用于连接器的电源管理控制方法与流程

1.本发明大致关于一种检测缆线线阻的电源管理控制方法，尤指可以适用于管理连接器的一连接控制器的电源管理控制方法。


背景技术：

2.当下许多便携式电子产品已经普遍使用usb缆线(cable)来充电。传统的usb缆线只允许提供5v/0.5a的2.5w最大功率传输。usb型态c(type c)缆线则可以提供高达5v/3a的15w最大功率传输，如果采用了电源传输(power delivery，pd)协议，电压电流指针还可以提升到20v/5a，即100w的最大功率传输。
3.在如此大电流的传输之下，如果usb缆线的质量不良，其中的电源线的线阻过高，可能会导致危险的发生。举例来说，供电电源所提供的充电电压，绝大部分被usb缆线所消耗，而实际被充电的便携式电子产品接收到的电压可能不足。此外，usb缆线本身可能损耗过高的电能，有高温甚至是失火的可能性。
4.因此，如何检测usb缆线中的电源线质量，并做出相对的反应，为业界所努力的目标之一。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种电源管理控制方法，适用于一连接控制器，其控制一连接器。该连接器包括一电源引脚以及一通信引脚。该电源管理控制方法包括：检测该通信引脚，以记录一原始电压；在该电源引脚提供有一总线电源时，检测该通信引脚，以产生一当下电压；以及，依据该当下电压与该原始电压之间的一差，来管理或使用该总线电源。
附图说明
6.图1为本发明的一实施例，其中显示了供电端60，通过型态c的usb缆线62，连接到受电端64。
7.图2显示供电端控制器18所使用的电源管理控制方法100。
8.图3显示供电端控制器18检测cc的连接时，流经vbus电源线28与gnd电源线32，供电给受电端64的总线电流ibus。
9.图4显示受电端控制器20所使用的电源管理控制方法200。
10.图5显示供电端控制器18传送bmc给受电端控制器20时，流经vbus电源线28与gnd电源线32，供电给受电端64的总线电流ibus。
具体实施方式
11.在本说明书中，有一些相同的符号，其表示具有相同或是类似的结构、功能、原理的组件，且为本领域技术人员可以依据本说明书的教导而推知。为说明书的简洁度考虑，相同的符号的组件将不再重述。
12.本发明虽然以usb型态c为例，但本发明并不限于此。在其他实施例中，本发明也可以使用任何其他类型的连接器与缆线。
13.图1为本发明的一实施例，其中显示了供电端(source)60，通过型态c的usb缆线62，连接到受电端(sink)64。供电端60可以通过usb缆线62，供电给消耗电能的受电端64。
14.c型态的连接器24连接了供电端60与usb缆线62。虽然usb型态c连接器规格中有24个引脚，但图1中的连接器24仅举例显示三个引脚：vbus电源引脚34s、cc1/2通信引脚36s、以及gnd电源引脚38s。cc1/2通信引脚36s为cc1引脚或是cc2引脚其中之一，连接到usb缆线62中的配置通道(configuration channel，cc)线30。类似的，连接器26连接了受电端64与usb缆线62，而连接器26仅举例显示三个引脚：vbus电源引脚34d、cc1/2通信引脚36d、以及gnd电源引脚38d。usb缆线62举例显示有vbus电源线28、cc线30、gnd电源线32。电阻rbus_cb与rgnd_cb分别表示vbus电源线28与gnd电源线32的等效电阻。
15.供电端控制器18，也就是供电端60的连接控制器，控制电源供应器40、电源开关22、以及连接器24。供电端控制器18可以控制电源供应器40，使其提供符合规格的vdd电源。当电源开关22开启呈现短路时，vdd电源可以通过电源开关22，在vbus电源线28上，建立或提供vbus总线电源，供电给受电端64。
16.受电端控制器20是受电端64的连接控制器，可以决定从vbus总线电源汲取多少电流，并通过一些通信引脚，与供电端控制器18进行通信。
17.当检测cc的连接时，供电端控制器18以电流源ip拉高cc1/2通信引脚36s上的电压v
cc
，受电端控制器20以下拉电阻rd，下拉cc1/2通信引脚36d上的电压vh。下拉电阻rd电连接至受电端接地线。
18.当供电端控制器18与受电端控制器20进行pd通信来选择电源传输的规格时，供电端控制器18可以用驱动器44传送双向标记码(bi-phase mark code，bmc)给受电端控制器20，其控制了连接器26。
19.在一实施例中，供电端控制器18可以大约检测电阻rgnd_cb所损耗的压降，由此管理总线电源vbus。供电端控制器18两次检测cc1/2通信引脚36s上的电压v
cc
，分别记录了原始电压v
cco
与当下电压v
ccl
。原始电压v
cco
对应的是受电端64大约为无载时的电压v
cc
，而当下电压v
ccl
对应的是受电端64正在汲取总线电流ibus时的电压v
ccl
。当下电压v
ccl
与原始电压v
cco
的差delta，大约就是检测电阻rgnd_cb当下因为总线电流ibus而消耗的电压。因此，供电端控制器18可以据以进行负载补偿(load compensation)来提高总线电源vbus的目标电压。万一usb缆线62质量太差，电阻rgnd_cb很大，导致差delta太大，那供电端控制器18可以进行断电保护，关闭电源开关22，停止建立vbus总线电源，也停止供电给受电端64。
20.请同时参考图2与图3。图2显示依据本发明，供电端控制器18所使用的电源管理控制方法100。图3显示供电端控制器18检测cc的连接时，流经vbus电源线28与gnd电源线32，供电给受电端64的总线电流ibus。
21.供电端控制器18检测cc的连接(步骤102)。供电端控制器18通过cc1/2通信引脚36s，判断连接器24是否电连接至连接器26。当受电端64没有通过usb缆线62电连接到连接器24时，cc1/2通信引脚36s上的电压v
cc
将会是电压v+，也就是电流源ip可拉至的最高电压。当受电端64连接到连接器24时，受电端64的下拉电阻rd会下拉电压v
cc
。因此，供电端控制器18只要检测cc1/2通信引脚36s上的电压v
cc
下降，就可以得知受电端64已经电连接到连接器
24。
22.供电端控制器18记录cc1/2通信引脚36s上的电压v
cc
，作为原始电压v
cco
(步骤104)。此时，受电端64没有从供电端60汲取电流，或是汲取很少电流，总线电流ibus大约为0a。cc1/2通信引脚36s上的电压v
cc
与总线电流ibus的值i
bus
，具有以下的公式(i)的关系。
[0023]vcc
＝i
p
*rd+i
bus
*r
gnd_cb
…(i)[0024]
其中，i
p
为电流源ip所提供的电流，rd为下拉电阻rd的电阻值，r
gnd_cb
为gnd电源线32的等效电阻值。因为此时总线电流ibus大约为0a，所以原始电压v
cco
大约等于i
p
*rd。
[0025]
电源供应器40开启电源开关22，将vdd电源接通至连接器24的vbus电源引脚34s，建立vbus总线电源，开始对受电端64供电(步骤105)。
[0026]
供电端控制器18与受电端控制器20进行pd通信(步骤106)。以半双工的方式，供电端控制器18与受电端控制器20彼此交替，通过cc线30，传送bmc，来选择电源传输的规格。
[0027]
供电端控制器18依据通信结果，使电源供应器40调控(regulate)vdd电源，持续对受电端64供电(步骤108)。举例来说，依据通信结果，当下vdd电源应该调控于20v，最大电流为5a。
[0028]
供电端控制器18再次检测cc的连接，并检测cc1/2通信引脚36s上的电压v
cc
，作为当下电压v
ccl
(步骤110)。假定当下总线电流ibus的值为i
bus_pt
，依据公式(1)，当下电压v
ccl
大约等于i
p
*rd+i
bus_pt
*r
gnd_cb
。
[0029]
依据以上分析，当下电压v
ccl
与原始电压v
cco
的差delta，大约等于i
bus_pt
*r
gnd_cb
，大约就是gnd电源线32当下的跨压。可以检查差delta(步骤112)，来判断gnd电源线32的质量。
[0030]
如果差delta低于一个预设值，那表示gnd电源线32的质量可能还可以，可以进行负载补偿(load compensation)(步骤114)。供电端控制器18将电源供应器40所提供的vdd电源的目标电压增加2*delta。举例来说，如果vdd电源本来应该调控于20v，而差delta为0.1v，步骤114就将vdd电源调控于20.2v(＝20v+2*0.1v)。这里所增加的0.2v，大约可以刚好抵销gnd电源线32与vbus电源线28所消耗的压降，使得受电端64接收到大约为20v的额定电源供应。
[0031]
步骤114之后，电源管理控制方法100回到执行步骤106，进行pd通信。只要gnd电源线32的质量还可以，差delta低于一预设值，由步骤106、108、110、112、114所构成的循环就持续执行。
[0032]
如果差delta高于该预设值，则一种可能表示gnd电源线32的质量已经不可以接受，供电端控制器18进行保护措施，预防高温失火危险的发生(步骤116)。举例来说，保护措施可以包括，但是不限于以下动作其中之一或是全部：1.停止由vbus电源引脚34s提供vbus总线电源，关闭电源开关22，断开vdd电源与vbus电源引脚34s之间的电性连接，不再供电给受电端64；2.通过cc线30通知受电端64供电停止；和/或，3.将vdd电源调控于一预设的安全电源传输规格，举例来说，5v/0.5a。
[0033]
在一实施例中，如果差delta大于一预设值，但当下总线电流ibus的值(为i
bus_pt
)却维持在符合规格(没有超过过电流的规格)一段时间，供电端控制器18就进行前段所述的保护措施。一种可能发生这样状况的情境是供电端控制器18误判当下总线电流ibus，举例来说，可能检测总线电流ibus的电阻已经故障或是失效。此时，供电端控制器18进行前段所述的保护措施，来符合某些安规规定(步骤116)。举例来说，当差delta大于250mv时，就算当
下总线电流ibus的值i
bus_pt
不到极限功率源(limited power source，lps)安规(requirement)规定短路时的最大电流8a，供电端控制器18也迅速地关闭电源开关22，停止供电给受电端64，以符合lps安规的需求。
[0034]
在另一实施例中，供电端控制器18检测总线电流ibus，并将差delta除以当下总线电流ibus的值(为i
bus_pt
)，可以推算得到电阻rgnd_cb的等效电阻值r
gnd_cb
。如果等效电阻值r
gnd_cb
超过一定值，供电端控制器18便进行如同前述的保护措施。
[0035]
在一实施例中，受电端控制器20可以大约推算电阻rgnd_cb的等效电阻值，由此决定如何使用或管理总线电源vbus。受电端控制器20两次检测cc1/2通信引脚36d上的电压vh，分别记录了电压v
h_o
与v
h_l
。电压v
h_o
对应的是受电端64大约为无载时，受电端64从cc1/2通信引脚36d上接收到一预设逻辑值的电压；电压v
h_l
对应的是受电端64正在汲取总线电流ibus时，受电端64从cc1/2通信引脚36d上接收到该预设逻辑值的电压。以下说明书中，此预设逻辑值举例为“1”，但本发明并不限于此。依据电压v
h_o
与v
h_l
，以及总线电流ibus，可以大约推算出电阻rgnd_cb的等效电阻值，进行相对应的保护机制。
[0036]
请同时参考图4与图5。图4显示依据本发明，受电端控制器20所使用的电源管理控制方法200。图5显示供电端控制器18传送bmc给受电端控制器20时，流经vbus电源线28与gnd电源线32，供电给受电端64的总线电流ibus。
[0037]
受电端控制器20检测cc的连接(步骤202)。当受电端64没有通过usb缆线62电连接到连接器24时，cc1/2通信引脚36d上的电压vh将会被下拉电阻rd拉为0v。当受电端64连接到连接器24时，供电端控制器18的上拉电阻(未显示)或是电流源ip，会将电压vh拉高。因此，受电端控制器20只要检测cc1/2通信引脚36d上的电压vh，就可以得知受电端64是否电连接到供电端60。
[0038]
受电端控制器20与供电端控制器18进行pd通信，并记录接收到逻辑值为“1”时的逻辑电平电压v
h_o
(步骤204)。以半双工的方式，供电端控制器18与受电端控制器20彼此交替，通过cc线30，传送bmc，来选择电源传输的规格。图5举例显示了，供电端控制器18以驱动器44传送bmc给受电端控制器20；且在供电端60这边，相对于供电端60的接地电平，代表逻辑值“1”的高逻辑电平电压为1.2v，而代表逻辑值“0”的低逻辑电平电压为0v。当受电端64从cc线30接收到逻辑值“1”时，cc1/2通信引脚36d上的电压vh(对应受电端64的接地电位)与总线电流ibus的值i
bus
，具有以下的公式(ii)的关系。
[0039]vh
＝1.2v-i
bus
*r
gnd_cb
…
(ii)
[0040]
在步骤204时，受电端64没有从供电端60汲取电流，或是汲取很少电流，总线电流ibus大约为0a。所以v
h_o
大约等于1.2v。
[0041]
受电端控制器20在供电端控制器18将vbus总线电源，依照pd通信的结果建立好后，受电端控制器20开始从vbus总线电源汲取总线电流ibus(步骤206)。
[0042]
受电端控制器20检测总线电流ibus，得知值i
bus
(步骤208)。
[0043]
受电端控制器20再次与供电端控制器18进行pd通信，并记录接收到逻辑值为“1”时的电压v
h_l
(步骤210)。此时，v
h_l
大约等于1.2v-i
bus
*r
gnd_cb
。
[0044]
受电端控制器20依据电压v
h_l
与v
h_o
、与总线电流ibus的值i
bus
，来判断gnd电源线32的质量(步骤212)。依据以上分析，电压v
h_l
与v
h_o
之间的差，大约等于i
bus_pt
*r
gnd_cb
，大约就是gnd电源线32当下的跨压。这个差除以i
bus
，就可以得到gnd电源线32的等效电阻值rgnd_cb
。
[0045]
如果等效电阻值r
gnd_cb
小于一预设值，表示gnd电源线32的质量可以接受，因此电源管理控制方法200回到步骤206。只要gnd电源线32的质量还可以，等效电阻值r
gnd_cb
低于一预设值，由步骤206、208、210、212所构成的循环就持续执行。
[0046]
如果等效电阻值r
gnd_cb
大于预设值，表示gnd电源线32的质量已经不能接受，受电端控制器20执行自我保护机制，包含，但是不限于以下，其中之一动作：1.减低从vbus总线电源可以汲取总线电流ibus的最大值，举例来说，将可以允许的总线电流ibus的最大值，从3a变更为0.5a；和/或，2.通过pd通信，要求供电端控制器18将vdd电源调控于一预设的安全电源传输规格，举例来说，5v/0.5a。如此，可以预防等效电阻过大的vbus电源线28与gnd电源线32，所可能导致的高温甚至是失火的危险。
[0047]
简单来说，供电端控制器18可在检测cc连接时，依据cc1/2通信引脚36s上的电压v
cc
，来估算gnd电源线32所损耗的电压或是gnd电源线32的等效电阻值，而进行相对应的负载补偿或是保护。据此，供电端控制器18可以在不增加任何电子组件来辅助检测总线电流ibus的条件下，来符合lps安规的需求。
[0048]
受电端控制器20可在进行pd通信时，依据cc1/2通信引脚36d上的电压vh，来估算gnd电源线32的等效电阻值，而进行选择相对应的电源传输与保护。
[0049]
以上实施例以cc1/2通信引脚36s与36d作为通信引脚的示例，但本发明并不限于此。其他的实施例可以使用其他可用的通信引脚，来实现本发明。
[0050]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
[0051]
[符号说明]
[0052]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
供电端控制器
[0053]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
受电端控制器
[0054]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电源开关
[0055]
24、26
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
连接器
[0056]
28
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
vbus电源线
[0057]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
cc线
[0058]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
gnd电源线
[0059]
34d、34s、
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
vbus电源引脚
[0060]
36d、36s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
cc1/2通信引脚
[0061]
38d、38s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
gnd电源引脚
[0062]
40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电源供应器
[0063]
44
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
驱动器
[0064]
60
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
供电端
[0065]
62
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
usb缆线
[0066]
64
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
受电端
[0067]
100、200
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电源管理控制方法
[0068]
102、104、105、106、108、110、112、114、116、202、204、206、208、
[0069]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
210、212、214
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
步骤
[0070]
ibus
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
总线电流
[0071]
ip
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流源
[0072]
rbus_cb、rgnd_cb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电阻
[0073]
v+、v
cc
、vhꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电压
[0074]vccl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
当下电压
[0075]vcco
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
原始电压
[0076]vh_o
、v
h_l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电压。