USB负载设备接入识别电路、方法及供电系统与流程

usb负载设备接入识别电路、方法及供电系统
技术领域
1.本发明涉及usb负载设备接入识别技术领域，特别是涉及一种usb负载设备接入识别电路、方法及供电系统。


背景技术：

2.随着手机、平板、无线耳机、智能手表和笔记本电脑等一系列便携式电子产品的快速普及，usb充电技术也迎来了飞速的发展，usb充电设备成为最为典型的一种usb负载设备。但现有的usb负载设备接入识别技术，在vbus供电输出关断后，usb负载设备cc引脚周期性toggle的动作，toggle是指drp（双重角色，或为供电端，或为受电端，可根据需要随时变换）在src（供电端）和snk（受电端）两种角色状态中周期性切换，会误触发usb接口的usb负载设备接入识别，即误认为有usb负载设备接入usb接口。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种usb负载设备接入识别电路、方法及供电系统，能够准确识别usb负载设备的接入，避免vbus供电输出关断后，usb负载设备cc引脚周期性toggle的动作，误触发usb接口的usb负载设备接入识别。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种usb负载设备接入识别电路，所述识别电路包括：vbus检测模块、dpdm检测模块和识别控制模块；所述vbus检测模块，与usb接口的vbus引脚电连接，用于检测所述vbus引脚的第一电压，并将所述第一电压与第一预设参考电压进行比较，得到第一比较信号；所述dpdm检测模块，与所述usb接口的目标引脚电连接，用于检测所述目标引脚的第二电压，并将所述第二电压与第二预设参考电压进行比较，得到第二比较信号；所述目标引脚为所述usb接口的dp引脚或dm引脚；所述识别控制模块，分别与所述vbus检测模块和所述dpdm检测模块通信连接，用于根据所述第二比较信号确定当前有无usb负载设备连接；并在确定当前无usb负载设备连接后，根据所述第一比较信号和所述第二比较信号进行usb负载设备的接入识别。
5.在一些实施例中，所述vbus检测模块包括：第一上拉电压源、第一上拉电路和第一电压比较器；所述第一上拉电路一端连接所述第一上拉电压源，另一端连接所述vbus引脚；所述第一上拉电压源用于向所述vbus引脚提供第一预设弱上拉电压；所述第一预设弱上拉电压高于所述第一预设参考电压；所述第一电压比较器的同相输入端连接所述vbus引脚，反相输入端连接所述第一预设参考电压；所述第一电压比较器的输出信号即为所述第一比较信号。
6.在一些实施例中，所述第一上拉电路包括第一开关和第一电阻；所述第一开关一端连接所述第一上拉电压源，另一端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连
接所述vbus引脚。
7.在一些实施例中，所述dpdm检测模块包括：第二上拉电压源、第二上拉电路和第二电压比较器；所述第二上拉电路一端连接所述第二上拉电压源，另一端连接所述目标引脚；所述第二上拉电压源用于向所述目标引脚提供第二预设弱上拉电压；所述第二预设弱上拉电压高于所述第二预设参考电压；所述第二电压比较器的同相输入端连接所述目标引脚，反相输入端连接所述第二预设参考电压；所述第二电压比较器的输出信号即为所述第二比较信号。
8.在一些实施例中，所述第二上拉电路包括第二开关和第二电阻；所述第二开关一端连接所述第二上拉电压源，另一端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述目标引脚。
9.一种usb负载设备接入识别方法，控制上述的识别电路进行工作，所述识别方法包括：根据dpdm检测模块得到的第二比较信号确定当前有无usb负载设备连接；若确定当前无usb负载设备连接，则根据vbus检测模块获得的第一比较信号和所述第二比较信号进行usb负载设备的接入识别。
10.在一些实施例中，所述根据dpdm检测模块得到的第二比较信号确定当前有无usb负载设备连接具体包括：判断dpdm检测模块得到的第二比较信号是否为高电平；若是，则确定当前无usb负载设备连接；否则，则确定当前有usb负载设备连接。
11.在一些实施例中，所述根据vbus检测模块获得的第一比较信号和所述第二比较信号进行usb负载设备的接入识别具体包括：判断vbus检测模块获得的第一比较信号是否由高电平转换为低电平，或者判断所述第二比较信号是否由高电平转换为低电平；若是，则确定有usb负载设备接入；否则，则确定无usb负载设备接入。
12.一种usb负载设备接入识别供电系统，包括若干个上述的usb负载设备接入识别电路；所述usb负载设备接入识别电路的识别控制模块用于在利用上述的usb负载设备接入识别方法进行usb负载设备的接入识别后，采取不同的供电控制策略对所述供电系统进行控制。
13.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明用于提供一种usb负载设备接入识别电路、方法及供电系统，包括vbus检测模块、dpdm检测模块和识别控制模块，根据dpdm检测模块输出的第二比较信号确定当前有无usb负载设备连接，并在确定当前无usb负载设备连接后，根据vbus检测模块输出的第一比较信号和dpdm检测模块输出的第二比较信号进行usb负载设备的接入识别，通过dpdm检测模块和vbus检测模块两者进行修正互补，能够减少误检测及漏检测，从而更加准确地识别usb负载设备的接入动作，避免vbus供电输出关断后，usb负载设备cc引脚周期性toggle的动作，误触发usb接口的usb负载设备接入识别。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为现有技术中基于vbus电压检测机制的接入识别电路的示意图；图2为现有技术中type-a转type-c线缆应用场景误触发接入识别的示意图；图3为现有技术中基于dpdm电压检测机制的接入识别电路的示意图；图4为本发明实施例1所提供的usb负载设备接入识别电路的连接示意图；图5为本发明实施例1所提供的vbus检测模块的电路结构图；图6为本发明实施例1所提供的dpdm检测模块的电路结构图；图7为本发明实施例2所提供的usb负载设备接入识别方法的方法流程图；图8为本发明实施例2所提供的usb负载设备接入识别方法的原理框图；图9为本发明实施例2所提供的usb负载设备接入识别方法的控制流程图；图10为本发明实施例3所提供的供电系统的示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。
17.本发明的目的是提供一种usb负载设备接入识别电路、方法及供电系统，能够准确识别usb负载设备的接入，避免vbus供电输出关断后，usb负载设备cc引脚周期性toggle的动作，误触发usb接口的usb负载设备接入识别。
18.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。
19.实施例1：usb负载设备的插拔检测技术，是usb充电领域的一项关键技术。精准的usb接口插拔状态识别，为供电系统的能耗管理、快充控制、多口功率分配和防过充保护等智能管理手段提供了便利。在移动电源、户外电源等便携式储能应用中，若usb负载设备充满电但仍然连接在usb接口，此时需要关闭该usb负载设备所连接的usb接口的供电输出，进入低功耗模式，以延长供电系统的续航时间。
20.比如，在多口充电器的应用中，尤其是在多口共享单路电源的应用中，当两路或两路以上usb接口同时连接着usb负载设备时，若其中一路usb负载设备充满，此时需要关闭该充满通路的usb接口的供电输出，使得其他usb接口的usb负载设备能够进行快速充电或者获取更大的充电功率。在防过充的应用中，当usb负载设备充满电时，需要把usb接口的供电输出关闭，避免usb负载设备持续充电导致电池寿命降低及其他安全隐患。
21.在上述这些应用场景中，通常采用电流检测的方式识别usb负载设备移出或者充满。但是由于检测手段受限，往往无法区分出是usb负载设备真实移出，还是usb负载设备充
满电仍连接在usb接口，此时一概关断usb接口的供电输出，然后使能usb负载设备的接入检测。但由于目前常见的usb负载设备接入识别技术是基于vbus电压的检测机制，如图1所示，在vbus引脚输出第一预设弱上拉电压vset1，该第一预设弱上拉电压vset1高于第一预设参考电压vref1，通过比较器将vbus引脚的电压与第一预设参考电压vref1进行比较。当usb负载设备接入时，usb负载设备的输入电阻ro1和输入电容co1会产生下拉，把vbus引脚的电压瞬间拉到低于第一预设参考电压vref1，当无usb负载设备接入时，vbus引脚的电压等于第一预设弱上拉电压vset1，高于第一预设参考电压vref1。通过识别vbus引脚的电压，并与第一预设参考电压vref1作比较，得到比较信号det-out1，即可依据比较信号det-out1进行usb负载设备的接入识别。上述usb负载设备接入识别技术，无法解决以下的应用问题：手机、平板和笔记本电脑等充电设备的type-c口一般是drp角色，在采用type-a转type-c线缆给这些充电设备充电的场景中，充电设备的cc1引脚或者cc2引脚与线缆的cc线相连接，充电设备的cc1引脚和cc2引脚是完全对称的两个引脚，当这些充电设备充满电，所连接的usb接口的vbus供电输出关断后，这些充电设备的cc1引脚和cc2引脚会进入toggle状态，周期性地上拉和下拉。如图2所示，由于type-a转type-c线缆中vbus引脚和cc引脚之间串接有56k电阻，当充电设备toggle到rp时，会通过56k电阻把usb接口的vbus引脚的电压拉高；充电设备toggle到rd时，会通过56k电阻把usb接口的vbus引脚的电压拉低，需要说明的是，cc1引脚和cc2引脚的上拉电阻为rp，下拉电阻为rd，当toggle到上拉电阻rp时，作为供电角色，当toggle到下拉电阻rd时，作为受电角色。这样的拉高和拉低过程，会误触发usb接口的设备接入识别，误认为有usb负载设备接入。
22.为了解决上述误触发usb接口的设备接入识别的问题，本实施例考虑到为解决先连接带vbus漏电路径的线缆（例如苹果线缆），再接入usb负载设备的接入识别问题，在vbus电压检测机制的基础上，新增引入了基于dpdm电压的检测机制。如图3所示，在dp引脚或者dm引脚输出第二预设弱上拉电压vset2，该第二预设弱上拉电压vset2高于第二预设参考电压vref2，通过比较器将dp引脚或者dm引脚的电压与第二预设参考电压vref2进行比较。当usb负载设备接入时，usb负载设备的dp引脚或dm引脚的下拉路径，会把dp引脚或dm引脚的电压瞬间拉到低于第二预设参考电压vref2，当无usb负载设备接入时，dp引脚或dm引脚的电压等于第二预设弱上拉电压vset2，高于第二预设参考电压vref2。通过识别dp引脚或dm引脚的电压，并与第二预设参考电压vref2作比较，得到比较信号det-out2，即可依据比较信号det-out2进行usb负载设备的接入识别。在此基础上，本实施例提供了一种新的usb负载设备接入识别技术，能够准确识别usb负载设备的接入，避免vbus输出关断后，usb负载设备cc引脚周期性toggle的动作，误触发usb接口的usb负载设备接入识别。
23.本实施例用于提供一种usb负载设备接入识别电路，如图4所示，识别电路包括：vbus检测模块、dpdm检测模块和识别控制模块。
24.vbus检测模块，与usb接口的vbus引脚电连接，用于检测vbus引脚的第一电压，并将vbus引脚的第一电压与第一预设参考电压进行比较，得到第一比较信号。usb接口用于在usb负载设备接入时，能够通过usb线缆与usb负载设备电连接，为usb负载设备供电。
25.具体的，如图5所示，本实施例的vbus检测模块包括：第一上拉电压源、第一上拉电路和第一电压比较器cmp1。第一上拉电路一端连接第一上拉电压源，另一端连接vbus引脚，第一上拉电压源用于在第一上拉电路使能时向vbus引脚提供第一预设弱上拉电压vset1，
第一预设弱上拉电压vset1高于第一预设参考电压vref1。第一电压比较器cmp1的同相输入端连接vbus引脚，反相输入端连接第一预设参考电压vref1，第一电压比较器cmp1的输出信号即为第一比较信号cmpout1。其中，第一上拉电路包括第一开关s1和第一电阻r1，第一开关s1一端连接第一上拉电压源，另一端连接第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端连接vbus引脚。第一开关s1的闭合和断开，决定第一上拉电路的使能和关闭。通过控制第一开关s1导通，即可控制第一上拉电路使能，此时，vbus检测模块开始工作，产生第一比较信号cmpout1，当vbus引脚的第一电压高于第一预设参考电压vref1时，第一比较信号cmpout1输出为高电平；当vbus引脚的第一电压低于第一预设参考电压vref1时，第一比较信号cmpout1输出为低电平。
26.dpdm检测模块，与usb接口的目标引脚电连接，用于检测目标引脚的第二电压，并将目标引脚的第二电压与第二预设参考电压进行比较，得到第二比较信号，目标引脚为usb接口的dp引脚或dm引脚。
27.具体的，如图6所示，此时以dp引脚作为目标引脚，本实施例的dpdm检测模块包括：第二上拉电压源、第二上拉电路和第二电压比较器cmp2。第二上拉电路一端连接第二上拉电压源，另一端连接目标引脚，第二上拉电压源用于在第二上拉电路使能时向目标引脚提供第二预设弱上拉电压vset2，第二预设弱上拉电压vset2高于第二预设参考电压vref2。第二电压比较器cmp2的同相输入端连接目标引脚，反相输入端连接第二预设参考电压vref2，第二电压比较器cmp2的输出信号即为第二比较信号cmpout2。其中，第二上拉电路包括第二开关s2和第二电阻r2，第二开关s2一端连接第二上拉电压源，另一端连接第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端连接目标引脚。第二开关s2的闭合和断开，决定第二上拉电路的使能和关闭。通过控制第二开关s2导通，即可控制第二上拉电路使能，此时，dpdm检测模块开始工作，产生第二比较信号cmpout2，当目标引脚的第二电压高于第二预设参考电压vref2时，第二比较信号cmpout2输出为高电平，此时无usb负载设备连接；当目标引脚的第二电压低于第二预设参考电压vref2时，第二比较信号cmpout2输出为低电平，此时有usb负载设备连接。
28.需要说明的是，dpdm检测模块以dp引脚或者dm引脚作为目标引脚，均能够实现等同的技术效果。
29.识别控制模块，分别与vbus检测模块和dpdm检测模块通信连接，用于根据第二比较信号确定当前有无usb负载设备连接；并在确定当前无usb负载设备连接后，根据第一比较信号和第二比较信号进行usb负载设备的接入识别。需要说明的是，本实施例的连接是指usb负载设备一直连接在usb接口，接入是指usb负载设备首次连接在usb接口。
30.为了实现上述先后顺序的控制以及识别，本实施例的识别控制模块能够控制vbus检测模块和dpdm检测模块的使能，先使能dpdm检测模块，在目标引脚输出第二预设弱上拉电压，若确定usb接口当前处于有usb负载设备连接的状态，则不使能vbus检测模块；若确定usb接口当前处于无usb负载设备连接的状态，再使能vbus检测模块，在vbus引脚输出第一预设弱上拉电压，根据vbus检测模块输出的第一比较信号，以及dpdm检测模块输出的第二比较信号，实现是否有usb负载设备接入的判断。或者，先使能dpdm检测模块，通过dpdm检测模块输出的第二比较信号，判断usb接口当前仍有usb负载设备连接后，使能vbus检测模块，但不响应vbus检测模块的接入识别结果，直至根据第二比较信号判断usb接口当前无usb负
载设备连接后，才响应vbus检测模块的接入识别结果，根据vbus检测模块输出的第一比较信号，以及dpdm检测模块输出的第二比较信号，实现是否有usb负载设备接入的判断。又或者，同时使能vbus检测模块和dpdm检测模块，在通过dpdm检测模块输出的第二比较信号，判断usb接口处于无负载设备连接状态之前，不响应vbus检测模块的接入识别结果，直至根据第二比较信号判断usb接口当前无usb负载设备连接后，才响应vbus检测模块的接入识别结果，根据vbus检测模块输出的第一比较信号，以及dpdm检测模块输出的第二比较信号，实现是否有usb负载设备接入的判断。通过上述三种方式，可以避免在usb负载设备连接着usb接口的情况下，vbus输出关断后，usb负载设备cc引脚周期性toggle的动作，误触发基于vbus电压的接入检测机制。
31.本实施例所提供的usb负载设备接入识别电路，包括vbus检测模块、dpdm检测模块以及识别控制模块，在dp引脚或dm引脚的电压高于第二预设参考电压时，确定usb接口当前处于无usb负载设备连接的状态，然后当dpdm检测模块和vbus检测模块任何一个检测生效时，都判断为usb负载设备接入，在确认无usb负载设备连接时才通过vbus检测模块进行接入识别，从而能够避免vbus输出关断后，usb负载设备cc引脚周期性toggle的动作，误触发usb接口的接入识别。
32.实施例2：本实施例用于提供一种usb负载设备接入识别方法，控制实施例1所述的识别电路进行工作，如图7所示，所述识别方法包括：s1：根据dpdm检测模块得到的第二比较信号确定当前有无usb负载设备连接；判断dpdm检测模块得到的第二比较信号是否为高电平；若是，则确定当前无usb负载设备连接；否则，则确定当前有usb负载设备连接。
33.s2：若确定当前无usb负载设备连接，则根据vbus检测模块获得的第一比较信号和所述第二比较信号进行usb负载设备的接入识别。
34.判断vbus检测模块获得的第一比较信号是否由高电平转换为低电平，或者判断第二比较信号是否由高电平转换为低电平；若是，则确定有usb负载设备接入；否则，则确定无usb负载设备接入。
35.具体的，如图8所示，本实施例的识别方法可以包括：控制dpdm检测模块的第二上拉电路导通，向作为目标引脚的dp引脚或dm引脚上输出第二预设弱上拉电压，并检测目标引脚的第二电压，将目标引脚的第二电压与第二预设参考电压进行比较，得到第二比较信号；根据第二比较信号，判断usb接口当前是否处于无usb负载设备连接的状态；若第二比较信号为高电平，即目标引脚的第二电压高于第二预设参考电压，则判定usb接口当前处于无usb负载设备连接的状态，此时监测第二比较信号是否有从高电平往低电平的跳转过程，若有，则识别到有usb负载设备接入。同时使能vbus检测模块，控制vbus检测模块的第一上拉电路导通，向vbus引脚输出第一预设弱上拉电压，并检测vbus引脚的第一电压，将vbus引脚的第一电压与第一预设参考电压进行比较，得到第一比较信号，若第一比较信号为高电平，则监测第一比较信号是否有从高电平往低电平的跳转过程，若有，则识别到有usb负载设备接入。dpdm检测模块和vbus检测模块，两者之中，任何一个检测到usb负载设备接入都代表usb负载设备接入识别生效。
36.需要说明的是，获得等同的技术效果，还包括但不限于以下两种控制实现方式：
第一种，通过dpdm检测模块输出的第二比较信号，判断usb接口当前仍有usb负载设备连接后，使能vbus检测模块，但不响应vbus检测模块的接入识别结果，在通过dpdm检测模块输出的第二比较信号，判断usb接口处于无usb负载设备连接状态后，才响应vbus检测模块的接入识别结果。
37.第二种，vbus检测模块和dpdm检测模块同时使能，在通过dpdm检测模块输出的第二比较信号，判断usb接口处于无usb负载设备连接状态之前，不响应vbus检测模块的接入识别结果，在通过dpdm检测模块输出的第二比较信号，判断usb接口处于无usb负载设备连接状态后，才响应vbus检测模块的接入识别结果。
38.更为具体的，如图9所示，本实施例的usb设备接入识别方法包括以下步骤：步骤901，使能dpdm检测模块。
39.步骤902，在目标引脚（dp引脚或dm引脚）输出第二预设弱上拉电压，并对目标引脚的第二电压进行检测。
40.步骤903，比较判断目标引脚的第二电压是否高于第二预设参考电压。若是，则并行执行步骤904和步骤905；若否，则维持在步骤903，继续将目标引脚的第二电压与第二预设参考电压进行比较判断。
41.步骤904，比较判断目标引脚的第二电压是否低于第二预设参考电压。若是，则执行步骤909；若否，则维持在步骤904，继续将目标引脚的第二电压与第二预设参考电压进行比较判断。
42.步骤905，使能vbus检测模块。
43.步骤906，在vbus引脚输出第一预设弱上拉电压，并对vbus引脚的第一电压进行检测。
44.步骤907，比较判断vbus引脚的第一电压是否高于第一预设参考电压。若是，则执行步骤908；若否，则维持在步骤907，继续将vbus引脚的第一电压与第一预设参考电压进行比较判断。
45.步骤908，比较判断vbus引脚的第一电压是否低于第一预设参考电压。若是，则执行步骤909；若否，则维持在步骤908，继续将vbus引脚的第一电压与第一预设参考电压进行比较判断。
46.步骤909，判定usb负载设备接入识别生效。
47.需要说明的是，本实施例的usb设备接入识别方法的控制流程并不限于图9所示的流程图。根据上述与图8获得等同技术效果的两种控制实现方式而制定的控制流程图，也能达到同样的usb负载设备接入识别的目的。
48.本实施例提供了一种usb负载设备接入识别方法，先使能dpdm检测模块，并在dp引脚或dm引脚的电压高于第二预设参考电压时，判断usb接口当前处于无负载设备连接的状态，然后才使能vbus检测模块，从而能够避免vbus输出关断后，usb负载设备cc引脚周期性toggle的动作，误触发usb接口的接入识别。通过dpdm检测模块和vbus检测模块两者进行修正互补，能够减少误检测及漏检测，从而更加准确地识别usb设备的接入动作。
49.实施例3：本实施例用于提供一种usb负载设备接入识别供电系统，如图10所示，包括若干个实施例1所述的usb负载设备接入识别电路，该usb负载设备接入识别电路可与供电系统的
usb接口一一对应。usb负载设备接入识别电路的识别控制模块用于在利用实施例2所述的usb负载设备接入识别方法进行usb负载设备的接入识别后，确定供电系统的各个usb接口的usb负载设备接入状态信息，以根据供电系统应用需求采取相应的供电控制策略，采取不同的供电控制策略对供电系统进行控制，对usb接口进行供电管理。
50.本实施例的供电系统可为移动电源、户外电源、多口充电器或者防过充充电管理装置等。供电控制策略可以为，导通有usb负载设备接入的usb接口的供电输出，维持关断无usb负载设备接入的usb接口的供电输出；也可以为，根据各个usb接口的设备接入状况，动态地分配各个usb接口的输出功率；也可以为，在多个usb接口共享单路电源的应用下，只有一个usb接口有usb负载设备接入时，使能快充沟通，有两个或两个以上usb接口有usb负载设备接入时，禁止快充沟通等。
51.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
52.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。