USB插入检测电路的制作方法

usb插入检测电路
技术领域
1.本实用新型涉及一种检测电路，尤其涉及一种usb插入检测电路。


背景技术：

2.usb母座是目前普遍使用的一种连接插座，广泛应用于充电或数据交换等场景，常见usb-typea和usb-typec的形状如图1a、1b所示。usb母座是便携式电源等户外产品必备的端口，利用该usb母座给外接usb设备充电的原理如图2所示，电源模块通过功率线连接usb母座，电源模块通讯连接协议模块，协议模块通讯连接usb母座。其中，电源模块可以采用dc/dc模块，也可以采用ac/dc模块，常见的dc/dc芯片有sc8103，sc8815，tps56339，bq25731等；协议模块用于和负载通讯，并确定负载需要哪一种电压和功率进行充电，常见的芯片有sc2001，cyp3171，fp6601q等，常见的协议方式有bc1.2，qc2.0，qc3.0，dash，warp等。
3.一般情况下，为了减少功耗，便携式设备在未使用时是不会启动电源模块的，直至有usb母座插入，常用的控制方法有：
4.1、使用按键功能：待usb母座插入便携式设备后，按一下设备上的电源按键，即可启动电源模块。但是，此法需要人为操作，使用起来不够方便。
5.2、使用的电源芯片或者协议芯片自带插入检测功能。但是，此法需要给电源芯片或者协议芯片进行供电，且协议芯片一直耗能，增大了能源的损耗。
6.故而亟待设计出一种新的usb插入检测电路，检测到usb母座插入设备后再启动电源模块。


技术实现要素：

7.针对上述现存的技术问题，本实用新型提供一种usb插入检测电路，通过在usb母座接口处增加检测电路，以实现检测到变化后，由单片机控制usb电源进行工作的目的。
8.为实现上述目的，本实用新型提供一种usb插入检测电路，包括检测模块，usb母座，电源模块，以及协议模块；
9.所述的检测模块包括mcu模块、电阻r1、电阻r3、电容c1、稳压二极管z1和二极管d3；3.3v电压端经电阻r1、电容c1连接电线接地端gnd；mcu模块的gpio1引脚经电阻r3连接稳压二极管z1的负极，稳压二极管z1的正极连接电线接地端gnd；稳压二极管z1的负极连接电阻r1、电容c1的公共端，稳压二极管z1的负极连接二极管d3的正极，二极管d3的负极连接usb母座的机壳；
10.所述的mcu模块的gpio2引脚分别连电源模块和协议模块；
11.所述的usb母座分别连接电源模块和协议模块；
12.所述的电源模块和协议模块之间通讯连接。
13.进一步，所述的mcu模块的gpio2引脚分别连接电源模块和协议模块的cs引脚。
14.进一步，还包括场效应晶体管q1；所述的mcu模块的gpio2引脚连接场效应晶体管q1的栅极g，场效应晶体管q1的源极s分别连接电源模块和协议模块的供电口，场效应晶体
管q1的漏极d连接v1电压端。即mcu模块通过mos管来控制电源模块和协议模块所用的两个芯片的供电。
15.更进一步，所述的usb母座的gnd引脚和vcc引脚分别连接电源模块的gnd引脚和vcc引脚；usb母座的d+引脚和d-引脚分别连接协议模块的d+引脚和d-引脚。
16.更进一步，所述的电源模块的scl引脚和sda引脚分别连接协议模块的scl引脚和sda引脚。
17.综上，本实用新型实现了整个系统超低待机功耗，有效节约电能、延长电池组的寿命和电路的寿命，并且提高了整个系统使用的安全性。
18.相比现有技术，本实用新型的技术优势在于：
19.1、省去了按键操作，而且电路简单，使用更加方便；
20.2、在没有usb设备接入时，控制电源模块和协议模块不使能，减小了功耗，达到了省电的效果。
附图说明
21.图1a为现有技术中usb-typea的结构示意图；
22.图1b为现有技术中usb-typec的结构示意图；
23.图2为现有技术中usb母座给外接usb设备充电的原理框图；
24.图3为本实用新型一个实施例的电路原理图；
25.图4为本实用新型另一个实施例的电路原理图；
26.图5为本实用新型一个实施例的工作流程图。
具体实施方式
27.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
28.如图3所示，本实用新型包括检测模块、usb母座、电源模块以及协议模块。
29.所述的检测模块包括mcu模块、电阻r1、电阻r3、电容c1、稳压二极管z1和二极管d3。其中，3.3v电压端经电阻r1、电容c1连接电线接地端gnd；mcu模块的gpio1引脚经电阻r3连接稳压二极管z1的负极，稳压二极管z1的正极连接电线接地端gnd；稳压二极管z1的负极连接电阻r1、电容c1的公共端，稳压二极管z1的负极连接二极管d3的正极，二极管d3的负极连接usb母座的机壳。
30.并且，3.3v电压端由装有usb电源设备的系统提供，mcu模块也是由usb电源设备的系统提供。
31.所述的usb母座的gnd引脚和vcc引脚分别连接电源模块的gnd引脚和vcc引脚；usb母座的d+引脚和d-引脚分别连接协议模块的d+引脚和d-引脚。
32.所述的电源模块和协议模块之间采用通讯连接，电源模块的scl引脚和sda引脚分别连接协议模块的scl引脚和sda引脚。
33.所述的电源模块和协议模块的cs引脚(即使能脚)分别连接mcu模块的gpio2引脚。
34.并且，vcc引脚是用于给外接usb设备充电的线路，电源模块给usb接入设备充电。d
+，d-引脚适用于usb设备通讯使用，scl和sda引脚为iic通讯口，用于通讯模块和电源模块之间的通讯。
35.上述电路中各元件的主要功能如下：
36.电源模块负责为接入的设备进行匹配方式的充电，采用手机充电器的常用电源芯片，如：sc8815，sc8812等。
37.协议模块负责识别接入设备需要何种充电方式，并通知电源模块进行相应输出，采用常见的、可用于usb充电的芯片均可，如：sc2001，cypd3171等。
38.mcu采用常用的单片机芯片，如：89c52，stm32，stm8等。mcu模块的gpio1引脚连接r3电阻，负责检测电压，然后去启停电源模块或者协议模块。
39.电阻r1的作用是限流。实施时，电阻r1可选用10k电阻。
40.电阻r3为限流电阻，作用是防止进入mcu模块的电流过大。实施时，电阻r3可选用10k电阻。
41.电容c1的作用是滤波和稳压。实施时，电容c1可选用100nf电容。
42.稳压二极管z1为3.3v稳压二极管，作用是稳压，用于防止电源电压太高而损坏mcu模块。
43.二极管d3的作用是防止电流反罐，实施时，采用普通二极管即可。
44.上述电路的工作原理如下：mcu模块的gpio1引脚实时检测是否有设备插入。
45.当没有usb设备插入时，usb母座的机壳没有和电线接地端gnd连接，而是通过一个二极管d3和主要电路进行连接，电容c1和电阻r1串联公共端的对地电压为3.3v，则mcu模块的gpio1引脚收到高电平信号，表明此时没有设备接入本电路。接着，mcu模块通过gpio2引脚控制电源模块和协议模块的cs引脚，让两个芯片处于不工作状态；
46.usb设备上的公头机壳一般是与usb设备的数字地连接的。当有usb设备插入时，usb母座的机壳也就和数字地相连接了，mcu模块的gpio1引脚通过二极管d3接地，电阻r1两端的电压为3.3v，电容c1和电阻r1串联公共端的电压被拉低，gpio1引脚为低电平，表明此时有设备接入本电路。接着，mcu模块通过gpio2引脚控制电源模块和协议模块的cs引脚，让两个芯片工作。
47.如图5所示，本实用新型的具体工作过程如下：
48.s1、判断mcu模块的gpio1引脚是否为低电平，用来检测是否有设备插入；
49.s2、若是，则表示有usb设备插入，usb母座的机壳与电线接地端gnd连接，mcu模块的gpio1引脚通过二极管d3接地，mcu模块通过gpio2引脚控制电源模块和协议模块工作；
50.若否，则表示无usb设备插入，usb母座的机壳没有与电线接地端gnd连接，mcu模块的gpio1引脚收到高电平信号，mcu模块通过gpio2引脚控制电源模块和协议模块不工作。
51.此外，本实用新型的mcu模块可以不直接控制电源模块和协议模块的使能引脚，而是在电源模块和协议模块的供电接口加入一个开关器件，如mos管，继电器或者其他。
52.如图4所示，本实施例与图3所示实施例的不同之处在于：电源模块和协议模块的供电口分别连接场效应晶体管q1的源极s，场效应晶体管q1的漏极d连接v1电压端，场效应晶体管q1的栅极g连接mcu模块的gpio2引脚。如此一来，mcu模块可通过场效应晶体管q1控制电源模块和协议模块的供电口，通过控制两个芯片的供电来控制两者的工作状态。
53.综上，本实用新型的优势在于电路简单，并且在没有usb设备接入时，控制电源模
块和协议模块不使能，减小了功耗，达到了省电的效果。
54.以上该实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。