台湾专利TW201312332A 電力及資料之時域多工

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专利摘要:
一種可允許一電子器件控制一電源配接器之電路、方法及裝置。一實例可提供一電子系統，其中一電子器件可經由一通信頻道來控制一電源配接器。在該通信頻道中傳送之資料可包括該電源配接器之溫度、該配接器之充電能力及其他類型之資料。在一實例中，電力與資料可共用同樣的兩根電線，且該電力及該資料可經分時多工。亦即，該兩根電線可在不同時間載送電力及資料。另一實例可包括用以偵測該電子器件與該電源配接器之間的一連接之電路。一旦偵測到一連接，即可將電力自該電源配接器傳送至該電子器件。必要時，可中斷此電力傳送以在該電源配接器與該電子器件之間傳送資料。
公开号:TW201312332A
申请号:TW101144365
申请日:2012-05-02
公开日:2013-03-16
发明作者:Eric Smith；Bryan R Hinch；Tommee So
申请人:Apple Inc；
IPC主号:H02J7-00

专利说明:
電力及資料之時域多工
本申請案主張2011年5月3日申請之美國臨時專利申請案第61/482,195號之權利，該申請案以引用的方式併入。
消費者可得到的電子器件之數目及類型在過去的幾年中已極大地增加，且該增加速率在不久的任何時間不會展示出減弱之跡象。此等電子器件包括攜帶型器件，諸如，膝上型電腦、迷你筆記型電腦或平板電腦、行動電話、媒體電話或智慧電話、全球定位器件、媒體播放器及其他此等器件。
此等攜帶型器件在操作期間需要供給電力，且此電力可來自外部源或內部源(諸如，電池組)。此等電池組通常需要使用外部源(諸如，電源配接器)來充電。此等電源配接器可自壁式插座、汽車充電器或其他來源接收AC電力，且提供可用以對電池組充電之DC電力。
但，諸如膝上型電腦之一些器件有很強的計算能力，且因此需要相當大量之電力。以下事實使此變得進一步複雜：此等膝上型電腦之使用者想要能夠使其膝上型電腦運作達延長之時間週期，而不必對電池組重新充電。此外，當一使用者未連接至一電源對電池組充電時，有可能使用者想要非常快速地對電池組充電，使得該使用者自由地與該電源斷開連接。
出於此等原因，許多較新之電子器件具有相對較大之電池組。因此，已變得需要能夠非常快速地提供大量充電電力。
但此快速充電並非沒有其缺點。舉例而言，此快速充電可引起電源配接器中之高溫。為了冷卻電源配接器，電源配接器可能需要製造得相當大，使得熱量可耗散。為了避免製造得相當大，電子器件可能需要控制或調整電源配接器，以便維持電源配接器之溫度。
因此，所需要為允許一電子器件控制一電源配接器之電路、方法及裝置。
因此，本發明之實施例提供允許一電子器件控制一電源配接器之電路、方法及裝置。在本發明之各種實施例中，此可允許電子器件控制電子器件接收之電力。
本發明之一說明性實施例可提供一電子系統，在該電子系統中，一電子器件可經由一通信頻道來控制一電源配接器。亦即，該電子器件可藉由將資料發送至該電源配接器及自該電源配接器接收資料來控制該電源配接器。
在本發明之各種實施例中，可傳輸各種類型之資料。此資料可包括該電源配接器之溫度、該配接器之充電能力及其他類型之資料。該電子器件可使用此資料來調整自該電源配接器汲取之電流，且藉此控制電源配接器溫度。此可允許使用較小、較廉價之電源配接器。
此資料亦可包括由該電子器件提供至該電源配接器以斷開該電源配接器之命令。當該電子器件中之電池組將電力提供至該電子器件比該電子器件自該電源配接器接收其電力更具有功率效率時，此命令特別有用。
在本發明之其他實施例中，可傳輸其他類型之資料。舉例而言，可傳輸包括電流能力及電壓能力、配接器識別或版本資訊之識別資料。本發明之再其他實施例可包括故障記錄(fault logging)。可由該電子器件及該電源配接器之任一者或兩者傳輸或儲存諸如過熱、過電壓或過電流故障之故障。
在本發明之一些實施例中，正在充電之電子器件可充當一主器件，而電源配接器可充當一從器件。在本發明之其他實施例中，正在充電之電子器件可充當一從器件，而電源配接器可充當一主器件。在本發明之再其他實施例中，電子器件及電源配接器可作為同級者(亦即，按同級間組態)來傳送資料。
在本發明之各種實施例中，可經由將電力提供至電子器件且提供至電子器件之接地的同樣兩個導體來傳輸及接收資料。在本發明之其他實施例中，可提供一根、兩根或兩根以上額外電線以用於此通信。使用同樣的導體提供電力及資料減少來自電源配接器之纜線中的電線之量且允許給定尺寸之纜線提供針對其尺寸的最大電力量。
在電力與資料共用同樣的兩根電線的本發明之實施例中，可以各種方式多工電力及資料。舉例而言，電力及資料可經頻率多工。在本發明之一說明性實施例中，避免可能需要用於頻率多工之大濾波器且可使用分時多工。亦即，兩根電線可在不同時間載送電力及資料。
本發明之一說明性實施例可包括用以偵測該電子器件與該電源配接器之間的一連接之電路。一旦偵測到一連接，即可將電力自該電源配接器傳送至該電子器件。必要時，可中斷此電力傳送以在該電源配接器與該電子器件之間傳送資料。
此偵測電路可包括一電源配接器及一電子器件中之電路。電源配接器偵測電路可包括一電壓供應器，其耦接至與一纜線導體串聯之一偵測電阻器。當該纜線連接至該電子器件時，一系統識別電阻器可自該電源配接器電壓供應器汲取電流，藉此在該纜線導體上產生一電壓。該纜線導體上之該電壓可(例如)藉由使用一類比轉數位轉換器偵測。
該纜線導體上之該電壓之值可用以判定該系統電阻器之值，其可指示關於該電子器件之資訊。舉例而言，該電壓可僅指示已進行至該電子器件之連接。在本發明之其他實施例中，其他資訊(諸如，電子器件之類型、可由電子器件接受的電荷或電壓或電子器件之其他態樣)可由系統電阻器之值及該纜線導體上之所得電壓載送。
在本發明之其他實施例中，其他偵測電路可由電源配接器使用。舉例而言，在本發明之一特定實施例中，可切換與電源配接器中之偵測電阻器並聯(或串聯)之一第二電阻器。可接入此第二電阻器且可量測該纜線導體上之一第二所得電源。此技術可提供兩個電壓，該兩個電壓可彼此相減以產生一差分量測。此差分量測對組件洩漏、二極體壓降及其他電路效應具有一減小之敏感性。在本發明之其他實施例中，可變化偵測期間所使用之電壓供應器。
在本發明之再其他實施例中，其他系統識別電路可由電子器件使用。在本發明之一特定實施例中，可使用一第一電阻器，其與一第二電阻器及一個二極體之一串聯組合並聯。當在電子器件處接收到一低電壓時，該二極體可以斷開，且負載可顯得為該第一電阻器。此電阻器可用以指示電源配接器已進行至一電子器件之一連接。隨著接收到之電壓增加，該二極體可接通，且負載可顯得為(近似)並聯之該第一電阻器與該第二電阻器。此第二電阻器之包括可用以驗證連接。在本發明之其他實施例中，該第二電阻器之值可載送關於電子器件之其他資訊(如上所述)。
在本發明之另一特定實施例中，可使用與一個二極體並聯之一第一電阻器。當在電子器件處接收到一高電壓時，二極體可箝位該電壓。隨著接收到之電壓降低，該二極體可斷開，且負載可顯得為該第一電阻器。再次，此兩步驟過程可用以驗證電源配接器與電子器件之間的連接。在本發明之其他實施例中，該第一電阻器值可載送關於電子器件之其他資訊(如上所述)。
此等電源配接器通常經由一纜線連接至一連接器插入件。此連接器插入件可具有一第一外觀尺寸。必要時，可能需要將此電源配接器連接至一舊式或其他電子器件，該舊式或其他電子器件可容納經配置以接受具有一第二外觀尺寸之連接器插入件之一連接器插座。因此，本發明之實施例可提供一轉換器或連接器配接器，其具有一連接器配接器以接受具有該第一外觀尺寸之一連接器插入件。該轉換器可進一步包括具有該第二外觀尺寸之一連接器插入件。此連接器配接器可進一步包括電路，使得該配接器可由一電源配接器偵測。此連接器配接器可包括用以提供自其連接器插座至其連接器插入件之一電力連接之電路。在本發明之一特定實施例中，一電阻器可耦接於該連接器插座與該連接器插入件之間。一開關(諸如，一場效電晶體)可跨該電阻器耦接且由控制電路來控制。該電阻器可具有由電源配接器偵測之一值，該值可識別該電阻器，為與一轉換器或連接器配接器相關聯之一值。在偵測後，由於電力已由電源配接器施加，因此控制電路可啟動該開關，藉此短接該電阻器且經由該轉換器將電力提供至該電子器件。
本發明之各種實施例可併有本文中所描述之此等及其他特徵中之一或多者。可藉由參考以下詳細描述及隨附圖式得到對本發明之性質及優點之更好理解。
圖1說明可藉由併入本發明之實施例改良之電子系統。如同其他所包括之圖，此圖僅為了說明性目的而展示且不限制本發明之可能實施例或申請專利範圍。
此圖包括電子器件110。在此特定實例中，電子器件110可為膝上型電腦。在本發明之其他實施例中，電子器件110可為迷你筆記型電腦或平板電腦、行動電話、媒體電話或智慧電話、全球定位器件、媒體播放器或其他此器件。
電子器件110可包括一電池組。該電池組可將電力提供至電子器件110中之電子電路。此電池組可使用電源配接器120充電。特定言之，電源配接器120可自一外部源(諸如，一壁式插座或汽車充電器)接收電力。電源配接器120可將接收到之外部電力(其可為AC或DC電力)轉換為DC電力，且該電源配接器可經由纜線130將經轉換之DC電力提供至插頭132。插頭132可經配置以與電子器件110上之插座112配合。電力可於插座112處自插頭132接收且被提供至電子器件110中之電池組及電子電路。
再次，電子器件110可能需要能夠控制自電源配接器120接收之電力。舉例而言，電子器件110可監視電源配接器120之溫度。以此方式，電子器件可調整自電源配接器120汲取之電力，使得電源配接器120之溫度經保持在某一級別以下。此可允許使用較小、較廉價之電源配接器120。再者，在必要時，電子器件110自其電池組汲取電力可比自電源配接器120汲取電力更具有功率效率。當此情況發生時，電子器件110可斷開電源配接器120，且替代地自其電池組汲取電力。
在本發明之其他實施例中，可控制、監視或另外量測其他參數。舉例而言，在太陽能電池系統中，可追蹤最大功率點。在本發明之其他實施例中，一電子器件可能能夠將一即將到來事件之一先期警告給予該配接器。舉例而言，一電子器件可能能夠警告配接器電池組將要進行充電。此資訊可用以控制電源配接器中之各種供應電路及保護電路，或用於其他目的。此可允許電源配接器能夠以更有效率之方式使其準備好輸送電力。此在(例如)燃料電池系統中可具有特別重要性，此係因為燃料電池可能需要大量時間在其轉換腔室中建立壓力。亦即，本發明之實施例可能能夠使用此通信路徑將電池組充電電流之先前警告給予燃料電池系統。此先期警告在實踐此替代燃料系統中可能很重要。
再者，在本發明之各種實施例中，插頭132可包括一LED 134。LED 134可用以指示電源配接器120與電子器件110之間的電力連接。因此，當電源配接器120偵測到至電子器件110之連接時，電源配接器120可啟動LED 134。
因此，本發明之實施例可提供電源配接器120與電子器件110之間的通信。本發明之實施例可進一步提供電源配接器120與相關聯於LED 134之電路之間的通信。以此方式，電子器件110可自電源配接器120讀取資料，且指導電源配接器120調整其電流或斷開。類似地，電源配接器120可與相關聯於LED 134之電路通信，從而按需要指導LED 134斷開或接通。
再次，電源配接器120可能需要能夠經由纜線130將最大量之電力提供至電子器件110。因此，本發明之實施例提供電路，使得此等通信可經由纜線130中之電力導體發生。由於此通信不需要額外電線，因此纜線130中之所有電線可用以將電力輸送至電子器件110。此電路之一實例在接著的圖中展示。
圖2為根據本發明之一實施例的電路之簡化示意圖。此電路可包括電源配接器、電源插頭及電子器件或系統中之電路。此電路可包括用於三個主要功能之電路。第一電路可包括偵測電路以偵測電源配接器與電子器件之間的連接之存在。第二電路可包括用於將電力自電源配接器輸送至電子器件之電力電路。第三電路可包括用於電源配接器與電源插頭之間的第一信號路徑及電源配接器與電子器件之間的第二信號路徑之電路。此電路在下圖中加以進一步解釋。
此電路可包括在系統或電子器件中之一系統管理控制器(SMC)及電源配接器中之一配接器微控制器。此等控制器可控制電源配接器及電子器件中的電力電路之狀態。可由本發明之實施例使用的狀態圖之一實例在接著的圖中展示。
圖3說明根據本發明之一實施例的用於系統管理控制器之狀態圖。在電子器件通電後，可進入狀態310。一旦自電源配接器接收到電力，在狀態320下即可偵測到一有效電源配接器之存在。
在此狀態下，由電子器件自電源配接器接收電力，且以下兩者之一者可能發生：電源可能被移除；或電子器件可能希望起始通信。(在本發明之一特定實施例中，僅電子器件可起始通信，此係因為此等通信需要電源配接器斷開供應至電子器件之電力，此電力之缺乏可使電子器件在電池組電荷低時斷開)。若電力被斷開連接，則在狀態340下可發出一重設信號，其本質上詢問電源配接器是否已斷開連接。若電源配接器已斷開連接，則將接收不到回應，且狀態機可返回狀態310。當電子器件傾向於起始與電源配接器之通信時，進入狀態330，且在狀態340下發出該重設信號。若觀測到一返回信號，則在狀態350下可進入鏈路作用中(link active)狀態。在此情況下，可傳送資料。一旦已傳送資料，在狀態360下即可發送一結束位元。儘管在本發明之其他實施例中，命令可在其被接收到時執行，但此結束位元可指導執行所有先前命令。在狀態370下，電子器件可等待來自電源配接器之回應。若未接收到回應，則電子器件可進入狀態310。若接收到回應，則在狀態320下，電子器件可繼續接收電力。
圖4說明根據本發明之一實施例的配接器狀態機之各種狀態。在配接器通電後，在狀態410下，配接器可進入睡眠模式。一旦偵測到至電子器件之連接，即可進入狀態420。若此偵測穩定且在特定電流位準以下，則可進入狀態440。一旦觀測到重設脈衝，在狀態450下即可提供回應信號。一旦已發送目前信號，即可進入鏈路作用中狀態460。在此狀態下，可提供及接收信號。在自電子器件接收到一結束位元之後，電源配接器可進入狀態430且繼續將電力提供至電子器件。
在本發明之各種實施例中，可偵測欠電壓或過電流狀況。在此等情況下，至配接器之電力可循環，藉此重新起動或重設電源配接器。一實例展示於接著的圖中。
圖5為根據本發明之一實施例的用於故障偵測電路之狀態圖。當欠電壓發生時，可進入狀態510。當過電流條件發生時，可進入狀態520。在進入此等狀態中之任一者之後，至配接器之電力可循環，藉此重設配接器。
再次，在本發明之一特定實施例中，當一電源配接器一開始被連接至一電子器件時，由該電源配接器偵測到彼連接。狀態圖及所涉及之電路之一實例展示於接著的圖中。
圖6說明根據本發明之一實施例的用於偵測電源配接器與電子器件之間的連接之狀態圖。在通電後，電源配接器可進入階段610。在偵測之後，電源配接器可進入階段620。在狀態630下可啟用電力且將其提供至電子器件。
在通電後，電子器件可進入階段640。一旦電子器件感測到正在提供電力，則電子器件即可辨識一有效配接器存在且進入狀態650。
圖7說明根據本發明之一實施例的用於偵測電源配接器與電子器件之間的連接之電路。在進行電源配接器與電子器件或系統之間的連接後，電線700經由電阻器Rsys耦接至接地。所得低電壓可由比較器C2偵測，該比較器C2可將偵測信號提供至電源配接器電路。此可向電源配接器指示已進行連接且可供應電力。在本發明之各種實施例中，Rsys經選擇使得雜散或「有機」電阻(諸如，使用者之手指)可能具有不同值。此幫助防止電源配接器進行之錯誤的連接偵測。
特定言之，電源供應器710可包括一LDO，其將電壓提供至電阻器Rldo。此電壓可產生經由Rldo、D1及Rsys之電流。再次，所得電壓可由比較器C2偵測，比較器C2可將偵測信號提供回至電源配接器。在本發明之一特定實施例中，比較器C5不藉由此事件而切換。相反地，當由電源配接器提供全電力至電子器件時，切換比較器C5。Rsys可視器件類型而定具有各種值。以此方式，正藉由電源配接器充電之器件類型可藉由電源配接器識別。
在此實例中，電源插頭之端子可看到與低電壓供應器串聯之大電阻。當未偵測到有效連接時，此組態可限制可自電源配接器汲取之電流。以此方式，當電源插頭上之接頭被使用者觸碰時，可能不能自電源配接器汲取相當大之電流。
再次，一旦由電源配接器偵測到有效連接，即可將電力提供至電子器件。一旦電力由電子器件接收到，則下面兩者中之一者可能發生：電力可變得斷開連接，或電子器件可能希望起始通信。狀態圖及相關聯電路之實例展示於接著的圖中。
圖8說明根據本發明之一實施例的用於將電力自電源配接器提供至電子器件之狀態圖。再次，電源配接器可處於狀態810下，且藉此將電力提供至電子器件。電源配接器可自起始通信之電子器件接收信號，且藉此進入狀態820。
類似地，在狀態830下，電子器件可接收電力。電力接著可斷開連接，因此，在狀態850下，電子器件可發出一重設信號。或者，電子器件可起始通信且進入狀態840。再次，在狀態850中，可發出一重設信號。
圖9說明根據本發明之一實施例的用於將電力自電源配接器提供至電子器件之電路。在此實例中，電源供應器710係經由電力線700提供至電子器件。此電力可由充電器900接收。充電器900可將電力提供至電子器件或系統中之電池組或其他電路。
必要時，系統可進入低電力狀態，諸如，睡眠或斷開。在此等情形下，電力可藉由接通及斷開電晶體MPOWER而週期性地連接至負載及與負載斷開連接。此週期及作用時間循環可視系統在低電力狀態下汲取之電力而變化。在一特定實施例中，在斷開狀態下，作用時間循環可為300：1(斷開對接通比率)，而在睡眠狀態下，該比率可為大致30：1。
再次，當偵測到電源配接器與電子器件之間的有效連接時，可能需要啟動電源配接器上之LED以指示此連接。因此，可在電源插頭中提供一LED。在此實例中，LED係藉由受控於一可程式化開關之一電流源予以驅動。此可程式化開關可為可程式化I/O電路，諸如，由Maxim Integrated Products(Sunnyvale,CA)提供之DS2413，但在本發明之其他實施例中可使用其他開關，但。再次，一旦偵測到連接，電源配接器即可指導可程式化開關接通LED，藉此指示電源配接器與電子器件或系統之間的連接之存在。
在一些條件下，使用者可能稍後斷開系統。此時，系統可指導可程式化開關斷開LED。然而，在其他條件下，電源配接器可經歷非同步斷開連接。亦即，使用者可能僅自系統拔出插頭。在此情況下，電源配接器可斷開電力FET MPOWER，此可切斷LED。
再次，電線700可用以傳輸資料。狀態圖及相關聯電路之實例展示於接著的圖中。
圖10說明根據本發明之一實施例的用於在配接器與電子器件之間傳輸資料之狀態圖。一開始，在狀態1005下，可啟用電源配接器。若電流降至一設定位準以下，則電源配接器可理解：電子器件可起始通信。在於狀態1015下的由電源配接器提供之一回應信號之後，電源配接器可進入鏈路作用中狀態1020。在此狀態下，可提供及接收信號。在自電子器件接收到一結束位元後，電源配接器可進入狀態430且繼續將電力提供至電子器件。
在電子器件通電後，可進入狀態1050。一旦自電源配接器接收到電力，在狀態1055下即可偵測到一有效電源配接器之存在。在此狀態下，電力可由電子器件自電源配接器接收，且以下兩者之一可能發生：電源可能被移除，或電子器件可能希望起始通信。若電力經斷開連接，則在狀態1065下可發出一重設信號，其本質上詢問電源配接器是否已斷開連接。若電源配接器已斷開連接，則將接收不到回應，且狀態機可返回狀態1050。
當電子器件傾向於起始與電源配接器之通信時，進入狀態1060，且在狀態1065中發出該重設信號。若觀測到一返回信號，則在狀態1070中可進入鏈路作用中狀態。在此情況下，可傳送資料。一旦已傳送資料，在狀態1075下即可發送一結束位元。此結束位元可指導執行所有先前命令，但在本發明之其他實施例中，命令在其被接收到時執行。在狀態1080下，電子器件可等待來自電源配接器之回應。若未接收到任何回應，則電子器件可進入狀態1050。若接收到一回應，則電子器件可繼續在狀態1055下接收電力，且可將電力自電源配接器提供至電子器件。
再次，可將溫度資料自電源配接器傳輸至系統。系統可使用此資料來監視電源配接器且防止過熱。在本發明之其他實施例中，可在電源配接器與系統之間傳輸其他類型之資料。舉例而言，可傳輸包括電流能力及電壓能力、配接器識別及版本資訊之識別資料。本發明之再其他實施例可包括故障記錄。可由電子器件及電源配接器之任一者或兩者傳輸或儲存諸如過熱、過電壓或過電流故障之故障。舉例而言，若電源配接器將歸因於過熱而停機，則電源配接器可將彼資料記錄在一日誌中以供稍後擷取。再者，此資料可由電源配接器傳輸至系統以用於由系統診斷。
圖11說明根據本發明之一實施例的用於傳輸資料之電路。用於發送及接收資料之驅動電路可包括於電源配接器及系統兩者中。再者，可提供一電流路徑以在資料傳輸期間使LED維持在照明狀態下。在此特定實例中，LDO將一經由500歐姆電阻器之電流提供至LED。可在電源配接器及電子器件中使用的驅動電路之一實例展示於接著的圖中。
圖12為根據本發明之一實施例的驅動器電路之示意圖。在本發明之各種實施例中，此驅動器電路可提供至少三個功能。其可在連接偵測期間提供一低洩漏路徑，其可保護微控制器或其他電路在電力傳輸期間免受高電壓，且其可在資料傳輸期間提供強的下拉。
此驅動電路可包括電晶體M1。電晶體M1可用以當正偵測連接時為該驅動電路提供高阻抗。可提供電晶體M2以在電力傳輸期間隔離微控制器電源供應器V1與提供於電線700上之高電壓。在信號傳輸期間，低信號可由電晶體Q1提供。特定言之，電晶體Q1可接通且拉低電線700。可包括電阻器R1以作為用以提供電線700上之高信號位準之一上拉電阻器。
在本發明之各種實施例中，可使用與本發明之實施例一致的其他電路。實例展示於接著的圖中。
圖13說明根據本發明之一實施例的用於電源配接器之電路。如先前，此電路可包括用於至少三個功能之電路。特定言之，此電路可包括用以偵測至電子器件之連接的電路、用於將電力傳輸至該電子器件的電路及用以與其他電路(諸如，電源插頭或電子器件中之電路)通信的電路。
在此特定實例中，包括偵測電路。特定言之，低壓降(LDO)調節器U2可將低電壓提供至電阻器R4之一端子。此低電壓可經由電阻器R4及二極體D2提供至線VO 700，該線可為電力導體。再次，此可於電源插頭之端子處提供相當高的阻抗，藉此保護使用者免於意外曝露於可能危險之電流及電壓。
如先前，下拉電阻器Rsys可常駐於電子器件中。當將Rsys連接至線VO 799時，VO上之電壓降落。此電壓降落可由比較器U3偵測，該比較器可提供一系統偵測信號。在本發明之其他實施例中，用於U3之電路可能更尖端且可能能夠偵測線VO上之各種電壓。此等各種電壓可指示用於Rsys之各種電阻，藉此指示正在充電的器件之類型。
再者，在本發明之此特定實施例中，可包括電力電路以將電力自電源配接器提供至電子器件。特定言之，將一電源供應器連接至端子V+。可啟用連接器M1，藉此將線VO 700連接至電源供應器V+。
再者，在本發明之此特定實施例中，可包括通信電路。此電路可允許電源配接器與電子器件、電源插頭中之電路或其他電路通信。此電路可包括低壓降調節器U1。低壓降調節器U1可經由電阻器R1及二極體D1串聯連接。此組態可用以確保電源插頭中之LED在資料通信期間保持被照明。
資料通信可使用單線驅動器(one-wire driver)X1來達成。此驅動器之一實例展示於接著的圖中。
圖14說明根據本發明之一實施例的驅動器電路。驅動器1400可經由電線導通體700與電子電路及電源插頭中之電路通信。如先前，此驅動器可提供至少三個功能。
第一，在偵測期間，可提供高阻抗使得偵測電路可適當地操作。特定言之，齊納(Zener)二極體D1在偵測期間在低電壓(諸如，由U2提供之低電壓)下斷開，且因此在偵測期間提供一高阻抗。
第二，在電力傳輸期間，為微控制器電路提供免受高電壓之保護。再次，齊納二極體D1離開高電壓之有效部分，而由電阻器R1及R2形成之電阻分壓器劃分剩餘電壓。
第三，在線VO 700上提供邏輯位準。特定言之，電晶體Q1可在線700上下拉，而電阻器Rp可在線700上提供上拉。
資料可由此電路經由二極體D1由緩衝器B接收。緩衝器B可驅動一有限狀態機，該有限狀態機繼而可驅動緩衝器C。緩衝器C可驅動電晶體M1，該電晶體繼而驅動輸出線IO。
可由此電路藉由驅動線IO驅動資料，且藉此驅動緩衝器A。緩衝器A可驅動該有限狀態機，該有限狀態機繼而可驅動緩衝器B。緩衝器B可驅動電晶體Q1，該電晶體可驅動線VO 700。
在本發明之各種實施例中，狀態機可用以解決傳入資料路徑與輸出資料路徑之間的衝突。舉例而言，在各種組態中，在無有限狀態機之情況下，四個緩衝器(或比較器)及相關聯之電晶體可鎖存至穩定狀態。在其他組態中，在無有限狀態機之情況下，四個緩衝器及相關聯電晶體可振盪。因此，為了解決此等衝突，可使用有限狀態機。此狀態機之一實例展示於接著的圖中。
圖15說明根據本發明之一實施例的有限狀態機。此狀態機可為非同步的，亦即，其為非時控的。在本發明之其他實施例中，此狀態機可為時控的。
在此實例中，藉由查找表1500來映射總共八個狀態。狀態圖1510說明有限狀態機之各種狀態。舉例而言，若當前狀態為S0且輸入A及B分別改變為零及一，則有限狀態機可移動至狀態S3。
兩個額外或未使用狀態U0及U1無條件地移動至已知狀態S3及S4，以便在意外進入此等狀態之一者的情況下避免穩定條件。此意外進入可由電力頻率突變(power glitch)或其他暫時條件造成。
再次，圖7中所展示之偵測電路可用以識別電子器件或系統中之系統識別電阻器之值。此值接著可用以驗證已進行電源配接器與電子器件之間的有效連接。在本發明之其他實施例中，關於電子器件之其他資訊可自系統電阻器之值判定。舉例而言，關於電子器件之電流接收能力、器件類型或其他資訊可由系統電阻器之值指示。
不幸地，諸如漏電流、二極體電壓降落及其他誤差項之各種因素可降低此量測之準確度。為了改良此等量測，可偵測差分電壓。亦即，可進行兩個偵測量測。此等量測結果可彼此相減或另外用以更準確地量測系統電阻器。一實例展示於接著的圖中。
圖16說明根據本發明之一實施例的另一偵測電路。此偵測電路包括電源配接器中及電子器件或系統中之偵測電路。
如先前，低壓降調節器可經由電源配接器中之電阻器RS1將電壓提供至位於電子器件或系統中之系統電阻器Rsys。當已進行電源配接器與電子器件之間的有效連接時，所得電壓可由類比轉數位轉換器偵測。
在此實例中，可藉由將第二電阻器RS2與電阻器RS1並聯連接來進行第二量測。特定言之，可閉合一開關(此處展示為一p通道場效電晶體)，藉此跨電阻器RS1短接電阻器RS2。該場效電晶體可處於第一狀態(例如，斷開)下，直至由該類比轉數位轉換器偵測到在第一範圍中之電壓。一旦偵測到此電壓，控制電路即可改變該場效電晶體之狀態(例如，改變為接通)，且可偵測第二電壓。
與低壓降調節器串聯的阻抗之此改變可導致由該類比轉數位轉換器偵測的電壓之一改變。此等兩個偵測電壓可彼此相減以產生一差分電壓。此差分電壓可接著用以判定系統電阻器之值。使用此差分量測可減少各種漏電流、二極體壓降、接地壓降及其他誤差項之影響。雖然各種非線性誤差(諸如，與二極體相關聯之非線性)可能很大程度上保持下來，但量測之準確度可因使用此差分量測而增加。
雖然在本發明之此實施例中，藉由切換與第一電阻器並聯之第二電阻器來進行差分量測，但在本發明之其他實施例中，可使用其他電路技術。舉例而言，可變化由低壓降調節器提供之電壓。在本發明之其他實施例中，可接入及關斷與第一電阻器串聯之第二電阻器，且可進行差分量測。
必要時，可能需要將電源配接器連接至電子器件或系統，其中該電源配接器與該電子器件不相容。舉例而言，電源配接器可具有具有第一外觀尺寸之一連接器插入件，而電子器件可具有用於收納具有第二外觀尺寸之連接器插入件之一插座。因此，本發明之實施例提供允許進行此連接之連接器配接器或轉換器。舉例而言，轉換器可具有接受具有第一外觀尺寸之連接器插入件之一插座。轉換器亦可具有具有該第二外觀尺寸之一連接器插入件，使得轉換器可插入至電子器件或系統內。包括此轉換器之系統之一實例展示於接著的圖中。
圖17說明根據本發明之一實施例的經由轉換器連接之電源配接器及電子器件。此轉換器可包括可由電源配接器偵測之一轉換器電阻器。更特定言之，可由電源配接器偵測轉換器電阻器RCNV與系統電阻器RSYS之串聯組合。此可對電源配接器通知正經由一轉換器或連接器配接器供電給一舊式(或其他)器件。一旦待將電力施加至系統，即可自電力路徑移除轉換器電阻器RCNV以避免可能另外產生之電力耗散。可使用一開關來進行此移除。此組態之一實例展示於接著的圖中。
圖18說明根據本發明之一實施例的用於轉換器或連接器配接器之電路。在此實例中，輸入端子IN可連接至接受耦接至電源配接器之連接器插入件之轉換器上的連接器插座之接針，而輸出端子OUT可耦接至可與容納於電子器件中之連接器插座配合的連接器插入件之接針。
此電路包括與開關M1並聯之偵測電阻器R3。在偵測期間，在線IN上接收之電壓低且開關M1斷開，且因此電阻器R3可由電源配接器中之電路來偵測。
一旦已判定有效連接之存在，線IN上之電壓即可升高。此增加之電壓可導致經由電阻器R2之電流，其可為電晶體M1提供閘極至源極電壓。此電壓繼而可使電晶體M1接通，藉此短接電阻器R3且允許電力自輸入端子IN流至輸出端子OUT。
在本發明之各種實施例中，諸如過壓保護之額外電路可包括於根據本發明之一實施例的轉換器中。一實例展示於接著的圖中。
圖19說明根據本發明之一實施例的用於轉換器或連接器配接器之電路。此電路包括連接至端子IN之過電壓電路。總之，在過電壓條件下，此電路使電晶體Q1接通，藉此短接電阻器R2且斷開電晶體開關M1。此情況繼而將電阻器R3置於與電子器件串聯，藉此保護電子器件免受過電壓條件。
在本發明之各種實施例中，系統電阻器可用以指示電子器件至電源配接器之連接的存在。再次，關於電子器件之其他資訊可由此電阻器之值來載送。在本發明之其他實施例中，其他電路可用於此偵測及識別。實例展示於接著的圖中。
圖20說明根據本發明之一實施例的可用於連接偵測之電路。此電路包括與二極體RSYS DIODE及第二系統電阻器RSYS2之串聯組合並聯的第一系統電阻器RSYS1。當在線IN上接收到低電壓時，該二極體可斷開，且線IN上之負載可近似為第一系統電阻器RSYS1。隨著線IN上之電壓增加，負載可變為該第一系統電阻器與該第二系統電阻器之並聯組合。
可以各種方式使用此兩步程序。舉例而言，此程序更少可能導致錯誤的連接偵測。亦即，雖然雜散阻抗可使電源配接器錯誤地判定已進行至電子器件之連接，但此誤差在此雙阻抗量測中更少可能。在本發明之其他實施例中，第一量測可用以判定連接之存在，而第二量測可用於載送關於電子器件之資訊，諸如，充電能力、器件類型識別或其他資訊。
圖21說明根據本發明之一實施例的可用於連接偵測之另一電路。此電路包括與二極體RSYS DIODE並聯之系統電阻器RSYS1。當接收到高電壓時，該二極體可箝位輸入線IN。隨著此電壓減小，負載可顯得等於系統電阻器RSYS。如先前，此兩步程序更少可能導致由電源配接器進行之不正確的連接判定。再者，系統電阻器之箝位電壓或值或其兩者可用以載送關於電子器件之資訊。
已為了說明及描述之目的呈現本發明之實施例之以上描述。其並不意欲為詳盡的或將本發明限於所描述之精確形式，且根據以上教示，許多修改及變化係可能的。選擇且描述了該等實施例以便最好地解釋本發明之原理及實際應用，以藉此使其他熟習此項技術者能夠在各種實施例中且藉由如適合於所預料之特定用途的各種修改最好地利用本發明。因此，應瞭解，本發明意欲涵蓋在以下申請專利範圍之範疇內的所有修改及等效物。
110‧‧‧電子器件
112‧‧‧插座
120‧‧‧電源配接器
130‧‧‧纜線
132‧‧‧插頭
134‧‧‧發光二極體(LED)
310‧‧‧狀態
320‧‧‧狀態
330‧‧‧狀態
340‧‧‧狀態
350‧‧‧狀態
360‧‧‧狀態
370‧‧‧狀態
410‧‧‧狀態
420‧‧‧狀態
430‧‧‧狀態
440‧‧‧狀態
450‧‧‧狀態
460‧‧‧鏈路作用中狀態
510‧‧‧狀態
520‧‧‧狀態
610‧‧‧階段
620‧‧‧階段
630‧‧‧狀態
640‧‧‧狀態
650‧‧‧狀態
700‧‧‧電線/電力線/線VO/電線導通體
710‧‧‧電源供應器
799‧‧‧線VO
810‧‧‧狀態
820‧‧‧狀態
830‧‧‧狀態
840‧‧‧狀態
850‧‧‧狀態
900‧‧‧充電器
1005‧‧‧狀態
1015‧‧‧狀態
1020‧‧‧鏈路作用中狀態
1050‧‧‧狀態
1055‧‧‧狀態
1060‧‧‧狀態
1065‧‧‧狀態
1070‧‧‧狀態
1075‧‧‧狀態
1080‧‧‧狀態
1400‧‧‧驅動器
1500‧‧‧查找表
1510‧‧‧狀態圖
A‧‧‧緩衝器
B‧‧‧緩衝器
C‧‧‧緩衝器
C2‧‧‧比較器
C5‧‧‧比較器
D1‧‧‧二極體/齊納二極體
D2‧‧‧二極體
IN‧‧‧輸入端子/線/輸入線
IO‧‧‧輸出線
LDO‧‧‧低壓降調節器
M1‧‧‧電晶體/連接器/開關
M2‧‧‧電晶體
MPOWER‧‧‧電晶體/電力場效電晶體(FET)
OUT‧‧‧輸出端子
Q1‧‧‧電晶體
R1‧‧‧電阻器
R2‧‧‧電阻器
R3‧‧‧偵測電阻器
R4‧‧‧電阻器
RCNV‧‧‧轉換器電阻器
RLDO‧‧‧電阻器
Rp‧‧‧電阻器
RS1‧‧‧電阻器
RS2‧‧‧第二電阻器
Rsys‧‧‧電阻器/下拉電阻器/系統電阻器
RSYS DIODE‧‧‧二極體
RSYS1‧‧‧第一系統電阻器
RSYS2‧‧‧第二系統電阻器
S0‧‧‧當前狀態
S3‧‧‧狀態
S4‧‧‧狀態
U0‧‧‧額外或未使用狀態
U1‧‧‧低壓降(LDO)調節器/額外或未使用狀態
U2‧‧‧低壓降(LDO)調節器
U3‧‧‧比較器
V+‧‧‧端子/電源供應器
V1‧‧‧微控制器電源供應器
X1‧‧‧單線驅動器
圖1說明可藉由併入本發明之實施例改良之電子系統；圖2為根據本發明之一實施例的電路之簡化示意圖；圖3說明根據本發明之一實施例的用於系統管理控制器之狀態圖；圖4說明根據本發明之一實施例的配接器狀態機之各種狀態；圖5為根據本發明之一實施例的用於故障偵測電路之狀態圖；圖6說明根據本發明之一實施例的用於偵測電源配接器與電子器件之間的連接之狀態圖；圖7說明根據本發明之一實施例的用於偵測電源配接器與電子器件之間的連接之電路；圖8說明根據本發明之一實施例的用於將電力自電源配接器提供至電子器件之狀態圖；圖9說明根據本發明之一實施例的用於將電力自電源配接器提供至電子器件之電路；圖10說明根據本發明之一實施例的用於在配接器與電子器件之間傳輸資料之狀態圖；圖11說明根據本發明之一實施例的用於傳輸資料之電路；圖12為根據本發明之一實施例的驅動器電路之示意圖；圖13說明根據本發明之一實施例的用於電源配接器之電路；圖14說明根據本發明之一實施例的驅動器電路；圖15說明根據本發明之一實施例的有限狀態機；圖16說明根據本發明之一實施例的另一偵測電路；圖17說明根據本發明之一實施例的經由轉換器連接之電源配接器及電子器件；圖18說明根據本發明之一實施例的用於轉換器或連接器配接器之電路；圖19說明根據本發明之一實施例的用於轉換器或連接器配接器之電路；圖20說明根據本發明之一實施例的可用於連接偵測之電路；及圖21說明根據本發明之一實施例的可用於連接偵測之另一電路。
C2‧‧‧比較器
C5‧‧‧比較器
RLDO‧‧‧電阻器
Rsys‧‧‧電阻器/下拉電阻器/系統電阻器

权利要求:
Claims (1)
[1] 一種電源配接器，其包含：電源轉換電路，其用以接收AC電力且提供DC電力；偵測電路，其用於偵測一電子器件至一第一電線及一第二電線之一連接；電源電路，其用以經由該第一電線提供該DC電力且經由該第二電線提供接地；及通信電路，其用以經由該第一電線及該第二電線自該電子器件接收第一信號且經由該第一電線及該第二電線將第二信號提供至該電子器件。

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