CN103972955B - 一种usb接口充电握手方法以及可快速充电的电源适配器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种USB接口充电握手方法以及可快速充电的电源适配器，该方法，通过USB线缆连接电源适配器和USB设备；USB设备的充电管理电路按照USB设备预先固化好的约定编码来控制VBUS的通断；电源适配器通过识别VBUS的通断，还原出USB设备上预先固化好的约定编码；如果还原出的USB设备上的约定编码与电源适配器预先固化好的约定编码一致则握手成功；反之，握手失败。该电源适配器包括VBUS电流检测电路、依次连接在VBUS电流检测电路输出端的控制电路A和AC/DC电路。本发明不改变电源适配器输出电流的前提下，提高电源适配器的输出电压给USB设备，提供更高的输入功率，加快充电速度。
Description
技术领域
本发明属于USB接口充电领域，具体涉及USB接口的充电握手方法以及可快速充电的电源适配器。
背景技术
目前基于USB接口的充电电压有两种。方案一是标准的5.0V电压输出，电压不可变。方案二是以美国高通公司为代表的方案，输出电压可变，USB设备和电源适配器通过USB接口的DP、DM信号握手，确定输出电压是5.0V输出还是其他高电压值输出，已达到高电压输电、快速充电的目的。
以上方案一缺点是：无法输出高电压以便提供大的输入功率给充电芯片；方案二缺点是：USB设备和电源适配器需要识别不同逻辑的DP、DM信号，对硬件电路要求高，方案实现成本高。
目前通讯业内没有统一的USB快速充电标准，以高通公司为代表的快速充电方法存在方案二的缺陷，开发一种硬件实现简单、可靠的USB接口握手方法来满足快速充电的需求，很有意义。
发明内容
本发明的目的是：提供一种硬件实现简单可靠的USB接口握手方法，基于现有的USB2.0或者USB3.0接口信号，实现USB设备和电源适配器的充电握手，不改变电源适配器输出电流的前提下，通过提高电源适配器的输出电压给USB设备提供更高的输入功率，加快充电速度，实现快速充电。本发明还提供了一种可快速充电的电源适配器。
本发明的技术解决方案是：
一种USB接口充电握手方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1】通过USB线缆连接电源适配器和USB设备；
2.1】USB设备的充电管理电路按照USB设备预先固化好的约定编码来控制VBUS的通断，所述USB设备预先固化好的约定编码的最后一位代表VBUS导通；
2.2】电源适配器通过识别VBUS上的电流的通断，还原出USB设备上预先固化好的约定编码；
如果还原出的USB设备上的约定编码与电源适配器预先固化好的约定编码一致，则握手成功；
如果还原出USB设备上的约定编码与电源适配器预先固化好的约定编码不一致，则握手失败。
上述电源适配器包括AC/DC电路、用于控制AC/DC电路的输出电压值的控制电路A以及用于检测VBUS通断的VBUS电流检测电路，VBUS电流检测电路的输出端连接至控制电路A的输入端，控制电路A的输出端连接至AC/DC电路的输入端。
上述步骤2.2】中，如果握手成功，VBUS电流检测电路输出中断信号给控制电路A，控制电路A收到中断信号后，控制AC/DC电路将输出电压由标准电压变为电压值高于标准电压的高电压，例如9V或者12V。
上述USB设备包括电池、充电管理电路以及控制电路B，所述控制电路B按照USB设备预先固化好的约定编码输出控制信号给充电管理电路，充电管理电路的输出连接至电池，控制电路B控制充电管理电路完成VBUS的通断，所述控制信号是控制VBUS导通及关断的信号。
一种可快速充电的电源适配器，包括AC/DC电路，其特殊之处在于：所述可快速充电的电源适配器还包括用于控制AC/DC电路的输出电压值的控制电路A以及用于检测VBUS通断的VBUS电流检测电路，VBUS电流检测电路的输出端连接至控制电路A的输入端，控制电路A的输出端连接至AC/DC电路的输入端。
上述VBUS电流检测电路包括一个串联在VBUS线路上的一个能够产生压降的电子器件、并联在该电子器件两端的ADC模数转换电路以及与ADC模数转换电路输出端连接的微控制器，微控制器的输出端接至控制电路A。
本发明的优点：
1、本方法握手成功后，可提供更高的输出电压和更高的输出功率，提高USB设备对电池的充电速度；
2、本方法不改变现有的USB接口信号定义，实现方法简单，可靠；
3、本方法不改变电源适配器输出电流，传输线路上功率损耗小；
4、本发明的电源适配器，结构简单，对硬件电路要求不高，方案实现成本低；并且向下兼容不支持快速充电的USB设备，USB设备包括各种手机、平板电脑等；
5、本发明的USB设备向下兼容不支持快速充电的电源适配器。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为VBUS电流检测电路的原理图；
其中：1-AC/DC电路、2-控制电路A、3-VBUS电流检测电路、4-控制电路B、5-充电管理电路、6-电池。
具体实施方式
以手机以及给手机充电的电源适配器为例，说明本发明的实现。该手机的电源适配器可以输出标准电压5.0V、高电压12.0V两种电压，默认输出标准电压5.0V，最大输出电流1.0A，手机及电源适配器上预先固化好的约定编码均为“10101011”。
如图1，可快速给手机充电的电源适配器，包括AC/DC电路1、控制电路A2以及VBUS电流检测电路3。
AC/DC电路，实现交流电压到直流电压的转换，输出电压初始值5.0V，输出电压值可调。AD/DC电路可以直接利用现有电源适配器上的AD/DC电路，无需改变。
控制电路A，用于控制AC/DC电路的输出电压。
VBUS电流检测电路，通过识别VBUS上的电流通断，还原出手机上预先固化好的约定编码；判断手机上预先固化好的约定编码与预先固化在电源适配器上的约定编码是否一致，如果一致，则握手成功，VBUS电流检测电路输出中断信号给控制电路A，控制电路A收到中断信号后，控制AC/DC电路将输出电压由标准电压5.0V变为高电压12.0V；如果不一致，则握手失败，AC/DC电路输出标准电压5.0V。实现该功能的电路结构很多，包括但不限于图2的结构。
如图2，VBUS电流检测电路包括一个串联在VBUS线路上的精密电阻（或者其他能产生压降的器件，例如，二极管、三极管等）、并联在精密电阻两端的ADC模数转换电路以及与ADC模数转换电路输出端连接的微控制器，微控制器的输出端接至控制电路A，当VBUS线路上有电流通过时，精密电阻两端产生电压差，ADC模数转换电路检测到电压差的存在甚至大小，将检测结果输出给微控制器，微控制器对检测结果进行判断，如果检测结果与预先固化在电源适配器上的约定编码一致，微控制器将判断结果上报控制电路A，控制电路A产生中断，如果不一致，微控制器不把判断结果上报给控制电路A或者微控制器将判断结果上报控制电路A，控制电路A不发生动作。
可利用上述适配器快速充电的手机，包括控制电路B4、充电管理电路5以及电池6。
控制电路B的功能是按照预先固化在手机上的约定编码输出控制信号给充电管理电路，使充电管理电路按照控制信号完成VBUS电源的通断，导通有电流从VBUS流出，关断无电流从VBUS流出。导通代表逻辑“1”，不导通代表逻辑“0”，控制信号的最后一位为“1”。例如：编码规则为“10101011”，如果USB设备和电源适配器的约定编码均为“10101011”，则握手成功；否则，握手失败。
充电管理电路可以直接利用现有USB设备上的充电管理电路，无需改变。
AC/DC电路、控制电路A、控制电路B以及充电管理电路的结构，本领域技术人员均可以理解，因此不做示例。
一种USB接口充电握手方法，包括以下步骤：
1】通过USB线缆连接电源适配器和手机；
2.1】手机上的充电管理电路按照手机上预先固化好的约定编码“10101011”来控制VBUS的通断；导通有电流从VBUS流出，关断无电流从VBUS流出；导通代表逻辑“1”，不导通代表逻辑“0”；
2.2】电源适配器的VBUS电流检测电路检测VBUS上是否有电流输出，在设定时间内还原出手机上预先固化好的约定编码，VBUS电流检测电路在检测到第一个逻辑“1”后触发对约定编码的逻辑判断；判断VBUS上的电流变化与电源适配器上预先固化好的约定编码是否一致，如果一致，则握手成功，VBUS电流检测电路输出中断信号给控制电路A，控制电路A收到中断信号后，控制AC/DC电路将输出电压由标准电压5.0V变为高电压12.0V，继而充电管理电路输入电压12.0V，经过电压变换后对电池充电；如果不一致，则握手失败，电源适配器输出标准电压5.0V，充电管理电路输入电压5.0V，经过电压变换后对电池充电。
电源适配器输出12.0V和5.0V的电压时，输出电流均为1.0A，能够对外提供的功率：
12.0VX1.0A=12.0W
5.0VX1.0A=5.0W
假设电池电压3.7V，充电管理电路恒流充电时效率为90%，忽略充电管理电路不同输入电压效率差异。两种情况下手机对电池的恒流充电时能够提供的电流分别为：
12.0WX90%/3.7V=2.9A
5.0WX90%/3.7V=1.2A
以上实例，可以清晰的反映采用USB接口充电握手方法后，不改变电源适配器输出电流的情况下，通过提高电压可以大幅度的提高电池充电电流，缩短充电时间。
该方案的USB设备匹配非本方案所涉及的电源适配器使用时，VBUS上产生的编码不被非本方案的电源适配器识别，电源适配器输出标准电压。USB设备可以正常对电池充电。
该方案的电源适配器匹配非本方案的USB设备时，VBUS默认输出标准电压。非本方案的USB设备可以对电池充电。
Claims (4)
1.一种USB接口充电握手方法，其特征在于，包括以下步骤：
1】通过USB线缆连接电源适配器和USB设备；
2.1】USB设备的充电管理电路按照USB设备预先固化好的约定编码来控制VBUS的通断，所述USB设备预先固化好的约定编码的最后一位代表VBUS导通；
2.2】电源适配器通过识别VBUS上的电流的通断，还原出USB设备上预先固化好的约定编码；
如果还原出的USB设备上的约定编码与电源适配器预先固化好的约定编码一致，则握手成功；
如果还原出USB设备上的约定编码与电源适配器预先固化好的约定编码不一致，则握手失败。
2.根据权利要求1所述的USB接口充电握手方法，其特征在于，所述电源适配器包括AC/DC电路、用于控制AC/DC电路的输出电压值的控制电路A以及用于检测VBUS通断的VBUS电流检测电路，VBUS电流检测电路的输出端连接至控制电路A的输入端，控制电路A的输出端连接至AC/DC电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的USB接口充电握手方法，其特征在于，
步骤2.2】中，如果握手成功，VBUS电流检测电路输出中断信号给控制电路A，控制电路A收到中断信号后，控制AC/DC电路将输出电压由标准电压变为电压值高于标准电压的高电压。
4.根据权利要求1至3任一所述的USB接口充电握手方法，其特征在于，所述USB设备包括电池、充电管理电路以及控制电路B，所述控制电路B按照USB设备预先固化好的约定编码输出控制信号给充电管理电路，充电管理电路的输出连接至电池，控制电路B控制充电管理电路完成VBUS的通断，所述控制信号是控制VBUS导通及关断的信号。
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