CN105024418A - 线缆质量检测和电力消耗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线缆质量检测和电力消耗设备。在一个实施例中，方法包括在通过线缆耦合至电力提供设备的电力消耗设备处接收电力。接收的电力在电力消耗设备的输入处被以第一电流供应并且被供应至电力消耗设备中的负载。方法包括测量在电力消耗设备的输入处的电压的变化率，并且确定电力消耗设备的输入处的电压的变化率是否小于第一目标电压变化率。如果电力消耗设备的输入处的电压的变化率大于第一目标电压变化率，则将在电力消耗设备的输入处接收的电流减小至低于第一电流的第二电流。

Description

线缆质量检测和电力消耗设备

技术领域

本发明总体涉及线缆质量检测，并且在特定实施例中涉及用于线缆质量检测的系统和方法以及电力消耗设备。

背景技术

通用串行总线(USB)是对在用于电子设备之间的连接、通信和电力供应的总线中使用的线缆、连接器和通信协议进行定义而开发的工业标准。

在很多便携式产品中，USB经常不仅用作通信端口而且用作适合电池充电的电力传输端口。例如，标准USB 2.0兼容端口可以将7.5W(1.5A时的5V)的最大电力传输提供至可以用于对便携式设备的电池进行再充电的专用充电端口。然而，随着便携式设备的电池容量越来越大，例如从5600mAh到8000mAh和10000mAh，用于这些设备的充电时间相应地增加。例如，使用标准USB 2.0兼容端口，给5600mAh的电池再充电需要大约2小时40分钟，而给10000mAh的再充电则需要4小时45分钟。

较快的充电时间可以通过增加充电电流和/或充电电压来获得。USB电力传输(PD)规范指定使用具有标准USB型A/B连接器的经认证的PD感知(aware)USB线缆以20V来传输高达100W的电力。USB PD要求使用PD-感知线缆。例如，具有USB-微型B/AB连接器的PD-感知线缆可以支持高达20V时的60W、12V时的36W和5V时的10W的最大电力。结果，在新的USB标准下，可以通过电力传输感知线缆传送高达5A的电流和高达100W的电力。

USB规范要求了在用于USB线缆的电气参数上的规范。例如，USB规范要求USB线缆具有24-26的美国线规(AWG)等级(rating)，并且进一步要求微型-B连接器小于50mΩ。

然而，包括了PD-感知线缆的USB线缆可能不能安全地处理大电流。例如，线缆可能在使用期间归因于场应力而变得有缺陷。另外，USB制造商中的一些可能不具有良好的质量控制。通过有缺陷的USB供应大的电力可能会引起显著的安全风险。类似地，归因于向后兼容性，最终用户可能不知道使用较新的PD-感知线缆的必要性。

发明内容

根据本发明的实施例，用于为设备供电的方法包括在通过线缆耦合至电力提供设备的电力消耗设备处接收电力。在电力消耗设备的输入处以第一电流供应接收的电力。方法进一步包括将接收的电力供应至电力消耗设备中的负载并且测量电力消耗设备的输入处的电压的变化率。确定电力消耗设备的输入处的电压的变化率是否小于第一目标电压变化率。如果电力消耗设备的输入处的电压的变化率大于第一目标电压变化率，则将在电力消耗设备的输入处接收的电流减小至低于第一电流的第二电流。

根据本发明的备选实施例，用于检测电力线缆的温度的方法包括测量通过电力线缆进行电力传输期间在电力线缆的输出处的电压，并且计算电力传输期间在电力线缆的输出处的电压变化率。根据电压变化率计算电力线缆的温度的指示。

根据本发明的备选实施例，电力消耗设备包括被配置成接收电力并且被配置成通过电力传输线缆耦合至电力提供设备的输入，接收的电力在电力消耗设备的输入引脚处具有第一电流。可调电源被配置成将接收的电力供应至电力消耗设备中的负载。控制电路被配置成计算在电力消耗设备的输入处的接收的电力的电压的变化率。控制电路被进一步配置成确定在电力消耗设备的输入处的电压的变化率是否小于第一目标电压变化率。控制电路被进一步配置成：如果电力消耗设备的输入处的电压的变化率大于第一目标电压变化率，则将电力消耗设备的输入处接收的电力减小至低于第一电流的第二电流。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述做出参考，其中：

图1图示了应力下的导线的温度特性；

图2图示了对于不同初始导线电阻的导线而言随着温度中的增加的在导线电阻中的增加；

图3图示了使用电力传输线缆的在电力提供设备与电力消耗设备之间的等效电阻的示意图；

图4图示了所牵引的电流与电力消耗设备处的电压之间的关系；

图5图示了根据本发明的实施例的电力系统；

包括图6A至图6B的图6图示了根据本发明的实施例的电力传输系统的操作；和

图7图示了根据本发明的实施例的电池充电器的示意性表示。

具体实施方式

下面详细地讨论本优选实施例的制作和使用。然而应该理解的是，本发明提供了可体现在多种具体上下文中的很多适用的创新性概念。所讨论的具体实施例仅是制作和使用发明的说明性的具体方式，并且不限制发明的范围。

将关于在用于减轻电力传输期间在USB线缆中形成电弧的风险的具体上下文、系统和方法中的优选实施例对本发明进行描述。发明也可以应用于包括了进行通信和/或提供电力至电子设备的其他线缆的其他应用。

当被定级的线缆被用于牵引较高电流的应用时，线缆绝缘体归因于在整个时间周期内发热而劣化。经受应力的导线或线缆因为导线的固有电阻归因于电流的通过而变热。然而，如果导线包括缺陷、例如导致在小区域中的电流集聚或电流中的局部增加的缺陷，则该区域选择性地更加变热。一般情况下，导线被设计成能够工作高达最大电流。然而，导线的等级可能不会对造成导线损伤的任何场起效果。例如，归因于用户的误用，可能在电流承载导线上形成缺陷。

因此，虽然导线可以在初始时是兼容的，但是导线可能随后变得不适于使用。此外，归因于在制造商的数量中的大的变动，可能会在导线的质量、长度、直径上有变动。此外，一些制造商可能没有充分的质量控制并且因此导线可能与例如要求导线成为AWG 24-26、具有2m的最大长度以及具有50mΩ的最大电压降的USB要求不兼容。

图1图示了应力下的导线的温度特性。

参见图1，当大量电流通过诸如USB线缆等的导线时，导线的温度在初始时增加直到到达准热平衡为止。在该初始阶段之后，温度在整个长的使用周期内慢慢增加直到故障为止。然而，当导线和/或周围的绝缘烧毁时该阶段的故障可能是灾难性的。因为USB线缆的向后兼容性，所以存在着当大量电流被牵引通过USB线缆时最终用户使用了用于电力传输的不合适的和/或有缺陷的USB线缆的真正的危险。

图2图示了示出对于不同初始导线电阻的导线而言导线电阻如何相对于温度而增加的图表。在图2中，三个曲线I1、I2、I3图示了经受发热的导线的示例。曲线I1、I2、I3图示了具有不同初始电阻的导线的行为。随着导线的温度增加，导线的电阻也增加。对于具有较大初始电阻的导线而言在电阻中的增加可以比具有较低初始电阻的导线多得多。因此，具有较大初始电阻的导线中的一些可能因为电阻增加至超过最大可允许电阻(标为切断电阻)而变得不兼容。例如，期望兼容的USB线缆具有小于50mΩ的电阻。然而，在使用期间USB线缆可能归因于发热而变得不兼容并且引起对最终客户的显著危险。

本发明的实施例通过监测线缆的温度并且停止或降低通过线缆传输的电力来防止对线缆的损伤并避免了使用有缺陷的线缆的安全问题。发明的实施例监测导线的温度变化而不直接用温度传感器测量温度，由此避免了这样的灾难性故障。

将利用图3和图4来描述本发明的实施例。将利用图5来描述包括了实施本发明的实施例的电力提供设备和电力消耗设备的系统。将利用图6来描述根据本发明的实施例的电力消耗设备。将利用图7来描述实施本发明的实施例的方法。

图3图示了使用了电力传输线缆的电力提供设备与电力消耗设备之间的等效电阻的示意图。

遍及电力提供设备102与电力消耗设备110之间的电力传输线缆的电阻可以分成数个较小的电阻。例如，第一接触电阻Rc1是电力传输线缆接触电力提供设备102的输出引脚所在的电阻。类似地，通道电阻例如包括第一USB软件狗(USB1)的第一插座电阻Rs1、线缆的导线电阻Rw、第二USB软件狗(USB2)的第二插座电阻Rs2、线缆接触电力消耗设备110的输入引脚所在的第二接触电阻Rc2。

图4图示了所牵引的电流与电力消耗设备处的电压之间的关系。

初始时，电力消耗设备输入引脚处的电压(V0)是施加电力消耗设备的任何负载之前的电力提供器的输出电压。因为尚未连接负载，所以通过线缆的电流可以忽略不计(I0)。

在电力被供应至负载(例如，电力消耗设备的电池开始充电)之后，通过线缆建立了恒定的电流流动，这使线缆变热。线缆的温度中的增加使线缆的电阻增加，这使通过线缆的电压降增加。换言之，电力消耗设备处的电压归因于由于发热导致线缆的电阻中的增加而下降。

在本发明的各种实施例中，首先在没有负载电流的状态下、并且接着在用于充电而牵引的恒定电流期间对电力消耗设备110(图3)处的电压进行监测。恒定地监测电压中的变化以便建立将电力供应提供至电力消耗设备的导线或USB线缆的变热的指示。

下面的分析提供了对图4中图示的电流-电压关系以及图3中图示的电阻的更加详细的描述。

参见图3，可以通过将单个电阻中的每一个相加来计算电力传输线缆的总电阻。于是，对于电压总线VBUS，可以根据等式(1)来计算电阻RVBUS。

RVBUS＝Rc1+Rs1+Rw+Rs2+Rc2          (1)

类似地，可以根据等式(2)如下地算出接地导线的电阻RGND

RGND＝Rc1’+Rs1’+Rw’+Rs2’+Rc2’         (2)

因此，电流牵引的起动时的电力传输线缆的总电阻可以用RVBUS,0和RGND,0来表示。类似地，在恒定电流牵引期间第“n”次时的电力传输线缆的总电阻可以用RVBUS,n和RGND,n来表示。没有负载或没有电流(忽略不计的电流)时的在电力消耗设备处测量的电压表示为VCharger(0A)。在充电的起动时用恒定电流充电期间在电力消耗设备处测量的电压用VCharger(0)来表示。在第n次时用恒定电流充电期间在电力消耗设备处测量的电压用VCharger(n)来表示。

应用负载时立即产生的电位降可以估算为V0，这可以利用等式(3)来计算。

V0＝VCharger(0A)-VCharger(0)＝Vr+Icc×(RVBUS,0+RGND,0)，  (3)

其中Icc是恒定电流并且Vr是不存在导线电阻时的电压降。

一段时间之后，线缆变热使线缆电阻变化。于是，可以由等式(4)如所给定的来计算电位降Vn。

Vn＝VCharger(0A)-VCharger(n)＝Vr+Icc×(RVBUS,n+RGND,0)  (4)

在备选实施例中，应用负载时立即产生的电位降可以估算为两个中间次数之间的差，并因此可以用等式(5)计算。

V0＝VCharger(n2)-VCharger(n1)＝Vr+(Icc(n2)-Icc(n1))×(RVBUS,0+RGND,0)  (5)

其中Icc(n1)是第n1次时的恒定电流，Icc(n2)是第n2次时的恒定电流，并且Vr是不存在导线电阻时的电压降。

电压变化率(dV/dt)可以根据等式(6)如下地计算。

$\mathrm{dV}/\mathrm{dt}=\frac{(\mathrm{Vn}-V0)}{n}=\mathrm{Icc}\×((\mathrm{RVBUS},n+\mathrm{RGND},n)-(\mathrm{RVBUS},0+\mathrm{RGND},0))/n---\left(6\right)$

因此，电压变化率(dV/dt)与如由等式(7)所提供的与电阻变化率(dR/dt)直接成比例。

$\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{Icc}\×\frac{\mathrm{dR}}{\mathrm{dt}}---\left(7\right)$

然而，材料的电阻可以表示为与温度变化线性地相关。电阻变化率(dR/dt)与温度变化率(dT/dt)成比例。因此，恒定电流时的电压变化率(dV/dt)与第n次时的温度(Tn)和没有发热时的初始温度(T0)中的差直接成比例。因此，电压变化率由等式(8)如下地提供。

于是，在各种实施例中，电压变化率可以用于检测电力供应线缆的发热。

图4图示了与所使用的电力传输线缆的不同发热量相关联的不同电压降的示例。在耦合负载之前(没有负载电流时的条件，其表示为I0)，充电器处的电压可以是VC0。开始时，线缆可以处于第一温度T1(例如，室温)并且于是具有相应的电阻。这导致测量的电压中的下降为VC1。因此，初始电位降可以表示为VC0-VC1。

使用期间，线缆变热例如至第二温度T2，从而增加了线缆的电阻。因此，在第二温度T2时，测量的电压进一步下降至VC2。随着线缆进一步发热至第三温度T3，测量的电压进一步下降至VC3，并且类似地在第四温度T4时，测量的电压可以进一步下降至VC4。例如，在第四温度时，充电器处的电压可以显著地下降到阈值电压以下。此外，算出电压之间的差、例如VC4-VC1或VC4-VC0提供了归因于发热的电压降的测量。例如，如果VC4-VC0中的差超过50mV，则线缆与仅允许跨越电力供应线缆50mV最大电压降的USB标准不兼容。如将进一步利用图5至图7描述的，在一个或多个实施例中，电力控制电路可以切断如用电流I4指出的电流供应。

在另一实施例中，可以随着线缆的电阻中的增加逐渐地改变电流供应。例如，当电压下降至第二电压VC2时，用于给电池充电的恒定电流可以减小至第二恒定电流I2。类似地，当电压下降至第三电压VC3时，用于给电池充电的恒定电流可以减小至第三恒定电流I3。

在一个或多个实施例中，可以减小负载或充电电流以补偿电压中的减小。此外，如果电压下落到阈值电压以下，则可以切断或停止负载电流。通过减小充电电流，可以使施加的电压增加返回至正常充电电压。这是因为充电电压是关键性参数并且必须被紧紧地控制，尤其是对于锂离子电池而言。

图5图示了根据本发明的实施例的电力系统100。电力系统100包括经由电力传输线缆120耦合至电力消耗设备110的电力提供设备102。电力传输线缆120可以遵循各种标准协议。在一个实施例中，电力传输线缆120是通用串行总线(USB)线缆。在备选的实施例中，电力传输线缆120可以包括与诸如Lightning^TM、IEEE 1394(火线)、IEEE 802.3af以太网供电以及其他等的其他标准兼容的线缆。

在各种实施例中，电力消耗设备110可以表示经由诸如USB线缆等的线缆耦合至电力提供设备102的任何设备。如所示出的，电力传输线缆120可以包括包含了电力供应连接VBUS、接地连接GND的信号线路以及数据线路D+和D-。在备选实施例中，可以代替电力传输线缆120使用其他电力和数据连接，例如，用于电力和数据线路的单独的线缆。

电力提供设备102包括将电力提供至电力传输线缆的电力供应连接VBUS的可调电源104。在各种实施例中，可调电源104可以包括开关电源(SMPS)。在一个或多个实施例中，可调电源104包括诸如回扫转换器等的变压器隔离的转换器。在备选实施例中，可调电源104可以包括其他绝缘或非绝缘的拓扑。

在本发明的实施例中，可以通过改变可调电源104的输出电压来调整提供至电力消耗设备110的电量。例如，可以在各种数量的步骤中将电力供应连接VBUS的电压在大约5V与大约20V之间调整。备选地，可以取决于特定设备及其规范使用在该范围之外的电压。例如，USB线缆可以允许例如可以以5V或以20V来提供的高达100W的电力消耗。

电力提供设备102还包括耦合至数据线路D+和D-的接口电路108。在实施例中，接口电路108包括配置成在电力提供设备102与电力消耗设备110之间的通信上接合的发送器和接收器。在一个实施例中，电力提供设备102与电力消耗设备110之间的该通信是单侧的，即从电力消耗设备110至电力提供设备102。然而，在备选实施例中，通信也可以是双侧的，例如双工或半双工的。控制器106从接口电路108接收通信并且控制可调电源104。特别地，控制器106被配置成调节输出电压。这导致电力传输线缆的电力供应连接VBUS处的输出电压中的变化。

在各种实施例中，电力消耗设备110消耗由电力提供设备102传输的电力。电力消耗设备110包括从电力提供设备102内的可调电源104接收电力的电力供应/充电器112。

取决于电力消耗设备110的特定实施，电力供应/充电器112可以以电力供应连接VBUS的各种电压来操作。例如，在正常操作模式期间，电力供应/充电器112可以在电力供应连接VBUS被设定为大约5V时将充分的电力提供至电力消耗设备110。另一方面，在充电操作期间，或者在快速充电操作期间，电力供应/充电器112可以能够在电力供应连接VBUS被设定为诸如12V或20V等的较高电压时更加快速地给耦合至电力消耗设备110的电池/吸收器(sink)115充电。

如图5所示，电力传输线缆120将电力提供设备102连接至电力消耗设备110。在USB电力传输中，成对的直接附接的端口与电压、电流和/或在整个电力供应导体VBUS上的电力流动的方向达成协商。特别地，利用数据线路D+和D-，电力消耗设备110可以从电力提供设备102请求电力供应连接VBUS处的特定电流或电压。作为响应，电力提供设备102可以通过电力传输线缆120的电力供应连接VBUS将所请求的电流或电压提供至电力消耗设备110。

在实施例中，电力消耗设备110可以将用于电力供应连接VBUS处的所请求的电力供应电压的信号发给电力提供设备102。该发信号例如可以经由包括能够与电力提供设备102通信的发送器和接收器的接口电路114而发生，并且为电力消耗设备110提供了向电力提供设备102指示出电力消耗设备110能够以比标准5V USB电力电压高的电压进行操作的方式。

在如将在下面更加详细地描述的另一实施例中，电力消耗设备110可以将具有降低在电力传输线缆的电力供应连接VBUS处供应的电力以减少线缆的发热的请求的信号发给电力提供设备102。

控制器116可以对接口电路114和USB接口118进行操作，并且可以经由接口电路114耦合至数据引脚D+和D-。在一个或多个实施例中，电力提供设备102与电力消耗设备110之间的通信利用标准USB接口的高速电路来进执行。备选地，在一些实施例中，电力提供设备102与电力消耗设备110之间的通信可以单独地或者利用电力消耗设备110的适当标准的标准电路来执行。

在本发明的各种实施例中，为避免电力传输线缆的过度发热，电力消耗设备110也可以通过改变来自电力供应/充电器112的输出电压和/或输出电流来自我调整提供至电池/吸收器115的电量。提供至电池/吸收器115的电流中的减小导致通过电力传输线缆牵引的电力中的相应减小。

在各种实施中，电力提供设备102和电力消耗设备110可以以很多不同方式实施。电力提供设备102和电力消耗设备110例如可以具有很多不同的配置，例如USB或非USB通信、单个对多个的端口、专用电力供应对多个端口上共享的供应、基于硬件对基于软件的实施。图5中的结构体系被提供用于图示一个可能的实施中的高水平的组成部件。

包括图6A至图6B的图6图示了根据本发明的实施例的电力传输系统的操作。图6A和图6B图示了在图5中图示的电力提供设备102和电力消耗设备110处进行操作。

参见图6A，在通过电力传输线缆120将两个设备在物理上附接并且安全地进行电气连接之后，电力提供设备102对电力消耗设备110的附接进行检测(方框252)。

在一个示例中，电力传输线缆120是USB兼容线缆。于是，当电力提供设备102和电力消耗设备110彼此附接时，下游和上游端口初始时默认为标准USB操作(方框254)。因此，电力供应连接VBUS上的输出默认为5V(或0V)并且电力消耗设备110根据USB标准牵引电流。

同时，电力消耗设备110继续监测电力供应连接VBUS处的输出(图6B中的方框262)。当电力提供设备102在电力供应连接VBUS处输出标准电压时，电力消耗设备110对输出电力进行检测(图6B中的方框264)。

参见图6A中的方框256，电力提供设备102可以例如通过接口电路108与电力消耗设备110通信。例如，电力提供设备102向电力消耗设备110指示出其能力。

参见图6B中的方框266，电力消耗设备110可以从电力提供设备102接收可以是广告的通信。基于该广告，电力消耗设备110例如可以标识电力提供设备102的能力，并且接着使电力提供设备102与特定充电器分布相关联(图6B中的方框268)。例如，电力消耗设备110可以标识电力提供设备102能够以多个电压/电流快速充电。此外，电力消耗设备110可以标识电力供应连接VBUS的输出可以在充电过程期间被充电。

接下来，电力消耗设备110与电力提供设备102关于电力传输要求达成协商。作为图6A中的方框258和图6B中的方框270中图示的下一个，建立了电力传输连接。例如，电力消耗设备110请求在电力提供器的接口电路108处接收(方框257)的特定电力输出(方框272)。所请求的电力输出可以是恒定电压和/或电流。电力提供器可以基于请求来改变电力输出(方框259)。

参见图6B，电力消耗设备对其输入处的电力的供应进行检测(方框274)。例如，电力消耗设备110处的电压传感器对正被提供的输入电压进行检测(方框276)。此外，电压传感器可以连续地或以规则间隔间歇地监测电压。电压的随时间变动可以用于计算电压随时间的相对变化(方框278)。

在一个或多个实施例中，电压变化率可以与目标或阈值电压变化率进行比较(方框280)。如果计算出的电压变化率小于阈值电压变化率，那么将电力供应至可以是电池充电器的电池/吸收器115以便给电池充电(方框282)。另一方面，如果计算出的电压变化率超过阈值电压变化率，那么减小或停止供应至电力吸收器的电力(方框284)。这是因为电压中的较大变化指示出电力传输线缆120的比目标(或期望的)快的发热。通过减小提供至电力吸收器的电力，相应地减小了通过电力传输线缆120牵引的电力。

另外，在各种实施例中，归因于电力消耗设备110与电力提供设备102之间的线缆的电压降可以与目标电压降进行比较。例如，USB线缆可以具有相当于50mΩ的电阻的最大电压降。虽然线缆在购买或销售给用户时是兼容，但在操作期间电阻可能归因于线缆的发热而增加。

在各种实施例中，如果测量出的电压降小于可接受的电压降，那么以提供的恒定电流将电力供应至电池/吸收器115。如果测量出的电压降高于可接受的电压降，那么降低供应至电池/吸收器115的电力以便减小通过电力传输线缆120的电力。

在各种实施例中，电力传输的减小或停止可以通过电力供应/充电器112在电力消耗设备110内在内部执行。减小电力供应/充电器112处的充电电流将导致通过电力传输线缆的电流的流动中的成比例的减少。

另外，在电力传输期间，在电力传输已经达成协商之后，可以以比标准默认电压高或低的电压和/或电流来供应电力。于是，在另一实施例中，电力传输的减小或停止可以通过请求电力提供设备102以减小供应的电力、例如通过降低充电电流而在外部执行。于是，电力消耗设备110可以向电力提供设备102发出请求以降低通过线缆发送的电力。

如果电力提供设备102检测到电力传输线缆120和/或电力消耗设备110具有比之前广告的能力高的能力，则也可以在电力传输连接期间进一步修改电力连接。在这样的情况中，可以再次广告电力传输能力并且可以建立更好的电力传输连接。

如果标识出接收到了电力消耗设备110的脱开、故障和/或停止请求则电力提供设备102可以进一步停止供应电力(方框260)。类似地，电力消耗设备110可以配置成对是否有电力供应上的破坏、脱开或任何其他故障进行检测(方框292)。

当电力消耗设备110请求电力输出中的变化、例如当电池接近完成充电时，可以在充电过程期间修改电力供应连接VBUS的输出。

图7图示了根据本发明的实施例的电池充电器的示意性表示。

参见图7，电池充电器包括待由可调电源320充电的多个电池310。可调电源320可以包括DC-DC转换器并且可以在各种实施例中包括不同的拓扑。在一个或多个实施例中，可调电源320可以是全桥、半桥、顺向、回扫或推挽拓扑。例如，在一个实施例中可调电源320可以是具有两个晶体管的半桥电路。备选地，在另一实施例中，可调电源320可以是诸如降压转换器、升降压转换器或线性调节器等的非隔离拓扑。

电力消耗设备110包括用于控制电力消耗设备110的所有操作的消耗设备控制电路300。例如，消耗设备控制电路300可以监测跨越所有电池310的电压。然而，消耗设备控制电路300也可以监测跨越多个电池310的各电池单元的电压，或者通过分流晶体管使具有比其他电池单元的高的电压的电池单元放电。

消耗设备控制电路300可以包括系统管理单元305。例如，系统管理单元305可以对诸如具有图5中图示的接口电路114、USB接口118和电力供应/充电器112的电力消耗设备110的各种操作进行监测和协调。

系统管理单元305可以耦合至输入线路以便检测和监测进入的电压。系统管理单元305可以包括模拟-数字转换器并且可以耦合至电力消耗设备110的VBUS和GND引脚以便对电力消耗设备110处接收的输入电压进行监测。系统管理单元305可以检测电力的供应并设定与电力提供设备102的电力传输连接，并且启动检测电力传输连接的破坏、脱开或故障的动作。

消耗设备控制电路300可以进一步包括可实施为单个封装或单个芯片的电力控制器350。电力控制器350对提供至电池310的充电电流(Iout)和电压(Vout)进行控制。

系统管理单元305可以将测量出的电压信息提供至电力控制器350的控制器380。系统管理单元305也可以请求电力提供设备102以例如通过接口电路114和USB接口118来改变供应电压或电流。

电力控制器350可以耦合至电压传感器330以检测电池310的输入处的电压。类似地，正被供应至电池310的电流可以通过感测电阻器345测量并在电流感测引脚340处接收。放大器355可以是单独的分立设备或者可以与电力控制器350为一体。

电力控制器350也可以包括诸如用于从指示了电池310的温度的温度传感器接收信号的温度感测引脚410等的其他输入引脚。输入可以被供应至将测量出的模拟电流和电压转换成数字信号并且将其提供至控制器380的模拟-数字转换器(ADC)360。

在各种实施例中，控制器380被配置成利用输入并且计算测量出的电压、测量出的电流以及对这些进一步进行处理以获得电压变化率。计算出的电压变化率可以与最大电压进行比较以确定是否要求了供应电流中的任何变化。例如，如果电压变化率高于某一阈值，则应该降低供应至电池310的充电电流。这是因为当电压降太高时，那么暗示着连接线缆在变热或者电力提供设备102的线路调节具有太多损失。因此，电力控制器350减小电流或者可以甚至中止给电池310充电以便使线缆冷却。控制器380可以将存储器390中的该信息的一些或所有存储起来。

于是，在各种实施例中，电压变化率可以用于检测电力供应线缆的发热。

例如，如图示，电力控制器350的控制器380可以被设计成当测量出的电压超过50mΩ的绝对电压降和/或超过没有负载或没有电流时在电力消耗设备处测量出的电压(即，VCharger(0A))的5％时停止给电池310充电。类似地，电力控制器350的控制器380可以被设计成当电压中的变化率超过诸如例如1mV/s等的目标时停止给电池310充电。

控制器380的数字引擎使用数字信号的信息来控制可调电源320。例如，这可以用脉冲宽度调制(PWM)控制器370通过施加或改变到达可调电源320中的开关晶体管的栅极的PWM信号的占空比来实现。可调电源320也可以包括驱动器。来自PWM 370的信号被提供至可调电源320并且可以包括超过一个的信号。例如，全桥转换器可能需要用于控制各对晶体管的至少两个输入信号。

在备选实施例中，用于计算电压中的变化率和电压降的上述操作可以在系统管理单元305内执行。例如，系统管理单元305可以确定是否在内部调节可调电源320的输出以便改变通过电力传输线缆120牵引的电力或者请求电力提供设备102减小或改变通过电力传输线缆提供的电力。

尽管已经参照说明性实施例描述了该发明，但该描述并不旨在以限定性意义来解释。对于本领域技术人员而言，当参照描述时，说明性实施例的各种变型和组合以及发明的其他实施例都将是显而易见的。因此旨在随附的权利要求涵盖任何这样的变型或实施例。

Claims (20)

1.一种用于为设备供电的方法，所述方法包括：

在通过线缆耦合至电力提供设备的电力消耗设备处接收电力，在所述电力消耗设备的输入处以第一电流供应接收的所述电力；

将接收的所述电力供应至所述电力消耗设备中的负载；

测量所述电力消耗设备的所述输入处的电压的变化率；

确定所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率是否小于第一目标电压变化率；以及

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率大于所述第一目标电压变化率，则将在所述电力消耗设备的所述输入处接收的电流减小至低于所述第一电流的第二电流。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率小于所述第一目标电压变化率，则以第三电流将接收的所述电力供应至所述负载；并且

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率大于所述第一目标电压变化率，则以小于所述第三电流的第四电流将接收的所述电力供应至所述负载。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率大于所述第一目标电压变化率，则请求所述电力提供设备以低于所述第一电流的电流供应电力。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率是否小于第二目标电压变化率，其中所述第二目标电压变化率大于所述第一目标电压变化率；

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率小于所述第二目标电压变化率，则以第二电流将接收的所述电力供应至所述负载；并且

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率大于所述第二目标电压变化率，则停止以第三电流将接收的所述电力供应至所述负载。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

测量在将接收的所述电力供应至所述负载期间在所述电力消耗设备的所述输入处接收的所述电力中的电压降；

确定所述电压降是否小于目标电压降；并且

如果所述电压降大于所述目标电压降，则在所述输入处以低于所述第一电流的第三电流接收电力。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

测量在所述电力消耗设备的所述输入处接收的所述电力中的电压降；

确定所述电压降是否小于目标电压降；

如果所述电压降小于所述目标电压降，则以所述第二电流将接收的所述电力供应至所述负载；以及

如果所述电压降大于所述目标电压降，则停止将接收的所述电力供应至所述负载。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述设备和所述线缆与电力传输标准兼容。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述负载包括可再充电的电池。

9.一种用于检测电力线缆的温度的方法，所述方法包括：

测量通过所述电力线缆进行电力传输期间在所述电力线缆的输出处的电压；

计算所述电力传输期间在所述电力线缆的所述输出处的电压变化率；并且

根据所述电压变化率计算所述电力线缆的温度的指示。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

如果所述电力线缆的所述温度的所述指示超过目标温度，则减小电力传输期间在所述电力线缆中的电流。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述电力线缆与电力传输标准兼容。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

如果所述电力线缆的所述温度的所述指示超过目标温度，则停止所述电力传输。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

在冷却周期之后，在停止所述电力传输后重新起动所述电力传输。

14.一种电力消耗设备，包括：

输入，其被配置成接收电力并且被配置成通过电力传输线缆耦合至电力提供设备，接收的所述电力在所述电力消耗设备的输入引脚处具有第一电流；

可调电源，其被配置成将接收的所述电力供应至所述电力消耗设备中的负载；以及

控制电路，其被配置成：

计算在所述电力消耗设备的所述输入处接收的所述电力的电压的变化率，

确定在所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率是否小于第一目标电压变化率，并且

如果在所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率大于所述第一目标电压变化率，则将所述电力消耗设备的所述输入处接收的电力减小至低于所述第一电流的第二电流。

15.根据权利要求14所述的电力消耗设备，其中所述控制电路被进一步配置成：

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率小于所述第一目标电压变化率，则以第三电流将接收的所述电力供应至所述负载，并且

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率大于所述第一目标电压变化率，则以小于所述第三电流的第四电流将接收的所述电力供应至所述负载。

16.根据权利要求14所述的电力消耗设备，其中所述控制电路被进一步配置成：如果所述电力消耗设备的所述输出处的所述电压的所述变化率大于所述第一目标电压变化率，则请求所述电力提供设备以低于所述第一电流的电流供应电力。

17.根据权利要求14所述的电力消耗设备，其中所述控制电路被进一步配置成：

确定所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率是否小于第二目标电压变化率，其中所述第二目标电压变化率大于所述第一目标电压变化率，

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率小于所述第二目标电压变化率，则以第二电流将接收的所述电力供应至所述负载，并且

如果所述电力消耗设备的所述输入处的所述电压的所述变化率大于所述第二目标电压变化率，则停止以第三电流将接收的所述电力供应至所述负载。

18.根据权利要求14所述的电力消耗设备，其中所述控制电路被进一步配置成：

测量在将接收的所述电力供应至所述负载期间在所述电力消耗设备的所述输入处接收的所述电力中的电压降，

确定所述电压降是否小于目标电压降，并且

如果所述电压降大于所述目标电压降，则在所述输入处以低于所述第一电流的第三电流接收电力。

19.根据权利要求14所述的电力消耗设备，其中所述控制电路被进一步配置成：

测量在所述电力消耗设备的所述输入处接收的所述电力中的电压降，

确定所述电压降是否小于目标电压降，

如果所述电压降小于所述目标电压降，则以所述第二电流将接收的所述电力供应至所述负载，以及

如果所述电压降大于所述目标电压降，则停止将接收的所述电力供应至所述负载。

20.根据权利要求14所述的电力消耗设备，其中所述电力消耗设备与电力传输标准兼容。