CN107994627B - 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 (6)

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沟通，进而获取外部设备的快充需求，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，上报给电源控制装置，关闭PD协议装置；
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，所述场景控制装置还进行场景状态模式调整，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；
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，以及向外部设备请求快充，如果得到了需要的电压，上报给电源控制装置，并关闭DPDM协议装置；
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TypeA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装置发送移除信号。
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控制装置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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