CN114509964A - 用于连接器的电源管理控制方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

用于连接器的电源管理控制方法
技术领域
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
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。
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。
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。
发明内容
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
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。
图2显示供电端控制器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。
图4显示受电端控制器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。
具体实施方式
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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VCC，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。
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。
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VCC，分别记录了原始电压VCCO与当下电压VCCL。原始电压VCCO对应的是受电端64大约为无载时的电压VCC，而当下电压VCCL对应的是受电端64正在汲取总线电流IBUS时的电压VCCL。当下电压VCCL与原始电压VCCO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。
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。
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VCC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VCC。因此，供电端控制器18只要检测CC1/2通信引脚36S上的电压VCC下降，就可以得知受电端64已经电连接到连接器24。
供电端控制器18记录CC1/2通信引脚36S上的电压VCC，作为原始电压VCCO(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VCC与总线电流IBUS的值IBUS，具有以下的公式(I)的关系。
VCC＝IP*RD+IBUS*RGND_CB…(I)
其中，IP为电流源IP所提供的电流，RD为下拉电阻RD的电阻值，RGND_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VCCO大约等于IP*RD。
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)。
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。
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。
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VCC，作为当下电压VCCL(步骤110)。假定当下总线电流IBUS的值为IBUS_PT，依据公式(1)，当下电压VCCL大约等于IP*RD+IBUS_PT*RGND_CB。
依据以上分析，当下电压VCCL与原始电压VCCO的差Delta，大约等于IBUS_PT*RGND_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。
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。
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。
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。
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IBUS_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IBUS_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。
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IBUS_PT)，可以推算得到电阻RGND_CB的等效电阻值RGND_CB。如果等效电阻值RGND_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。
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VH_O与VH_L。电压VH_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VH_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VH_O与VH_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。
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。
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。
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VH_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IBUS，具有以下的公式(II)的关系。
VH＝1.2V-IBUS*RGND_CB…(II)
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VH_O大约等于1.2V。
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)。
受电端控制器20检测总线电流IBUS，得知值IBUS(步骤208)。
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VH_L(步骤210)。此时，VH_L大约等于1.2V-IBUS*RGND_CB。
受电端控制器20依据电压VH_L与VH_O、与总线电流IBUS的值IBUS，来判断GND电源线32的质量(步骤212)。依据以上分析，电压VH_L与VH_O之间的差，大约等于IBUS_PT*RGND_CB，大约就是GND电源线32当下的跨压。这个差除以IBUS，就可以得到GND电源线32的等效电阻值RGND_CB。
如果等效电阻值RGND_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RGND_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。
如果等效电阻值RGND_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。
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VCC，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。
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。
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。
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。
[符号说明]
18 供电端控制器
20 受电端控制器
22 电源开关
24、26 连接器
28 VBUS电源线
30 CC线
32 GND电源线
34D、34S、 VBUS电源引脚
36D、36S CC1/2通信引脚
38D、38S GND电源引脚
40 电源供应器
44 驱动器
60 供电端
62 USB缆线
64 受电端
100、200 电源管理控制方法
102、104、105、106、108、110、112、114、116、202、204、206、208、
210、212、214 步骤
IBUS 总线电流
IP 电流源
RBUS_CB、RGND_CB 电阻
V+、VCC、VH 电压
VCCL 当下电压
VCCO 原始电压
VH_O、VH_L 电压。

Claims (10)

1.一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。
2.如权利要求1所述的电源管理控制方法，其中，该连接控制器为一供电端控制器(source controller)，该通信引脚电连接至一电流源，该原始电压被记录于该总线电源尚未接通至该电源引脚时。
3.如权利要求2所述的电源管理控制方法，包括：
依据该当下电压与该原始电压之间的该差，来调整一电源供应器的一目标电压，其中，该电源供电给该总线电源。
4.如权利要求2所述的电源管理控制方法，包括：
当该差超过一预设值时，停止由该电源引脚提供该总线电源。
5.如权利要求1所述的电源管理控制方法，包括：
通过该通信引脚，判断该连接器是否电连接至另一连接器。
6.如权利要求1所述的电源管理控制方法，包括：
通过该通信引脚，与另一连接控制器进行电源传输通信。
7.如权利要求1所述的电源管理控制方法，其中，该连接控制器为一受电端控制器(sink controller)，该原始电压与该当下电压均对应于另一连接控制器通过该通信接脚传来的一预设逻辑值。
8.如权利要求7所述的电源管理控制方法，包括：
检测该总线电源供应给该电源引脚的一总线电流；以及
依据该差与该总线电流，来管理或使用该总线电源。
9.如权利要求1所述的电源管理控制方法，其中，该连接控制器为一受电端控制器(sink controller)，且该通信引脚通过一下拉电阻，电连接至一受电端接地线。
10.如权利要求1所述的电源管理控制方法，包括：
通过该通信引脚，传送双向标记码，给另一连接控制器，以进行电源传输通信。
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