CN113381603A - Usb-pd接口及相关方法 - Google Patents

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CN113381603A CN202110214078.3A CN202110214078A CN113381603A CN 113381603 A CN113381603 A CN 113381603A CN 202110214078 A CN202110214078 A CN 202110214078A CN 113381603 A CN113381603 A CN 113381603A
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C·福斯
C·科查德
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Abstract

本公开涉及USB‑PD接口及相关方法。该接口包括：用于输送DC电压的端子；用于输送表示DC电压与高阈值的比较的第一信号的比较器；用于输送表示DC电压与低阈值的比较的第二信号的比较器；以及电路，该电路被配置为：在DC电压跨过低阈值的第一值之后的一段时间内输送高阈值和低阈值的值的连续对；基于第一信号和第二信号修改阈值的值的连续对以确定围绕DC电压的阈值的值；以及基于围绕DC电压的阈值的值来确定DC电压的当前值。

Description

USB-PD接口及相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年2月25日提交的法国申请No.2001838的权益，该申请在此通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及从电源向负载供电的接口以及相关方法。本申请更具体地涉及一种连接在电源与USB-C型连接器之间的电源接口以及相关方法，该连接器旨在电耦合到待供电的负载，特别是通过USB-C型缆线。
背景技术
尽管目前，无线连接是电力和数据交换领域的主要研究方向之一，但是缆线似乎仍然是连接多个电子设备的最可靠方法，无论是交换数据还是为一个或多个电子设备供电或充电。
在USB(“通用串行总线”)标准的不同类型的缆线和连接器中，USB-C型是实现交换数据和电力的一种类型。USB-PD技术(“USB电力输送”)是一种适于USB-C型缆线和连接器的技术。这样的技术使得能够管理电子设备的供电。
发明内容
希望能够至少部分地改进从电源向负载供电的已知接口的某些方面，特别是适于USB-PD技术的电源接口。
一个实施例克服了从电源向负载供电的已知接口的全部或部分缺点，特别是适于USB-PD技术的已知电源接口的缺点。
一个实施例提供了一种电源接口，该电源接口包括：
第一端子，被配置为输送第一DC电压；
比较器，被配置为输送表示第一电压与高阈值的比较的第一信号；
比较器，被配置为输送表示第一电压与低阈值的比较的第二信号；以及
第一电路，被配置为：
在第一电压变得小于低阈值的第一值之后的第一时间段内，输送高阈值和低阈值的值的连续对；
基于第一信号和第二信号在两个连续对之间修改高阈值和低阈值的值的连续对，以确定围绕第一电压的高阈值和低阈值的一对值；以及
基于围绕第一电压的高阈值和低阈值的该对值来确定第一电压的当前值。
根据一个实施例，接口还包括：
电压转换器，包括被配置为输送第二DC电压的第二端子；
电阻器和开关，串联连接在第二端子与第一端子之间；以及
第二电路，被配置为向转换器输送控制信号使得第一电压等于第一设定点值。
根据一个实施例，第一电路被配置为基于第一电压的当前值来确定第一设定点值的当前值。
根据一个实施例，第二电路被配置为确定控制信号使得当开关接通时：
当电阻器中的电流小于电流阈值时，第一设定点值等于第二设定点值；以及
当电流大于电流阈值时，第一设定点值小于第二设定点值，第一设定点值与第二设定点值之差是基于电流与电流阈值之差来确定的。
根据一个实施例，当第一电压在第一时间段结束时小于低阈值的第一值时，第一电路被配置为控制开关的断开并且然后输送第二设定点值的连续值，连续值减小并且范围从第一设定点值的当前值到第二设定点值的默认值。
根据一个实施例，接口被配置为当负载连接到接口时优选地通过实现USB-PD技术来协商要输送给负载的电源电力。
根据一个实施例，当要输送的电源电力被重新协商时，第一电路被配置为输送在由经协商的电力确定的第二设定点值的值与由经重新协商的电力确定的第二设定点值的值之间单调变化的第二设定点值的连续值。
根据一个实施例，当开关接通并且要输送的电源电力已经被协商时，第二设定点值由经协商的电力确定。
根据一个实施例，第一电路包括至少一个数模转换器和一个数字控制单元，该一个数字控制单元被配置为控制至少一个数模转换器使得至少一个数模转换器输送高阈值和低阈值的值。
根据一个实施例，控制单元还被配置为控制至少一个数模转换器使得至少一个数模转换器输送第二设定点值的值。
另一实施例提供了一种在电源接口中实现的方法，该方法包括：
在接口的第一端子上输送第一DC电压。
通过接口的比较器输送表示第一电压与高阈值的比较的第一信号；
通过接口的比较器输送表示第一电压与低阈值的比较的第二信号；
通过接口的第一电路基于第二信号而检测到第一电压小于低阈值的第一值；
通过第一电路在检测之后的第一时间段内输送高阈值和低阈值的值的连续对；
通过第一电路基于第一信号和第二信号在两个连续对之间修改高阈值和低阈值的值以确定围绕第一电压的高阈值和低阈值的一对值；以及
通过第一电路基于围绕第一电压的高阈值和低阈值的该对值来确定第一电压的当前值。
根据一个实施例，该方法还包括：
通过接口的电压转换器在通过串联连接的电阻器和开关耦合到第一端子的转换器的第二端子上输送第二DC电压；以及
通过接口的第二电路向转换器输送控制信号使得第一电压等于第一设定点值。
根据一个实施例，第一电路基于第一电压的当前值来确定第一设定点值的当前值。
根据一个实施例，当开关接通时，第二电路确定控制信号使得：
当电阻器中的电流小于电流阈值时，第一设定点值等于第二设定点值；以及
当电流大于电流阈值时，第一设定点值小于第二设定点值，第一设定点值与第二设定点值之差是由电流与电流阈值之差确定的。
根据一个实施例，当第一电压在第一时间段结束时小于低阈值的第一值时，第一电路控制开关的断开并且然后输送第二设定点值的连续值，连续值减小并且范围从第一设定点值的当前值到第二设定点值的默认值。
根据一个实施例，所描述的接口被配置为实现所描述的方法。
附图说明
将在以下参考附图通过说明而非限制的方式给出的对特定实施例的描述中详细描述上述特征和优点以及其他特征和优点，在附图中：
图1是示出经由耦合负载和电源的电源接口向负载输送电源电力的示例的简化视图；
图2以框图形式示意性地示出了图1所示的类型的电源接口的实施例；
图3以框图形式示出了例如在图2的接口中实现的方法的实施例；
图4以框图形式示出了例如在图2的接口中实现的图3的方法的替代实施例；
图5以框图形式示出了例如在图2的接口中实现的图3的方法的另一替代实施例；以及
图6以框图形式示出了例如在图2的接口中实现的图3的方法的又一替代实施例。
具体实施方式
在各个附图中，相似的特征已经由相似的附图标记表示。具体地，在各个实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅详细示出和描述了对理解本文所述实施例有用的操作和元件。具体地，没有描述可以提供电源接口、特别是被配置为实现USB-PD技术的电源接口的各种设备和应用，所描述的实施例与这种常见的设备和应用兼容。此外，关于接口应当从电源输送给负载的电源电力的协商阶段的管理没有详细说明。此外，仅描述了USB-C和USB-PD技术的相关方面，其他方面没有修改就可以适用。例如，没有描述经由适合于USB-PD技术的USB-C连接器以及可能地适合于USB-PD技术的USB-C型缆线的数据交换的功能，所描述的实施例与USB-C和USB-PD技术的常见的数据交换功能兼容。
除非另有说明，否则当提及连接在一起的两个元件时，表示没有导体以外的任何中间元件的直接连接；当提及耦合在一起的两个元件时，表示这两个元件可以连接或者可以经由一个或多个其他元件耦合。
在以下公开中，除非另有说明，否则当提及绝对位置限定词(诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置修饰符(诸如术语“上方”、“下方”、“较高”、“较低”等)或定向修饰符(诸如“水平”、“垂直”等)时，参考图中所示的方向。
除非另有说明，否则表述“约”、“大约”、“基本上”和“数量级”表示在10％以内，优选地在5％以内。
图1是示出经由将电荷400耦合到电源201的电源接口214向负载400(SINK)输送电源电力的示例的简化视图。
接口214属于具有电源(SOURCE)作用的设备200。设备200包括电源201。在图1的示例中，设备200和400经由USB-C类型的C缆线被连接，在该示例中，该缆线适于USB-PD技术。
设备200的电源201例如是干线或DC电源(DC)。在下面的描述中，以电源201输送DC电压为例，设备200例如是计算机、便携式电池等，或者是能够为设备供电和/或对电池充电的任何其他电子设备。
在本示例中，C缆线在其每个端部处包括适于USB-PD技术的USB-C型连接器C1、C2。连接器C1、C2可以相同。
连接元件210(或410)(包括电源接口214(或电源接口414)和连接器212(或412))布置在设备200(或设备400)一侧上。接口214(或414)将电源201(或负载400)耦合到连接器212(或412)。优选地，考虑连接元件210(或410)形成电源设备200(或负载400)的部分。每个连接器212、412被配置为与缆线C的连接器C1、C2配合。每个连接器212、414也可以被配置为与连接器412(或212)配合。接口214、414可以相同。接口214、414使得能够根据负载400所需要的电源电力来适配由电源201输送的电源电力。更具体地，在下面的描述中，接口214、414能够根据负载400所需要的参考电源电力来适配由电源201输送的电源电力，特别是在实现USB-PD技术的情况下。为此，当电源201输送DC电压时，接口214包括功率转换器(图1中未示出)，例如，DC/DC电压转换器(DC/DC)。转换器被控制以基于电源201来适配输送给负载400的电力。
在由USB-PD技术管理的连接期间，接口214被配置为向负载400输送电源电压Vbus(图1中未示出)，电压Vbus首先具有默认值，通常为低值，例如5V。然后，在设备200和400之间建立通信，以确定设备400被供电和/或充电所需要的电源电力。更具体地，设备400例如经由其接口414指示其操作所需要的最小电力，而设备200例如经由其接口214指示其能够输送的电源电力。然后，在本示例中，由USB-PD技术管理的协商开始，以便定义设备200将向设备400输送的电力。
经协商的电源电力是从预定义电源电力列表中选择的。该列表例如被记录在接口214中。优选地，该列表由标准定义。列表中的每个电源电力的特征在于多个值，尤其是设备200应当输送给负载400的电压Vbus的目标值或设定点值Vtarget、以及允许该负载400从设备200汲取的电流阈值Ith或最大电流。在USB-PD技术中，表征列表中的预定义电源电力的每组值对应于由首字母PDO(“电力数据对象”)指定的一组信息，并且这样的PDO信息集可以在适合于USB-PD技术的设备200和400之间传输，以在协商期间定义应当通过设备200将哪些预定义电力输送给负载400。
一旦协商结束，连接接口214就根据协商结果调节电源201的电源电力，之后，设备400的电力供应开始。然后，接口214的电压转换器根据协商结果由接口214控制，以使电源201的电力适应于经协商的电力。
具体地，只要负载400汲取的电流I(图1中未示出)小于与经协商的电力相对应的电流阈值Ith，接口214就会经由控制信号cmd(图1中未示出)控制其转换器，使得输送给负载400的电压Vbus等于目标值Vtarget'，然后等于由经协商的电力定义的目标值Vtarget。该操作通常称为恒压操作。为此，接口214包括被配置为向转换器输送控制信号cmd的电压反馈回路。更精确地，电压反馈回路被配置为基于目标值Vtarget'与电压Vbus之差或换言之基于表示值Vtarget'的信号与表示电压Vbus的信号之差来适配或修改信号cmd。
此外，当负载400汲取大于由经协商的电力定义的电流阈值Ith的电流I时，接口214被配置为减小目标值Vtarget'。接口214还被配置为相应地适配或修改信号cmd使得电压Vbus等于目标值Vtarget'。换言之，当电流I大于阈值Ith时，接口被配置为降低所输送的电压Vbus。电压Vbus的这种减小被实现为避免设备200输送的电力大于经协商的电力。该操作通常称为恒流操作。为此，接口214包括电流反馈回路，该电流反馈回路被配置为当电流I大于阈值Ith时相对于值Vtarget修改并且优选地减小值Vtarget'。然后，基于电流I与阈值Ith之差或换言之基于表示电流I的信号与表示阈值Ith的信号之差来确定值Vtarget'的减小。换而言之，电流反馈回路被配置为向电压反馈回路输送与基于电流I与阈值Ith之差而修改的目标值Vtarget相对应的目标电压值Vtarget'。
此外，接口214包括第一比较器(图1中未示出)，该第一比较器被配置为将电压Vbus与OVLO高阈值进行比较，或换言之，将表示电压Vbus的信号与表示OVLO阈值的信号进行比较。该接口还包括第二比较器(图1中未示出)，该第二比较器被配置为将电压Vbus与UVLO低阈值进行比较，或换言之，将表示电压Vbus的信号与表示UVLO阈值的信号进行比较。UVLO(“欠压锁定”)和OVLO(“过压锁定”)的阈值分别小于值Vtarget和大于值Vtarget，并且由经协商的电力确定。例如，UVLO阈值等于值Vtarget的90％，OVLO阈值等于值Vtarget的110％。
考虑电流I相对于阈值Ith增加直到电压Vbus变得小于UVLO阈值的情况。如果自电压Vbus变得小于UVLO阈值的时间起经过了一段时间之后，电压Vbus仍小于该UVLO阈值，则接口214被配置为接通连接在接口214的电压转换器与输送电压Vbus的接口214的输出端子之间的开关SW(图1中未示出)。此后，接口214更新目标值Vtarget使得其等于默认值，例如5V。换言之，值Vtarget从由由经协商的电力确定的第一值Vtarget1切换到第二值Vtarget2(此处等于默认值)。此外，由于开关SW断开，所以电流I小于阈值Ith，并且值Vtarget'等于值Vtarget。
值Vtarget以及因此值Vtarget'的这种切换可能导致信号cmd的不希望的和/或差的受控变化。信号cmd的这种变化可能会导致接口214的电压转换器的故障，例如，它们可能导致转换器转到配置模式，这引发问题。
为了避免信号cmd的不期望的变化，本发明人在此提供了，当电压Vbus在该时间段结束时小于UVLO阈值时，将目标值Vtarget从该时间段结束时的值Vtarget'逐渐和单调地变为值Vtarget的默认值。然后，目标值Vtarget取在该时间段结束时的值Vtarget'与目标值Vtarget的默认值之间的多个连续的减小的中间值。由于开关SW断开，因此值Vtarget'从该时间段结束时的值逐渐变为值Vtarget的默认值。结果，信号cmd也以受控方式逐渐变化，这避免了接口214的转换器的故障。
为此，期望接口214的电路输送值Vtarget，即，由设定点值Vtarget获取的值，以知道在该时间段结束时的值Vtarget'。
在此，发明人利用该时间段以及接口214的第一比较器和第二比较器，该第一比较器和第二比较器将电压Vbus与相应UVLO和OVLO阈值进行比较，以确定在该时间段结束时电压Vbus的当前值。知道在该时间段结束时的电压Vbus的当前值然后使得能够确定在该时间段结束时的值Vtarget'。
更具体地，发明人在此提供了在该时间段期间修改UVLO和OVLO阈值的值，以确定围绕电压Vbus的一对UVLO阈值和OVLO阈值，即，一对小于电压Vbus的UVLO阈值的值和大于电压Vbus的OVLO阈值的值。实际上，然后可以从小于电压Vbus的UVLO阈值的值和大于电压Vbus的OVLO阈值的值中导出出电压Vbus的当前值。
根据一个实施例，发明人提供了接口214类型的接口，其包括被配置为在该时间段内输送UVLO和OVLO阈值的值的连续对的电路。该电路被配置为基于接口的第一比较器和第二比较器的输出信号来在值的两个连续对之间修改高阈值和低阈值，以确定一对围绕电压Vbus的OVLO和UVLO阈值的值。该电路还被配置为基于该对围绕电压Vbus的OVLO和UVLO阈值的值来确定电压Vbus的当前值。
图2示意性地示出了这种接口的实施例，该接口被标记为214'并且例如代替图1中的接口214。
接口214'包括意图从电源201(图1)接收电源电压Vsupply的两个输入端子301和302。电压Vsupply例如是DC电压，例如参考端子302。
接口214'包括由图2中的虚线界定的电压转换器CONV或功率转换器。转换器CONV包括两个输入端子304和305，优选地连接到相应端子301和302以接收电压Vsupply。
转换器CONV包括被配置为提供DC电压Vsrc的输出端子307，电压Vsrc例如被参考到转换器CONV的另一输出端子308，电压Vsrc被设置为参考电位GND，通常为地。
转换器CONV由控制信号cmd控制，信号cmd由转换器CONV的端子310接收。更具体地，信号cmd确定转换器CONV应当输送的电压Vsrc的值。
接口214'包括电阻器R和开关SW，串联连接在端子307与接口214'的输出端子312之间。端子312被配置为在开关SW接通时输送电压Vbus。电压Vbus例如是相对于接口214'的被设置为参考电位GND的输出端子313而参考的。端子313耦合、优选地连接到转换器CONV的端子308。电压Vbus的值由电压Vsrc的值确定，因此由信号cmd确定。换言之，信号cmd表示电压Vbus的设定点值Vtarget'。
电阻器R耦合、优选地连接到端子307，开关SW耦合、优选地连接到端子312。当开关SW断开时，开关SW被配置为将端子312与端子307电隔离，或换言之，中断耦合到接口214'的负载的电源。当开关SW断开时，例如在电阻器R与开关SW的连接的节点314上可获取电压Vbus。
接口214'还包括由图2中的虚线界定的电路CTRL。电路CTRL是用于控制接口214'的电路。
电路CTRL包括耦合、优选地连接到接口214'的至少一个通信端子的至少一个端子。输出端子312、313和接口214'的通信端子均旨在耦合到对应连接器212(图1)，然后允许连接器212与负载400(图1)耦合，例如经由连接器C1、缆线C和连接器C2，如图1所示。在协商电源电力的阶段，接口214'与要供电的负载400之间的通信至少部分由电路CTRL经由接口214'的通信端子来实现。
优选地，接口214'包括两个通信端子CC1、CC2，每一个耦合、优选地连接到电路CTRL的对应端子。具有两个通信端子CC1和CC2的优点是，在端子CC1和CC2对称地位于连接器212上的情况下，这使得能够制造可逆连接器C1，即，例如矩形的连接器C1，连接器C1能够沿第一方向和与第一方向相对的第二方向耦合到连接器212。
电路CTRL被配置为控制开关SW。具体地，电路CTRL被配置为在电压Vbus下降到UVLO阈值以下并且在该时间段结束时仍低于UVLO阈值时断开开关SW。优选地，电路CTRL还被配置为当电压Vbus超过OVLO阈值时断开开关SW。
电路CTRL还被配置为输送UVLO和OVLO阈值，或换言之，输送UVLO和OVLO阈值的值。更具体地，在该示例中，电路CTRL被配置为输送表示UVLO阈值或换言之UVLO阈值的值的信号VUVLO，并且输送表示OVLO阈值或换言之OVLO阈值的值的信号VOVLO。在另一未示出的示例中，电路CTRL被配置为输送表示两个UVLO和OVLO阈值的相同信号，该信号例如更一般地表示电压Vbus的设定点值Vtarget。
接口214'包括被配置为将电压Vbus与UVLO阈值进行比较的电容器Cp1。换言之，比较器Cp1被配置为将表示UVLO阈值的信号(在该示例中为信号VUVLO)与表示电压Vbus的信号(在该示例中为信号V2)进行比较。比较器Cp1的输出信号comp1指示该比较的结果。信号comp1被输送给电路CTRL。
对称地，接口214'包括被配置为将电压Vbus与OVLO阈值进行比较的电容器Cp2。换言之，比较器Cp2被配置为将表示OVLO阈值的信号(在该示例中为信号VOVLO)与表示电压Vbus的信号(在该示例中为信号V3)进行比较。比较器Cp2的输出信号comp2指示该比较的结果。信号comp2被输送给电路CTRL。
电路CTRL还被配置为输送表示由经协商的电力确定的电流阈值Ith的信号VIth和表示目标值Vtarget的信号VRef。
接口214'还包括由图2中的虚线界定的电路CIRC。电路CIRC被配置为将信号cmd输送给转换器CONV。
电路CIRC被配置为确定信号cmd，使得当开关SW接通并且电流I小于阈值Ith时，设定点值Vtarget'等于设定点值Vtarget。电路CIRC还被配置为确定信号cmd，使得当开关SW接通并且电流I大于阈值Ith时，设定点值Vtarget'小于设定点值Vtarget。在后一种情况下，基于电流I与阈值Ith之差来确定设定点值Vtarget'和Vtarget之差。
换言之，电路CIRC被配置为基于表示值Vtarget的信号VRef和表示电流I和阈值Ith之差的信号ΔI来输送表示值Vtarget'的信号VRef'，并且基于信号VRef'与表示电压Vbus的信号(在该示例中为信号V1)之差来输送信号cmd。信号V1例如由连接在端子307与端子308之间、在节点314与端子308之间、或在端子312与端子313之间的分压桥来输送。
根据一个实施例，电路CIRC包括被配置为输送电流I的值的电路SENSOR。换言之，电路SENSOR被配置为输送表示电流I的值的信号VIsens。电路SENSOR(例如，跨阻放大器)包括：耦合，优选地连接，到节点314的端子317；以及耦合，优选地连接，到电阻器R的端子315的端子318，电阻R的端子315耦合(例如，连接)到转换器CONV的端子307。换言之，电路SENSOR的端子317和318被配置为接收跨电阻器R的电压。电路SENSOR还包括被配置为输送信号VIsens的端子319。优选地，信号VIsens是值根据电流I的值而变化的电压，例如，当电流I的值增加时其值增加的电压。
根据一个实施例，电路CIRC包括被配置为输送表示电流I与阈值Ith之差的值的电路AMP1(例如，误差放大器)。换言之，电路AMP1包括被配置为输送表示该差的信号ΔI的端子320。优选地，信号ΔI是值根据电流I与阈值Ith之差的值而变化的电压，例如，当电流I的值增大并且大于阈值Ith时其值增大的电压。为了确定电流I与阈值Ith之差，电路AMP1包括被配置为接收电流I的值的端子321和被配置为接收阈值Ith的值的端子322。换言之，端子321被配置为接收表示电流I的值的信号(在该示例中为信号VIsens)，端子322被配置为接收表示阈值Ith的值的信号(在该示例中为信号VIth)。
根据一个实施例，电路CIRC包括被配置为基于值Vtarget和电流I与阈值Ith之差来输送值Vtarget'的电路MOD。换言之，电路MOD被配置为基于表示电流I与阈值Ith之差的信号(在该示例中为信号ΔI)并且基于表示值Vtarget的信号(在该示例中为信号VRef)来输送表示值Vtarget'的信号(在该示例中为信号VRef')。电路MOD包括：被配置为接收电流I与阈值Ith之差的值(在该示例中为信号ΔI)的端子325、被配置为接收值Vtarget(在该示例中为信号VRef)的端子326、以及被配置为输送值Vtarget'(在该示例中为信号VRef')的端子327。优选地，信号VRef'是其值根据信号VRef和ΔI而变化的电压，例如，当电压ΔI的值增大时其值减小的电压。
根据一个实施例，电路CIRC包括被配置为基于值Vtarget'和电压Vbus的当前值来输送信号cmd的电路AMP2(例如，误差放大器)。换言之，电路AMP2被配置为基于表示值Vtarget'的信号(在该示例中为信号VRef')和表示电压Vbus的值的信号(在该示例中为信号V1)来输送信号cmd。电路AMP2包括：被配置为接收值Vtarget'(在该示例中被配置为接收信号VRef')的端子330、被配置为接收电压Vbus的值(在该示例中为信号V1)的端子331、以及被配置为输送信号cmd的端子332。优选地，信号cmd是其值根据信号VRef'和V1而变化的电压，例如，当电压VRef'的值减小而电压V1保持基本恒定时其值增大的电压。
基于上文中给出的功能指示，电路SENSOR、AMP1、MOD和AMP2、更一般而言电路CIRC的实现在本领域技术人员的能力范围内。
在接口214'中，电路CTRL还被配置为在电压Vbus下降到UVLO阈值以下之后的时间段内输送OVLO高阈值的值和UVLO低阈值的值的连续对。更具体地，电路CTRL被配置为在该该时间段内在两对连续输送的值之间修改OVLO和UVLO阈值的值。OVLO和UVLO阈值的的值这种修改基于信号comp1和comp2，并且实现为确定围绕电压Vbus的一对OVLO和UVLO阈值的值。然后，电路CTRL被配置为基于围绕电压Vbus的该对OVLO和UVLO阈值的值来确定电压Vbus的当前值。
根据一个实施例，当通过电路CTRL输送第一对OVLO和UVLO阈值的值时，在第一对之后输送的第二对OVLO和UVLO阈值的值被如下修改：
如果电压Vbus大于第一对中的OVLO阈值，则第二对中的UVLO和OVLO阈值的值相对于第一对中的UVLO和OVLO阈值的值增加；以及如果电压Vbus小于第一对中的UVLO阈值，则第二对中的UVLO和OVLO阈值的值相对于第一对中的UVLO和OVLO阈值的值减小。
根据一个实施例，当第一对中的OVLO和UVLO阈值的值围绕电压Vbus时，OVLO和UVLO阈值的值分别减小和增大。这使得可以获取电压Vbus的更准确的当前值。
根据一个实施例，在该时间段结束时，电路CTRL被配置为基于先前确定的电压Vbus的当前值来确定设定点值Vtarget'的当前值。作为示例，接口214'被配置为使得电压Vbus等于A*VRef'，A是包括转换器CONV和电路AMP2的环路的增益。在该示例中，电压Vbus的当前值的确定和增益A的知识使得能够导出信号VRef'的对应的当前值，从而能够导出值Vtarget'的对应的当前值。
根据一个实施例，在该时间段结束时，如果电压Vbus小于由经协商的电力确定或定义的UVLO阈值，则电路CTRL被配置为控制开关SW的断开。电路还被配置为然后输送连续的减小的值Vtarget，这些连续的值的范围从值Vtarget'的先前确定的当前值到值Vtarget的默认值。因此，值Vtarget取在先前确定的当前值Vtarget'与默认值Vtarget之间的多个连续的减小的中间值。
此处，由经协商的电力确定或定义的UVLO阈值是指由于电压Vbus下降到低于该UVLO阈值或换言之由电路CTRL输送并且具有与之比较以确定时间段是否应当开始的电压Vbus的UVLO阈值以下，在该时间段开始时由电路CTRL输送的UVLO阈值。
根据一个实施例，如图2所示，电路CTRL包括至少一个数字控制单元或数字控制电路FSM(例如，实现有限状态机的电路FSM)和至少一个数模转换器DAC，图2中示出了一个DAC电路。在该实施例中，电路FSM接收信号comp1和comp2并且输送信号以控制开关SW。此外，在该实施例中，电路FSM被配置为实现上述操作。更具体地，电路FSM被配置为控制DAC电路，使得DAC电路输送UVLO和OVLO阈值的不同值，即，图2的示例中的信号VUVLO和VOVLO。优选地，电路FSM还被配置为控制DAC电路，使得DAC电路还输送值Vtarget(即，图2的示例中的信号VRef)以及阈值Ith(即，电压VIth)。作为示例，第一电路DAC提供阈值Ith，即，电压VIth，第二电路DAC提供值Vtarget以及阈值UVLO和OVLO。更具体地，在本示例中，第二电路DAC提供表示值Vtarget的电压VRef，并且电压VUVLO和VOVLO等于电压VRef。电压V2和V3是通过分压桥从电压Vbus获取的，使得电压VRef与电压V2的比较等于电压Vbus与阈值UVLO的比较，并且电压VRef与电压V3的比较等于电压Vbus与阈值OVLO的比较。在这种情况下，可以理解，当以递归方式修改阈值UVLO和OVLO(即，电压VRef)以确定电压Vbus的值时，电压Vbus的当前值受到电流反馈回路的强制，这倾向于施加等于阈值Ith的电流I。因此，在电压Vbus的值的该搜索阶段，修改电压VRef以修改阈值UVLO和OVLO对电压Vbus的当前值没有影响。
优选地，当电路CTLR输送连续的减小的值Vtarget，其范围从第一值Vtarget1(例如，值Vtarget'的先前确定的当前值)到第二值Vtarget2(例如，值Vtarget的默认值)时，电路CTRL被配置为断开开关SW并且接通另一开关(未示出)。该另一开关的接通使得能够通过放电电阻器(未示出)将电压Vsrc以及因此电压Vbus放电到地GND。实际上，电压Vsrc对应于跨转换器CONV的输出电容器(未示出)的电压。因此，电压Vsrc以由放电电阻器的值Res和转换器CONV的输出电容器的值C所限制的速度进行放电。基于上述功能指示，尤其是基于等于值Res和C的乘积的时间常数来确定对应电压VRef的最大斜率以确定当值Vtarget从值Vtarget1逐渐变为值Vtarget2时误差放大器AMP2始终处于调节模式将在本领域技术人员的能力范围内。优选地，然后从时间常数R.C来确定电压VRef的斜率以避免绝对值在放电期间超过电压Vbus的斜率。
根据一个实施例，当电压VRef从表示值Vtarget1的值VRef1变为表示值Vtarget2的值VRef2时，电路FSM(例如，由周期T的时钟信号所定额)被配置为连续地输送给DAC电路，以向电压VRef输送与电压VRef的值VRef1相对应的二进制代码B1、多个二进制代码B、和与电压VRef的值VRef2相对应的二进制代码B2。更具体地，二进制代码B被输送，使得电压VRef的对应值减小。因此，信号VRef对应于在值VRef1和VRef2之间减小的电压斜坡、并且在此处，更具体地是阶梯式电压斜坡。优选地，电路CTRL在其时钟信号的每个周期T处更新二进制代码。优选地，电路CTRL连续地输送在代码B1和B2之间的所有二进制代码B。
作为示例，如图2所示，转换器CONV包括串联连接在其端子307和308之间的两个电阻器R1和R2，电阻器R1连接到端子307，电阻器R2连接到端子308。另外，在该示例中，转换器CONV包括晶体管T，例如，MOS(“金属氧化物半导体”)晶体管，例如，N沟道或NMOS晶体管，晶体管T与电阻器R2并联连接并且其控制端子(栅极)耦合、优选地连接到端子310。跨电阻R2的电压Vfb随后用作控制转换器CONV的电路(未示出)的电压。
在该示例中，当电压Vtarget以斜坡形式逐渐从值VRef1变化为值VRef2时，这使得能够避免误差放大器AMP2饱和。如果电压VRef已经全部或完全没有在值VRef1与值VRef2之间切换，则误差放大器AMP2将饱和，这将导致晶体管T的阻塞和电压Vfb上的过电压。电压Vfb上的这种过电压是不希望的，例如，因为电压Vfb随后可能会超过阈值，超过该阈值时转换器CONV就会进入配置阶段。
图3以框图形式示出了例如在图2的接口214'中例如由电路CTRL(例如，由电路CTRL的FSM电路)执行的方法的实施例。更具体地，图3以更详细的方式示出了在该时间段内执行的用于确定电压Vbus的当前值的方法的实施例。
在初始步骤500(框j＝0)，循环变量j被初始化，在该示例中被初始化为0，在该示例中，j是从0到M-1的整数。
下一步骤502(框Vbus＜UVLO)包括确定电压Vbus是否小于由经协商的电力确定的UVLO阈值。如果电压Vbus大于UVLO阈值(框502的分支N)，则该方法进行至步骤500，或者作为变型，重复步骤502。如果电压Vbus小于UVLO阈值(框502的Y分支)，则该方法进行至步骤504(框var＝UVLO)。
在步骤504，例如，存储在电路CTRL(图2)的未示出的寄存器中的变量var接收UVLO阈值的当前值，电压Vbus刚刚低于该UVLO阈值。
在下一值506处(框UVLO＝var-X％OVLO＝var+X％)，修改OVLO和UVLO阈值的值。更具体地，将OVLO阈值的值设置为变量var的值加上所确定的量，例如，等于变量var的值的X％，X例如等于10。对称地，将UVLO阈值的值设置为变量var的值减去所确定的量，例如，等于变量var的值的X％。
下一步骤508(框Temp/M)包括等待，直到经过了与时间段Temp的一部分相对应的时间段，时间段Temp的该部分等于例如Temp/M。一旦时间段Temp的该部分已经过去，则该方法进行到步骤510(框Vbus＜UVLO)。
步骤510包括确定电压Vbus是否小于UVLO阈值，UVLO阈值的值现在与由经协商的电力确定的值不同。如果电压Vbus小于UVLO阈值(框510的分支Y)，则该方法进行到步骤514(框var＝UVLO)。
在步骤514，用UVLO阈值的当前值更新变量var，此后该方法进行到步骤516(框j＝M-1？)。
步骤516包括验证循环变量j是否等于M-1，即，验证该时间段Temp是否已经过去。如果是(框516的分支Y)，则该方法在步骤518(框END)处结束。否则(框516的分支N)，当变量j递增1时，该方法进行到步骤520(框j++)，然后，当UVLO和OVLO阈值的该对值中的值更新时，执行方法执行步骤506。
再次参考步骤510，如果电压Vbus大于UVLO阈值(框510的分支N)，则该方法进行到步骤512(框Vbus＞OVLO)。
步骤512包括确定电压Vbus是否大于OVLO阈值，OVLO阈值的值现在与由经协商的电力确定的值不同。
如果电压Vbus大于OVLO阈值(框512的分支Y)，则该方法进行到步骤522(框var＝OVLO)。在步骤522，用OVLO阈值的当前值更新变量var，之后该方法进行至步骤516。
然而，如果电压Vbus小于OVLO阈值(框512的分支N)，则表示UVLO和OVLO阈值的一对当前值围绕电压Vbus。
然后，当变量var的值保持不变或换言之变量var的值被更新为其当前值时，该方法进行到步骤524(框var＝var)。该方法的执行然后进行到步骤516。作为变型，步骤524被省略，并且该方法直接进行到步骤516。
因此，只要循环变量j不等于M-1，并且只要UVLO和OVLO阈值不围绕电压Vbus，则在方法的回路的每次迭代中，UVLO和OVLO阈值的值被修改，或换言之，OVLO和UVLO阈值的值的两个连续对具有不同的UVLO和OVLO阈值。
选择整数M的值使得上述方法的执行导致获取围绕电压Vbus的UVLO和OVLO阈值的一对值将在本领域技术人员的能力范围内。例如，如果持续时间Temp为5ms，并且接口214'的响应时间为100μs，则整数M例如为50。
图4以框图形式示出了图3的方法的替代实施例。在此仅突出显示关于图3描述的实施例与关于图4描述的替代实施例之间的差异。
具体地，在该替代实施例中，当在步骤512(步骤512的分支N)处电压Vbus小于OVLO阈值时(例如，在步骤516之前，在可能的步骤524之后)，执行步骤600(框X＝X-Z)。该步骤600包括在步骤506处在UVLO阈值更新时修改从变量var中减去的确定量，并且在步骤506处在OVLO阈值更新时修改与变量var相加的确定量。例如，步骤600包括将值X减小量Z，该量Z例如等于1。
因此，一旦确定了围绕电压Vbus的UVLO和OVLO阈值的第一对值，就能够增加UVLO阈值的值并且减小UVLO和OVLO阈值的下一对值中的OVLO阈值的值。结果，围绕电压Vbus的UVLO和OVLO阈值之差减小，这使得能够以更好的精度确定电压Vbus的当前值。
图5以框图形式示出了图3的方法的另一替代实施例。在此仅突出显示关于图3描述的实施例与关于图5描述的替代实施例之间的差异。
具体地，在该变型中，如在关于图4描述的变型中，在方法的执行期间，修改、优选地减小在步骤506与变量var相加或从变量var中减去的确定量的值。然而，在该变型中，在方法的回路的给定迭代中执行对该确定量的每次修改。
在图5的示例中，在该方法的回路的第一迭代与第二迭代之间执行第一修改，并且在该方法的回路的第二迭代与第三迭代之间执行第二修改。
因此，在该示例中，当在步骤516处循环变量j不等于M-1时(框516的分支N)，该方法进行至步骤700(框j＝0？)，在此期间，验证变量j的值(在本示例中为零值)是否指示已经发生第一迭代并且随后将进行第二迭代。
如果是(框700的分支Y)，则该方法进行到步骤702(框X＝X1)，其中在步骤506处减小与变量var相加或从变量var中减去的确定量，例如，通过用较低值X1更新当前值X。在步骤702之后，该方法进行到类似于步骤700的步骤704(框j＝1？)。
但是，如果否(框700的分支N)，则该方法直接进行到步骤704。
在步骤704，验证变量j的值(在该示例中等于1)是否指示已经发生第二迭代并且将进行第三迭代。
如果是(框704的框Y)，则该方法进行到步骤706(框X＝X2)，其中在步骤506处与变量var相加或从变量var中减去的确定量被减小，例如，通过用较低值X2更新当前值X(然后等于X1)。在步骤702之后，在该示例中，该方法进行到步骤520。
然而，如果否(框704的分支N)，则在该示例中，该方法直接进行到步骤520。
这样的替代实施例使得能够在执行该方法期间减小UVLO阈值和OVLO阈值的值之差，例如，在该方法的每个第一迭代期间减小这些值之差以朝向围绕电压Vbus的UVLO和OVLO阈值的一对值更快地收敛。
图6以框图形式示出了图3的方法的另一替代实施例。在此仅突出显示参考图3描述的实施例与参考图6描述的替代实施例之间的差异。
在该变型中，当在步骤512处电压Vbus大于OVLO阈值时(框512的分支Y)，该方法进行到步骤800(框UVLO≥Vtarget)。步骤800包括验证在当前迭代期间使用的UVLO阈值是否大于由经协商的电力定义的值Vtarget。
如果是(框800的分支Y)，则该方法在步骤802处结束(框EXIT)。实际上，如果电压Vbus大于OVLO阈值的当前值，并且因此大于UVLO阈值的当前值，并且UVLO阈值的当前值进一步大于由经协商的电力定义的设定点值Vtarget，则表示电压Vbus大于值Vtarget。这表明电流I已经变得小于阈值It，因此电压Vbus已经变得大于其设定点值Vbus。现在，如果电压Vbus大于由经协商的电力定义的UVLO阈值，则开关SW将不会在时间段Temp结束时关闭，并且值Vtarget也不会在该时间段结束时被修改。因此，搜索电压Vbus的当前值不再有用。
但是，如果在步骤800，UVLO阈值的当前值大于定义值Vtarget，则该方法继续进行到步骤522。
以上已经参考图3至6描述了该实施例和该实施例的变型。例如，通过颠倒某些步骤的顺序，修改该实施例和这些变型在本领域技术人员的能力范围内。此外，将图4至6的两个变型组合成两个或将这三个变型组合在一起在本领域技术人员的能力范围内。
上文中已经描述了当由电压Vbus下降到低于UVLO阈值而引起值Vtarget的变化时，在等于值Vtarget'的当前值的第一值Vtarget1与等于值Vtarget的默认值的第二值Vtarget2之间逐渐改变值Vtarget的优点。
但是，在其他情况下，应当修改值Vtarget以使其从第一值Vtarget1转为第二值Vtarget2。在这些情况下，还需要接口214'(图2)(例如，其电路CTRL)输送值Vtarget的连续值，这些连续值在从值Vtarget1到值Vtarget2的范围内并且从值Vtarget1到值Vtarget2单调变化(或者，严格减少或严格增加)。
因此，根据一个实施例，接口214'(例如，其电路CTRL)被配置为输送值Vtarget的这些连续值。如前所述，这使得能够避免信号cmd的不希望的和不受控制的变化。实现接口214'的该附加功能将在本领域技术人员的能力范围内。
这种情况的示例发生在设备200(图1)应当输送给负载400(图1)的电力的重新协商阶段之后。在这种情况下，值Vtarget从由经协商的电力确定的第一值Vtarget1(即，设备200在重新协商之前应当输送给负载400的电力)转为由经重新协商的电力确定的第二值Vtarget2(即，设备200在重新协商之后意图输送给负载的电力)。根据一个实施例，接口214'(例如，其电路CTRL)输送值Vtarget的连续值，这些连续值从值Vtarget1到值Vtarget2单调变化。在这种情况下，电路CTRL直接知道由经协商的电力确定的值Vtarget1和由经重新协商的电力确定的值Vtarget2。然后确定值Vtarget'的当前值可能没有用。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，可以组合这些实施例的某些特征，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。
具体地，已经描述了电路CTRL输送表示UVLO阈值的信号VUVLO和表示OVLO阈值的信号VOVLO的示例。在该示例中，信号V2和V3可以相同，并且例如通过连接在端子307和308之间或在端子314和308之间或在端子312和313之间的同一分压桥来输送。在另一示例(未示出)中，电路CTRL被配置为输送表示两个UVLO和OVLO阈值的单个信号VVLO。在另一示例中，信号VVLO例如被输送给比较器Cp1和Cp2中的每个，并且例如表示由经协商的电力定义的值Vtarget。此外，信号V2和V3例如分别通过连接在端子307和308之间或在端子314和308之间或进一步在312和313之间的不同分压桥来获取。
最后，基于以上给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实现在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (20)

1.一种电源接口，包括：
第一端子，被配置为输送第一直流(DC)电压；
第一比较器，被配置为输送表示所述第一DC电压与高阈值的比较的第一信号；
第二比较器，被配置为输送表示所述第一DC电压与低阈值的比较的第二信号；以及
第一电路，被配置为：
在所述第一DC电压变得小于所述低阈值的第一值之后的第一时间段内，输送所述高阈值和所述低阈值的值的连续对；
基于所述第一信号和所述第二信号在两个连续对之间修改所述高阈值和所述低阈值的值，以确定围绕所述第一DC电压的所述高阈值和所述低阈值的一对值；以及
基于围绕所述第一DC电压的所述高阈值和所述低阈值的所述一对值来确定所述第一DC电压的当前值。
2.根据权利要求1所述的接口，还包括：
电压转换器，包括被配置为输送第二DC电压的第二端子；
电阻器和开关，串联在所述第二端子与所述第一端子之间；以及
第二电路，被配置为向所述电压转换器输送控制信号，使得所述第一DC电压等于第一设定点值。
3.根据权利要求2所述的接口，其中所述第一电路被配置为基于所述第一DC电压的所述当前值来确定所述第一设定点值的当前值。
4.根据权利要求2所述的接口，其中所述第二电路被配置为确定所述控制信号，使得当所述开关接通时：
当所述电阻器中的电流小于电流阈值时，所述第一设定点值等于第二设定点值；以及
当所述电流大于所述电流阈值时，所述第一设定点值小于所述第二设定点值，所述第一设定点值与所述第二设定点值之差基于所述电流与所述电流阈值之差被确定。
5.根据权利要求4所述的接口，其中所述第一电路被配置为基于所述第一DC电压的所述当前值来确定所述第一设定点值的当前值，并且其中当所述第一DC电压在所述第一时间段结束时小于所述低阈值的所述第一值时，所述第一电路被配置为控制所述开关的断开并且然后输送所述第二设定点值的连续值，所述连续值减小并且范围从所述第一设定点值的所述当前值到所述第二设定点值的默认值。
6.根据权利要求1所述的接口，被配置为当负载被连接到所述接口时，通过实现通用串行总线电力输送(USB-PD)技术来协商要输送给所述负载的电源电力。
7.根据权利要求4所述的接口，其中所述接口被配置为当负载被连接到所述接口时协商要输送给所述负载的电源电力，并且其中当要输送的电源电力被重新协商时，所述第一电路被配置为输送在由经协商的电源电力确定的所述第二设定点值的值与由经重新协商的电源电力确定的所述第二设定点值的值之间单调变化的所述第二设定点值的连续值。
8.根据权利要求4所述的接口，其中所述接口被配置为当负载被连接到所述接口时协商要输送给所述负载的电源电力，并且其中当所述开关接通并且要输送的电源电力已经被协商时，所述第二设定点值由经协商的电源电力确定。
9.根据权利要求1所述的接口，其中所述第一电路包括至少一个数模转换器和一个数字控制单元，所述一个数字控制单元被配置为控制所述至少一个数模转换器，使得所述至少一个数模转换器输送所述高阈值和所述低阈值的值。
10.根据权利要求4所述的接口，其中所述第一电路包括至少一个数模转换器和一个数字控制单元，所述一个数字控制单元被配置为控制所述至少一个数模转换器，使得所述至少一个数模转换器输送所述高阈值和所述低阈值的所述值，并且其中所述数字控制单元还被配置为控制所述至少一个数模转换器，使得所述至少一个数模转换器输送所述第二设定点值的所述值。
11.一种在电源接口中实现的方法，所述方法包括：
在所述接口的第一端子上输送第一直流(DC)电压；
通过所述接口的第一比较器输送表示所述第一DC电压与高阈值的比较的第一信号；
通过所述接口的第二比较器输送表示所述第一DC电压与低阈值的比较的第二信号；
通过所述接口的第一电路基于所述第二信号来检测所述第一DC电压变得小于所述低阈值的第一值；
通过所述第一电路在所述检测之后的第一时间段内输送所述高阈值和所述低阈值的值的连续对；
通过所述第一电路基于所述第一信号和所述第二信号在两个连续对之间修改所述高阈值和所述低阈值的所述值，以确定围绕所述第一DC电压的所述高阈值和所述低阈值的一对值；以及
通过所述第一电路基于围绕所述第一DC电压的所述高阈值和所述低阈值的所述一对值来确定所述第一DC电压的当前值。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
通过所述接口的电压转换器在所述电压转换器的第二端子上输送第二DC电压，所述电压转换器的第二端子通过串联的电阻器和开关耦合到所述第一端子；以及
通过所述接口的第二电路向所述电压转换器输送控制信号，使得所述第一DC电压等于第一设定点值。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：通过所述第一电路基于所述第一DC电压的所述当前值来确定所述第一设定点值的当前值。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述开关接通，并且所述第二电路确定所述控制信号使得：
响应于所述电阻器中的电流小于电流阈值，所述第一设定点值等于第二设定点值；或者
响应于所述电流大于所述电流阈值，所述第一设定点值小于所述第二设定点值，所述第一设定点值与所述第二设定点值之差是由所述电流与所述电流阈值之差确定的。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过所述第一电路基于所述第一DC电压的所述当前值来确定所述第一设定点值的当前值；以及
响应于所述第一DC电压在所述第一时间段结束时小于所述低阈值的所述第一值，通过所述第一电路控制所述开关的断开并且输送所述第二设定点值的连续值，所述连续值减小并且范围从所述第一设定点值的所述当前值到所述第二设定点值的默认值。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：当负载被连接到所述接口时，响应于所述负载被连接到所述接口，通过实现通用串行总线电力输送(USB-PD)技术来协商要输送给所述负载的电源电力。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
响应于负载被连接到所述接口，协商要输送给所述负载的电源电力；以及
响应于要输送的电源电力被重新协商，通过所述第一电路输送在由经协商的电源电力确定的所述第二设定点值的值与由经重新协商的电源电力确定的所述第二设定点值的值之间单调变化的所述第二设定点值的连续值。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：
响应于负载被连接到所述接口，协商要输送给所述负载的电源电力；以及
响应于所述开关接通并且要输送的电源电力已经被协商，由经协商的电源电力确定所述第二设定点值。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括通过所述第一电路的数字控制单元控制至少一个数模转换器输送所述高阈值和所述低阈值的值。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过所述第一电路的数字控制单元控制至少一个数模转换器输送所述高阈值和所述低阈值的值；以及
通过所述数字控制单元控制所述至少一个数模转换器输送所述第二设定点值的值。
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