CN218603208U - 一种电池包usb插拔自识别的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体公开了一种电池包USB插拔自识别的电路，包括电池组、BUCK降压模块、USB母座和USB公座；所述电池组的正极引脚连接BUCK降压模块的输入端，所述BUCK降压模块的输出端连接USB母座的电源引脚，所述电池组的负极引脚连接USB母座的接地引脚；所述USB母座的外壳金属固定脚连接BUCK降压模块的输入端；所述USB母座的外壳金属固定脚与其接地引脚为不同电气属性，所述USB公座的外壳金属固定脚与其接地引脚为相连接的电气属性；本实用新型能够实现电池包无论在工作状态还是在休眠状态，当USB公座与USB母座对插连接或拔出时，即可正常识别唤醒并开始充电或使BUCK降压模块进入停止状态，控制方便，且有利于降低电路闲置状态的功耗。

Description

一种电池包USB插拔自识别的电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种电池包USB插拔自识别的电路。

背景技术

目前，大多数电子设备都具备通用串行总线USB接口，通过USB接口，用户能够方便的对电子设备进行充电、传输数据等操作。

基于USB接口功能，当电子设备处于开机状态时，在通过电池包给电子设备充电时，需要长时间轮询检测电子设备是否***，存在一直损耗电量的现象；当电子设备处于休眠状态时，若电子设备的USB接口处于***状态，此时电子设备也无法做出相应，需要先通过按键激活电子设备，才可以给电子设备充电，存在操作繁琐的问题。

实用新型内容

针对上述存在的操作繁琐和损耗电量的问题，本实用新型提供了一种电池包USB插拔自识别的电路，能够实现电池包无论在工作状态还是在休眠状态，当USB公座与USB母座对插连接或拔出时，即可正常识别唤醒并开始充电或使BUCK降压模块进入停止状态，控制方便，且有利于降低电路闲置状态的功耗。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的具体方案如下：

一种电池包USB插拔自识别的电路，包括电池组、BUCK降压模块、USB母座和USB公座；

所述电池组的正极引脚连接BUCK降压模块的输入端，所述BUCK降压模块的输出端连接USB母座的电源引脚，所述电池组的负极引脚连接USB母座的接地引脚；

所述USB母座的外壳金属固定脚连接BUCK降压模块的输入端；

所述USB母座的外壳金属固定脚与其接地引脚为不同电气属性，所述USB公座的外壳金属固定脚与其接地引脚为相连接的电气属性。

可选的，所述BUCK降压模块包括第一开关单元、第二开关单元和BUCK降压芯片，所述第一开关单元连接USB母座的外壳金属固定脚和第二开关单元，所述第二开关单元连接BUCK降压芯片的输入端，通过第一开关单元和第二开关电路唤醒BUCK降压芯片，使电池组正常给外部电子设备充电。

可选的，所述第一开关单元包括第一三极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端连接USB母座的外壳金属固定脚，第一电阻的另一端连接第一三极管的基极，所述第二电阻位于第一三极管的基极和发射极之间，第一电阻起到限流作用，防止大电流损坏第一三极管，第二电阻能够有效防止第一三极管的误触发，提高电路工作的稳定性。

可选的，所述第一开关单元还包括设于第一三极管的集电极与第二开关单元之间的第三电阻、第一瞬态抑制二极管、第一电容，所述第三电阻、第一瞬态抑制二极管和第一电容为并联连接关系，第三电阻起到限流作用，避免损坏第一三极管，第一瞬态抑制二极管能够有效保护两极器件免受各种浪涌脉冲的损坏，提高电路工作的稳定性，第一电容起到滤波作用。

可选的，所述第二开关单元包括第二三极管和第四电阻，所述第四电阻的一端连接第一开关单元，第四电阻的另一端连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接BUCK降压芯片的输入端，第四电阻起到限流作用，防止大电流损坏第二三极管。

可选的，所述电路还包括MCU主控模块，所述MCU主控模块分别连接USB母座的外壳金属固定脚、电池组和BUCK降压模块的输入端，通过MCU主控模块准确计算电池组的容量，在电池组容量低时，切断供电回路，防止耗尽电池组的电量。

可选的，所述MCU主控模块包括第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元和MCU主控芯片；

所述第三开关单元连接USB母座的外壳金属固定脚和MCU主控芯片，所述第四开关单元连接MCU主控芯片和第五开关单元，所述第五开关单元位于电池组与BUCK降压模块的输入端之间，所述MCU主控芯片连接电池组，设置多个开关单元起到对应的导通与截止作用，实现MCU主控模块计算电池组的容量及切断供电回路的功能。

可选的，所述第三开关单元包括第三三极管、第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端连接USB母座的外壳金属固定脚，第五电阻的另一端连接第三三极管的基极，所述第六电阻位于第三三极管的基极和发射极之间，第五电阻起到限流作用，防止大电流损坏第三三极管，第六电阻能够有效防止第三三极管的误触发，提高电路工作的稳定性。

可选的，所述第三开关单元还包括设于第三三极管的集电极与MCU主控芯片之间的第七电阻、第二瞬态抑制二极管、第二电容，所述第七电阻、第二瞬态抑制二极管和第二电容为并联连接关系，第七电阻起到限流作用，避免损坏第三三极管，第二瞬态抑制二极管能够有效保护两极器件免受各种浪涌脉冲的损坏，提高电路工作的稳定性，第二电容起到滤波作用。

可选的，所述第四开关单元包括第四三极管和第八电阻，所述第八电阻的一端连接MCU主控芯片，第八电阻的另一端连接第四三极管的基极，所述第四三极管的集电极连接第五开关单元，第八电阻起到限流作用，防止大电流损坏第四三极管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种电池包USB插拔自识别的电路，能够实现电池包无论在工作状态还是在休眠状态，当USB公座与USB母座对插连接或拔出时，即可正常识别唤醒并开始充电或使BUCK降压模块进入停止状态，控制方便，且有利于降低电路闲置状态的功耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的一种电池包USB插拔自识别的原理图；

图2为本实用新型实施例中提供的USB母座和USB公座的原理图；

图3为本实用新型另一实施例中提供的一种电池包USB插拔自识别的原理图；

图4为本实用新型另一实施例中提供的MCU主控模块的原理图。

具体实施方案

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

例如，一种电池包USB插拔自识别的电路，包括电池组、BUCK降压模块、USB母座和USB公座；所述电池组的正极引脚连接BUCK降压模块的输入端，所述BUCK降压模块的输出端连接USB母座的电源引脚，所述电池组的负极引脚连接USB母座的接地引脚；所述USB母座的外壳金属固定脚连接BUCK降压模块的输入端；所述USB母座的外壳金属固定脚与其接地引脚为不同电气属性，所述USB公座的外壳金属固定脚与其接地引脚为相连接的电气属性。

本实施例提供的一种电池包USB插拔自识别的电路，能够实现电池包无论在工作状态还是在休眠状态，当USB公座与USB母座对插连接或拔出时，即可正常识别唤醒并开始充电或使BUCK降压模块进入停止状态，控制方便，且有利于降低电路闲置状态的功耗。

实施例一：

如图1和图2所示，一种电池包USB插拔自识别的电路，包括电池组、BUCK降压模块、USB母座和USB公座；电池组用于提供电源，BUCK降压模块用于为电子设备输出电压，USB母座作为拔插识别接口，USB公座用于与USB母座的对插连接。

其中，电池组的正极引脚VBAT连接BUCK降压模块的输入端，BUCK降压模块的输出端连接USB母座的电源引脚USB_5V，电池组的负极引脚GND连接USB母座的接地引脚USB_GND，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND连接BUCK降压模块的输入端。

参考图2，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND与其接地引脚USB_GND为不同电气属性，USB公座的外壳金属固定脚Shell_GND与其接地引脚Shell_GND为相连接的电气属性，在USB母座和USB公座插合后，实现USB母座的接地引脚USB_GND与USB公座的接地引脚Shell_GND相连接，从而实现USB的插拔信号识别。

在具体插拔自识别过程中，当USB母座与USB公座未插合时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND悬空，BUCK降压模块处于停止状态；当USB母座与USB公座相连接时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND通过USB公座的接地引脚Shell_GND，使其自身的接地引脚USB_GND连接至电池组的负极引脚GND，使能BUCK降压模块处于工作状态，使电路正常输出电压USB_5V。

该示例中，使电池组无论在工作状态还是在休眠状态，当USB公座与USB母座对插连接时即可正常识别唤醒并开始充电，无需多余动作，简单方便，且BUCK降压模块可工作输出电压，当USB公座与USB母座未插合时，BUCK降压模块即可进入停止状态，电路闲置状态的功耗几乎为0，有效精准判断USB插拔状态及是否开启充电。

实施例二：

参考图1，BUCK降压模块包括第一开关单元、第二开关单元和BUCK降压芯片，第一开关单元连接USB母座的外壳金属固定脚和第二开关单元，第二开关单元连接BUCK降压芯片的输入端，通过第一开关单元和第二开关电路唤醒BUCK降压芯片，使电池组正常给外部电子设备充电。

当USB母座与USB公座未插合时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND悬空，第一开关单元不导通，第二开关单元也相应处于不导通状态，因此，BUCK降压芯片处于停止状态；当USB母座与USB公座相连接时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND通过USB公座的接地引脚Shell_GND，使其自身的接地引脚USB_GND连接至电池组的负极引脚GND，使第一开关单元导通，第二开关单元也导通，使能BUCK降压芯片处于作业状态，使电路正常输出电压USB_5V。

具体的，第一开关单元包括第一三极管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1的一端连接USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND，第一电阻R1的另一端连接第一三极管Q1的基极，第二电阻R2位于第一三极管Q1的基极和发射极之间，第一电阻R1起到限流作用，防止大电流损坏第一三极管Q1，第二电阻R2能够有效防止第一三极管Q1的误触发，提高电路工作的稳定性。

当USB母座与USB公座未插合时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND悬空，第一电阻R1和第二电阻R2被电路中3.3V电源拉高，使得第一三极管Q1不导通，因此，第二开关单元也不导通，BUCK降压芯片的EN引脚为高电平，BUCK降压芯片处于停止状态；当USB母座与USB公座相连接时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND通过USB公座的接地引脚Shell_GND，使其自身的接地引脚USB_GND连接至电池组的负极引脚GND，使第一三极管Q1导通，第二开关单元导通后，BUCK降压芯片的EN引脚拉低，使BUCK降压芯片处于作业状态，使电路正常输出电压USB_5V。

在该示例中，第一开关单元还包括设于第一三极管Q1的集电极与第二开关单元之间的第三电阻R3、第一瞬态抑制二极管TVS1、第一电容C1，第三电阻R3、第一瞬态抑制二极管TVS1和第一电容C1为并联连接关系，第三电阻R3起到限流作用，避免损坏第一三极管Q1，第一瞬态抑制二极管TVS1能够有效保护两极器件免受各种浪涌脉冲的损坏，提高电路工作的稳定性，第一电容C1起到滤波作用。

当USB母座与USB公座未插合时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND悬空，第一电阻R1和第二电阻R2被电路中3.3V电源拉高，使得第一三极管Q1不导通，第二开关单元也不导通，因此，BUCK降压芯片的EN引脚为高电平，BUCK降压芯片处于停止状态。

第二开关单元包括第二三极管Q2和第四电阻R4，第四电阻R4的一端连接第一开关单元，第四电阻R4的另一端连接第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的集电极连接BUCK降压芯片的输入端，第四电阻R4起到限流作用，防止大电流损坏第二三极管Q2。

实施例三：

参考图3，不同的BUCK降压芯片的使能信号或有不同，当BUCK降压芯片的使能信号为高电平有效时，USB识别信号唤醒BUCK降压芯片开启工作状态，可参考图3的部分电路实现高电平有效的使能信号使BUCK降压模块开启工作。

实施例四：

如图1和图4所示，该电路还包括MCU主控模块，单独驱动使能模块给外部电子设备充电，存在电池组电量极低时仍给电子设备充电的风险，导致电池组电量完全耗尽，为避免这种恶劣情况发生，需要设置MCU主控模块对USB_5V输出的电流进行采样，准确计算电池包的容量，在电池组容量低时，切断供电回路，防止耗尽电池组的电量。MCU主控模块分别连接USB母座的外壳金属固定脚、电池组和BUCK降压模块的输入端。

当USB母座与USB公座相连接时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND会唤醒MCU主控模块，MCU主控模块对电池组进行电压监控，准确计算电池包的容量，在电池组容量低时，切断供电回路，防止耗尽电池组的电量。

具体的，参考图1和图4，MCU主控模块包括第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元和MCU主控芯片；第三开关单元连接USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND和MCU主控芯片，第四开关单元连接MCU主控芯片和第五开关单元，第五开关单元位于电池组与BUCK降压模块的输入端之间，MCU主控芯片连接电池组，设置多个开关单元起到对应的导通与截止作用，实现MCU主控模块计算电池组的容量及切断供电回路的功能。

当USB母座与USB公座相连接时，USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND通过USB公座的接地引脚Shell_GND，使其自身的接地引脚USB_GND连接至电池组的负极引脚GND，使第三开关单元导通，将MCU主控芯片的WKUP引脚拉高，唤醒MCU主控芯片，接着通过MCU主控芯片的AD1至ADn引脚对电池组进行电压监控，判断电池组仍有充裕电量后，将BK_EN引脚拉高，使第四开关单元导通，随后第五开关单元也导通，电池组正常给BUCK降压模块供电，BUCK降压模块便可正常工作输出USB_5V，MCU主控芯片在使能模块工作过程中，通过RSP引脚和RSN引脚检测电流，进行库伦计算电量，根据电池组的电量判断是否需要断开BUCK降压模块的工作。

在MCU主控芯片唤醒后通过AD1至ADn引脚对电池组进行电压监控，判断电池组电量低时，保持BK_EN引脚为低，第四开关单元和第五开关单元不导通，电池组不给BUCK降压模块供电，BUCK降压模块无法正常工作。当USB公座拔出后，BUCK降压芯片的EN引脚为高电平，第一开关单元和第二开关单元不导通，BUCK降压模块进行停止模式。

具体的，第三开关单元包括第三三极管Q3、第五电阻R5和第六电阻R6，第五电阻R5的一端连接USB母座的外壳金属固定脚Shell_GND，第五电阻R5的另一端连接第三三极管Q3的基极，第六电阻R6位于第三三极管Q3的基极和发射极之间，第五电阻R5起到限流作用，防止大电流损坏第三三极管Q3，第六电阻R6能够有效防止第三三极管Q3的误触发，提高电路工作的稳定性。

在该示例中，第三开关单元还包括设于第三三极管Q3的集电极与MCU主控芯片之间的第七电阻R7、第二瞬态抑制二极管TVS2、第二电容C2，第七电阻R7、第二瞬态抑制二极管TVS2和第二电容C2为并联连接关系，第七电阻R7起到限流作用，避免损坏第三三极管Q3，第二瞬态抑制二极管TVS2能够有效保护两极器件免受各种浪涌脉冲的损坏，提高电路工作的稳定性，第二电容C2起到滤波作用。

第四开关单元包括第四三极管Q4和第八电阻R8，第八电阻R8的一端连接MCU主控芯片，第八电阻R8的另一端连接第四三极管Q4的基极，第四三极管Q4的集电极连接第五开关单元，第八电阻R8起到限流作用，防止大电流损坏第四三极管Q4。

综上所述，本实用新型提供的一种电池包USB插拔自识别的电路，能够实现电池包无论在工作状态还是在休眠状态，当USB公座与USB母座对插连接或拔出时，即可正常识别唤醒并开始充电或使BUCK降压模块进入停止状态，控制方便，且有利于降低电路闲置状态的功耗。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

Claims (10)

1.一种电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，包括电池组、BUCK降压模块、USB母座和USB公座；

所述电池组的正极引脚连接BUCK降压模块的输入端，所述BUCK降压模块的输出端连接USB母座的电源引脚，所述电池组的负极引脚连接USB母座的接地引脚；

所述USB母座的外壳金属固定脚连接BUCK降压模块的输入端；

所述USB母座的外壳金属固定脚与其接地引脚为不同电气属性，所述USB公座的外壳金属固定脚与其接地引脚为相连接的电气属性。

2.根据权利要求1所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述BUCK降压模块包括第一开关单元、第二开关单元和BUCK降压芯片，所述第一开关单元连接USB母座的外壳金属固定脚和第二开关单元，所述第二开关单元连接BUCK降压芯片的输入端。

3.根据权利要求2所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一三极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端连接USB母座的外壳金属固定脚，第一电阻的另一端连接第一三极管的基极，所述第二电阻位于第一三极管的基极和发射极之间。

4.根据权利要求3所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述第一开关单元还包括设于第一三极管的集电极与第二开关单元之间的第三电阻、第一瞬态抑制二极管、第一电容，所述第三电阻、第一瞬态抑制二极管和第一电容为并联连接关系。

5.根据权利要求2所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第二三极管和第四电阻，所述第四电阻的一端连接第一开关单元，第四电阻的另一端连接第二三极管的基极，第二三极管的集电极连接BUCK降压芯片的输入端。

6.根据权利要求1所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述电路还包括MCU主控模块，所述MCU主控模块分别连接USB母座的外壳金属固定脚、电池组和BUCK降压模块的输入端。

7.根据权利要求6所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述MCU主控模块包括第三开关单元、第四开关单元、第五开关单元和MCU主控芯片；

所述第三开关单元连接USB母座的外壳金属固定脚和MCU主控芯片，所述第四开关单元连接MCU主控芯片和第五开关单元，所述第五开关单元位于电池组与BUCK降压模块的输入端之间，所述MCU主控芯片连接电池组。

8.根据权利要求7所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述第三开关单元包括第三三极管、第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端连接USB母座的外壳金属固定脚，第五电阻的另一端连接第三三极管的基极，所述第六电阻位于第三三极管的基极和发射极之间。

9.根据权利要求8所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述第三开关单元还包括设于第三三极管的集电极与MCU主控芯片之间的第七电阻、第二瞬态抑制二极管、第二电容，所述第七电阻、第二瞬态抑制二极管和第二电容为并联连接关系。

10.根据权利要求7所述的电池包USB插拔自识别的电路，其特征在于，所述第四开关单元包括第四三极管和第八电阻，所述第八电阻的一端连接MCU主控芯片，第八电阻的另一端连接第四三极管的基极，所述第四三极管的集电极连接第五开关单元。

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