一种基于Type-C PD协议的手机快速充电方案

热点突击！快充大一统时代到来？与【Type-C&快充技术论坛】众专家共觅良机

快速充电技术无疑是目前智能手机厂商研发和宣传的重点之一，其方案包括高通的Quick Charge，联发科的Pump Express，以及自主研发的私用技术等等。这些技术的充电协议不同，相互之间无法快速充电。随着USB Type-C接口的普及，Power Delivery（PD） 协议不仅为包括手机在内的所有采用Type-C接口的电子设备提供了统一的快速充电标准，而且加速了电池直充方案的研发和普及。本文结合实际项目，完成了一套完整的基于PD协议的手机快充系统，包括了手机和充电器的软硬件设计，灵活的可编程充电协议和完善的充电流程。此方案已经成功地应用到知名品牌的手机产品中，取得了很好的效果。

一 PD充电器硬件结构

根据图2所示，对于机充模式，第5引脚fb是比较器的反向输入端，锂电池在充电过程中电压不断地升高，当电压升到4.2v时应停止充电，也就是电池电压与参考电压相等时内部开关管关闭终止对电池的充电。（a）电路原理图（b）工作过程图10 二倍压电路整流电路如图10（b）所示在0-t1期间，升压变压器次级电压正向增大到，d1导通，d2截止，电压经d1给电容c2充电，b点对o点电位上升到。12. 如图甲所示，电源电压保持不变，闭合开关s，滑动变器的滑片p从b点滑到a点的过程中，两电压表示数随电流表示数变化的图线如图乙所示，下列叙述正确的是（ ） a. 电源电压为14v。

图 1 基于Dialog方案的高通QC2.0快充协议的充电器硬件框图

1. 新增支持13款机型： 小米 小米手机4c ( 全网通 )、乐视 乐1s (x500) 、联想 a378t (移动版 ) 、联想 a688t ( 移动 4g)、联想 vibe z2 pro (k920/ 移动4g) 、联想 s650、联想 s658t ( 移动3g 版 )、中兴 q505t ( 移动版) 、 oppo r3 (r7007)、 oppo ulike2 (u705t/ 移动版) 、 oppo ulike 2s (u707t)、 vivo s7t 、金立 gn708t。联想u盘量产工具是一个能量产大部分的联想u盘的工具，当联想u盘出现了一些问题后就可以用联想u盘量产工具对u盘进行量产修复，联想u盘量产工具还能制作启动盘等。江苏苏州东微半导体13日宣布，该公司自主研发的充电桩用高压高速核心半导体器件实现量产，打破了国外企业对这一产品的垄断。

1、计量设计 （1）电流信号采样 电流采样的等效电路如图2所示，电流流经锰铜分流器时，会在计量芯片的电流采样通道上产生一个压降，不同的电流信号在分流器上形成的压降不同，计量芯片通过...。并联供电系统主要由控制器模块、dc/dc变换稳压模块、电流检测模块以及输出电压采样模块等组成，系统总体硬件框图如图2所示。各种不同架构时所相应的电流采样电阻和输出限压电阻的值如下表所示。

图 2 基于Cypress CCG2方案的PD和QC快充协议的充电器硬件框图

二 TYPE-C PD 控制器

厂商推出的第一款200g光模块采用qsfp56封装和pam4编码，或qsfp-dd封装和两个100g端口。前端ip摄像机和视频编码器内置iscsi支持功能，可直接将存储码流采用iscsi封装直接把码流写入ip san的iscsi raid阵列,而实时监控码流一般需要使用rtp封装,必须传输至少两路码流，具有ip单播、组播传输功能，节省流媒体存储服务器，具备良好的可扩展性。总线型单片机单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行器件都可通过串行口与单片机连接，另器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。

图 3 CCG2控制器的USB-PD子系统

另集成了丰富的可配置的模拟和数字器件阵列，利用芯片内部的可编程互联阵列，用户可以直观有效地根据实际需求配置芯片上的模拟和数字资源，实现定制化的嵌入式系统。一个PSoC器件最多可集成上百种外设功能，从而帮助客户节约设计时间和板上面积，降低了功耗和系统成本。

三 PD充电的软件实现

PD充电系统从低到高整体分为三个层次：Type-C连接层，PD协议层和充电策略层。Type-C 连接层需要保证Type-C设备互联时能正确稳定建立连接关系，并且避免出现协商过程、角色确认、供电输出等环节的反复;PD协议层提供了连接双方沟通的链路和规范;充电策略是核心技术，需要手机开发者根据长期的经验积累和实际项目测试来设计和不断优化。充电策略程序根据电池、温度等信息和期望充电曲线才能电压电流需求，通过HPI接口传递给PD层，然后通过Type-C的CC信号传递给充电器并接收充电器反馈。

基于PD协议的充电器软件控制流程如图 4所示，主要包括标准PD充电流程，私有化充电流程以及电压电流保护。主程序流程为（a）所示，包括外设的初始化和子程序的初始化，配置完成之后，使能中断，进行主循环。标准PD充电流程为（b）所示，作为用电设备的手机插入充电器之后，在完成数据和供电关系判定之后，作为供电设备的充电器会打开MOSFET输出VBUS为5V，随后便会广播供电能力。手机会根据定义好的受电能力选择电压电流，充电器根据收到的供电请求来判定是否可以满足，进而发送接受或拒绝信息。如果充电器可以提供手机请求的电压电流，就会相应的控制AC/DC调整输出的电压电流能力并且设置相应的电压电流保护值，并在调整完成之后，发送供电准备好的信息，此时标准的PD协商充电就完成了。

在此之后，客制化的、针对各家手机厂的产品特性的私有化充电流程就可以启动了，如（c）所示。私有化充电流程是通过充电器与手机AP基于非结构化的定制化信息（Unstructured VDM）或者可编程PDO进行沟通完成的。为了安全起见，进行私有供电协商之前，本设计进行了充电器和手机的相互身份确认，只有匹配的双方才可以进行客制化的快速充电。当然，在越来越多的设备支持PD充电，以及PD协议的不断完善的未来，私有化的充电将逐渐被统一的、灵活的公有充电协商机制所取代，实现不同种类、不同厂家的设备之间的自适应的智能高效充电。本设计在完成私有化验证之后，手机端发起数据角色交换的指令（Date Role Swap），从而使手机成为主设备，充分发挥手机AP处理能力强和获取信息多的优势，根据电池电量，系统温度以及预置充电曲线等信息，主动向充电器发送所需的电压电流调整指令。充电器则根据手机侧的指令调整电压、电流以及设置相应的保护值，完成调整之后，再发送确认指令给手机，以此来确保电压电流调整的正确性。

四 PD充电过程和结果

解码所需在实时语音通数据处理的应据存取和光传受对于可以容忍解码时延的应用如深空通信，turbo 码成为极有吸引力的选择。无线图像传输即视频实时传输主要有两个概念，一是移动传输，即移动通信3g/4g网络，二是宽带传输，即宽带通信adsl/光纤。计算机综合处理声、文、图信息和通信功能，过去的解决办法是设计专用接口卡分散单独解决，例如使用类似声霸卡解决声音的输入输出和实时编码、解码及处理问题，使用视频压缩编码和解码卡解决视频信号压缩和解压缩问题等。

图 4 基于Cypress CCG2方案的PD协议的充电器软件控制流程图

QC3.0的充电比较普及，在此不做详述。

图 5 基于Cypress CCG2方案的PD协议的充电器供电协商通信过程

图 6 基于Cypress CCG2方案的PD协议的充电器供电协商波形

五 总结

设计之初只是为了验证相关操作系统算法，后来经过多年的持续开发与改进，sylixos已经不只是一个实时操作系统，它已经成为一个可靠稳定，功能全面，易于开发调试的实时嵌入式系统开发平台。当电容c16充电一段时间后，电压比较器u3c的⑩脚电压又高于11脚(同相输入端)的电压，13脚(输出端)又翻转为低电平，三极管q1截止，三极管q2导通，将igbt的基极经电阻r35接地，以确保igbt及时、可靠截止。2、产品成熟度不够，目前国内生产epon、eoc的厂商风起云涌，但仅以eoc为例，真正成熟的产品并不多见，无源eoc产品量产的更是几乎没有，而且大多厂商的产品都没有经过长时间应用，其可靠性需要检验。

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