CN115986899A - 一种pd快充精确控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PD快充精确控制系统及其控制方法，包括AC/DC转换模块和PD模块，AC/DC转换模块用于将市电转换为预定电流和电压，AC/DC转换模块采用iW1780芯片控制电路切换，PD模块通过PWM控制光耦与AC/DC转换模块连接，PD模块采用CCG2芯片，PD模块通过Type‑C口的CC信号和手机AP进行PD协议沟通CCG2芯片获取预定值的电流和电压并反馈至PWM控制光耦；PWM控制光耦将电压和电流需求反馈到AC/DC进行输出调节。通过形成基础的技术框架，使后续的技术人员可以根据该框架进行增加，即实现了技术的的通用性，只是设计规格不一样可以根据实际设计更换，不同开关阀和切换阀的具体电路，当然根据该电路也可以得到初步的高功率控制系统。

Description

一种PD快充精确控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及适配器领域，特别涉及一种PD快充精确控制系统及其控制方法。

背景技术

USBPD和Type-C其实是两码事，USBPD是一种快速充电协议，而Type-C则是一种新的接口规范。Type-C接口默认最大支持5V/3A，但在实现了USBPD协议以后，能够使输出功率最大支持到前文提到的100W。所以现在许多实用Type-C接口的设备都会支持USBPD协议。

QC快充是由高通主导的快速充电技术，QC快速充电技术的工作原理是在充电电流限额的情况下来增加输出电压，进而是最大充电功率进一步增加，使得充电时间大大缩短。QC仅仅关注的是快速充电问题，电能传输是单方向的，不具备电能组网能力，不支持除了供电以外的其他功能

在同一个Type-C口上实现PD和QC的共存，但是实际工作时两者不能同时工作，而是根据用户可以定义优先级和使能策略进行自动选择，因此实现QC和PD共存的电路设计可以实现产品的一致化，减少研发成本。

可以理解为是中国专利201610154772.X中提到的，如何将技术规范产品化却是当前推广USBPD协议规范急需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种PD快充精确控制系统，旨在通过改改进控制系统实现PD充电协议的兼容性设置，提高充电功率。

为实现上述目的，本发明提出一种PD快充精确控制系统，包括：

AC/DC转换模块，所述AC/DC转换模块用于将市电转换为预定电流和电压，所述AC/DC转换模块采用iW1780芯片控制电路切换；

PD模块，所述PD模块通过PWM控制光耦与AC/DC转换模块连接，所述PD模块采用CCG2芯片，所述PD模块通过Type-C口的CC信号和手机AP进行PD协议沟通CCG2芯片获取预定值的电流和电压并反馈至PWM控制光耦；

PWM控制光耦将电压和电流需求反馈到AC/DC进行输出调节；

所述iW1780芯片设有8个插脚，分别对应相应的开关阀；

所述CCG2芯片设有9个插脚，分别对应相应的切换阀。

本发明技术方案有益效果：

1、AC/DC转换模块与PD模块之间采用PWM控制光耦实现信号的连通的同时实现电流的连通，可以实现双向反馈，同时具有了初步的框架模块，实际的设计时，可以根据产品更换iW1780芯片或CCG2芯片，其中iW1780芯片或CCG2芯片为现有技术，其技术参数和技术特点为本领域技术人员所熟知，通过形成基础的技术框架，使后续的技术人员可以根据该框架进行增加，即实现了技术的的通用性，只是设计规格不一样可以根据实际设计更换，不同开关阀和切换阀的具体电路，当然根据该电路也可以得到初步的高功率控制系统；

2、采用CCG2芯片可以使用内部ADC进行电压电流采样，进行闭环控制和OVP/OCP/UVP保护，避免过充或过流的问题，同时CCG2的保护机制是软件控制的，因此实时性不够，可以充当AC/DC控制器保护的辅助，实现电路的双向保护；另外CCG2也可以通过D+/D-支持QC3.0协议，在同一个Type-C口上实现PD和QC的共存；PD快充除了可以进行调压充电，还可以进行电流调节，实现电流精调或者大电流充电甚至直充；

3、同时CCG3在精简BOM的同时集成了内部硬件的OCP/OVP等保护机制，提高了ADC精度，提供了最优的大电流直充方案，可以提高模块化设计的堆叠性，实现了框架共享；

4、PD是PowerDelivery，关注的是两个或者多个设备，甚至是一个基于USB接口的智能电网的电能传输过程，电能传输可以是双方向的，甚至是组网的，可以具备系统级供电策略，即可以实现PD和QC的共存，同时具有多头充电和调试的作用。

附图说明

图1为本发明框架图；

图2为CCG2芯片信号示意图；

图3为PD通信协议示意图。

图中，1为AC/DC转换模块，101为iW1780芯片，2为PD模块，201为CCG2芯片，3为PWM控制光耦。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图3所示，一种PD快充精确控制系统，包括：

AC/DC转换模块1，所述AC/DC转换模块1用于将市电转换为预定电流和电压，所述AC/DC转换模块1采用iW1780芯片101控制电路切换；

PD模块2，所述PD模块2通过PWM控制光耦3与AC/DC转换模块1连接，所述PD模块2采用CCG2芯片201，所述PD模块2通过Type-C口的CC信号和手机AP进行PD协议沟通CCG2芯片201获取预定值的电流和电压并反馈至PWM控制光耦3；

PWM控制光耦3将电压和电流需求反馈到AC/DC进行输出调节；

所述iW1780芯片101设有8个插脚，分别对应相应的开关阀；

所述CCG2芯片201设有9个插脚，分别对应相应的切换阀。

1、AC/DC转换模块1与PD模块2之间采用PWM控制光耦3实现信号的连通的同时实现电流的连通，可以实现双向反馈，同时具有了初步的框架模块，实际的设计时，可以根据产品更换iW1780芯片101或CCG2芯片201，其中iW1780芯片101或CCG2芯片201为现有技术，其技术参数和技术特点为本领域技术人员所熟知，通过形成基础的技术框架，使后续的技术人员可以根据该框架进行增加，即实现了技术的的通用性，只是设计规格不一样可以根据实际设计更换，不同开关阀和切换阀的具体电路，当然根据该电路也可以得到初步的高功率控制系统；

2、采用CCG2芯片201可以使用内部ADC进行电压电流采样，进行闭环控制和OVP/OCP/UVP保护，避免过充或过流的问题，同时CCG2的保护机制是软件控制的，因此实时性不够，可以充当AC/DC控制器保护的辅助，实现电路的双向保护；另外CCG2也可以通过D+/D-支持QC3.0协议，在同一个Type-C口上实现PD和QC的共存；PD快充除了可以进行调压充电，还可以进行电流调节，实现电流精调或者大电流充电甚至直充；

3、同时CCG3在精简BOM的同时集成了内部硬件的OCP/OVP等保护机制，提高了ADC精度，提供了最优的大电流直充方案，可以提高模块化设计的堆叠性，实现了框架共享；

4、PD是PowerDelivery，关注的是两个或者多个设备，甚至是一个基于USB接口的智能电网的电能传输过程，电能传输可以是双方向的，甚至是组网的，可以具备系统级供电策略，即可以实现PD和QC的共存，同时具有多头充电和调试的作用。

具体地，所述CCG2通过采样VBUS控制PD协议阀值的开启或关闭，并根据PD协议通过MOSFET控制VBUS的通断，通过MOS的设置使的电流的通断更快速更安全。

更具体地，所述CCG2的插脚连接有Tpye-CPort，所述Tpye-CPort包括电流通道和信号通道。

如如2所示，信号通道将24MHz的FSK通过cAC-Coupling耦合电容耦合到VBUS上的直流电平上的，所述24MHz的FSK阻断PowerSupply或者USBHost的VBUS直流电压的影响，且在回路中同时设置zIsolation电感组成的低通滤波器过滤掉FSK信号。

如图3所示，一种PD快充精确控制系统控制方法，包括

S1:USBOTG的PHY监控VBUS电压，如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTGID脚是1K下拉电阻(不是OTGHost模式，OTGHost模式的ID电阻是小于1K的)，反证电缆是支持USBPD的；

S2:USBOTG做正常BCSV1.2规范的充电器探测并且启动USBPD设备策略管理器，策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号，并且解码消息得出是CapabilitiesSource消息，就根据USBPD规范解析该消息得出USBPD充电器所支持的所有电压和电流列表对；

S3:手机根据用户的配置从CapabilitiesSource消息中选择一个电压和电流对，并将电压和电流对加在Request消息的payload上，然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上.

具体地，S4:充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机，同时调整PowerSupply的直流电压和电流输出.

更具体地，手机收到Accept消息，调整ChargerIC的充电电压和电流。

进一步地，手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电的过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种PD快充精确控制系统，其特征在于，包括：

AC/DC转换模块，所述AC/DC转换模块用于将市电转换为预定电流和电压，所述AC/DC转换模块采用iW1780芯片控制电路切换；

PD模块，所述PD模块通过PWM控制光耦与AC/DC转换模块连接，所述PD模块采用CCG2芯片，所述PD模块通过Type-C口的CC信号和手机AP进行PD协议沟通CCG2芯片获取预定值的电流和电压并反馈至PWM控制光耦；

PWM控制光耦将电压和电流需求反馈到AC/DC进行输出调节；

所述iW1780芯片设有8个插脚，分别对应相应的开关阀；

所述CCG2芯片设有9个插脚，分别对应相应的切换阀。

2.如权利要求1所述的PD快充精确控制系统，其特征在于：所述CCG2通过采样VBUS控制PD协议阀值的开启或关闭，并根据PD协议通过MOSFET控制VBUS的通断。

3.如权利要求1所述的PD快充精确控制系统，其特征在于：所述CCG2的插脚连接有Tpye-CPort，所述Tpye-CPort包括电流通道和信号通道。

4.如权利要求3所述的PD快充精确控制系统，其特征在于：信号通道将24MHz的FSK通过cAC-Coupling耦合电容耦合到VBUS上的直流电平上的，所述24MHz的FSK阻断PowerSupply或者USBHost的VBUS直流电压的影响，且在回路中同时设置zIsolation电感组成的低通滤波器过滤掉FSK信号。

5.一种PD快充精确控制系统控制方法，其特征在于，包括：

S1:USBOTG的PHY监控VBUS电压，如果有VBUS的5V电压存在并且检测到OTGID脚是1K下拉电阻，反证电缆是支持USBPD的；

S2:USBOTG做正常BCSV1.2规范的充电器探测并且启动USBPD设备策略管理器，策略管理器监控VBUS的直流电平上是否耦合了FSK信号，并且解码消息得出是CapabilitiesSource消息，就根据USBPD规范解析该消息得出USBPD充电器所支持的所有电压和电流列表对；

S3:手机根据用户的配置从CapabilitiesSource消息中选择一个电压和电流对，并将电压和电流对加在Request消息的payload上，然后策略管理器将FSK信号耦合到VBUS直流电平上。

6.如权利要求5所述的PD快充精确控制系统控制方法，其特征在于：

S4:充电器解码FSK信号并发出Accept消息给手机，同时调整PowerSupply的直流电压和电流输出。

7.如权利要求6所述的PD快充精确控制系统控制方法，其特征在于：手机收到Accept消息，调整ChargerIC的充电电压和电流。

8.如权利要求7所述的PD快充精确控制系统控制方法，其特征在于：手机在充电过程中可以动态发送Request消息来请求充电器改变输出电压和电流，从而实现快速充电的过程。

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