CN208386177U - 一种基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，该装置包括有信号接收模块、智能控制模块、稳压模块、USB端和电压调节模块，信号接收模块、稳压模块和电压调节模块均分别与智能控制模块连接，智能控制模块、电压调节模块和稳压模块均分别与USB端连接，电压调节模块还与稳压模块连接。设置信号接收模块可接收外部手机的控制信号，实现手机与本装置的通信，进而实现手机无线控制本装置的目的，稳压模块可对智能控制模块输出恒定的电压，供智能控制模块正常工作，智能控制模块可通过调压模块，使USB端识别并执行QC3.0快充协议，进而实现USB端依照QC3.0快充协议对外输出所需电压，对外部用电设备进行充电。
Description
技术领域
本实用新型属于充电器制造领域，特别涉及一种基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置。
背景技术
随着智能手机的普及，手机电池容量愈发增大，市场对快速充电的需求十分强烈。由此，快充技术应运而生。快充技术，是指通过芯片组，来调整手机的输入电压和电流值，从而缩短充电时间。常见的就是通过提高电压恒定电流、低电压高电流和高电压高电流三种情况对手机的充电速度进行提升。传统的快充技术例如：VOOC(Voltage Open Loop Multi-step Constant-Current Charging，电压开环多步恒流充电)闪充技术、QC2.0(QuickCharge2.0，快速充电2.0)技术、USBPD(USB Power Delivery，USB功率传输协议)技术等。
例如专利申请号为“201520667513.8”的专利申请文件中公开了一种带多电压输出快充，包括输入端控制电路，电压器(T1)，输出反馈电路，快充整流控制电路，普通电压整流控制电路，主控电路，所述的输入端控制电路与电压器(T1)连接，所述的快充整流控制电路与普通电压整流控制电路并联，所述的主控电路与输入端控制电路连接。该实用新型通过带多电压输出快充的设置，采用一个变压器，同时采用两组不同电压的绕组，实现QC2.0快充输出和普通USB5V输出，减小空间，节约产品成本，提高产品整机性能。然而，该实用新型存在电路过于复杂的问题，且该实用新型仅能支持QC2.0快充输出和普通USB5V输出，不能满足多电压值输出的要求。
现在许多做高科技的创业公司采用的方案大多基于ARM或FPGA，根据组合的不同，衍生的供电需求也千千万万种。这就造成了用户家里的充电器杂、多、乱。充电设备对于生产厂家来说也是一个不小的负担和成本。QC3.0协议是美国高通公司专门为手机快充而开发的一款协议，其由QC1.0、QC2.0改进而来。其最为主要特点就是使手机充电效率更高——其能以3.6V为首项，0.2V为公差，12V为尾项电压进行输出；即大电流时低电压，小电流时高电压，以恒定的大功率换取更高的充电速度和较高的电源变换效率。目前，市面上有许多支持QC3.0协议的充电器/充电宝。支持QC3.0协议的充电器大多以USB2.0母头为接口进行能量输出。QC3.0协议以上述优越性深受广大用户喜爱，然而，在现今市场中，支持手机QC3.0协议的手机充电线和充电宝虽然多，但都无法实现多电压输出，无法适应不同电压需求用电器(如万用表等)的充电需求。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可通过手机控制器输出电压，并且能够实现特定电压范围内任意电压值输出的基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置。
本实用新型的另一个目的在于提供一种基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，该电源线结构简单，控制方便，操作简单，适合广泛推广。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
本实用新型提供一种基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，该装置包括有信号接收模块、智能控制模块、稳压模块、USB端和电压调节模块，信号接收模块、稳压模块和电压调节模块均分别与智能控制模块连接，智能控制模块、电压调节模块和稳压模块均分别与USB端连接，电压调节模块还与稳压模块连接。
本装置应用在支持QC3.0的充电插头上，将本装置的USB端连接在充电插头上之后，智能控制模块先利用USB端对充电插头进行检测，如该充电插头支持QC3.0快充协议，则在后续充电过程中利用QC3.0快充协议对用电设备进行充电。使用时，用户需事先在可手机上安装对应APP来实现对本装置的无线控制，用户打开对应APP后，添加需控制的用电设备，将用电设备需对应使用的充电电压设置好后，手机可将此电压值传送给本装置，本装置接收到该电压值后，智能控制模块控制电压调节模块将输出电压调节到对应的电压值并输出，实现针对不同外部用电设备输出指定充电电压值的充电操作。
智能控制模块包括有智能控制芯片，智能控制芯片的具体型号为STC15W101和STC15W100的其中一种。智能控制模块可起到识别接收到的信号并作出对应处理的作用，应该强调的是，本实用新型公开的技术方案中提到的智能控制芯片型号为STC15W101和STC15W100的其中一种，但是在具体应用中，具体使用的智能控制芯片不局限于这两种芯片，任何可以实现本实用新型中提及的逻辑运算功能的智能控制芯片均可应用于本实用新型。
信号接收模块包括有红外接收头，红外接收头的第一端口与智能控制芯片和稳压模块的公共端连接，红外接收头的第二端口接地，红外接收头的第三端口与智能控制芯片连接。现今市场上的手机大多具备发生红外指令的功能，安装对应APP之后，用户只需在手机APP上对应设置用电设备需使用的电压值，该电压值通过手机自带的红外发射装置发射出去，本装置设置红外接收头可接收该信号，完成手机与本装置之间的通讯，从而实现手机无线控制本装置的功能。
稳压模块包括有稳压芯片，稳压芯片的具体型号为HT7133，稳压芯片的第一引脚接地，稳压芯片的第二引脚与USB端连接，稳压芯片的第三引脚与智能控制芯片连接。该稳压芯片可恒定输出3.3V电压供智能控制模块使用，保证智能控制模块正常工作。
电压调节模块包括有第一二极管、第二二极管、第一上拉电阻和第二上拉电阻；第一二极管的正极与USB端连接，第一二极管的负极与智能控制芯片连接；第一上拉电阻的一端与第一二极管和USB端的公共端连接，第一上拉电阻的另一端与稳压芯片的第三引脚连接；第二上拉电阻的一端与第二二极管和USB端的公共端连接，第二上拉电阻的另一端与稳压芯片的第三引脚连接。
USB端包括有VCC端口、D-端口、D+端口和GND端口，VCC端口与稳压芯片的第二引脚连接，D-端口与第二二极管和第二上拉电阻的公共端连接，D+端口与第一二极管和第一上拉电阻的公共端连接，D-端口还与智能控制芯片连接，GND端接地。
QC3.0快充协议的通信过程为：先在D+端通上0.6V的电压，此时，充电器端把D+与D-短路，D-端电压为0.6V；经过1.25秒，充电器端把D+与D-断开；此时，如果充电器端检测到D-电压下降为0V，则开始进行QC协议识别；此时，若D-持续为3.3V，D+持续为0.6V，则识别为与用电设备进行QC3.0协议通信。此时，D-端为3.3V电压保持不变，D+端每产生一个从0.6V到3.3V持续时间为200微秒以上的脉冲，充电器端输出电压将会提升0.2V；若D+端保持0.6V电压不变，D-端每产生一个从3.3V到0.6V持续时间为200微秒以上的脉冲，充电器端输出电压将会降低0.2V。
在本装置中，HT7133的第三引脚与智能控制芯片的第三引脚连接，第一二极管的负极与智能控制芯片的第六引脚连接，第二二极管的的负极与智能控制芯片的第五引脚连接，第二二极管的正极与智能控制芯片的第八引脚连接。
基于上述QC3.0快充协议的通信过程，本装置在工作过程中，USB端中的D-端口和D+端口产生0.6～3.3V用于QC3.0快充协议的电信号。如果5、6引脚输出为低电平，由于在本装置中应用的第一二极管和第二二极管为硅管，则在第一二极管和第二二极管两端均产生0.6V的管压降，相应地，D-端口和D+端口均产生0.6V的输入电压。而如果5、6引脚输出为高电平，则第一二极管和第二二极管上没有电流流过，D-端口和D+端口在第二上拉电阻和第一上拉电阻的作用下输出3.3V电压。而D-端再与智能控制芯片第八引脚连接，智能控制芯片可控制D-端口输出0V。由上述工作过程可知，智能控制芯片可控制D-端口与D+端口识别QC3.0快充协议，使得VCC端口可按照QC3.0快充协议对外置用电设备进行充电。
该装置还包括有提示模块，提示模块包括有LED提示灯，LED提示灯的正极与智能控制模块连接，LED提示灯的负极接地。在本装置中，智能控制芯片也用于控制LED/LCD屏显示。首先，手机发送一个0x66的十六进制码作为地址码，之后发送用户设定的电压数据。此时，智能控制芯片对数据计算——先比较数据的地址位，地址正确，打开LED；之后处理数据内包含的电压数据，如数据为单数则进行+0.1V处理，再比较上次设定的电压数据，输出相应的控制脉冲来控制充电器进行调压。调压成功，关闭LED。
针对红外控制过程，本装置使用“相对法+事件驱动法”。“相对法”是一种针对红外传输过程中的脉冲识别方法，是对比于传统的“绝对法”而言的。传统的“绝对法”识别脉冲信号时，脉冲高电平与脉冲低电平的的传输时间长短不一，通常情况下，高电平脉冲的传输时间长于低电平脉冲的传输时间，智能控制芯片设置一段延时时间，该延时时间的长度介于高电平脉冲电平的传输时间长度和低电平传输时间的长度之间，如在该段延时时间内，智能控制芯片检测到脉冲突变，则判定有低电平脉冲输入，识别为二进制“0”输入，如在该段延时时间内，智能控制芯片没有检测到脉冲突变，则判定有高电平脉冲输入，识别为二进制“1”输入。而本装置中应用的“相对法”即由发射端给出一定宽度的脉冲高电平，智能控制芯片内的定时器记录下该宽度值，若之后的脉冲高电平宽度小于该值，则智能控制芯片识别为一个二进制“0”传入；相反，若大于该值，则识别为一个二进制“1”传入。“相对法”相较于传统的“绝对法”识别得更准确，传统的“绝对法”在具体应用过程中，由于存在使用环境的干扰等问题，识别出的脉冲宽度相较于原始数据总是有±60μS左右的误差，采用“相对法”可有效地对环境和传输过程中产生的系统误差进行有效补偿。“事件驱动法”即使用智能控制芯片中的中断系统，当只有接收到外界传来的一个二进制位数据时，才会去处理该数据，否则处理正常程序中的数据，这就使得智能控制芯片拥有更多的时间去做其它的事情。从而使得该产品可以输出3.6V～12内的各种电压。
本实用新型的优势在于：相比于现有技术，在本实用新型当中，设置信号接收模块可接收外部手机的控制信号，实现手机与本装置的通信，进而实现手机无线控制本装置的目的，稳压模块可对智能控制模块输出恒定的电压，供智能控制模块正常工作，智能控制模块对整个装置起到智能控制的作用，智能控制模块可通过调压模块，使USB端识别并执行QC3.0快充协议，进而实现USB端依照QC3.0快充协议对外输出所需电压，对外部用电设备进行充电。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
参见图1所示，本实用新型提供一种基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，该装置包括有信号接收模块、智能控制模块、稳压模块、USB端J1和电压调节模块，信号接收模块、稳压模块和电压调节模块均分别与智能控制模块连接，智能控制模块、电压调节模块和稳压模块均分别与USB端J1连接，电压调节模块还与稳压模块连接。
本装置应用在支持QC3.0的充电插头上，将本装置的USB端J1连接在充电插头上之后，智能控制模块先利用USB端J1对充电插头进行检测，如该充电插头支持QC3.0快充协议，则在后续充电过程中利用QC3.0快充协议对用电设备进行充电。使用时，用户需事先在可手机上安装对应APP来实现对本装置的无线控制，用户打开对应APP后，添加需控制的用电设备，将用电设备需对应使用的充电电压设置好后，手机可将此电压值传送给本装置，本装置接收到该电压值后，智能控制模块控制电压调节模块将输出电压调节到对应的电压值并输出，实现针对不同外部用电设备输出指定充电电压值的充电操作。
智能控制模块包括有智能控制芯片U1，智能控制芯片U1的具体型号为STC15W101和STC15W100的其中一种。智能控制模块可起到识别接收到的信号并作出对应处理的作用，应该强调的是，本实用新型公开的技术方案中提到的智能控制芯片U1型号为STC15W101和STC15W100的其中一种，但是在具体应用中，具体使用的智能控制芯片不局限于这两种芯片，任何可以实现本实用新型中提及的逻辑运算功能的智能控制芯片均可应用于本实用新型。
信号接收模块包括有红外接收头I1，红外接收头I1的第一端口与智能控制芯片U1和稳压模块的公共端连接，红外接收头I1的第二端口接地，红外接收头I1的第三端口与智能控制芯片U1连接。现今市场上的手机大多具备发生红外指令的功能，安装对应APP之后，用户只需在手机APP上对应设置用电设备需使用的电压值，该电压值通过手机自带的红外发射装置发射出去，本装置设置红外接收头I1可接收该信号，完成手机与本装置之间的通讯，从而实现手机无线控制本装置的功能。
稳压模块包括有稳压芯片U2，稳压芯片U2的具体型号为HT7133，稳压芯片U2的第一引脚接地，稳压芯片U2的第二引脚与USB端J1连接，稳压芯片U2的第三引脚与智能控制芯片U2连接。该稳压芯片U2可恒定输出3.3V电压供智能控制模块使用，保证智能控制模块正常工作。
电压调节模块包括有第一二极管D1、第二二极管D2、第一上拉电阻R1和第二上拉电阻R2；第一二极管D1的正极与USB端J1连接，第一二极管D1的负极与智能控制芯片U1连接；第一上拉电阻R1的一端与第一二极管D1和USB端J1的公共端连接，第一上拉电阻R1的另一端与稳压芯片U2的第三引脚连接；第二上拉电阻R2的一端与第二二极管D2和USB端J1的公共端连接，第二上拉电阻R2的另一端与稳压芯片U2的第三引脚连接。
USB端J1包括有VCC端口、D-端口、D+端口和GND端口，VCC端口与稳压芯片U2的第二引脚连接，D-端口与第二二极管D2和第二上拉电阻R2的公共端连接，D+端口与第一二极管D1和第一上拉电阻R1的公共端连接，D-端口还与智能控制芯片U1连接，GND端接地。
QC3.0快充协议的通信过程为：先在D+端通上0.6V的电压，此时，充电器端把D+与D-短路，D-端电压为0.6V；经过1.25秒，充电器端把D+与D-断开；此时，如果充电器端检测到D-电压下降为0V，则开始进行QC协议识别；此时，若D-持续为3.3V，D+持续为0.6V，则识别为与用电设备进行QC3.0协议通信。此时，D-端为3.3V电压保持不变，D+端每产生一个从0.6V到3.3V持续时间为200微秒以上的脉冲，充电器端输出电压将会提升0.2V；若D+端保持0.6V电压不变，D-端每产生一个从3.3V到0.6V持续时间为200微秒以上的脉冲，充电器端输出电压将会降低0.2V。
在本装置中，HT7133的第三引脚与智能控制芯片U2的第三引脚连接，第一二极管D1的负极与智能控制芯片U1的第六引脚连接，第二二极管D2的的负极与智能控制芯片U1的第五引脚连接，第二二极管D2的正极与智能控制芯片U1的第八引脚连接。
基于上述QC3.0快充协议的通信过程，本装置在工作过程中，USB端J1中的D-端口和D+端口产生0.6～3.3V用于QC3.0快充协议的电信号。如果5、6引脚输出为低电平，由于在本装置中应用的第一二极管D1和第二二极管D2为硅管，则在第一二极管D1和第二二极管D2两端均产生0.6V的管压降，相应地，D-端口和D+端口均产生0.6V的输入电压。而如果5、6引脚输出为高电平，则第一二极管D1和第二二极管D2上没有电流流过，D-端口和D+端口在第二上拉电阻R2和第一上拉电阻R1的作用下输出3.3V电压。而D-端再与智能控制芯片U1第八引脚连接，智能控制芯片U1可控制D-端口输出0V。由上述工作过程可知，智能控制芯片U1可控制D-端口与D+端口识别QC3.0快充协议，使得VCC端口可按照QC3.0快充协议对外置用电设备进行充电。
该装置还包括有提示模块，提示模块包括有LED提示灯D3，LED提示灯D3的正极与智能控制模块连接，LED提示灯D3的负极接地。在本装置中，智能控制芯片U1也用于控制LED/LCD屏显示。首先，手机发送一个0x66的十六进制码作为地址码，之后发送用户设定的电压数据。此时，智能控制芯片U2对数据计算——先比较数据的地址位，地址正确，打开LED；之后处理数据内包含的电压数据，如数据为单数则进行+0.1V处理，再比较上次设定的电压数据，输出相应的控制脉冲来控制充电器进行调压。调压成功，关闭LED。
针对红外控制过程，本装置使用“相对法+事件驱动法”。“相对法”是一种针对红外传输过程中的脉冲识别方法，是对比于传统的“绝对法”而言的。传统的“绝对法”识别脉冲信号时，脉冲高电平与脉冲低电平的的传输时间长短不一，通常情况下，高电平脉冲的传输时间长于低电平脉冲的传输时间，智能控制芯片U1设置一段延时时间，该延时时间的长度介于高电平脉冲电平的传输时间长度和低电平传输时间的长度之间，如在该段延时时间内，智能控制芯片U1检测到脉冲突变，则判定有低电平脉冲输入，识别为二进制“0”输入，如在该段延时时间内，智能控制芯片U1没有检测到脉冲突变，则判定有高电平脉冲输入，识别为二进制“1”输入。而本装置中应用的“相对法”即由发射端给出一定宽度的脉冲高电平，智能控制芯片U1内的定时器记录下该宽度值，若之后的脉冲高电平宽度小于该值，则智能控制芯片U1识别为一个二进制“0”传入；相反，若大于该值，则识别为一个二进制“1”传入。“相对法”相较于传统的“绝对法”识别得更准确，传统的“绝对法”在具体应用过程中，由于存在使用环境的干扰等问题，识别出的脉冲宽度相较于原始数据总是有±60μS左右的误差，采用“相对法”可有效地对环境和传输过程中产生的系统误差进行有效补偿。“事件驱动法”即使用智能控制芯片U1中的中断系统，当只有接收到外界传来的一个二进制位数据时，才会去处理该数据，否则处理正常程序中的数据，这就使得智能控制芯片U1拥有更多的时间去做其它的事情。从而使得该产品可以输出3.6V～12内的各种电压。
本实用新型的优势在于：相比于现有技术，在本实用新型当中，设置信号接收模块可接收外部手机的控制信号，实现手机与本装置的通信，进而实现手机无线控制本装置的目的，稳压模块可对智能控制模块输出恒定的电压，供智能控制模块正常工作，智能控制模块对整个装置起到智能控制的作用，智能控制模块可通过调压模块，使USB端识别并执行QC3.0快充协议，进而实现USB端依照QC3.0快充协议对外输出所需电压，对外部用电设备进行充电。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，该装置包括有信号接收模块、智能控制模块、稳压模块、USB端和电压调节模块，其特征在于，所述信号接收模块、稳压模块和电压调节模块均分别与智能控制模块连接，所述智能控制模块、电压调节模块和稳压模块均分别与USB端连接，所述电压调节模块还与稳压模块连接。
2.如权利要求1所述的基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，其特征在于，所述智能控制模块包括有智能控制芯片，所述智能控制芯片的具体型号为STC15W101和STC15W100的其中一种。
3.如权利要求2所述的基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，其特征在于，所述信号接收模块包括有红外接收头，所述红外接收头的第一端口与智能控制芯片和稳压模块的公共端连接，所述红外接收头的第二端口接地，所述红外接收头的第三端口与智能控制芯片连接。
4.如权利要求2所述的基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，其特征在于，所述稳压模块包括有稳压芯片，所述稳压芯片的具体型号为HT7133，所述稳压芯片的第一引脚接地，所述稳压芯片的第二引脚与USB端连接，所述稳压芯片的第三引脚与智能控制芯片连接。
5.如权利要求4所述的基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，其特征在于，所述电压调节模块包括有第一二极管、第二二极管、第一上拉电阻和第二上拉电阻；所述第一二极管的正极与USB端连接，所述第一二极管的负极与智能控制芯片连接；所述第一上拉电阻的一端与第一二极管和USB端的公共端连接，所述第一上拉电阻的另一端与稳压芯片的第三引脚连接；所述第二上拉电阻的一端与第二二极管和USB端的公共端连接，所述第二上拉电阻的另一端与稳压芯片的第三引脚连接。
6.如权利要求1所述的基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，其特征在于，所述USB端包括有VCC端口、D-端口、D+端口和GND端口，所述VCC端口与稳压芯片的第二引脚连接，所述D-端口与第二二极管和第二上拉电阻的公共端连接，所述D+端口与第一二极管和第一上拉电阻的公共端连接；所述D-端口还与智能控制芯片连接；所述GND端接地。
7.如权利要求1所述的基于快充协议的手机无线控制万能电源转换装置，其特征在于，该装置还包括有提示模块，所述提示模块包括有LED提示灯，所述LED提示灯的正极与智能控制模块连接，所述LED提示灯的负极接地。
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