CN101882814A - 增强usb接口输出功耗的方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强USB接口输出功耗的方法、装置及系统，其方法包括：发射模块获取电能，并将获取的电能转换成电磁能；接收模块将电磁能转换为电能输送给USB终端。本发明通过无线供电方式为USB终端提供无线电源，对USB接口输出电源进行补充，增强了USB接口的输出功耗的能力，解决了USB接口输出功率不足的问题，使用户在不使用双口Y型USB线缆和不外接有线电源适配器的情况下仍然可以正常使用大功率USB终端，还可以实现在电磁场覆盖的范围内一个发射模块对多个接收模块的能量传递，从而实现一对多的供电方式。同时，将发射模块集成在笔记本上，以及将接收模块集成在USB终端内，使设备的便携性得到提高，方便用户使用。

Description

增强USB接口输出功耗的方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种增强USB接口输出功耗的方法、装置及系统。
背景技术
目前，USB(Universal Serial BUS，通用串行总线)接口是一种主流数据传输的接口，广泛应用在各种终端中。USB接口的标准从USB1.1、USB2.0发展到了USB3.0，其传输的数据速率越来越快。目前大多数的终端采用USB2.0标准的接口。在采用USB接口的通信设备中，其供电方式主要是从USB接口中获取5V电源，然后通过其内部电路中的电源管理模块产生其它的电压供给其内部使用。
在USB2.0的标准中，对USB接口的电源输出参数有明确的规定，即：输出电压为5V，输出电流最大为500mA，总功率为2.5W。但是，在目前USB接口的设备中，很多设备需要从主机的USB接口中得到更多的电流，如3G制式的双模双待USB接口无线上网卡以及LTE(Long Term Evolution，长期演进)制式的USB上网卡等，由于数据传输速率很快，消耗的功率很大，500mA的电流不能满足其使用要求，甚至会造成系统损坏。比如：USB接口的无线上网卡工作时需要5V的电压以及700mA的功率，即需要USB接口提供700mA的输出电流，显然超过USB2.0接口的500mA供电能力，会导致USB无线上网卡将不能正常工作或造成计算机系统崩溃。
现有技术中，解决USB接口供电不足的方式之一为：利用USB双口线缆(Y型线)，从两个USB接口同时取电，这种方式从理论上可以达到1A的输出电流。另外一种方式是：使用外接的电源适配器对USB终端进行供电，以补充不足的电流，其具体方法为：用有线的电源适配器将220V交流电转换成5V直流电压输入，或者在USB终端中使用充电电池或大容量储能电容等。
上述两种解决USB接口供电不足的方式存在以下缺点：
其一，采用USB双口线缆要占用两个USB接口，对USB接口比较少的主机来说浪费USB接口。而且对用户来说，必须配置双口线缆才能使用，比较麻烦。
其二，采用有线电源适配器，虽然只需使用一个USB接口，但整体移动性能很差，对笔记本电脑用户来说，还需固定电源给有线电源适配器供电，不能移动，便携性较差。另外，在USB终端中增加充电电池和大容量储能电容虽然也能为USB终端补充不足的电流，但充电电池使用时间有限，而且体积比较大；同样，对于大容量储能电容，在工作期间如果得不到电流的补充，将无法提供输出电流，而且体积较大，对目前USB终端的小型化有很大的阻碍。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种增强USB接口输出功耗的方法、装置及系统，旨在增强USB接口的输出功耗且不使USB接口的输出电流超出标准，使大功率USB终端能够正常工作。
本发明提出的一种增强USB接口输出功耗的方法，包括以下步骤：
发射模块获取电能，并将获取的电能转换成电磁能；
接收模块将电磁能转换为电能输送给USB终端。
优选地，获取电能的方式包括：从计算机的主机主板电源上获取电能或从计算机的主机主板接口获取电能。
优选地，所述接收模块将电磁能转换为电能输送给USB终端之前还包括：
接收模块向发射模块反馈带有状态信息的数据信号；
发射模块根据数据信号判断是否调整磁场强度，当要调整磁场强度时，根据数据信号调整磁场强度。
优选地，发射模块将获取的电能转换成电磁能之前还包括：
对电能的电压进行滤波整流和调整输出直流电源。
优选地，接收模块将电能输送给USB终端之前还包括：
对电能的电压进行整流和转换输出符合要求的电压。
本发明提出一种增强USB接口输出功耗的装置，包括：发射模块和接收模块；其中：
所述发射模块，用于获取电能，并将获取的电能转换成电磁能输出给接收模块；
所述接收模块，用于接收发射模块输出的电磁能，并将电磁能转换为电能输送给USB终端。
优选地，
所述接收模块还用于，向发射模块反馈带有状态信息的数据信号；
所述发射模块还用于，根据数据信号调整磁场强度。
优选地，所述发射模块还用于，对电能的电压进行滤波整流和调整输出直流电源；
所述接收模块还用于，对电能的电压进行整流和转换输出符合要求的电压。
优选地，所述发射模块集成在计算机的主机主板上或者发射模块通过接口与计算机连接；
所述接收模块集成在USB终端并与USB终端的输入电源端口连接。
优选地，所述USB终端为一个或一个以上。
本发明提出一种增强USB接口输出功耗的系统，包括主机以及与主机通过第一主机USB接口连接的USB终端，还包括：
设置在主机上的发射模块，用于获取电能，并将获取的电能转换成电磁能输出；以及
设置在USB终端上的接收模块，用于接收发射模块输出的电磁能，并将电磁能转换为电能输送给USB终端。
优选地，所述发射模块与主机电源管理模块连接或发射模块与设置在主机上的第二主机USB接口连接。
本发明通过无线供电方式为USB终端提供无线电源，对USB接口输出电源进行补充，以解决USB接口输出功率不足的问题，使用户在不使用双口Y型USB线缆和不外接有线电源适配器的情况下仍然可以使用大功率USB终端。增强了USB接口的输出功耗的能力，从而可以去掉现有技术中有线电源的连接线。另外，利用无线供电方式，可以防止因供电不足，一个USB终端占用多个USB接口的情况，使计算机上的USB接口得到充分的利用。而且采用电磁场进行能量转换，还可以实现在电磁场覆盖的范围内一个发射模块对多个接收模块的能量传递，从而实现一对多的供电方式。同时，可将发射模块集成在笔记本上，以及将接收模块集成在USB终端内，使设备的便携性得到提高，方便用户使用。
附图说明
图1是本发明增强USB接口输出功耗的方法一实施例流程示意图；
图2是本发明增强USB接口输出功耗的方法另一实施例流程示意图；
图3是本发明增强USB接口输出功耗的装置一实施例结构示意图；
图4是本发明增强USB接口输出功耗的系统一实施例结构示意图；
图5是本发明增强USB接口输出功耗的系统另一实施例结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述：
本发明技术方案主要利用无线供电的方式对USB接口输出电源进行补充以解决USB接口输出功率不足的问题。
图1示出了增强USB接口输出功耗的方法一实施例流程示意图。
如图1所示，本实施例提供一种增强USB接口输出功耗的方法，包括：
步骤101，发射模块获取电能，并将获取的电能转换成电磁能；
步骤102，接收模块将电磁能转换为电能输送给USB终端。
本实施例增强USB接口输出功耗的方法的运行环境包括：计算机主机以及与计算机主机通过USB接口连接的USB终端，计算机主机主要是指内部有CPU的个人电脑、笔记本、掌上电脑、上网本以及工控机等上位控制设备。USB终端主要包括但不限于使用USB接口的终端，如USB无线上网卡、带USB接口的MP4等。一般USB终端内部都有电源管理芯片，可以从USB接口获取电源。
本实施例采用无线供电的解决方案来增加USB接口的输出功耗，使USB终端能从接收模块得到部分电流，进行正常的工作，又不至于使USB接口的输出电流超出标准。
目前，很多的芯片生产商都推出了针对无线电源管理的芯片(无线电源发射机/接收机)方案，如TI公司的bqTESLA芯片解决方案，利用bq50k、UCD72k、bq51k等芯片和相应的电磁线圈以及外围电路可实现无线供电方案。
因此，无线供电技术已趋成熟，本实施例采用的无线供电方案主要利用电磁线圈等电磁耦合原理，通过发射机与接收机进行能量转换，本实施例采用发射模块与接收模块进行能量转换，可以将发射模块集成在计算机的主机主板上或者将发射模块通过接口与计算机的主机主板上的接口连接，利用主机的电源为发射模块供电，其包括从计算机的主机主板电源上获取电能或从计算机接口获取电能。同时，将接收模块集成在用户使用的USB终端并与USB终端的输入电源端口连接。
发射模块将获取的电能转换成电磁能；接收模块接收发射模块通过电磁场传送的电磁能，并将电磁能转换成电能输送给USB终端内的电源管理模块，通过USB终端内的电源管理模块，使USB终端的电源可以同时从接收模块和USB接口并行取电，从而为USB接口提供电源补充。
例如，USB接口的无线上网卡工作时需要5V的电源以及700mA的功率，也就是说无线上网卡工作时需要USB接口提供700mA的输出电流，其超过了USB接口500mA的供电能力，因此将会导致USB无线上网卡不能正常工作或造成计算机系统崩溃。采用本实施例的无线供电方案后，可以同时由USB接口和无线电源提供电流给USB无线上网卡，由于有无线电源分担一半的电流，使USB无线上网卡从USB接口上直接得到的电流不会超过500mA，这样既不会造成计算机崩溃，USB无线上网卡也能得到需要的电流，进行正常工作。
以笔记本电脑为例，在设计时，发射模块可以集成在笔记本主机的主机主板上，也可以将发射模块做成USB接口的模块，将其连接在笔记本的一个USB接口上，利用笔记本USB接口的电源给发射模块供电，以便发射模块将电能转换成电磁能。由于发射模块集成在笔记本内部或做成USB接口的模块，便于携带。而且由于发射模块将电能转换成电磁能，在磁场范围内的多个接收模块都可以接收电磁能，因而可以实现一个发射模块同时对多个USB终端进行供电。
本实施例中，发射模块将接收的来自主机的AC交流电或其它直流电经过整流和转换，通过电磁线圈产生电磁能，并将电磁能输出给接收模块，接收模块根据相互约定的通讯协议与发射模块进行通讯，将带有自己状态信息的数据信号反馈给发射模块，该状态信息包括发射模块发送的电磁能是否合适，发射模块接收到接收模块反馈的数据信号后，判断接收模块的状态，以此控制发射磁场能量的强度。接收模块通过电磁线圈等接收电磁能，并将电磁能转换成电能，经过整流和电压转换处理，输出符合要求的电压给USB终端。
图2是本发明增强USB接口输出功耗的方法另一实施例流程示意图。
如图2所示，本实施例提供的一种增强USB接口输出功耗的方法包括：
步骤201，发射模块获取电能；
步骤202，对电能的电压进行滤波整流和调整输出直流电源；
步骤203，将直流电源的电能转换成电磁能；
步骤204，发射模块输出电磁能；
步骤205，接收模块接收电磁能；
步骤206，接收模块将电磁能转换为电能；
步骤207，对电能的电压进行整流和转换输出符合要求的电压；
步骤208，接收模块将符合要求的电压的电能输送给USB终端。
本实施例中，在步骤205之后还包括：
步骤2051，接收模块向发射模块反馈带有状态信息的数据信号；
步骤2052，发射模块根据数据信号判断是否调整磁场强度，如果是，进入2053，否则进入步骤204；
步骤2053，发射模块根据数据信号调整磁场强度，并进入步骤204。
图3是本发明增强USB接口输出功耗的装置一实施例结构示意图。
如图3所示，本实施例提出一种增强USB接口输出功耗的装置，包括：发射模块301和接收模块302；其中：
发射模块301，用于获取电能，并将获取的电能转换成电磁能输出给接收模块302；
接收模块302，用于接收发射模块301输出的电磁能，并将电磁能转换为电能输送给USB终端。
在本实施例中，接收模块302还用于，向发射模块301反馈带有状态信息的数据信号；发射模块301还用于，根据数据信号判断是否调整磁场强度，当要调整磁场强度时，根据数据信号调整磁场强度。
发射模块301还用于，在将电能转换成电磁能之前，对电能的电压进行滤波整流和调整；接收模块302还用于，在将电能输送给USB终端之前，对电能的电压进行整流和转换。
在本实施例中，发射模块301可以集成在计算机的主机主板上或者通过接口与计算机连接；接收模块302集成在USB终端并与USB终端的输入电源端口连接。
本实施例中，根据发射模块301发射的电磁场能量的辐射范围及强度，可以配置多个接收模块302接收发射模块301发射的电磁场能量，从而使与计算机的主机主板连接的USB终端可以为一个或一个以上。
发射模块301首先接收来自计算机的主机主板上的交流或直流电，如果接收的是交流电，发射模块301首先将交流电整流成直流电。如果接收的是直流电，发射模块301对直流电进行整流后，再将电能转换成电磁能输出。接收模块302接收发射模块301输出的电磁能，通过电磁转换和电压转换后，向USB终端输出符合要求的电压，比如5V电压。同时，接收模块302根据相互约定的通讯协议与发射模块301进行通讯，向发射模块301发送关于自己的状态信息的数据信号，以便发射模块301根据接收模块302的状态调整发射磁场的强度。
图4是本发明增强USB接口输出功耗的系统一实施例结构示意图。
如图4所示，本实施例提出一种增强USB接口输出功耗的系统，包括计算机的主机主板40以及与计算机的主机主板40通过USB接口连接的USB终端41。其中，计算机的主机主板40上还集成有发射模块301，USB终端41上还集成有与发射模块301通过磁场连接的接收模块302，其中：
发射模块301，用于获取电能，并将获取的电能转换成电磁能输出；
接收模块302，用于接收发射模块301输出的电磁能，并将电磁能转换为电能输送给USB终端41；
接收模块302还用于，向发射模块301反馈带有状态信息的数据信号；发射模块301还用于，根据数据信号判断是否调整磁场强度，当要调整磁场强度时，根据数据信号调整磁场强度。
发射模块301还用于，在将电能转换成电磁能之前，对电能的电压进行滤波整流和调整；接收模块302还用于，在将电能输送给USB终端之前，对电能的电压进行整流和转换。
如图4所示，计算机的主机主板40上还设有：
主机USB接口402，用于将计算机的主机主板40与USB终端41连接；
主机电源管理模块401，用于为计算机的主机主板40提供电源。
USB终端41上设有：终端USB接口412，与主机USB接口402连接，用于将USB终端41与计算机的主机主板40连接；
USB终端电源管理模块411，用于为USB终端41的运行提供电源。
本实施例中，发射模块301与计算机的主机主板40的主机电源管理模块401连接。
本实施例主要利用电磁线圈的电磁耦合原理，通过发射模块301将交流或直流电转换成电磁能。而接收模块302同样利用电磁线圈接收电磁能，并将电磁能转换成电能后输出。同时，利用电磁线圈，发射模块301和接收模块302根据相互约定的通讯协议进行无线数据通讯，反馈各自的状态。
本实施例中，将发射模块301集成到计算机的主机主板40上，其工作电源可以使用计算机的主机主板40上的12V、5V以及交流220V中的任何一个电源。或者可以将发射模块301做成USB接口或其它计算机接口(miniPCIE、EXPRESS、并行接口等)的模块，其电源从计算机接口获取。
将接收模块302设置在USB终端41上，且接收模块302的电源输出端连接在USB终端电源管理模块411的电源输入端口，接收模块302接收到磁场能量后，将电磁能转换成电能并向USB终端电源管理模块411输出电压与电流，从而，终端USB接口412与接收模块302可同时提供电源给USB终端电源管理模块411。
由于是两个电源同时给USB终端电源管理模块411供电，USB终端41将比只从终端USB接口412供电得到更多的电流，实现了大电流USB终端41用一个USB接口正常工作的方法，也即增强了终端USB接口412的输出功耗。
图5是本发明增强USB接口输出功耗的系统另一实施例结构示意图。
如同5所示，本实施例与上述图4所示的实施例的不同之处在于：本实施例中，发射模块301单独设计成USB接口的模块，该设计是针对现有的计算机的主机主板在设计时没有集成无线电源发射机电路的情形。可以将无线电源发射机电路部分即发射模块301设计成一个USB、EXPRESS或miniPCIE等计算机接口的模块，通过上述相应的接口将发射模块301与计算机主机连接。本实施例，以将发射模块301设计成USB接口的模块为例进行说明。
如同5所示，在本实施例中，上述实施例主机USB接口为第一主机USB接口，发射模块301通过USB接口与设置在计算机的主机主板40上的第二USB接口403连接。接收模块302与上述实施例中接收模块302一样集成在USB终端上且与USB终端电源管理模块411连接。
当计算机主机上电后，发射模块301从计算机的主机主板40上的第二主机USB接口403获取电源电能。发射模块301将电源电能转换成电磁能并将电磁能输出给接收模块302，同时，发射模块301与接收模块302根据相互约定的通讯协议进行无线数据通讯，以便发射模块301调整磁场发射强度。接收模块302将接收的电磁能转换成5V电压输出给USB终端电源管理模块411，并反馈自己的状态信息给发射模块301。发射模块301根据接收模块302反馈的状态信息调整输出的电磁场能量，和接收模块302构成一个闭环的控制系统。
因此，USB终端电源管理模块411可同时接收终端USB接口412和接收模块302输出的电源，从而使USB终端41也能进行正常工作。
本发明实施例通过无线供电方式为USB终端41提供无线电源，对第一主机USB接口402输出电源进行补充，以解决第一主机USB接口402输出功率不足的问题，使用户在不使用双口Y型USB线缆和外接有线电源适配器的情况下仍然可以正常使用USB终端41，增强了第一主机USB接口402的输出功耗的能力，从而可以去掉现有技术中有线电源的连接线。另外，利用无线供电方式，可以防止因供电不足，一个USB终端41占用多个USB接口的情况，使计算机上的USB接口得到充分的利用。而且采用电磁场进行能量转换，还可以实现在电磁场覆盖的范围内一个发射模块301对多个接收模块302的能量传递，从而实现一对多的供电方式。同时，本发明实施例通过将发射模块301集成在笔记本上，以及将接收模块302集成在USB终端41内，使设备的便携性得到提高，方便用户使用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种增强USB接口输出功耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
发射模块获取电能，并将获取的电能转换成电磁能；
接收模块将电磁能转换为电能输送给USB终端。
2.根据权利要求1所述的增强USB接口输出功耗的方法，其特征在于，
获取电能的方式包括：从计算机的主机主板电源上获取电能或从计算机的主机主板接口获取电能。
3.根据权利要求1或2所述的增强USB接口输出功耗的方法，其特征在于，所述接收模块将电磁能转换为电能输送给USB终端之前还包括：
接收模块向发射模块反馈带有状态信息的数据信号；
发射模块根据数据信号判断是否调整磁场强度，当要调整磁场强度时，发射模块根据数据信号调整磁场强度。
4.根据权利要求1或2所述的增强USB接口输出功耗的方法，其特征在于，发射模块将获取的电能转换成电磁能之前还包括：
对电能的电压进行滤波整流和调整输出直流电源。
5.根据权利要求1或2所述的增强USB接口输出功耗的方法，其特征在于，接收模块将电能输送给USB终端之前还包括：
对电能的电压进行整流和转换输出符合要求的电压。
6.一种增强USB接口输出功耗的装置，其特征在于，包括：发射模块和接收模块；其中：
所述发射模块，用于获取电能，并将获取的电能转换成电磁能输出给接收模块；
所述接收模块，用于接收发射模块输出的电磁能，并将电磁能转换为电能输送给USB终端。
7.根据权利要求6所述的增强USB接口输出功耗的装置，其特征在于，
所述接收模块还用于，向发射模块反馈带有状态信息的数据信号；
所述发射模块还用于，根据数据信号判断是否调整磁场强度，当要调整磁场强度时，根据数据信号调整磁场强度。
8.根据权利要求6所述的增强USB接口输出功耗的装置，其特征在于，
所述发射模块还用于，对电能的电压进行滤波整流和调整输出直流电源；
所述接收模块还用于，对电能的电压进行整流和转换输出符合要求的电压。
9.根据权利要求6、7或8所述的增强USB接口输出功耗的装置，其特征在于，
所述发射模块集成在计算机的主机主板上或者发射模块通过接口与计算机连接；
所述接收模块集成在USB终端并与USB终端的输入电源端口连接。
10.根据权利要求9所述的增强USB接口输出功耗的装置，其特征在于，所述USB终端为一个或一个以上。
11.一种增强USB接口输出功耗的系统，包括主机以及与主机通过第一主机USB接口连接的USB终端，其特征在于，还包括：
设置在主机上的发射模块，用于获取电能，并将获取的电能转换成电磁能输出；以及
设置在USB终端上的接收模块，用于接收发射模块输出的电磁能，并将电磁能转换为电能输送给USB终端。
12.根据权利要求11所述的增强USB接口输出功耗的系统，其特征在于，所述发射模块与主机电源管理模块连接或发射模块与设置在主机上的第二主机USB接口连接。
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