線纜質量檢測和電力消耗設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明總體涉及線纜質量檢測，并且在特定實施例中涉及用于線纜質量檢測的系 統和方法以及電力消耗設備。
【背景技術】
[0002] 通用串行總線（USB)是對在用于電子設備之間的連接、通信和電力供應的總線中 使用的線纜、連接器和通信協議進行定義而開發的工業標準。
[0003] 在很多便攜式產品中，USB經常不僅用作通信端口而且用作適合電池充電的電力 傳輸端口。例如，標準USB2.0兼容端口可以將7. 5W(1.5A時的5V)的最大電力傳輸提供 至可以用于對便攜式設備的電池進行再充電的專用充電端口。然而，隨著便攜式設備的電 池容量越來越大，例如從5600mAh到8000mAh和lOOOOmAh，用于這些設備的充電時間相應地 增加。例如，使用標準USB2.0兼容端口，給5600mAh的電池再充電需要大約2小時40分 鐘，而給1000 OmAh的再充電則需要4小時45分鐘。
[0004] 較快的充電時間可以通過增加充電電流和/或充電電壓來獲得。USB電力傳輸 (PD)規范指定使用具有標準USB型A/B連接器的經認證的感知（aware)USB線纜以20V來傳輸高達100W的電力。USB 要求使用PD-感知線纜。例如，具有USB-微型B/AB連 接器的PD-感知線纜可以支持高達20V時的60W、12V時的36W和5V時的IOW的最大電力。 結果，在新的USB標準下，可以通過電力傳輸感知線纜傳送高達5A的電流和高達100W的電 力。
[0005]USB規范要求了在用于USB線纜的電氣參數上的規范。例如，USB規范要求USB線 纜具有24-26的美國線規（AWG)等級（rating)，并且進一步要求微型-B連接器小于50mQ。
[0006] 然而，包括了PD-感知線纜的USB線纜可能不能安全地處理大電流。例如，線纜可 能在使用期間歸因于場應力而變得有缺陷。另外，USB制造商中的一些可能不具有良好的 質量控制。通過有缺陷的USB供應大的電力可能會引起顯著的安全風險。類似地，歸因于 向后兼容性，最終用戶可能不知道使用較新的PD-感知線纜的必要性。
【發明內容】
[0007] 根據本發明的實施例，用于為設備供電的方法包括在通過線纜耦合至電力提供設 備的電力消耗設備處接收電力。在電力消耗設備的輸入處以第一電流供應接收的電力。方 法進一步包括將接收的電力供應至電力消耗設備中的負載并且測量電力消耗設備的輸入 處的電壓的變化率。確定電力消耗設備的輸入處的電壓的變化率是否小于第一目標電壓變 化率。如果電力消耗設備的輸入處的電壓的變化率大于第一目標電壓變化率，則將在電力 消耗設備的輸入處接收的電流減小至低于第一電流的第二電流。
[0008] 根據本發明的備選實施例，用于檢測電力線纜的溫度的方法包括測量通過電力線 纜進行電力傳輸期間在電力線纜的輸出處的電壓，并且計算電力傳輸期間在電力線纜的輸 出處的電壓變化率。根據電壓變化率計算電力線纜的溫度的指示。
[0009] 根據本發明的備選實施例，電力消耗設備包括被配置成接收電力并且被配置成通 過電力傳輸線纜耦合至電力提供設備的輸入，接收的電力在電力消耗設備的輸入引腳處具 有第一電流。可調電源被配置成將接收的電力供應至電力消耗設備中的負載。控制電路被 配置成計算在電力消耗設備的輸入處的接收的電力的電壓的變化率。控制電路被進一步配 置成確定在電力消耗設備的輸入處的電壓的變化率是否小于第一目標電壓變化率。控制 電路被進一步配置成：如果電力消耗設備的輸入處的電壓的變化率大于第一目標電壓變化 率，則將電力消耗設備的輸入處接收的電力減小至低于第一電流的第二電流。
【附圖說明】
[0010] 為了更完整地理解本發明及其優點，現在對結合附圖進行的以下描述做出參考， 其中：
[0011] 圖1圖示了應力下的導線的溫度特性；
[0012] 圖2圖示了對于不同初始導線電阻的導線而言隨著溫度中的增加的在導線電阻 中的增加；
[0013]圖3圖示了使用電力傳輸線纜的在電力提供設備與電力消耗設備之間的等效電 阻的示意圖；
[0014] 圖4圖示了所牽引的電流與電力消耗設備處的電壓之間的關系；
[0015]圖5圖示了根據本發明的實施例的電力系統；
[0016] 包括圖6A至圖6B的圖6圖示了根據本發明的實施例的電力傳輸系統的操作；和
[0017] 圖7圖示了根據本發明的實施例的電池充電器的示意性表示。
【具體實施方式】
[0018] 下面詳細地討論本優選實施例的制作和使用。然而應該理解的是，本發明提供了 可體現在多種具體上下文中的很多適用的創新性概念。所討論的具體實施例僅是制作和使 用發明的說明性的具體方式，并且不限制發明的范圍。
[0019] 將關于在用于減輕電力傳輸期間在USB線纜中形成電弧的風險的具體上下文、系 統和方法中的優選實施例對本發明進行描述。發明也可以應用于包括了進行通信和/或提 供電力至電子設備的其他線纜的其他應用。
[0020] 當被定級的線纜被用于牽引較高電流的應用時，線纜絕緣體歸因于在整個時間周 期內發熱而劣化。經受應力的導線或線纜因為導線的固有電阻歸因于電流的通過而變熱。 然而，如果導線包括缺陷、例如導致在小區域中的電流集聚或電流中的局部增加的缺陷，則 該區域選擇性地更加變熱。一般情況下，導線被設計成能夠工作高達最大電流。然而，導線 的等級可能不會對造成導線損傷的任何場起效果。例如，歸因于用戶的誤用，可能在電流承 載導線上形成缺陷。
[0021] 因此，雖然導線可以在初始時是兼容的，但是導線可能隨后變得不適于使用。此 外，歸因于在制造商的數量中的大的變動，可能會在導線的質量、長度、直徑上有變動。此 外，一些制造商可能沒有充分的質量控制并且因此導線可能與例如要求導線成為AWG 24-26、具有2m的最大長度以及具有50mQ的最大電壓降的USB要求不兼容。
[0022] 圖1圖示了應力下的導線的溫度特性。
[0023] 參見圖1，當大量電流通過諸如USB線纜等的導線時，導線的溫度在初始時增加直 到到達準熱平衡為止。在該初始階段之后，溫度在整個長的使用周期內慢慢增加直到故障 為止。然而，當導線和/或周圍的絕緣燒毀時該階段的故障可能是災難性的。因為USB線 纜的向后兼容性，所以存在著當大量電流被牽引通過USB線纜時最終用戶使用了用于電力 傳輸的不合適的和/或有缺陷的USB線纜的真正的危險。
[0024] 圖2圖示了示出對于不同初始導線電阻的導線而言導線電阻如何相對于溫度而 增加的圖表。在圖2中，三個曲線II、12、13圖示了經受發熱的導線的示例。曲線II、12、 13圖示了具有不同初始電阻的導線的行為。隨著導線的溫度增加，導線的電阻也增加。對 于具有較大初始電阻的導線而言在電阻中的增加可以比具有較低初始電阻的導線多得多。 因此，具有較大初始電阻的導線中的一些可能因為電阻增加至超過最大可允許電阻（標為 切斷電阻）而變得不兼容。例如，期望兼容的USB線纜具有小于50mfi的電阻。然而，在使 用期間USB線纜可能歸因于發熱而變得不兼容并且引起對最終客戶的顯著危險。
[0025] 本發明的實施例通過監測線纜的溫度并且停止或降低通過線纜傳輸的電力來防 止對線纜的損傷并避免了使用有缺陷的線纜的安全問題。發明的實施例監測導線的溫度變 化而不直接用溫度傳感器測量溫度，由此避免了這樣的災難性故障。
[0026] 將利用圖3和圖4來描述本發明的實施例。將利用圖5來描述包括了實施本發明 的實施例的電力提供設備和電力消耗設備的系統。將利用圖6來描述根據本發明的實施例 的電力消耗設備。將利用圖7來描述實施本發明的實施例的方法。
[0027]圖3圖示了使用了電力傳輸線纜的電力提供設備與電力消耗設備之間的等效電 阻的示意圖。
[0028] 遍及電力提供設備102與電力消耗設備110之間的電力傳輸線纜的電阻可以分成 數個較小的電阻。例如，第一接觸電阻Rcl是電力傳輸線纜接觸電力提供設備102的輸出 引腳所在的電阻。類似地，通道電阻例如包括第一USB軟件狗（USBl)的第一插座電阻RsU 線纜的導線電阻Rw、第二USB軟件狗（USB2)的第二插座電阻Rs2、線纜接觸電力消耗設備 110的輸入引腳所在的第二接觸電阻Rc2。
[0029] 圖4圖示了所牽引的電流與電力消耗設備處的電壓之間的關系。
[0030] 初始時，電力消耗設備輸入引腳處的電壓（VO)是施加電力消耗設備的任何負載 之前的電力提供器的輸出電壓。因為尚未連接負載，所以通過線纜的電流可以忽略不計 (IO)0
[0031] 在電力被供應至負載（例如，電力消耗設備的電池開始充電）之后，通過線纜建立 了恒定的電流流動，這使線纜變熱。線纜的溫度中的增加使線纜的電阻增加，這使通過線纜 的電壓降增加。換言之，電力消耗設備處的電壓歸因于由于發熱導致線纜的電阻中的增加 而下降。
[0032] 在本發明的各種實施例中，首先在沒有負載電流的狀態下、并且接著在用于充電 而牽引的恒定電流期間對電力消耗設備11〇(圖3)處的電壓進行監測。恒定地監測電壓中 的變化以便建立將電力供應提供至電力消耗設備的導線或USB線纜的變熱的指示