Usb電源的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種通用串行總線（USB）電源，該電源包括彼此可釋放地連接的主體（12）和電纜（24），所述主體（12）可釋放地連接至直流（DC）電力源，并且具有能夠與DC電力源電連接的USB插座（20），所述電纜（24）包括：能夠與所述USB插座（20）可釋放地連接的USB插頭（26），以在所述USB插座（20）與所述USB插頭（26）之間建立電連接和數據通信；以及與所述USB插頭（26）電連接的連接器（30），所述電源可操作在分離模式與連接模式中，在所述分離模式中，所述主體（12）不與所述電纜（24）連接，在所述連接模式中，所述主體（12）與所述電纜（24）可釋放地連接，并且當在連接模式中時，所述電源被適配成自動改變來自連接器（30）的DC電力輸出的電壓。
【專利說明】USB電源
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通用串行總線（USB)電源，特別地，涉及具有自動供電電壓調節的電 源，該電源適用于但不專用于為需要不同電壓的直流（DC)供電的電氣和/或電子設備進行 充電和/或供電。
【背景技術】
[0002] 移動電子產品（gadget)(例如智能手機、平板電腦以及膝上型計算機)在當下很流 行。在與他人通信和訪問線上信息方面，這些移動設備向我們提供了許多便利。然而，這些 移動設備依賴電池來存儲電力，并且一般只能持續幾個小時。
[0003] 對于智能手機、平板電腦以及其他便攜式DC供電的負載充電，不必檢測供電電 壓，這是因為所有這些設備是以5V DC額定的。通用串行總線（USB)電源將提供智能手機 和平板電腦需要的充電識別握手（handshake )。
[0004] 另一方面，對于膝上型計算機電源電壓沒有統一的標準。市面上找到的膝上型計 算機具有范圍從9V DC到20V DC的電壓輸入，即使它們的內部硬件極為相似。膝上型計算 機的電源單元通常彼此不兼容，并因此膝上型計算機通常配有專用直流（DC)電源來進行電 池充電。不同品牌和型號的膝上型計算機的這些專用電源的輸出電壓不同。因此，所有膝 上型計算機需要由各自的專用電源進行供電/充電。
[0005] 由于電池存儲能力有限，專用電源需要同移動產品一同被攜帶。根據設計，其重量 范圍從0. 3kg至0. 5kg，并且功率密度的范圍為6至10W/in3。這增加了攜帶移動產品的總 體負擔。此外，一旦膝上型計算機被丟棄，專用電源本身變成不必要的電子廢物。雖然市面 上存在可用于膝上型計算機的通用電源，但需要用戶手動選擇所需的輸出電壓，如此既麻 煩又易于出錯。
[0006] 因此本發明的目的是提供一種USB電源，以減輕上述缺陷或者至少向行業 (trade)和公眾提供有用的替換選擇。
【發明內容】
[0007] 根據本發明，提供了一種通用串行總線（USB)電源，該電源包括第一單元，以及 第二單元，該第二單元能夠與所述第一單元可釋放地連接，其中所述第一單元能夠與直流 (DC)電力源可釋放地連接以從該直流電力源接收DC電力，所述第一單元包括能夠與所述 DC電力源電連接的第一 USB連接部分，其中所述第二單元包括：第二USB連接部分，該第二 USB連接部分能夠與所述第一 USB連接部分可釋放地連接以在所述第二USB連接部分與所 述第一 USB連接部分之間建立電連接和數據通信；以及與所述第二USB連接部分電連接的 連接器，其中所述電源能夠操作在分離模式與連接模式中，在所述分離模式中，所述第一單 元與所述第二單元不連接，在所述連接模式中，所述第一單元與所述第二單元可釋放地連 接，并且其中當在所述連接模式中時，所述電源被適配成自動改變來自所述連接器的DC電 力輸出的電壓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 本發明的實施方式將參考附圖通過示例的方式進行描述，其中：
[0009] 圖1是根據本發明實施方式的通用串行總線（USB)電源的主體的示意框圖；
[0010] 圖2是能夠與圖1的主體可釋放地連接的定制電纜的示意框圖；以及
[0011] 圖3是顯示了根據本發明的USB電源的操作步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0012] 首先參照圖1，其示出了根據本發明實施方式的通用串行總線（USB)電源的主體 (12)的示意框圖。主體（12)容納與電源開關（16)電連接的DC到DC轉換器（14)，該電源 開關（16)進而與電流傳感器（18)電連接，該電流傳感器（18)進而與USB插座（20)電連接。 此外，所述DC到DC轉換器（14)的-ve (負極）連接點與所述USB插座（20)電連接。所述 USB插座（20 )還與所述電源開關（16 )電連接。微控制器（22 )與所述DC到DC轉換器（14)、 所述電源開關（16)、所述電流傳感器（18)以及所述USB插座（20)電連接，以控制所述主體
[12] 的操作，以及實際上控制整個USB電源的操作。
[0013] 轉到圖2,其示出了總體被指定為（24)的定制電纜的示意框圖，該定制電纜能夠 與所述主體（12)可釋放地連接，以與其建立電氣和物理連接。所述電纜（24)包括USB插頭 (26)、用于存儲認證標識符（ID)的存儲器（28)(例如電可擦可編程只讀存儲器（EEPR0M)) 和連接器（30)。
[0014] 所述電纜（24)的USB插頭（26)能夠與所述主體（12)的USB插座（20)物理和電 氣地可釋放地連接，從而在所述USB插頭（26)與所述USB插座（20)之間建立物理和電氣連 接，以便在所述主體（12)與所述電纜（24)之間建立電氣連接、物理連接以及數據通信。
[0015] 根據本發明的USB電源可以在兩種模式中操作，所述兩種模式稱為分離模式和連 接模式。在分離模式中，所述主體（12)和所述電纜（24)彼此之間不連接。在這種分離模 式中，當所述主體（12)與DC電力源連接時，所述USB插座（20)可與電子設備(例如智能手 機或平板電腦）的互補（complementary) USB插頭連接，以對電子設備供電和/或充電。在 連接模式中，所述主體（12 )和所述電纜（24 )通過所述USB插頭（26 )與所述USB插座（20 ) 的連接而彼此連接。在連接模式中，當所述主體（12)與DC電力源連接時，所述連接器（30) 可與電子設備(例如膝上型計算機）的互補連接部分連接，以對電子設備供電和/或充電。
[0016] 每個定制電纜（24)具有存儲在其存儲器（28)中的認證標識符（ID)，其中，當所述 電纜（24)與所述主體（12)連接時，出于識別的目的，所述微控制器（22)可以通過所述USB 插頭（26)的D-(引腳（pin) 2)和所述主體（12)的所述USB插座（20)的D-(引腳2)來讀 取所述認證標識符。
[0017] 根據本發明的USB電源的操作將參照圖3的流程圖被進一步描述。當所述USB電 源處于啟動（ON)狀態(步驟102)并且DC電力源(例如，具有+12V DC)與所述主體（12)連 接時，所述DC到DC轉換器（14)從所述DC電力源接收DC電力以進行后續調整。特別地， 所述微控制器（22)自動引起所述DC到DC轉換器（14)以+5V DC的電壓輸出DC電力源(步 驟104)，并且開啟電源開關（16)(步驟106)以使能DC輸出。接下來所述微控制器（22)通 過所述電流傳感器（18 )持續地監控所述USB插座（20 )上的電流輸出（Lut)(步驟108 )，特 別是檢測iwt是否為零(步驟110)。如果Lut是零，則意味著沒有電子設備被電連接至所述 USB電源，并且所述微控制器（22)繼續監控iwt。
[0018] 如果u不是零，則表示有電子設備被電連接至USB電源并且從USB電源獲取電 流。接下來所述USB電源自動執行智能負載型檢測算法，該算法起始于識別所述定制電纜 (24)是否存在(步驟112 ;步驟114)。如果所述定制電纜（24)沒有被識別出（S卩，所述微控 制器（12)沒能讀取到任何有效的標識ID)，則表明所述電纜（24)沒有與所述主體（12)連 接，在這種情況下，USB電源在分離模式中操作，并且作為用于例如智能電話和平板電腦的 特定電子設備的專用充電端口（DCP)。
[0019] 作為一個示例，所述USB電源能夠集成三種通用的DCP標準。下面的表1示出了 支持的DCP標準和在所述USB插座（20)的D-(引腳2)和D+ (引腳3)上的輸出信號。
[0020] 表 1
[0021]
【權利要求】
1. 一種通用串行總線（USB)電源，該電源包括： 第一單元；W及 第二單元，該第二單元能夠與所述第一單元可釋放地連接； 其中所述第一單元能夠與直流（DC)電力源可釋放地連接，W從該直流電力源接收DC 電力，所述第一單元包括能夠與所述DC電力源電連接的第一 USB連接部分； 其中所述第二單元包括：第二USB連接部分，該第二USB連接部分能夠與所述第一 USB 連接部分可釋放地連接W在所述第二USB連接部分與所述第一 USB連接部分之間建立電連 接和數據通信；W及連接器，該連接器與所述第二USB連接部分電連接； 其中所述電源能夠操作在分離模式與連接模式中，在所述分離模式中，所述第一單元 與所述第二單元不連接，在所述連接模式中，所述第一單元與所述第二單元可釋放地連接； W及 其中，當在所述連接模式中時，所述電源被適配成自動改變來自所述連接器的DC電力 輸出的電壓。
2. 根據權利要求1所述的電源，其中，當在所述連接模式中時，所述電源被適配成自動 改變來自所述連接器的所述DC輸出的電壓，W匹配或基本匹配與所述連接器電連接的電 氣和/或電子設備的操作電壓。
3. 根據權利要求1所述的電源，其中所述第一 USB連接部分是USB插座，并且所述第二 USB連接部分是USB插頭。
4. 根據權利要求1所述的電源，其中所述第一單元包括轉換器，該轉換器被適配成改 變從所述DC電力源接收到的DC電力的電壓W進行輸出。
5. 根據權利要求4所述的電源，其中當所述電源處于所述分離模式中時，所述轉換器 被適配成將從所述DC電力源接收到的所述DC電力的電壓改變至第一預定電壓W進行輸 出。
6. 根據權利要求1所述的電源，其中所述電源包括電流傳感器，其中當所述電源處于 所述連接模式中時，該電流傳感器被適配成檢測來自所述第一 USB連接部分的電流輸出。
7. 根據權利要求6所述的電源，其中所述第一單元包括所述電流傳感器。
8. 根據權利要求6所述的電源，其中所述第一單元包括轉換器，該轉換器被適配成改 變從所述DC電力源接收到的DC電力的電壓W進行輸出，并且其中，當所述電源處于所述連 接模式中時，并且在由所述電流傳感器對來自所述第一 USB連接部分的所述電流輸出進行 檢測期間，所述轉換器被適配成首先W第二預定電壓輸出DC電力，并且將所輸出的DC電力 的電壓從所述第二預定電壓增加，直到所述電流傳感器感應到來自所述第一 USB連接部分 的電流輸出的階躍變化，于是所述轉換器被適配成W檢測到來自所述第一 USB連接部分的 電流輸出的階躍變化所在的電壓繼續輸出DC電力。
9. 根據權利要求8所述的電源，其中當所述電源處于所述連接模式中時，所述轉換器 被適配成W基本上相等的電壓的步長增加從該轉換器輸出的DC電力的電壓。
10. 根據權利要求4所述的電源，其中當所述電源處于所述連接模式中時，所述轉換器 被適配成將從所述DC電力源接收到的所述DC電力的電壓改變至第H電壓，其中該第H電 壓與所述第一預定電壓不同。
11. 根據權利要求1所述的電源，其中所述第一單元包括用于控制所述電源的操作的 微控制器。
12. 根據權利要求2所述的電源，其中所述第二單元包括認證標識符，其中當所述電源 處于所述連接模式中時，該認證標識符能夠被所述第一單元讀取W識別所述第二單元。
13. 根據權利要求12所述的電源，其中當所述電源處于所述連接模式中時，所述電源 被適配成只要所述第二單元被所述第一單元識別出，就自動改變來自所述連接器的所述DC 輸出的電壓，W匹配或基本匹配與所述連接器電連接的所述電氣和/或電子設備的操作電 壓。
14. 根據權利要求12所述的電源，其中所述第二單元的所述認證標識符能夠被所述第 一單元通過所述第一 USB連接部分的D-巧I腳2)讀取。
15. 根據權利要求4所述的電源，其中一旦所述電源從所述連接模式改變到所述分離 模式，所述第一單元被適配成自動將來自所述轉換器的所述DC電力輸出改變至所述第一 預定電壓。
16. 根據權利要求1所述的電源，其中當所述電源處于所述分離模式中時，所述第一單 元被適配成通過所述第一 USB連接部分與電氣和/或電子設備連接，來W多個專用充電端 口標準對所述電氣和/或電子設備進行充電和/或供電。
17. 根據權利要求1所述的電源，其中所述第二單元包括電纜。
18. 根據權利要求1所述的電源，其中所述第二單元包括用于存儲數據的存儲器，所述 數據允許當所述電源處于所述連接模式中時自動改變來自所述連接器的DC電力輸出的電 壓，W及其中所述存儲器中的所述數據能夠通過所述第二單元的所述第二USB連接部分被 重新配置。
【文檔編號】G05B19/04GK104345651SQ201310538205
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年11月4日 優先權日:2013年7月29日
【發明者】謝松輝, 鐘樹鴻, 陳佑宗 申請人:香港城市大學