基于USB Type-C接口的家用电器供电方法、受电方法及电路技术

本发明专利技术公开了一种基于USB Type‑C接口的家用电器供电方法、受电方法及电路。供电方法使用USB Type‑C接口中的VBUS、GND、D+和D‑四个引脚实现供电，包括：起始状态下VBUS阵脚电压VB保持5V，D+和D‑引脚短接；检测D+和D‑引脚电压VDA和VDB，当检测到VDA＝VDB且满足大于第一电压阈值并小于第二电压阈值且持续时间大于第一时间段时，断开D+和D‑引脚，否则保持状态；断开D+和D‑引脚经过第二时间段检测电压VDA和VDB，当检测到VDA＝VDB且满足大于第一电压阈值并小于第二电压阈值时，判定可对受电方供电，向受电方提供所需电压，VBUS的电压VB每隔Δt时间刷新一次。本发明专利技术可解决小功率低压直流家用电器供电电压多样、供电接口不统一的问题，降低供电成本，提高此类电器的供电安全性。

Power supply method, power receiving method and circuit of household appliances based on USB type-C interface

【技术实现步骤摘要】
基于USBType-C接口的家用电器供电方法、受电方法及电路
本专利技术属于电源领域，具体涉及一种基于USBType-C接口用于家庭低压直流供电的方法及在供电接口侧和用电设备侧实现该方法的低成本电路设计。
技术介绍
随着新能源的大规模接入电力系统，分布式发电和柔性负荷的在成本和灵活性方面的优势逐渐显现，而直流配电系统可以以更友好的方式接入分布式电源和负荷。因此，建设和发展直流配电系统适应我国对节能减排和能源综合利用的需求，在促进再生能源接入和传统电网智能化方面具有重要意义。相比于工业负荷和商业负荷，家庭负荷具有分布广、数量多、功率小、效率低的特点，促进家庭负荷直流化有助于直流配电系统的发展。家用电器中小功率电器数量占比多，因此采用安全特地压为家庭小功率电器供电可以在保障电器功率需求的同时最大程度地保障用电安全。USBType-C是一种广泛的低压供电接口形式，目前已有的基于该接口形式的快充协议和实现电路可以使电源最大可以提供5V至20V的宽电压范围自适应供电，最大提供可至100W的供电功率，覆盖低压低功率设备用电。但是这些协议多是针对手机、平板等含有电池的小功率电子设备的快速充电需求发展而来，并不适合为功率主要集中在500W以下的小功率家用电器供电。因此需要一种符合家用电器用电特性的协议及实现电路，使USBType-C接口能够为小功率家用直流电器供电。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术是为了解决小功率低压直流家用电器供电电压多样、供电接口不统一的问题，从而降低小功率低压直流家庭电器供电成本，提高小功率低压直流家庭电器的供电安全性。技术方案：为了实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供一种基于USBType-C接口的家用电器供电方法，所述方法使用USBType-C接口中的VBUS、GND、D+和D-四个引脚实现供电，包括以下步骤：(S11)供电方起始状态下VBUS阵脚电压VB保持5V，D+和D-引脚短接；(S12)供电方检测D+和D-引脚电压VDA和VDB，当检测到VDA＝VDB且满足大于第一电压阈值V1并小于等于第二电压阈值V2且持续时间大于第一时间段T1时，断开D+和D-引脚，否则保持状态直到VDA＝VDB＝0V；(S13)供电方断开D+和D-引脚经过第二时间段T2后检测电压VDA和VDB，当检测到VDA＝VDB且满足大于第一电压阈值V1并小于等于第二电压阈值V2时，判定可对受电方供电，向受电方提供所需电压，并且VBUS的电压VB每隔指定时间间隔Δt刷新一次。进一步地，所述供电方法还包括：当检测到VDA＝VDB＝第三电压阈值V3时，VBUS的电压VB降为0V，并保持状态直到VDA＝VDB＝0V。进一步地，所述供电方法还包括：当检测到VDA＝VDB＝0V时，判定受电方已断开连接，恢复至初始状态。进一步地，所述第一电压阈值V1为0.3V，所述第二电压阈值V2为3V+δ，所述第三电压阈值V3＝3.3V-δ，其中δ为调节参量，其取值范围在0～0.15V之间。进一步地，为了不和QC协议设备冲突，并可以扩展兼容，所述第一时间段T1为1.25s，所述第二时间段T2为1s。进一步地，所述步骤S13中VBUS的电压VB刷新时按以下公式计算：式中，VB(t1)表示t1时刻VBUS的电压值，t0为时刻t1的上一时刻，即t1-t0＝Δt；Acc为供电方VBUS引脚电压的控制精度，VD表示受电方的施加的参考电压。根据本专利技术的第二方面，提供一种基于USBType-C接口的家用电器供电方电路，包括：电压控制电路、协议芯片A、开关K1和下拉电阻R0，协议芯片A的PWM引脚与电压控制电路相连，控制电压控制电路的VBUS与GND引脚间的输出电压，GND引脚与外壳相连；协议芯片A中的AD模块引脚D+和D-间由可控的开关K1相连，开关K1由协议芯片A控制，D+和D-引脚分别通过一个下拉电阻R0与外壳相连。根据本专利技术的第三方面，提供一种基于USBType-C接口的家用电器受电方法，包括以下步骤：(S21)短接D+和D-引脚，并输出参考电压VD，VD值大于第一阈值V1并小于等于第二电压阈值V2；(S23)当需要终止供电时，设置VD＝第三电压阈值V3。进一步地，所述受电方法在步骤S21之后还包括：(S22)检测供电方的VBUS电压VB，当VB大于需要的目标电压时，降低VD，当VB小于需要的目标电压时，提高VD。进一步地，所述步骤S22中VD值根据下式计算：式中，VB为当前时刻VBUS的电压，VBR为VBUS目标电压，Acc2为受电方电压采样精度。进一步地，所述步骤S22还包括：当检测到VBUS电压值与VBUS目标电压值相比达到预设的比例时，停止更新VD。根据本专利技术的第四方面，提供一种基于USBType-C接口的家用电器受电方电路，包括：VBUS引脚连接第一电阻R1，GND引脚连接第二电阻R2，第一电阻R1另一端和第二电阻R2另一端相连，D+和D-引脚短接后共同连接至两个第一和第二电阻的公共端。根据本专利技术的第五方面，提供一种基于USBType-C接口的家用电器受电方电路，包括：协议芯片B和电压采样电路，电压采样电路用于接收供电方VBUS电压，协议芯片B用于给定参考电压，协议芯片B的DA模块引脚D+和D-短接，协议芯片B的AD模块引脚连接VBUS电压采样电路的电压采样信号线路。有益效果：1、本专利技术的电路和方法能够基于USBType-C接口提供5V到48V的自适应电压，覆盖低压直流家用电器的供电电压范围。2、能够快速给定VBUS输出电压的参考，调节输出电压更加迅速。3、提供了两种受电策略，满足对于不同供电精度要求的场景。在对VBUS输出电压精度要求不高的场景下，受电方电路具有电路简单，成本低的特点。4、该供电协议避免了与QC、PD等主流快充协议冲突，便于实现。附图说明图1为根据本专利技术实施例的供电方法流程图；图2为在VB精度要求不高的方案中受电方协议流程图；图3为在VB精度要求高的方案中受电方协议流程图；图4为根据本专利技术实施例的供电电路结构图；图5为根据图4的供电电路高精度供电方案下受电电路结构图；图6为根据图4的供电电路低精度供电方案下受电电路结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。下文中“供电方”包括但不限于遵循本专利技术中协议的电源、电源适配器、供电端口等提供电能的设备；“受电方”包括但不限于家用电器等用电设备。技术方案中使用USBType-C接口中的VBUS、GND、D+和D-四个引脚，其中VBUS和GND引脚传输电能，D+和D-引脚用于通讯。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于USB Type-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述方法使用USBType-C接口中的VBUS、GND、D+和D-四个引脚实现供电，包括以下步骤：/n(S11)供电方起始状态下VBUS阵脚电压VB保持5V，D+和D-引脚短接；/n(S12)供电方检测D+和D-引脚电压VDA和VDB，当检测到VDA＝VDB且满足大于第一电压阈值V1并小于等于第二电压阈值V2且持续时间大于第一时间段T1时，断开D+和D-引脚，否则保持状态直到VDA＝VDB＝0V；/n(S13)供电方断开D+和D-引脚经过第二时间段T2后检测电压VDA和VDB，当检测到VDA＝VDB且满足大于第一电压阈值V1并小于等于第二电压阈值V2时，判定可对受电方供电，向受电方提供所需电压，并且VBUS的电压VB每隔指定时间间隔Δt刷新一次。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于USBType-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述方法使用USBType-C接口中的VBUS、GND、D+和D-四个引脚实现供电，包括以下步骤：
(S11)供电方起始状态下VBUS阵脚电压VB保持5V，D+和D-引脚短接；
(S12)供电方检测D+和D-引脚电压VDA和VDB，当检测到VDA＝VDB且满足大于第一电压阈值V1并小于等于第二电压阈值V2且持续时间大于第一时间段T1时，断开D+和D-引脚，否则保持状态直到VDA＝VDB＝0V；
(S13)供电方断开D+和D-引脚经过第二时间段T2后检测电压VDA和VDB，当检测到VDA＝VDB且满足大于第一电压阈值V1并小于等于第二电压阈值V2时，判定可对受电方供电，向受电方提供所需电压，并且VBUS的电压VB每隔指定时间间隔Δt刷新一次。


2.根据权利要求1所述的基于USBType-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述方法还包括：当检测到VDA＝VDB＝第三电压阈值V3时，VBUS的电压VB降为0V，并保持状态直到VDA＝VDB＝0V。


3.根据权利要求2所述的基于USBType-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述方法还包括：当检测到VDA＝VDB＝0V时，判定受电方已断开连接，恢复至初始状态。


4.根据权利要求1所述的基于USBType-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述第一电压阈值V1为0.3V。


5.根据权利要求1所述的基于USBType-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述第二电压阈值V2为3V+δ，其中δ为调节参量，其取值范围在0～0.15V之间。


6.根据权利要求1所述的基于USBType-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述第一时间段T1为1.25s，所述第二时间段T2为1s。


7.根据权利要求1所述的基于USBType-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述步骤S13中VBUS的电压VB刷新时按以下公式计算：



式中，VB(t1)表示t1时刻VBUS的电压值，t0为时刻t1的上一时刻，即t1-t0＝Δt；Acc为供电方VBUS引脚电压的控制精度，VD表示受电方的施加的参考电压。


8.根据权利要求2所述的基于USBType-C接口的家用电器供电方法，其特征在于，所述第三电压阈值V3＝3.3V-δ，其中δ为调节参量，其取值范围在0～0.15V之间。


9.一种基于USBType-C接口的家用电器供电方电路，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙天奎，袁晓冬，赵玉林，叶迪卓然，顾智敏，庄舒仪，任必兴，朱丹丹，朱妍，朱睿，罗飞，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32