一种Type-c接口的无线充电电源系统的制作方法

本实用新型涉及充电电源技术领域，具体涉及一种Type-c接口的无线充电电源系统。

背景技术：

近年来,由于无线充电技术的发展让充电摆脱了线路的限制，从而实现电器和电源完全分离，充电时候无需插入充电接头，使用十分方便，而且在安全性上也显示出比传统充电器更好的优势，所以得到了飞速发展，但有线充电仍然由于在充电效率上的绝对优势，仍然是主流充电方式，所以在可预见的未来在充电方式上将是有线充电为主，无线充电为辅，两种方式并存的局面。

有线充电中的USB Power Delivery技术发展十分迅速，已经成为电子产品中有线充电的标准协议,PD 充电器产品将会成为电子产品的标配，同时无线充电产品控制需要支持无线充电协议,所以，无论是有线充电产品还是无线充电产品基本都需要MCU来支持,导致生产成本提高。

技术实现要素：

本实用新型提供一种解决方案,通过对PD充电器产品进行改进设计，使其支持无线充电标准,再配合简单的充电前端电路就可以实现标准的PD充电器产品支持无线充电，其技术方案如下：

一种Type-c接口的无线充电电源系统，该无线充电电源系统包括适配器和无线充电发射器，其中，所述适配器包括充电控制器和第一Type-c接口，所述无线充电发射器包括第二Type-c接口和发射线圈L，其中，所述第一Type-c接口上的引脚与所述第二Type-c接口上的引脚通过Type-c线缆对应连接；所述充电控制器同时支持快充协议和无线充电协议，所述无线充电发射器不集成主控芯片，其中，所述主控芯片是一种支持无线充电协议的处理器；所述无线充电发射器还包括全桥式驱动电路、第一调试电阻R1和第二调试电阻R2，其中，第一调试电阻R1的一端与所述第二Type-c接口的配置通道引脚连接，第一调试电阻R1的另一端接地，用于辅助所述充电控制器检测负载设备接入所述适配器的情况，其中配置通道引脚包括第一配置引脚CC1或第二配置引脚CC2；第二调试电阻R2的一端与所述第二Type-c接口的正传统数据引脚D+和/或负传统数据引脚D-连接，第二调试电阻R2的另一端接地，用于在所述充电控制器确认所述负载设备接入所述适配器的前提下，辅助所述充电控制器检测所述无线充电发射器接入所述适配器的情况；所述全桥式驱动电路的控制端与所述第二Type-c接口的第一预置数据引脚对应连接，所述充电控制器的端口与所述第一Type-c接口上的引脚对应连接，用于在所述全桥式驱动电路通过所述第二Type-c 接口与所述适配器建立电连接后，根据所述第一Type-c接口的相关引脚所处的电平状态，调整输出对应的配置电压至所述第二Type-c接口，使得所述全桥式驱动电路实现驱动所述发射线圈进行无线充电；其中，所述第一预置数据引脚包括：所述第二Type-c接口上的高速差分接收数据引脚RX+/RX-、高速差分发送数据引脚TX+/TX-或其它闲置的数据引脚。

进一步地，所述第一Type-c接口的引脚与所述第二Type-c接口的引脚都是具有相同命名的引脚，并用于传输同类型的信号。

进一步地，所述全桥式驱动电路包括第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS 管NM4和电容C1；其中，第一NMOS管NM1的漏极和第三NMOS管NM3的漏极都与所述第二Type-c接口的电源引脚VBUS相连接，第二NMOS管NM2的源极和第四NMOS管NM4的源极都接地；第一NMOS管NM1的源极与第二NMOS管NM2的漏极相连接，其公共连接节点与发射线圈L的一端相连；第三NMOS管NM3的源极与第四NMOS管NM4的漏极相连接，其公共连接节点通过电容C1与发射线圈L的另一端相连；第一NMOS 管NM1的栅极、第二NMOS管NM2的栅极、第三NMOS管NM3的栅极和第四NMOS管NM4的栅极分别与所述第二Type-c接口的四个所述第一预置数据引脚相连接，用来作为所述全桥式驱动电路的控制端；电容C1 与发射线圈L的公共连接节点与所述第二Type-c接口的第二预置数据引脚相连接，用来作为所述无线充电电源系统的谐振电容；其中，所述第二预置数据引脚包括，所述第二Type-c接口上除了所述第一预置数据引脚之外其它闲置的数据引脚。

进一步地，所述第二Type-c接口的正传统数据引脚D+或负传统数据引脚D-还可以与小型控制芯片的对应引脚相连接，用来与所述充电控制器进行沟通，并根据沟通结果识别接入所述适配器的负载设备的类型，其中，所述小型控制芯片集成于所述无线充电发射器中，且是一种不支持无线充电协议的小型单片机。

进一步地，所述充电控制器包括快充策略管理单元、无线充电控制单元和ADC转换单元；无线充电控制单元，用于当所述充电控制器检测到所述第一Type-c接口的第一配置引脚CC1的电平或第二配置引脚 CC2的电平为第一电压阈值，且所述第一Type-c接口的正传统数据引脚D+和/或负传统数据引脚D-为预设低电平时，根据无线充电协议配置所述第一Type-c接口的输出电源，使得所述第一Type-c接口输出无线设备需求的电源；其中，所述第一电压阈值，处于所述快充协议规定的Type-c接口在搜寻到设备时所述配置通道引脚的电压范围内；所述预设低电平为Type-c接口搜寻到所述无线充电发射器时正传统数据引脚D+和/或所述负传统数据引脚D-所处的电压值；快充策略管理单元，用于当所述充电控制器只检测到所述第一Type-c接口的第一配置引脚CC1或第二配置引脚CC2的电平为所述第一电压阈值时，根据快充协议配置所述第一Type-c接口的输出电源，以使所述第一Type-c接口输出快充设备所需求的电源；ADC转换单元，用于采集待检测的模拟量，包括采样接收所述第二预置数据引脚上的快速充电协议信号及无线充电协议信号,再进行解调，然后传给所述无线充电控制单元和所述快充策略管理单元处理。

进一步地，所述快充策略管理单元支持但不限于USB PD快充协议。

本实用新型的有益效果是，相对于现有的PD充电器和无线充电产品，本实用新型省去无线充电设备中的协议处理主控芯片，从而降低无线产品的设计难度，同时降低终端用户使用无线充电技术的成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种Type-c接口的无线充电电源系统的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于所述无线充电电源系统的充电方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细描述。应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种基于Type-c接口的无线充电电源系统，如图1所示，该无线充电电源系统包括集成快充协议固件和无线充电协议固件的适配器、不集成主控芯片的无线充电发射器和Type-C线缆。所述适配器包括同时支持快充协议和无线充电协议的充电控制器、第一Type-c接口和电源转换器，所述适配器采用Type-c接口作为标准的快充接口；所述无线充电发射器包括第二Type-c接口、全桥式驱动电路和发射线圈L，所述无线充电发射器采用Type-c接口作为标准的充电接口。需要说明的是，所述主控芯片是支持无线充电协议的处理器。相对于现有技术，所述无线充电发射器省去无线协议处理器，而所述适配器则设计为兼容标准快充协议及无线充电协议的电源适配器，所述无线充电发射器和所述适配器通过type-c接口建立连接，从而构建成一个无线充电电源系统。如图1所示，所述第一Type-c接口和所述第二Type-c接口都作为无线充电电源系统中的设备连接接口，是USB标准的Type-C接口，本实用新型实施例中的无线充电电源系统采用Type-c接口作为设备连接接口，不仅提高Type-c接口的高速数据引脚和拓展功能引脚的利用率，而且实现接口的充电兼容性。Type-c接口作为公认接口，在现有技术中，Type-c接口包括电源引脚VBUS、接地引脚GND、高速数据引脚、配置引脚、传统接口引脚D+/D-、高速差分发送数据引脚TX+/TX-和高速差分接收数据引脚RX+/RX-。

如图1所示，所述第一Type-c接口上的引脚与所述第二Type-c接口上的引脚通过连接线对应连接，所述第一Type-c接口的引脚与所述第二Type-c接口的引脚都是具有相同的命名，并用于传输同类型的信号，即在所述第一Type-c接口与所述第二Type-c接口中，基于相同传输信号类型的引脚可通过Type-C线缆建立电气上的连接，所述Type-c线缆为所述适配器和所述无线充电发射器的链接装置。所述第一Type-c 接口设置在所述适配器中，所述第二Type-c接口设置在所述无线充电发射器中，所述适配器通过所述 Type-c线缆与所述无线充电发射器建立连接。具体地，如图1所示，所述第一Type-c接口上的引脚与所述第二Type-c接口上的引脚通过Type-c线缆对应连接的方式包括：所述第一Type-c接口的正传统数据引脚D+和所述第二Type-c接口的正传统数据引脚D+相连接，所述第一Type-c接口的负传统数据引脚D- 和所述第二Type-c接口的负传统数据引脚D-相连接；所述第一Type-c接口的第一配置引脚CC1和所述第二Type-c接口的第一配置引脚CC1相连接；所述第一Type-c接口的第二配置引脚CC2和所述第二Type-c 接口的第二配置引脚CC2相连接。在本实用新型实施例中，所述第一Type-c接口上的正高速差分接收数据引脚RX1+与所述第二Type-c接口上的正高速差分发送数据引脚TX1+相连接,所述第一Type-c接口上的正高速差分接收数据引脚RX2+与所述第二Type-c接口上的正高速差分发送数据引脚TX2+相连接，所述第一Type-c接口上的负高速差分接收数据引脚RX1-与所述第二Type-c接口上的负高速差分发送数据引脚TX1-相连接，所述第一Type-c接口上的负高速差分接收数据引脚RX2-与所述第二Type-c接口上的负高速差分发送数据引脚TX2-相连接。另外，需要说明的是，所述第一Type-c接口上的电源引脚VBUS 与所述第二Type-c接口上的电源引脚VBUS相连接，所述第一Type-c接口上的高速差分发送数据引脚 TX与所述第二Type-c接口上的高速差分接收数据引脚RX相连接。

具体地，所述充电控制器在本实用新型实施例下可以包括一种适配器主控芯片，其内置快充协议固件包括PD协议固件或其他充电协议固件，用以根据协议包的内容对电源转换及所述适配器做出恰当的配置，以使被充电设备能够按照它需要的特定的电压或电流进行充电；同时该适配器主控芯片还内置无线充电协议固件，用以处理基于无线充电协议相关的数据包，并根据协议包的内容对电源转换及适配器做出恰当的配置，比如升高或降低电压，升高或降低电流以满足无线接收端的充电电量的需求，从而扩大所述适配器的应用范围。

如图1所示，所述无线充电发射器还包括第一调试电阻R1和第二调试电阻R2。所述第一调试电阻R1 的一端与所述第二Type-c接口的配置通道引脚连接，第一调试电阻R1的另一端接地，用于辅助所述充电控制器检测负载设备接入所述适配器的情况；其中配置通道引脚包括第一配置引脚CC1和第二配置引脚CC2。具体地，所述第一调试电阻R1所在的电路可作为所述适配器的负载监测电路，当所述适配器检测到该电阻接入时候，可以判断到负载设备接入。如图1所示，在本实用新型实施例中，所述第二调试电阻R2的一端同时与所述第二Type-c接口的正传统数据引脚D+和负传统数据引脚D-的短接端连接，所述第二调试电阻R2的另一端接地。在所述充电控制器检测到所述负载设备接入所述适配器的情况下，通过检测正传统数据引脚D+或负传统数据引脚D-是否接有所述第二调试电阻R2，来辅助所述充电控制器检测所述无线充电发射器接入所述适配器的情况，即判断所述负载设备是否为所述无线充电发射器，如果有则判定为接入了所述无线充电发射器。

作为本实用新型的一种实施例，如图1所示，所述全桥式驱动电路的控制端G1与所述第二Type-c接口上的正极高速差分发送数据引脚TX1+连接，所述全桥式驱动电路的控制端G2与所述第二Type-c接口上的负极高速差分发送数据引脚TX1-连接，所述全桥式驱动电路的控制端G3与所述第二Type-c接口上的正极高速差分发送数据引脚TX2+连接，所述全桥式驱动电路的控制端G4与所述第二Type-c接口上的负极高速差分发送数据引脚TX2-连接。需要说明的是，与所述全桥式驱动电路的控制端连接的所述第二 Type-c接口上的引脚还包括其他闲置未被使用的数据引脚。前述电路结构意味着所述全桥式驱动电路的控制端与所述第二Type-c接口的第一预置数据引脚对应连接，所述充电控制器的端口与所述第一Type-c接口上相关的引脚对应连接，用于在所述全桥式驱动电路通过所述第二Type-c接口与所述适配器建立电连接后，根据所述第一Type-c接口上的相应引脚处的电平状态获取与所述适配器电连接的负载设备的状态，进而通过所述电源转换器将电源转换为协商的直流电源，输出对应的配置电压至所述第二Type-c接口，然后控制所述全桥式驱动电路去驱动发射线圈L进行无线充电。其中，所述第一预置数据引脚包括，所述第二 Type-c接口上的高速差分发送数据引脚TX+/TX-、高速差分接收数据引脚RX+/RX-或其它闲置的数据引脚。

如图1所示，所述全桥式驱动电路通过MOS管的通断对发射线圈L进行电磁感应操作，将能量通过磁场发送到接收端，为接受端的设备充电。所述全桥式驱动电路包括第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3和第四NMOS管NM4，第一NMOS管NM1的漏极和第三NMOS管NM3的漏极都与所述第二Type-c 接口上的电源引脚VBUS相连接，第二NMOS管NM2的源极和第四NMOS管NM4的源极都接地；第一NMOS 管NM1的源极与第二NMOS管NM2的漏极相连接，其连接点与发射线圈L的一端相连，将所述第二Type-c 接口上的电源引脚VBUS推挽输出至发射线圈L；第一NMOS管NM1的源极与第二NMOS管NM2的漏极相连接，其公共连接节点与发射线圈L的一端相连，将所述第二Type-c接口上的电源引脚VBUS推挽输出至发射线圈L；第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3和第四NMOS管NM4构成全桥式的整流输出电路，经过交替导通作用，将所述第二Type-c接口上的电源引脚VBUS传输来的配置好的直流电源电压变换成交流电源电压，使得发射线圈进行电磁感应，从而发射电能。第三NMOS管NM3的源极与第四NMOS管NM4 的漏极相连接，其公共连接节点通过电容C1与发射线圈L的另一端相连。第一NMOS管NM1的栅极、第二 NMOS管NM2的栅极、第三NMOS管NM3的栅极和第四NMOS管NM4的栅极分别与所述第二Type-c接口上的四个高速数据发送引脚相连接，分别作为所述全桥式驱动电路的控制端G1、G2、G3和G4。电容C1与发射线圈L的公共连接节点与所述第二Type-c接口的第二预置数据引脚相连接，用来作为所述无线充电电源系统的谐振电容，进而为所述无线充电电源系统提供特定频率的无线充电信号。其中，所述第二预置数据引脚在本实用新型实施例中为高速数据接收引脚RX1+，但实际上所述第二预置数据引脚包括所述第二 Type-c接口上除了所述第一预置数据引脚之外其它闲置的数据引脚。

作为本实用新型的一种实施例，所述第二Type-c接口的正传统数据引脚D+或负传统数据引脚D-还可以与小型控制芯片的对应引脚相连接，通过给所述充电控制器发送电平信号，然后接受所述充电控制器的响应信号来完成与所述适配器的充电信号的沟通过程，然后根据沟通结果来识别接入所述适配器的负载设备的类型。其中，所述小型控制芯片集成于所述无线充电发射器中，且是一种不支持无线充电协议的小型单片机，由于小型单片机为低功耗、低成本的芯片，所以采用该芯片设计可降低开发成本，提高识别接入所述适配器的负载设备的准确性。

作为本实用新型的一种实施例，如图1所示，所述充电控制器包括快充策略管理单元、无线充电控制单元、恒压/恒流控制单元、ADC转换单元和安全监测单元。无线充电控制单元，内置无线充电协议固件，用于当所述充电控制器检测到所述第一Type-c接口的配置通道引脚的电平为第一电压阈值时，即在本实用新型实施例中第一配置引脚CC1或第二配置引脚CC2的电平为第一电压阈值时，并且所述第一Type-c 接口的正传统数据引脚D+和负传统数据引脚D-的短接端为预设低电平时，根据无线充电协议配置电源转换和所述适配器的输出电压/电流，即控制所述第一Type-c接口上的输出电源，以使所述第一Type-c接口的输出电流能力与流过所述无线充电发射器的发射驱动电流相匹配，即达到设备需求电源，或者协商电源。其中，所述第一电压阈值，处于所述快充协议规定的所述第一Type-c接口在搜寻到设备时第一配置引脚CC1或第二配置引脚CC2的电压范围内，特别地，按照USB Power Delivery的协议规定，所述第一电压阈值小于1.6V。所述预设低电平为所述第一Type-c接口搜寻到所述无线充电发射器时，正传统数据引脚D+或负传统数据引脚D-所处的电压值。

快充策略管理单元，内置快充协议固件，用于处理其他快速充电协议。ADC转换单元，用于采集待检测的模拟量，包括采样接收所述第二预置数据引脚上的快速充电协议及无线充电协议信号,并将之解调，再传给所述无线充电控制单元和所述快充策略管理单元处理。在本实用新型实施例中，所述ADC转换单元用于通过所述第一Type-c接口上的高速数据接收引脚RX1采样接收所述第二Type-c接口上对应的高速差分接收数据引脚RX1传输过来的所述无线充电协议信号的模拟量，并将模拟量转换为数字量，并传给无线充电控制单元处理。另外，安全监测单元执行的功能包括过压检测，过流检测和过温检测；恒压/恒流控制单元为恒定电压/电流输出的环路控制电路。

一种基于所述无线充电电源系统的充电方法，如图2所示，包括：

步骤S1：所述无线充电电源系统上电复位，所述适配器和所述无线充电发射器复位回初始状态，然后所述适配器通过所述Type-c线缆给所述无线充电发射器供电；具体地，所述适配器上电时，所述无线充电发射器可以通过type-c线缆与所述适配器建立电连接，也可以上电时不建立电连接。然后进入步骤S2。

步骤S2：所述充电控制器通过所述第一调试电阻R1判断负载设备是否与所述适配器建立电连接关系，是则进入步骤S3，否则停留在步骤S2以等待负载设备建立电连接关系。当所述充电控制器检测到所述第一Type-c接口的第一配置引脚CC1或第二配置引脚CC2处的电平信号由第二电压阈值变为所述第一电压阈值时，则确定负载设备与所述适配器建立电连接关系，从而完成所述第一Type-c接口与所述第二Type-c 接口中相应引脚的接通，其中所述负载设备包括所述无线充电发射器。

步骤S3：所述充电控制器通过所述第二调试电阻R2判断所述负载设备是否为所述无线充电发射器，当所述充电控制器仍检测到所述第二Type-c接口的第一配置引脚CC1或第二配置引脚CC2的电平信号由第二电压阈值变为所述第一电压阈值时，确定所述负载设备已经与所述适配器建立稳定的电连接关系，且还没有检测到所述负载设备为无线设备，则进入步骤S4；当所述充电控制器还检测到所述第二Type-c接口的正传统数据引脚D+和负传统数据引脚D-的短接端的电平信号由预设高电平变为所述预设低电平时，确定所述负载设备已经与所述无线充电发射器建立稳定的电连接关系，则进入步骤S5。

步骤S4：所述充电控制器进入快充协议处理流程,则述快充策略管理单元根据快充协议和所述负载设备进行协议沟通，并且配置所述第一Type-c接口输出所述负载设备需要的电流/电压。

步骤S5：所述充电控制器进入无线充电协议处理流程,则所述无线充电控制单元基于无线充电协议与无线充电设备进行协议沟通，并且配置所述第一Type-c接口输出无线充电设备所需的电流/电压至所述无线充电发射器，然后开始通过发射线圈L传输电磁能。

具体地，所述第二电压阈值，处于Type-c接口在未搜寻到设备时所述快充协议规定的第一配置引脚 CC1或第二配置引脚CC2的电压范围内，特别地，按照USB Power Delivery的协议规定所述第二电压阈值为3.3V或5V之间。所述预设高电平为Type-c接口未搜寻到设备时，正传统数据引脚D+或负传统数据引脚D-所处的电压值，一般而言，Type-c接口未搜寻到设备时正传统数据引脚D+或负传统数据引脚D-的电压值大于Type-c接口搜寻到设备时相应引脚的电压值。

优选地，所述适配器在上电之前可以与所述无线充电发射器断开连接。

优选地，所述快充协议包括但不限于USB PD快充协议。

以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。