利用通用高功率輸入源進(jìn)行快速電池充電的方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及電子裝置，且特定地說涉及利用通用高功率輸入源進(jìn)行快速電池充電的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]許多便攜式裝置(例如膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、移動電話及MP3播放器)上找到通用串行總線(USB)端口，且還在桌上型計(jì)算機(jī)及汽車儀表盤控制臺上提供通用串行總線(USB)端口以提供用于裝置之間的串行通信的互連。USB標(biāo)準(zhǔn)提供充電能力，通過充電能力，移動電話或其它便攜式裝置可使用通過USB電纜提供到所述裝置的功率來操作。USB系統(tǒng)的此功率特征還有利地允許使用從經(jīng)連接USB順應(yīng)裝置提供的功率來對電池供電裝置充電。舉例來說，專用充電設(shè)備在多個USB端口下可用于對各種便攜式裝置充電，即使充電設(shè)備與所述裝置之間不需要串行通信。隨著便攜式裝置功能的擴(kuò)展且隨著客戶對充電之間的操作時間的預(yù)期的增長，已增強(qiáng)裝置電池容量，但是此也增加了將電子裝置的電池充滿電的時間。更快充電可通過增加充電器效率及/或輸出功率級而實(shí)現(xiàn)。舉例來說，切換電源架構(gòu)(例如同步切換降壓轉(zhuǎn)換器)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的高效率，因此增加充電器功率級是減少便攜式電子裝置的充電時間的主要手段。然而，適當(dāng)?shù)难b置操作要求充電源及充電裝置的功率級之間正確匹配。
[0003]已開發(fā)出專有適配器，其通常提供固定電壓電平作為充電源，用于指定便攜式裝置的快速充電需求。然而，由專有適配器提供的固定電壓不一定適用于對某些裝置充電。因此，此途徑通常需要專有機(jī)械及/或電接口來保證只可對目標(biāo)便攜式設(shè)備充電，借此妨礙普遍使用。因此，對于快速電池充電，持續(xù)存在的問題是如何將高的輸入功率提供到裝置并同時維持通用充電能力。USB適配器是用于便攜式電池供電電子裝置(例如智能電話及平板計(jì)算機(jī))的最常見通用電源，其中USB電池充電標(biāo)準(zhǔn)允許不同的便攜式裝置共享相同電源。提供用于在5V的標(biāo)稱電壓電平下利用被限于1A的充電電流及后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)修訂(例如USB 3.0及3.1)進(jìn)行充電的原始USB實(shí)施方案提供了較高電平的更快充電，所述較高電平適應(yīng)高達(dá)100W充電。然而，USB充電源或充電適配器及充電裝置之間的失配可妨礙適當(dāng)裝置操作及/或妨礙最小化充電時間的能力。USB-H)標(biāo)準(zhǔn)提供通信接口，其中所述裝置調(diào)制VBUS電力線上的高頻信號以允許與USB適配器通信，但是此途徑需要濾波器電路來解調(diào)控制信號且限制移動電話的利用率及其它成本敏感應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在所描述的實(shí)例中，檢測到電壓適配器經(jīng)由USB電纜連接到電子裝置。非零預(yù)定電流選擇性地流出或汲入到第一數(shù)據(jù)信號導(dǎo)體及第二數(shù)據(jù)信號導(dǎo)體中的一者或從所述一者流出或汲入，同時將非零電壓提供到所述第一及第二數(shù)據(jù)信號導(dǎo)體中的另一者以配置所述電壓適配器以經(jīng)由第一及第二功率導(dǎo)體將高于標(biāo)稱電壓電平的特定電壓電平的充電功率提供到所述電子裝置。所述電壓適配器選擇性地將所述充電功率調(diào)整到第二特定電壓電平及默認(rèn)電壓電平中的一者。所述電壓適配器響應(yīng)于所述電壓適配器從所述電子裝置斷開而自動地將所述充電功率調(diào)整到所述默認(rèn)電壓電平。
【附圖說明】
[0005]圖1是實(shí)例USB充電系統(tǒng)的示意圖，所述USB充電系統(tǒng)包含使用USB電纜連接到高電壓適配器或充電設(shè)備的電子裝置，其中所述裝置包含高電壓充電器，所述充電器具有用于通過USB電纜數(shù)據(jù)信號導(dǎo)體上的信令配置經(jīng)連接適配器的發(fā)射電路。
[0006]圖2是用于經(jīng)由USB電纜連接對電子裝置充電的方法的流程圖。
[0007]圖3是發(fā)射電路的第一實(shí)施例的示意圖，所述發(fā)射電路包含電流電路及具有高電壓適配器中的高電壓從控制器的電壓源，所述高電壓適配器包含用于配置的移除檢測器電路及選擇電路以及以選定高電壓輸出電平操作的適配器電源。
[0008]圖4是發(fā)射電路的第二實(shí)施例的示意圖，所述發(fā)射電路包含電子裝置中的電流電路及電壓源用于配置經(jīng)連接高電壓適配器。
[0009]圖5是電子裝置的第三實(shí)施例的示意圖，所述電子電路包含發(fā)射電路，其具有用于選擇性互連電流電路及電壓源與USB電纜數(shù)據(jù)信號導(dǎo)體中的特定者的切換電路。
[0010]圖6是高電壓適配器的第三實(shí)施例的示意圖，所述高電壓適配器包含高電壓從控制器，其具有移除檢測電路及選擇電路，所述電路用于將信號提供到配置電路以將適配器電源設(shè)置為四個不同的可配置輸出電壓電平中的一者。
[0011]圖7是另一USB充電系統(tǒng)的示意圖，其中所述裝置及經(jīng)連接HV適配器各自包含收發(fā)器電路以提供雙向通信用于交換USB電纜的第一及第二數(shù)據(jù)信號導(dǎo)體上的數(shù)據(jù)以促進(jìn)電子裝置的快速充電。
[0012]圖8是用于USB充電的另一方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]參考圖1，USB充電系統(tǒng)100包含經(jīng)由USB電纜130連接的電子裝置110及高電壓USB充電器設(shè)備或USB高電壓(HV)適配器140，其用于使用經(jīng)由USB電纜130從適配器140傳遞的功率來對裝置110供電或充電。裝置110可為具有負(fù)載118的任何電子裝置(例如膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)或移動電話)，其可經(jīng)由USB電纜130從適配器140接收電功率。適配器140可為專用充電裝置、桌上型計(jì)算機(jī)或具有電源142及USB連接器170的任何其它裝置，所述USB連接器170用于經(jīng)由USB電纜130將電功率提供到經(jīng)連接裝置110。電子裝置110包含USB連接器120、負(fù)載118、具有發(fā)射電路116的高電壓充電器112及具有相關(guān)聯(lián)的電子存儲器(未展示)的處理器119。
[0014]裝置USB連接器120適合于接收USB電纜130的連接器132(例如插頭或插座)且提供導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122、124、126及128用于分別電連接到電纜130的0?、01￥81^及6_導(dǎo)體。舉例來說，當(dāng)電纜插頭132被安裝在裝置連接器120中時，連接器120提供第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122及第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)124用于將裝置110的各種組件與USB電纜130的數(shù)據(jù)信號導(dǎo)體DP(例如D+)及DN(例如D-)電連接，且提供導(dǎo)電結(jié)構(gòu)126及128用于將負(fù)載118連接到標(biāo)準(zhǔn)USB電纜130的功率導(dǎo)體VBUS及GND。連接器120可為經(jīng)配置以介接標(biāo)準(zhǔn)USB電纜130的任何適當(dāng)連接器，例如具有根據(jù)相關(guān)USB標(biāo)準(zhǔn)的任何適當(dāng)數(shù)目的連接的A型或B型USB電纜插頭或插座，其中連接器120的某些實(shí)施例可容納四個以上連接，且可經(jīng)調(diào)適以接收或介接公連接器132(插頭)或母連接器(插座)。電子裝置110的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122、124、126及128可在某些實(shí)施例中實(shí)施為連接器插腳或套接口，其被焊接到電連接于HV充電器112與連接器120之間的導(dǎo)電電路板跡線。
[0015]裝置負(fù)載118與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)126及128耦合，其中負(fù)載118可為用于操作裝置110的各種電路的電源、可充電電池系統(tǒng)或各個實(shí)施例中的其它電負(fù)載。電功率從HV適配器140的電源142到負(fù)載118的一般施加在本文中稱為“充電”，而與功率是用于對電池充電還是由負(fù)載118以其它方式消耗于裝置110的操作或其兩者無關(guān)。此外，在實(shí)例實(shí)施例中，負(fù)載118用于根據(jù)常規(guī)USB標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)由導(dǎo)電結(jié)構(gòu)126及128接收標(biāo)稱電壓電平5V或一或多個較高電壓電平(例如各個實(shí)施例中的9V、12V及/或20V)的電功率。如先前討論，負(fù)載118的此高電壓充電有利地促進(jìn)電池供電電子裝置110的快速再充電。此外，裝置110的某些實(shí)施例可限制被施加于負(fù)載118的適當(dāng)電壓電平，其中所揭示充電技術(shù)及設(shè)備促進(jìn)經(jīng)連接HV適配器140及特定電子裝置110的充電能力之間的適當(dāng)匹配。
[0016]如圖1中所展示，在某些實(shí)施例中，裝置處理器119經(jīng)由任選開關(guān)S與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122及124選擇性地耦合用于與經(jīng)連接適配器140通信，且處理器119操作地與如下文進(jìn)一步描述的HV充電器112的一或多個組件耦合。在各個實(shí)施例中，處理器119可為任何適當(dāng)?shù)哪M及/或數(shù)字電路，且可為可編程的，包含一或多個處理器組件及具有相關(guān)聯(lián)的電子存儲器(未展示)的可編程邏輯。
[0017]圖1中的充電器112包含具有發(fā)射電路116的HV主控制器114，所述發(fā)射電路116與USB連接器120的第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)122及第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)124耦合。HV主裝置114可被實(shí)施于裝置110的高電壓充電器112中，但是其它實(shí)施例是可能的，其中HV主裝置114及發(fā)射電路116被實(shí)施于可使用USB電纜130連接到HV適配器114的中間充電控制器中，其中一或多個電子裝置110及相關(guān)聯(lián)的負(fù)載118通過適當(dāng)手段(例如包含另一 USB電纜)連接到HV主裝置114。
[0018]發(fā)射電路116以多種發(fā)射器狀態(tài)操作以控制數(shù)據(jù)信號導(dǎo)體DP及DN的電條件以促進(jìn)在某些實(shí)施例中在處理器119的控制下以自動方式配置經(jīng)連接HV適配器140及其電源142。舉例來說，處理器119在某些實(shí)施例中經(jīng)配置以執(zhí)行初級及次級檢測及高電壓檢測功能以識別經(jīng)連接HV適配器140且配置適配器140以可由負(fù)載118適應(yīng)的電平的電壓電平或低于可由負(fù)載118適應(yīng)的電平的電壓電平進(jìn)行快速充電。在特定實(shí)施例中，處理器119經(jīng)編程以選擇性地將發(fā)射電路116置于第一發(fā)射器狀態(tài)中以禁用發(fā)射電路116，借此指令或配置適配器140以提供標(biāo)稱USB電壓電平5V的電功率，或選擇性地將發(fā)射電路116置于第二狀態(tài)中以指令適配器140經(jīng)由USB電纜130將高電壓電平(例如特定實(shí)施例中的9V、12V或20V)的電功率提供到電子裝置110。舉例來說，在實(shí)例實(shí)施方案中，內(nèi)部集成電路(I2C)總線連接被提供在處理器119與HV充電器電路112之間用于如下文進(jìn)一步描述的發(fā)射電路116的狀態(tài)的處理器控制。
[0019]圖1中的HV適配器140提供USB充電器設(shè)備，其具有包含移除檢測電路152及選擇電路154的高電壓從控制器或電路150及如所展示的配置電路160及電源142。在操作中，電源142轉(zhuǎn)換來自外部AC源144的功率以提供跨USB電纜130的VBUS及GND導(dǎo)體的受控DC電壓用于對經(jīng)連接電子裝置110充電。適配器連接器170經(jīng)調(diào)適以接收