本實用新型涉及充電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種支持快充的USB集線器。

背景技術(shù)：

目前快速充電(簡稱快充)技術(shù)已經(jīng)在手機、虛擬現(xiàn)實設(shè)備(Virtual Reality，簡稱VR)等消費類電子產(chǎn)品上得到了很廣泛的應(yīng)用，給用戶帶來了很大的方便。然而，支持快充的電子產(chǎn)品都需要配備有專門的充電器才能實現(xiàn)快速充電，對于長久以來被廣泛使用的普通5V充電器，一方面不能識別QC2.0等快速充電協(xié)議，另一方面普通5V充電器的輸出功率也不足以對VR設(shè)備等負載進行快充。

而手機等快充設(shè)備常常要隨身攜帶，并不定時補充電量，經(jīng)常遇到忘記攜帶專用充電器，導(dǎo)致只能通過普通充電器或電腦USB接口充電的情況，充電緩慢，無法滿足用戶需求，也浪費了手機等設(shè)備的快充設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)普通5V充電器或電腦USB接口等無法對支持快充的電子設(shè)備進行快速充電的問題，提出了本實用新型的一種支持快充的USB集線器，以便克服上述問題或者至少部分地解決上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了如下技術(shù)方案：

一種支持快充的USB集線器，包括輸入電路、輸出電路、升壓電路、快充協(xié)議握手電路、MCU控制器和供電電路；

所述輸入電路，具有多個USB充電輸入端口，通過所述多個USB充電輸入端口與一個或多個充電電源相連接收電源輸入，為所述升壓電路和所述供電電路提供輸入電源；

所述輸出電路，具有一個USB充電輸出接口，通過所述充電輸出接口與待充電設(shè)備相連，為所述待充電設(shè)備提供電源輸出；

所述供電電路，將所述輸入電路提供的輸入電源轉(zhuǎn)化為工作電源，為所述快充協(xié)議握手電路和所述MCU控制器供電；

所述升壓電路，將所述輸入電路提供的輸入電源轉(zhuǎn)換為與所述待充電設(shè)備支持的快速充電參數(shù)相匹配的輸出電源，通過所述輸出電路提供給所述待充電設(shè)備；

所述快充協(xié)議握手電路，與所述輸出電路相連，充電連接時同所述待充電設(shè)備握手，識別所述待充電設(shè)備支持的快速充電參數(shù)，并將識別結(jié)果反饋給所述MCU控制器；

所述MCU控制器，接收所述快充協(xié)議握手電路反饋的識別結(jié)果，調(diào)節(jié)所述升壓電路，使所述升壓電路的輸出電源與所述待充電設(shè)備支持的快充電參數(shù)匹配；以及，在所述輸入電路連接的充電電源數(shù)量發(fā)生變化時，控制所述升壓電路導(dǎo)通，并檢測所述輸入電路的采樣電壓，判斷所述輸入電路的采樣電壓是否達到設(shè)定閾值，若是，則維持所述升壓電路導(dǎo)通，為所述輸出電路提供輸出電源，若否，則控制所述升壓電路斷開，停止為所述輸出電路提供輸出電源。

可選地，所述輸入電路的每個USB充電輸入接口通過串聯(lián)一個保護二極管連接到一起；每個USB充電輸入接口還通過兩個串聯(lián)的采樣電阻接地，兩個采樣電阻的連接處與所述MCU控制器的一個輸入端相連，接受所述MCU控制器的采樣電壓檢測。

可選地，所述升壓電路，包括升壓芯片和反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，所述升壓芯片的使能端與所述MCU控制器的一個輸出端相連，接受所述MCU控制器控制；所述反饋電阻網(wǎng)絡(luò)與所述升壓芯片的反饋端相連，所述MCU控制器通過控制所述反饋電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)所述升壓芯片的輸出電壓。

可選地，所述反饋電阻網(wǎng)絡(luò)包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和控制開關(guān)；所述第一電阻一端通過串聯(lián)一電感連接至所述升壓芯片輸出端，另一端連接至所述升壓芯片反饋端；所述第二電阻一端連接至所述升壓芯片反饋端，另一端接地；所述控制開關(guān)為單刀三擲開關(guān)，其動端連接至所述升壓芯片反饋端，其不動端分別連接懸空端、所述第三電阻一端和所述第四電阻一端，所述第三電阻另一端和所述第四電阻另一端均接地，所述控制開關(guān)與所述MCU控制器的一個輸出端相連，接受所述MCU控制器控制。

可選地，所述升壓電路的電源輸出端還設(shè)置有電容，所述電容一端連接至所述第一電阻與所述電感的連接處，另一端接地。

可選地，所述快充協(xié)議握手電路，包括快充協(xié)議握手芯片，所述快充協(xié)議握手芯片的D+引腳和D-引腳分別與所述USB充電輸出接口的D+引腳和D-引腳相連，充電連接時同所述待充電設(shè)備握手，識別所述待充電設(shè)備支持的快速充電參數(shù)，所述快充協(xié)議握手芯片的三個電壓反饋端分別連接一反饋電阻的一端，三個所述反饋電阻的另一端連接在一起，三個所述反饋電阻的連接端同時與所述MCU控制器的一個輸入端相連、通過上拉電阻接至所述供電電路的輸出端以及通過下拉電阻接地，所述快充協(xié)議握手芯片通過反饋相應(yīng)的電壓值將識別結(jié)果反饋給所述MCU控制器。

可選地，所述供電電路包括低壓差線性穩(wěn)壓器，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端與所述輸入電路相連，接收所述輸入電路提供的輸入電源，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端分別與所述MCU控制器的電源端和所述快充協(xié)議握手芯片的電源端相連，為二者供電。

可選地，所述支持快充的USB集線器還包括開關(guān)電路，所述開關(guān)電路設(shè)置在所述輸入電路和所述升壓電路之間，包括一MOS管，所述MOS管的柵極與所述MCU控制器的一個輸出端相連，接受所述MCU控制器控制，與所述升壓電路一同導(dǎo)通或斷開。

可選地，所述支持快充的USB集線器還包括指示電路，所述指示電路包括2個LED指示燈，每個LED指示燈分別與所述MCU控制器的一個輸出端相連，當(dāng)所述MCU控制器判斷所述輸入電路的采樣電壓達到設(shè)定閾值時，控制其中一個指示燈發(fā)光，否則，控制另一個指示燈發(fā)光。

可選地，所述輸入電路連接的充電電源為USB充電器、USB充電寶或帶有供電USB接口的智能終端。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型的USB集線器包括輸入電路、輸出電路、升壓電路、快充協(xié)議握手電路、MCU控制器和供電電路，具有識別快充充電參數(shù)的功能，能夠接收多個充電電源的輸入，將其功率加和，在判斷電源功率能夠滿足待充電設(shè)備快充要求時，提供給待充電設(shè)備匹配的快充電源，實現(xiàn)快速充電。

附圖說明

圖1為本實用新型一個實施例提供的一種支持快充的USB集線器框圖；

圖2為本實用新型另一個實施例提供的一種支持快充的USB集線器框圖；

圖3為本實用新型一個實施例提供的一種支持快充的USB集線器的具體電路設(shè)計圖。

具體實施方式

本實用新型的核心思想是：設(shè)置能夠同時接收多個電源輸入的USB集線器，并在其中增設(shè)快充協(xié)議握手電路、MCU控制器和升壓電路，識別被充電設(shè)備支持的快充充電參數(shù)，在MCU控制器的控制下，通過同時接收多個普通充電電源的輸入，將其充電功率疊加，在判斷電源功率能滿足待充電設(shè)備快充要求時，提供給待充電設(shè)備匹配的快充電源，實現(xiàn)快速充電。

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。

實施例1

圖1為本實用新型一個實施例提供的一種支持快充的USB集線器框圖，如圖1所示，一種支持快充的USB集線器，包括輸入電路110、輸出電路120、升壓電路130、快充協(xié)議握手電路140、MCU控制器150和供電電路160。

輸入電路110，具有多個USB充電輸入端口，通過多個USB充電輸入端口與一個或多個充電電源相連，接收電源輸入，為升壓電路130和供電電路160提供輸入電源。

在輸入電路110內(nèi)設(shè)計多個USB充電輸入端口，接收多個充電電源輸入，能夠解決單個普通USB充電電源無法提供足夠功率，不能滿足待充電設(shè)備快充需求的問題。

輸出電路120，具有一個USB充電輸出接口，通過充電輸出接口與待充電設(shè)備相連，為待充電設(shè)備提供電源輸出。

供電電路160，將輸入電路110提供的輸入電源轉(zhuǎn)化為工作電源，為快充協(xié)議握手電路140和MCU控制器150供電，以使快充協(xié)議握手電路140和MCU控制器150能夠利用接入的充電電源進行正常工作。

升壓電路130，將輸入電路110提供的輸入電源轉(zhuǎn)換為與待充電設(shè)備的充電參數(shù)匹配的輸出電源，通過輸出電路120提供給待充電設(shè)備。

快充協(xié)議握手電路140，與輸出電路120相連，充電連接時同待充電設(shè)備握手，識別待充電設(shè)備支持的快速充電參數(shù)，并將識別結(jié)果反饋給MCU控制器150。

MCU控制器150，接收快充協(xié)議握手電路140反饋的識別結(jié)果，調(diào)節(jié)升壓電路130，使升壓電路130的輸出電源與待充電設(shè)備的充電參數(shù)匹配；以及，在輸入電路110連接的充電電源數(shù)量發(fā)生變化時，例如連接的充電電源數(shù)量從無變有或者從少變多，則控制升壓電路130導(dǎo)通，并檢測輸入電路110的采樣電壓，判斷輸入電路110的采樣電壓是否達到設(shè)定閾值，若是，則維持升壓電路130導(dǎo)通，為輸出電路120提供輸出電源，若否，則控制升壓電路130斷開，停止為輸出電路120提供輸出電源。

通過本實用新型的支持快充的USB集線器，可以利用多個普通的充電器對支持快充協(xié)議的快充設(shè)備進行快速充電，而不需要專門的快充充電器，適用范圍廣，能有效解決普通充電器充電過慢的問題。

其中，輸入電路110連接的充電電源可以為普通的5V/1A或5V/0.5AUSB充電器，也可以是常見的USB充電寶或帶有供電USB接口的智能終端。例如，在外出游玩時，利用多個充電寶連接本實用新型的USB集線器，實現(xiàn)對手機等快充設(shè)備的快速充電，解決外出遠行時沒有市電，不能實現(xiàn)設(shè)備快充的問題；或者，通過將電腦上的多個USB接口與本實用新型的USB集線器相連，利用電腦的多個USB接口實現(xiàn)快充，解決現(xiàn)有的電腦接口充電過慢的問題。

具體地，圖3提供了本實用新型一種支持快充的USB集線器的具體電路設(shè)計圖，其中芯片U3為MCU控制器150。

參考圖3，輸入電路110包括5個USB充電輸入接口，分別為Micro USB_1、Micro USB_2、Micro USB_3、Micro USB_4和Micro USB_5，每個USB充電輸入接口通過串聯(lián)一個保護二極管連接到一起，保護二極管的編號分別為D1、D2、D3、D4和D5；輸入電路110還包括10個采樣電阻：R1、R2；R3、R4；R5，R6；R7、R8；R9、R10，每個USB充電輸入接口通過兩個串聯(lián)的采樣電阻接地，兩個采樣電阻的連接處與MCU控制器U3的一個輸入端相連，接受MCU控制器U3的采樣電壓檢測。

MCU控制器U3通過檢測兩個采樣電阻連接處的電壓，即可判斷出對應(yīng)的充電輸入端口是否插入有電源，以及插入的電源功率是否足夠?qū)ω撦d進行快充。例如，通過判斷圖中采樣點A——E處的電壓值是否高于0V，即可判斷出對應(yīng)的充電端口是否連接有充電電源；在充電電路導(dǎo)通時，通過判斷采樣點A——E處的電壓是否大于或等于設(shè)定閾值，例如對于5V充電電源設(shè)定4.8V為閾值，來判斷充電電源是否滿足待充電設(shè)備的功率要求。

優(yōu)選地，升壓電路130，包括升壓芯片U1和反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，升壓芯片U1的使能端EN與MCU控制器U3的一個輸出端OUT_1相連，接受MCU控制器U3控制；反饋電阻網(wǎng)絡(luò)與升壓芯片U1的反饋端FB相連，MCU控制器U3通過控制反饋電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)升壓芯片U1的輸出電壓。

具體地，反饋電阻網(wǎng)絡(luò)包括第一電阻R11、第二電阻R12、第三電阻R13、第四電阻R14和控制開關(guān)SW；第一電阻R11一端通過串聯(lián)一電感L連接至升壓芯片U1的輸出端LX，另一端連接至升壓芯片U1反饋端FB；第二電阻R12一端連接至升壓芯片U1的反饋端FB，另一端接地；控制開關(guān)SW為單刀三擲開關(guān)，其動端連接至升壓芯片U1反饋端FB，其不動端分別連接懸空端(0位置處)、第三電阻R13一端(2位置處)和第四電阻R14一端(1位置處)，第三電阻R13另一端和第四電阻R14另一端均接地，控制開關(guān)SW與MCU控制器U3的一個輸出端OUT_2相連，接受MCU控制器U3控制，切換到不同位置。

初始狀態(tài)，控制開關(guān)SW打在0位置處，此時僅R12連接在升壓芯片U1的反饋端FB和地之間，升壓芯片U1輸出5V電壓；當(dāng)MCU控制器U3控制SW打至1位置時，R12和R14并聯(lián)后接在反饋端FB和地之間，此時升壓芯片U1輸出9V電壓；當(dāng)MCU控制器U3控制SW打至2位置時，R12和R13并聯(lián)后接在反饋端FB和地之間，此時升壓芯片U1輸出12V電壓，從而滿足待充電設(shè)備的不同電壓需求。其中，控制開關(guān)SW可采用市面上常見的開關(guān)芯片實現(xiàn)，在此不再贅述。

優(yōu)選地，升壓電路130的電源輸出端還設(shè)置有電容COUT，電容COUT一端連接至第一電阻R11與電感L的連接處，另一端接地。通過電容COUT和電感L的充放電實現(xiàn)升壓，電容COUT還具有穩(wěn)壓作用，將升壓后的電源平穩(wěn)地輸出給待充電負載。

優(yōu)選地，快充協(xié)議握手電路140，包括快充協(xié)議握手芯片U4，如圖3所示，本實施例電路中采用的快充協(xié)議握手芯片為高通QC2.0快速充電協(xié)議識別芯片F(xiàn)P6600，快充協(xié)議握手芯片U4的D+引腳和D-引腳分別與USB充電輸出接口的D+引腳和D-引腳相連，充電時同待充電設(shè)備握手，識別待充電設(shè)備支持的充電參數(shù)，本實施例中具體識別待充電設(shè)備支持的電壓，快充協(xié)議握手芯片U4的三個電壓反饋端VSEN1、VSEN2和VSEN3分別連接反饋電阻RSEN1、RSEN2和RSEN3的一端，三個反饋電阻的另一端連接在一起，三個反饋電阻的連接端同時與MCU控制器U3的一個輸入端ADI_6相連、通過上拉電阻R15和RVCO接至供電電路的輸出端(圖中U2輸出端)以及通過下拉電阻R16接地，快充協(xié)議握手芯片U4通過反饋相應(yīng)的電壓值將識別結(jié)果反饋給MCU控制器U3。

MCU控制器U3通過對H點電壓進行采樣，即可判斷出快充設(shè)備支持的快充電壓，例如5V、9V或者12V的快充，MCU控制器U3根據(jù)H點的采樣電壓控制反饋電阻網(wǎng)絡(luò)的控制開關(guān)SW開關(guān)動作，將升壓電路的輸出電壓調(diào)整為與待充電設(shè)備匹配的電壓。

當(dāng)然，在本實施例電路圖設(shè)計的基礎(chǔ)上，也可替換采用其他型號的快充協(xié)議握手芯片，并相應(yīng)地改變升壓電路的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)不同快充協(xié)議下的快充，例如QC3.0快充，或者，也可以是PD協(xié)議的快充等，相應(yīng)的快充握手芯片市面有售，在此不再贅述。

優(yōu)選地，供電電路160包括低壓差線性穩(wěn)壓器U2(Low Dropout Regulator，簡稱LDO)，低壓差線性穩(wěn)壓器U2的輸入端IN與輸入電路110相連，接收輸入電路110提供的輸入電源，低壓差線性穩(wěn)壓器U2的輸出端OUT分別與MCU控制器U3的電源端VDD和快充協(xié)議握手芯片U4的電源端VDD相連，為二者供電。例如，通過低壓差線性穩(wěn)壓器U2，將輸入電路提供的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，供給MCU控制器U3和快充協(xié)議握手芯片U4使用。

實施例2

圖2為本實用新型另一個實施例提供的一種支持快充的USB集線器框圖。在本實施例中，支持快充的USB集線器還包括開關(guān)電路170，開關(guān)電路170設(shè)置在輸入電路110和升壓電路130之間。

具體地，再次參考圖3，開關(guān)電路170包括一MOS管Q，MOS管Q的柵極與MCU控制器150的一個輸出端OUT_5相連，接受MCU控制器150控制，與升壓電路130一同導(dǎo)通或斷開，從而更可靠的保證充電電路的通斷，進一步降低在升壓芯片U1關(guān)閉時的漏電流。

在實施例2中，支持快充的USB集線器還包括指示電路180。

具體地，參考圖3，指示電路180包括2個LED指示燈LED_red和LED_green，分別設(shè)置為紅色和綠色，兩個LED指示燈分別與MCU控制器150的輸出端OUT_3和OUT_4相連，當(dāng)MCU控制器150判斷輸入電路110的采樣電壓達到設(shè)定閾值時，控制其中一個指示燈發(fā)光，例如控制LED_green點亮，表示此時可以正常對負載充電，否則，控制另一個指示燈發(fā)光，例如控制LED_red點亮，表示此時插入的充電器個數(shù)不夠，功率不足，不足以對負載進行快充。

結(jié)合圖3，具體說明本實用新型支持快充的USB集線器的工作流程：

當(dāng)通過本實用新型的支持快充的USB集線器將普通充電電源和待充電設(shè)備相連時，U4通過D+，D-與待充電設(shè)備進行握手識別，判斷設(shè)備是否支持QC2.0快充，并且判斷支持的快充電壓是多少。

U4與負載設(shè)備握手成功后會根據(jù)識別的結(jié)果調(diào)節(jié)H點的電壓值，MCU控制器U3通過對H點電壓進行采樣即可判斷出設(shè)備支持的快充電壓，MCU控制器U3根據(jù)H點的采樣電壓控制SW開關(guān)動作，將SW打到相應(yīng)位置后，MCU控制器U3通過輸出端OUT_1將開關(guān)管Q打開，同時通過輸出端OUT_5使U1工作。此時，輸入端的Micro USB充電輸入端口、開關(guān)管Q和升壓芯片U1構(gòu)成USB集線器內(nèi)完整的充電線路。

由于QC2.0支持的充電功率遠大于普通充電器輸出功率，輸入端Micro USB端口插入的普通充電器可能存在功率不足的問題，無法正常供電，那么此時需要插入多個普通充電器對設(shè)備進行并行充電。MCU控制器U3通過檢測A點、B點、C點、D點、E點電壓判斷對應(yīng)的Micro USB端口是否插入有充電器，當(dāng)對應(yīng)檢測點的電壓為零時，表示該Micro USB端口沒有插入充電器。

假設(shè)，此時是在Micro USB_1接口插入了一個5V/500mA的普通充電器，U4判斷出負載為9V/2A的快充接口，MCU控制器U3將SW打到1位置匹配升壓電路輸出9V電壓，并打開關(guān)管Q和U1，導(dǎo)通充電線路，此時由于單個充電器功率不足，A點處電壓將會被拉低，MCU控制器U3根據(jù)A點處電壓采樣值與設(shè)定閾值比較，判斷電壓達不到設(shè)定閾值，則通過OUT_5和OUT_1將開關(guān)管Q關(guān)斷和U1關(guān)斷，此時，Micro USB_1輸入與輸出斷開，并且，MCU控制器U3將LED_red點亮，表示此時插入的充電器個數(shù)不夠，功率不足，不足以對負載進行快充。

當(dāng)在輸入端再插入一個充電器時，即此時Micro USB_1和Micro USB_2均有充電器，MCU控制器U3首先打開開關(guān)管Q和U1，此時，Micro USB_1，Micro USB_2，Q，U1到負載構(gòu)成一條完整的充電線路。

待該條充電線路連通后，MCU控制器U3對A、B點電壓進行檢測，如果這兩點電壓在正常范圍內(nèi)，MCU控制器U3將LED_green點亮，表示此時可以正常對負載充電；如果檢測到A、B點電壓仍然過低，MCU控制器U3仍將LED_red點亮，并將開關(guān)管Q斷開，U1斷開，此時需要再插入充電器。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，在本實用新型的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實施例的基礎(chǔ)上進行其他的改進或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本實用新型的目的，本實用新型的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。