CN115021382A

CN115021382A - Usb电源管理***及充电柜

Info

Publication number: CN115021382A
Application number: CN202210719674.1A
Authority: CN
Inventors: 魏庆东
Original assignee: Suzhou Baidejia Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Baidejia Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-23
Filing date: 2022-06-23
Publication date: 2022-09-06

Abstract

本发明公开一种USB电源管理***及充电柜，属于充电柜技术领域，USB电源管理***包括：至少一个开关电源模块，开关电源模块用于将市电电压转换为不同电压值的供电电压；至少一组充电控制模组，与至少一个开关电源模块一一对应连接，充电控制模组用于通过USB接口将供电电压提供给不同的待充电设备；其中，充电控制模组包括多个充电控制模块，多个充电控制模块均与开关电源模块连接；充电柜包括本体以及该USB电源管理***。本发明解决了现有USB电源管理存在潜在用电安全隐患的问题，实现了高低压的分离管理，达到降低了潜在的用电安全隐患的效果。

Description

USB电源管理***及充电柜

技术领域

本发明涉及充电柜技术领域，特别涉及一种USB电源管理***及充电柜。

背景技术

相关技术中，通过USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)电源管理可以实现USB设备的激活、挂起、空闲和睡眠等，降低无效的功率消耗，实现***电源的有效使用和合理分配。随着对数码产品进行集中充电管理的场景越来越多，便有了集中充电设备，比如充电柜。

目前的充电柜中，大多采用220V插座与USB设备专用的电源适配器配合的方案进行充电。这种充电方案存在的问题是，用户需要将电源适配器与插座连接，会直接与220V电压区域接触，存在潜在的用电安全隐患。

发明内容

本发明的主要目的在于：提供一种USB电源管理***及充电柜，旨在解决现有技术中USB电源管理存在潜在用电安全隐患的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提出一种USB电源管理***，所述***包括：

至少一个开关电源模块，所述开关电源模块用于将市电电压转换为不同电压值的供电电压；

至少一组充电控制模组，与所述至少一个开关电源模块一一对应连接，所述充电控制模组用于通过USB接口将所述供电电压提供给不同的待充电设备；

其中，所述充电控制模组包括多个充电控制模块，所述多个充电控制模块均与所述开关电源模块连接。

可选地，上述USB电源管理***中，所述***还包括：

插座模块，分别与市电接口和所述至少一个开关电源模块连接，用于插接所述市电接口，接收所述市电电压。

可选地，上述USB电源管理***中，所述插座模块包括：

输入插座，与所述市电接口连接，用于插接所述市电接口；

漏电保护器，与所述输入插座连接，用于在接收所述市电电压时提供漏电保护；

空气开关，分别与所述漏电保护器和所述至少一个开关电源模块连接，用于控制所述市电电压输入至所述开关电源模块的通断。

可选地，上述USB电源管理***中，所述***还包括：

扩展功能模块，与所述开关电源模块连接，用于给外部设备提供所述供电电压，使所述外部设备工作，其中，所述外部设备为与所述USB电源管理***所在设备连接的设备；

和/或，

供电输出模块，与所述开关电源模块连接，用于给外部***提供所述供电电压，使所述外部***工作，其中，所述外部***为设置在所述USB电源管理***所在设备内部，并与所述USB电源管理***连接的***。

可选地，上述USB电源管理***中，所述开关电源模块包括：

第一整流滤波电路，用于对所述市电电压进行滤波和整流处理，得到直流脉动高压；

逆变控制电路，用于根据预设周期，生成初始控制信号；

高压逆变电路，分别与所述逆变控制电路和所述第一整流滤波电路连接，用于根据所述初始控制信号，对所述直流脉动高压进行逆变处理，得到占空比可调的高频交变方波电压；

电压转换电路，与所述高压逆变电路连接，用于将所述高频交变方波电压转换为目标高频交变方波电压；

第二整流滤波电路，分别与所述电压转换电路和所述充电控制模块连接，用于对所述目标高频交变方波电压进行整流和滤波处理，得到供电电压，并输出所述供电电压。

可选地，上述USB电源管理***中，所述高压逆变电路包括：

信号增强单元，与所述逆变控制电路连接，用于对所述初始控制信号进行增强处理，得到目标控制信号；

第一开关单元，分别与所述信号增强单元和所述电压转换电路连接，用于根据所述目标控制信号导通，对所述直流脉动高压进行逆变处理，得到所述高频交变方波电压。

可选地，上述USB电源管理***中，所述逆变控制电路包括：

电压采样单元，与所述第二整流滤波电路连接，用于采样所述供电电压；

脉冲控制单元，与所述电压采样单元连接，用于根据所述供电电压和预设周期，生成驱动信号，并输出所述驱动信号；

第二开关单元，分别与所述脉冲控制单元和所述信号增强单元连接，用于根据所述驱动信号生成所述初始控制信号，并输出所述初始控制信号至所述信号增强单元。

可选地，上述USB电源管理***中，所述开关电源模块还包括：

过温保护电路，与所述逆变控制电路连接，用于在温度过高时断开所述逆变控制电路的工作电源，使所述逆变控制电路停止工作；

过压保护电路，分别与所述第二整流滤波电路和所述逆变控制电路连接，用于在所述供电电压过高时，生成过压检测信号，并输入至所述逆变控制电路，使所述逆变控制电路根据所述过压检测信号调整所述初始控制信号的占空比，使所述高压逆变电路停止工作；

过载保护电路，分别与所述第二整流滤波电路和所述逆变控制电路连接，用于采样所述供电电压的反馈电流，生成过流检测信号，并输入至所述逆变控制电路，使所述逆变控制电路根据所述过流检测信号调整所述初始控制信号的占空比，使所述高压逆变电路停止工作。

可选地，上述USB电源管理***中，所述充电控制模块包括：

USB开关电路，与所述开关电源模块和所述USB接口连接，用于控制所述USB接口输出所述供电电压的开关状态；

状态显示电路，与所述USB开关电路连接，用于检测所述开关状态，并进行状态显示。

第二方面，本发明还提出一种充电柜，包括：

本体以及如上述的USB电源管理***；

所述USB电源管理***设置在所述本体内。

本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：

本发明提出的一种USB电源管理***及充电柜，通过开关电源模块与充电控制模组连接，将市电电压转换为不同电压值的供电电压后，通过USB接口提供给不同的待充电设备，将待充电设备与市电隔离开，实现高低压的分离管理，用户直接与提供低压直流的供电电压的充电控制模组接触，而不需要与市电接口接触，也就是不需要与220V电压区域接触，从而降低了潜在的用电安全隐患；本发明通过多个开关电源模块与多个充电控制模组的***布局，直接与不同类型的待充电设备，不需要为待充电设备增设各种独立的适配器，提高了资源利用效率，从而提高了充电柜的内部空间利用率，具有较好的通用性；本发明通过在每个充电控制模组中布局多个充电控制模块，可以根据不同的应用场景配置不同数量的USB接口，防止资源浪费的同时保证应用场景的实际需求，具有较好的适用性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明USB电源管理***第一实施例的连接示意图；

图2为本发明USB电源管理***第二实施例的连接示意图；

图3为本发明USB电源管理***第二实施例中开关电源模块的连接示意图；

图4为本发明USB电源管理***第二实施例中开关电源模块的细化连接示意图；

图5为本发明USB电源管理***第二实施例中开关电源模块的另一连接示意图；

图6为本发明USB电源管理***第二实施例中第一整流滤波电路的电路原理图；

图7为本发明USB电源管理***第二实施例中高压逆变电路的电路原理图；

图8为本发明USB电源管理***第二实施例中电压转换电路和第二整流滤波电路的电路原理图；

图9为本发明USB电源管理***第二实施例中逆变控制电路的电路原理图；

图10为本发明USB电源管理***第二实施例的开关电源模块中涉及的各个接口的电路原理图；

图11为本发明USB电源管理***第二实施例中充电控制模块的连接示意图；

图12为本发明USB电源管理***第二实施例中USB开关电路的电路原理图；

图13为本发明USB电源管理***第二实施例中状态显示电路的电路原理图；

图14为本发明USB电源管理***第三实施例的连接示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的装置或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种装置或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的装置或者***中还存在另外的相同要素。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

对现有技术进行分析发现，目前的充电柜中大多采用220V插座与USB设备专用的电源适配器配合的方案进行充电。这种充电方案存在的问题是，用户需要将电源适配器与插座连接，会直接与220V电压区域接触，存在潜在的用电安全隐患。而且，不同的USB设备需要布置不同的电源适配器，不方便充电设备的数量扩展，多个设备同时充电的使用场景下，布线混乱，容易引发安全事故。

鉴于现有技术中USB电源管理存在潜在用电安全隐患、数量扩展困难以及容易引发安全事故的技术问题，本发明提供了一种USB电源管理***及充电柜，具体实施例及实施方式如下：

实施例一

参照图1，图1为本发明USB电源管理***第一实施例的连接示意图；本实施例提出一种USB电源管理***。该USB电源管理***可以包括：

具体的，至少一个开关电源模块通过母线并联。USB接口可以直接给各类数码产品，即不同的待充电设备充电。

以市电接口、开关电源模块、充电控制模块和USB接口的顺序布局，相比现有技术中用户直接与市电接口比如插座等接触，插接待充电设备的适配器插头的方式，本实施例是由用户直接与输出低压直流供电电压的USB接口接触，直接插接待充电设备上的插头，用户将不再接触到高压部分，尤其是市电接口的部分，实现了高低压分离，从而降低了安全隐患发生的几率。

多个充电控制模块构成一个独立的充电控制模组，单个充电控制模组对应的USB接口数量可以与充电控制模块的数量不一致，比如，一个充电控制模块可以连接多个USB接口，具体数量可以根据不同的应用场景自由配置，以满足不同使用场景下对USB接口数量的不同需求。同时，也可以实现多个充电控制模组的叠加，对应的，每个充电控制模组配置一个开关电源模块，也就是多个充电控制模组与多个充电控制模组一一对应连接，需要说明，多个充电控制模组输出的供电电压可以是不同的电压值，以满足不同使用场景下对输出电压值的不同需求。

本实施例的USB电源管理***，通过开关电源模块与充电控制模组连接，将市电电压转换为不同电压值的供电电压后，通过USB接口提供给不同的待充电设备，将待充电设备与市电隔离开，实现高低压的分离管理，用户直接与提供低压直流的供电电压的充电控制模组接触，而不需要与市电接口接触，也就是不需要与220V电压区域接触，从而降低了潜在的用电安全隐患；本发明通过多个开关电源模块与多个充电控制模组的***布局，直接与不同类型的待充电设备，不需要为待充电设备增设各种独立的适配器，提高了资源利用效率，从而提高了充电柜的内部空间利用率，具有较好的通用性；本发明通过在每个充电控制模组中布局多个充电控制模块，可以根据不同的应用场景配置不同数量的USB接口，防止资源浪费的同时保证应用场景的实际需求，具有较好的适用性和实用性。

实施例二

参照图2，图2为本发明USB电源管理***第二实施例的连接示意图；在实施例一的基础上，本实施例继续提出一种USB电源管理***。

进一步地，如图2所示的连接示意图，***还可以包括：

插座模块可以与开关电源模块共同连接在同一母线上，实现插座模块与多个开关电源模块之间的连接，将市电电压转发到多个开关电源模块。

***可以直接与市电电网连接，将该***所在的充电柜固定在某处，也可以通过插座模块连接，通过插座模块与市电电网连接，方便将充电柜设置在任意具有市电接口的地方，通过插座模块与市电接口连接的方式来接收市电电压，实现该USB电源管理***所在充电柜的可移动性。

更进一步地，插座模块可以包括：

输入插座，与所述市电接口连接，用于插接所述市电接口；

输入插座可以采用三线插座、带跷板开关的器具输入插座等，用以接收220V交流电的市电电压，当输入插座与开关电源模块的母线连接之间存在短路、漏电等异常情况时，由漏电保护器断开开关电源模块与插座模块的连接，提供漏电保护；空气开关即低压空气断路器，可以直接控制市电电压输入至开关电源模块的通断。现有采用翘板开关的方案，在使用过程中，如果电流较大，容易产生电弧和火花，此处采用空气开关，相比现有采用普通翘板开关的方案，可以避免产生电弧和火花的潜在风险。可选地，插座模块还可以直接采用内部配置有漏电保护器和空气开关的输入插座，减少充电柜由内向外的连接布线。

本实施例提供的USB电源管理***，采用交流供电，取主电网方便，经由带跷板开关的器具输入插座后接入漏电保护器或空气开关，进入***的开关电源模块，提供供电；开关电源模块可以是N台功率为400W，输出电压为5V，输出电流为80A的独立的开关电源，将交流电转换为直流电输出，N台开关电源通过母线并联，并通过母线与一个输入插座连接，实现1+N的***布局；相比每台开关电源独立设置一个输入插座的N+1并联的***布局，可以避免***的干扰以及复杂的均流电路增加额外的故障率。

进一步地，如图2所示的连接示意图，***还可以包括：

扩展功能模块，与所述开关电源模块连接，用于给外部设备提供所述供电电压，使所述外部设备工作，其中，所述外部设备为与所述USB电源管理***所在设备连接的设备。

USB电源管理***所在设备即前述的充电柜，外部设备包括紫外消毒设备、臭氧消毒设备、散热风扇、照明灯等等可以直接根据该供电电压工作的设备中的任意一种或多种。扩展功能模块由开关电源模块统一供电，实现了充电柜的功能的可扩展性。

本实施例提供的USB电源管理***，提供了多种多重扩展功能的接口，方便不同功能的叠加。

一种实施方式中，如图3所示的连接示意图，开关电源模块包括：

逆变控制电路，用于根据预设周期，生成初始控制信号；

具体的，第一整流滤波电路的输入端，即开关电源模块的输入端与市电接口连接，接收市电电压，具体可以通过插座模块与市电接口连接。第二整流滤波电路的输出端，即开关电源模块的输出端与充电控制模块的输入端连接。逆变控制电路是开关电源模块实现将市电电压转换为不同电压值的供电电压的使能，生成相应的初始控制信号后发送给高压逆变电路，由高压逆变电路在初始控制信号使能的基础上，对第一整流滤波电路输出的直流脉动高压进行逆变处理，得到占空比可调的高频交变方波电压，再由电压转换电路将高频交变方波电压转换为目标高频交变方波电压，即待充电设备需要的高频交变方波电压，通过第二整流滤波电路进行整流和滤波处理后得到待充电设备需要的供电电压，并输入至充电控制模块，以通过USB接口将供电电压提供给对应的待充电设备。

进一步地，如图4所示的连接示意图，高压逆变电路可以包括：

具体的，高压逆变电路接收的初始控制信号作为使能信号，可以先经过变压处理进行增强，再控制第一开关单元导通，实现对直流脉动高压的逆变处理，得到高频交变方波电压。信号增强单元将逆变控制电路输出的初始控制信号进行增强，使得第一开关单元能根据增强后的目标控制信号工作，避免了控制信号电压不足无法驱动开关管工作的问题，提高了开关电源模块的可靠性。

进一步地，如图4所示的连接示意图，逆变控制电路可以包括：

具体的，逆变控制电路中，可以根据开关电源模块的输出对应进行调节，具体通过电压采样单元采样第二整流滤波电路输出的供电电压后，由脉冲控制单元根据供电电压和预设周期，生成驱动信号，以控制第二开关单元导通，实现根据驱动信号生成对应的初始控制信号，并输出初始控制信号至信号增强单元，作为高压逆变电路的使能信号。

具体的，开关电源模块的电路原理为：

如图6所示为第一整流滤波电路的电路原理图，第一整流滤波电路包括热敏电阻RT1、共模电感LF1和整流桥BD1；

共模电感LF1的引脚3分别与保险丝FUS1的一端、电阻ZNR1的一端、电阻R121的一端和电容CX1的一端连接，保险丝FUS1的另一端与市电接口的火线连接，电阻R121的另一端与电阻R120的一端连接，电阻ZNR1的另一端、电阻R120的另一端、电容CX1的另一端以及热敏电阻RT1的一端均与共模电感LF1的引脚2连接，热敏电阻RT1的另一端与市电接口的零线连接，共模电感LF1的引脚1分别与整流桥BD1的引脚3、电容CY2的一端和电容CX2的一端连接，电容CY2的另一端与电容CY1的一端连接，并接大地，电容CY1的另一端、电容CX2的另一端以及整流桥BD1的引脚2均与共模电感LF1的引脚4连接，整流桥BD1的引脚4接地，引脚1与高压逆变电路连接。

前级的热敏电阻RT1进行浪涌抑制，由共模电感LF1、电容CX1、电容CX2、电容CY1和电容CY2构成完善的EMC处理电路，实现对市电电压的电磁滤波，可以削弱市电电网对开关电源模块的干扰，减轻***对电网的污染；EMC处理电路输出电磁滤波后的市电电压，由采用桥式整流桥的整流桥BD1整流后，可以得到直流脉动高压。

如图7所示为高压逆变电路的电路原理图，高压逆变电路中，信号增强单元包括变压器T2；

变压器T2可以采用EI22变压器，变压器T2的第一输入端3和第二输入端5分别与逆变控制电路连接，电源端4通过电阻R19连接工作电压+Vcc，第一输出端7和第二输出端10均与第一开关单元连接，第一接地端8接地，第二接地端9与第一开关单元连接，飞线Fly与电压转换电路连接；

高压逆变电路中，第一开关单元包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、电解电容CD1和电解电容CD2；

功率开关管Q1的基极通过电阻R103分别与电解电容CD3的负极和电阻R105的一端连接，电阻R105的另一端分别与功率开关管Q1的发射极、二极管D103的正极和信号增强单元连接，具体与变压器T2的第二接地端9连接，电解电容CD3的正极分别与二极管D100的正极和信号增强单元连接，具体与变压器T2的第二输出端10连接，二极管D100的负极与电阻R104的一端连接，电阻R104的另一端与电解电容CD3的负极连接，还通过电阻R101和电阻R100与功率开关管Q1的集电极连接，功率开关管Q1的集电极和二极管D103的负极均与第一整流滤波电路连接，具体与整流桥BD1的引脚1连接；

功率开关管Q2的基极通过电阻R108分别与电解电容CD4的负极和电阻R109的一端连接，电阻R109的另一端、功率开关管Q2的发射极和二极管D104的正极均接地，电解电容CD4的正极分别与二极管D101的正极和信号增强单元连接，具体与变压器T2的第一输出端7连接，二极管D101的负极与电阻R102的一端连接，电阻R102的另一端与电解电容CD4的负极连接，还通过电阻R107和电阻R106与功率开关管Q2的集电极连接，功率开关管Q2的集电极和二极管D104的负极均与功率开关管Q1的发射极连接；

电解电容CD1的正极和电阻R115的一端均与第一整流滤波电路连接，具体与整流桥BD1的引脚1连接，电解电容CD1的负极、电阻R115的另一端、电解电容CD2的正极和电阻R114的一端均与电压转换电路连接，电解电容CD2的负极和电阻R114的另一端均接地。

电解电容CD1、电解电容CD2、功率开关管Q1和功率开关管Q2构成了四个桥臂，两个上桥臂和两个下桥臂，当Q1导通、Q2关断时，Q1可以与CD2构成通路，对应的，当Q1关断、Q2导通时，Q2可以与CD1构成通路，其中，Q1和Q2的导通与关断可以根据一个周期的初始控制信号对应切换，比如，在一个预设周期的上半个周期内，Q1导通Q2关断，下半个周期内，Q1关断Q2导通，具体的周期时长可以根据实际需求设定。通过功率开关管Q1和功率开关管Q2在预设周期内交替导通，将直流脉动高压转换为占空比可调的高频交变方波电压，并将此高频交变方波电压输出至电压转换电路。

如图8所示为电压转换电路和第二整流滤波电路的电路原理图，电压转换电路包括功率变压器T1；

功率变压器T1可以采用EE42变压器，功率变压器T1的初级绕组T1A的第1端与高压逆变电路连接，具体与信号增强单元中变压器T2的飞线Fly连接，初级绕组T1A的第2端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端与高压逆变电路连接，具体与第一开关单元中电解电容CD1的负极、电阻R115的另一端、电解电容CD2的正极和电阻R114的一端的共接点连接，初级绕组T1A的第2端还通过并联的电阻R110、电阻R110A、电阻R110B和电阻R110C与电容C109的一端连接，电容C109的另一端与初级绕组T1A的第1端连接；功率变压器T1的次级绕组T1B的第9-11端并联、第12-14端并联，并联的第9-11端作为次级绕组T1B的第一输出端，并联的第12-14端作为次级绕组T1B的第二输出端，第一输出端和第二输出端均与第二整流滤波电路连接，次级绕组T1B的第5-8端并联，并联的第5-8端接地，次级绕组T1B的第15端与二极管D5的正极连接，二极管D5的负极连接工作电压+Vcc，次级绕组T1B的第16端与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极连接工作电压+Vcc。

功率变压器T1的初级绕组T1A可以工作于正反两个方向的电流，双向磁化，磁化的同时也在向次级绕组T1B传递能量，电流在一个周期里面对称，电容C3隔直通交，因此不存在饱和难题；次级绕组T1B接收到初级绕组T1A传递的能量，实现电压转换，将高频交变方波电压转换为目标高频交变方波电压，再输出至第二整流滤波电路。

继续参照图8的电路原理图，第二整流滤波电路包括肖特基管D11、肖特基管D12、肖特基管D13和肖特基管D14；

肖特基管D11的引脚1和引脚3以及肖特基管D12的引脚1和引脚3均与电压转换电路连接，具体与功率变压器T1中次级绕组T1B的第一输出端连接，还通过并联的电阻R306、电阻R305和电阻R304与电容C300的一端连接，电容C300的另一端分别与肖特基管D11的引脚2、肖特基管D12的引脚2、电感L1的一端、肖特基管D13的引脚2和肖特基管D14的引脚2连接，肖特基管D13的引脚2和肖特基管D14的引脚2还通过并联的电阻R306-1、电阻R305-1和电阻R304-1与电容C300-1的一端连接，电容C300-1的另一端、肖特基管D13的引脚1和引脚3以及肖特基管D14的引脚1和引脚3均与电压转换电路连接，具体与功率变压器T1中次级绕组T1B的第二输出端连接；电感L1的另一端分别与电解电容CD9的正极、电解电容CD10的正极、电解电容CD11的正极和电解电容CD12的正极连接，还与电阻R300的一端、电阻R301的一端、电阻R302的一端、发光二极管LED1的正极和充电控制模块连接，发光二极管LED1的另一端通过电阻R303接地，电解电容CD9的负极、电解电容CD10的负极、电解电容CD11的负极、电解电容CD12的负极、电阻R300的另一端、电阻R301的另一端和电阻R302的另一端均接地。

第二整流滤波电路采用肖特基管D12-D14对次级绕组T1B输出的目标高频交变方波电压进行整流，然后通过电感L1与电解电容CD9-CD12构成的LC滤波储能电路对整流后的目标高频交变方波电压进行滤波，得到理想的目标直流输出电压+V，作为供电电压并输出。

如图9所示为逆变控制电路的电路原理图，逆变控制电路中，电压采样单元包括电位器SVR1、功率开关管Q5以及多个电阻；

电容C8的一端、电阻R17的一端和电阻R16的一端均与第二整流滤波电路连接，采样供电电压+V，电容C8的另一端和电阻R17的另一端均与电阻R18的一端连接，电容C8的另一端还与脉冲控制单元连接，电阻R18的另一端分别与电位器SVR1的第2端、电阻R23的一端和电阻R24的一端连接，电阻R16的另一端分别与功率开关管Q5的基极和电阻R15的一端连接，电位器SVR1的第1端和第3端、电阻R23的另一端、电阻R24的另一端、电阻R15的另一端和功率开关管Q5的发射极均接地，功率开关管Q5的集电极通过电阻R14和稳压二极管ZD1与工作电压+Vcc连接，还分别与电解电容CD7的正极和二极管D1的正极连接，二极管D1的负极分别与电阻R3的一端和脉冲控制单元连接，电阻R3的另一端和电解电容CD7的负极均接地。

逆变控制电路中，脉冲控制单元包括控制器U1及其***器件；

控制器U1可以采用TL494型号的脉宽调制控制芯片，具有两个闭环回路；控制器U1的引脚1与电压采样单元连接，具体与电压采样单元中电容C8的另一端连接；控制器U1的引脚2分别与电阻R4的一端、电阻R5的一端和电阻R6的一端连接，电阻R4的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端分别与电容C4的一端、电容C5的一端和控制器U1的引脚3连接，电容C4的另一端接地，电容C5的另一端通过电阻R7与控制器U1的引脚15连接，电阻R5的另一端接地，电阻R6的另一端分别与电阻R9的一端、控制器U1的引脚13和引脚14连接，电阻R9的另一端与控制器U1的引脚15连接，引脚2还通过电容C31与引脚3连接；控制器U1的引脚3还通过电容C4接地；控制器U1的引脚4分别与电阻R8的一端、电解电容C6的一端和电压采样单元连接，具体与电压采样单元中二极管D1的负极和电阻R3的一端连接，电阻R8的另一端和电解电容C6的另一端均与控制器U1的引脚13和引脚14连接；控制器U1的引脚5与电容C1的一端连接，引脚6与电阻R2的一端连接，电容C1的另一端、电阻R2的另一端和引脚7均接地；控制器U1的引脚8与第二开关单元连接，引脚9与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端分别与引脚8和电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与工作电压+Vcc连接；控制器U1的引脚10与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端分别与引脚11和电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与工作电压+Vcc连接，引脚11还与第二开关单元连接；电阻R10的另一端和电阻R11的另一端还与电容C9的一端和电解电容CD5的正极连接，引脚9、引脚10、电容C9的另一端和电解电容CD5的负极接地；控制器U1的引脚12与工作电压+Vcc连接；控制器U1的引脚13和引脚14还与电解电容C32的正极连接，电解电容C32的负极接地；控制器U1的引脚16分别与电阻R13的一端和电容C7的一端连接，电阻R13的另一端和电容C7的另一端接地。

逆变控制电路中，第二开关单元包括三极管Q3和三极管Q4；

三极管Q3的基极与脉冲控制单元连接，具体与控制器U1的引脚11连接，三极管Q3的集电极分别与二极管D8的负极和高压逆变电路连接，具体与信号增强单元中变压器T2的第一输入端3连接，三极管Q3的发射极分别与三极管Q4的发射极、二极管D8的正极、二极管D7的正极、二极管D9的正极和电解电容CD6的正极连接，三极管Q4的基极与脉冲控制单元连接，具体与控制器U1的引脚8连接，三极管Q4的集电极分别与二极管D7的负极和高压逆变电路连接，具体与信号增强单元中变压器T2的第二输入端5连接，二极管D9的负极与二极管D10的正极连接，二极管D10的负极和电解电容CD6的负极均接地。

控制器U1根据电容1和电阻R2调节预设周期，在预设周期的前半周期通过引脚11输出驱动信号控制三极管Q3导通，生成初始控制信号，并输出初始控制信号控制高压逆变电路中第一开关单元的功率开关管Q1导通；在预设周期的后半周期通过引脚8输出驱动信号控制三极管Q4导通，生成初始控制信号，并输出初始控制信号控制功率开关管Q2导通；可以理解，本实施例中控制器U1的引脚11和引脚8分别输出反相的驱动信号，用于在预设周期内交替驱动三极管Q3和三极管Q4导通。

通过电压采样单元采样开关电源模块输出的电压即供电电压给控制器U1，与控制器U1构成电压环路，使得开关电源模块可以处于电压动态平衡。开关电源模块采用半桥工作模式，且采用了完备的EMC措施，可以避免大量充电负载之间的干扰，更能达到完美的充电效果。

本实施例中，如图10所示为开关电源模块中涉及的各个接口的电路原理图，各个接口包括用于将该开关电源模块得到的供电电压输出的接口，连接市电电网或插座模块的接口等等。比如，可以在第二整流滤波电路的输出端设置接口CN1和接口CN2，输出供电电压；可以在第一整流滤波电路的输入端设置接口JXZ，包括三线，用于连接市电接口的火线L、零线N和地线FG；可以单独设置接口V1和接口V2，将工作电压+Vcc通过电压转换器U3转换为其他电压值的工作电压后通过接口V1和V2提供给需要的设备，其中，电压转换器U3的输入端分别与工作电压+Vcc和电容C10的一端连接，输出端分别与电阻R21的一端和接口V1连接，可调整电压引脚ADJ分别与电阻R21的另一端和电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端和电容C10的另一端接地；还可以在第二整流滤波电路中，整流器之后，滤波器之前，设置接口J1、J2、TT2、TT3和TT4等不同的接口，在电感L1的另一端设置接口TT1，用于将目标高频交变方波电压进行整流后直接提供给需要的设备；扩展功能模块可以包括接口PAD1、PAD2、PAD3、PAD4、PAD5，加热接口300SRQ，接口PAD7、PAD8和PAD9，用于连接各种外部设备，当不需要连接时，接口置空即可。开关电源模块中，各端口还可以通过一个电容接大地，比如，第二整流滤波电路的输出端可以通过电容CY5接大地，功率变压器T1的次级绕组T1B中并联的第5-8端接地时可以通过电容CY3接大地，其他接地端可以通过电容CY4接大地。各个接口可实现的功能和具体的连接方式还可以根据实际情况调整。

另一种实施方式中，如图5所示的连接示意图，开关电源模块还可以包括：

如图9所示的电路原理图，过温保护电路包括温度保护开关RTSW1，温度保护开关RTSW1可以采用TB05-A型号的保护开关，一端与控制器U1的引脚12连接，另一端与工作电压+Vcc连接。当检测到开关电源模块中温度过高时，自动处于保护状态，切断逆变控制电路中脉冲控制单元的工作电源，使逆变控制电路停止工作，从而使整个开关电源模块停止工作，避免因为温度过高，使得开关电源模块损坏，甚至出现其他故障。

如图9所示的电路原理图，过压保护电路包括稳压二极管ZD2和二极管D2，稳压二极管ZD2的负极与第二整流滤波电路连接，具体通过电压采样单元与第二整流滤波电路连接，稳压二极管ZD2的正极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与逆变控制电路中电压采样单元的功率开关管Q5的集电极连接，控制电压采样单元输入至脉冲控制单元的控制器U1的信号即过压检测信号，从而使控制器U1根据过压检测信号调整输出至第二开关单元的驱动信号的占空比，从而调整输出的初始控制信号，使高压逆变电路停止工作，实现过压保护功能。

如图9所示的电路原理图，过载保护电路包括功率电阻JR1、JR2、JR3、JR4、JR5和JR6构成的电流反馈电路，其中，功率电阻JR1-JR6的一端均与第二整流滤波电路连接，另一端均与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与逆变控制电路中脉冲控制单元的控制器U1的引脚15连接，采样得到的反馈信号即过流检测信号输入至脉冲控制单元的控制器U1，使控制器U1根据过流检测信号调整输出至第二开关单元的驱动信号的占空比，从而调整输出的初始控制信号，使高压逆变电路停止工作，实现过载保护功能。

进一步地，如图11所示的连接示意图，充电控制模块包括：

具体的，如图12所示为USB开关电路的电路原理图，USB开关电路包括连接器CN4、开关芯片U2和连接器CN3；

开关芯片U2可以采用集成超低导通电阻的型号为SC7002的N通道MOSFET芯片，该芯片为USB端口应用程序的大电流开关，集成了USB充电接口控制器，自动支持电池充电规范的DCP方案、分频模式和1.2V/1.2V模式，并且具有输入过压保护、欠压保护、输出短路保护和过热保护等功能。连接器CN3可以采用A型USB端口，具有DP数据线引脚D_P和DM数据线引脚D_N。

其中，连接器CN4可以与开关电源模块的输出接口CN1或CN2连接，连接器CN4分别与电解电容C13的一端、陶瓷电容C14的一端和开关芯片U2的输入端VIN连接，开关芯片U2的输入端VIN还与输入电压+5VIN连接，该输入电压+5VIN可以是开关电源模块的输出提供，也可以是外部电源提供，电解电容C13的另一端和陶瓷电容C14的另一端接地，开关芯片U2的设置端ISET通过电阻R25接地，***电阻R25可以实现对开关芯片U2的输出电流的可编程，支持A型USB端口、DP信号和DM信号，开关芯片U2可以监控DP数据线和DM数据线的电压，具体通过开关芯片U2的DP端与连接器CN3的引脚D_P连接，通过开关芯片U2的DM端与连接器CN3的引脚D_N连接，开关芯片U2的输出端VOUT分别与陶瓷电容C11的一端、电解电容C12的一端和连接器CN3的引脚VBUS连接，陶瓷电容C11的另一端和电解电容C12的另一端接地，连接器CN3的引脚GND通过功率电阻R26接地，还与状态显示电路连接。

为了实现整个USB电源管理***的均衡和干扰的抑制，在对单个充电控制模块实现输入供电电压的同时，通过电解电容C13来消除直流负载产生的不良电压影响，陶瓷电容C14和C11则可以防止充电控制模块中寄生参数的影响产生自激，还在输出端VOUT加入电解电容C12，可以使得充电的直流电压更加优化。该USB开关电路可以防止***接入多种待充电设备，比如各种不同的电子终端设备，产生的干扰。

具体的，如图13所示为状态显示电路的电路原理图，状态显示电路包括控制芯片U3和不同颜色的指示灯RL1和BL1；

控制芯片U3的正输入端IN+分别与电阻R29的一端和电阻R30的一端连接，电阻R29的另一端与输入电压+5VIN连接，电阻R30的另一端接地，控制芯片U3的负输入端IN-与USB开关电路连接，具体与连接器CN3的引脚GND连接，控制芯片U3的电源端VDD分别与电阻R27的一端和电容C15的一端连接，电阻R27的另一端与输入电压+5VIN连接，电容C15的另一端接地，控制芯片U3的第一输出端RL+与指示灯RL1的正极连接，控制芯片U3的第二输出端BL+与指示灯BL1的正极连接，指示灯RL1的负极和指示灯BL1的负极均与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地。

控制芯片U3可以采用HX528A/HX508A电流检测芯片，对功率电阻R26进行电压检测，与内部电压基准构成施密特触发器的输入，通过比较器的输出来控制指示灯RL1、BL1的状态，更人性化的对***的充电状态进行显示。

需要说明，上述电路原理中，可以通过极短线路走线的方式布局，就近原则，避免线路走线复杂，自身产生干扰，进一步优化了***的充电效果。

本实施例的USB电源管理***，通过增设插座模块和扩展功能模块，可以给***提供漏电保护功能，并实现更多扩展功能；开关电源模块中，通过逆变控制电路统一控制，市电电压经由第一整流滤波电路、高压逆变电路、电压转换电路和第二整流滤波电路后，转换为不同电压值的供电电压，可以提供给各种不同需求的待充电设备，方便充电设备的数量扩展，使***更符合各种待充电设备需求，提高供电效果；减少了电源适配器的使用，从而减少了电源适配器的插线布局，整个***布线简单，提高了***安全性。

实施例三

参照图14，图14为本发明USB电源管理***第三实施例的连接示意图；在实施例一或实施例二的基础上，本实施例继续提出一种USB电源管理***。

进一步地，如图14所示的连接示意图，所述***还可以包括：

USB电源管理***所在设备即前述的充电柜，所述外部***可以包括充电柜的智能控制***、人脸识别***等充电柜所具有的不同功能对应的***结构，具体可以给这些外部***内的各个模块提供供电电压，比如，可以给主控模块、存储模块、显示模块、无线模块、蓝牙模块、锁控模块、红外模块、指纹模块、摄像头模块、刷卡模块和照明模块等等可以直接根据该供电电压工作的模块器件中的任意一种或多种同时提供所述供电电压。

本实施例提供的USB电源管理***，提供了给USB电源管理***所在的充电柜内其他外部***供电的供电输出模块，将供电电压输出至外部***的各个模块，可以提高充电柜内电源的使用效率和有效节约成本。

实施例四

本实施例提出一种充电柜，该充电柜可以包括：

本体以及USB电源管理***。

其中，USB电源管理***设置在本体内。

进一步地，充电柜还可以包括：

设置在本体内并与该USB电源管理***连接的外部***。

需要说明，USB电源管理***的具体结构可以参照上述所有实施例，由于本实施例采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

需要说明，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种USB电源管理***，其特征在于，所述***包括：

2.如权利要求1所述的USB电源管理***，其特征在于，所述***还包括：

3.如权利要求2所述的USB电源管理***，其特征在于，所述插座模块包括：

输入插座，与所述市电接口连接，用于插接所述市电接口；

4.如权利要求1所述的USB电源管理***，其特征在于，所述***还包括：

和/或，

5.如权利要求1所述的USB电源管理***，其特征在于，所述开关电源模块包括：

逆变控制电路，用于根据预设周期，生成初始控制信号；

6.如权利要求5所述的USB电源管理***，其特征在于，所述高压逆变电路包括：

7.如权利要求6所述的USB电源管理***，其特征在于，所述逆变控制电路包括：

8.如权利要求5所述的USB电源管理***，其特征在于，所述开关电源模块还包括：

9.如权利要求1所述的USB电源管理***，其特征在于，所述充电控制模块包括：

10.一种充电柜，其特征在于，包括：

本体以及如权利要求1至9中任一项所述的USB电源管理***；

所述USB电源管理***设置在所述本体内。