CN220421433U - 一种设置有输出端防反灌保护电路的usb充电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其包括：直流‑直流转换模块；输出端防反灌保护电路，其包括开关管Q1、电阻R1、电阻R2、电压比较器U1，开关管Q1的第一连接端与连接节点A相连，其第二连接端与连接节点B相连，其控制端与连接节点C相连；连接节点A与直流‑直流转换模块的输出端相连，连接节点B与USB充电设备的输出端相连；电压比较器U1的第一输入端与连接节点D相连，其第二输入端与连接节点E相连，其输出端经电阻R2与连接节点C相连。与现有技术相比，本实用新型可以实现当USB充电设备输出端出现电压反灌时进行保护，从而起到保护USB充电设备的作用。

Description

一种设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备

【技术领域】

本实用新型涉及USB(Universal Serial Bus，即通用串行总线)充电技术领域，特别涉及一种设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备。

【背景技术】

请参考图1所示，其为现有技术中的一种USB充电设备的部分电路示意图。图1所示的USB充电设备具有DCDC模块(即直流-直流转换模块)110，为USB充电设备提供输出电源，其中，DCDC模块110包括DCDC芯片和输入端电容C1，DCDC模块110用于将某一电压等级的直流电源变换为其他电压等级直流电源。当USB充电设备出现电压反灌情况，即反向给USB充电设备输出端提供一个高于Vout电压值的电压。由于USB充电设备内部DCDC模块110的电路拓扑原因，当USB充电设备输出端存在一个高于Vout电压值的电压时，DCDC模块110的输出端将会给DCDC模块110的输入端供电，根据DCDC芯片内部拓扑，此时DCDC芯片等效为升压模式，不断给DCDC模块110的输入端充电，从而会出现DCDC模块110的输入端电压持续增高的情况。当上述情况发生时，会出现两种存在风险的情况：一、当DCDC模块110的输入端电压升高至超出DCDC芯片输入引脚耐压时，会出现损坏DCDC芯片的情况；二、当DCDC模块110的输入端电压升高至超过DCDC模块110的输入端滤波电容耐压时，会出现损坏输入端电容C1的情况，从而出现电容短路的问题。因此，需要针对USB充电设备做出输出端防反灌保护措施。

目前，部分DCDC芯片输出端具有输出电压过电压保护方式，但是过压保护电压值设置会比DCDC模块110的输出电压值高出很多，当出现电压反灌情况时，反灌电压并不会超过过压保护电压值，从而无法起到保护作用；多数DCDC芯片不具有输出端电压过电压保护。因此，当DCDC模块110的输出端出现电压反灌时，会存在损坏DCDC芯片或输入端电容C1的情况，具有风险性。

因此，有必要提出一种新的技术方案来解决上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的之一在于提供一种设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其可以实现当USB充电设备输出端出现电压反灌时进行保护，从而起到保护USB充电设备的作用。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种USB充电设备，其包括：直流-直流转换模块，其用于提供直流电源；输出端防反灌保护电路，其包括开关管Q1、电阻R1、电阻R2、电压比较器U1，其中，所述开关管Q1的第一连接端与连接节点A相连，其第二连接端与连接节点B相连，其控制端与连接节点C相连；所述连接节点A与所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc相连，所述连接节点B与所述USB充电设备的输出端Vusb相连；所述电压比较器U1的第一输入端与连接节点D相连，其第二输入端与连接节点E相连，其输出端经所述电阻R2与所述连接节点C相连；所述连接节点D与所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc相连；所述连接节点E与所述USB充电设备的输出端Vusb相连。

与现有技术相比，本实用新型在直流-直流转换模块的输出端和USB充电设备的输出端之间设置有输出端防反灌保护电路，其利用MOS管和电压比较器实现当USB充电设备输出端出现电压反灌时进行保护，从而起到保护USB充电设备的作用。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中的一种USB充电设备的部分电路示意图；

图2为本实用新型在一个实施例中的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备的电路示意图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的耦接、连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接相连，比如A与B相连，既包括A和B直接电性相连，还包括A通过电元器件或电路与B相连。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“正”、“背”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系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装置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。

请参考图2所示，其为本实用新型在一个实施例中的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备的电路示意图。图2所示的USB充电设备包括直流-直流转换模块(或DCDC模块)210和输出端防反灌保护电路220。

直流-直流转换模块210用于将某一电压等级的直流电源变换为其他电压等级的直流电源，以提供直流电源。

输出端防反灌保护电路220包括开关管Q1、电阻R1、电阻R2、电压比较器U1，其中，开关管Q1的第一连接端与连接节点A相连，其第二连接端与连接节点B相连，其控制端与连接节点C相连；连接节点A与直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc相连，连接节点B与USB充电设备的输出端Vusb相连；电压比较器U1的第一输入端与连接节点D相连，其第二输入端与连接节点E相连，其输出端经电阻R2与连接节点C相连；连接节点D与直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc相连；连接节点E与USB充电设备的输出端Vusb相连。

在图2所示的具体实施例中，开关管Q1为NMOS晶体管，开关管Q1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NMOS晶体管的漏极(D极)、源极(S极)和栅极(G极)；电压比较器U1的第一输入端和第二输入端分别为其反相输入端和其正相输入端。

在图2所示的具体实施例中，输出端防反灌保护电路220还包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6，其中，电阻R4连接于直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc和连接节点D之间；电阻R3连接于连接节点D和接地端之间；电阻R5连接于USB充电设备的输出端Vusb和连接节点E之间；电阻R6连接于连接节点E和接地端之间。

在图2所示的具体实施例中，输出端防反灌保护电路220还包括稳压管D1，

稳压管D1的正极与连接节点C相连，其负极与连接节点B相连，其中，稳压管D1起到保护MOS管Q1的作用，防止MOS管Q1的栅极与源极之间的电压超出额定电压值(或超出MOS管的栅极与源极耐压值)。也可以说，稳压管D1的工作电压值大于开关管Q1的开启电压值且小于开关管Q1的栅极与源极之间最大额定电压值，其中，开关管Q1的开启电压值小于开关管Q1的栅极与源极之间的最大额定电压值。

在图2所示的输出端防反灌保护电路220中，当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值(即DCDC输出电压)大于USB充电设备的输出端Vusb的电压值(即USB输出电压)时，电压比较器U1的输出端输出第一逻辑电平，开关管Q1处于导通状态；当直流-直流转换模块的输出端Vdcdc的电压值小于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，电压比较器U1的输出端输出第二逻辑电平，开关管Q1处于截止状态。这样，可以实现当USB充电设备的输出端Vusb出现电压反灌时进行保护，从而起到保护USB充电设备的作用。

电阻R1和电阻R2起到电阻分压作用。电阻R1和电阻R2的电阻值的选择满足：当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值大于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，连接节点B和连接节点C之间的电压值(即电阻R1的分压电压值)大于开关管Q1的开启电压值，以使开关管Q1处于导通状态；当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值小于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，连接节点B和连接节点C之间的电压值(即电阻R1的分压电压值)小于开关管Q1的开启电压值，以使开关管Q1处于截止状态。

电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6起到保护电压比较器U1的作用，防止直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值和USB充电设备的输出端Vusb的电压值超出电压比较器U1的引脚最大耐压值。电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6的电阻值的选择满足：当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值大于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，连接节点D的电压值(即电阻R3的分压电压值)大于连接节点E的电压值(即电阻R6的分压电压值)，以使电压比较器U1的输出端输出第一逻辑电平；当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值小于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，连接节点D的电压值(即电阻R3的分压电压值)小于连接节点E的电压值(即电阻R6的分压电压值)，以使电压比较器U1的输出端输出第二逻辑电平。

以下具体介绍图2所示的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备的工作原理。

当USB充电设备的输出端Vusb不发生电压反灌情况时，USB充电设备内部的直流-直流转换模块(或DCDC模块)210的输出端Vdcdc的输出电压(即DCDC输出电压)经过MOS管Q1到USB充电设备的输出端Vusb，此时由于MOS管Q1存在压降，估计直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值大于USB充电设备的输出端Vusb的电压值，根据电阻R3、R4、R5、R6选型要求，当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值大于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，电阻R3的分压电压值(即连接节点D的电压值)需要大于电阻R6的分压电压值(即连接节点E的电压值)，即连接节点D的电压值大于连接节点E的电压值，使得电压比较器U1输出低电平(其可以称为第一逻辑电平)，根据电阻R1、R2选型要求，当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值大于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，需要电阻R1的分压电压值(即连接节点B和连接节点C之间的电压值)大于MOS管Q1的开启电压值，使得MOS管Q1导通，USB充电设备内部的直流-直流转换模块(或DCDC模块)210的输出端Vdcdc的输出电压可以传输至USB充电设备的输出端Vusb，不影响USB充电设备正常功能。也就是说，当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值大于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，电压比较器U1输出低电平，MOS管Q1导通，USB充电设备可以正常工作。

当USB充电设备的输出端Vusb发生电压反灌情况时，此时由于产生电压反灌，故USB充电设备的输出端Vusb的电压值大于直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值，根据电阻R3、R4、R5、R6选型要求，当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值小于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，电阻R3的分压电压值(即连接节点D的电压值)需要小于电阻R6的分压电压值(即连接节点E的电压值)，即连接节点D的电压值小于连接节点E的电压值，使得电压比较器U1输出高电平(其可以称为第二逻辑电平)，根据电阻R1、R2选型要求，当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值小于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，需要电阻R1的分压电压值(即连接节点B和连接节点C之间的电压值)小于MOS管Q1的开启电压值，此时连接节点C的电压值近似等于连接节点B的电压值，从而使得连接节点B和连接节点C之间的电压值小于MOS管Q1的开启电压，使得MOS管Q1截止，USB充电设备的输出端Vusb的反灌电压不会通过MOS管Q1传输到直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc，因此不会出现直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc给直流-直流转换模块210的输入端供电，从而不会出现直流-直流转换模块210的输入端电压持续增高的情况。也就是说，当直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc的电压值小于USB充电设备的输出端Vusb的电压值时(即出现输出端电压反灌情况时)，电压比较器U1输出高电平，MOS管Q1关断，反灌电压不会传输到直流-直流转换模块210的输出端Vdcdc。

综上所述，本实用新型利用MOS管Q1和电压比较器U1实现输出防反灌保护，从而使本实用新型具有如下有益效果：

1、可以实现当USB输出端出现电压反灌时进行保护，从而起到保护USB充电设备的作用；

2、适用于输出电流较大的情况，由于MOS管压降低，故对USB充电设备输出电压值影响很小。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (7)

1.一种设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其特征在于，其包括：

直流-直流转换模块，其用于提供直流电源；

输出端防反灌保护电路，其包括开关管Q1、电阻R1、电阻R2、电压比较器U1，其中，所述开关管Q1的第一连接端与连接节点A相连，其第二连接端与连接节点B相连，其控制端与连接节点C相连；所述连接节点A与所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc相连，所述连接节点B与所述USB充电设备的输出端Vusb相连；所述电压比较器U1的第一输入端与连接节点D相连，其第二输入端与连接节点E相连，其输出端经所述电阻R2与所述连接节点C相连；所述连接节点D与所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc相连；所述连接节点E与所述USB充电设备的输出端Vusb相连。

2.根据权利要求1所述的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其特征在于，

当所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc的电压值大于所述USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，所述电压比较器U1的输出端输出第一逻辑电平，所述开关管Q1处于导通状态；

当所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc的电压值小于所述USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，所述电压比较器U1的输出端输出第二逻辑电平，所述开关管Q1处于截止状态。

3.根据权利要求2所述的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其特征在于，

所述电阻R1和电阻R2的电阻值的选择满足：

当所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc的电压值大于所述USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，所述连接节点B和连接节点C之间的电压值大于所述开关管Q1的开启电压值，以使所述开关管Q1处于导通状态；

当所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc的电压值小于所述USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，所述连接节点B和连接节点C之间的电压值小于所述开关管Q1的开启电压值，以使所述开关管Q1处于截止状态。

4.根据权利要求2所述的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其特征在于，

所述输出端防反灌保护电路还包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6，

所述电阻R4连接于所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc和所述连接节点D之间；所述电阻R3连接于所述连接节点D和接地端之间；所述电阻R5连接于所述USB充电设备的输出端Vusb和所述连接节点E之间；所述电阻R6连接于所述连接节点E和接地端之间。

5.根据权利要求4所述的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其特征在于，

所述电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6的电阻值的选择满足：

当所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc的电压值大于所述USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，所述连接节点D的电压值大于所述连接节点E的电压值，以使所述电压比较器U1的输出端输出第一逻辑电平；

当所述直流-直流转换模块的输出端Vdcdc的电压值小于所述USB充电设备的输出端Vusb的电压值时，所述连接节点D的电压值小于所述连接节点E的电压值，以使所述电压比较器U1的输出端输出第二逻辑电平。

6.根据权利要求1所述的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其特征在于，

所述开关管Q1为NMOS晶体管，所述开关管Q1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为NMOS晶体管的漏极、源极和栅极；

所述电压比较器U1的第一输入端和第二输入端分别为其反相输入端和其正相输入端。

7.根据权利要求6所述的设置有输出端防反灌保护电路的USB充电设备，其特征在于，所述输出端防反灌保护电路还包括稳压管D1，

所述稳压管D1的正极与所述连接节点C相连，其负极与所述连接节点B相连；

所述稳压管D1的工作电压值大于所述开关管Q1的开启电压值且小于所述开关管Q1的栅极与源极之间最大额定电压值；

所述开关管Q1的开启电压值小于所述开关管Q1的栅极与源极之间的最大额定电压值。