CN106655415A - 基于usb接口的智能通用充电识别及控制装置 - Google Patents

基于usb接口的智能通用充电识别及控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于USB的智能通用充电识别方法，本发明通过下述技术方案实现：基于USB的智能通用充电识别方法，该方法在微处理器中运行，包括以下步骤：A、根据充电识别协议调整并设置用于识别的电压、电流的参数和阀值以及通讯信号规则以进行正确的充电识别。B、检测设备的接入，判断设备与充电设备的通讯方式；C、根据通讯方式与设备通讯，进行电压、电流检测，并依据所获得的电压、电流或脉冲通讯信号信息对设备进行充电识别。D、根据充电识别的结果相应调整输出电压和输出电流对设备进行充电。

Description

基于USB接口的智能通用充电识别及控制装置
技术领域
本发明涉及设备充电识别领域，具体涉及一种基于USB的智能通用充电识别方法。
背景技术
充电识别是一种在充电设备与被充电设备之间通过通讯及检测的方法互相识别对方的技术，其基本目的是为了保障充电的安全可靠和充电参数的匹配，以便于被识别的充电与被充电端口之间建立安全、高效的充电。尤其是现在逐渐流行的各类移动设备的快充方案，由于需要通过大电流、高电压等方式来实现快速充电，其对充电的安全可靠性提出了更高的要求，所有快充方案均带有相应的充电识别协议以保障充电的安全和充电参数的匹配，必须相互识别的充电端口之间才能建立起协议规定的安全可靠、参数匹配的快速充电连接；否则，充电将以传统的慢速方式进行。
然而，现有的设备类型很多，不同的厂商采用不同的识别方式和充电技术，造成了设备充电的兼容性问题，即负责为设备充电的充电设备，尤其是第三方厂商的充电设备，由于无法与特定厂商的被充电设备间互相识别而无法为该设备安全高效的充电，甚至可能造成无法充电。或者，不同厂商生产的充电设备与被充电设备之间亦不兼容。由于设备只能使用该厂商的原装充电设备才能安全高效充电，致使设备的使用者无形之中亦被该设备制造厂商“绑架”消费。
现有的充电设备增多，其大多采用USB接口进行充电，在设备接入充电后，怎样识别设备并按其充电协议所规定的电流电压大小进行充电是值得研究的事情。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种基于USB的智能通用充电识别方法。
本发明通过下述技术方案实现：
基于USB的智能通用充电识别方法，该方法在微处理器中运行，包括以下步骤：
A、根据充电识别协议调整并设置用于识别的电压、电流的参数和阀值以及通讯信号规则以进行正确的充电识别；
B、检测设备的接入，判断设备与充电设备的通讯方式；
C、根据通讯方式与设备通讯，进行电压、电流检测，并依据所获得的电压、电流或脉冲通讯信号信息对设备进行充电识别。
D、根据充电识别的结果相应调整输出电压和输出电流对设备进行充电。
本方案的方法在微处理器中运行，使得本方案的具体识别方法可根据协议更新而同步升级，相比于现有直接将软件方法固化到芯片内的方式，其更灵活，经济效益更好。根据其通讯方式并依据电压、电流或脉冲信号对设备进行识别并调节充电设备的输出电压到设备要求的电压从而实现设备的高效安全充电。
在步骤B中，若设备与充电设备之间在Vbus上通讯，其对设备的识别方法为：
B-1-1、捕获Vbus上电流信号；
B-1-2、解析电流信号，判断接入设备的充电识别是否为Vbus电流通讯模式，若充电识别为Vbus电流通讯模式，进入C-1，反之，进入B-1-1；
C-1、根据电流信号的解析结果选择相应充电识别协议进行通讯，获取设备充电所需参数信息，进入D和C-8。
D、根据充电识别的结果相应调整输出电压和输出电流对设备进行充电。
若设备与充电设备之间在DP和DM上通讯，其对设备的识别方法为：
B-2-1、连接DP和DM、设置DP和DM上的电压；
B-2-2、检测DP、DM上的电压和Vbus电流；
B-2-3、若电流大于设定的识别阈值，且DP和DM之间的电压不满足高通QC协议或FCP协议要求，进入B-3；反之，进入B-2-4；
B-2-4、若满足高通QC协议或FCP协议要求，断开DP和DM，进入B-2-5，反之，进入B-2-1；
B-2-5、若DP、DM上的电压符合高通QC2.0的电压规律，判断其为支持高通QC2.0的设备，进入C-2；反之，进入B-2-6；
C-2、读取DP、DM上的电压值，获取充电参数，进入D和C-10；
B-2-6、捕获信号，并检测DP、DM上的电压，并判断其是否为支持其他充电协议的设备；
所述B-3具体为：
B-3-1、若电流大于VOOC阈值，则进入B-3-2；反之，进入B-3-3；
B-3-2、断开DP和DM，在DP和DM上发送信号，若收到正确回复，进入C-3；若没有收到正确回复，进入B-3-3；
C-3、解析在DP和DM上收到的回复信号，进入D和C-8；
B-3-3、断开充电输出，将DP和DM上电压设置为苹果2.4A模式，进入C-4；
C-4、打开充电输出，检测电流，若电流大于设定的识别阈值，进入D和C-8；反之，进入C-5；
C-5、连接DP和DM，进入D和C-8。
步骤B-2-6具体的步骤为：
B-2-6-1、检测DP或/和DM上第一个脉冲信号；
B-2-6-2、若检测到DP上有脉冲信号，进入B-2-6-4；反之，则进入B-2-6-3；
B-2-6-3、若DM上第一个脉冲信号满足FCP协议第一个脉冲要求，进入C-6-1，反之，进入B-2-6-4；
C-6-1、设备发起信号并收到反馈信号；
C-6-2、循环C-6-1步骤12次，若每次收到的反馈信号正确且相同，进入D和C-8；反之，进入B-3。
B-2-6-4、若DP或DM上的脉冲信号满足高通QC3.0协议要求，进入C-7；反之，进入B-3；
C-7、解析DP或DM上接收到的脉冲信号，进入D和C-10。
若设备与充电设备之间在专用信号线上通讯，其对设备的识别方法为：
B-4-1、捕获专用信号线上的脉冲信号；
B-4-2、若有信号则解析该脉冲信号，进入C-9，反之，进入B-4-1；
C-9、根据B-4的判断进行通讯并解析信号，若脉冲信号为正确信号，进入D和C-8；反之，进入B。
C-10、读取DP、DM电压值，若符合高通QC2.0的电压规律，判断其为支持高通QC2.0的设备，进入C-2；若符合高通QC3.0的电压规律，判断其为支持高通QC3.0的设备，进入C-7；若均不符合，则进入B-2-1。
所述步骤C-8为在执行步骤D的同时进行持续通讯及电压、电流检测的过程，其结果将反馈回微处理器，并作为回到B或执行调整D的依据。
所述步骤D还包括：不是恒流充电时，根据实际充电电流调整输出电压实现线损补偿。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的方法根据通讯方式并依据电压、电流或脉冲信号对设备进行识别，以调节充电设备的输出电压到设备要求的电压从而实现设备的高效安全充电。
2、本发明的方法在微处理器中运行，可根据协议更新而同步升级，更适应现代科技更新的需求。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
基于USB的智能通用充电识别方法，该方法在微处理器中运行，包括以下步骤：
A、根据充电识别协议调整并设置用于识别的电压、电流的参数和阀值以及通讯信号规则以进行正确的充电识别；
B、检测设备的接入，判断设备与充电设备的通讯方式；
具体的，基于上述识别方法，可实现设备的安全高效充电，即上述步骤B之后还可获取充电参数步骤C和充电执行D步骤，
步骤C：根据通讯方式与设备通讯，进行电压、电流检测，并依据所获得的电压、电流或脉冲通讯信号信息对设备进行充电识别。
步骤D：根据识别出的结果相应调整输出电压和输出电流对智能设备进行充电。
现有基于USB充电接口充电的设备，其与充电设备之间通讯时在通讯方式相同的情况下，其电压、电流或脉冲信号总是有类似的规律，本发明即根据不同的通讯方式对支持不同充电协议的设备进行分类后再根据通讯所获得的电压、电流或脉冲信号规律等信息进行识别，进而根据识别结果将充电设备的输出电压、电流调整至对应充电协议的指定电压、电流实现设备的充电。
通过研究，基于USB的设备与充电设备之间的通讯可分为在DP和DM上通讯、在Vbus上通讯或在其他信号线上通讯，其中，在DP和DM上通讯可分为由设备在DP和DM上主动发起的通讯和由充电设备在在DP和DM上主动发起的通讯。其充电识别原理根据其通讯方式的不同，其具体方法不同。基于上述方法，本方案仅对现有市面上的设备识别方法进行研究，需要说明的是，随着技术更新进步，出现的支持充电协议的设备识别方法，若其识别原理也是基于通讯方式、电流或电压进行识别，也在本方案的保护范围内。
实施例2
本实施例针对市面的支持联发科协议的设备识别进行阐述。其在Vbus上通讯，其识别方法为：
B-1-1、捕获Vbus上电流信号；
B-1-2、解析电流信号；若电流信号为正确信号，判断接入设备的充电识别是否为Vbus电流通讯模式，若充电识别为Vbus电流通讯模式，进入C-1，反之，进入B-1-1；
C-1、根据电流信号的解析结果选择相应充电识别协议进行通讯，获取设备充电所需参数信息，进入D和C-8；
D、根据充电识别的结果相应调整输出电压和输出电流对设备进行充电，譬如：根据MTK协议调整电压至5V、7V、9V，根据输出电流升高输出电压0V、0.15V、0.2V、0.25V。
步骤C-8为在执行步骤D的同时进行持续通讯及电压、电流检测的过程，其结果将反馈回微处理器，并作为回到B或执行调整D的依据。
实施例3
设备与充电设备之间的通讯除了在Vbus上通讯之外，大多都是采用在DP和DM上通讯，其具体的识别方法如下：
B-2-1、连接DP和DM、设置DP和DM上的电压；
B-2-2、检测DP、DM上的电压和Vbus电流；
B-2-3、若电流大于(A)设定的识别阈值，譬如700mA，且DP和DM之间的电压不满足高通协议或FCP协议要求，即小于0.3V或者大于0.65V，可初步判断其为VOOC,则进入B-3；反之，进入B-2-4；
B-2-4、若DP和DM之间的电压满足高通协议或FCP协议要求，断开DP和DM，进入B-2-5，反之，进入B-2-1；
B-2-5、若DP、DM上的电压符合QC2.0的电压规律，该规律见表1，判断其为支持高通QC2.0的设备，则调整输出电压到5V、9V、12V、20V；反之，进入B-2-6；
C-2、捕获信号，并检测DP、DM上的电压，并判断其是否为支持其他充电协议的设备，譬如：QC3.0、FCP，并调整输出电压到对应充电协议的指定电压，进入D和C-10；
经过C-2的步骤，可实现为小米4C、小米NOTE等主流手机识别充电。
DP(V) DM(V) Vbus(V)
0.4～0.7 0.4～0.7 12
>＝3 0.4～0.7 9
>＝3 >＝3 20
0.4～0.7 0 5
表1
所述B-3具体为：
B-3-1、若电流大于VOOC阈值，即1A，则进入B-3-2；反之，进入B-3-3；
B-3-2、断开DP和DM，在DP和DM上发送信号，若收到正确回复，则可判断其为VOOC，进入C-3；若没有收到正确回复，进入B-3-3；
B-3、解析在DP和DM上收到的回复信号，进入D和C-8；
B-3-3、断开充电输出，将DP和DM上电压设置在苹果阈值，即2.6V至2.7V，将其设置为苹果的充电方式，进入C-4；C-4、打开充电输出，检测电流，若电流小于(A)设定的识别阈值，即700mA，进入D和C-8；反之，进入C-5。
C-5、连接DP和DM，进入D和C-8。
步骤B-2-6具体的步骤为：
B-2-6-1、检测DP或/和DM上第一个脉冲信号；
B-2-6-2、若检测到DP上有脉冲信号，进入B-2-6-4；反之，则进入B-2-6-3；
B-2-6-3、若DM上第一个脉冲信号满足FCP协议第一个脉冲要求，即不小于2.55ms且不大于2.65ms，进入C-6-1，反之，进入B-2-6-4；
C-6-1、设备发起信号并收到反馈信号；
C-6-2、循环B-6-1步骤12次，若每次收到的反馈信号正确且相同，进入D和C-8；反之，进入B-3。
C-2-6-4、若DP或DM上的脉冲信号满足高通QC3.0协议要求，进入C-7；反之，进入B-3；
C-7、解析DP或DM上接收到的脉冲信号，进入D和C-10。
C-10、读取DP、DM电压值，若符合高通QC2.0的电压规律，判断其为支持高通QC2.0的设备，进入C-2；若符合高通QC3.0的电压规律，判断其为支持高通QC3.0的设备，进入C-7；若均不符合，则进入B-2-1。
步骤B-8为在执行步骤D的同时进行持续通讯及电压、电流检测的过程，其结果将反馈回微处理器，并作为回到B或执行调整D的依据。
由于各种充电协议内容随着技术的更新可能会发生改变，譬如参数，上述实施例中出现的具体参数仅是针对现有协议的具体识别方法，不对本方案的保护做具体限定。
实施例4
本实施例针对市面的支持USB PD协议的设备识别进行阐述。其在USB TYPE-C CC信号线上通讯，其识别方法为：
B-4-1、捕获专用信号线CC上的脉冲信号；
B-4-2、解析该脉冲信号，若该信号为充电识别信号，进入C-9，反之，进入B-4-1；
C-9、根据B-4的判断进行通讯并解析信号，获取充电参数，譬如：充电电流1A、2A、3A，充电电压5V、9V、12V。进入D和C-8。
步骤C-8为在执行步骤D的同时进行持续通讯及电压、电流检测的过程，其结果将反馈回微处理器，并作为回到B或执行调整D的依据。
实施例5
数据线在对设备充电过程中，存在线损现象，即电流越大导体两端的压差越大。本方案的方法在上述实施例的基础上做优化，即步骤D还包括：不是恒流充电时，根据实际充电电流调整输出电压实现输出补偿。
具体的，当电流小于1A时，补偿为0；
小于1.5且大于1A时，补偿为0.15V；
小于2A且大于1.5A时，补偿为0.2V；
大于2A，补偿为0.25V。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，该方法在微处理器中运行，
包括以下步骤：
A、根据充电识别协议调整并设置用于识别的电压、电流的参数和阀值以及通讯信号规则以进行正确的充电识别；
B、检测设备的接入，判断设备与充电设备的通讯方式；
C、根据通讯方式与设备通讯，进行电压、电流检测，并依据所获得的电压、电流或脉冲通讯信号信息对设备进行充电识别。
2.根据权利要求1所述的基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，还包括步骤：
D、根据充电识别的结果相应调整输出电压和输出电流对设备进行充电。
3.根据权利要求1所述的基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，所述步骤A还包括：
可根据新的充电识别方法及协议随时设置、调整并控制识别过程和规则，通过升级固件升级的方式以让现有产品快速兼容新的充电识别需求。
4.根据权利要求2所述的基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，若设备与充电设备之间在Vbus上通讯，其对设备的识别方法为：
B-1-1、捕获Vbus上电流信号；
B-1-2、解析电流信号，判断接入设备的充电识别是否为Vbus电流通讯模式，若充电识别为Vbus电流通讯模式，进入C-1，反之，进入B-1-1；
C-1、根据电流信号的解析结果选择相应充电识别协议进行通讯，获取设备充电所需参数信息，进入D和C-8。
5.根据权利要求2所述的基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，若设备与充电设备之间在DP和DM上通讯，其对设备的识别方法为：
B-2-1、连接DP和DM、设置DP和DM上的电压；
B-2-2、检测DP、DM上的电压和Vbus电流；
B-2-3、若电流大于设定的识别阈值，且DP和DM之间的电压不满足高通QC协议或FCP协议要求，进入B-3；反之，进入B-2-4；
B-2-4、若满足高通QC协议或FCP协议要求，断开DP和DM，进入B-2-5，反之，进入B-2-1；
B-2-5、若DP、DM上的电压符合高通QC2.0的电压规律，判断其为支持高通QC2.0的设备，进入C-2；反之，进入B-2-6；
C-2、读取DP、DM上的电压值，获取充电参数，进入D和C-8；
B-2-6、捕获信号，并检测DP、DM上的电压，并判断其是否为支持其他充电协议的设备；
所述B-3具体为：
B-3-1、若电流大于VOOC阈值，则进入B-3-2；反之，进入B-3-3；
B-3-2、断开DP和DM，在DP和DM上发送信号，若收到正确回复，进入C-3；若没有收到正确回复，进入B-3-3；
C-3、解析在DP和DM上收到的回复信号，进入D和C-8；
B-3-3、断开充电输出，将DP和DM上电压设置为苹果2.4A模式，进入C-4；
C-4、打开充电输出，检测电流，若电流大于设定的识别阈值，进入D和C-8；反之，进入C-5；
C-5、连接DP和DM，进入D和C-8。
6.根据权利要求5所述的基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，
步骤B-2-6具体的步骤为：
B-2-6-1、检测DP或/和DM上第一个脉冲信号；
B-2-6-2、若检测到DP上有脉冲信号，进入B-2-6-4；反之，则进入B-2-6-3；
B-2-6-3、若DM上第一个脉冲信号满足FCP协议第一个脉冲要求，进入C-6-1，反之，进入B-2-6-4；
C-6-1、设备发起信号并收到反馈信号；
C-6-2、循环C-6-1步骤12次，若每次收到的反馈信号正确且相同，进入D和C-8；
反之，进入B-3；
C-2-6-4、若DP或DM上的脉冲信号满足高通QC3.0协议要求，进入C-7；反之，进入B-3；
C-7、解析DP或DM上接收到的脉冲信号，进入D和C-8；
C-10、读取DP、DM电压值，若符合高通QC2.0的电压规律，判断其为支持高通QC2.0的设备，进入C-2；若符合高通QC3.0的电压规律，判断其为支持高通QC3.0的设备，进入C-7；若均不符合，则进入B-2-1。
7.根据权利要求2所述的基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，若设备与充电设备之间在专用信号线上通讯，其对设备的识别方法为：
B-4-1、捕获专用信号线上的脉冲信号；
B-4-2、解析该脉冲信号，若该信号为充电识别信号，进入C-9，反之，进入B-4-1；
C-9、根据B-4的判断进行通讯并解析信号，获取充电参数，进入D和C-8。
8.根据权利要求5、6、或7所述的基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，所述步骤C-8为在执行步骤D的同时进行持续通讯及电压、电流检测的过程，其结果将反馈回微处理器，并作为回到B或执行调整D的依据。
9.根据权利要求2所述的基于USB的智能通用充电识别方法，其特征在于，所述步骤D还包括：不是恒流充电时，根据实际充电电流调整输出电压实现线损补偿。
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