CN218276116U - 一种支持双口Typec快充的控制电路 - Google Patents
一种支持双口Typec快充的控制电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种支持双口Typec快充的控制电路，包括单片机模块，单片机模块上分别两件有两个Buck充电模块，两个Buck充电模块上均连接有Typec接口模块，两个Typec接口模块均通过USB‑HUB与单片机模块相连；集成度高：单主控芯片完成协议检测、功率分配，充电控制等功能；通用性强：单片机具有灵活编程的优点，更新程序即可适配各种快充协议的升级。可靠性高：由于元件数量大幅下降，电路复杂程度降低；空间布局紧密度降低，便于散热，可靠性提高。成本低：成本低主要体现在使用物料数量的降低和加工成本的降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及快充技术领域，具体为一种支持双口Typec快充的控制电路。
背景技术
手机充电器普遍流行，手机、电脑充电器日益小型化，智能化，各个品牌的充电器分别具有不同的快充协议，协议版本众多。这就要充电器要兼容各种充协议。
目前的快速充电器协议识别芯片主要分为支持单口和双口。单口兼容 Type-C和Type-A；
双口支持一个Type-C和一个Type-A接口。支持双口Type-C快充的专用 IC尚未出现，如果要想实现双口Type-C充电，必须使用两颗协议控制芯片控制芯片分别控制，如图1所示。
针对图1中这种使用两颗协议控制芯片实现双口Tyep-C快充的方案具有以下弊端：
1、必须使用两颗控制芯片分别控制，元件增加，占用的PCB面积增加，不利于充电器功率密度提升。
2、两个Type-C口共享充电器总功率，两路对立的协议控制器无法实现功率协同分配，必须增加辅助的控制部件，已实现功率分配。
3、物料数量增加，造成成本上升，可靠性下降。
为此，提出一种支持双口Typec快充的控制电路。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种支持双口Typec快充的控制电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种支持双口Typec 快充的控制电路，包括单片机模块，单片机模块上分别连接有两个Buck充电模块，两个Buck充电模块上均连接有Typec接口模块，两个Typec接口模块均通过USB总线与单片机模块相连。
优选的：两个Buck充电模块上连接有LCC降压模块，LCC降压模块上连接有PFC模块，PFC模块通过保护电路连接有AC输入模块。
优选的：单片机模块包括芯片U5，芯片U5采用CH582M芯片。
优选的：两个Buck充电模块同理，其中一个Buck充电模块包括芯片U3，芯片U3采用IRS2104STRPBF芯片，芯片U3的2脚连接有电阻R15的一端并连接于芯片U5的47脚，芯片U3的3脚连接有电阻R16的一端并连接于芯片 U5的10脚，电阻R15和电阻R16的另一端相连并接地，芯片U3的1、8脚连接有二极管D4、电容C19的一端和电容C20的一端，电容C19的另一端接地。
优选的：芯片U3的6脚与电容C20的另一端相邻并连接有电感L2，芯片 U3的7脚上连接有电阻R17、二极管D5和三极管Q5，芯片U3的5脚上连接有电阻R19、二极管D6和三极管Q5，三极管Q5的源极和三极管Q6的漏极相连并连接于电感L2，三极管Q6的源极接地，三极管Q5的漏极连接有电容C21 和电容C22。
优选的：电感L2的另一端分别连接有电容C23、电容C24、电容C25和电阻R18的一端，电容C23、电容C24和电容C25的另一端均接地，电阻R18 的另一端连接有电容C26的一端和PMOS管Q7的源极，PMOS管Q7的栅极连接有电阻R20和三极管Q8的集电极，三极管Q8的基极连接于芯片U5的26脚。
优选的：电阻R18的两端连接有电容C27并分别连接有电阻R24和电阻 R25，电阻R24和电阻R25的另一端连接有芯片U4的2、3脚，芯片U4采用 MCP6022-E/SN芯片，芯片U4的1脚连接有电阻R22、电阻R21、电容C28并连接于芯片U5的5脚，芯片U4的1、2脚之间连接有电阻R23和电容C29，芯片U4的3脚连接有电容C30和电阻R26。
优选的：Typec接口模块包括接口J2，接口J2采用USB-C_16PSMD接口，接口J2的A4、A9、B4、B9、A1、A12、B1、B12之间连接有电容C36并连接于PMOS管Q7的漏极，接口J2的B6、A6脚连接有电容C35并连接于芯片U5 的13脚，接口J2的B7、A7脚连接有电容C34并连接于芯片U5的14脚，接口J2的A5脚连接有电阻R27和电容C32并接地，接口J2的B5脚连接有电阻R28和电容C33并接地。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、集成度高：单主控芯片完成协议检测、功率分配，充电控制等功能。
2、通用性强：单片机具有灵活编程的优点，更新程序即可适配各种快充协议的升级。
3、可靠性高：由于元件数量大幅下降，电路复杂程度降低；空间布局紧密度降低，便于散热，可靠性提高。
4、成本低：成本低主要体现在使用物料数量的降低和加工成本的降低。
附图说明
图1为现有技术的示意图；
图2为本实用新型的流程示意图；
图3为本实用新型单片机模块的示意图；
图4为本实用新型一个Buck充电模块的示意图；
图5为本实用新型另一个Buck充电模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例
请参阅图2-5，本实用新型提供一种技术方案：一种支持双口Typec快充的控制电路，包括单片机模块，单片机模块上分别连接有两个Buck充电模块，两个Buck充电模块上均连接有Typec接口模块，两个Typec接口模块均通过 USB总线与单片机模块相连。
如图2所示：两个Buck充电模块上连接有LCC降压模块，LCC降压模块上连接有PFC模块，PFC模块通过保护电路连接有AC输入模块。
如图3所示：单片机模块包括芯片U5，芯片U5采用CH582M芯片。
如图4所示：一个Buck充电模块包括芯片U3，芯片U3采用IRS2104STRPBF 芯片，芯片U3的2脚连接有电阻R15的一端并连接于芯片U5的47脚，芯片 U3的3脚连接有电阻R16的一端并连接于芯片U5的10脚，电阻R15和电阻 R16的另一端相连并接地，芯片U3的1、8脚连接有二极管D4、电容C19的一端和电容C20的一端，电容C19的另一端接地。
如图4所示：芯片U3的6脚与电容C20的另一端相邻并连接有电感L2，芯片U3的7脚上连接有电阻R17、二极管D5和三极管Q5，芯片U3的5脚上连接有电阻R19、二极管D6和三极管Q5，三极管Q5的源极和三极管Q6的漏极相连并连接于电感L2，三极管Q6的源极接地，三极管Q5的漏极连接有电容C21和电容C22。
如图4所示：电感L2的另一端分别连接有电容C23、电容C24、电容C25 和电阻R18的一端，电容C23、电容C24和电容C25的另一端均接地，电阻 R18的另一端连接有电容C26的一端和PMOS管Q7的源极，PMOS管Q7的栅极连接有电阻R20和三极管Q8的集电极，三极管Q8的基极连接于芯片U5的26 脚。
如图4所示：电阻R18的两端连接有电容C27并分别连接有电阻R24和电阻R25，电阻R24和电阻R25的另一端连接有芯片U4的2、3脚，芯片U4 采用MCP6022-E/SN芯片，芯片U4的1脚连接有电阻R22、电阻R21、电容C28 并连接于芯片U5的5脚，芯片U4的1、2脚之间连接有电阻R23和电容C29，芯片U4的3脚连接有电容C30和电阻R26。
如图4所示：Typec接口模块包括接口J2，接口J2采用USB-C_16PSMD 接口，接口J2的A4、A9、B4、B9、A1、A12、B1、B12之间连接有电容C36 并连接于PMOS管Q7的漏极，接口J2的B6、A6脚连接有电容C35并连接于芯片U5的13脚，接口J2的B7、A7脚连接有电容C34并连接于芯片U5的14 脚，接口J2的A5脚连接有电阻R27和电容C32并接地，接口J2的B5脚连接有电阻R28和电容C33并接地。
如图3和图5所示：另一个Buck充电模块同理，分别连接于芯片U5的6、 8、4、48、15、16脚。
工作原理：
图3所示构成单片机模块运行的最小系统。C40、C41、Y1、R30公共组成 MCU(指芯片U5)外部晶振时钟源，连接到MCU的X32MI、X32MO引脚，为MCU 提供参考时钟信号。输入电源VCC经C39电容后连接到MCU VDD33号脚，为系统提供电源。片上DCDC变换器VSW引脚连接到L3、C38组成的LC低通滤波器上，经滤波后为片上外设提供电源。紧接着连接R29、C37组成的RC滤波器，为系统模拟电路供电。C42、C43为内部LDO提供滤波通路。
图4所示构成Tyepc接口通讯协议接接入检测，降压控制和监测。C36电容为VBUS提供储能滤波。A5经R27、C32后接地，B5经R28、C33后接地。 A5、B5为Tyepc配置通道，用于USB连接检测。B6、B7分别与A6、A7相连后经滤波电容C34、C35连接到MCU的UD+、UD-引脚。此为USB BUS的通讯接口，完成PD通讯协议的检测，识别接入设备的供电电压、电流等信息。
SW2_O从芯片U5的26号脚引出后连接数字三极管Q8,三极管Q8紧接着连接R20和PMOS管Q7。此三者组成一个电子负载开关，当SW2_O为高电平时三极管Q8导通，PMOS管Q7-VGS≤-5V导通，向Typec进行供电。当SW2_O为低电平时三极管Q8截止，PMOS管Q4-VGS＝0V截止，关闭Typec供电。此为输出过压、过流、短路提供切断电源的保护功能。
C21、C22与VBUS相连为母线提供储能。Q5、Q6、L2、C23、C25组成同步BUCK降压电路，将母线电压降至受电设备所需要的电压值。
电阻R18、C27连接，对供电电流采样，紧接着采样信号经R24、R25、R26、 C30、C31、R23、C29组成的比例放大电路放大，再经R22、R21、C28组成的低通滤波器后，输入到MCU的ADC引脚SW2_C进行电流采样。同时进行过流检测，当发生过流后，可以控制PWM2_EN和SW2_O引脚将输出关闭。
芯片u2为栅极驱动器，7号引脚HO经D5、R17后连接到Q5的栅极，5 号引脚LO经R19、D6后连接到Q6的栅极。7和5引脚组成高低电平互补的信号驱动Q5和Q6导通关断。D4一边连接12V供电源，一边连接自举电容C20，紧接着C20连接至L2电感处。D4和C20组成自举升压电路，为Q5的导通提供栅极电压。C19为栅极驱动器输入电源滤波电容。R15连接至u2的2脚，R16连接至u2的3脚，当PWM2和PWM2_EN信号高阻态时，为u2提供确定输入信号，防止系统误触发。
PWM2连接至MCU的脉冲发生器引脚47，MCU通过脉宽调制，改变PWM信号的占空比，从而控制BUCK电路的输出电压和电流。
PWM2_EN连接至MCU的10引脚PB16，为栅极驱动器输出信号使能引脚。当PWM2_EN为低电平时，HO和LO输出低电平。当PWM2_EN为高电平时，HO 和LO输出信号由PWM1决定。
图5与图4工作原理相同。
当两路Typec接口同时，MCU分别监测两路接口的输出电压、电流，计算各自的输出功率。当输出功率Ptypec1+Ptypec2＞Ptotal时，进行功率限制和重新分配。通过调节各自的PWM脉冲占空比，将电压电流控制在合理范围内，使 Ptypec1+Ptypec2＜Ptotal。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种支持双口Typec快充的控制电路，包括单片机模块，其特征在于：单片机模块上分别连接有两个Buck充电模块，两个Buck充电模块上均连接有Typec接口模块，两个Typec接口模块均通过USB总线与单片机模块相连，两个Buck充电模块上连接有LCC降压模块，LCC降压模块上连接有PFC模块，PFC模块通过保护电路连接有AC输入模块；
单片机模块包括芯片U5，芯片U5采用CH582M芯片；
两个Buck充电模块同理，其中一个Buck充电模块包括芯片U3，芯片U3采用IRS2104STRPBF芯片，芯片U3的2脚连接有电阻R15的一端并连接于芯片U5的47脚，芯片U3的3脚连接有电阻R16的一端并连接于芯片U5的10脚，电阻R15和电阻R16的另一端相连并接地，芯片U3的1、8脚连接有二极管D4、电容C19的一端和电容C20的一端，电容C19的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种支持双口Typec快充的控制电路，其特征在于：芯片U3的6脚与电容C20的另一端相邻并连接有电感L2，芯片U3的7脚上连接有电阻R17、二极管D5和三极管Q5，芯片U3的5脚上连接有电阻R19、二极管D6和三极管Q5，三极管Q5的源极和三极管Q6的漏极相连并连接于电感L2，三极管Q6的源极接地，三极管Q5的漏极连接有电容C21和电容C22。
3.根据权利要求2所述的一种支持双口Typec快充的控制电路，其特征在于：电感L2的另一端分别连接有电容C23、电容C24、电容C25和电阻R18的一端，电容C23、电容C24和电容C25的另一端均接地，电阻R18的另一端连接有电容C26的一端和PMOS管Q7的源极，PMOS管Q7的栅极连接有电阻R20和三极管Q8的集电极，三极管Q8的基极连接于芯片U5的26脚。
4.根据权利要求3所述的一种支持双口Typec快充的控制电路，其特征在于：电阻R18的两端连接有电容C27并分别连接有电阻R24和电阻R25，电阻R24和电阻R25的另一端连接有芯片U4的2、3脚，芯片U4采用MCP6022-E/SN 芯片，芯片U4的1脚连接有电阻R22、电阻R21、电容C28并连接于芯片U5的5脚，芯片U4的1、2脚之间连接有电阻R23和电容C29，芯片U4的3脚连接有电容C30和电阻R26。
5.根据权利要求1所述的一种支持双口Typec快充的控制电路，其特征在于：Typec接口模块包括接口J2，接口J2采用USB-C_16PSMD接口，接口J2的A4、A9、B4、B9、A1、A12、B1、B12之间连接有电容C36并连接于PMOS管Q7的漏极，接口J2的B6、A6脚连接有电容C35并连接于芯片U5的13脚，接口J2的B7、A7脚连接有电容C34并连接于芯片U5的14脚，接口J2的A5脚连接有电阻R27和电容C32并接地，接口J2的B5脚连接有电阻R28和电容C33并接地。
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