CN219811978U - 支持双接口充电的快充电路和充电器 - Google Patents
支持双接口充电的快充电路和充电器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开支持双接口充电的快充电路和充电器,快充电路包括电压调整电路、MOS管桥接电路、快充控制芯片以及两个充电接口;快充控制芯片,用于在其中一个充电接口最先接入充电设备时,基于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压,控制MOS管桥接电路将外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口,同时控制电压调整电路通过MOS管桥接电路输出目标调节电压给另一个充电接口,以使两个充电接口所接收的电压是不同;其中,每个充电接口设置的快充配置通道分别连接到快充控制芯片对应的快充配置通道;每个充电接口设置的数据引脚都连接到快充控制芯片的同属性的数据引脚。
Description
技术领域
本申请涉及充电管理的技术领域,具体涉及支持双接口充电的快充电路和充电器。
背景技术
支持快充(快速充电)功能的很多充电器一般在充电之前先进行充电协议的对接,确认所支持的充电电压电流后,就开始进行充电。这里的充电协议包括USB PowerDelivery(功率传输协议),简称USB-PD协议,则快充可以理解为设备在遵循USB-PD协议下进行充电操作。
多口快速充电器由于其便利性,获得了越来越多的应用。多口快速充电器目前常见的充电方式有,多口同插电压降5V、独立DCDC(直流-直流电压转换器)实现同时多口快充等等。
在多口快充技术中,USB-A口+USB-C口的方案是目前较为常用的快充方案,比如,单独插入USB-A口或USB-C口可以进行快充,需要DCDC模块进行电压转换,DCDC模块只能固定输出5V。多个USB-C口或USB-A口同时进行快充,则需要多个协议芯片独立控制,而且每个控制芯片都要在充电之前独立识别接口类型及其所需输出的电压情况,而且不同协议芯片之间要区分主从关系,先后会配置出多种快充电压,增加软件控制复杂度;除了协议芯片外还需要MCU(微控制单元)和多个降压BUCK,或者需要两个及以上的OPTO(光电耦合器)才能实现,BOM(物料清单)成本比较高,增大了充电电路的面积和输出功耗。
实用新型内容
本申请提供支持双接口充电的快充电路和充电器,具体技术方案如下:
支持双接口充电的快充电路,快充电路包括电压调整电路、MOS管桥接电路、快充控制芯片以及两个充电接口;快充控制芯片分别连接两个充电接口,MOS管桥接电路分别连接两个充电接口,快充控制芯片分别连接电压调整电路与MOS管桥接电路;快充控制芯片,用于在其中一个充电接口最先接入充电设备时,基于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压与外部产生的参考充电电压的大小关系,控制MOS管桥接电路将外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口,同时控制电压调整电路通过MOS管桥接电路输出目标调节电压给另一个充电接口,以使两个充电接口所接收的电压是不同;其中,每个充电接口设置的快充配置通道分别连接到快充控制芯片对应的快充配置通道;其中,每个充电接口设置的数据引脚都连接到快充控制芯片的同属性的数据引脚。
与现有技术相比,本技术方案一方面无需通过额外的MCU或从机控制模块进行充电接口的插拔监测,而是使用MOS管桥接电路对不同的接口状态进行功率分配,减少电源芯片模块的使用数量以及加快充电电量分配流程。另一方面无需通过额外的MCU或从机控制模块进行充电接口的插拔监测,而是使用MOS管桥接电路对不同的接口状态进行功率分配,减少电源芯片模块的使用数量以及加快充电电量分配流程。
进一步地,所述其中一个充电接口用于先于所述另一个充电接口接入充电设备;所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压是最先接入所述其中一个充电接口的充电设备所请求的快充电压;电压调整电路和MOS管桥接电路都用于输入外部产生的参考充电电压;所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压大于或等于外部产生的参考充电电压时,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口,同时,所述快充控制芯片控制所述电压调整电路将所述外部产生的参考充电电压调整为小于参考充电电压、或小于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压,再将调整后的参考充电电压配置为所述目标调节电压,然后控制MOS管桥接电路将所述目标调节电压传输给另一个充电接口;其中,电压调整电路与MOS管桥接电路连接,电压调整电路用于将所述目标调节电压传输给MOS管桥接电路。
所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压大于或等于外部产生的参考充电电压时,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口,以使所述其中一个充电接口接入的充电设备最先获得快充电压,而且是基于最先反馈的申请电压获得所述参考充电电压,所述参考充电电压不一定等于最先反馈的申请电压,但能满足充电设备的快速充电需求,在一些实施场景中,所述参考充电电压在所述快充电路的外部会存在调压过程。
进一步地,所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压小于所述外部产生的参考充电电压时,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将参考充电电压传输给所述另一个充电接口,同时,所述快充控制芯片控制所述电压调整电路将所述外部产生的参考充电电压调整为小于参考充电电压的电压,再将调整后的参考充电电压配置为所述目标调节电压,然后控制所述MOS管桥接电路将所述目标调节电压传输给所述其中一个充电接口。
综上,前述技术方案中的任意一个充电接口是先于其他充电接口接入充电设备的都可以快充,与现有技术相比,配备的控制芯片减少,控制简单,能够通过同一控制芯片控制两个充电接口,可以根据最先接入充电设备的一个充电接口反馈的申请电压与所述外部产生的参考充电电压的大小关系,构建成两种独立的充电通路并支持切换以适应对应连接的充电接口的充电电压请求,使两个充电口具有不同电压分配,提高两个充电接口的充电状态智能化调节程度。
进一步地,电压调整电路包括一个用于输入参考充电电压的开关管,当快充控制芯片控制该开关管导通时,电压调整电路获取参考充电电压,当快充控制芯片以特定的占空比控制该开关管在导通与关闭之间切换时,电压调整电路输出所述目标调节电压,以使所述目标调节电压小于所述外部产生的参考充电电压。实现电压调整电路的降压功能。使得所述其中一个充电接口接收到开关管的一端口处的所述外部产生的参考充电电压,所述另一个充电接口接收到电压调整电路输出的目标调节电压,两个充电接口可以独立实现快充。
进一步地,所述快充控制芯片包括第一控制引脚和第二控制引脚;所述电压调整电路包括第一开关管、第二开关管、电感和电容;第一开关管的控制极与第一控制引脚连接,第二开关管的控制极与第二控制引脚连接,第一开关管的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压,第二开关管的第一传输极接地,第一开关管的第二传输极与第二开关管的第二传输极连接,以使第一开关管导通时为所述电压调整电路引入所述外部产生的参考充电电压;电感的一端连接在第一开关管的第二传输极与第二开关管的第二传输极之间,电感的另一端分别跟电容与所述MOS管桥接电路连接;所述快充控制芯片包括电源引脚,电容的一端连接在电感和所述MOS管桥接电路之间,电容的一端也与所述快充控制芯片的电源引脚连接,电容的另一端接地。从而在所述快充控制芯片的第一控制引脚和第二控制引脚的控制下,所述电压调整电路处于由第一开关管和第二开关管的导通和关闭切换操作所引起的电压调节阶段,所述快充控制芯片的电源引脚也同步接收到第一开关管和第二开关管对所述外部产生的参考充电电压的调节结果,并反馈到所述快充控制芯片内部的控制单元中以及时调节第一控制引脚和第二控制引脚的输出信号,进一步地控制第一开关管与第二开关管在导通与关闭之间切换,待稳压后可以输出所述目标调节电压,为第一充电接口和第二充电接口之一进行适应性供电或实现对参考充电电压VIN的降压操作。
进一步地,所述MOS管桥接电路包括两条逻辑通路,每条逻辑通路都连接在所述电压调整电路与对应的一个充电接口之间;每条逻辑通路都输入外部产生的参考充电电压;所述快充控制芯片包括第一驱动引脚和第二驱动引脚,每条逻辑通路都与第一驱动引脚和第二驱动引脚连接;在第一驱动引脚输出的电压和第二驱动引脚输出的电压的控制下,其中一条逻辑通路将所述电压调整电路与对应的一个充电接口连通,所述其中一条逻辑通路不将外部产生的参考充电电压传输给对应的一个充电接口,另一条逻辑通路断开所述电压调整电路与对应的一个充电接口之间的电气连接,所述另一条逻辑通路将外部产生的参考充电电压传输给对应的一个充电接口,实现为两个充电接口分配不同的电压。
进一步地,所述MOS管桥接电路包括第一逻辑通路和第二逻辑通路,所述两个充电接口分别是第一充电接口和第二充电接口;第一逻辑通路通过内设的一个开关管接入外部产生的参考充电电压,第一逻辑通路通过内设的另一个开关管连接在所述电压调整电路与第一充电接口之间;第二逻辑通路通过内设的一个开关管接入外部产生的参考充电电压,第二逻辑通路通过内设的另一个开关管连接在所述电压调整电路与第二充电接口之间;连接在所述电压调整电路与第一充电接口之间的开关管的控制极与第一驱动引脚连接,第一逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管的控制极与第二驱动引脚连接,第二逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管的控制极也与第一驱动引脚连接,连接在所述电压调整电路与第二充电接口之间的开关管的控制极与第二驱动引脚连接。
实现在所述其中一条逻辑通路是第一逻辑通路,所述另一条逻辑通路是第二逻辑通路的情况下,其中一条逻辑通路将所述电压调整电路与第一充电接口连通,所述其中一条逻辑通路不将外部产生的参考充电电压传输给第一充电接口;所述另一条逻辑通路断开所述电压调整电路与第二充电接口之间的电气连接,所述另一条逻辑通路将外部产生的参考充电电压传输给第二充电接口。在所述其中一条逻辑通路是第二逻辑通路,所述另一条逻辑通路是第一逻辑通路的情况下,其中一条逻辑通路将所述电压调整电路与第二充电接口连通,所述其中一条逻辑通路不将外部产生的参考充电电压传输给第二充电接口;所述另一条逻辑通路断开所述电压调整电路与第一充电接口之间的电气连接,所述另一条逻辑通路将外部产生的参考充电电压传输给第一充电接口。
进一步地,第一驱动引脚输出的电压导通所述电压调整电路与第一充电接口之间的开关管时,第二驱动引脚输出的电压关闭第一逻辑通路内部的接入所述外部产生的参考充电电压的开关管,同时,第二驱动引脚输出的电压关闭所述电压调整电路与第二充电接口之间的开关管,第一驱动引脚输出的电压导通第二逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管,从而在所述其中一条逻辑通路是第一逻辑通路,所述另一条逻辑通路是第二逻辑通路的情况下,实现其中一条逻辑通路将所述电压调整电路与第一充电接口连通,所述其中一条逻辑通路不将外部产生的参考充电电压传输给第一充电接口,所述另一条逻辑通路断开所述电压调整电路与第二充电接口之间的电气连接,所述另一条逻辑通路将外部产生的参考充电电压传输给第二充电接口。
进一步地,第一逻辑通路包括第三开关管和第四开关管,第二逻辑通路包括第五开关管和第六开关管;第三开关管的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压,第三开关管的控制极与第二驱动引脚连接;第四开关管的控制极与第一驱动引脚连接,第四开关管的第一传输极与所述电压调整电路连接,以在第四开关管导通时输入所述目标调节电压;第三开关管的第二传输极与第四开关管的第二传输极都连接到所述第一充电接口,以使第三开关管导通且第四开关管关闭时,所述外部产生的参考充电电压传输到所述第一充电接口,或者,第三开关管关闭且第四开关管导通时,所述目标调节电压传输到所述第一充电接口;第五开关管的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压,第五开关管的控制极与第一驱动引脚连接;第六开关管的控制极与第二驱动引脚连接,第六开关管的第一传输极与所述电压调整电路连接,以在第六开关管导通时输入所述目标调节电压;第五开关管的第二传输极与第六开关管的第二传输极都连接到所述第二充电接口,以使第五开关管导通且第六开关管关闭时,所述外部产生的参考充电电压传输到所述第二充电接口,或者,第五开关管关闭且第六开关管导通时,所述目标调节电压传输到所述第二充电接口。综上,由于第一驱动引脚同时为第四开关管和第五开关管的控制极提供一种电压,第二驱动引脚同时为第三开关管和第六开关管的控制极提供另一种电压,所以,在所提供的两种电压分别处于高低不同的电平状态(其中一个逻辑电平是1,另一个逻辑电平是0)时,第三开关管与第六开关管支持同步导通或关闭,第四开关管与第五开关管支持同步导通或关闭。
进一步地,所述第一充电接口是USB-C接口,所述第一充电接口包括电源引脚、接地引脚、第一快充配置通道、第二快充配置通道、正数据引脚和负数据引脚;所述快充控制芯片包括第一电流侦测引脚、第二电流侦测引脚、正数据引脚、负数据引脚、第一快充配置通道和第二快充配置通道;所述第一充电接口的电源引脚分别连接第三开关管的第二传输极与第四开关管的第二传输极;所述快充控制芯片的第一电流侦测引脚通过电阻与所述第一充电接口的接地引脚连接,所述第一充电接口的接地引脚还跟所述快充控制芯片的第二电流侦测引脚连接;所述快充控制芯片的第一快充配置通道与所述第一充电接口的第一快充配置通道连接,所述快充控制芯片的第二快充配置通道与所述第一充电接口的第二快充配置通道连接,以确认接入所述第一充电接口的充电设备所请求的快充电压;所述快充控制芯片的正数据引脚与所述第一充电接口的正数据引脚连接,所述快充控制芯片的负数据引脚与所述第一充电接口的负数据引脚连接。从而初步建立起所述第一充电接口与充电设备之间的电气连接。
进一步地,所述第二充电接口是USB-C接口,所述第二充电接口包括电源引脚、接地引脚、第一快充配置通道、第二快充配置通道、正数据引脚和负数据引脚;所述快充控制芯片还包括第三快充配置通道和第四快充配置通道;所述第二充电接口的电源引脚分别连接第五开关管的第二传输极与第六开关管的第二传输极;所述快充控制芯片的第一电流侦测引脚通过电阻与所述第二充电接口的接地引脚连接,所述第二充电接口的接地引脚还跟所述快充控制芯片的第二电流侦测引脚连接;所述快充控制芯片的第三快充配置通道与所述第二充电接口的第一快充配置通道连接,所述快充控制芯片的第四快充配置通道与所述第二充电接口的第二快充配置通道连接,以实现每个充电接口设置的快充配置通道分别连接到快充控制芯片对应的快充配置通道;所述快充控制芯片的正数据引脚与所述第二充电接口的正数据引脚连接,所述快充控制芯片的负数据引脚与所述第二充电接口的负数据引脚连接,以实现每个充电接口设置的数据引脚都连接到快充控制芯片的同属性的数据引脚;其中,所述第二充电接口所接入的充电设备和所述第一充电接口所接入的充电设备都通过所述快充控制芯片的正数据引脚DM及负数据引脚DP,来确认各自已经与所述快充控制芯片建立电气连接。
基于每个充电接口设置的快充配置通道分别连接到快充控制芯片对应的快充配置通道,并确认接入所述第二充电接口的充电设备所请求的快充电压,又由于本技术方案不使用正负数据引脚进行充电电压的协商,只是进行电气连接关系的确认,所以每个充电接口的正数据引脚都连接到所述快充控制芯片唯一的正数据引脚,每个充电接口的负数据引脚都连接到所述快充控制芯片唯一的负数据引脚,所述快充控制芯片的正负数据引脚的通信功能得到复用,节省所述快充控制芯片的引脚资源的使用量;每当一个充电接口接入充电设备,所述快充控制芯片通过其正负数据引脚向任意充电接口所接入的充电设备发送确认所接入的快充芯片的请求指令,以使各个接入充电接口的充电设备确认其已经与所述快充控制芯片建立电气连接关系。
一种充电器,充电器包括所述快充电路,充电器用于通过所述快充电路为两个充电设备充电。从而无需通过额外的MCU或从机控制模块进行充电接口的插拔监测,而是使用MOS管桥接电路对不同的接口状态进行功率分配,减少电源芯片模块的使用数量以及加快充电电量分配流程。进而基于前述关联的技术方案,其中一个充电接口最先反馈的申请电压大于或等于参考充电电压的情况下,所述其中一个充电接口用于为最先插入的充电设备提供所述外部产生的参考充电电压,所述另一个充电接口用于为滞后于所述其中一个充电接口插入的充电设备提供所述目标调节电压。其中一个充电接口最先反馈的申请电压小于参考充电电压的情况下,所述其中一个充电接口用于为最先插入的充电设备提供所述目标调节电压,所述另一个充电接口用于为滞后于所述其中一个充电接口插入的充电设备提供所述外部产生的参考充电电压。从而在支持标准USB-PD协议认证的基础上,在两个充电接口进行快充的基础上进行更少芯片资源的接口兼容性设计。
进一步地,所述充电器还包括光电耦合器和交直流转换模块,参考充电电压是来源于交直流转换模块,光电耦合器的一端与交直流转换模块的电压输出端连接,光电耦合器的另一端与快充控制芯片的光耦合信号引脚连接,光电耦合器用于依据快充控制芯片的光耦合信号引脚产生的电压状态来控制光电耦合器调节光耦信号的变化;交直流转换模块输出的参考充电电压小于其中一个充电接口最先反馈的申请电压的情况下,快充控制芯片控制光电耦合器的光耦信号变小,使交直流转换模块增大其输出的参考充电电压直至交直流转换模块最新输出的参考充电电压等于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压;交直流转换模块输出的参考充电电压大于或等于其中一个充电接口最先反馈的申请电压的情况下,快充控制芯片控制光电耦合器的光耦信号变大,使交直流转换模块减小其输出的参考充电电压直至交直流转换模块最新输出的参考充电电压等于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压。因此,当外部的充电设备接入充电接口时,充电接口获取外部设备的申请电压并反馈给所述快充控制芯片,使得快充控制芯片依据快充控制芯片的光耦合信号引脚产生的电压状态来控制光电耦合器调节光耦信号的变化,光耦信号的变化会同步反馈到交直流转换模块,交直流转换模块基于光耦信号的变化反馈改变输出电压,使对应的充电接口获得合适的电压。
附图说明
图1为本申请一种实施例公开支持双接口充电的快充电路的结构连接示意图,其中,快充控制芯片的电压引脚VIN被配置为连接上交直流转换模块的输出引脚(图中没示出),快充控制芯片的光耦合信号引脚OPTO与交直流转换模块的输出引脚之间连接有光电耦合器(图中没示出)。
实施方式
在下面的描述中,给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而,本领域的普通技术人员将理解,可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如,电路可以在框图中显示,以便不在不必要的细节中使实施例模糊。在其他情况下,为了不混淆实施例,可以不详细显示公知的电路、结构和技术。
所属领域的技术人员将了解,图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的,且未必按比例绘制。举例来说,为帮助改进对本实用新型的各种实施例的理解,图中的元件中的一些元件的尺寸及/或相对定位可相对于其它元件被放大。此外,通常不描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对这些各种实施例的较不受阻挡观察。将进一步了解,可以特定出现次序描述或描绘特定动作及/或步骤,同时所属领域的技术人员将理解,关于序列的此特定性实际上并不需要。还将理解,本文中使用的术语及表达具有与由所属领域的技术人员上文所陈述的此类术语及表达一致的一般技术含义,除非本文中另外陈述不同特定含义。
一般地,用户在使用充电器之前会先从视觉上区别出支持快充的充电口和正常供电使用的接口,再手动将充电设备插入该支持快充的充电口,完成充电接口的一次插拔监测,针对现有技术公开的多口快充应用方案中,虽然存在先插先快充的多口盲插快充的技术方案,但是采用多个DCDC模块(直流转直流模块)或多个协议芯片以兼容多个接口同时进行快充,增加充电电路的面积和输出功耗(包括线缆中产生的功耗)。
为了解决上述技术问题,本申请公开支持双接口充电的快充电路,如图1所示,快充电路包括电压调整电路、MOS管桥接电路、快充控制芯片以及两个充电接口;快充控制芯片分别连接两个充电接口,MOS管桥接电路分别连接两个充电接口,其中,同时连接快充控制芯片和MOS管桥接电路的两个充电接口,不同限于采用两个USB-C接口的方案,也可以将至少一个USB-C接口替换成USB-A接口,为描述方便,图1将以第一充电接口和第二充电接口进行区别说明。
每个充电接口设置的快充配置通道分别连接到快充控制芯片对应的快充配置通道;快充控制芯片分别连接电压调整电路与MOS管桥接电路;快充控制芯片可以设置两对快充配置通道,每对快充配置通道包括两条快充配置通道;每对快充配置通道对应一个充电接口以在相关快充协议下独立处理各个充电接口的充电协议状态,可以存在先后协商的时序要求。另外,每个充电接口设置的数据引脚都连接到快充控制芯片的同属性的数据引脚,起到引脚复用的效果,具体是快充控制芯片还可以设置一对可复用的数据引脚以兼容同一快充控制芯片与两个不同充电接口所接入的设备之间的通信;从而无需通过额外的MCU或从机控制模块进行充电接口的插拔监测,而是使用MOS管桥接电路对不同的接口状态进行功率分配,减少电源芯片模块的使用数量以及加快充电电量分配流程。
在本实施例中,所述快充控制芯片,用于在其中一个充电接口最先接入充电设备时,基于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压与外部产生的参考充电电压的大小关系,控制MOS管桥接电路将外部产生的参考充电电压VIN传输给所述其中一个充电接口,同时控制电压调整电路通过MOS管桥接电路输出目标调节电压给另一个充电接口,即控制电压调整电路将参考充电电压VIN调整为目标调节电压以不同于参考充电电压VIN,再传输给MOS管桥接电路,然后控制MOS管桥接电路将目标调节电压传输给另一个充电接口,以使两个充电接口所接收的电压是不同,从而所述其中一个充电接口在所述快充控制芯片的控制下优先通过所述MOS管桥接电路接收到参考充电电压VIN,以加快对应接入的充电设备获取快充电压,则所述其中一个充电接口自动被所述快充控制芯片配置为支持快冲的充电接口;然后另一个充电接口在所述快充控制芯片的控制下通过所述电压调整电路和所述MOS管桥接电路接收到所述目标调节电压,对应接入的充电设备获取目标调节电压以进入充电状态(可以是快速充电状态)。从而一个快充控制芯片配合一个MOS管桥接电路输出对应电压给两个充电接口,自动为两个充电接口分配不同的充电电压,优化多口充电的逻辑,减少快充电路占用面积和芯片资源使用量,也保证其中一个充电接口接入的充电设备处于快充状态下,另一个充电接口接入的充电设备则在相对低的功耗状态下进行充电,实现在双接口的设备环境下先插先快充、慢插也充电的智能分配效果,无需控制器区分快充充电接口,也无需针对每个充电接口都设置对应的一个DCDC转换器。
在本实施例中,外部产生的参考充电电压VIN是可以由交直流转换模块提供,并接收所述快充控制芯片的控制,以使最先接入充电接口的充电设备优先获得交直流转换模块直接输出的参考充电电压VIN,可以理解为所述其中一个充电接口基于其最先反馈的申请电压识别并获取交直流转换模块直接输出的标准快充电压,交直流转换模块直接输出的参考充电电压VIN可以接收所述快充控制芯片的调节,尤其是基于所述其中一个充电接口基于其最先反馈的申请电压,在USB-PD协议下进行反馈调节以使参考充电电压VIN等于最先反馈的申请电压,具体的反馈调节步骤过程中是熟知相关充电协议的本领域技术人员掌握的,在此不再赘述。在后接入另一个充电接口的充电设备则是被动接收所述电压调整电路输出的目标调节电压,目标调节电压可以小于参考充电电压VIN以降低两个充电接口最初接入充电设备的情况下产生的功耗,防止过大充电电流对各个充电接口及充电设备的冲击。目标调节电压可以在较低电压工作状态下维持接入另一个充电接口的充电设备的启动和运行,目标调节电压会随着参考充电电压VIN的变化而呈正相关变化,但会在所述电压调整电路的控制下尽可能地降低以在参考充电电压VIN过大(例如超出20V快充电压下)维护接入所述另一个充电接口的充电设备的基本电量需求。
作为一种实施例,所述其中一个充电接口用于先于所述另一个充电接口接入充电设备;对应到图1中,所述其中一个充电接口是第一充电接口时,所述另一个充电接口是第二充电接口;所述另一个充电接口是第一充电接口时,所述其中一个充电接口是第二充电接口。在本实施例中,所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压是最先接入所述其中一个充电接口的充电设备所请求的快充电压,所述其中一个充电接口可以理解为最先接入充电设备的充电接口,被接入的充电接口和需要充电的充电设备都不需要满足额外电气条件。在所述快充电路中,电压调整电路和MOS管桥接电路都用于输入外部产生的参考充电电压VIN。所述快充控制芯片会被配置为比较交直流转换模块输出的参考充电电压与其中一个充电接口最先反馈的申请电压(即最先接入充电设备的充电接口所反馈的申请电压)的大小。
所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压大于或等于外部产生的参考充电电压时,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口,以使所述其中一个充电接口接入的充电设备最先获得快充电压,而且是基于最先反馈的申请电压获得所述参考充电电压,所述参考充电电压不一定等于最先反馈的申请电压,但能满足充电设备的快速充电需求,在一些实施场景中,所述参考充电电压在所述快充电路的外部会存在调压过程。
所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口时,另一个充电接口可以是没有接入设备,此时,所述快充控制芯片控制所述电压调整电路将所述外部产生的参考充电电压调整为小于参考充电电压、或小于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压,起到降低电压的效果,再将调整后的参考充电电压配置为所述目标调节电压,然后所述快充控制芯片使能MOS管桥接电路将所述目标调节电压传输给另一个充电接口,此时,接入所述另一个充电接口的充电设备可以以相对于所述参考充电电压低的电压进行快充,其中,电压调整电路与MOS管桥接电路连接,电压调整电路用于将所述目标调节电压传输给MOS管桥接电路。
在上述实施例的基础上,所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压小于所述外部产生的参考充电电压时,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压传输给所述另一个充电接口,相对于前述实施例中的所述另一个充电接口的充电电压接收逻辑发生切换,包括接收充电电压的通路发生变化;同时,所述快充控制芯片控制所述电压调整电路将所述外部产生的参考充电电压调整为小于参考充电电压的电压,再将调整后的参考充电电压配置为所述目标调节电压,然后使能所述MOS管桥接电路将所述目标调节电压传输给所述其中一个充电接口,此时,接入所述其中一个充电接口的充电设备可以以相对于所述参考充电电压低的电压进行快充,其中,电压调整电路与MOS管桥接电路连接,电压调整电路用于将所述目标调节电压传输给MOS管桥接电路;但是所述其中一个充电接口仍为最先接入充电设备的充电接口,但是其不直接接收所述外部产生的参考充电电压,相对于前述实施例中的所述其中一个充电接口的充电电压接收逻辑发生切换,包括接收充电电压的通路发生变化。
综上,前述实施例中的任意一个充电接口是先于其他充电接口接入充电设备的都可以快充,与现有技术相比,配备的控制芯片减少,控制简单,能够通过同一控制芯片控制两个充电接口,可以根据最先接入充电设备的一个充电接口反馈的申请电压与所述外部产生的参考充电电压的大小关系,构建成两种独立的充电通路并支持切换以适应对应连接的充电接口的充电电压请求,使两个充电口具有不同电压分配,提高两个充电接口的充电状态智能化调节程度。
需要补充的是,在所述快充电路中,若两个充电接口依据USB-PD协议进行快充,一般通过所述快充控制芯片内设的控制指令来切换每个充电接口在传输USB数据和接收电能时所使用的开关通路,并由所述快充控制芯片相应IO引脚输出控制信号到MOS管桥接电路以形成对应的开关通路,由MOS管桥接电路起到充电通路的逻辑切换作用,不需要所述快充控制芯片分别对两个充电接口所接入的充电设备发起数据角色交换的指令(DR_SWAP),减少对充电设备的配置和枚举操作。
其中,两个充电接口所接入的充电设备相对于所述快充电路都是接收电能的一端设备。优选地,所述快充控制芯片采用多口快充协议芯片,例如,CV6560系列芯片,该系列芯片是集成PD、QC、AFC、FCP、BC1.2、Apple2.4A等多协议的多口快充MCU芯片;支持各种不同的USB-C接口与USB-A接口的组合应用;支持双路快充,还支持对外同步驱动两路或多路的NMOS管和两路电流侦测。
作为一种实施例,如图1所示,电压调整电路包括一个用于输入所述外部产生的参考充电电压VIN的开关管M1,即开关管M1的一传输极处输入所述外部产生的参考充电电压VIN,开关管M1的一传输极可以是PMOS管的源极;当所述快充控制芯片控制该开关管M1导通时,参考充电电压VIN输入电压调整电路,电压调整电路获取参考充电电压VIN;当所述快充控制芯片以特定的占空比控制该开关管M1在导通与关闭之间切换时,具体包括所述快充控制芯片的第一控制引脚DPA以第一占空比控制开关管M1的导通与关闭,所述快充控制芯片的第二控制引脚DMA以第二占空比控制开关管M2的导通与关闭,以使电压调整电路输出所述目标调节电压,且所述目标调节电压小于所述外部产生的参考充电电压,实现电压调整电路的降压功能。使得所述其中一个充电接口接收到开关管的一端口处的所述外部产生的参考充电电压,所述另一个充电接口接收到电压调整电路输出的目标调节电压,两个充电接口可以独立实现快充。
在本实施例中,所述快充控制芯片以特定的占空比控制该开关管M1在导通与关闭之间切换的实现方式包括:所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压以及所述外部产生的参考充电电压VIN,计算两者的比值,得到开关管M1的占空比,即第一占空比;具体地,所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压是所述其中一个充电接口当前反馈的申请电压,所述外部产生的参考充电电压VIN是在所述快充电路的外部最新产生的参考充电电压。然后计算数值1与开关管M1的占空比之间的差值,得到开关管M2的占空比,即第二占空比;然后所述快充控制芯片的第一控制引脚DPA为开关管M1提供第一空比,所述快充控制芯片的第二控制引脚DMA为开关管M2提供第二空比,以控制开关管M1和开关管M2在导通与关闭之间切换,使电压调整电路输出的目标调节电压小于所述外部产生的参考充电电压VIN。
作为一种实施例,如图1所示,所述快充控制芯片包括第一控制引脚DPA和第二控制引脚DMA;所述电压调整电路包括第一开关管M1、第二开关管M2、电感L和电容C;第一开关管M1的控制极与第一控制引脚DPA连接,由所述快充控制芯片控制第一开关管M1的导通与关闭;第二开关管M2的控制极与第二控制引脚DMA连接,由所述快充控制芯片控制第二开关管M2的导通与关闭;第一开关管M1的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压VIN,第二开关管M2的第一传输极接地,第一开关管M1的第二传输极与第二开关管M2的第二传输极连接,以使第一开关管M1导通时为所述电压调整电路引入所述外部产生的参考充电电压VIN。优选地,第一开关管M1的第一传输极属于PMOS管的源极,第一开关管M1的第二传输极属于PMOS管的漏极,第二开关管M2的第一传输极属于NMOS管的源极,第二开关管M2的第二传输极属于NMOS管的漏极,以形成推挽输出结构;优选地,第一开关管M1的第一传输极属于NMOS管的源极,第一开关管M1的第二传输极属于NMOS管的漏极,第二开关管M2的第一传输极属于NMOS管的源极,第二开关管M2的第二传输极属于NMOS管的漏极。
在本实施例中,电感L的一端连接在第一开关管M1的第二传输极与第二开关管M2的第二传输极之间,用于储能,存储参考充电电压VIN积累起来的电能;电感L的另一端分别跟电容C与所述MOS管桥接电路连接;所述快充控制芯片包括电源引脚VBUS,所述快充控制芯片的电源引脚VBUS也用于接收所述电压调整电路的输出电压,在本实施例中,电容C、电感L与所述快充控制芯片的电源引脚VBUS的连接端是所述电压调整电路的输出端,所述电压调整电路的输出端与所述MOS管桥接电路连接,所述电压调整电路的输出端输出所述目标调节电压至所述MOS管桥接电路。所述快充控制芯片的电源引脚VBUS用于检测所述电压调整电路的输出端的电压,以判断当前需要提供给所述MOS管桥接电路的电压是否过压或欠压。电容C的一端连接在电感L和所述MOS管桥接电路之间,电容C的一端也与所述快充控制芯片的电源引脚VBUS连接,电容C的另一端接地,起到对所述电压调整电路的输出电压滤波的作用,具体是在 USB-PD协议通信中,会出现24MHz的编解码信号通过电容C耦合到所述快充控制芯片的电源引脚VBUS上,而为了使 24MHz的编解码信号不对所述电压调整电路输出的直流电压产生影响,本实施例通过电感组成的低通滤波器进行过滤处理。
在本实施例中,第一开关管M1和第二开关管M2用于控制所述快充控制芯片的电源引脚VBUS占用所述外部产生的参考充电电压VIN的时间,电感L在第一开关管M1导通的时间内储能;第一开关管M1导通时,第二开关管M2关闭;第一开关管M1关闭时,第二开关管M2导通;如此地,第一开关管M1与第二开关管M2在导通与关闭之间切换,从而在所述快充控制芯片的第一控制引脚DPA和第二控制引脚DMA的控制下,所述电压调整电路处于由第一开关管M1和第二开关管M2的导通和关闭切换操作所引起的电压调节阶段,所述快充控制芯片的电源引脚VBUS也同步接收到第一开关管M1和第二开关管M2对所述外部产生的参考充电电压VIN的调节结果,并反馈到所述快充控制芯片内部的控制单元中以及时调节第一控制引脚DPA和第二控制引脚DMA的输出信号,进一步地控制第一开关管M1与第二开关管M2在导通与关闭之间切换,待稳压后可以输出所述目标调节电压,为第一充电接口和第二充电接口之一进行适应性供电或实现对参考充电电压VIN的降压操作。
为帮助理解本申请所述的电压调整电路对参考充电电压VIN的调节原理,下面结合具体数值对电压调整电路的输出电压的调节原理进行示意性解释。
在一些实施例中,所述外部产生的参考充电电压VIN是12V ,经过开关管M1(即图示的PMOS管M1)输入所述电压调整电路。接着,基于第一充电接口反馈的申请电压9V 以及参考充电电压12V ,所述快充控制芯片计算开关管M1的占空比,第一占空比为9/12 ,使用数值1与第一占空比的差值计算出开关管M2(即图示的NMOS管M2)的占空比,得到第二占空比为3/12 。这意味着在一个电压脉冲周期中,9/12 的时间导通开关管M1和关闭开关管M1,3/12的时间关闭开关管M1和导通开关管M2。在开关管M1和开关管M2不断地导通和关闭的过程中,电感L将所述电压调整电路输出的电压维持在9V左右,实现降压的功能。
优选地,所述外部产生的参考充电电压VIN包括但不限于USB-PD协议所规定的9V/3A 、12V/3A、15V/3A或20V/4.5A等。
作为一种实施例,所述MOS管桥接电路包括两条逻辑通路,是结构一致的两条逻辑通路;每条逻辑通路都连接在所述电压调整电路与对应的一个充电接口之间;每条逻辑通路都输入外部产生的参考充电电压;如图1所示,所述快充控制芯片包括第一驱动引脚DRV1和第二驱动引脚DRV2,每条逻辑通路都与第一驱动引脚DRV1和第二驱动引脚DRV2连接,则在本实施例中,每条逻辑通路都是由MOS管连接而成的开关路径,起到输入电压的切换作用。在第一驱动引脚DRV1输出的电压和第二驱动引脚DRV2输出的电压的控制下,其中一条逻辑通路将所述电压调整电路与对应的一个充电接口连通,所述其中一条逻辑通路不将外部产生的参考充电电压传输给对应的一个充电接口,另一条逻辑通路断开所述电压调整电路与对应的一个充电接口之间的电气连接,所述另一条逻辑通路将外部产生的参考充电电压传输给对应的一个充电接口,从而所述MOS管桥接电路切换输入所述外部产生的参考充电电压VIN或所述电压调整电路输出的目标调节电压,并将当前切换的结果输出给各个充电接口,实现为两个充电接口分配不同的电压。
作为一种实施例,所述MOS管桥接电路包括第一逻辑通路和第二逻辑通路,所述两个充电接口分别是第一充电接口和第二充电接口;第一逻辑通路通过内设的一个开关管接入外部产生的参考充电电压;第一逻辑通路通过内设的另一个开关管连接在所述电压调整电路与第一充电接口之间,用于仅在另一个开关管导通的情况下为第一充电接口传输所述目标调节电压;第一逻辑通路内设的两个开关管的控制极分别连接第一驱动引脚和第二驱动引脚。第二逻辑通路通过内设的一个开关管接入外部产生的参考充电电压;第二逻辑通路通过内设的另一个开关管连接在所述电压调整电路与第二充电接口之间,用于仅在另一个开关管导通的情况下为第二充电接口传输所述目标调节电压。连接在所述电压调整电路与第一充电接口之间的开关管的控制极与第一驱动引脚连接,第一逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管的控制极与第二驱动引脚连接,第二逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管的控制极也与第一驱动引脚连接,连接在所述电压调整电路与第二充电接口之间的开关管的控制极与第二驱动引脚连接。
在本实施例中,第一驱动引脚输出的电压导通所述电压调整电路与第一充电接口之间的开关管时,第二驱动引脚输出的电压关闭第一逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管,同时,第二驱动引脚输出的电压关闭所述电压调整电路与第二充电接口之间的开关管,第一驱动引脚输出的电压导通第二逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管;从而在所述其中一个充电接口是第一充电接口,且所述另一个充电接口是第二充电接口时,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压传输给所述另一个充电接口,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述目标调节电压传输给所述其中一个充电接口。实现在所述其中一条逻辑通路是第一逻辑通路,所述另一条逻辑通路是第二逻辑通路的情况下,其中一条逻辑通路将所述电压调整电路与第一充电接口连通,所述其中一条逻辑通路不将外部产生的参考充电电压传输给第一充电接口;所述另一条逻辑通路断开所述电压调整电路与第二充电接口之间的电气连接,所述另一条逻辑通路将外部产生的参考充电电压传输给第二充电接口。
或者,第一驱动引脚输出的电压关闭所述电压调整电路与第一充电接口之间的开关管时,第二驱动引脚输出的电压导通第一逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管,同时,第二驱动引脚输出的电压导通所述电压调整电路与第二充电接口之间的开关管,第一驱动引脚输出的电压关闭第二逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管;从而在所述其中一个充电接口是第一充电接口,且所述另一个充电接口是第二充电接口时,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述目标调节电压传输给所述另一个充电接口;实现在所述其中一条逻辑通路是第二逻辑通路,所述另一条逻辑通路是第一逻辑通路的情况下,其中一条逻辑通路将所述电压调整电路与第二充电接口连通,所述其中一条逻辑通路不将外部产生的参考充电电压传输给第二充电接口;所述另一条逻辑通路断开所述电压调整电路与第一充电接口之间的电气连接,所述另一条逻辑通路将外部产生的参考充电电压传输给第一充电接口。
作为一种实施例,第一逻辑通路包括第三开关管和第四开关管,第二逻辑通路包括第五开关管和第六开关管;所述快充控制芯片包括电源引脚。需要说明的是,在图1所示的实施例中,第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5以及第六开关管M6都是PMOS管时,下面公开的第一传输极属于PMOS管的源极,第二传输极属于PMOS管的漏极,控制极属于PMOS管的栅极。或者,第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管都是NMOS管时,下面公开的第一传输极属于NMOS管的源极,第二传输极属于NMOS管的漏极,控制极属于NMOS管的栅极。
参阅图1可知,第三开关管M3的第一传输极与第五开关管M5的第一传输极都与所述快充控制芯片的电源引脚VBUS连接;第三开关管M3的第一传输极与第五开关管M5的第一传输极分别作为所述MOS管桥接电路的一个输入端。依据前述实施例可知,电容C、电感L与所述快充控制芯片的电源引脚VBUS的连接端是所述电压调整电路的输出端,所述电压调整电路的输出端与所述MOS管桥接电路连接,所述电压调整电路的输出端输出所述目标调节电压至所述MOS管桥接电路的输入端。
参阅图1可知,第三开关管M3的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压VIN,第三开关管M3的控制极与第二驱动引脚DRV_2连接,第三开关管M3的控制极处接收的电压信号与第二驱动引脚DRV_2处接收的电压信号都是VK2以导通或关闭第三开关管M3;第四开关管M4的控制极与第一驱动引脚DRV_1连接,第一驱动引脚DRV_1为第四开关管M4的控制极提供电压VK1以导通或关闭第四开关管M4;第四开关管M4的第一传输极与所述电压调整电路连接,以在第四开关管M4导通时输入所述目标调节电压;第四开关管M4的第一传输极在本实施例中是所述MOS管桥接电路的一个输入端。第三开关管M3的第二传输极与第四开关管M4的第二传输极都连接到所述第一充电接口;第三开关管M3的第二传输极与第四开关管M4的第二传输极的公共连接端是所述MOS管桥接电路的一个输出端,以使第三开关管M3导通且第四开关管M4关闭时,所述外部产生的参考充电电压VIN传输到所述第一充电接口,具体是所述MOS管桥接电路的一个输出端输出参考充电电压VIN给所述第一充电接口,为所述第一充电接口提供充电电压;或者,第三开关管M3关闭且第四开关管M4导通时,所述电压调整电路将所述目标调节电压传输到所述第一充电接口;从而实现所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压或所述目标调节电压传输给第一充电接口,等效于第一逻辑通路将所述电压调整电路与第一充电接口连通或将外部产生的参考充电电压传输给第一充电接口;提高第一充电接口的适配性,兼容多种充电电压,适应不同充电设备的电压请求情况。
参阅图1可知,第五开关管M5的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压VIN,第五开关管M5的控制极与第一驱动引脚DRV_1连接;第五开关管M5的控制极处接收的电压信号与第一驱动引脚DRV_1处接收的电压信号都是VK1以导通或关闭第五开关管M5。第六开关管M6的第一传输极与所述电压调整电路连接,以在第六开关管M6导通时输入所述目标调节电压;第六开关管M6的第一传输极在本实施例中是所述MOS管桥接电路的另一个输入端。第六开关管M6的第二传输极与第五开关管M5的第二传输极都连接到所述第二充电接口,第六开关管M6的第二传输极与第五开关管M5的第二传输极的公共连接端是所述MOS管桥接电路的另一个输出端,以使第五开关管M5导通且第六开关管M6关闭时,所述外部产生的参考充电电压VIN传输到所述第二充电接口,具体是所述MOS管桥接电路的另一个输出端输出参考充电电压VIN给所述第二充电接口,为所述第二充电接口提供充电电压;或者,第五开关管M5关闭且第六开关管M6导通时,所述电压调整电路将所述目标调节电压传输到所述第二充电接口;从而实现所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压或所述目标调节电压传输给第二充电接口,等效于第二逻辑通路将所述电压调整电路与第二充电接口连通或将外部产生的参考充电电压传输给第二充电接口;提高第二充电接口的适配性,兼容多种充电电压,适应不同充电设备的电压请求情况。
综上,由于第一驱动引脚DRV_1同时为第四开关管M4和第五开关管M5的控制极提供同一电压VK1,第二驱动引脚DRV_2同时为第三开关管M3和第六开关管M6的控制极提供同一电压VK2,所以,在电压VK1与电压VK2分别处于高低不同的电平状态(其中一个逻辑电平是1,另一个逻辑电平是0)时,第三开关管M3与第六开关管M6支持同步导通或关闭,第四开关管M4与第五开关管M5支持同步导通或关闭。
在此基础上,第三开关管M3导通时,第四开关管M4关闭,导致第一充电接口通过第三开关管M3接收到参考充电电压VIN,第二充电接口通过同步导通的第六开关管M6接收到所述目标调节电压,以使两个充电接口所接收的电压是不同,其中,第一充电接口适用于进行快充。
同理地,第三开关管M3关闭时,第四开关管M4导通,导致第一充电接口通过第四开关管M4接收到所述目标调节电压,第二充电接口通过同步导通的第五开关管M5接收到参考充电电压VIN,以使两个充电接口所接收的电压是不同,其中,第二充电接口适用于进行快充。
作为一种实施例,参阅图1可知,所述第一充电接口是USB-C接口,至于第二充电接口可以是USB-C接口或USB-A接口。所述第一充电接口包括电源引脚VBUS、接地引脚GND、第一快充配置通道CC1、第二快充配置通道CC2、正数据引脚DP和负数据引脚DM;所述快充控制芯片包括第一电流侦测引脚CSn、第二电流侦测引脚CSp、正数据引脚DP、负数据引脚DM、第一快充配置通道CC1和第二快充配置通道CC2;所述第一充电接口的电源引脚VBUS分别连接第三开关管M3的第二传输极与第四开关管M4的第二传输极,以接收所述MOS管桥接电路的一个输出端处的参考充电电压VIN或目标调节电压,其中,第三开关管M3的第二传输极与第四开关管M4的第二传输极的公共连接端是所述MOS管桥接电路的一个输出端。
所述快充控制芯片的第一电流侦测引脚CSn通过电阻R与所述第一充电接口的接地引脚GND连接,所述第一充电接口的接地引脚GND还跟所述快充控制芯片的第二电流侦测引脚CSp连接,以实现电流的侦测,保证充电安全。
所述快充控制芯片的第一快充配置通道CC1与所述第一充电接口的第一快充配置通道CC1连接,所述快充控制芯片的第二快充配置通道CC2与所述第一充电接口的第二快充配置通道CC2连接,以确认接入所述第一充电接口的充电设备所请求的快充电压,比如获取充电设备所需的快充电压或快充功率,不同的快充协议使用不同的引脚进行通信,此处不赘述。另外,在本实施例中,所述快充控制芯片的正数据引脚DP与所述第一充电接口的正数据引脚DP连接,所述快充控制芯片的负数据引脚DM与所述第一充电接口的负数据引脚DM连接,以确认所述第一充电接口接入充电设备的情况,即初步识别到与充电设备电气连接,即正负数据引脚之间的连接可以实现所述第一充电接口与所接入的充电设备进行充电芯片的连接信息确认。
在上述实施例的基础上,参阅图1可知,所述第二充电接口是USB-C接口,则所述第一充电接口也是USB-C接口;所述第二充电接口包括电源引脚VBUS、接地引脚GND、第一快充配置通道CC1、第二快充配置通道CC2、正数据引脚DP和负数据引脚DM;所述快充控制芯片还包括第三快充配置通道CC3和第四快充配置通道CC4;所述第二充电接口的电源引脚VBUS分别连接第五开关管M5的第二传输极与第六开关管M6的第二传输极,以接收所述MOS管桥接电路的一个输出端处的参考充电电压VIN或目标调节电压,其中,第五开关管M5的第二传输极与第六开关管M6的第二传输极的公共连接端是所述MOS管桥接电路的另一个输出端。
所述快充控制芯片的第一电流侦测引脚CSn通过电阻R与所述第二充电接口的接地引脚GND连接,所述第二充电接口的接地引脚GND还跟所述快充控制芯片的第二电流侦测引脚CSp连接,以实现电流的侦测,保证充电安全;进而使得所述快充控制芯片的电流侦测引脚复用为同时给所述第二充电接口和所述第一充电接口进行电流侦测,同时保证两个充电接口的充电安全。不需要使用两个快充控制芯片的电流侦测引脚分别对接两个充电接口,减少快充电路的占用面积和器件资源。
所述快充控制芯片的第三快充配置通道CC3与所述第二充电接口的第一快充配置通道CC1连接,所述快充控制芯片的第四快充配置通道CC4与所述第二充电接口的第二快充配置通道CC2连接,结合前述实施例可以实现每个充电接口设置的快充配置通道分别连接到快充控制芯片对应的快充配置通道;并确认接入所述第二充电接口的充电设备所请求的快充电压,至少相对于所述第一充电接口,可以独立地进行快充电压的请求,包括获取充电设备所需的快充电压或快充功率。所述快充控制芯片的正数据引脚DP与所述第二充电接口的正数据引脚DP连接,所述快充控制芯片的负数据引脚DM与所述第二充电接口的负数据引脚DM连接,结合前述实施例可以实现每个充电接口设置的数据引脚都连接到快充控制芯片的同属性的数据引脚。其中,所述第二充电接口所接入的充电设备和所述第一充电接口所接入的充电设备都通过所述快充控制芯片的正数据引脚DM及负数据引脚DP,来确认各自已经与所述快充控制芯片建立电气连接,例如确认充电设备已经接入一个所述快充控制芯片或一个快充电路,不受限于所接的充电接口的差异,可能会存在多个充电接口,由于本实施例不使用正负数据引脚进行充电电压的协商,只是进行电气连接关系的确认,所以每个充电接口的正数据引脚都连接到所述快充控制芯片唯一的正数据引脚,每个充电接口的负数据引脚都连接到所述快充控制芯片唯一的负数据引脚,所述快充控制芯片的正负数据引脚的通信功能得到复用,节省所述快充控制芯片的引脚资源的使用量;每当一个充电接口接入充电设备,所述快充控制芯片通过其正负数据引脚向任意充电接口所接入的充电设备发送确认所接入的快充芯片的请求指令,以使各个接入充电接口的充电设备确认其已经与所述快充控制芯片建立电气连接关系。
基于前述实施例,本申请还公开一种充电器,所述充电器包括前述实施例公开的快充电路。充电器用于通过所述快充电路为两个充电设备充电,可以是先后为两个充电设备充电,例如先为先插入的充电设备进行快充;与现有技术相比,具体是由一个快充控制芯片分别通过两个充电接口为对应接入的充电设备充电,快充控制芯片设置一对可复用的数据引脚以兼容同一快充控制芯片与两个不同充电接口之间的设备识别通信;快充控制芯片可以设置两对快充配置通道,每对快充配置通道对应一个充电接口以在相关快充协议下独立处理各个充电接口的充电协议状态,可以存在先后协商的时序要求;从而无需通过额外的MCU或从机控制模块进行充电接口的插拔监测,而是使用MOS管桥接电路对不同的接口状态进行功率分配,减少电源芯片模块的使用数量以及加快充电电量分配流程。进而基于前述关联的实施例,其中一个充电接口最先反馈的申请电压大于或等于参考充电电压的情况下,所述其中一个充电接口用于为最先插入的充电设备提供所述外部产生的参考充电电压,所述另一个充电接口用于为滞后于所述其中一个充电接口插入的充电设备提供所述目标调节电压。其中一个充电接口最先反馈的申请电压小于参考充电电压的情况下,所述其中一个充电接口用于为最先插入的充电设备提供所述目标调节电压,所述另一个充电接口用于为滞后于所述其中一个充电接口插入的充电设备提供所述外部产生的参考充电电压。从而在支持标准USB-PD协议认证的基础上,在两个充电接口进行快充的基础上进行更少芯片资源的接口兼容性设计。
作为一种实施例,所述充电器还包括光电耦合器和交直流转换模块,参考充电电压是来源于交直流转换模块,图中没有示出;需要说明的是,交直流转换模块用于将交流电转换为直流电,所述交流电为市电交流电。优选地,光电耦合器采用亿光公司生产的EL1018系列芯片。优选地,交直流转换模块的主控芯片采用安森美公司生产的NCP4306系列芯片。
结合图1可知,光电耦合器的一端与交直流转换模块的电压输出端连接,交直流转换模块的电压输出端还与第一开关管M1的第一传输极连接,以接收交直流转换模块输出的参考充电电压VIN;光电耦合器的另一端与快充控制芯片的光耦合信号引脚OPTO连接(图中没有示出),光电耦合器用于依据快充控制芯片的光耦合信号引脚产生的电压状态来控制光电耦合器调节光耦信号的变化;具体地,快充控制芯片先比较交直流转换模块输出的参考充电电压与其中一个充电接口最先反馈的申请电压(即最先接入充电设备的充电接口所反馈的申请电压)的大小。
交直流转换模块输出的参考充电电压小于其中一个充电接口最先反馈的申请电压的情况下,快充控制芯片控制光电耦合器的光耦信号变小,使交直流转换模块增大其输出的参考充电电压直至交直流转换模块最新输出的参考充电电压等于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压,需要说明的是,在同一电压调节阶段内,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将参考充电电压传输给所述另一个充电接口,同时,所述快充控制芯片控制所述电压调整电路将所述外部产生的参考充电电压调整为小于参考充电电压的电压,再将调整后的参考充电电压配置为所述目标调节电压,然后控制所述MOS管桥接电路将所述目标调节电压传输给所述其中一个充电接口,进而实现为所述其中一个充电接口提供快充电压。
交直流转换模块输出的参考充电电压大于或等于其中一个充电接口最先反馈的申请电压的情况下,快充控制芯片控制光电耦合器的光耦信号变大,使交直流转换模块减小其输出的参考充电电压直至交直流转换模块最新输出的参考充电电压等于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压,在同一电压调节阶段内,所述快充控制芯片控制所述MOS管桥接电路将所述外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口,同时,所述快充控制芯片控制所述电压调整电路将所述外部产生的参考充电电压调整为小于参考充电电压、或小于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压,再将调整后的参考充电电压配置为所述目标调节电压,然后控制MOS管桥接电路将所述目标调节电压传输给另一个充电接口,进而实现为所述其中一个充电接口提供快充电压。
当外部的充电设备接入充电接口时,充电接口获取外部设备的申请电压并反馈给所述快充控制芯片,使得快充控制芯片依据快充控制芯片的光耦合信号引脚产生的电压状态来控制光电耦合器调节光耦信号的变化,光耦信号的变化会同步反馈到交直流转换模块,交直流转换模块基于光耦信号的变化反馈改变输出电压,使对应的充电接口获得合适的电压。在一些实施例中,交直流转换模块的输出电压变化至等于其中一个充电接口最先反馈的申请电压时,控制光电耦合器的光耦合号保持不变。
需要补充的是,光电耦合器可简化为由一个发光LED和光敏晶体管组成。发光LED同时串联和并联了一个电阻,都用于调节发光LED 的电流。当交直流转换模块输出的参考充电电压大于或等于其中一个充电接口最先反馈的申请电压的情况下,流进光电耦合器的电流大,则发光LED越亮,反馈到光敏晶体管就电流越大,交直流转换模块就会控制输出电压的占空比,使得参考充电电压变小;当交直流转换模块输出的参考充电电压小于其中一个充电接口最先反馈的申请电压的情况下,流进光电耦合器的电流小,则发光LED越暗,反馈到光敏晶体管就电流越小,交直流转换模块就会控制输出电压的占空比,使得参考充电电压变大。光耦信号的变化会优先反馈到所述其中一个充电接口的快充配置通道捕获到使其占据光耦信号的控制权,则快充控制芯片则被赋予为所述其中一个充电接口所接入的充电设备进行快充的权利。
显然,上述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例,各个实施例之间的技术方案可以相互结合。此外,如果实施例中出现“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等术语,其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。如果实施例中出现“第一”、“第二”、“第三”等术语,是为了便于相关特征的区分,不能理解为指示或暗示其相对重要性、次序的先后或者技术特征的数量。
另外,在本实用新型的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
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限定以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.支持双接口充电的快充电路,其特征在于,快充电路包括电压调整电路、MOS管桥接电路、快充控制芯片以及两个充电接口;
快充控制芯片分别连接两个充电接口,MOS管桥接电路分别连接两个充电接口,快充控制芯片分别连接电压调整电路与MOS管桥接电路;
快充控制芯片,用于在其中一个充电接口最先接入充电设备时,基于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压与外部产生的参考充电电压的大小关系,控制MOS管桥接电路将外部产生的参考充电电压传输给所述其中一个充电接口,同时控制电压调整电路通过MOS管桥接电路输出目标调节电压给另一个充电接口,以使两个充电接口所接收的电压是不同;
其中,每个充电接口设置的快充配置通道分别连接到快充控制芯片对应的快充配置通道;
其中,每个充电接口设置的数据引脚都连接到快充控制芯片的同属性的数据引脚。
2.根据权利要求1所述快充电路,其特征在于,所述快充控制芯片包括第一控制引脚和第二控制引脚;所述电压调整电路包括第一开关管、第二开关管、电感和电容;
第一开关管的控制极与第一控制引脚连接,第二开关管的控制极与第二控制引脚连接,第一开关管的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压,第二开关管的第一传输极接地,第一开关管的第二传输极与第二开关管的第二传输极连接,以使第一开关管导通时为所述电压调整电路引入所述外部产生的参考充电电压;
电感的一端连接在第一开关管的第二传输极与第二开关管的第二传输极之间,电感的另一端分别跟电容与所述MOS管桥接电路连接;所述快充控制芯片包括电源引脚,电容的一端连接在电感和所述MOS管桥接电路之间,电容的一端也与所述快充控制芯片的电源引脚连接,电容的另一端接地。
3.根据权利要求1所述快充电路,其特征在于,所述MOS管桥接电路包括两条逻辑通路,每条逻辑通路都连接在所述电压调整电路与对应的一个充电接口之间;每条逻辑通路都输入外部产生的参考充电电压;
所述快充控制芯片包括第一驱动引脚和第二驱动引脚,每条逻辑通路都与第一驱动引脚和第二驱动引脚连接;在第一驱动引脚输出的电压和第二驱动引脚输出的电压的控制下,其中一条逻辑通路将所述电压调整电路与对应的一个充电接口连通,所述其中一条逻辑通路不将外部产生的参考充电电压传输给对应的一个充电接口,另一条逻辑通路断开所述电压调整电路与对应的一个充电接口之间的电气连接,所述另一条逻辑通路将外部产生的参考充电电压传输给对应的一个充电接口,实现为两个充电接口分配不同的电压。
4.根据权利要求3所述快充电路,其特征在于,所述MOS管桥接电路包括第一逻辑通路和第二逻辑通路,所述两个充电接口分别是第一充电接口和第二充电接口;
第一逻辑通路通过内设的一个开关管接入外部产生的参考充电电压,第一逻辑通路通过内设的另一个开关管连接在所述电压调整电路与第一充电接口之间;
第二逻辑通路通过内设的一个开关管接入外部产生的参考充电电压,第二逻辑通路通过内设的另一个开关管连接在所述电压调整电路与第二充电接口之间;
连接在所述电压调整电路与第一充电接口之间的开关管的控制极与第一驱动引脚连接,第一逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管的控制极与第二驱动引脚连接,第二逻辑通路内部的接入所述参考充电电压的开关管的控制极也与第一驱动引脚连接,连接在所述电压调整电路与第二充电接口之间的开关管的控制极与第二驱动引脚连接。
5.根据权利要求4所述快充电路,其特征在于,第一逻辑通路包括第三开关管和第四开关管,第二逻辑通路包括第五开关管和第六开关管;
第三开关管的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压,第三开关管的控制极与第二驱动引脚连接;
第四开关管的控制极与第一驱动引脚连接,第四开关管的第一传输极与所述电压调整电路连接,以在第四开关管导通时输入所述目标调节电压;
第三开关管的第二传输极与第四开关管的第二传输极都连接到所述第一充电接口,以使第三开关管导通且第四开关管关闭时,所述外部产生的参考充电电压传输到所述第一充电接口,或者,第三开关管关闭且第四开关管导通时,所述目标调节电压传输到所述第一充电接口;
第五开关管的第一传输极接入所述外部产生的参考充电电压,第五开关管的控制极与第一驱动引脚连接;
第六开关管的控制极与第二驱动引脚连接,第六开关管的第一传输极与所述电压调整电路连接,以在第六开关管导通时输入所述目标调节电压;
第五开关管的第二传输极与第六开关管的第二传输极都连接到所述第二充电接口,以使第五开关管导通且第六开关管关闭时,所述外部产生的参考充电电压传输到所述第二充电接口,或者,第五开关管关闭且第六开关管导通时,所述目标调节电压传输到所述第二充电接口。
6.根据权利要求4所述快充电路,其特征在于,所述第一充电接口是USB-C接口,所述第一充电接口包括电源引脚、接地引脚、第一快充配置通道、第二快充配置通道、正数据引脚和负数据引脚;
所述快充控制芯片包括第一电流侦测引脚、第二电流侦测引脚、正数据引脚、负数据引脚、第一快充配置通道和第二快充配置通道;
所述第一充电接口的电源引脚分别连接第三开关管的第二传输极与第四开关管的第二传输极;
所述快充控制芯片的第一电流侦测引脚通过电阻与所述第一充电接口的接地引脚连接,所述第一充电接口的接地引脚还跟所述快充控制芯片的第二电流侦测引脚连接;
所述快充控制芯片的第一快充配置通道与所述第一充电接口的第一快充配置通道连接,所述快充控制芯片的第二快充配置通道与所述第一充电接口的第二快充配置通道连接,以确认接入所述第一充电接口的充电设备所请求的快充电压;
所述快充控制芯片的正数据引脚与所述第一充电接口的正数据引脚连接,所述快充控制芯片的负数据引脚与所述第一充电接口的负数据引脚连接。
7.根据权利要求4所述快充电路,其特征在于,所述第二充电接口是USB-C接口,所述第二充电接口包括电源引脚、接地引脚、第一快充配置通道、第二快充配置通道、正数据引脚和负数据引脚;
所述快充控制芯片还包括第三快充配置通道和第四快充配置通道;
所述第二充电接口的电源引脚分别连接第五开关管的第二传输极与第六开关管的第二传输极;
所述快充控制芯片的第一电流侦测引脚通过电阻与所述第二充电接口的接地引脚连接,所述第二充电接口的接地引脚还跟所述快充控制芯片的第二电流侦测引脚连接;
所述快充控制芯片的第三快充配置通道与所述第二充电接口的第一快充配置通道连接,所述快充控制芯片的第四快充配置通道与所述第二充电接口的第二快充配置通道连接,以实现每个充电接口设置的快充配置通道分别连接到快充控制芯片对应的快充配置通道;
所述快充控制芯片的正数据引脚与所述第二充电接口的正数据引脚连接,所述快充控制芯片的负数据引脚与所述第二充电接口的负数据引脚连接,以实现每个充电接口设置的数据引脚都连接到快充控制芯片的同属性的数据引脚;
其中,所述第二充电接口所接入的充电设备和所述第一充电接口所接入的充电设备都通过所述快充控制芯片的正数据引脚DM及负数据引脚DP,来确认各自已经与所述快充控制芯片建立电气连接。
8.一种充电器,其特征在于,充电器包括权利要求1至7任一项所述快充电路,充电器用于通过所述快充电路为两个充电设备充电。
9.根据权利要求8所述充电器,其特征在于,所述充电器还包括光电耦合器和交直流转换模块,参考充电电压是来源于交直流转换模块,光电耦合器的一端与交直流转换模块的电压输出端连接,光电耦合器的另一端与快充控制芯片的光耦合信号引脚连接,光电耦合器用于依据快充控制芯片的光耦合信号引脚产生的电压状态来控制光电耦合器调节光耦信号的变化;
交直流转换模块输出的参考充电电压小于其中一个充电接口最先反馈的申请电压的情况下,快充控制芯片控制光电耦合器的光耦信号变小,使交直流转换模块增大其输出的参考充电电压直至交直流转换模块最新输出的参考充电电压等于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压;
交直流转换模块输出的参考充电电压大于或等于其中一个充电接口最先反馈的申请电压的情况下,快充控制芯片控制光电耦合器的光耦信号变大,使交直流转换模块减小其输出的参考充电电压直至交直流转换模块最新输出的参考充电电压等于所述其中一个充电接口最先反馈的申请电压。
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