CN108539830B - 一种充电切换控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种充电切换控制电路及控制方法，该控制电路包括电压输入端、至少两个电压输出端、至少两个USB接口、一个USB接口的信号输入端连接至一个电压输出端，电压输入端与一个USB接口之间连接有开关电路、检测电路，检测电路包括驱动电路、电压产生电路以及电压检测电路，电压检测电路检测电压输出端的端口电压，驱动电路输出驱动信号至开关电路，电压产生电路用于产生检测电压信号。该控制方法应用于充电切换控制电路。本发明通过一个快速充电电路就可以实现单电源多口输出的IC，任意一个USB接口都支持快充的功能，可以节省IC面积，降低成本。

Description

一种充电切换控制电路及控制方法

【技术领域】

本发明涉及充电技术领域，具体的，涉及一种充电切换控制电路以及该电路的控制方法。

【背景技术】

便携式设备因其具有体积小、易携带的优点而备受消费者的喜爱，随着便携式设备等便携式设备应用的普及，其功能不断完善，用户使用的功能越多，便携式设备的耗电量不断加大，用户在使用过程中，会经常遇到电池电量不足的问题，因此越来越多的人需要随时随地方便地对便携式设备等便携式设备进行充电，常规的充电方式速度慢，且充电方式局限于常规的5V/1.5A的充电限制，很大程度上不能满足用户的需求。

目前市场上带有多个USB输出口的快速充电设备越来越多，现有技术中的用于给手机等电子产品充电的USB快充插座，一般只设有一个USB快充输出接口，在使用时，在同一时间只能给一个电子产品进行充电，其实用性不强，适应性不强。

【发明内容】

本发明的主要目的是提供一种适用于内部单电源支持多口输出的充电设备的充电切换控制电路。

本发明的另一目的是提供一种适用于内部单电源支持多口输出的充电设备的充电切换控制方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种充电切换控制电路包括电压输入端、至少两个电压输出端、至少两个USB接口、一个USB接口的信号输入端连接至一个电压输出端，电压输入端与一个USB接口之间连接有开关电路、检测电路；检测电路包括驱动电路、电压产生电路以及电压检测电路，电压检测电路检测电压输出端的端口电压，驱动电路输出驱动信号至开关电路，电压产生电路用于产生检测电压信号。

由此可见，本发明提供的充电切换控制电路在每个USB接口和电压输入端之间都有设置有一个开关电路，由数字电路和检测电路共同控制开关电路的开启和关断，当仅仅有一个USB接口接入电子设备时，该控制电路控制此USB接口可以快速充电，当有两个或两个以上USB接口同时接入电子设备时，可以同时对两个或两个以上的电子设备进行充电，通过使用一个快速充电电路就可以实现单电源多口输出的IC，任意一个USB接口都支持快充的功能，可以节省IC面积，降低成本。

其中，检测电路由驱动电路，电压产生电路以及电压检测电路组成，其中电压产生电路产生的电压带载能力弱，电压检测电路可以用于检测电压输出端的输出电压，并且用于电子设备的插入检测，电压产生电路和驱动电路配合使用可以完成电子设备的拔出检测。

进一步的方案是，驱动电路包括运算放大器和电荷泵电路，运算放大器与电荷泵电路电连接。

进一步的方案是，开关电路包括NMOS管，NMOS管的栅极与电荷泵电路的输出端电连接。

可见，当USB接口接入电子设备时，数字控制驱动电路打开电荷泵电路，从而使得电压输入端和电压输出端通路上的NOMS管导通并且向电压输出端提供电压，对电子设备进行充电。

一个优选的方案是，电压产生电路包括稳压器、控制电路以及PMOS管，稳压器与控制电路电连接，控制电路控制PMOS管的通断。

为了实现上述的另一目的，本发明还提供的充电切换控制方法，应用于充电切换控制电路，该控制电路包括电压输入端、第一电压输出端、第二电压输出端、第一USB接口以及第二USB接口，电压输入端与第一USB接口之间连接有第一开关电路、第一检测电路，电压输入端与第二USB接口之间连接有第二开关电路、第二检测电路；该方法包括：在确定第一USB接口和第二USB接口均处于无设备连接状态后，第一检测电路对第一电压输出端的端口电压进行检测，第二检测电路对第二电压输出端的端口电压进行检测；若确定第一USB接口满足设备连接的条件后，则断开第一检测电路的电压检测电路的输出，并且判断是否达到第一预设时间，如是，则第一开关电路导通并且向第一电压输出端提供电压，第一USB接口进入第一充电模式；当第一USB接口持续处于第一充电模式时，在确定第二USB接口满足设备连接的条件后，则确定第一USB接口和第二USB接口均处于第二充电模式。

进一步的方案是，若确定第二USB接口满足设备连接的条件后，则断开第二检测电路的电压检测电路的输出，并且判断是否达到第二预设时间，如是，则第二开关电路导通并且向第二电压输出端提供电压，第二USB接口进入第一充电模式。

进一步的方案是，当确定第一USB接口处于无设备连接状态时，第一检测电路的电压检测电路检测到第一电压输出端的输出电压在预设的时间内持续低于参考电压值后，则可确定第一USB接口满足设备连接的条件。

进一步的方案是，当确定第二USB接口处于无设备连接状态时，第二检测电路的电压检测电路检测到第二电压输出端的输出电压在预设的时间内持续低于参考电压值后，则可确定第二USB接口满足设备连接的条件。

进一步的方案是，当第一USB接口和第二USB接口均处于第二充电模式时，确定第二USB接口处于无设备连接状态后，第二电压输出端的电压值逐渐升高并且高于电压输入端的电压值后，第二开关电路截止，第一USB接口在预设的时间内再次进入第一充电模式。

由此可见，本发明提供的充电切换控制方法在每个USB接口和电压输入端之间都有设置有一个开关电路，由数字电路和检测电路共同控制开关电路的开启和关断，当仅仅有一个USB接口接入电子设备时，该控制电路控制此USB接口可以快速充电，当有两个或两个以上USB接口同时接入电子设备时，可以同时对两个或两个以上的电子设备进行充电，可以自动检测USB接口插拔的状态，稳定性高，同时兼容普通USB接口，实用性好。

【附图说明】

图1是本发明一种充电切换控制电路实施例的原理图。

图2是本发明一种充电切换控制电路实施例中第一检测电路的电路原理图。

图3是本发明一种充电切换控制电路实施例中第二检测电路的电路原理图。

图4是本发明一种充电切换控制电路实施例中的第一时序图。

图5是本发明充电切换控制方法实施例的流程图。

图6是本发明充电切换控制方法实施例中的第二时序图。

图7是本发明充电切换控制方法实施例中的第三时序图。

【具体实施方式】

为了使发明的目的、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，并不限用于本发明。

充电切换控制电路实施例：

参见图1，本发明的一种充电切换控制电路包括电压输入端10、第一电压输出端20、第二电压输出端30、第一USB接口1以及第二USB接口2，第一USB接口1的信号输入端连接至第一电压输出端20，第一USB接口1的第二端接地，第二USB接口2的信号输入端连接至第二电压输出端30，第二USB接口2的第二端接地，电压输入端10与第一USB接口1之间连接有第一开关电路、第一检测电路40，电压输入端10与第二USB接口2之间连接有第二开关电路、第二检测电路40。优选地，第一开关电路包括NMOS管Q1，第二开关电路包括NMOS管Q2。

参见图2，第一检测电路40包括驱动电路41、电压产生电路42以及电压检测电路43，电压检测电路43检测第一电压输出端20的端口电压，驱动电路41输出驱动信号至第一开关电路，电压产生电路42用于产生检测电压信号。驱动电路41包括运算放大器和电荷泵电路11，NMOS管Q1的栅极与电荷泵电路11的输出端电连接，运算放大器与电荷泵电路11电连接。可见，当第一USB接口1接入电子设备时，数字控制驱动电路41打开电荷泵电路11，从而使得电压输入端10和第一电压输出端20通路上的NOMS管Q1导通并且向第一电压输出端20提供电压，对电子设备进行充电。

参见图3，第二检测电路50包括驱动电路51、电压产生电路52以及电压检测电路53，电压检测电路53检测第二电压输出端30的端口电压，驱动电路51输出驱动信号至第二开关电路，电压产生电路52用于产生检测电压信号。驱动电路51包括运算放大器和电荷泵电路21，NMOS管Q2的栅极与电荷泵电路21的输出端电连接，运算放大器与电荷泵电路21电连接。可见，当第二USB接口2接入电子设备时，数字控制驱动电路51打开电荷泵电路21，从而使得电压输入端10和第二电压输出端30通路上的NOMS管Q2导通并且向第二电压输出端30提供电压，对电子设备进行充电。

优选地，电压产生电路42包括稳压器、控制电路12以及PMOS管Q3，电压检测电路43包括第一电压比较器，稳压器与控制电路12电连接，控制电路12控制PMOS管Q3的通断，电压产生电路52包括稳压器、控制电路22以及PMOS管Q4，电压检测电路53包括第二电压比较器，稳压器与控制电路22电连接，控制电路22控制PMOS管Q4的通断，第一电压比较器用于比较第一电压输出端20的电压，第二电压比较器用于比较第二电压输出端30的电压。

参见图4，图4是本发明一种充电切换控制电路实施例中的第一时序图，该时序图为第一检测电路40的时序图。在t0时刻，第一USB接口1没有电子设备插入，电压产生电路42输出电压为电压Vs，其带载能力较弱,NMOS管Q1截止关闭，第一电压输出端20的电压为电压Vs，电压检测电路43检测第一电压输出端20的电压，在t1时刻，第一USB口1检测到有电子设备插入，开始向第一检测电路40抽取电流，因为电压产生电路42带载能力弱，第一电压输出端20的电压被拉低，电压检测电路43检测到第一电压输出端20的电压持续低于参考电压值一段时间后，该参考电压值为K*Vs(K<1)，则关闭电压产生电路42的输出,并且关闭电压检测电路43。

在t3时刻，数字控制驱动电路41打开电荷泵电路11，从而打开电压输入端10和第一电压输出端20通路上的NMOS管Q1，控制NMOS管Q1两端的电压压差为Vth3,第一电压输出端20的输出电压为电压Vout-Vth3，即电压输入端10的电压减去NMOS管Q1两端的电压压差，此时，打开电压产生电路42，输出电压为电压Vout+Vth1，因为电压产生电路42带载能力弱，会被连接的电子设备拉低到第一电压输出端的电压Vout1，此时电压Vout1＝Vout-Vth3。

在t4时刻，第一USB接口1与电子设备断开连接，电压产生电路42输出的电压Vout+Vth1大于此时第一电压输出端20的电压Vout1，电压Vout1会逐渐升高。

在t5时刻，当第一电压输出端20的电压Vout1高于电压输入端10的电压Vout后，驱动电路41中的电荷泵电路11在环路控制下被关闭，NMOS管Q1截止关闭，此时，关闭电压产生电路42。

在t6时刻，数字控制打开电压产生电路42和电压检测电路43，第一电压输出端20输出的电压Vout1为电压Vs，此时，第一USB接口等待电子设备连接。

所以，本发明提供的一种充电切换控制电路在每个USB接口和电压输入端之间都有设置有一个开关电路，由数字电路和检测电路共同控制开关电路的开启和关断，当仅仅有一个USB接口接入电子设备时，该控制电路控制此USB接口可以快速充电，当有两个或两个以上USB接口同时接入电子设备时，可以同时对两个或两个以上的电子设备进行充电，通过使用一个快速充电电路就可以实现单电源多口输出的IC，任意一个USB接口都支持快充的功能，可以节省IC面积，降低成本。

充电切换控制方法实施例：

参见图5，图5是本发明充电切换控制方法实施例的流程图。上述充电切换控制方法包括：首先，执行步骤S1，确定USB接口处于无设备连接状态后，检测电路对电压输出端的端口电压进行检测，其中，在确定第一USB接口1和第二USB接口2均处于无设备连接状态后，第一检测电路40对第一电压输出端20的端口电压进行检测，第二检测电路50对第二电压输出端30的端口电压进行检测。

具体地，参见图6，图6是本发明充电切换控制方法实施例中的第二时序图，该时序图为两个USB接口都由无电子设备连接到依次接入两个电子设备的时序图。在t0时刻，两个USB口都无电子设备连接，两个NMOS管都关断，电压输入端10的输出电压为电压V1，第一电压输出端20和第二电压输出端30都输出电压Vs。在t1时刻，第一USB口1有电子设备插入，第一电压输出端20的电压被拉低，第一检测电路40检测到第一USB口1有电子设备插入。其中，当确定第一USB接口1处于无设备连接状态时，电压检测电路43检测到的输出电压在预设的时间内持续低于参考电压值后，则可确定第一USB接口1满足设备连接的条件。当确定第二USB接口处于无设备连接状态时，第二检测电路的电压检测电路检测到的输出电压在预设的时间内持续低于参考电压值后，则可确定第二USB接口满足设备连接的条件，该参考电压值为K*Vs(K<1)。

然后，执行步骤S2，若确定第一USB接口1满足设备连接的条件后，则断开第一检测电路40的电压检测电路43的输出。其中，在t2时刻，数字控制第一电压输出端20输出电压为0V。接着，执行步骤S3，判断是否达到第一预设时间，如判断结果为否，则继续执行步骤S3。

如确定达到第一预设时间，则执行步骤S4，则第一开关电路导通并且向第一电压输出端20提供电压，第一USB接口1进入第一充电模式，该第一充电模式为快充模式。具体地，在t3时刻，开启NMOS管Q1,第一电压输出端20输出电压为电压V1-Vth3,数字控制内部充电电路连接到第一USB口1，第一USB1口1就支持快充输出，如果连接的设备支持快充，充电电路自动设别设备发的快充信号，调整输出电压至电压V2以满足电子设备需求，第一电压输出端20的输出电压随着电压输入端的电压变化。其中，电压V2的值是充电电路根据电子设备请求调整的电压。

在t3-t4时间段，如果第一USB接口1连接设备请求的是低压快充，即电压V2<电压V1,数字控制第二电压输出端30调整为电压Vs1(Vs1<Vs)。

然后，执行步骤S5，当第一USB接口1持续处于第一充电模式时，在确定第二USB接口2满足设备连接的条件后，则确定第一USB接口1和第二USB接口2均处于第二充电模式，该第二充电模式为慢充模式。具体地，在t4时刻，第二USB接口2有电子设备插入，第二电压输出端30的电压被拉低，第二检测电路50检测到第二USB接口2有电子设备插入。在t5时刻，数字控制关断NMOS管Q1和NMOSQ2，降低电压输入端10的输出电压到电压V1。

在t6时刻，数字控制开启NMOS管Q1和NMOSQ2，第一电压输出端20和第二电压输出端30都输出电压V1-Vth3，第一USB接口1和第二USB接口2均处于慢充模式，且都仅支持5V输出的BC1.2、苹果和三星协议。

在上述步骤S2中，若确定第二USB接口先满足设备连接的条件后，则断开第二检测电路的电压检测电路的输出，并且判断是否达到第二预设时间，如是，则第二开关电路导通并且向第二电压输出端提供电压，第二USB接口进入第一充电模式。

在上述步骤S5中，当第一USB接口1和第二USB接口2均处于第二充电模式时，确定第二USB接口2处于无设备连接状态后，第二电压输出端30的电压值逐渐升高并且高于电压输入端10的电压值后，第二开关电路截止，第一USB接口1在预设的时间内再次进入第一充电模式。其中，当第二USB接口2检测到电子设备的拔出，第二电压输出端30的电压会逐渐升高并且超过电压输入端10的电压后，关断NMOS管Q2，此时，第二USB接口2处于检测状态，第一USB接口1处于关电状态，当NMOS管Q1关断一段时间后，会重新进入步骤S4，第一USB接口1进入第一充电模式。

若再次检测到第一USB接口1的电子设备拔出，会重新执行步骤S1，第一USB接口1和第二USB接口2都处于插入检测状态。

具体地，参见图7，图7是本发明充电切换控制方法实施例中的第三时序图，该时序图为两个USB接口由都有电子设备连接到断开两个电子设备连接的时序图。在t0时刻，第一USB接口1和第二USB接口2都有电子设备连接，第一电压输出端20和第二电压输出端30都输出电压V1-Vth3。在t1时刻，第二USB接口2检测到电子设备断开连接，第二检测电路50中电压产生电路52输出的电压高于电压V1-Vth3，第二电压输出端30的电压逐渐升高，电压检测电路53检测到第二USB接口2的电子设备拔出。在t2时刻，数字控制关断NOMS管Q1和NOMS管Q2，在t3时刻，仅有第一USB接口1有电子设备连接，数字控制内部充电电路连接到第一USB接口1，控制打开NMOS管Q1,第一电压输出端20输出电压V1-Vth3,第一USB接口1支持快充输出，并且根据连接电子设备的请求，可以调整电压输入端10的电压Vout至电压V2，此时，第一电压输出端20的输出电压为电压V2-Vth3,电子设备快充输出。

其中，在t3时刻，第二USB接口没有电子设备连接，第二检测电路50中电压产生电路42输出电压Vs,开启电压检测电路43检测第二电压输出端30的电压，识别第二USB接口2是否有电子设备插入。

在t4时刻，第一USB接口1检测到电子设备拔出，电子设备拔出后，充电电路检测不到快充请求，输出电压会调整为电压V1，由于第一USB接口1没有电子设备抽电，电压产生电路42的LDO端口输出电压为电压V1+Vth1，第一电压输出端20的电压会逐渐升高，在环路作用下关闭NMOS管Q1。

在t5时刻，数字控制关闭第一检测电路40中的电压产生电路42，第一电压输出端的电压变为0V，数字控制电压输入端的电压调整为电压V1。

在t6时刻，开启第一检测电路40中的电压产生电路42输出电压Vs,开启电压检测电路43检测第一电压输出端20的电压，检测第一USB接口1是否有电子设备插入。此时第一USB接口1和第二USB接口2都无电子设备插入，电压输入端10输出电压V1，第一电压输出端20的输出电压和第二电压输出端30的输出电压都为电压Vs，两个USB接口都处于插入检测阶段。

在本实施例中，若第一USB接口1先断开设备连接，仅剩第二USB接口2有设备连接时，数字将控制内部充电电路连接到第二USB接口2，此时，第二USB接口2支持快充输出。

在t3-t4时间段，如果第一USB接口1连接设备请求的是低压快充，即电压V2<电压V1,数字控制第二电压输出端30调整为电压Vs1(Vs1<Vs)。

所以，本发明提供的充电切换控制方法在每个USB接口和电压输入端之间都有设置有一个开关电路，由数字电路和检测电路共同控制开关电路的开启和关断，当仅仅有一个USB接口接入电子设备时，该控制电路控制此USB接口可以快速充电，当有两个或两个以上USB接口同时接入电子设备时，可以同时对两个或两个以上的电子设备进行充电，可以自动检测USB接口插拔的状态，稳定性高，同时兼容普通USB接口，实用性好。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种充电切换控制方法，其特征在于，该方法应用于一种充电切换控制电路，该控制电路包括电压输入端、第一电压输出端、第二电压输出端、第一USB接口以及第二USB接口，所述电压输入端与所述第一USB接口之间连接有第一开关电路、第一检测电路，所述电压输入端与所述第二USB接口之间连接有第二开关电路、第二检测电路，所述第一电压输出端连接在所述第一开关电路与所述第一USB接口之间，所述第二电压输出端连接在所述第二开关电路与所述第二USB接口之间；

所述第一检测电路包括第一驱动电路、第一电压产生电路以及第一电压检测电路，所述第一电压检测电路检测所述第一电压输出端的端口电压，所述第一驱动电路输出第一驱动信号至所述第一开关电路，所述第一电压产生电路用于产生第一检测电压信号；

所述第二检测电路包括第二驱动电路、第二电压产生电路以及第二电压检测电路，所述第二电压检测电路检测所述第二电压输出端的端口电压，所述第二驱动电路输出第二驱动信号至所述第二开关电路，所述第二电压产生电路用于产生第二检测电压信号；

所述第一驱动电路、所述第二驱动电路分别包括运算放大器和电荷泵电路，所述运算放大器与所述电荷泵电路电连接；

所述第一开关电路、所述第二开关电路分别包括NMOS管，所述NMOS管的栅极与所述电荷泵电路的输出端电连接；

在t0时刻，第一USB接口没有电子设备插入，第一电压产生电路输出电压为电压Vs，其带载能力较弱，NMOS管截止关闭，第一电压输出端的电压为电压Vs，第一电压检测电路检测第一电压输出端的电压，在t1时刻，第一USB接口检测到有电子设备插入，开始向第一检测电路抽取电流，因为第一电压产生电路带载能力弱，第一电压输出端的电压被拉低，第一电压检测电路检测到第一电压输出端的电压持续低于参考电压值一段时间后，该参考电压值为 K*Vs，K<1，则关闭第一电压产生电路的输出，并且关闭第一电压检测电路；

在t3时刻，数字控制第一驱动电路打开电荷泵电路，从而打开电压输入端和第一电压输出端通路上的NMOS管，控制NMOS管两端的电压压差为Vth3,第一电压输出端的输出电压为电压Vout-Vth3，即电压输入端的电压减去NMOS管两端的电压压差，此时，打开第一电压产生电路，输出电压为电压Vout+Vth1，因为第一电压产生电路带载能力弱，会被连接的电子设备拉低到第一电压输出端的电压Vout1，此时电压Vout1=Vout-Vth3；

在t4时刻，第一USB接口与电子设备断开连接，第一电压产生电路输出的电压Vout+Vth1大于此时第一电压输出端的电压Vout1，电压Vout1会逐渐升高；

在t5时刻，当第一电压输出端的电压Vout1高于电压输入端的电压Vout后，第一驱动电路中的电荷泵电路在环路控制下被关闭，NMOS管 截止关闭，此时，关闭第一电压产生电路；

在t6时刻，数字控制打开第一电压产生电路和第一电压检测电路，第一电压输出端输出的电压Vout1为电压 Vs，此时，第一USB接口等待电子设备连接；

该方法包括：

在确定所述第一USB接口和所述第二USB接口均处于无设备连接状态后，所述第一检测电路对所述第一电压输出端的端口电压进行检测，所述第二检测电路对所述第二电压输出端的端口电压进行检测；

若确定所述第一USB接口满足设备连接的条件后，则断开所述第一检测电路的第一电压检测电路的输出，并且判断是否达到第一预设时间，如是，则所述第一开关电路导通并且向所述第一电压输出端提供电压，所述第一USB接口进入第一充电模式；

当确定第一USB接口处于无设备连接状态时，所述第一检测电路的第一电压检测电路检测到所述第一电压输出端的输出电压在预设的时间内持续低于参考电压值后，则可确定所述第一USB接口满足设备连接的条件；

当确定第二USB接口处于无设备连接状态时，所述第二检测电路的第二电压检测电路检测到所述第二电压输出端的输出电压在预设的时间内持续低于所述参考电压值后，则可确定所述第二USB接口满足设备连接的条件；

若确定所述第二USB接口满足设备连接的条件后，则断开所述第二检测电路的第二电压检测电路的输出，并且判断是否达到第二预设时间，如是，则所述第二开关电路导通并且向所述第二电压输出端提供电压，所述第二USB接口进入第一充电模式；

当所述第一USB接口持续处于第一充电模式时，在确定所述第二USB接口满足设备连接的条件后，则确定所述第一USB接口和所述第二USB接口均处于第二充电模式；当所述第一USB接口和所述第二USB接口均处于第二充电模式时，确定第二USB接口处于无设备连接状态后，所述第二电压输出端的电压值逐渐升高并且高于所述电压输入端的电压值后，所述第二开关电路截止，所述第一USB接口在预设的时间内再次进入第一充电模式。

2.根据权利要求1所述的充电切换控制方法，其特征在于：

所述第一电压产生电路、所述第二电压产生电路分别包括稳压器、控制电路以及PMOS管，所述稳压器与所述控制电路电连接，所述控制电路控制所述PMOS管的通断。