CN106655316B - 充电电路和终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种充电电路和终端设备，所述充电电路包括两信号引脚、两电源引脚、一USB控制器和一电源模块，所述两电源引脚与所述电源模块电性连接，还包括一第一开关，所述两信号引脚通过所述第一开关在相互短接和电性连接所述USB控制器两个状态之间切换。本发明实施例所提供的一种充电电路，通过在信号引脚和USB控制器之间设置一第一开关，使得两信号引脚可以通过第一开关在相互短接和电性连接USB控制器两个状态之间切换，实现了USB接口在SDP和DCP两种类型之间切换，当切换为DCP类型时，则能够以大电流对外充电，提高了充电速度，解决了终端设备对外充电时充电速度缓慢的技术问题。

Description

充电电路和终端设备

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及到一种充电电路和终端设备。

背景技术

通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)为便携设备供电与其串行通信功能一样，已经成为一种标准应用。如今，USB供电已经扩展到电池充电、交流适配器及其它供电形式的应用。应用的普及带来的一个显着效果是便携设备的充电和供电可以互换插头和适配器。因此，相对于过去每种装置都采用专用适配器的架构相比，目前的解决方案允许采用多种电源进行充电。

以USB2.0为例，USB2.0mini接口中共有5个引脚(PIN)，包括：

一对电源引脚：VBUS/GND

一对信号引脚：D+/D-

一个主从识别引脚：UID

两个USB接口设备需要通过支持OTG(On-The-Go)的USB数据线连接。这种数据线只有一端的UID是有效的，假设UID有效端与设备A相连时，就表明设备A为主机；相应的另一端的设备B，为从机。当确定主从后，主机通过VBUS(正极)输出符合USB规范的电压信号；从机被VBUS电压信号激活后，即可根据USB相关协议(BC1.2)对主机的接口进行类型检测。

主机接口的类型主要有4种(有时还会有细分)，即“SDP/DCP/CDP/其它”。其中，SDP(Standard Downstream Port)为USB标准下行端口，就是通常说的“USB数据接口”，而DCP(Dedicated Charging Port)为专用充电端口，就是通常说的“标准充电器接口”。SDP接口内(如PC机USB接口)，D+/D-连接的是USB控制器，进行数据收发；而DCP接口内(即标准充电器)，D+/D-是短接的，只用于标识接口类型。

从机可以通过BC1.2规定的握手协议，检测出主机的接口属于哪一种类型。如果主机是SDP设备，则根据USB规范从机最多只能吸收500mA电流。而如果主机是DCP设备，从机至少被允许吸收1.8A电流。

目前，移动终端(如智能手机)大多采用USB接口作为电源、数据输入输出的通道，遵循USB相关协议规范。如图1所示，当移动终端作为OTG主机对从机进行充电时，移动终端首先通过USB数据线单端的UID信号识别出主机身份，然后通过电源管理集成电路(PowerManagement IC，PMIC)从VBUS上输出5V电压到从机；从机接收到VBUS信号后，通过检测D+/D-状态来判断主机接口类型，由于移动终端的D+/D-是连接在USB控制器上进行数据传输的，因此会被从机判别为SDP设备，从机会主动的限制自身的吸收电流，按照最多500mA规格从VBUS吸收电流。也就是说，即便OTG主机具备很强的负载能力，也无法提供更大的充电电流。然而，在当前电池容量普遍已经超过3000mAh的情况下，500mA的电流规格充电极其缓慢，基本没有什么实用价值。

综上所述，现有的终端设备对外充电时，充电电流小，充电速度极其缓慢。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种充电电路和终端设备，旨在解决终端设备对外充电时，充电电流小，充电速度缓慢的技术问题。

为达以上目的，本发明提出一种充电电路，包括两信号引脚、两电源引脚、一USB控制器和一电源模块，所述两电源引脚与所述电源模块电性连接，还包括一第一开关，所述两信号引脚通过所述第一开关在相互短接和电性连接所述USB控制器两个状态之间切换。

进一步地，还包括一第二开关，所述两电源引脚中至少一个电源引脚通过所述第二开关电性连接所述电源模块。

进一步地，还包括一与所述第二开关电性连接的第二控制模块，所述第二控制模块用于控制所述第二开关的闭合与断开。

进一步地，所述电源引脚包括一VBUS引脚，所述第二开关串联于所述VBUS引脚与所述电源模块之间。

进一步地，所述第二开关为单刀单掷开关。

进一步地，还包括一与所述第一开关电性连接的第一控制模块，所述第一控制模块用于控制所述第一开关的切换操作。

进一步地，所述第一开关为双刀双掷开关。

进一步地，所述两信号引脚包括正极引脚和负极引脚。

进一步地，所述电源模块包括相互电性连接的电池和电源管理集成电路PMIC，所述PMIC与所述两电源引脚电性连接。

本发明同时提出一种终端设备，所述终端设备包括一充电电路，所述充电电路包括两信号引脚、两电源引脚、一USB控制器、一电源模块和第一开关，所述两电源引脚与所述电源模块电性连接，所述两信号引脚通过所述第一开关在相互短接和电性连接所述USB控制器两个状态之间切换。

本发明实施例所提供的一种充电电路，通过在信号引脚和USB控制器之间设置一第一开关，使得两信号引脚可以通过第一开关在相互短接和电性连接USB控制器两个状态之间切换，实现了USB接口在SDP和DCP两种类型之间切换，当切换为DCP类型时，则能够以大电流对外充电，提高了充电速度，解决了终端设备对外充电时充电速度缓慢的技术问题。同时，当切换到DCP类型时，由于两信号引脚与USB控制器已断开了连接，因此物理上断开了USB数据连接，此时只提供充电功能，提高了安全性。

附图说明

图1是现有技术中移动终端作为主机与从机连接的电路连接示意图；

图2是本发明第一实施例的充电电路的电路连接示意图；

图3是本发明第二实施例的充电电路的电路连接示意图；

图4是本发明第三实施例的充电电路的电路连接示意图；

图5是本发明第四实施例的充电电路的电路连接示意图；

图6是应用本发明实施例的充电电路的移动终端作为主机与从机连接的电路连接示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，这里所使用的“终端”、“终端设备”既包括无线信号接收器的设备，其仅具备无发射能力的无线信号接收器的设备，又包括接收和发射硬件的设备，其具有能够在双向通信链路上，执行双向通信的接收和发射硬件的设备。这种设备可以包括：蜂窝或其他通信设备，其具有单线路显示器或多线路显示器或没有多线路显示器的蜂窝或其他通信设备；PCS(Personal Communications Service，个人通信系统)，其可以组合语音、数据处理、传真和/或数据通信能力；PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)，其可以包括射频接收器、寻呼机、互联网/内联网访问、网络浏览器、记事本、日历和/或GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接收器；常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备，其具有和/或包括射频接收器的常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备。这里所使用的“终端”、“终端设备”可以是便携式、可运输、安装在交通工具(航空、海运和/或陆地)中的，或者适合于和/或配置为在本地运行，和/或以分布形式，运行在地球和/或空间的任何其他位置运行。这里所使用的“终端”、“终端设备”还可以是通信终端、上网终端、音乐/视频播放终端，例如可以是PDA、MID(Mobile Internet Device，移动互联网设备)和/或具有音乐/视频播放功能的移动电话，也可以是智能电视、机顶盒等设备。

实施例一

参照图2，提出本发明第一实施例的充电电路，所述充电电路包括两信号引脚、两电源引脚、一USB控制器、一电源模块以及一第一开关S1。两电源引脚与电源模块电性连接，两信号引脚通过第一开关S1在相互短接和电性连接USB控制器两个状态之间切换。

本发明实施例中，两信号引脚为USB接口的一对差分信号引脚，包括正极引脚(D+)和负极引脚(D-)。在其他实施例中，也可以是其他类型的信号引脚，在此不做限制。

本发明实施例中，两电源引脚为USB接口的正极引脚(VBUS)和负极(接地)引脚(GND)。在其他实施例中，也可以是其他类型的电源引脚，在此不做限制。

本发明实施例中，电源模块包括PMIC和电池，电池与PMIC电性连接，PMIC与两电源引脚电性连接。可选地，电源模块也可以在本实施例的基础上增加其他电子元件，或者利用其他电子元件替换PMIC。可选地，电源模块也可以只包括电池。

本发明实施例中，第一开关S1可以在两个位置间切换。当第一开关S1切换到位置1时，两信号引脚与USB控制器电性连接，此时USB接口为SDP类型，对外输出小电流(如最多500mA)，主要用于传输数据。当第一开关S1切换到位置2时，两信号引脚相互短接，此时USB接口模拟为DCP类型，对外输出大电流(如至少1.8A)，主要用于对外充电。可选地，默认状态下，第一开关S1位于位置1，与USB控制器连接，即USB接口默认为SDP类型。从而通过切换第一开关S1，实现了USB接口在SDP和DCP两种类型之间切换。

可选地，第一开关S1为双刀双掷开关，或者，也可以为两个单刀单掷开关，当然，也可以是其他类型的开关，在此不做限制。

本发明实施例的充电电路，通过在信号引脚和USB控制器之间设置一第一开关S1，使得两信号引脚可以通过第一开关S1在相互短接和电性连接USB控制器两个状态之间切换，实现了USB接口在SDP和DCP两种类型之间切换，当切换为DCP类型时，则能够以大电流对外充电，提高了充电速度，解决了终端设备对外充电时充电速度缓慢的技术问题。同时，当切换到DCP类型时，由于两信号引脚与USB控制器已断开了连接，因此物理上断开了USB数据连接，此时只提供充电功能，提高了安全性。

实施例二

参照图3，提出本发明第二实施例的充电电路，本实施例在第一实施例的基础上增加了一第一控制模块，第一控制模块与第一开关S1电性连接，用于控制第一开关S1的切换操作。可选地，第一控制模块也可以集成于终端设备的其它电子元件。

第一实施例中，需要用户手动切换第一开关S1，本实施例中，第一控制模块在接收到切换指令时或者判定满足切换条件时，自动切换第一开关S1。从而提高了智能化水平，提升了用户体验。

实施例三

参照图4，提出本发明第三实施例的充电电路，本实施例在第一实施例的基础上增加了一第二开关S2，两电源引脚中至少一个电源引脚通过第二开关S2电性连接电源模块。

本发明实施例中，第二开关S2串联于电源引脚的正极引脚(如VBUS)与电源模块之间，即电源引脚的正极引脚通过第二开关S2电性连接电源模块。可选地，也可以是电源引脚的负极引脚通过第二开关S2电性连接电源模块，或者，两个电源引脚均通过第二开关S2电性连接电源模块。

前述第一和第二实施例中，当插上USB数据线后，充电过程中，需要进行USB接口类型切换时，需要重新插拔USB数据线，因为只有断开USB数据线并重新插上USB数据线后，从机才会被电源引脚的电压重新激活，并启动对主机的接口类型的检测流程，然后根据检测的类型吸收相应规格的电流。

本实施例中，当需要进行USB接口类型切换时，先断开第二开关S2，此时从机检测到电源引脚信号无效，则停止吸收电流；然后切换第一开关S1(如从位置1切换到位置2或者从位置2切换到位置1)，以实现USB接口类型的切换(从SDP类型切换到DCP类型或者从DCP类型切换到SDP类型)；最后再闭合第二开关S2，此时从机被电源引脚的电压重新激活，检测到电源引脚信号有效，启动新的检测流程检测主机USB接口的类型，根据检测的类型吸收相应规格的电流。可选地，第二开关S2默认处于闭合状态。

从而，在充电过程中进行USB接口类型的切换时，无需重新插拔数据线，只需断开第二开关S2并重新闭合即可，省去了用户重新插拔USB数据线的繁琐流程，使得切换更加方便快捷。

实施例四

参照图5，提出本发明第四实施例的充电电路，本实施例在第三实施例的基础上增加了第一控制模块和第二控制模块。第一控制模块与第一开关S1电性连接，用于控制第一开关S1的切换操作，第二控制模块与第二开关S2电性连接，用于控制第二开关S2的闭合与断开。可选地，第一控制模块和/或第二控制模块也可以集成于终端设备的其它电子元件。

第三实施例中，需要用户手动切换第一开关S1和第二开关S2。本实施例中，第二控制模块在接收到切换指令时或者判定满足切换条件时，自动切换第一开关S1，即断开或闭合第二开关S2；第一控制模块在接收到切换指令时或者判定满足切换条件时，自动切换第一开关S1。从而提高了智能化水平，提升了用户体验。

本发明实施例的充电电路，主要应用于终端设备，特别是具有USB接口的终端设备。所述终端设备可以是手机、平板等移动终端，也可以是个人电脑(PC)、笔记本电脑等计算机终端，还可以是其他电子设备。

如图6所示，为本发明实施例的充电电路应用于移动终端的一实例，图6中移动终端作为OTG主机与从机连接。主机具有一USB接口，USB接口包括一对电源引脚VBUS和GND，一对信号引脚D+和D-，该USB接口通过USB数据线与从机连接。主机还包括第一开关S1、第二开关S2、USB控制器、PMIC、电池和中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，USB控制器与CPU电性连接，PMIC分别与电池和CPU电性连接。VBUS引脚通过第二开关S2与PMIC电性连接，信号引脚D+和D-连接第一开关S1，第一开关S1可在位置1和位置2之间切换。通常的，第一开关S1在默认状态下处于位置1，使得信号引脚D+和D-通过第一开关S1电性连接USB控制器，同时第二开关S2在默认状态下闭合，也就是说，主机在默认状态下为SDP设备；当第一开关S1处于位置2时，将使得信号引脚D+和D-在后端短接，此时主机为DCP设备。其中，CPU可以替代前述第一控制模块和第二控制模块的功能(如将第一控制模块和第二控制模块集成到CPU中)，对第一开关S1和第二开关S2的切换进行控制。

当移动终端作为OTG主机对从机进行充电时，移动终端首先通过USB数据线单端的UID信号识别出主机身份，然后通过PMIC从VBUS上输出5V电压到从机；从机接收到VBUS信号后，通过检测D+/D-状态来判断主机接口类型。当第一开关S1处于位置1连接USB控制器时，从机识别主机为SDP设备，以小电流(如500mA)进行充电，并保持USB数据连接；当第一开关S1处于位置2使得信号引脚D+和D-在后端短接时，从机识别主机为DCP设备，以大电流(如1.8A)进行充电。

假设当前正以小电流充电，当主机接收到切换指令时，首先断开第二开关S2，此时从机检测到VBUS信号无效，则停止吸收电流，并终止USB数据连接；然后主机切换第一开关S1，使得D+/D-处于短接状态，将USB接口模拟为DCP类型；最后主机闭合第二开关S2(如有必要，PMIC可以提前提高输出功率，避免无法负载更大的电流)，此时从机检测到VBUS信号有效，启动新的检测流程，检测到主机的接口为DCP类型后，则以大电流进行充电。

假设当前正以大电流充电，当主机接收到切换指令时，首先断开第二开关S2，此时从机检测到VBUS信号无效，停止吸收电流；然后主机切换第一开关S1，使得D+/D-与USB控制器连接，模拟为SDP类型；最后主机闭合第二开关S2，此时从机检测到VBUS信号有效，启动新的检测流程，检测到主机的接口为SDP类型，则以小电流进行充电，并保持USB数据连接。

采用本发明实施例的充电电路后，移动终端可以模拟为DCP类型，使得与移动终端连接的从机可以吸收大电流进行充电，解决了终端设备对外充电时，充电电流小，充电速度极其缓慢的技术问题，极大的提高了对外充电的充电速度。当仅需要对外传输数据时，移动终端又可以切换回SDP类型，使得移动终端可以根据需要在SDP类型和DCP类型之间灵活切换，满足了移动终端的各种功能，提升了用户体验。同时，当切换到DCP类型时，由于两信号引脚与USB控制器已断开了连接，因此物理上断开了移动终端的USB数据连接，此时只提供充电功能，提高了安全性。

本发明同时提出一种终端设备，所述终端设备可以是手机、平板等移动终端，也可以是个人电脑(PC)、笔记本电脑等计算机终端，还可以是其他电子设备。所述终端设备包括一充电电路，所述充电电路包括两信号引脚、两电源引脚、一USB控制器、一电源模块和第一开关，所述两电源引脚与所述电源模块电性连接，所述两信号引脚通过所述第一开关在相互短接和电性连接所述USB控制器两个状态之间切换。本实施例中所描述的充电电路为本发明中上述实施例所涉及的充电电路，在此不再赘述。

本发明实施例的终端设备，通过在信号引脚和USB控制器之间设置一第一开关S1，使得两信号引脚可以通过第一开关S1在相互短接和电性连接USB控制器两个状态之间切换，实现了USB接口在SDP和DCP两种类型之间切换，当切换为DCP类型时，与终端设备连接的从机则可以吸收大电流进行充电，解决了终端设备对外充电时，充电电流小，充电速度极其缓慢的技术问题，极大的提高了对外充电的充电速度。当仅需要对外传输数据时，终端设备又可以切换回SDP类型，使得终端设备可以根据需要在SDP类型和DCP类型之间灵活切换，满足了移动终端的各种功能，提升了用户体验。

同时，当切换到DCP类型时，由于两信号引脚与USB控制器已断开了连接，因此物理上断开了终端设备的USB数据连接，此时只提供充电功能，提高了安全性。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (5)

1.一种充电电路，包括两信号引脚、两电源引脚、一USB控制器和一电源模块，所述两电源引脚与所述电源模块电性连接，其特征在于，还包括一第一开关，所述两信号引脚通过所述第一开关在相互短接和电性连接所述USB控制器两个状态之间切换，以使USB接口在SDP和DCP两种类型之间切换，其中，当USB接口为SDP类型时，USB接口用于传输数据，当USB接口为DCP类型时，USB接口用于对外充电；

还包括一与所述第一开关电性连接的第一控制模块，所述第一控制模块用于控制所述第一开关的切换操作；

还包括一第二开关，所述两电源引脚中至少一个电源引脚通过所述第二开关电性连接所述电源模块；

还包括一与所述第二开关电性连接的第二控制模块，所述第二控制模块用于控制所述第二开关的闭合与断开；

当需要进行USB接口类型切换时，先断开第二开关，此时从机检测到电源引脚信号无效，则停止吸收电流；然后切换第一开关，以实现USB接口类型的切换；最后再闭合第二开关，此时从机被电源引脚的电压重新激活，检测到电源引脚信号有效，启动新的检测流程检测主机USB接口的类型，根据检测的类型吸收相应规格的电流；

所述电源引脚包括一VBUS引脚，所述第二开关串联于所述VBUS引脚与所述电源模块之间；

所述两信号引脚包括正极引脚和负极引脚；

当当前正以小电流充电，接收到切换指令时，首先断开第二开关，此时检测到VBUS信号无效，则停止吸收电流，并终止USB数据连接；然后切换第一开关，使得正极引脚和负极引脚处于短接状态，将USB接口模拟为DCP类型；最后闭合第二开关，此时检测到VBUS信号有效，启动新的检测流程，检测到主机的接口为DCP类型后，则以大电流进行充电；

当当前正以大电流充电，接收到切换指令时，首先断开第二开关，此时检测到VBUS信号无效，停止吸收电流；然后切换第一开关，使得正极引脚和负极引脚与USB控制器连接，模拟为SDP类型；最后闭合第二开关，此时检测到VBUS信号有效，启动新的检测流程，检测到主机的接口为SDP类型，则以小电流进行充电，并保持USB数据连接。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述第二开关为单刀单掷开关。

3.根据权利要求1或者2所述的充电电路，其特征在于，所述第一开关为双刀双掷开关。

4.根据权利要求1或者2所述的充电电路，其特征在于，所述电源模块包括相互电性连接的电池和电源管理集成电路PMIC，所述PMIC与所述两电源引脚电性连接。

5.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的充电电路。

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