CN112217262B - 基于单电池的多口快充电路、控制方法、装置及充电设备 - Google Patents

基于单电池的多口快充电路、控制方法、装置及充电设备 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电子电路技术领域，提供了一种基于单电池的多口快充电路、控制方法、装置及充电设备，结构包括：USB接口模块，包括至少两个USB接口，USB接口包括电压输入端；电池管理模块，与单电池连接，包括与电压输入端对应的电压输出端；快充切换模块，设置于电压输入端和电压输出端之间的线路上，快充切换模块的控制输入端与电池管理模块连接，用于在电池管理模块的控制下切换USB接口的充电模式，其中，充电模块包括普通充电模块和快充模式。本申请实施例通过在电池管理模块和USB接口之间设置有快充切换模块，只需一套快充切换模块即可使多个USB接口由普通充电模块切换至快充模式，实现多接口同时快充功能的同时有效降低生产成本。

Description

基于单电池的多口快充电路、控制方法、装置及充电设备
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种基于单电池的多口快充电路、控制方法、装置及充电设备。
背景技术
目前市场上带多个USB输出口的快速充电设备越来越多，一般内部仅采用一个主电源以及一个快充电路以节省成本，在多个设备插入时，可以同时充电，但是这个时候只有5V充电，不能同时进行快充。如图1所示，充电设备包括USBA1接口和USBA2接口， U1为DCDC电路，控制VOUT1和VOUT2输出。当插拔检测到只有一个接口插入负载时，这个接口可以申请快充；当另外一个接口插入负载时，快充口退回普通充电，这样两个接口都处于普通快充状态，充电速度没有最优化。
在一些产品中，为实现多个接口同时进行快充，可以将多个接口独立控制，如图2所示，包括两个电源控制电路，快充跟普通充两个接口独立控制，不会相互影响。但是，两个接口独立控制需要两套独立的电源（转换器）电路，且多个接口时，电源电路需要与接口数量对应设置，提高了生产成本。
发明内容
本发明实施例提供一种基于单电池的多口快充电路，旨在解决多个接口无法快充的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于单电池的多口快充电路，包括：
USB接口模块，包括至少两个USB接口，USB接口包括电压输入端；
电池管理模块，与单电池连接，包括与电压输入端对应的电压输出端；
快充切换模块，设置于电压输入端和电压输出端之间的线路上，快充切换模块的控制输入端与电池管理模块连接，用于在电池管理模块的控制下切换USB接口的充电模式，其中，充电模块包括普通充电模块和快充模式。
更进一步地，快充切换模块包括与USB接口相对应的开关管，开关管的漏极与电压输入端连接，源极与电压输出端连接，栅极所为控制输入端与电池管理模块的控制端连接。
第二方面，本申请还提供一种基于单电池的多口快充控制方法，应用于如上述的基于单电池的多口快充电路中，控制方法包括：
获取USB接口模块中至少两个USB接口的状态变化信息，其中，USB接口插入负载时生成状态变化信息；
控制USB接口模块断开充电状态，并将插入负载的USB接口作为目标接口，控制目标接口进入接受快充申请状态；
当目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制目标接口进入快充状态。
更进一步地，获取USB接口模块中至少两个USB接口的状态变化信息的步骤，包括：
获取USB接口的负载检测电平信号；
当负载检测电平信号发生翻转时，生成表征负载插入USB接口的状态变化信息。
更进一步地，当目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制目标接口进入快充状态的步骤，包括：
当任一目标接口接收到快充请求时，开始计时；
当计时达到预设时间值时，检测全部的目标接口是否接收到快充请求；
若是，则控制全部的目标接口进入快充状态。
第三方面，本申请还提供一种基于单电池的多口快充控制装置，包括：
接口状态获取单元，用于获取USB接口模块中至少两个USB接口的状态变化信息，其中，USB接口插入负载时生成状态变化信息；
快充申请接受单元，用于控制USB接口模块断开充电状态，并将插入负载的USB接口作为目标接口，控制目标接口进入接受快充申请状态；
快充状态控制单元，用于当目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制目标接口进入快充状态。
更进一步地，接口状态获取单元，包括：
电平信号获取模块，用于获取USB接口的负载检测电平信号；
状态信息生成模块，用于当负载检测电平信号发生翻转时，生成表征负载插入USB接口的状态变化信息。
更进一步地，快充状态控制单元，包括：
计时模块，用于当任一目标接口接收到快充请求时，开始计时；
判断模块，用于当计时达到预设时间值时，检测全部的目标接口是否接收到快充请求；
快充控制模块，用于当判断模块判断为是时，控制全部的目标接口进入快充状态。
第四方面，本申请还提供一种充电设备，充电设备包括如上述的基于单电池的多口快充电路。
本申请实施例通过在电池管理模块和USB接口之间设置有快充切换模块，快充切换模块可以在电池管理模块的控制下切换USB接口的充电模式，使得USB接口可以由普通充电模块切换至快充模式，只需一套快充切换模块即可实现单电池的多个接口的快充功能，实现多接口同时快充功能的同时有效降低生产成本。
附图说明
图1是现有技术提供的多个接口的电路结构示意图；
图2是现有技术提供的多个接口独立控制的电路结构示意图；
图3是本申请一个实施例基于单电池的多口快充电路的模块结构示意图；
图4是本申请一个实施例具体电路结构示意图；
图5是本申请一个实施例输出口的状态转换示意图；
图6是本申请一个实施例同时接受快充申请的状态示意图；
图7是本申请一个实施例基于单电池的多口快充控制方法的基本流程示意图；
图8是本申请一个实施例获取状态变化信息的基本流程示意图；
图9是本申请一个实施例控制目标接口进入快充状态的基本流程示意图；
图10是本申请一个实施例基于单电池的多口快充控制装置的模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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，并不用于限定本发明。
在一些可选实施例中，请参照图3，图3是本申请一种基于单电池的多口快充电路一个实施例的模块结构示意图。
如图3所示，本申请一个实施例基于单电池的多口快充电路，包括USB接口模块1、电池管理模块2和快充切换模块3。
USB接口模块1包括至少两个USB接口，USB接口包括电压输入端；电池管理模块2与单电池连接，包括与电压输入端对应的电压输出端；快充切换模块3设置于电压输入端和电压输出端之间的线路上，快充切换模块3的控制输入端与电池管理模块连接，用于在电池管理模块2的控制下切换USB接口的充电模式，其中，充电模块包括普通充电模块和快充模式。
在实施时，电池管理模块2与单电池连接，并将单电池的电压输出至各个USB接口，在USB接口的电压输入端和电池管理模块2的电压输出端之间设置有快充切换模块3，该快充切换模块3可以在电池管理模块2的控制下控制多个USB接口进入快充模式。以USB接口模块包括USB接口1和USB接口2为例，当USB接口1接入负载时，USB接口1接收到负载的快充申请进入快充状态，此时USB接口2接入负载，USB接口2接收到负载的快充申请，电池管理模块2根据该USB接口1和USB接口2接收到的快充申请，控制USB接口1和USB接口2同时进入快充状态，只需一套快充切换模块3即可实现单电池的多个接口的快充功能，实现多接口同时快充功能的同时有效降低生产成本。
在一些可选实施例中，请参阅图4，图4是本申请一个实施例的具体电路结构示意图。
如图4所示，快充切换模块3包括与USB接口相对应的开关管，开关管的漏极与电压输入端连接，源极与电压输出端连接，栅极所为快充切换模块3的控制输入端与电池管理模块2的控制端连接。在实施时，以USB接口模块1包括USBA1和USBA2为例，快充切换模块3包开关管A1_MOS和开关管A2_MOS，开关管A1_MOS的漏极对应A1_D，开关管A1_MOS的源极对应A1_S，开关管A1_MOS的栅极对应A1_G，开关管A2_MOS的漏极对应A2_D，开关管A2_MOS的源极对应A2_S，开关管A2_MOS的栅极对应A2_G，其中电池管理模块2包括控制单元U1，控制单元U1控制VOUT1和VOUT2的输出，其中，VOUT1对应开关管A1_MOS，VOUT2对应开关管A2_MOS，开关管A1_MOS用来开关控制VOUT1，开关管A2_MOS用来控制开关控制VOUT2，USB接口的DP和DM用于接受负载的快充申请，ADC用于检测输出电流，可以用来判断是否处于轻载或者拔出状态。
在一些实施例中，如图5和图6所示，图5是输出口的状态转换示意图，图6是同时接受快充申请的状态示意图。主状态的状态说明如表1所示。
表1主状态机的状态说明
主状态说明
状态状态说明 A1_MOS A2_MOS 充电状态
IDLE 待机关闭关闭
A1_5V VOUT1在普通充电（5V) 开启关闭普通充电
A2_5V VOUT2在普通充电（5V) 关闭开启普通充电
A1_QC VOUT1在快速充电开启关闭快速充电
A2_QC VOUT2在快速充电关闭开启快速充电
A_5V VOUT1，VOUT2都在普通充电（5V) 开启开启普通充电
A_QC VOUT1，VOUT2都在快速充电开启开启快速充电
A_NEG VOUT1，VOUT2同时再跟负载通信开启开启普通充电
子状态的状态说明如表2所示。
表2A_NEG子状态机的状态说明
子状态说明
IDLE 非主状态机的A_NEG
A1_NEG VOUT1接收到了对应负载的快充申请
A2_NEG VOUT2接收到了对应负载的快充申请
QC_OK VOUT1，VOUT2在限定的时间里都接收到了对应负载的申请
AT_OK VOUT1或者VOUT2没在限定的时间里都接收到了对应负载的申请
当系统处于待机（IDLE）时，如果VOUT1口检测到有负载插入，A1_PI为1，进入VOUT1口5V充电（A1_5V），同意VOUT1口接受负载的快充申请，状态转换信号说明如表3所示。
表3状态转换信号说明
信号信号意义备注
A1_PI VOUT1插入指示信号来源于但不限于VOUT1口，DPDM，CC等
A2_PI VOUT2插入指示信号来源于但不限于VOUT2口，DPDM，CC等
A1_PO VOUT1拔出指示信号来源于但不限于VOUT1口，DPDM，CC，ADC等
A2_PO VOUT2拔出指示信号来源于但不限于VOUT2口，DPDM，CC，ADC等
A1_QC_OK VOUT1接受快充申请OK VOUT1口跟对于负载协商
A2_QC_OK VOUT2接受快充申请OK VOUT2口跟对于负载协商
A1_QC_DSB VOUT1退出快充申请 VOUT1口跟对于负载协商
A2_QC_DSB VOUT2退出快充申请 VOUT2口跟对于负载协商
A_QC_OK VOUT1，VOUT2都接收到快充申请OK 来源于快充协议
A_QC_DSB VOUT1，VOUT2有一个退出快充来源于快充协议
CNT_OK 计时超时
A1_CNT_OK VOUT1接收到快充申请后，等待VOUT2的时间超时了
A2_CNT_OK VOUT2接收到快充申请后，等待VOUT1的时间超时了
A_CNT_OK VOUT1,VOUT2进入A_NEG后等待的时间
如果VOUT1接收到快充申请了(A1_QC_OK)，那么VOUT1进入快充状态(A1_QC)；如果VOUT1没有接收到快充申请，就继续在普通充电；同理，如果VOUT2接收到快充申请了(A1_QC_OK)，那么VOUT2进入快充状态(A1_QC)；如果VOUT2没有接收到快充申请，就继续在普通充电。
当VOUT1口处于快充时，如果VOUT2口插入负载，那么这时候，先断开VOUT1口，然后VOUT1口和VOUT2口进入同时接受快充申请（A_NEG）状态，如果VOUT1口先接收到快充请求，设定预设时间内，等VOUT2是否能接收到快充请求；如果在这个预设时间内接收到VOUT2快充请求，那么VOUT1口和VOUT2口同时快充（A_QC）；如果在一定时间内没有收到VOUT2的快充请求，那么VOUT1口和VOUT2口进入普通充电(A_5V)。同理，当VOUT2口处于快充时，如果VOUT1口插入负载，那么这时候，先断开VOUT2口，然后VOUT1口和VOUT2口进入同时接受快充申请（A_NEG）状态，如果VOUT2口先接收到快充请求，设定预设时间内，等VOUT1是否能接收到快充请求；如果在这个预设时间内接收到VOUT1快充请求，那么VOUT1口和VOUT2口同时快充（A_QC）；如果在一定时间内没有收到VOUT1的快充请求，那么VOUT1口和VOUT2口进入普通充电(A_5V)。
在一些可选实施例中，请参阅图7，图7是本申请基于单电池的多口快充控制方法一个实施例的基本流程示意图。
如图7所示，本申请提供的基于单电池的多口快充控制方法应用于如上述的基于单电池的多口快充电路中，控制方法包括：
S1100、获取USB接口模块中至少两个USB接口的状态变化信息，其中，USB接口插入负载时生成状态变化信息；
USB接口模块中包括至少两个USB接口，当任意一个USB接口插入负载时，该USB接口的状态发送变化，生成状态变化信息。系统通过对USB接口进行监听即可获取每个USB接口的状态变化信息。
S1200、控制USB接口模块断开充电状态，并将插入负载的USB接口作为目标接口，控制目标接口进入接受快充申请状态；
当检测到负载插入USB接口时，系统控制USB接口模块中的所有USB接口断开充电状态，并将接有负载的USB接口进入接受快充申请状态。
S1300、当目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制目标接口进入快充状态。
系统判断接有负载的USB接口在预设时间内是否接收到快充申请，只有当全部目标接口均在预设时间段内接收到快充请求时，系统控制全部目标接口进入快充状态。以USB接口模块包括USB接口1和USB接口2为例，如果USB接口1插入负载，进入5V充电，USB接口1为目标接口，并同意USB接口1接受负载的快充申请，如果USB接口1在预设时间内接收到快充申请了，那么USB接口1进入快充状态；如果USB接口1没有在预设时间内接收到快充申请，就继续在普通充电。
当USB接口1口处于快充时，如果USB接口2插入负载，那么这时候，先断开USB接口1，然后USB接口1和USB接口2进入同时接受快充申请状态，USB接口1和USB接口1为目标接口，如果在预设时间内，USB接口1和USB接口2接收到快充请求，USB接口1和USB接口2同时快充；如果在预设时间内USB接口1和USB接口2中至少一个没有收到快充请求，那么USB接口1和USB接口2进入普通充电(A_5V)模式。
在一些可选实施例中，请参阅图8，图8是本申请基于单电池的多口快充控制方法一个实施例获取状态变化信息的基本流程示意图。
如图8所示，获取USB接口模块中至少两个USB接口的状态变化信息的步骤，包括：
S1110、获取USB接口的负载检测电平信号；
S1120、当负载检测电平信号发生翻转时，生成表征负载插入USB接口的状态变化信息。
USB接口的负载插入检测可以通过负载检测电平信号来实现，例如在USB接口的D+和D-上接一个下拉电阻，当USB接口的端口悬空时，被下拉电阻拉到了低电平，当接入负载时，负载与USB接口的端子连接发生翻转变成了高电平，此时USB接口生成状态变化信息，该状态变化信息用于标准负载插入USB接口。
在一些可选实施例中，请参阅图9，图9是本申请基于单电池的多口快充控制方法一个实施例控制目标接口进入快充状态的基本流程示意图。
如图9所示，当目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制目标接口进入快充状态的步骤，包括：
S1310、当任一目标接口接收到快充请求时，开始计时；
S1320、当计时达到预设时间值时，检测全部的目标接口是否接收到快充请求；
S1330、若是，则控制全部的目标接口进入快充状态。
在实施时，当多个USB接口插入负载时，这些插入负载的USB接口均为目标接口，每个目标接口接收到快充请求的先后不同，当目标接口中有任意一个目标接口接收到快充请求时，系统开始计时，并在计时达到预设时间值时，系统检测这些目标接口是否全部都接收到快充请求，只有当全部目标接口都接收到快充请求时，系统才会控制全部目标接口进入快充状态。
在一些可选实施例中，请参阅图10，图10是本申请基于单电池的多口快充控制装置一个实施例的模块结构示意图。
如图10所示，本申请还提供一种基于单电池的多口快充控制装置，包括：
接口状态获取单元2100，用于获取USB接口模块中至少两个USB接口的状态变化信息，其中，USB接口插入负载时生成状态变化信息；
快充申请接受单元2200，用于控制USB接口模块断开充电状态，并将插入负载的USB接口作为目标接口，控制目标接口进入接受快充申请状态；
快充状态控制单元2300，用于当目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制目标接口进入快充状态。
本申请通过检测USB接口的状态变化信息，并在USB接口插入负载时，控制全部USB接口断开充电状态，然后控制插入负载的USB接口进入接受快充申请状态，当全部目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制目标接口进入快充状态，从而实现单电池的多个接口的快充功能。
在一些可选实施例中，本申请提供的基于单电池的多口快充控制装置的接口状态获取单元，包括：
电平信号获取模块，用于获取USB接口的负载检测电平信号；
状态信息生成模块，用于当负载检测电平信号发生翻转时，生成表征负载插入USB接口的状态变化信息。
在一些可选实施例中，本申请提供的基于单电池的多口快充控制装置的快充状态控制单元，包括：
计时模块，用于当任一目标接口接收到快充请求时，开始计时；
判断模块，用于当计时达到预设时间值时，检测全部的目标接口是否接收到快充请求；
快充控制模块，用于当判断模块判断为是时，控制全部的目标接口进入快充状态。
在一些可选实施例中，本申请还提供一种充电设备，充电设备包括如上述的基于单电池的多口快充电路。
本申请通过检测USB接口的状态变化信息，并在USB接口插入负载时，控制全部USB接口断开充电状态，然后控制插入负载的USB接口进入接受快充申请状态，当全部目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制目标接口进入快充状态，从而实现单电池的多个接口的快充功能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于单电池的多口快充电路，其特征在于，包括：
USB接口模块，包括至少两个USB接口，所述USB接口包括电压输入端；
电池管理模块，与所述单电池连接，包括与所述电压输入端对应的电压输出端；
快充切换模块，设置于所述电压输入端和所述电压输出端之间的线路上，所述快充切换模块的控制输入端与所述电池管理模块连接，用于在所述电池管理模块的控制下切换所述USB接口的充电模式，其中，所述充电模式包括普通充电模式和快充模式；
所述USB接口模块包括USBA1和USBA2，当USBA1接入负载时，USBA1接收到负载的快充申请进入快充状态，此时USBA2接入负载，USBA2接收到负载的快充申请，电池管理模块根据该USBA1和USBA2接收到的快充申请，控制USBA1和USBA2同时进入快充状态；
所述快充切换模块包括与所述USB接口相对应的开关管，所述开关管的漏极与所述电压输入端连接，源极与所述电压输出端连接，栅极为所述控制输入端与电池管理模块的控制端连接；
所述快充切换模块包括开关管A1_MOS和开关管A2_MOS，开关管A1_MOS的漏极对应A1_D，开关管A1_MOS的源极对应A1_S，开关管A1_MOS的栅极对应A1_G，开关管A2_MOS的漏极对应A2_D，开关管A2_MOS的源极对应A2_S，开关管A2_MOS的栅极对应A2_G，其中，电池管理模块包括控制单元，控制单元控制VOUT1和VOUT2的输出，其中，VOUT1对应开关管A1_MOS，VOUT2对应开关管A2_MOS，开关管A1_MOS用来开关控制VOUT1，开关管A2_MOS用来控制开关控制VOUT2，USB接口的DP和DM用于接受负载的快充申请，控制单元的ADC用于检测输出电流，用来判断是否处于轻载或者拔出状态；
该基于单电池的多口快充电路的控制方法包括：
获取USB接口模块中至少两个USB接口的状态变化信息，其中，所述USB接口插入负载时生成所述状态变化信息；
控制所述USB接口模块断开充电状态，并将插入负载的所述USB接口作为目标接口，控制所述目标接口进入接受快充申请状态，其中，当检测到负载插入USB接口时，系统控制USB接口模块中的所有USB接口断开充电状态，并将接有负载的USB接口进入接受快充申请状态；
当所述目标接口在预设时间内接收到快充请求时，控制所述目标接口进入快充状态，其中，当任一所述目标接口接收到快充请求时，开始计时；当计时达到预设时间值时，检测全部的所述目标接口是否接收到快充请求；若是，则控制全部的所述目标接口进入快充状态。
2.如权利要求1所述的基于单电池的多口快充电路，其特征在于，所述获取USB接口模块中至少两个USB接口的状态变化信息的步骤，包括：
获取所述USB接口的负载检测电平信号；
当所述负载检测电平信号发生翻转时，生成表征负载插入所述USB接口的状态变化信息。
3.一种充电设备，其特征在于，所述充电设备包括如权利要求1所述的基于单电池的多口快充电路。
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