CN111864841A - 多输入单输出聚能充电线材及多输入单输出控制方法 - Google Patents

多输入单输出聚能充电线材及多输入单输出控制方法 Download PDF

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Abstract

为了解决现有技术中充电线材无法汇聚多个输入功率，不能满足大功率数码设备充电需求的问题，本发明提供一种多输入单输出聚能充电线材及多输入单输出控制方法，包括：2个以上输入端口模块，输出端口模块以及连接所述输入端口模块、所述输出端口模块的线材本体；所述输出端口模块的输出端连接待充电装置，用于根据充电协议确定所述待充电装置的输出电压集合，并选择所述输入电压集合与所述输出电压集合中最大共有电压值作为所述输入端口模块的输出电压，以在所述输出端口模块的输出端形成输入端口模块的功率叠加。本发明能够聚集多个输入端口模块的功率，提升输出端口模块的输出功率，满足大功率数码设备的充电需求。

Description

多输入单输出聚能充电线材及多输入单输出控制方法
技术领域
本发明属于快充线材领域，更具体的涉及一种多输入单输出聚能充电线材及多输入单输出控制方法。
背景技术
随着智能手机的兴起及功能的增加，以智能手机和笔记本为代表的数码设备已成为日常生活中高频率使用的必需品。其中，连接充电器和数码设备的线材更是高频使用的必需品。
目前，较为常见的线材是单输入多输出型线材。其主要满足的场景是一个输入满足多个输出协议，实现多种产品的充电需求。
因为疫情的影响，在家移动办公也成为主流办公模式，目前笔记本办公也是高频需求。
以目前市面上的常规的C口线材为例，输出以18W、30W、45W、65W为主，在很多的时候因为功率过小，无法满足较大功率的产品，如笔记本的用电需求。而笔记本原装的充电器因为体积一般较大，对于移动办公有着诸多限制。再加上目前的线材只有一对一输出或者一对多输出，无法将多个输入功率聚集，形成大功率的输出。
总之，现有的充电线材不具备多个输入功率汇聚的功能，无法满足大功率数码设备的充电需求。
发明内容
为了解决现有技术中充电线材无法汇聚多个输入功率，不能满足大功率数码设备充电需求的问题，本发明提供一种多输入单输出聚能充电线材及多输入单输出控制方法，能够将多个输入端口的功率进行汇聚形成大功率输出，以满足大功率产品的充电需求。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种多输入单输出聚能充电线材，其特征在于，包括：
2个以上输入端口模块，所述输入端口模块的输入端各自连接对应的充电装置，用于根据所述充电装置的充电协议确定输入电压集合；
输出端口模块，所述输出端口模块的输出端连接待充电装置，用于根据待充电装置的充电协议确定输出电压集合，并选择所述输入电压集合与所述输出电压集合中共有的最大共有电压值作为每个所述输入端口模块的输出电压，以在所述输出端口模块的输出端形成所述输入端口模块的功率叠加；
线材本体，设置在所述输入端口模块与所述输出端口模块之间，用于将所述输入端口模块的输出端并连后与所述输出端口模块的输入端连接。
所述输入端口模块，包括：
输入连接端子，用于连接充电装置；
输入协议芯片，与所述输入连接端子连接，用于读取所述充电装置的充电协议。
上述的一种多输入单输出聚能充电线材，还包括：开关电路，设置在所述输入连接端子与所述输入协议芯片之间和/或设置在所述输出连接端子与所述输出协议芯片之间，用于对未连接所述充电装置的输入连接端子进行关断或对未连接所述待充电装置的输出连接端子进行关断。
所述开关电路包括：
三极管，所述三极管的基极与所述输入协议芯片的I/O口连接，作为所述三极管的关断控制端；
场效应管，所述场效应管的栅极与所述三极管的集电极连接，作为关断所述场效应管的控制端；所述场效应管的源极连接所述输入连接端子的电源端或者所述输出端子的电源端，用于在所述三极管关断的情况下，关断所述场效应管连接的输入连接端子或者所述场效应管连接的输出连接端子。
所述输出端口模块，包括：
输出连接端子，用于连接所述待充电装置；
输出协议芯片，与所述输出连接端子连接，用于读取所述待充电装置的充电协议。
上述的一种多输入单输出聚能充电线材，还包括：
电源模块，与所述输入端口模块和所述输出端口模块连接，用于对所述输入端口模块和所述输出端口模块进行供电。
一种多输入单输出控制方法，其特征在于，包括：
将2个以上输入端口模块分别连接对应的充电装置；
每个所述输入端口模块根据各自连接的所述充电装置的充电协议分别生成对应的输入电压集合；
将1个输出端口模块连接待充电装置；
所述输出端口模块根据待充电装置的充电协议生成一个输出电压集合；
所述输出端口模块选取所述输入电压集合、所述输出电压集合中都存在的最大共有电压值，诱骗每个所述输入端口模块均输出所述最大共有电压值，在所述输出端口模块的输出端形成功率叠加。
根据所述输入端口模块中电源端口的电平，确定所述输入端口模块是否与对应的所述充电装置连接；
对未连接所述充电装置的所述输入端口模块进行关断；
对连接有所述充电装置的所述输入端口模块，将每个所述输入端口模块根据各自连接的所述充电装置的充电协议分别生成对应的关断后输入电压集合；
将所述关断后输入电压集合与所述输出电压集合进行比较，取所述关断后输入电压集合与所述输出电压集合中共同的最大电压值，作为每个所述输入端口模块的输出电压；
若，所述关断后输入电压集合与所述输出电压集合中不存在相同的最大电压值，则：
所述输入端口模块选取所述关断后输入电压集合中最高的电压值作为所述输入端口模块的输出电压。
在“所述输出端口模块选取所述输入电压集合、所述输出电压集合中都存在的最大共有电压值，诱骗每个所述输入端口模块均输出所述最大共有电压值”中，
若，所述输入电压集合与所述输出电压集合中不存在所述最大共有电压值：
则，所述输入端口模块选取所述输入电压集合中最高的电压值作为输出电压，对所述输出端口模块进行功率输出。
“所述输出端口模块根据待充电装置的充电协议生成一个输出电压集合”，包括：
根据所述输出端口模块中电源端口的电平，判断所述输出端口模块是否与所述待充电装置连接；
若，所述输出端口模块未连接所述待充电装置，则对所述输出端口模块进行关断。
有益效果：本发明能够聚集多个输入端口模块的功率，提升输出端口模块的输出功率，满足大功率数码设备的充电需求。
附图说明
图1为本发明所述控制方法的流程图。
图2为本发明所述控制方法的流程图。
图3为本发明的结构框图。
图4为本发明的实施例的结构框图。
图5为本发明实施例的结构示意图。
图6为本发明中实施例中的一个输入端子的电路图。
图7为图4中输入端子对应的协议芯片的电路图。
图8为图4中输入端子的开关电路。
图9为本发明中实施例中的另一个输入端子的电路图。
图10为图7中输入端子对应的协议芯片的电路图。
图11为图7中输入端子的开关电路。
图12为本发明实施中的输出端子的电路图。
图13为图10中输入端子对应的协议芯片的电路图。
图14为图10中输入端子的开关电路。
图15为电源模块的电路图。
其中，需要明确的是：图5中：A为线材本体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种多输入单输出聚能充电线材，包括2个以上用于连接充电装置的输入端口模块、用于连接待充电装置的输出端口模块以及线材本体；其中，上述的输入端口模块的输出端并联后通过线材本体与输出端口模块的输入端连接；输出端口模块根据充电协议确定待充电装置的输出电压集合，并选择输入电压集合与输出电压集合中共有的最大电压作为输入端口模块的输出电压，以在输出端口模块的输出端形成2个以上输入端口模块的功率叠加，完成对大功率数码设备的充电。
输出端口模块获得输入电压集合与输出电压集合中共有的最大电压的过程是：
首先，每个输入端口模块连接充电装置后形成输入电压集合；输出端口模块连接待充电装置后形成输出电压集合；然后，输出端口模块选择与输出电压集合中相同的且数值最高的电压值Umax；最后，输出端口模块与输入端口模块进行通信，使所有输入端口模块通过自身的协议诱骗均输出电压值Umax。
所有输入端口模块与输出端口模块均由用于连接充电装置或待充电装置的连接端子、用于读取充电装置或待充电装置协议的协议芯片连接构成；其中，协议芯片之间均通过I2C总线连接；协议芯片与连接端子之间通过协议识别脚位进行连接。
具体的，输入端口模块，包括：用于连接充电装置的输入连接端子和与输入连接端子连接的输入协议芯片，输入协议芯片用于读取充电装置的充电协议。
具体的，输出端口模块，包括：用于连接待充电装置的输出连接端子；与输出连接端子连接的输出协议芯片，输出协议芯片用于读取待充电装置的充电协议。
为了保证安全，一种多输入单输出聚能充电线材，还包括：设置在输出连接端子与输出协议芯片之间或输入连接端子与输入协议芯片之间的开关电路，用于对未连接待充电装置的输出连接端子或未连接充电装置的输入连接端子进行关断。
一种多输入单输出控制方法，包括：将2个以上输入端口模块并联后对1个输出端口模块进行功率输出；所述输入端口模块根据充电协议分别生成对应的输入电压集合；所述输出端口模块根据充电协议生成一个输出电压集合；所述输出端口模块选取输入电压集合、输出电压集合中都存在的最大共有电压值Umax，以使连接有充电装置的输入端口模块均输出电压值Umax；从而在所述输出端口模块形成功率叠加，完成对待充电装置的充电。
具体包括以下步骤：
S1.检测输入端口模块是否接入充电装置，对未接入充电装置的输入端口模块进行关断；同时，检测输出端口模块是否接入待充电装置，如果未接入待充电装置，则关断输出端口模块；在输出端口模块接入待充电装置的情况下，进行S2步骤；
S2.将接入充电装置的输入端口模块根据各自的协议构建对应的输入电压集合；
S3.将输出端口模块连接待充电装置后，根据协议生成一个输出电压集合；
S4.将S2步骤获得的输入电压集合与S3步骤获得的输出电压集合进行比较，找到两电压集合中的最大共有电压值Umax；
S5.将输入端口模块的输出端并联后与输出端口模块的输入端连接，并以最大共有电压值Umax作为输入端子模块的输出电压，以完成针对输出端口模块的功率叠加输出；
S4步骤中，输出端口模块通过协议通知S2步骤中的输入端口模块各自通过自身的协议诱骗得到输入电压集合；并获取输出电压集合和最大共有电压值Umax。
在实际工作中，可以通过检测输入端口模块与充电装置连接的电源端口的电平判断输入端口模块是否与充电装置连接；同样的，可以通过检测输出端口模块与待充电装置连接的电源端口的电平判断输出端口模块是否与待充电装置连接。
在输出端口模块接入待充电装置，部分输入端口模块接入充电装置的情况下：
对未连接充电装置的输入端口模块进行关断；其他连接有充电装置的输入端口模块，根据协议构成关断后输入电压集合；将关断后输入电压集合与输出电压集合进行比较，找到两电压集合中共同的最大电压值。
同样使连接有充电装置的输入端口模块均输出最大电压值，完成对输出端口模块的输出功率叠加。
在实际工作中，由于充电装置的多样性，2个以上输入端口模块中的充电协议均不相同，则输入电压集合或关断后输入电压集合与输出电压集合中均不存在相同的电压值，则：输入端口模块选取输入电压集合{Un}或关断后输入电压集合中最高的电压值作为输出电压，对输出端口模块进行功率输出。
具体实施例I：如图1～5，在实际工作中，如使用笔记本，本发明具有三个type-C口，其中输入口有两个，输出口有一个。
针对本实施例的控制方法，具体包括以下步骤：
S1.检测两个输入端口模块是否接入充电装置，对未接入充电装置的输入端口模块进行关断；
S2.将接入充电装置的输入端口模块根据各自的协议构建对应的输入电压集合{U1，U2}；
S3.将输出端口模块连接待充电装置后，根据协议生成一个输出电压集合{Um}；
S4.将S2步骤获得的输入电压集合{U1，U2}与S3步骤获得的输出电压集合{Um}进行比较，找到两电压集合中共同的最大共有电压值Umax；
S5.输入端口模块的输出端并联后与输出端口模块的输入端连接，以完成针对输出端口模块的功率叠加输出；
S4步骤中，输出端口模块通过协议通知S2步骤中的输入端口模块各自通过自身的协议诱骗得到输入电压集合{U1，U2}；并获取输出电压集合{Um}、输入电压集合{U1，U2}中共同的最大共有电压值Umax。
如果，输入电压集合{U1，U2}与输出电压集合{Um}中不存在相同的电压值，则输入端口模块选取输入电压集合{U1，U2}中最高的电压值作为输出电压，对输出端口模块进行功率输出。
如果，2个输入端子模块中有一个未连接充电装置，则关断未连接充电装置的输入端子模块，以另一个输入端口模块对应的输入电压集合{Us}中最高的电压值作为输出电压，对输出端口模块进行功率输出。
如果，输出端口模块未连接待充电装置，则关断该输出端口模块。
本实施例在运行时的基本原理是：当输入的两个输入端口模块分别接入两个功率分别为P1、P2的充电装置的时候，此时两个输入的协议IC会先读取两个充电装置的协议，然后拉取同档位的电压最高值；此时输出端口模块与待充电装置对接，读取待充电装置的功率需求P 3。此时两个输入协议会协调输入的功率P1和P 2，使输出端口模块的输出功率最大值为P1+P 2＝Po，尽量使Po大于或者满足P 3的需求。
如图6～15，一种多输入单输出聚能充电线材，包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口；其中，第一输入端口包括第一协议芯片U1、第一端子C1；第一协议芯片U1的第九管脚与第一端子C1的A6、B6管脚连接；第一协议芯片U1的第八管脚与第一端子C1的A7、B7管脚连接；第一协议芯片U1的第七管脚与第一端子C1的A5、B5管脚连接；其中，第二输入端口包括第二协议芯片U2、第二端子C2；第二协议芯片U2的第九管脚与第二端子C2的A6、B6管脚连接；第二协议芯片U2的第八管脚与第二端子C2的A7、B7管脚连接；第二协议芯片U2的第七管脚与第二端子C2的A5、B5管脚连接；其中，输出端口包括第三协议芯片U3、第三端子C3；第三协议芯片U3的第九管脚与第三端子C3的A6、B6管脚连接；第三协议芯片U3的第八管脚与第三端子C3的A7、B7管脚连接；第三协议芯片U3的第七管脚与第三端子C3的A5、B5管脚连接；其中，第一协议芯片U1、第二协议芯片U2、第三协议芯片U3的第四管脚与第五管脚分别连接，进行I2C通信。
针对本实施例，还包括用于对未连接充电装置的第一输入端口、第二输入端口或未连接待充电装置的输出端口进行关断的开关电路；其中，开关电路包括三极管和场效应管；三极管的基极与第一协议芯片U1或第二协议芯片U2或第三协议芯片U3的第二管脚连接；三极管的集电极与场效应管的栅极连接；场效应管的源极连接第一端子C1或第二端子C2或第三端子C3的电源端，使输入的多个端口如果电压档位不匹配或者某个充电器有异常，会自动选择功率大的一个单独输出，关闭异常的的一款充电器保护用电设备。
针对本实施例，还包括用于为第一输入端口、第二输入端口以及输出端口供电的电源模块。电源模块包括电源芯片U4；其中，第一端子C1、第二端子C2、第三端子C3的电源端并联后与电源芯片U4的输入端连接。
具体工作原理：第一协议芯片U1、第二协议芯片U2、第三协议芯片U3之间，可以通过I2C总线进行通讯。当第一端子C1接入充电装置之后，第一协议芯片U1会识别第一端子C1口输入的PD/QC/FCP/AFC等协议，协议识别脚位是D1+，D1-，CC1，然后生成一个第一端子C1的电压集合{U1}，第一协议芯片U1含有的电压可能范围是5V-20V范围内20mV为单位的值；
同理，当第二端子C2接入充电装置之后，第二协议芯片U2会识别第二端子C2输入的PD/QC/FCP/AFC等协议，协议识别脚位是D2+，D2-，CC2，然后生成一个第二端子C2的电压集合{U2}，第二协议芯片U2含有的电压可能范围也是5V-20V范围内20mV为单位的值；
同理，当第三端子接入待充电装置后，第三协议芯片U3会识别第三端子C3待充电装置支持的协议，协议识别脚位是D3+，D3-，CC3，然后生成一个第三端子C3的电压集合{U3}，第三协议芯片U3含有的电压可能范围也是5V-20V范围内20mV为单位的值；然后，第一协议芯片U1与第二协议芯片U2的电压集合会传给第三协议芯片U3，第三协议芯片U3通过三个电压集合，选出来三个均有的最高的电压值Umax，然后第三协议芯片U3通知第一协议芯片U1与第二协议芯片U2各自通过自身的协议诱骗出来Umax值，然后通过第三端子C3输出Umax给到待充电装置，将第一端子C1和第二端子C2的功率聚合后输出到第三端子C3。
需要明确的是：本实施例中存在的第一协议芯片U1、第二协议芯片U2以及第三协议芯片U3之间使用的是I2C总线通讯协议，I2C是Inter-Integrated Circuit的简称，读作：I-squared-C。由飞利浦公司于1980年代提出，为了让主板、嵌入式系统或手机用以连接低速周边外部设备而发展。I2C总线只使用两条双向漏极开路的信号线串行数据线：SDA，及串行时钟线：SCL，并利用电阻上拉。I2C总线仅仅使用SCL、SDA两根信号线，就实现了设备间的数据交互，极大地简化了对硬件资源和PCB板布线空间的占用。
需要明确的是：本文具体实施例I中所述的type-C端口还可以用type-A端口进行全部替换或部分替换，以满足不同数码设备的需求。
需要明确的是：所述充电装置可以是充电器、移动电源等电源设备；所述待充电装置可以是手机、平板电脑或笔记本等数码设备。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易变化或替换，都属于本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种多输入单输出聚能充电线材，其特征在于，包括：
2个以上输入端口模块，所述输入端口模块的输入端各自连接对应的充电装置，用于根据所述充电装置的充电协议确定输入电压集合；
输出端口模块，所述输出端口模块的输出端连接待充电装置，用于根据待充电装置的充电协议确定输出电压集合，并选择所述输入电压集合与所述输出电压集合中的最大共有电压值作为每个所述输入端口模块的输出电压，以在所述输出端口模块的输出端形成所述输入端口模块的功率叠加；
线材本体，设置在所述输入端口模块与所述输出端口模块之间，用于将所述输入端口模块的输出端并连后与所述输出端口模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种多输入单输出聚能充电线材，其特征在于：
所述输入端口模块，包括：
输入连接端子，用于连接充电装置；
输入协议芯片，与所述输入连接端子连接，用于读取所述充电装置的充电协议；
所述输出端口模块，包括：
输出连接端子，用于连接所述待充电装置；
输出协议芯片，与所述输出连接端子连接，用于读取所述待充电装置的充电协议。
3.根据权利要求2所述的一种多输入单输出聚能充电线材，其特征在于，还包括：
开关电路，设置在所述输入连接端子与所述输入协议芯片之间，所述开关电路和/或设置在所述输出连接端子与所述输出协议芯片之间，用于对未连接所述充电装置的输入连接端子进行关断或对未连接所述待充电装置的输出连接端子进行关断。
4.根据权利要求3所述的一种多输入单输出聚能充电线材，其特征在于，所述开关电路包括：
三极管，所述三极管的基极与所述输入协议芯片的I/O口连接，作为所述三极管的关断控制端；
场效应管，所述场效应管的栅极与所述三极管的集电极连接，作为关断所述场效应管的控制端；所述场效应管的源极连接所述输入连接端子的电源端或者所述输出端子的电源端，用于在所述三极管关断的情况下，关断所述场效应管连接的输入连接端子或者所述场效应管连接的输出连接端子。
5.根据权利要求1所述的一种多输入单输出聚能充电线材，其特征在于，还包括：
电源模块，与所述输入端口模块和所述输出端口模块连接，用于对所述输入端口模块和所述输出端口模块进行供电。
6.一种多输入单输出控制方法，其特征在于，包括：
2个以上输入端口模块分别连接对应的充电装置；
每个所述输入端口模块根据各自连接的所述充电装置的充电协议分别生成对应的输入电压集合；
将1个输出端口模块连接待充电装置；
所述输出端口模块根据待充电装置的充电协议生成一个输出电压集合；
所述输出端口模块选取所述输入电压集合与所述输出电压集合中的最大共有电压值，诱骗每个所述输入端口模块均输出所述最大共有电压值，在所述输出端口模块的输出端形成功率叠加。
7.根据权利要求6所述的一种多输入单输出控制方法，其特征在于，
所述“每个所述输入端口模块根据各自连接的所述充电装置的充电协议分别生成各自对应的输入电压集合”，包括：
根据所述输入端口模块中电源端口的电平，确定所述输入端口模块是否与对应的所述充电装置连接；
对未连接所述充电装置的所述输入端口模块进行关断；
对于连接有所述充电装置的所述输入端口模块，将每个所述输入端口模块根据各自连接的所述充电装置的充电协议分别生成对应的关断后输入电压集合；
在“所述输出端口模块选取所述输入电压集合与所述输出电压集合中的最大共有电压值，诱骗每个所述输入端口模块均输出所述最大共有电压值”中，包括：
所述输出端口模块将所述关断后输入电压集合与所述输出电压集合进行比较，取所述关断后输入电压集合与所述输出电压集合中共有的最大电压值，作为每个所述输入端口模块的输出电压；
若，所述关断后输入电压集合与所述输出电压集合中不存在共有的电压值，则：
所述输出端口模块选取所述关断后输入电压集合中最高的电压值作为所述输入端口模块的输出电压。
8.根据权利要求6所述的一种多输入单输出控制方法，其特征在于，
在“所述输出端口模块选取所述输入电压集合与所述输出电压集合中都存在的最大共有电压值，诱骗每个所述输入端口模块均输出所述最大共有电压值”中，
若，所述输入电压集合与所述输出电压集合中不存在共有电压值：
则，所述输出端口模块选取所述输入电压集合中最高的电压值作为输出电压。
9.根据权利要求6所述的一种多输入单输出控制方法，其特征在于，在“所述输出端口模块根据待充电装置的充电协议生成一个输出电压集合”中，包括：
根据所述输出端口模块中电源端口的电平，判断所述输出端口模块是否与所述待充电装置连接；
若，所述输出端口模块未连接所述待充电装置，则对所述输出端口模块进行关断。
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