CN112199313A - 一种usb快充切换装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种USB快充切换装置及方法，装置包括：通用串行总线接口、充电模块、切换模块和控制模块，所述通用串行总线接口通过切换开关分别与控制模块和充电模块连接；控制模块用于采集通用串行总线接口的电压信号以及控制所述切换开关的工作状态；工作状态包括普通状态和快速充电状态，控制模块通过控制切换开关实现充电和通信；本发明可以使设备在快速充电时，符合快充握手协议；在设备通信时，符合USB通信协议，两种协议之间互相不冲突，可以使手机和PC等通用设备在使用成熟的快充技术方案的切换机制上实现了突破，为传统的便携式设备在使用快充技术提供了应用的基础，本发明具有电路结构简单，成本较低的优点。

Description

一种USB快充切换装置及方法
技术领域
本发明涉及计算机领域及通信领域，尤其涉及一种USB快充切换装置及方法。
背景技术
现阶段手机和PC等通用设备都拥有成熟的快充技术方案，拥有厂商SOC级的技术支持。但快充技术都是绑定SOC进行打包销售的，未获得技术授权的厂家均无权使用该技术，最终形成了技术壁垒。传统的便携式设备如果想使用快充技术，要么使用厂家的SOC方案，要么另辟蹊径。但高昂的授权费成了该技术广泛应用的绊脚石，怎么突破这一瓶颈成为了一个迫在眉睫的问题。
目前，通过对快充技术方案地综合分析，快充技术难点在于：协议体及切换机制。协议体，是一种握手协议，用于协商充电器和设备之间的电气参数(主要是电压参数)，握手协议已经是一个成熟而通用的协议，这里就不再赘述。但是目前，还没有针对切换机制的研究，一方面使得在设备充电时，满足符合快充握手协议，另一方面，在设备通信时，符合USB通信协议，两种协议之间如何实现互不冲突，成为了一个重要的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种USB快充切换装置及方法，以解决上述技术问题。
本发明提供的USB快充切换装置，包括：通用串行总线接口、充电模块、切换模块和控制模块，所述USB接口通过切换开关分别与控制模块和充电模块连接；
所述控制模块用于采集通用串行总线接口的电压信号以及控制所述切换开关的工作状态；
所述工作状态包括：
普通状态，所述控制模块控制通用串行总线接口的数据线由初始时接入充电模块切换至控制模块的数据线接口，进行充电或进行通信；
快速充电状态，所述控制模块控制通用串行总线接口的数据线持续接入至充电模块进行充电。
可选的，所述控制模块包括控制器和用于采集通用串行总线接口的电压信号的检测单元，当检测单元在一定的时间内检测到通用串行总线接口的电压大于普通充电电压时，所述控制器将通用串行总线接口的数据线接入充电模块进行快充充电。
可选的，当检测单元检测到通用串行总线接口接入设备时，所述充电模块发起快速充电协议请求，当建立快速充电协议后，所述充电模块通过提高充电功率进行快速充电。
可选的，所述控制模块预先设置有检测电压和时间阈值，当检测单元检测到通用串行总线接口接入设备后，当检测单元在时间阀值内检测到通用串行总线接口的供电电压大于基准电压时，判定所述接入设备为快充充电器，控制模块持续将通用串行总线接口的数据线接入充电模块，进行快速充电。
可选的，在经过时间阈值后，检测单元检测的通用串行总线的电压若依然为基准电压，则判定接入设备为通信接口或接入设备不支持快速充电协议。
可选的，当判定接入设备支持快速充电协议时，控制器控制所述切换开关工作在快速充电状态；当判定接入设备为通信接口或设备不支持快速充电协议时，控制器控制所述切换开关工作在普通状态。
本发明还提供一种USB快充切换方法，包括：
采集通用串行总线接口的电压信号；
如果接入设备支持快速充电协议，控制通用串行总线接口的数据线持续接入至充电模块进行充电；
如果接入设备不支持快速充电协议，控制通用串行总线接口的数据线由初始时接入充电模块切换至控制模块的数据线接口，进行普通充电和通信。
可选的，当检测到通用串行总线接口接入设备时，发起快速充电协议请求，
当建立快速充电协议后，通过提高充电功率进行快速充电。
可选的，预先设置检测电压和时间阈值，当检测到通用串行总线接口接入设备后，当在时间阀值内检测到通用串行总线接口的供电电压大于基准电压时，判定所述接入设备为快充充电器，持续将通用串行总线接口的数据线接入充电模块，进行快速充电。
可选的，当设备接入后，若检测通用串行总线的电压高于基准电压，则判定接入设备支持快速充电协议；在经过时间阈值后，若检测通用串行总线的电压依然为基准电压，则判定接入设备为通信接口或接入设备不支持快速充电
本发明的有益效果：本发明中的USB快充切换装置及方法，可以使设备充电时，符合快充握手协议，在设备通信时，符合USB通信协议，两种协议之间互相不冲突，可以使手机和PC等通用设备在使用成熟的快充技术方案的切换机制上实现了突破，为传统的便携式设备在使用快充技术提供了应用的基础，本发明具有电路结构简单，成本较低的优点。
附图说明
图1是本发明实施例中USB快充切换装置的原理示意图。
图2是本发明实施例中USB快充切换方法的控制流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。
本实施例中的USB快充切换装置，主要包括：通用串行总线(Universal SerialBus，简称USB)接口、充电模块、切换模块和控制模块，USB接口通过切换开关分别与控制模块和充电模块相连。
控制模块用于采集USB接口的电压信号以及控制所述切换开关的工作状态；
工作状态包括：
普通状态，控制模块控制通用串行总线接口的数据线由初始时接入充电模块切换至控制模块的数据线接口，进行普通充电和进行通信；
快速充电状态，控制模块控制通用串行总线接口的数据线持续接入至充电模块进行充电。
在本实施例中，控制模块包括控制器和用于采集通用串行总线接口的电压信号的检测单元，通过检测单元检测USB接口的VBUS电压信号，通过控制器控制切换开关的控制方向，充电模块为充电IC(integrated circuit)，切换模块主要包括一个原理上类似单刀双掷开关的切换开关，在本实施例中对于切换开关来说，在没有控制器控制的情况下，切换开关会把USB的DP和DN连接到充电IC，在本实施例中，通过充电IC进行协议发起建立并给设备进行充电，如图1所示。
在本实施例中，当检测单元检测到通用串行总线接口接入设备时，充电模块发起快速充电协议请求，当建立快速充电协议后，充电模块通过提高充电功率进行快速充电，具体的，当USB接口插入设备时，通过控制器将USB的DP和DN切换到充电IC，此时充电IC会发起快充握手协议，与充电器进行通信。当协议建立之后，充电模块会逐步升压，增加充电功率，以进行快速充电。
在本实施例中，控制模块预先设置有检测电压和时间阈值，当通用串行总线接口接入设备后，充电模块在通用串行总线的DP端施加一个0.6V的电压，然后在DN上检测是否为0.6V。经过1.25s之后，如果接入的设备是快充充电器，充电器内部会断开DP和DN，此时DN为0V，证明接入的设备支持快充协议。在然后DP/DN上施加不同的电压就可获得不同的VBUS电压，电压档位如表1所示。快充协议的建立时间大于1.25s，经验值取2s。
档位 5V 9V 12V 20V
DN 0.6V 3.3V 0.6V 3.3V
DP 0V 0.6V 0.6V 3.3V
表1
在本实施例中，当设备接入后，检测单元检测的通用串行总线的电压若高于基准电压，则判定接入设备支持快速充电协议；在经过时间阈值后，检测单元检测的通用串行总线的电压若依然为基准电压，则判定接入设备为通信接口或接入设备不支持快速充电协议。本实施例中的基准电压为5.0V，当控制器检测到VBUS高于5.0V的电压等级，确定USB接口上插入了一个快充充电器。控制器会保持切换开关的使能端，保证USB接口的DP和DN一直连接到充电IC。当控制器等待2s(快充协议的建立时间)之后，检测到VBUS依然是5V电压，即可确定插入USB接口的设备是一个普通充电器或者插入了USB通信接口。此时，通过控制器将USB的DP和DN切换到控制器的DP和DN上，保证普通充电和正常的通信。
相应的，本实施例还提供一种USB快充切换方法，包括：
采集通用串行总线接口的电压信号；
如果接入设备支持快速充电协议，控制通用串行总线接口的数据线持续接入至充电模块进行充电；
如果接入设备不支持快速充电协议，控制通用串行总线接口的数据线由初始时接入充电模块切换至控制模块的数据线接口，进行普通充电和进行通信。
在本实施例中，当检测到通用串行总线接口接入设备时，发起快速充电协议请求，当建立快速充电协议后，通过提高充电功率进行快速充电，具体的，当USB接口插入设备时，通过控制器将USB的DP和DN切换到充电IC，此时充电IC会发起快充握手协议，与充电器进行通信。当协议建立之后，充电模块会逐步升压，增加充电功率，以进行快速充电。
在本实施例中，当设备接入后，若检测通用串行总线的电压高于基准电压，则判定接入设备支持快速充电协议；在经过时间阈值后，若检测通用串行总线的电压依然为基准电压，则判定接入设备为通信接口或接入设备不支持快速充电；
在经过时间阈值后断开DP端和DN端后，若DN端的电压为0V，则判定充电模块支持快速充电协议，所述充电模块通过在DP端和DN端施加不同电压获取不同的满足快速充电协议的供电。
在本实施例中，预先设置有检测电压和时间阈值，当检测到通用串行总线接口接入设备后，在通用串行总线的DP端施加检测电压，在经过时间阈值后断开DP端和DN端，根据DN端的电压变化判断充电模块是否支持快速充电协议。本实施例中的检测电压采用0.6V，时间阈值采用1.25s。在充电IC在DP上施加一个0.6V的电压，然后检测D-上是否为0.6V。1.25s之后，充电器内部会断开DP和DN，此时DN电压会变成0V。如充电IC检测到0V，则证明充电器支持快充协议；此时，充电IC在DP/DN上施加不同的电压就可获得不同的VBUS电压，DP和DN端的操作由充电IC自主进行，如图2所示。
在上述实施例中，说明书对“本实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“本实施例”的多次出现不一定全部都指代相同的实施例。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种USB快充切换装置，其特征在于，包括：通用串行总线接口、充电模块、切换模块和控制模块，所述通用串行总线接口通过切换开关分别与控制模块和充电模块连接；
所述控制模块用于采集通用串行总线接口的电压信号以及控制所述切换开关的工作状态；
所述工作状态包括：
普通状态，所述控制模块控制通用串行总线接口的数据线由初始时接入充电模块切换至控制模块的数据线接口，进行充电或进行通信；
快速充电状态，所述控制模块控制通用串行总线接口的数据线持续接入至充电模块进行充电。
2.根据权利要求1所述的USB快充切换装置，其特征在于，所述控制模块包括控制器和用于采集通用串行总线接口的电压信号的检测单元，当检测单元在一定的时间内检测到通用串行总线接口的电压大于普通充电电压时，所述控制器将通用串行总线接口的数据线接入充电模块进行快充充电。
3.根据权利要求2所述的USB快充切换装置，其特征在于，当检测单元检测到通用串行总线接口接入设备时，所述充电模块发起快速充电协议请求，当建立快速充电协议后，所述充电模块通过提高充电功率进行快速充电。
4.根据权利要求3所述的USB快充切换装置，其特征在于，所述控制模块预先设置有检测电压和时间阈值，当检测单元检测到通用串行总线接口接入设备后，当检测单元在时间阀值内检测到通用串行总线接口的供电电压大于基准电压时，判定所述接入设备为快充充电器，控制模块持续将通用串行总线接口的数据线接入充电模块，进行快速充电。
5.根据权利要求4所述的USB快充切换装置，其特征在于，在经过时间阈值后，检测单元检测的通用串行总线的电压若依然为基准电压，则判定接入设备为通信接口或接入设备不支持快速充电协议。
6.根据权利要求4所述的USB快充切换装置，其特征在于，当判定接入设备支持快速充电协议时，控制器控制所述切换开关工作在快速充电状态；当判定接入设备为通信接口或设备不支持快速充电协议时，控制器控制所述切换开关工作在普通状态。
7.一种USB快充切换方法，其特征在于，包括：
采集通用串行总线接口的电压信号；
如果接入设备支持快速充电协议，控制通用串行总线接口的数据线持续接入至充电模块进行充电；
如果接入设备不支持快速充电协议，控制通用串行总线接口的数据线由初始时接入充电模块切换至控制模块的数据线接口，进行普通充电和通信。
8.根据权利要求7所述的USB快充切换方法，其特征在于，
当检测到通用串行总线接口接入设备时，发起快速充电协议请求，
当建立快速充电协议后，通过提高充电功率进行快速充电。
9.根据权利要求8所述的USB快充切换方法，其特征在于，
预先设置检测电压和时间阈值，当检测到通用串行总线接口接入设备后，当在时间阀值内检测到通用串行总线接口的供电电压大于基准电压时，判定所述接入设备为快充充电器，持续将通用串行总线接口的数据线接入充电模块，进行快速充电。
10.根据权利要求9所述的USB快充切换方法，其特征在于，
当设备接入后，若检测通用串行总线的电压高于基准电压，则判定接入设备支持快速充电协议；在经过时间阈值后，若检测通用串行总线的电压依然为基准电压，则判定接入设备为通信接口或接入设备不支持快速充电。
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