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一种高可靠性机载便携USB充电模块

阅读：1029发布：2020-07-08

专利汇可以提供一种高可靠性机载便携USB充电模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是一种高可靠性机载便携USB充电模块，该USB充电模块由USB降压模块和USB插座组成，所述USB降压模块包括多路USB限流开关，本实施例中，设置为两路，多路USB限流开关的一端通过降压稳压器DC/DC连接至航空电源端，在本实施例的应用环境中，航空电源端提供DC28V电源，以获取从航空电源端降压稳压后的电压输出，另一端分别连接对应的USB插座，形成不同电流的多路USB口输出。本发明分别提供5V/2.1A,5V/1A充电端口，可以为任何需要USB 接口的消费产品提供充电端口，包括大多数手机，平板电脑和GPS设备，并且其小巧、经济、易于安装，可以安装驾驶舱和内部舱室。，下面是一种高可靠性机载便携USB充电模块专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高可靠性机载便携USB充电模块，其特征在于，该USB充电模块由USB降压模块和USB插座组成，所述USB降压模块包括多路USB限流开关，多路USB限流开关的一端通过降压稳压器DC/DC连接至航空电源端，以获取从航空电源端降压稳压后的电压输出，另一端分别连接对应的USB插座，形成不同电流的多路USB口输出。
2.根据权利要求1所述的高可靠性机载便携USB充电模块，其特征在于，所述降压稳压器DC/DC采用集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片，所述集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片的VIN端和EN端连接至航空电源端，同时通过电容CIN接地，RT/SYNC端通过电阻RT接地，SS端通过电容CSS接地，BOOT端通过电容CBOOT连接SW端，SW端通过电感L连接至输出端VOUT，并且SW端通过二极管D反相接地，电感L与输出端VOUT之间分别通过电容COUT接地、以及串联的电阻RFBT和电阻RFBB接地，电阻RFBT和电阻RFBB之间的公共连接端连接至集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片的FB端。
3.根据权利要求1所述的高可靠性机载便携USB充电模块，其特征在于，所述USB限流开关采用TPS2511限流开关芯片，用于对降压稳压器DC/DC输出端的电流分别进行电流限制，形成多路不同的电流输出。
4.根据权利要求1所述的高可靠性机载便携USB充电模块，其特征在于，所述降压稳压器DC/DC与航空电源端之间设有TVS防护电路，所述TVS防护电路包括保险丝、TVS管、和防反二极管，所述保险丝的一端连接至航空电源端的正相端DC+，保险丝的另一端连接防反二极管的一端，所述防反二极管的另一端为正相输出端VO+，所述TVS管的一端连接至航空电源端的负相端DC-，TVS管的另一端连接至保险丝的另一端上，并且航空电源端的负相端DC-作为负相输出端VO-。
5.根据权利要求1或4所述的高可靠性机载便携USB充电模块，其特征在于，所述降压稳压器DC/DC与航空电源端之间设有滤波电路，所述滤波电路包括依次连接的安规电容、共模电感、专用滤波器和π滤波器，所述安规电容的两端分别连接航空电源端的正相输出端VO+和负相输出端VO-，所述π滤波器由一个电感和两个电容依次连接组成，其中第一个电容的两端作为输入端，第二个电容的两端作为输出端，并且作为输出端的第二个电容的一端高电平端，另一端接输入地端，该输入地端与系统地段隔离。
6.根据权利要求1所述的高可靠性机载便携USB充电模块，其特征在于，所述USB限流开关的另一端还连接有充电指示电路，所述充电指示电路包括输入端USB_VBUSA，所述输入端USB_VBUSA连接三极管Q10的集电极，三极管Q10的发射极连接发光二极管LED2的正极端，发光二极管LED2的负极端通过电阻R28接地，三极管Q10的基极依次通过电阻R26和电阻R27连接三极管Q10的集电极，电阻R26和电阻R27之间的公共连接端连接发光二极管LED6的正极端，发光二极管LED6的负极端通过电阻R60接地，并且电阻R26和电阻R27之间的公共连接端通过并联的电容C20、电容C21、电容C22、电容C54接地。
7.根据权利要求1所述的高可靠性机载便携USB充电模块，其特征在于，所述USB插座采用USB 3.0 type A 接口。

说明书全文

一种高可靠性机载便携USB充电模块

技术领域

[0001] 本发明涉及机载多媒体设备技术领域，具体涉及一种高可靠性机载便携USB充电模块。

背景技术

[0002] 目前市面上有多种成熟的USB充电器，这种普通的USB充电器由以前的5W发展到现在的近百瓦快充，高压快充和低压快充互相较量，QC、FCP、SCP、MTK PE、AFC、USB PD等各种快充协议百花齐放，在便携电子设备（手机，平板电脑等等）中具有广泛应用。

[0003] 问题缺点：1）普通USB充电器只能在市电AC86 260V/50-60HZ下工作，在机载DC28V~供电环境无法工作；2）充电宝由于存在安规问题禁止带上飞机，乘客和空乘人员在飞机无法给便携电子设备充电，给出乘客和空乘人员出行带来极大不便，急需解决。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种高可靠性机载便携USB充电模块。

[0005] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种高可靠性机载便携USB充电模块，该USB充电模块由USB降压模块和USB插座组成，所述USB降压模块包括多路USB限流开关，多路USB限流开关的一端通过降压稳压器DC/DC连接至航空电源端，以获取从航空电源端降压稳压后的电压输出，另一端分别连接对应的USB插座，形成不同电流的多路USB口输出。

[0006] 进一步的，所述降压稳压器DC/DC采用集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片，所述集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片的VIN端和EN端连接至航空电源端，同时通过电容CIN接地，RT/SYNC端通过电阻RT接地，SS端通过电容CSS接地，BOOT端通过电容CBOOT连接SW端，SW端通过电感L连接至输出端VOUT，并且SW端通过二极管D反相接地，电感L与输出端VOUT之间分别通过电容COUT接地、以及串联的电阻RFBT和电阻RFBB接地，电阻RFBT和电阻RFBB之间的公共连接端连接至集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片的FB端。

[0007] 进一步的，所述USB限流开关采用TPS2511限流开关芯片，用于对降压稳压器DC/DC输出端的电流分别进行电流限制，形成多路不同的电流输出。

[0008] 进一步的，所述降压稳压器DC/DC与航空电源端之间设有TVS防护电路，所述TVS防护电路包括保险丝、TVS管、和防反二极管，所述保险丝的一端连接至航空电源端的正相端DC+，保险丝的另一端连接防反二极管的一端，所述防反二极管的另一端为正相输出端VO+，所述TVS管的一端连接至航空电源端的负相端DC-，TVS管的另一端连接至保险丝的另一端上，并且航空电源端的负相端DC-作为负相输出端VO-。

[0009] 进一步的，所述降压稳压器DC/DC与航空电源端之间设有滤波电路，所述滤波电路包括依次连接的安规电容、共模电感、专用滤波器和π滤波器，所述安规电容的两端分别连接航空电源端的正相输出端VO+和负相输出端VO-，所述π滤波器由一个电感和两个电容依次连接组成，其中第一个电容的两端作为输入端，第二个电容的两端作为输出端，并且作为输出端的第二个电容的一端高电平端，另一端接输入地端，该输入地端与系统地段隔离。

[0010] 进一步的，所述USB限流开关的另一端还连接有充电指示电路，所述充电指示电路包括输入端USB_VBUSA，所述输入端USB_VBUSA连接三极管Q10的集电极，三极管Q10的发射极连接发光二极管LED2的正极端，发光二极管LED2的负极端通过电阻R28接地，三极管Q10的基极依次通过电阻R26和电阻R27连接三极管Q10的集电极，电阻R26和电阻R27之间的公共连接端连接发光二极管LED6的正极端，发光二极管LED6的负极端通过电阻R60接地，并且电阻R26和电阻R27之间的公共连接端通过并联的电容C20、电容C21、电容C22、电容C54接地。

[0011] 进一步的，所述USB插座采用USB 3.0 type A 接口。

[0012] 本发明的有益效果是:本发明简洁、模块化的结构方式，便于生产和组装，提供两路充电接口USB 5V/1A可以为小功率移动设备充电，USB 5V/2.1A可以为大功率移动设备充电，具有USB线缆补偿功能,可以灵活高效为移动便携设备充电，具有强大可靠过压、过流、过温、浪涌自我保护满足Do-
160G、Do-313、CCAR25.853航空认证，每个USB口对应LED精准显示该USB口充电状态，可快速安装和拆卸，方便使用和维护，可以安装在座椅、面板、机舱内接入舱内DC28V电源，给便携设备充电。
附图说明

[0013] 图1为本发明USB充电模块的原理框图；图2为本发明的降压稳压器DC/DC电路示意图；
图3为本发明的USB限流开关电路示意图；
图4为本发明的TVS防护电路示意图；
图5为本发明的滤波电路示意图；
图6为本发明的充电指示电路示意图。

具体实施方式

[0014] 下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

[0015] 如图1所示，一种高可靠性机载便携USB充电模块，该USB充电模块由USB降压模块和USB插座组成，所述USB降压模块包括多路USB限流开关，本实施例中，设置为两路，多路USB限流开关的一端通过降压稳压器DC/DC连接至航空电源端，在本实施例的应用环境中，航空电源端提供DC28V电源，以获取从航空电源端降压稳压后的电压输出，另一端分别连接对应的USB插座，形成不同电流的多路USB口输出，本实施例的目的是将DC28V的航空电源端变为5V/2.1A,5V/1A进行两路输出。

[0016] 如图2所示，所述降压稳压器DC/DC采用集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片，具体型号为40V、3.5A，具有 4V 至 40V 的宽输入电压范围，可针对航空电源端提供DC28V电源，所述集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片的VIN端和EN端连接至DC28V的航空电源端，同时通过电容CIN接地，RT/SYNC端通过电阻RT接地，SS端通过电容CSS接地，BOOT端通过电容CBOOT连接SW端，SW端通过电感L连接至输出端VOUT，本实施例中输出为+5V，并且SW端通过二极管D反相接地，电感L与输出端VOUT之间分别通过电容COUT接地、以及串联的电阻RFBT和电阻RFBB接地，电阻RFBT和电阻RFBB之间的公共连接端连接至集成型高侧MOSFET降压稳压器芯片的FB端。

[0017] 如图3所示，所述USB限流开关采用TPS2511限流开关芯片，可兼容USB 2.0和USB 3.0电源开关，用于对降压稳压器DC/DC输出端的电流分别进行电流限制，形成多路不同的电流输出，在本实施例中，对降压稳压器DC/DC输出的电流限制为2.1A和1A，以5V/2.1A和
5V/1A输至USB插座。

[0018] 如图4所示，所述降压稳压器DC/DC与航空电源端之间设有TVS防护电路，所述TVS防护电路包括保险丝、TVS管、和防反二极管，所述保险丝的一端连接至航空电源端的正相端DC+，保险丝的另一端连接防反二极管的一端，所述防反二极管的另一端为正相输出端VO+，所述TVS管的一端连接至航空电源端的负相端DC-，TVS管的另一端连接至保险丝的另一端上，并且航空电源端的负相端DC-作为负相输出端VO-，通过保险丝自身熔断切断电流来保护电路安全运行，通过防反二极管防止电源接反，通过TVS管吸收一个瞬间大电流，把其两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

[0019] 如图5所示，所述降压稳压器DC/DC与航空电源端之间设有滤波电路，所述滤波电路包括依次连接的安规电容、共模电感、专用滤波器和π滤波器，在本实施例中，专用滤波器为通常的航空专用滤波器，用来滤除10MHZ高频谐波，滤除50KZ低频辐射，所述安规电容的两端分别连接航空电源端的正相输出端VO+和负相输出端VO-，所述π滤波器由一个电感和两个电容依次连接组成，其中第一个电容的两端作为输入端，第二个电容的两端作为输出端，并且作为输出端的第二个电容的一端高电平端，另一端接输入地端，该输入地端与系统地段隔离，用以滤除共模及差模干扰。

[0020] 如图6所示，所述USB限流开关的另一端还连接有充电指示电路，所述充电指示电路包括输入端USB_VBUSA，所述输入端USB_VBUSA连接三极管Q10的集电极，三极管Q10的发射极连接发光二极管LED2的正极端，发光二极管LED2的负极端通过电阻R28接地，三极管Q10的基极依次通过电阻R26和电阻R27连接三极管Q10的集电极，电阻R26和电阻R27之间的公共连接端连接发光二极管LED6的正极端，发光二极管LED6的负极端通过电阻R60接地，并且电阻R26和电阻R27之间的公共连接端通过并联的电容C20、电容C21、电容C22、电容C54接地，在本实施例中，当28V接入USB充电模块时，系统正常工作，产生5V电压，通过LED和上述电阻分压电路，LED发出绿光，说明电源模块工作正常，若LED不发光，可能原因如下：1）机载电源28V没有接好或机载28V电源输出异常；
2）PED电源模块损坏；
充电指示为一个蓝色LED，一个黄色LED合在一起根据光的复合原理显示不同颜色，充电时候两个LED同时亮合成为绿色USB口处显示为蓝色，充满和不充时黄色不亮，蓝色亮USB口处显示为蓝色。

[0021] 所述USB插座采用USB 3.0 type A接口，另外，在本实施例中，在USB插座处还设置ESD保护器件，保护USB充电模块不被静电损坏，也可以保护充电设备不受ESD的干扰和损坏。

[0022] 本发明原理本发明中航空电源端提供的DC 28V电源经过降压稳压器DC/DC转换DC 5V 3.5A再经过USB限流开关分成两路：一路DC 5V/2.1A 给大功率便携电子设备充电或支持快充电子设备充电，一路DC 5V/1A 给小功率便携电子设备充电，USB 3.0 type A接口兼容市场上所有便携设备充电线输入端，插拔次数可达5万次以上远超市场普通充电器1000次插拔次数，两个USB插座附近都有对应 LED灯比较明显显示该USB插座充电状态。

[0023] 此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

[0024] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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