车载大功率USB充电模块

【技术领域】

本发明涉及车载充电技术领域，特别涉及一种车载大功率USB充电模块。

【背景技术】

现如今人们对手机、平板、笔记本等电子产品的依赖程度已经达到了一个很高的程度，电子产品给人们带来极大的方便的同时，也带来了电量焦虑。大家对于手机充电速度也有了更高的追求，因此大功率充电设备有着极高的研发价值。

当前市场上大多数的车载大功率USB充电模块所采用的芯片功能较为单一，PD控制芯片和BUCK-BOOST芯片分离，集成度差，失去成本优势。当前车载大功率USB充电模块采用PD协议为手机充电，不能为手机提供私有协议的最大充电功率。

因此，有必要提出一种改进的技术方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种车载大功率USB充电模块，其不仅可以支持标准充电协议，而且可以支持私有充电协议，从而能够满足市场绝大多数手机的大功率充电要求，能够大大缓解人们对手机电量过低以及充电速度过慢的焦虑。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种车载大功率USB充电模块，其包括第一充电电路、第二充电电路、第一USB接口和第二USB接口，所述第一充电电路包括第一直流升降压电路和第一充电协议控制电路，所述第一直流升降压电路用于将其输入端Vin接收到的车载直流输入电源VBAT进行直流-直流转换以得到提供给所述第一USB接口的第一直流电源VBUS1；所述第一充电协议控制电路与所述第一直流升降压电路相连，其基于标准充电协议或私有充电协议控制所述第一直流升降压电路经所述第一USB接口给待充电设备进行充电；所述第二充电电路包括第二直流升降压电路和第二充电协议控制电路，所述第二直流升降压电路用于将其输入端Vin接收到的车载直流输入电源VBAT进行直流-直流转换以得到提供给所述第二USB接口的第二直流电源VBUS2；所述第二充电协议控制电路与所述第二直流升降压电路和所述第一充电协议控制电路相连，其基于标准充电协议或私有充电协议控制所述第二直流升降压电路经所述第二USB接口给待充电设备进行充电；所述第一USB接口与所述第一直流升降压电路和第一充电协议控制电路相连；所述第二USB接口与所述第二直流升降压电路和第二充电协议控制电路相连。

与现有技术相比，本发明在单口使用时能够为支持私有充电协议的待充电设备提供较大的充电功率，或为支持标准充电协议的待充电设备提供较大的充电功率；在双口使用时能够为两个待充电设备同时提供较大的充电功率，从而能够满足市场绝大多数手机的大功率充电要求，能够大大缓解人们对手机电量过低以及充电速度过慢的焦虑。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明在一个实施例中的车载大功率USB充电模块的电路示意图；

图2为本发明在一个实施例中如图1所示的输入保护及滤波电路的电路示意图；

图3为本发明在一个实施例中的CPSQ5206_A芯片及其外围电路的电路示意图；

图4为本发明在一个实施例中的CPSQ5206_B芯片及其外围电路的电路示意图；

图5为本发明在一个实施例中的CPSQ8841_A芯片及其外围电路的电路示意图；

图6为本发明在一个实施例中的CPSQ8841_B芯片及其外围电路的电路示意图；

图7为本发明在一个实施例中如图1所示的输入接口电路的电路示意图；

图8为本发明在一个实施例中如图1所示的第一USB接口的电路示意图；

图9为本发明在一个实施例中如图1所示的第二USB接口的电路示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的耦接、连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接相连，比如A与B相连，既包括A和B直接电性相连，还包括A通过电元器件或电路与B相连。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“正”、“背”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的车载大功率USB充电模块的电路示意图。图1所示的车载大功率USB充电模块包括第一充电电路110、第二充电电路120、第一USB接口130和第二USB接口140。

第一充电电路110包括第一直流升降压电路112和第一充电协议控制电路114，第一直流升降压电路112用于将其输入端Vin接收到的车载直流输入电源VBAT进行直流-直流转换以得到提供给第一USB接口130的第一直流电源VBUS1；第一充电协议控制电路114与第一直流升降压电路112相连，其基于标准充电协议或私有充电协议控制第一直流升降压电路112经第一USB接口130给待充电设备进行充电。

第二充电电路120包括第二直流升降压电路122和第二充电协议控制电路124，第二直流升降压电路122用于将其输入端Vin接收到的车载直流输入电源VBAT进行直流-直流转换以得到提供给第二USB接口140的第二直流电源VBUS2；第二充电协议控制电路124与第二直流升降压电路122和第一充电协议控制电路114相连，其基于标准充电协议或私有充电协议控制第二直流升降压电路122经第二USB接口140给待充电设备进行充电。

第一USB接口130与第一直流升降压电路112和第一充电协议控制电路114相连；第二USB接口140与第二直流升降压电路122和第二充电协议控制电路124相连。

在图1所示的具体实施例中，第一直流升降压电路112包括CPSQ5206_A芯片(其为一种直流升降压芯片)，CPSQ5206_A芯片搭配四颗外置PMOS管(或MOS管)构成BUCK-BOOST电路(即第一直流升降压电路112)，具体请参见图3所示，其为本发明在一个实施例中的CPSQ5206_A芯片及其外围电路的电路示意图；第一充电协议控制电路114包括CPSQ8841_A芯片(其为一种充电协议控制芯片)，CPSQ8841_A芯片与第一USB接口130的对应引脚连接，具体请参见图5所示，其为本发明在一个实施例中的CPSQ8841_A芯片及其外围电路的电路示意图；第二直流升降压电路122包括CPSQ5206_B芯片(其为一种直流升降压芯片)，CPSQ5206_B芯片搭配四颗外置PMOS管(或MOS管)构成BUCK-BOOST电路(即第二直流升降压电路122)，具体请参见图4所示，其为本发明在一个实施例中的CPSQ5206_B芯片及其外围电路的电路示意图；第二充电协议控制电路124包括CPSQ8841_B芯片(其为一种充电协议控制芯片)，CPSQ8841_B芯片与第二USB接口140的对应引脚连接，具体请参见图6所示，其为本发明在一个实施例中的CPSQ8841_B芯片及其外围电路的电路示意图；CPSQ8841_A芯片和CPSQ8841_B芯片通过I2C总线的信号线SCL\SDA通信连接。

在图1所示的具体实施例中，第一USB接口130的CC11引脚、CC12引脚、DP1引脚和DM1引脚分别与第一充电协议控制电路114(或CPSQ8841_A芯片)的对应引脚相连；第二USB接口140的CC21引脚、CC22引脚、DP2引脚和DM2引脚分别与第二充电协议控制电路124(或CPSQ8841_B芯片)的对应引脚相连；第一充电协议控制电路114(或CPSQ8841_A芯片)支持的标准充电协议为PD协议，支持的私有协议为华为私有协议；第二充电协议控制电路124(或CPSQ8841_B芯片)支持的标准充电协议为PD协议，支持的私有协议为华为私有协议；也可以说，CPSQ8841芯片为华为私有协议&PD协议控制电路或芯片。第一USB接口130和第二USB接口140均为USB Type-C接口，具体请参见图8所示，其为本发明在一个实施例中如图1所示的第一USB接口130的电路示意图，在图8所示的实施例中，第一USB接口130中的DP、DM、CC1和CC2都放置ESD二极管进行保护；具体请参见图9所示，其为本发明在一个实施例中如图1所示的第二USB接口140的电路示意图，在图9所示的实施例中，第二USB接口140中的DP、DM、CC1和CC2都放置ESD二极管进行保护。

在图1所示的实施例中，第一充电电路110还包括三极管Q1，第一充电协议控制电路114(或CPSQ8841_A芯片)的检测端与第一直流升降压电路112提供的第一直流电源VBUS1相连，其第一控制端与三极管Q1的控制端相连，三极管Q1的第一连接端与第一直流电源VBUS1相连，三极管Q1的第二连接端与第一直流升降压电路112(或CPSQ5206_A芯片)的FB引脚相连，第一充电协议控制电路114(或CPSQ8841_A芯片)基于其检测端检测到的第一直流电源VBUS1的电压输出相应的控制信号给三极管Q1的控制端，以对第一直流升降压电路112输出的第一直流电源VBUS1进行调节。也可以说，CPSQ8841_A芯片通过一个三极管Q1调节CPSQ5206_A芯片FB引脚的电压，完成对CPSQ5206_A芯片输出电压的调节，可选输出电流调节，最高可达8A，步长50mA(带有5mΩ输出端检流电阻)。第二充电电路120还包括三极管Q2，第二充电协议控制电路124(或CPSQ8841_B芯片)的检测端与第二直流升降压电路122提供的第二直流电源VBUS2相连，其第一控制端与三极管Q2的控制端相连，三极管Q2的第一连接端与第二直流电源VBUS2相连，三极管Q2的第二连接端与第二直流升降压电路122(或CPSQ5206_B芯片)的FB引脚相连，第二充电协议控制电路124(或CPSQ8841_B芯片)基于其检测端检测到的第二直流电源VBUS2的电压输出相应的控制信号给三极管Q2的控制端，以对第二直流升降压电路122输出的第二直流电源VBUS2进行调节。也可以说，CPSQ8841_B芯片通过一个三极管Q2调节CPSQ5206_B芯片FB引脚的电压，完成对CPSQ5206_B芯片输出电压的调节，可选输出电流调节，最高可达8A，步长50mA(带有5mΩ输出端检流电阻)。

在图1所示的具体实施例中，三极管Q1为PNP型三极管，三极管Q1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PNP型三极管的射极、集电极和基极；三极管Q2为PNP型三极管，三极管Q2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PNP型三极管的射极、集电极和基极。

在图1所示的实施例中，第一充电电路110还包括第一开关K1，第一开关K1连接于第一直流升降压电路112提供的第一直流电源VBUS1和第一USB接口130的VBUS1引脚之间；第一开关K1的控制端与CPSQ8841_A芯片的第二控制端相连，CPSQ8841_A芯片控制第一开关K1导通或关断。第二充电电路120还包括第二开关K2，第二开关K2连接于第二直流升降压电路122提供的第二直流电源VBUS2和第二USB接口140的VBUS2引脚之间；第二开关K2的控制端与CPSQ8841_B芯片的第二控制端相连，CPSQ8841_B芯片控制第二开关K2导通或关断。

以下具体介绍图1所示的车载大功率USB充电模块的工作原理。

当车载大功率USB充电模块检测到仅第一USB接口130连接有待充电设备时，则继续检测该待充电设备是否支持私有充电协议(例如，华为手机私有充电协议)，若是，则第一充电协议控制电路114(例如，CPSQ8841_A芯片)基于该私有充电协议控制第一直流升降压电路112(例如，CPSQ5206_A芯片)经第一USB接口130给待充电设备(例如，手机)进行充电；若否，则第一充电协议控制电路114(例如，CPSQ8841_A芯片)基于标准充电协议(例如，PD协议)控制第一直流升降压电路112(例如，CPSQ5206_A芯片)经第一USB接口130给待充电设备(例如，手机)进行充电。

当车载大功率USB充电模块检测到仅第二USB接口140连接有待充电设备时，则继续检测该待充电设备是否支持私有充电协议(例如，华为手机私有充电协议)，若是，则第二充电协议控制电路124(例如，CPSQ8841_B芯片)基于该私有充电协议控制第二直流升降压电路122(例如，CPSQ5206_B芯片)经第二USB接口140给待充电设备(例如，手机)进行充电；若否，则第二充电协议控制电路124(例如，CPSQ8841_B芯片)基于标准充电协议(例如，PD协议)控制第二直流升降压电路122(例如，CPSQ5206_B芯片)经第二USB接口140给待充电设备(例如，手机)进行充电。

当车载大功率USB充电模块检测到第一USB接口130和第二USB接口140均连接有待充电设备(例如，手机)，则第一充电协议控制电路114(例如，CPSQ8841_A芯片)控制第一直流升降压电路112(例如，CPSQ5206_A芯片)经第一USB接口130给待充电设备(例如，手机)进行充电；同时，第二充电协议控制电路124(例如，CPSQ8841_B芯片)控制第二直流升降压电路122(例如，CPSQ5206_B芯片)经第二USB接口140给待充电设备(例如，手机)进行充电。

在图1所示的具体实施例中，当仅第一USB接口130连接有待充电设备，且该待充电设备支持私有充电协议(例如，华为手机私有充电协议)时，则第一USB接口130给待充电设备提供最大66W的充电功率；当仅第一USB接口130连接有待充电设备，且该待充电设备支持标准充电协议(例如，PD协议)时，则第一USB接口130给待充电设备提供最大65W的充电功率；当仅第二USB接口140连接有待充电设备，且该待充电设备支持私有充电协议(例如，华为手机私有充电协议)时，则第二USB接口140给待充电设备提供最大66W的充电功率；当仅第二USB接口140连接有待充电设备，且该待充电设备支持标准充电协议(例如，PD协议)时，则第二USB接口140给待充电设备提供最大65W的充电功率；当第一USB接口130和第二USB接口140均连接有待充电设备时，则第一USB接口130给待充电设备提供的45W的充电功率，同时第二USB接口140给待充电设备提供45W的充电功率。

其中，CPSQ8841_A芯片和CPSQ8841_B芯片为华为私有协议&PD协议控制电路或芯片，CPSQ8841_A芯片和CPSQ8841_B芯片负责协议控制，对手机等充电设备识别，如果支持华为私有协议(例如，大功率66W)，则提供华为私有协议66W充电功率，如果不支持则为手机提供PD协议最高65W充电功率。CPSQ8841_A芯片和CPSQ8841_B芯片通过I2C通信，实现功率分配功能，在双口充电时，为两部手机同时提供45W(总和90W)充电功率。

在图1所示的实施例中，车载大功率USB充电模块还包括输入保护及滤波电路150，输入保护及滤波电路150的输入端接收车载直流输入电源VBAT，其输出端与第一直流升降压电路112和第二直流升降压电路122的输入端Vin相连，输入保护及滤波电路150用于车载直流输入电源VBAT的防反接、浪涌保护和滤波。

请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中如图1所示的输入保护及滤波电路的电路示意图，图2所示的输入保护及滤波电路包括输入防反保护单元152、滤波单元154和稳压滤波单元156。

输入防反保护单元152包括PMOS管Q100、稳压二极管D101、电阻R100和电阻R103，其中，PMOS管Q100的源极D与车载直流输入电源VBAT相连，其栅极G与连接节点TP105相连，其漏极与连接节点TP101相连；电阻R103的一端与连接节点TP105相连，其另一端接地；稳压二极管D101的正极与连接节点TP105相连，其负极与所述连接节点TP101相连；所述电阻R100的一端与连接节点TP105相连，其另一端与连接节点TP101相连。

滤波单元154包括电容C101、电容C102、电容C103、电容C104、电容C105、电容C106、电容CE100和电感L100，其中，电容C103连接于连接节点TP101和接地端之间；电容C104连接于所述连接节点TP101和接地端之间；电容C105连接于连接节点TP101和接地端之间；电容C106连接于连接节点TP101和接地端之间；电感L100连接于连接节点TP101和连接节点TP102之间；电容C101连接于连接节点TP102和接地端之间；电容C102连接于连接节点TP102和接地端之间；电容CE100连接于连接节点TP102和接地端之间；连接节点TP102与输入保护及滤波电路150的输出端(或第一直流升降压电路112和第二直流升降压电路122的输入端VIN)相连。

稳压滤波单元156包括双向稳压二极管D100和电容C100，双向稳压二极管D100连接于车载直流输入电源VBAT和接地端之间；电容C100连接于车载直流输入电源VBAT和接地端之间。

在图1所示的实施例中，车载大功率USB充电模块还包括输入接口电路160，输入接口电路160的电源引脚Power用于提供车载直流输入电源VBAT；输入接口电路160的使能引脚EN用于向第一直流升降压电路112(或CPSQ5206_A芯片)和第二直流升降压电路122(或CPSQ5206_B芯片)的使能端提供使能信号EN，以唤醒第一直流升降压电路112(或CPSQ5206_A芯片)和第二直流升降压电路122(或CPSQ5206_B芯片)开始工作；输入接口电路160的接地引脚Ground接地。具体请参见图7所示，其为本发明在一个实施例中如图1所示的输入接口电路的电路示意图。

综上所述，本发明基于CPS国产芯片实现华为私有协议66W和PD协议65WUSB充电模块技术方案，应用了支持大功率输出的CPSQ5206芯片和支持华为私有协议&PD协议的CPSQ8841芯片，实现了红旗主车厂要求的带华为私有协议66W大功率输出需求。本设计具有功率分配的功能，单口使用时能够为支持华为私有协议的手机提供最大66W的充电功率，或者PD协议最大65W的充电功率，双口使用时能够为两部手机同时提供各45W的充电功率，本设计最大提供90W的双口输出功率。本设计不仅具备智能化的功率分配策略，并且可以在不同环境温度下自动降额，以此保证本产品在各种环境温度下能够安全地被使用，在很大程度上保证了车载电子设备的安全性以及用户对快速充电的迫切需求。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。