專利名稱：充電/通信復用接口的電源管理電路及數(shù)碼電子產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于接口電路技術領域，具體地說，是涉及一種針對充電接口與數(shù)據(jù)通信接口的復用接口提出的電源管理電路以及采用所述充電/通信復用接口的電源管理電路設計的數(shù)碼電子產(chǎn)品。
背景技術：
自從蘋果公司推出IPAD以來，平板電腦迅速風靡全球，國內(nèi)外眾多IT企業(yè)巨頭紛紛推出相關產(chǎn)品。目前市面上的平板電腦使用的硬件平臺多數(shù)是使用雙電芯串聯(lián)的鋰電池方案，這就要求充電電壓必須高于DC 8.4V。而現(xiàn)有的SLAVE型USB接口的電源電壓是DC 5V，所以按照傳統(tǒng)的電路設計，采用雙電芯串聯(lián)的鋰電池方案設計的平板電腦就無法像手機一樣，將用于進行數(shù)據(jù)通信的USB接口與充電接口共用。如果為該類型的平板電腦同時配置USB數(shù)據(jù)線和充電線，不僅會增加產(chǎn)品的硬件成本，而且也會給用戶的攜帶產(chǎn)生不便，使用時也過于繁瑣。若要實現(xiàn)USB數(shù)據(jù)線與充電線的復用，目前的解決方案是使用特殊的電源適配器。該電源適配器需要配置USB3. 0接口，在Normal模式(連接其他設備或者空載時)下輸出DC 5V ；在ASUA模式(外部提供大于2. 5V的控制信號)時，輸出DC 12V (可根據(jù)串聯(lián)電芯的數(shù)量定義相應的輸出電壓)。USB 3.0接口的管腳布局如圖1所示，其接口定義為Pinl 是電源“ + ”輸出管腳；Pin4是電源“_”輸出管腳；Pin7是外部提供的控制信號ID的輸出管腳，且控制信號ID的電壓值>2. 5V。使用這種電源適配器時，USB接口的電源和充電電源是通過相同的線路輸入的，即都是通過Pinl、Pin4輸入的，而且USB接口的電源是5V，充電電源是12V或者更高的電壓，這就要求數(shù)碼產(chǎn)品能夠合適地處理這兩個不同的電源，否則不但不能實現(xiàn)原有的功能，而且還會對數(shù)碼產(chǎn)品造成過壓燒毀的后果。很顯然，這種數(shù)據(jù)線與充電線復用的電路設計方案，需要利用USB3. 0接口中的 Pin7管腳傳輸?shù)目刂菩盘朓D來輔助數(shù)碼產(chǎn)品完成對充電模式或數(shù)據(jù)通信模式的準確識別。這種模式識別方法顯然對于目前應用廣泛的傳統(tǒng)充電/通信復用接口(比如USB1. 0或者USB2. 0等接口)來說不能適用，因此其應用領域非常有限。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種電源管理電路，采用該電源管理電路可以支持充電接口與數(shù)據(jù)通信接口的復用，從而使得數(shù)碼產(chǎn)品只需配置一條數(shù)據(jù)線，即可同時兼用作充電線，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與電池充電的雙重功能。為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現(xiàn)一種充電/通信復用接口的電源管理電路，用于通過復用接口輸入的充電電壓與通信接口電源不一致的電路中，包括比較器和開關電路，所述比較器的其中一路輸入端連接復用接口的電源輸入管腳，另一路輸入端連接參考電壓，比較器的輸出端連接開關電路的控制端，所述開關電路的開關通路連接在所述復用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端之間。進一步的，所述復用接口的電源輸入管腳同時連接充電管理器的輸入端，所述充電管理器在數(shù)碼電子產(chǎn)品中負責對充電電池的充電狀態(tài)進行管理。又進一步的，所述充電管理器的輸出端連接充電電池，所述充電電池為多電芯串聯(lián)的鋰電池。優(yōu)選的，所述復用接口的電源輸入管腳通過分壓電路接地，所述分壓電路的分壓節(jié)點連接所述比較器的其中一路輸入端，例如比較器的反相輸入端，此時比較器的同相輸入端連接所述的參考電壓。為了實現(xiàn)對輸入的兩種電源進行準確識別，所述參考電壓的幅值應介于通信接口電源通過所述分壓電路分壓后的電壓值與充電電壓通過所述分壓電路分壓后的電壓值之間。作為所述開關電路的一種優(yōu)選設計方案，在所述開關電路中包含有一 N溝道場效應管和一 P溝道場效應管；所述N溝道場效應管的柵極連接比較器的輸出端，源極接地，漏極連接所述P溝道場效應管的柵極；所述P溝道場效應管的柵極同時通過限流電阻連接所述復用接口的電源輸入管腳，源極連接所述復用接口的電源輸入管腳，漏極連接所述通信接口電路的供電端。優(yōu)選的，所述復用接口的電源輸入管腳通過一電容器接地，所述電容器的額定電壓高于充電電壓。進一步的，所述復用接口為USB接口，通過所述USB接口輸入的充電電壓大于等于 12V，USB接口電源為5V?；谏鲜鲭娫垂芾黼娐方Y構，本實用新型還提供了一種采用所述電源管理電路設計的數(shù)碼電子產(chǎn)品，包括充電/通信復用接口、通信接口電路、充電電池以及與所述充電/ 通信復用接口的電源輸入管腳相連接的電源管理電路；其中，通過所述充電/通信復用接口輸入的充電電壓與通信接口電源不一致；在所述電源管理電路中包括比較器和開關電路，所述比較器的其中一路輸入端連接復用接口的電源輸入管腳，另一路輸入端連接參考電壓，比較器的輸出端連接開關電路的控制端，所述開關電路的開關通路連接在所述復用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端之間。通過比較器對輸入的充電電壓和通信接口電源進行識別，進而在當所述復用接口上插入的是數(shù)據(jù)線時，連通所述復用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端，為通信接口電路以及其他需要使用通信接口電源的負載供電。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型的電源管理電路針對充電電壓與通信接口電源不一致的情況，采用簡單的電路結構實現(xiàn)了對輸入電源的準確識別并自動將其接通到相應的負載電路，由此對于采用多電芯串聯(lián)的鋰電池方案設計的數(shù)碼電子產(chǎn)品，也能配置傳統(tǒng)的充電/通信復用接口，用戶只需使用一條數(shù)據(jù)線即能連接電腦進行數(shù)據(jù)傳輸，又能連接電源適配器對數(shù)碼電子產(chǎn)品進行充電，不僅降低了數(shù)碼電子產(chǎn)品的硬件成本，使產(chǎn)品附件變得更加簡潔、實用，而且也給用戶的日常使用提供了方便。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。
圖1是USB3.0接口的管腳布局圖；圖2是本實用新型所提出的電源管理電路的原理框圖；圖3是本實用新型所提出的電源管理電路的一種實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細地描述。實施例一，本實施例針對充電接口與通信接口共用同一個接口且充電電壓ACIN 與通信接口電源VBUS不一致的情況，提出了一種特殊的電源管理電路設計方案，參見圖2 所示，主要由比較器Ul和開關電路Kl組建而成。將通過復用接口的電源輸入管腳輸入的電源傳輸至比較器Ul，與參考電壓進行比較，進而識別出當前輸入的是充電電壓ACIN還是通信接口電源VBUS。若是通信接口電源VBUS，則控制開關電路導通，將輸入的通信接口電源VBUS傳輸至通信接口電路的供電端USB_VBUS，其他需要使用該通信接口電源VBUS的負載電路則可以采用與所述通信接口電路的供電端相連接的方式，獲取所需的通信接口電源 VBUS。若輸入的電源是充電電壓ACIN，則保持開關電路Kl的關斷狀態(tài)，不會使高電壓輸出到通信接口電路的供電端USB_VBUS，從而避免對通信接口電路以及其他負載電路造成損壞。將輸入的充電電壓ACIN傳輸至充電管理器，進而通過充電管理器對充電電池進行充 H1^ ο本實施例以USB接口作為所述的復用接口，且充電電池為要求12V充電電壓的雙電芯串聯(lián)的鋰電池為例進行具體說明。對于USB接口來說，其Pim管腳一般定義為電源輸入管腳，當USB接口通過配置線纜連接到電腦上時，通過其Pmi管腳輸入的是5V的USB接口電源VBUS ；而當USB接口通過配置線纜連接電源適配器時，則通過其Pim管腳輸入的是充電電壓ACIN。對于采用雙電芯串聯(lián)的鋰電池作為電源的數(shù)碼電子產(chǎn)品來說，其要求充電電壓ACIN應為12V;對于其他使用更多電芯串聯(lián)的鋰電池設計的數(shù)碼電子產(chǎn)品來說，所述充電電壓ACIN可以根據(jù)串聯(lián)的電芯數(shù)量進行相應定義。如圖3所示，將USB接口的電源輸入管腳連接比較器Ul的其中一路輸入端，例如比較器Ul的反相輸入端IN-；或者首先將USB接口的電源輸入管腳通過分壓電路接地，然后利用分壓電路的分壓節(jié)點連接所述比較器Ul的反相輸入端IN-，通過分壓電路對輸入的充電電壓ACIN或者通信接口電源VBUS進行分壓后，再與參考電壓REF進行比較。所述分壓電路可以由兩個精密電阻R2、R3串聯(lián)而成，一端連接USB接口的電源輸入管腳，另一端接地，其中間節(jié)點連接比較器Ul的反相輸入端IN-，比較器Ul的同相輸入端IN+連接參考電壓REF。所述參考電壓REF的選取應滿足其幅值介于通信接口電源VBUS通過所述分壓電路分壓后的電壓值與充電電壓ACIN通過所述分壓電路分壓后的電壓值之間的規(guī)定，即5V 的USB接口電源和12V的充電電壓被電阻R2、R3分壓后的值一個大于比較器Ul的參考電壓REF，一個小于比較器Ul的參考電壓REF。由此一來，當通過USB接口的電源輸入管腳輸入的是5V的USB接口電源VBUS時，則通過比較器Ul的輸出端OUT輸出高電平，控制連接在USB接口的電源輸入管腳與USB接口電路的供電端USB_VBUS之間的開關電路Kl導通， 使5V的USB接口電源VBUS輸出至USB接口電路的供電端USB_VBUS，為USB接口電路和其他需要USB接口電源VBUS的負載電路供電。將所述USB接口的電源輸入管腳同時連接充電管理器的輸入端，此時充電管理器不工作，不會對充電電池進行充電，而且也不會對產(chǎn)品造成任何不良影響。當通過USB接口的電源輸入管腳輸入的是12V的充電電壓ACIN時，則通過比較器Ul的輸出端OUT輸出低電平，使開關電路Kl保持關斷狀態(tài)，避免12V或者更高的充電電壓ACIN傳輸至USB接口電路，造成系統(tǒng)電路的燒毀。另一方面，輸入的12V充電電壓ACIN傳輸至充電管理器的輸入端，使充電管理器進入工作狀態(tài)，將充電電壓ACIN傳輸至與其輸出端相連接的充電電池上，為充電電池充電。由于通過改變電阻R2、R3的電阻值即可改變分壓比值，因此，可以把本實施例的電源管理電路應用于更多鋰電芯串聯(lián)的產(chǎn)品中，具有相當大的靈活性和延展性。作為所述開關電路Kl的一種優(yōu)選設計方案，本實施例采用一顆N溝道場效應管 Q2 (例如N溝道金屬氧化物場效應管M0SFET)和一顆P溝道場效應管Ql (例如P溝道金屬氧化物場效應管MOSFET)來組建所述的開關電路K1，如圖3所示。其中，將N溝道場效應管Q2的柵極連接比較器Ul的輸出端OUT，源極接地，漏極連接P溝道場效應管Ql的柵極。 所述P溝道場效應管Ql的柵極通過限流電阻Rl連接USB接口的電源輸入管腳，源極也連接所述USB接口的電源輸入管腳，漏極連接USB接口電路的供電端USB_VBUS。當比較器Ul 輸出高電平時，N溝道場效應管Q2導通，將P溝道場效應管Ql的柵極電壓拉低，此時P溝道場效應管Ql由于其源極電壓高于柵極電壓而導通，使通過USB接口的電源輸入管腳輸入的5V接口電源VBUS傳輸至USB接口電路。而當比較器Ul輸出低電平時，N溝道場效應管 Q2截止，此時P溝道場效應管Ql由于其源極電壓等于柵極電壓而處于截止狀態(tài)，從而切斷 USB接口的電源輸入管腳與USB接口電路的連接通路，避免充電電壓ACIN輸入到USB接口電路中，對系統(tǒng)電路造成損壞。當然，所述開關電路Kl也可以采用其他具有開關作用的元器件(比如可控硅、晶體管等)或者集成芯片組建實現(xiàn)，本實施例并不僅限于以上舉例。由于比較器Ul的響應時間很快，輸入和輸出的延遲時間只有5uS左右，所以，不用擔心當通過USB接口的電源輸入管腳輸入的是12V的充電電壓ACIN時，在比較器Ul輸出低電平之前，會有短暫的12V脈沖涌向USB接口電路的供電端USB_VBUS。為了更加穩(wěn)妥，可以在所述USB接口的電源輸入管腳處增加一個2. 2uF左右，額定電壓為15V以上的電容器 Cl，如圖3所示，即將所述USB接口的電源輸入管腳通過電容器Cl接地，從而達到徹底避免通過比較器Ul輸出短暫的12V脈沖的目的。當然，對于充電電壓ACIN高于12V的情況，只需選用額定電壓超過充電電壓的電容器，連接在所述USB接口的電源輸入管腳與地之間即可滿足設計要求。將本實施例所提出的電源管理電路應用于多鋰電芯串聯(lián)的平板電腦等數(shù)碼電子產(chǎn)品中，便可以在數(shù)碼電子產(chǎn)品上設置傳統(tǒng)的充電/通信復用接口，例如USB1.0接口、 USB2. 0接口等。當然，采用現(xiàn)有平板電腦上配置的USB3. 0接口同樣適用，而且不再需要外部提供控制信號ID，系統(tǒng)可自動識別當前通過復用接口輸入的電源是充電電壓ACIN還是通信接口電源VBUS，執(zhí)行相應的充電或者數(shù)據(jù)通信任務。當然，以上所述僅是本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種充電/通信復用接口的電源管理電路，用于通過復用接口輸入的充電電壓與通信接口電源不一致的電路中，其特征在于包括比較器和開關電路，所述比較器的其中一路輸入端連接復用接口的電源輸入管腳，另一路輸入端連接參考電壓，比較器的輸出端連接開關電路的控制端，所述開關電路的開關通路連接在所述復用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的充電/通信復用接口的電源管理電路，其特征在于所述復用接口的電源輸入管腳連接充電管理器的輸入端。
3.根據(jù)權利要求2所述的充電/通信復用接口的電源管理電路，其特征在于所述充電管理器的輸出端連接充電電池，所述充電電池為多電芯串聯(lián)的鋰電池。
4.根據(jù)權利要求2所述的充電/通信復用接口的電源管理電路，其特征在于所述復用接口的電源輸入管腳通過分壓電路接地，所述分壓電路的分壓節(jié)點連接所述比較器的其中一路輸入端。
5.根據(jù)權利要求4所述的充電/通信復用接口的電源管理電路，其特征在于所述參考電壓的幅值介于通信接口電源通過所述分壓電路分壓后的電壓值與充電電壓通過所述分壓電路分壓后的電壓值之間。
6.根據(jù)權利要求4所述的充電/通信復用接口的電源管理電路，其特征在于所述比較器的反相輸入端連接所述分壓電路的分壓節(jié)點，比較器的同相輸入端連接所述的參考電壓。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的充電/通信復用接口的電源管理電路，其特征在于在所述開關電路中包含有一N溝道場效應管和一P溝道場效應管；所述N溝道場效應管的柵極連接比較器的輸出端，源極接地，漏極連接所述P溝道場效應管的柵極；所述P溝道場效應管的柵極通過限流電阻連接所述復用接口的電源輸入管腳，源極連接所述復用接口的電源輸入管腳，漏極連接所述通信接口電路的供電端。
8.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的充電/通信復用接口的電源管理電路，其特征在于所述復用接口的電源輸入管腳通過一電容器接地，所述電容器的額定電壓高于充電電壓。
9.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的充電/通信復用接口的電源管理電路，其特征在于所述復用接口為USB接口，通過所述USB接口輸入的充電電壓大于等于12V，USB接口電源為5V。
10.一種數(shù)碼電子產(chǎn)品，包括充電/通信復用接口、通信接口電路和充電電池，其特征在于還包括如權利要求1至9中任一項權利要求所述的充電/通信復用接口的電源管理電路。
專利摘要本實用新型公開了一種充電/通信復用接口的電源管理電路及數(shù)碼電子產(chǎn)品，包括比較器和開關電路，所述比較器的其中一路輸入端連接復用接口的電源輸入管腳，另一路輸入端連接參考電壓，比較器的輸出端連接開關電路的控制端，所述開關電路的開關通路連接在所述復用接口的電源輸入管腳與通信接口電路的供電端之間。本實用新型針對充電電壓與通信接口電源不一致的情況，采用簡單的電路結構實現(xiàn)了對輸入電源的準確識別并自動將其接通到相應的負載電路，由此對于采用多電芯串聯(lián)的鋰電池方案設計的數(shù)碼電子產(chǎn)品，也能配置傳統(tǒng)的充電/通信復用接口，用戶只需使用一條數(shù)據(jù)線即能連接電腦進行數(shù)據(jù)傳輸，又能連接電源適配器對數(shù)碼電子產(chǎn)品進行充電。
文檔編號H02J7/00GK202196398SQ201120246659
公開日2012年4月18日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權日2011年7月13日
發(fā)明者任海坤, 殷松嶺, 王靖武 申請人:青島海信移動通信技術股份有限公司