一种USB接口供电功耗检测与保护系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种USB接口供电功耗检测与保护系统，包括微控制器，微控制器连接有开关管、检测电阻和USB接口；USB接口包括电源端、接地端、第一数据端和第二数据端；开关管包括电源正端、电源负端和开关端；开关管的开关端与微控制器连接,开关管的电源正端连接有USB内部5V供电电源，开关管的电源负端与检测电阻连接，检测电阻的另一端与USB接口的电源端连接，开关管的电源负端还连接有电压检测一端，USB接口的电源端还连接有电压检测二端；电压检测一端、电压检测二端、USB接口的第一数据端和USB接口的第二数据端均与微控制器连接，USB接口的接地端接地。

A power supply detection and protection system for power supply of USB interface

【技术实现步骤摘要】
一种USB接口供电功耗检测与保护系统
本技术属于USB存储及供电领域，具体涉及一种USB接口供电功耗检测与保护系统。
技术介绍
随着USB接口被广泛使用，成为所有移动或手持设备的必备接口，通过USB接口为移动或手持设备供电，也成为必须的功能。当前广泛使用计算机，服务器，存储阵列等数字设备，基本都会支持USB外设，也可以利用自身的电源通过USB接口为其他便携式设备供电或充电。在对外设供电和充电过程中，实时监测USB接口输出的功率，不仅可以实时了解各个外设耗电情况，更好的调整充电电流，也可以对自身电路和外设做到保护，防止意外发生。目前USB接口供电电路，基本只有简单低压侦测和保护功能，通过侦测USB接口的5V供电电压，当电压小于一定值后，系统会发出告警信息或者强制将输出切断从而做到保护功能。此种方式，只能进行简单低压侦测，精度低，而且不能监控电流和功率。此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种USB接口供电功耗检测与保护系统，是非常有必要的。
技术实现思路
本技术的目的在于，针对上述现有的USB接口供电电路只有简单低压侦测和保护功能的缺陷，提供一种USB接口供电功耗检测与保护系统，以解决上述技术问题。为实现上述目的，本技术给出以下技术方案：一种USB接口供电功耗检测与保护系统，包括微控制器，微控制器连接有开关管、检测电阻和USB接口；USB接口包括电源端、接地端、第一数据端和第二数据端；开关管包括电源正端、电源负端和开关端；开关管的开关端与微控制器连接,开关管的电源正端连接有USB内部5V供电电源，开关管的电源负端与检测电阻连接，检测电阻的另一端与USB接口的电源端连接，开关管的电源负端还连接有电压检测一端，USB接口的电源端还连接有电压检测二端；电压检测一端、电压检测二端、USB接口的第一数据端和USB接口的第二数据端均与微控制器连接，USB接口的接地端接地；微控制器通过电压检测一端和电压检测二端输入的检测电压，计算出输出电流和检测电阻的功耗，若微控制器判断电压、电流以及功耗正常情况下,USB内部5V供电电源提供USB接口的供电，经过打开的开关管，流到检测电阻，最后经过USB接口输出；若微控制器判断USB接口出现过压、欠压、过流或者超功耗，则微控制器发送信号关闭开关管，USB接口没有电压输出；若微控制器判断USB接口电压正常，电流正常，功耗超过限值持续约定时间，则发送信号关闭开关管，保持关闭状态设定时间段。进一步地，微控制器包括USB数据接收模块、电压检测模块、电压检测模块连接有功耗计算模块，功耗计算模块连接有保护逻辑模块，保护逻辑模块连接有开关控制模块；USB接口的第一数据端和USB接口的第二数据端均与USB数据接收模块连接；电压检测一端和电压检测二端均与电压检测模块连接；开关管的开关端与开关控制模块连接；USB数据接收模块从USB接口的第一数据端和第二数据端接收和发送数据；电压检测模块从电压检测一端和电压检测二端获取检测电阻两端的电压，并将电压值转换为数字量，发送给功耗计算模块，功耗计算模块计算出流经检测电阻的电流值和USB接口的输出功耗，若电压检测一端电压为Vin1，电压检测二端电压为Vin2，检测电阻阻值为R，流经检测电阻的电流值为Ir=（Vin1-Vin2）/R，而该USB接口对外输出的电源功率为Pout=Vin2*Ir=Vin2*（Vin1-Vin2）/R，功耗计算模块将采集的值和计算出的值发送给保护逻辑模块；保护逻辑模块判断USB接口是否出现欠压、过压、过流以及超功耗，若出现，则发送关闭开关管信号给开关控制模块，开关控制模块控制开关管的打开和闭合；保护逻辑模块判断USB接口电压正常，电流正常时，功耗超过限值持续约定时间，则发送信号关闭开关管，保持关闭状态设定时间段。进一步地，电压检测模块包括数据处理单元，数据处理单元连接有模数转换单元，模数转换单元连接有采样时间间隔设定单元；电压检测一端和电压检测二端均与模数转换单元连接；采样时间间隔设定单元设定采样时间间隔；模数转换单元以设定的采样时间间隔进行采样，并将电压检测一端和电压检测二端输入的电压模拟量转换为数字信号给数据处理单元；数据处理单元对模数转换单元采集到的电压值进行防抖动处理，防抖动处理为一次连续采样三个值，三个值中若出现一个值与另两个差值大于设定阈值，则认为模数转换单元采集电压出现异常，发送信号给模数转换单元重新采集电压，三个值之间相互的差值若均小于设定阈值，则对三个值进行平均，平均的结果提供给功耗计算模块。进一步地，保护逻辑模块包括数据比较单元，数据比较单元连接有阈值存储单元和逻辑判断单元；数据比较单元还与功耗计算模块连接，逻辑判断单元还与开关控制模块连接；阈值存储单元存储有电压上限值Vh、电压下限值Vl、电流上限值Ilmt、输出功率上限值Plmt、第一保护功耗Plmt1、第二保护功耗Plmt2、第一持续时间段T1、第二持续时间段T2以及关断时间段T3，其中，Plmt1小于Plmt2，Plmt2小于Plmt，T1大于T2；数据比较单元从功耗计算模块得到电压检测一端的电压值Vin1和电压检测二端的电压值Vin2,流经检测电阻的电流值Ir，USB接口的输出功耗Pout,数据比较单元比较Vin1与Vh、Vin2与Vl、Ir与Ilmt以及Pout与Plmt1、Plmt2和Plmt的大小；若数据比较单元判定Vin1小于Vh同时Vin2大于Vl，则逻辑判断单元判定电压输出正常，若Vin1大于Vh，则逻辑判断单元判定输出电压过高，若Vin2小于Vl,则逻辑判断单元判定输出电压过低，若Ir大于Ilmt,则逻辑判断单元判定输出电流过大，若Pout大于Plmt，则逻辑判断单元判定输出功耗过大；输出电压过高、输出电压过低、输出电流过大以及输出功耗过大时，逻辑判断单元发送控制信号给开关控制模块关闭开关管；若逻辑判断单元判定输出电压正常，输出电流正常时，Pout大于Plmt1持续时间段T1，或者,Pout大于Plmt2持续时间段T2，则逻辑判断单元发送控制信号给开关控制模块关闭开关管持续时间段T3，然后重新开启开关管。进一步地，开关管采用N沟道MOS管，开关管的电源正端为N沟道MOS管的漏极，开关管的电源负端为N沟道MOS管的源级，开关管的开关端为N沟道MOS管的栅极。本技术的有益效果在于：本技术通过侦测电阻不仅实现对输出电压和电流的监控，也实现对输出功率监控，同时还实现对供电电路和USB外设的保护。此外，本技术设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。由此可见，本技术与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。附图说明图1为本技术的系统连接示意图1；图2为本技术的系统连接示意图2；图3为微控制的结构示意图；其中，1-微控制器；1.1-USB数据接收模块；1.2-电源检测模块；1.2.1-数据处理单元；1.2.2-采样时间间隔设定单元；1.2.3-模数转换单元；1.3-功耗计算模块；1.4-保护逻辑模块；1.4.1-阈值存储单元；1.4.2-数据比较单元；1.4.3-逻辑判断单元；1.5-开关控制模块；2-开关管；2.1-开关管的电源正端；2.2-开关管的电源负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种USB接口供电功耗检测与保护系统，其特征在于，包括微控制器，微控制器连接有开关管、检测电阻和USB接口；USB接口包括电源端、接地端、第一数据端和第二数据端；开关管包括电源正端、电源负端和开关端；开关管的开关端与微控制器连接,开关管的电源正端连接有USB内部5V供电电源，开关管的电源负端与检测电阻连接，检测电阻的另一端与USB接口的电源端连接，开关管的电源负端还连接有电压检测一端，USB接口的电源端还连接有电压检测二端；电压检测一端、电压检测二端、USB接口的第一数据端和USB接口的第二数据端均与微控制器连接，USB接口的接地端接地。

【技术特征摘要】
1.一种USB接口供电功耗检测与保护系统，其特征在于，包括微控制器，微控制器连接有开关管、检测电阻和USB接口；USB接口包括电源端、接地端、第一数据端和第二数据端；开关管包括电源正端、电源负端和开关端；开关管的开关端与微控制器连接,开关管的电源正端连接有USB内部5V供电电源，开关管的电源负端与检测电阻连接，检测电阻的另一端与USB接口的电源端连接，开关管的电源负端还连接有电压检测一端，USB接口的电源端还连接有电压检测二端；电压检测一端、电压检测二端、USB接口的第一数据端和USB接口的第二数据端均与微控制器连接，USB接口的接地端接地。2.如权利要求1所述的一种USB接口供电功耗检测与保护系统，其特征在于，微控制器包括USB数据接收模块、电压检测模块、电压检测模块连接有功耗计算模块，功耗计算模块连接有保护逻辑模块，保护逻辑模块连接有开关控制模块；USB接口的第一数据端和...

【专利技术属性】
技术研发人员：上官宇剑，
申请(专利权)人：郑州云海信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：河南,41