一种充电线缆、充电装置以及充电线缆保护系统的制作方法

本发明涉及充电线缆技术领域，具体涉及一种充电线缆、充电装置以及充电线缆保护系统。

背景技术：

串行总线(英语：universalserialbus，缩写：usb)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。

随着移动设备对传输速率，充电功率，接口尺寸越来越严苛的要求，新一代的usb接口usbtype-c应运而生。相配套的usbpowerdeliveryspecification(usbpd)也随后推出。usbpd协议能支持3a或5a的电流，输出电压最高到20v，同时接口中定义了用于功率传输协议通讯的专有通道，提升充电效率。

然而，不同的usb充电器支持不同的充电协议，具有不同的充电方式，而传统的充电线缆无法兼容不同充电器的充电方式，导致充电效率不高，甚至无法实现充电功能，用户体验不好。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种充电线缆、充电装置以及充电线缆保护系统，其能够兼容不同的充电方式，提升用户体验。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

在第一方面，本发明实施例提供一种充电线缆，所述充电线缆包括：

usbtype-a公头，用于连接充电母座，所述usbtype-a包括第一cc端子和第一vbus端子；

usbtype-c公头，用于连接外部负载，所述usbtype-c包括第二cc端子；

第一控制电路，包括选择电路、第一开关电路和第二开关电路，所述第一开关电路串联于所述第一cc端子和所述第二cc端子之间，所述第二开关电路一端连接所述第二cc端子，另一端通过电路与所述第一vbus端子电连接，所述选择电路分别电连接所述第一cc端子、所述第一开关电路以及所述第二开关电路，用于根据所述第一cc端子的电信号分别控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的工作状态，以分别控制所述第一cc端子和所述第二cc端子的连接状态，以及所述第一vbus端子和所述第二cc端子的连接状态。

在一些实施例中，当所述第一cc端子和所述第二cc端子处于连通状态，所述第一vbus端子和所述第二cc端子处于断开状态时，所述usbtype-a公头和所述usbtype-c公头处于第一充电方式，当所述第一cc端子和所述第二cc端子处于断开状态，所述第一vbus端子和所述第二cc端子处于连通状态时，所述usbtype-a公头和所述usbtype-c公头处于第二充电方式。

在一些实施例中，所述第一控制电路还包括电压转换电路，分别电连接所述第一vbus端子和所述第二开关电路，当处于所述第二充电方式时，用于转换所述第一vbus端子提供的电压。

在一些实施例中，所述第一控制电路还包括分压电路，分别电连接所述电压转换电路和所述第二开关电路，当处于所述第二充电方式时，用于对所述电压转换电路输出的电压进行分压。

在一些实施例中，所述第一开关电路包括第一mos开关管，所述第二开关电路包括第二mos开关管，所述第一mos开关管的控制端和所述第二mos开关管的控制端均与所述选择电路连接，所述第一mos开关管的输入端与所述第一cc端子连接，所述第一mos开关管的输出端与所述第二cc端子连接，所述第二mos开关管的输入端与所述分压电路端子连接，所述第二mos开关管的输出端与所述第二cc端子连接。

在一些实施例中，所述选择电路包括比较器，所述比较器的的同相输入端分别电连接所述第一cc端子和所述第一mos开关管的输入端，所述比较器的反相输入端用于输入基准电压，所述比较器的输出端分别连接所述第一mos开关管的控制端和所述第二mos开关管的控制端。

在一些实施例中，所述选择电路包括反相器，所述反相器的输入端分别连接所述比较器的输出端和所述第一mos开关管的控制端，所述反相器的输出端连接所述第二mos开关管的控制端。

在一些实施例中，所述分压电路包括上拉电阻，所述上拉电阻串联于所述电压转换电路输出端子和所述第二开关电路之间，当处于所述第二充电方式时，用于将所述第二cc端子上拉到所述电压转换电路的输出。

在一些实施例中所述分压电路包括恒流源，所述恒流源串联于所述电压转换电路和所述第二开关电路之间，当处于所述第二充电方式时，用于提供恒定电流。

在一些实施例中，所述充电线缆还包括故障保护电路，电连接所述选择电路，用于检测所述usbtype-a公头、所述usbtype-c公头以及所述充电线缆的故障，当出现特定的故障时，所述选择电路控制所述第一开关电路断开。

在第二方面，本发明实施例提供一种充电装置，包括：

充电母座，用于电连接外部电源；以及如上所述的充电线缆，所述充电线缆用于分别电连接所述充电母座和所述外部负载。

在第三方面，本发明实施例提供一种充电线缆保护系统，所述充电线缆保护系统包括：

第一usbtype-c公头，所述第一usbtype-c公头包括第三cc端子；

第二usbtype-c公头，所述第二usbtype-c公头包括第四cc端子；

第二控制电路，包括故障检测电路、第三开关电路以及控制单元，所述第三开关电路分别连接所述第三cc端子和所述第四cc端子，所述控制单元分别电连接所述故障检测电路和所述第三开关电路。

在一些实施例中，所述第三开关电路处于缺省导通状态。

在一些实施例中，所述第三cc端子和所述四cc端子均为对应的所述usbtype-c公头的配置通道。

相对于传统技术，在本发明各个实施例提供的充电线缆中，其包括usbtype-a公头、usbtype-c公头以及第一控制电路，其中，usbtype-a公头用于连接充电母座，该usbtype-a公头包括第一cc端子和第一vbus端子，usbtype-c公头用于连接外部负载，usbtype-c公头包括第二cc端子，第一控制电路包括选择电路、第一开关电路和第二开关电路，第一开关电路串联于第一cc端子和第二cc端子之间，第二开关电路一端连接第二cc端子，另一端连接与第一vbus端子电连接，选择电路分别电连接第一cc端子、第一开关电路以及第二开关电路，用于根据第一cc端子的电信号分别控制第一开关电路和第二开关电路的工作状态，以分别控制第一cc端子和第二cc端子的连接状态，以及第一vbus端子和第二cc端子的连接状态。因此，针对不同的type-a充电母座，第一cc端子电信号不同，根据该电信号，该充电线缆控制对应端子的连接状态，选择对应的充电方式，以匹配充电母座的类型，从而实现兼容不同类型的充电方式的目的。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1a是本发明实施例提供的一种充电装置结构示意图；

图1b是usbtype-c端口的接口定义的示意图；

图1c是usbtype-a端口的接口定义的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种充电线缆的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的一种充电线缆的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种充电线缆的电路结构示意图；

图5是本发明另一实施例提供的一种充电线缆的电路结构示意图；

图6是本发明又另一实施例提供的一种充电线缆的电路结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种充电线缆保护系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例的充电线缆可以用于任何合适类型并具有usb接口电路可用于充电的电子设备，例如，在一些实施例中，电子设备可以为适配器、智能手机、笔记本电脑、智能穿戴设备、手表等等任意一种电子产品。

请参阅图1a，本发明实施例提供一种充电装置100，如图1a所示，该充电装置100包括充电母座20和充电线缆10，其中，充电母座20用于电连接外部电源200，充电线缆10用于分别电连接充电母座20和外部负载300。外部电源200通过充电线缆10为外部负载300充电。

在一些实施例中，充电母座20可以为多种形式，例如：手机充电头、车载充电端口、电脑充电端口等各种可充电的电子设备。其与外部电源200连接，可以将外部电源200的电压进行相应转换和处理，以通过充电线缆10供给外部负载300。

充电线缆10的类型与充电母座20的类型相匹配，充电母座20为usbtype-a端口(简称usb-a端口)，外部负载300的充电接口为usbtype-c端口(简称usb-c)，该充电线缆10为usbtype-a转usbtype-c线缆，包括的两个公头分别为usb-a公头和usb-c公头，其中，usb-a公头接充电母座20的usb-a端口，usb-c公头接外部负载300的usb-c端口。

而不同的usb端口支持的充电协议也不同，usb-c端口支持usbpowerdeliveryspecification(usbpd)协议，其能承载3a或5a的电流，输出电压最高到20v，同时端口中定义了用于功率传输协议通讯的专有通道，可以在充电和受电设备间完成智能的自适应充电调节，提升充电效率。结合图1b，type-c端口的端口定义如图1b所示，该端口分两排，每一排均有12个信号引脚。其中有4根电源引脚都是usb的电源vbus，分别为a4、b4、a9和b9。另外有4根接地引脚都是usb的地gnd，分别为a1、b1、a12和b12。两个不同的usbtype-c插座之间通过type-c连接线连接起来。在type-c的连接线两端分别有一个type-c公头。usbtype-c公头中的a4、b4、a9和b9引脚在连接线中被连接在一起，而usbtype-c公头中a1、b1、a12和b12引脚也在连接线中被连接在一起。而usbtype-c公头中的cc引脚为配置通道，这是usbtype-c里新增的关键通道，该引用用于检测usb连接，检测正反插，usb设备间数据连接，vbus的建立与管理等。

请参阅图1c，usb3.1标准usb-a端口定义如图1c所示，其中1-4脚是传统的usb2.0引脚，5脚、6脚、8脚和9引脚是usb3.1高速数据引脚，7脚是高速信号线专用的接地引脚。

普通的usb-a端口可以支持d+/d-握手等充电协议，但其不支持usbpd协议，若为了使得普通的usb-a充电器也能支持pd协议快充，可以将usb母座上usb3.1所定义的7脚(接地脚)改成cc引脚，使其能进行pd协议通信，该定义的7脚称为cc_a引脚。与之相配套的usb-a转usb-c线缆的usb-a端口也将7脚改成cc引脚。但是，这种定制线缆不兼容支持usb3.1的usbtype-a充电器，因为使用这种线缆连接普通的usb3.1usbtype-a充电器充电时，定义的cc_a引脚在usb3.1母座上接地会将usb-c公头上的cc引脚电平拉低，而无法实现充电功能。因此，一般的充电线缆10无法兼容不同的充电母座20，实现充电功能。

请参阅图2，图2是本发明实施例提供一种充电线缆的结构示意图，如图2所示，该充电线缆10包括usbtype-a公头11、usbtype-c公头12以及第一控制电路13，其中，第一控制电路13包括第一开关电路131、第二开关电路132以及选择电路133，其中，第一开关电路131分别电连接第一cc端子111和第二cc端子121，用于控制第一cc端子111和第二cc端子121的连接状态，当第一开关电路131处于导通状态时，第一cc端子111和第二cc端子121处于连通状态，所述usbtype-a公头11和所述usbtype-c公头12处于第一充电方式，第二开关电路132分别电连接第一vbus端子112和第二cc端子121，用于控制第一vbus端子112和第二cc端子121的连接状态，选择电路133分别电连接第一cc端子111、第一开关电路131以及第二开关电路132，用于根据第一cc端子111的电信号控制第一开关电路131和第二开关电路132的工作状态。具体地，当第二开关电路132处于导通状态时，第一vbus端子112和第二cc端子121处于连通状态，所述usbtype-a公头11和所述usbtype-c公头12处于第二充电方式。

因此，针对不同的usbtype-a充电母座20，第一cc端子111处的电信号不同，根据该电信号，该充电线缆10可以选择对应的充电方式，以匹配充电母座20的类型，实现兼容不同类型的充电方式的目的。

充电母座20支持的充电方式不同，usbtype-a公头11的第一cc端子111处的电信号不同，当充电母座20支持第一种充电方式时，第一控制电路13检测到第一cc端子111处的电信号为第一电信号，则控制第一cc端子111和第二cc端子121处于连通状态，usbtype-a公头11和usbtype-c公头12通过第一cc端子111和第二cc端子121进行通信，通信协议为第一通信协议，具体为pd协议，当充电母座20支持第二种充电方式时，第一控制电路13检测到第一cc端子111处的电信号为第二电信号，则控制第一vbus端子112和第二cc端子121处于连通状态，可正常进行type-c握手，实现通过d+/d-握手的充电方式。

可以理解的是，在一些实施例中，充电方式还可以包括除第一充电方式和第二充电方式之外的其他类型充电方式，同样地，当充电母座20支持其他类型充电方式时，第一控制电路13则控制对应端子连接，以使得usbtype-a公头11和usbtype-c公头12通过对应端子进行通信，以支持其他类型的充电协议。

在一些实施例中，选择电路133可以为通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、单片机、arm(acornriscmachine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，选择电路133还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。选择电路133也可以被实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合dsp和/或任何其它这种配置。

第一开关电路131和第二开关电路132均可以是接触器、继电器、电子开关、延时开关、光电开关、轻触开关、接近开关、开关管以及双控开关等类型的开关电路或这些开关的任何组合。

第一cc端子111处的电信号的具体表现形式可以为电压、电流或者功率等。

请参阅图3，图3是本发明另一实施例提供一种充电线缆的结构示意图，如图3所示，第一控制电路13还包括电压转换电路134和分压电路135，电压转换电路134分别电连接第一vbus端子112和分压电路135，分压电路135分别电连接电压转换电路134和第二开关电路132，当处于第二充电方式时，第一vbus端子112和第二cc端子121处于连通状态，usbtype-a公头11和usbtype-c公头12建立通信连接，其中，usbtype-a公头11与外部电源200连接，第一vbus端子112处的电压变化范围较宽，若第一vbus端子112与第二cc端子121直接通过分压电路135连接，则第二cc端子121电压会超出type-c握手电压范围，造成握手失败，第一vbus端子112处电压经过电压转换电路134降压处理成恒定电压后，再经过分压电路135提供给第二cc端子121，则无论vbus电压如何变化，都能握手成功。

在一些实施例中，请继续参阅图3，该充电线缆10还包括故障保护电路14，其电连接选择电路133，用于检测usbtype-a公头11、usbtype-c公头12以及充电线缆10的故障，当usbtype-a公头11、usbtype-c公头12或者线缆出现故障时，故障保护电路14检测出该故障，并向选择电路133发送故障检测信号，因此，选择电路133可以通过控制第一开关电路131或者第二开关电路132断开，以断开usbtype-a公头11和usbtype-c公头12的连接，充电连接中断，从而实现保护的功能。

因此，该充电线缆10通过控制第一开关电路131和第二开关电路132的工作状态，以控制usbtype-a公头11和usbtype-c公头12的连接方式，从而可以兼容不同的充电方式。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供一种充电线缆的电路结构示意图，如图4所示，第一cc端子111为usb-a公头的cc2a端(7引脚)，其连接充电母座20的7引脚，第一vbus端子112为usb-a公头的vbus端(电源端)，第二cc端子121为usb-c公头的cc2c端(cc引脚)。

第一开关电路131包括第一mos开关管q1，第二开关电路132包括第二mos开关管q2，第一mos开关管q1的控制端和第二mos开关管q2的控制端均与选择电路133连接，第一mos开关管q1的输入端与cc2a端连接，第一mos开关管q1的输出端与cc2c端连接，第二mos开关管q2的输入端与电压转换电路134连接，第二mos开关管q2的输出端与cc2c端连接。

选择电路133包括比较器u1，比较器u1的同相输入端分别电连接cc2a端和第一mos开关管q1的输入端，比较器u1的反相输入端用于输入基准电压vref，比较器u1的输出端分别连接第一mos开关管q1的控制端和第二mos开关管q2的控制端。

电压转换电路134串联在vbus端和第二mos开关管q2之间，用于对vbus端提供的电压进行降压处理。

在本发明实施例中，第一mos开关管q1为n型mos开关管，第二mos开关管q2为p型mos开关管，因此，第一mos开关管q1的输入端为其源极，第一mos开关管q1的输出端为其漏极，第一mos开关管q1的控制端为其栅极，同样地，第二mos开关管q2的输入端为其源极，第二mos开关管q2的输出端为其漏极，第二mos开关管q2的控制端为其栅极。

若充电母座20为特制usb-a充电器时，该特制usb-a充电器具有cc引脚，支持pd协议供电，usb-a公头的cc2a端由于连接该特制usb-a充电器的cc引脚，cc2a端的电压vcc2a被拉高，当vcc2a大于基准电压vref时，比较器u1输出高电平信号，该高电平信号分别作用于第一mos开关管q1和第二mos开关管q2的控制端，使得第一mos开关管q1导通，第二mos开关管q2关断，从而使得usb-a公头的cc2a端通过第一mos开关管q1与usb-c公头的cc2c端建立连接，usb-a公头与usb-c公头之间通过第一充电方式充电，具体为进行pd通信，实现usbpd快速充电。

若充电母座20为普通usb-a充电器时，usb-a公头的cc2a端接地或者悬空，cc2a端的电压vcc2a较低，当vcc2a小于基准电压vref时，比较器u1输出低电平信号，该低电平信号分别作用于第一mos开关管q1和第二mos开关管q2的控制端，使得第一mos开关管q1关断，第二mos开关管q2导通，从而使得usb-a公头的vbus端通过第二mos开关管q2与usb-c公头的cc2c端建立连接，usb-c公头的cc2c端处具有一定电压，usb-a公头与usb-c公头之间通过第二充电方式充电，具体为通过d+/d-握手方式充电。

因此，该充电线缆10可以通过控制usbtype-a公头11和usbtype-c公头12对应端子的连接状态，以匹配充电母座20的充电类型，从而兼容不同的充电方式。

请参阅图5，图5是本发明另一实施例提供一种充电线缆的电路结构示意图，如图5所示，该选择电路133还包括反相器u2，反相器u2的输入端分别连接比较器u1的输出端和第一mos开关管q1的控制端，反相器u2的输出端连接第二mos开关管q2的控制端。本发明实施例中，第一mos开关管q1为n型mos开关管，第二mos开关管q2也为n型mos开关管。

分压电路135包括上拉电阻rp，该上拉电阻rp串联于电压转换电路134和第二mos开关管q2之间，当处于第二充电方式时，用于将cc2c端上拉到电压转换电路134的输出，并通过分压电阻分压至合适电位。

若充电母座20为特制usb-a充电器时，当vcc2a大于基准电压vref时，比较器u1输出高电平信号，该高电平信号作用于第一mos开关管q1的控制端，使得第一mos开关管q1导通，同时，该高电平信号经反相器u2作用，输出低电平信号，该低电平信号作用于第二mos开关管q2的控制端，使得第二mos开关管q2关断，从而使得usb-a公头的cc2a端通过第一mos开关管q1与usb-c公头的cc2c端建立连接，usb-a公头与usb-c公头之间通过第一充电方式充电。

若充电母座20为普通usb-a充电器时，当vcc2a小于基准电压vref时，比较器u1输出低电平信号，该低电平信号作用于第一mos开关管q1，使得第一mos开关管q1关断，同时，该低电平信号经过反相器u2处理，反相器u2输出高电平信号，该高电平信号作用于第二mos开关管q2的控制端，使得第二mos开关管q2导通，从而使得usb-a公头的vbus端通过第二mos开关管q2与usb-c公头的cc2c端建立连接，usb-a公头与usb-c公头之间通过第二充电方式充电。

综上所述，该充电线缆10可以通过控制usbtype-a公头11和usbtype-c公头12对应端子的连接状态，以匹配充电母座20的充电类型，从而兼容不同的充电方式。

请参阅图6，图6是本发明另一实施例提供一种充电线缆的电路结构示意图，该充电线缆10与图5的唯一区别在于，分压电路135包括恒流源ip，该恒流源ip串联于电压转换电路134和第二mos开关管q2之间，当处于所述第二充电方式时，用于提供恒定电流。该恒定电流使得usb-c公头的cc2c端具有一定电压，usb-a公头与usb-c公头之间通过第二充电方式充电。

综上所述，该充电线缆10可以通过控制usbtype-a公头11和usbtype-c公头12对应端子的连接状态，以匹配充电母座20的充电类型，从而兼容不同的充电方式。

请参阅图7，图7是本发明实施例提供一种充电线缆保护系统，如图7所示，该充电线缆保护系统700包括第一usbtype-c公头71、第二usbtype-c公头72以及第二控制电路73，其中，第一usbtype-c公头71包括第三cc端子711，第二usbtype-c公头72包括第四cc端子721，第三cc端子711为第一usbtype-c公头71的配置通道，第四cc端子721为第二usbtype-c公头72的配置通道，第二控制电路73包括故障检测电路731、第三开关电路732以及控制单元733，第三开关电路732连接第三cc端子711和第四cc端子721，控制单元733分别电连接故障检测电路731和第三开关电路732，当无故障时，各个电路处于正常工作状态时，第三开关电路732处于导通状态，当故障检测电路731检测到第一usbtype-c公头71、第二usbtype-c公头72或者充电线缆出现故障时，例如第一usbtype-c公头71或者第二usbtype-c公头72的vbus电压过压、流过的电流过流、线缆过温等故障时，控制单元733控制第三开关电路732关断，使得第三cc端子711和第四cc端子721之间连接断开，从而断开两者之间握手连接，充电连接中断，进而实现保护功能。

当故障检测电路731检测到特定的故障，如vbus电压过压、流过的电流过流、线缆过温等故障时，控制单元733控制第三开关电路732会断开连接，从而断开type-c的握手，充电连接中断，从而实现保护的功能。

综上所述，当故障检测电路731检测到故障时，该充电线缆保护系统中的控制单元733控制第三开关电路732断开，使得充电连接中断，从而实现保护功能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。