CN107733033B - 一种基于pd协议的pps移动电源系统及控制方法 - Google Patents

一种基于pd协议的pps移动电源系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PD协议的PPS移动电源系统及控制方法，该移动电源系统包含有电池包、锂电保护模块、电池端电流采集模块、H桥模块、DC‑DC模块、主控MCU模块、VBUS电流采集模块、多协议芯片电阻网路采集模块、多协议芯片模块、TYPE‑C接口模块。本发明能够适用于给支持PPS低压直充的消费电子产品进行快速充电，实现给支持PPS消费电子产品进行低压直充，从而降低消费电子产品端的发热量，提升消费电子产品用户体验。

Description

一种基于PD协议的PPS移动电源系统及控制方法
技术领域
本发明属于移动电源技术领域，特别涉及基于PD协议的PPS移动电源。
背景技术
2017年1月期间，USB-IF发布了最新的USB-PD3.0V1.1版本的协议，主要更新了PPS(Programmable Power Supply)部分的标准，可以实现20mv一档电压调整，最大可以支持到5A电流。该标准主要应用于给消费电子设备进行低压直充。
随着目前手机电池容量的不断增大，充电速度成为了手机厂商以及消费者的关注性能。目前快充方式主要分两种：一种是高压小电流充电，该充电方式优点在于可以继承以往的线材不增加线材成本的情况下进行快速充电，但是手机端需要把高压进行转换为低压再给到电池充电，导致手机端发热严重。另外一种是低压大电流的充电，该充电方式优点在于把手机端无需进行电压变换便可实现给电池充电，所以手机端几乎没有能量损耗，效率高发热少。但是这种充电方式对线材以及充电器端的控制都要求很高。但是随着消费者对充电速度的要求越来越高，手机厂商的旗舰机型都在往抵压大电流方向发展，原因在于该充电方式手机发热小用户体验更好。所以，低压直充会成为未来消费电子设备主流的快充方式。
作为消费电子设备的重要配件———移动电源，需要紧跟消费电子的发展方向进行升级换代。当消费电子提出更高的PPS充电要求时，移动电源厂商就需要解决该支持PPS的移动电源系统设计。
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PPS移动电源系统及控制方法，该移动电源系统及控制方法能够适用于给支持PPS低压直充的消费电子产品进行快速充电，实现给支持PPS消费电子产品进行低压直充，从而降低消费电子产品端的发热量，提升消费电子产品用户体验。
本发明的另一个目地在于提供一种基于PD协议的PPS移动电源系统及控制方法，该移动电源系统及控制方法结构简单，易于实现。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于PD协议的PPS移动电源系统，其特征在于移动电源系统包含有电池包、锂电保护模块、电池端电流采集模块、H桥模块、DC-DC模块、主控MCU模块、VBUS电流采集模块、多协议芯片电阻网路采集模块、多协议芯片模块、TYPE-C接口模块；其中，所述电池包连接有锂电保护模块，所述电池包连接于电池端电流采集模块和DC-DC模块，电池端电流采集模块又接于H桥模块和DC-DC模块，所述H桥模块接于DC-DC模块和VBUS电流采集模块，所述VBUS电流采集模块接于TYPE-C接口模块；同时，DC-DC模块接于主控MCU模块，主控MCU模块通过多协议芯片电阻网路采集模块接于多协议芯片模块，主控MCU模块又接于TYPE-C接口模块，多协议芯片模块接于TYPE-C接口模块。
所述的移动电源系统可应用于消费电子产品，消费电子产品包含以下消费性产品任意一种：手机、平板、笔记本、MP3、MP4、移动电源、虚拟现实手套。
所述的电池包的连接方式有单串、两串、三串、四串、五串。
所述电池端电流采样模块和VBUS电流采集模块均是由采样电阻构成，其中采样电阻具有多个，采用串并联结合的方式组成，即一个采样电阻的两侧并联有两个采样电阻，所述采样电阻有5毫欧姆、10毫欧姆。
所述H桥模块由4个NMOS组成，且4个NMOS组成电桥。
所述DC-DC模块可实现充放电升降压功能，可通过I2C读取其电池电压值、VBUS电压值、电池端电流值、VBUS输出电流值，另外，可通过I2C配置其充电电流值、输出电压值、电池连接方式、电池特性、PWM频率、PWM死区时间。DC-DC模块输出电压可控制10mV为步进调整。
所述TYPE-C接口识别Rd、Rp和PD协议PHY层。
所述多协议芯片可以支持多种快充协议识别，如高通快充协议、华为快充协议、MTK快充协议、展讯快充协议、三星快充协议、VOOV快充协议、BC1.2协议、苹果2.4A快充协议。
所述多协议芯片电阻网路采集模块包括有电阻R1和R2，电阻R1和R2串联在一起，其中R1接于LDO供电模块，R2接地。
一种基于PD协议的PPS移动电源系统的控制方法，其特征在于该方法包括有步骤：
101、TYPE-C接口检测到设备接入后，主控MCU会发送Source_Cap给接入设备；
在Source_Cap中除了包含Fixed电压外还会包含一档PPS的电压档位：如：Augmented 3—11V/3A电压档位。
102、当具有PPS功能的电子设备发送Request选择了PPS电压档位后，主控MCU会评估电子设备的需求是否在能力范围之内，如是，则发送Accept命令给到PPS电子设备，同时通过I2C发送相应的VBUS电压控制信号给到DC-DC；
103、当主控MCU侦测到VBUS电压达到电子设备需求的电压范围之内时，发送PS_Ready命令给到PPS电子设备；
104、PPS电子设备应当每隔一定时间重新发送request命令申请APDO，以调整PPS移动电源端的电压/电流输出；
105、PPS移动电源端有一个定时器Timer，若该Timer超过特定时间未收到APDO的request申请，发出hard reset给到PPS电子设备进行异常复位；
106、在FixedPower/PPS通信过程中，Source/Sink任一端有异常条件发生时，可以主动发出Alert报警命令，对方端口收到Alert命令后发出Get_Status命令以获取对方端口的异常状态，如过流/过压/过温等，从而可以保证双方的充放电安全。
本发明解决给支持PPS消费电子产品进行低压直充问题，从而降低消费电子产品端的发热量，提升消费电子产品用户体验。该PPS移动电源系统适用于给支持PPS低压直充的消费电子产品进行快速充电。
附图说明
图1是本发明所实施基于PD协议的PPS移动电源系统框图。
图2是本发明所实施基于PD协议的PPS移动电源控制流程图。
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。
图1所示，为本发明所实现的的基于PD协议的PPS移动电源系统，该移动电源系统包含有电池包1、锂电保护模块2、电池端电流采集模块3、H桥模块4、DC-DC模块5、主控MCU模块6、VBUS电流采集模块7、多协议芯片电阻网路采集模块8、多协议芯片模块9、TYPE-C接口模块10。
其中，所述电池包1连接有锂电保护模块2，所述电池包2还连接于电池端电流采集模块3和DC-DC模块5，电池端电流采集模块3又接于H桥模块4和DC-DC模块5，所述H桥模块4接于DC-DC模块5和VBUS电流采集模块7，所述VBUS电流采集模块7接于TYPE-C接口模块10；同时，DC-DC模块5接于主控MCU模块6，主控MCU模块6通过多协议芯片电阻网路采集模块8接于多协议芯片模块9，主控MCU模块6又接于TYPE-C接口模块10，多协议芯片模块9接于TYPE-C接口模块10。
所述的移动电源系统可应用于消费电子产品，消费电子产品包含以下消费性产品任意一种：手机、平板、笔记本、MP3、MP4、移动电源、虚拟现实手套。
电池包1的连接方式有单串、两串、三串、四串、五串。
电池端电流采样模块3和VBUS电流采集模块7采样电阻有5毫欧姆、10毫欧姆。
H桥模块4由4个NMOS组成，且4个NMOS组成电桥。
DC-DC模块5可实现充放电升降压功能，可通过I2C读取其电池电压值、VBUS电压值、电池端电流值、VBUS输出电流值，另外，可通过I2C配置其充电电流值、输出电压值、电池连接方式、电池特性、PWM频率、PWM死区时间。DC-DC模块5输出电压可控制10mV为步进调整。
TYPE-C接口识别Rd、Rp和PD协议PHY层。
多协议芯片模块9可以支持多种快充协议识别，如高通快充协议、华为快充协议、MTK快充协议、展讯快充协议、三星快充协议、VOOV快充协议、BC1.2协议、苹果2.4A快充协议。
结合图2所示，本发明所实现的基于PD协议的PPS移动电源系统的控制方法，该方法的具体实现步骤为：
101、TYPE-C接口10检测到设备接入后，主控MCU6会发送Source_Cap给接入设备，在Source_Cap中除了包含Fixed电压外还会包含一档PPS的电压档位：如：Augmented 3—11V/3A电压档位。
102、当具有PPS功能的电子设备发送Request选择了PPS电压档位后，主控MCU6会评估电子设备的需求是否在能力范围之内，如是，则发送Accept命令给到PPS电子设备，同时通过I2C发送相应的VBUS电压控制信号给到DC-DC5。
103、当主控MCU6侦测到VBUS电压达到电子设备需求的电压范围之内时，发送PS_Ready命令给到PPS电子设备。
104、PPS电子设备应当每隔10s重新发送request命令申请APDO，以调整PPS移动电源端的电压/电流输出。
105、PPS移动电源端有一个定时器Timer，若该Timer超过15s未收到APDO的request申请，发出hard reset给到PPS电子设备进行异常复位。
106、在FixedPower/PPS通信过程中，Source/Sink任一端有异常条件发生时，可以主动发出Alert报警命令，对方端口收到Alert命令后发出Get_Status命令以获取对方端口的异常状态，如过流/过压/过温等，从而可以保证双方的充放电安全。
因此，本发明解决给支持PPS消费电子产品进行低压直充问题，从而降低消费电子产品端的发热量，提升消费电子产品用户体验。该PPS移动电源系统适用于给支持PPS低压直充的消费电子产品进行快速充电。
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 (5)

1.一种基于PD协议的PPS移动电源系统，其特征在于移动电源系统包含有电池包、锂电保护模块、电池端电流采集模块、H桥模块、DC-DC模块、主控MCU模块、VBUS电流采集模块、多协议芯片电阻网路采集模块、多协议芯片模块、TYPE-C接口模块；其中，所述电池包连接有锂电保护模块，所述电池包连接于电池端电流采集模块和DC-DC模块，电池端电流采集模块又接于H桥模块和DC-DC模块，所述H桥模块接于DC-DC模块和VBUS电流采集模块，所述VBUS电流采集模块接于TYPE-C接口模块；同时，DC-DC模块接于主控MCU模块，主控MCU模块通过多协议芯片电阻网路采集模块接于多协议芯片模块，主控MCU模块又接于TYPE-C接口模块，多协议芯片模块接于TYPE-C接口模块；
所述电池端电流采样模块和VBUS电流采集模块均是由采样电阻构成，其中采样电阻具有多个，一个采样电阻 的两侧并联有两个采样电阻；
所述多协议芯片电阻网路采集模块包括有电阻R1和R2，电阻R1和R2串联在一起，其中R1接于LDO供电模块，R2 接地。
2.如权利要求1所述的基于PD协议的PPS移动电源系统，其特征在于所述的电池包的连接方式有单串、两串、三串、四串、五串。
3.如权利要求1所述的基于PD协议的PPS移动电源系统，其特征在于所述H桥模块由4个NMOS组成，且4个NMOS组成电桥。
4.如权利要求1所述的基于PD协议的PPS移动电源系统，其特征在于所述TYPE-C接口识别Rd、Rp和PD协议PHY层。
5.如权利要求1所述的一种基于PD协议的PPS移动电源系统的控制方法，其特征在于该方法包括有步骤：
101、TYPE-C接口检测到设备接入后，主控MCU会发送Source_Cap给接入设备；
102、当具有PPS功能的电子设备发送Request选择了PPS电压档位后，主控MCU会评估电子设备的需求是否在能力范围之内，如是，则发送Accept命令给到PPS电子设备，同时通过I2C发送相应的VBUS电压控制信号给到DC-DC；
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