一种自动切换的USB电源电路的制作方法

一种自动切换的usb电源电路
技术领域
1.本实用新型涉及usb电源技术领域，具体涉及一种自动切换的usb电源电路。


背景技术：

2.usb通用串行总线(universal serial bus)是一种新兴的并逐渐取代其他接口标准的数据通信方式，由intel、compaq、digital、ibm、microsoft、nec及northern telecom等计算机公司和通信公司于1995年联合制定，形成了行业标准。usb总线作为一种高速串行总线，其极高的传输速度可以满足高速数据传输的应用环境要求，且该总线还兼有供电简单、支持即插即用和热插拔、可扩展端口、传输方式多样化，以及兼容好产品升级后向下兼容等优点。
3.usb type-c，又称usb-c，是一种通用串行总线(usb)的硬件接口形式，外观上最大特点在于其上下端完全一致，与之前所有的usb端口相比这意味着用户不必再区分usb正反面，两个方向都可以插入。
4.在使用usb type-c接口的产品中，有的type-c接口具备drp功能，即双向供电的接口。当插入外部电源时，充电器通过这个接口向产品供电。当插入的是需要用电的设备，这个接口开始对外供电。例如很多笔记本电脑，即可以通过type-c接口充电，也能通过type-c接口对外供电。
5.在实际使用中，type-c drp接口(双角色接口)切换dfp(下行接口，即对外供电)或ufp(上行接口，即从外部取电)有两种方式：
6.(1)手动插拔，即当需要从产品接口取电时就插入ufp接口。要给产品供电时就插入dfp接口。这种使用不方便，频繁插拔也容易导致接口损坏。
7.(2)部分产品是通过协议ic来实现自动切换，这种电路复杂，成本高、体积大，type-c扩展坞就是采用这种方式。
8.但是有些产品只需要usb供电使用，直接定义成ufp后，插入笔记本等产品的drp接口取电后，不能再对笔记本充电，必须拔出换插头。如果外接扩展坞或者集成协议ic方案，结果就是体积大、电路复杂、成本高。
9.因此需要有一种简单的电路来实现drp接口的dfp与ufp自动切换。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的在于提供一种自动切换的usb电源电路，基于type-c协议，使用现有的器件实现type-c drp接口能够在dfp和ufp之间自动切换。
11.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
12.提供一种自动切换的usb电源电路，包括usb1、usb2、单向导通电路、开关控制电路、电阻r1和电阻r2，所述usb1的cc1端与所述电阻r1连接，所述usb1的cc2端与所述电阻r2连接，所述单向导通电路和所述开关控制电路均与所述usb1的vbus端连接，所述usb2的vbus端分别与所述开关控制电路和所述单向导通电路连接。
13.作为自动切换的usb电源电路的一种优选方案，所述开关控制电路包括单刀双掷开关k1、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电阻r6，所述单刀双掷开关k1的a1端与所述电阻r3连接，所述单刀双掷开关k1的a2端与所述电阻r4连接，所述单刀双掷开关k1的vcc端与所述usb2的vbus端连接，所述单刀双掷开关k1的b端与所述usb2的cc端连接，所述电阻r5和所述电阻r6并联后接入所述单刀双掷开关k1的enb端。
14.作为自动切换的usb电源电路的一种优选方案，所述单向导通电路包括mos管q1、三极管q2、电阻r7、电阻r8、电阻r9和电阻r10，所述mos管q1的s1端和s2端并联后与所述电阻r7连接，所述mos管q1的g1端、g2端与所述电阻r7并联后与所述三极管q2的集电极连接，所述三极管q2的基极与所述电阻r8连接，所述三极管q2的发射极与所述电阻r9连接，所述电阻r8与所述电阻r9并联后与所述电阻r10连接，所述mos管q1的d1端分别与所述电阻r10和所述电阻r5并联后接入所述usb1的vbus端，所述mos管q1的d2端与所述单向双掷开关k1的vcc端并联后接入所述usb2的vbus端。
15.作为自动切换的usb电源电路的一种优选方案，所述单刀双掷开关k1为bl1551b。
16.作为自动切换的usb电源电路的一种优选方案，所述mos管q1为wsd2075dn。
17.作为自动切换的usb电源电路的一种优选方案，所述三极管q2为s8050。
18.本实用新型的有益效果：本实用新型能够实现usb的dfp与ufp两种模式自动切换，当usb1有电时，usb1供电，并且通过usb2对外充电，当usb1没有电时，usb2变成了从外部取电的模式，本实用新型的电路可以应用在无需数据传输的usb口上，具有电路简单、体积小、成本低等特点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本实用新型一实施例所述的自动切换的usb电源电路的电路原理图。
21.图2是本实用新型一实施例所述的自动切换的usb电源电路的控制流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
23.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
24.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。
25.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，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，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.如图1所示，本实用新型提供了一种自动切换的usb电源电路，包括usb1、usb2、单向导通电路、开关控制电路、电阻r1和电阻r2，usb1的cc1端与电阻r1连接，usb1的cc2端与电阻r2连接，单向导通电路和开关控制电路均与usb1的vbus端连接，usb2的vbus端分别与开关控制电路和单向导通电路连接。
27.优选地，usb连接口不限于图1所示的usb1的16pin连接器，也不限于usb2的3个连接点，但最少包含type-c的vbus端、cc端和gnd端。
28.如图2所示，本发明的usb1的cc端通过下拉电阻下拉到gnd后，设定为ufp模式，可以从type-c drp或dfp上取电，例如插入充电器或者笔记本电脑取电，usb1取电并提供给usb2以及连接在vbus端上的电路。此时开关控制电路检测到usb1的信号后自动将usb2的cc端切换到rp通道，使usb2处于dfp模式对连接到usb2的外设产品供电。
29.当usb1未连接时，开关控制电路检测不到usb1的信号，将自动把usb2的cc端切换到rd通道，使usb2处于ufp模式，可以从连接到的接口取电。
30.所以基于本方法可以实现当usb1接入type-c接口后，能从接口获取电源给连接在vbus端的电路供电，同时使usb2处于dfp模式对连接的电路供电。当usb1没有接入时，usb2变成ufp模式，从type-c接口取电后给连接到vbus供电。
31.具体地，开关控制电路包括单刀双掷开关k1、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电阻r6，单刀双掷开关k1的a1端与电阻r3连接，单刀双掷开关k1的a2端与电阻r4连接，单刀双掷开关k1的vcc端与usb2的vbus端连接，单刀双掷开关k1的b端与usb2的cc端连接，电阻r5和电阻r6并联后接入单刀双掷开关k1的enb端。
32.本实施例的开关控制电路不限于这一种电路，也可以通过其他方式实现，例如比较器加mos管或者多刀双掷开关等。
33.具体地，单向导通电路包括mos管q1、三极管q2、电阻r7、电阻r8、电阻r9和电阻r10，mos管q1的s1端和s2端并联后与电阻r7连接，mos管q1的g1端、g2端与电阻r7并联后与三极管q2的集电极连接，三极管q2的基极与电阻r8连接，三极管q2的发射极与电阻r9连接，电阻r8与电阻r9并联后与电阻r10连接，mos管q1的d1端分别与电阻r10和电阻r5并联后接入usb1的vbus端，mos管q1的d2端与单向双掷开关k1的vcc端并联后接入usb2的vbus端。
34.本实施例中的低压降的单向导通电路在没有插入usb1时，vbus2端不会供电给vbus1端。本发明不仅仅限定于这一种电路，这部分可以通过其他方式实现，例如二极管或其他单向导电电路。
35.优选地，单刀双掷开关k1为bl1551b。
36.可选地，mos管q1内具有两个独立的p型mos管或者集成式双p型mos管；可替代的，对于usb2的电压要求不高的场合，mos管q1可以精简成一个二极管，使电路更简单。本实施例的mos管q1优选为wsd2075dn。
37.优选地，三极管q2为s8050。
38.具体电路工作原理：
39.当usb1的cc端通过电阻r1/r2接gnd后从连接到的外设产品type-c接口取电，mos管q1导通，单刀双掷开关k1通过电阻r5和电阻r6分压检测到高电平时使usb2的cc端通过电阻r3连接到vbus2，使usb2处于dfp模式。
40.当usb1断电时，mos管q1截止，单刀双掷开关k1检测到低电平时使usb2的cc端通过电阻r4连接到gnd，使usb2处于ufp模式。
41.本实施例能够实现usb的dfp与ufp两种模式自动切换，当usb1有电时，usb1供电，并且通过usb2对外充电，当usb1没有电时，usb2变成了从外部取电的模式，本实用新型的电路可以应用在无需数据传输的usb口上，具有电路简单、体积小、成本低等特点。
42.本实施例经过实物性能验证，工作稳定可靠，对于usb2端的电压要求不高的场合，单向导通电路可以精简成一个二极管，使电路更简单。
43.需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本实用新型做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本实用新型的精神，都应在本实用新型的保护范围之内。另外，本技术说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。