一種基于USB插座的快充技術在汽車領域的應用

何坤宇　羅逍　吳光智

摘 要：如今，大部分手機都具備有快充功能，且車內(nèi)的USB插座似乎是一個方便的功能，但是在車內(nèi)充電真就那么簡單嗎？USB插座往往在充電的時候沒有足夠的電能供給手機，它只會減緩你手機電量的消耗，卻無法讓你體驗到充電快感。這款快充USB插座，在傳統(tǒng)插座的基礎上增加了充電效率，減短了充電時間，非常符合開車需要，讓充電更加快捷，可以省去很多時間。

關鍵詞：USB 插座 快充 充電

Application of Fast Charging Technology based on USB Socket in Automobile Field

He Kunyu Luo Xiao Wu Guangzhi

Abstract：Most mobile phones come with a quick charge feature these days， and a USB socket in the car may seem like a convenient feature， but is charging in the car really simply. USB sockets often don't have enough power to power your phone while it's charging， which slows down your phone's battery use but doesn't give you the pleasure of charging. This quick-charging USB socket， on the basis of the traditional socket， increases the charging efficiency， reduces the charging time， which is very suitable for driving， makes the charging faster， and can save a lot of time.

Key words：USB， the socket， quick charge， charging

1 引言

在當今通訊飛速發(fā)展的時代，手機作為通信必不可少的載體工具，幾乎是人手一臺，而且現(xiàn)階段的手機大部分都是支持快充功能的，在充電的時候，選用快充比傳統(tǒng)充電插座節(jié)省了大部分時間。但是車內(nèi)USB充電插座一直以來帶給人們都是不太愉快的體驗，充電速度非常慢成為人們抱怨最多的話題，也就在這個階段，車載快充技術應人們熱議而產(chǎn)生了。

2 USB充電插座基本原理概述

2.1 車載USB充電插座工作原理

USB插座基本電路包括：輸入接插件、保護電路、EMI濾波、DC/DC變換、輸出USB接口等。

2.2 快充車載USB插座工作框圖

2.3 傳統(tǒng)車載USB插座與快充車載USB插座技術區(qū)別

快充主要是在支持的握手協(xié)議芯片與傳統(tǒng)不同，傳統(tǒng)的握手協(xié)議芯片只能支持BC1.2，快充的協(xié)議芯片能支持BC1.2、QC2.0、QC3.0、FCP、SCP、AFC等主流的協(xié)議。充電協(xié)議是一種充電規(guī)范，USB插座的協(xié)議主要是為了匹配各種品牌的手機協(xié)議，對應的協(xié)議建立起連接，就能實現(xiàn)各協(xié)議支持的充電能力。

BC1.2協(xié)議支持10W（5V/2A）的充電能力。

QC2.0、QC3.0、FCP、SCP、AFC等協(xié)議在本快充技術中能支持最大20w（5V/4A）的充電能力。

因此，傳統(tǒng)車載USB插座因充電協(xié)議芯片差異導致充電能力比快充車載USB插座弱了一半。

3 USB充電插座結構設計

3.1 結構設計目標

車載USB充電插座為了匹配車內(nèi)儀表板結構，也為了滿足項目快充的要求而全新設計的。

3.2 結構設計方案

3.2.1 設計基本準則

a.螺絲孔位置要求：螺絲孔位于USB充電插座底部，必須要與儀表板螺絲孔對應，確保能正常打螺絲固定;

b.螺絲孔徑大小要求：孔的尺寸要滿足直徑3.6mm;

c.卡勾要求：USB插座四邊卡勾需要匹配儀表板凹槽四邊的四個孔，確保USB插座扣穩(wěn)，耐拔插;

d.間隙要求：USB插座四周與儀表板間隙要滿足0.5mm，確保因公差要求導致裝不了;

e.接插件位置要求：接插件要位于USB插座底部中間，匹配儀表板孔;

f. USB接口位置要求：USB接口必須要位于儀表前端且靠右邊。

3.2.2 具體USB插座設計

USB充電插座（圖3）整體結構包括了四個部分，即防塵蓋、USB外殼、PCB板、USB底座。

防塵蓋的主要作用是為了防止灰塵、液體或者一些其它小東西進入到USB接口中，造成USB接口污染、短路或者功能失效等;防塵蓋缺口是為了方便用戶手指扣起;防塵蓋字符能很好的提醒用戶。防塵蓋采用的材料是TPU，具有較廣的硬度范圍，方便加工，加工周期短等特點。

USB外殼表面設計了一個平面，可以給用戶提供手機支架的安裝面;USB外殼三邊除了靠近USB接口邊都各自設計有一個卡勾，使USB插座能很好的扣住儀表板，防止USB插足脫落;USB外殼四周設計有小凸臺，能有效的防止松動。

PCB板主要布局設計是為了匹配USB外殼的充電接口和USB底座的接插件接口。

USB底座設計了一個卡勾，為了能和USB外殼相互作用，達到四邊都有卡扣，能更好的扣住儀表板;底座還設計了一個接插件口，為了配合儀表凹槽中間的孔，讓供電線能很好的與USB插座對接，給插座供電;USB底座設計了一個螺絲孔，為的是能從儀表板底部給USB插座打螺釘，能更好的防止USB插座松動。

USB外殼和USB底座的材料采用的都是PC+ABS，具有優(yōu)良的成型加工性能，流動性好，強度較高等特點。

4 USB充電插座硬件設計

4.1 硬件整體設計

USB快充硬件設計的整體中樞是快充協(xié)議芯片CX2902，CX2902支持BC1.2、QC2.0、QC3.0、FCP、SCP、AFC等多種主流的充電協(xié)議。CX2902由整車線束ACC端提供12V電源，在通過USB的TYPE-A口與用戶設配握手成功后，提供快速充電。

4.2 輸入輸出設計

4.2.1 電源輸入接口PIN針設計

4.2.2 USB插座輸出接口TYPE-A引腳定義

4.3 電路設計

4.3.1 ESD電路設計

在接插件的針腳上增加電容，做靜電保護。靜電電容選型可參考如下公式進取值選型。

根據(jù)ESD電容選取公式：

Uesd*Cesd=（Cx*Umax）*Umax

Cx=Uesd*Cesd/Umax-Cesd

通過計算得出，Cx=4.65nF（選兩顆10nF，100V串聯(lián)）

4.3.2 反接電路設計

輸入反接保護由Q1 MOS管組成。主要用于防護，如汽車維修時電源反接或發(fā)動機啟動產(chǎn)的負脈沖損壞產(chǎn)品的后級電路器件。

注：器件選型MP6050可滿足12V系統(tǒng)反接保護需求。

4.3.3 EMC電路設計

電磁兼容防護主要由π濾波電路組成，電感選型除感值外還需要注意電感的負載能力;電容選型需要注意器件的頻率衰減特性。

5 總結

本文提出了一種基于USB插座的快充技術在汽車領域的應用的技術方案。本方案提出的快充USB插座與傳統(tǒng)車載USB插座比較，快充插座提高了一倍的充電效率，減短了一半的充電時間，非常符合現(xiàn)在上班族的開車需要，讓用戶在上下班的過程中，就能充滿電，可以大大的縮短時間，以及能給用戶提供愉快的充電體驗。

作者簡介

何坤宇：（1995—），男，助理工程師，主要從事汽車USB插座、音響系統(tǒng)、天線系統(tǒng)設計開發(fā)。

羅? 逍：（1988—），男，工程師，主要從事汽車USB充電插座、音響系統(tǒng)、天線系統(tǒng)的設計及項目管理。

吳光智：（1995—），男，助理工程師，主要從事汽車USB插座、音響系統(tǒng)、天線系統(tǒng)設計開發(fā)。