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CN106549463B - 一种usb type-c pd旁路充电电路 - Google Patents

一种usb type-c pd旁路充电电路 Download PDF

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CN106549463B CN201710021597.1A CN201710021597A CN106549463B CN 106549463 B CN106549463 B CN 106549463B CN 201710021597 A CN201710021597 A CN 201710021597A CN 106549463 B CN106549463 B CN 106549463B
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Abstract

本发明公开一种USB TYPE‑C PD旁路充电电路，包括适配器接入检测模块、TypeC信号线路切换模块和输出负载接入检测模块，所述适配器接入检测模块包括适配器和移动电源输入端，所述输出负载接入检测模块包括移动电源输出端和负载端；所述TypeC信号线路切换模块包括MCU和由MCU控制打开或闭合的CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2，所述CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2交叉设置于移动电源输入端CC脚与移动电源输出端CC脚之间。该USB TYPE‑C PD旁路功能的实现由Type‑C Source端通过检测CC信号来侦测是否有Sink设备接入，检测到接入后会主动发起PD通信为Sink提供合适的、快速的、安全的供电等级，极大的降低了实施的软件难度，同时使稳定性、兼容性还有安全性方面都有显著的提高。

Description

一种USB TYPE-C PD旁路充电电路
技术领域
本发明涉及USB TYPE-C旁路功能技术领域，具体为一种USB TYPE-C PD旁路充电电路。
背景技术
随着USB连接器的发展，推出了新一代的USB连接器USB Type-C。新版接口的特点在于外观更纤薄、传输速度更快、更强大的电力传输能力以及支持两面正反插功能。USBType-C的这些新特性极大的改善了传统USB的用户体验，支持盲插，在配合USB PowerDelivery(USB PD)协议的支持下可以提供最高100W的电力传输。由于USB Type-C具有如此强大的电力传输能力，市面上出现了以新版MACBook为首的一系列的使用USB Type-C接口的个人电脑、平板、手机等产品。为了满足设备快速充电的功能，需要配合Type-C PD协议实现不同电压等级的电力传输。Type-C PD协议理论上可以实现最高20V的以10mV为步进的任意电压输出，但是目前常用的PD电压等级为5V、9V、12V、15V和20V。
由于USB Type-C产品的大力推广，以及对充电速度的更高要求，出现了Type-C PD功能的移动电源。Type-C PD功能的移动电源能针对不同的USB Type-C设备提供合适的电压，提高对设备的充电速度。当移动电源输入端接入适配器，同时移动电源的输出端接入了负载，此时对支持旁路功能的移动电源而言则需要将适配器的电力直接旁路到移动电源的输出端为负载直接供电。传统移动电源的输入端输出端电压都是5V，实现该功能的时候是比较简单的。但是作为支持Type-C PD的移动电源其输入端会跟随接入的适配器的供电能力来选取一种合适的电压，而移动电源的输出端则会根据接入的负载的不同而选取不同的供电电压。这样就会使得移动电源在单独充放电时在其输入端和输出端存在各种不同的电压等级。所以对于这种输入输出端都支持PD功能的移动电源在进行旁路功能时需要使输入输出端的电压等级重新匹配才能使负载从适配器端获取安全的供电电压，否则会有造成负载损坏的风险。
为了实现这种输入输出都支持PD功能的移动电源旁路功能，可以通过软件在移动电源输入端和输出端分别与适配器和负载进行PD通信，分别获取适配器能支持的电压及电流能力以及负载端能接受的电压等级，然后通过程序综合匹配选取一种适配器能支持的，负载端也能接受的，能够快速度充电的电压等级。最后根据程序综合匹配得到的电压等级再次向适配器进行PD请求获取到该匹配的电压等级，同时再与负载端重新PD通信将向适配器申请到电压提供给负载，完成旁路功能。基于这种软件多次与适配器和负载进行PD通信进行电压等级调整的方式对软件的实现要求很高，任何一次通信的失败都需要额外的软件防错机制进行纠正，且稳定性相对比较低。USB Type-C推出还不久，PD功能的各种适配器和负载都并非一定按照PD协议严格执行，因此在使用这种方式进行旁路功能时要支持各种适配器和负载还是存在很大不确定性的，造成移动电源产品兼容性的降低。通过软件多次与适配器和负载PD通信获取旁路电压的方式在实现上对软件要求高，稳定性及兼容性都比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种USB TYPE-C PD旁路充电电路，以解决上述背景技术中提出的Type-C PD旁路对软件要求高、实施难度大、兼容性比较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种USB TYPE-C PD旁路充电电路，包括适配器接入检测模块、TypeC信号线路切换模块和输出负载接入检测模块，所述适配器接入检测模块包括适配器和移动电源输入端，所述输出负载接入检测模块包括移动电源输出端和负载端；所述TypeC信号线路切换模块包括MCU和由MCU控制打开或闭合的CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2，所述CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2交叉设置于移动电源输入端CC脚与移动电源输出端CC脚之间。
优选的，所述移动电源输入端设有电阻Rd1和电阻Rd2，所述电阻Rd1一端与MCU连接，另一端通过开关S5与移动电源输入端连接，所述电阻Rd2一端与MCU连接，另一端通过开关S6与移动电源输入端连接。
优选的，所述适配器与移动电源输入端之间电性相连接，且适配器与移动电源输入端共同组成适配器接入检测模块。
优选的，所述移动电源输出端与负载端之间电性相连接，且移动电源输出端与负载端共同组成输出负载接入检测模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该USB TYPE-C PD旁路功能的实现由Type-C Source端通过检测CC信号来侦测是否有Sink设备接入，检测到接入后会主动发起PD通信为Sink提供合适的、快速的、安全的供电等级，通过移动电源MCU及外围检测模块检测到适配器和负载同时接入后，分别断开移动电源输入端侦测适配器接入的CC信号以及移动电源输出端侦测负载接入的CC信号，然后将适配器端的CC信号直接通过开关切换连接至负载端，实现了适配器直接与负载的连接，独立于移动电源，这样适配器就一定可以成功的与负载进行PD通信，并为负载提供能接受的、快速安全的充电电压等级，通过这种方案处理不需要通过移动电源在适配器端和负载端进行PD协议的转发处理，极大的降低了实施的软件难度，同时使稳定性、兼容性还有安全性方面都有显著的提高。
附图说明
图1为本发明旁路功能整体实现的示意图；
图2为本发明适配器接入检测模块示意图；
图3为本发明输出负载接入检测模块示意图。
图中：1、适配器接入检测模块，2、TypeC信号线路切换模块，3、输出负载接入检测模块，4、适配器，8、移动电源输入端，6、移动电源输出端，7、负载端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种USB TYPE-C PD旁路充电电路，包括适配器接入检测模块1、TypeC信号线路切换模块2、输出负载接入检测模块3、适配器4、移动电源输入端5、移动电源输出端6和负载端7，本发明由适配器接入检测模块1、TypeC信号线路切换模块2和输出负载接入检测模块3组成，适配器接入检测模块1包括适配器4和移动电源输入端5，输出负载接入检测模块3包括移动电源输出端6和负载端7，所述TypeC信号线路切换模块2包括MCU和由MCU控制打开或闭合的CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2，所述CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2交叉设置于移动电源输入端5的CC脚与移动电源输出端6的CC脚之间。
适配器4接入移动电源输入端5时，TypeC信号线路切换模块2中Type-C线缆只有一条CC信号线时，移动电源需要识别出Type-C线缆的CC信号与移动电源输入端5的哪一个CC脚连接，移动电源输入端5的CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2开关需要先闭合，且当适配器4通过Type-C线缆连接至移动电源输入端5时，适配器4CC脚上的上拉电阻Rp1或Rp2会通过Type-C线缆里面的CC信号线与移动电源输入端5的电阻Rd1或者电阻Rd2连接，MCU通过ADC采样检测移动电源输入端5CC1_IN和CC2_IN脚上的电压，电压与由上拉电阻Rp与下拉电阻Rd分压值相符的那一个CC脚即为Type-C线缆CC信号线连接到移动电源的CC方向，负载端7接入移动电源输出端6时，移动电源输出端6的CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2开关需要先闭合，移动电源输出端6的Rp1或者Rp2上拉电阻会通过Type-C线缆与负载端7的电阻Rd1或者电阻Rd2下拉电阻相连接，移动电源可通过MCU的ADC采样检测其输出端CC脚上的电压来确定负载端7的CC信号通过Type-C线缆后CC信号线连接到了移动电源输出端6的哪个CC脚，从而确定了CC连接的方向。
上述实施例中，具体的，适配器4与移动电源输入端5之间电性相连接，且适配器4与移动电源输入端5共同组成适配器接入检测模块1，MCU通过ADC采样检测移动电源输入5CC1_IN和CC2_IN脚上的电压，若电压与由上拉电阻Rp与下拉电阻Rd分压值相符的那一个CC脚即为TypeC线缆CC信号线连接到移动电源的CC方向；
上述实施例中，具体的，移动电源输出端6与负载端7之间电性相连接，且移动电源输出端6与负载端7共同组成输出负载接入检测模块3，移动电源可通过MCU的ADC采样检测其输出端CC脚上的电压来确定负载的CC信号通过Type-C线缆后CC信号线连接到了移动电源输出端6的哪个CC脚，从而确定了CC连接的方向。
工作原理：本发明USB TYPE-C PD旁路功能的实现由适配器接入检测模块1、TypeC信号线路切换模块2和输出负载接入检测模块3组成；
进一步的，当适配器4接入移动电源输入端5时，连接的Type-C线缆只有一条CC信号线，移动电源需要识别出Type-C线缆的CC信号与移动电源的输入端的哪一个CC脚连接，如图2中所示，移动电源输入端5的CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2开关需要先闭合，当适配器4通过Type-C线缆连接至移动电源的输入端时，适配器4CC脚上的上拉电阻Rp1或Rp2会通过Type-C线缆里面的CC信号线与移动电源输入端5的电阻Rd1或者电阻Rd2连接，这样一个正确的Type-C连接就建立了，MCU通过ADC采样检测移动电源输入端5CC1_IN和CC2_IN脚上的电压，若电压与由上拉电阻Rp与下拉电阻Rd分压值相符的那一个CC脚即为Type-C线缆CC信号线连接到移动电源的CC方向；
进一步的，当负载接入移动电源输出端6时，如图3中所示，移动电源输出端6的CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2开关需要先闭合，移动电源输出端6的Rp1或者Rp2上拉电阻会通过Type-C线缆与负载的电阻Rd1或者电阻Rd2下拉电阻相连接，移动电源可通过MCU的ADC采样检测其输出端CC脚上的电压来确定负载的CC信号通过Type-C线缆后CC信号线连接到了移动电源输出端6的哪个CC脚，从而确定了CC连接的方向；
进一步的，移动电源进入旁路功能是在有适配器4和负载都接入的情况下，根据上面的检测步骤能够明确的判断出适配器4通过Type-C线缆连接后CC信号线连接到了移动电源输入端5的哪一个CC脚，同时也能判断出输出端的Type-C线缆的CC信号线连接到了移动电源输出端6的哪一个CC脚，如图1所示，当移动电源的输入端和输出端都检测出了CC信号线连接的方向后，MCU需将S5、S6、S7和S8断开，将Svbus开关闭合，然后根据检测到的CC信号线连接方向进行CC线路重连接，如果适配器4通过线缆将CC信号连接到移动电源输入端5的CC1_IN脚上，负载通过线缆将CC信号也连接到了移动电源输出端6的CC1_OUT脚上，则闭合CC信号切换开关S1开关，断开CC信号切换开关S2开关，这样适配器端就会通过线缆CC线连接到移动电源的CC1_IN脚上，然后再通过CC信号切换开关S1开关将其连接到CC1_OUT脚，再通过连接到CC1_OUT脚的线缆CC信号线与负载端7相连接，使适配器4到负载建立了独立的连接；如果适配器4通过线缆将CC信号连接到移动电源输入端5的CC2_IN脚上，负载通过线缆将CC信号也连接到了移动电源输出端6的CC2_OUT脚上，则闭合CC信号切换开关S1开关，断开CC信号切换开关S2开关；否则，应断开CC信号切换开关S1开关，闭合CC信号切换开关S2开关，这样就算输入端线缆的CC信号线连接到了移动电源的CC1_IN脚而输出端线缆CC信号连接到了CC2_OUT或者输入端线缆的CC信号线连接到了移动电源的CC2_IN脚而输出端线缆CC信号连接到了CC1_OUT也会通过CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2开关做出正确的CC连接切换，保证Type-C连接过程中的CC的正确连接，总能使适配器端线缆的CC信号线与负载端7电缆的CC信号线连通，适配器4内部的上拉电阻就会和负载端7的下拉电阻建立连接，此时适配器4也会与负载进行PD通信申请合适的旁路电压到负载，针对移动电源的输出端需要对输出端的EMark线缆进行支持则还需要根据检测到的负载端7CC信号连接的方向对其配置VCONN供电，若负载端7线缆CC信号接入在移动电源负载端7的CC1_OUT脚上，则需要将S3开关断开，将S4开关闭合，使CC2_OUT脚作为VCONN对EMark线缆供电；若负载端7线缆CC信号接入在移动电源负载端7的CC2_OUT脚上，则需要将S4开关断开，将S3开关闭合，使CC1_OUT脚作为VCONN对EMark线缆供电，所有的开关切换都是由MCU通过检测到的输入输出端线缆接入方向的综合判断后统一进行开关调度以保证线路的正确连接，通过对CC通信线路的断开再连接可以让接入移动电源的适配器4和负载独立与移动电源而进行PD通信，以使负载在旁路时能根据接入的不同适配器4而申请到安全、高效的供电。
综上所述，以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (1)

1.一种USB TYPE-C PD旁路充电电路，其特征在于：包括适配器接入检测模块、TypeC信号线路切换模块和输出负载接入检测模块，所述适配器接入检测模块包括适配器和移动电源输入端，所述输出负载接入检测模块包括移动电源输出端和负载端；所述TypeC信号线路切换模块包括MCU和由MCU控制打开或闭合的CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2，所述CC信号切换开关S1和CC信号切换开关S2交叉设置于移动电源输入端CC脚与移动电源输出端CC脚之间；所述移动电源输入端设有电阻Rd1和电阻Rd2，所述电阻Rd1一端与MCU连接，另一端通过开关S5与移动电源输入端连接，所述电阻Rd2一端与MCU连接，另一端通过开关S6与移动电源输入端连接；所述适配器与移动电源输入端之间电性相连接，且适配器与移动电源输入端共同组成适配器接入检测模块；所述移动电源输出端与负载端之间电性相连接，且移动电源输出端与负载端共同组成输出负载接入检测模块。
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