CN108631377A - 上电控制电路及应用其的移动电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种上电控制电路及应用其的移动电源装置。上电控制电路包括下拉电阻、下拉晶体管、二极管和电容。下拉电阻接收来自配置通道引脚的电压检测信号。当下拉晶体管导通时，下拉晶体管将下拉电阻下拉至接地电位。当电压检测信号在高电位时，二极管导通以充电电容至用以导通下拉晶体管的第一电压。当电压检测信号在低电位时，二极管关闭使电容上的跨压保持在第一电压而导通下拉晶体管。当发送电压检测信号的电子装置通过电压检测信号检测到下拉电阻被下拉至接地电位时，电子装置通过通用序列总线Type‑C插座供电至微控制器，使微控制器保持在上电状态。本发明提供的上电控制电路可以使微控制器保持在上电状态。

Description

上电控制电路及应用其的移动电源装置

技术领域

本发明涉及一种上电控制电路，特别是有关使微控制器保持在上电状态的一种上电控制电路。

背景技术

现今生活下，人们对移动装置(例如，智能手机、平板电脑等)的依赖度日渐提升。此外目前有许多采用不可换电池设计的移动装置。许多使用者为了应付整日的使用而选择携带移动电源替自己的移动装置充电。此时，支援快速充放电以及双向充放电的符合USBType-C规格的移动装置成为使用者的一种重要选择。对此，本发明提出一种上电控制电路来支援USB Type-C移动装置的特定功能。

发明内容

本发明是针对USB Type-C电源传输(Power Delivery，以下简称PD)技术的相关产品，例如移动电源(Power Bank)。在移动电源的低电量(Dead Battery)模式下，移动电源内部的微控制器(micro control unit)未能工作。此时，通过本发明所提出的上电控制电路得到外部双重用途端(Dual Role Port,DRP)***所提供的5V(vSafe5v)来对移动电源的电池和微控制器进行充电。移动电源在获得一定的电量后，再视需求进行PD的沟通。

本发明的一实施例提供一种上电控制电路，可通过一第一通用序列总线Type-C连接端连接一双重用途端装置，用以让一微控制器保持在一上电状态。该上电控制电路包括：一下拉电阻，具有一第一端和一第二端，该第一端电性连接至该通用序列总线Type-C连接端的一配置通道引脚(configuration channel pin)；一下拉开关，分别电性连接至该下拉电阻的该第二端和一接地节点；以及，一使能装置，连接该第一开关和该配置通道引脚。其中，当该使能装置接收该双重用途端装置通过该配置通道引脚传送的一电压检测信号时，该使能装置将该第一开关导通，使该第一下拉电阻接地，藉此使该双重用途端装置得以通过该配置通道引脚检测到该第一下拉电阻，进而通过该电源供应引脚供电至该微控制器，使该微控制器保持在上电状态。

本发明的一实施例一种移动电源装置。该移动电源装置包括一第一通用序列总线Type-C连接端，包括一第一配置通道引脚(configuration channel pin)和一第一供应电源引脚；一微控制器，分别耦接至该第一配置通道引脚和该第一供应电源引脚；以及，一第一上电控制电路，可通过该第一通用序列总线Type-C连接端连接一双重用途端装置。该第一上电控制电路包括：一第一下拉电阻，具有一第一端和一第二端，该第一端电性连接至该第一配置通道引脚；一第一下拉开关，分别电性连接该第一下拉电阻的该第二端和一接地节点；以及，一使能装置，连接该第一开关和该第一配置通道引脚。其中，当该使能装置接收该双重用途端装置通过该第一配置通道引脚传送的一第一电压检测信号时，该使能装置将该第一开关导通，使该第一下拉电阻接地，藉此使该双重用途端装置得以通过该第一配置通道引脚检测到该第一下拉电阻，进而通过该第一电源供应引脚供电至该移动电源装置的该微控制器，使该微控制器保持在上电状态。

附图说明

图1是依据本发明的一实施例实现上电控制电路11的方框图；

图2是依据本发明的一实施例实现移动电源装置2的方框图；

图3是依据本发明另一实施例实现移动电源装置3的方框图；

图4是依据本发明另一实施例实现移动电源装置4的方框图。

附图标记说明：

11、21、31、41、46～上电控制电路；

12、22、32、42～微控制器；

2、3、4～移动电源装置；

20、30、40、47～外部双重用途端装置；

110～使能装置；

201、301、361、401、471～USB Type-C接线；

23、200、300、33、35、360、400、43、45、470～USB Type-C插座；

24、34、44～显示装置；

320、420～桥接晶体管；

36～下行端装置；

RD、RD1～下拉电阻；

RP～上拉电阻；

R1～电阻；

Q1～下拉晶体管；

D1、D31、D32、D41、D42～二极管；

C1～电容器。

具体实施方式

本公开所附图示的实施例或例子将如以下说明。本公开的实施方式并非以此为限。现有技艺者应能知悉在不脱离本公开的构思和架构的前提下，当可作些许变动、替换和置换。在本公开的实施例中，元件符号可能被重复地使用，本公开的数种实施例可能共用相同的元件符号，但为一实施例所使用的特征元件不必然为另一实施例所使用。

图1是依据本发明的一实施例实现上电控制电路11的方框图。在本实施例中，上电控制电路11电性连接一微控制器12，并接收来自一通用序列总线Type-C连接端或插座(以下简称USB Type-C插座)的一配置通道引脚(Configuration Channel pin，以下简称CC引脚)的一电压检测信号，其中该电压检测信号可以是一方波信号或其他类型的检测信号。在USB Type-C规格的中，该CC引脚可以是24个引脚的中的CC1引脚或是CC2引脚。该CC引脚的作用有检测USB Type-C设备间连接、检测USB Type-C插座和USB Type-C插头之间的正反插、USB Type-C设备间数据以及VBUS的连接建立与管理等。该上电控制电路11可通过该通用序列总线Type-C连接端连接一外部的双重用途端装置。

在本实施例中，上电控制电路11和微控制器12是一移动电源装置的组成构件，但本发明并不限定于此；上电控制电路11和微控制器12亦可以是移动电源装置、转接卡、电脑设备或任何类型的双重用途端装置(Dual Role Port,DRP)的组成构件。在本实施例中，微控制器12可以是由逻辑电路实现。在本发明其他实施例中，微控制器12亦可采用微处理器、模拟集成电路、特定应用集成电路(ASIC)、可规划逻辑闸阵列(FPGA)、数字信号处理芯片(DSP chip)等实现。

在本实施例中，该移动电源装置的上电控制电路11的主要作用在于：在外部双重用途端装置接入该移动电源装置的该USB Type-C插座时，让该移动电源装置的微控制器12随时保持在上电状态，以避免该移动电源装置在低电量模式时微控制器12无法工作的情形发生。

在本实施例中，上电控制电路11包括一下拉电阻RD、一上拉电阻RP、一电阻器R1、一下拉晶体管Q1、以及由一二极管D1和一电容器C1所构成的使能装置110。下拉晶体管Q1可以是双极型晶体管或是单极型晶体管(场效晶体管)。如图1所示，下拉电阻RD的一第一端通过一第一节点N1电性连接至一USB Type-C插座的该CC引脚，以接收前述外部双重用途端装置发送至该CC引脚的该电压检测信号。上拉电阻RP分别电性连接至微控制器12和第一节点N1。下拉晶体管Q1分别电性连接至下拉电阻RD、一第二节点N2和一接地节点。二极管D1的阳极通过第一节点N1电性连接至该CC引脚，而二极管D1的阴极电性连接至第二节点N2。更明确的说，二极管D1的阳极通过电阻器R1电性连接至第一节点N1。电阻器R1分别电性连接至第一节点N1和二极管D1的阳极。电容器C1包括连接至第二节点N2的第一端和连接至接地节点GND的一第二端。

当该使能装置110，接收该双重用途端装置通过该配置通道引脚CC传送的电压检测信号时，该使能装置110将该下拉晶体管Q1导通，使该第一下拉电阻RD接地。在本实施例中，当下拉晶体管Q1导通时，下拉晶体管Q1将下拉电阻RD的一第二端下拉至一接地电位GND。当该电压检测信号在一高电位时，二极管D1导通以充电电容器C1的该第一端至一第一电压(亦即第二节点N2被充电至该第一电压)，其中该第一电压用以导通下拉晶体管Q1。当该电压检测信号在一低电位时，二极管D1关闭使电容器C1上的一跨压保持在该第一电压而导通下拉晶体管Q1。

在本实施例中，当前述外部双重用途端装置通过该电压检测信号检测到下拉电阻RD被下拉至接地电位GND时，前述外部双重用途端装置通过该移动电源装置的该USB Type-C插座供电至微控制器12，使微控制器12保持在该上电状态。因此，无论该电压检测信号是在高电位或低电位，该移动电源装置皆能通过上电控制电路11让前述外部双重用途端装置检测到该移动电源装置的下拉电阻RD。因此，前述外部双重用途端装置依此(检测到下拉电阻RD)而固定为一下行端(Upstream Facing Port,UFP)装置(或称为Sink)，并判定连接上的该移动电源装置是一上行端(Downstream Facing Port,DFP)装置(或称为Source)。此时，该下行端装置通过该USB Type-C插座的一VBUS引脚提供电力给该移动电源装置的微控制器12，使微控制器12保持在上电状态而能正常运行。微控制器12的正常运行可以确保该移动电源装置能正确检测到外部连接到该移动电源装置的电子装置。

在本实施例中，让微控制器12保持在上电状态的一作用在于：在该移动电源装置完全没有电力的情形下，可以让前述外部双重用途端装置连接至该移动电源装置的时立即供应电力给微控制器12，使微控制器12保持在上电状态而能正常运行。

在图1所示的实施例中，若上电控制电路11不具有二极管D1和电容器C1且前述外部双重用途端装置的检测周期为low时(亦即该电压检测信号在低电位时)，则在此时下拉晶体管Q1关闭(不会导通)使得前述外部双重用途端装置检测不到下拉电阻RD而关闭VBUS引脚。更明确的说，在此时下拉晶体管Q1关闭(不会导通)使得前述外部双重用途端装置检测不到下拉电阻RD而不供应电力至微控制器12。因此，上电控制电路11的二极管D1和电容器C1的功用在确保前述外部双重用途端装置持续检测到下拉电阻RD而供应电力至微控制器12。

图2是依据本发明一实施例实现移动电源装置2的方框图。在图2所示实施例中，移动电源装置2包括一上电控制电路21、一微控制器22、一USB Type-C插座23和一显示装置24。外部双重用途端装置20通过USB Type-C接线201接入移动电源装置2的USB Type-C插座23。微控制器22分别电性连接至上电控制电路21、USB Type-C插座23和显示装置24。在本实施例中，本发明图2所示***图并不仅限定于移动电源装置。在本发明的其他实施例中，图2所示***亦可以是转接卡、电脑设备或其他任何类型的双重用途端装置。

在本实施例中，上电控制电路21的内部组件可对应至前述实施例所示上电控制电路11的各个组件。换句话说，移动电源装置2的上电控制电路21包括图1所示上电控制电路11的所有电路元件，并具有上电控制电路11的所有电路功能。微控制器22可以是设置于移动电源装置2的中的逻辑电路。在本发明的其他实施例中，微控制器22亦可以是双重用途端装置中的微处理器、模拟集成电路、特定应用集成电路(ASIC)、可规划逻辑闸阵列(FPGA)、数字信号处理芯片(DSP chip)等。显示装置24可以是移动电源装置2的一液晶显示屏幕或一显示灯号(例如LED灯号)，但本发明并不限定于此。

在本实施例中，移动电源装置2的上电控制电路21的主要作用在于：在外部双重用途端装置20通过USB Type-C接线201接入移动电源装置2的USB Type-C插座23时，让移动电源装置2的微控制器22随时保持在上电状态，以避免移动电源装置2的微控制器22在低电量模式下无法工作的情形发生。

在本实施例中，让微控制器22保持在上电状态的一作用在于：在移动电源装置2完全没有电力的情形下，可以让外部双重用途端装置20连接至移动电源装置2时立即供应电力给微控制器22，使微控制器22保持在上电状态而能正常运行。此外微控制器22保持在上电状态的另一作用在于：微控制器22可通过移动电源装置2的显示装置24(例如，一液晶显示器)反应移动电源装置2目前的电量水平以让使用者了解。因此，在移动电源装置2完全没有电力时，使用者将外部双重用途端装置20连接上移动电源装置2即可从显示装置24得知移动电源装置2目前在低电量模式或移动电源装置2的电池电量水平等信息。

图3是依据本发明另一实施例实现移动电源装置3的方框图。在图3所示实施例中，移动电源装置3包括一上电控制电路31、一微控制器32、一USB Type-C插座33、一USB Type-C插座35、一下拉电阻RD1、一二极管D31、一二极管D32和一显示装置34。外部双重用途端装置30通过USB Type-C接线301接入移动电源装置3的USB Type-C插座33，而下行端装置36通过USB Type-C接线301接入移动电源装置3的USB Type-C插座35。本发明图3所示***图并不仅限定于移动电源装置。在本发明的其他实施例中，图3所示***亦可以是转接卡、电脑设备或其他任何类型的双重用途端装置。

相同于图2所示移动电源装置2，移动电源装置3的上电控制电路31、微控制器32、USB Type-C插座33和显示装置34可分别对应至移动电源装置2的上电控制电路21、微控制器22、USB Type-C插座23和显示装置24。因此，移动电源装置3具有移动电源装置2的所有电路功能。

在本实施例中，下行端装置36是一电源适配器(source adapter)，但本发明并不限定于此。下行端装置36通过USB Type-C插座360的VBUS脚位供应电力至移动电源装置3。下拉电阻RD1的设计目的在于让移动电源装置3只能由USB Type-C插座35获取电力，而无法通过USB Type-C插座35供应电力至外部电子装置。换句话说，连接至USB Type-C插座35的外部电子装置(例如，一外部双重用途端装置)仅能检测到移动电源装置3的下拉电阻，而判定移动电源装置3是一上行端装置。反观，移动电源装置3的微控制器32可通过其他机制让连接至USB Type-C插座33的外部电子装置检测到移动电源装置3的上拉电阻(例如，外部双重用途端装置30通过USB Type-C插座33的CC2脚位检测到移动电源装置3的上拉电阻)，进而判定移动电源装置3是一上行端装置。

在本实施例中，相较于移动电源装置2，移动电源装置3还包括桥接晶体管320、二极管D31和二极管D32。微控制器32电性连接至桥接晶体管320的栅极。微控制器32操作桥接晶体管320以决定是否让外部双重用途端装置30和下行端装置36之间的VBUS互通。二极管D31和二极管D32的作用在于：在桥接晶体管320未导通时，防止两边(外部双重用途端装置30和下行端装置36)的电源互通，进而保护两边的设备。

在本实施例中，若桥接晶体管320作为桥接板且外部双重用途端装置30和下行端装置36的其中一者作为下行端装置(Source)，则在该下行端装置(Source)接上移动电源装置3时，微控制器32即取得稳定电源。此时，桥接晶体管320导通。

在本实施例中，若外部双重用途端装置30作为上行端装置(Sink)并接上移动电源装置3，则微控制器32只取得维持动作的电源但不将桥接晶体管320导通。直到有下行端装置(Source)接上移动电源装置3而建立稳定电源后，微控制器32才将桥接晶体管320导通，并使外部双重用途端装置由上行端装置(Sink)转换为下行端装置(Source)以将电力供应出去。

图4是依据本发明另一实施例实现移动电源装置4的方框图。在图4所示实施例中，移动电源装置4包括一上电控制电路41、一微控制器42、一USB Type-C插座43、一USB Type-C插座45、一上电控制电路46、一二极管D41、一二极管D42和一显示装置44。外部双重用途端装置40通过USB Type-C接线401接入移动电源装置4的USB Type-C插座43，而外部双重用途端装置47的USB Type-C插座470通过USB Type-C接线471接入移动电源装置4的USB Type-C插座45。本发明图4所示***图并不仅限定于移动电源装置。在本发明的其他实施例中，图4所示***亦可以是转接卡、电脑设备或任何类型的双重用途端装置。上电控制电路41、46具有和图1的上电控制电路11所示的电路范例相同的结构。

相同于图2所示移动电源装置2，移动电源装置4的上电控制电路41、微控制器42、USB Type-C插座43和显示装置44可分别对应至移动电源装置2的上电控制电路21、微控制器22、USB Type-C插座23和显示装置24。因此，移动电源装置4具有移动电源装置2的所有电路功能。相较于移动电源装置2，移动电源装置4还包括另一组上电控制电路和USB Type-C插座(亦即上电控制电路46和USB Type-C插座45)。在本实施例中，上电控制电路46和USBType-C插座45包括上电控制电路41和USB Type-C插座43的相同电路功能。因此，移动电源装置4可以同时支援两个外部双重用途端装置(外部双重用途端装置40和外部双重用途端装置47)。例如，移动电源装置4可以同时接收来自外部双重用途端装置40和外部双重用途端装置47的电力，可以同时供应电力至外部双重用途端装置40和外部双重用途端装置47，可以接收来自外部双重用途端装置40的电力并供应电力至外部双重用途端装置47，亦可以接收来自外部双重用途端装置47的电力并供应电力至外部双重用途端装置40。

在本实施例中，相较于移动电源装置2，移动电源装置4还包括一桥接晶体管420、二极管D41和二极管D42。微控制器42电性连接至桥接晶体管420的栅极。微控制器42操作桥接晶体管420以决定是否让外部双重用途端装置40和外部双重用途端装置47之间的VBUS互通。二极管D41和二极管D42的作用在于：在桥接晶体管420未导通时，防止两边(外部双重用途端装置40和外部双重用途端装置47)的电源互通，进而保护两边的设备。

在本实施例中，若桥接晶体管420作为桥接板且外部双重用途端装置40和外部双重用途端装置47的其中一者作为下行端装置(Source)，则在该下行端装置(Source)接上移动电源装置4时，微控制器42即取得稳定电源。此时，桥接晶体管420导通。

在本实施例中，若外部双重用途端装置40作为上行端装置(Sink)并接上移动电源装置4，则微控制器42只取得维持动作的电源但不将桥接晶体管420导通。直到有下行端装置(Source)接上移动电源装置4而建立稳定电源的后，微控制器42才将桥接晶体管420导通，并使外部双重用途端装置由上行端装置(Sink)转换为下行端装置(Source)以将电力供应出去。

本发明虽以优选实施例公开如上，使得本领域技术人员能够更清楚地理解本发明的内容。然而，本领域技术人员应理解到他们可轻易地以本发明做为基础，设计或修改流程以及操作不同的上电控制电路及应用其的移动电源装置使用方法进行相同的目的和/或达到这里介绍的实施例的相同优点。因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (13)

1.一种上电控制电路，可通过一第一通用序列总线Type-C连接端连接一双重用途端装置，用以让一微控制器保持在一上电状态，该上电控制电路包括：

一下拉电阻，具有一第一端和一第二端，该第一端电性连接至该通用序列总线Type-C连接端的一配置通道引脚；一下拉开关，分别电性连接至该下拉电阻的该第二端和一接地节点；以及

一使能装置，连接一第一开关和该配置通道引脚；

当该使能装置接收该双重用途端装置通过该配置通道引脚传送的一电压检测信号时，该使能装置将该第一开关导通，使一第一下拉电阻接地，藉此使该双重用途端装置得以通过该配置通道引脚检测到该第一下拉电阻，进而通过一电源供应引脚供电至该微控制器，使该微控制器保持在上电状态。

2.如权利要求1所述的上电控制电路，还包括一上拉电阻，耦接在该配置通道引脚和该微控制器之间；其中，该使能装置包括：一第一二极管和一第一电容器，该第一二极管的阳极和阴极分别耦接该配置通道引脚和该下拉开关的一控制端，该第一电容器连接于该控制端和该接地节点。

3.如权利要求2所述的上电控制电路，还包括一第一电阻，分别耦接至该配置通道引脚和该第一二极管的阳极。

4.如权利要求1所述的上电控制电路，其中该电压检测信号是一方波信号。

5.如权利要求2所述的上电控制电路，其中当该双重用途端装置检测到该下拉电阻时，该双重用途端装置装置是切换为一下行端装置。

6.一种移动电源装置，包括：

一第一通用序列总线Type-C连接端，包括一第一配置通道引脚和一第一供应电源引脚；

一微控制器，分别耦接至该第一配置通道引脚和该第一供应电源引脚；以及

一第一上电控制电路，可通过该第一通用序列总线Type-C连接端连接一双重用途端装置；

该第一上电控制电路包括：

一第一下拉电阻，具有一第一端和一第二端，该第一端电性连接至该第一配置通道引脚；

一第一下拉开关，分别电性连接该第一下拉电阻的该第二端和一接地节点；以及

一使能装置，连接一第一开关和该第一配置通道引脚；

当该使能装置接收该双重用途端装置通过该第一配置通道引脚传送的一第一电压检测信号时，该使能装置将该第一开关导通，使该第一下拉电阻接地，藉此使该双重用途端装置得以通过该第一配置通道引脚检测到该第一下拉电阻，进而通过一第一电源供应引脚供电至该移动电源装置的该微控制器，使该微控制器保持在上电状态。

7.如权利要求6所述的移动电源装置，其中该第一上电控制电路还包括一上拉电阻，耦接在该第一配置通道引脚和该微控制器之间；其中，该使能装置包括：一第一二极管和一第一电容器，该第一二极管的阳极和阴极分别耦接该第一配置通道引脚和该下拉开关的一控制端，该第一电容器连接于该控制端和该接地节点。

8.如权利要求6所述的移动电源装置，还包括：

一电池，连接至该微控制器；以及

一显示装置，连接至该微控制器，当该微控制器在该上电状态时，该微控制器将该电池的一电量水平显示于该显示装置。

9.如权利要求7所述的移动电源装置，其中该第一上电控制电路还包括一第一电阻，分别耦接至该第一配置通道引脚和该第一二极管的阳极。

10.如权利要求6所述的移动电源装置，其中该第一电压检测信号是一方波信号。

11.如权利要求7所述的移动电源装置，其中当该双重用途端装置检测到该第一下拉电阻时，该双重用途端装置切换为一下行端装置。

12.如权利要求6所述的移动电源装置，还包括：

一第二通用序列总线Type-C连接端，包括一第二配置通道引脚和一第二供应电源引脚；

一第二上电控制电路，包括：

一第二下拉电阻，其中该第二下拉电阻具有一第三端和一第四端，该第三端电性连接至该第二配置通道引脚；

一第二下拉开关，分别电性连接至该第二下拉电阻的该第四端和该接地节点；以及

一第二使能装置，连接一第二开关和该第二配置通道引脚；

当该第二使能装置接收所连接的一第二双重用途端装置通过该第二配置通道引脚传送的一第二电压检测信号时，该第二使能装置将该第二开关导通，使该第二下拉电阻接地，藉此使该第二双重用途端装置得以通过该第二配置通道引脚检测到该第二下拉电阻，进而通过一第二电源供应引脚供电至该移动电源装置的该微控制器，使该微控制器保持在该上电状态。

13.如权利要求12所述的移动电源装置，还包括：一桥接开关耦接于该第一电源供应脚位及该第二电源供应脚位之间，一第三二极管，其阳极和阴极分别连接于该第一电源供应脚位和该微控制器的一电源输入端，一第四二极管，其阳极和阴极分别连接于该第二电源供应脚位和该微控制器的该电源输入端；其中该桥接开关的一控制端连接该微控制器，由该微控制器控制其导通或关闭。