CN111007307A

CN111007307A - 一种usb充电设备接入检测系统及方法

Info

Publication number: CN111007307A
Application number: CN201911316333.4A
Authority: CN
Inventors: 聂振超; 梁源超; 潘晓明
Original assignee: Zhuhai Smart Ware Technology Co ltd
Current assignee: Zhuhai Zhirong Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: CN111007307B

Abstract

本发明公开了一种USB充电设备接入检测系统和方法，方法包括以下步骤：步骤1、开始检测，USB端口悬空；步骤2、将USB引脚电压上拉至第一参考电压V1以上；步骤3、持续将USB引脚电压与第二参考电压V2比较，直至检测到USB引脚电压低于第二参考电压V2；步骤4、停止上拉USB引脚电压，在设定时间内将USB引脚电压和第三参考电压V3比较，若USB引脚电压低于第三参考电压V3，则认为有充电设备接入，开始充电动作；若USB引脚电压高于第三参考电压V3，则认为是人体接触并返回步骤2。本发明能判断是人体接触导致的接入检测误触发还是真正有充电设备接入。

Description

一种USB充电设备接入检测系统及方法

技术领域

本发明涉及USB充电技术领域，特别涉及一种USB充电设备接入检测系统及方法。

背景技术

目前市场上对便携式电子产品充电的设备(下面称为供电设备)主要分为两类：需要外接电源的充电器和自带电池的移动电源。对于充电器而言，用户的使用习惯，一般是直接拔走充电的电子产品，而将充电器停留在电源插座或者车载电源上，此时适配器往往需要进入待机状态以降低功耗。当充电器进入待机状态后，如何识别充电设备的接入是一个问题，这就需要用到充电设备接入检测技术来检测充电设备的接入。

如果充电器是一个多输出口充电器，当只有一个充电设备接入充电时，充电器可以提供最大输出功率，并提供快速充电功能。而如果同时有多个输出口打开，但只有一个输出口在对充电设备供电，则充电器无法向这个充电设备提供最大的输出功率，且由于担心高压快速充电技术输出的高电压会打坏即将接入的普通低压充电设备，所以多口打开时不能申请快速充电技术，进一步降低了充电速度。因此在多口充电器上，暂时没有接入充电设备的输出口进入休眠或待机状态是很有必要的。而进入待机状态后，充电设备接入时需要唤醒充电，这也需要用到了充电设备接入检测技术。

而对于移动电源来说，由于自身携带的电池能量有限，所以更需要在未对充电设备供电时进入待机状态以节省功耗。同理，对于多输出口移动电源，跟多输出口充电器一样，也有功率分配问题和快速充电使能问题。从应用上看，充电设备接入检测技术对于供电设备来说，是必要的功能。

以往的充电设备接入检测技术主要是通过在USB引脚上建立弱上拉，当充电设备接入，USB引脚上的电压会被拉低，通过检测USB引脚电压被拉低时的电压变化，识别设备的接入，并对充电策略做出相应的控制。这些用于检测充电设备接入的USB引脚，通常包括VBUS、DP、DM、CC1和CC2等。

但是，在许多充电的应用场合下，消费者的使用习惯是只插拔手机或其他便携式电子设备而不插拔线缆和充电器，使得USB线缆一直连接着充电器。线缆的USB端口通常都是部分或全部裸露在绝缘胶层之外，尤其是以苹果公司所推出的Lightning线缆端口，所有USB引脚都完全裸露出来。在使用这些充放电设备时，人的身体很容易就会触碰到USB端口。而由于人体阻抗较低，所以接触时很容易就会在USB引脚与GND之间形成低阻抗通路，拉低USB引脚的电压，导致供电设备误认为有充电设备接入并进行后续相应的操作。因此，寻找一种方法来区分人体接触和充电设备接入是非常必要的。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种USB充电设备接入检测系统和方法，能够区分人体接触和充电设备接入。

本发明实施例第一方面提供一种USB充电设备接入检测方法，包括以下步骤：步骤1、开始检测，USB端口悬空；步骤2、将USB引脚电压上拉至第一参考电压V1以上；步骤3、持续将USB引脚电压与第二参考电压V2比较，直至检测到USB引脚电压低于第二参考电压V2；步骤4、停止上拉USB引脚电压，在设定时间内将USB引脚电压和第三参考电压V3比较，若USB引脚电压低于第三参考电压V3，则认为有充电设备接入，开始充电动作；若USB引脚电压高于第三参考电压V3，则认为是人体接触并返回步骤2。

根据本发明实施例第一方面的一种USB充电设备接入检测方法，至少具有如下有益效果：人体接触和充电设备接入时，都会将USB引脚的弱电压拉低，从而识别到有接入动作。但由于人体存在大电容效应，所以当充电器关闭USB引脚的弱上拉后，在人体接触的情况下USB引脚的电压会缓慢下降；而充电设备在关闭USB引脚的弱上拉后，USB引脚的电压会很快下降到GND。因此，本发明的检测方法可以通过检测两种情况下电压变化的差异，来判断是人体接触导致的接入检测误触发还是真正有充电设备接入。

根据本发明实施例第一方面的一种USB充电设备接入检测方法，还包括步骤5、若开始充电动作后检测到充电设备移出，则返回步骤2。

根据本发明实施例第一方面的一种USB充电设备接入检测方法，所述USB引脚的上拉方式为持续性上拉或间歇性上拉。

根据本发明实施例第一方面的一种USB充电设备接入检测方法，所述第一参考电压V1等于第二参考电压V2。

根据本发明实施例第一方面的一种USB充电设备接入检测方法，所述第一参考电压V1大于或小于第二参考电压V2。

本发明实施例第二方面提供一种USB充电设备接入检测系统，用于实现实施例第一方面所述的方法，包括：引脚上拉单元，和USB引脚连接，用于上拉USB引脚电压；电压比较单元，所述电压比较单元的一个输入端分别和引脚上拉单元及USB引脚连接，用于识别人体接触或者充电设备接入；参考电压单元，和所述电压比较单元的另一个输入端连接，用于提供多个参考电压；逻辑控制单元，分别和所述引脚上拉单元、电压比较单元和参考电压单元连接，用于监测所述电压比较单元的比较结果，并控制所述引脚上拉单元和参考电压单元工作。

根据本发明实施例第二方面的一种USB充电设备接入检测系统，至少具有如下有益效果：通过实现第一方面所述方法，能够判断是人体接触导致的接入检测误触发还是真正有充电设备接入。

根据本发明实施例第二方面的一种USB充电设备接入检测系统，所述引脚上拉单元包括依次串接的电源VDD、电阻R1和开关K1，所述开关K1分别和所述逻辑控制单元及USB引脚连接。

根据本发明实施例第二方面的一种USB充电设备接入检测系统，所述引脚上拉单元包括依次串接的电流源和开关K1，所述开关K1分别和所述逻辑控制单元及USB引脚连接。

根据本发明实施例第二方面的一种USB充电设备接入检测系统，所述电压比较单元包括电压比较器COMP1，所述电压比较器COMP1的一个输入端分别和引脚上拉单元及USB引脚连接，另一个输入端和所述参考电压单元连接，所述电压比较器COMP1的输出端和所述逻辑控制单元连接。

根据本发明实施例第二方面的一种USB充电设备接入检测系统，所述参考电压单元包括第一参考电压V1、第二参考电压V2、第三参考电压V3和开关K2，所述开关K2和所述逻辑控制单元连接，所述逻辑控制单元控制所述开关K2选择输入到所述电压比较单元的参考电压。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例检测方法的流程图；

图2为本发明实施例检测方法的状态切换示意图；

图3为本发明实施例检测系统的原理框图；

图4为本发明实施例检测系统的电路图；

图5为本发明实施例充电设备接入工作流程的DP电压波形图；

图6为本发明实施例人体接触工作流程的DP电压波形图；

具体实施方式

下面将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参见图1，一种USB充电设备接入检测方法，包括以下步骤：步骤1、开始检测，USB端口悬空；步骤2、将USB引脚电压上拉至第一参考电压V1以上；步骤3、持续将USB引脚电压与第二参考电压V2比较，直至检测到USB引脚电压低于第二参考电压V2；步骤4、停止上拉USB引脚电压，在设定时间内将USB引脚电压和第三参考电压V3比较，若USB引脚电压低于第三参考电压V3，则认为有充电设备接入，开始充电动作；若USB引脚电压高于第三参考电压V3，则认为是人体接触并返回步骤2。在本实施例中，所述设定时间为10ms-500ms，优选为50ms，在此段时间内，在人体接触的情况下USB引脚的电压会高于第三参考电压V3，设定时间的值本领域人员可依据实际情况做出适应性调整。

在本发明的一些实施例中，还包括步骤5、若开始充电动作后检测到充电设备移出，则返回步骤2。

人体接触和充电设备接入时，都会将USB引脚的弱电压拉低，从而识别到有接入动作。但由于人体存在大电容效应，所以当充电器关闭USB引脚的弱上拉后，在人体接触的情况下USB引脚的电压会缓慢下降；而充电设备在关闭USB引脚的弱上拉后，USB引脚的电压会很快下降到GND。因此，本发明的检测方法可以通过检测两种情况下电压变化的差异，来判断是人体接触导致的接入检测误触发还是真正有充电设备接入。

具体的控制流程参见图2。当充电设备未接入时，USB引脚呈悬空状态，此时工作在状态1。逻辑控制单元3控制引脚上拉单元1上拉USB引脚，并控制电压参考单元将参考电压调整为第一参考电压V1。待USB引脚电压稳定后，电压比较单元2会比较USB引脚电压和第一参考电压V1。如果USB引脚电压上拉到第一参考电压V1以上，则进入状态2；如果USB引脚电压无法上拉到第一参考电压V1以上，则保持在状态1。

状态2为检测外部充电设备连接，此时逻辑控制单元3控制参考电压单元4，将参考电压调整为第二参考电压V2，并持续监测电压比较单元2对USB引脚电压和第二参考电压V2的比较结果。如果USB引脚电压低于第二参考电压V2，则认为可能有充电设备接入，进入状态3；如果USB引脚电压高于第二参考电压V2，则保持在状态2。

状态3为区分人体接触和充电设备接入，此时逻辑控制单元3控制引脚上拉单元1停止上拉USB引脚，并控制参考电压单元4将参考电压调整为第三参考电压，并在特定的时间内检测电压比较单元2对USB引脚电压和第三参考电压的比较结果。如果USB引脚电压低于第三参考电压，则认为确实有充电设备接入，进入状态4；如果USB引脚电压高于第三参考电压，则认为是人体接触导致的误检测，返回状态1。

状态4为检测充电设备接入成功，做出相应的控制行为。此状态下，当充电设备移出后，将回到状态1。

本发明实施例还提供一种USB充电设备接入检测系统，参见图3包括：引脚上拉单元1，和USB引脚连接，用于上拉USB引脚电压；电压比较单元2，所述电压比较单元2的一个输入端分别和引脚上拉单元1及USB引脚连接，用于识别人体接触或者充电设备接入；参考电压单元4，和所述电压比较单元2的另一个输入端连接，用于提供参考电压；逻辑控制单元3，分别和所述引脚上拉单元1、电压比较单元2和参考电压单元4连接，用于监测所述电压比较单元2的比较结果，并控制所述引脚上拉单元1和参考电压单元4工作。

参见图4，所述引脚上拉单元1包括依次串接的电源VDD、电阻R1和开关K1，所述开关K1分别和所述逻辑控制单元3及USB引脚连接，在其他实施例中，引脚上拉单元1包括依次串接的电流源和开关K1，所述开关K1分别和所述逻辑控制单元3及USB引脚连接，引脚上拉单元1主要是为了提供一个上拉电压，其上拉方式不限，例如在具体实施时可为持续性上拉或间歇性上拉。所述电压比较单元2包括电压比较器COMP1，所述电压比较器COMP1的一个输入端分别和引脚上拉单元1及USB引脚连接，另一个输入端和所述参考电压单元4连接，所述电压比较器COMP1的输出端和所述逻辑控制单元3连接。所述参考电压单元4包括第一参考电压V1、第二参考电压V2、第三参考电压V3和开关K2，所述开关K2和所述逻辑控制单元3连接，所述逻辑控制单元3控制所述开关K2选择输入到所述电压比较单元2的参考电压。所述逻辑控制单元为集成众多门电路的集成电路模块，用以实现逻辑控制，逻辑控制单元的具体结构形式复杂多样，不作为本申请的保护点。

下面，结合实际应用时常见的充电设备接入流程和人体触摸流程，对本实施例的工作过程和原理进行阐述。

实际应用的一种场景是，一个已经接上电源的充电器，其USB-A口母座连接着USB-A to Lightning线缆，此时存在着苹果设备接入和人体触摸两种可能。

第一个例子阐述苹果手机接入时系统的工作流程，图5为此工作流程DP引脚电压的波形图，本发明实施例中USB引脚包括但不限于VBUS、DP、DM、CC1和CC2，下面只以DP引脚电压为例，并给出相应个参数的值，各参数的值可以根据实际设计做出适应性改变，在一些实施例中V1，第一参考电压V1可以等于第二参考电压V2，或者第一参考电压V1也可以大于或小于第二参考电压V2，参数的具体数值不应视为本申请保护范围的限定，下面给出本实施例中的参数值作为参考，第一参考电压V1：3V；第二参考电压V2：2.5V；第三参考电压V3：0.5V；特定时间t：50mS。

第一步，USB端口处于悬空状态，此时打开开关K1，将USB端口DP电压上拉到第一参考电压V1以上。等待DP电压稳定后，电压比较器COMP1的负端输入的参考电压从第一参考电压V1切换到第二参考电压V2。

第二步，用户通过线缆将苹果手机接入充电器，由于手机端DP存在下拉能力，会将DP电压拉低到第二参考电压V2以下。

第三步，逻辑控制单元3检测到DP电压低于第二参考电压V2的比较结果，控制开关K1断开，关闭对DP电压的上拉，此时DP电压将会快速跌落到GND电压；同时切换开关K2，将电压比较器COMP1负端输入的参考电压从第二参考电压V2切换到第三参考电压V3。

第四步，在设定时间内，逻辑控制单元3检测到DP的电压低于第三参考电压V3，则认为接入的是充电设备，通知供电设备打开输出给苹果手机供电。

第二个例子阐述人体触摸时系统的工作流程，图6为此工作流程DP引脚电压波形图：

第一步，USB端口处于悬空状态，此时打开开关K1，将USB端口DP电压上拉到参考电压V1以上。等待DP电压稳定后，电压比较器COMP1的负端输入的参考电压从第一参考电压V1切换到第二参考电压V2。

第二步，人体触摸USB-A to Lightning线缆Lightning端口，会为DP和GND提供了一个低阻抗通路，导致DP电压跌落到第二参考电压V2以下。

第三步，逻辑控制单元3检测到DP电压低于第二参考电压V2的比较结果，控制开关K1断开，关闭对DP电压的上拉；同时切换开关K2，将电压比较器COMP1负端输入的参考电压从第二参考电压V2切换到第三参考电压V3。由于人体有电容效应，此时DP的电压会在一定的时间内维持在第三参考电压V3之上。

第四步，在特定时间内，逻辑控制单元3检测到DP的电压高于第三参考电压V3，认为此次触发是人体触碰而不是充电设备接入，将会切换回第一步的工作状态。

Claims

1.一种USB充电设备接入检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、开始检测，USB端口悬空；

步骤2、将USB引脚电压上拉至第一参考电压V1以上；

步骤3、持续将USB引脚电压与第二参考电压V2比较，直至检测到USB引脚电压低于第二参考电压V2；

步骤4、停止上拉USB引脚电压，在设定时间内将USB引脚电压和第三参考电压V3比较，若USB引脚电压低于第三参考电压V3，则认为有充电设备接入，开始充电动作；若USB引脚电压高于第三参考电压V3，则认为是人体接触并返回步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种USB充电设备接入检测方法，其特征在于：还包括步骤5、若开始充电动作后检测到充电设备移出，则返回步骤2。

3.根据权利要求1所述的一种USB充电设备接入检测方法，其特征在于：所述USB引脚的上拉方式为持续性上拉或间歇性上拉。

4.根据权利要求1所述的一种USB充电设备接入检测方法，其特征在于：所述第一参考电压V1等于第二参考电压V2。

5.根据权利要求1所述的一种USB充电设备接入检测方法，其特征在于：所述第一参考电压V1大于或小于第二参考电压V2。

6.一种USB充电设备接入检测系统，用于实现如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，包括：

引脚上拉单元(1)，和USB引脚连接，用于上拉USB引脚电压；

电压比较单元(2)，所述电压比较单元(2)的一个输入端分别和引脚上拉单元(1)及USB引脚连接，用于识别人体接触或者充电设备接入；

参考电压单元(4)，和所述电压比较单元(2)的另一个输入端连接，用于提供多个参考电压；

逻辑控制单元(3)，分别和所述引脚上拉单元(1)、电压比较单元(2)和参考电压单元(4)连接，用于监测所述电压比较单元(2)的比较结果，并控制所述引脚上拉单元(1)和参考电压单元(4)工作。

7.根据权利要求6所述的一种USB充电设备接入检测系统，其特征在于：所述引脚上拉单元(1)包括依次串接的电源VDD、电阻R1和开关K1，所述开关K1分别和所述逻辑控制单元(3)及USB引脚连接。

8.根据权利要求6所述的一种USB充电设备接入检测系统，其特征在于：所述引脚上拉单元(1)包括依次串接的电流源和开关K1，所述开关K1分别和所述逻辑控制单元(3)及USB引脚连接。

9.根据权利要求6所述的一种USB充电设备接入检测系统，其特征在于：所述电压比较单元(2)包括电压比较器COMP1，所述电压比较器COMP1的一个输入端分别和引脚上拉单元(1)及USB引脚连接，另一个输入端和所述参考电压单元(4)连接，所述电压比较器COMP1的输出端和所述逻辑控制单元(3)连接。

10.根据权利要求6所述的一种USB充电设备接入检测系统，其特征在于：所述参考电压单元(4)包括第一参考电压V1、第二参考电压V2、第三参考电压V3和开关K2，所述开关K2和所述逻辑控制单元(3)连接，所述逻辑控制单元(3)控制所述开关K2选择输入到所述电压比较单元(2)的参考电压。