本发明涉及充电控制技术领域，尤其涉及一种i/o端口控制电路及控制方法、电子设备及其控制方法。
背景技术：
由于用户对于电子产品的体验要求的提高，使当前笔记本电脑市场对笔记本电脑的配置和性能要求越来越高。
目前，为了降低笔记本电脑的重量、方便用户携带，以提升用户对笔记本电脑的使用体验，对于笔记本电脑的设计一般要求轻薄化，这就要求笔记本电脑所采用的适配器和电池小型化，使适配器和电池的容量较小。但由于硬件需求和用户需求，笔记本电脑的type-c和type-a(例如采用usb3.0标准)等i/o端口的数量正在增加，使对于笔记本电脑的适配器需求和电池容量需求也在增加。
在此情况下，当笔记本电脑进行安规认证测试后，会获得其最大负载功率的测试结果，对于一台笔记本电脑而言，其最大负载功率是固定的。当增加i/o端口的数量时，可能会导致笔记本电脑的i/o端口(例如5v输出电压的type-c或type-a端口)的负载电流增大，使笔记本电脑的负载功率增大，i/o端口的输出电流难以满足负载的需求，导致笔记本电脑需要将提供给cpu和gpu(英文名称：graphicsprocessingunit，中文名称：图形处理器)的功率降低，从而使笔记本电脑的整体功耗满足安规认证的要求，但是这种方法由于降低了cpu和gpu的功耗，会影响笔记本电脑的性能，使得用户的使用体验不好。
因此，针对现有的笔记本电脑的i/o端口的负载电流大小无法控制，导致需要通过降低笔记本电脑的cpu和gpu的功耗控制笔记本电脑的整体功耗，从而影响笔记本电脑的性能的问题，需要提供一种能够对笔记本电脑的i/o端口负载电流进行控制的控制电路及方法。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明实施例提供一种i/o端口控制电路及控制方法、电子设备及其控制方法，能够通过控制i/o端口的type-c端口的输出电流达到控制笔记本电脑整体功耗的目的，以解决现有技术需要通过降低电子设备的cpu和gpu的功耗控制电子设备的整体功耗，从而影响电子设备的性能的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种i/o端口的控制电路，包括：
电源输出模块，电源输出模块包括：
电流输出单元，电流输出单元的输出端串联检测电阻后分别并联多个i/o端口，i/o端口用于与负载设备连接；
电压检测单元，电压检测单元采集检测电阻两端的检测电压；以及
电源控制模块，电源控制模块分别与电压检测单元和i/o端口连接；其中，
电源控制模块接收电压检测单元采集的检测电压，根据检测电压确定电流输出单元的负载电流，以根据负载电流控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流。
进一步地，电源输出模块还包括：
电压放大单元，电压放大单元的信号输入端与电压检测单元连接，电压放大单元的信号输出端与电源控制模块连接，使电压检测单元采集的检测电压经电压放大单元放大后传输至电源控制模块。
进一步地，电源控制模块包括：
嵌入式控制器，嵌入式控制器与电压检测单元连接，用于接收检测电压，根据检测电压确定电流输出单元的负载电流，并且根据负载电流确定至少部分端口的电流调整方式，根据电流调整方式生成控制信息；以及
设备控制单元，设备控制单元接收控制信息，根据控制信息中的电流调整方式调节至少部分端口的输出电流。
进一步地，设备控制单元包括：
第一接口单元，第一接口单元用于与嵌入式控制器连接；
第二接口单元，第二接口单元用于与i/o端口连接；以及
电流控制单元，电流控制单元分别与第一接口单元和第二接口单元连接，将第一接口单元接收的控制信息转化为符合i/o端口协议的通信信号，利用通信信号通过第二接口单元进行调节至少部分端口的输出电流的交互操作，并且依照控制信息中的电流调整方式调节至少部分端口的输出电流。
进一步地，嵌入式控制器预设有负载门限电流值，根据负载电流和负载门限电流值的比较结果，确定至少部分端口的电流调整方式。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括多个i/o端口和上述的i/o端口的控制电路。
进一步地，电子设备还包括cpu和gpu，电源控制模块还配置为检测为电子设备的供电电源的供电情况，以及根据多个i/o端口的负载功耗、cpu的功耗和gpu的功耗确定电子设备的耗电情况，并根据供电情况和耗电情况控制多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项。
进一步地，电源控制模块响应于电子设备的耗电功率高于电源的供电功率时控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项，以使得耗电功率小于或等于供电功率。
本发明实施例还提供了一种i/o端口的控制方法，包括：
在电源输出模块的输出端与多个i/o端口之间设置检测电阻；
检测检测电阻两端的检测电压；
根据检测电压确定电源输出模块的负载电流；
根据负载电流控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流。
进一步地，根据负载电流控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流包括：
设定门限电流值；
根据负载电流与门限电流值的比较结果，确定至少部分端口的电流调整方式；
根据电流调整方式调节至少部分端口的输出电流。
进一步地，根据电流调整方式调节至少部分端口的输出电流包括：
根据i/o端口协议，将电流调整方式转化为符合i/o端口协议的通信信号；
根据通信信号进行调节至少部分端口的输出电流交互操作。
进一步地，至少部分端口的电流调整方式包括：
降低至少部分端口的输出电流。
进一步地，降低至少部分端口的输出电流包括：
通过硬复位信号使负载设备执行复位操作，在负载设备重启时将至少部分端口的输出电流调节为目标值。
本发明实施例还提供了一种电子设备的控制方法，应用于一电子设备，电子设备多个i/o端口，控制方法包括：
检测多个i/o端口的负载电流和电子设备的供电电源的供电情况；
根据多个i/o端口的负载功耗，确定电子设备的耗电情况；
根据供电情况和耗电情况调节电子设备。
进一步地，电子设备还包括cpu和gpu；
根据多个i/o端口的负载功耗，确定电子设备的耗电情况包括：
根据多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗确定电子设备的耗电情况；
根据供电情况和耗电情况调节电子设备包括：
根据供电情况和耗电情况控制多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项。
进一步地，根据供电情况和耗电情况控制多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项包括：
当电子设备的耗电功率高于电源的供电功率时控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项，以使得耗电功率小于或等于供电功率。
本发明实施例的i/o端口控制电路及控制方法、电子设备及其控制方法，通过在为负载设备供电的电源输出模块的输出端串联检测电阻，获取检测电阻两端的检测电压的方式，得到电源输出模块的负载电流，然后再以根据负载电流控制i/o端口中的type-c端口的输出电流，以通过控制type-c端口的输出电流大小，从而达到控制笔记本电脑整体功耗的目的。因此，本发明实施例的i/o端口控制电路及控制方法、电子设备及其控制方法，无需通过降低笔记本电脑的cpu和gpu的功耗控制笔记本电脑的整体功耗，能够提高笔记本电脑的性能以及用户的使用体验，优化笔记本电脑的电源管理，减少为满足安规认证而对笔记本电脑的限制。
附图说明
图1为本发明实施例的i/o端口的控制电路的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的电源输出模块的电路图左半部分示意图；
图3为图2所示实施例的电源输出模块的电路图右半部分示意图；
图4为本发明实施例的i/o端口的控制方法的流程示意图；
图5为本发明实施例的电子设备的结构示意图；
图6为本发明实施例的电子设备的控制方法的流程示意图；
图7为本发明一个实施例的电子设备的控制方法的具体流程图。
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明实施例的结构以及工作原理等作进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例的一种i/o端口的控制电路，包括电源输出模块1和电源控制模块2，电源输出模块1用于为负载设备5供电并且实时检测i/o端口4的电流输出情况，电源控制模块2能够接收电源输出模块1检测的i/o端口4的电流输出情况，并根据电流输出情况控制i/o端口4中的至少部分端口的输出电流。
常见的type-a端口的输出电流无法主动式进行控制，而type-c端口的输出电流可以主动式进行控制，故在本实施例中，根据电流输出情况控制i/o端口4中的至少部分type-c端口的输出电流，即控制一个或多个type-c端口的输出电流。
因此，在本实施例中，测试所有正在供应电力的i/o端口在满负载状态下的电流输出情况，并根据满负载状态下的电流输出情况，当其功耗大于所述控制电路供电的电源(直流和/或交流电源)所能提供的电能时，通过降低至少部分端口(即一个或多个type-c端口)的输出电流，降低i/o端口4输出的功耗，使得i/o端口4的功耗小于或等于为所述控制电路供电的电源(直流和/或交流电源)所能提供的电能。
在本发明实施例中，电源输出模块1包括电流输出单元11和电压检测单元12。电流输出单元11的输出端串联检测电阻3后分别并联多个i/o端口4，i/o端口4用于与负载设备5连接，例如为负载设备5供应5v和/或3.3v的电压。电压检测单元12的两个采集端分别连接检测电阻3的两端，用于采集检测电阻3两端的检测电压。
在其他实施例中，电流输出单元11的输出端还可以串联多个检测电阻，每个检测电阻分别连接一个或并联多个i/o端口，各个检测电阻的电阻值可以相同或不同。
为了降低检测电阻3的分压情况，检测电阻3的阻值需设置的很小，例如低于第一阻值，此时，检测到的检测电压也很小，为了能够使检测到的检测电压放大到可以进行信号处理的程度，在本发明实施例中，电源输出模块1还包括电压放大单元13，电压放大单元13的信号输入端与电压检测单元12连接，电压放大单元13的信号输出端与电源控制模块2连接，使电压检测单元12采集的检测电压经电压放大单元13放大后传输至电源控制模块2。具体地，电压放大单元13可以为电压放大器，根据电压放大器的放大倍数对检测电压进行放大，然后将放大后的检测电压输入至电源控制模块2。
在本发明实施例中，电源控制模块2分别与电压检测单元12和负载设备5连接，具体地，电源控制模块2通过i/o端口4与负载设备5连接，能够接收电压检测单元12采集的检测电压，根据检测电压确定电流输出单元11的负载电流，以根据所述负载电流控制所述i/o端口4中的至少部分端口的输出电流。具体地，电源控制模块2包括嵌入式控制器21和设备控制单元22。其中，嵌入式控制器21与电压检测单元12连接，嵌入式控制器21中存储有检测电压与负载电流的对应关系表，嵌入式控制器21用于接收检测电压，根据检测电压查询对应关系表以确定电流输出单元11的负载电流，并且根据负载电流确定i/o端口4中的至少部分端口的电流调整方式，然后根据电流调整方式生成控制信息。设备控制单元22与嵌入式控制器21通信连接，用于接收嵌入式控制器21生成的控制信息，并且根据控制信息中的电流调整方式调节i/o端口4中的至少部分端口的输出电流。
在本发明实施例中，嵌入式控制器21确定电流调整方式的具体方法为：嵌入式控制器预设有门限电流值，根据负载电流和门限电流值的比较结果，确定至少部分端口的电流调整方式。当负载电流超过门限电流值时，则需要降低i/o端口4中的至少部分端口的输出电流的大小，以使负载电流低于门限电流值。
在本发明实施例中，设备控制单元22包括第一接口单元、第二接口单元和电流控制单元。其中，第一接口单元用于与嵌入式控制器21连接，第二接口单元用于与i/o端口4连接，具体地，第二接口单元通过i/o端口4与负载设备5连接。电流控制单元分别与第一接口单元和第二接口单元连接，将第一接口单元接收的控制信息转化为符合i/o端口4协议的通信信号，利用通信信号通过第二接口单元进行调节i/o端口4中的至少部分端口的输出电流的交互操作，并且依照控制信息中的电流调整方式调节至少部分端口的输出电流。具体地，交互操作可以为，通过通信信号控制与i/o端口4中的至少部分端口连接的负载设备5重新启动，并在负载设备5重新启动时，以调整后的电流为负载设备5供电。
在本发明实施例中，电源输出模块可以为脉宽调制直流降压电源转换控制器(pwmdc-dcbuckconverteric)，其为带有电流检测功能的降压电压转换控制器，以下简称ic控制器。ic控制器自带有电流输出单元、电压检测单元和电压放大单元，通过不同的引脚实现，具体电源输出模块的电路图如图2-3所示。其中，bs引脚用于提供上桥mos开关驱动电压，in引脚用于接收电源转换输入电压，lx引脚为脉宽调制节点，pg引脚用于输出电压工作指示信号，en2引脚用于控制c线性电源使能信号，en1引脚用于控制ic开关电源使能信号，imon引脚用于输出电流侦测的电压输出信号，fb引脚用于接收电压反馈信号，isen-/isen+引脚用于接收输出电流信号的负极/正极，vclimb引脚用于接收线性压降补偿设置，byp用于接收旁路电压输入，ldo引脚用于实现5v线性电压输出，vcc引脚用于接收内部逻辑和驱动电路输入电压，ep用于连接散热焊盘。
具体地，in引脚和en2引脚并联后形成输入电压总线并连接v9b+输入电压，该输入电压总线上连接有多个输入电容，用于对输入电压起到稳压和滤波的作用。lx引脚并联后形成输出电压总线，并且依次串联电感pl402、检测电阻pr418后，并联多个i/o端口，通过lx引脚控制电感pl402的充电储能和蓄流放电。电感pl402用于输出电压总线上连接有多个输出电容，用于对输出电压起到稳压和滤波的作用。isen+引脚和isen-引脚分别连接检测电阻pr418的第1端和第2端，同时isen+引脚和isen-引脚还分别连接检测电容，用于滤除检测电压信号上的其他干扰源。imon引脚用于连接嵌入式控制器的信号输入端，并且向嵌入式控制器输出电流侦测的电压输出信号。
如图2-3所示电源输出模块的工作原理为：v9b+输入电压作为电源转换输入电压输入至ic控制器内，通过ic控制器内部集成的上下mos管和脉宽调制控制逻辑模块，以及外围电路中输出电压总线上的电感pl402一起来工作产生5v的输出电压，以为负载设备供电。输出的5v电压又能通过fb引脚把电压采集反馈给ic控制器内部脉宽调制控制逻辑模块，根据电压波动情况来调整脉宽比例以达到稳定的5v电压输出。
ic控制器内部设置有20倍电压放大器，isen+引脚和isen-引脚还与电压放大器连接，电压放大器与imon引脚连接，检测电压输入电压放大器放大20倍后，形成1v级别的电压vmon，并通过imon引脚输出至嵌入式控制器。其计算公式为vmon＝20*(visen+-visen-)。
如图4所示，本发明实施例还提供了一种i/o端口的控制方法，包括：
s11、在电源输出模块的输出端与多个i/o端口之间设置检测电阻。
s12、检测所述检测电阻两端的检测电压。
s13、根据检测电压确定电源输出模块的负载电流。
s14、根据负载电流控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流。
在本发明实施例中，根据负载电流控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流包括：
s141、设定门限电流值；
具体地，首先可以设定门限功耗为最大负载功率值的95％，这样设置能够防止出现由于最大负载功率值频繁出现，造成安规认证失败的问题，同时还能防止出现由于门限功耗设置过低，无法充分发挥适配器或者电池的供电能力的问题。
然后在确定笔记本电脑的全部i/o端口均连接负载设备时，笔记本电脑的实际功耗值。由于门限功耗是根据笔记本电脑的整体的最大负载功率值确定的，而实际功耗值则是各个i/o端口的负载功耗与cpu和gpu的功耗的总和。因此能够根据各个i/o端口的标定值计算得到当全部i/o端口均连接负载设备时，预留给cpu和gpu的功耗，根据计算结果，既可以设定一个能够用于判定负载电流是否由于过大，而影响了cpu和gpu的正常运行的门限电流值。
s142、根据负载电流与门限电流值的比较结果，确定至少部分端口的电流调整方式。当负载电流大于或等于门限电流值时，则降低，输送给至少部分端口(type-c端口)的输出电流，即将输送给至少部分端口(type-c端口)的输出电流由3a调节到目标值。当负载电流小于门限电流值时，则保持至少部分端口(type-c端口)的输出电流为3a。在本发明实施例中，由于type-c接口具有3a和1.5a两种输出电流，因此目标值可以设定为1.5a。
例如，当笔记本电脑目前使用了一个usb3.0端口、二个type-c端口、一个satahdd端口、一个odd端口，以及15w的cpu和18w的gpu，电池标称最大负载功率值为60w，在做最大负载功率值认证时，可以计算得到各个i/o端口的负载功耗为：
usb3.0端口：5v*0.9a＝4.5w，
type-c端口：5v*3a*2＝30w，
satahdd端口：5v*0.4a＝2w，
odd端口：5v*0.4a＝2w，
此时，笔记本电脑需要分配给i/o端口的负载电流至少是7.7a，则导致留给cpu和gpu的功耗余量就只有10w了，这样便会降低笔记本电脑的性能，使得用户的使用体验不好。
当出现上述的情况时，即可以根据实际功耗值与门限功耗值，定义当负载电流超过7a时，实际功耗值超过57w时，将输送给1个type-c端口的输出电流由3a调节到1.5a，那么就有更多功耗余量给cpu和gpu使用，从而能够提高系统的性能。
在本发明实施例中，可以通过硬复位信号使负载设备执行复位操作，在负载设备重启时将至少部分端口的输出电流调节为目标值。
s143、根据电流调整方式调节至少部分端口的输出电流。具体地，可以根据i/o端口协议，先将电流调整方式转化为符合i/o端口协议的通信信号，然后根据通信信号进行调节至少部分端口的输出电流交互操作。具体地，交互操作可以为，通过通信信号控制与i/o端口中的至少部分端口连接的负载设备重新启动，并在负载设备重新启动时，以调整后的电流为负载设备供电。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括多个i/o端口和本发明实施例的i/o端口的控制电路。i/o端口的控制电路能够通过在为负载设备供电的电源输出模块的输出端串联检测电阻，获取检测电阻两端的检测电压的方式，得到电源输出模块的负载电流，然后再以根据负载电流控制i/o端口中的type-c端口的输出电流，以通过控制type-c端口的输出电流大小，从而达到控制笔记本电脑整体功耗的目的。
在本发明实施例中，如图5所示，该电子设备包括cpu6、gpu7、多个i/o端口4和本发明实施例的i/o端口的控制电路。其中，i/o端口的控制电路的电源控制模块2还配置为检测为电子设备的供电电源的供电情况，以及根据多个i/o端口4的负载功耗、cpu6的功耗和gpu7的功耗确定电子设备的耗电情况，并根据供电情况和耗电情况控制多个i/o端口4的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项，以使电子设备的耗电功率符合安规测试要求。
具体地，当电子设备的耗电功率高于电源的供电功率时，可以控制i/o端口4中的至少部分端口的输出电流、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项，以使得耗电功率小于或等于供电功率。在本发明实施例中，当电子设备的耗电功率过高时，可以首先降低i/o端口4中的至少部分端口的输出电流，以降低多个i/o端口4的负载功耗。当降低i/o端口4的负载功耗后，电子设备的耗电功率依然高于电子设备的门限功耗时，可以控制cpu6和gpu7并调节cpu功耗和gpu功耗中的任一种或多种，以使得电子设备的耗电功率符合(小于或者等于)电子设备的门限功耗。
其中，可以通过降频或降低电压的方式降低cpu6(gpu7同理)的功耗。
对于电子设备，一方面，为了便于用户使用，有必要增加i/o端口4的数量，或者增加i/o端口4的供电能力；另一方面，如果i/o端口4的供电数量或供电能力较高，而为电子设备供电的电源不能够匹配该供电要求，例如笔记本电脑，在负载较多(例如满负载的情况)时，该电子设备供电的电源(直流和/或交流电源)可能处于非常规供电状况，对电源的供电负荷较大，可能会造成电源的损坏，甚至造成安全事故。
因此，有必要对电子设备有必要进行安规测试，即在满负载情况进行供电测试，如果满负载状态下电子设备的耗电功率已经超出了所述电源所能承受的设定值，则需要调整电子设备的耗电功率以使得符合安规测试要求。
对于该安规认证过程，无论是采用直流还是交流电源，一般均要求电子设备的耗电功率小于或等于电子设备的门限功耗(电源功率的标称值的95％)，但是在交流电源供电时，还可以检测负载电流并要求负载电流小于或等于交流电源适配器标称电流值。因此，所述电子设备供电的电源的供电要求可以是：电子设备的功耗小于或等于门限功耗，但不限于此，还可以是：采用交流电源供电时电子设备的耗电功率小于或等于电子设备的门限功耗，且负载电流小于或等于交流电源适配器标称电流值，采用直流电源供电时电子设备的耗电功率小于或等于电子设备的门限功耗。
因此，本实施例可以综合控制cpu功耗、gpu功耗、i/o端口中的至少部分端口的输出电流以使得电子设备满足安规测试要求。
如图6所示，本发明实施例还提供了一种电子设备的控制方法，应用于一电子设备，该电子设备可以多个i/o端口。此时，控制方法包括：
s21、检测多个i/o端口的负载电流和电子设备的供电电源的供电情况。
s22、根据多个i/o端口的负载功耗，确定电子设备的耗电情况。
s23、根据供电情况和耗电情况调节电子设备。
当电子设备如图5所示包括cpu、gpu和多个i/o端口时，根据多个i/o端口的负载功耗，确定电子设备的耗电情况包括：根据多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗确定电子设备的耗电情况。同时，根据供电情况和耗电情况调节电子设备包括：根据供电情况和耗电情况控制多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项。
此时，本发明实施例的控制方法如图7所示，包括：
s31、检测多个i/o端口的负载电流和电子设备的供电电源的供电情况。
s32、根据多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗确定电子设备的耗电情况。
s33、根据供电情况和耗电情况控制多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项。
在本发明实施例中，根据供电情况和耗电情况控制多个i/o端口的负载功耗、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项包括：
当电子设备的耗电功率高于电源的供电功率时控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项，以使得耗电功率小于或等于供电功率。
具体地，当电子设备的耗电功率高于电源的供电功率时，可以控制i/o端口中的至少部分端口的输出电流、cpu功耗和gpu功耗中的任一项或多项，以使得耗电功率小于或等于供电功率。在本发明实施例中，当电子设备的耗电功率过高时，可以首先降低i/o端口中的至少部分端口的输出电流，以降低多个i/o端口的负载功耗。当降低i/o端口的负载功耗后，电子设备的耗电功率依然高于电子设备的门限功耗时，可以控制cpu和gpu并调节cpu功耗和gpu功耗中的任一种或多种，以使得电子设备的耗电功率符合(小于或者等于)电子设备的门限功耗。
其中，可以通过降频或降低电压的方式降低cpu(gpu同理)的功耗。
综上所述，本发明实施例的i/o端口控制电路及控制方法、电子设备及其控制方法，无需通过降低笔记本电脑的cpu和gpu的功耗控制笔记本电脑的整体功耗，能够提高笔记本电脑的性能以及用户的使用体验，优化笔记本电脑的电源管理，减少为满足安规认证而对笔记本电脑的限制。
以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。