具有地偏移补偿功能的大功率车载USB集线器制造技术

一种具有地偏移补偿功能的大功率车载USB集线器，包括电流输入端、电流回路端、输入电流检测电路、微控制器、地电平补偿Buck电路、若干个充电输出电源电路、以及与若干个充电输出电源电路数量相同的若干个Type

【技术实现步骤摘要】
具有地偏移补偿功能的大功率车载USB集线器


[0001]本专利技术涉及USB集线器技术。

技术介绍

[0002]在车载环境下，150W大功率USB集线器（简称PD HUB）的输入电流最大可达15A左右，由于供电线自身的线阻，PD HUB与车载主机（Head Unit，简称HU）之间的GND会存在一定的电压差。这个现象称之为地偏移。当电压差大于125mV时，会导致USB通信信号D+、D
‑
信号失真，从而影响PD HUB与主机之间的USB通信。图1示出了现有的USB集线器发生地偏移的原理图。如图1所示，车载主机200与USB集线器100a之间的那一段地线的线阻为R1，在数据线上传输的信号会相对信号地SGND发生地偏移，从而破坏USB集线器100a的正常通信。
[0003]目前，针对由于地偏移导致的信号传输失真问题，主要采用地补偿芯片VA6000进行地补偿或者依靠PHY芯片进行隔离，输入输出的GND也相互隔离等方法来避免。使用VA6000进行地补偿或者PHY芯片隔离的设计，都需要使用专用的芯片，而且需要单独额外供电，实现成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种大功率车载USB集线器，其能解决输出大电流导致地偏移所引起的信号传输失真问题。
[0005]本专利技术实施例的一种具有地偏移补偿功能的大功率车载USB集线器，USB集线器包括电流输入端、电流回路端、输入电流检测电路、微控制器、地电平补偿Buck电路、若干个充电输出电源电路、以及与若干个充电输出电源电路数量相同的若干个Type
‑
C接口；输入电流检测电路的电流流入端与电流输入端连接，输入电流检测电路的电流流出端分别与若干个充电输出电源电路的输入端连接，输入电流检测电路的输出端与微控制器的第一输入端连接，输入电流检测电路用于检测车载USB集线器的输入电流，并输出与输入电流成比例的电压信号；微控制器的输出端与低电平补偿Buck电路的输入端连接，微控制器用于根据所述输入电流检测电路输出的电压信号以及预设的地线阻抗值计算出地补偿电压，并根据地补偿电压产生对应的PWM信号；地电平补偿Buck电路的输出端与电流回路端连接，地电平补偿Buck电路用于根据PWM信号向电流回路端输出地补偿电压，电流回路端用于连接功率地；若干个充电输出电源电路的输出端一一对应地分别与若干个Type
‑
C接口连接。
[0006]本专利技术至少具有以下优点和特点：1、本专利技术实施例的车载USB集线器利用输入电流检测电路采集输入集线器的电源电流大小，通过微控制器基于预设的地线阻抗值计算出地补偿电压，并输出对应的PWM信号，控制地电平补偿Buck电路输出对应的补偿电压，输出的地补偿电压与功率地连接，降低了车载USB集线器内部逻辑电平的地电压。这样，在保证大功率输出的同时，解决了由于地偏移导致的通信数据信号失真、通信异常问题；2、本实施例不用增加更多的电源轨，也不大幅增加产品的功率损耗，成本相较于
其他信号转换方案也大幅降低。
附图说明
[0007]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0008]图1示出了大功率车载USB集线器与车载主机发生地偏移的原理示意图。
[0009]图2示出了根据本专利技术一实施例的大功率车载USB集线器的原理方框图。
[0010]图3示出了根据本专利技术一实施例的输入电流检测电路的电路原理图。
[0011]图4示出了根据本专利技术一实施例的微控制器的电路原理图。
[0012]图5示出了根据本专利技术一实施例的地电平补偿Buck电路的电路原理图。
[0013]图6示出了根据本专利技术一实施例的充电输出电源电路的示意图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图对本专利技术做出进一步说明。
[0015]图2示出了根据本专利技术一实施例的大功率车载USB集线器的原理框图。请参考图2，根据本专利技术实施例的大功率车载USB集线器100包括电流输入端S1、电流回路端S2、输入电流检测电路3、微控制器4、地电平补偿Buck电路5、Hub控制器6、若干个充电输出电源电路7、与若干个充电输出电源电路7数量相同的若干个Type
‑
C接口8以及供电电路9。
[0016]输入电流检测电路3的电流流入端与电流输入端S1连接，输入电流检测电路的电流流出端分别与若干个充电输出电源电路7的输入端连接，输入电流检测电路3的输出端与微控制器4的第一输入端连接。输入电流检测电路3用于检测车载USB集线器的输入电流，并输出与输入电流成比例的电压信号。
[0017]请结合图3所示。在本实施例中，输入电流检测电路包括电流检测电阻R803和放大电路32。
[0018]电流检测电阻R803的第一端与电流输入端S1连接，电流检测电阻R803的第二端分别与若干个充电输出电源电路7的输入端连接。放大电路32的输入端分别连接电流检测电阻R803的第一端和第二端，放大电路的输出端与微控制器4的输入端连接。
[0019]放大电路32包括德州仪器公司生产的、型号为INA213的放大器芯片，放大器芯片的IN+引脚通过电阻R804连接电流检测电阻R803的第一端，放大器芯片的IN
‑
引脚通过电阻R802连接电流检测电阻R803的第二端，放大器芯片的OUT引脚与微控制器4的第一输入端连接。
[0020]在本实施例中，放大器芯片监测采样电阻R803两端的电压，将采样电阻R803两端的电压大小放大50倍后输出到微控制器4的第一输入端（即下文中要描述的DSP控制器芯片的AD引脚）。
[0021]微控制器4的输出端与地电平补偿Buck电路5的输入端连接，微控制器4用于根据输入电流检测电路3输出的电压信号以及预设的地线阻抗值计算出地补偿电压，并根据地补偿电压产生对应的PWM信号。
[0022]请参阅图4。在本实施例中，微控制器4为德州仪器公司生产的、型号为TMS320F280022的DSP控制器，该DSP控制器芯片具有12位AD采集，并带150ps PWM输出。
[0023]DSP控制器的第15引脚采集了放大电路32的电压，通过计算，将电流检测电阻R803两端的电压转换为输入电流的大小。根据整车厂提供的实际的供电线的长度、线径和产品的实际工作温度，可以计算出车载主机200与USB集线器100之间的那一段地线300的阻抗R_cable的大小，并将其预先存储在DSP控制器中，该计算公式为公知技术。采集的输入电流乘以地线300上的阻抗，即可获得地线300上的偏移电压（即地补偿电压）。DSP控制器根据该地补偿电压从第51、第52引脚输出对应占空比的PWM信号至地电平补偿Buck电路5。进一步地，DSP控制器的第24引脚会采集补偿地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有地偏移补偿功能的大功率车载USB集线器，其特征在于，所述的USB集线器包括电流输入端、电流回路端、输入电流检测电路、微控制器、地电平补偿Buck电路、若干个充电输出电源电路、以及与所述若干个充电输出电源电路数量相同的若干个Type
‑
C接口；所述输入电流检测电路的电流流入端与所述电流输入端连接，所述输入电流检测电路的电流流出端分别与所述若干个充电输出电源电路的输入端连接，所述输入电流检测电路的输出端与所述微控制器的第一输入端连接，所述输入电流检测电路用于检测所述车载USB集线器的输入电流，并输出与所述输入电流成比例的电压信号；所述微控制器的输出端与所述低电平补偿Buck电路的输入端连接，所述微控制器用于根据所述输入电流检测电路输出的电压信号以及预设的地线阻抗值计算出地补偿电压，并根据所述地补偿电压产生对应的PWM信号；所述地电平补偿Buck电路的输出端与所述电流回路端连接，所述地电平补偿Buck电路用于根据所述PWM信号向所述电流回路端输出地补偿电压，所述电流回路端连接USB集线器的功率地；所述若干个充电输出电源电路的输出端一一对应地分别与所述若干个Type
‑
C接口连接。2.如权利要求1所述的大功率车载USB集线器，其特征在于，所述输入电流检测电路包括电流检测电阻和放大电路；所述电流检测电阻的第一端与所述电流输入端连接，所述电流检测电阻的第二端分别与所述若干个充电输出电源电路的输入端连接；所述放大电路的输入端分别连接所述电流检测电阻的第一端和第二端，所述放大电路的输出端与所述微控制器的第一输入端连接。3.如权利要求2所述的大功率车载USB集线器，其特征在于，所述放大电路包括型号为INA213的放大器芯片，所述放大器芯片的IN+引脚通过电阻R804连接所述电流检测电阻的第一端，所述放大器芯片的IN
‑
引脚通过电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡玲，黄左韵，阳彩，华敏，金鑫，崔治学，
申请(专利权)人：科博达技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：