CN110386090A - 电功率供应设备以及操作该电功率供应设备的方法 - Google Patents
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Abstract
一种配置为与车辆(12)内的启‑停控制器(20)进行接口的电功率供应设备(10),包括接收输入电压并产生第一输出电压或小于第一输出电压的第二输出电压的DC‑DC功率转换器和与DC‑DC功率转换器通信的设备控制器(16)。设备控制器(16)具有一个或多个处理器和存储器。存储器包括以下指令:当设备控制器(16)从启‑停控制器(20)接收到运行信号或检测到输入电压在电压阈值之上时使设备控制器(16)命令DC‑DC功率转换器输出第一输出电压;或者当设备控制器(16)从启‑停控制器(20)接收到停止信号或检测到输入电压在电压阈值之下时使设备控制器(16)命令DC‑DC功率转换器输出第二输出电压。还提出了操作电功率供应设备(10)的方法(100)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张要求于2018年4月17日提交的美国专利申请No.15/954851以及于2018年6月12日提交的美国专利申请No.16/006463的优先权权益,其中的每项专利申请的整体公开内容以引用方式被并入本文。
技术领域
本发明总体涉及一种电功率供应设备以及一种操作所述电功率供应设备的方法。
附图说明
现在将参考附图以范例的方式来描述本发明,在附图中:
图1是根据一个实施例的电功率供应设备的示意图;并且
图2是根据一个实施例的操作图1的电功率供应设备的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照实施例,在附图中图示了实施例的各范例。在下文的详细描述中,阐述了许多具体细节以便提供对所描述的各个实施例的透彻理解。然而,本领域技术人员将认识到,可以在没有这些具体细节的情况下实践所描述的各个实施例。在其他实例中,并未对众所周知的方法、流程、部件、电路以及网络进行详细描述,以免不必要地使实施例的各方面变得不清楚。
通用串行总线(USB)已经从能够供应有限功率的数据接口演变为具有数据接口的主要功率提供者。如今,许多设备从在膝上型计算机、汽车、飞机或者甚至壁装插座中所包含的USB端口充电或者得到其功率。USB已经变为针对诸如蜂窝电话、数字媒体播放器和/或其他手持设备的许多消费者设备的普适功率插座。用户利用USB不仅在数据方面满足其需求而且简单地为其设备提供功率或者对其设备充电,常常不需要加载驱动器,以便执行“常规的”USB功能。
USB功率递送(PD)规范通过在单条线缆上提供更灵活的功率递送(例如,用于电池充电)以及数据来实现USB的最大功能性。其目的是利用现有的USB生态系统来操作并且被构建在现有的USB生态系统上。USB功率递送规范3.0是由USB Implementer’s Forum Inc发布的,并且在此以引用方式被并入本文。
为了满足严格的燃料经济性和排放标准,汽车原始设备制造商(OEM)已经在其车辆中包括了启-停技术,所述启-停技术自动地关闭和重启内燃发动机来减少发动机怠速运转所花费的时间量,由此降低车辆的燃料消耗和排放。
OEM已经对由车辆电池提供功率的USB PD设备强加了需要其在“启/停”瞬变期间继续向消费者USB设备供应功率的要求,在“启/停”瞬变中,车辆电池电压暂时下降低至6伏以模拟在热启动期间的车辆起动(cranking)。在该瞬变期间,预期到USB PD设备继续运行而没有消费者体验的中断。在瞬变期间供应一致的功率水平将使得输入到PD设备的电流上升至可能超过PD设备的接线、连接器和/或电路保护设备(例如,保险丝、断路器)的电流限值的水平,其将引起消费者体验的中断,例如断开保险丝并且由此引起PD设备的关闭。
一些原始设备车辆制造商(OEM)监测正在由车辆的电功率系统供应的功率,并且如果所供应的功率超过功率阈值则阻止启-停控制器。
所提出的创新方案是从车辆向USB PD设备提供信号以指示所述车辆的功率状态。在正常车辆运行模式期间,预期到车辆电压通常在12-14伏的范围内,并且升-降压DC-DC转换器能够生成更高的电压输出,所述更高的电压输出具有比能够由消费者充电设备在“快速充电”模式下使用的车辆电压更大的电压。当车辆进入或意图进入停/启模式时,即车辆已经停止移动并且自动关闭发动机,模式的改变通过信号从车辆被通信给USB PD设备中的控制器,并且所述USB PD设备然后与消费者设备重新协商充电协议从而为“正常的”充电操作提供更低的输出电压。当汽车随后经历起动循环瞬变时,降压转换器能够维持更低的输出电压而不超过电流限值并且不中断充电阶段。在发动机启动并且返回到运行模式之后,所述USB PD设备经由另一信号被再次通知并且返回到更高的电压输出。
图1图示了一种电功率供应设备,例如通用串行总线(USB)功率递送(PD)设备,在下文中被称为PD设备10,其被设计用于在机动车辆12中使用。PD设备10可以被用于支持对车辆12中的USB使能的设备(未示出)的电池充电。PD设备10包括升-降压DC-DC功率转换器,在下文中被称为DC转换器14,其从车辆的电气系统接收输入电压。在本发明的其他实施例中,PD设备10可以是仅降压DC-DC功率转换器。输出电压能够通过至少两个不同的电压中的一个电压,即通过例如20伏的较高的电压输出以支持快速USB充电率或者通过例如5伏的较低的电压输出以支持正常USB充电率。
PD设备10还包括设备控制器16,设备控制器16与DC转换器14通信。设备控制器16具有一个或多个处理器以及存储器。所述处理器可以是微处理器、专用集成电路(ASIC)或者由离散逻辑和时序电路(未示出)来构建。对所述处理器进行编程的软件指令可以被存储在非易失性(NV)存储器设备(未示出)中。所述NV存储器设备可以被包含在微处理器或ASIC内,或者其可以是单独的设备。可以使用的NV存储器的类型的非限制性范例包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、屏蔽型只读存储器(ROM)以及闪速存储器。
PD设备10还包括接口电路18(诸如控制器局域网络(CAN)收发器、本地互联网络(LIN)收发器、USB收发器)和/或输入电压检测电路(例如模拟/数字转换电路),以允许PD设备10与车辆12内的其他设备建立电通信。
PD设备10经由CAN收发器或LIN收发器与启-停控制器20通信。所述存储器还包括这样的指令,所述指令:使设备控制器16根据设备控制器16从启-停控制器20接收到运行信号而命令DC转换器14输出更高的输出电压。所述运行信号的接收使设备控制器16根据设备控制器16从启-停控制器20接收到停止信号而命令DC转换器14输出更低的输出电压。所述运行信号指示IC发动机22正在运行,因此,所述输入电压将保持等于或大于阈值电压。所述停止信号指示IC发动机22未正在运行,并且所述输入电压可以例如在起动瞬变期间降至低于阈值电压。
在另一实施例中,PD设备10被设置在与USB集线器24通信的USB端口内,USB集线器24与启-停控制器20通信。所述存储器包括这样的指令,所述指令:使设备控制器16根据设备控制器16从USB集线器24接收到指示USB集线器24已经从启-停控制器20接收到运行信号的第一USB信号而命令DC转换器14输出更高的输出电压;并且使设备控制器16根据设备控制器16从USB集线器24接收到指示USB集线器24已经从启-停控制器20接收到停止信号的第二USB信号而命令DC转换器14输出更低的输出电压。
在又一实施例中,PD设备10包括与车辆功率源(例如,车辆电池(未示出))和设备控制器16通信的输入电压检测电路。所述输入电压检测电路被配置为:确定从车辆电池到PD设备10的输入电压,并且将该信息传输至设备控制器16。所述存储器包括这样的额外指令,所述额外指令:当所述输入电压检测电路确定所述输入电压大于阈值电压(例如,9.5伏或10伏)时使设备控制器16命令DC转换器14输出更高的输出电压;并且当所述输入电压检测电路确定所述输入电压小于阈值电压时使设备控制器16命令DC转换器14输出更低的输出电压。
图2图示了操作具有DC转换器14和设备控制器16并且与启-停控制器20通信的PD设备10的方法100。方法100包括以下步骤:
步骤102,从所述启-停控制器接收信号包括PD设备10从启-停控制器20接收信号;
步骤104,确定所述信号是运行信号还是停止信号包括设备控制器16确定所述信号是运行信号还是停止信号;
步骤106,产生第一输出电压包括PD设备10根据设备控制器16确定所述信号是运行信号而经由DC转换器14产生更高的输出电压;以及
步骤108,产生第二输出电压包括PD设备10根据设备控制器16确定所述信号是停止信号而经由DC转换器14产生小于所述第一输出电压的第二输出电压。
根据具体实施例,如果PD设备10已经与消费者设备(未示出)协商了处于100瓦(即,输出电压是20伏并且电流容量是5安)的PD协议并且启-停事件在车辆12中发生(即,启-停控制器20发送停止信号),则PD设备10将功率协商从100瓦改变为15瓦,即输出电压是5伏并且电流容量是3安,由此降低需要由车辆12向PD设备10供应的功率,并且降低由PD设备10汲取的电流,并且停留在电路电流保护设备的限值之内。按照USB PD规范,消费者设备将选择新的15瓦能力。在停-启事件结束之后,即在启-停控制器20发送运行信号之后,PD设备10将重新协商100瓦能力,并且消费者设备将选取所需的最高功率。
相应地,提供了一种电功率供应设备(例如,USB PD设备10)以及一种操作这样的设备的方法100。所述设备提供了能够在车辆12中的启-停事件期间从PD设备10向消费者USB设备不间断地供应功率的USB PD设备10的益处。该USB PD设备10还可以提供通过降低但是不中断向USB消费者设备供应的功率(例如,将所供应的功率从100瓦降低至15瓦,这可以允许启-停控制器20进入启-停模式)来降低或“脱离”来自车辆的电气系统的电负荷的益处。
尽管已经就其优选实施例描述了本发明,但是本发明并不意在受此限制,而是仅限制于在随后的权利要求中所阐述的范围。例如,上文所描述的实施例(和/或其各方面)可以彼此组合地使用。另外,可以做出许多改型以使得具体的情形或材料适应本发明的教导,而不偏离其范围。在本文中所描述的各个部件的尺寸、材料类型、取向以及各个部件的数量和位置旨在限定特定实施例的参数,而不意味着限制,而仅仅是原型实施例。
在回顾上文的描述后,在权利要求的主旨和范围内的许多其他实施例和变型对于本领域普通技术人员而言是显而显见的。因此,本发明的范围仅仅由所附的权利要求书、以及这些权利要求所涵盖的等同物的全部范围所限定。
如在本文中所使用的,‘一个或多个’包括由一个元件执行的功能、例如以分布的形式由超过一个元件执行的功能、由一个元件执行若干项功能、由若干元件执行若干项功能或者以上这些的组合。
还将理解,尽管在一些实例中使用了术语第一、第二等来描述各种元件,但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅仅被用于将一个元件区别于另一元件。例如,第一接触件可以被称为第二接触件,并且类似地,第二接触件可以被称为第一接触件,而不脱离所描述的各种实施例的范围。第一接触件和第二接触件两者都是接触件,但是其不是相同的接触件。
在本文中所描述的各个实施例的描述中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的,而并非意在进行限制。如在所描述的各个实施例和随附的权利要求的描述中所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”意在同样包括复数形式,除非上下文明确指出了其他情形。还将理解,在本文中所使用的术语“和/或”指代相关联的列出的项中的一项或多项中的任意项以及所有可能的组合。还将理解,在本说明书中所使用的术语“包括”和/或“包含”特指存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件,但是并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
如在本文中所使用的,取决于上下文,术语“如果”任选地被解释为表示“当”或“在”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地,取决于上下文,短语“如果被确定”或“如果检测到[所述状态或事件]”被任选地解释为表示“在确定”或“响应于确定”或“在检测到[所述状态或事件]”或“响应于检测到[所述状态或事件]”。
此外,尽管在本文中使用了术语指示或取向,但是这些元件不受这些术语限制。除非另作申明,所有指示或取向的术语被用于将一个元件区别于另一元件,而并不用于表示任何特定的次序、操作次序、方向或取向,除非另作申明。
Claims (10)
1.一种被配置为与车辆(12)内的启-停控制器(20)进行接口的电功率供应设备(10),包括:
DC-DC功率转换器,其被配置为:接收输入电压,并且产生第一输出电压或者小于所述第一输出电压的第二输出电压;以及
设备控制器(16),其与所述DC-DC功率转换器和所述启-停控制器(20)通信,所述设备控制器(16)具有一个或多个处理器以及存储器,其中,所述存储器包括这样的指令,所述指令:使所述设备控制器(16)根据所述设备控制器(16)从所述启-停控制器(20)接收到运行信号而命令所述DC-DC功率转换器输出所述第一输出电压,并且其中,所述存储器还包括这样的指令,所述指令:使所述设备控制器(16)根据所述设备控制器(16)从所述启-停控制器(20)接收到停止信号而命令所述DC-DC功率转换器输出所述第二输出电压。
2.根据权利要求1所述的电功率供应设备(10),其中,所述启-停控制器(20)通过控制器局域网络(CAN)通信总线被连接到所述设备控制器(16)。
3.根据权利要求1所述的电功率供应设备(10),其中,所述启-停控制器(20)通过本地互联网络(LIN)通信总线被连接到所述设备控制器(16)。
4.根据权利要求1所述的电功率供应设备(10),其中,所述电功率供应设备(10)被设置在通用串行总线(USB)端口内,所述通用串行总线端口与USB集线器(24)通信,所述USB集线器与所述启-停控制器(20)通信,其中,所述存储器还包括这样的指令,所述指令:使所述设备控制器(16)根据所述设备控制器(16)从所述USB集线器(24)接收到指示所述启-停控制器(20)已经传输所述运行信号的第一USB信号而命令所述DC-DC功率转换器输出所述第一输出电压,并且其中,所述存储器额外地包括这样的指令,所述指令:使所述设备控制器(16)根据所述设备控制器(16)从所述USB集线器(24)接收到指示所述启-停控制器(20)已经传输所述停止信号的第二信号而命令所述DC-DC功率转换器输出所述第二输出电压。
5.根据权利要求1所述的电功率供应设备(10),其中,所述第一输出电压的最大值为大约20伏,并且所述第二输出电压的最小值为大约3.2伏。
6.一种操作电功率供应设备(10)的方法(100),所述电功率供应设备(10)具有设备控制器(16)和DC-DC功率转换器并且与车辆(12)内的启-停控制器(20)通信,所述方法(100)包括以下步骤:
从所述启-停控制器(20)接收信号;
经由所述设备控制器(16)确定所述信号是运行信号还是停止信号;
根据所述设备控制器(16)确定所述信号是所述运行信号而经由所述DC-DC功率转换器产生第一输出电压;并且
根据所述设备控制器(16)确定所述信号是所述停止信号而经由所述DC-DC功率转换器产生小于所述第一输出电压的第二输出电压。
7.根据权利要求6所述的方法(100),其中,所述第一输出电压的最大值为大约20伏,并且所述第二输出电压的最小值为大约3.2伏。
8.一种电功率供应设备(10),包括:
DC-DC功率转换器,其接收输入电压,并且产生第一输出电压或者小于所述第一输出电压的第二输出电压;以及
设备控制器(16),其与所述DC-DC功率转换器通信,所述设备控制器(16)具有一个或多个处理器以及存储器,其中,所述存储器包括这样的指令,所述指令:当所述输入电压等于或大于阈值电压时使所述设备控制器(16)命令所述DC-DC功率转换器输出所述第一输出电压;并且当所述输入电压小于所述阈值电压时使所述设备控制器(16)命令所述DC-DC功率转换器输出所述第二输出电压。
9.根据权利要求8所述的电功率供应设备(10),其中,所述电功率供应设备(10)还包括与所述设备控制器(16)通信的输入电压检测电路,并且其中,所述存储器包括这样的额外指令,所述额外指令:当所述输入电压检测电路确定所述输入电压小于所述阈值电压时使所述设备控制器(16)命令所述DC-DC功率转换器输出所述第二输出电压。
10.根据权利要求8所述的电功率供应设备(10),其中,所述第一输出电压的最大值为大约20伏,并且所述第二输出电压的最小值为大约3.2伏。
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