USB设置中的充电过程的制作方法

文档序号:13985167
USB设置中的充电过程的制作方法

通用串行总线USB标准为计算设备提供通用接口以连接到另一设备,这可能包括通用即插即用和相对易用性的各方面。在此,另一USB设备也可被称为USB外围设备。例如,USB设备可以是主设备,而外围设备是从设备。另一USB设备可包括诸如充电器、动力电池、电力供应或任何其他外围电力供应设备之类的电力供应设备。

概述

提供本概述以便以简化的形式介绍将在以下的详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征,也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。

描述了电力输送能力。在一个实施例中,描述了一种设备,包括:处理器;以及包括一组指令的存储器;其中所述一组指令使得所述处理器:通过基于通用串行总线的通信来检测电力供应设备;使用所述通用串行总线的电力输送通信来读取所述电力供应设备的能力;基于所述能力,在不同的电压被所述电力供应设备支持的情况下,设置与典型的通用串行总线电压不同的电力供应电压的电平;基于所述能力,在不同的电压不被所述电力供应设备支持的情况下,以线性电流限制模式设置电力供应电流的电平。

在其它实施例中,讨论了设备和方法。

许多附带特征将随着参考下面的详细描述并结合附图进行理解而得到更好的认识。

附图简述

根据附图阅读以下详细描述将更好地理解本说明书,在附图中:

图1例示了根据一个实施例的连接到电力供应设备以在设备之间进行电力输送的计算设备的示意表示;

图2例示了根据一个实施例的计算设备的示意表示;以及

图3例示了根据一个实施例的基于检测到的电力供应设备的能力来输送电力的示意性流程图。

在各个附图中使用相同的附图标记来指代相同的部件。

详细描述

下面结合附图提供的详细描述旨在作为各实施例的描述,并不旨在表示可以构建或使用实施例的唯一形式。然而,可以通过不同的实施例来实现相同或等效功能和结构。

尽管各实施例在本文中可被描述并被例示成在USB设备之间以USB类型-C和电力输送PD的方式实现,但这仅仅是在计算设备之间的USB通信的示例,而不是限制。如本领域技术人员将领会的,本发明的示例适于应用在各种各样不同类型的USB通信中,例如使用USB PD机制。一个实施例可以是不同设备之间的本地连接的一部分。但是,它也是电力或充电架构的一部分。

本文所使用的术语“计算机”、“计算设备”、设备或“移动设备”是指带有处理能力以便其可执行指令的任何设备。本领域技术人员可以理解,这样的处理能力被结合到许多不同设备中,并且因此术语“计算机”和“计算设备”各自包括个人计算机、服务器、移动电话(包括智能电话)、平板计算机、机顶盒、媒体播放器、游戏控制台、个人数字助理和许多其他设备。

图1例示了其中计算设备100通过USB类型-C电缆150连接到电力供应设备200的实施例的示意表示。计算设备100包括被配置成控制计算设备100的电力输送的电力输送控制块101。电力输送控制块101可被配置成确定电力供应设备200的电力输送能力,并且可基于经确定的电力输送能力指示在计算设备100和电力供应设备200之间的适当的电力输送。计算设备100包括USB接口103,用于经由USB类型-C电缆150连接到电力供应设备200。USB接口103被连接到电力输送控制块101。计算设备100包括电池102。电池被连接到电力输送控制块101。电力供应设备200可被称为USB外围设备。例如,计算设备100被配置为USB主机(向下端口,DFP),并且电力供应设备200被配置为USB设备(向上端口,UFP)。电力供应设备200包括用于连接到USB电缆150的USB接口203。电力供应设备200还包括电力输送控制块201。例如,电力输送控制块201可被配置成确定电力供应设备200的电力输送能力,并且被配置成基于经确定的电力输送能力在计算设备100和电力供应设备200之间进行电力输送。电力供应设备200包括供电接口202,供电接口202被配置为从电网接收电力。通信信道电力输送PD 151被例示在设备100、200之间。PD 151被用于在各设备之间传递电力输送能力信息,并且基于经检测到的能力来指示设备100、200。PD 151可以是电缆150的一部分。

可能存在多种不同类型的计算设备100,诸如个人电脑、膝上型计算机、便携式计算机、移动设备、移动电话、平板、平板手机等。类似地,电力供应设备200可包括诸如充电器、发电站、动力电池、电网点或任何其他电力供应设备的外围设备。在一些实施例中,电力供应设备200同样可以是被配置为向经连接的计算设备100输送电力的另一个个人电脑、膝上型计算机、便携式计算机、移动设备、移动电话、平板、平板手机。

根据一个实施例,PD 151可能符合USB类型-C规范。USB类型-C PD 151可被用于控制电力供应设备200的电力输送参数,该电力供应设备200向计算设备100输送电力,例如为设备100充电。块103和203、电缆151和通信信道151可能符合USB类型-C PD。根据USB类型-C规范,PD机制通常被用于协商更多的电流或更高的电压电平,例如偏离普通的+5V电压电平达到+12V或+20V,以便能达到100W的充电电力(20V×5A)。普通或标准化的USB类型-C充电电压为+5V、+12V和+20V。根据一个实施例,USB类型-C PD 151可被用于请求电力输送的电压的逐步改变。计算设备100包括被配置用于相应地控制电力输送的电力输送块101。根据一个实施例,可应用线性电流限制充电过程。通过使电力输送块101选择一般与计算设备100的要求和另一设备200的能力匹配的适当的充电模式,可减少散热。例如,当电池102是空的并且电流可能被最大化时,电力输送块101连同设备200的能力一起可被设置以用于在计算设备100处具有经减少的散热的充电过程。

在最大电流情况下设备200的输出电压可基于VBATT+VSWITCH+VCABLELOSS,其中VBATT是在给定时间的电池102的电压、VSWITCH是电力输送块101的损耗电压,例如当处于完全导通状态时晶体管或FET开关的损耗电压。VCABLELOSS是在给定时间的电缆150和连接器损耗电压。

根据一个实施例,电力输送控制块101被配置为检测设备200的电力输送能力。基于检测到的能力,电力输送控制块101被配置成为电力输送选择电压模式或电流限制模式。电压模式可被替换地称为电压环,而电流限制模式可被替换地称为电流环。块101可通过PD信道151来执行能力查询,并且通过PD信道151来接收该能力。

根据一个实施例,电力输送控制块101被配置为用于电压模式。USB类型-C PD设置最初被设计成用于协商+5V及以上的电压电平,其具有+5V、+12V和+20V等的标准化电平。根据一个实施例,可在设备100、200之间协商低于5V的电压输出。块101、201被配置成用于PD通信151,其具有例如在任何方向上都以约50mV的步长来协商电压,从而增加或减少当前充电电压的能力。因此,电力供应设备200的充电电压可以+/–50mV的步长来逐步改变。附加的,当前的输送能力也可经由专用的PD命令来编程。一个实施例不要求计算设备100或电力供应设备200具有开关电力供应。控制器块101可向具有协商低于5V的电压的能力的块201发出命令。功率耗散在计算设备100端部处可能被减少。

根据一个实施例,电力供应电压可能不同于典型的通用串行总线电压。例如,电力供应设备200的充电电压可以以几十mV级的步长逐步改变到与典型的通用串行总线电压不同的电压。设备100、200可支持比典型的通用串行总线电压更低的电压,然而充电电压最终可能高于例如+5V,这是因为通过小的逐步增加来完成总增加的电压。

根据一个实施例,当电力供应设备200能够支持多个低电压电平时,在输出端,除了例如基于当前的电池电压电平而由块101通过PD命令控制的低于USB标准化电压电平的可编程电流电平(例如电流限制模式)之外,可在两个设备端部100、200处实现更高的充电电流和减少的附加功率耗散。这可实现可能与USB类型-C架构兼容的相对低成本和高效的充电机制。

根据一个实施例,电力输送控制块101被配置为用于电流限制模式。根据一个实施例,如果电力供应设备200不能够使用电压模式,例如设备200不能够协商低于5V的电平,则电力输送可以在电流限制模式下继续例如用于线性电流充电。根据该实施例,为了避免电力消耗设备100中过量的热量生成,施加比典型线性电流电平更低的充电电流电平。例如,即使仅使用低成本,低EMI线性调节来控制充电电流,也可实现较低的充电电流,并减少任何串联线性调节电路中过量的热量生成。

图2例示了可被实现为计算和/或电子设备的形式的计算设备100的组件的示例。计算设备100包括一个或多个处理器402,这些处理器可以是微处理器、控制器或用于处理计算机可执行指令以控制装置100的操作的任何其他合适类型的处理器。可在装置上提供包括操作系统406或任何其他合适的平台软件在内的平台软件以使得应用软件408能够在设备上被执行。

可使用设备100能够访问的任何计算机可读介质来提供计算机可执行指令。计算机可读介质可包括例如诸如存储器404等计算机存储介质和通信介质。诸如存储器404之类的计算机存储介质包括以用于存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的存储的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括但不限于,RAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备,或者可被用来储存信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。相比而言,通信介质可以以诸如载波或其他传输机制之类的已调数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或者其他数据。如本文所定义的,计算机存储介质不包括通信介质。因此,计算机存储介质不应被解释为本质上是传播信号。传播的信号可存在于计算机存储介质中,但是传播的信号本身不是计算机存储介质的示例。虽然计算机存储介质(存储器404)被示为在设备100内,然而应当理解,该存储可以是分布式的或位于远程并经由网络或其他通信链路(例如,使用通信接口412)来访问。

设备100可包括被布置成向可与设备100分开或集成在一起的输出设备416输出信息的输入/输出控制器414。输入/输出控制器414还可被布置成接收和处理来自一个或多个输入设备418的输入。在一个实施例中,输出设备416也可用作输入设备。输入/输出控制器414还可向除输出设备之外的设备输出数据,例如,本地连接的打印设备。根据一个实施例,例如在图1中示出的电力输送控制块101可被建立有图2的特征,例如操作系统406和应用软件408联合工作,并且由处理器402执行。USB接口可被建立有通信接口412,以用于利用PD 151来连接到电缆150。

本文所述的功能可至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件来执行。根据一个实施例,计算设备100由程序代码406、408配置,当程序代码406、408被处理器402执行时执行所描述的操作和功能的各实施例。替换地或附加的,本文所描述的功能可以至少部分由一个或多个硬件逻辑组件来执行。例如,但非限制,可被使用的硬件逻辑组件的说明性类型包括现场可编程门阵列(FPGA)、程序专用的集成电路(ASIC)、程序专用的标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD),图形处理单元(GPU)。

图3例示了根据一个实施例的一种基于检测到的电力供应设备200的能力来输送电力的示意性流程图。参考图3,根据一个实施例,该过程可基于设备100、200的可用能力在图1中示出的计算设备100和电力供应设备200中被用于电力传输。根据一个实施例,图3的过程可被编译成程序代码406、408。

步骤300可包括USB类型-C设置的发起。这可包括检测电力供应设备200,例如检测充电器。根据一个实施例,这可进一步包括检测USB类型-C的电缆150。电力输送块101可被配置用于执行步骤300。电力输送块201可响应由块101作出的查询。PD信道151可被用于通信。

在步骤301中,根据USB类型-C规范,使用电力输送PD来读取电力供应设备200的能力。根据一个实施例,可检测诸如充电器的模式之类的电力输送的模式。设备100的电力输送块101可被配置用于执行步骤300。设备200的电力输送块201可用标识该能力的数据信息来进行响应。PD信道151可被用于通信。

如果能力未被检测到,则电力输送设备是具有常规PD能力的电力输送设备,并且方法进行到步骤302。

如果能力被检测到,则该方法进行到步骤303或304。

在能力被检测到的情况下,电力输送可进入电压模式,该电压模式也可被称为电压环,例如在303中的环V模式。在电压模式下,充电电压低于典型的USB类型-C充电电压。典型的USB类型-C值可以是例如5V、12V、20V。根据一个实施例,充电电压变化可基于一些离散幅度的多个增量或减量。根据一个实施例,增量和减量的幅度可以在50mV之上或之下。电力输送块101和201可经由电压模式可用的PD 151彼此通信。

根据一个实施例,电压模式可以如下所示。在步骤305中,执行对电压模式的设置。功率耗散最大值PdMAX可以是可用的或经确定的。例如,块101、201可能已经获得了最大功率耗散值。例如基于电池电压VBATT和最大变化电压DVMAX来计算最大电压。基于PdMAX和最大电压来确定电流,而将所需的电流提供给电池。在步骤306中,当VBATT增加时请求新的电压值V-值。根据一个实施例,电压改变步长DV可以是大约+/-50mV。目标是在整个充电曲线或充电阶段期间最小化在设备100的电路中的功率耗散,直到充电完成。在步骤307中,确定电压增加了单个步长,例如增加了+50mV。在步骤308中,确定电压减少了单个步长,例如减少了-50mV。继续步骤306、307、308,例如,直到达到阈值(例如,当充电完成时)。在步骤309中,例如因为电池102已充满而结束电力输送过程。这可实现可能与USB类型-C架构兼容的相对低成本和高效的充电机制。

在能力被检测到的情况下,在步骤304中,电力输送可进入电流限制模式,该电流限制模式也可被称为电流环,例如环I模式。在电流限制模式下,充电电流相对于当前可用的可能的充电电流而言是受限的。电力输送块101和201可经由电流模式可用的PD 151彼此通信。根据一个实施例,电流限制值或可用的可能的电流值可能被降低。相反,充电电流可能低于可用的典型的充电电流。根据一个实施例,块101的线性调节器(未在图中示出)可减小和限制可用的电流。在步骤310中,电流可根据电池102的充电状态来被动态地减小。当达到阈值时,例如电池102已充满,则电力输送过程在步骤309处结束。这可实现可能与USB类型-C架构兼容的相对低成本和高效的充电机制。

根据一个示例,计算设备100与电力供应设备200交换信息,使得计算设备100知道电力输送能力。计算设备100可决定特定电力输送能力是否被找到,并且如果是,则使用可用电力输送模式来使用该能力。利用电力输送能力,例如通过检测充电电压的可用Δ电压或者能够使用比可用的充电电流更小的充电电流,可实现计算设备100处功率耗散的减少。例如,可减少通常作为动态电力输送系统的热量而损失的能量损失。

根据一个示例,USB电缆150可以是USB类型-C电缆。PD信道151可以是电缆150的一部分。USB类型-C 1.1(或1.1之后的任何版本号)和PD规范2.0(或2.0之后的任何版本号)定义了一种允许两个使用USB类型-C电缆相连接的设备在它们之间使用PD 151交换消息的方法。

一个示例使用可能最终取代先前的USB标准的USB类型-C电缆150。对于USB类型-C,USB电缆的两端将是相同的,以允许可逆的插头方向。用户也不必担心将它的上侧向下插入。USB类型-C的数据通信信道和线路可支持10Gbps或更高的最高速度,并可具有高达20V(100W)和5A的高功率输出。这可改善设备100经由USB类型-C电缆150的充电。USB类型-C还允许双向电力,因此除了向设备100充电之外,计算设备100还可在适用的情况下向电力供应设备200充电。因此,主设备100和外围设备200之间的电力交换是可能的。根据一个实施例,USB类型-C电缆150提供可被用于多种不同的设备以用于数据和电力连接两者的单个微型电缆。根据一个实施例,USB类型-C电缆150具有用于电力输送PD通信151的专用通信信道。PD通信被用于在两个设备100、200之间交换电力数据。计算设备100可初始化通信,并且设备200可响应。

根据一个实施例,可能不需要连接到电缆插头的另一端的任何东西,但是设备100、200可部分地独立地起作用以执行各实施例的功能和操作。

本文描述的方法和功能可由有形存储介质上的机器可读形式的软件来执行,例如计算机程序的形式,该计算机程序包括在该程序在计算机上运行时适用于执行本文描述的任何方法和功能的所有步骤的计算机程序代码装置并且其中该计算机程序可被包括在计算机可读介质上。有形存储介质的示例包括计算机存储设备,计算机存储设备包括计算机可读介质,诸如盘、拇指型驱动器、存储器等而不包括所传播的信号。传播的信号可存在于有形存储介质中,但是传播的信号本身不是有形存储介质的示例。软件可适于在并行处理器或串行处理器上执行以使得各方法步骤可以按任何合适的次序或同时执行。

这承认,软件可以是有价值的,单独地可交换的商品。它旨在包含运行于或者控制哑(“dumb”)或标准硬件以实现所需功能的软件。它还旨在包含例如用于设计硅芯片,或者用于配置通用可编程芯片的HDL(硬件描述语言)软件等“描述”或者定义硬件配置以实现期望功能的软件。

本领域技术人员会认识到,被用来储存程序指令的存储设备可分布在网络上。例如,远程计算机可储存被描述为软件的进程的一部分或全部示例。本地或终端计算机可以访问远程计算机并下载软件的一部分或全部以运行程序。可另选地,本地计算机可以根据需要下载软件的片段,或在本地终端上执行一些软件指令,并在远程计算机(或计算机网络)上执行另一些软件指令。替换地或附加的,本文描述的功能可以至少部分由一个或多个硬件逻辑组件来执行。作为示例而非限制,可使用的硬件逻辑组件的说明性类型包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等。

本文给出的任何范围或设备值可被扩展或更改而不损失所寻求的效果。任何实施例也可与另一实施例相组合,除非明确不允许。

尽管用结构特征和/或动作专用的语言描述了本主题,但可以理解,所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反,上述特定特征和动作是作为实现权利要求书的示例而公开的,并且其他等价特征和动作旨在处于权利要求书的范围内。

根据一个实施例的一种设备,包括:处理器;以及包括一组指令的存储器;其中所述一组指令使得所述处理器:通过基于通用串行总线的通信来检测电力供应设备;使用所述通用串行总线的电力输送通信来读取所述电力供应设备的能力;基于所述能力,在不同的电压被所述电力供应设备支持的情况下,设置与典型的通用串行总线电压不同的电力供应电压的电平;以及基于所述能力,在不同的电压不被所述电力供应设备支持的情况下,以线性电流限制模式设置电力供应电流的电平。

替换地或除上述之外,所述通用串行总线包括通用串行总线类型-c。替换地或除上述之外,所述通用串行总线类型-c的所述电力输送被用于设置所述电力供应电压的电平或所述电力供应电流的电平或两者。替换地或除上述之外,所述一组指令进一步使得所述处理器:逐步地设置所述电力供应电压的电平。替换地或除上述之外,逐步地包括相对于当前电力供应电压而言几十毫伏级别的增加或减少。替换地或除上述之外,所述典型的通用串行总线电压包括具有至少5V,以及可选地12V和20V的电平的标准化通用串行总线类型-c电压。替换地或除上述之外,所述一组指令进一步使得所述处理器:确定所述设备的功率耗散值。替换地或除上述之外,所述电力供应电压的电平基于所述功率耗散值被设置。替换地或除上述之外,所述一组指令进一步使得所述处理器:通过设置所述电力供应电压的电平来最小化所述功率耗散值。替换地或除上述之外,不同的电力供应电压包括低于典型的通用串行总线电压,并且所述一组指令进一步使得所述处理器:在较低的电压被所述电力供应设备支持的情况下,设置比典型的通用串行总线电压更低的电力供应电压的电平。替换地或除上述之外,在所述电流限制模式下,所述一组指令进一步使得所述处理器:将所述电力供应电流限制的电平设置为低于最大的经定义的电流限制值。替换地或除上述之外,所述可用的电力供应电流包括用于电力输出的最大电力供应电流。替换地或除上述之外,在所述电流限制模式下,所述一组指令进一步使得所述处理器:将被递送的电流的电平设置为低于最大可能的电流供给能力。替换地或除上述之外,包括被配置为设置所述电力供应电流的电平的线性调节器。替换地或除上述之外,所述一组指令进一步使得所述处理器:确定功率耗散值。替换地或除上述之外,所述电力供应电流的电平基于所述功率耗散值被设置。替换地或除上述之外,所述一组指令进一步使得所述处理器:通过设置所述电力供应电流的电平来最小化所述功率耗散值。替换地或除上述之外,所述电力供应设备包括充电器,而所述电力供应包括充电。替换地或除上述之外,所述设备经由所述通用串行总线类型-c的电缆被连接。

根据一个实施例的一种设备,包括:处理器;包括一组指令的存储器;以及接口;其中所述一组指令使得所述处理器经由所述接口:通过基于通用串行总线类型c的通信来检测电力供应设备;使用所述通用串行总线类型-c的电力输送来读取所述电力供应设备的能力;基于所述能力,在较低的电压被所述电力供应设备支持的情况下,设置比标准化的通用串行总线类型-c电压更低的电力供应电压的电平;以及基于所述能力,在较低的电压不被所述电力供应设备支持的情况下,以线性电流模式设置电力供应电流的电平。根据一个实施例的一种方法,包括:通过基于通用串行总线的通信来检测电力供应设备;使用所述通用串行总线的电力输送通信来读取所述电力供应设备的能力;基于所述能力,在不同的电压被所述电力供应设备支持的情况下,设置与典型的通用串行总线电压不同的电力供应电压的电平;以及基于所述能力,在不同的电压不被所述电力供应设备支持的情况下,以线性电流限制模式设置电力供应电流的电平。

可以理解,上文所描述的优点可以涉及一个实施例或可以涉及多个实施例。各实施例不仅限于解决任何或全部所陈述的问题的那些实施例或具有任何或全部所陈述的优点那些实施例。进一步可以理解,对“一个”项目的提及是指那些项目中的一个或多个。

本文所描述的方法的步骤可以在适当的情况下以任何合适的顺序,或同时实现。另外,在不偏离本文所描述的主题的精神和范围的情况下,可以从任何一个方法中删除各单独的框。上文所描述的任何示例的各方面可以与所描述的其他示例中的任何示例的各方面相结合,以构成进一步的示例,而不会丢失寻求的效果。

本文使用了术语“包括”旨在包括已标识的方法的框或元件,但是这样的框或元件不包括排它性的列表,方法或装置可以包含附加的框或元件。

可以理解,上面的描述只是作为示例给出并且本领域的技术人员可以做出各种修改。以上说明、示例和数据提供了对各示例性实施例的结构和使用的全面描述。虽然上文以一定的详细度或参考一个或多个单独实施例描述了各实施例,但是,在不偏离本说明书的精神或范围的情况下,本领域的技术人员可以对所公开的实施例作出很多更改。

再多了解一些
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