CN110380488A - 一种车载充电控制电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种车载充电控制电路及方法，该电路包括车载充电器、充电控制电路、电压输出端，充电控制电路包括输入电压检测单元、降压型功率变换器、PD协议控制单元，输入电压检测单元检测车载充电器的输入端的电压幅值信号，并将电压幅值信号发送至PD协议控制单元，PD协议控制单元根据电压幅值信号调整车载充电器的输出功率，并作用于降压型功率变换器，以控制降压型功率变换器输出电压。本发明的方法应用于上述的电路。本发明可以根据输入电压自动调节USB PD车载充电器的输出电压规格，解决了因汽车电池电压下降造成车载充电器输出电压不足的问题，改善了充电性能。
Description
【技术领域】
本发明涉及车载充电器技术领域，具体的，涉及一种车载充电控制电路及应用于该电路的充电控制方法。
【背景技术】
车载充电器是一种广泛使用的设备供电电源。车载充电器的输入端为汽车点烟器，点烟器输出电压范围一般在12V～24V之间。车载充电器主要有2种，第一种为非快充式车载充电器，输出电压一般为5V，输出电流2A左右；另一种，是带有USB PD快充协议的车载充电器，此类车载充电器输出的电压可高达20V。但车载充电器普遍存在两个缺陷，一是点烟器输出的电压会随着汽车电池的使用而下降，而车载充电器的功率部分多采用BUCK降压型电路，当电池电压下降时，带有USB PD快充协议的车载充电器的输入电压低于充电设备申请输出电压，车载充电器输出电压不足；二是非快充式车载充电器，输出功率较低，往往无法满足用户快速充电的需求。
如图1所示，在现有的带有USB PD快充协议的车载充电器中，其主要由降压型功率电路1、PD协议控制芯片2和保护控制电路3组成。它的工作原理如下：PD协议控制芯片2负责和充电设备进行通信协商，并作用于降压型功率电路1来调节输出电压和电流。在检测到充电设备接入后，车载充电器开始发送Source_cap数据包，当用电设备收到Source_cap数据包后，根据用电需求发送request数据包至车载充电器，车载充电器收到request数据包，回复Accept指令并开始调节输出电压，直到电压调节完成后，由车载充电器发送Ps_Ready指令，即完成一次完整的USB PD通信协商。但是随着汽车电池的使用，点烟器输出电压降低，车载充电器的输入电压也降低，当充电设备request数据包的PD电压高于车载充电器的输入电压时，车载充电器的输出电压偏低。此时充电设备检测到电压欠压，充电过程异常，严重时会导致设备充电兼容性问题。
在现有的非快充式车载充电器电路中，如图2所示，该电路结构简单，一般由降压型功率变换器4、保护控制电路5和DCP握手芯片6组成。其中，车载充电器的输出电压为5V，输出电流2A左右。该电路的缺点是输出功率较小，无法满足用户快速充电的需求。
因此，现有车载充电器技术普遍存在缺点：非快充式车载充电器存在输出功率小，无法满足用户快速充电的需求；USB PD快充车载充电器，存在因点烟器输出电压下降，导致快充输出时，电压不足，设备充电兼容性等问题。
【发明内容】
本发明的主要目的是提供一种可以根据输入电压来调节PD输出功率的车载充电控制电路。
本发明的另一目的是提供一种可以根据输入电压来调节PD输出功率的车载充电控制电路的充电控制方法。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的车载充电控制电路包括车载充电器、与所述车载充电器电连接的充电控制电路、与所述充电控制电路电连接的电压输出端，所述充电控制电路包括输入电压检测单元、降压型功率变换器、PD协议控制单元，所述输入电压检测单元检测所述车载充电器的输入端的电压幅值信号，并将所述电压幅值信号发送至所述PD协议控制单元，所述PD协议控制单元根据所述电压幅值信号调整车载充电器的输出功率，并作用于所述降压型功率变换器，以控制所述降压型功率变换器输出电压。
进一步的方案是，所述输入电压检测单元包括ADC检测电路，所述ADC检测电路包括信号输入端、信号输出端、电压增益电路以及ADC采样模块，所述信号输入端与所述车载充电器的输入端电连接，所述电压增益电路连接在所述信号输入端和所述信号输出端之间，所述信号输出端与所述ADC采样模块的输入端电连接，所述ADC采样模块的输出端与所述PD协议控制单元电连接。
更进一步的方案是，所述电压增益电路包括相互连接的第一运算放大器和第二运算放大器。
更进一步的方案是，所述输入电压检测单元包括比较器电压检测电路，所述比较器电压检测电路包括多个电压比较器，所述车载充电器的输入端分别与多个所述电压比较器的同相输入端电连接，多个所述电压比较器的反相输入端为参考电压源，多个所述电压比较器的输出端分别与所述PD协议控制单元电连接。
更进一步的方案是，所述车载充电器的输入端为车载点烟器，所述车载点烟器可输出12V～24V的直流电压。
由此可见，本发明提供的车载充电控制电路，是一种可以根据输入电压调节USBPD输出功率的控制电路，在USB PD通信协商过程中，加入输入电压检测单元，可以根据输入电压的检测值实时调整PD协议的Source_cap值，并保证设置的Source_cap数据包中电压值小于车载充电器的输入电压。当车载充电器的电池电压降低，即输入电压变化时，PD协议控制单元根据输入电压的变化重新调整Source_cap数据包的内容，从而保证充电设备request数据包所请求的电压小于输入电压。
所以，该电路可以根据输入电压自动调节USB PD车载充电器的输出电压规格，解决了因汽车电池电压下降造成USB PD快充式车载充电器输出电压不足的问题，改善了充电性能，既可以解决了非快充车载充电器充电速度慢的弊端，又可以改善因电池电压下降造成USB PD快充式车载充电器输出电压不足的问题。
为了实现上述的另一目的，本发明还提供的一种车载充电控制电路的充电控制方法，应用于车载充电控制电路，该方法包括PD协议控制单元实时检测是否有充电设备接入，如是，则确定PD协议控制单元进入USB PD通信协议状态，车载充电器向充电控制电路发送Source_cap数据包，由输入电压检测单元检测车载充电器的输入端的输入电压幅值，并产生电压比较结果，所述PD协议控制单元根据电压比较结果实时调整PD协议的Source_cap值，并将调整后的Source_cap数据包发送至充电设备；所述充电设备根据其可充电电池的当前电压和对充电电流的要求，发送request数据包至所述车载充电器，所述车载充电器在接收到request数据包后输出Accept指令，由PD协议控制单元控制降压型功率变换器调整输出电压，当输出电压调整完成后，车载充电器发送PsReady指令，对充电设备进行充电操作。
进一步的方案是，在所述车载充电器输出对应的供电电压值对所述充电设备进行充电操作或者所述PD协议控制单元处于USB PD通信协议状态时，由所述输入电压检测单元持续对所述车载充电器的输入电压幅值进行检测。
更进一步的方案是，当所述车载充电器的电池电压降低时，由输入电压检测单元检测所述车载充电器的输入端降低后的输入电压幅值，并产生电压幅值变化后的电压比较结果，所述PD协议控制单元根据所述电压幅值变化后的电压比较结果重新调整PD协议的Source_cap值，以控制所述充电设备所发送的request数据包所要求的电压值不超过所述车载充电器当前的输入电压。
更进一步的方案是，所述PD协议控制单元根据所述电压比较结果实时调整PD协议的Source_cap值具体包括：对Source_cap数据包中的电压值进行电压调整，以控制Source_cap数据包中的电压值小于所述车载充电器的输入端的输入电压幅值。
由此可见，本发明提供的车载充电控制方法在USB PD通信协商过程中，加入输入电压检测功能，可以根据输入电压的检测值实时调整PD协议的Source_cap值，并保证设置的Source_cap数据包中电压值小于车载充电器的输入电压。当车载充电器的电池电压降低，即输入电压变化时，PD协议控制单元根据输入电压的变化重新调整Source_cap数据包的内容，从而保证充电设备request数据包所请求的电压小于输入电压。
所以，该方法可以根据输入电压自动调节USB PD车载充电器的输出电压规格，解决了因汽车电池电压下降造成USB PD快充式车载充电器输出电压不足的问题，改善了充电性能，既可以解决了非快充车载充电器充电速度慢的弊端，又可以改善因电池电压下降造成USB PD快充式车载充电器输出电压不足的问题。
【附图说明】
图1是现有技术的带有USB PD快充协议的车载充电器电路的原理图。
图2是现有技术的非快充式车载充电器电路的原理图。
图3是本发明一种车载充电控制电路实施例的原理图。
图4是本发明一种车载充电控制电路实施例中ADC检测电路的电路原理图。
图5是本发明一种车载充电控制电路实施例中比较器电压检测电路的电路原理图。
图6是本发明一种车载充电控制电路的充电控制方法实施例的流程框图。
【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。
车载充电控制电路实施例：
参见图3，本发明的车载充电控制电路包括车载充电器、与车载充电器电连接的充电控制电路、与充电控制电路电连接的电压输出端，充电控制电路包括输入电压检测单元10、降压型功率变换器20、PD协议控制单元30，输入电压检测单元10检测车载充电器的输入端的电压幅值信号，并将电压幅值信号发送至PD协议控制单元30，PD协议控制单元30根据电压幅值信号调整车载充电器的输出功率，并作用于降压型功率变换器20，以控制所述降压型功率变换器20输出电压。
具体地，车载充电控制电路主要包括输入电压检测单元10、降压型功率变换器20、PD协议控制单元30等三大部分，在车载充电器的充电芯片中加入了输入电压检测单元10，该单元用于检测输入电压的幅值，并将输入电压的幅值实时反馈给PD协议控制单元30。
参见图4，输入电压检测单元10包括ADC检测电路，ADC检测电路包括信号输入端U1、信号输出端U2、电压增益电路U3以及ADC采样模块U4，信号输入端U1与车载充电器的输入端电连接，电压增益电路U3连接在信号输入端U1和信号输出端U2之间，信号输出端U2与ADC采样模块U4的输入端电连接，ADC采样模块U4的输出端与PD协议控制单元30电连接。
当然，如图5所示，本实施例的输入电压检测单元还可以是比较器电压检测电路，比较器电压检测电路包括多个电压比较器，车载充电器的输入端分别与多个电压比较器的同相输入端电连接，多个电压比较器的反相输入端为参考电压源，多个电压比较器的输出端分别与PD协议控制单元30电连接。
在本实施例中，车载充电器的输入端为车载点烟器，车载点烟器可输出12V～24V的直流电压。
可见，本实施例中的输入电压检测单元有两种做法：一是利用ADC检测电路，读取输入电压的数值；二是利用比较器电压检测电路测量输入电压的范围，并将比较器输出的结果输送给PD协议控制单元30。
其中，电压增益电路包括相互连接的第一运算放大器和第二运算放大器。
由此可见，本发明提供的车载充电控制电路，是一种可以根据输入电压调节USBPD输出功率的控制电路，在USB PD通信协商过程中，加入输入电压检测单元10，可以根据输入电压的检测值实时调整PD协议的Source_cap值，并保证设置的Source_cap数据包中电压值小于车载充电器的输入电压。当车载充电器的电池电压降低，即输入电压变化时，PD协议控制单元30根据输入电压的变化重新调整Source_cap数据包的内容，从而保证充电设备request数据包所请求的电压小于输入电压。
所以，该电路可以根据输入电压自动调节USB PD车载充电器的输出电压规格，解决了因汽车电池电压下降造成USB PD快充式车载充电器输出电压不足的问题，改善了充电性能，既可以解决了非快充车载充电器充电速度慢的弊端，又可以改善因电池电压下降造成USB PD快充式车载充电器输出电压不足的问题。
充电控制方法实施例：
参见图6，车载充电控制电路的充电控制方法，应用于上述的车载充电控制电路，该方法在对接入的充电设备进行充电控制时，首先，由PD协议控制单元30实时检测是否有充电设备接入，如是，则确定PD协议控制单元30进入USB PD通信协议状态。其中，车载充电器与充电设备通过TYPE-C标准的USB线缆建立TYPE-C连接，车载充电器默认输出电压给充电设备。
然后，执行步骤S1，由输入电压检测单元10检测车载充电器的输入端的输入电压幅值，并产生电压比较结果。
接着，执行步骤S2，PD协议控制单元30根据电压比较结果实时调整PD协议的Source_cap值，并将调整后的Source_cap数据包发送至充电设备。
然后，执行步骤S3，充电设备根据其可充电电池的当前电压和对充电电流的要求，发送request数据包至车载充电器。
然后，执行步骤S4，车载充电器在接收到request数据包后输出Accept指令，由PD协议控制单元30控制降压型功率变换器20调整输出电压。
当输出电压调整完成后，执行步骤S5，车载充电器发送PsReady指令，对充电设备进行充电操作。
进一步的，在车载充电器输出对应的供电电压值对充电设备进行充电操作或者PD协议控制单元30处于USB PD通信协议状态时，由输入电压检测单元10持续对车载充电器的输入电压幅值进行检测。
进一步的，当车载充电器的电池电压降低时，由输入电压检测单元10检测车载充电器的输入端降低后的输入电压幅值，并产生电压幅值变化后的电压比较结果，PD协议控制单元30根据电压幅值变化后的电压比较结果重新调整PD协议的Source_cap值，以控制充电设备所发送的request数据包所要求的电压值不超过车载充电器当前的输入电压。
进一步的，PD协议控制单元30根据电压比较结果实时调整PD协议的Source_cap值具体包括：对Source_cap数据包中的电压值进行电压调整，以控制Source_cap数据包中的电压值小于车载充电器的输入端的输入电压幅值。
由此可见，本发明提供的车载充电控制方法在USB PD通信协商过程中，加入输入电压检测功能，可以根据输入电压的检测值实时调整PD协议的Source_cap值，并保证设置的Source_cap数据包中电压值小于车载充电器的输入电压。当车载充电器的电池电压降低，即输入电压变化时，PD协议控制单元30根据输入电压的变化重新调整Source_cap数据包的内容，从而保证充电设备request数据包所请求的电压小于输入电压。
所以，该方法可以根据输入电压自动调节USB PD车载充电器的输出电压规格，解决了因汽车电池电压下降造成USB PD快充式车载充电器输出电压不足的问题，改善了充电性能，既可以解决了非快充车载充电器充电速度慢的弊端，又可以改善因电池电压下降造成USB PD快充式车载充电器输出电压不足的问题。
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 (9)
1.一种车载充电控制电路，包括车载充电器、与所述车载充电器电连接的充电控制电路、与所述充电控制电路电连接的电压输出端，其特征在于：
所述充电控制电路包括输入电压检测单元、降压型功率变换器、PD协议控制单元，所述输入电压检测单元检测所述车载充电器的输入端的电压幅值信号，并将所述电压幅值信号发送至所述PD协议控制单元，所述PD协议控制单元根据所述电压幅值信号调整车载充电器的输出功率，并作用于所述降压型功率变换器，以控制所述降压型功率变换器输出电压。
2.根据权利要求1所述的车载充电控制电路，其特征在于：
所述输入电压检测单元包括ADC检测电路，所述ADC检测电路包括信号输入端、信号输出端、电压增益电路以及ADC采样模块，所述信号输入端与所述车载充电器的输入端电连接，所述电压增益电路连接在所述信号输入端和所述信号输出端之间，所述信号输出端与所述ADC采样模块的输入端电连接，所述ADC采样模块的输出端与所述PD协议控制单元电连接。
3.根据权利要求2所述的车载充电控制电路，其特征在于：
所述电压增益电路包括相互连接的第一运算放大器和第二运算放大器。
4.根据权利要求1所述的车载充电控制电路，其特征在于：
所述输入电压检测单元包括比较器电压检测电路，所述比较器电压检测电路包括多个电压比较器，所述车载充电器的输入端分别与多个所述电压比较器的同相输入端电连接，多个所述电压比较器的反相输入端为参考电压源，多个所述电压比较器的输出端分别与所述PD协议控制单元电连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的车载充电控制电路，其特征在于：
所述车载充电器的输入端为车载点烟器，所述车载点烟器可输出12V～24V的直流电压。
6.一种车载充电控制电路的充电控制方法，应用于如权利要求1至6任一项所述的车载充电控制电路，其特征在于，该方法包括；
PD协议控制单元实时检测是否有充电设备接入，如是，则确定PD协议控制单元进入USBPD通信协议状态，由输入电压检测单元检测车载充电器的输入端的输入电压幅值，并产生电压比较结果，所述PD协议控制单元根据电压比较结果实时调整PD协议的Source_cap值，并将调整后的Source_cap数据包发送至充电设备；
所述充电设备根据其可充电电池的当前电压和对充电电流的要求，发送request数据包至所述车载充电器，所述车载充电器在接收到request数据包后输出Accept指令，由PD协议控制单元控制降压型功率变换器调整输出电压，当输出电压调整完成后，车载充电器发送PsReady指令，对充电设备进行充电操作。
7.根据权利要求6所述的充电控制方法，其特征在于：
在所述车载充电器输出对应的供电电压值对所述充电设备进行充电操作或者所述PD协议控制单元处于USB PD通信协议状态时，由所述输入电压检测单元持续对所述车载充电器的输入电压幅值进行检测。
8.根据权利要求7所述的充电控制方法，其特征在于：
当所述车载充电器的电池电压降低时，由输入电压检测单元检测所述车载充电器的输入端降低后的输入电压幅值，并产生电压幅值变化后的电压比较结果，所述PD协议控制单元根据所述电压幅值变化后的电压比较结果重新调整PD协议的Source_cap值，以控制所述充电设备所发送的request数据包所要求的电压值不超过所述车载充电器当前的输入电压。
9.根据权利要求6或7所述的充电控制方法，其特征在于：
所述PD协议控制单元根据所述电压比较结果实时调整PD协议的Source_cap值具体包括：对Source_cap数据包中的电压值进行电压调整，以控制Source_cap数据包中的电压值小于所述车载充电器的输入端的输入电压幅值。
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