CN107181302A - 一种基于pd协议的适配器装置及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PD协议的适配器装置及充电方法，该装置包括有装置入口、主控MCU、LDO供电模块、VBUS电压检测、装置出口，其中，所述装置入口接于PD适配器电源，所述装置出口接于传统笔记本；所述装置入口和装置出口之间具有主控MCU，所述主控MCU通过CC1和CC2两路连接于装置入口；所述LDO供电模块、VBUS电压检测连接于主控MCU，并接于VBUS电压。本发明解决现有的PD适配器不能兼容传统笔记本充电问题，实现PD适配器电源输出传统笔记本所需要的特定电压给到传统笔记本充电。

Description

一种基于PD协议的适配器装置及充电方法
技术领域
本发明属于适配器技术领域，特别涉及一种适配器装置及充电方法，该传统适配器及充电方法特别适用于PD适配器电源给传统的笔记本电脑充电。
背景技术
在我们的生活中，一直存在笔记本电源不通用的问题。有的笔记本电源输出是16.5V，有的笔记本电源输出是19V。导致我们工作或者生活中资源不能得到有效共享。当USB-IF发布了USB-TYPEC统一接口和PD协议后，将来的笔记本肯定都是以TYPE-C接口和PD协议作为标准，电脑之间的适配器都可以相互共享利用。
但是，对于目前市面上存在的数亿台传统笔记本，对于PD2.0协议里面标准的电压点有5V，12V，20V，对于PD3.0协议里面标准的电压点5V，9V， 15V，20V，市面上的PD适配器输出一般都是PD2.0和PD3.0里面所规定的电压点。但是对于传统的笔记本所需要的充电电压有12V，15V，16.5V，18.5V， 19V，19.5V，20V，24V，PD2.0和PD3.0里面所规定的电压点无法覆盖传统笔记本所需要的充电电压，另外，PD协议里面还有规定，Source_Cap中包含的 PDO不能超过7个，而且电压范围是3V～21V，并不能达到24V。由此，目前的PD适配器并不能与传统笔记本进行有效地沟通。
如专利申请201310198902.6公开了一种电源适配器、电源适配器的控制方法及笔记本，该电源适配器包括PFC模块、第一DC-DC变换器模块、设备充电模块，PFC模块和第一DC-DC变换器模块分别具有输入端和输出端，PFC 模块的输入端与一AC电源连接，PFC模块的输出端与第一DC-DC变换器模块的输入端连接，第一DC-DC变换器模块的输出端连接有第一外接端口，设备充电模块包括储能元件及至少一个第二DC-DC变换器模块，储能元件与第一 DC-DC变换器模块的输出端连接，接收来自第一DC-DC变换器模块输出端的电能，或者向第一外接端口输出电能，至少一个第二DC-DC变换器模块与储能元件连接，接收来自储能元件的电能。然而该适配器通过DC-DC变换器实现多种电压变化，仍然存在上述的问题。
因此，迫切需要一个能够兼容传统适配器与PD适配器电源的装置，该装置能够通过PD协议进行沟通协商，输出传统笔记本所需要的电压点给到我们的传统笔记本充电。
发明内容
基于此，因此本发明的首要目地是提供一种基于PD协议的适配器装置及充电方法，该装置及方法解决现有的PD适配器不能兼容传统笔记本充电问题，实现PD适配器电源输出传统笔记本所需要的特定电压给到传统笔记本充电。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于PD协议的适配器装置，其特征在于包括有装置入口、主控MCU、 LDO供电模块、VBUS电压检测、装置出口，其中，所述装置入口接于PD适配器电源，所述装置出口接于传统笔记本；所述装置入口和装置出口之间具有主控MCU，所述主控MCU通过CC1和CC2(CC是Configuration Channel)两路连接于装置入口；所述LDO供电模块、VBUS电压检测连接于主控MCU，并接于VBUS电压；通过这种结构形式，能够解决现有的PD适配器不能兼容传统笔记本充电问题，实现PD适配器电源输出传统笔记本所需要的特定电压给到传统笔记本充电。
所述的PD适配器电源可以支持PD协议，输出电压可以3V～24V之间50mV 一挡任意特定电压点输出。
所述的特定电压点包括以下的任意一种电压值：12V，15V，16.5V，18.5V， 19V，19.5V，20V，24V。
所述的装置入口模块为TYPE-C母座。
所述装置输出模块为DC端子，包括以下任意一种规格：5.5mm*1.7mm、 5.5mm*2.5mm、4.8mm*1.7mm、2.5mm*0.7mm、7.4mm*5.0mm、7.9mm*5.5mm、 6.3mm*3.0mm、6.0mm*4.4mm。
所述LDO供电模块输出电压包括3.3V和5V。
进一步，所述LDO供电模块与主控MUC之间还设置有输出电压选择模块，所述输出电压选择模块包括分压电阻R1和分压电阻R2。
更进一步，所述分压电阻R1接于LDO供电模块，所述分压电阻R2接于分压电阻R1和接地端之间，且所述主控MCU接于分压电阻R1和分压电阻R2 之间。
所述主控MCU模块可以支持TYPE-C协议和PD协议PHY层。
进一步，所述主控MCU模块还连接有LED灯显示模块，所述LED灯显示模块包括一个红色LED灯和一个蓝色LED灯，所述红色LED灯和蓝色LED 灯并联于主控MCU。
本发明提供的一种基于PD协议的适配器装置充电方法，包含以下步骤：
步骤S1：构造适配器装置Sink_Cap：LDO的输出电压经过R1和R2电阻分压给到MCU采集，MCU通过检测R1和R2之间的电压值进行重构自身的Sink_Cap信息。不同的R2阻值对应不同的Sink_Cap信息。建立以下信息表格：
LDO输出电压 R1阻值 R2阻值 MCU采集到的电压值 Sink_Cap信息
5V 10K 1K 0.45V 12V
5V 10K 2K 0.83V 15V
5V 10K 3K 1.15V 16.5V
5V 10K 4K 1.43V 18.5V
5V 10K 5K 1.67V 19V
5V 10K 6K 1.875V 19.5V
5V 10K 7K 2.06V 20V
5V 10K 8K 2.22V 24V
步骤S2：适配器装置与PD适配器电源建立连接：双方建立TYPE-C连接后，PD适配器电源会主动发送Source_Cap给老化测试系统，包含信息有PD 电源的PDO个数，PDO的电压值以及带载能力信息。适配器装置检测Source_Cap信息中是否与自身Sink_Cap电压一致的PDO，如果有则选取相应的PDO挡位。否则默认选取第一挡的PDO，并把Request信息中Mismatch标志位置1，发送Request给PD适配器电源。
步骤S3：PD适配器电源准备相应的PDO电压输出：PD适配器电源接收到适配器装置的Request指令后，评估自身的带载能力后发送Accept指令给适配器装置，并在一定时间内准备好相应的PDO电压，最后发送Ps_Ready指令给适配器装置。
步骤S4：输出特定的电压值：如果PD适配器电源监测到适配器装置返回的Request信息中的Mismatch标志位为1，PD适配器电源会主动发送 Get_Sink_Cap指令给适配器装置；适配器装置接收到Get_Sink_Cap指令后发送上电时准备好的Sink_Cap信息给PD适配器电源，PD适配器电源根据适配器装置的Sink_Cap要求重构Source_Cap发送给适配器装置。这时，适配器装置选取与自身Sink_Cap一致电压点的PDO，发送Request给PD适配器电源，PD适配器电源接收到适配器装置的Request指令后，评估自身的带载能力后发送 Accept指令给适配器装置，并在一定时间内准备好相应的PDO电压，最后发送Ps_Ready指令给适配器装置。
步骤S5：输出灯指示：PD通信完成后，MCU检测到VBUS电压与自身的 Sink_Cap电压值偏差不超过5％时，点亮LED蓝灯，表示电压输出正常。否则，检测到VBUS电压与自身的Sink_Cap电压值偏差超过5％时，点亮LED红灯，表示电压输出异常。
本发明通过对PD适配器及充电方法的设计，解决现有的PD适配器不能兼容传统笔记本充电问题，实现PD适配器电源输出传统笔记本所需要的特定电压给到传统笔记本充电。
附图说明
图1是本发明所实施的基于PD协议的适配器装置系统框图。
图2是本发明所实施基于PD协议的适配器装置构造自身Sink_Cap控制流程图。
图3是本发明所实施基于PD协议的适配器装置与PD适配器电源PD通信控制流程图。
图4是本发明所实施基于PD协议的适配器装置完成19.5V电压输出过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示：本发明所实现的适配器装置包括装置入口模块1、LDO供电模块2、输出电压选择模块电阻R1和R2、主控MCU模块5、VBUS电压检测模块6、LED灯显示模块7、装置输出模块8。其中，所述装置入口模块1和装置出口模块8之间具有主控MCU模块5，所述主控MCU模块5通过CC1和CC2 两路连接于装置入口模块1；所述LDO供电模块2和VBUS电压检测模块6连接于主控MCU模块5，并接于VBUS电压。
其中，装置入口模块1为TYPE-C母座。
装置输出模块8为DC端子，包括以下任意一种规格：5.5mm*1.7mm、 5.5mm*2.5mm、4.8mm*1.7mm、2.5mm*0.7mm、7.4mm*5.0mm、7.9mm*5.5mm、 6.3mm*3.0mm、6.0mm*4.4mm。
LDO供电模块2输出电压包括3.3V和5V。
在主控MCU模块5与LDO供电模块之间还设置有输出电压选择模块，输出电压选择模块包括分压电阻R1(3)和分压电阻R2(4)。分压电阻R1(3) 接于LDO供电模块，所述分压电阻R2(4)接于分压电阻R1(3)和接地端之间，且所述主控MCU接于分压电阻R1(3)和分压电阻R2(4)之间。
主控MCU模块5可以支持TYPE-C协议和PD协议PHY层。
LED灯显示模块7包括一个红色LED灯和一个蓝色LED灯，红色LED灯和蓝色LED灯并联于主控MCU模块5。
另一方面，结合图2～4所示，本发明提供一种基于PD协议的传统适配器装置充电方法，该方法包含以下步骤：
步骤S1：构造传统适配器装置Sink_Cap：LDO的输出电压经过R1和R2 电阻分压给到MCU采集，MCU通过检测R1和R2之间的电压值进行重构自身的Sink_Cap信息。不同的R2阻值对应不同的Sink_Cap信息。建立以下信息表格：
LDO输出电压 R1阻值 R2阻值 MCU采集到的电压值 Sink_Cap信息
5V 10K 1K 0.45V 12V
5V 10K 2K 0.83V 15V
5V 10K 3K 1.15V 16.5V
5V 10K 4K 1.43V 18.5V
5V 10K 5K 1.67V 19V
5V 10K 6K 1.875V 19.5V
5V 10K 7K 2.06V 20V
5V 10K 8K 2.22V 24V
步骤S2：传统适配器装置与PD适配器电源建立连接：双方建立TYPE-C 连接后，PD适配器电源会主动发送Source_Cap给老化测试系统，包含信息有 PD电源的PDO个数，PDO的电压值以及带载能力信息。传统适配器装置检测Source_Cap信息中是否与自身Sink_Cap电压一致的PDO，如果有则选取相应的PDO挡位。否则默认选取第一挡的PDO，并把Request信息中Mismatch标志位置1，发送Request给PD适配器电源。
步骤S3：PD适配器电源准备相应的PDO电压输出：PD适配器电源接收到传统适配器装置的Request指令后，评估自身的带载能力后发送Accept指令给传统适配器装置，并在280ms内准备好相应的PDO电压，最后发送Ps_Ready 指令给传统适配器装置。
步骤S4：输出特定的电压值：如果PD适配器电源监测到传统适配器装置返回的Request信息中的Mismatch标志位为1，PD适配器电源会主动发送 Get_Sink_Cap指令给传统适配器装置。传统适配器装置接收到Get_Sink_Cap 指令后发送上电时准备好的Sink_Cap信息给PD适配器电源。PD适配器电源根据传统适配器装置的Sink_Cap要求重构Source_Cap发送给传统适配器装置。这时，传统适配器装置选取与自身Sink_Cap一致电压点的PDO，发送Request 给PD适配器电源，PD适配器电源接收到传统适配器装置的Request指令后，评估自身的带载能力后发送Accept指令给传统适配器装置，并在280ms内准备好相应的PDO电压，最后发送Ps_Ready指令给传统适配器装置。，
步骤S5：输出灯指示：PD通信完成后，MCU检测到VBUS电压与自身的 Sink_Cap电压值偏差不超过5％时，点亮LED蓝灯，表示电压输出正常。否则，检测到VBUS电压与自身的Sink_Cap电压值偏差超过5％时，点亮LED红灯，表示电压输出异常。
本发明通过对PD适配器及充电方法的设计，解决现有的PD适配器不能兼容传统笔记本充电问题，实现PD适配器电源输出传统笔记本所需要的特定电压给到传统笔记本充电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PD协议的适配器装置，其特征在于包括有装置入口、主控MCU、LDO供电模块、VBUS电压检测、装置出口，其中，所述装置入口接于PD适配器电源，所述装置出口接于传统笔记本；所述装置入口和装置出口之间具有主控MCU，所述主控MCU通过CC1和CC2两路连接于装置入口；所述LDO供电模块、VBUS电压检测连接于主控MCU，并接于VBUS电压。
2.如权利要求1所述的基于PD协议的适配器装置，其特征在于所述的PD适配器电源可以支持PD协议，输出电压可以3V～24V之间50mV一挡任意特定电压点输出。
3.如权利要求1所述的基于PD协议的适配器装置，其特征在于所述的装置入口模块为TYPE-C母座；所述装置输出模块为DC端子。
4.如权利要求1所述的基于PD协议的适配器装置，其特征在于所述LDO供电模块与主控MUC之间还设置有输出电压选择模块，所述输出电压选择模块包括分压电阻R1和分压电阻R2。
5.如权利要求4所述的基于PD协议的适配器装置，其特征在于所述分压电阻R1接于LDO供电模块，所述分压电阻R2接于分压电阻R1和接地端之间，且所述主控MCU接于分压电阻R1和分压电阻R2之间。
6.如权利要求1所述的基于PD协议的适配器装置，其特征在于所述主控MCU模块支持TYPE-C协议和PD协议PHY层。
7.如权利要求1所述的基于PD协议的适配器装置，其特征在于所述主控MCU模块还连接有LED灯显示模块，所述LED灯显示模块包括一个红色LED灯和一个蓝色LED灯，所述红色LED灯和蓝色LED灯并联于主控MCU。
8.一种基于PD协议的适配器装置充电方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
步骤S1：构造适配器装置Sink_Cap：LDO的输出电压经过R1和R2电阻分压给到MCU采集，MCU通过检测R1和R2之间的电压值进行重构自身的Sink_Cap信息；
步骤S2：适配器装置与PD适配器电源建立连接：双方建立TYPE-C连接后，PD适配器电源会主动发送Source_Cap给老化测试系统，包含信息有PD电源的PDO个数，PDO的电压值以及带载能力信息；
步骤S3：PD适配器电源准备相应的PDO电压输出：PD适配器电源接收到适配器装置的Request指令后，评估自身的带载能力后发送Accept指令给适配器装置，并在一定时间内准备好相应的PDO电压，最后发送Ps_Ready指令给适配器装置；
步骤S4：输出特定的电压值；
步骤S5：输出灯指示：PD通信完成后，MCU检测到VBUS电压与自身的Sink_Cap电压值偏差不超过5％时，点亮LED蓝灯，表示电压输出正常；否则，检测到VBUS电压与自身的Sink_Cap电压值偏差超过5％时，点亮LED红灯，表示电压输出异常。
9.如权利要求8所述的基于PD协议的适配器装置充电方法，其特征在于所述步骤S2中，适配器装置检测Source_Cap信息中是否与自身Sink_Cap电压一致的PDO，如果有则选取相应的PDO挡位；否则默认选取第一挡的PDO，并把Request信息中Mismatch标志位置1，发送Request给PD适配器电源。
10.如权利要求9所述的基于PD协议的适配器装置充电方法，其特征在于所述步骤S4中，如果PD适配器电源监测到适配器装置返回的Request信息中的Mismatch标志位为1，PD适配器电源会主动发送Get_Sink_Cap指令给适配器装置；适配器装置接收到Get_Sink_Cap指令后发送上电时准备好的Sink_Cap信息给PD适配器电源，PD适配器电源根据适配器装置的Sink_Cap要求重构Source_Cap发送给适配器装置；这时，适配器装置选取与自身Sink_Cap一致电压点的PDO，发送Request给PD适配器电源，PD适配器电源接收到适配器装置的Request指令后，评估自身的带载能力后发送Accept指令给适配器装置，并在一定时间内准备好相应的PDO电压，最后发送Ps_Ready 指令给适配器装置。
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