CN104718510A - 适于生成用于向移动设备供电的供应电压的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子装置(10)，其具有用于生成供应电压(VBUS)的部件，所述供应电压(VBUS)用于通过屏蔽线缆(12)向移动设备(11)供电，所述线缆(12)的屏蔽线(13)被联接到所述移动设备(11)的电源接地极(Gnd’)，所述电子装置(10)的特征在于其包括：测量所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的电压(VGnd’)的部件，以及利用所述供应电压(VBUS)和所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的所述电压(VGnd’)来生成调节电压(VBUS’)的部件。

Description

适于生成用于向移动设备供电的供应电压的电子装置
技术领域
本发明涉及配备有连接器的电子装置，其适于向移动设备供应电压。
背景技术
大多数移动设备(电话、数码随身听等)具有连接器，所述连接器能够通过线缆将所述移动设备连接到电子装置(例如车载电脑或多媒体计算机)。这样的连接一方面能够在移动设备与电子装置之间交换数据，另一方面能够向移动设备供电。例如，遵守USB 2.0标准的连接能够向设备供应被包括在4.75V和5.25V之间的供应电压。
尤其是在USB连接与管理连接性的计算机相距一定距离的汽车环境中的线缆长度的增加、以及移动设备对电流需求的增加导致电压容易下降，引起移动设备的故障。
事实上，设备对电流消耗的增加以及线缆长度的增加意味着较难输出符合USB 2.0标准的电压强度。
文件US2011/0121801公开了一种系统，该系统考虑了电压调节器上游的欧姆损耗，并根据电压测量来调整所传送的电流。
这样的系统的缺点之一在于其忽略了电压调节器下游的欧姆损耗，换言之，与将系统联接到充电设备的线缆相关联的损耗。
发明内容
因此，本发明的目的尤其在于通过提出一种电子装置来纠正该缺点，该电子装置具有用于生成被包括在预定值范围内的调节供应电压的部件。
更确切地，本发明为此提出一种电子装置，其具有用于生成供应电压的部件，该供应电压用于通过屏蔽线缆向移动设备供电，线缆的屏蔽线被联接到该移动设备的电源接地极，该电子装置的特征在于其包括：
·测量线缆的屏蔽线中的电压的部件，以及
·利用供应电压和线缆的屏蔽线中的电压来生成调节电压的部件。
根据本发明的解决方法采用电子装置与移动设备之间的线缆结构，以能够保证位于线缆端部且被连接到移动设备的连接器的输出电压。
该解决方法使用线缆的屏蔽线，其没有任何电流流经且被联接到移动设备的电源接地极。所测量的屏蔽线中的电压能够确定电源线缆中的压降。
有利地，测量线缆的屏蔽线中的电压的部件具有与电子装置的接地极相联接的电容，线缆的屏蔽线通过电容性耦合被联接到电子装置的接地极(Gnd)。
有利地，测量线缆的屏蔽线中的电压的部件还具有与该电容并联安置的电阻或能够保护不受干扰(静电放电)的其它所有组件。
有利地，利用供应电压和所测量的线缆的屏蔽线中的电压来生成调节电压的部件具有放大器，该放大器利用所测量的线缆的屏蔽线中的电压来传送放大电压。
有利地，利用供应电压和所测量的线缆的屏蔽线中的电压的来生成调节电压的部件具有电压调节器，该电压调节器传送等于供应电压与放大电压之和的调节电压。
有利地，包括放大器和电压调节器的组合件由唯一的集成组件来实现。
有利地，根据本发明的电子装置具有符合USB标准的第一连接器Cr1。
本发明还涉及一种供电系统，其具有根据本发明的电子装置和适于被连接到所述电子装置上的屏蔽线缆。
本发明还涉及一种车辆，其具有根据本发明的电子装置或根据本发明的供电系统。
附图说明
通过对以下详细描述和附图的审阅，本发明的其它特征和优点将显现，其中，图1示出了根据本发明的通过屏蔽线缆而被联接到移动设备的电子装置。
具体实施方式
附图不仅使本发明完整，而且在必要时还有助于定义本发明。
图1示出了根据本发明的通过屏蔽线缆12而被联接到移动设备11的电子装置10。例如假设电子装置10为多媒体计算机，移动设备11为移动电话，以及通过USB(通用串行总线)型连接而使它们相联接。
电子装置10具有第一连接器Cr1。移动设备11具有第二连接器Cr2。线缆12在其端部具有第三连接器Cr3和第四连接器Cr4。第四连接器Cr4例如被接到第一连接器Cr1上。第三连接器Cr则被接到第二连接器Cr2上。
线缆具有第一导线12.1和第二导线12.2，其中流通有由移动设备11消耗的电流Iusb。
第一导线12.1将由嵌入式装置提供的电源联接到移动设备。第二导线12.2将电子装置10的接地极Gnd联接到移动设备11的接地极Gnd’。
两根导线12.1、12.2相同(用相同材料实现，并呈现相同的线性电阻)，并经受相同的温度(由于它们的密封性)和相同的机械应力。因此可认为它们具有几乎相同的电阻(大约相差百分之几)。每根导线12.1、12.2和相联结的连接器Cr1、Cr2、Cr3、Cr4的电阻通过在每根导线上的电阻Rc来表示。
线缆12还具有另一根导线D+/D-，用于交换电子装置10与移动设备11之间的数据，但在本发明的范围内未使用。
当线缆连接器Cr3被联接到移动设备11的连接器Cr2时，线缆12的屏蔽线13被联接到移动设备11的电源接地极Gnd’。
连接器和电源线缆引起压降，该压降意味着电子装置10的连接器Cr1位置处的电压与应用于移动设备11的电压不同。
应用于移动装置11的电压VBUSe等于：
VBUSe＝VCr1-2*Rc*Iusb。
其中，VCr1是被传送到第一连接器Cr1位置处的电压，
Rc是第一导线12.1的和第二导线12.2的总电阻(如上文所解释的，其具有相同电阻)，
Iusb是移动装置11消耗的电流。
例如，对于消耗1A的设备，如果被传送到第一连接器Cr1位置处的电压VCr1为5V，那么电压VBUSe可以容易地降到4.75V以下(总电阻Rc大于0.25欧姆)，其对应于USB2.0标准定义的最小服务电压。
电子装置10具有用于生成供应电压VBUS的部件(未示出)。电子装置10还包括：
·测量线缆12的屏蔽线13中的电压VGnd’的部件，以及
·利用供应电压VBUS和所测量的屏蔽线13中的电压VGnd’来生成调节电压VBUS’的部件。
由于接地导线(换言之，第二导线12.2)的电阻，(被联接到移动设备11旁的接地极的)线缆12的屏蔽线13被用作压降传感器。通过延展，该压降的值可以被用于确定与供电导线(换言之，第一导线12.1)以及连接器Cr1、Cr2、Cr3和Cr4相关联的压降。
一旦测量了压降，就可能通过操控被传送到第一连接器Cr1上的供应电压来执行由于线缆导致的压降的补偿。被传送到第一连接器Cr1位置处的电压被增大，以在第三连接器Cr3位置处获得期望电压(换言之，供应电压VBUS)。
根据本发明的特征，测量线缆12的屏蔽线13中的电压VGnd’的部件具有电容C，其被联接到电子装置10的接地极Gnd，线缆12的屏蔽线13通过电容性耦合被联接到电子装置10的接地极Gnd。
所需要电容例如为具有从1到10μF的指示值的陶瓷型的。这种类型的电容具有较大值和优秀的高频特性。
有利地，测量线缆12的屏蔽线13中的电压VGnd’的部件还具有与电容C并联安置的电阻R或能够保护不受干扰(静电放电)的其它所有组件。电阻R也被连接到电子装置10的接地极Gnd。
电阻R呈现10到100K欧姆的高阻抗，其值相较于线缆的电阻是非常大的。这能够固定该连接点的直流电势并避免变化的浮动电势(通过静电充电)。电容C保证与射频装置接地端的连接并因此能够保持USB线缆的屏蔽作用。
利用供应电压VBUS和所测量的屏蔽线13中的电压VGnd’来生成调节电压VBUS’的部件具有放大器A，放大器A利用所测量的屏蔽线13中的电压VGnd’来传送放大电压VA。
利用供应电压VBUS和所测量的屏蔽线13中的电压VGnd’生成调节电压VBUS’的部件还具有电压调节器20，电压调节器20传送等于供应电压VBUS与放大电压VA之和的调节电压VBUS’。
根据本发明的一种实现方式，包括放大器A和电压调节器20的组合件由唯一的集成组件来实现。
在S点处的电子装置10的输入端处的测量电压Vgnd’等于Iusb*Rc(其中，Iusb是移动设备11消耗的电流，Rc是第二导线12.2和相联结的连接器的电阻)。
如前文所解释的，认为第一导线12.1和第二导线12.2具有几乎相同的电阻。
通过放大器A将测量电压Vgnd’乘以2。放大器A的输出电压VA因此表示电流Iusb在电源线缆12的两根导线12.1、12.2上生成的总压降。
在电压调节器20位置处，放大器A的输出电压VA与供应电压VBUS(其被包括在4.75V和5.25V之间，符合的USB 2.0标准，例如5V)相加。
调节器的输出电压VBUS’等于：
VBUS’＝VBUS+2×Vgnd’
因此VBUS’是在汽车USB连接器位置处的装置的输出电压。
连接于线缆的移动装置的供应电压为：
VBUSe＝VBUS’-2*Rc*Iusb
由于VBUS’＝VBUS+2×Vgnd’且Vgnd’＝Rc*Iusb
故VBUSe＝VBUS(USB标准的额定电压)。
移动设备的供应电压VBUSe因此被保持为一致的值，无论其电流消耗如何(在输出电流和电压的调节器的电容极限中)，且无论由于温度和/或老化而使线缆电阻和连接器的接触电阻的变化如何。
对于大于USB 2.0标准(500mA)的电流，例如1到2A，该电路例如能够向USB型外设供应符合USB 2.0标准的额定电压。尽管如此，仍需遵守电缆的最大规格。
注意到仅需要在低频上调节输出电压。高频被包括在移动装置中的电容过滤。
为了限制屏蔽线的噪声电压的高频影响，可以利用为2阶或3阶的低通滤波器来过滤信号。放大器A1可以包括该过滤(低通功能)和增益(×2)单元，其形式是具有低截止频率(＜5HZ)(萨伦键(Salen-Key)结构)的2阶有源巴特沃斯(butterworth)单元。还可以选择无源滤波单元。如果有必要，应当对电压调节器进行补偿，以避免与过滤器的相位旋转相关联的所有不稳定性。电容C也通过将屏蔽线的电流引向接地级而参与高频滤波。还可以例如选择1μF的陶瓷电容，其具有HF滤波器的品质和大电容(用于减小噪音带)。
本发明的优点在于其与不同于USB 2.0的其它标准兼容，例如USB 3.0标准，其规定增加的最小输出电流(900mA代替USB 2.0的500mA)。
本发明还涉及一种供电系统，具有根据前述权利要求中的一项所述的装置和被连接到所述装置上的线缆。
本发明还涉及一种车辆，具有根据本发明的电子装置或根据本发明的供电系统。

Claims (9)

1.一种电子装置(10)，具有用于生成供应电压(VBUS)的部件，所述供应电压(VBUS)用于通过屏蔽线缆(12)向移动设备(11)供电，所述线缆(12)的屏蔽线(13)被联接到所述移动设备(11)的电源接地极(Gnd’)，所述电子装置(10)的特征在于其包括：
·测量所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的电压(VGnd')的部件，以及
·利用所述供应电压(VBUS)和所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的所述电压(VGnd’)来生成调节电压(VBUS’)的部件。
2.根据权利要求1所述的电子装置(10)，其中，所述测量所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的所述电压(VGnd’)的部件具有与所述电子装置(10)的接地极(Gnd)相联接的电容(C)，所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)通过电容性耦合被联接到所述电子装置(10)的所述接地极(Gnd)。
3.根据权利要求2所述的电子装置(10)，其中，所述测量所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的所述电压(VGnd’)的部件还具有与所述电容(C)并联安置的电阻(R)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电子装置(10)，其中，所述利用所述供应电压(VBUS)和所测量的所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的所述电压(VGnd’)来生成调节电压(VBUS’)的部件具有放大器(A)，所述放大器(A)利用所测量的所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的所述电压(VGnd’)来传送放大电压(VA)。
5.根据权利要求4所述的电子装置(10)，其中，所述利用所述供应电压(VBUS)和所测量的所述线缆(12)的所述屏蔽线(13)中的所述电压(VGnd’)的来生成调节电压(VBUS，)的部件具有电压调节器(20)，所述电压调节器(20)传送等于所述供应电压(VBUS)与所述放大电压(VA)之和的所述调节电压(VBUS’)。
6.根据权利要求5所述的电子装置，其中，包括所述放大器(A)和所述电压调节器(20)的组合件由唯一的集成组件来实现。
7.根据前述权利要求中的一项所述的电子装置(10)，具有符合USB标准的第一连接器Cr1。
8.一种供电系统，具有根据前述权利要求中的一项所述的电子装置(10)，和适于被连接到所述电子装置(10)上的屏蔽线缆(12)。
9.一种车辆，具有根据权利要求1到7中的一项所述的电子装置(10)或根据权利要求8所述的供电系统。
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