CN103515998A - 通用充电侦测器与通用充电侦测方法 - Google Patents

Abstract

一种通用充电侦测器与通用充电侦测方法在此揭露，其中的通用充电侦测器适用于充电装置，充电装置用以经由通用串行总线连接至少一电子装置，通用充电侦测器包括电压输出单元、电流感测单元、电流位准侦测器与状态机。电压输出单元电性连接通用串行总线，电流感测单元用以将充电装置对于通用串行总线的输出电流转换成一感测电压；电流位准侦测器用以根据感测电压的位准，输出一侦测信号；状态机用以根据侦测信号的位准，令电压输出单元去调整通用串行总线的第一、第二数据信号端之间的电压。

Description

通用充电侦测器与通用充电侦测方法

技术领域

本发明是有关于一种充电器，且特别是有关于一种通用充电侦测器与通用充电侦测方法。

背景技术

充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于手机、相机等等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。

然而，现今在使用USB接头的充电器，各厂有不同规范，互不相容，造成硬体充电种类繁多，使得USB充电器需求繁杂。

由此可见，上述现有的充电机制，显然仍存在不便与缺陷，而有待加以进一步改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方式被发展完成。因此，如何能更实现通用充电器功能，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。

发明内容

因此，本发明的一方面是在提供一种通用充电侦测器与通用充电侦测方法，用以解决先前技术的问题。

依据本发明一实施例，通用充电侦测器适用于充电装置，充电装置用以经由通用串行总线（USB）连接至少一电子装置，通用充电侦测器包括电压输出单元、电流感测单元、电流位准侦测器与状态机。电压输出单元电性连接通用串行总线，电流感测单元用以将充电装置对于通用串行总线的输出电流转换成一感测电压；电流位准侦测器用以根据感测电压的位准，输出一侦测信号；状态机用以根据侦测信号的位准，令电压输出单元去调整通用串行总线的第一、第二数据信号端（即，D+、D-）之间的电压。

电流位准侦测器包括比较单元。比较单元用以比较感测电压与一参考电压，其中当感测电压高于参考电压，侦测信号为一逻辑高位准；当感测电压低于参考电压，侦测信号为一逻辑低位准。

状态机可预载多个不同的电压状态。当侦测信号为逻辑低位准时，状态机周期性地轮流选用这些电压状态，令电压输出单元逐一依据这些电压状态以设定第一、第二数据信号端之间的电压。

当状态机选用这些电压状态中的一者，使得侦测信号为逻辑高位准时，状态机锁定在该者的电压状态，令电压输出单元根据该者的电压状态以固定第一、第二数据信号端之间的电压。

当侦测信号维持在逻辑高位准超过一预定时间时，状态机才锁定在该者的电压状态。

依据本发明另一实施例，一种通用充电侦测方法，适用于一充电装置，充电装置用以经由通用串行总线连接至少一电子装置，通用充电侦测方法包括下列步骤：（a）将充电装置对于通用串行总线的输出电流Io转换成一感测电压，其中通用串行总线具有第一数据信号端与第二数据信号端；（b）根据感测电压的位准，输出侦测信号Det；（c）根据侦测信号的位准，调整第一数据信号端、第二数据信号端之间的电压。

步骤（b）包括：比较感测电压与一参考电压，以输出侦测信号，其中当感测电压高于参考电压，侦测信号为一逻辑高位准；当感测电压低于参考电压，侦测信号为一逻辑低位准。

步骤（c）包括：当侦测信号为逻辑低位准时，周期性地轮流选用不同的电压状态，以逐一依据这些电压状态以调整第一、第二数据信号端之间的电压。

步骤（c）还包括：当选用这些电压状态中的一者，使得侦测信号为逻辑高位准时，锁定在该者的电压状态，以根据该者的电压状态以固定第一、第二数据信号端之间的电压。

再者，于步骤（c）中，当侦测信号维持在逻辑高位准超过一预定时间时，才锁定在该者的电压状态。

综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1.本发明的通用充电侦测器与通用充电侦测方法，可依各充电规范定义的电子装置，作适当的充电模式判断，自动适应充电规范需要，可实现通用充电器功能；以及

2.通过调整USB的第一、第二数据信号端（即，D+、D-）之间的电压，以符合各厂牌电子装置的规范。

以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是依照本发明一实施例的一种充电装置连接电子装置的示意图；

图2是依照本发明一实施例的一种通用充电侦测器的方块图；

图3是依照本发明一实施例的一种电流位准侦测器的示意图；

图4是依照本发明一实施例的一种状态机在运作时的示意图；以及

图5是依照本发明一实施例的一种电压输出单元的等效电路图。

【主要元件符号说明】

100：充电装置              110：通用串行总线

120：电子装置              200：通用充电侦测器

210：电流感测单元          220：电流位准侦测器

221：比较单元              230：状态机

231～233：电压状态         240：电压输出单元

D+：第一数据信号端         D-：第二数据信号端

Det：侦测信号              GND：接地端

Io：输出电流               PWR：电源端

Vcs：感测电压

具体实施方式

为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。

于实施方式与权利要求书中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或多个。

本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”是用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。于实施方式中若无特别说明，则代表以“约”、“大约”或“大致”所修饰的数值的误差范围一般是容许在百分之二十以内，较佳地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分之五以内。

图1是依照本发明一实施例的一种充电装置100连接电子装置120的示意图。如图1所示，充电装置100经由通用串行总线（USB）110连接电子装置120。一般而言，通用串行总线110具有电源端PWR、接地端GND、第一数据信号端D+与第二数据信号端D-，在设计上，第一数据信号端D+、第二数据信号端D-是用来传输数据，电源端与接地端用来传输电力。然，在充电时，第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压必须符合电子装置120的充电规范，否则充电装置100能施予通用串行总线110的输出电流极低。

由于各厂牌电子装置120的充电规范不尽相同，因此本发明的目的是提出一种通用充电侦测器，其可适用于充电装置100，或是广泛地运用在相关的技术环节。值得注意的是，本发明的通用充电侦测器可依各充电规范定义的电子装置120，作适当的充电模式判断，自动适应充电规范需要，可实现通用充电器功能。以下将搭配图2～图5来说明通用充电侦测器的具体实施方式。

图2是依照本发明一实施例的一种通用充电侦测器200的方块图。如图2所示，通用充电侦测器200包括电流感测单元210、电流位准侦测器220、状态机230与电压输出单元240。在结构上，电流感测单元210电性连接电流位准侦测器220，电流位准侦测器220电性连接状态机230，状态机230电性连接电压输出单元240，电压输出单元240电性连接如图1的通用串行总线110。

电流感测单元210用以将充电装置100对于通用串行总线110的输出电流Io转换成感测电压Vcs。若第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压不符电子装置120的充电规范，则输出电流Io极低，感测电压Vcs的位准也偏低；相反地，若第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压符合电子装置120的充电规范，则输出电流Io较高，感测电压Vcs的位准较高。

电流位准侦测器220用以根据感测电压Vcs的位准，输出侦测信号Det。状态机230用以根据侦测信号Det的位准，令电压输出单元240去调整通用串行总线110的第一、第二数据信号端（D+、D-）之间的电压，借以使第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压符合电子装置120的充电规范，实现通用充电器功能。

为了对上述的电流位准侦测器220作更具体的阐述，请参照图3，图3是依照本发明一实施例的一种电流位准侦测器的示意图。如图3所示，电流位准侦测器220包括比较单元221。比较单元221用以比较感测电压Vcs与参考电压Vref，以输出侦测信号Det。当感测电压Vcs高于参考电压Vref，侦测信号Det为逻辑高位准（即，“1”），代表目前第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压已符合电子装置120的充电规范；当感测电压Vcs低于参考电压Vref，侦测信号为逻辑低位准（即，“0”），代表目前第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压不符合电子装置120的充电规范，其中“参考电压Vref”可由设计人员视实际应用来设定其具体数值。

接下来，请参照图4，图4是依照本发明一实施例的一种状态机在运作时的示意图。如图4所示，状态机230可预载多个不同的电压状态231、232、233，以对应不同厂牌电子装置120的充电规范。当侦测信号Det为逻辑低位准时，代表目前第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压仍不符合电子装置120的充电规范，状态机230周期性地轮流选用这些电压状态231、232、233，令电压输出单元240逐一依据这些电压状态以设定第一、第二数据信号端（D+、D-）之间的电压，直到第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压符合电子装置120的充电规范为止。

当状态机230选到这些电压状态231、232、233中的某一者，使得侦测信号Det为逻辑高位准时，代表目前第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压已符合电子装置120的充电规范，因此状态机锁230定在该者的电压状态，令电压输出单元240根据该者的电压状态以固定第一、第二数据信号端（D+、D-）之间的电压。借此，充电器100得以顺利为电子装置120充电。

于一实施例中，当侦测信号Det需维持在逻辑高位准超过一预定时间时，状态机230才锁定在该者的电压状态，借以避免杂讯、突波的干扰而造成误判。实作上，可由状态机230内部或外部的计时器来计算时间，至于“预定时间”的长短可由设计人员视实际应用来设定。

图5是依照本发明一实施例的一种电压输出单元240的等效电路图。通过调整USB的第一、第二数据信号端（D+、D-）之间的电压，得以符合各厂牌电子装置的规范。

如上所述的电流位准侦测器220、状态机230与电压输出单元240等元件，其具体实施方式可为软件、硬件与/或轫体。举例来说，若以执行速度及精确性为首要考量，则这些单元基本上可选用硬件与/或轫体为主；若以设计弹性为首要考量，则这些单元基本上可选用软体为主；或者，这些单元可同时采用软件、硬件及轫体协同作业。应了解到，以上所举的这些例子并没有所谓孰优孰劣之分，亦并非用以限制本发明，熟悉此项技艺者当视当时需要，弹性选择该等元件的具体实施方式。

如上所述的的电流位准侦测器220、状态机230与电压输出单元240等元件，是依据其所执行的功能予以命名，仅为了让本案的技术更加明显易懂，并非限定元件的数量以及硬体配置。将多个元件予以整合成同一元件或分拆成更多个元件，或者将一元件的功能更换到另一元件中执行，皆仍属于本发明的实施方式。

本发明的另一目的是提出一种通用充电侦测器的充电侦测方法，其可适用于充电装置100，充电装置100用以经由通用串行总线110连接至少一电子装置120，通用充电侦测方法包括下列步骤：（a）将充电装置100对于通用串行总线110的输出电流Io转换成一感测电压Vcs，其中通用串行总线110具有第一数据信号端D+与第二数据信号端D-；（b）根据感测电压Vcs的位准，输出侦测信号Det；（c）根据侦测信号Det的位准，调整第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压，借以使第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压符合电子装置120的充电规范，实现通用充电器功能。

应了解到，在本实施例中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。至于实施这些步骤的硬体装置，由于以上实施例已具体揭露，因此不再重复赘述。

步骤（b）包括：比较感测电压Vcs与参考电压Vref，以输出侦测信号Det，其中当感测电压Vcs高于参考电压Vref，侦测信号Det为逻辑高位准（“1”）；当感测电压高于参考电压，侦测信号Det为逻辑低位准（“0”）。

步骤（c）包括：当侦测信号Det为逻辑低位准时，周期性地轮流选用不同的电压状态231～233，以逐一依据这些电压状态以设定第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压。

步骤（c）还包括：当选用这些电压状态231～233中的一者，使得侦测信号Det为逻辑高位准时，锁定在该者的电压状态，以根据该者的电压状态以固定第一数据信号端D+、第二数据信号端D-之间的电压。借此，充电器100得以顺利为电子装置120充电。

再者，于步骤（c）中，当侦测信号Det维持在逻辑高位准超过一预定时间时，才锁定在该者的电压状态，借以避免杂讯、突波的干扰而造成误判。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种通用充电侦测器，其特征在于，适用于一充电装置，该充电装置用以经由一通用串行总线连接至少一电子装置，该通用充电侦测器包含：

一电压输出单元，电性连接该通用串行总线，该通用串行总线具有一第一数据信号端与一第二数据信号端；

一电流感测单元，用以将该充电装置对于该通用串行总线的输出电流转换成一感测电压；

一电流位准侦测器，用以根据该感测电压的位准，输出一侦测信号；

一状态机，用以根据该侦测信号的位准，令该电压输出单元去调整该第一、第二数据信号端之间的电压。

2.根据权利要求1所述的通用充电侦测器，其特征在于，该电流位准侦测器包含：

一比较单元，用以比较该感测电压与一参考电压，其中当该感测电压高于该参考电压，该侦测信号为一逻辑高位准；当该感测电压低于该参考电压，该侦测信号为一逻辑低位准。

3.根据权利要求2所述的通用充电侦测器，其特征在于，该状态机预载多个不同的电压状态；当该侦测信号为该逻辑低位准时，该状态机周期性地轮流选用所述多个电压状态，令该电压输出单元逐一依据所述多个电压状态以设定该第一、第二数据信号端之间的电压。

4.根据权利要求3所述的通用充电侦测器，其特征在于，当状态机选用所述多个电压状态中的一者，使得该侦测信号为该逻辑高位准时，该状态机锁定在该者的电压状态，令该电压输出单元根据该者的电压状态以固定该第一、第二数据信号端之间的电压。

5.根据权利要求4所述的通用充电侦测器，其特征在于，当该侦测信号维持在该逻辑高位准超过一预定时间时，该状态机才锁定在该者的电压状态。

6.一种通用充电侦测方法，其特征在于，适用于一充电装置，该充电装置用以经由一通用串行总线连接至少一电子装置，该通用充电侦测方法包含：

（a）将该充电装置对于该通用串行总线的输出电流转换成一感测电压，其中该通用串行总线具有一第一数据信号端与一第二数据信号端；

（b）根据该感测电压的位准，输出一侦测信号；

（c）根据该侦测信号的位准，调整该第一、第二数据信号端之间的电压。

7.根据权利要求6所述的通用充电侦测方法，其特征在于，步骤（b）包含：

比较该感测电压与一参考电压，以输出该侦测信号，其中当该感测电压高于该参考电压，该侦测信号为一逻辑高位准；当该感测电压低于该参考电压，该侦测信号为一逻辑低位准。

8.根据权利要求7所述的通用充电侦测方法，其特征在于，步骤（c）包含：

当该侦测信号为该逻辑低位准时，周期性地轮流选用不同的电压状态，以逐一依据所述多个电压状态以设定该第一、第二数据信号端之间的电压。

9.根据权利要求8所述的通用充电侦测方法，其特征在于，步骤（c）还包含：

当选用所述多个电压状态中的一者，使得该侦测信号为该逻辑高位准时，锁定在该者的电压状态，以根据该者的电压状态以固定该第一、第二数据信号端之间的电压。

10.根据权利要求9所述的通用充电侦测方法，其特征在于，当该侦测信号维持在该逻辑高位准超过一预定时间时，该状态机才锁定在该者的电压状态。

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