一种USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路制造技术

本实用新型专利技术提供一种USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路，包括循环连接的DC‑DC稳压单元、线路损耗电压弥补回路、电流采集放大单元和门限比较单元，DC‑DC稳压单元实现稳定电压输出，线路损耗电压弥补回路实现输出负载电流流经本回路后，使DC‑DC稳压单元的反馈采样输入回路与参考地回路之间的电压发生变化，电流采集放大单元将流经线路损耗电压弥补回路上引起电压发生变化的电阻上的电压信号进行放大并输出至门限比较单元，门限比较单元将基准电压与电流采集放大单元输出的电压进行比较，当负载电流超过门限值电流时，控制DC‑DC稳压单元关断输出，并间歇性尝试重新输出电压动作。本申请能对USB供电线路损耗电压进行弥补和电流过载保护，简单实用可靠。

A Loss Voltage Compensation and Overload Protection Circuit for USB Power Supply Line

The utility model provides a loss voltage compensation and overload protection circuit for a USB power supply line, including a cyclically connected DC DC voltage stabilization unit, a line loss voltage compensation circuit, a current acquisition and amplification unit and a threshold comparison unit, a DC DC voltage stabilization unit to achieve stable voltage output, and a line loss voltage compensation circuit to realize the output load current flowing through the circuit to make the DC DC voltage stabilization unit stable. The voltage between the feedback sampling input circuit and the reference ground circuit of the element changes. The current acquisition and amplification unit amplifies the voltage signal on the resistance flowing through the loss voltage of the line to compensate for the voltage change in the circuit and outputs it to the threshold comparison unit. The threshold comparison unit compares the reference voltage with the output voltage of the current acquisition and amplification unit when the load current exceeds. When the threshold current is exceeded, the DC DC voltage stabilizing unit is controlled to turn off the output and intermittently try to re-output the voltage action. This application can compensate the loss voltage of the USB power supply line and protect the current overload. It is simple, practical and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路
本技术涉及USB供电
，具体涉及一种USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路。
技术介绍
目前，随着智能手机及移动智能设备的日益普及，移动设备对充电的要求也越来越高，充电电流也越来越大，因此由线材产生的损耗问题也越来越突出。随着车载娱乐系统的普及，手机与车载娱乐系统互联互通功能的应用，对车载娱乐系统USB(UniversalSerialBus，通用串行总线)输出电流及电压稳定度提出了新的要求，如车载娱乐系统要支持苹果手机互联功能，就必须遵循苹果MFI协议要求，该要求提出USB端口VBUS输出电流为0～1A时，输出电压应保持5V±10％范围。通常，由于车载娱乐系统USB接口一般设计在中控台下方位置或中央扶手箱内，而车载娱乐系统主机却安放在中控台上方位置或是扶手箱上方位置，由此就必须使用延长线的方式来连接主机与USB接口，但是加入了延长线就出现了不可避免的线路损耗问题。例如要使用1.5米延长线，采用25AWG线材设计，导线电阻＝1.5×2×0.106＝0.318Ω，通过1A电流时压降为0.318V，不能满足5V±10％，若加上接口的接触电阻及PCB线路上的损耗会更大。为了实现对USB供电线路损耗电压进行弥补，通常采用ELMOS或TI品牌的芯片来实现该功能。但是，本技术的专利技术人经过研究发现，采用芯片来实现该功能存在以下缺陷：1、成本较高，需要MCU对其进行配置操作；2、只能分等级弥补，如1A补偿100mV或1A补偿200mV，不能实现无级弥补；3、过载保护功能保护动作后存在一定维持电流，引起芯片发热，存在安全隐患。
技术实现思路
针对现有技术中采用芯片来对USB供电线路损耗电压进行弥补，存在成本较高，不能实现无级电压弥补，以及过载保护功能保护动作后存在一定维持电流，会引起芯片发热，存在安全隐患的技术问题，本技术提供一种USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路。为了解决上述技术问题，本技术采用了如下的技术方案：一种USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路，包括循环连接的DC-DC稳压单元、线路损耗电压弥补回路、电流采集放大单元和门限比较单元，所述DC-DC稳压单元用于实现稳定电压输出，所述线路损耗电压弥补回路用于实现输出负载电流流经本回路后，使所述DC-DC稳压单元的反馈采样输入回路与参考地回路之间的电压发生变化，从而抬高DC-DC稳压单元内部参考电压VREF使输出电压发生改变，所述电流采集放大单元用于将流经所述线路损耗电压弥补回路上引起电压发生变化的电阻上的电压信号进行放大，以输出所述门限比较单元可识别的电压，所述门限比较单元用于将基准电压与所述电流采集放大单元输出的电压进行比较，当负载电流超过门限值电流时，控制所述DC-DC稳压单元关断输出，并间歇性尝试重新输出电压动作。与现有技术相比，本技术提供的USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路，通过线路损耗电压弥补回路可实现输出电流增大输出电压随之升高，从而弥补线路损耗压降，使USB接口处电压稳定，达到无级线路损耗电压弥补的功能，具有响应速度快，弥补精准的特点；当负载电流超过门限值电流引起输出过载时，可通过电流采集放大单元和门限比较单元进行间歇性尝试恢复输出电压能力，直到过载撤销后能及时恢复供电，因而同时兼备过载保护功能；另外，间歇性尝试输出的时间会很短，断开输出的时间会很长，这样的方式实践证明短路后电路基本不会发热，从而提高了电路的可靠性。因此，本电路具有结构简单，成本较低和实用可靠的特点。进一步，所述DC-DC稳压单元包括DC-DC电源电路和电阻R2，所述DC-DC电源电路具有输入脚VIN、使能脚EN、输出脚VOUT、反馈采样脚FB和参考地脚GND，所述输入脚VIN与输入电源正极端口INPUT+连接，所述使能脚EN经电阻R2与外部使能控制端口EN连接，所述输出脚VOUT与输出正极端口USB_VBUS+连接，所述反馈采样脚FB与线路损耗电压弥补回路连接，所述参考地脚GND与输出负极端口USB-连接。进一步，所述线路损耗电压弥补回路包括电阻R1、电阻R4电阻R3，所述电阻R1的一端与输出脚VOUT和输出正极端口USB_VBUS+之间的节点连接，所述电阻R1的另一端顺序经电阻R4和电阻R3与参考地脚GND连接，所述电阻R4和电阻R3之间的节点接地并与输入电源负极端口INPUT-和电流采集放大单元连接。进一步，所述电流采集放大单元包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R12、二极管D2、电容C1、电容C2和运算放大器U1A，所述电阻R7的一端与参考地脚GND连接，所述电容C2的一端接地，所述电阻R7和电容C2的另一端均与运算放大器U1A的正向输入端连接，所述电阻R8的一端与电阻R4和电阻R3之间的节点连接，所述电阻R8的另一端和电阻R12的一端均与运算放大器U1A的反向输入端连接，所述电阻R12的另一端和电阻R9的一端均与运算放大器U1A的输出端连接，所述电阻R9的另一端与二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极连接到门限比较单元，所述运算放大器U1A的正电源端和电容C1的一端连接直流电源VCC，所述运算放大器U1A的负电源端和电容C1的另一端接地。进一步，所述门限比较单元包括电阻R5、电阻R6、电阻R10、电阻R11、二极管D1、电容C3和运算放大器U1B，所述电阻R5的一端连接直流电源VCC，所述电阻R5的另一端、电阻R6的一端和电阻R11的一端均与运算放大器U1B的正向输入端连接，所述运算放大器U1B的反向输入端与电阻R10的一端、电容C3的一端和二极管D2的负极连接，所述电阻R10、电阻R11和电容C3的另一端接地，所述电阻R6的另一端和二极管D1的负极与运算放大器U1B的输出端连接，所述二极管D1的正极与电阻R2和使能脚EN之间的节点连接。附图说明图1是本技术提供的USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路原理框图。图2是本技术提供的USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路结构示意图。图中，1、DC-DC稳压单元；2、线路损耗电压弥补回路；3、电流采集放大单元；4、门限比较单元。具体实施方式为了使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本技术。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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技术和简化描述，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，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路，其特征在于，包括循环连接的DC‑DC稳压单元、线路损耗电压弥补回路、电流采集放大单元和门限比较单元，所述DC‑DC稳压单元用于实现稳定电压输出，所述线路损耗电压弥补回路用于实现输出负载电流流经本回路后，使所述DC‑DC稳压单元的反馈采样输入回路与参考地回路之间的电压发生变化，从而抬高DC‑DC稳压单元内部参考电压VREF使输出电压发生改变，所述电流采集放大单元用于将流经所述线路损耗电压弥补回路上引起电压发生变化的电阻上的电压信号进行放大，以输出所述门限比较单元可识别的电压，所述门限比较单元用于将基准电压与所述电流采集放大单元输出的电压进行比较，当负载电流超过门限值电流时，控制所述DC‑DC稳压单元关断输出，并间歇性尝试重新输出电压动作。

【技术特征摘要】
1.一种USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路，其特征在于，包括循环连接的DC-DC稳压单元、线路损耗电压弥补回路、电流采集放大单元和门限比较单元，所述DC-DC稳压单元用于实现稳定电压输出，所述线路损耗电压弥补回路用于实现输出负载电流流经本回路后，使所述DC-DC稳压单元的反馈采样输入回路与参考地回路之间的电压发生变化，从而抬高DC-DC稳压单元内部参考电压VREF使输出电压发生改变，所述电流采集放大单元用于将流经所述线路损耗电压弥补回路上引起电压发生变化的电阻上的电压信号进行放大，以输出所述门限比较单元可识别的电压，所述门限比较单元用于将基准电压与所述电流采集放大单元输出的电压进行比较，当负载电流超过门限值电流时，控制所述DC-DC稳压单元关断输出，并间歇性尝试重新输出电压动作。2.根据权利要求1所述的USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路，其特征在于，所述DC-DC稳压单元包括DC-DC电源电路和电阻R2，所述DC-DC电源电路具有输入脚VIN、使能脚EN、输出脚VOUT、反馈采样脚FB和参考地脚GND，所述输入脚VIN与输入电源正极端口INPUT+连接，所述使能脚EN经电阻R2与外部使能控制端口EN连接，所述输出脚VOUT与输出正极端口USB_VBUS+连接，所述反馈采样脚FB与线路损耗电压弥补回路连接，所述参考地脚GND与输出负极端口USB-连接。3.根据权利要求2所述的USB供电线路损耗电压弥补与过载保护电路，其特征在于，所述线路损耗电压弥补回路包括电阻R1、电阻R4电阻R3，所述电阻R1的一端与输出脚VOUT和输出正极端口USB_VBUS+之间的节点连接，所述电阻R1的另一端顺序经电阻R4和...

【专利技术属性】
技术研发人员：何林，陶利，
申请(专利权)人：重庆力华科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：重庆,50