一种用于检测USB电源输出功率的检测电路

技术领域

本发明涉及电源功率输出检测，尤其涉及一种用于检测USB电源输出功率的检测电路。

背景技术

目前，随着USB Type-C技术的普及，为了兼容新旧技术，一般是在产品端配置PD协议IC搭配相应的软件程序以实现电源输入输出的管理。但是，这种方式对于中低端产品来说，其成本过高且开发周期变长，不利于产品的研发。同时，若不配置PD协议IC的话，对于用户来说，其在选择充电器时就需要根据实际的需求进行选择对应接口的充电器，然后对于目前常用的充电器来说，其默认的电源输入均为5V，由于无法判断当前充电器的充电电流能力，导致无法对负载的产品进行灵活调节，降低了产品本身的可操作性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于USB电源输出功率的检测电路，其能够解决现有无法对外部适配器的输出能力检测导致负载的产品无法适配等问题。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种用于检测USB电源输出功率的检测电路，包括USB-C接口模块、滤波电路、双通道运算放大器和输出控制电路；其中，所述USB-C接口模块的输入端与第一充电器电性连接或通过接口转换头与第二充电器电性连接；所述USB-C接口模块的第一输出端与所述双通道运算放大器的第一正相输入端电性连接，用于向所述双通道运算放大器提供第一实时电压信号；所述USB-C接口模块的第二输出端通过滤波电路与所述双通道运算放大器的第二负相输入端电性连接，用于向所述双通道运算放大器提供第二实时电压信号；

所述双通道运算放大器的第一负相输入端、第二正相输入端、第三输入端分别用于输入第一参考电压信号、第二参考电压信号、第三参考电压信号；

所述双通道运算放大器，用于根据所述第一实时电压信号与所述第一参考电压信号的第一比较结果、所述第二实时电压信号与所述第二参考电压信号的第二比较结果控制所述输出控制电路的电源输出功率；其中，所述第一充电器的充电接口为USB-C接口；第二充电器的充电接口为USB-A接口。

进一步地，所述双通道运算放大器包括第一比较器；所述第一比较器的正相输入端接入第一实时电压信号、负相输入端接入第一参考电压信号，用于将第一实时电压信号与第一参考电压信号进行比较；其中，当所述第一实时电压信号大于所述第一参考电压信号时，第一比较器输出的第一比较结果为第三参考电压信号的电压值且当前接入的充电器的充电接口为USB-C接口；当所述第一实时电压信号小于第一参考电压信号时，第一比较器输出的第一比较结果为0V且当前接入的充电器的充电接口为USB-A接口。

进一步地，所述双通道运算放大器还包括第二比较器；所述第二比较器的负相输入端接入第二实时电压信号、正相输入端输入第二参考电压信号，用于将第二实时电压信号与第二参考电压信号进行比较；其中，当所述第二实时电压信号大于所述第二参考电压信号时，第二比较器输出的第二比较结果为0V且当前充电器的电流输出能力大于第二预设值；当所述第二实时电压信号小于第二参考电压信号时，第二比较器输出的第二比较结果为第三参考电压信号的电压值且当前接入的充电器的电流输出能力小于第一预设值；其中，第一预设值小于第二预设值。

进一步地，若当前接入的充电器的充电接口为USB-A接口时，所述输出控制电路输出高电平；

若当前接入的充电器的充电接口为USB-C接口时：当第二比较结果为0V，则所述输出控制电路输出低电平；当第二比较结果为第三参考电压信号的电压值，则所述输出控制电路输出高电平。

进一步地，所述第一预设值为1A，第二预设值为1.5A；第一参考电压信号小于第二参考电压信号，第二参考电压信号小于第三参考电压信号。

进一步地，所述第一参考电压信号为0.2V，第二参考电压信号为0.67V，第三参考电压信号为3.9V。

进一步地，所述双通道运算放大器包括芯片IC1、芯片U4、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38、电阻R35、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R47、电阻R48、电阻R51和电阻R52；

其中，芯片IC1的端口1输出第一比较结果，端口7输出第二结果，端口2接入第一参考电压信号，端口5输入第二参考电压信号，端口8输入第三参考电压信号，端口3通过电阻R55接入第一实时电压信号，端口6接入第二实时电压信号，端口4接地；

芯片IC1的端口8还与芯片U4的端口3电性连接；芯片U4的端口2接地，端口1通过电阻R52接地，端口1还通过电阻R51与芯片U4的端口3电性连接，端口3通过电阻R41接入5V电源；

芯片U4的端口3还通过电容C35接地，端口3依次通过电阻R39、电阻R47、电阻R40接地；电容C36的一端接地、另一端与芯片U4的端口3电性连接；电阻R35的一端接入电阻R39与芯片U4的端口3之间、另一端依次通过电阻R48、电阻R42接地；电容C37、电容C38的一端均接地，另一端均通过接入电阻R39与电阻R47之间；电阻R35与电阻R48之间接入第二参考电压信号；电容C38接入第三参考电压信号。

进一步地，所述滤波电路为RC低通滤波电路；其中，所述RC低通滤波电路包括电阻R16和电容C53；电阻R16的一端通过电阻R55与芯片IC1的端口3电性连接、另一端与芯片IC1的端口6电性连接；电容C53的一端接地、另一端接入电阻R16和芯片IC1的端口6之间；芯片IC1的端口3输入的第一实时电压信号经过电阻R16和电容C53滤波后形成第二实时电压信号并输入到芯片IC1的端口6。

进一步地，所述输出控制电路包括电阻R30、电阻R33、电阻R14、三极管Q5和三级管Q6；

其中，电阻R33的一端与芯片IC1的端口1电性连接、另一端与三极管Q6的基极电性连接；三极管Q6的发射极接地、集电极通过电阻R27与三极管Q5的基极电性连接；电阻R14的一端接地、另一端接入电阻R33与三极管Q6的基极之间；三极管Q5的发射极与芯片IC1的端口7电性连接、集电极与设备的后级电路电性连接；电阻R30的一端与三极管Q5的发射极电性连接、另一端接入电阻R27与三极管Q5的基极之间。

进一步地，还包括可控精密电源，所述可控精密电源与双通道运算放大器电性连接，用于向双通道运算放大器提供第一参考电压信号、第二参考电压信号和第三参考电压信号。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过接口转换头与USB-C接口模块的配合实现了两种USB充电器的供电方式，同时当充电器的充电接口为USB-C接口时，根据充电器的电流输出能力来调整输出到后级电路的电源功率，以提高产品的可操作性。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于USB电源输出功率的检测电路模块图；

图2为图1中的滤波器和运算放大器的电路示意图；

图3为图1中的输出控制电路的电路示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

基于现有存在的问题，本发明提供一种优选的实施例，一种用于USB电源输出功率的检测电路，如图1所示，包括接口转接头、USB-C接口模块、滤波电路、运算放大器和输出控制电路。

其中，接口转换头，用于实现USB-A接口与USB-C接口的转换。

USB-C接口模块的输入端与第一充电器电性连接，或通过接口转换头与第二充电器电性连接。

由于USB-A接口的充电器无法直接与USB-C接口模块电性连接。因此，当充电器的接口为USB-A接口时，将其通过接口转换头与USB-C接口模块电性连接。当充电的接口为USB-C接口时，直接将其与USB-C接口模块电性连接。也即，第一充电器为USB-C接口的充电器，第二充电器为USB-A接口的充电器。

更为具体地，在实际的使用过程中，USB-C接口模块一般采用USB-C SINK母座来实现。通过USB-C SINK母座提供USB-C接口，以实现与第一充电器连接或通过接口转换头与第二充电器连接。

由于不同接口的充电器，其电流输出能力不同，因此，在对后级电路的电源输出功率进行调整时，首先需要判断得出当前接入的充电器的接口类型以及充电器的电流输出能力。因此，本实施例通过设置运算放大器来实现上述判断。

优选地，本实施例的运算放大器为双通道运算放大器。

更为进一步地，双通道运算放大器的第一正相输入端与USB-C接口模块的第一输出端电性连接，用于获取第一实时电压信号。

双通道运算放大器的第二负相输入端通过滤波电路与USB-C接口模块的第二输入端电性连接，用于获取第二实时电压信号。

双通道运算放大器的第一负相输入端输入第一参考电压信号、第二正相输入端输入第二参考电压信号、第三输入端输入第三参考电压信号。

具体地，双通道运算放大器，用于将第一实时电压信号与第一参考电压信号进行对比得出第一比较结果，以判断当前接入的充电器的接口类型。

双通道运算放大器，用于将第二实时电压信号与第二参考电压信号进行对比得出第二比较结果，以判断当前接入的充电器的电流输出能力。

更为具体地，双通道运算放大器包括第一比较器A和第二比较器B。其中，第一比较器A的第一正相输入端与USB-C接口模块的第一输入端电性连接、第一负相输入端输入第一实时电压信号，用于将第一实时电压信号与第一参考电压进行比较得出第一比较结果。

第二比较器B的第二负相输入端通过滤波电路与USB-C接口模块的第二输入端电性连接、第二正相输入端输入第二实时电压信号，用于将第二实时电压信号与第二参考电压信号进行比较得出第二比较结果。

也即，第一比较器A，用于判断当前接入的充电器的接口类型；第二比较器B，用于判断当前接入的充电器的电流输出能力。

输出控制电路的输入端与双通道运算放大器的第一输出端、第二输出端电性连接，用于根据第一比较结果与第二比较结果控制向负载提供的电源功率大小。其中，负载比如功放模块、马达模块等，可通过对外部适配器的输出能力的检测，从而可实现对负载的适配能力进行调整，提高产品的可操作性。比如，根据适配器的输出能力的大小，可通过调节音箱类、风扇类产品的功率大小。

更为具体地，当第一实时电压信号大于第一参考电压信号时，第一比较器输出的第一比较结果为第三参考电压信号的电压值，并且当前接入的充电器的接口类型为USB-C接口。

反之，当第一实时电压信号小于第一参考电压信号时，第一比较器输出的第一比较结果为0V，并且当前接入的充电器的充电接口为USB-A接口。

由于USB-A接口的充电器与USB-C接口的充电器所提供的电压信号不同，因此，可通过设定相应的参考电压来区分不同接口的充电器。

进一步地，第一参考电压为0.2V，第三参考电压为3.9V。

更为具体地，当第二实时电压信号的电压值大于第二参考电压信号时，第二比较器输出的第二比较结果为0V时，并且当前接入的充电器的电流输出能力大于第二预设值。

反之，当第二实时电压信号的电压值小于第二参考电压信号的电压值时，第二比较器输出的第二比较结果为第三参考电压信号的电压值，并且当前接入的充电器的电流输出能力小于第一预设值。

具体地，第一预设值为1A，第二预设值为1.5A。第二参考电压信号的电压值为0.67V。

从前述可知，当当前接入的充电器的接口为USB-A接口时，第一实时电压信号的电压值小于第一实时电压信号的电压值0.2V。

而第二实时电压信号是通过滤波电路进行滤波后的电压信号，因此，第二实时电压信号的电压值必然会小于第二参考电压信号的电压值0.67V，第二比较器输出的第二比较结果必然为第三参考电压信号的电压值，则当前接入的充电器的电流输出大小必然会小于第一预设值1A。

相反，当当前接入的充电器的接口为USB-C接口时，第一实时电压信号的电压值大于第一参考电压信号的电压值0.2V。由于不清楚第二实时电压信号的电压值与第二参考电压信号的电压值0.67V的大小，因此，还需要通过第二比较器B进行判断，以得出当前接入的充电器的电流输出能力。

也即，当第一比较器A输出的第一比较结果为0V时，输出控制电路向后级电路提供的电源功率不会受到第二比较器B的输出结果的影响。

更为优选地，本实施例还包括可控精密电压源。其中，可控精密电压源，用于提供上述三个参考电压。具体地，可控精密电压源的型号为TL431A。

另外，第二实时电压信号是第一实时电压信号进行滤波后得到的。由于第一参考电压信号的电压值为0.2V，也即第一比较器A的门限电压为0.2V，其电压值较小，因此，第一实时电压信号不需要进行滤波即可输入到第一比较器A。而由于第二参考电压信号的电压值为0.67V，也即第二比较器B的门限电压为0.67V，因此，本实施例通过增加滤波电路对第一实时电压信号进行滤波再将其输入到第二比较器B，以保证信号的稳定性。

优选地，滤波电路为低通滤波电路。

如图2所示，双通道运算放大器包括芯片IC1、芯片U4、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38、电阻R35、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R47、电阻R48、电阻R51和电阻R52。

其中，芯片IC1的端口1输出第一比较结果，端口7输出第二比较结果，端口2接入第一参考电压信号，端口5输入第二参考电压信号，端口8输入第三参考电压信号，端口3通过电阻R55接入第一实时电压信号，端口6接入第二实时电压信号，端口4接地。

芯片IC1的端口8还与芯片U4的端口3电性连接。

芯片U4的端口2接地，端口1通过电阻R52接地，端口1还通过电阻R51与芯片U4的端口3电性连接，端口3通过电阻R41接入5V电源。

芯片U4的端口3还通过电容C35接地，端口3依次通过电阻R39、电阻R47、电阻R40接地。电容C36的一端接地、另一端与芯片U4的端口3电性连接。

电阻R35的一端接入电阻R39与芯片U4的端口3之间、另一端依次通过电阻R48、电阻R42接地。

电容C37、电容C38的一端均接地，另一端均通过接入电阻R39与电阻R47之间。

电阻R35与电阻R48之间接入第二参考电压信号；电容C38接入第三参考电压信号。

更为具体地，低通滤波电路为RC低通滤波电路，包括电阻R16和电容C53；电阻R16的一端通过电阻R55与芯片IC1的端口3电性连接、另一端与芯片IC1的端口6电性连接。

电容C53的一端接地、另一端接入电阻R16和芯片IC1的端口6之间。

芯片IC1的端口3输入的第一实时电压信号经过电阻R16和电容C53滤波后形成第二实时电压信号并输入到芯片IC1的端口6。

优选地，输出控制电路包括与门电路，用于输出逻辑高电平/低电平，以驱动后级电路。具体地，如图3所示，输出控制电路包括所述输出控制电路包括电阻R30、电阻R33、电阻R14、三极管Q5和三级管Q6。

其中，电阻R33的一端与芯片IC1的端口1电性连接、另一端与三极管Q6的基极电性连接。

三极管Q6的发射极接地、集电极通过电阻R27与三极管Q5的基极电性连接；电阻R14的一端接地、另一端接入电阻R33与三极管Q6的基极之间。

三极管Q5的发射极与芯片IC1的端口7电性连接、集电极与设备的后级电路电性连接。

电阻R30的一端与三极管Q5的发射极电性连接、另一端接入电阻R27与三极管Q5的基极之间。

也即，通过芯片IC1的端口1输出的第一比较结果、端口7输出的第二比较结果来控制三极管Q5和三级管Q6的导通与截止，以控制输出控制电路输出高电平还是低电平。

从图3中也可以看出：

若第一比较器A输出的第一比较结果为3.9V时，三极管Q6，三极管Q5导通：

当第二比较器B输出的第二比较结果为0V时，输出控制电路输出低电平(0V)；

当第二比较器B输出的第二比较结果为3.9V时，输出控制电路输出高电平(3.9V)。

若第一比较器A的第一比较结果为0V时，三极管Q6截止，输出控制电路必然输出高电平(3.9V)。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。