半导体设备、半导体设备的控制方法和馈送系统与流程

相关申请的交叉参考

本公开引用于2016年4月6日提交的日本专利申请第2016-076305号的公开，包括说明书、附图和摘要，其全部内容以引用的方式引入本申请。

本公开涉及向usb(通用串行总线)设备供应电压的半导体设备、该半导体设备的控制方法以及馈送系统。

背景技术：

近年来，诸如个人计算机、智能手机和平板终端的许多电子设备装配有usb(通用串行总线)接口。这些电子设备可以通过usb接口执行与其他电子设备的通信并且可以通过usb接口接收从其他电子设备供应的电能。

在这一方面，日本未审查专利申请公开第2012-123673号示出了一种电能被供应到usb设备的配置方式。

技术实现要素：

另一方面，现有技术的供应到usb设备的输出电压是固定电压(例如，5v)。

然而，由于每个设备所要求的电能不同，所以馈送侧上的输出电压需要是不固定的，而是可以变化的。因此，需要增强馈送时的安全性。

例如，在由于usb连接器的变形或被外来物质污染而生成短路线路的情况下，存在诸如通过加热或点燃而熔化的可能风险。

本公开解决了上述问题，并且本公开的目的在于提供一种可以在向usb设备馈送时增强安全性的半导体设备、该半导体设备的控制方法以及馈送系统。

其他目的和新颖特征将根据说明书和附图的描述而变得明显。

根据一个实施例，一种半导体设备包括：第一电源电路，生成供应到usb设备的输出电压，该usb设备与usb连接器耦合；异常检测电路，确定由第一电源电路生成的输出电压的供应路线的状态；以及控制电路，基于异常检测电路的确定结果，控制输出电压从第一电源电路向usb设备的供应。

根据该实施例，可以在向usb设备馈送时增强其安全性。

附图说明

图1是用于基于第一实施例解释馈送系统100的配置的示图；

图2是用于基于第一实施例示出在馈送系统100中使用的usb线缆30的配置的示图；

图3是用于基于第一实施例解释馈送系统100的连接布线的配置的示图；

图4是用于基于第一实施例解释控制器50的功能配置的示图；

图5是用于基于第一实施例解释由主机10进行的控制的流程图；

图6是用于基于第二实施例示出在馈送系统100中使用的usb线缆30a的配置的示例的示图；以及

图7是用于基于第二实施例解释馈送系统100的连接布线的配置的示图。

具体实施方式

将参照附图详细描述实施例。应该注意，附图中的相同或相应部分具有相同的符号，并且其解释不再赘述。

(第一实施例)

<a.配置>

<a1.馈送系统100的配置>

图1是用于基于第一实施例解释馈送系统100的配置的示图。

参照图1，馈送系统100具有主机10、usb设备20和usb线缆30。

主机10包括连接器11，并且usb设备20包括连接器21。

插头31和32设置在usb线缆30的两端。插头31插入到连接器11中，并且插头32插入到连接器21中。因此，主机10和usb设备20通过usb线缆30相互耦合。

usb设备20可以通过usb线缆30执行与主机10的数据通信，并且可以接收来自主机10的电能。作为示例，usbc型线缆可以用于usb线缆30。

在该示例中，主机10是源侧设备(电源电压供应设备)，而usb设备20是接收侧(sink-side)设备(电源电压接收设备)。

<a2.usb线缆30的配置>

图2是用于基于第一实施例示出在馈送系统100中使用的usb线缆30的配置的示图。

参照图2，usb线缆30具有端口配置布线33、电源布线34、数据布线35和接地布线36。

端口配置布线33包括作为一条或一个通道的边带信号线的配置通道线cc(以下称为cc线)。cc线是用于执行源侧设备与接收侧设备之间的通信的设置布线。

电源布线34使用一个或多个布线来进行配置。电源布线34包括电源线vbus。向电源线vbus供应的是从符合电源电压规格的电源电压中选择的一个电源电压。即，多个电源电压被选择性地供应到电源线vbus。

作为示例，根据主机10与usb设备20之间的电能协商(powernegotiation)，20v的最大电压和5a的最大电流被供应到电源线vbus。例如，主机10根据来自将要耦合的usb设备20的请求选择5v、12v和20v的电源电压中的一个，并且通过电源线vbus将其供应到usb设备20。应该注意，主机10可以在规格中、在5v至20v的范围内、以50mv的精度设置电压。

使用两条或更多条布线来配置数据布线35，并且通过数据布线35在主机10与usb设备20之间执行数据通信。作为示例，用于usb2.0通信的d+/d-或者用于usb3.1通信的tx或rx对可用于数据布线35。

接地布线36使用一条或多条布线来配置，并且包括接地线gnd。

<a3.馈送系统100的连接布线的配置>

图3是用于基于第一实施例解释馈送系统100的连接布线的配置的示图。

参照图3，主机10包括电源单元39、用于控制电源单元39的控制器50、电阻器rp和开关43。

电源单元39包括检查电源电路40、切换电路41和电源电路42。

usb设备20包括控制器70和电阻器rd。

主机10和usb设备20通过cc线、电源线vbus和接地线gnd相互耦合。应该注意，在附图中省略了数据布线。

usb设备20的控制器70电耦合至电源线vbus，并且通过接收从主机10供应的电源来进行操作。

电阻器rd耦合在cc线与接地电压之间。此外，cc线与电阻器rd之间的内部节点耦合至控制器70。控制器70检测内部节点的电压电平以检测与主机10的电连接。

开关43设置在电源单元39与电源线vbus之间。开关43通过控制器50来控制。在开关43根据来自控制器50的指示处于传导状态的情况下，进行通过电源线vbus从主机10到usb设备20的电源供应。在开关43根据来自控制器50的指示处于非传导状态的情况下，断开通过电源线vbus从主机10到usb设备20的电源供应。

控制器50控制电源单元39。具体地，控制器50指示检查电源电路40和电源电路42生成电压。

根据来自控制器50的指示，切换电路41将检查电源电路40和电源电路42中的耦合至电源线vbus中的一个切换为另一个。

根据来自控制器50的指示，检查电源电路40生成用于确定电源线vbus的电源线路的状态的电压。

根据来自控制器50的指示，电源电路42生成用于驱动usb设备20所需的电压。根据来自控制器50的指示，电源电路42可以变化地设置电压电平。作为示例，根据来自控制器50的指示，电源电路选择并生成5v、12v和20v的电源电压中的一个。

电阻器rp耦合在一电压(例如，5v)与cc线之间。此外，电阻器rp与cc线之间的内部节点耦合至控制器50。控制器50检测内部节点的电压电平以检测与usb设备20的电连接。

gnd线耦合至接地电压。

将描述主机10和usb设备20通过usb线缆30相互耦合的配置。

电阻器rp和rd通过cc线相互耦合。因此，形成通过电阻器rp和rd的电流路线。

控制器50和70中的每一个都基于电阻器rp和rd的电阻划分来检测电阻器rp和rd之间的cc线的电压电平。

控制器50和70中的每一个都通过基于电阻器rp和rd的电阻划分来检测预定电压，以检测主机10与usb设备20相互耦合的状态。

在控制器50检测到主机10和usb设备20相互耦合的情况下，控制器50执行确定作为电源路线的电源线vbus的状态的处理。具体地，控制器50指示检查电源电路40向电源线vbus供应检查电压。检查电压被设置为等于或低于由电源电路42生成的电压。此外，检查电压被设置为等于或低于正常施加的电压，使得即使生成短路路线也可以避免由加热引起的风险(诸如熔化)。

<a4.馈送系统100的控制器50的配置>

图4是用于基于第一实施例解释控制器50的功能配置的示图。

参照图4，控制器50包括电源控制电路52、异常检测电路54和异常状态通知电路56。

电源控制电路52控制电源单元39和开关43。

电源控制电路52指示检查电源电路40和电源电路42生成电压，并且指示切换电路41将检查电源电路40和电源电路42中耦合至电源线vbus的一个切换为另一个。应该注意，假设检查电源电路40在初始状态通过开关43耦合至电源线vbus。此外，电源控制电路52控制开关43的传导/非传导。

异常检测电路54确定电源路线的状态是正常还是异常。异常检测电路54向电源控制电路52输出确定结果。此外，异常检测电路54向异常状态通知电路56输出确定结果。

异常状态通知电路56基于异常检测电路54的确定结果通知异常状态。具体地，异常状态通知电路56使用警告声音或led向外部通知异常状态。异常状态通知电路56可以使用除警告声音或led之外的显示设备(未示出)来显示异常状态。备选地，异常状态通知电路56可以使用通信电路向外部通知异常状态。

<b.流程>

图5是用于基于第一实施例解释由主机10进行的控制的流程图。

参照图5，主机10确定是否检测到与usb设备的连接(步骤s2)。具体地，电源控制电路52确定内部节点的电压是否处于预定电压电平。

接下来，在主机10确定检测到连接的情况下(步骤s2中为是)，施加检查电压(步骤s4)。在电源控制电路52确定内部节点的电压处于预定电压电平的情况下，确定检测到与usb设备20的连接。在检测到与usb设备20的连接的情况下，电源控制电路52指示检查电源电路40生成检查电压。然后，电源控制电路52指示开关43设置为传导状态。因此，由检查电源电路40生成的检查电压被施加到电源线vbus。应该注意，电源电路42不供应电源。

接下来，主机10确定电流或电压是否异常(步骤s6)。异常检测电路54确定流入电源线vbus的电流或者供应到电源线vbus的电压是否异常。

例如，在电压电平下降或者大小等于或高于预定大小的电流电平流动的情况下，可以确定在电源线vbus中发生异常(例如，短路状态)。异常检测电路54向电源控制电路52通知异常状态。此外，异常检测电路54向异常状态通知电路56通知异常状态。

在主机10在步骤s6中确定电流或电压异常的情况下(步骤s6中为是)，停止电源的供应(步骤s8)。电源控制电路52指示开关43设置为非传导状态。因此，断开向电源线vbus的电压供应。

然后，主机10通知异常状态(步骤s10)。异常状态通知电路56通知异常状态。

然后，处理完成(结束)。

另一方面，在主机10在步骤s6中确定电流或电压没有异常的情况下(步骤s6中为否)，供应电源(步骤s12)。电源控制电路52指示电源电路42。电源电路42根据指示生成电源。此外，电源控制电路52指示切换电路41进行切换，使得电源电路42和开关43相互电耦合。因此，由电源电路42生成的电压被供应到电源线vbus。

然后，处理完成(结束)。

根据基于第一实施例的方法，可以通过从电源电路42供应电压之前施加检查电压来确定电源路线的状态。在确定电源路线的状态异常的情况下，通知异常状态。另一方面，在确定供应路线的状态没有异常的情况下，正常电压被供应到供应路线。

因此，在检查供应路线的安全性之后确定对usb设备的馈送安全的情况下，供应电压。因此，可以增强馈送的安全性。

(修改示例)

在上述第一实施例中，描述了检查电源电路40和电源电路42被独立地设置在电源单元39中的配置。然而，电源电路42可以被配置为根据来自控制器50的指示生成检查电压。在这种情况下，可以实现简单的配置，这是因为提供检查电源电路40和切换电路41不是必需的。

(第二实施例)

在上述第一实施例中，描述了确定包括在线缆30中的电源线vbus是否异常的方法。另一方面，可以确定除电源线vbus之外的部件是否异常。

<a5.usb线缆30a的配置>

图6是用于基于第二实施例示出在馈送系统100中使用的usb线缆30a的配置的示例的示图。

参照图6，usb线缆30a设置在主机10#与usb设备20之间。

usb线缆30a包括电源线vbus、cc线、电源线vconn和接地线gnd。

usb线缆30a包括防止回流的二极管d1和d2、电阻器r1和r2、以及id芯片37。

电源线vconn是电源线，电源通过其被供应到usb线缆30a中设置的设备。

该示例示出了id芯片37设置在usb线缆30a中的情况。在id芯片37中存储线缆规格信息，诸如可由线缆支持的电流容量和性能以及供应商识别信息。id芯片37耦合至usb线缆30a的电源线vconn和接地线gnd。

作为usb线缆30a，使用具有线缆规格信息的电子标志线缆。

用于防止回流的二极管d1和d2被设置在电源线vconn中。二极管d1的阳极耦合至主机10#侧。此外，其阴极耦合至id芯片37。二极管d2的阳极耦合至usb设备20侧。此外，其阴极耦合至id芯片37。

主机10#与电源线vconn的二极管d1的阳极之间的节点通过电阻器r1耦合至接地线gnd。

usb设备20与电源线vconn的二极管d2的阳极之间的节点通过电阻器r2耦合至接地线gnd。

此外，id芯片37耦合至cc线。id芯片37是通知单元，以向主机10#通知usb线缆30a的电流容量。存储在id芯片37中的线缆规格信息通过cc线传输至主机10#，作为与指示序列的开始的sop’(数据包序列初始的开始，startofpacketsequenceprime)数据包一起的供应商限定消息。

sop’数据包被主机10#识别。usb线缆30a的特性被通知到主机10#作为供应商限定消息。主机10#向usb设备20供应需要的电能，同时根据线缆规格信息参考可由usb线缆30a支持的电流容量。<a6.馈送系统100的连接布线的配置>

图7是用于基于第二实施例解释馈送系统100的连接布线的配置的示图。

参照图7，与主机10相比，主机10#进一步包括电源单元59和开关65。电源单元59包括检查电源电路62、电源电路60和切换电路61。

根据来自控制器50的指示，电源电路60生成用于驱动id芯片37所需的电压。

根据来自控制器50的指示，检查电源电路62生成用于确定电源线vconn的电源路线的状态的电压。

根据来自控制器50的指示，切换电路61将检查电源电路62和电源电路60中耦合至开关65中的一个切换为另一个。

开关65将电阻器rp和电源单元59中耦合至cc线的一个切换为另一个。

开关65允许电阻器rp和cc线在初始状态相互电耦合。因此，检测到与usb设备20的连接。检测连接的方法与第一实施例所述的相同，因此其详细解释将不再赘述。在检测到与usb设备20的连接之后，开关65进行切换，使得电源单元59和cc线相互电耦合。

基于第二实施例对主机10#的控制与第一实施例的相同。

具体地，主机10#确定是否检测到与usb设备20的连接(步骤s2)。电源控制电路52确定内部节点的电压是否处于预定电压电平。

接下来，在主机10#确定检测到与usb设备20的连接的情况下(步骤s2中为是)，施加检查电压(步骤s4)。在电源控制电路52确定内部节点的电压处于预定电压电平的情况下，确定检测到与usb设备20的连接。在检测到与usb设备20的连接的情况下，电源控制电路52指示检查电源电路40。然后，电源控制电路52指示开关43设置为传导状态。因此，由检查电源电路40生成的检查电压被施加给电源线vbus。

此外，在检测到与usb设备20的连接的情况下，电源控制电路52指示检查电源电路62。然后，电源控制电路52指示开关65将电源单元59和cc线相互电耦合。因此，从检查电源电路62向cc线施加检查电压。

接下来，主机10#确定电流或电压是否异常(步骤s6)。异常检测电路54确定流入电源线vbus的电流或者供应到电源线vbus的电压是否异常。此外，异常检测电路54确定流入电源线vonn的电流或者供应到电源线vonn的电压是否异常。

例如，在电压电平下降或者大小等于或高于预定大小的电流电平流动的情况下，可以确定在电源线vbus或电源线vonn中发生异常(例如，短路状态)。异常检测电路54向电源控制电路52通知异常状态。此外，异常检测电路54向异常状态通知电路56通知异常状态。

在主机10#在步骤s6中确定电流或电压异常的情况下(步骤s6中为是)，停止电源的供应(步骤s8)。电源控制电路52指示开关43设置在非传导状态。电源控制电路52指示电源单元59停止从电源电路60或检查电源电路62供应电源。

然后，主机10#通知异常状态(步骤s10)。异常状态通知电路56通知异常状态。

然后，完成处理(结束)。

另一方面，在主机10#在步骤s6中确定电流或电压没有异常的情况下(步骤s6中为否)，供应电源(步骤s12)。电源控制电路52指示电源电路42。电源电路42根据指示生成电源。此外，电源控制电路52指示切换电路41进行切换，使得电源电路42和开关43相互电耦合。因此，由电源电路42生成的电压被供应到电源线vbus。此外，电源控制单路52指示电源电路60。电源电路60根据指示生成电源。因此，由电源电路60生成的电压被供应到电源线vonn。

然后，处理完成(结束)。

根据基于第二实施例的方法，可以通过在从电源电路42供应电压之前施加检查电压来确定作为电源路线的电源线vbus的状态。此外，可以通过在从电源电路60供应电压之前施加检查电压来确定作为电源路线的电源线vonn的状态。在确定电源路线的状态异常的情况下，通知异常状态。另一方面，在确定供应路线的状态没有异常的情况下，正常电压被供应到电源路线。

因此，在检查供应路线的安全性之后确定对usb设备的馈送安全的情况下，供应电压。因此，可以增强馈送的安全性。

应该注意，在上述第二实施例中描述了在usb线缆中设置一个id芯片的配置。然而，本发明可以简单地应用于包括多个id芯片的不同usb线缆。

<另一实施例>

在上面的描述中，usb设备20被配置为接收从主机10供应的电源电压。然而，usb设备20可以以下方式来进行配置：usb设备20接收来自主机10的电压并且将电源电压供应到另一设备。

上文基于实施例详细描述了本公开。然而，明显地，本公开不限于这些实施例，而是可以在不背离其范围的情况下进行各种改变。