Type-C接口的充电控制电路及其USB集线器的制作方法

type
‑
c接口的充电控制电路及其usb集线器
技术领域
1.本实用新型涉及usb接口技术。


背景技术：

2.车身电子产品usb集线器（usb hub）具有对客户的移动设备进行充电以及与车机进行通讯的功能。usb集线器一般安装在汽车内部中控下方或者扶手箱下面，二者都是属于密闭及狭小的空间。另一方面，usb集线器在充电时会产生热量，热量会集中在产品内部及外壳上，难以快速散掉，如果长期在高温的情况下工作，集线器内部的电子元器件的使用寿命会大大减小，并且集中在外壳上的高温很可能会烤坏其他零部件。因此，为了保证在产品使用时的车辆及零部件的安全和使用寿命，并保证充电效率，在进行usb集线器的设计时需要考虑分档降额。
3.现有的技术方案实现高温降额的方式如下：将电源转换控制芯片的温度检测引脚连接温度检测电路（通常由上拉电阻与ntc热敏电阻组成的分压电路构成），针对不同的环境温度电源转换控制芯片会检测到不同的分压值，并据此判断是否进入降额：正常情况下，电源转换控制芯片通过type
‑
c控制器的cc1引脚或cc2引脚对外广播3a供电流能力，当采集到分压电路的电压为0.5倍vcc（vcc为电源转换控制芯片的供电电压）时，控制芯片进行第一次降额，通过type
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c控制器的cc1引脚或cc2引脚对外广播1.5a供电流能力；当采集到的电压为0.65倍vcc时，控制芯片进行第二次降额，通过type
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c控制器的cc1引脚或cc2引脚对外广播500ma供电流能力，当采集到的电压低于每一次降额阈值0.1v时恢复至上一个阶段。
4.在现有的技术方案中，降额温度阈值是通过配置不同的电阻值产生不同的分压比来实现，在实际工作过程中不能够灵活的做出调整。此外，现有的技术方案中只有两次降额，没有过温关断的功能，实际关断需要在温度达到控制芯片的结温点，这样就不能满足产品设计要求中的工作温度范围。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种type
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c接口的充电控制电路及其usb集线器，其可灵活地调整降额温度阈值而不需要改动硬件，并能实现关断保护。
6.根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种type
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c接口的充电控制电路，包括温度检测电路、电源开关、主控制器、电流模式切换电路、type
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c控制器和type
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c接口；温度检测电路的输出端与主控制器的输入端连接，温度检测电路用于检测环境温度；电源开关的输入端和输出端分别与供电电源和type
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c接口的vbus引脚连接；主控制器的第一输出端与电源开关的控制端连接，以控制电源开关的通断，主控制器的第二输出端和第三输出端分别与电流模式切换电路的第一输入端和第二输入端连接，以向电流模式切换电路分别输出第一控制信号和第二控制信号；电流模式切换电路的输出端与type
‑
c控制器的电流模式引脚连接，电流模式切换电路用于根据主控制器输出的第一控制信号和第二控制信号确定在电流模式切换电路的电源与type
‑
c控制器的电流模式引脚之间所接入的电阻，以决定
typc
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c控制器在充电时所采用的电流模式；type
‑
c控制器的cc1引脚和cc2引脚分别与type
‑
c接口的cc1引脚和cc2引脚连接。
7.根据本实用新型实施例的另一个方面，还提供了一种usb集线器，该usb集线器包括上述的type
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c接口的充电控制电路。
8.本实用新型至少具有以下优点：
9.1、本实用新型实施例的type
‑
c接口的充电控制电路通过温度检测电路采集环境温度，主控制器根据不同的环境温度在io引脚输出不同的电平状态来控制电流模式切换电路的工作，进而达到了控制type
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c控制器芯片的降额状态的目的，由于电流模式切换电路是根据主控制器输出的第一控制信号和第二控制信号来控制typc
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c控制器在充电时所采用的电流模式，只要控制信号的电平状态不变，电流模式也不会改变，因此主控制器可非常灵活地调整降额温度阈值，以满足不同的车厂对降额阶段的要求，而不需要做任何硬件上的改动；
10.2、本实施例中，主控制器可控制位于供电电源向type
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c接口供电路径上的电源开关的通断，从而能实现关断保护，可适配各种车型在各种环境下的降额要求。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1示出了根据本实用新型一实施例的type
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c接口的充电控制电路的原理框图。
13.图2示出了根据本实用新型一实施例的电流模式切换电路的电路原理图。
14.图3示出了根据本实用新型一实施例的type
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c接口的充电控制电路的工作流程示意图。
具体实施方式
15.下面结合附图对本实用新型做出进一步说明。
16.图1示出了根据本实用新型一实施例的type
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c接口的充电控制电路的原理框图。请参考图1，根据本实用新型一实施例的type
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c接口的充电控制电路的包括温度检测电路1、电源开关2、主控制器3、电流模式切换电路4、type
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c控制器5和type
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c接口6。
17.温度检测电路1的输出端与主控制器3的输入端连接，温度检测电路1用于检测环境温度。在本实施例中，温度检测电路1包括供电电源vdd3、上拉电阻r9和ntc热敏电阻rt，上拉电阻r9的一端与供电电源vdd3的输出端连接，上拉电阻r9的另一端与ntc热敏电阻rt串联后接地；上拉电阻r9与ntc热敏电阻rt的共接点与主控制器3的输入端连接。
18.电源开关2的输入端和输出端分别与供电电源vbb和type
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c接口的vbus引脚连接。在本实施例中，电源开关2采用mos管作为电源开关。
19.主控制器3的第一输出端与电源开关2的控制端连接，以控制电源开关2的通断。主控制器3的第二输出端和第三输出端分别与电流模式切换电路4的第一输入端和第二输入端连接，以向电流模式切换电路4分别输出第一控制信号和第二控制信号。
20.在本实施例中，主控制器3用于将检测到的环境温度与预设的多个降额温度阈值进行比较，根据比较结果向电流模式切换电路4输出相应的第一控制信号和第二控制信号。可选地，主控制器3为单片机。
21.电流模式切换电路4的输出端与type
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c控制器5的电流模式（current mode）引脚连接，电流模式切换电路4用于根据主控制器3输出的第一控制信号和第二控制信号确定在电流模式切换电路4的电源与type
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c控制器5的电流模式引脚之间所接入的电阻，以决定typc
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c控制器5在充电时所采用的电流模式。
22.图2示出了根据本实用新型一实施例的电流模式切换电路的电路原理图。请结合图2所示，在本实施例中，电流模式切换电路4包括第一电平转换电路和第二电平转换电路。
23.第一电平转换电路包括电源vdd1、开关元件q1、开关元件q2、电阻r1、电阻r2和电阻r3。供电电源vdd1分别与电阻r2的一端和开关元件q2的第一端连接，电阻r2的另一端分别与开关元件q1的第一端和开关元件q2的控制端连接。开关元件q1的第二端接地，开关元件q1的控制端通过电阻r1连接至主控制器3的第二输出端，开关元件q2的第二端通过电阻r3连接至type
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c控制器的电流模式引脚。
24.第二电平转换电路包括电源vdd2、开关元件q3、开关元件q4、电阻r4、电阻r5和电阻r6。供电电源vdd2分别与电阻r5的一端和开关元件q4的第一端连接，电阻r5的另一端分别与开关元件q3的第一端和开关元件q4的控制端连接。开关元件q3的第二端接地，开关元件q3的控制端通过电阻r4连接至主控制器3的第三输出端，开关元件q4的第二端通过电阻r6连接至type
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c控制器5的电流模式引脚；电阻r6与电阻r3的阻值不相等。在本实施例中，r6的阻值大于r3的阻值。r3的阻值为10 kω，r6的阻值为500 kω。
25.开关元件q1和开关元件q3均为npn三极管，开关元件q1和开关元件q3的控制端、第一端和第二端分别为npn三极管的基极、集电极和发射极；开关元件q2和开关元件q4均为pnp三极管，开关元件q2和开关元件q4的控制端、第一端和第二端分别为pnp三极管的基极、发射极和集电极。
26.图3示出了根据本实用新型一实施例的type
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c接口的充电控制电路的工作流程示意图。结合图3所示，本实施例的主控制器3中预设有三个降额温度阈值，由低向高分别为第一降额温度阈值、第二降额温度阈值和第三降额温度阈值。主控制器4用于在检测到的环境温度小于第一降额温度阈值时，控制第二输出端和第三输出端分别输出高电平信号和低电平信号，在环境温度大于等于第一降额温度阈值且小于第二降额温度阈值时，控制第二输出端输出低电平信号，控制第三输出端输出高电平信号，在环境温度大于等于第二降额温度阈值且小于第三降额温度阈值时，控制第二输出端和第三输出端均输出低电平信号，在环境温度大于等于第三降额温度阈值时，控制第二输出端和第三输出端均输出低电平信号，并控制电源开关2断开。
27.电流模式切换电路4用于在第一输入端和第二输入端分别接收到高电平信号和低电平信号时（即正常情况下），在电流模式切换电路4的电源vdd1与type
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c控制器5的电流模式引脚之间接入电阻r3，从而使typc
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c控制器5在充电时采用电流模式h，在第一输入端和第二输入端分别接收到低电平信号和高电平信号时，在电流模式切换电路4的电源vdd2与type
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c控制器5的电流模式引脚之间接入电阻r6，从而使typc
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c控制器5在充电时采用电流模式m，实现第一次降额，在第一输入端和第二输入端均接收到低电平信号时，使type
‑
c控
制器5的电流模式引脚悬空（即相当于在电流模式切换电路4的电源vdd1、vdd2与type
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c控制器5的电流模式引脚之间接入了无穷大的电阻），使typc
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c控制器5在充电时采用电流模式l，实现第二次降额。
28.当检测到的环境温度达到第三次降额阈值时，主控制器3关断电源开关2的输出使能，实现第三次降额。
29.上述的电流模式h、电流模式m和电流模式l是type
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c协议中规定的电流模式，在电流模式h时，type
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c控制器的cc1引脚或cc2引脚对外广播3a供电流能力，在电流模式m时，type
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c控制器的cc1引脚或cc2引脚对外广播1.5a供电流能力，在电流模式l时，type
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c控制器的cc1引脚或cc2引脚对外广播500ma供电流能力。
30.进一步地，主控制器3用于在环境温度从大于等于第三降额温度阈值转变为比第三降额温度阈值低预定的第一差值时，重新闭合电源开关并控制第二输出端和第三输出端均输出低电平信号（即进入第二次降额阶段），在环境温度从大于等于第二降额温度阈值转变为比第二降额温度阈值低预定的第二差值时，控制第二输出端和第三输出端分别输出低电平信号和高电平信号（即返回至第一次降额阶段），在环境温度从大于等于第一降额温度阈值转变为比第一降额温度阈值低预定的第三差值时，控制第二输出端和第三输出端分别输出高电平信号和低电平信号（即返回至正常模式）。
31.以上述模式循环执行，可实现在不同的温度下执行不同的降额，既能有效保护产品元器件工作在安全温度范围内，又能使产品在设计规范指定的要求关断温度时关断输出，并且在研发调试时还能灵活高效地完成降额阈值的更改。
32.本实施例中，第一差值为20℃，第二差值和第三差值均为5℃。
33.在另一实施例中，主控制器3中预设有两个降额温度阈值，由低向高分别为第一降额温度阈值和第二降额温度阈值。主控制器4用于在检测到的环境温度小于第一降额温度阈值时，控制第二输出端和第三输出端分别输出高电平信号和低电平信号，在环境温度大于等于第一降额温度阈值且小于第二降额温度阈值时，控制第二输出端输出低电平信号，控制第三输出端输出高电平信号，在环境温度大于等于第二降额温度阈值时，控制第二输出端和第三输出端均输出低电平信号，并控制电源开关2断开。电流模式切换电路4用于在第一输入端和第二输入端分别接收到高电平信号和低电平信号时，在电流模式切换电路4的电源vdd1与type
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c控制器5的电流模式引脚之间接入电阻r3，从而使typc
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c控制器5在充电时采用电流模式h，在第一输入端和第二输入端分别接收到低电平信号和高电平信号时，在电流模式切换电路4的电源vdd2与type
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c控制器5的电流模式引脚之间接入电阻r6，从而使typc
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c控制器5在充电时采用电流模式m，实现第一次降额，在第一输入端和第二输入端均接收到低电平信号时，由于电源开关2被关断而停止充电，实现第二次降额。
34.根据本实用新型实施例的另一方面，还公开了一种usb集线器，该usb集线器包括上述的type
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c接口的充电控制电路。在一种具体的应用实施方式中，该usb集线器为车载usb集线器。
35.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。