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TW201835782A - 多埠通用序列匯流排系統中之負載平衡 - Google Patents

多埠通用序列匯流排系統中之負載平衡 Download PDF

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TW201835782A
TW201835782A TW107104731A TW107104731A TW201835782A TW 201835782 A TW201835782 A TW 201835782A TW 107104731 A TW107104731 A TW 107104731A TW 107104731 A TW107104731 A TW 107104731A TW 201835782 A TW201835782 A TW 201835782A
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current
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克雷曼斯 凱斯特納
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美商微晶片科技公司
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Abstract

一種設備包含一處理器、USB連接器及可變電阻器或可變電流源。該處理器經組態以讀取且載入使該處理器透過一相關可變電阻器或可變電流源之調整來動態調整由一給定連接器消耗之一電流之指令。

Description

多埠通用序列匯流排系統中之負載平衡
本發明係關於通用序列匯流排(USB)應用，且特定言之，係關於多埠USB系統中之負載平衡。
經由USB (例如，USB規格3.1)連接之電力遞送可涉及在各種操作條件下提供及/或消耗電力。例如，支援電力遞送之一給定USB連接器可經耦合至一充電電路，其經組態以：從一12至20 V輸入汲入(例如，消耗)電力以快速充電裝置之一內部電池、從一5 V輸入汲入電力以容許自通用USB充電器充電、及供應一5 V輸出以為一USB周邊裝置供電。習知充電電路可使用若干轉換器及電力開關以便支援所有此等功能。雖然雙向轉換器中之最近開發可已經減少僅支援一單一USB連接器之轉換器之數量，但具有多個USB連接器之裝置仍可使用一單獨降壓轉換器以提供5 V輸出。 此外，已經發佈USB Type-C規格1.0。除基線匯流排電力提供外，USB-C裝置亦可視情況提供或消耗1.5 A及3.0 A之匯流排電力電流(在5 V)。電源可透過組態通道公佈經增大之USB電流，或其等可實施整個USB電力遞送規格。
本發明之實施例包含一種設備，其包含一處理器、USB連接器及可變電阻器或可變電流源。該處理器經組態以讀取且載入使該處理器透過一相關可變電阻器或可變電流源之調整來動態調整由一給定連接器消耗之一電流之指令。 本發明之實施例包含一種系統，其包含一微控制器、USB連接器及可變電阻器或可變電流源。該微控制器可經組態以讀取且載入使該處理器透過一相關可變電阻器或可變電流源之調整來動態調整由一給定連接器消耗之一電流之指令。 與以上實施例之任一者組合，該相關可變電阻器或可變電流源之調整基於電流負載。 與以上實施例之任一者組合，該相關可變電阻器或可變電流源之調整基於溫度量測。 與以上實施例之任一者組合，該相關可變電阻器或可變電流源之調整與一USB操作模式相關。 與以上實施例之任一者組合，該相關可變電阻器或可變電流源之調整基於在一預定時段內維持之電流需求。 與以上實施例之任一者組合，該相關可變電阻器或可變電流源之調整引起可用電力之一識別。 與以上實施例之任一者組合，該相關可變電阻器或可變電流源之調整引起透過一組態通道接腳傳送之一識別信號。 與以上實施例之任一者組合，回應於該複數個USB連接器之間的相對需求而執行該相關可變電阻器或可變電流源之調整。 與以上實施例之任一者組合，根據該複數個USB連接器之間的一優先順序執行該相關可變電阻器或可變電流源之調整。 與以上實施例之任一者組合，該相關可變電阻器係一上拉電阻器。 本發明之實施例可包含由上文描述之該等設備或系統之任一者執行之方法。
相關申請案 本申請案主張2017年2月9日申請之美國臨時申請案62/456,887之優先權，該案之全部內容以引用之方式併入本文中。 圖1繪示根據本發明之實施例之一例示性智慧型電力供應器100。在一項實施例中，電力供應器100可包含USB Type-C負載平衡能力。電力供應器100可經包含於任何適當系統、控制器、集線器或其他電子裝置內。 在一項實施例中，電力供應器100可包含或經連接至一或多個Type-C USB連接器108。電力供應器100可包含或經連接至任何適當數量個Type-C連接器。電力供應器100可使用CC接腳116透過USB連接器介接。電力供應器100可包含一處理器或微控制器110。微控制器110可經組態以載入且執行來自一機器可讀媒體之指令。指令在被載入且執行時可使處理器執行本文描述之負載平衡功能性。電力供應器100可包含一DC至DC電力轉換電路106。在一項實施例中，電力供應器100可包含一或多個可變電阻器114，可透過可變電阻器114實現至CC接腳116之連接。在一些實施方案中，可替代地藉由具有對應於另由可變電阻器產生之輸出之不同值之多個電流源實施可變電阻器114。一電流源可為經由CC接腳116呈現或實施電流供給能力之另一機構。電力供應器100可包含一數位介面104，其經組態以提供與其中實施電力供應器100之一系統之其他部分之通信及控制。數位介面104可提供函式呼叫、組態資料、結果或其他信號。可由(例如)類比電路、數位電路、儲存於一記憶體中且載入一處理器中之用於執行之指令或其等之任何適當組合來執行電力供應器之控制及操作。 與典型USB Type-A及Type-B連接器之操作相比而言，USB Type-C連接器108可一般為雙向的。遵循典型USB用法，當兩個元件經由USB連接時，一個此元件可為USB主機，(主控)且另一此元件可為USB裝置(從屬)。先前可藉由哪個元件使用USB Type-A連接器及哪個元件使用USB Type-B連接器展示兩個USB元件之間的關係。USB Type-A及Type-B連接器先前係單向的且在彼此比較時具有不同實體形狀，而USB Type-C連接器係雙向的。藉由一USB Type-C連接所連接之兩個元件之間的資料及電力之方向可由組態通道或「CC」指示。一給定USB Type-C埠可包含兩個CC接腳。因此，對應一給定USB Type-C連接器108可存在兩個CC接腳116。從前被視為USB Type-A之連接器及埠可被視為USB Type-C下之面向下游埠(DFP)，且從前被視為USB Type-B之連接器及埠可被視為USB Type-C下之面向上游埠(UFP)。 一電阻器可經放置於各CC接腳116上以標記一Type-C埠係一DFP或一UFP。一DFP可使用CC與一正電壓(諸如5 V)之間的一上拉電阻器(表示為Rp)。一UFP可使用CC與接地之間的一下拉電阻器(表示為Rd)。當一USB主機上之一DFP經連接至一USB裝置上之一UFP時，兩個側上之CC連接在一起。共用CC線具有一上拉電阻器及一下拉電阻器兩者。USB主機及裝置兩者皆讀取線上之電壓且認識到在電壓變為可預測的時已經形成一連接。 在USB Type-3規格下，一纜線必須能夠支援3 A。一給定電力供應器可或無法支援此電力位準。USB Type-3規格可使用電阻Rp之不同值，以便容許一給定DFP公佈其供應能力。可藉由使用一56kΩ公佈預設USB電力；可藉由使用一22kΩ電阻器公佈使用1.5 A；及可藉由使用一56kΩ電阻器之一10k使用公佈使用3.0 A。 可使用進一步值。根據USB 3.0規格，段落4.11「參數值」及「段落4.11.1終端參數」，下表提供待用於一DFP之Rp或電流源之值，不過其他上拉電壓在其等保持在低於5.5 V且落入UFP側上之恰當電壓範圍內時被容許： 表4-13 DFP CC終端(Rp)需求 在5 V類型電源或3.3 V電源下，來自USB規格之此表識別電阻器之值中之可接受容限以及電流源之值中之容限。 USB元件可遵循此等規範以避免可來源於提供過多電流之過熱或其他誤差。然而，一USB裝置能夠處置比一USB主機所提供的更多之電力。 電力供應器100可經包含於提供多個USB埠之系統內且可具有附接至其之零至許多個USB元件。此等系統可包含汽車或音響單元系統。在一項實施例中，電力供應器100可容許一USB裝置之快速充電。在一進一步實施例中，電力供應器100可基於經連接至其之經識別數量個USB裝置容許一USB裝置之快速充電。例如，電力供應器100可在僅附接一單一USB裝置時容許一USB裝置之快速充電。在另一進一步實施例中，電力供應器100可容許經連接至其之USB裝置之快速充電。快速充電可包含施加大於依據USB規格所指定之電流。在此一情況中，電力供應器100可在遇到熱限度時自動調整輸出。可出現熱問題(諸如過熱)，此係因為在供給更大電流時，外接盒(BoB)應用(諸如具有本端電力供應器之USB集線器)中之空間限制通常保持相同。電力供應器100可經組態以偵測其中此等應用進入熱限度之情形。 在一項實施例中，電力供應器100可經組態以監測熱條件且自動調整電流供應能力。在另一實施例中，供應可至多個USB Type-C下游埠。可藉由使用規則進行調整以限制降低電流供應能力之效應，以達成最佳終端使用者體驗。電力供應器100可組合熱資訊與關於相關BoB應用之本端電力供應器中之經附接裝置之資訊而實現調整以便在使用者介入或無使用者介入的情況下作用。可藉由單一或多個電阻器值114之主動動態控制達成降低電力能力。此外，可藉由單一或多個電流源之主動動態控制達成降低電力能力。 本發明之實施例可包含具有整合式熱監測之一電力供應器100。電力供應器100可回應於熱臨限值主動控制連接器108之個別Type-C USB埠之可變電阻器114 (諸如DFP Rp上拉電阻器值)。此主動控制可動態調整電流供應能力以基於一優先順序方案容許經改良、最佳化或最佳使用者體驗。 可藉由電力供應器100使用任何適當優先順序方案。為公佈多埠USB type C應用中之動態電流供應能力，微控制器110可執行一單一電阻器值、多個電阻器值、一單一電流源或多個電流源之主動動態控制。優先順序方案可包含一個別埠以及其他埠之優先順序方案。此外，優先順序方案可包含一個別埠相對於其他埠之優先順序方案。 可使用可購自Microchip Technology之一UCS2112來實施電流監測及報告。可經由一音響單元USB鏈路或一MCP19123裝置(可購自Microchip Technology)起始不同埠之間的負載平衡。電力供應器100可搭配任何適當USB BoB介面、模組、裝置或集線器使用。例如，電力供應器100可用於汽車應用中。可使用遠端單元，其中應用包含一USB集線器及一本端電力供應器。 圖2繪示根據本發明之實施例之一例示性應用200。應用200可為一汽車應用。應用200可包含雙上游USB埠202。一個此USB埠可為一USB隨身(OTG)埠且一者可為至一音響單元(HU)之一埠。應用200可包含一USB集線器204。可藉由來自Microchip Technology之一USB49XX系列集線器實施USB集線器204。應用200可包含四個下游埠。此等下游埠可包含兩個USB Type-3連接器212、一記憶卡連接器214及一後座USB連接器224。 USB集線器204可包含集線器及信號轉發器電路或晶片206。可針對各上游埠提供各此等晶片206之一者。此等可透過高速多工器208多工至四個下游埠。可藉由來自Microchip Technology之USB84602裝置實施晶片206。可藉由來自Microchip Technology之USB3740裝置實施多工器208。USB集線器204可包含經組態以管理對記憶卡連接器214之存取之來自Microchip technology之一PIC微控制器210，其可使用一位準電路216來匹配通信值。 在一項實施例中，應用200可包含一電流及熱感測器電路218。可藉由(例如)來自Microchip Technology之一UCS2112裝置實施電流及熱感測器電路218。在另一實施例中，應用200可包含一微控制器220。可藉由(例如)來自Microchip Technology之一MCP19123裝置實施微控制器220。此等可經連接至一電源222。電源222、微控制器220以及電流及熱感測器電路218可實施圖1之電力供應器100之部分。在熱感測器電路218報告增大之溫度時，微控制器220可選擇待提供至USB下游連接器之特定非電阻器或電流源。微控制器220可處置CC接腳信號至USB下游連接器之選路。微控制器220或音響單元可基於一超溫情形起始負載平衡。 雖然應用200繪示使用特定元件之一汽車應用，不過該等原理可適用於使用等效元件之其他應用。 圖3繪示根據本發明之實施例之用於負載平衡之一例示性方法300。(例如)可藉由電力供應器100或應用200執行方法300。特定言之，可藉由電力供應器100或應用200內之微控制器執行方法300。可在任何步驟(諸如305)處起始方法300。雖然可以任何適當順序執行方法300之步驟，但在圖3中展示一例示性順序。300之步驟可視情況重複、省略或遞迴執行。 在305，可開始負載平衡。在310，可讀取一信箱暫存器。(例如)可藉由一電流比較電路(諸如電路218)設定信箱暫存器。可針對各下游USB埠建立一信箱暫存器。可使用各自USB埠具有與大於一給定設定點電流之一電流之一連接之一指示填入信箱暫存器。 在315，針對各信箱暫存器，可比較連接之電流與設定點電流。若連接電流大於設定點電流，則方法300可進行至320。若連接電流不大於設定點電流，則方法300可進行至340。 在320，可檢查一過流計時器是否正運行。若否，則方法300可進行至325，其中可起始過流計時器。過流計時器可根據熱設計特性變化。一過流計時器可經組態以在具有一高電容負載之裝置之插入期間保證對電力突波之容限。此一計時器可大體在建立一連接之後重設。過流計時器亦可容許經設計以在其中環境溫度可大幅變化(諸如低於零C°至高於五十C°)之環境中工作之系統中之靈活性。使用一過流計時器可在所有操作時間期間容許將方法300不僅僅應用於一高溫最壞情況，此係由於因此在更低溫時可容許過載。過流計時器持續時間可匹配預期溫度以容許此靈活性。方法300可進行至340。 若過流計時器正運行，則方法300可進行至330。在330，可判定過流計時器是否已經達到表示過流充電所允許之一時間之一臨限位準。過流充電所允許之時間之臨限位準可根據經驗或根據預測模型判定，其中一最大時間被容許同時針對經實施之特定設計保持於一熱安全區內。若過流計時器已經達到一臨限值，則方法300可進行至335。否則，方法300可進行至340。 在335，可針對該埠識別一過流條件。可採取校正行動。可針對具有更低電流值之電流供應切換電流供應。可選擇一不同、更低Rp值。例如，可選擇電流值或Rp值之一下一最低類別。可出現相反的情形，其中可選擇一不同、更高之Rp值。此可將電流從一當前消費者偏移至電流之一新的消費者。若根據一經應用之優先順序方案按更高優先順序偵測一裝置，則更高優先順序裝置可接收一更高電流設定。一已經連接、更低裝置可接收一經調整、更低電流設定以便保持在系統之熱功率預算內。藉由Rp或電流源之動態設定控制兩個設定。Rp設定可與電流之當前消費者相關聯。調整Rp設定可改變可變電阻且因此可改變由經附接之裝置消耗之電流。例如，可變電阻可改變至上文引用之表中之一不同值以達成一對應電流值。過流可指代一智慧型熔絲，諸如一埠電力控制器。Rp之值可告訴USB附接裝置可汲取多少電流。過流值可調節此交換。計時器可確保過流情形並不使埠電力控制器功能性發生故障。 在340，可判定一過熱溫度條件是否已經出現在一連接器中。可在相同信箱暫存器中設定該條件。若已經出現過熱溫度條件，則方法300可進行至345。否則，方法300可進行至350。 在345，可針對該埠識別一過流條件。可採取校正行動。可針對具有更低電流值之電流供應切換電流供應。可選擇一不同、更低Rp值或電流。例如，可選擇電流值或Rp值之一下一最低類別。 在350，方法300可視情況重複或終止。例如，方法300可在305或310重複。 可針對各USB連接器執行步驟310至345。再者，可彼此並行執行步驟310至345之執行之多個例項。 就不同優先順序方案而言，一主動、當前連接可具有優於最新新增之連接之優先順序。然而，取決於稍後附接之連接，優先順序可改變。一例示性優先順序方案可包含(例如)(依序)一智慧型電話、一行動電話及一USB大容量儲存裝置。可由(例如)儲存於一信箱暫存器中之一方案處置優先順序。在一項實施例中，過流功能性可經組態以重寫信箱暫存器中之Rp (或電流設定)。與熱感測耦合之過流功能性可為智慧型電力供應器之部分。可由一上層或者亦由智慧型電力供應器處置優先順序。一信箱暫存器可用於將此等之兩者鏈接在一起。 已經在一或多個實施例之方面描述本發明，且應瞭解，許多等效物、替代例、變化及修改(除明確陳述之彼等外)係可能的且在本發明之範疇內。儘管本發明易於以多種修改及替代形式呈現，然在圖式中已展示且在本文詳細描述本發明之特定例示性實施例。然而，應理解，特定例示性實施例之本文之描述並不意在將本發明限制於本文揭示之特定形式。
100‧‧‧電力供應器
104‧‧‧數位介面
106‧‧‧DC至DC電力轉換電路
108‧‧‧Type-C USB連接器
110‧‧‧微控制器
114‧‧‧可變電阻器
116‧‧‧CC接腳
200‧‧‧應用
202‧‧‧雙上游USB埠
204‧‧‧USB集線器
206‧‧‧集線器及信號轉發器電路或晶片
208‧‧‧高速多工器
212‧‧‧USB Type-3連接器
214‧‧‧記憶卡連接器
216‧‧‧位準電路
218‧‧‧電流及熱感測器電路
220‧‧‧微控制器
222‧‧‧電源
224‧‧‧後座USB連接器
300‧‧‧方法
305‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
315‧‧‧步驟
320‧‧‧步驟
325‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
335‧‧‧步驟
340‧‧‧步驟
345‧‧‧步驟
350‧‧‧步驟
圖1繪示根據本發明之實施例之一智慧型電力供應器。 圖2繪示根據本發明之實施例之一例示性應用。 圖3繪示根據本發明之實施例之一例示性方法。

Claims (20)

  1. 一種設備，其包括： 一處理器； 複數個通用序列匯流排(USB)連接器；及 複數個可變電阻器； 其中該處理器經組態以讀取且載入使該處理器透過一相關可變電阻器之調整來動態調整由一給定連接器消耗之一電流之指令。
  2. 如請求項1之設備，其中該相關可變電阻器之該調整基於電流負載。
  3. 如請求項1之設備，其中該相關可變電阻器之該調整基於溫度量測。
  4. 如請求項1之設備，其中該相關可變電阻器之該調整與一USB操作模式相關。
  5. 如請求項1之設備，其中該相關可變電阻器之該調整基於在一預定時段內維持之電流需求。
  6. 如請求項1之設備，其中該相關可變電阻器之調整引起可用電力之一識別。
  7. 如請求項1之設備，其中該相關可變電阻器之調整引起透過一組態通道接腳傳送之一識別信號。
  8. 如請求項1之設備，其中回應於該複數個USB連接器之間的相對需求而執行該相關可變電阻器之調整。
  9. 如請求項1之設備，其中根據該複數個USB連接器之間的一優先順序執行該相關可變電阻器之調整。
  10. 如請求項1之設備，其中該相關可變電阻器係一上拉電阻器。
  11. 一種系統，其包括： 一微控制器； 複數個通用序列匯流排(USB)連接器；及 複數個可變電阻器； 其中該微控制器經組態以透過一相關可變電阻器之調整來動態調整由一給定連接器消耗之一電流。
  12. 如請求項11之系統，其中該相關可變電阻器之該調整基於電流負載。
  13. 如請求項11之系統，其中該相關可變電阻器之該調整基於溫度量測。
  14. 如請求項11之系統，其中該相關可變電阻器之該調整與一USB操作模式相關。
  15. 如請求項11之系統，其中該相關可變電阻器之該調整基於在一預定時段內維持之電流需求。
  16. 如請求項11之系統，其中該相關可變電阻器之調整引起可用電力之一識別。
  17. 如請求項11之系統，其中該相關可變電阻器之調整引起透過一組態通道接腳傳送之一識別信號。
  18. 如請求項11之系統，其中回應於該複數個USB連接器之間的相對需求而執行該相關可變電阻器之調整。
  19. 如請求項11之系統，其中根據該複數個USB連接器之間的一優先順序執行該相關可變電阻器之調整。
  20. 一種方法，其包括： 透過來自複數個USB連接器之一給定USB連接器接收一電流； 判定經連接至該等USB連接器之元件之一優先順序改變；及 基於該優先順序改變，藉由調整複數個可變電阻器之一者而調整該給定USB連接器之該電流。
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