一种USB-C负载安全接入电路及其控制方法、设备与流程

本发明涉及电子电路，尤其涉及一种usb-c负载安全接入电路及其控制方法、设备。

背景技术：

1、随着科技的发展，usb接口已经成为电子设备之间数据传输和电力供应的主要接口，usb-c接口因其双面插入设计、更高的数据传输速率和更大的电力输送能力而逐渐成为市场上的主流接口，其中，usb-c接口是usb type-c类型的接口，然而，随着电力输送能力的提升，对usb-c接口的负载安全接入控制也提出了更高的要求。

2、传统的usb-c接口的安全接入主要基于电流过载保护和电路热保护等原理，忽略了复杂的应用环境，无法做到严密防水的usb type-c接口，由于传统的usb-c接口本身不具备防水功能，因此，在缺乏其他保护机制的情况下，传统的usb-c接口容易受到水分的影响，导致协议握手异常、输出错误的电压或损坏下级设备等问题，同时由于供电电压的存在，使得产生电解效应损坏接口，导致usb-c接口无法再次使用，其安全性和适应性有待提升，特别是对于需要频繁插拔的设备，比如：移动设备、平板电脑等，因此，亟需提供一种更可靠、更安全的usb-c接口负载安全接入电路。

技术实现思路

1、本发明提供了一种usb-c负载安全接入电路及其控制方法、设备，解决的技术问题是，传统的usb-c接口不具备防水功能，而且忽略了复杂的应用环境，容易受到水分的影响，导致协议握手异常、输出错误的电压或损坏下级设备等问题。

2、为解决以上技术问题，本发明提供了一种usb-c负载安全接入电路及其控制方法、设备。

3、第一方面，本发明提供了一种usb-c负载安全接入电路，该电路包括：负载供电模块、负载接入检测模块、开关模块、微控制模块和通用串行总线接口，所述微控制模块与所述负载供电模块的协议单元和所述负载接入检测模块电连接；所述开关模块设置在所述负载供电模块与所述通用串行总线接口的配置通道之间的连接线路上；

4、所述负载接入检测模块，用于在开关模块处于默认的断开状态时，实时采集所述通用串行总线接口中配置通道和电源电压信号线的端口电压信号；

5、所述微控制模块，用于根据接收到的所述端口电压信号获取端口状态，并在确定所述端口状态为真实负载接入状态时，生成开关切换指令，以使所述开关模块根据所述开关切换指令切换为闭合状态，并生成供电接通指令；

6、以及，在通过所述负载供电模块为真实负载供电过程中，当根据实时读取到的协议单元的工作状态检测到负载移除后，控制所述开关模块切换为默认的断开状态，以使所述协议单元与所述通用串行总线接口连接断开；

7、所述负载供电模块，用于响应于所述供电接通指令，为接入的所述真实负载进行供电。

8、在进一步的实施方案中，根据接收到的所述端口电压信号获取端口状态，具体为：

9、根据预设电压阈值对所述配置通道和所述电源电压信号线的端口电压信号进行检测，得到检测结果，根据检测结果获取所述端口电压信号对应的端口状态，若所述检测结果为所述配置通道的端口电压信号处于预设通道进水电压阈值范围内且所述电源电压信号线的端口电压信号处于预设电源进水电压阈值范围内，则判断所述端口状态为进水状态；

10、若所述检测结果为所述配置通道的端口电压信号满足预设通道负载电压阈值要求且所述电源电压信号线的端口电压信号为零，则判断所述端口状态为真实负载接入状态。

11、在进一步的实施方案中，所述开关模块至少包括模拟电子开关，所述模拟电子开关默认处于断开状态；

12、所述负载接入检测模块包括第一电压采集单元和第二电压采集单元，所述第一电压采集单元与所述通用串行总线接口的电源电压信号线连接，所述第二电压采集单元与所述通用串行总线接口的配置通道连接；

13、所述第一电压采集单元包括串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻与所述第二电阻之间设置有第一电压信号采集端，以通过所述第一电压信号采集端采集电源电压信号线的端口电压信号，并将所述电源电压信号线的端口电压信号发送至所述微控制模块；

14、所述第二电压采集单元包括上拉电路以及与所述上拉电路连接的电压采集电路，以通过所述电压采集电路采集所述配置通道的端口电压信号，并将所述配置通道的端口电压信号发送至所述微控制模块，其中，所述电压采集电路为第一电压信号采集电路或者第二电压信号采集电路。

15、在进一步的实施方案中，所述通用串行总线接口的配置通道包括第一配置通道和第二配置通道，所述上拉电路包括辅助电源、第三电阻、第一防反二极管和第二防反二极管，所述第一防反二极管和所述第二防反二极管并联连接；

16、所述辅助电源通过所述第三电阻连接在所述第一防反二极管与所述第二防反二极管的阳极共同端，所述第一防反二极管的阴极连接在所述开关模块与所述第一配置通道之间，所述第二防反二极管的阴极连接在所述开关模块与所述第二配置通道之间。

17、在进一步的实施方案中，所述第一电压信号采集电路包括第四电阻、第一电容和第二电压信号采集端；

18、所述第二电压信号采集端通过所述第四电阻连接在所述第一防反二极管与所述第二防反二极管的阳极共同端，以通过所述第二电压信号采集端采集所述配置通道的端口电压信号，并利用辅助电源、第三电阻、第一防反二极管和第二防反二极管为所述通用串行总线接口的配置通道提供上拉；

19、所述第一电容的一端连接在所述第二电压信号采集端与所述第四电阻r3的共同端，所述第一电容的另一端接地。

20、在进一步的实施方案中，在所述电压采集电路为第一电压信号采集电路时，所述预设通道负载电压阈值为：

21、

22、式中，vload表示通道负载电压阈值；vcc表示辅助电源的电压值；vf表示防反二极管的正向导通电压值；ra表示真实负载接入产生的下拉电阻；r7表示第三电阻的电阻值；

23、所述预设通道进水电压阈值范围为所述预设电源进水电压阈值范围为0～v水；

24、其中，

25、

26、

27、式中，表示预设通道进水电压阈值范围的上限值；v水表示预设电源进水电压阈值范围的上限值；r1表示第一电阻的电阻值；r2表示第二电阻的电阻值。

28、在进一步的实施方案中，所述第二电压信号采集电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第三电压信号采集端和第四电压信采集端，以通过所述第三电压信号采集端和所述第四电压信采集端分别采集所述第一配置通道和所述第二配置通道的端口电压信号，并利用辅助电源、第三电阻、第一防反二极管和第二防反二极管为所述通用串行总线接口的配置通道提供偏置电压；

29、所述第一防反二极管的阴极通过串联的所述第五电阻和所述第六电阻接地，所述第三电压信号采集端连接在所述第五电阻与所述第六电阻之间；

30、所述第二防反二极管的阴极通过串联的所述第七电阻和所述第八电阻接地，所述第四电压信采集端连接在所述第七电阻和所述第八电阻之间。

31、在进一步的实施方案中，在所述电压采集电路为第二电压信号采集电路时，所述预设通道负载电压阈值包括第一配置通道在处于无进水且无真实负载接入状态时的第一安全空载电压阈值和第二配置通道在处于无进水且无真实负载接入状态时的第二安全空载电压阈值，所述预设通道进水电压阈值范围包括第一配置通道的进水电压阈值范围和第二配置通道的进水电压阈值范围，所述第一安全空载电压阈值为：

32、

33、所述第二安全空载电压阈值为：

34、

35、式中，vload′cc1表示第一配置通道对应的第一安全空载电压阈值；vload′cc2表示第二配置通道对应的第二安全空载电压阈值；vcc表示辅助电源的电压值；vf表示所述防反二极管的正向导通电压值；r6表示第六电阻的电阻值；r5表示第五电阻的电阻值；r7表示第三电阻的电阻值；r8表示第八电阻的电阻值；r4表示第七电阻的电阻值；

36、所述第一配置通道的进水电压阈值范围为所述第二配置通道的进水电压阈值范围为所述预设电源进水电压阈值范围为0～v′水；

37、其中，

38、

39、

40、

41、式中，表示第一配置通道进水电压阈值范围的上限值；表示第二配置通道进水电压阈值范围的上限值；r水表示水等效电阻。

42、第二方面，本发明提供了一种usb-c负载安全接入电路的控制方法，应用如上述的usb-c负载安全接入电路，所述方法包括以下步骤：

43、在默认断开协议单元与通用串行总线接口的配置通道之间的连接时，实时采集所述通用串行总线接口中配置通道和电源电压信号线的端口电压信号；

44、根据接收到的所述端口电压信号获取端口状态，并在确定所述端口状态为真实负载接入状态时，生成开关切换指令；

45、根据所述开关切换指令闭合所述协议单元与所述通用串行总线接口的配置通道之间的连接，并生成供电接通指令；

46、响应于所述供电接通指令，为接入的真实负载进行供电，并在为真实负载供电过程中，实时读取协议单元的工作状态；

47、在根据协议单元的工作状态检测到负载移除后，控制断开协议单元与通用串行总线接口的配置通道之间的连接。

48、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括如上述的usb-c负载安全接入电路。

49、本发明提供了一种usb-c负载安全接入电路及其控制方法、设备，所述电路包括负载供电模块、负载接入检测模块、开关模块、微控制模块和通用串行总线接口，其中，负载接入检测模块用于采集通用串行总线接口中配置通道和电源电压信号线的端口电压信号；微控制模块用于对端口电压信号进行检测，获取端口电压信号对应的端口状态，并在确定端口状态为真实负载接入状态时，生成开关切换指令，以控制开关模块中的模拟电子开关断开通用串行总线接口的配置通道连接。与现有技术相比，该电路通过负载接入检测模块和模拟电子开关实现了自动识别usb-c端口的进水或者负载接入，减少了端口损坏或烧坏下级设备的风险，实现对负载的安全供电，提高了设备的安全性和适应性。