CN102237807B - 电子装置、电源变换器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电子装置、电源变换器及其操作方法。交流(AC)-直流(DC)电源变换器可以具有连接器，连接器具有一对电源触点和一对数据触点。电子装置可以连接到电源变换器的连接器。电源变换器可以使用电源触点将DC电力供应给电子装置。电源变换器可以包括具有跨过数据触点两端耦接的电阻器的控制电路。当电子装置和电源变换器相互连接时，每一个可以告知另一个存在超出工业标准的能力。同时，可以执行标准规范的发现操作以探测跨过数据触点两端耦接的电阻器的阻值。当发现扩展能力时，可以执行包括加速充电功能和数据通信功能的扩展功能。

Description

电子装置、电源变换器及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年4月23日提交的美国专利申请No.12/766,840的优先权，因此该申请作为参考以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及使用电源变换器对电子装置充电的系统。
背景技术
电源变换器电路可以用于将交流(AC)电力变换为直流(DC)电力。AC电力通常自壁装插座供应并且有时被称为线电力(linepower)。电子装置包括通过DC电力运行的电路。由AC-DC电源变换器产生的DC电力可以用于给电子装置供电。产生的DC电力还可以用于对电子装置中的电池充电。
一些电子装置具有包括电力线和数据线的输入输出端口。例如，一些电子装置具有例如包括一对电力线和一对数据线的通用串行总线端口的输入输出端口。通用串行总线(USB)连接器和其他连接器可以用在例如这些的端口中。
在电子装置的正常操作中，装置的USB端口可以用于传输电力和数据信号。例如，USB端口可以用于给例如打印机或照相机的外围设备供电，从而将数据传送到附件并传送来自附件的数据等。具有电池的装置可以通过汲取来自USB端口中的电力线的DC电力而被充电。例如，当蜂窝电话被连接到计算机的USB端口时，该蜂窝电话中的电池可以被充电。
使用计算机上的USB端口对电子装置充电可以很方便，但例如上述这些端口的计算机端口被设计为仅供应有限量的电力。可以使用独立的电源变换器获得更快速的充电。独立的电源变换器可以提供具有通用串行总线插头的电缆。这类USB插头可以插入到电子装置上的通用串行总线端口中，从而允许装置在不需要涉及计算机的情况下自壁装插座充电。
虽然例如上述那些USB充电器的独立的USB充电器可以提供比计算机上的USB端口更大的充电电力，但独立的USB充电器的能力和基于USB的充电系统的其他方面可能受到工业标准的限制。
因此，期望能够提供改进的充电系统，例如通过输入输出端口路径(例如通用串行总线路径)传输电力的充电系统。
发明内容
为了符合工业标准，交流(AC)-直流(DC)电源变换器和电子装置可以符合期望的发现协议。电源变换器和电子装置可以使用例如通用串行总线连接器的具有一对电力线和一对数据线的连接器连接。所述电源变换器可以包括跨过其数据线两端的电阻器。在发现操作期间，电子装置可以生成探测信号，例如经过电阻器的探测电流。所述电子装置可以使用探测信号来测量电源变换器中的电阻器的电阻。
除了标准规范的能力外，AC-DC电源变换器和电子装置可以具有扩展能力。这些扩展能力可以包括支持增强的电力传送能力、支持状态和诊断数据传送的数据传送能力以及其他功能的特征。
AC-DC电源变换器和电子装置可以支持标准规范的发现操作，例如关于呈现和检测跨过数据线两端的电阻器的操作。在这些发现操作期间或在一个延迟之后，AC-DC电源变换器和电子装置可以交换额外的调制信号。这些调制信号可以采用电流脉冲、电压脉冲或作为时间和/或幅值的函数被调制的其他信号的形式。发射机电路和相应的接收机电路可以用在电源变换器和电子装置中以支持单向和双向通信。发射机电路可以基于电流源、电压源、开关或使用通信电路进行调制的其他电路组件。接收机电路可以包括比较器和将被传输的信号变换为接收到的数据的其他接收机电路。
当具有扩展能力的电源变换器或电子装置被连接到不具有扩展能力的仪器上时，扩展能力的仪器返回到标准规范的行为，由此保持多个仪器之间的兼容性。
本发明进一步的特征、其本质和各种优点将通过附图和优选实施例的以下详细说明变得更加显然。
附图说明
图1是包括根据本发明的实施例的电源变换器和电子装置的系统的电路图。
图2是示出根据本发明的实施例的怎样可以将具有不同水平的充电能力和其他能力的充电器和电子装置互连为多种配对(pairing)的图示。
图3是根据本发明的实施例的示例性充电器和电子装置的电路图。
图4是示出可以用于在根据本发明的实施例的图3所示类型的装置和图3所示类型的充电器之间传输信息的示例性信号发送模式的图示。
图5是示出可以用于在根据本发明的实施例的图3所示类型的充电器和图3所示类型的电子装置之间传输信息的另一个示例性信号发送模式的图示。
图6是涉及操作一种系统的示例性步骤的流程图，所述系统包括根据本发明的实施例的图1所示类型的电源变换器和图3所示类型的电子装置。
具体实施方式
电源变换器(有时称为电源适配器)可以用于将交流(AC)电力变换为直流(DC)电力。电源变换器可以具有插入壁装插座以获得AC线电力的插头。电源变换器还可以具有输出路径，在该输出路径上提供有自AC线电力产生的DC电力。在一些情况下，AC-DC电源变换器电路可以被置入计算机和其他电子仪器中。在其他情况下，AC-DC电源变换器电路用于形成独立的电源变换器。包括独立的电源变换器的充电系统有时在本文中被描述为一个示例。
电源变换器可以用于给使用DC电力的电子装置供电。在包含可再充电电池的装置中，来自电源变换器的DC电力还可以用于对该电池充电。在这类情况下，AC-DC电源变换器可以用作独立的充电器。因此，AC-DC电源变换器有时被称为电池充电器。
工业标准可能对电源变换器和由电源变换器供电的电子装置的行为构成限制。例如，工业标准可以规定独立的(专用)通用串行总线(USB)充电器跨过其数据线两端呈现出小于200欧姆的分流电阻。根据工业标准协议，可以通过附连的电子装置检测这种电阻的存在。当检测时，电子装置可以断定存在专用充电器并且可以汲取比通过基于计算机的USB端口可用的更多的电力。虽然工业标准可以允许独立的充电器对电子装置中的电池进行充电比使用基于计算机的USB端口可行的充电更快速，但这些标准还可能对独立的充电器可以传递的最大功率以及对电子装置可以从充电器汲取的最大功率构成限制。这类限制可能令人不期望地限制了充电器和电子装置的使用。
这些缺点可以使用图1所示类型的充电系统加以解决。如图1所示，充电系统8可以包括例如交流(AC)源16的线电力源，例如独立的(专用)充电器12的电源变换器，和例如装置14的电子装置。
AC源16可以是例如壁装插座或其他AC电源。电源变换器12可以将来自源16的AC电力变换为用于给电子装置14供电的直流(DC)电力。电子装置14可以是便携式电子装置，例如蜂窝电话、平板计算机、笔记本计算机、媒体播放器、游戏装置、远程控制器或其他电子仪器。
电源变换器12可以具有与相应的壁装插座匹配的插头(示出为图1中匹配的连接器18)。这将AC电力供应到AC-DC变换器电路20。AC-DC变换器电路20可以基于开关模式的AC-DC变换器电路并且可以在电力线24和28上供应DC电力。在正常操作期间，AC-DC变换器电路20可以在正电源线24上供应正电源电压Vbus(例如2-5伏、小于2伏、大于5伏等)并且可以供应接地电压GND(例如0伏的信号)或接地电源线28。
变换器12可以具有永久性连接电缆或者可以具有可拆除的电缆，可拆除的电缆终止于例如USB连接器(如USB插头)的连接器中。这种连接器可以具有多个触点，所述多个触点与装置14上的连接器中的相应触点电接触。
如图1所示，电源变换器12可以具有包括VBUS触点、数据线触点DP和DN、以及GND触点的四触点USB连接器(连接器34)。连接器34中的VBUS触点电连接到正电源线24。连接器34中的GND触点电连接到地线28。电源变换器12中的线32和30分别电连接到连接器34中的DP和DN触点。
装置14可以同样具有四触点USB连接器(连接器36)，该四触点USB连接器包括连接到正电源线38的VBUS触点(例如，用以承载电压VBUS)、分别连接到DP和DN数据线40和42的数据线触点DP和DN，以及连接到地线42的GND触点。可以使用任意适当的形态因子(例如，迷你USB连接器、微型USB连接器、形成例如30-引脚连接器的更大的连接器的一部分的一组4个USB引脚等)提供连接器34和36。
连接器36中的VBUS触点和连接器36中的GND触点以及相应的电源线38和44可以用于将来自电源变换器12的DC电力传输到装置14(例如，传输到电力装置14)的电路。还可以使用例如电池52的内部电池给装置14供电。电池52可以是可再充电电池，例如锂离子电池。电池52可以耦接在控制电路46中的电力管理电路50和地54之间。当电池52被充满电并且装置14通过电池电力运行时，电力管理电路52可以用于将电池电力传递到装置14和电源变换器12的电路。当电池52耗尽并且可通过线38和44上的电源变换器12获得DC电力时，电力管理电路50中的充电电路可以用于以DC电力对电池52充电。
装置14可以包括输入输出电路和其他组件56以及控制电路46，控制电路46包括电力管理电路50和通信电路48。输入输出电路和其他组件56可以包括按钮、显示器、扬声器、麦克风、传感器和其他电子组件。控制电路46可以基于一个或多个集成电路(例如，存储器芯片、音频和视频集成电路、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路等)。
在装置14的正常操作期间，连接器36和相关联的电源线38和44以及数据线40和42可以用作USB端口。USB端口可以传输DC电力(VBUS和GND)并且可以使用数据线DP和DN传输数据。例如，如果装置14连接到外围设备，则装置14可以使用电源线向外围设备提供电力并且可以使用数据线支持与附件的双向通信。
当连接到电源适配器12时，装置14和电源适配器12可以相互作用以确定彼此的能力。在传统的符合USB-IF标准的专用充电器中，小于200欧姆的电阻器被连接在充电器中的DP和DN线之间。这种分流电阻器的存在用作向被连接的装置通知充电器为专用充电器而非USB计算机端口的标记。在需要时图1中的电源变换器12可以使用控制电路22复制这种行为。这允许电源变换器12在需要时(即，当与仅能够用于标准规范的操作的装置相互作用时)被用作标准规范的充电器(例如，USB-IF专用充电器)。当例如图1中的装置14的装置具有扩展能力(即，超出由例如USB-IF标准的可应用的工业标准定义的能力的能力)时，电源变换器12和装置14可以显示出增强的能力。
如图1所示，控制电路22可以通过数据线32和30连接到连接器34中的DP和DN数据线连接器。控制电路22可以通过控制路径26耦接到AC-DC变换器电路20。控制路径26可以用于给AC-DC变换器发布命令(例如，使得控制电路22可以将AC-DC变换器20置为睡眠模式并且使得控制电路22可以将AC-DC变换器电路20从睡眠模式中唤醒)。控制电路22还可以被耦接到正电源线24和地线28。
控制电路22可以包括例如具有小于200欧姆的阻值的电阻器的电阻元件，并且可以包括开关电路，该开关电路选择性地连接桥接数据线32和30的分流电阻器配置中的这种电阻元件。当以这种方式配置时，连接到电源变换器12的电子装置可以确定变换器12能够用作专用充电器(即，如符合例如USB-IF标准的工业标准的充电器)。控制电路22还可以包括支持与装置14的通信电路48通信的通信电路。
控制电路22和控制电路46中的通信电路可以使用单向信号发送方案(即，其中专门或主要在一个方向上告知能力的方案)和双向信号发送方案(即，其中在电源变换器12和装置14之间的双向上交换信息的通信方案)。在双向信号发送方案中，可以实现例如握手的特征。电源变换器12和装置14之间的通信可以使用任意适当类型的协议实现(例如，USB协议、更为简单的协议、更为复杂的协议等)。
用户可以访问不同类型的电源变换器和不同类型的电子装置。特别是在使用公共可用的端口连接器的环境中，可以在电源变换器和电子装置之间结成多种不同的配对。考虑例如图2所示类型的环境。如图2所示，用户可以访问两种不同类型的电源变换器(CR类型和CE类型)并可以访问两种不同类型的电子装置(DR类型和DE类型)。这可能导致在电源变换器和装置之间的四种可能的配对P1、P2、P3和P4，如图2中的虚线所示。
电源变换器CR可以符合工业标准(例如USB-IF标准)并且可以不具有任何超出由工业标准规定的能力的扩展能力。例如，电源变换器CR可以仅能够产生落入工业标准规定的限制内的电压和电流。电源变换器CR可以包括具有小于200欧姆的阻值的电阻器，该电阻器连接在电源变换器CR中的数据线DP和DN之间。这种电阻器的存在可以用于向电子装置告知电源变换器CR符合USB-IF标准(或其他这种工业标准)。
电源变换器CE可以具有扩展超出由电源变换器CR符合的工业标准施加的限制的能力。例如，电源变换器CE可能能够比电源变换器CR传递更多的DC电力。电源变换器CE还可以具有操作比电源变换器CR更低的电压的能力(即，以低于由电源变换器CR符合的工业标准允许的电压的电压Vbus)。电源变换器CR可能具有的其他扩展能力的示例包括：低电力模式能力(即，支持睡眠模式、冬眠模式等的能力)、集合并存储诊断信息的能力、接受来自附连的电子装置的电力的能力、将诊断信息上传到附连的装置的能力、支持认证操作的能力、发送和接收关于电源变换器和电子装置操作的状态信息的能力等。
电源变换器CR符合的工业标准可能对关于电源变换器CE的扩展特征中的一些扩展特征只字不提，但可以主动禁止使用其他扩展特征。例如，USB-IF标准可能关于集合诊断信息只字不提，但可能设置电源变换器可以供应的电压量的下限。遵从USB-IF标准的电源变换器可以例如被要求在0-0.5A的电流水平下供应5伏的输出电力。电源变换器CE(在本示例中)可以具有在0-0.5A的电流水平下供应小于5伏的输出电力的能力。
电子装置DR可以符合工业标准(例如，USB-IF标准)。根据这些标准，装置DR可以配置为汲取小于来自充电器的DC电力的最大允许量的DC电力。装置DE可以具有除了电子装置DR符合的工业标准允许的能力之外的能力。例如，装置DE可能能够比装置DE从充电器汲取更多电力(即，比电子装置DR符合的工业标准允许的电力更多的电力)。
为了确保与例如电源变换器CR和装置DR的标准规范仪器的互用性，电源变换器CE和装置DE可以使用其控制电路来检测何时使用扩展能力是适合的。如果兼容性需要标准规范的行为，则装置CE和DE可以遵守可应用的标准。如果装置CE和DE相互连接，则不再需要维持标准规范，因此可以使用仪器的这些项目(item)中的一者或两者的扩展能力。
图2中的电源变换器和电子装置的操作方式取决于其被如何配对。作为一个示例，考虑电源变换器CR连接到装置DR(配对P1)的情况。在这种情况下，电源变换器CR在其DP线和DN线之间存在小于200欧姆的电阻R以表示电源变换器CR是专用充电器并且符合相关工业标准(例如，USB-IF标准)。装置DR检测这种电阻的存在并且通过汲取连接到标准规范的专用充电器的标准规范的装置所允许的尽可能多的电力进行相应地操作。遵从工业标准的限制，电源变换器CR和装置DR均操作在电流水平和电压水平规定的限度内。例如，在0-0.5A的电流下，Vbus维持在大于5伏，并且在0.5-1.5A的电流下，Vbus维持在大于2伏。电源变换器CR不供应大于1.5A的电流，并且装置DR也不需要大于1.5A的电流。
当电源变换器CR连接到装置DE(配对P2)时，电源变换器CR还将在其DP线和DN线之间存在小于200欧姆的电阻R以表示电源变换器CR是专用充电器并且符合相关工业标准(例如，USB-IF标准)。装置DE可以是例如图1中的电子装置14的装置。当连接到电源变换器CR时，装置DE可以使用例如图1中的控制电路46的控制电路来测量电源变换器CR中的DP触点和DN触点之间的电阻值。如果装置DE检测到电源变换器CR中跨过DP线和DN线两端的电阻小于200欧姆并且如果装置DE未检测到电源变换器CR中的扩展能力，则装置DE可以断定电源变换器CR符合工业标准(例如，USB-IF标准)并且可以通过仅汲取与连接到标准规范的专用充电器的标准规范的装置所允许的电力一样多的电力进行相应地操作。
在具有扩展(非工业标准)特征的电源变换器(即，电源变换器CE)连接到装置DR时产生配对P3。例如，电源变换器CE可以是例如图1中的电源变换器12的电源变换器。当电源变换器CE和装置DR连接时，电源变换器CE将使用其控制电路(即，图1中的电路22)以在其DP线和DN线之间产生小于200欧姆的电阻R。这向装置DR表示电源变换器CE能够实现符合相关工业标准(例如，USB-IF标准)的专用充电器的功能。一旦装置DR检测到电源变换器CE中跨过DP线和DN线两端的电阻小于200欧姆，则装置DR可以断定电源变换器CE符合工业标准(例如，USB-IF标准)并且可以通过仅汲取与连接到标准规范的专用充电器的标准规范的装置所允许的电力一样多的电力进行相应地操作。在不存在向电源变换器CE表示附连的电子装置具有扩展能力的额外信息的情况下，电源变换器CE将制止使用违反可应用的工业标准的扩展能力。例如，电源变换器CE将制止供应不被允许的范围内的输出电压和电流。
在例如配对P4的配对中，具有扩展能力的充电器可以连接到具有扩展能力的电子装置。特别地，当具有扩展(非工业标准)特征的电源变换器(即，电源变换器CE)连接到例如装置DE的具有扩展能力的电子装置时，可以出现配对P4。电源变换器CE可以是例如图1中的电源变换器12的电源变换器。电子装置DE可以是例如图1中的电子装置14的电子装置。
当电源变换器CE和装置DE连接时，电源变换器CE和装置DE可以交换信息以向彼此发送表示它们具有扩展能力的信号。
利用一种适当的配置，这类信息交换可以主要或绝对是单向的。作为一个示例，电源变换器CE可以主动或被动地提供可由装置DE检测到的信息，该信息向装置DE告知扩展能力的存在。
利用被动告知的方法，控制电路22可以包括连接在线24、32、30和28之间的例如电阻器、电感器和电容器的电组件的网络(优选为以不干扰电源变换器CE跨过终端DP和DN两端提供小于200欧姆的分流电阻R的能力的方式)。作为一个示例，电源变换器CE可以跨过DP和DN两端提供与电阻R并联的电容C。在AC信号频率下，这个电容器具有相对低的电阻(即，该电容器用于短路)。因此，由装置DE通过测量线DP和线DN之间在DC和AC频率两者下的阻抗而可以检测到电容器的存在。装置DR可以检测到分流电阻的阻值小于200欧姆。装置DE可以检测到在DC频率下R小于200欧姆(即，R是100欧姆)并且在AC频率(例如，作为一个示例，在1KHz下)下R更低。如果需要可以使用其他被动告知方案。例如，电感器可以与终端DP和DN之间的电阻器R串联连接，从而可以检测到AC频率下阻抗的增大等。
利用主动告知方法，控制电路22可以开启和闭合开关以调制电参数。例如，控制电路22可以开启和闭合与终端DP和DN之间的100欧姆电阻器串联连接的开关以对终端DP和DN之间的电阻进行调制。控制电路22还可以生成传输到装置DE的电压或电流信号。
装置DE可以类似地使用被动或主动的单向告知方案以使装置DE的能力可由电源变换器CE检测。例如，可检测的电组件的网络可以连接在线38、40、42和44之间，控制电路46的通信电路48中的开关电路可以用于调制电参数，例如电阻、电流、电压等。
如果需要，电源变换器CE和装置DE均可以包括配置为被动或主动地告知其各自的扩展能力的电路。
还可以支持电源变换器CE和电装置DE之间的双向通信。例如，控制电路22和控制电路46均可以包括USB通信电路(例如，USB主机或网络集线器芯片)或用于传输信息的其他适当的电路(例如，电压源、电流源、电压检测器、电流检测器等)。可以在电源变换器12和电子装置14之间传输信息时使用任何适当的调制方案(编码方案)。可以使用的调制方案的示例包括例如频率调制(FM)方案、振幅调制(AM)方案、脉冲编码调制(PCM)方案、码分多址(CDMA)方案、相移键控(PSK)方案和幅移键控(ASK)方案的调制方案。作为一个示例，不同的AC频率(音调)的存在或缺失可以用于表示信息，脉冲的模式可以用于表示信息等。
可以用于支持具有扩展能力的电源变换器(例如图1中的电源变换器12)和具有扩展能力的电子装置(例如电子装置14)中的通信的示例性电路在图3中示出。如图3所示，电源变换器12可以包括控制电路24并且电子装置14可以包括控制电路46。如结合图1所述，控制电路24和控制电路46可以包括通信电路(例如，图3的控制电路58中的通信电路60和图1的控制电路46中的通信电路48)并且可以基于一个或多个集成电路，例如USB集成电路(主机和网络集线器控制器)、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路等。这种通信电路可以生成施加到控制线的控制信号，控制线例如为可控电流源62的控制线64、可控开关68的控制线66、可控电压源76的控制线78和可控电流源80的控制线82。例如电流源62和80、电压源76和开关电路68的可控组件仅仅是可以用作装置14的发射机电路以及可以用于在电源变换器12和电子装置14之间传输调制信号(例如，作为时间和/或幅值的函数变化的信号)的组件的说明性示例。此外，电源变换器12和装置14不需要包括所有这些组件。这些组件作为一个示例包括在图3的图示中。
可能期望电源变换器12在线DP和DN之间存在电阻R(例如，小于200欧姆的电阻R)以向电子装置表示电源变换器12能够操作为符合用于独立的(专用)充电器的工业标准(例如，USB-IF标准)。这可以使用图3中的电阻器R完成。可选的串联连接的开关68可以是常闭的。
在初始的发现过程期间(即，当开关68闭合时)，装置14可以使用电流源80将电流供应到电阻器R，同时使用电流宿(current sink)84来将线42上返回的电流吸入(sink)至地。在比较器86的输入端90处产生的电压V的值通过比较器86与比较器86的输入端88处的基准电压Vref比较。比较器86之后在输出线路92上产生相应的输出信号(例如，逻辑高值或低值)。输入端90上的电压V的值指示电阻器R的阻值。如果电阻器R小于200欧姆，则V将小于Vref并且输出端92将走高。如果(在本示例中)电阻器R大于200欧姆，则输出端92将变为逻辑低值。如果控制电路46在输出端92处测量到高值，则装置14因此可以断定电源变换器12至少能够操作为符合工业标准(即，作为符合USB-IF标准的专用充电器)。
额外的发现操作可以由电子装置14执行以确定电源变换器12是否具有扩展能力(反之亦然)。例如，电子装置14可以发布信号脉冲的模式(例如，通过调制电压源76上的电压产生的电压脉冲或通过调制由电流源80产生的电流而产生的电流脉冲)。控制电路24可以使用比较器70或其他适当的检测器(接收机)电路以接收由电子装置14传输的信号脉冲。比较器70可以具有接收基准电压Vref2的第一输入端(输入端72)和接收由电子装置14传输的信号脉冲(例如，使用电流源80、电压源76或其他信号传输电路)的第二输入端(输入端74)。当检测到进入的脉冲时，比较器70的输出端改变状态并且将相应地改变值的数字输出脉冲提供给控制电路58。因此，比较器70作为用于由电子装置14发射的信号的接收机。如果需要，接收机70可以感应使用多个不同值编码的信号(即，具有不同电压值的信号的模式、具有不同电流值的信号的模式等)。
电源变换器12可以类似将信号传输给电子装置14。例如，控制电路58可以将使用比较器86或装置14中其他适当的接收机电路检测的电流脉冲传输给电子装置14(例如，使用电流源62)，控制电路58可以通过开启和闭合开关68来发射脉冲以对线32和30之间的电阻进行调制(例如，使得装置14可以使用电流源80和比较器86或其他适当的检测电路来检测这种改变)等。
如结合图2中的装置DE所述，从电子装置14和电源变换器12传输的信号可以用于向电源变换器12通知电子装置12具有扩展能力。同样，如结合图2中的电源变换器CE所述，从电源变换器12传输给电子装置14的信号可以用于向电子装置14通知电源变换器12具有扩展能力。被传输的信号还可以用于握手和传输状态数据、诊断数据、控制数据和电源变换器12和装置14之间的其他数据。在一些情况下，电源变换器12可以不连接到线电力，因此，如果需要，电力线38和44可以用于将来自电池52(图1)的DC电力传输到控制电路58和控制电路24的其他电路。这允许电源变换器12即使在AC-DC变换器20经历故障的情况下也能被操作。
为了便于故障诊断与维修，电源变换器12可以使用控制电路22周期性地存储状态信息(即，关于故障状态、电路健康等的信息)。这种存储的信息可以被组织为诊断日志的形式。如果在AC-DC变换器电路20中发生故障，则即使不存在来自AC-DC变换器20的DC电力，电子装置14也可以连接到电源变换器12以向控制电路22供应电力。因为控制电路22能够以此方式被供电，所以一旦在电源变换器12和电子装置14之间建立了通信，则控制电路22可以上传来自诊断日志的性能数据。
为了确保具有扩展能力的仪器(例如，电源变换器CE和电子装置DE)能够与标准规范的仪器交互操作，用于告知和检测扩展能力的存在的信号发送技术可以被配置为不干扰标准规范的检测协议。例如，扩展能力的存在可以被告知(例如，使用信号脉冲代码)，同时保持在由工业标准定义的电压和电流限制内。
这类信号发送方案的一个示例在图4中的图示中显示。在图4中的图示中，信号强度S(电压、电流等)被描绘为时间的函数。系统8中的组件(即，电源变换器12和电子装置14)通过在时刻t0插入其USB连接器或其他适当的连接器而相互连接。当组件被配对时，信号S相应于由系统8中的一个组件供应到另一个组件的信号。仅作为一个示例，当电子装置12如结合图3所述地那样测量R的值时，信号S可以是由电子装置14供应在电源变换器12中跨过DP终端和DN终端的两端的探测电流。工业标准可能要求探测电流的值落入特定限制(在图4的示例中显示为信号幅值的下限S1和信号幅值的上限S2)内。为了确保在发现过程期间不违反工业标准，信号S可以保持在这些限制内。然而，信号S可以被调制(在时间和/或幅值上变化)，而不是使用保持在规定限制S1和S2内的DC信号。
工业标准可以规定例如测量电阻器R的值的发现操作发生在特定的时间帧内(示意性地显示为发现周期TD1)。一旦发现周期TD1结束，则脉冲PLS1不再需要遵守限制S1和S2(即，信号S可以超过这些限制)。如果需要，信号脉冲PLS1还可以维持在限制S1和S2内。在脉冲PLS1中传输的编码信息(或其他发射的信号信息S)可以向电源变换器12告知电子装置14具有扩展能力或者可以包括其他适当的数据。
在图4的示例中，系统8的组件能够在存在其扩展能力的情况下相互传输信息，同时确保标准规范(即，通过在电源变换器中跨过终端DP和DN两端存在电阻器R并且通过在以探测电流或其他测量信号测量R的值时遵守限制S1和S2)。确保例如电源变换器CE和电子装置DE的具有扩展能力的仪器能够与标准规范的仪器交互操作的另一种方式涉及使用延迟周期以避免标准规范的发现操作和与建立并使用扩展能力相关联的通信之间的干扰。
这类方法在图5的示例中被说明。在图5中，信号S的强度(即，由图3的电流发生器80生成的探测电流)最初恒定在落入规定限制S1和S2内的某值。在时刻t0连接了电源变换器12和电子装置14之后，在这类配置中的标准规范的发现过程将在时间TD1内完成。为了确保对探测信号S的值的改变不会对符合工业标准造成不利影响，S的值可以不改变直到延迟时间TD2结束。因为TD2大于TD1，所以TD2之后对S值的改变将不落入时间周期TD1内并且将因此将不干扰在时间周期TD1期间执行的标准规范的发现操作。在时间周期TD2逝去后，因此可以调制信号S以形成编码的脉冲PLS2，而无论这些信号脉冲是否在限制S1和S2内。可以在时间、幅值等方面对脉冲PLS2进行调制。
图6中示出操作结合图2说明的类型的各种电源变换器和电子装置配对涉及的说明性步骤。在步骤94处，用户连接电源变换器和电子装置。电源变换器可以插入线电力源(source of line power)中或者可以通过电子装置供应的电池电力操作。USB连接器或其他连接器可以用于使电源变换器和电子装置互连。
电源变换器和电子装置可以仅具有符合工业标准(例如，用于专用充电器的USB-IF标准)的能力，如结合图2中的电源变换器CR和电子装置DR所述，或者可以具有扩展能力，如结合电源变换器CE和电子装置DE所述。装置之间不同配对均是可行的。
如果例如电源变换器CR的电源变换器连接到例如电子装置DR的电子装置，则电源变换器可以包括跨过其DP和DN终端的两端的小于200欧姆的电阻器R。在步骤96处，装置DR跨过DP和DN终端的两端供应探测信号并且测量到R小于200欧姆。
在步骤98处，电源变换器CR和装置DR可以根据工业标准(例如，用于专用充电器的USB-IF标准)操作。特别地，电源变换器CR可以符合工业标准中规定的电压和电流限制而给装置DR供电并对装置DR中的电池充电。
在步骤94处，如果用户将例如电源变换器CR的电源变换器连接到例如电子装置DE的电子装置，则在步骤100处，装置DE可以使用结合图4和图5说明的类型的方案以检测跨过DP和DN终端的两端的小于200欧姆的电阻器R的存在，同时还告知电子装置DE的扩展能力(例如，通过将电流脉冲的编码集合传输给电源变换器CR)。电源变换器CR(在本示例中)不具有扩展能力，因此电源变换器CR不响应于被告知的装置DE的扩展能力。而是，在步骤98处，电源变换器CR和装置DE可以根据工业标准(例如，用于专用充电器的USB-IF标准)操作。特别地，电源变换器CR可以符合工业标准中规定的电压和电流限制而给装置DE供电并对装置DE中的电池充电。
在步骤94处，如果用户将例如电源变换器CE的电源变换器连接到例如电子装置DR的电子装置，则在步骤102处，充电器CE可以使用结合图4和图5说明的类型的方案以告知其扩展能力的存在，同时跨过DP和DN终端的两端存在小于200欧姆的电阻器R以向电子装置DR表示电源变换器CE能够根据工业标准(即，USB-IF专用充电器标准)操作。装置DR不具有扩展能力，因此装置DR不响应于自电源变换器CE传输的告知扩展能力的存在的信号。在步骤98处，电源变换器CE和装置DR因此可以根据工业标准(例如，用于专用充电器的USB-IF标准)操作。
在一些情况下，在步骤94处，用户将具有扩展能力的电源变换器(电源变换器CE)连接到具有扩展能力的装置(装置DE)。如步骤104所示，在这类情况下，电源变换器CE可以跨过终端DP和DN的两端存在小于200欧姆的电阻器R以表示电源变换器CE可以符合工业标准(即，USB-IF专用充电器标准)。电源变换器CE和装置DE还可以使用信号脉冲或其他通信方案(例如，结合图3、4和5所述类型的方案)通信。这些信号可以允许电源变换器CE将其扩展能力告知装置DE并且可以允许装置DE将其扩展能力告知电源变换器CE。
一旦意识到扩展能力的存在，则电源变换器CE和装置DE可以使用其扩展能力(步骤106)。在步骤106的操作期间使用的扩展能力可以涉及在工业规范之外(即，高于或低于USB-IF专用充电器标准或其他工业标准允许的值)的电源变换器CE和装置DE之间的电流量和电压量的传递。作为一个示例，电源变换器CE可以传递低于在给定电流下Vbus要求的最小输出电压水平的电压(即，在0.3A下为4.5伏)。使用这种降低的电压可以在不要求Vbus的全电压水平时帮助电源变换器CE保存电力。作为另一个示例，电源变换器CE可以比工业标准允许的情况传递更多的电流和电压(即，6伏的电压和3A的电流)。这允许电源变换器CE将扩大的电力量传递给装置DE(例如，用于支持大耗电量操作，用于缩短充电时间等)。还可以在步骤106的操作期间在电源变换器CE和装置DE之间交换数据(例如，来自电源变换器CE上的日志的诊断数据、状态信息等)。如果需要，装置DE可以通过电力线VBUS和GND将电力传递给电源变换器CE(例如，以允许电源变换器CE即使在AC-DC变换器20出现故障的情况下仍能行使功能)。可以使用编码的脉冲或其他适当的通信方案来交换数据。
根据一个实施例，电源变换器被提供为包括第一和第二电力线；跨过第一和第二电力线两端供应DC电源电压的交流(AC)-直流(DC)变换器电路；第一和第二数据线；以及包括电阻器的控制电路，所述电阻器跨过第一和第二数据线两端耦接，其中控制电路包括检测器电路，该检测器电路对在第一和第二数据线之一上被调制的信号进行检测。
根据另一个实施例，提供一种电源变换器，其中控制电路包括耦接到至少一条数据线的接收机电路。
根据另一个实施例，提供一种电源变换器，其中接收机电路包括比较器，比较器具有连接到第二数据线的第一输入端并具有接收基准电压的第二输入端。
根据另一个实施例，提供了一种电源变换器，其中所述电阻器具有小于200欧姆的阻值。
根据另一个实施例，提供了一种电源变换器，其中所述电阻器具有连接到第二数据线的第一终端并且具有第二终端，并且其中控制电路包括连接在电阻器的第二终端和第一数据线之间的开关。
根据另一个实施例，提供一种电源变换器，其中控制电路包括具有连接到数据线之一的输出端的可调节的电流源。
根据另一个实施例，提供一种电源变换器，该电源变换器还包括第一、第二、第三和第四通用串行总线触点，其中第一触点包括正电源触点并且连接到第一电力线，其中第四触点包括接地电源触点并且连接到第二电力线，其中第二触点是正数据线触点并且连接到第一数据线，并且其中第二触点是负数据线触点并且连接到第二数据线。
根据一个实施例，提供一种电子装置，该电子装置包括具有一对电力线触点和一对数据线触点的连接器；以及使用信号对在一对数据线触点之间存在多大电阻进行测量的控制电路，其中控制电路包括发射机电路，该发射机电路通过调制信号以产生信号脉冲从而传输数据。
根据另一个实施例，提供一种电子装置，其中电力线触点包括通用串行总线电力线触点，并且其中数据线触点包括通用串行总线数据线连接器。
根据另一个实施例，提供一种电子装置，其中发射机电路包括电流源，并且其中控制电路配置为在测量一对数据线触点之间存在多大电阻时使所述信号保持恒定。
根据另一个实施例，提供一种电子装置，其中数据线触点包括第一数据线触点和第二数据线触点，其中发射机电路包括连接到第一数据线触点的电流源，其中所述信号包括探测电流，在控制电路测量一对数据线之间存在多大电阻时使所述探测电流保持恒定，并且其中所述信号脉冲包括电流脉冲。
根据另一个实施例，提供一种电子装置，其中控制电路进一步包括接收来自第二数据线触点的电流的电流宿。
根据另一个实施例，提供一种电子装置，其中发射机电路包括连接到数据线触点之一的电压源。
根据另一个实施例，提供一种电子装置，其中数据线触点包括第一数据线触点和第二数据线触点，其中发射机电路包括连接到第一数据线触点的电流源，其中所述信号包括探测电流，在控制电路测量一对数据线之间存在多大电阻时，所述探测电流作为时间的函数变化。
根据另一个实施例，提供一种电子装置，其中控制电路包括使用至少一个数据线触点接收来自外部仪器的数据信号脉冲的接收机电路。
根据一个实施例，提供一种用于操作交流(AC)-直流(DC)电源变换器的方法，电源变换器使用端口将电力供应给与电源变换器连接的电子装置，所述端口包括第一和第二电源线以及第一和第二数据线，所述方法包括使用第一和第二数据线接收来自电子装置的信号，通过电源变换器中的连接在第一和第二数据线之间的电阻器发送信号，并且利用电源变换器中的接收机接收来自所述电子装置的多个脉冲数据信号。
根据一个实施例，提供一种方法，其中接收多个脉冲数据信号包括使用比较器接收所述脉冲数据信号。
根据一个实施例，提供一种方法，该方法还包括使用至少一条数据线将来自电源变换器的数据信号传输到所述电子装置。
根据一个实施例，提供一种方法，其中传输所述数据信号包括对具有连接到数据线之一的输出端的电流源进行调制。
根据一个实施例，提供一种方法，其中传输所述数据信号包括开启和闭合与所述电阻器串联连接的开关以对第一和第二数据线之间存在多大的电阻进行调制。
上述内容仅是对本发明原理的说明并且本领域技术人员可以在不背离本发明的范围和精神的情况下进行各种修改。前述实施例可以独立地实现或以任意组合实现。

Claims (20)

1.一种电源变换器，包括：
第一和第二电力线；
跨过所述第一和第二电力线两端供应直流DC电源电压并且将DC电源电压供给连接到电源变换器的电子装置的交流AC-直流DC变换器电路；
第一和第二数据线；以及
包括电阻器的控制电路，所述电阻器跨过所述第一和第二数据线两端耦接，其中所述控制电路包括对在所述第一和第二数据线中的至少一条数据线上来自电子装置的被调制的信号进行检测的检测器电路，其中电源变换器具有扩展超出USB-IF工业标准施加的限制的能力，并且其中控制电路根据被调制的信号确定电子装置也具有扩展超出USB-IF工业标准施加的限制的能力，其中USB-IF工业标准施加的限制包括对供应给所述第一和第二电力线并供给连接到电源变换器的电子装置的DC电源电压的最大电流和最大电压的限制。
2.如权利要求1所述的电源变换器，其中所述控制电路包括耦接到至少一条所述数据线的接收机电路。
3.如权利要求2所述的电源变换器，其中所述接收机电路包括比较器，所述比较器具有连接到所述第二数据线的第一输入端并具有接收基准电压的第二输入端。
4.如权利要求1所述的电源变换器，其中所述电阻器具有小于200欧姆的阻值。
5.如权利要求4所述的电源变换器，其中所述电阻器具有连接到所述第二数据线的第一终端并且具有第二终端，并且其中所述控制电路包括连接在所述电阻器的第二终端和所述第一数据线之间的开关。
6.如权利要求1所述的电源变换器，其中所述控制电路包括具有连接到所述数据线之一的输出端的可调节的电流源。
7.如权利要求1所述的电源变换器，进一步包括第一、第二、第三和第四通用串行总线触点，其中所述第一通用串行总线触点包括正电源触点并且连接到所述第一电力线，其中所述第四通用串行总线触点包括接地电源触点并且连接到所述第二电力线，其中所述第二通用串行总线触点是正数据线触点并且连接到所述第一数据线，并且其中所述第三通用串行总线触点是负数据线触点并且连接到所述第二数据线。
8.一种电子装置，包括：
具有一对电力线触点和一对数据线触点的连接器；以及
使用信号对在所述一对数据线触点之间存在多大的电阻进行测量的控制电路，其中所述控制电路包括通过调制所述信号以产生信号脉冲从而传输数据到外部仪器的发射机电路，其向外部仪器指示电子装置具有扩展超出标准兼容能力的能力，其中超出标准兼容能力的能力包括：为电子装置提供超出USB-IF工业标准对提供给电子装置的DC电源电压的最大电流和最大电压的限制的DC电源电压的能力。
9.如权利要求8所述的电子装置，其中所述电力线触点包括通用串行总线电力线触点，并且其中所述数据线触点包括通用串行总线数据线触点。
10.如权利要求9所述的电子装置，其中所述发射机电路包括电流源，并且其中所述控制电路配置为在测量所述一对数据线触点之间存在多大电阻时使所述信号保持恒定。
11.如权利要求9所述的电子装置，其中所述数据线触点包括第一数据线触点和第二数据线触点，其中所述发射机电路包括连接到所述第一数据线触点的电流源，其中所述信号包括探测电流，在所述控制电路测量所述一对数据线之间存在多大电阻时使所述探测电流保持恒定，并且其中所述信号脉冲包括电流脉冲。
12.如权利要求11所述的电子装置，其中所述控制电路进一步包括接收来自所述第二数据线触点的电流的电流宿。
13.如权利要求9所述的电子装置，其中所述发射机电路包括连接到所述数据线触点之一的电压源。
14.如权利要求9所述的电子装置，其中所述数据线触点包括第一数据线触点和第二数据线触点，其中所述发射机电路包括连接到所述第一数据线触点的电流源，其中所述信号包括探测电流，在所述控制电路测量所述一对数据线之间存在多大电阻时，所述探测电流作为时间的函数变化。
15.如权利要求14所述的电子装置，其中所述控制电路包括接收机电路，该接收机电路使用至少一个所述数据线触点接收来自外部仪器的数据信号脉冲。
16.一种操作交流AC-直流DC电源变换器的方法，所述电源变换器使用端口将电力供应给与所述电源变换器连接的电子装置，所述电源变换器包括第一和第二电力线以及第一和第二数据线，所述方法包括：
使用所述第一和第二数据线接收来自所述电子装置的信号；
通过所述电源变换器中连接在所述第一和第二数据线之间的电阻器发送所述信号；
利用所述电源变换器中的接收机接收来自所述电子装置的多个脉冲数据信号；
基于来自所述电子装置的多个脉冲数据信号，确定电子装置的一些充电能力；以及
使用至少一条所述数据线将来自所述电源变换器的数据信号传输到所述电子装置，其通知电子装置电源变换器具有扩展超出USB-IF工业标准施加的限制的能力，其中USB-IF工业标准施加的限制包括由电源变换器供应给连接到电源变换器的电子装置的DC电源电压的最大电流和最大电压的限制。
17.如权利要求16所述的方法，其中接收所述多个脉冲数据信号包括使用比较器接收所述脉冲数据信号。
18.如权利要求16所述的方法，其中传输所述数据信号包括对具有连接到所述数据线之一的输出端的电流源进行调制。
19.如权利要求16所述的方法，其中传输所述数据信号包括开启和闭合与所述电阻器串联连接的开关以对所述第一和第二数据线之间存在多大的电阻进行调制。
20.如权利要求16所述的方法，进一步包括，基于来自电子装置的多个脉冲数据信号，确定电子装置具有扩展超出标准兼容能力的能力。
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