利用通用高功率输入源进行快速电池充电的方法及设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及电子装置，且特定地说涉及利用通用高功率输入源进行快速电池充电的方法及设备。
【背景技术】
[0002]许多便携式装置(例如膝上型计算机、平板计算机、移动电话及MP3播放器)上找到通用串行总线(USB)端口，且还在桌上型计算机及汽车仪表盘控制台上提供通用串行总线(USB)端口以提供用于装置之间的串行通信的互连。USB标准提供充电能力，通过充电能力，移动电话或其它便携式装置可使用通过USB电缆提供到所述装置的功率来操作。USB系统的此功率特征还有利地允许使用从经连接USB顺应装置提供的功率来对电池供电装置充电。举例来说，专用充电设备在多个USB端口下可用于对各种便携式装置充电，即使充电设备与所述装置之间不需要串行通信。随着便携式装置功能的扩展且随着客户对充电之间的操作时间的预期的增长，已增强装置电池容量，但是此也增加了将电子装置的电池充满电的时间。更快充电可通过增加充电器效率及/或输出功率级而实现。举例来说，切换电源架构(例如同步切换降压转换器)可实现高达95%的高效率，因此增加充电器功率级是减少便携式电子装置的充电时间的主要手段。然而，适当的装置操作要求充电源及充电装置的功率级之间正确匹配。
[0003]已开发出专有适配器，其通常提供固定电压电平作为充电源，用于指定便携式装置的快速充电需求。然而，由专有适配器提供的固定电压不一定适用于对某些装置充电。因此，此途径通常需要专有机械及/或电接口来保证只可对目标便携式设备充电，借此妨碍普遍使用。因此，对于快速电池充电，持续存在的问题是如何将高的输入功率提供到装置并同时维持通用充电能力。USB适配器是用于便携式电池供电电子装置(例如智能电话及平板计算机)的最常见通用电源，其中USB电池充电标准允许不同的便携式装置共享相同电源。提供用于在5V的标称电压电平下利用被限于1A的充电电流及后续标准修订(例如USB 3.0及3.1)进行充电的原始USB实施方案提供了较高电平的更快充电，所述较高电平适应高达100W充电。然而，USB充电源或充电适配器及充电装置之间的失配可妨碍适当装置操作及/或妨碍最小化充电时间的能力。USB-H)标准提供通信接口，其中所述装置调制VBUS电力线上的高频信号以允许与USB适配器通信，但是此途径需要滤波器电路来解调控制信号且限制移动电话的利用率及其它成本敏感应用。
【发明内容】
[0004]在所描述的实例中，检测到电压适配器经由USB电缆连接到电子装置。非零预定电流选择性地流出或汲入到第一数据信号导体及第二数据信号导体中的一者或从所述一者流出或汲入，同时将非零电压提供到所述第一及第二数据信号导体中的另一者以配置所述电压适配器以经由第一及第二功率导体将高于标称电压电平的特定电压电平的充电功率提供到所述电子装置。所述电压适配器选择性地将所述充电功率调整到第二特定电压电平及默认电压电平中的一者。所述电压适配器响应于所述电压适配器从所述电子装置断开而自动地将所述充电功率调整到所述默认电压电平。
【附图说明】
[0005]图1是实例USB充电系统的示意图，所述USB充电系统包含使用USB电缆连接到高电压适配器或充电设备的电子装置，其中所述装置包含高电压充电器，所述充电器具有用于通过USB电缆数据信号导体上的信令配置经连接适配器的发射电路。
[0006]图2是用于经由USB电缆连接对电子装置充电的方法的流程图。
[0007]图3是发射电路的第一实施例的示意图，所述发射电路包含电流电路及具有高电压适配器中的高电压从控制器的电压源，所述高电压适配器包含用于配置的移除检测器电路及选择电路以及以选定高电压输出电平操作的适配器电源。
[0008]图4是发射电路的第二实施例的示意图，所述发射电路包含电子装置中的电流电路及电压源用于配置经连接高电压适配器。
[0009]图5是电子装置的第三实施例的示意图，所述电子电路包含发射电路，其具有用于选择性互连电流电路及电压源与USB电缆数据信号导体中的特定者的切换电路。
[0010]图6是高电压适配器的第三实施例的示意图，所述高电压适配器包含高电压从控制器，其具有移除检测电路及选择电路，所述电路用于将信号提供到配置电路以将适配器电源设置为四个不同的可配置输出电压电平中的一者。
[0011]图7是另一USB充电系统的示意图，其中所述装置及经连接HV适配器各自包含收发器电路以提供双向通信用于交换USB电缆的第一及第二数据信号导体上的数据以促进电子装置的快速充电。
[0012]图8是用于USB充电的另一方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]参考图1，USB充电系统100包含经由USB电缆130连接的电子装置110及高电压USB充电器设备或USB高电压(HV)适配器140，其用于使用经由USB电缆130从适配器140传递的功率来对装置110供电或充电。装置110可为具有负载118的任何电子装置(例如膝上型计算机、平板计算机或移动电话)，其可经由USB电缆130从适配器140接收电功率。适配器140可为专用充电装置、桌上型计算机或具有电源142及USB连接器170的任何其它装置，所述USB连接器170用于经由USB电缆130将电功率提供到经连接装置110。电子装置110包含USB连接器120、负载118、具有发射电路116的高电压充电器112及具有相关联的电子存储器(未展示)的处理器119。
[0014]装置USB连接器120适合于接收USB电缆130的连接器132(例如插头或插座)且提供导电结构122、124、126及128用于分别电连接到电缆130的0?、01￥81^及6_导体。举例来说，当电缆插头132被安装在装置连接器120中时，连接器120提供第一导电结构122及第二导电结构124用于将装置110的各种组件与USB电缆130的数据信号导体DP(例如D+)及DN(例如D-)电连接，且提供导电结构126及128用于将负载118连接到标准USB电缆130的功率导体VBUS及GND。连接器120可为经配置以介接标准USB电缆130的任何适当连接器，例如具有根据相关USB标准的任何适当数目的连接的A型或B型USB电缆插头或插座，其中连接器120的某些实施例可容纳四个以上连接，且可经调适以接收或介接公连接器132(插头)或母连接器(插座)。电子装置110的导电结构122、124、126及128可在某些实施例中实施为连接器插脚或套接口，其被焊接到电连接于HV充电器112与连接器120之间的导电电路板迹线。
[0015]装置负载118与导电结构126及128耦合，其中负载118可为用于操作装置110的各种电路的电源、可充电电池系统或各个实施例中的其它电负载。电功率从HV适配器140的电源142到负载118的一般施加在本文中称为“充电”，而与功率是用于对电池充电还是由负载118以其它方式消耗于装置110的操作或其两者无关。此外，在实例实施例中，负载118用于根据常规USB标准经由导电结构126及128接收标称电压电平5V或一或多个较高电压电平(例如各个实施例中的9V、12V及/或20V)的电功率。如先前讨论，负载118的此高电压充电有利地促进电池供电电子装置110的快速再充电。此外，装置110的某些实施例可限制被施加于负载118的适当电压电平，其中所揭示充电技术及设备促进经连接HV适配器140及特定电子装置110的充电能力之间的适当匹配。
[0016]如图1中所展示，在某些实施例中，装置处理器119经由任选开关S与导电结构122及124选择性地耦合用于与经连接适配器140通信，且处理器119操作地与如下文进一步描述的HV充电器112的一或多个组件耦合。在各个实施例中，处理器119可为任何适当的模拟及/或数字电路，且可为可编程的，包含一或多个处理器组件及具有相关联的电子存储器(未展示)的可编程逻辑。
[0017]图1中的充电器112包含具有发射电路116的HV主控制器114，所述发射电路116与USB连接器120的第一导电结构122及第二导电结构124耦合。HV主装置114可被实施于装置110的高电压充电器112中，但是其它实施例是可能的，其中HV主装置114及发射电路116被实施于可使用USB电缆130连接到HV适配器114的中间充电控制器中，其中一或多个电子装置110及相关联的负载118通过适当手段(例如包含另一 USB电缆)连接到HV主装置114。
[0018]发射电路116以多种发射器状态操作以控制数据信号导体DP及DN的电条件以促进在某些实施例中在处理器119的控制下以自动方式配置经连接HV适配器140及其电源142。举例来说，处理器119在某些实施例中经配置以执行初级及次级检测及高电压检测功能以识别经连接HV适配器140且配置适配器140以可由负载118适应的电平的电压电平或低于可由负载118适应的电平的电压电平进行快速充电。在特定实施例中，处理器119经编程以选择性地将发射电路116置于第一发射器状态中以禁用发射电路116，借此指令或配置适配器140以提供标称USB电压电平5V的电功率，或选择性地将发射电路116置于第二状态中以指令适配器140经由USB电缆130将高电压电平(例如特定实施例中的9V、12V或20V)的电功率提供到电子装置110。举例来说，在实例实施方案中，内部集成电路(I2C)总线连接被提供在处理器119与HV充电器电路112之间用于如下文进一步描述的发射电路116的状态的处理器控制。
[0019]图1中的HV适配器140提供USB充电器设备，其具有包含移除检测电路152及选择电路154的高电压从控制器或电路150及如所展示的配置电路160及电源142。在操作中，电源142转换来自外部AC源144的功率以提供跨USB电缆130的VBUS及GND导体的受控DC电压用于对经连接电子装置110充电。适配器连接器170经调适以接收