一种支持QC2.0功能的多通道车载快充芯片的制作方法

本实用新型涉及一种快速充电技术，尤其涉及一种支持QC2.0功能的多通道车载快充芯片。

背景技术：

随着人们对户外和自驾游的热爱以及数码产品的日益增多，外出时在没有市电的场合工作或旅游时数码产品的充电变得尤为必要。然而，随着智能数码产品等移动设备硬件升级和屏幕尺寸的增大，对电池续航能力要求越来越强，传统的5V 1A的充电器给手机充满电至少需要3个小时以上，5V 2A的充电器给手机充满一次电也至少需要2小时，这已经不能满足人们的生活需求。

目前，车载充电器和快充技术已经相对成熟，相应的产品也陆续涌入市场，如，利用合适的DC-DC降压电路将车载12V/24V电压转换成5V电压输出，为受电设备提供暂时的充电功能，但是，充电时间漫长，同时只能支持单个受电设备充电，成为一大诟病；或者有一些是多通道的，但是，通道间充电电压相互依赖，不能满足支持不同快充的受电设备同时充电；支持快充协议的相关产品只能匹配相关的支持快充协议的受电设备，应用对象单一。

随着快充技术的发展，目前，OPPO、三星手机等数码产品陆续发布支持QC2.0快速充电的产品，快充技术，适应了智能手机的发展，为用户呈现新的充电体验。相应的根据快充协议设计的快充芯片也应运而生。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种支持QC2.0功能的多通道车载快充芯片，通过使用该芯片，同时可为多个受电设备分别提供各自合适的充电电压，拓展了使用范围，为用户提供快速便捷的充电方式。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种支持QC2.0功能的多通道车载快充芯片，包括至少两路DC-DC降压电路及一快充协议控制电路，所述快充协议控制电路与所述DC-DC降压电路集成在同一个电路芯片中。

上述技术方案中，包括电源模块、快充接口模块、两路降压模块以及功率开关单元，其中：

所述电源模块输入电压12V/24V，电源模块的输出端分别与所述快充接口模块、所述两路降压模块连接；

所述快充接口模块输入端与车载充电USB接口连接，输出端与两路所述降压模块连接；

两路所述降压模块并联连接于所述快充接口模块输出端，两路所述降压模块输出端分别与外部分压电阻连接；

所述功率开关单元包括上、下输出管，用于所述降压模块的功率驱动。

进一步的技术方案为，所述快充接口模块包括一控制电路及一接口电路，所述控制电路发送检测信号给受电设备，判断是否支持快充协议，并通过输出信号控制接入到所述接口电路中分压电阻的比例；所述接口电路包括一使能端、一反馈信号输入端、一反馈信号输出端、第一至第四四个开关管以及一电阻分压电路，所述使能端经过一倒相器与所述第一开关管的栅极连接，开关管的漏极经限流电阻与所述反馈信号输入端连接，其源极与所述反馈信号输出端连接；所述电阻分压电路包括第一至第四分压电阻，其中第一至第三分压电阻两端分别连接反馈信号输出端和第一至第三开关管的漏极，第四分压电阻两端分别连接反馈信号输入端和反馈信号输出端；所述使能端经过两个倒相器之后和第二开关管的栅极相连，第三和第四开关管栅极分别与所述控制电路的输出信号相连，第二至第四开关管的源极接地。

上述技术方案中，所述降压模块电路包括误差放大器、相位补偿单元、比较器、开关控制单元、振荡器、斜率补偿模块、电流采样放大器，其中：

所述误差放大器，正向输入端接入基准电压，反相输入端连接所述快充接口模块输出的反馈电压信号，所述误差放大器的输出经过所述相位补偿单元之后送到所述比较器的正相输入端；

所述比较器，其反相输入端连接所述电流采样信号和斜率补偿信号，并经过加法器相加之后输出；

所述开关控制单元，根据所述振荡器的输出脉冲和所述比较器输出信号来调节输出信号的占空比，从而控制后级所述功率开关管的开关时序；

所述电流采样放大器，其正相输入端连接到电源，反相输入端连接到开关脚，输出端与所述斜率补偿模块提供的斜率补偿信号通过加法器相加之后送入到所述比较器的反相输入端。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本实用新型将至少两路降压电路与QC2.0快充协议控制电路集成在同一芯片中，通过控制QC2.0快充协议控制电路的使能端，确定QC2.0接口工作与否，可以拓展其他协议芯片的应用，使用范围；

2.采用多路降压模块相对独立的工作方式，输出电压不受影响，可为不同支持快充功能的受电设备分别提供合适的快充电压，且相互独立，互不依赖；

3.电路内部集成外围的分压电阻至芯片内部，采用比例电阻形式，按照原电路外围设计阻值，确定输出电压；

4.输出功率大，外围电路简单，应用于汽车上，方便用户在野外或者自驾游为数码产品充电。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的电路结构示意图；

图2是图1中降压模块的电路结构示意图；

图3是图1中快充接口模块中的控制接口电路结构示意；

图4是图1中快充接口模块电路结构框图；

图5是本实用新型实施例一中快充接口模块工作时芯片外围的电路连接结构示意图；

图6是本实用新型实施例一中快充接口模块未接入时芯片外围的电路连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见图1～6所示，一种支持QC2.0功能的多通道车载快充芯片，包括至少两路DC-DC降压电路及一快充协议控制电路，所述快充协议控制电路与所述DC-DC降压电路集成在同一个电路芯片中。

如图1所示，包括电源模块、快充接口模块、两路降压模块、两路驱动模块以及两组功率开关管，其中：所述电源模块典型输入电压12V或者24V，输出一个典型值为5V的电压为快充接口模块、频率控制模块、降压模块和驱动模块提供稳定的电源，同时此输出电压连接到外部管脚VCC_5V，可以同时为外部其他的电路供电；所述快充接口模块输入端与车载充电USB接口连接，输出与两路所述降压模块连接；两路所述降压模块根据快充接口模块输出的控制信号和VOUT1/FB1(VOUT2/FB2)脚提供的输出电压反馈信号输出控制信号给驱动模块；所述驱动模块根据降压模块输出的控制信号驱动与之相连的两个功率开关管；每组功率开关管包含一个PMOS管和一个NMOS管，管子的栅极分别由驱动模块驱动，其中PMOS管的源极通过管脚VIN1(或VIN2)连接到输入电源，PMOS管的漏极通过管脚SW1(或SW2)连接到外部滤波电感的一端，其中NMOS管的漏极同样通过管脚SW1(或SW2)连接到外部滤波电感的一端，NMOS管的源极通过管脚PGND1(或PGND2)连接到地。

如图2所示，所述降压模块电路主要包括误差放大器、相位补偿单元、比较器、开关控制单元、振荡器、斜率补偿模块、电流采样放大器。

误差放大器的正向输入端为1.2V的基准电压，反相输入端连接的是控制接口电路输出的反馈电压信号，误差放大器的输出经过相位补偿之后送到比较器的正相输入端，比较器的反相输入端连接的是电流采样信号和斜率补偿信号经过加法器相加之后的输出信号。开关控制单元根据振荡器的输出脉冲和比较器的输出信号来调节输出信号CON1(或CON2)的占空比，从而控制后级功率开关管的开关时序。电流采样放大器的正相输入端连接到电源VIN1(或VIN2)，反相输入端连接到开关脚SW1(或SW2)，其作用是在功率PMOS管导通时采集流过的电流信号，并将其和斜率补偿模块提供的斜率补偿信号通过加法器相加之后送入到比较器的反相输入端。

整个降压模块采用典型的峰值电流控制模式的BUCK架构，具有补偿简单，环路稳定，瞬态响应快速等优点。

如图3、4所示，所述快充接口模块包括一控制电路及一接口电路，所述控制电路通过管脚DP1(或DP2)和DM1(或DM2)和外部受电设备进行通信，判断外部受电设备是否支持快充协议，控制电路的输出信号为两个开关信号KG1和KG2，输出到接口电路中控制分压电阻的接入比例；所述接口电路包括一使能端EN_QC、一反馈信号输入端VOUT1/FB1(或VOUT2/FB2)、一反馈信号输出端FB_IN1(或FB_IN2)、四个开关管(M1～M4)以及一电阻分压电路。使能端EN_QC经过一个倒相器之后与所述开关管M1的栅极连接，开关管M1的漏极通过一个限流电阻与所述反馈信号输入端VOUT1/FB1(或VOUT2/FB2)连接，其源极与所述反馈信号输出端FB_IN1(或FB_IN2)连接；所述分压电路包括分压电阻R1～R4，其中R1～R3两端分别连接反馈信号输出端FB_IN1(或FB_IN2)和开关管M2～M4的漏极，R4两端分别连接反馈信号输入端VOUT1/FB1(或VOUT2/FB2)和反馈信号输出端FB_IN1(或FB_IN2)；使能端EN_QC经过两个倒相器之后和开关管M2的栅极相连，开关管M3和M4的栅极分别与所述控制电路的输出信号KG1和KG2相连，开关管M2～M4的源极接地。

当本充电器通过USB连接线与手机等外部需要充电的设备连接时，受电设备检测USB接口上D+\D-端口电平变化，判断充电器是否支持高通QC2.0快速充电协议，如果支持，充电器输出握手信号，随后受电设备输出所需电压信号。对于本电路，分压电阻配置R1＝145K，R2＝145K，R3＝187.5K，R4＝内部为三个独立的开关管控制。当内部三个开关管(M2\M3\M4)处于不同的状态时，反馈信号输出端FB_IN1(FB_IN2)到地的电阻阻值不同，对于降压模块来说反馈信号的分压电阻比例不同，VOUT端就可以输出不同的VOUT电压给受电设备充电。对于支持QC2.0的设备，充电电压可达到5V\9V\12V。

当QC_EN＝1时，M1关闭，反馈信号输入端VOUT1/FB1(或VOUT2/FB2)在外围连接到VOUT端口时，反馈信号输出端FB_IN1(或FB_IN2)输出的采样电压由VOUT经过电阻分压后得到，默认的输出电压为5.1V，当接入不同协议的手机时所述控制电路的输出信号KG1和KG2会控制反馈信号输出端FB_IN1(或FB_IN2)对地电阻R2，R3的接入，从而使VOUT端输出不同电压，外围电路如图5所示。

当QC_EN＝0时，M1导通，反馈信号输入端VOUT1/FB1(或VOUT2/FB2)与反馈信号输出端FB_IN1(或FB_IN2)短路，此时输出电压的采样比例由外部FB端口上的外接分压电阻R5\R6、R7\R8分压确定，如图6所示。

QC2.0快充接口时序如下：

(1)、支持QC2.0的手机检测到与充电器连接后，会启动HVDCP模式，在D+上加0.6V电压。

(2)、充电器感应到D+上的0.6V电压后，短路D+\D-，D-电压下降至0.6V，持续1.28s后，充电器把D+\D-断开，此时D+保持0.6V，D-电压下降为0V。

(3)、手机发现D-电压下降至0V后，根据预设参数开始输出D+\D-电压。

(4)、充电器根据检测到的D+\D-电压值，输出不同的充电电压。

D+\D-电压与开关关系如下：

在本电路中，采用两块独立的BUCK Control降压模块，输出电压相互独立，通过快充接口对受电设备的检测，获得对应不同受电设备的D+\D-电压，控制采样电路中开关管的启闭，为受电设备分别提供各自适合的电压。