CN107994627A - 一种基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置 - Google Patents

一种基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明的技术方案包括一种基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，包括TypeA口检测装置、充电装置、升压装置、电源控制装置、DPDM协议装置、场景控制装置、TypeC协议装置及PD协议装置。本发明的有益效果为：减少了资源，降低了成本；通过单芯片支持5V边充边放，5V多口同时放电，单口高压充电和单口高压放电，以及各种场景之间的切换；有效的解决了移动电源低电充放电的问题；有效的降低了手机对移动电源反充的风险。

Description

一种基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置
技术领域
本发明涉及一种基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，属于计算机领域。
背景技术
现有的移动电源USB PD解决方案大多采用MCU+PD协议芯片+Power芯片的模式，使用多颗芯片，电路内部需要大量的内存缓存来存储发送消息和接收消息，需要的资源较多，控制复杂，成本昂贵。对于边充边放和多口同时放电，现有的移动电源USB PD解决方案一般不支持或者使用多颗芯片。对于移动电源低电时的充电管理，TypeC协议没有给出较好的建议。对于移动电源对手机充电时，TypeC协议存在手机对移动电源反充的风险。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的技术方案提供了基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，使用良好的场景切换和PD协议互动，通过单芯片支持5V边充边放，5V多口同时放电，单口高压充电和单口高压放电，以及各种场景之间的切换；采用良好的TypeC实现方案，有效的降低了手机对移动电源反充的风险；采用良好的低电充电管理方案，有效的解决了移动电源低电充放电的问题；使用最小PD系统，采用单芯片USB PD解决方案，只需要少量的内存缓存来存储发送消息和接收消息，减少了资源，降低了成本。
本发明的技术方案包括一种基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，包括TypeA 口检测装置、充电装置置、升压装置、电源控制装置、DPDM协议装置、场景控制装置、TypeC 协议装置及PD协议装置，其特征在于：所述TypeA口检测装置用于检测接入或移除设备，并发送对应的信号至场景控制装置；所述充电装置用于将外部输入电压降压到电池需要的电压，对电池充电，所述升压装置将电池电压升压至外部设备所需要的电压，对外部设备供电；所述电源控制装置用于打开和关闭充电装置和升压装置，以及，对充放电电压和电流进行控制；所述DPDM协议装置用于通过DPDM协议与外部接入设备进行多协议协议沟通，进而获取外部设备的快充需求；所述场景控制装置用于根据TypeA口检测装置及TypeC协议装置是否接入装置决定是否调用快充协议；所述PD协议装置用于与外部连接设备进行PD协议沟通，获取外部设备的电压电流需求；所述TypeC协议装置用于通过VBUS和CC监控TypeC接口是否有设备接入，其中TypeC协议装置包括TypeC协议及其对应的TypeC口。
根据所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其中的A口检测装置还包括：实时检测TypeA口是否有设备接入，若接入设备时则向场景控制装置发送接入信号，若接入设备移除时则向场景控制模块发送移除信号。
根据所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其中的充电装置还包括：充电装置根据电源控制装置对电池进行充电，其中，充电装置在对电池充电时，关闭升压装置。
根据所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其中的升压装置还包括：根据所述电源控制装置发送的调压指令进行调压，其中调压过程包括，单口放电时，直接调压，双口放电时，先将电压降至0V，然后升压到5V，进而对指令要求的设备进行供电。
根据所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其中的TypeC协议装置还包括：对TypeC口是否存在接入设备进行检测，TypeC口接入设备和移除设备时分别向场景模块发送接入信息和移除信息。
根据所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其中的DPDM协议装置还包括：用于使用DPDM协议与外部设备进行协议沟通，向外部设备请求快充，如果得到了需要的电压，上报给电源控制模块，关闭PD协议模块。
根据所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其中的PD协议装置还包括：用于通过PD协议与外部设备进行协议沟通，向外部设备请求快充，如果得到了需要的电压，上报给电源控制模块，并关闭DPDM协议模块。
根据所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其中场景控制装置还包括：场景状态模式调整，用于对场景控制装置接收到不同的设备接入和/或移除的信号时，切换至对应的工作状态；根据场景状态模式及接收到所述TypeA口和TypeC口发送的信号，向对应的装置发送执行请求指令。
根据所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其中的PD协议装置还包括：使用双缓存区域对数据进行写入和读取，每个缓存区域的大小为4字节。
本发明的有益效果为：发明使用最小PD系统，采用单芯片USB PD解决方案，只需要少量的内存缓存来存储发送消息和接收消息，减少了资源，降低了成本。本发明使用良好的场景切换和PD协议互动，通过单芯片支持5V边充边放，5V多口同时放电，单口高压充电和单口高压放电，以及各种场景之间的切换。本发明采用良好的低电充电管理方案，有效的解决了移动电源低电充放电的问题。本发明采用良好的TypeC实现方案，有效的降低了手机对移动电源反充的风险。
附图说明
图1所示为根据本发明实施方式的总体结构图；
图2所示为根据本发明实施方式的电源装置结构图；
图3所示为根据本发明实施方式的场景控制流程图；
图4a，4b所示为根据本发明实施方式的PD协议缓存管理图；
图5所示为根据本发明实施方式的TypeC逻辑管理图；
图6所示为根据本发明实施方式的防止反充的TypeC逻辑实现。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置适用于移动终端电源管理。
图1所示为根据本发明实施方式的总体结构图。包括TypeA口检测装置、充电装置、升压装置、电源控制装置、DPDM协议装置、场景控制装置、TypeC协议装置及PD协议装置，其特征在于：所述TypeA口检测装置用于检测TypeA口接入或移除设备，并发送对应的信号至场景控制装置；所述充电装置用于将外部输入电压降压到电池需要的电压，对电池充电，所述升压装置将电池电压升压至外部设备所需要的电压，对外部设备供电；所述电源控制装置用于打开和关闭充电装置和升压装置，以及，对充放电电压和电流进行控制；所述DPDM协议装置用于通过DPDM协议与外部接入设备进行多协议协议沟通，进而获取外部设备的快充需求；所述场景控制装置用于根据TypeA口检测装置及TypeC协议装置是否接入装置决定是否调用快充协议；所述PD协议装置用于与外部连接设备进行PD协议沟通，获取外部设备的电压电流需求；所述TypeC协议装置用于通过VBUS和CC监控TypeC接口是否有设备接入，其中TypeC协议装置包括TypeC协议及其对应的TypeC口。
图2所示为根据本发明实施方式的电源装置结构图。具体如下所示：
charger的功能是将外部输入电压降压到电池需要的电压，对电池充电。
boost的的功能是将电池电压升压到外部设备所需要的电压，对外部设备供电。
电源控制的功能是打开和关闭charger和boost，控制充放电电压和电流。
DPDM协议的功能是通过DPDM与外部设备进行QC3.0，QC2.0，FCP等协议沟通，得知外部设备的快充需求。
场景控制的功能是根据A口和C口是否有设备接入，从而决定是否使能快充协议。
PD协议的功能是通过CC与外部设备进行PD协议沟通，得知外部设备的电压电流需求。
TypeC协议的功能是通过VBUS和CC监控C口是否有设备接入。
A口检测的功能是监控A口是否有设备接入。
图3所示为根据本发明实施方式的场景控制流程图。其中场景控制的状态如下所示：
STA_PS_OFF:电源供应关闭状态，本装置的默认状态。
STA_CO:C口输出状态，C口输出power，A口power关闭。
STA_AO:A口输出状态，A口输出power，C口power关闭。
STA_CI:C口输入状态，C口输入power，A口power关闭。
STA_AO_CO:A口输出C口输出状态，A口输出power，C口输出power。
STA_AO_CI:A口输出C口输入状态，A口输出power，C口输入power。
(1)场景控制模块默认处于STA_PS_OFF状态，TypeC协议模块检测到C口UFP接入之后，将ufp_insert信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_PS_OFF状态转到STA_CO状态。 boost模块向UFP设备输出指定的电压。
(2)TypeC协议模块检测到C口UFP移除之后，将ufp_detach信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_CO状态转到STA_PS_OFF状态。boost模块关闭。
(3)场景控制模块默认处于STA_PS_OFF状态，A口检测模块检测到A口接入之后，将a_insert信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_PS_OFF状态转到STA_AO状态。boost模块向A口设备输出指定的电压。
(4)A口检测模块检测到A口移除之后，将a_detach信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_AO状态转到STA_PS_OFF状态。boost模块关闭。
(5)TypeC协议模块检测到C口DFP移除之后，将dfp_detach信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_CI状态转到STA_PS_OFF状态。charger模块关闭。
(6)场景控制模块默认处于STA_PS_OFF状态，TypeC协议模块检测到C口DFP接入之后，将dfp_insert信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_PS_OFF状态转到STA_CI状态。 charger模块对电池充电。
(7)A口检测模块检测到A口接入之后，将a_insert信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_CO状态转到STA_AO_CO状态。boost模块先关闭，然后升压到5V，向A口设备和C口设备输出5V电压。
(8)A口检测模块检测到A口移出之后，将a_detach信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_AO_CO状态转到STA_CO状态。boost模块先关闭，然后升压到5V，最后向UFP设备输出指定的电压。
(9)TypeC协议模块检测到C口UFP移出之后，将ufp_detach信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_AO_CO状态转到STA_AO状态。boost模块先关闭，然后升压到5V，最后向A口设备输出指定的电压。
(10)TypeC协议模块检测到C口UFP接入之后，将ufp_insert信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_AO状态转到STA_AO_CO状态。
场景控制模块将dpdm_enable信号拉低，关闭DPDM协议模块，先将pd_enable信号拉低，关闭PD协议模块，然后将pd_enable信号拉高，向C口设备广播5V电压，通知电源控制模块。
电源控制模块向boost模块发出调压请求，先将电压降到0V，然后升压到5V。
boost模块先关闭，然后升压到5V，向A口设备和C口设备输出5V电压。
(11)TypeC协议模块检测到C口DFP接入之后，将dfp_insert信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_AO状态转到STA_AO_CI状态。boost模块关闭，charger模块对电池充电，由C口DFP设备对A口设备5V供电。
(12)TypeC协议模块检测到C口DFP移出之后，将dfp_detach信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_AO_CI状态转到STA_AO状态。boost模块先升压到5V，然后向A口设备输出指定的电压。
(13)A口检测模块检测到A口接入之后，将a_insert信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_CI状态转到STA_AO_CI状态。
场景控制模块将dpdm_enable信号拉低，关闭DPDM协议模块，如果STA_CI状态通过PD 协议模块申请到高压，则通知PD协议模块申请5V电压，完成之后关闭PD协议模块。
PD协议模块通过CC与外部设备进行协议沟通，申请5V电压，上报给电源控制模块。
电源控制模块向charger模块发出充电请求。
boost模块关闭，charger模块对电池充电，由C口DFP设备对A口设备5V供电。
(14)A口检测模块检测到A口移出之后，将a_detach信号送给场景控制模块，场景控制模块由STA_AO_CI状态转到STA_CI状态。
场景控制模块将dpdm_enable信号拉高，打开DPDM协议模块，将pd_enable信号拉高，打开PD协议模块。
DPDM协议模块通过DPDM与外部设备进行协议沟通，向外部设备请求快充，如果得到了需要的电压，上报给电源控制模块，同时将pd_enable信号拉低，关闭PD协议模块。
PD协议模块通过CC与外部设备进行协议沟通，向外部设备请求快充，如果得到了需要的电压，上报给电源控制模块，同时将dpdm_enable信号拉低，关闭DPDM协议模块。如果在 STA_AO_CI状态通过PD协议模块申请5V电压，则以Hardreset的方式唤醒C口DFP设备，重新申请高压。
电源控制模块向charger模块发出充电请求。
charger模块对电池充电。
以上为场景转换时各个模块的工作状态。以上场景转换以A口+C口为例进行描述，但不限于A口+C口，A口+A口+C口、A口+B口+C口、A口+C口+C口、A口+A口+B口+C口等场景工作原理类似。
图4a，4b所示为根据本发明实施方式的PD电源缓存管理图。其中buffer0(第一缓存，大小为4字节)+buffer1(第二缓存，大小为4字节)，其中总共只需要8byte buffer，PDsource 和PD sink复用，极大的节省了硬件资源。如果本装置用做PD source，当发送Source_Capabilities消息时，首先将第一个PDO写入buffer0，发送完成之后，将下一个PDO写入buffer0，直到最后一个PDO发送完成。对于收发其他消息，data object的长度不超过4byte，buffer0已经够用。如果本装置用做PD sink，当接收Source_Capabilities消息时，首先将第一个PDO(5Vfix)写入buffer0，然后电压由低到高依次收到fixPDO，选出不超过12V的最大固定PDO，写入第二缓存，最后根据场景选择需要的PDO，将电压电流参数上报电源控制模块，同时发送Request消息。对于收发其他消息，数据对象的长度不超过4byte，buffer0已经够用。
图5所示为根据本发明实施方式的TypeC逻辑管理图。对于边充边放和多口同时放电，现有的移动电源USB PD解决方案一般不支持或者使用多颗芯片。本发明使用良好的场景切换和PD协议互动，通过单芯片支持5V边充边放，5V多口同时放电，单口高压充电和单口高压放电，以及各种场景之间的切换，如场景转换所述。
对于移动电源低电时的充电管理，TypeC协议没有给出较好的建议。本装置增加低电标志UVLO做为状态转移条件，如图5所示，低电时不再启动Try Source的过程，本装置直接做为Sink设备，直到本装置充电一段时间之后，冲破UVLO状态，重新启动Try Source的过程。本装置采用良好的低电充电管理方案，有效的解决了移动电源低电充放电的问题。
图6所示为根据本发明实施方式的防止反充的TypeC逻辑实现。对于移动电源对手机充电时，TypeC协议存在手机对移动电源反充的风险。本装置在对外供电时，如果Sink设备移出，则由Attached.SRC(附属)状态转到Unattached.SNK(独立)状态，不是由Attached.SRC 状态转到TryWait.SNK(尝试等待)状态，如图6所示。在Unattached.SNK状态，如果重新和手机建立连接，最终会转到Attached.SRC状态，仍然是本装置对手机充电。在TryWait.SNK 状态，如果重新和手机建立连接，最终会转到Attached.SNK状态，会导致反充，也就是手机对移动电源充电。本装置采用良好的TypeC实现方案，有效的降低了手机对移动电源反充的风险。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (9)

1.一种基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，包括TypeA口检测装置、充电装置、升压装置、电源控制装置、DPDM协议装置、场景控制装置、TypeC协议装置及PD协议装置，其特征在于：
所述TypeA口检测装置用于检测TypeA口接入或移除设备，并发送对应的信号至场景控制装置；
所述充电装置用于将外部输入电压降压到电池需要的电压，对电池充电，所述升压装置将电池电压升压至外部设备所需要的电压，对外部设备供电；
所述电源控制装置用于打开和关闭充电装置和升压装置，以及，对充放电电压和电流进行控制；
所述DPDM协议装置用于通过DPDM协议与外部接入设备进行多协议协议沟通，进而获取外部设备的快充需求；
所述场景控制装置用于根据TypeA口检测装置及TypeC协议装置是否接入装置决定是否调用快充协议；
所述PD协议装置用于与外部连接设备进行PD协议沟通，获取外部设备的电压电流需求；
所述TypeC协议装置用于通过VBUS和CC监控TypeC接口是否有设备接入，其中TypeC协议装置包括TypeC协议及其对应的TypeC口。
2.根据权利要求1所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其特征在于，所述的A口检测装置还包括：
实时检测TypeA口是否有设备接入，若接入设备时则向场景控制装置发送接入信号，若接入设备移除时则向场景控制模块发送移除信号。
3.根据权利要求1所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其特征在于，所述的充电装置还包括：
充电装置根据电源控制装置对电池进行充电，其中，充电装置在对电池充电时，将外部输入电压降压到电池需要的电压，并关闭升压装置。
4.根据权利要求1所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其特征在于，所述的升压装置还包括：
根据所述电源控制装置发送的调压指令进行调压，其中调压过程包括，单口放电时，直接调压，双口放电时，先将电压降至0V，然后升压到5V，进而对指令要求的设备进行供电。
5.根据权利要求1所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其特征在于，所述的TypeC协议装置还包括：
对TypeC口是否存在接入设备进行检测，TypeC口接入设备和移除设备时分别向场景模块发送接入信息和移除信息。
6.根据权利要求1所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其特征在于，所述的DPDM协议装置还包括：
用于使用DPDM协议与外部设备进行协议沟通，向外部设备请求快充，如果得到了需要的电压，上报给电源控制模块，关闭PD协议模块。
7.根据权利要求1所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其特征在于，所述的PD协议装置还包括：
用于通过PD协议与外部设备进行协议沟通，向外部设备请求快充，如果得到了需要的电压，上报给电源控制模块，并关闭DPDM协议模块。
8.根据权利1-7任意所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其特征在于，所述场景控制装置还包括：
场景状态模式调整，用于对场景控制装置接收到不同的设备接入和/或移除的信号时，切换至对应的工作状态；
根据场景状态模式及接收到所述TypeA口和TypeC口发送的信号，向对应的装置发送执行请求指令。
9.根据权利要求1所述的基于TypeC协议和PD协议的移动电源控制装置，其特征在于，所述的PD协议装置还包括：
使用双缓存区域对数据进行写入和读取，每个缓存区域的大小为4字节。
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