CN110710080A - 用于对两端子便携式电子设备充电的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

用于对两端子便携式电子设备(110)充电的系统、方法和装置。在一个示例中，系统、方法(600)和装置包括：用检测电路检测两端子便携式电子设备(110)，并且当两端子便携式电子设备(110)耦接至由充电器(130)提供的插座时，将两端子便携式电子设备(110)电耦接至多引脚(136)通用串行总线连接器；以及在检测到两端子便携式电子设备(110)后，使用多引脚(136)通用串行总线连接器的配置通道端子(122)，用激活电路对两端子便携式电子设备(110)充电。

Description

用于对两端子便携式电子设备充电的方法、装置和系统

背景技术

随着诸如双向无线电装置、智能电话和其他通信设备的现代便携式电子设备的出现，终端用户要求越来越复杂、耗电的功能。电池和其他便携式蓄能方法不能提高能量密度以满足需求。互连和充电电子设备的方法也必须同样提高以提供更高的性能和连接性。传统的便携式设备通常仅向充电器提供一对简单的裸露的电气端子，以对这些设备内的蓄能系统诸如电池充电。并非所有充电器都提供直接的电池端子连接或两端子连接，以便为便携式设备充电。一些电池充电器实现多引脚或许多引脚接口诸如通用串行总线，其要求两个以上的电气连接才能为便携式设备充电或与之通信。结果，设计为通过裸露的两端子接口充电的便携式设备与实现多引脚或许多引脚电气接口诸如通用串行总线连接器(例如USB-C或通用串行总线C型连接器)的电池充电器不兼容。

附图说明

附图连同下文的详细描述被并入说明书中并形成说明书的一部分，用于进一步说明包括所要求保护的发明的概念的实施例，并且解释那些实施例的各种原理和优点，其中，在各个视图中，相似的附图标记指代相同或功能上相似的元件。

图1是根据一些实施例的充电系统的图示，其示出了通过通用串行总线C型连接器电耦接至充电器的两端子便携式电子设备。

图2是根据一些实施例，用于两端子便携式电子设备的充电系统的图。

图3是根据一些实施例的设备检测电路的框图。

图4示出了根据一些实施例的设备检测电路的一个示例。

图5示出了根据一些实施例的设备检测电路的另一示例。

图6是根据一些实施例，对两端子便携式电子设备充电的方法的流程图。

技术人员将意识到，图中的元件是为简单和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大，以帮助提高对本发明的实施例的理解。

装置和方法部件在适当时由附图中的常规符号表示，仅示出与理解本发明的实施例有关的那些具体细节，以免使本公开内容被对受益于本文描述的本领域普通技术人员而言显而易见的细节所混淆。

具体实施方式

两端子便携式电子设备未被设计为与实现多引脚电气接口诸如通用串行总线连接器的电子充电器接连接。本文所述的系统和方法尤其提供了当两端子便携式电子设备被放置在多引脚充电器插座(例如，通用串行总线C型连接器)中时检测该两端子便携式电子设备，以及在与两端子便携式电子设备充分耦接之后，提供对两端子便携式电子设备的后续充电。一个实施例提供用于对两端子便携式电子设备充电的装置。该装置包括检测电路，用于检测两端子便携式电子设备，并且当两端子便携式电子设备耦接至充电器提供的插座时，将两端子便携式电子设备电耦接至充电器的多引脚连接器；激活电路，用于在检测到两端子便携式电子设备时，使用多引脚连接器的配置通道端子，对两端子便携式电子设备充电。

另一实施例提供了一种用于对两端子便携式电子设备充电的充电系统。该充电系统包括充电器；电耦接至充电器的多引脚连接器；以及电耦接至多引脚连接器的装置。该装置包括检测电路，用于检测两端子便携式电子设备，并且当两端子便携式电子设备耦接至插座时，将两端子便携式电子设备电耦接至充电器；激活电路，用于在检测到两端子便携式电子设备时，使用多引脚连接器的配置通道端子，对两端子便携式电子设备充电。

另一实施例提供了一种对两端子便携式电子设备充电的方法。该方法包括用检测电路检测所述两端子便携式电子设备，并且当所述两端子便携式电子设备耦接至充电器提供的插座时，将两端子便携式电子设备电耦接至多引脚通用串行总线连接器。该方法还包括在检测到两端子便携式电子设备时，利用多引脚通用串行总线连接器的配置通道端子，用激活电路对两端子便携式电子设备充电。

图1是根据一些实施例的充电系统100的图。如图1所示，充电系统100包括两端子便携式电子设备110、设备检测电路120和充电器130。如图1所示，两端子便携式电子设备110耦接至设备检测电路120，并且设备检测电路120又耦接至充电器130。在一些实施例中，设备检测电路120与充电器130集成。在一些实施例中，设备检测电路120可移动地耦接至充电器130。在一些实施例中，设备检测电路120被集成在被配置为容纳两端子便携式电子设备110并且电耦接至充电器130的诸如匣(pocket)的插座中。

两端子便携式电子设备110包括耦接在负极端子112和正极端子113之间的内部阻抗111。设备检测电路120包括端子122、123、124、125和126。在一个示例中，端子122耦接至负极端子112，而端子123耦接至正极端子113。

在所示的示例中，充电器130被配置为从交流(AC)源(例如，壁式插座)接收电力，并且将该电力转换成直流(DC)电力，该直流电力可被用于对便携式通信设备诸如两端子便携式电子设备110充电。在一些在实施例中，充电器130包括通用串行总线C型连接器132。通用串行总线C型连接器132包括24引脚连接，第一组12个引脚用于上游连接，而第二组12个引脚用于下游连接。在图1所示的示例中，通用串行总线C型连接器132包括负极引脚134、正极引脚135和配置通道(CC)引脚136。在一些实施例中，负极引脚134耦接至端子124，正极引脚135耦接至端子125，以及配置通道引脚136耦接至端子126。

在一些实施例中，充电系统100通过向充电器130发送关于两端子便携式电子设备110的信息，利用通用串行总线C型连接器132的上游通道(例如，配置通道)，从而启动对两端子便携式电子设备110充电。在一些实施例中，当两端子便携式电子设备110没有被耦接或放置在与充电器130相关联的充电匣116(见图2)中时，充电器130几乎一直保持断电。

图2是根据一些实施例的充电系统200的图。充电系统200包括两端子便携式电子设备110、充电匣116、设备检测电路120和具有通用串行总线C型连接器132的充电器130。在一个示例中，充电匣116包括匣触点114和匣触点115。在一些实施例中，当将两端子便携式电子设备110放置在充电匣116中时，匣触点114和匣触点115中的一端被配置为分别与负极端子112和正极端子113耦接。匣触点114和匣触点115的另一端分别耦接至设备检测电路120的端子122和123。另外，设备检测电路120使用电缆138耦接至通用串行总线C型连接器132。

图3是根据一些实施例的设备检测电路120的框图。在所示的示例中，设备检测电路120包括比较器检测电路310、过电流保护电路320和通用串行总线配置通道线激活电路330(例如，驱动器电路)。比较器检测电路310被配置为准确地检测两端子便携式电子设备110的插入事件。当两端子便携式电子设备110汲取过多电流时，过电流保护电路320接合。在两端子便携式电子设备110开始汲取过多电流的情况下，停用通用串行总线配置通道线激活电路330，由此禁用对两端子便携式电子设备110充电，直到移除可能出故障的两端子便携式电子设备110为止。在移除出故障的设备后，该系统会自动恢复。

图4示出了根据一些实施例的设备检测电路120的一个示例。在一些实施例中，匣触点114对应于触点J3或触点J4，而匣触点115对应于触点J1和J2之一。在一个示例中，设备检测电路120耦接至触点J1、J2、J3和J4。在一些实施例中，成对的触点J1、J3以及J2、J4中的一个可以被用于连接两端子便携式电子设备110。在一个示例中，当两端子便携式电子设备110未被放置在充电匣116(图2所示)内时，在触点J1和触点J3之间没有电连接。在一些实施例中，当两端子便携式电子设备110内的可再充电电池充满电时，两端子便携式电子设备110的内部阻抗1111约为4.7千欧。在一些实施例中，当可再充电电池内的充电低时，两端子便携式电子设备110的内部阻抗111可以低至10欧姆。在一些实施例中，当将两端子便携式电子设备110放置在充电匣116内时，在匣触点J1和匣触点J3之间建立电连接，并且设备检测电路120检测到两端子便携式电子设备110。设备检测电路120由通用串行总线C型连接器132的引脚之一馈送的+5V线供电。当设备检测电路120检测到两端子便携式电子设备110时，两端子便携式电子设备110开始被充电。

设备检测电路120包括低功率比较器U1-A，其具有两个输入，即正输入(+)和负输入(-)。在一些实施例中，正输入(+)耦接至匣接地，而负输入(-)耦接至参考电压。在一些实施例中，低功率比较器U1-A比较正输入和负输入处的电势以确定哪个输入具有较高电势。在一些实施例中，当正输入(+)为高而负输入(-)为低时，低功率比较器U1-A的输出为高。另一方面，当正输入为低而负输入为高时，低功率比较器U1-A的输出为低。

在一些实施例中，当两端子便携式电子设备110未放置在充电匣116中时，匣接地(图4所示的POCKET GND)将浮置并且大约为0V。低功率比较器U1-A在正输入(+)处接收通过电阻器R11传入的基本上为零的输入。另外，低功率比较器U1-A在负输入端(-)处接收由电阻器R13以及晶体管Q3和Q4的级联阵列产生的参考电压。晶体管Q3和Q4被设计成使得它们之间的输出电压约为25mV，并且保持为恒定的参考电压。结果，当设备未放置在充电匣116中时，与低功率比较器Ul-A的负输入(-)相比，低功率比较器Ul-A的正输入(+)具有较低的电压。

在一些实施例中，当将两端子便携式电子设备110放置在充电匣116中时，跨内部阻抗111产生电势差，并且低功率比较器U1-A的正输入(+)处的电压高于参考电压25mV。低功率比较器Ul-A驱动跨R12的输出电压高于将两端子便携式电子设备110放置在充电匣116中之前的情形。电阻器R12的输出被馈送到设备检测电路120的顶部和底部。设备检测电路120的底部提供通信电路，该通信电路通过晶体管Q6提供到充电器130的上游连接。在一些实施例中，使晶体管Q6能够在通用串行总线C型连接器132的配置通道(CC)线上设置电压。充电器130实时监视配置通道(CC)线电压，并等待直到电压达到预定的电压窗口为止。当配置通道(CC)线上的电压达到预定的电压窗口时，充电器130确定在充电匣116中存在需要充电的两端子便携式电子设备110。因此，使上游充电器130能够促进对两端子便携式电子设备110充电。

在一些实施例中，设备检测电路120的顶部耦接至匣触点J3和J3，匣触点J3和J3继而对应于匣触点114，如图2所示。设备检测电路120的顶部包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q1和Q2。在一些实施例中，晶体管Q1是下拉式通道内充电开关。当低功率比较器Ul-A的输出为高时，这允许电流向上游流回充电器130。在一些实施例中，当设备汲取过多电流时，在设备的负极触点或匣接地处形成电势差。该电势差使能MOSFET，该MOSFET将比较器输出拉至GND或低电平状态，从而禁用配置通道(CC)。当移除出故障的设备时，电路会自动恢复正常运行，等待设备检测。

图5示出了根据一些实施例的设备检测电路120的一个示例。在一些实施例中，图5中所示的设备检测电路120可以被用来以类似于图4中所解释的方式来对两端子便携式电子设备110充电。在一些实施例中，图5中所示的设备检测电路120包括比较器检测电路310、过电流保护电路320和通用串行总线配置通道线激活电路330。低功率比较器U1-A监视充电匣116的阻抗。当充电匣116中不存在两端子便携式电子设备110时，充电匣116的接地电阻无限大。低功率比较器的输入保持为默认的低输出。当具有有限阻抗的两端子便携式电子设备110插入充电匣116中时，电流流过它，并且低功率比较器U1-A读取匣阻抗的变化。低功率比较器U1-A的输出切换到高，从而使能通用串行总线配置通道线激活电路330。

在一些实施例中，确定感测跨电阻器R5(例如，300欧姆电阻器)的电势差。空闲时，感测电阻R5两侧的电压均相等。低功率比较器U1-A的输入电阻网络被偏置以确保“低”输入在“高”输入之上，并且输出跟随“低”以保持系统“关闭”。在一些实施例中，当将诸如两端子便携式电子设备110的检测范围内的设备阻抗插入充电匣116中时，跨感测电阻器R5产生电压电势。使比较器的输入偏置，以使“高”输入上升到“低”输入电势以上，并且输出被设置为“高”状态。在一些实施例中，图5中提供的设备检测电路120能够检测从15千欧到低至1欧的设备阻抗。在一些实施例中，如果从设备检测电路120移除过电流保护电路320，则比较器检测电路310能够检测低于15k的任何电阻。

在一些实施例中，当充电匣116中的两端子便携式电子设备110汲取过多电流时，过电流保护电路320接合。在成功检测到两端子便携式电子设备110之后，电路功率将晶体管Q3保持在饱和状态，或处于活动的“高”状态。在一些实施例中，当电压下降超过“关断”电压时，电路功率不再能够使Q3保持饱和。当Q3关断时，停用通用串行总线配置通道线激活电路330，从而禁用电路输出，直到从充电匣116中移出可能有故障的两端子便携式电子设备110为止。在一些实施例中，通用串行总线配置通道线激活电路330将在移除后自动恢复到空闲状态。在一些实施例中，可以使用电阻器偏置网络R16/R18来配置关断电压。

在一些实施例中，只要具有可检测的阻抗的两端子便携式电子设备110保持电耦接至匣触点，并且过电流保护电路320不跳闸，图5中的设备检测电路120就可以被挂闸并且将电流传导到两端子便携式电子设备110。

图6是根据一些实施例，对两端子便携式电子设备110充电的方法600的流程图。在框610处，方法600包括利用设备检测电路120检测两端子便携式电子设备110，并且当两端子便携式电子设备110耦接至可由充电器130提供的插座(例如，充电匣116)时，将两端子便携式电子设备110电耦接至多引脚通用串行总线连接器(例如，通用串行总线C型连接器132)。在一些实施例中，设备检测电路120使用通用串行总线C型连接器132的配置通道(CC)线供电，并且不需要其他外部电源。

在框620，方法600包括检测跨两端子便携式电子设备110的负极端子112和正极端子113的内部阻抗111。在一些实施例中，设备检测电路120被配置为能够检测具有高达约15千欧姆的内部阻抗111的两端子便携式电子设备110。

在框630处，方法600包括将跨内部阻抗111的电势差与参考电压进行比较。在一些实施例中，设备检测电路120经由通用串行总线C型连接器132，被配置为当从充电匣116中移除两端子便携式电子设备110时，掉电进入空闲状态。

在一些实施例中，方法600包括当跨内部阻抗111的电势差大于参考电压时，为通用串行总线配置通道线激活电路330供电。在一些实施例中，方法600包括当用配置通道引脚136接收来自通用串行总线配置通道线激活电路330的输入时，将两端子便携式电子设备110电耦接至多引脚通用串行总线连接器。在一些实施例中，设备检测电路120被配置为从具有通用串行总线C型下游端口的交流适配器接收外部电源，以对检测电路供电并且对两端子便携式电子设备110充电。

在框640处，方法600包括在检测到两端子便携式电子设备110时，使用通用串行总线C型连接器132的配置通道引脚(配置通道引脚136)，用激活电路(例如，通用串行总线配置通道线激活电路)对两端子便携式电子设备110充电。在一些实施例中，方法600包括当检测到两端子便携式电子设备110被放置在充电匣116中时，在检测模式和充电模式之间自动切换。在一些实施例中，设备检测电路120被配置为在检测到两端子便携式电子设备110之后提供充电的检测电路与提供低空闲功耗的线性调节器之间交替。

本文提供的系统和方法的一个优点是，当没有将两端子便携式电子设备110放置在充电匣116中时，充电器130可以在很小的裕度内保持断电状态。

在前述说明书和附图中，描述和示出了一个或多个实施例。这些实施例不限于本文提供的具体细节，并且可以以各种方式进行修改。此外，可能存在本文未描述的其他实施例。然而，本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离如所附权利要求书所阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是示例性的而不是限制性的，并且所有这样的修改旨在被包括在本教导的范围内。而且，本文描述为由一个组件执行的功能可以由多个组件以分布式方式执行。同样地，多个组件执行的功能可以被合并并由单个组件执行。类似地，被描述为执行特定功能的组件也可以执行本文未描述的附加功能。例如，以某种方式“配置”的设备或结构至少以这种方式配置，但是也可以以未列出的方式配置。此外，本文描述的一些实施例可以包括一个或多个电子处理器，其被配置为通过执行存储在非暂时性计算机可读介质中的指令来执行所描述的功能。类似地，本文描述的实施例可以被实现为存储可由一个或多个电子处理器执行以实现所述的功能的指令的非暂时性计算机可读介质。

益处、优点、对问题的解决方案，以及可以使得任何益处、优点或解决方案发生的或变得更显著的任何元素不应当被解释为任何或全部权利要求的关键、必须或本质的特征或元素。本发明仅由所附权利要求来定义，包括在本申请的未决期间做出的任何修改和如所发布的那些权利要求的所有等同物。

此外，在本文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等等的相关术语可以仅用来区分一个实体或动作与另一实体或动作，而不一定要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或顺序。术语“含”、“含有”“具有”“有”“包括”“包括有”“包含”“包含有”或其任何其它变化均旨在涵盖非排他的包括，从而使得含、具有、包括、包含元素列表的处理、方法、制品或装置不仅包括那些元素而且可以包括没有明确列举的或这样的处理、方法、制品或装置所固有的其它元素。继之以“含”“具有”、“包括”“包含”的元素在没有更多的约束的情况下不排除在含、具有、包括、包含该元素的处理、方法、制品或装置中存在额外的相同的元素。除非在本文中以其它方式明确地说明，否则术语“一(a/an)”被定义为一个或多个。术语“大体上”、“本质上”“大概”“大约”或其任何其它版本均被定义为如由本领域的普通技术人员所理解的接近于，并且在非限制性实施例中，该术语被定义成在10％内，在另一实施例中在5％内，在再一实施例中在1％内并且在又一实施例中在0.5％内。术语“连接”和“耦接”被广泛使用，包括直接和间接连接以及耦接。此外，“连接”和“耦接”不限于物理或机械连接或耦接，并且可以包括直接或间接的电连接或耦接。以某种方式“配置”的设备或结构至少以这种方式配置，但是也可以以未列出的方式配置。

将意识到，一些实施例可以包括一个或多个通用或专用的处理器(或“处理设备”)，诸如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(FPGA)以及控制一个或多个处理器的特有的存储的程序指令(包括软件和固件两者)结合某些非处理器电路来实现本文所述的方法和/或装置的功能的一些、大部分或全部。替代地，一些或所有功能能够由未存储程序指令的状态机来实现，或被实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)中，其中，每个功能或某些功能的一些组合被实现为定制逻辑。当然，能够使用这两种方法的组合。

提供本公开的摘要以允许读者快速地确定技术公开的性质。提交该摘要应理解为不会将其用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的详细描述中，可以看出，出于简化本公开的目的，在各个实施例中将各个特征集合在一起。本公开的方法不应当被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，下述权利要求据此被并入具体实施方式中，每个权利要求要求独自作为单独要求保护的主题。

Claims (20)

1.一种对两端子便携式电子设备充电的方法，所述方法包括：

用检测电路检测所述两端子便携式电子设备，并且当所述两端子便携式电子设备耦接至充电器提供的插座时，将所述两端子便携式电子设备电耦接至多引脚通用串行总线连接器；以及

在检测到所述两端子便携式电子设备时，使用所述多引脚通用串行总线连接器的配置通道端子，用激活电路对所述两端子便携式电子设备充电。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

检测跨所述两端子便携式电子设备的端子的内部阻抗。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：

将跨所述内部阻抗的电势差与参考电压进行比较。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括：

当跨所述内部阻抗的所述电势差大于所述参考电压时，向所述激活电路供电。

5.如权利要求1所述的方法，其中，将所述两端子便携式电子设备电耦接至所述多引脚通用串行总线连接器包括：用配置通道引脚接收来自所述激活电路的输入。

6.一种用于对两端子便携式电子设备充电的装置，所述装置包括：

检测电路，用于检测所述两端子便携式电子设备，并且当所述两端子便携式电子设备耦接至充电器提供的插座时，将所述两端子便携式电子设备电耦接至所述充电器的多引脚连接器；以及

激活电路，用于在检测到所述两端子便携式电子设备时，使用所述多引脚连接器的配置通道端子，对所述两端子便携式电子设备充电。

7.如权利要求6所述的装置，其中，所述检测电路被配置为检测跨所述两端子便携式电子设备的端子的内部阻抗。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述内部阻抗小于或等于15千欧。

9.如权利要求7所述的装置，其中，所述检测电路包括低功率比较器，所述低功率比较器用于将跨所述内部阻抗的电势差与参考电压进行比较。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述低功率比较器被配置为当跨所述内部阻抗的电势差大于所述参考电压时，向所述激活电路供电。

11.如权利要求6所述的装置，其中，所述多引脚连接器包括通用串行总线C型连接器。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述通用串行总线C型连接器包括配置通道引脚，所述配置通道引脚被配置为接收来自所述激活电路的输入。

13.一种用于对两端子便携式电子设备充电的充电系统，所述充电系统包括：

包括插座的充电器；

电耦接至所述充电器的多引脚连接器；以及

电耦接至所述多引脚连接器的装置，所述装置包括：

检测电路，用于检测所述两端子便携式电子设备，并且当所述两端子便携式电子设备耦接至所述插座时，将所述两端子便携式电子设备电耦接至所述充电器；以及

激活电路，用于在检测到所述两端子便携式电子设备时，使用所述多引脚连接器的配置通道端子，对所述两端子便携式电子设备充电。

14.如权利要求13所述的充电系统，其中，所述检测电路被配置为检测跨所述两端子便携式电子设备的端子的内部阻抗。

15.如权利要求14所述的充电系统，其中，所述内部阻抗小于或等于15千欧。

16.如权利要求14所述的充电系统，其中，所述检测电路包括低功率比较器，所述低功率比较器用于将跨所述内部阻抗的电势差与参考电压进行比较。

17.如权利要求14所述的充电系统，其中，所述检测电路包括感测电阻器。

18.如权利要求16所述的充电系统，其中，所述低功率比较器被配置为当跨所述内部阻抗的电势差大于所述参考电压时，向所述激活电路供电。

19.如权利要求13所述的充电系统，其中，所述多引脚连接器包括通用串行总线C型连接器。

20.如权利要求19所述的充电系统，其中，所述通用串行总线C型连接器包括配置通道引脚，所述配置通道引脚被配置为接收来自所述激活电路的输入。

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