CN104701583A - 基于usb接口的电池充电方法、适配器、用电设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开基于USB接口的电池充电方法、适配器、用电设备和系统,其中方法包括如下步骤:用电设备通过改变负载电流向适配器发送握手信号;适配器通过检测负载电流变化识别握手信号;适配器接收握手信号并通过改变输出电压向用电设备发送握手响应信号;用电设备通过检测输出电压变化识别握手响应信号;用电设备接收握手响应信号并通过改变负载电流向适配器发送握手确认信号;适配器通过检测负载电流变化识别握手确认信号;适配器接收握手确认信号并改变输出电压。本方案通过适配器与用电设备之间的电压变化和电流变化实现双向通信交互,避免了适配器电压的不正常上升造成用电设备的损坏。

Description

基于USB接□的电池充电方法、适配器、用电设备和系统
技术领域
[0001] 本发明设及电池充电技术领域,尤其设及基于USB接口的电池充电方法、适配器、 用电设备和系统。
背景技术
[0002] 电池容量越来越大,小电流充电需要数小时才能将电池充满。另外因为大部分的 用电设备为了减少接口,只有通过USB端口进行充电,而用电设备USB端口通过USB的DCP 端口值edicatedchargerport)进行充电的最大电流也只有1.8A。所W假如使用5V电 压,则最大输入功率是9W,此输入功率无法满足5V2A,甚至是5V3A快速充电的需求。所W 在不改变USB接口的情况下,一般通过提高适配器的输出电压到9V或是12V来实现增加适 配器的输出功率的目的。同时为了兼容目前的USB5V输入要求,在非快速充电阶段输出5V 电压,但是进入快速充电阶段,需要提高USB端口的供电电压来实现增加输入功率的目的。
[0003]现有技术中有使用普通USB端口进行供电,适配器输出电压的提高动作触发需要 利用USB接口中的数据接口进行通信,或是通过改变适配器的负载电流,同时在适配器的 副边检测适配器输出电流,当负载改变方式满足预先设定模式后,再将适配器的输出电压 抬局,如图1所不。
[0004] 现有技术具有如下缺陷:适配器输出电压的提高动作需要利用USB接口中的数据 接口进行通信。此方法实现提高输入功率需要利用USB接口的数据线D+和D-,并且适配器 端需要配合识别D+和D-信息,并且调整适配器的输出电压。另外,一般适配器需要隔离高 压端和低压端,而D+和D-在低压端,所W需要在低压端有检测和控制电路来实现输出电压 的改变,该样额外增加了适配器的成本。
[0005]另外一种方法,假如通过改变适配器的负载电流,同时在适配器的副边检测负载 电流的方法实现通信,此方法需要在适配器的副边增加负载电流检测模块,检测完之后通 过调节适配器的反馈电压或是参考电压,来改变适配器的输出电压。在适配器副边需要增 加电流检测模块和输出电压调节模块,该样增加了适配器的电路复杂性和成本。W上两种 方法的系统架构图见图1。
[0006] 另外通过改变适配器的输出负载的方式实现对适配器输出电压调节,此通信方法 缺少双向确认机制,当负载电流波形正好满足预先设定的模式的时候,适配器的输出电压 就会抬高,此时假如电池充电电路不能接受9V或是12V充电输入,则有可能烧坏电池充电 电路。
[0007]另外,一般为降低适配器的空载功耗,适配器的副边的假负载的阻抗较大,该样会 导致适配器电压从9V或是12V降低到5V的时间过长。假如适配器快速从支持快充的设备 上拔出,并且迅速插入不支持快充的设备上。假如不支持快充的设备输入不能耐高压,则有 可能烧坏不支持快充的设备。
发明内容
[000引为此,需要提供基于USB接口的电池充电方案,解决现有适配器在升压时可能会 造成用电设备损坏的问题。
[0009] 为实现上述目的,发明人提供了基于USB接口的电池充电方法,应用于适配器和 用电设备,包括如下步骤:
[0010] 用电设备通过改变负载电流向适配器发送握手信号;
[0011] 适配器通过检测负载电流变化识别握手信号;
[0012] 适配器接收握手信号并通过改变输出电压向用电设备发送握手响应信号;
[0013] 用电设备通过检测输出电压变化识别握手响应信号;
[0014] 用电设备接收握手响应信号并通过改变负载电流向适配器发送握手确认信号;
[0015] 适配器通过检测负载电流变化识别握手确认信号;
[0016] 适配器接收握手确认信号并改变输出电压;
[0017] 用电设备检测到适配器电压改变后,改变用电设备的输入功率。
[0018] 进一步地,所属握手响应信号与握手确认信号为逻辑相反的信号。
[0019] 进一步地,所述握手信号、握手响应信号、握手确认信号为数字逻辑信号。
[0020] 进一步地,适配器发送握手响应信号包括适配器发送随机的握手响应信号。
[0021] 进一步地,适配器改变输出电压包括适配器根据握手确认信号改变输出电压。
[0022] 进一步地,还包括步骤:
[0023] 适配器检测到负载电流小于设定值,并且维持大于预设时间后;
[0024] 适配器将输出电压改变为5V。
[0025] W及本发明还提供基于USB接口的适配器,用于与用电设备连接,包括相互连接 的电压转换模块和变压控制模块;其中:
[0026] 电压转换模块用于转换电压并输出电压;
[0027] 变压控制模块用于控制电压的转换;
[002引变压控制模块还用于通过检测负载电流变化识别握手信号并且还用于通过改变 输出电压向用电设备发送握手响应信号;
[0029] 变压控制模块还用于通过检测负载电流变化识别握手确认信号并改变输出电压。
[0030] 还包括高压放电电路;所述高压放电电路与电压转换模块的输出电压端连接。
[0031] 所述高压放电电路包括相互连接的稳压管和电阻。
[0032] 所述高压放电电路还包括LED。
[0033] 所述变压控制模块包括随机码产生模块,所述随机码产生模块用于产生随机的握 手响应信号。
[0034] W及本发明还提供基于USB接口的用电设备,用于与适配器连接,包括相互连接 的充电模块和充电控制模块,
[0035] 充电模块用于实现适配器的输出电压转化为与充电模块连接的蓄电池的充电电 压或充电电流;
[0036] 充电控制模块用于通过控制充电模块改变充电模块的输入电流向适配器发送握 手信号;
[0037] 充电控制模块还用于通过检测适配器输出电压变化识别握手响应信号并通过控 制充电模块改变充电模块的输入电流向适配器发送握手确认信号;
[0038] 充电控制模块还用于通过检测适配器输出电压的变化,改变充电模块的输入功率 大小。
[0039] 基于上述的适配器和用电设备,本发明还提供基于USB接口的电池充电系统,包 括适配器和用电设备,所述适配器为上述的适配器,所述用电设备为上述的用电设备。
[0040] 区别于现有技术,上述技术方案通过适配器与用电设备之间的电压变化和电流变 化实现双向通信交互,避免了适配器电压的不正常上升造成用电设备的损坏。
附图说明
[0041] 图1为背景技术所述电池充电方案的电路结构示意图;
[0042] 图2为本发明一实施方式的系统结构示意图;
[0043] 图3为本发明一实施方式的方法流程图;
[0044] 图4为本发明一实施方式的时序图;
[0045] 图5为本发明另一实施方式的系统结构示意图;
[0046] 图6为本发明一实施方式的适配器电路图;
[0047] 图7为本发明一实施方式的变压控制模块的结构示意图;
[0048] 图8为本发明一实施方式的用电设备的结构示意图。
[0049] 附图标记说明:
[0050] 200 (300)、适配器;
[0化1] 201、电压转换模块;
[0化2] 203、变压控制模块;
[0化3] 204、随机码产生模块;
[0054]206、高压放电电路;
[0055] 220 (320)、用电设备;
[0056] 222、充电模块;
[0057] 224、充电控制模块;
[0化引 240、蓄电池。
具体实施方式
[0化9] 为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,W下结合具体实 施例并配合附图详予说明。
[0060] 请参阅图1到图8,本实施例首先提供一种基于USB接口的电池充电方法,可W应 用于如图2中的适配器200和用电设备220。其中,适配器200(或称电源适配器)即用于 将市电电压转换为充电接口电压的设备,如在中国大陆的市电电压为220V的交流电,充电 接口可W是5V直流电压的USB接口,则适配器200即用于将220V交流电转换成5V直流电 的设备。用电设备220为需要使用适配器200转换后的电压的设备。如适配器转换后的电 压是5V的直流电,则用电设备220为需要使用5V直流电的设备,具体的使用方式包括给蓄 电池240充电或者给用电设备220中的其他模块供电。常见的用电设备220的形式可W是 便携设备,如手机、平板等。
[0061] 如图3所示,本实施例提供的电池充电方法包括如下步骤;步骤S301用电设备 320通过改变负载电流向适配器300发送握手信号;步骤S302适配器300通过检测负载电 流变化识别握手信号;步骤S303适配器接收握手信号并通过改变输出电压向用电设备发 送握手响应信号;步骤S304用电设备通过检测输出电压变化识别握手响应信号;步骤S305 用电设备接收握手响应信号并通过改变负载电流向适配器发送握手确认信号;步骤S306 适配器通过检测负载电流变化识别握手确认信号;步骤S307适配器接收握手确认信号并 改变输出电压;步骤S308用电设备检测到适配器电压改变后,改变用电设备的输入功率。
[0062] W下结合图4的电压和电流波形进行说明,用电设备320的USB接口可化围过连 接线与适配器300的USB接口连接。在刚开始连接时,如图4所示,适配器的电压为5V, 蓄电池电压较低,USB接口的电流为1.8A,蓄电池的充电电流为1.8A。当蓄电池电压达到 3. 6V,即蓄电池电压相对稳定后,即在时间点A时,用电设备320开始在步骤S301通过改变 自身负载电流的大小发送握手信号。用电设备320改变自身负载电流的大小可W通过改变 自身电池充电电路(charger或者充电模块)的输入限流值,从而改变适配器300 (Adapter) 的负载,使得适配器流向用电设备的电流产生变化,电流的变化可W用于发送信号,如握手 信号。适配器300可W通过检测电流的变化来获取到用电设备发出的信号。具体的信号的 规则可W采用预定的电流大小和持续单位时间来表示数字逻辑信号0和1。如单位时间为 1ms,预定的电流大小为500mA和50mA,则500mA的电流持续1ms表示为1,50mA的电流持续 1ms表示0。对应的,适配器在检测到电流500mA持续1ms则解码为1,50mA持续1ms则解 码为0。该样的一个规则可W做成一个编码规则和解码规则分别存储到用电设备320和适 配器300中。
[0063] 当然,在某些实施例中,信号的规则还可W是模拟信号规则,如信号是正弦变换 的电流信号,使用上述的数字逻辑信号调制起来相对容易,便于信号的编码发送和接收 解码。W及,握手信号具体的值可W是自定义的,如图4中的握手信号的值可W定义为 0100110111,用电设备320改变负载电流大小发出该握手信号。握手信号即用于将用电设 备320具有识别电压变化的能力的信息传递给适配器300。而后在时间点B、步骤S302适 配器识别到该握手信号,则认为用电设备320可W识别电压变化并解码。则在步骤S303适 配器改变输出电压向用电设备发送握手响应信号,握手响应信号即用于响应握手信号。握 手响应信号的规则可W是预定的电压大小和持续单位时间来表示数字逻辑信号0和1。如 图4所示,预定的电压大小分别为5V和4. 5V,单位时间为2ms,则5V持续2ms表示为逻辑 1,4. 5V持续2ms表示为逻辑0,握手响应信号的规则同样可W预先存储到用电设备320和 适配器300中。握手响应信号的值可W是自定义的,如可W定义为0100110111。在某些实 施例中,握手响应信号是随机码,即适配器在发送握手响应信号为发送随机的握手响应信 号。随机码可W通过适配器的变压控制模块内部产生。如图4的实施例中,作为握手响应 信号的随机码为0101。握手响应信号可W如上述采用数字逻辑信号来传递信息,在某些实 施例中,也可W采用模拟信号来传递信息,如握手响应信号是峰峰值为5V和4. 5V的正弦交 流电。
[0064] 用电设备在步骤S302通过改变负载电流发送完握手信号之后,可W开始检测输 入USB电压的变化。当检测到USB电压变化时,将电压变化进行记录和编码。即用电设备 在步骤S304识别握手响应信号,识别后用电设备在时间点C、步骤S305再通过改变负载电 流发送握手确认信号,握手确认信号用于响应和确认握手响应信号。握手确认信号可W采 用固定值的信号,也可w采用与握手响应信号对应的信号,如可w将握手响应信号做循环 移位后作为握手确认信号。在某些实施例中,握手确认信号可W为握手响应信号值相反的 信号,采用相反的信号便于运算和识别。
[0065] 而后在时间点D、步骤S306适配器通过检测负载电流变化识别握手确认信号。适 配器收到握手确认信号后认为充电设备具有高压充电能力,而后步骤S307适配器接收握 手确认信号并改变输出电压。如图4所示,适配器300的电压可W提高到预设值,如12V。在 某些实施例中,提高电压的值可W通过用电设备320通过握手确认信号发送给适配器300, 即握手确认信号包含有适配器300的最大电压承受值。适配器300接收到握手确认信号后, 解析获得最大电压承受值,并将适配器的输出电压提高到最大电压承受值,W便于W最快 的速度进行充电。最后步骤S308用电设备检测到适配器电压改变后,改变用电设备的输入 功率。即用电设备在时间点D处检测到电压上升后,提高用电设备的输入功率,进入快充模 式。从图4可W看出,USB接口电流与适配器和用电设备刚刚连接时的电流(1.8A) -样,但 是蓄电池充电电流却可W大大地提高(从1.8A提高到3. 5A),从而节省了充电的时间。W 及上述实施例通过握手信号、握手响应信号、握手确认信号=个信号之间的交互,即适配器 和用电设备的之间的通信属于双向通信,避免了无法承受高压的用电设备,在电压或电流 的异常波动正好满足设定模式而造成错误的电压升高,烧毁用电设备的充电电路的情况。
[0066] 在实际应用过程中,握手信号、握手响应信号、握手确认信号在发送完成可W有一 个固定的响应时间,如果在固定的时间内,信号得不到回复,则交互出现错误,本方法就提 前结束。如用电设备在发出握手信号后,用电设备等待一个固定时间,如果固定时间内用电 设备没有收到握手响应信号,则本方法结束,用电设备不再检测和接收信号。同样地,如适 配器在握手响应信号发出一个固定时间内,没有收到握手确认信号,则认为交互失败,本方 法结束,适配器不再检测和接收信号。从而避免长时间的等待可W出现电压或电流的异常 波动造成错误的交互的情况出现。
[0067] 用电设备进入快充模式的一段时间后,蓄电池电压在时间点E会提升,当蓄电池 电压充电到接近于4.2V的时候,用电设备中的蓄电池的充电电流会减小。蓄电池的充电电 流减小则适配器的负载电流也相应的减小。当在步骤S309适配器检测到负载电流小于设 定值,并且维持一段时间之后,则进入步骤S310适配器将输出电压恢复到5V。在本实施例 中,设定值的电流判断阔值为0. 05A。USB接口电压恢复为5V之后,用电设备的充电电路继 续对蓄电池进行充电,直到完成蓄电池充电。在负载电流小于设定值时,蓄电池即进入了快 要充满电的状态,此时使用低压进行充电,可W让蓄电池更好地充满电。
[0068]W及本发明还提供基于USB接口的适配器200,如图2所示,用于与用电设备220 连接,即适配器200的USB接口与用电设备220的USB接口连接,连接时,要保证两个设备 间的USB接口中的电源线的连接和地线的连接。适配器200包括相互连接的电压转换模块 201和变压控制模块203。其中:电压转换模块201用于转换电压并输出电压,在本实施例 中,电压转换模块201用于将220V的交流电转换成USB接口的低压直流电。
[0069] 变压控制模块203用于控制电压的转换;变压控制模块203通过控制电压转换模 块201实现对电压转换的控制。变压控制模块203还用于通过检测负载电流变化识别握手 信号并且还用于通过改变输出电压向用电设备发送握手响应信号,改变输出电压即改变适 配器200的输出电压,也就是改变电压转换模块201转换后的电压。变压控制模块203还 用于通过检测负载电流变化识别握手确认信号并改变输出电压。本实施例中的负载电流即USB接口的电流,也就是用电设备220在USB接口处消耗的电流。本适配器200与用电设备 220通过握手信号、握手响应信号和握手确认信号的双向通信,确保了用电设备220是可W 接受高压充电,高压不会造成用电设备220的损坏,又可W让用电设备220进行高压充电, 即进行快速充电。
[0070] 在一实施例中,变压控制模块203可W是一个处理器,电压转换模块201可W是 PWM电压转换模块,处理器通过控制脉宽实现对电压转换模块201的控制。负载电流的检测 方式可W在USB接口电源线上串接一个小电阻,而后处理器检测小电阻上的电压即可获取 负载电流。
[0071] 为了实现在空载时,电压快速地从高压放电至低压,在上述实施方式的基础上,本 适配器还包括高压放电电路206 ;高压放电电路与电压转换模块的输出电压端连接。高压 放电电路用于在空载时将电压转换模块201输出端的电压放电至低压,即5V。避免适配器 的电压升高时,用电设备220拔出后迅速插上不支持高压充电的用电设备,而造成用电设 备烧毁的情况。
[0072] 高压放电电路的实现方式可W用个负载(如电阻),在空载时,变压控制模块将负 载快速连接到电压转换模块的输出端,并控制电压转换模块201将输出电压降为5V,则负 载会快速将电压转换模块201输出端的电压放电至低压,即在检测到负载电流小于一个预 设值后,适配器将负载连接到适配器的电压输出端并降低输出电压为5V。在某些实施方式 中,高压放电电路可W包括相互连接的稳压管和电阻。如图5的适配器副边所示,电阻的一 端与稳压管的负极连接,电阻的另一端再与电压转换模块201的正极输出端连接,稳压管 的正极与电压转换模块201的负极输出端连接。其中稳压管可W选用5V稳压管,在空载或 者快充结束时,此高压放电电路对适配器的输出进行快速放电,将输出电压降低到5V。使用 稳压管和电阻无需控制,在需要快速降压时,即可快速降低电压。
[0073] 为了提示用户适配器正在输出高压,可W用个L邸进行高压提示。在某些实施例 中,LED可W设置在稳压管和电阻的高压放电电路中。即在稳压管和电阻的电路上串接有 LED,其中LED的正极靠近电压转换模块的正极输出端,LED的负极靠近电压转换模块的负 极输出端。该样在电压升高的快充阶段时,L邸上会有电流,产生光信号来提示用户正在快 充。在非快充阶段,因为此高压放电电路上有稳压管,稳压电压加上L邸的开启电压超过适 配器的正常输出电压,所W此通路不会额外消耗电流,也就不会额外增加适配器的待机功 耗。
[0074] 在上述任一实施方式中,变压控制模块203包括随机码产生模块204,所述随机码 产生模块用于产生随机的握手响应信号。即握手响应信号的值是一串随机的数字,从而每 次连接时握手响应信号都是随机的、不同的。
[0075] W及本发明还提供基于USB接口的用电设备220,如图2所示,用于与适配器200 连接,包括相互连接的充电模块222和充电控制模块224,充电模块222用于实现适配器的 输出电压转化为与充电模块222连接的蓄电池240的充电电压或充电电流;充电控制模块 224用于通过控制充电模块222改变充电模块222的输入电流向适配器发送握手信号;充 电控制模块222还用于通过检测适配器输出电压变化识别握手响应信号并通过控制充电 模块224改变充电模块222的输入电流向适配器发送握手确认信号。充电控制模块224还 用于通过检测适配器输出电压的变化,改变充电模块的输入功率大小。本用电设备220通 过发送握手信号和握手确认信号告知适配器200用电设备220可W接受高压充电的情况。 避免了适配器200电压的错误上升,从而避免烧毁不支持高压充电的用电设备的情况。其 中,用电设备检测适配器输出电压变化可W通过充电控制模块224中的模拟数字转换模块 实现对电压的采集。
[0076] 基于上述的适配器和用电设备,本发明还提供基于USB接口的电池充电系统,如 图2所示,包括适配器200和用电设备220,所述适配器为上述的适配器,所述用电设备为上 述的用电设备。本电池充电系统通过电压和电流进行通信,避免了使用USB接口的数据线 进行通信,降低了解码的难度,同时减少了通信使用到的数据线。
[0077] 本发明中的适配器的电压转换可W是通过对220V交流电整流、滤波、降压后再使 用DC-DC的PWM控制电路实现,也可W通过交流电变压器实现,如原边反馈控制适配器。原 边反馈控制适配器和充电电路之间的模块原理图如图5所示,适配器原边包含有变压控制 模块。为实现适配器电源输出电压能够较快的从高压恢复到5V电压,适配器副边包括一路 稳压管和电阻W及L邸串联的高压放电电路。其中稳压管错位电压和L邸导通压降之和超 过USB正常输出电压5V,例如设定为5. 5V。该样在正常工作情况下,此路负载不会产生额 外的负载电流,所W不会影响适配器的空载功耗。在适配器输出为高压时,此路负载会有电 流流过。流过的负载电流为:
[007引
Figure CN104701583AD00101
[0079] 其中VusB的适配器的输出电压,Vzener为稳压管错位电压,Vled为led导通电压,Rhv 为高压放电电路串联电阻。
[0080] 当USB输出高压时,此负载通路有电流,L邸发光,表示移动设备处于快充阶段。在 USB快充阶段将充电器从移动设备上拔下来,此时需要将适配器的电压能够较快的恢复到 5V,该样避免使用者再次用适配器给低压USB端口充电导致低压USB烧坏。此高压放电电 路会将适配器的输出电压较快的从高压放电到5V左右电压。此放电通路的时间常数为;
[0081]
Figure CN104701583AD00102
[0082] 其中Rhv为高压放电电路串联的电阻阻值,CwT为适配器输出电容容值。假如USB 高压输出为9V,稳压管稳压值和LED导通电压值之和为6V,则设定放电通路电流为30mA, 则Rhv取lOOohm,CWT取ImF,则放电时间常数为0.Is。此时间常数大概小于USB插头拔插 动作时间(假设为Is时间)一个数量级W上,所W能够较好的保证,再将适配器输出插入 到低压USB口时,适配器的输出电压恢复到5V附近。即所述高压放电电路的放电时间常数 小于0.Is,稳压管的稳压值与L邸的导通电压之和大于适配器输出的低压(如5V),可W保 证用电设备重新插入时适配器的输出电压已经恢复到5V。
[0083] 另外,此适配器输出高压放电通路,也可W只有稳压管和放电电阻串联构成,该样 也可W达到同样的放掉保护效果,只是缺少了快充充电指示效果。
[0084] 原边反馈控制结构的适配器的应用原理图如图6所示。为实现快速充电功能,快 速充电的变压控制模块(即图6和图7中AC-DCcontroller,交流转直流原边反馈控制 器)的内部模块框图如图7所示。具体地,如图7所示,变压控制模块可W包含有AC-DC基 本环路控制模块,AC-DC基本环路控制模块是用来实现AC-DC正常的5V输出控制。为实现 快速充电功能,变压控制模块内部增加的模块包括环路控制工作模式识别模块,输出电压 参考调整控制模块,高压USB和配对识别码存储和对比模块,和随机码产生和比对模块。
[0085] 其中,环路控制工作模式识别模块的功能是实现对AC-DC基本环路控制的模式识 另IJ,将工作模式转换为逻辑电平信号,同时具有根据工作模式判断快充是否结束的功能。输 出电压参考调整控制模块功能是根据控制逻辑电平调整参考电压使适配器输出稍高或稍 低电压(用来产生通信用的小幅度的电压脉冲),并且在确认充电移动设备的USB具有高压 充电能力情况下,调节参考电压使适配器输出高压(实现给USB端口快速充电)。例如之前 提到的,用电设备通过USB端口的输入限流产生的脉冲电流能够引起AC-DC基本环路控制 模式的改变,比如在500mA负载时环路控制工作在连续PWM模式,在负载是50mA时,环路控 制工作在PFM模式。此时,AC-DC控制器中的环路控制工作模式识别模块能够识别该种工 作模式的变化,并且将该个工作模式的变化转换为逻辑高低电平并传递给高压USB和配对 识别码存储和对比模块。高压USB和配对识别码存储和对比模块接收到环路控制工作模式 识别模块发送的AC-DC工作模式变化逻辑高低电平,将此逻辑高低电平按照预先设定的频 率进行采样,将逻辑高低电平转换为二进制代码,并且和预先设定的握手信号进行比较。假 如此二进制代码和握手信号相一致,则将确认信号发送给随机码产生和比对模块。随机码 产生和比对模块在接收到配对码一致的确认信息后向输出电压调整控制模块发送随机码 和预先设定时钟确定的逻辑电平信号。输出电压参考调整控制模块按照随机码产生和比对 模块发送过来的逻辑电平信号调节适配器的输出电压产生相应的小幅度的脉冲电压波形, 即发送握手响应信号。
[0086] 握手响应信号发送完毕后,等待用电设备产生负载脉冲电流(即握手确认信号的 电流形式)。在设定的时间内适配器假如接收到负载脉冲电流,即收到握手确认信号,则环 路控制工作模式识别模块,将负载电流引起的环路工作模式的变化信息转换为逻辑电平发 送给随机码产生和比对模块。随机码产生和比对模块,通过时钟同步将逻辑电平转换为二 进制代码,并且比对此二进制代码是否是之前发送的随机二进制代码的取反信号。假如发 送和接收信号满足取反关系,则随机码产生和比对模块发送高压控制信号给输出电压参考 调节控制模块。输出电压参考调节控制模块,改变相应的参考电压,则适配器最终产生需要 的高压输出,提供给USB快速充电用。在高压充电期间,环路控制工作模式识别模块,一直 检测工作模式的变化。当检测到工作模式进入轻载模式,即负载电流小于设定值,并且持续 设定时间长度后,环路控制工作模式识别模块发送结束高压输出控制信号给输出电压参考 调节控制模块。此时输出电压参考调整控制模块,通过改变参考电压,将适配器的设定输出 电压降低到5V,结束高压充电过程。
[0087] 上述的原边反馈控制结构的适配器直接在适配器的原边反馈控制器中对其工作 模式的检测来实现对负载电流的检测,该样不需要在适配器副边增加检测电路来检测适配 器负载电流的变化。直接在适配器的原边反馈控制器中改变参考电压来实现对适配器输出 电压的提高或降低,该样不需要在适配器副边增加适配器输出电压控制电路。所W此种方 法减少了适配器副边的电路和成本。
[008引另外,用于适配器和USB接口的用电设备之间通信的同步时钟,也可W通过采样 发送脉冲电流或是脉冲电压的前几个变化周期的频率来得到。
[0089] 在某一实施例中,用电设备实现USB快速充电功能相关的内部模块框图如图8所 示。为实现可靠的快速充电功能需要增加的模块包括充电模块中的USB电压变化识别模 块,USB输入限流调整控制模块。另外,需要充电控制模块完成高压USB和配对识别码存储 和发送、随机码识别和取反W及对USB电压变化识别模块、USB输入限流调整控制模块的控 审IJ。对于充电控制模块配合完成的该部分,也可W集成到高压USB充电模块中。
[0090] 用电设备实现USB快速充电的过程如下;当裡电池电压充电到3.6V左右后,充电 控制模块将高压USB和配对识别码W预先设定的频率对充电模块的输入限流进行高低设 置。充电模块的USB输入限流调整控制模块,根据充电控制模块设定的输入限流对充电模 块的输入电流进行实时调整。该样USB输入端的输入电流就产生一个由配对识别码W及预 先设定的频率确定的电流脉冲(即握手信号)。之后,等待USB输入电压的变化,当USB输 入电压出现小幅度的电压脉冲时,由USB电压变化识别模块将电压脉冲波形转换为高低逻 辑电平信号(即握手响应信号),并且将逻辑电平信号传递给充电控制模块。充电控制模块 接收逻辑电平信号,并且使用预先设定的频率对逻辑电平信号进行采样,最终得到一个随 机码。接着,充电控制模块对随机码取反,并且根据取反后的随机码W预先设定的频率对充 电模块的输入限流进行高低设置。充电模块的USB输入限流调整控制模块,根据充电控制 模块设定的输入限流对充电模块的输入电流进行实时调整。该样USB输入端的输入电流就 产生一个由取反后的随机码W及预先设定的频率确定的电流脉冲,完成对握手确认信号的 发送。
[0091] 适配器在确认此随机码和之前适配器发送的随机有反相关系后,适配器输出高压 USB电压。用电设备端的USB电压变化识别模块,检测到USB电压为高压后,发送USB高压快 充控制信号给充电基本环路控制模块,充电模块工作进入快充充电状态。当适配器检测到 用电设备的USB充电电流小于设定值并维持一段时间之后,适配器的输出电压降低到5V。 此时用电设备的USB电压变化识别模块结束发送USB高压快充控制信号给充电基本环路控 制模块。用电设备的USB端口充电恢复普通5V输入电压充电,直到完成最终充电。
[0092] 需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示该些实体或操作之间存 在任何该种实际的关系或者顺序。而且,术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些 要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为该种过程、方法、物品或者终 端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句"包括……"或"包含……"限定的 要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此 夕F,在本文中,"大于"、"小于"、"超过"等理解为不包括本数;上"、下"、内"等理解 为包括本数。
[0093] 本领域内的技术人员应明白,上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产 品。该些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例 的形式。上述各实施例设及的方法中的全部或部分步骤可W通过程序来指令相关的硬件来 完成,所述的程序可W存储于计算机设备可读取的存储介质中,用于执行上述各实施例方 法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备,包括但不限于;个人计算机、服务器、通用计算 机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式 智能设备、车载智能设备等;所述的存储介质,包括但不限于;RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、 闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆椿、网络服务器存储、网络云存储等。
[0094] 上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的 流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的 每一流程和/或方框、W及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供该些 计算机程序指令到计算机设备的处理器W产生一个机器,使得通过计算机设备的处理器执 行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框 中指定的功能的装置。
[0095] 该些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备W特定方式工作的计算机设 备可读存储器中,使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造 品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指 定的功能。
[0096] 该些计算机程序指令也可装载到计算机设备上,使得在计算机设备上执行一系列 操作步骤W产生计算机实现的处理,从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程 图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0097] 尽管已经对上述各实施例进行了描述,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创 造性概念,则可对该些实施例做出另外的变更和修改,所上所述仅为本发明的实施例, 并非因此限制本发明的专利保护范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构 或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利 保护范围之内。

Claims (13)

1. 基于USB接口的电池充电方法,应用于适配器和用电设备,其特征在于,包括如下步 骤: 用电设备通过改变负载电流向适配器发送握手信号; 适配器通过检测负载电流变化识别握手信号; 适配器接收握手信号并通过改变输出电压向用电设备发送握手响应信号; 用电设备通过检测输出电压变化识别握手响应信号; 用电设备接收握手响应信号并通过改变负载电流向适配器发送握手确认信号; 适配器通过检测负载电流变化识别握手确认信号; 适配器接收握手确认信号并改变输出电压; 用电设备检测到适配器电压改变后,改变用电设备的输入功率。
2. 根据权利要求1所述的基于USB接口的电池充电方法,其特征在于:所属握手响应 信号与握手确认信号为逻辑相反的信号。
3. 根据权利要求1所述的基于USB接口的电池充电方法,其特征在于:所述握手信号、 握手响应信号、握手确认信号为数字逻辑信号。
4. 根据权利要求1所述的基于USB接口的电池充电方法,其特征在于:适配器发送握 手响应信号包括适配器发送随机的握手响应信号。
5. 根据权利要求1所述的基于USB接口的电池充电方法,其特征在于:适配器改变输 出电压包括适配器根据握手确认信号改变输出电压。
6. 根据权利要求1所述的基于USB接口的电池充电方法,其特征在于:还包括步骤: 适配器检测到负载电流小于设定值,并且维持大于预设时间后; 适配器将输出电压改变为5V。
7. 基于USB接口的适配器,用于与用电设备连接,其特征在于:包括相互连接的电压转 换模块和变压控制模块;其中: 电压转换模块用于转换电压并输出电压; 变压控制模块用于控制电压的转换; 变压控制模块还用于通过检测负载电流变化识别握手信号并且还用于通过改变输出 电压向用电设备发送握手响应信号; 变压控制模块还用于通过检测负载电流变化识别握手确认信号并改变输出电压。
8. 根据权利要求7所述的基于USB接口的适配器,其特征在于:还包括高压放电电路; 所述高压放电电路与电压转换模块的输出电压端连接。
9. 根据权利要求8所述的基于USB接口的适配器,其特征在于:所述高压放电电路包 括相互连接的稳压管和电阻。
10. 根据权利要求9所述的基于USB接口的适配器,其特征在于:所述高压放电电路还 包括LED。
11. 根据权利要求7所述的基于USB接口的适配器,其特征在于:所述变压控制模块包 括随机码产生模块,所述随机码产生模块用于产生随机的握手响应信号。
12. 基于USB接口的用电设备,用于与适配器连接,包括相互连接的充电模块和充电控 制模块,其特征在于: 充电模块用于实现适配器的输出电压转化为与充电模块连接的蓄电池的充电电压或 充电电流; 充电控制模块用于通过控制充电模块改变充电模块的输入电流向适配器发送握手信 号; 充电控制模块还用于通过检测适配器输出电压变化识别握手响应信号并通过控制充 电模块改变充电模块的输入电流向适配器发送握手确认信号; 充电控制模块还用于通过检测适配器输出电压的变化,改变充电模块的输入功率大 小。
13.基于USB接口的电池充电系统,包括适配器和用电设备,其特征在于:所述适配器 为权利要求7-11的适配器,所述用电设备为权利要求12的用电设备。
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