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                        1. 一種USBTYPE‑CPD旁路充電電路的制作方法

                          文檔序號:11197939
                          一種USB TYPE‑C PD旁路充電電路的制造方法與工藝

                          本實用新型涉及USB TYPE-C旁路功能技術領域,具體爲一種USB TYPE-C PD旁路充電電路。



                          背景技術:

                          隨著USB連接器的發展,推出了新一代的USB連接器USB Type-C。新版接口的特點在于外觀更纖薄、傳輸速度更快、更強大的電力傳輸能力以及支持兩面正反插功能。USB Type-C的這些新特性極大的改善了傳統USB的用戶體驗,支持盲插,在配合USB Power Delivery(USB PD)協議的支持下可以提供最高100W的電力傳輸。由于USB Type-C具有如此強大的電力傳輸能力,市面上出現了以新版MACBook爲首的一系列的使用USB Type-C接口的個人電腦、平板、手機等産品。爲了滿足設備快速充電的功能,需要配合Type-C PD協議實現不同電壓等級的電力傳輸。Type-C PD協議理論上可以實現最高20V的以10mV爲步進的任意電壓輸出,但是目前常用的PD電壓等級爲5V、9V、12V、15V和20V。

                          由于USB Type-C産品的大力推廣,以及對充電速度的更高要求,出現了Type-C PD功能的移動電源。Type-C PD功能的移動電源能針對不同的USB Type-C設備提供合適的電壓,提高對設備的充電速度。當移動電源輸入端接入適配器,同時移動電源的輸出端接入了負載,此時對支持旁路功能的移動電源而言則需要將適配器的電力直接旁路到移動電源的輸出端爲負載直接供電。傳統移動電源的輸入端輸出端電壓都是5V,實現該功能的時候是比較簡單的。但是作爲支持Type-C PD的移動電源其輸入端會跟隨接入的適配器的供電能力來選取一種合適的電壓,而移動電源的輸出端則會根據接入的負載的不同而選取不同的供電電壓。這樣就會使得移動電源在單獨充放電時在其輸入端和輸出端存在各種不同的電壓等級。所以對于這種輸入輸出端都支持PD功能的移動電源在進行旁路功能時需要使輸入輸出端的電壓等級重新匹配才能使負載從適配器端獲取安全的供電電壓,否則會有造成負載損壞的風險。

                          爲了實現這種輸入輸出都支持PD功能的移動電源旁路功能,可以通過軟件在移動電源輸入端和輸出端分別與適配器和負載進行PD通信,分別獲取適配器能支持的電壓及電流能力以及負載端能接受的電壓等級,然後通過程序綜合匹配選取一種適配器能支持的,負載端也能接受的,能夠快速度充電的電壓等級。最後根據程序綜合匹配得到的電壓等級再次向適配器進行PD請求獲取到該匹配的電壓等級,同時再與負載端重新PD通信將向適配器申請到電壓提供給負載,完成旁路功能。基于這種軟件多次與適配器和負載進行PD通信進行電壓等級調整的方式對軟件的實現要求很高,任何一次通信的失敗都需要額外的軟件防錯機制進行糾正,且穩定性相對比較低。USB Type-C推出還不久,PD功能的各種適配器和負載都並非一定按照PD協議嚴格執行,因此在使用這種方式進行旁路功能時要支持各種適配器和負載還是存在很大不確定性的,造成移動電源産品兼容性的降低。通過軟件多次與適配器和負載PD通信獲取旁路電壓的方式在實現上對軟件要求高,穩定性及兼容性都比較低。



                          技術實現要素:

                          本實用新型的目的在于提供一種USB TYPE-C PD旁路充電電路,以解決上述背景技術中提出的Type-C PD旁路對軟件要求高、實施難度大、兼容性比較低的問題。

                          爲實現上述目的,本實用新型提供如下技術方案:

                          一種USB TYPE-C PD旁路充電電路,包括適配器接入檢測模塊、TypeC信號線路切換模塊和輸出負載接入檢測模塊,所述適配器接入檢測模塊包括適配器和移動電源輸入端,所述輸出負載接入檢測模塊包括移動電源輸出端和負載端;所述TypeC信號線路切換模塊包括MCU和由MCU控制打開或閉合的CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2,所述CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2交叉設置于移動電源輸入端CC腳與移動電源輸出端CC腳之間。

                          優選的,所述移動電源輸入端設有電阻Rd1和電阻Rd2,所述電阻Rd1一端與MCU連接,另一端通過開關S5與移動電源輸入端連接,所述電阻Rd2一端與MCU連接,另一端通過開關S6與移動電源輸入端連接。

                          優選的,所述適配器與移動電源輸入端之間電性相連接,且適配器與移動電源輸入端共同組成適配器接入檢測模塊。

                          優選的,所述移動電源輸出端與負載端之間電性相連接,且移動電源輸出端與負載端共同組成輸出負載接入檢測模塊。

                          與現有技術相比,本實用新型的有益效果是:該USB TYPE-C PD旁路功能的實現由Type-C Source端通過檢測CC信號來偵測是否有Sink設備接入,檢測到接入後會主動發起PD通信爲Sink提供合適的、快速的、安全的供電等級,通過移動電源MCU及外圍檢測模塊檢測到適配器和負載同時接入後,分別斷開移動電源輸入端偵測適配器接入的CC信號以及移動電源輸出端偵測負載接入的CC信號,然後將適配器端的CC信號直接通過開關切換連接至負載端,實現了適配器直接與負載的連接,獨立于移動電源,這樣適配器就一定可以成功的與負載進行PD通信,並爲負載提供能接受的、快速安全的充電電壓等級,通過這種方案處理不需要通過移動電源在適配器端和負載端進行PD協議的轉發處理,極大的降低了實施的軟件難度,同時使穩定性、兼容性還有安全性方面都有顯著的提高。

                          附圖說明

                          圖1爲本實用新型旁路功能整體實現的示意圖;

                          圖2爲本實用新型適配器接入檢測模塊示意圖;

                          圖3爲本實用新型輸出負載接入檢測模塊示意圖。

                          圖中:1、適配器接入檢測模塊,2、TypeC信號線路切換模塊,3、輸出負載接入檢測模塊,4、適配器,8、移動電源輸入端,6、移動電源輸出端,7、負載端。

                          具體實施方式

                          下面將結合本實用新型實施例中的附圖,對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本實用新型保護的範圍。

                          請參閱圖1-3,本實用新型提供一種技術方案:一種USB TYPE-C PD旁路充電電路,包括適配器接入檢測模塊1、TypeC信號線路切換模塊2、輸出負載接入檢測模塊3、適配器4、移動電源輸入端5、移動電源輸出端6和負載端7,本實用新型由適配器接入檢測模塊1、TypeC信號線路切換模塊2和輸出負載接入檢測模塊3組成,適配器接入檢測模塊1包括適配器4和移動電源輸入端5,輸出負載接入檢測模塊3包括移動電源輸出端6和負載端7,所述TypeC信號線路切換模塊2包括MCU和由MCU控制打開或閉合的CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2,所述CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2交叉設置于移動電源輸入端5的CC腳與移動電源輸出端6的CC腳之間。

                          適配器4接入移動電源輸入端5時,TypeC信號線路切換模塊2中Type-C線纜只有一條CC信號線時,移動電源需要識別出Type-C線纜的CC信號與移動電源輸入端5的哪一個CC腳連接,移動電源輸入端5的CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2開關需要先閉合,且當適配器4通過Type-C線纜連接至移動電源輸入端5時,適配器4CC腳上的上拉電阻Rp1或Rp2會通過Type-C線纜裏面的CC信號線與移動電源輸入端5的電阻Rd1或者電阻Rd2連接,MCU通過ADC采樣檢測移動電源輸入端5CC1_IN和CC2_IN腳上的電壓,電壓與由上拉電阻Rp與下拉電阻Rd分壓值相符的那一個CC腳即爲Type-C 線纜CC信號線連接到移動電源的CC方向,負載端7接入移動電源輸出端6時,移動電源輸出端6的CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2開關需要先閉合,移動電源輸出端6的Rp1或者Rp2上拉電阻會通過Type-C線纜與負載端7的電阻Rd1或者電阻Rd2下拉電阻相連接,移動電源可通過MCU的ADC采樣檢測其輸出端CC腳上的電壓來確定負載端7的CC信號通過Type-C線纜後CC信號線連接到了移動電源輸出端6的哪個CC腳,從而確定了CC連接的方向。

                          上述實施例中,具體的,適配器4與移動電源輸入端5之間電性相連接,且適配器4與移動電源輸入端5共同組成適配器接入檢測模塊1,MCU通過ADC采樣檢測移動電源輸入5CC1_IN和CC2_IN腳上的電壓,若電壓與由上拉電阻Rp與下拉電阻Rd分壓值相符的那一個CC腳即爲TypeC線纜CC信號線連接到移動電源的CC方向;

                          上述實施例中,具體的,移動電源輸出端6與負載端7之間電性相連接,且移動電源輸出端6與負載端7共同組成輸出負載接入檢測模塊3,移動電源可通過MCU的ADC采樣檢測其輸出端CC腳上的電壓來確定負載的CC信號通過Type-C線纜後CC信號線連接到了移動電源輸出端6的哪個CC腳,從而確定了CC連接的方向。

                          工作原理:本實用新型USB TYPE-C PD旁路功能的實現由適配器接入檢測模塊1、TypeC信號線路切換模塊2和輸出負載接入檢測模塊3組成;

                          進一步的,當適配器4接入移動電源輸入端5時,連接的Type-C線纜只有一條CC信號線,移動電源需要識別出Type-C線纜的CC信號與移動電源的輸入端的哪一個CC腳連接,如圖2中所示,移動電源輸入端5的CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2開關需要先閉合,當適配器4通過Type-C線纜連接至移動電源的輸入端時,適配器4CC腳上的上拉電阻Rp1或Rp2會通過Type-C線纜裏面的CC信號線與移動電源輸入端5的電阻Rd1或者電阻Rd2連接,這樣一個正確的Type-C連接就建立了,MCU通過ADC采樣檢測移動電源輸入端5CC1_IN和CC2_IN腳上的電壓,若電壓與由上拉電阻Rp與下拉電阻Rd分壓值相符的那一個CC腳即爲Type-C線纜CC信號線連接到移動電源的CC方向;

                          進一步的,當負載接入移動電源輸出端6時,如圖3中所示,移動電源輸出端6的CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2開關需要先閉合,移動電源輸出端6的Rp1或者Rp2上拉電阻會通過Type-C線纜與負載的電阻Rd1或者電阻Rd2下拉電阻相連接,移動電源可通過MCU的ADC采樣檢測其輸出端CC腳上的電壓來確定負載的CC信號通過Type-C線纜後CC信號線連接到了移動電源輸出端6的哪個CC腳,從而確定了CC連接的方向;

                          進一步的,移動電源進入旁路功能是在有適配器4和負載都接入的情況下,根據上面的檢測步驟能夠明確的判斷出適配器4通過Type-C線纜連接後CC信號線連接到了移動電源輸入端5的哪一個CC腳,同時也能判斷出輸出端的Type-C線纜的CC信號線連接到了移動電源輸出端6的哪一個CC腳,如圖1所示,當移動電源的輸入端和輸出端都檢測出了CC信號線連接的方向後,MCU需將S5、S6、S7和S8斷開,將Svbus開關閉合,然後根據檢測到的CC信號線連接方向進行CC線路重連接,如果適配器4通過線纜將CC信號連接到移動電源輸入端5的CC1_IN腳上,負載通過線纜將CC信號也連接到了移動電源輸出端6的CC1_OUT腳上,則閉合CC信號切換開關S1開關,斷開CC信號切換開關S2開關,這樣適配器端就會通過線纜CC線連接到移動電源的CC1_IN腳上,然後再通過CC信號切換開關S1開關將其連接到CC1_OUT腳,再通過連接到CC1_OUT腳的線纜CC信號線與負載端7相連接,使適配器4到負載建立了獨立的連接;如果適配器4通過線纜將CC信號連接到移動電源輸入端5的CC2_IN腳上,負載通過線纜將CC信號也連接到了移動電源輸出端6的CC2_OUT腳上,則閉合CC信號切換開關S1開關,斷開CC信號切換開關S2 開關;否則,應斷開CC信號切換開關S1開關,閉合CC信號切換開關S2開關,這樣就算輸入端線纜的CC信號線連接到了移動電源的CC1_IN腳而輸出端線纜CC信號連接到了CC2_OUT或者輸入端線纜的CC信號線連接到了移動電源的CC2_IN腳而輸出端線纜CC信號連接到了CC1_OUT也會通過CC信號切換開關S1和CC信號切換開關S2開關做出正確的CC連接切換,保證Type-C連接過程中的CC的正確連接,總能使適配器端線纜的CC信號線與負載端7電纜的CC信號線連通,適配器4內部的上拉電阻就會和負載端7的下拉電阻建立連接,此時適配器4也會與負載進行PD通信申請合適的旁路電壓到負載,針對移動電源的輸出端需要對輸出端的EMark線纜進行支持則還需要根據檢測到的負載端7CC信號連接的方向對其配置VCONN供電,若負載端7線纜CC信號接入在移動電源負載端7的CC1_OUT腳上,則需要將S3開關斷開,將S4開關閉合,使CC2_OUT腳作爲VCONN對EMark線纜供電;若負載端7線纜CC信號接入在移動電源負載端7的CC2_OUT腳上,則需要將S4開關斷開,將S3開關閉合,使CC1_OUT腳作爲VCONN對EMark線纜供電,所有的開關切換都是由MCU通過檢測到的輸入輸出端線纜接入方向的綜合判斷後統一進行開關調度以保證線路的正確連接,通過對CC通信線路的斷開再連接可以讓接入移動電源的適配器4和負載獨立與移動電源而進行PD通信,以使負載在旁路時能根據接入的不同適配器4而申請到安全、高效的供電。

                          綜上所述,以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和優點。本行業的技術人員應該了解,本實用新型不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理,在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下,本實用新型還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其效物界定。

                          再多了解一些
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