专利名称：一种无线数据终端上usb接口数据卡的电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及3G多模无线通信数据终端，尤其涉及一种无线数据终端上 USB接口数据卡的电源。
背景技术：
在当前的无线通信技术领域，3G多模数据终端越来越占据主导地位， 但由于原有的2G时代全球移动通信系统(GSM)/通用分组无线业务(GPRS) /增强数据速率的GSM演进技术(EDGE)制式无线网络基础i殳施冲殳资建设 规模很大，不可能在短期内被3G等完全取代，所以对于现阶段的3G多模 终端来说，往往既要支持3G制式如宽带码分多址接入(WCDMA)以及高 速下行分组接入(HSDPA)技术等，同时也要支持传统的2G通信模式。
在2G体制的GSM/GPRS/EDGE通信模式下，无线数据终端处于突发工 作模式，其消耗的平均电流并不大。但在射频功放发射时，所需求的瞬时峰 值电流确很大，可以达到2A的水平。对于一般的电脑等硬件来说，服务于 无线数据终端的接口上 一般都有电源管理，对于平均电流和峰值电流都是有 所限定的。以普通电脑的USB端口为例，接口输出电压为5V，允许的范围 4.75V到5.25V，最大允许输出电流为500毫安(mA)。
GSM和GPRS的class 2和class 8的发射突发时隙为577微秒(ju S ); GPRS的class 10的发射突发时隙为1.15ms; GPRS的class 12的发射突发时 隙为2.3ms。 GPRS的class 10和class 12通常要求电源在发射突发期间能提 供2A峰值电流，平均电流大约为0.6A,在两个峰值间抽取电流为O.IA。 GPRS的class IO发射要求的脉沖宽度1.154ms,脉沖峰值电流最大值2A， 占空比为25%,并在此期间能进行全功率发射。GPRS的class 12发射要求 的脉冲宽度2.308ms，脉沖峰值电流最大值2A，占空比为55%，在此期间 也要能进行全功率发射。由此可见，功放发射时的峰值电流远远大于普通电脑USB端口的供电能力，因此行业内现行的主流3G多才莫数据卡单板电源拓 朴结构如图l所示，主要包含限流电路110、降压型开关电源电路120及第 一储能电容C1和第二储能电容C2。
如图1所示，目前常见的3G多模数据卡单板电源拓朴结构在 GSM/GPRS模式下的工作原理主要如下
当射频功放电路130打开并发射功率时，需要约2A的峰值电流，电脑 的USB端口无法承受，由于数据卡电源电路前端的限流电路110的预设限 流门限值约500毫安(mA)，所以此时USB端口不再向后端电路供电，而 由位于限流电路110和降压型开关电源电路120之间的大容量的第一储能电 容C1放电，从而为负栽提供稳定的电流供给。当这一个突发工作周期过去 后，限流电路110再次打开，由电脑USB端口为大电容的第一储能电容C1 充电，直到下一个突发工作周期到来，再次重复之前动作。
上述现有技术中的电源方案可以较好地保护电脑USB端口 ，但由于需 要使用2000微法(uF)左右容量的昂贵储能电容，所以单板成本代价较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于需要提供一种无线数据终端上USB 接口数据卡的电源，硬件成本低廉。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线数据终端上USB接口 数据卡的电源，包括开关相位控制电路、第一路开关电源电路、第二路开关 电源电路，其中
所述开关相位控制电路，连接在USB端口供电网络，以一翻转频率控 制所述第 一路开关电源电路及第二路开关电源电路交替处于供电状态；
所述第一路开关电源电路及第二路开关电源电路，分别与所述开关相位 控制电路相连，相互交替地为负栽供电。
优选地，所述负栽包括射频功放电路。
优选地，所述开关相位控制电路，包括脉冲宽度调制开关相位控制电路。优选地，所述第一路开关电源电路及第二路开关电源电路，其中一路为 所述负载供电时，另一路处于续流状态。
优选地，所述第 一路开关电源电路包括第 一金属氧化物半导体场效应管
(MOSFET)管、第二 MOSFET管、第一功率电感以及第一车叙出电容，其 中
所述第一 MOSFET管，为P沟道MOSFET管，对册极连接所述开关相位 控制电路，源极连接USB端口的供电网络；
所述第二 MOSFET管，为N沟道MOSFET管，4册极连接所述开关相位 控制电路，源极接地，漏极连接所述第一 MOSFET管的漏极；
所述第一功率电感， 一端连接所述第一 MOSFET管的漏;f及，另一端连 接所述负载及所述第一输出电容；以及
所述第一输出电容， 一端连接所述第一功率电感，另一端4妄地；
所述第一 MOSFET管处于开通状态时，所述第二 MOSFET管处于关闭 状态，所述第二路开关电源电路处于续流状态；
所述供电网络通过所述第一 MOSFET管、第一功率电感及第一输出电 容为所述负载供电；
所述第二路开关电源电路中的储能元件，与所述第一 MOSFET管、第 一功率电感及第一输出电容一起，共同为所述负载供电。
优选地，所述第二路开关电源电路为所述负载供电时，所述第一 MOSFET管处于关闭状态，所述第二 MOSFET管处于开通状态；
所述第二 MOSFET管、第一功率电感及第一输出电容与所述第二路开 关电源电路一起，共同为所述负载供电。
优选地，所述第二路开关电源电路包括第三金属氧化物半导体场效应管 (MOSFET)管、第四MOSFET管、第二功率电感以及第二杀叙出电容，其 中
所述第三MOSFET管，为P沟道MOSFET管，栅极连接所述开关相位 控制电路，源极连接USB端口的供电网络；所述第四MOSFET管，为N沟道MOSFET管，4册极连4妄所述开关相位 控制电路，源极接地，漏极连接所述第三MOSFET管的漏极；
所述第二功率电感， 一端连接所述第三MOSFET管的漏才及，另一端连 接所述负载及所述第二输出电容；以及
所述第二输出电容， 一端连接所述第二功率电感，另一端4娄地；
所述第三MOSFET管处于开通状态时，所述第四MOSFET管处于关闭 状态，所述第一路开关电源电路处于续流状态；
所述供电网络通过所述第三MOSFET管、第二功率电感及第二输出电 容为所述负载供电；
所述第一路开关电源电路中的储能元件，与所述第三MOSFET管、第 二功率电感及第二输出电容一起，共同为所述负载供电。
优选地，所述第一路开关电源电路为所述负载供电时，所述第三 MOSFET管处于关闭状态，所述第四MOSFET管处于开通状态；
所述第四MOSFET管、第二功率电感及第二输出电容与所述第一路开 关电源电路一起，共同为所述负栽供电。
优选地，该电源进一步包才舌
延时电路，与所述开关相位控制电路相连，调节所述翻转频率。 优选地，所述延时电路包括RC延时网络。
与现有技术相比，本发明提供的3G多模USB接口数据卡电源，无需使 用大容量储能电容器和限流电路，在不影响反应速度以及电源效率的前提 下，大幅节约了单板的硬件成本。
图1为现有技术中常见的3G多模数据卡电源方案原理框图2为本发明电源实施例的结构示意图3为本发明图2所示实施例的一应用实例组成示意图。
具体实施例方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明 如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解 并据以实施。
图2为本发明电源实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例主要包 括开关相位控制电路210、第一路开关电源电路220、第二路开关电源电路 230、延时电路240以及输入电容C21,其中
开关相位控制电路210，连接在USB端口的5V供电网络，以某一翻转 频率控制该第一路开关电源电路220及第二路开关电源电路230交替处于供 电状态；典型地，该开关相位控制电路210为一脉沖宽度调制(PWM)开 关相位控制电路；
第 一路开关电源电路220及第二路开关电源电路230，分别与该开关相 位控制电路210相连，相互交替地为该射频功放电路250供电；典型地，其 中一路电源电路为该射频功放电路250供电时，另 一路处于续流状态；
延时电路240,与该开关相位控制电路210相连，调节该翻转频率；以
及
输入电容C21,串联连接在USB端口的5V供电网络与地之间，在电路 处于工作状态时稳、定内部环路。
图2所示的实施例，射频功放电路250与该第一路开关电源电路220及 第二路开关电源电路230相连，在该第 一路开关电源电路220及第二路开关 电源电路230交替供电作用下进行工作。
如图2所示的本发明实施例，通过该开关相位控制电路210控制该第一 路开关电源电路220及第二路开关电源电路230交替为射频功放电路250供 电，在相位上相互错开，本质上形成了两路同步整流降压型开关电源，其中 一路为该射频功放电路250供电是，另 一路则释放上一周期所存储的能量。 当数据卡处于GSM/GPRS脉冲负载条件时，每次射频功放突发工作时，该 第 一路开关电源电路220及第二路开关电源电路230相互互为有效补充。如此一来，与现有技术相比就省去了大容量储能电容器和限流电路，从而在不
超过USB端口供电能力并保证性能的基础上，大幅降低了产品成本。
图3为本发明图2所示实施例的一应用实例组成示意图。
结合图2所示实施例，图3所示的应用实例中的第一路开关电源电路 220主要包括第一金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)管MP1、第二 MOSFET管MNl、第一功率电感31以及第一输出电容C31 ，其中
第一 MOSFET管MP1,为P沟道MOSFET管，栅极连接该开关相位控 制电路210,源4及连接USB端口的5V供电网络，漏极连接第二 MOSFET 管MN1的漏极，衬底连接自身的源极；
第二 MOSFET管MN1 ，为N沟道MOSFET管，栅极连才妻该开关相位 控制电路210，源极接地，漏极连接第一 MOSFET管MP1的漏极，衬底连 接自身的源极；
第一功率电感31， 一端连接第一 MOSFET管MP1的漏极，另一端连接 该射频功放电路250及该第一输出电容C31;以及
第一输出电容C31， 一端连接该第一功率电感31,另一端^J妄地。
结合图2所示实施例，图3所示的应用实例中的第二路开关电源电路 230主要包括第三金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)管MP2、第四 MOSFET管MN2、第二功率电感L32以及第二输出电容C32,其中
第三MOSFET管MP2,为P沟道MOSFET管，栅极连接该开关相位控 制电路210,源极连接USB端口的5V供电网络，漏极连接第四MOSFET 管MN2的漏极，衬底连接自身的源极；
第四MOSFET管MN2，为N沟道MOSFET管，栅极连接该开关相位 控制电路20,源极接地，漏极连接第三MOSFET管MP2的漏极，衬底连 接自身的源极；
第二功率电感L32, —端连接第三MOSFET管MP2的漏极，另一端连 接该射频功放电路250及该第二输出电容C32;以及
第二输出电容C32， 一端连接该第二功率电感32,另一端4lr地。在GSM/GPRS突发脉沖负载条件下，当3G终端连接至USB端口上电 后，电路在开关相位控制电路210的控制下，使得4个MOSFET整流开关 的打开关闭时序在相位上相互错开。在脉冲负载下，为保证USB端口稳定 可靠，必需使第一路开关电源220和第二路开关电源230在一个或多个 GSM/GPRS突发时隙内交替工作，具体实现过程如下所述
当第 一路开关电源220中的第一 MOSFET管MP1开通时，第二 MOSFET 管MN1处于关闭状态，此时第二路开关电源230的第三MOSFET管MP2 关闭，第四MOSFET管MN2开通。在此种状态下USB 5V电源通过第一路 开关电源220的第一 MOSFET管MP1,以及第 一功率电感L31和第一输出 电容C31向射频功放电路250供电，同时第二路开关电源230处于续流状态， 由第四MOSFET管MN2、第二功率电感L32及第二输出电容C32所组成的 回路释放第二功率电感L32及第二输出电容C32这两个储能元件所存储的 电能，与第一路开关电源220共同为射频功放电路供电。
当第 一路开关电源220中的第一 MOSFET管MP 1关闭时，第二 MOSFET 管MN1处于开通状态，此时第二路开关电源230的第三MOSFET管MP2 开通，第四MOSFET管MN2关闭。在此种状态下USB 5V电源通过第二路 开关电源230的第三MOSFET管MP2，以及第二功率电感L32和第二输出 电容C32向射频功放电路250供电，同时第一路开关电源220处于续流状态， 由第二 MOSFET管MN1、第一功率电感L31及第 一输出电容C31所组成的 回路释放第一功率电感L31及第一输出电容C31这两个储能元件所存储的 电能，与第二路开关电源230共同为射频功放负栽供电。
对于除GSM/GPRS以外的3G通信模式，如WCDMA， HSDPA/高速上 行分组接入(HSUPA)等，射频功放的平均电流一般都不会超过电脑USB 端口的供给能力，因此本发明也具备兼容2G及3G等多种通信制式的通用 性，具备广泛的实用价值。
综上所述，本方案的实质即设置两路同步整流开关机构，当第一组开通 时第二组关闭，反之第二组开通时第一组关闭。如此两路开关电源的工作状 态就是互为180度，互为补偿，利用两路同步整流开关机构，使得电路中的 两路开关电源可以交替扮演储能器件的角色，轮流为另 一路开关电源做补偿，从而达到节省大电容的目的。
图3所示应用实例，只需在每路开关电源电路的输入和输出放置少量的 陶瓷电容即可，保证了在不超过USB端口供电能力情况下，大幅降低了产
品成本。
结合图2所示实施例，图3所示的应用实例中的延时电路240主要包括 延时电阻R和延时电容C33，该延时电阻R和该延时电容C33串联连接后， 延时电阻R的另一端连接该开关相位控制电路210,该延时电容C33的另一 端接地。实际上，该延时电阻R和延时电容C33形成是一常见的RC延时网络。
由于GSMGPRS通信协议中包含了多种速度等级的通信模式，有 CLASS8, CLASS10, CLASS12,不同的CLASS等级对应不同的发射时隙
节RC参数组合即可使开关相位控制电路210为第一路开关电源电路220及 第二路开关电源电路230提供不同的翻转频率，使第 一路开关电源电路220 及第二路开关电源电路230能够以多种频率交替为射频功放电路250供电。
当然，上述两路开关电源电路并不限于仅仅主要由MOSFET搭建，也 可以由其他元器件搭建而成，只要所搭成的两路开关电源电路实质上为两路 同步整流开关机构且二者相互交替工作，互为补偿，就应该属于本发明技术 方案之内。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本 发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内 的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的 形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所 附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1、一种无线数据终端上USB接口数据卡的电源，其特征在于，包括开关相位控制电路、第一路开关电源电路、第二路开关电源电路，其中所述开关相位控制电路，连接在USB端口供电网络，以一翻转频率控制所述第一路开关电源电路及第二路开关电源电路交替处于供电状态；所述第一路开关电源电路及第二路开关电源电路，分别与所述开关相位控制电路相连，相互交替地为负载供电。
2、 如权利要求l所述的电源，其特征在于 所述负载包括射频功放电路。
3、 如权利要求l所述的电源，其特征在于 所述开关相位控制电路，包括脉沖宽度调制开关相位控制电路。
4、 如权利要求l所述的电源，其特征在于所述第一路开关电源电路及第二路开关电源电路，其中一路为所述负载 供电时，另一路处于续流状态。
5、 如权利要求4所述的电源，其特征在于，所述第一路开关电源电路 包括第一金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)管、第二 MOSFET管、 第一功率电感以及第一输出电容，其中所述第一 MOSFET管，为P沟道MOSFET管，栅极连接所述开关相位 控制电路，源极连接USB端口的供电网络；所述第二 MOSFET管，为N沟道MOSFET管，栅极连接所述开关相位 控制电路，源极接地，漏极连接所述第一 MOSFET管的漏极；所述第一功率电感， 一端连接所述第一 MOSFET管的漏才及，另一端连 接所述负载及所述第一输出电容；以及所述第一输出电容， 一端连接所述第一功率电感，另一端接地；所述第一 MOSFET管处于开通状态时，所述第二 MOSFET管处于关闭 状态，所述第二路开关电源电路处于续流状态；所述供电网络通过所述第一 MOSFET管、第一功率电感及第一输出电 容为所述负载供电；所述第二路开关电源电路中的储能元件，与所述第一 MOSFET管、第 一功率电感及第一输出电容一起，共同为所述负载供电。
6、 如权利要求5所述的电源，其特征在于所述第二路开关电源电路为所述负栽供电时，所述第一 MOSFET管处 于关闭状态，所述第二 MOSFET管处于开通状态；所述第二 MOSFET管、第一功率电感及第一输出电容与所述第二路开 关电源电路一起，共同为所述负载供电。
7、 如权利要求4所述的电源，其特征在于，所述第二路开关电源电路 包括第三金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)管、第四MOSFET管、 第二功率电感以及第二输出电容，其中所述第三MOSFET管，为P沟道MOSFET管，栅极连接所述开关相位 控制电路，源极连接USB端口的供电网络；所述第四MOSFET管，为N沟道MOSFET管，栅极连接所述开关相位 控制电路，源极接地，漏极连接所述第三MOSFET管的漏极；所述第二功率电感， 一端连接所述第三MOSFET管的漏极，另一端连 接所述负载及所迷第二输出电容；以及所述第二输出电容， 一端连接所述第二功率电感，另一端接地；所迷第三MOSFET管处于开通状态时，所述第四MOSFET管处于关闭 状态，所述第一路开关电源电路处于续流状态；所述供电网络通过所述第三MOSFET管、第二功率电感及第二输出电 容为所述负载供电；所述第一路开关电源电路中的储能元件，与所述第三MOSFET管、第二功率电感及第二输出电容一起，共同为所述负载供电。
8、 如权利要求7所述的电源，其特征在于所述第一路开关电源电路为所述负载供电时，所述第三MOSFET管处 于关闭状态，所述第四MOSFET管处于开通状态；所述第四MOSFET管、第二功率电感及第二输出电容与所述第一路开 关电源电路一起，共同为所述负载供电。
9、 如权利要求l所述的电源，其特征在于，该电源进一步包括 延时电路，与所述开关相位控制电路相连，调节所述翻转频率。
10、 如权利要求9所述的电源，其特征在于 所述延时电路包括RC延时网络。
全文摘要
本发明公开了一种无线数据终端上USB接口数据卡的电源，硬件成本低廉。该电源包括开关相位控制电路、第一路开关电源电路、第二路开关电源电路，其中所述开关相位控制电路，连接在USB端口供电网络，以一翻转频率控制所述第一路开关电源电路及第二路开关电源电路交替处于供电状态；所述第一路开关电源电路及第二路开关电源电路，分别与所述开关相位控制电路相连，相互交替地为负载供电。与现有技术相比，本发明提供的3G多模USB接口数据卡电源，无需使用大容量储能电容器和限流电路，大幅节约了单板的硬件成本。
文档编号H02M3/04GK101635507SQ200910164898
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者史宇明 申请人:中兴通讯股份有限公司