Q2的栅极和源极之间；第三PMOS管Q3的源极连接第四电容C4的第二端和第五电容C5的第一端的连接端，第三PMOS管Q3的栅极通过第四二极管连接至USB接口16的连接端，第七电阻R7连接在第三PMOS管Q3的栅极和源极之间。其中，第一PMOS管Q1的漏极为第一开关电路12的输出端，第二NMOS管Q2的栅极为第一开关电路12的控制端。

在一些实施例中，稳压电路14包括：第一电阻、稳压芯片U1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3。

第一电阻R1的第一端作为稳压电路14的输入端连接第一PMOS管Q1的漏极，第一电阻R1的第二端连接第三电容C3的第一端和稳压芯片U1的第二引脚，稳压芯片U1的第一引脚和第三电容C3的第二端接地，稳压芯片U1的第三引脚通过第一电容C1接地，第二电容C2的第一端连接稳压芯片U1的第三引脚，第二电容C2的第二端接地，稳压芯片U1的第三引脚输出工作电压(VCC)。

在一些实施例中，DC-DC电路13包括：转换芯片U3、第一电感L1、第六电容C6、第八电阻R8、第十二电阻R12、第九电阻R9、第十三电阻R13、第七电容C7和第三二极管D3。

第六电容C6的第一端和第八电阻R8的第一端连接第一开关电路12的输出端，第六电容C6的第二端接地，第八电阻R8的第二端通过第十二电阻R12接地，第八电阻R8的第二端还连接至转换芯片U3的使能端，转换芯片U3的供电端连接第一开关电路12的输出端，转换芯片U3的转换端连接第一电感L1的第一端，第一电感L1的第二端依次通过第九电阻R9和第十三电阻R13接地，第一电感L1的第二端还连接第二开关电路17。

第七电容C7的第一端连接第一电感L1的第二端，第七电容C7的第二端接地；第九电阻R9和第十三电阻R13的连接端连接至转换芯片U3的反馈端，第三二极管D3的阳极接地，第三二极管D3的阴极连接转换芯片U3的转换端。

在一些实施例中，第二开关电路17包括：第四PMOS管Q4、第五NMOS管Q5、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十四电阻R14和第十五电阻R15。

第四PMOS管Q4的漏极连接第一电感L1的第二端，第四PMOS管Q4的源极连接至USB接口16的连接端，第四PMOS管Q4的栅极通过第十一电阻R11连接第五NMOS管Q5的漏极，第十电阻R10连接在第四PMOS管Q4的栅极和源极之间；第五NMOS管Q5的栅极通过第十四电阻R14连接至控制电路15，第五NMOS管Q5的源极接地，第十五电阻R15连接在第五NMOS管Q5的源极和栅极之间。

在一些实施例中，控制电路15包括控制芯片U2。

控制芯片U2的第一引脚通过第十四电阻R14连接第五NMOS管Q5的栅极，控制芯片U2的第二引脚通过第二二极管D2连接至第一开关电路12的控制端，控制芯片U2的第三引脚连接至稳压电路14的输出端，控制芯片U2的控制端接地。

进一步地，在一些实施例中，还包括：第三电阻R3和第一二极管D1，其中，第三电阻R3的第二端连接稳压电路14的输出端，第三电阻R3的第二端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第五电容C5的第一端。

如图2所示，待机时，第四电容C4和第五电容C5对输入电压VIN进行串联分压，此时，由于未USB接口未接入负载，第一开关电路12中的第三PMOS管的栅极为高电平，第三PMOS管截止，此时，第一PMOS管和第二NMOS管处于截止状态，此时，转换芯片U3、稳压芯片U1和控制芯片U2均没有电压，都处于不工作状态，从而使得电路的待机电流小于5uA。

当USB接口接入负载后，将第三PMOS管Q3的栅极电压拉低，第三PMOS管Q3导通，从而给第二NMOS管Q2的栅极提供启动电压，第二NMOS管Q2打开，在第二NMOS管Q2打开后将第一PMOS管Q1的栅极电压拉低，第一PMOS管Q1打开，给后级电路供电，稳压芯片U1给控制芯片U2输出工作电压VCC，控制芯片U2得电后工作，并立即通过其第一引脚和第二引脚输出高电平，使第二NMOS管Q2和第五NMOS管Q5导通，第五电容C5在USB接口接入负载后，其上的电能被消耗完，此时，VCC通过第三电阻R3、第一二极管D1给第五电容C5充电，以确保USB第二次插拔可正常工作。

进一步地，在***工作后，VCC通过第三电阻R3和第一二极管D1给第五电容C5充电，第二二极管D2可防止第五电容C5的电压倒灌至控制芯片U2，减小第五电容C5电压消耗。

进一步地，在一些实施例中，DC-DC电路可以为升压型电路，也可以为降压型电路，具体根据电路的实际设计需求确定。

进一步地，本发明还提供一种供电装置，该供电装置包括本发明实施例公开的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路。可选的，该供电装置可包括电池类产品，也可以为电源***。通过设置该通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，可以在待机时，使内部电路完全停止工作，待USB接口接入负载时才启动，待机功耗低，可达到5uA以下。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，包括：储能电路、第一开关电路、稳压电路、控制电路以及USB接口；

所述USB接口的插接端用于接入负载，所述储能电路的输入端和所述第一开关电路的输入端与输入电压连接，所述第一开关电路的输出端与所述稳压电路的输入端连接，所述第一开关电路的控制端与所述控制电路连接，所述稳压电路的输出端连接，所述USB接口的连接端与所述第一开关电路连接；

所述USB接口的插接端接入负载时，所述第一开关电路导通，所述输入电压经过所述第一开关电路传输至所述稳压电路，所述稳压电路对所述输入电压进行处理输出工作电压至所述控制电路，所述控制电路根据所述工作电压唤醒启动。

2.根据权利要求1所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，还包括：与所述第一开关电路连接的DC-DC电路；

所述DC-DC电路用于在所述控制电路启动后，对输入电压进行处理以输出直流电压至USB接口。

3.根据权利要求2所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，还包括：设置在所述DC-DC电路与所述控制电路之间的第二开关电路；

所述第二开关电路在所述控制电路启动后，接收所述控制电路输出的导通信号，并根据所述导通信号导通，所述DC-DC电路通过所述第二开关电路向所述USB接口输出直流电压。

4.根据权利要求1所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，所述储能电路包括：第四电容和第五电容；

所述第四电容的第一端连接所述输入电压，所述第四电容的第二端连接所述第五电容的第一端，所述第五电容的第二端接地；

所述第四电容的第二端和所述第五电容的第一端的连接端还连接至所述第一开关电路。

5.根据权利要求4所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一PMOS管、第二NMOS管、第三PMOS管、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻；

所述第一PMOS管的源极连接所述输入电压，所述第一PMOS管的漏极连接所述稳压电路的输入端，所述第一PMOS管的栅极通过所述第四电阻连接所述第二NPMOS管的漏极，所述第二电阻连接在所述第一PMOS管的源极和栅极之间；

所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的栅极通过所述第五电阻连接至所述控制电路和所述第三PMOS管的漏极；所述第六电阻连接在所述第二NMOS管的栅极和源极之间；所述第三PMOS管的源极连接所述第四电容的第二端和所述第五电容的第一端的连接端，所述第三PMOS管的栅极通过第四二极管连接至所述USB接口的连接端，所述第七电阻连接在所述第三PMOS管的栅极和源极之间；

所述第一PMOS管的漏极为所述第一开关电路的输出端，所述第二NMOS管的栅极为所述第一开关电路的控制端。

6.根据权利要求5所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，所述稳压电路包括：第一电阻、稳压芯片、第一电容、第二电容和第三电容；

所述第一电阻的第一端作为所述稳压电路的输入端连接所述第一PMOS管的漏极，所述第一电阻的第二端连接所述第三电容的第一端和所述稳压芯片的第二引脚，所述稳压芯片的第一引脚和所述第三电容的第二端接地，所述稳压芯片的第三引脚通过所述第一电容接地，所述第二电容的第一端连接所述稳压芯片的第三引脚，所述第二电容的第二端接地，所述稳压芯片的第三引脚输出所述工作电压。

7.根据权利要求3所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，所述DC-DC电路包括：转换芯片、第一电感、第六电容、第八电阻、第十二电阻、第九电阻、第十三电阻、第七电容和第三二极管；

所述第六电容的第一端和所述第八电阻的第一端连接所述第一开关电路的输出端，所述第六电容的第二端接地，所述第八电阻的第二端通过所述第十二电阻接地，所述第八电阻的第二端还连接至转换芯片的使能端，所述转换芯片的供电端连接所述第一开关电路的输出端，所述转换芯片的转换端连接所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端依次通过所述第九电阻和所述第十三电阻接地，所述第一电感的第二端还连接所述第二开关电路；

所述第七电容的第一端连接所述第一电感的第二端，所述第七电容的第二端接地；所述第九电阻和所述第十三电阻的连接端连接至所述转换芯片的反馈端，所述第三二极管的阳极接地，所述第三二极管的阴极连接所述转换芯片的转换端。

8.根据权利要求7所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，所述第二开关电路包括：第四PMOS管、第五NMOS管、第十电阻、第十一电阻、第十四电阻和第十五电阻；

所述第四PMOS管的漏极连接所述第一电感的第二端，所述第四PMOS管的源极连接至所述USB接口的连接端，所述第四PMOS管的栅极通过所述第十一电阻连接所述第五NMOS管的漏极，所述第十电阻连接在所述第四PMOS管的栅极和源极之间；

所述第五NMOS管的栅极通过所述第十四电阻连接至所述控制电路，所述第五NMOS管的源极接地，所述第十五电阻连接在所述第五NMOS管的源极和栅极之间。

9.根据权利要求8所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片；

所述控制芯片的第一引脚通过所述第十四电阻连接所述第五NMOS管的栅极，所述控制芯片的第二引脚通过第二二极管连接至所述第一开关电路的控制端，所述控制芯片的第三引脚连接至所述稳压电路的输出端，所述控制芯片的控制端接地。

10.一种供电装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的通过USB接口唤醒的低功耗开机电路。

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