CN115395606A - 用于usb快充的电路 - Google Patents

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CN115395606A CN202211030611.1A CN202211030611A CN115395606A CN 115395606 A CN115395606 A CN 115395606A CN 202211030611 A CN202211030611 A CN 202211030611A CN 115395606 A CN115395606 A CN 115395606A
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郑光文
赵志琴
罗强
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Abstract

本发明提供了一种用于USB快充的电路，包括：快充控制电路和连接到所述快充控制电路的多个快充协议电路，其中，所述多个快充协议电路中的各个所述快充协议电路被配置为连接到各自的负载，并根据USB协议检测各自的负载所需的负载电压；所述快充控制电路被配置为根据所述多个快充协议电路检测的各个负载电压生成输入电压，其中，各个所述快充协议电路使用所述输入电压来对各自的负载充电。

Description

用于USB快充的电路
技术领域
本发明涉及电路领域，特别是，涉及一种用于USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)快充的电路。
背景技术
随着电子设备电池容量的不断增大以及USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)快充协议的不断发展，用于USB快充的电路也在不断发展。
尤其是，为了提高充电效率已经发展出通过多个快充协议电路同时为多个负载充电的快充电路。然而，为了满足所有快充协议电路的充电需求，通常需要为快充协议电路所连接的快充控制电路设置非常大的电压和/或功率冗余，这导致需要较大的变压器以及高规格的功率器件，使得电路占用面积较大，成本较高。此外，这种快充电路无法适应各个快充协议电路所连接的负载的充电需求(例如，电压和/或功率需求)。
因此，需要能够适应各个负载的充电需求的用于USB快充的电路。
发明内容
根据本发明的示例性实施例提供了一种用于USB快充的电路，包括：快充控制电路和连接到所述快充控制电路的多个快充协议电路，其中，所述多个快充协议电路中的各个所述快充协议电路被配置为连接到各自的负载，并根据USB协议检测各自的负载所需的负载电压；所述快充控制电路被配置为根据所述多个快充协议电路检测的各个负载电压生成输入电压，其中，各个所述快充协议电路使用所述输入电压来对各自的负载充电。
根据本发明的示例性实施例的用于USB快充的电路，能够根据多个快充协议电路各自连接的负载所需的负载电压，来生成用于对各个负载充电的充电电压，从而能够灵活、准确地适应负载的充电需求，并且不会显著提高电路的占用面积和成本。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了根据一个示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图2示出了根据另一示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图3示出了根据又一示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的快充控制电路的示意性电路图。
图6示出了根据本发明的一个示例性实施例的快充协议电路的示意性电路图。
图7示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路在上电检测阶段各信号的时序图。
图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路在功率调节阶段各信号的时序图。
图10示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路在发生功率保护时各信号的时序图。
图11示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路在解除功率保护时各信号的时序图。
图12示出了根据本发明的又一示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
图1示出了根据一个示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图1示出了一种用于USB快充的电路，该电路包括快充控制电路110和多个(图1中示出N个，N可以是任意整数)连接到快充控制电路110的快充协议电路120-1至120-N。快充协议电路120-1至120-N中的每个的电压输入引脚VIN连接到快充控制电路110的电压输出引脚VOUT，以使得每个快充协议电路能够使用快充控制电路110的电压输出引脚VOUT输出的电压为所连接(例如，通过图1所示的USB Type C 1-N连接)的负载充电。例如，可通过快充协议电路120-1至120-N各自的开关稳压器根据输入到电压输入引脚VIN的电压，来生成快充协议电路的用于对相应负载充电的输出电压VOUT。
然而，这种用于USB快充的电路的各个快充协议电路除通过电压输入引脚VIN共同连接到快充控制电路110的电压输出引脚VOUT之外，彼此之间相互独立。因此，为使快充控制电路110满足所有快充协议电路的充电需求，快充控制电路110需要具有较大的电压和/或功率冗余，而这会导致该用于USB快充的电路需要较大的变压器以及高规格的功率器件，使得电路占用面积较大，成本较高，并且该用于USB快充的电路无法适应各个快充协议电路、即各个所连接的负载的充电需求(例如，电压和/或功率需求)。
图2示出了根据另一示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图2示出了另一种用于USB快充的电路，该电路包括快充控制电路210和多个(图2中示出N个)连接到快充控制电路210的快充协议电路220-1至220-N。图2中的快充控制电路210以及快充协议电路220-1至220-N分别与图1中的快充控制电路110以及快充协议电路120-1至120-N类似，不同之处在于：图2中的各个快充协议电路220-1至220-N还通过引脚ID连接到快充控制电路210的引脚VDET，并且引脚VDET经由电阻Rd连接到参考地。该连接方式用于：在检测到USB端口(例如，图2中的USB type C 1-N中的任意一个或多个)连接有负载时，相应的快充协议电路的引脚ID输出固定电流Id，从而使得可通过流经电阻Rd的电流的大小确定该电路正在对单个负载充电还是同时对多个负载充电。
然而，这种用于USB快充的电路也需要具有较大的电压和/或功率冗余，也会导致该用于USB快充的电路需要较大的变压器以及高规格的功率器件，使得电路占用面积较大，成本较高，并且也无法适应各个快充协议电路、即各个所连接的负载的充电需求。
图3示出了根据又一示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图3示出了又一种用于USB快充的电路，该电路包括快充控制电路310和多个(图3中示出N个)连接到快充控制电路310的快充协议电路320-1至320-N。图3中的快充控制电路310以及快充协议电路320-1至320-N分别与图1中的快充控制电路110以及快充协议电路120-1至120-N类似，不同之处在于：图3中的各个快充协议电路320-1至320-N还通过MCU(微控制单元)330连接到快充控制电路310。该MCU 330可以根据各个快充协议电路320-1至320-N所连接的负载的充电需求，来配置输入到各个快充协议电路320-1至320-N的电压和/或功率。
然而，这种用于USB快充的电路需要额外的MCU 330及其配套电路(未示出)，导致电路的成本较高且电路占用的面积较大。
为了在不增大电路的占用面积和成本的情况下来适应负载的充电需求，根据本发明的实施例提出了以下用于USB快充的电路。
图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
如图4所示，根据本发明的示例性实施例的用于USB快充的电路包括快充控制电路410和连接到快充控制电路410的多个(图4中示出N个)快充协议电路420-1至420-N。
多个快充协议电路420-1至420-N中的各个快充协议电路被配置为连接到各自的负载(例如，通过图4所示的USB Type C 1-N连接)，并根据USB协议检测各自的负载所需的负载电压(例如，VREF2)。
快充控制电路410被配置为根据多个快充协议电路420-1至420-N检测的各个负载电压(例如，图4所示的引脚VOUTID或引脚VID处的电压)生成输入电压(例如，图4所示的引脚VIN处的电压VIN＝f1(VVID))。各个快充协议电路420-1至420-N使用输入电压(VIN＝f1(VVID))来对各自的负载充电。
在一个实施例中，各个快充协议电路420-1至420-N可在上电检测阶段检测各自的负载电压(VREF2)。作为示例，上电检测阶段可对应于多个快充协议电路420-1至420-N连接到快充控制电路410之后且快充控制电路410完成输入电压的生成之前的时间段(即，各个快充协议电路420-1至420-N还未对各自的负载输出充电功率的时间段)。
在一个实施例中，根据本发明的实施例的用于USB快充的电路还可包括交流转直流开关稳压器440(如图7所示)。快充控制电路410可被配置为根据多个快充协议电路420-1至420-N检测的各个负载电压中的最高负载电压(VVID＝MAX(VVOUTID)，VVOUTID＝f2(VREF2))，使用交流转直流开关稳压器440来生成输入电压。
在一个实施例中，根据本发明的用于USB快充的电路还可包括多个直流转直流开关稳压器430-1至430-N(如图7所示)。多个直流转直流开关稳压器430-1至430-N可与多个快充协议电路420-1至420-N一一对应。在这种情况下，各个快充协议电路420-1至420-N还可被配置为：在上电检测阶段，检测各自负载所需的负载电流(IREF)。各个直流转直流开关稳压器430-1至430-N可被配置为基于对应快充协议电路检测的负载电流和负载电压(例如，经由快充协议电路的引脚IREF输出负载电流，经由快充协议电路的引脚VREF输出负载电压)，通过输入电压(VIN)生成输出电压(例如，图4或图7中的引脚VOUT处的电压)，以使得对应快充协议电路使用输出电压来对所连接的负载充电。
此外，为避免多个快充协议电路420-1至420-N对负载充电的总功率超过快充控制电路410的最大功率而发生电路的过载失效，在一个实施例中，在上电检测阶段，快充控制电路410还可被配置为生成指示快充控制电路410的最大输出功率的参考功率，并且各个快充协议电路420-1至420-N还可被配置为检测并存储该参考功率(例如，在图6中由VPMAX表示)。
在一个实施例中，为了便于该参考功率的输出与检测以及后续自适应地调整各个快充协议电路420-1至420-N对负载进行充电的充电功率，快充控制电路410的第一功率引脚PID可连接到快充协议电路的第二功率引脚POUTID。在所述上电检测阶段，快充控制电路410可通过第一功率引脚PID输出参考功率，各个快充协议电路420-1至420-N可通过各自的第二功率引脚POUTID检测参考功率。
为自适应地调整各个快充协议电路420-1至420-N对负载进行充电的充电功率，在一个实施例中，在上电检测阶段、以及在上电检测阶段之后的功率调节阶段，各个快充协议电路420-1至420-N还可被配置为根据USB协议检测各自的负载的实际负载功率。在功率调节阶段，各个快充协议电路420-1至420-N还可被配置为：将检测的实际负载功率输入到各自的第二功率引脚POUTID；通过各自的第二功率引脚POUTID检测多个快充协议电路420-1至420-N的总实际负载功率(例如，在图6中由VPOUTID表示)；在总实际负载功率大于以上参考功率时，降低各自负载的实际负载功率，以使得多个快充协议电路420-1至420-N的总实际负载功率小于以上参考功率。
在一个实施例中，正在降低实际负载功率的各个快充协议电路420-1至420-N可以以相同的速率降低各自负载的实际负载功率。
为避免任何快充协议电路的功率被降低得过小而无法满足所连接的负载的最低充电需求(例如，可能进而导致负载无法正常工作，例如，导致电子设备闪屏等)，在一个实施例中，对于多个快充协议电路420-1至420-N中的任一快充协议电路，在该任一快充协议电路的实际负载功率被降低到对应负载的最小功率阈值时，该任一快充协议电路以最小功率阈值对对应负载充电，以对对应负载进行功率保护。此时，未进行功率保护的其他各个快充协议电路可继续降低(例如，以相同的速率降低)各自负载的实际负载功率，以使得多个快充协议电路的总实际负载功率小于参考功率。
此外，在该功率调节阶段期间，可能存在例如某个(或某些)负载由于完成充电而断开与相应快充协议电路的连接从而导致总实际负载功率突然降低的情况，此时可不再降低各个快充协议电路的实际负载功率，并解除已进行功率保护的快充协议电路的功率保护。例如，在一个实施例中，在功率调节阶段，各个快充协议电路还可被配置为：在降低各自负载的实际负载功率之后，在检测到总实际负载功率小于最小功率保护阈值时，增大各自负载的实际负载功率，以使得总实际负载功率大于最小功率保护阈值且小于参考功率。在一个实施例中，各个快充协议电路可以以相同的速率增大各自负载的实际负载功率。
以下参考用于USB快充的电路中的快充控制电路的电路图和快充协议电路的电路图，来详细描述在上电检测阶段和功率调节阶段中快充控制电路和快充协议电路的操作过程。
图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的快充控制电路的示意性电路图。图6示出了根据本发明的一个示例性实施例的快充协议电路的示意性电路图。图7示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
参照图4或图7，快充控制电路410通过输入端的引脚OPTO、IFB、VFB、VIN和ISP连接到交流转直流开关稳压器440。快充控制电路410通过输出端的引脚VIN、VID和PID分别连接到各个快充协议电路420-1至420-N的引脚VIN、VOUTID和POUTID。快充控制电路410的引脚PID经由滤波电容CVID连接到参考地，快充控制电路410的引脚PID经由检测电阻RPID连接到参考地。
各个快充协议电路420-1至420-N通过引脚VREF和IREF连接到各自的直流转直流开关稳压器430-1至430-N。各个快充协议电路420-1至420-N通过引脚VOUT(经由VBUS引脚)向负载输出充电电压。各个快充协议电路420-1至420-N通过引脚D-、D+、CC1和CC2检测各自负载所需的负载电压、负载电流和负载功率。
参照图5，图5示出了快充控制电路410的内部电路图。快充控制电路410的引脚VID连接到增益网络411。增益网络411用于将引脚VID处的电压VVID(VVID＝MAX(VVOUTID)，VVOUTID＝f2(VREF2)，其将在下文进行进一步说明)转换为电压VREF1。
电压VREF1被输入到补偿网络412，以由补偿网络412用于控制交流转直流开关稳压器430产生输入电压VIN。即，输入电压VIN为电压VVID的函数，这可以表示为VIN＝f1(VVID)。该输入电压VIN是所有后级的快充协议电路420-1至420-N所控制的直流转直流开关稳压器430-1至430-N的输入电压。
快充控制电路410的输入端的引脚VIN上的电压VIN经由分压网络413被改变为电压VIN_fb。电压VIN_fb被输入到比较器CMP0的正输入端、以及比较器CMP1的负输入端。
比较器CMP0的负输入端输入比较器阈值电压VIN_PG，比较器CMP0的输出端连接到比较器CMP1使能端EN。例如，比较器CMP1的使能端EN是高电平有效的，即，比较器CMP1的使能端EN为高电平时，比较器CMP1工作；比较器CMP1的使能端EN为低电平时，比较器CMP1停止工作并且输出低电平。
比较器CMP1的正输入端输入上电判断阈值电压VIN_POR，并且可以设定VIN_POR>VIN_PG。比较器CMP1的输出端连接到下降延时电路414。下降延时电路414连接到开关S1控制端。例如，在下降延时电路414输出高电平时开关S1接通，在下降延时电路414输出低电平时开关S1断开。
开关S1连接电流源IPMAX和引脚PID。当开关S1接通时，流入引脚PID的电流为IPID＝IPMAX；当开关S1断开时，流入引脚PID的电流IPID＝0。
参照图6，图6示出了快充协议电路420(在下文中，可使用附图标记420来表示快充协议电路420-1至420-N中的任一快充协议电路)的内部电路图。
快充协议电路420中的快充协议通信模块421通过物理通讯线D+、D-、CC1、CC2(例如，经由USB Type C)与所连接的负载通信，以检测负载的负载功率、负载电压、负载电流等信息，并通过快充协议电路420中的DAC(数模转换器)将检测到的信息转换为表征负载电压的电压VREF2、表征负载功率的电压VPOUT、以及表征负载电流的电流IREF。
电压VREF2和电流IREF通过引脚VREF和引脚IREF被输出到直流转直流开关稳压器430(在下文中，可使用附图标记430来表示与快充协议电路420对应的直流转直流开关稳压器)，以用于控制直流转直流开关稳压器430的输出电压VOUT和输出电流IOUT。
电压VPOUT为受控电流源IPOUT的输入信号，即，受控电流源IPOUT的输出电流IPOUT是电压VPOUT的函数，这可以表示为IPOUT＝f3(VPOUT)。
快充协议电路420的引脚VIN连接到分压网络422，该分压网络422与快充控制电路410中的分压网络413完全相同。电压VIN经分压网络422而改变为电压VIN_fb，电压VIN_fb被输入到比较器CMP2的正输入端。
比较器CMP2的负输入端接收上电判断阈值电压VIN_POR，该上电判断阈值电压VIN_POR与快充控制电路410内的上电判断阈值电压VIN_POR的电压值相同。比较器CMP2的输出端分别连接到上电延时电路424、以及VPMAX检测模块423的ADC(模数转换器)的触发端Trigger。
当VPMAX检测模块423的触发端Trigger的输入电平由低电平变为高电平时，触发VPMAX检测模块423的ADC对电压VPOUTID进行采样，并将ADC电压VPOUTID进行AD转换的结果锁存并输出到VPMAX检测模块423的DAC(数模转换器)，由该DAC将锁存的数字信号转换为模拟信号VPMAX(对应于以上参考功率)。模拟信号VPMAX被输入到比较器CMP3的负输入端。
上电延时电路424的输出端连接到快充协议通信模块421的使能端EN、以及与门&的输入端。快充协议通信模块421的DIS端连接到与门&的另一输入端。与门&的输出端连接到比较器CMP3的使能端EN。
快充协议通信模块421的使能端EN控制快充协议通信模块421的使能工作。例如，当快充协议通信模块421的使能端EN为高电平时，快充协议通信模块421工作；当快充协议通信模块421的使能端EN为低电平时，快充协议通信模块421不工作，其不工作时输入是高阻态，其输出均为低电平。
比较器CMP3的使能端EN控制比较器CMP3的使能工作。例如，当比较器CMP3的使能端EN为高电平时，比较器CMP3工作；当比较器CMP3的使能端EN为低电平时，比较器CMP3不工作，比较器CMP3不工作时输入是高阻态，其输出均为低电平。比较器CMP3的正输入端连接到快充协议电路420的引脚POUTID、线性MOSFET Q1的漏极、以及VPMAX检测模块423的ADC输入端。比较器CMP3的负输入端连接到VPMAX检测模块423的DAC输出端；比较器CMP3的输出端经由电阻R1连接到线性MOSFET Q1栅极、以及快充协议通信模块421的Trigger端。
线性MOSFET Q1的栅极通过电容C1连接到参考地，线性MOSET Q1的源极连接到参考地。线性MOSFET Q1的栅极电压VG通过增益网路425被变换为补偿功率电压VP_fb，可表示为VP_fb＝f4(VG)。
当快充协议通信模块421的Trigger端的输入电压由高电平变为低电平时，下降沿触发快充协议通信模块421的ADC采样并存储此刻的电压VP_fb。
比较器CMP4的负输入端连接到快充协议电路420的引脚POUTID，比较器CMP4的正输入端输入最小功率保护解除电压VPMIN_RELEASE(对应于以上的最小功率保护阈值)。比较器CMP4的输出端连接到快充协议通信模块421的VPMIN_RE端。
快充协议电路420的引脚VOUTID连接到二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接到受控电压源VVOUTID的正端。受控电压源VVOUTID的负端连接到参考地。受控电压源VVOUTID的输出电压VVOUTID是负载电压VREF2的函数，这可以表示为VVOUTID＝f2(VREF2)。
下面参照以上示出的快充控制电路410和快充协议电路420的各信号的时序图，来描述快充控制电路410和快充协议电路420的具体工作过程。
图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路在上电检测阶段各信号的时序图。图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路在功率调节阶段各信号的时序图。图10示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于USB快充的电路在发生功率保护时各信号的时序图。
1)上电初始化功率检测阶段(即，上文的上电检测阶段)
参照图8以及图5和图6，电路上电前默认状态为VIN_fb＝0，比较器CMP0-CMP3的输出均为0，VREF1＝0，VREF2＝0，VPOUT＝0，VPID＝VPOUTID＝0。
上电发生后，电压VIN_fb随电压VIN增大而增大。当VIN_fb〉VIN_PG时，比较器CMP0的输出电压由低电平变为高电平。因而，比较器CMP1开始工作，并且其输出电压由低电平变为高电平。从而，开关S1的控制信号由低电平变为高电平，开关S1接通，因而电流IPMAX通过开关S1流入到引脚PID。由于此时VIN_fb<VIN_POR，因此，VPOUT＝0，IPOUT＝f3(VPOUT)＝0。根据基尔霍夫定律，电阻RPID上的电压VPID＝IPMAX×RPID。由于快充协议电路420的引脚POUTID与快充控制电路410的引脚PID直接相连，因此VPOUTID＝VPID。
此后，当VIN_fb〉VIN_POR时，比较器CMP1的输出电压由高电平转变为低电平，上电延时电路424延时TD1后，开关S1的控制信号由高电平变为低电平。即，在比较器CMP1的输出电压的下降沿延时TD1之后，快充控制电路410的PID引脚停止向外流出电流，此时VPOUTID＝VPID＝0。
此外，当VIN_fb〉VIN_POR时，比较器CMP2的输出电压由低电平变为高电平，此电压的上升沿信号触发VPMAX检测模块423的ADC，使得该ADC采样此时的VPOUTID电压并锁存，将此时采样到的电压表示为VPMAX(此电压对应于指示快充控制电路410的最大输出功率的参考功率)并将其通过DAC输出到比较器CMP3的负输入端。此外，比较器CMP2的由低电平变为高电平的输出电压被上电延迟电路424延时TD2之后，比较器CMP3的控制端和快充协议通信模块421的使能信号EN均变为高电平，比较器CMP3和快充协议通信模块421两者开始工作。设定延时时间TD2>TD1。此时，上电初始化功率检测阶段结束，可进入自适应功率调节阶段(上文的功率调节阶段)。
2)自适应输出功率调节阶段
参照图9以及图5和图6，比较器CMP2的由低电平变为高电平的输出电压被上电延迟电路424延时TD2之后，比较器CMP3和快充协议通信模块421的使能信号EN均变为高电平，比较器CMP3和快充协议通信模块421两者开始工作。
快充协议通信模块421通过USB端口上的物理连接线D+、D-、CC1、CC2上的通信信号获取负载所需的负载功率、负载电压和负载电流的信息，并将这些信息通过快充协议通信模块421的DAC输出为表征负载电压的电压VREF2、表征负载功率的电压VPOUT、以及表征负载电流的电流IREF。电压VREF2和电流IREF被输出到直流转直流开关稳压器430的参考端，以用于控制开关稳压器430的输出电压和输出电流。
VREF2还用于控制受控电压源VVOUTID。可设定VVOUTID＝VREF0+K1×VREF2，其中，K1为大于0的正系数，VREF0为初始电压参考。例如，当VREF0被施加在快充控制电路410的引脚VID上时，快充控制电路410可控制交流转直流开关稳压器440生成5V的输入电压VIN。
当存在多个快充协议电路时，二极管D1可保证快充控制电路410的引脚VID上的电压为所有快充协议电路420的VVOUTID中的最大值，这可表示为VVID＝MAX(VVOUTID)。由于此阶段内快充控制电路410中的开关S1断开、即IPID＝0，因此电阻RPID两端的电压仅与IPOUTID相关。根据基尔霍夫定律，VPID＝VPOUTID＝∑IPOUTID×RPID。此时，电压VPOUTID可表示所有快充协议电路的总负载功率。
当VPOUTID<VPMAX时，比较器CMP3输出低电平。如果此时电容C1中没有电荷，则VG＝0，相应地，VP_fb＝0，Q1截止，Idischarge＝0。各个快充协议通信模块控制模块421按照各自负载的充电需求，控制直流转直流开关稳压器430输出负载所需功率。
当VPOUTID≥VPMAX时，即所有快充协议电路的负载功率之和高于快充控制电路410的最大输出功率时，各个快充协议电路可以以相同的变化率、单调地降低各自的负载功率，直至所有快充协议电路的负载功率之和低于快充控制电路410的最大输出功率。
具体工作原理可以为：当VPOUTID≥VPMAX时，比较器CMP3的输出电压由低电平变为高电平，该输出电压经过由电阻R1和电容C1组成的一阶低通滤波网络之后，使得VG逐渐增大。同时，MOSFET Q1由于工作在恒流区而使得电流Idischarge逐渐增大。相应地，由于IPOUTID＝IPOUT-Idischarge，且VPOUTID＝∑IPOUTID×RPID，因此VPOUTID逐渐降低，直到VPOUTID<VPMAX-VTH，电压VTH为比较器CMP3的迟滞电压(应该理解，VPOUTID<VPMAX-VTH仅为示例，还可以是VPOUTID<VPMAX)。
当VPOUTID<VPMAX-VTH时，比较器CMP3的输出电压由高电平变为低电平，此电压的下降沿触发快充协议通信模块421的ADC对电压VP_fb进行采样。此电压VP_fb表示快充协议电路420所需降低的负载功率值，其可被表示为Pm＝f5(VP_fb)。快充协议通信模块421据此将负载功率重新配置为Padj＝POUT-Pm。
参照图10，最小功率保护功能(上文中的功率保护)：当快充协议通信模块421检测到其当前的负载功率被降低到最小功率阈值PMIN时(例如，最小功率阈值PMIN一般被设定为5W)，快充协议通信模块421可控制DIS端输出电平为0的信号，以使得比较器CMP3停止工作并输出低电平，继而Idischarge＝0。此时，该快充协议电路420控制直流转直流开关稳压器430输出最小功率PMIN。同时，其它快充协议电路仍以相同的变化率、单调地降低其负载功率，直至满足所有快充协议电路的负载功率之和低于快充控制电路最大输出功率。
此外，参照图11，当比较器CMP4检测到电压VPOUTID低于最小功率保护阈值(最小功率阈值)VPMIN_RELEASE-VTH2时，比较器CMP4的输出电压由低电平变为高电平，此电压的上升沿输入到快充协议通信模块421的VPMIN_RE端并使得DIS由低电平变为高电平。从而，CMP3的使能端EN由低电平变为高电平，CMP3开始继续工作。此时，上述最小功率保护功能被解除。
应该理解，以上附图仅示出了根据本发明的用于USB快充的电路的示例电路图，可使用任何能够实现上述功能的电路来实现根据本发明的用于USB快充的电路。
图12示出了根据本发明的又一示例性实施例的用于USB快充的电路的示意性电路图。
图12的用于USB快充的电路与图4或图7的用于USB快充的电路的不同之处在于：图12的快充控制电路410的输出端不具有引脚VIN，而是图12的快充控制电路410的输入端的引脚VIN经由电阻直接连接到各个快充协议电路420-1至420-N的引脚VIN以及各个(直流转直流)开关稳压器430-1至430-N。图12中的N＝3，但应该理解，N可以为任意整数。此外，图12示出了包括的初级控制器和次级同步整流IC的交流转直流开关稳压器440，然而，应该理解，交流转直流开关稳压器440可具有与图12所示不同的任意电路形式。
根据本发明的示例性实施例的用于USB快充的电路，能够根据多个快充协议电路各自连接的负载所需的负载电压，来生成用于对各个负载充电的充电电压，从而能够灵活、准确地适应负载的充电需求，并且不会显著提高电路的占用面积和成本。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (11)

1.一种用于USB快充的电路，包括：快充控制电路和连接到所述快充控制电路的多个快充协议电路，
其中，所述多个快充协议电路中的各个所述快充协议电路被配置为连接到各自的负载，并根据USB协议检测各自的负载所需的负载电压；
所述快充控制电路被配置为根据所述多个快充协议电路检测的各个负载电压生成输入电压，其中，各个所述快充协议电路使用所述输入电压来对各自的负载充电。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，各个所述快充协议电路在上电检测阶段检测各自的负载电压，其中，所述上电检测阶段对应于所述多个快充协议电路连接到所述快充控制电路之后且所述快充控制电路完成所述输入电压的生成之前的时间段。
3.根据权利要求2所述的电路，其中，在所述上电检测阶段，所述快充控制电路还被配置为生成指示所述快充控制电路的最大输出功率的参考功率，并且各个所述快充协议电路还被配置为检测并存储所述参考功率。
4.根据权利要求3所述的电路，其中，所述快充控制电路的第一功率引脚连接到各个所述快充协议电路的第二功率引脚，
其中，在所述上电检测阶段，所述快充控制电路通过所述第一功率引脚输出所述参考功率，各个所述快充协议电路通过各自的第二功率引脚检测所述参考功率。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，在所述上电检测阶段、以及在所述上电检测阶段之后的功率调节阶段，各个所述快充协议电路还被配置为根据所述USB协议检测各自的负载的实际负载功率，
其中，在所述功率调节阶段，各个所述快充协议电路还被配置为：
将检测的所述实际负载功率输入到各自的所述第二功率引脚；
通过各自的所述第二功率引脚检测所述多个快充协议电路的总实际负载功率；
在所述总实际负载功率大于所述参考功率时，降低各自负载的实际负载功率，以使得所述多个快充协议电路的总实际负载功率小于所述参考功率。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，对于所述多个快充协议电路中的任一快充协议电路，在所述任一快充协议电路的实际负载功率被降低到对应负载的最小功率阈值时，所述任一快充协议电路以所述最小功率阈值对所述对应负载充电，以对所述对应负载进行功率保护，
其中，未进行功率保护的其他各个所述快充协议电路继续降低各自负载的实际负载功率，以使得所述多个快充协议电路的总实际负载功率小于所述参考功率。
7.根据权利要求5或6所述的电路，其中，正在降低实际负载功率的各个所述快充协议电路以相同的速率降低各自负载的实际负载功率。
8.根据权利要求5所述的电路，在所述功率调节阶段，各个所述快充协议电路还被配置为：
在降低各自负载的实际负载功率之后，在检测到所述总实际负载功率小于最小功率保护阈值时，增大各自负载的实际负载功率，以使得所述总实际负载功率大于所述最小功率保护阈值且小于所述参考功率。
9.根据权利要求8所述的电路，其中，各个所述快充协议电路以相同的速率增大各自负载的实际负载功率。
10.根据权利要求5所述的电路，其中，所述电路还包括多个直流转直流开关稳压器，其中，所述多个直流转直流开关稳压器与所述多个快充协议电路一一对应，
其中，各个所述快充协议电路还被配置为：在所述上电检测阶段，检测各自负载所需的负载电流，
其中，各个直流转直流开关稳压器被配置为基于对应快充协议电路检测的所述负载电流和所述负载电压，通过所述输入电压生成输出电压，以使得所述对应快充协议电路使用所述输出电压来对所连接的负载充电。
11.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路还包括交流转直流开关稳压器，其中，所述快充控制电路被配置为根据所述多个快充协议电路检测的各个负载电压中的最高负载电压，使用所述交流转直流开关稳压器来生成输入电压。
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