CN115113284A - 异物侦测方法及具有异物侦测功能的电源端 - Google Patents

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CN115113284A CN202210263642.5A CN202210263642A CN115113284A CN 115113284 A CN115113284 A CN 115113284A CN 202210263642 A CN202210263642 A CN 202210263642A CN 115113284 A CN115113284 A CN 115113284A
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Abstract

一种异物侦测方法及具有异物侦测功能的电源端。该异物侦测方法用以侦测供电端或受电端的功能引脚上是否有异物存在，其中供电端与受电端以可插拔方式彼此耦接。异物侦测方法包含：经由功能引脚而对电容放电，其中电容与功能引脚电连接；提供感测电流经功能引脚而对电容充电；于预设期间感测功能引脚的电压变化；以及比较电压变化与预设变化，以决定功能引脚上是否有异物存在。

Description

异物侦测方法及具有异物侦测功能的电源端
技术领域
本发明涉及一种异物侦测方法及具有异物侦测功能的电源端，特别涉及一种根据功能引脚上的电压变化，以决定功能引脚上是否有异物存在的异物侦测方法及具有异物侦测功能的电源端。
背景技术
请参考图1，其显示现有技术的电源系统的电路示意图。此现有技术是通过控制开关SW2及SW4经由电阻Rd对引脚CC2进行放电，之后通过控制开关SW2及SW4将引脚CC2设置为浮接状态，且比较器COM2会输出引脚CC2的电压位准与参考电压Vref的位准的比较结果Det_R。当有异物例如湿气存在于电源端内的引脚VBUS与引脚CC2之间时，电源电压(例如引脚VBUS所提供的电压5V)会通过异物例如湿气提供至引脚CC2，故引脚CC2的电压将会提升。故当引脚CC2的电压被比较器COM2判断高于参考电压Vref的位准时，系统会判定有异物例如湿气存在于电源端内；然而，此现有技术必须等到引脚CC2的电压稳定，才能判断其是否高于参考电压Vref，故需耗费许多时间。
有鉴于此，本发明提出一种能够根据功能引脚上的电压变化，以决定功能引脚上是否有异物存在的异物侦测方法及具有异物侦测功能的电源端。
发明内容
就其中一个观点言，本发明提供了一种异物侦测方法，用以侦测一供电端或一受电端的一功能引脚上是否有异物存在，该供电端与该受电端以可插拔方式彼此耦接，该异物侦测方法包括：经由该功能引脚而对一电容放电，其中该电容与该功能引脚电连接；提供一感测电流经该功能引脚而对该电容充电；于一预设期间感测该功能引脚的一电压变化；以及比较该电压变化与一预设变化，以决定该功能引脚上是否有异物存在。
就另一个观点言，本发明也提供了一种具有异物侦测功能的电源端，该电源端具有侦测其中一功能引脚上是否有异物的功能，且该电源端为一供电端或一受电端，其中该供电端与该受电端以可插拔方式彼此耦接，且该供电端用以供应电源给该受电端，该电源端包括：一放电电路，包括一开关，该开关与该功能引脚及一电容电连接，该开关用以经由该功能引脚而对该电容放电，其中该电容与该功能引脚电连接；一电流源电路，该电流元电路该功能引脚及该电容电连接，该电流源电路用以提供一感测电流流经该功能引脚而对该电容充电；以及一异物侦测电路，用以于一预设期间感测该功能引脚的一电压变化，并比较该电压变化与一预设变化，以决定该功能引脚上是否有异物存在。
在一较佳实施例中，该预设变化根据该电容的电容值而决定。
在一较佳实施例中，该供电端或该受电端为一通用串行总线(universal serialbus，USB)，且该功能引脚包括该USB的一VBUS引脚、一DP引脚、一DM引脚、一CC1引脚、一CC2引脚、一SBU1引脚或一SBU2引脚。
在一较佳实施例中，该于一预设期间感测该功能引脚的一电压变化的步骤包括：于该预设期间的一起始时点，感测该功能引脚的一初始电压，其中该起始时点于经由该功能引脚而对该电容放电的步骤之后，且于提供该感测电流经该功能引脚而对该电容充电的步骤之前；于该预设期间的一预设时点，感测该功能引脚的一期间电压；以及于该预设期间的一结束时点，感测该功能引脚的一结束电压，其中该结束时点于该预设时点之后。
在一较佳实施例中，该电压变化包括一第一电压变化与一第二电压变化；其中该第一电压变化为该结束电压与该初始电压的差值，且该第二电压变化为该结束电压与该期间电压的差值。
在一较佳实施例中，该于一预设期间感测该功能引脚的一电压变化的步骤，还包括：于该预设期间的该结束时点，感测该功能引脚的该结束电压的步骤之后，经由该功能引脚对该电容放电。
在一较佳实施例中，该比较该电压变化与一预设变化，以决定该功能引脚上是否有异物存在的步骤包括：比较该第一电压变化与该预设变化的一第一预设变化；于该第一电压变化不大于该第一预设变化，比较该第二电压变化与该预设变化的一第二预设变化；以及于该第二电压变化不大于该第二预设变化，决定该功能引脚上有异物存在。
在一较佳实施例中，其中自该起始时点至该结束时点的期间不超过100毫秒(millisecond)。
在一较佳实施例中，该开关包括一高压金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor，MOS)元件或一低压MOS元件。
在一较佳实施例中，该异物侦测电路包括一模拟数字转换器或一比较器。
本发明的优点为本发明不需要等待功能引脚上的电压到达稳定状态，故本发明可在预定时间内侦测到是否有异物存在于功能引脚上。
以下通过具体实施例详加说明，会更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。
附图说明
图1是显示现有技术的电源系统的电路示意图。
图2是根据本发明的一实施例显示具有异物侦测功能的电源端的方块示意图。
图3是根据本发明的一实施例显示具有异物侦测功能的电源端的信号波形示意图。
图4是根据本发明的一实施例显示具有异物侦测功能的电源端的功能引脚的第一电压变化对应于电容的曲线图。
图5是根据本发明的一实施例显示具有异物侦测功能的电源端的功能引脚的第二电压变化对应于电容的曲线图。
图6-图9是根据本发明的一实施例显示异物侦测方法的步骤流程图。
图中符号说明
20：具有异物侦测功能的电源端
30：异物侦测方法
201：功能引脚
202：放电电路
203：电流源电路
204：异物侦测电路
301～304，3031～3034，3041～3043：步骤
Cfp：电容
COM2：比较器
Det_R：比较结果
Id：感测电流
Rd，Rp：电阻
Rfod：异物的电阻值
SW2，SW4：开关
t0：起始时点
t1：预设时点
t2：结束时点
VBUS，CC2：引脚
Vfp：电压
Vfp_t0：初始电压
Vfp_t1：期间电压
Vfp_t2：结束电压
Vref：参考电压
ΔVfp1：第一电压变化
ΔVfp2：第二电压变化
ΔVth1：第一预设变化
ΔVth2：第二预设变化
具体实施方式
本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。
图2是根据本发明的一实施例显示具有异物侦测功能的电源端的方块示意图。参照图2，本发明的具有异物侦测功能的电源端20具有侦测其中一功能引脚201上是否有异物的功能。于一实施例中，具有异物侦测功能的电源端20例如为供电端或受电端。供电端与受电端以可插拔方式彼此耦接，且供电端用以供应电源给受电端。于一实施例中，供电端或受电端例如为通用串行总线(universal serial bus，USB)。
如图2所示，本发明的具有异物侦测功能的电源端20包括放电电路202、电流源电路203以及异物侦测电路204。于一实施例中，放电电路202包括开关，且前述开关耦接至接地电位。于一实施例中，前述开关例如但不限于高压金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor，MOS)元件或低压MOS元件。放电电路202例如开关与功能引脚201及电容Cfp电连接，而电容Cfp与功能引脚201电连接。放电电路202例如开关用以经由功能引脚201而对电容Cfp放电。
电流源电路203与功能引脚201及电容Cfp电连接，电流源电路203用以提供感测电流Id流经功能引脚201而对电容Cfp充电。于一实施例中，电流源电路203例如但不限于低压差稳压器。异物侦测电路204耦接于功能引脚201，用以于预设期间感测功能引脚201的电压Vfp的变化，并比较电压变化与预设变化，以决定功能引脚201上是否有异物存在。于一实施例中，异物侦测电路204例如但不限于模拟数字转换器(ADC，analog-to-digitalconverter)或比较器。
于一实施例中，上述预设变化根据电容Cfp的电容值而决定。于一实施例中，功能引脚201包括USB的VBUS引脚、DP引脚、DM引脚、CC1引脚、CC2引脚、SBU1引脚或SBU2引脚。
图3是根据本发明的一实施例显示具有异物侦测功能的电源端的信号波形示意图。请同时参照图2及图3，异物侦测电路204由下列的步骤而于预设期间感测功能引脚201的电压Vfp的变化：首先，于预设期间的起始时点t0，感测功能引脚201的初始电压Vfp_t0，其中起始时点t0于经由功能引脚201而对电容Cfp放电的步骤之后，且于提供感测电流Id经功能引脚201而对电容Cfp充电的步骤之前。接续，于预设期间的预设时点t1，感测功能引脚201的期间电压Vfp_t1。接着，于预设期间的结束时点t2，感测功能引脚201的结束电压Vfp_t2，其中结束时点t2于预设时点t1之后。
如图3及图2所示，异物侦测电路204于预设期间感测功能引脚201的电压变化的步骤还包括：于预设期间的结束时点t2，感测功能引脚201的结束电压Vfp_t2的步骤之后，经由功能引脚201对电容Cfp放电。于一实施例中，自起始时点t0至结束时点t2的期间例如不超过100毫秒(millisecond)。
于一实施例中，电压变化包括第一电压变化ΔVfp1与第二电压变化ΔVfp2。第一电压变化ΔVfp1为结束电压Vfp_t2与初始电压Vfp-_t0的差值，而第二电压变化ΔVfp2为结束电压Vfp_t2与期间电压Vfp_t1的差值。图4是根据本发明的一实施例显示具有异物侦测功能的电源端20的功能引脚201的第一电压变化ΔVfp1对应于电容Cfp的曲线图。图5是根据本发明的一实施例显示具有异物侦测功能的电源端20的功能引脚201的第二电压变化ΔVfp2对应于电容Cfp的曲线图。于一实施例中，图4所示的第一电压变化ΔVfp1与电容Cfp的关系方程式为:
Figure BDA0003551799260000071
其中Rfod代表异物的电阻值，t2代表结束时点，Id代表感测电流。于一实施例中，图5所示的第二电压变化ΔVfp2与电容Cfp的关系方程式为：
Figure BDA0003551799260000072
其中Rfod代表异物的电阻值，t1代表预设时点，t2代表结束时点。
方程式(1)及方程式(2)可如以下所导出：
Figure BDA0003551799260000073
Figure BDA0003551799260000074
Figure BDA0003551799260000075
Figure BDA0003551799260000076
Figure BDA0003551799260000077
其中Vfp_t表示于任何时点t功能引脚201的电压，Vfp_t0表示于初始时点t0(其中t＝0)功能引脚201的初始电压，Vfp_t1表示于预设时点t1功能引脚201的期间电压，而Vfp_t2表示于结束时点t2功能引脚201的结束电压。
请同时参照图3、图4及图5，异物侦测电路204由下列的步骤而比较电压变化与预设变化，以决定功能引脚201上是否有异物存在：首先，比较第一电压变化ΔVfp1与预设变化的第一预设变化ΔVth1。接着，于第一电压变化ΔVfp1不大于第一预设变化ΔVth1时，比较第二电压变化ΔVfp2与预设变化的第二预设变化ΔVth2。接续，于第二电压变化ΔVfp2不大于第二预设变化ΔVth2时，决定功能引脚201上有异物存在。
图6-图9是根据本发明的一实施例显示异物侦测方法的步骤流程图。如图6所示，本发明的异物侦测方法30包括于步骤301，经由功能引脚而对电容放电，其中电容与功能引脚电连接。接续，于步骤302，提供感测电流经功能引脚而对电容充电。之后，于步骤303，于预设期间感测功能引脚的电压变化。接着，于步骤304，比较电压变化与预设变化，以决定功能引脚上是否有异物存在。
如图7所示，于一实施例中，步骤303包括步骤3031、3032及3033。于步骤3031，于预设期间的起始时点，感测功能引脚的初始电压，其中起始时点于经由功能引脚而对电容放电的步骤之后，且于提供感测电流经功能引脚而对电容充电的步骤之前。之后，于步骤3032，于预设期间的预设时点，感测功能引脚的期间电压。接着，于步骤3033，于预设期间的结束时点，感测功能引脚的结束电压，其中结束时点于预设时点之后。
如图8所示，于一实施例中，步骤303可还包括步骤3034。于步骤3034，于预设期间的结束时点，感测功能引脚的结束电压的步骤之后，经由功能引脚对电容放电。如图9所示，于一实施例中，步骤304包括步骤3041、3042及3043。于步骤3041，比较第一电压变化与预设变化的第一预设变化。接着，于步骤3042，于第一电压变化不大于第一预设变化时，比较第二电压变化与预设变化的第二预设变化。之后，于步骤3043，于第二电压变化不大于第二预设变化时，决定功能引脚上有异物存在。
如上所述，本发明提供一种具有异物侦测功能的电源端及异物侦测方法。本发明是侦测电压变化，而非侦测功能引脚上的稳定电压。由于本发明不需要等待功能引脚上的电压到达稳定状态，故本发明可在预定时间内侦测到是否有异物存在于功能引脚上。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (18)

1.一种异物侦测方法，用以侦测一供电端或一受电端的一功能引脚上是否有异物存在，该供电端与该受电端以可插拔方式彼此耦接，该异物侦测方法包含：
经由该功能引脚而对一电容放电，其中该电容与该功能引脚电连接；
提供一感测电流经该功能引脚而对该电容充电；
于一预设期间感测该功能引脚的一电压变化；以及
比较该电压变化与一预设变化，以决定该功能引脚上是否有异物存在。
2.如权利要求1所述的异物侦测方法，其中，该预设变化根据该电容的电容值而决定。
3.如权利要求1所述的异物侦测方法，其中，该供电端或该受电端为一通用串行总线，且该功能引脚包括该通用串行总线的一VBUS引脚、一DP引脚、一DM引脚、一CC1引脚、一CC2引脚、一SBU1引脚或一SBU2引脚。
4.如权利要求1所述的异物侦测方法，其中，该于一预设期间感测该功能引脚的一电压变化的步骤包括：
于该预设期间的一起始时点，感测该功能引脚的一初始电压，其中该起始时点于经由该功能引脚而对该电容放电的步骤之后，且于提供该感测电流经该功能引脚而对该电容充电的步骤之前；
于该预设期间的一预设时点，感测该功能引脚的一期间电压；以及
于该预设期间的一结束时点，感测该功能引脚的一结束电压，其中该结束时点于该预设时点之后。
5.如权利要求4所述的异物侦测方法，其中，该电压变化包括一第一电压变化与一第二电压变化；其中该第一电压变化为该结束电压与该初始电压的差值，且该第二电压变化为该结束电压与该期间电压的差值。
6.如权利要求4所述的异物侦测方法，其中，该于一预设期间感测该功能引脚的一电压变化的步骤，还包含：
于该预设期间的该结束时点，感测该功能引脚的该结束电压的步骤之后，经由该功能引脚对该电容放电。
7.如权利要求5所述的异物侦测方法，其中，该比较该电压变化与一预设变化，以决定该功能引脚上是否有异物存在的步骤包括：
比较该第一电压变化与该预设变化的一第一预设变化；
于该第一电压变化不大于该第一预设变化时，比较该第二电压变化与该预设变化的一第二预设变化；以及
于该第二电压变化不大于该第二预设变化时，决定该功能引脚上有异物存在。
8.如权利要求4所述的异物侦测方法，其中，自该起始时点至该结束时点的期间不超过100毫秒。
9.一种具有异物侦测功能的电源端，该电源端具有侦测其中一功能引脚上是否有异物的功能，且该电源端为一供电端或一受电端，其中该供电端与该受电端以可插拔方式彼此耦接，且该供电端用以供应电源给该受电端，该电源端包含：
一放电电路，包括一开关，该开关与该功能引脚及一电容电连接，该开关用以经由该功能引脚而对该电容放电，其中该电容与该功能引脚电连接；
一电流源电路，该电流源电路与该功能引脚及该电容电连接，该电流源电路用以提供一感测电流流经该功能引脚而对该电容充电；以及
一异物侦测电路，用以于一预设期间感测该功能引脚的一电压变化，并比较该电压变化与一预设变化，以决定该功能引脚上是否有异物存在。
10.如权利要求9所述的具有异物侦测功能的电源端，其中，该预设变化根据该电容的电容值而决定。
11.如权利要求9所述的具有异物侦测功能的电源端，其中，该供电端或该受电端为一通用串行总线，且该功能引脚包括该通用串行总线的一VBUS引脚、一DP引脚、一DM引脚、一CC1引脚、一CC2引脚、一SBU1引脚或一SBU2引脚。
12.如权利要求9所述的具有异物侦测功能的电源端，其中，该异物侦测电路由下列的步骤而于该预设期间感测该功能引脚的该电压变化：
于该预设期间的一起始时点，感测该功能引脚的一初始电压，其中该起始时点于经由该功能引脚而对该电容放电的步骤之后，且于提供该感测电流经该功能引脚而对该电容充电的步骤之前；
于该预设期间的一预设时点，感测该功能引脚的一期间电压；以及
于该预设期间的一结束时点，感测该功能引脚的一结束电压，其中该结束时点于该预设时点之后。
13.如权利要求12所述的具有异物侦测功能的电源端，其中，该电压变化包括一第一电压变化与一第二电压变化；其中该第一电压变化为该结束电压与该初始电压的差值，且该第二电压变化为该结束电压与该期间电压的差值。
14.如权利要求12所述的具有异物侦测功能的电源端，其中，该异物侦测电路于该预设期间感测该功能引脚的该电压变化的步骤，还包含：
于该预设期间的该结束时点，感测该功能引脚的该结束电压的步骤之后，经由该功能引脚对该电容放电。
15.如权利要求13所述的具有异物侦测功能的电源端，其中，该异物侦测电路由下列的步骤而比较该电压变化与该预设变化，以决定该功能引脚上是否有异物存在：
比较该第一电压变化与该预设变化的一第一预设变化；
于该第一电压变化不大于该第一预设变化时，比较该第二电压变化与该预设变化的一第二预设变化；以及
于该第二电压变化不大于该第二预设变化时，决定该功能引脚上有异物存在。
16.如权利要求12所述的具有异物侦测功能的电源端，其中，自该起始时点至该结束时点的期间不超过100毫秒。
17.如权利要求9所述的具有异物侦测功能的电源端，其中，该开关包括一高压金属氧化物半导体元件或一低压金属氧化物半导体元件。
18.如权利要求9所述的具有异物侦测功能的电源端，其中该异物侦测电路包括一模拟数字转换器或一比较器。
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