CN205656614U - Type-C接口协议检测电路及相应的电源通路控制电路和移动电源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种Type‑C接口协议检测电路及相应的电源通路控制电路和移动电源系统。本实用新型通过单片机和简单的外围电路实现Type‑C协议，可以支持UFP/DFP/DRP/Try.SRC四种模式；此外，用两个电阻R1/R2，支持电池没电时能正确识别为UFP(称作死电池模式或Dead Battery模式)。本实用新型还通过简单的电源通路控制电路实现Type‑C电源和移动电源芯片输入输出电源的控制和隔离，并且支持USB A口和Type‑C接口双口输出。
Description
技术领域
本实用新型属于便携式电子设备领域，特别涉及一种Type-C接口协议检测电路及相应的电源通路控制电路和移动电源系统。
背景技术
随着智能手机的不断发展，屏幕越来越大，性能越来越强大，耗电也越来越大，然而电池技术却没能跟上。一天一充甚至一天多充成为普遍现象，手机的便携性受到了很大的影响，于是移动电源便应运而生。
传统的移动电源一般是一个USB Type-B Micro口输入和两个USB Type-A口输出。传统的USB接口默认输出电流能力比较小，USB 2.0接口为500mA，USB 3.0接口为900mA，而USB BC 1.2最大电流能力也才1.5A，不能满足智能手机快速充电的需求。
在结构上，传统的USB接口只能在一个方向上插入，每次插入之前需要对准，不方便使用。为了解决上述问题，USB-IF推出了USB Type-C协议及接口。Type-C协议最大支持3A电流输出，且支持正反插，解决了传统USB接口“永远插不准”的问题。随着Type-C接口的普及，Type-C接口的移动电源也将成为必然。
实用新型内容
本实用新的一个目的是提供一种Type-C接口协议检测电路，支持Type-C接口协议，且可以支持UFP/DFP/DRP/Try.SRC四种模式。本实用新型的目的由以下技术方案实现：
一种Type-C接口协议检测电路，包括：Type-C接口插座、单片机、3.3V线性稳压电源、电池、电阻R1-R4、Type-C协议上拉电阻Rp1和Rp2、Type-C协议下拉电阻Rd1和Rd2、PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN1和NMOS管MN2；单片机提供有电源引脚Vdd、Type-C接口5V电源引脚VBUS_C、Type-C接口协议引脚cc1和cc2、输出引脚ID、I2C通信引脚SDA和SCL、控制引脚PU1、控制引脚PU2、控制引脚PD1及控制引脚PD2；单片机102的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C、Type-C接口协议引脚cc1和cc2连接Type-C接口插座101的相应脚；电池一端接地，另一端连接3.3V线性稳压电源的输入，3.3V线性稳压电源的输出连接单片机的电源引脚Vdd；所述控制引脚PU1连接PMOS管MP1的G极，PMOS管MP1的S极连接3.3V线性稳压电源的输出端，G极还通过电阻R3连接3.3V线性稳压电源的输出端，D极通过上拉电阻Rp1及下拉电阻Rd1连接NMOS管MN1的D极；所述控制引脚PD1连接NMOS管MN1的G极，NMOS管MN1的S极接地；所述控制引脚PU2连接PMOS管MP2的G极，PMOS管MP2的S极连接3.3V线性稳压电源的输出端，G极还通过电阻R4连接3.3V线性稳压电源的输出端，D极通过上拉电阻Rp2及下拉电阻Rd2连接NMOS管MN2的D极；所述控制引脚PD2连接NMOS管MN2的G极，NMOS管MN2的S极接地；所述Type-C接口协议引脚cc1还与上拉电阻Rp1和下拉电阻Rd1的节点连接，Type-C接口协议引脚cc2还与上拉电阻Rp2和下拉电阻Rd2的节点连接。
作为进一步的技术方案，NMOS管MN1的G极和D极之间跨接电阻R1，NMOS管MN2的G极和D极之间跨接电阻R2。
本实用新型的又一目的是提供一种电源通路控制电路，与上述Type-C接口协议检测电路及移动电源控制芯片配合，实现电源通路控制。本实用新型的该又一目的由以下技术方案实现：
一种电源通路控制电路，包括：PMOS管MP3、PMOS管MP4、NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5、寄生二极管D1、寄生二极管D2、电阻R5、电阻R6及电阻R7；PMOS管MP3的S极连接移动电源控制芯片的5V输出，G极连接NMOS管MN3的D极；PMOS管MP3的S极和G极之间跨接电阻R5，D极和S极之间跨接寄生二极管D1；PMOS管MP3的D极和PMOS管MP4的S极一同连接所述单片机的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C，NMOS管MN4的D极和NMOS管MN5的G极均通过电阻R6连接所述单片机的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C，PMOS管MP4的G极连接NMOS管MN5的D极；PMOS管MP4的S极和G极之间跨接电阻R7，D极和S极之间跨接寄生二极管D2，D极连接移动电源控制芯片的电源输入VIN；NMOS管MN3的G极和NMOS管MN4的G极一同连接所述单片机的输出引脚ID，NMOS管MN3的S极、NMOS管MN4的S极及NMOS管MN5的S极分别接地。
本实用新型再一目的是提供一种Type-C接口的移动电源系统，该再一目的由以下技术方案实现：
一种Type-C接口的移动电源系统，包括上述的Type-C接口协议检测电路、电源通路控制电路及移动电源控制芯片。
本实用新型的有益效果在于：
(1)用单片机和简单的外围电路实现Type-C协议，可以支持UFP/DFP/DRP/Try.SRC四种模式。
(2)仅用两个电阻R1/R2，支持电池没电时能正确识别为UFP(称作死电池模式或Dead Battery模式)。
(3)简单的电源通路控制电路实现Type-C电源和移动电源芯片输入输出电源的控制和隔离，并且支持USB A口和Type-C接口双口输出。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的Type-C接口的移动电源系统中Type-C接口协议检测电路的原理图。
图2是本实用新型实施例提供的Type-C接口的移动电源系统中电源通路控制电路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
结合图1和图2所示，实施例提供的Type-C接口的移动电源系统包括：Type-C接口协议检测电路、电源通路控制电路及移动电源控制芯片(图中未示)。
如图1所示，Type-C接口协议检测电路包括：Type-C接口插座101、单片机(MCU)102、3.3V线性稳压电源(LDO)103、电池104、电阻R1-R4、Type-C协议上拉电阻Rp1和Rp2、Type-C协议下拉电阻Rd1和Rd2、P型耗尽型金属场效应管(PMOS管)MP1和MP2、N型耗尽型金属场效应管(NMOS管)MN1和MN2。
单片机102提供有电源引脚Vdd、Type-C接口5V电源引脚VBUS_C、Type-C接口协议引脚cc1和cc2、输出引脚ID、I2C通信引脚SDA和SCL、控制引脚PU1、控制引脚PU2、控制引脚PD1及控制引脚PD2。单片机102的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C、Type-C接口协议引脚cc1和cc2连接Type-C接口插座101的相应脚。单片机102的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C和输出引脚ID分别连接电源通路控制电路的相应脚(结合图2)。
电池104一端接地，另一端连接3.3V线性稳压电源103的输入，3.3V线性稳压电源103的输出连接单片机102的电源引脚Vdd。单片机102的控制引脚PU1连接PMOS管MP1的G极，PMOS管MP1的S极连接3.3V线性稳压电源103的输出端，PMOS管MP1的G极还通过电阻R3连接3.3V线性稳压电源103的输出端，PMOS管MP1的D极通过上拉电阻Rp1及下拉电阻Rd1连接NMOS管MN1的D极；单片机102的控制引脚PD1连接NMOS管MN1的G极，NMOS管MN1的S极接地，NMOS管MN1的G极和D极之间跨接电阻R1。
单片机102的控制引脚PU2连接PMOS管MP2的G极，PMOS管MP2的S极连接3.3V线性稳压电源103的输出端，PMOS管MP2的G极还通过电阻R4连接3.3V线性稳压电源103的输出端，PMOS管MP2的D极通过上拉电阻Rp2及下拉电阻Rd2连接NMOS管MN2的D极；单片机102的控制引脚PD2连接NMOS管MN2的G极，NMOS管MN2的S极接地，NMOS管MN2的G极和D极之间跨接电阻R2。
此外，单片机102的Type-C接口协议引脚cc1还与上拉电阻Rp1和下拉电阻Rd1的节点连接，Type-C接口协议引脚cc2还与上拉电阻Rp2和下拉电阻Rd2的节点连接。
如图2所示，电源通路控制电路包括：PMOS管MP3、PMOS管MP4、NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5、寄生二极管D1、寄生二极管D2、电阻R5、电阻R6及电阻R7。PMOS管MP3的S极连接移动电源控制芯片的5V输出，G极连接NMOS管MN3的D极；PMOS管MP3的S极和G极之间跨接电阻R5，D极和S极之间跨接寄生二极管D1。PMOS管MP3的D极和PMOS管MP4的S极一同连接单片机102的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C，NMOS管MN4的D极和NMOS管MN5的G极均通过电阻R6连接单片机102的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C，MP4的G极连接NMOS管MN5的D极。PMOS管MP4的S极和G极之间跨接电阻R7，D极和S极之间跨接寄生二极管D2，D极连接移动电源控制芯片的电源输入VIN。NMOS管MN3的G极和NMOS管MN4的G极一同连接单片机102的输出引脚ID，NMOS管MN3的S极、NMOS管MN4的S极及NMOS管MN5的S极分别接地。
上述Type-C接口的移动电源系统的工作原理描述如下：
通过单片机102内部的模数转换器(ADC)分时复用采集cc1/cc2和Type-C接口电源电压。单片机102通过判断ADC电压检测到有支持Type-C协议设备插入，根据不同的模式，使能ID或者与移动电源控制芯片进行通信。本实用新型支持Type-C协议UFP/DFP/DRP/Try.SRC模式。上拉电阻Rp电源由电池通过一个3.3V的低压差线性稳压器(LDO)产生，上拉电阻Rp可以根据不同的电源输出能力按照Type-C协议规定进行选择。Rd为Type-C协议在做UFP设备时的5.1k欧姆下拉电阻。通过开关MP1/MP2和MN1/MN2，可以实现上述Type-C协议的四种工作模式。
为了使整个系统在电池没有电(死电池或Dead Battery)的情况下也能被正确识别为UFP设备，本实用新型通过图1所示电阻R1和电阻R2跨接在MN1和MN2的源级和漏级的大电阻实现。当整个系统由于电池过放或者电池保护的原因没有电压输出时，如果插入DFP设备，DFP设备cc1/cc2上电流源的电流流经Rd和R1/R2，使得MN1/MN2导通，Rd下拉到地，此时本系统被DFP设备识别，输出VBUS_C5V电源给电池充电，直到使系统恢复正常工作。
Type-C协议规定在没有识别到UFP设备插入，DFP设备不能输出VBUS_C5V电源，而且Type-C接口既可以作为电源输入也可以作为电源输出，所以需要电源通路控制。图2所示5V_OUT为移动电源控制芯片的5V电压输出，通常是有电池通过一个升压电路(Boost)产生。VIN为移动电源控制芯片的电源输入，通常是通过一个降压电路给电池充电。ID是本系统作为DFP设备时的电源输出控制信号。当本系统作为DFP设备，有UFP设备插入时，被图1的Type-C协议检测电路检测到，ID变高，MN3/MN4导通，MP3的源级被拉低，也导通，移动电源控制芯片5V_OUT输出到VBUS_C，给UFP设备供电。由于MN4导通，MN5的源级被拉低，MN5关闭，MP4的源级通过电阻R7连接到VBUS_C，于是MP4关闭，VBUS_C不会通到VIN，否则会使移动电源控制芯片的输出5V_OUT通过VBUS_C到移动电源控制芯片的电源输入VIN，形成一个环路，导致移动电源控制芯片工作不正常，甚至烧坏。当本系统作为UFP设备，被其他DFP设备所识别，DFP设备输出5V，此时图1的MCU把ID信号拉低，MN3/MN4关闭，时MP3也关闭。此时虽然VBUS_C通过MP3寄生二极管漏电到5V_OUT，但一般来说对移动电源控制芯片没有影响。因为MN4关闭，VBUS_C使MN5导通，MP4源级被拉低，也导通，VBUS_C通到VIN，给电池充电。图2的电源通路控制电路不仅可以应用在本系统中，在图1的Type-C协议由其他专用芯片(ASIC)实现的系统中也可以应用。同时图2的电路对原有的USB A口输出没任何影响，此电路可以实现USB A口和Type-C口双口输出移动电源。
上述实施例仅为充分公开而非限制本实用新型，凡是依据本实用新型创新主旨且未经创造性劳动即可获得的等效技术特征替换及增减，均应属于本实用新型涵盖范围。
Claims (4)
1.一种Type-C接口协议检测电路，其特征在于，包括：Type-C接口插座、单片机、3.3V线性稳压电源、电池、电阻R1-R4、Type-C协议上拉电阻Rp1和Rp2、Type-C协议下拉电阻Rd1和Rd2、PMOS管MP1、PMOS管MP2、NMOS管MN1和NMOS管MN2；单片机提供有电源引脚Vdd、Type-C接口5V电源引脚VBUS_C、Type-C接口协议引脚cc1和cc2、输出引脚ID、I2C通信引脚SDA和SCL、控制引脚PU1、控制引脚PU2、控制引脚PD1及控制引脚PD2；单片机102的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C、Type-C接口协议引脚cc1和cc2连接Type-C接口插座101的相应脚；电池一端接地，另一端连接3.3V线性稳压电源的输入，3.3V线性稳压电源的输出连接单片机的电源引脚Vdd；所述控制引脚PU1连接PMOS管MP1的G极，PMOS管MP1的S极连接3.3V线性稳压电源的输出端，G极还通过电阻R3连接3.3V线性稳压电源的输出端，D极通过上拉电阻Rp1及下拉电阻Rd1连接NMOS管MN1的D极；所述控制引脚PD1连接NMOS管MN1的G极，NMOS管MN1的S极接地；所述控制引脚PU2连接PMOS管MP2的G极，PMOS管MP2的S极连接3.3V线性稳压电源的输出端，G极还通过电阻R4连接3.3V线性稳压电源的输出端，D极通过上拉电阻Rp2及下拉电阻Rd2连接NMOS管MN2的D极；所述控制引脚PD2连接NMOS管MN2的G极，NMOS管MN2的S极接地；所述Type-C接口协议引脚cc1还与上拉电阻Rp1和下拉电阻Rd1的节点连接，Type-C接口协议引脚cc2还与上拉电阻Rp2和下拉电阻Rd2的节点连接。
2.根据权利要求1所述的Type-C接口协议检测电路，其特征在于，所述NMOS管MN1的G极和D极之间跨接电阻R1，NMOS管MN2的G极和D极之间跨接电阻R2。
3.一种电源通路控制电路，与权利要求1或2所述的Type-C接口协议检测电路及移动电源控制芯片配合，其特征在于，包括：PMOS管MP3、PMOS管MP4、NMOS管MN3、NMOS管MN4、NMOS管MN5、寄生二极管D1、寄生二极管D2、电阻R5、电阻R6及电阻R7；PMOS管MP3的S极连接移动电源控制芯片的5V输出，G极连接NMOS管MN3的D极；PMOS管MP3的S极和G极之间跨接电阻R5，D极和S极之间跨接寄生二极管D1；PMOS管MP3的D极和PMOS管MP4的S极一同连接所述单片机的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C，NMOS管MN4的D极和NMOS管MN5的G极均通过电阻R6连接所述单片机的Type-C接口5V电源引脚VBUS_C，PMOS管MP4的G极连接NMOS管MN5的D极；PMOS管MP4的S极和G极之间跨接电阻R7，D极和S极之间跨接寄生二极管D2，D极连接移动电源控制芯片的电源输入VIN；NMOS管MN3的G极和NMOS管MN4的G极一同连接所述单片机的输出引脚ID，NMOS管MN3的S极、NMOS管MN4的S极及NMOS管MN5的S极分别接地。
4.一种Type-C接口的移动电源系统，其特征在于，包括权利要求1或2所述的Type-C接口协议检测电路、权利要求3所述的电源通路控制电路及移动电源控制芯片。
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