一种Type-C供电方法及装置与流程

一种type-c供电方法及装置
技术领域
1.本发明涉及type-c供电技术领域，特别是涉及一种type-c供电方法及装置。


背景技术：

2.现有技术方案中，对于使用type-c pd供电的系统，除了给自身供电外还需要给外部设备供电，现有用于拓展坞的技术方案中多采用通过pd适配器直接供电的方式：即根据外设的受电需求，通过cc与pd适配器协商出适合外设的功率后输出电压；拓展坞自身的电源则从pd适配器处通过dc-dc降压实现。
3.现有技术方案的缺点：当外设需求电压变化时，pd适配器输出的电压也跟随变化，输入电压的频繁切换对dc-dc的稳定性和可靠性有不良影响。若采用pd诱骗器诱骗出高于5v的电压再通过dc-dc降压给外设供电，虽然能解决上述使用场景的缺陷，但当外设需求功率较大(如30w以上)时，会由于dc-dc效率等原因导致系统出现热耗增大且电源利用率低的问题。
4.因此需要对type-c pd供电方法及装置进行改进，避免出现当外设需求功率较大时，系统过热且电源利用率低的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：对type-c pd供电方法及装置进行改进，避免出现当外设需求功率较大时，系统过热且电源利用率的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种type-c供电方法，包括：
7.适配器通过第一母座向dc-dc模块供电，以使dc-dc模块输出第一电压到pd控制模块；
8.第一母座将接收到的pd控制模块反馈的电信号发送到适配器以使适配器和pd控制模块协商并使适配器输出第一功率；
9.pd控制模块通过协商获取外设的需求电压，pd供电模块接收pd控制模块反馈的外设需求电压，并判断外设需求电压是否大于或等于第一阈值，
10.若外设需求电压大于或等于第一阈值，则将协商出的第一功率分成第二功率和第三功率，将第三功率通过bypass电路输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
11.进一步的，所述方法还包括：
12.若外设需求电压小于第一阈值，则将协商输出的第一功率分为第四功率和第五功率；将第四率通过pd供电模块输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
13.进一步的，所述方法还包括：
14.将所述第二功率或第五功率输送到dc-dc模块，以使dc-dc模块向系统主板供电。
15.进一步的，若适配器无法输出大于或等于第一功率的功率，则第二母座不对外设进行供电。
16.进一步的，所述第一功率为六十五瓦，所述第一功率的电压为二十伏。
17.本发明还公开了一种type-c供电方法，包括：
18.pd控制模块接收到dc-dc模块输入的第一电压后向第一母座反馈电信号，通过第一母座与pd适配器协商以使与第一母座连接的适配器输出第一功率；所述dc-dc模块由与适配器相连接的第一母座供电，所述dc-dc模块工作后输出第一电压；
19.pd控制模块通过第二母座协商获取外设需求电压，并将外设需求电压反馈到pd供电模块，以使pd供电模块判断外设需求电压是否大于或等于第一阈值，
20.若外设需求电压大于或等于第一阈值，则第一母座将协商出的第一功率分成第二功率和第三功率，将第三功率通过bypass电路输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
21.进一步的，所述方法还包括：
22.若外设需求电压小于第一阈值，则第一母座将第一功率分为第四功率和第五功率；并将第四率通过pd供电模块输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
23.本发明公开了一种type-c供电装置，包括：适配器、第一母座、第二母座、pd控制模块、pd供电模块、dc-dc模块、主板电源供电模块、系统主板和bypass电路；
24.所述第一母座的第一端口和适配器连接，所述第一母座的第二端口和pd控制模块的第一端口连接，第一母座的第三端口和dc-dc模块的第一端口连接，第一母座的第四端口和pd供电模块连接，第一母座的第五端口和bypass电路的第一端口连接；
25.所述pd控制模块的第二端口和pd供电模块连接，pd控制模块的第三端口和第二母座连接，所述pd控制模块的第四端口和dc-dc模块的第二端口连接；
26.所述dc-dc模块的第三端口和主板电源控制模块的第一端口连接，所述主板电源控制模块的第二端口和系统主板连接；
27.所述bypass电路的第二端口和第二母座的第二端口连接，所述第二母座的第三端口和外设连接，
28.所述适配器用于向外设和系统主板供电；所述适配器通过第一母座向dc-dc模块供电，以使dc-dc模块输出第一电压到pd控制模块；所述第一母座还用于接收pd控制模块反馈的电信号并与pd控制模块协商使适配器输出第一功率；pd供电模块还用于接收pd控制模块反馈的外设需求电压，pd控制模块进行判断外设需求电压与第一阈值大小比较，若外设需求电压大于等于第一阈值，则将协商出的第一功率分成第二功率和第三功率，将第三功率通过bypass电路输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
29.进一步的，所述第一母座还用于若外设需求电压小于第一阈值，则将协商输出的第一功率分为第四功率和第五功率；将第五功率通过pd供电模块输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
30.进一步的，所述供电装置还包括放电回路；所述第二母座的第三端口和放电回路连接。
31.本发明实施例一种type-c供电方法及装置与现有技术相比，其有益效果在于：当外设需求功率较大时，适配器通过bypass电路直接向外设供电，避免了dc-dc模块进行电源转换，降低了系统发热提高了电源的利用率。
附图说明
32.图1是本发明一种type-c供电方法的流程示意图；
33.图2是本发明一种type-c供电装置的结构示意图。
34.图3是本发明一种type-c供电装置中bypass电路的结构示意图。
35.图4是本发明一种type-c供电装置中主板电源控制模块的结构示意图。
36.图5是本发明一种type-c供电装置中pd供电模块的结构示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
38.实施例1：
39.参照图1，本发明公开了一种type-c供电方法，应用于向外设进行供电，主要包括如下步骤：
40.适配器通过第一母座向dc-dc模块供电，以使dc-dc模块输出第一电压到pd控制模块；
41.第一母座将接收到的pd控制模块反馈的电信号发送到适配器以使适配器和pd控制模块协商并使适配器输出第一功率；
42.pd控制模块通过协商获取外设的需求电压，pd供电模块接收pd控制模块反馈的外设需求电压，并判断外设需求电压是否大于或等于第一阈值；
43.若外设需求电压大于或等于第一阈值，则将协商出的第一功率分成第二功率和第三功率，将第三功率通过bypass电路输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
44.在本实施例中，所述bypass电路可以使适配器通过bypass电路直接向外设供电，避免了由pd供电模块中的dc-dc模块2(u2)进行电源转换，降低了系统发热提高了电源的利用率。
45.在本实施例中，应用本供电方法的硬件结构包括：第一母座、第二母座、pd控制模块、dc-dc模块、bypass电路、pd供电模块、系统主板。参照图2，适配器插入第一母座type-c1给外设及系统主板供电。适配器插入第一母座type-c1中，第一母座type-c1通过vbus即u1的a4、a9和b4、b9与dc-dc模块的输入端连接，经dc-dc模块输出端5v sys输出5v电压至pd control ic的vdd端作为pd control ic的工作电压。pd control ic的dcc1和dcc2端和type c母座1u1的b5和a5两个端口即dfp＿cc1-2连接，二者进行协商以有诱骗出20v＠3.25a(65w)。pd control ic的ucc1和ucc2端与type c母座2u1的b5和a5两个端口即ufp＿cc1-2连接。type c母座2u1通过b4和a9即vbus与外部连接为外部供电，pd control ic(u5)与外设通过ufp＿cc协商进行确定外设需求电压。
46.1.若需求高于或等于20v，将诱骗的65w分为两路，一路45w经由第一母座type-c1通过bypass电路处理后再由第二母座type-c2向外部供电，即由pd适配器电压wall＿adapter 20v直接对type-c母座2(u5)的vbus供电，给外设的最大功率为为45w(通过bypass给)；另一路为剩余的20w经由dc-dc1给自身系统主板供电。
47.2.若需求低于20v，则将诱骗的65w分为两路，45w经由第一母座type-c1通过vbus与pd供电模块的输入端连接，pd模块输出端和母座type-c2连接，通过第二母座type-c2给外设供电；剩余的20w经由dc-dc1给自身系统主板供电；
48.在本实施例中，硬件结构还包括pd供电模块，所述方法还包括：
49.若外设需求电压小于第一阈值，则将协商输出的第一功率分为第四功率和第五功率；将第四率通过pd供电模块输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
50.在本实施例中，所述方法还包括：
51.将所述第二功率或第五功率输送到dc-dc模块，以使dc-dc模块向系统主板供电。
52.在本实施例中，若适配器无法输出大于或等于第一功率的功率，则第二母座不对外设进行供电。
53.如果pd适配器不支持65w(第一功率)以上的功率，则不会外设供电也不对自己系统主板供电，可以解决pd适配器因功率不足导致装置后级系统工作异常的问题。
54.为防止低功率的pd适配器因功率不足导致装置后级系统工作异常(后级系统比如摄像机模块，音频处理模块或液晶显示模块等等)，一种可选的电路实施方式如下：
55.若pd适配器不支持65w以上功率，则pd control ic(u5)默认同pd适配器协商出5v输出给装置主板(pd control ic通过type c母座1u1的b5和a5两个端口(dfp＿cc)和pd适配器协商出5v电压经过dc-dc模块1的输入端连接(u3)转换后稳压电压输出5v sys连接至装置主板)。此时主板电源控制模块会对输入电压wall＿adapter进行判断(wall＿adapter经分压电阻r13和r18后再流经限流电阻r14，r14另一端是和三极管q6的基极连接)：若r14输出的电压小于vth，三极管q6就处于截止状态则mos管q1也处于截止状态，5v＿sys(指输出控制电路图中vdd＿sys-out的5v(q1的d级))不对装置后级系统主板供电；此时pd control ic(u5)的gpio1保持低电平(pd controlic(u5)的gpio1与pd供电模块中u2中的en连接，u2使能被拉低，u2中sw不工作，q4的d级没有电压为0)，使得type-c母座2(u4)不对外设供电。通过主板电源控制模块控制主板电源输出，在确保pd适配器所支持的功率达到第一功率或以上时才开启主板后级电源，避免pd适配器和主板因功率不足而工作异常。
56.在本实施例中，所述第一功率为六十五瓦，所述第一功率的电压为二十伏。
57.在本实施例中，第一功率可以根据外设和系统主板的功率进行调整，但是考虑到现有技术中系统主板功率和外设功率的普遍设置，第一功率优选为六十五瓦，电压优选为二十伏。
58.在本实施例中，协商输出第一功率，具体为：pd适配器接入第一母座type-c1(u1)后，经u1的vbus输出(这里vbus是u1的a4、a9和b4、b9因为type-c正反插入都可以)与dc-dc模块1的输入端连接(u3)转换后稳压电压输出5v sys优先给pd control ic的vdd(u5)供电作为u5的工作电压，control ic(u5)通过dfp＿cc(type c母座1u1的b5和a5两个端口)和pd适配器协商出20v＠3.25a(65w)输出给装置主板供电；65w中预留20w给主机使用，其他45w可通过type-c母座2(u4)给外设pd供电。
59.在本实施例中，将第一功率划分为第二功率和第三功率或划分为第四功率或第五功率，具体的划分可以根据系统中主板的工作功率以及外设的工作功率来确定。一种可选的实施方式为：留给系统主板的第二功率或者是第五功率一般是20w，然后通过pd供电模块或bypass电路输送到第二母座的第三功率或者第四功率一般是45w，其中，20w和45w可以不是固定的数值，留给装置主板的功率看系统需要，一般在10w-50w之间。
60.实施例2：
61.在实施例1的基础上，本发明还公开了一种type-c供电方法，应用于外设供电，包括：
62.pd控制模块接收到dc-dc模块输入的第一电压后向第一母座反馈电信号，通过第一母座与pd适配器协商以使与第一母座连接的适配器输出第一功率；所述dc-dc模块由与适配器相连接的第一母座供电，所述dc-dc模块工作后输出第一电压；
63.pd控制模块通过第二母座协商获取外设需求电压，并将外设需求电压反馈到pd供电模块，以使pd供电模块判断外设需求电压是否大于或等于第一阈值，
64.若外设需求电压大于或等于第一阈值，则第一母座将协商出的第一功率分成第二功率和第三功率，将第三功率通过bypass电路输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
65.在本实施例中，结合附图1，供电方法具体为：
66.pd控制模块(pd control ic)接收到dc-dc模块1输入的第一电压即5v sys后向第一母座反馈电信号，通过第一母座与(pd)适配器协商以使与第一母座连接的适配器输出第一功率；所述dc-dc模块由与适配器相连接的第一母座供电，所述dc-dc模块1工作后输出第一电压；
67.pd控制模块(pd control ic)通过第二母座协商获取外设需求电压，并将外设需求电压反馈到pd供电模块，以使pd供电模块判断外设需求电压是否大于或等于第一阈值，
68.若外设需求电压大于或等于第一阈值，则第一母座将协商出的第一功率分成第二功率和第三功率，将第三功率通过bypass电路输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
69.在本实施例中，所述方法还包括：
70.若外设需求电压小于第一阈值，则第一母座将第一功率分为第四功率和第五功率；并将第四率通过pd供电模块输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
71.实施例2是以pd控制模块的角度进行撰写的，与实施例1的技术方案相同，因此实施例2包括实施例1的全部技术特征，重复的技术特征，不再赘述。
72.实施例3：
73.参照图2，本发明公开了一种type-c供电装置，应用实施例1或2的供电方法进行供电，包括：适配器、第一母座、第二母座、pd控制模块、pd供电模块、dc-dc模块、主板电源供电模块、系统主板和bypass电路。
74.所述第一母座的第一端口和适配器连接，所述第一母座的第二端口和pd控制模块的第一端口连接，第一母座的第三端口和dc-dc模块的第一端口连接，第一母座的第四端口和pd供电模块连接，第一母座的第五端口和bypass电路的第一端口连接；
75.所述pd控制模块的第二端口和pd供电模块连接，pd控制模块的第三端口和第二母座连接，所述pd控制模块的第四端口和dc-dc模块的第二端口连接；
76.所述dc-dc模块的第三端口和主板电源控制模块的第一端口连接，所述主板电源控制模块的第二端口和系统主板连接；
77.所述bypass电路的第二端口和第二母座的第二端口连接，所述第二母座的第三端口和外设连接；
78.所述适配器用于向外设和系统主板供电；所述适配器通过第一母座向dc-dc模块供电，以使dc-dc模块输出第一电压到pd控制模块；所述第一母座还用于接收pd控制模块反馈的电信号并与pd控制模块协商使适配器输出第一功率；pd供电模块还用于接收pd控制模块反馈的外设需求电压，pd控制模块进行判断外设需求电压与第一阈值大小比较，若外设需求电压大于等于第一阈值，则将协商出的第一功率分成第二功率和第三功率，将第三功
率通过bypass电路输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
79.在本实施例中，所述第一母座还用于若外设需求电压小于第一阈值，则将协商输出的第一功率分为第四功率和第五功率；将第五功率通过pd供电模块输送到第二母座，以使第二母座向外设供电。
80.在本实施例中，第一母座的一种可选实施方式为usb 3.1type c-24p卧贴式母座，第二母座的一种可选实施方式为usb 3.1type c-24p卧贴式母座，pd控制模块的一种可选实施方式为：pd 2.0controller，dc-dc模块的一种可选实施方式为：输出电压可控的宽压低压降step-down converter。
81.在本实施例中，参照图3，bypass电路的一种可选实施方式为：第二母座的vbus输出与mos管q3的漏极连接，mos管q3的源极与mos管q2的源极连接，mos管q3的栅极与mos管q2的栅极连接后再经过分压电阻r16与mos管q8的漏极相连。电容c9和电阻r6的两端相接，稳压管z2的正极接在mos管q2的栅极，负极接在mos管q2的源极。mos管q2的漏极与适配器的输出电压连接，mos管q8的源极与设备地连接，mos管q8的栅极经由分压电阻r20与vsel＿ctr＿n连接。当vsel＿ctr＿n被拉高，mos管q8导通，使得mos管q2和q3导通，pd适配器电压wall＿adapter 20v直接对type-c母座2(u5)的vbus供电；同时mos管q4和q5截止，dc-dc2(pd供电模块中u2)的20v不再对vbus供电。当vsel＿ctr＿n被拉低，mos管q8截止，q2和q3也截止，pd bypass通道关闭，由dc-dc2对外设输出所需电压。
82.在本实施例中，参照图4，在主板电源控制模块中，适配电压通过分压电阻r13以及r18与装置地连接，适配器输出电压与电阻r13一端连接，电阻r13另一端连接经由限流电阻r14与三极管q6的基极连接，适配器输出电压经dc-dc模块降压变换后其输出端5v＿sys的输出电压经由r2以及r8分压后与三极管q6的集电极连接，即三级管的集电极与r8的一端连接，三极管q6的发射极与装置地连接。电容c5接在电阻r2两端；mos管q1的源极s与dc-dc模块的输出端5v＿sys连接，mos管q1的栅极g与电阻r8的另一端与连接，mos管q1的漏极d输出5v-vdd与系统主板连接。若pd适配器不支持65w以上功率，控制电路中的分压电阻r13和r18对适配器输出电压wall＿adapter分压后经限流电阻r14的电压会小于vth，三极管q6就处于截止状态则mos管q1也处于截止状态，mos管q1的漏极d输出5v-vdd不对装置后级系统供电。反之，三极管q6和mos管q1均处于导通状态，mos管q1的漏极d输出5v-vdd对后级系统供电。
83.在本实施例中，参照图5，在pd供电模块中，r10和r9一端连接到u2的vcc，r10的另一端连接到u2的vsel1、mos管q7的漏极以及r27的一端，r9另一端接到u2的vsel2以及mos管q9的漏极；mos管q7的源极接地，栅极接到u5的gpio2以及r19的一端，r19的另一端接地；mos管q9的源极接地，栅极接到u5的gpio3以及r23的一端，r23的另一端接地。r27的一端接u2的vsel1，另一端接mos管q12的漏极；mos管q12的栅极接到u5的gpio4以及电阻r28的一端，源极接地；电阻r28的另一端接地。当gpio2被拉高时，mos管q7的vgs大于vth则源极和漏极导通，vc1接地变为低电平；当gpio2被拉低时，mos管q7的vgs小于vth则源极和漏极断开，vc1被电阻r10上拉到vcc为高电平，其中vc21的控制原理类似。
84.外设需求大于或等于20v时，pd适配器通过bypass输出与u4的vbus连接给外设供电，能有效提高供电效率。bypass电路供电切换可以解决外设电源需求为20v或大于20v时，当外设需求功率过大时因需要pd供电模块中的dc-dc转换后再供电带来的系统热耗过大问
题。
85.在本实施例中，第一功率的电压优选为选20v，将20v作为切换点。不选择9v、12v、15v是因为：1.目前30w大功率的应用一般都是笔记本电脑等，它们的受电电压大多数为20v；受电电压15v以上的设备一般功率也比较小，热耗本身也不大；2.如果选15v，对于20v受电的设备要么升压(这样一来供电效率降低)，要么在15v和20v直接切换(这样不利于dc-dc供电的稳定性)；只用最大电压20v，也是为了避免dc-dc输入频繁切换，导致电源的稳定性问题。
86.在pd control ic(u5)与外设经过ufp＿cc协商后，如外设请求电压为20v，需进行pd适配器经bypass供电切换。
87.应用本发明的供电装置，参照电路图，具体的工作原理为：
88.由低电压切到20v：pd control ic(u5)拉高gpio2和gpio3，dc-dc 2(pd供电模块中u2)的输出电压由5v切换到20v；此时vc1和vc2被拉低，mos管q10截止，vsel＿ctr＿n被拉高，mos管q8导通，使得mos管q2和q3导通，pd适配器电压wall＿adapter 20v直接对type-c母座2(u5)的vbus供电；同时mos管q4和q5截止，dc-dc2(u2)的20v不再对vbus供电。为防止输出负载悬空导致dc-dc2(u2)工作异常，增加电阻r4作为假负载保证输出电压稳定。z1为稳压管，防止20v bypass切换时，适配器输出电压过高损坏dc-dc2(u2)。在电压bypass切换的过程中为避免对外供电电压跌落，需通过调整延时电路r25、c31、c11、r7、c12、r24使得mos管q4和q5的截止晚于mos管q2和q3的导通；此时pd适配器输出的20v会与dc-dc2(u2)的输出短接，dc-dc2(u2)也应选择可承受vin倒灌的器件以防止过压损坏。
89.在本实施例中，vc1和vc2被拉低，具体为：当gpio2被拉高时，mos管q7的vgs大于vth则源极和漏极导通，vc1接地变为低电平；当gpio2被拉低时，mos管q7的vgs小于vth则源极和漏极断开，vc1被电阻r10上拉到vcc为高电平；vc21的控制原理类似。
90.pd bypass 20v切到低电压：当gpio2和gpio3为高电平时，dc-dc2(u2)的输出电压为20v；若此时外设需要的电压低于20v，gpio2～gpio4按表1-1切换到所需要的pd out电压；则vc1和vc2中有一个为高电平，vsel＿ctr被拉高，mos管q10导通，q4和q5的栅极被拉低源极和漏极导通；vsel＿ctr＿n为低电平，mos管q8截止，q2和q3也截止，pd bypass电路模块中的供电通道关闭，由pd供电模块的dc-dc2对外设输出所需电压。
91.非bypass电路模块供电时的输出电压切换：当外设需要的电压小于20v时，则按表1-1中的配置值调整和切换输出电压，高低压切换时序满足pd 2.0的标准：
[0092][0093]
表1-1 pd 2.0对外供电电压配置表
[0094]
在本实施例中，所述供电装置还包括放电回路；所述第二母座的第三端口和放电
回路连接。
[0095]
在本实施例中，为确保电压切换时序满足pd 2.0标准，还增加了放电回路：当对外输出需要电压降低时gpio5拉高，mos管q11导通，vbus通过电阻r21对地放电，加快电源掉电。bypass电路和pd供电模块中稳压管z2、z3主要用于mos管q2、q3和q4、q5vgs的稳压，避免vbus电压过高烧坏mos器件。
[0096]
综上，本发明实施例一种type-c供电方法及装置与现有技术相比，其有益效果在于：
[0097]
(1)通过bypass电路实现当外设需求为20v时供电设备由内部pd供电模块切换为pd适配器，有效提高供电效率，降低系统热耗。
[0098]
(2)通过放电回路对pd输出电压进行放电，确保供电电压切换时序满足pd 2.0标准。当外设需求功率较大时，适配器通过bypass电路直接向外设供电，避免了由pd供电模块中的dc-dc模块2(u2)进行电源转换，降低了系统发热提高了电源的利用率。
[0099]
(3)本type-c供电装置通过pd control ic(u5)诱骗pd适配器输出最高20v电压，避免系统输入电压由于外设需求变化而不断切换，导致系统稳定性降低。
[0100]
(4)通过pd供电模块实现对外设不同需求电压的供电，且在外设需求电压为5v时也能对系统自身提供超过15w的功率，不受5v＠3a的限制，解决了一般type-c拓展坞方案存在的场景应用缺陷。
[0101]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。