CN209119834U - 支持双向电源的usb c型装置和分配器装置 - Google Patents

支持双向电源的usb c型装置和分配器装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型的实施例涉及支持双向电源的USB C型装置以及支持双向电源的USB C型分配器装置。一种支持双向电源的USB C型装置包括：第一装置端子，该第一装置端子被配置为被耦合至第二USB C型装置；第二装置端子，该第二装置端子被配置为被耦合至可再充电的DC电压电源；以及可逆开关模式电源，该可逆开关模式电源被耦合至第一装置端子和第二装置端子。

Description

支持双向电源的USB C型装置和分配器装置
技术领域
本公开总体涉及通用串行总线(USB)装置，并且具体地涉及支持双向电源的USB C型装置和分配器装置的实施例。
背景技术
理论上，支持USB电力递送(PD)模式的USB C型(Type-C) 装置允许用20V的最大电压和5A的最大电流来传输高达100W的电力。在两个USB 3.1 PD C型装置之间待递送的电力可经由特定控制器协商，并且有利地，电源在各种USB 3.1C型装置之间可以是双向的。
支持双角色电力(dual-role power，DRP)双向电源的第一USB PD C型装置向在“接收器(receiver)”模式中操作的、支持DRP双向电源的第二USB PD C型装置递送电力，并且在同一根电源线上接收由在“源(source)”模式中操作的第二装置递送的电力，并且根据源装置和接收器装置的类型，按需在电压调节模式中或者在电流调节/限制模式中递送和接收电力、或者在电压/电流调节模式中递送和接收电力。该最后的模式可以与USB PPS(可编程电源)标准组合。
USB C型电缆通常被设计为在第一USB PD C型装置与第二USB PD C型装置之间耦合并建立电源线和通信线。
例如，在第一应用中，在源模式中操作的第一装置包括3.6伏特的电池并且向在接收器模式中操作的第二装置供电，该第二装置包括 5伏特的电压下的移动电话。
在第二应用中，在接收器模式中操作的第一装置包括便携式计算机(其包括20伏特的电池)，并且由在源模式中在12伏特的电压下操作的第二装置供电以便对其17伏特的电池再充电。
图1示意性地图示了从现有技术已知的USB PD C型系统SYS1 的示例。
系统SYS1包括USB C型装置DS1，该USB C型装置DS1经由 USB C型电缆CBL被耦合至第二USB C型装置DR。
装置DS1和装置DR各自包括至少一个通道配置引脚CC1、至少一个输出电源电压引脚VBUS1和至少一个接地引脚GND，相同性质的引脚通过电缆CBL被彼此链接，并且分别形成控制线、电源线和共用接地线。
装置DS1包括电能转换器CONV和DC电压可逆电源BATT，例如电池。换言之，源BATT可以递送或存储电力。
电源BATT包括连接端子BBATT。
转换器CONV包括被链接至引脚VBUS1的连接端子BCONV1、被链接至引脚CC1的连接端子Ec以及被链接至端子BBATT的连接端子BCONV2。
电能转换器CONV另外包括电源控制器1，该电源控制器1的一个输入E11被链接至端子Ec，该电源控制器1的一个输出S14被链接至开关装置4的输入Ec4，并且该电源控制器1的两个输出S12和 S13分别被链接至电压上升(升压)或电压下降(降压)斩波器电能转换装置2和3，其通常包括MOS功率晶体管和与晶体管反并联的二极管。
装置2包括被链接至端子BCONV2的输入E2和被链接至开关装置4的输入E42的输出S2。从现有技术已知的装置2被配置为使得将电力流从输入E2传递到输出S2。
装置3包括被链接至端子BCONV2的输出S3和被链接至开关装置4的输出S43的输入E3。从现有技术已知的装置3被配置为使得将电力流从输入E3传递到输出S3。
开关装置4另外包括被链接至端子BCONV1的连接端子B4。
装置4被配置为使得根据在端子Ec4处接收并且由控制器1传输的信号S_EC4，输入E42或输出S42被链接至端子B4。这防止装置4在因与电源线断开连接而未被使用时在电能转换装置的反并联二极管的端子两端形成反向电压。
当装置DR在需要电源的接收器模式中操作时，通过通道配置引脚CC1在接收器装置DR与源装置DS1之间建立对话。这是协商阶段。
装置DR向电源控制器1传输新的电源值，然后在源模式中操作的装置DS1向装置DR传输确认。
在完成协商阶段时，电源控制器1向装置4传输信号S_Ec4，使得输入E42被链接至端子B4；并且驱动装置2，使得存储在电池BATT 中的电力根据由装置DR通过引脚CC1所需的电压和/或电流值来经由引脚VBUS1向装置DR供电。
当在源模式中操作的装置DR向在接收器模式中操作的装置DS1 递送电源时，预先启动协商阶段，如上所述。经由通道配置引脚CC1 在装置DR与装置DS1之间建立对话。
装置DR向电源控制器1传输电源值，然后装置DS1确认接收。
在完成协商阶段时，电源控制器1向装置4传输信号S_Ec4，使得输出S43被链接至端子B4，并且驱动装置3，使得由装置DR传输的电力被存储在电池BATT中。
然而，从现有技术已知的电能转换器具有许多缺点。
从现有技术已知的大多数能量转换装置包括MOS功率晶体管，该MOS功率晶体管无法逆转其输入与其输出之间的电力交换流。
因此，有必要使用彼此互补操作的两个转换器。换言之，第一装置被配置为对被并入在源装置内的电源再充电，并且第二装置被配置为对电源放电。
这两个操作模式需要附加的开关装置，以使其可以激活两个能量转换装置中的一个能量转换装置或另一个能量转换装置。
而且，大多数能量转换装置递送固定电压。装置的输出电压是不可调整的并且它们无法调节电流。
需要具有简化架构的电能转换器，该电能转换器递送可调整的电压并且提供电压和/或电流调节。
实用新型内容
根据各种实施方式和实施例，有利地提出了将可逆开关模式电源并入到USB C型源装置内，以及所传输的能量的调节。
根据一个方面，提出了一种USB C型装置、即支持双向电源的装置，该装置包括：旨在或者被配置为被耦合至第二USB C型装置的第一端子、旨在或者被配置为被耦合至可再充电型式DC电压电源的第二端子、以及被耦合至这两个端子的可逆开关模式电源。
可逆开关模式电源可以是电压上升或电压下降电源。
根据一个实施例，可逆开关模式电源包括电感器和四个开关单元，开关单元相对于电感器对称放置。
开关单元相对于电感器对称设置确保了可逆开关模式电源中电力传递的可逆性。
有利地，可逆开关模式电源包括电容器，该电容器的第一端子被链接至装置的第一端子并且该电容器的第二端子被链接至开关装置，该开关装置被配置为将电容器的第二端子耦合至可逆开关模式电源的共用接地。
因此，在接收器装置和源装置的连接期间，USB C型连接端子处的电容被限制为10μF。可逆开关模式电源操作所需的附加电容器在连接在两个USB C型装置之间之后被链接至第一端子。
根据另一实施例，该装置另外包括被配置为测量在两个端子中的每个端子处的电压和电流的电压和电流测量电路，以及被配置为根据由测量电路提供的结果来调节第一与第二端子之间的电力交换的第一电路。
优选地，第一电路被配置为检测故障，诸如，过压、欠压、过载或者短路。
用于保护可逆开关模式电源的装置被并入到电源内。简化了装置的设计。
有利地，第一电路被配置为执行选自电流调节和/或电压调节的类型的调节。
与利用固定电压调节操作的现有技术的装置不同，可逆开关模式电源利用选自电流调节和/或电压调节的类型的调节来操作。而且，监测第二端子的电压和/或电流。
根据再一实施例，第一电路包括：可逆开关模式电源的调节回路模型，该调节回路模型包括可修改参数；存储介质，该存储介质被配置为存储针对每类调节的参考参数集合；以及替代电路，该替代电路被配置为根据在可逆开关模式电源中实施的调节的类型来修改模型的参数。
根据所选择的调节的类型来调整调节回路的参数。
根据另一方面，提出了一种USB C型分配器装置，该装置支持双向电源，该双向电源包含诸如上文定义的支持双向电源的至少两个 USB C型装置，其中第一装置的第一端子旨在被耦合至电源，第一装置的第二端子被耦合至第二装置的第一端子，并且第二装置的第二端子旨在被耦合至支持双向电源的USB C型装置。
附图说明
通过研究完全非限制性实施例的详细描述和附图，本实用新型的其它优点和特征将变得显而易见，在附图中：
上述的图1图示了USB C型系统；以及
图2至图7示意性地图示了本实用新型的各种实施例和实施方式。
具体实施方式
本实用新型的实施方式和实施例涉及通用串行总线(USB)装置，具体地，涉及与USB 3.1标准兼容的、支持USB电力递送模式(PD 模式)并且包括不施加任何连接定向的可逆连接器的通用串行总线 (通常被本领域技术人员称为C型)，更具体地涉及链接两个USB装置的USB电缆上的电压的调整。
参照图2，图2示出了USB PD C型系统SYS2的示例性实施例。
与上述元件相同的元件被表示为相同的附图标记。
系统SYS2包括第一USB DRP C型装置DS2、即支持双向电源的装置，该装置经由USBC型电缆CBL被耦合至支持双向电源的第二 USB C型装置DR。
装置DS2包括至少一个通道配置引脚CC2、至少一个电源电压引脚Vbus2和至少一个接地引脚GND，相同性质的引脚通过电缆CBL 被链接至接收器装置DR的引脚，并且分别形成控制线、电源线和共用接地线。
信号S_CC2流过通道配置引脚CC2。
装置DS2另外包括可再充电的DC电压电源BATT和可逆开关模式电源10。
源BATT可以被并入到此处所示的装置DS2内，或者位于装置DS2外并且通过电源电压引脚被链接至装置DS2。
开关模式电源10包括被链接至引脚Vbus2的第一连接端子 B101、被链接至引脚CC2的连接端子Ec10、被链接至共用接地GND 的连接端子BM101、以及被链接至源BATT的端子BBATT的第二端子B102。
电流I_BATT在电压V_BATT下流过端子BBATT。
第一端子B101被耦合至USB C型接收器装置DR，第二端子B102 被耦合至可再充电的DC电压电源BATT，并且可逆开关模式电源10 被连接在这两个端子之间。
如上所述，装置DR和DS各自能够在源模式或者接收器模式中操作。
参照图3，图3示出了可逆开关模式电源10的示例性实施例。
可逆开关模式电源10包括电源控制器20，该电源控制器20包括被链接至输入Ec10的输入Ec20、分别被链接至电压测量电路MV1 和MV2的输出SMV1和SMV2的两个输入EMV1和EMV2、分别被链接至电流测量电路MI1和MI2的输出SMI1和SMI2的两个输入 EMI1和EMI2、以及分别被链接至开关单元CEL1、CEL2、CEL3和 CEL4的输出S201、S202、S203和S204。
电压测量电路MV1和MV2(例如，与本领域中已知的那些电压测量电路类似)的组成相同，并且另外各自分别包括输入EMV1和 EMV2。
电流测量电路MI1和MI2(例如，与本领域中已知的那些电流测量电路类似)的组成相同，并且另外各自分别包括两个输入EMI11 和EMI12以及EM121和EMI22。
电池单元CEL1、CEL2、CEL3和CEL4的组成相同，并且各自分别包括NMOS晶体管T1、T2、T3、T4以及被反并联至晶体管的二极管D11、D22、D33、D44，该二极管的阳极分别被链接至晶体管的源极S1、S2、S3、S4，并且该二极管的阴极分别被链接至晶体管的漏极D1、D2、D3、D4。
根据另一实施例，每个开关单元包括NMOS晶体管，该NMOS 晶体管包括被反并联至晶体管的二极管，该二极管的阳极被链接至源极并且该二极管的阴极被链接至晶体管的漏极，该二极管被本领域技术人员称为“体二极管”。
晶体管T1、T2、T3和T4包括分别被链接至输出S201、S202、 S203和S204的栅极G1、G2、G3、G4。
可逆开关模式电源10包括在第一端子B101与第二端子B102之间延伸的电源路径ALIM。如将在下面更详细地看到的，该路径ALIM 形成允许电力在一个方向或在另一个方向上从一个端子传递到另一个端子的通道。
电压测量电路MV1和MV2以及电流测量电路MI1和MI2测量在电源路径ALIM的两个端子B101和B102的每个端子处的电压和电流。
电源路径ALIM包括四个开关单元CEL1、CEL2、CEL3和CEL4，电感器L以及电路MI1和MI2。
电路MI1的输入EMI11被链接至端子B101，并且输入EMI12被链接至单元CEL4的漏极D4。单元CEL4的源极S4被链接至电感器 L的第一端子和单元CEL3的漏极D3两者。
电感器L的第二端子被链接至单元CEL2的漏极D2和单元CEL1 的源极S1两者。
单元CEL1的漏极D1被链接至电路MI2的输入EMI22，并且输入EMI21被链接至端子B102。
单元CEL2和CEL3的相应源极S2和S3被链接至端子BM101。
电路MV1和MV2的相应输入EMV2和EMV1分别被链接至端子B101和B102。
电路MI1和MI2被配置为测量其相应输入EMI11与EMI12之间以及EMI21与EMI22之间的电流，即，电路MI1和MI2被配置为测量在端子B101和B102中的每个端子处的电流。例如，电路MI1和 MI2包括电阻器和运算放大器。
电路MV1和MV2被配置为分别测量两个端子B101和B102中的每个端子处的电压。例如，电路MV1和MV2包括分压器桥。
本领域技术人员通常已知电路MI1、MI2、MV1和MV2。
可逆开关模式电源10包括电感器L和四个开关单元CEL1、 CEL2、CEL3和CEL4，开关单元相对于电感器对称放置。
电容器C11的第一端子被链接至端子B101，并且电容器C11的第二端子被链接至端子BM101。
电容器C22的第一端子被链接至端子B102，并且电容器C22的第二端子被链接至端子BM101。
根据USB电力递送标准，被连接至端子VBUS2的电容器的值在将接收器装置DR经由电缆CBL连接至源装置DS2期间不可以超过 10μF。例如，电容器C11具有10μF的电容。
由于电源路径ALIM相对于电感器L对称，所以电容器C11和 C22的电容相等。
为了使可逆开关模式电源10操作令人满意，USB电力递送标准允许的电容器C11的最大电容是不够的。
电源路径ALIM另外包括电容器C12和C21。
电容器C12的第一端子被链接至第一端子B101，并且第二端子被链接至开关装置T5，该开关装置T5被配置为将电容器的第二端子耦合至可逆开关模式电源10的共用接地GND。
开关装置包括晶体管T5或者由晶体管T5实施。
换言之，电容器C12的第一端子被链接至单元C4的漏极D4，并且电容器C12的第二端子被链接至晶体管T5的漏极D5。晶体管T5 的栅极G5被链接至控制器20的输出S205，并且晶体管T5的源极 S5被链接至端子BM101。
电容器C21的第一端子被链接至单元C1的漏极D1，并且电容器 C21的第二端子被链接至端子BM101。
电容器C12和C21的电容是相等的。
本领域技术人员将能够确定电容器C12、C21和电感器L的值，以使得可逆开关模式电源10的操作令人满意。例如，电容器C12和 C21的值等于100μF。
电源控制器20包括第一电路MCEP以及第二电路MCPD，该第一电路MCEP被配置为根据由测量电路MV1、MV2、MI1和MI2递送的结果分别调节第一和第二端子B101和B102之间的电力交换，该第二电路MCPD被配置为根据USB电力递送标准在协商阶段期间与接收器装置DR进行对话。
第一电路MCEP被配置为执行选自电流调节和/或电压调节的类型的调节，并且被链接至输入EMV1、EMV2、EMI1和EMI2以及输出S201、S202、S203、S204和S205，并且被配置为基于测量电路 MV1、MV2、MI1和MI2检测并处理故障，诸如过压、欠压、过载或者短路(被本领域技术人员已知为过压保护(OVP)、欠压锁定 (UVLO)、过流保护(OCP)和短路(SC))。
换言之，第一电路MCEP被链接至开关单元CEL1、CEL2、CEL3 和CEL4以及电压测量电路MV1、MV2和电流测量电路MI1、MI2。
电路MCPD被链接至输入Ec20。
例如，电路MCPD被并入到此处所示的电源控制器20内。它还可以位于控制器20外，并且由能够根据USB电力递送标准与装置 DR通信的任何装置(例如，微处理器)组成。
第一电路MCEP包括：可逆开关模式电源10的调节回路模型BR，该调节回路模型BR包括可修改参数PARAM；存储介质STO，该存储介质STO被配置为存储针对各类调节的参考参数集合PR；以及替代电路MS(例如，由处理器实施)，该替代电路MS被配置为根据在可逆开关模式电源10中实施的调节的类型来修改模型BR的参数。
例如，以微处理器或者微控制器内的软件的形式实施可逆开关模式电源10的调节回路模型BR。
可逆开关模式电源10包括三种能量转换模式：电压下降(降压) 操作模式、另一电压上升(升压)操作模式和电压下降/上升(降压/ 升压)操作模式。每种操作模式都可以与从端子B102至端子B101 的(反之亦然)、并且在电压调节模式中、在电流调节模式中或者在组合的电流和电压调节模式中的电力传递组合。
例如，该最后的组合的电流和电压调节模式使得可以对电池充电 (被本领域技术人员已知为CCCV(恒定电流/恒定电压))。通过本领域技术人员已知的方法确定参数集合PR。
例如，基于微处理器或者微控制器构建电源控制器20。
图4图示了可逆开关模式电源10的第一示例性实施方式的流程图，该流程图图示了通过在电压V_BATT下的源BATT经由在源模式中操作的装置DS、向在接收器模式中的在电压值V_BUSa下操作的装置DR供电的各个步骤。
电压值V_BUSa小于电压值V_BATT。装置DR正确操作需要例如5伏特的值V_BUSa。
从源BATT到端子BBATT的电源电压的值等于V_BATT，例如， 15伏特。假设装置DR最初未被链接至装置DS2。根据USB PD标准，端子B101处的电压是零，并且因此电容器C11被放电。晶体管T5 关断，电容器C12的第二端子未被链接至接地。根据USB PD标准，端子VBUS1处的电容值等于电容器C11的值，例如，10μF。
由于电压值V_BUSa小于电压值V_BATT，所以可逆开关模式电源10此处通过将电压V_bus2调整至值V_BUSa并且通过将电流 I_bus2限制为值I_BUSa，而在电压下降(降压)模式中操作，其中电力从端子B102传递到端子B101。
在第一步骤1，装置DR经由电缆CBL被链接至装置DS2。
电路MCPD检测装置DR的存在。在该初始化步骤(被本领域技术人员已知为传统模式(legacy mode))期间，假设装置DS在源模式中操作并且装置DR在接收器模式中操作。电路MCEP驱动单元 CEL1至CEL4，使得根据USB电力递送标准，电压V_bus2等于5 伏特。
接下来，在步骤2，由于装置DR支持USB电力递送标准，因此协商阶段开始。装置DR向电路MCPD传输：包括向装置DR供电的请求的信号S_CC2、等于值V_BUSa的电源电压值V_BUS2、以及端子处的电流I_BUS2的最大电流值I_BUSa。
接下来，在步骤3，源装置DS2的电路MCPD向装置DR传输信号S_CC2，该信号包括对在电源模式中的装置DS2的操作模式的实施方式的确认，即在最大电流I_BUSa下提供等于V_BUSa的电压值 V_BUS2。完成协商阶段。
在步骤4，电路MCEP驱动晶体管T5，使得它导通。电容器C12 的第二端子因此被链接至可逆开关模式电源10的接地GND。
在步骤5，电路MCEP驱动单元CEL1至CEL4，使得将能量从源BATT传递到装置DR，即，在等于VBUSa的电压值V_bus2和至多等于I_BUSa的电流值I_bus2下从端子B102传递到端子B101，并且电路MCEP根据通过加载对应的所存储的参数集合PR(即，通过调节由源BATT递送的输出电压V_BUS2并且监测电流值)的调节的类型，来调整可逆开关模式电源10的调节回路BR的参数PARM。
换言之，电路MCEP驱动单元CEL3和CEL4，使得晶体管T3 关断并且晶体管T4以持续方式导通。单元CEL1和CEL2由反相的相应信号S_S201和S_S202驱动，使得当晶体管T1打开时晶体管T2 关闭，反之亦然。信号S_S201和S_S202是具有可变占空比的脉冲宽度调制(PWM)信号，该可变占空比由回路BR反馈控制，使得电压 V_BUS2的值朝向设定点电压V_BUSa收敛。电路MV1测量电压 V_BUS2的值。电路MI1测量在端子B101处的电流I_bus2的值。
测量在端子B101处的电压和电流。调节回路BR通过实时调整信号S_S201和S_S202的占空比，来根据测量的结果调节第一和第二端子B101和B102之间的电力交换。
例如，电路MI2和MV2分别测量在端子BBATT处的电流和电压，使得电路MCEP能够检测源BATT中的故障。
如果由电路MI1测量的电流I_bus2大于电流值I_BUSa，换言之，如果存在过载或者如果电路MCEP检测到可逆开关模式电源10中的故障或源BATT中的故障，则电路MCEP停止调节过程，使得开关模式电源10不再向接收器装置DR递送任何电力。在这种情况下，电路MCEP也可以经由电信号或者数据总线向系统DS2发送警报。
在步骤6，装置DR与装置DS2断开连接，例如，电缆CBL与装置DR断开连接。电路MCPD经由引脚CC2检测电缆CBL的断开连接。电路MCEP不再递送信号S_S201和S_S202，晶体管T1和T2 关断。源BATT不再向端子B101供电。电容器C11和C12被充电并且在端子B101处产生残余电压。在步骤7，电路MCEP驱动单元CEL2 和CEL4以便对电容器C11和C12放电。当然，电容器C11和C12 可以被放电直到端子B101处的电势的值达到除了0伏特之外的预定义值，特别是当装置DR请求将电压V_BUS2的值减小到新的设定点电压值时。电路MCEP驱动电容器C11和C12的放电，直到电路MV1 测量到端子B101的电势的值与新的设定点电压值相对应。
电容器C11和C12以分数方式(fractional manner)放电。换言之，电路MCEP向输出S204传输信号S_S204以使得晶体管T4导通，并且向输出S202传输信号S_S202以使得晶体管T2关断。电容器C11 和C12通过电感器L放电，该电感器L通过晶体管T2被链接至共用接地GND。当晶体管T2关断时，通过二极管D11将由电感器L存储的能量传递到C21和C22。根据另一实施方式，电容器C11和C12 通过驱动晶体管T2以使得它在整个放电步骤中导通、并且通过经由脉冲宽度调制(PWM)信号S_S204驱动晶体管T4来放电。一旦电容器C12被放电，电路MCEP驱动晶体管T5，使得电容器C12不再被链接至接地GND。
由于电源路径ALIM相对于电感器L对称，所以本领域技术人员将能够通过调节电流或电压来调整开关单元被驱动到降压操作模式的方式，其中电力从端子B101转移到端子B102。在可逆开关模式电源10的该操作模式中，电路MCEP驱动晶体管T5，使得当电压V_bus2的值非零时，电容器C12被链接至接地GND。然后从端子B102到端子B101的能量传递可以开始。为了避免在通过晶体管T5将电容器 C12连接至接地GND时的高电流要求，本领域技术人员将能够调整信号S_S205的控制，以便放慢晶体管T5的闭合、或者通过在D5与 S5之间添加电阻负载，来调整信号S_S205的控制。
图5图示了可逆开关模式电源10的第二示例性实施方式的流程图，该流程图图示了通过在电压V_BATT下的源BATT经由在源模式中操作的装置DS、向在接收器模式中的在电压值V_BUSb下操作的装置DR供电的各个步骤。
电压值V_BUSb大于电压值V_BATT。
装置DR正确操作需要例如20伏特的值V_BUSb。
从源BATT到端子BBATT的电源电压的值等于V_BATT，例如， 15伏特。假设装置DR未被链接至装置DS2。晶体管T5关断，电容器C12的第二端子未被链接至接地。根据USB PD标准，端子Vbus2 处的电容值等于电容器C11的值，例如，10μF。
在该操作模式中，可逆开关模式电源10通过调节电压V_bus2而在电压上升(升压)模式中操作，其中电力从端子B102传递到端子 B101。
在第一步骤10，装置DR经由电缆CBL被链接至装置DS2。
电路MCPD检测装置DR的存在。
在该初始化步骤(被本领域技术人员已知为传统模式)期间，假设装置DS在源模式中操作并且装置DR在接收器模式中操作。电路 MCEP驱动单元CEL1至CEL4，使得根据USB电力传输标准，电压 V_bus2等于5伏特。
接下来，在步骤20，协商阶段开始。装置DR向电路MCPD传输：包括向装置DR供电的请求的信号S_CC2、等于值V_BUSb的电源电压值V_bus2、以及端子B101处的电流I_bus2的最大电流值 I_BUSb。
接下来，在步骤30，装置DS2的电路MCPD向装置DR传输信号S_CC2，该信号包括对在电源模式中的装置DS2的操作模式的实施方式的确认，即在最大电流I_BUSb下递送等于V_BUSb的电压值 V_bus2。完成协商阶段。
在步骤40，电路MCEP驱动晶体管T5，使得它导通。电容器C12 的第二端子被链接至接地GND。
在步骤50，电路MCEP驱动单元CEL1至CEL4，使得将能量从源BATT传递到装置DR，即在等于VBUSb的电压值V_bus2和至多等于I_BUSb的电流值I_bus2下从端子B102传递到端子B101，并且电路MCEP根据通过加载对应的所存储的参数集合PR的调节的类型 (即，调节由源BATT提供的输出电压V_bus2并监测电流值的操作模式)，来调整可逆开关模式电源10的调节回路BR的参数PARM。
换言之，电路MCEP驱动单元CEL1以使得晶体管T1以持续方式导通，并且驱动单元CEL2以使得晶体管T2关断。单元CEL3和 CEL4由反相的相应信号S_S203和S_S204驱动，使得当T3导通时 T4关断，反之亦然。信号S_S203和S_S204是具有可变占空比的脉冲宽度调制(PWM)信号，该可变占空比由回路BR反馈控制，使得电压V_bus2的值朝向设定点电压V_BUSb收敛。电路MV1测量电压V_bus2的值。电路MI1测量在端子B101处的电流I_bus2的值。
测量在端子B101处的电压和电流。调节回路BR根据测量的结果、通过实时调整信号S_S203和S_S204的占空比来调节第一和第二端子B101和B102之间的电力交换。
如上所述，电路MI2和EMV2分别测量在端子BBATT处的电流和电压，使得电路MCEP能够检测例如源BATT中的故障。
如果由电路MI1测量的电流I_bus2大于与电流值I_BUSb相对应的电流值，或者如果电路MCEP检测到可逆开关模式电源10中的故障或者源BATT中的故障，则电路MCEP停止调节过程，使得可逆开关模式电源10不再向接收器装置DR递送任何电力。在这种情况下，电路MCEP也可以经由电信号或者数据总线向系统DS2发送警报。
在步骤60，装置DR被断开连接，例如，电缆CBL与接收器装置DR断开连接，电路MCPD经由CC2检测该断开连接。电路MCEP 不再递送信号S_S203和S_S204，晶体管T3和T4关断。源BATT不再向端子B101供电。电容器C11和C12被充电并且在端子B101处产生残余电压。在与上述的步骤7相同的步骤70，电容器C11和C12 根据在步骤7中所描述的放电方法放电。由于电源路径ALIM相对于电感器L对称，所以本领域技术人员将能够通过调节电流或电压来调整开关单元被驱动到升压操作模式的方式，其中电力从端子B101转移到端子B102。在可逆开关模式电源10的该操作模式中，电路MCEP 驱动晶体管T5，使得当电压V_bus2的值非零时，电容器C12被链接至接地GND。然后从端子B102到端子B101的能量传递可以开始。为了避免在通过晶体管T5将电容器C12连接至接地GND时的高电流要求，本领域技术人员将能够调整信号S_S205的控制，以便放慢晶体管T5的闭合、或者通过在D5与S5之间添加电阻负载，来调整信号S_S205的控制。
图6图示了可逆开关模式电源10的第三示例性实施方式的流程图，该流程图图示了经由电压值V_BUSc下的装置DR对电压 V_BATT下的源BATT充电的各个步骤。
例如，源BATT包括锂离子(Li-ion)电池，并且装置DR例如包括具有20伏特的额定电压的移动电源。
在该电池BATT充电操作模式中，装置DR在DC电压源模式中操作并且装置DS2在接收器模式中操作。
电压值V_BUSc大于电压值V_BATT。
装置DS2和DR经由电缆CBL彼此连接，因此电容器C12经由晶体管T5被链接至接地GND。
假设端子B101的电势的值等于V_BUSc并且电池BATT几乎是空的，则电压V_BATT远小于V_BUSc。例如，电池BATT的额定电压V_BATT等于12伏特，并且电压V_BUSc例如等于20伏特。
该操作模式包括在具有电流和电压调节的电压下降(降压)模式中操作的可逆开关模式电源10。
由于电池BATT放电，所以BATT在两个再充电阶段中充电。
在第一再充电阶段中，在电压V_BATT的值小于充电电压设定点 Sv(例如，在包括三个串联的单元的Li-ion电池的情况下为17V)的情况下，可逆开关模式电源10调节用于对电池充电的电流I_BATT 的值，使得I_BATT向充电电流设定点SI收敛。
在第二再充电阶段中，当电压V_BATT等于充电电压设定点Sv 时，可逆开关模式电源10调节端子B102处的电压的值，使得V_BATT 的值在这种情况下等于17伏特。
现在将描述再充电进程。
在第一步骤100，协商阶段开始。电路MCPD传输包括向装置 DS2供电的请求的信号S_CC2、等于值V_BUSc的电源电压值 V_bus2、以及端子B101处的电流I_bus2的最大电流值I_BUSc。
接下来，在步骤200，装置DR向电路MCPD传输信号S_CC2，该信号包括对在电源模式中的装置DR的操作模式的实施方式的确认，即在最大电流I_BUSc下递送等于V_BUSc的电压值V_bus2。完成协商阶段。
在步骤300，电压V_BATT的值小于阈值Sv。电路MCEP驱动单元CEL1至CEL4，使得将能量从装置DR传递到源BATT，即从端子B101传递到端子B102，并且电路MCEP根据通过加载对应的所存储的参数集合PR的调节的类型(即，通过调节充电电流I_BATT或者充电电压V_BATT对电池充电的模式，也被称为恒定电流/恒定电压)，来调整可逆开关模式电源10的调节回路BR的参数PARM。
在该步骤中，可逆开关模式电源10调节电池BATT的充电电流 I_BATT，使得I_BATT朝向充电电流设定点SI收敛。电流I_BATT 的值由电路MI2测量。可逆开关模式电源10通过电路MI1测量电流 I_bus2，使得它不会超过在步骤100中所协商的输入电流I_bus2的设定点值I_BUSc。
如果电流I_bus2超过设定点值I_BUSc，则通过降低充电电流设定点SI来减小充电电流I_BATT的值。
换言之，电路MCEP驱动单元CEL2以使得T2关断，并且驱动单元CEL1以使得晶体管T1以持续方式导通。单元CEL3和CEL4 由反相的相应信号S_S203和S_S204驱动，使得当晶体管T4导通时晶体管T3关断，反之亦然。信号S_S203和S_S204是具有可变占空比的脉冲宽度调制(PWM)信号，该可变占空比由回路BR反馈控制，使得电流I_BATT的值朝向充电电流设定点SI收敛。电路MI2测量在端子B102处的电流的值。
当电压V_BATT等于充电电压设定点Sv时，在步骤400，可逆开关模式电源10调节电压V_BATT的值。
在步骤300和400，电路MI1和EMV1测量装置DR的电流和电压以便检测故障或过载，例如，电压降和/或电流尖峰。
如果检测到故障，则电路MCEP停止调节过程，使得开关模式电源10不再向电池BATT递送任何电力。在这种情况下，电路MCEP 也可以经由电信号或者数据总线向系统DS2发送警报。
如果检测到过载，则电路MCEP减小充电电流设定点SI的值。充电电流I_BATT减小，导致充电功率减小，并且因此导致电流I_bus2 的值减小。换言之，测量跨端子B101和B102的电压和电流，并且根据测量的结果调节第一和第二端子B101和B102之间的电力交换。
由于电源路径ALIM相对于电感器L对称，所以本领域技术人员将能够调整开关单元被驱动到用于对电池充电的操作模式的方式，该电池包括被链接至端子B101的待充电的装置、以及被链接至端子 B102的源装置，源装置的电源电压小于或大于待充电的装置的额定电压。
当然，电路MCEP可以指定可逆开关模式电源10的操作模式，即，不管装置DR与DS2之间的协商阶段如何，电路MCEP均可以将可逆开关模式电源配置为在降压模式中或者在升压模式中操作。
在上述的电能传递管理方法中，电力在USB C DRP DS2装置的第一端子B101(该端子被连接至USB C DRP DR装置)与USB C源装置的第二端子B102(该端子被连接至可再充电的DC电压电源 BATT)之间传递，其中使用同一个通道(在该实例中为电源路径 ALIM)朝着一个方向或者另一个方向在这两个端子之间传递电力。
装置可以包括多个可逆开关模式电源，每个可逆开关模式电源可能独立于其它可逆开关模式电源被驱动并且在不同模式中操作。
有利地，根据选自电流和/或电压调节的类型来调节电力的传递，并且根据调节的类型来调整可逆开关模式电源的调节回路的参数。
根据另一应用，在源模式中操作的USB DRP C型分配器装置可以向各种USB DRP C型装置供电。在该实例中，装置DS3是USB集线器。
参照图7，图7示出了装置DS3，该装置DS3被连接至电源PWR (例如，USB C型壁挂式充电器)以及在接收器模式中操作的USB C 型装置DR1和DR2。
装置DS3包括与电源10的组成相同的开关模式电源101、102 和103。
开关模式电源101、102和103各自分别包括第一端子B1011、 B1012、B1013以及第二端子B1021、B1022和B1023。
端子B1013被链接至源PWR。端子B1023被链接至端子B1022 和B1021。
开关模式电源103由源PWR经由电缆CBL3供电，并且向开关模式电源101和102供电。
开关模式电源101和102分别经由电缆CBL1和CBL2向装置 DR1和DR2供电。
开关模式电源101、102和103彼此独立操作。

Claims (15)

1.一种支持双向电源的USB C型装置，其特征在于，所述装置包括：
第一装置端子，所述第一装置端子被配置为被耦合至第二USB C型装置；
第二装置端子，所述第二装置端子被配置为被耦合至可再充电的DC电压电源；以及
可逆开关模式电源，所述可逆开关模式电源被耦合至所述第一装置端子和所述第二装置端子。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源被耦合在所述第一装置端子与所述第二装置端子之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源包括电压上升开关模式电源。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源包括电压下降开关模式电源。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源包括电感器和多个开关单元，其中所述多个开关单元相对于所述电感器在空间上对称设置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，其中所述多个开关单元包括四个开关单元。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源包括电容器，其中所述电容器的第一端子被链接至所述第一装置端子，并且其中所述电容器的第二端子被链接至开关，所述开关被配置为将所述电容器的所述第二端子耦合至所述可逆开关模式电源的共用接地。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源包括：
电压测量电路，所述电压测量电路被配置为测量在所述第一装置端子和所述第二装置端子处的电压；
电流测量电路，所述电流测量电路被配置为测量在所述第一装置端子和所述第二装置端子处的电流；以及
第一调节电路，所述第一调节电路被配置为根据由所述电压测量电路和所述电流测量电路递送的结果，调节所述第一装置端子与所述第二装置端子之间的电力交换。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，其中所述第一调节电路被进一步配置为根据由所述电压测量电路和所述电流测量电路递送的所述结果来检测故障，所述故障包括过压、欠压、过载或短路中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，其中所述第一调节电路被配置为执行一类型的调节，所述类型包括电流调节或电压调节中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，其中所述第一调节电路包括：
可逆开关模式电源的调节回路模型，所述可逆开关模式电源的调节回路模型包括可修改参数；
存储介质，所述存储介质被配置为存储针对各类调节的参考参数集合；以及
替代电路，所述替代电路被配置为根据在所述可逆开关模式电源中实施的调节的所述类型，修改所述模型的所述可修改参数。
12.一种支持双向电源的USB C型分配器装置，其特征在于，所述分配器装置包含至少两个根据权利要求1所述的支持双向电源的USB C型装置，其中第一装置的第一端子被配置为被耦合至电源，所述第一装置的第二端子被配置为被耦合至第二装置的第一端子，并且所述第二装置的第二端子被配置为被耦合至支持双向电源的USB C型装置。
13.根据权利要求12所述的分配器装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源包括电压上升开关模式电源。
14.根据权利要求12所述的分配器装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源包括电压下降开关模式电源。
15.根据权利要求12所述的分配器装置，其特征在于，其中所述可逆开关模式电源包括电感器和多个开关单元，其中所述多个开关单元相对于所述电感器在空间上对称设置。
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