本發(fā)明涉及設(shè)備充電識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及一種基于USB接口的智能通用充電識(shí)別及控制裝置。

背景技術(shù)：

充電識(shí)別是一種在充電設(shè)備與被充電設(shè)備之間通過(guò)通訊及檢測(cè)的方法互相識(shí)別對(duì)方的技術(shù)，其基本目的是為了保障充電的安全可靠和充電參數(shù)的匹配，以便于被識(shí)別的充電與被充電端口之間建立安全、高效的充電。尤其是現(xiàn)在逐漸流行的各類移動(dòng)設(shè)備的快充方案，由于需要通過(guò)大電流、高電壓等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)快速充電，其對(duì)充電的安全可靠性提出了更高的要求，所有快充方案均帶有相應(yīng)的充電識(shí)別協(xié)議以保障充電的安全和充電參數(shù)的匹配，必須相互識(shí)別的充電端口之間才能建立起協(xié)議規(guī)定的安全可靠、參數(shù)匹配的快速充電連接；否則，充電將以傳統(tǒng)的慢速方式進(jìn)行。

然而，現(xiàn)有的設(shè)備類型很多，不同的廠商采用不同的識(shí)別方式和充電技術(shù)，造成了設(shè)備充電的兼容性問(wèn)題，即負(fù)責(zé)為設(shè)備充電的充電設(shè)備，尤其是第三方廠商的充電設(shè)備，由于無(wú)法與特定廠商的被充電設(shè)備間互相識(shí)別而無(wú)法為該設(shè)備安全高效的充電，甚至可能造成無(wú)法充電?；蛘撸煌瑥S商生產(chǎn)的充電設(shè)備與被充電設(shè)備之間亦不兼容。由于設(shè)備只能使用該廠商的原裝充電設(shè)備才能安全高效充電，致使設(shè)備的使用者無(wú)形之中亦被該設(shè)備制造廠商“綁架”消費(fèi)。

現(xiàn)有的充電設(shè)備增多，其大多采用USB接口進(jìn)行充電，在設(shè)備接入充電后，怎樣識(shí)別設(shè)備并按其充電協(xié)議所規(guī)定的電流電壓高低進(jìn)行充電是值得研究的事情。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提供一種基于USB接口的智能通用充電識(shí)別及控制裝置。

發(fā)明人在對(duì)各款設(shè)備的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)充電器與設(shè)備通訊方式的不同，其電壓或電流信號(hào)總是有類似的規(guī)律。而充電器與設(shè)備通訊方式包括在DP和DM上通訊、在Vbus上通訊或在其他信號(hào)線上通訊，其中，在DP和DM上通訊可分為由設(shè)備在DP和DM上主動(dòng)發(fā)起的通訊和由充電器在在DP和DM上主動(dòng)發(fā)起的通訊。根據(jù)對(duì)電流、電壓信號(hào)的分析判斷，可判斷手機(jī)類型，調(diào)節(jié)輸出電壓高低至手機(jī)充電協(xié)議規(guī)定電壓即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)高效安全充電?；谏鲜龇椒偨Y(jié)，發(fā)明人研發(fā)了實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

基于USB接口的智能通用充電識(shí)別及控制裝置，包括：

用于控制USB接口DP、DM的通斷以及控制DP、DM上電壓輸出且實(shí)現(xiàn)充電器與設(shè)備之間通訊的模式識(shí)別電路；

檢測(cè)流過(guò)設(shè)備的電流信號(hào)的電流檢測(cè)電路；

將電流檢測(cè)電路輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于充電識(shí)別的數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路；

調(diào)節(jié)輸出電壓高低以實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效安全充電的輸出電壓調(diào)節(jié)電路；

分別對(duì)專用信號(hào)線上的信息進(jìn)行解碼和編碼的解碼器和編碼器；

根據(jù)模式識(shí)別電路、電流檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)換電路、解碼器和編碼器的信號(hào)對(duì)設(shè)備進(jìn)行識(shí)別并控制輸出電壓調(diào)節(jié)電路輸出相應(yīng)充電電壓和充電電流的控制電路。

在對(duì)DP、DM加電壓實(shí)現(xiàn)通訊的設(shè)備，如支持QC2.0的設(shè)備，需要連接USB接口的DP、DM端口并對(duì)端口之間的電壓進(jìn)行采集判斷從而識(shí)別。對(duì)DP、DM加載脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)通訊的設(shè)備，如支持VOOC的設(shè)備，需要充電器與設(shè)備通過(guò)模式識(shí)別電路通訊從而識(shí)別。對(duì)DP、DM上加載電壓并且加載脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)通訊的設(shè)備，如支持QC3.0和FCP的設(shè)備，需要通過(guò)模式識(shí)別電路檢測(cè)電壓和通訊從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別。蘋(píng)果的手機(jī)識(shí)別過(guò)程其需要在DP、DM接口上輸出電壓且需要對(duì)其電流進(jìn)行檢測(cè)從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別。模式識(shí)別電路、電流檢測(cè)電路為此類手機(jī)識(shí)別過(guò)程提供硬件基礎(chǔ)；且電流檢測(cè)電路采集的數(shù)據(jù)不僅可以判斷是否為小電流、是否為手機(jī)充電電流、也可判斷充電異常，對(duì)手機(jī)提供保護(hù)。MTK類設(shè)備在充電時(shí)其在電流信號(hào)有一定的規(guī)律，故在識(shí)別過(guò)程中利用轉(zhuǎn)換電路對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行判斷并轉(zhuǎn)化為可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，為此類手機(jī)識(shí)別過(guò)程提供硬件基礎(chǔ)。對(duì)專用信號(hào)線上加載脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)通訊的設(shè)備，如USBPD設(shè)備，則需要通過(guò)解碼器和編碼器讀寫(xiě)脈沖信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別。本方案的控制電路根據(jù)模式識(shí)別電路、電流檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)換電路、解碼器和編碼器的信號(hào)對(duì)手機(jī)類型進(jìn)行識(shí)別從而控制輸出電壓調(diào)節(jié)電路輸出相應(yīng)充電電壓，達(dá)到高效安全充電的目的。本方案的硬件可對(duì)現(xiàn)有市面上所有手機(jī)識(shí)別提供硬件基礎(chǔ)。

作為優(yōu)選，所述模式識(shí)別電路包括連接在USB接口DP、DM之間的開(kāi)關(guān)器件、連接在開(kāi)關(guān)器件上在控制電路的控制下驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件通斷的第二驅(qū)動(dòng)電路、在控制電路的控制下分別給DP、DM接口施加電壓的加壓電路。

進(jìn)一步的，所述開(kāi)關(guān)器件包括兩個(gè)MOS管，兩個(gè)MOS管的源極相連且兩漏極分別與USB接口DP、DM接口相連。此處利用兩個(gè)MOS管構(gòu)成通斷控制器件，相比于開(kāi)關(guān)管其體積較小，成本低廉。且利用兩個(gè)MOS管構(gòu)成開(kāi)關(guān)器件，還可實(shí)現(xiàn)雙向關(guān)斷，避免信號(hào)干擾。

進(jìn)一步的，所述加壓電路包括分別連接在控制電路與USB接口DP、DM接口的開(kāi)關(guān)電路、連接在控制電路與開(kāi)關(guān)電路之間的第一驅(qū)動(dòng)電路。

作為優(yōu)選，所述電流檢測(cè)電路包括用于將設(shè)備端電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的電流取樣電阻、用于對(duì)采集的電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理的信號(hào)放大電路。

作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)換電路包括基準(zhǔn)電壓電路、用于比較基準(zhǔn)電壓電路與電流檢測(cè)電路輸出信號(hào)的比較器。

進(jìn)一步的，所述基準(zhǔn)電壓電路的基準(zhǔn)電壓為電流檢測(cè)電路上流過(guò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)電流形成的輸出電壓。MTK是通過(guò)電流發(fā)送信號(hào)，在實(shí)現(xiàn)MTK類手機(jī)識(shí)別時(shí)，轉(zhuǎn)換電路將設(shè)備的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，提供MTK類協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)電路，MTK類協(xié)議認(rèn)為大于協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的電流發(fā)送的信號(hào)是1，而小于協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的的電流發(fā)送的信號(hào)是0，可以發(fā)送1和0，這樣就有了二進(jìn)制碼。MTK的每一個(gè)Vbus電壓都對(duì)應(yīng)了一串二進(jìn)制碼，通過(guò)電流檢測(cè)電路對(duì)電流進(jìn)行識(shí)別，轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)脈沖信號(hào)的識(shí)別判斷即可對(duì)MTK類手機(jī)進(jìn)行識(shí)別。

作為優(yōu)選，所述對(duì)專用信號(hào)線上的信息進(jìn)行解碼和編碼的解碼器和編碼器采用FUSB302芯片。

作為優(yōu)選，所述控制電路包括微處理器。采用微處理器實(shí)現(xiàn)控制，可根據(jù)協(xié)議更新而同步升級(jí)，更適應(yīng)現(xiàn)代科技更新的需求。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明的控制電路根據(jù)模式識(shí)別電路、電流檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)換電路、解碼器和編碼器的信號(hào)對(duì)設(shè)備類型進(jìn)行識(shí)別從而控制輸出電壓調(diào)節(jié)電路輸出相應(yīng)充電電壓，達(dá)到高效安全充電的目的。

2、本發(fā)明采用微處理器作為控制器件，其可根據(jù)協(xié)議更新而同步升級(jí)，更適應(yīng)現(xiàn)代科技更新的需求。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為實(shí)施例2中模式識(shí)別電路的原理圖。

圖2為實(shí)施例2中電流檢測(cè)電路和轉(zhuǎn)換電路的原理圖。

圖3為實(shí)施例2中控制電路的原理圖。

圖4為實(shí)施例2中輸出電壓調(diào)節(jié)電路的原理圖。

圖5為實(shí)施例2中編碼器和解碼器的原理框圖。

圖6為實(shí)施例2中專用信號(hào)線識(shí)別原理圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1

基于USB接口的智能通用充電識(shí)別及控制裝置，包括模式識(shí)別電路、電流檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)換電路、輸出電壓調(diào)節(jié)電路和控制電路、解碼器和編碼器；

所述模式識(shí)別電路用于控制USB接口DP、DM的通斷以及控制DP、DM上電壓輸出且實(shí)現(xiàn)充電器與設(shè)備之間通訊；

所述電流檢測(cè)電路檢測(cè)流過(guò)設(shè)備的電流信號(hào)；

所述轉(zhuǎn)換電路將電流檢測(cè)電路輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于充電識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；

所述輸出電壓調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)輸出電壓高低以實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效安全充電；

所述控制電路根據(jù)模式識(shí)別電路、電流檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)對(duì)設(shè)備進(jìn)行識(shí)別并控制輸出電壓調(diào)節(jié)電路輸出相應(yīng)充電電壓和充電電流。所述專用信號(hào)線上接收和發(fā)送信號(hào)的解碼器用于將設(shè)備發(fā)送的信號(hào)解碼之后發(fā)送給控制器，編碼器用于將控制電路需要發(fā)送給設(shè)備的信號(hào)編碼后發(fā)送給設(shè)備。

實(shí)施例2

本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上對(duì)各部件進(jìn)行詳細(xì)闡述，即公開(kāi)一詳細(xì)實(shí)施例。

模式識(shí)別電路包括連接在USB接口DP、DM之間的開(kāi)關(guān)器件、連接在開(kāi)關(guān)器件上在控制電路的控制下驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件通斷的第二驅(qū)動(dòng)電路、在控制電路的控制下分別給DP、DM接口施加電壓的加壓電路。

如圖1所示，場(chǎng)效應(yīng)管Q4、Q6構(gòu)成開(kāi)關(guān)器件，按如圖所示連接，USB_D+即DP接口，USB_D-即DM接口。三極管Q3、電阻R14、電阻R19、電阻R21、電容C11構(gòu)成第二驅(qū)動(dòng)電路；場(chǎng)效應(yīng)管Q2、場(chǎng)效應(yīng)管Q5分別構(gòu)成加壓電路，三極管Q1及外圍電路構(gòu)成第一驅(qū)動(dòng)電路，控制三極管Q2、三極管Q5的開(kāi)斷，控制電路通過(guò)調(diào)整PWM_D+、PWM_D-的占空比即可在USB的DP接口、DM接口加不同的電壓，用于協(xié)議識(shí)別，USB_D+USB_D-可檢測(cè)和捕獲D+、D-上信號(hào)，同時(shí)也可以發(fā)送信號(hào)，用于協(xié)議識(shí)別。

電流檢測(cè)電路包括將設(shè)備端電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的電流取樣電阻、用于對(duì)采集的電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理的信號(hào)放大電路。

所述轉(zhuǎn)換電路包括基準(zhǔn)電壓電路、用于比較基準(zhǔn)電壓電路與電流檢測(cè)電路輸出信號(hào)的比較器。

如圖2所示，比較電路和信號(hào)放大電路由芯片SGM8582及其外圍電路構(gòu)成。電阻R18采集設(shè)備的電流，通過(guò)識(shí)別電流流過(guò)R18上的壓差，從而間接實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的采集。電阻R18采集電壓信號(hào)后送入芯片SGM8582的一運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大后輸出給控制電路或者作為另一比較器的比較信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)MTK類手機(jī)的識(shí)別。

MTK類手機(jī)的識(shí)別需要350mA的基準(zhǔn)電路，基準(zhǔn)電壓為電流檢測(cè)電路上流過(guò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的電流形成的輸出電壓。以350mA的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)電流為例，采用如圖2所示的電路，信號(hào)放大電路的放大倍數(shù)為51，電源為3.3V的情況下，R36與R37的阻值采用1：18即可實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)電壓電流，以提供電流檢測(cè)電路上流過(guò)350mA電流的鏡像基準(zhǔn)電流。

控制電路可采用微處理器實(shí)現(xiàn)，具體的可采用芯片STM32F030C8T6。其具體實(shí)現(xiàn)電路圖如圖3所示。

輸出電壓調(diào)節(jié)電路可采用現(xiàn)有的多種電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。也可采用芯片TPS5450實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)具體如圖4所示。

如圖5所示，專用信號(hào)線上的編碼器和解碼器可采用現(xiàn)有的多種電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。編碼器包括FIFO數(shù)據(jù)隊(duì)列、CRC校驗(yàn)單元、4B5B編碼單元、BMC編碼單元。解碼器包括FIFO數(shù)據(jù)隊(duì)列、CRC校驗(yàn)單元、4B5B解碼單元、BMC解碼單元。也可以采用芯片F(xiàn)USB302實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)具體如圖6所示。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。