-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen das Versorgen eines elektronischen Geräts mit Strom.
-
STAND DER TECHNIK
-
Die Entwicklung des universellen seriellen Busses (USB) und anderer Typen von lokalen Verbindungen hat die Art, auf die Daten zwischen einem Host-System und einem Gerät übertragen werden, vereinfacht und standardisiert. In einigen Fällen stellen diese Verbindungen auch eine Art des Versorgens des Geräts mit Strom vom Host-System bereit. Bestehende USB und lokale Verbindungsschnittstellen bieten indes keine Art, auf die es der Vorrichtung ermöglicht werden kann, das Host-System mit Strom zu versorgen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt ein System zum Bereitstellen von Strom von einem Quellengerät für ein Host-Gerät.
-
2 zeigt ein Verfahren zum Bereitstellen von Strom von der Quelle für das Host-Gerät.
-
3 zeigt ein Beispiel der Quellen- und Host-Geräte und ihrer Verbindung.
-
4 zeigt ein Verfahren zum Bereitstellen von Strom für das Host-Gerät in 3.
-
5 zeigt ein weiteres Verfahren zum Steuern der Stromübertragung zwischen den Geräten.
-
6 zeigt eine veranschaulichende Anwendung des Strombereitstellungssystems.
-
7 zeigt eine weitere veranschaulichende Anwendung des Strombereitstellungssystems.
-
8(a) bis 8(c) zeigen andere veranschaulichende Anwendungen des Strombereitstellungssystems, wobei die Anwendungen in 8(a) und 8(b) die Verwendung unterschiedlicher mobiler Geräte beinhalten und die Anwendung in 8(c) die Verwendung eines eigens dedizierten Batteriemoduls beinhaltet.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen, die weiter unten beschrieben werden, helfen die Begriffe „Anschluss” und „Verbinder”, die hier verwendet werden, bei der Definition der Arten der Geräte, die verbunden werden. Zum Beispiel dient der Begriff „Verbinder” gemäß mindestens einer Ausführungsform zum Definieren eines Geräts und der Begriff „Anschluss” dient zum Definieren eines Hosts. Somit dient, wenn zum Beispiel eine USB-Schnittstelle verwendet wird, der Verbinder zum Definieren des USB-Geräts im Gegensatz zum USB-Host. Umgekehrt dient der Anschluss zum Definieren des USB-Hostsystems im Gegensatz zu einem USB-Gerät. Hier dienen eine oder mehrere Ausführungsformen zum Übertragen von Strom von dem Gerät, das einen USB-Verbinder aufweist, zu einem Host, der einen USB-Port aufweist, mit dem Zweck, die Batterie des USB-Hostsystems aufzuladen, was bislang nicht durchgeführt wurde.
-
1 zeigt eine Ausführungsform eines Systems zum Bereitstellen von Strom von einem Stromquellengerät 100 für ein Host-Gerät 200. Das Stromquellengerät kann eine begrenzte Stromquelle sein oder kann gekoppelt sein, um Strom von einer unbegrenzten Stromquelle, wie beispielsweise einem Autosteckdosen-Ladegerät oder einer Wechselstromquelle, zu liefern. Die Quellen- und Host-Geräte sind durch eine Schnittstelle 300, wie beispielsweise ein Kabel, verbunden.
-
Beispiele für eine begrenzte Stromquelle umfassen eine Batterie, eine Solarzelle oder einen anderen Typ von Umweltstromquelle, einen Ultrakondenstor oder ein elektronisches Gerät, das eine Batterie oder einen anderen Typ von Stromquelle umfasst. Das elektronische Gerät kann ein Smartphone, ein persönlicher digitaler Assistent, eine Kamera, ein Laptop- oder Notebook-Computer, ein Computer-Pad, Pod oder Tablet, ein elektronisches Buch, ein mobiles Endgerät mit Rechen- und/oder Kommunikationsfähigkeiten, ein Videoprozessor, Medienspieler, Lautsprechersystem oder ein anderer Typ von ortsfestem oder mobilem elektronischem Gerät sein, das eine Wechselstrom- oder Gleichstromquelle umfasst oder daran gekoppelt ist oder beides. Das Host-Gerät kann auch irgendeines von diesen elektronischen Geräten sein. In der folgenden Erörterung wird ein beispielhafter Fall erörtert, in dem sowohl die Stromquelle als auch die Host-Geräte Notebook-Computer sind.
-
Die Schnittstelle 300 kann ein serielles oder paralleles Kabel sein, das unidirektionale oder bidirektionale Übertragungen durchführt. Beispiele für diese Schnittstelle umfassen ein Kabel des USB-Standards (universeller serieller Bus), ein Kabel des USB-On-The-Go-Standards, ein FireWire-Kabel, ein Ethernet-Kabel, ein SATA-Kabel (Serial Advanced Technology Attachment), ein MIDI-Kabel (Musical Instrument Digital Interface) oder einen anderen Typ von lokalem Schnittstellenkabel, das Daten auf der Grundlage eines standardisierten Kommunikationsprotokolls überträgt.
-
Wenn ein unidirektionales Kabel verwendet wird, überträgt das Kabel Strom von dem Stromquellengerät an das Host-Gerät, mit oder ohne Daten. Das heißt, wenn die Schnittstelle 300 ein unidirektionales Kabel ist, kann das Kabel lediglich als Stromkabel zum Übertragen von Energie (Strom) an das Host-Gerät verwendet werden. Eine solche Ausführungsform wäre zum Beispiel in dem Fall geeignet, in dem das Stromquellengerät eine unbegrenzte Stromquelle umfasst oder als solche betrieben wird. In einer alternativen Ausführungsform kann das Kabel Strom und Daten entweder gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeitpunkten übertragen.
-
Wenn ein bidirektionales Kabel verwendet wird, überträgt das Kabel Strom und Daten zwischen der Stromquelle und den Host-Geräten. Die Daten können in beide Richtungen oder nur in eine Richtung (z. B. von dem Stromquellengerät zum Host) übertragen werden. So oder so wird Strom von dem Stromquellengerät zum Host-Gerät geliefert. In einer getrennten Betriebsart kann das Host-Gerät das Stromquellengerät mit Strom versorgen.
-
2 zeigt ein Verfahren zum Bereitstellen von Strom von einem Stromquellengerät für ein Host-Gerät über eine Schnittstelle. Dieses Verfahren kann unter Verwendung eines Systems, wie dasjenige, das in 1 gezeigt ist, oder ein anderes System durchgeführt werden. Obgleich die Arbeitsvorgänge in 2 in einer vorbestimmten Reihenfolge dargestellt sind, kann die Folge der Arbeitsvorgänge in alternativen Ausführungsformen zum Beispiel auf der Grundlage der eingebauten Steuerschaltungen und/oder Software und/oder dem in den Geräten ausgeführten Steuerungsprotokoll variieren.
-
Zunächst wird die Schnittstelle zwischen dem Stromquellengerät und dem Host-Gerät verbunden. (Block 310). Diese Verbindung kann physikalisch durchgeführt werden, zum Beispiel durch Einstecken von Verbindern an entgegengesetzten Enden der Schnittstelle in entsprechende Anschlüsse in dem Stromquellen- und dem Host-Gerät. Wenn die Schnittstelle zuvor verbunden war, aber die Kommunikationen unterbrochen waren, kann die Verbindung der Schnittstelle wiederhergestellt werden, zum Beispiel über eine softwaregesteuerte Anwendung, die auf dem Host- oder dem Stromquellengerät oder beiden ausgeführt wird.
-
Nachdem die Schnittstelle verbunden wurde, ermittelt das Host-Gerät, dass die Verbindung hergestellt wurde. (Block 320). Dieser Arbeitsvorgang kann zum Beispiel auf eine Vielzahl von Arten durchgeführt werden, die die Ermittlung von Spannungen oder Signalen umfassen, die auf einer oder mehreren Daten- oder Steuerleitungen der Schnittstelle gesendet werden. In Abhängigkeit vom Bereich, in dem diese Spannungen oder Signale liegen, kann eine Bestimmung des Vorhandenseins einer Schnittstellenverbindung und auch anderer Parameter, wie beispielsweise der Geschwindigkeit des Datenbusses, der der Schnittstelle entspricht, durch die Steuerschaltungen in der Stromquellen- und/oder dem Host-Gerät vorgenommen werden.
-
Zum Beispiel kann im Fall einer USB-Schnittstelle eine Steuereinrichtung im Host-Gerät eine Spannung durch einen Pull-up-Geschwindigkeitsidentifikationswiderstand ermitteln, der angibt, dass die Schnittstelle zwischen dem Host- und dem Stromquellengerät verbunden wurde, wenn z. B. der Widerstand mit der Vbus-Leitung der USB-Schnittstelle verbunden wird, wird ein Spannungssignal erzeugt, das anzeigt, dass ein Gerät verbunden wurde. Die Host-Steuereinrichtung kann dann eine USB-Funktion initialisieren. Andere Ermittlungsverfahren umfassen das Ermitteln von Strom durch die Stromleitung der Schnittstelle oder das Messen der Kapazität (oder der Kapazitätsänderung) eines USB-Anschlusses gemäß zum Beispiel einem Attach Detection Protocol (ADP) oder einem anderen Ermittlungsprotokoll.
-
Nachdem das Host-Gerät die Verbindung der Schnittstelle ermittelt hat, stellt eine Steuereinrichtung des Host-Geräts eine Leiterbahn zum Laden einer Batterie (oder einer anderen wiederaufladbaren Stromquelle) des Host-Geräts auf der Grundlage des Stroms ein, der von der Schnittstelle zu empfangen ist (Block 330). Dieser Arbeitsvorgang kann das Einstellen von einem oder mehreren Schaltern beinhalten, die den Stromfluss von einem Schnittstellenanschluss des Host-Geräts zu seiner Stromquelle steuern.
-
Dieser Arbeitsvorgang kann auch das Laden entsprechender Software zur Ausführung durch die Host-Steuereinrichtung beinhalten, um Strom von einer Stromleitung der Schnittstelle zu einer Ladeschaltung zu führen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Ladeschaltung normalerweise konfiguriert sein, um Strom von einem Auto- oder Wechselstromadapter zu empfangen. Aber gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Bahn zur Ladeschaltung durch die Steuereinrichtung rekonfiguriert werden, um Strom von der Schnittstelle zu empfangen.
-
Auch können Leiterbahnen, die normalerweise verwendet werden, um es dem Host-Gerät zu ermöglichen, Strom an ein extern verbundenes Gerät zu senden, umgekehrt oder umgangen werden, um das Empfangen von Strom durch die Schnittstelle zum Laden der Stromquelle des Host-Geräts zuzulassen.
-
In einem anderen Arbeitsvorgang ermittelt eine Steuereinrichtung in dem Stromquellengerät die Verbindung der Schnittstelle. (Block 340). Diese Steuereinrichtung kann die Verbindung auf eine Art und Weise ermitteln, die derjenigen der Steuereinrichtung im Host-Gerät ähnlich ist.
-
Nach dem Ermitteln dieser Verbindung stellt die Steuereinrichtung im Stromquellengerät eine Leiterbahn von ihrer Stromquelle (oder der an dieses Gerät gekoppelten Stromquelle) zu einem Anschluss ein, der an die Schnittstelle gekoppelt ist. (Block 350). Dann wird Strom durch den Anschluss an die Schnittstelle unter der Verwaltung der Steuereinrichtung übertragen. (Block 360).
-
Zusätzliche Arbeitsvorgänge können das Austauschen verschiedener Steuersignale zwischen den Steuereinrichtungen der Host- und Stromquellengeräte umfassen, bevor der Strom tatsächlich übertragen wird. Die Erzeugung und der Austausch dieser Steuersignale können auf Kommunikations- und/oder Steuerprotokollen basieren, die mit der Schnittstelle kompatibel sind. Auch können, obgleich die Arbeitsvorgänge 340, 350 und 360 nach den Arbeitsvorgängen 310, 320 und 330 gezeigt sind, diese Arbeitsvorgänge in einer unterschiedlichen Reihenfolge durchgeführt werden oder diese Arbeitsvorgänge können gleichzeitig auf der Grundlage des steuernden Protokollstandards durchgeführt werden.
-
3 zeigt ein Beispiel des Systems von 1, das mit einer USB-Schnittstelle 300 und entsprechenden Steuereinrichtungen in den Host- und Stromquellengeräten konfiguriert ist. Die Schnittstelle kann Leitungen betreiben und umfassen, die mit einem Standard-USB-Protokoll kompatibel sind, oder können Leitungen betreiben und umfassen, die mit dem sogenannten On-the-Go (OTG) USB-Standard kompatibel sind.
-
Das Stromquellengerät 100 umfasst eine Stromquellengeräte-Steuereinrichtung 110, die zwischen einem USB-Verbinder 120 und einer Batterie 150 gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung weist Signalleitungen auf, die zusammenpassen und die an die Signalleitungen in der Schnittstelle gekoppelt sind. Diese Signalleitungen können eine Stromleitung (Vcc), ein Paar differentielle Datenleitungen (D–) und (D+) und eine Erdungsleitung (GND) umfassen. Zusätzliche Leitungen können aufgenommen werden, um verschiedene andere Steuerungs- und/oder Datenübertragungsarbeitsvorgänge durchzuführen.
-
Zusätzlich kann das Stromquellengerät eine wahlfreie Spannungswandlerschaltung 130 und eine wahlfreie Ladeschaltung 140 umfassen. Der Spannungswandler führt eine Gleichstrom-Gleichstrom-Spannungswandlung von Spannungen durch, die zwischen der Batterie und der Stromleitung der Schnittstelle übertragen werden.
-
Wenn Batteriestrom an die Schnittstelle zu übertragen ist (um die Stromquelle des Host-Geräts aufzuladen), erzeugt die Steuereinrichtung 110 ein Entladungssignal 124 zum Schließen eines Schalters 125, um eine Leiterbahn von der Batterie zur Spannungswandlerschaltung 130 herzustellen. Die Spannungswandlerschaltung wandelt dann die Ausgangsspannung der Batterie in eine Spannung um, die kompatibel mit der Signalleitung (Vcc) ist, z. B. 5 V, und diese Spannung durchquert eine Schutzdiode 126 zur Übertragung auf der Signalleitung. (Die Signalleitung Vcc überträgt tatsächlich einen Strom, der der Spannung Vcc entspricht). Die GND-Signalleitung kann an die Batterie und den Spannungswandler gekoppelt werden.
-
Wenn die Batterie aufzuladen ist, erzeugt die Steuereinrichtung ein Ladesignal 127, um einen Schalter 128 zu schließen. Das Schließen dieses Schalters stellt eine Leiterbahn her, die von der externen Stromquelle durch die Ladeschaltung verläuft, um die Batterie aufzuladen. In dem gezeigten Beispiel wird die Leiterbahn hergestellt, um die Batterie auf der Grundlage von Strom zu laden, der von der Signalleitung Vcc der Schnittstelle empfangen wird. Während dieses Arbeitsvorgangs fließt Strom zum Stromquellengerät durch das USB-Kabel. Umgekehrt fließt Strom während eines Ladearbeitsvorgangs für das Host-Gerät von dem Stromquellengerät zum Host-Gerät in einer umgekehrten Richtung durch die Schnittstelle. Wahlweise kann die Steuereinrichtung 110 den Schalter 128 schließen, um die Batterie auf der Grundlage des externen Stroms aufzuladen, wie beispielsweise von einer externen Gleichstrom- oder Wechselstromquelle, die nicht der USB-Schnittstelle zugehörig ist.
-
Die Datenleitungen in der USB-Schnittstelle können verwendet werden, um die Ermittlung der Verbindung der Schnittstelle durch die Steuereinrichtungen in den Host- und Stromquellengeräten festzustellen, wie vorhergehend erklärt. Zusätzlich können die Datenleitungen während des Ladens des Host-Geräts oder des Stromquellengeräts verwendet werden, um Daten zwischen den Geräten gemäß einem Protokollstandard zu übertragen, der verwendet wird, um den Betrieb der Schnittstelle zu steuern. Die Lade- und Entladesignale können abwechselnd angelegt werden, wie durch die Steuereinrichtung bestimmt, um den Fluss von Spannung/Strom durch das Stromquellengerät zu steuern. Durch abwechselndes Anwenden dieser Signale können die Schalter 125 und 128 zeitweise auf unterschiedliche Zustände eingestellt werden.
-
Die Host-Schnittstelle 200 umfasst eine Steuereinrichtung 310, die zwischen die USB-Schnittstelle und einem Ladeschaltungsanschluss 350 gekoppelt ist, der an eine Batterieladeschaltung und Batterie gekoppelt ist (nicht gezeigt). Die Steuereinrichtung 310 weist Signalleitungen auf, die passen und die zumindest an die Datenleitungen in der Schnittstelle gekoppelt sind. Die Signalleitungen verlaufen von der Schnittstelle zur Steuereinrichtung durch einen USB-Anschluss 320, gemeinsam mit den anderen beiden Signalleitungen. Die Steuereinrichtung ist in der Lage, die USB-Schnittstellenverbindung auf der Grundlage der Datenleitungsspannungen zu ermitteln.
-
Zusätzlich kann das Host-Gerät eine Stromverwaltungssteuereinrichtung 330 umfassen, die das Senden von Strom von einer von zwei Quellen steuert. Die erste Quelle ist von einem primären Stromquellenanschluss 331, der zum Beispiel an einen Wechselstromadapter gekoppelt sein kann. Die zweite Quelle entspricht der Stromleitung der USB-Schnittstelle. Die Eingänge in die Stromverwaltungssteuereinrichtung 330 können durch einen Multiplexer 340 oder einen anderen Wahlschalter ausgewählt werden. Der Betrieb dieses Multiplexers oder Wahlschalters kann zum Beispiel auf der Grundlage eines Signals von der Steuereinrichtung 310 oder 330 gesteuert werden.
-
Wenn die Batterie des Host-Geräts auf der Grundlage von Strom von dem USB-Kabel zu laden ist, erzeugt die Steuereinrichtung 310 ein Empfangsstromsignal 342, um den Schalter 343 zu schließen. Gleichzeitig kann der Schalter 344 geöffnet werden. Das Einstellen dieser Schalter auf diese Weise bewirkt, dass Strom von der Stromleitung (Vcc) der Schnittstelle zum Multiplexer 340 fließt, der diesen Strom zum Eingang in den Ladeschaltungsanschluss 350 auswählt, um die Batterie zu laden.
-
Wenn die Batterie des Host-Geräts auf der Grundlage von Strom von der primären Stromquelle zu laden ist, wählt der Multiplexer 340 das Empfangen des Stroms von dem primären Stromquellenanschluss 331 basierend auf zum Beispiel einem Steuersignal von entweder der Steuereinrichtung 310 oder 330 aus. Zu diesem Zeitpunkt sind beide Schalter 343 und 344 offen. Der Schalter 344 kann auf der Grundlage eines Versorgungssignals von der Steuereinrichtung 310 geschlossen werden, um Strom durch die Schnittstelle zum Laden der Batterie des Stromquellengeräts bereitzustellen, wie noch ausführlicher erörtert werden wird.
-
Da der Schalter 343 zu diesem Zeitpunkt offen ist, fließt kein Strom von der Signalleitung der USB-Schnittstelle in die Batterie des Host-Geräts, falls die USB-Schnittstelle immer noch verbunden ist.
-
4 zeigt ein Verfahren zum Bereitstellen von Strom von einem Stromquellengerät für ein Host-Gerät durch eine USB-Schnittstelle. Dieses Verfahren kann durch das in 3 gezeigte System oder ein anderes System durchgeführt werden. Obgleich die Arbeitsvorgänge in 4 in einer vorbestimmten Reihenfolge dargestellt sind, kann die Folge der Arbeitsvorgänge in alternativen Ausführungsformen variiert werden, zum Beispiel auf der Grundlage der eingebauten Steuerschaltungen und/oder Software und/oder dem Steuerungsprotokoll, das in den Geräten ausgeführt wird.
-
Anfangs wird die USB-Schnittstelle zwischen dem Stromquellengerät und dem Host-Gerät verbunden. (Block 410). Diese Verbindung kann physikalisch durchgeführt werden, zum Beispiel, indem Verbinder an entgegengesetzten Enden der Schnittstelle in entsprechende Anschlüsse in dem Stromquellen- und dem Host-Gerät eingesteckt werden. Wenn die Schnittstelle zuvor verbunden wurde, aber die Kommunikationen unterbrochen wurden, kann die Verbindung der Schnittstelle wiederhergestellt werden, zum Beispiel durch eine softwaregesteuerte Anwendung, die auf dem Host- oder dem Stromquellengerät oder auf beiden ausgeführt wird.
-
Nachdem die Schnittstelle verbunden wurde, ermittelt das Host-Gerät, dass die Verbindung vorgenommen wurde. (Block 420). Dieser Arbeitsvorgang kann zum Beispiel auf eine Vielzahl von Arten durchgeführt werden, die die Ermittlung von Spannungen oder Signalen umfassen, die auf einer oder mehreren Daten- oder Steuerleitung/en der Schnittstelle übertragen werden. In Abhängigkeit vom Bereich, in dem diese Spannungen oder Signale liegen, kann durch Steuereinrichtungen in den Stromquellen- und/oder Host-Geräten eine Bestimmung des Vorhandenseins einer Schnittstellenverbindung und auch anderer Parameter, wie beispielsweise der Geschwindigkeit der Schnittstelle, vorgenommen werden.
-
Zum Beispiel kann eine Steuereinrichtung in dem Host-Gerät eine Spannung durch einen Pull-up-Geschwindigkeitsidentifikationswiderstand ermitteln, die angibt, dass die Schnittstelle zwischen dem Host- und dem Stromquellengerät verbunden wurde, wenn z. B. der Widerstand mit der Vbus-Leitung der USB-Schnittstelle verbunden wird, wird ein Spannungssignal erzeugt, das anzeigt, dass ein Gerät verbunden wurde. Die Host-Steuereinrichtung kann dann eine USB-Funktion initialisieren. Andere Ermittlungsverfahren umfassen das Ermitteln von Strom durch die Stromleitung der Schnittstelle oder das Messen der Kapazität (oder der Kapazitätsänderung) eines USB-Anschlusses gemäß zum Beispiel einem Attach Detection Protocol (ADP) oder einem anderen Ermittlungsprotokoll.
-
Nachdem das Host-Gerät die Verbindung der Schnittstelle ermittelt hat, stellt die Steuereinrichtung des Host-Geräts eine Leiterbahn zum Aufladen einer Batterie (oder einer anderen wiederaufladbaren Stromquelle) des Host-Geräts auf der Grundlage des Stroms ein, der von der Schnittstelle zu empfangen ist (Block 430). Dieser Arbeitsvorgang kann das Erzeugen eines Signals zum Einstellen von einem oder mehreren Schaltern beinhalten, die den Stromfluss von einem Schnittstellenanschluss des Host-Geräts zu seiner Stromquelle steuern. Im System von 3 kann das Empfangsstromsignal und/oder zusätzliche Stromsignal durch die Steuereinrichtung erzeugt werden, um zu bewirken, dass der Multiplexer 340 Strom von der Schnittstelle durch den Schalter 343 auswählt, der auf der Grundlage des Empfangsstromssignals geschlossen wurde.
-
Dieser Arbeitsvorgang kann auch das Laden entsprechender Software zur Ausführung durch die Host-Steuereinrichtung beinhalten, um Strom von einer Stromleitung der Schnittstelle zu einer Ladeschaltung zu führen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Ladeschaltung normalerweise konfiguriert sein, um Strom von einem Auto- oder Wechselstromadapter oder einer Primärbatterie zu empfangen. Aber gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Bahn zur Ladeschaltung durch die Steuereinrichtung rekonfiguriert werden, um Strom von der Schnittstelle zum empfangen.
-
Auch können Leiterbahnen, die normalerweise verwendet werden, um es dem Host-Gerät zu ermöglichen, Strom an ein extern verbundenes Gerät zu übertragen, umgekehrt oder umgangen werden, um das Empfangen von Strom durch die Schnittstelle zum Laden der Stromquelle des Host-Geräts zuzulassen.
-
In einem anderen Arbeitsvorgang sendet die Steuereinrichtung des Host-Geräts ein Steuer- oder Ermittlungssignal durch die USB-Schnittstelle an das Stromquellengerät. Dieses Signal erteilt einer Steuereinrichtung in dem Stromquellengerät den Befehl, ein Verfahren zum Bereitstellen von Strom für das Host-Gerät einzuleiten. (Block 440). Das Steuersignal kann durch die Datenleitungen der Schnittstelle oder durch eine andere Leitung, wie beispielsweise eine Steuerleitung der Schnittstelle (nicht gezeigt) an das Stromsteuerungsgerät gesendet werden.
-
Das Steuersignal kann auch als eine Grundlage verwendet werden, um der Stromquellengerät-Steuereinrichtung das Ermitteln der Verbindung der Schnittstelle zu ermöglichen. Alternativ kann diese Verbindung durch das Stromquellengerät auf eine Art und Weise ermittelt werden, die dem Ermittlungsarbeitsvorgang ähnlich ist, der durch das Host-Gerät durchgeführt wird, z. B. indem Spannungen oder Signale entlang der Datenleitungen der Schnittstelle ermittelt werden.
-
Nach dem Ermitteln der Schnittstellenverbindung und des Steuersignals von dem Host-Gerät stellt die Steuereinrichtung in dem Stromquellengerät eine Leiterbahn von seiner Stromquelle (oder der Stromquelle, die an dieses Gerät gekoppelt ist) zu einem Anschluss ein, der an die Schnittstelle gekoppelt ist. (Block 450). In dem System von 3 kann die Leiterbahn durch die Steuereinrichtung 110 eingestellt werden, die das Entladesignal 124 erzeugt. Das Entladesignal schließt den Schalter 125, um das Versorgen der Stromleitung (Vcc) der Schnittstelle mit Strom von der Batterie 150 des Stromquellengeräts zuzulassen.
-
Der übertragene Strom wird dann durch das Host-Gerät durch den Anschluss 320 empfangen und durchquert den Schalter 343, den Multiplexer 340 und die Stromverwaltungssteuereinrichtung 33 zur Eingabe in den Ladeschaltungsanschluss 350 der Batterie des Host-Geräts. (Block 460). Die Ladeschaltung lädt dann die Batterie des Host-Geräts. Eine Schutzschaltung kann in das Host-Gerät aufgenommen sein, um eine Überladung zu verhindern.
-
Zusätzliche Arbeitsvorgänge können das Austauschen verschiedener Steuersignale zwischen den Steuereinrichtungen des Host- und des Stromquellengeräts umfassen, bevor der Strom tatsächlich übertragen wird. Die Erzeugung und der Austausch dieser Steuersignale können auf Kommunikations- und/oder Steuerprotokollen basieren, die mit der Schnittstelle kompatibel sind. Auch kann die Reihenfolge der Arbeitsvorgänge, die in 4 gezeigt ist, variiert werden oder einer, zwei oder mehr dieser Arbeitsvorgänge können gleichzeitig zum Beispiel auf der Grundlage des steuernden Protokollstandards durchgeführt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schnittstelle auch verwendet werden, um Strom von der primären Stromquelle oder sekundären Stromquelle (z. B. Batterie) des Host-Geräts zum Stromquellengerät zu übertragen, um die Batterie (oder die andere begrenzte Stromquelle) des Stromquellengeräts aufzuladen.
-
In diesem Fall erzeugt die Stromverwaltungssteuereinrichtung 340 ein Signal an die USB-Host-Steuereinrichtung 310, um den Schalter 343 auszuschalten. Dies bewirkt das Abschalten des Stroms an die Batterie der Host-Steuereinrichtung falls die Batterie der Host-Steuereinrichtung auf der Grundlage von Strom von dem Stromquellengerät aufgeladen wurde. Der Multiplexer ist auch auf eine Aus-Stellung eingestellt, in der keiner der Eingänge ausgewählt ist. Das Steuergerät 310 erzeugt dann ein Versorgungsstromsignal 347, um den Schalter 344 zu schließen, um eine Bahn zum Versorgen der Stromleitung (Vcc) der Schnittstelle mit Strom von der primären oder sekundären Stromquelle des Host-Geräts zu öffnen. Die Steuereinrichtung kann das Versorgungsstromsignal, zum Beispiel unabhängig oder auf der Grundlage eines Befehls von der Stromverwaltungssteuereinrichtung, erzeugen.
-
Während dieses Verfahrens kann die Stromversorgungssteuereinrichtung ein Steuersignal erzeugen, das durch die Schnittstelle an das Stromquellengerät zu senden ist. Dieses Signal kann auf einer oder mehreren der Datenleitungen oder auf einer anderen Steuerleitung (nicht gezeigt) in der Schnittstelle gesendet werden. Nachdem es empfangen wurde, erzeugt die Steuereinrichtung des Stromquellengeräts Steuersignale zum Öffnen des Schalters 125 und Schließen des Schalters 128, wobei der letztere auf der Grundlage des Ladesignals von der Steuereinrichtung geschlossen wird. Dieses Ladesignal öffnet eine Leiterbahn zur Ladeschaltung 140 und Strom, der von dem Host-Gerät durch die Stromleitung der Schnittstelle geliefert wird, wird verwendet, um die Batterie des Stromquellengeräts aufzuladen.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Stromquellengerät eine eingebaute Ermittlungsschaltung 135 umfassen, wie in 5 gezeigt. Die Ermittlungsschaltung erzeugt ein Signal 136 zur Eingabe in die Stromquellengerät-Steuereinrichtung 110. Auf der Grundlage dieses Signals wird die Steuereinrichtung bestimmen, ob die übrige Batterieladung unter einen vorbestimmten Pegel gefallen ist. Wenn dies geschieht, kann die Steuereinrichtung ein Signal an die Steuereinrichtung des Host-Geräts senden, um den Schalter 344 zu schließen, um es der primären Stromquelle (Wechselstrom oder Autostrom) zu ermöglichen, die Batterie 150 auf der Grundlage des Einstellens der Leiterbahnen zu laden, wie vorhergehend beschrieben.
-
Dieses Verfahren kann automatisch und zu einem Zeitpunkt stattfinden, an dem die Batterie des Host-Geräts mit Strom von der Batterie 150 geladen wird. In diesem Fall kann, wenn die Ladung in der Batterie 150 als Ergebnis des Ladens der Batterie des Host-Geräts unter den vorbestimmten Pegel fällt, die primäre Stromquelle des Host-Geräts automatisch verbunden werden, um die Batterie des Stromquellengeräts durch die Schnittstelle zu laden. Ein solches Szenario kann zum Beispiel auftreten, wenn das Host-Gerät nicht auf Strom von einer primären Quelle zugreifen kann, wenn seine Batterie durch das Stromquellengerät geladen wird, aber dann ein Benutzer des Host-Geräts später an einen Ort kommt, an dem die primäre Stromquelle zugänglich ist.
-
6 zeigt eine praktische Anwendung der vorhergehend erwähnten Ausführungsformen, die in dem Fall angewandt werden, in dem das Stromquellengerät ein Notebook-Computer 500 ist und das Host-Gerät 600 ein anderer Notebook-Computer ist. In diesem Fall wird die Batterie von einem der Rechner verwendet, um Strom zu liefern, um die Batterie des anderen Computers durch die Schnittstelle 300 zu laden. Diese Anwendung ist nützlich in Situationen, in denen zum Beispiel Wechselstrom oder Autostrom für den Benutzer von beiden Computern nicht verfügbar ist und der Ladezustand von einem der Computer niedrig ist.
-
7 zeigt eine andere praktische Anwendung der vorhergehend erwähnten Ausführungsformen, die in dem Fall angewandt werden, in dem das Stromquellengerät ein Mobiltelefon oder Smartphone 700 ist und das Host-Gerät ein Notebook-Computer ist. In diesem Fall kann die Batterie des Mobiltelefons verwendet werden, um den Notebook-Computer durch eine Stromversorgung durch die Schnittstelle 300 zu laden.
-
8 zeigt andere Anwendungen, die in dem Fall angewandt werden, in dem das Stromquellengerät ein Mobiltelefon oder Smartphone ist (8(a)), in dem das Stromquellengerät ein Notebook-Computer ist (8(b)), wobei das Stromquellengerät ein Spezialbatteriesatz 1100 ist, und wo das Host-Gerät ein Smartphone, iPod, elektronischer Tablet, oder ein elektronisches Buch ist.
-
Der Spezialbatteriesatz 1100 ist insofern von besonderem Interesse, als dass solche Module an Flughäfen, in Elektronikgeschäften oder anderen Orten verkauft werden können, an denen Reisende ihre mobilen Geräte aufladen müssen und keine Wechselstrom-Steckdose verfügbar ist. 9. Gemäß einer Ausführungsform kann der Batteriesatz Schaltungen zum Durchführen von Netzkommunikationen und Multimediafunktionen ausschließen.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform speichern verschiedene maschinenlesbare Träger Programme zum Steuern der Arbeitsvorgänge, die durch entsprechende von den Steuereinrichtungen in dem Stromquellen- und Host-Gerät durchgeführt werden. Zuweisung von Strom in einem elektronischen Gerät. Die maschinenlesbaren Träger können interne Speicherchips oder Speichereinheiten sein oder können solche sein, die über einen Verbinder oder durch irgendeinen anderen Typ von Kommunikationsweg abnehmbar an das Stromquellen- und Host-Gerät gekoppelt sind.
-
Das Programm kann Codeabschnitte umfassen, um einen der Arbeitsvorgänge auszuführen, die die Ausführungsformen des Verfahrens umfassen. Gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst das Programm ersten Code zum Ermitteln einer Verbindung einer Schnittstelle zwischen einem Gerät und einem Host und zweiten Code zum Einstellen einer ersten Leiterbahn in dem Gerät auf der Grundlage der Ermittlung der Verbindung. Strom wird von einer begrenzten Stromquelle durch einen Verbinder des Geräts entlang einer ersten Leiterbahn an die Schnittstelle ausgegeben. Der Strom durchquert die Schnittstelle, die zu verwenden ist, um eine Batterie des Hosts zu laden. Das Gerät kann ein USB-Gerät sein und der Host kann ein USB-Host sein.
-
Die zweite Codeauswahl kann die erste Leiterbahn durch Erzeugen eines ersten Steuersignals zum Einstellen der ersten Leiterbahn einstellen. Das erste Steuersignal kann einen Zustand eines Schalters ändern, um zuzulassen, dass Strom von der begrenzten Stromquelle entlang der ersten Leiterbahn zur Schnittstelle fließt. Zusätzlicher Code kann einbezogen werden, um eine zweite Leiterbahn einzustellen, um die begrenzte Stromquelle auf der Grundlage von Strom aufzuladen, der von der Schnittstelle empfangen wird. Die Codeabschnitte können durch eine Steuereinrichtung in dem Gerät ausgeführt werden.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Programm ersten Code, um die Verbindung einer Schnittstelle zwischen einem Host und einem Gerät zu ermitteln, und zweiten Code, um eine erste Leiterbahn in dem Host auf der Grundlage der Ermittlung der Verbindung einzustellen. Strom wird von der Schnittstelle entlang der ersten Leiterbahn zu einer Batterie übertragen und der Strom kann von einer begrenzten Stromquelle des Geräts geliefert werden. Der Anschluss kann ein USB-Anschluss (universeller serieller Bus) sein und der Verbinder kann ein USB-Verbinder sein.
-
Zusätzlich zu oder anstatt dieser Programme kann jedes Gerät Steuer- und Protokollsoftware speichern, um den Austausch von Signalen zwischen dem Host und dem Gerät zu verwalten und zu verarbeiten, und den Strom speichern, der zwischen ihnen durch die Schnittstelle zu übertragen ist.
-
Auch können die vorhergehend genannten Ausführungsformen eine Vielzahl von Anwendungen aufweisen. Zum Beispiel können diese Anwendungen verwendet werden, um eine längere Batterielebensdauer für das Host-Gerät bereitzustellen, insbesondere wenn das Gerät als Teil eines Always-On/Always-Connected (AOAC) Betriebsmodus vorgesehen ist. Diese längere Batterielebensdauer wird durch die Verwendung des Stromquellengeräts als eine sekundäre Stromquelle für das Hostgerät oder System ermöglicht.
-
Der Fluss von Strom durch die Schnittstelle kann dadurch erzielt werden, dass der Strom-Pin auf dem Anschluss (z. B. USB-Anschluss) des Host-Geräts den anderen Zweck erfüllt, Strom zu empfangen anstatt Strom zu liefern, wenn eine Verbindung zwischen dem Host- und einem Stromquellengerät ermittelt wird. Die Datenleitungen können verwendet werden, um Informationen, wie beispielsweise ein/e Batteriekapazität, übrige Kapazität, Lade/Entladestrom, unterstützte Ausgangspannung/en, Wiederaufladezyklen, Batteriegesundheit und/oder Temperatur, von dem Stromquellengerät zum Host übertragen, die alle durch die Steuereinrichtungen des Hosts und/oder Geräts beim Versorgen des Hosts mit Strom berücksichtigt werden.
-
In dem Stromquellengerät kann der Strom-Pin des Verbinders (z. B. USB-Verbinders) gemäß einer Anwendung standardmäßig bis zu 2 A Strom bei konstanten 5 V Strom liefern. Das Host-Gerät ist in der Lage, alle erforderlichen Geräteattribute durch die Datenleitungen zu erhalten und sogar die internen Konfigurationsregister zu programmieren, um bestimmte Vorgänge durchzuführen, wie beispielsweise das Ändern von Spannungspegeln, das Unterbrechen von Strom (zur sicheren Entfernung) oder sogar das Schalten vom Entladen der Gerätebatterie auf ihr Laden (z. B. wenn der Host mit dem Wechselstrom oder dem Autostrom verbunden ist).
-
Für die Abwärtskompatibilität, wenn das Stromquellengerät mit einem Host-Gerät verbunden wird, das ein Protokoll eines früheren (z. B. USB) Standards unterstützt (z. B. einem, der das Empfangen von Strom von einem Gerät nicht unterstützt), können/kann die Schaltungen/Software des Geräts die Lieferung von Strom an den Host standardmäßig auf der Grundlage einer vorbestimmten zeitlichen Grenze, auf der Grundlage von Informationen, die von dem Host-Gerät entlang der Datenleitungen der Schnittstelle empfangen werden, oder gemäß anderen vorbestimmten Kriterien, die in dem Stromquellengerät programmiert sind, abschließen. Im Falle einer USB-Anwendung können eines von dem Stromquellengerät oder Host-Gerät oder beide USB-OTG erfüllen.
-
Gemäß einem anderen Beispiel kann ein erstes Laptop in ein Wechselstromladegerät eingesteckt sein und ein zweites Laptop kann über eine Schnittstelle mit dem ersten Laptop verbunden sein. In diesem Szenario können beide Laptops unter Verwendung des Wechselstromladegeräts des ersten Laptops geladen werden, wobei das erste Laptop direkt Strom von dem Ladegerät empfängt und das zweite Laptop gleichzeitig Strom durch die Schnittstelle empfängt. Um dies zu ermöglichen, kann die Steuereinrichtung 310 in 3 und 5 den Schalter 344 schließen und der Wahlschalter kann den Eingang vom Anschluss 331 auswählen, um es der primären Stromquelle zu ermöglichen, Strom an die Batterien von beiden Laptops zu übertragen. Der Schalter 343 kann zu diesem Zeitpunkt geschlossen sein.
-
Durch das Laden beider Laptops (oder eines Laptops und eines Mobiltelefons oder eines anderen an das Laptop gekoppelten Geräts) zur selben Zeit können dadurch, dass lediglich eine hocheffiziente Spannungsumwandlung für beide Geräte vorhanden ist, potentielle Energieersparnisse erzielt werden.
-
Zusätzlich kann ein Stromquellengerät gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen als ein Universalladegerät dienen, das in der Lage ist, irgendein mobiles Gerät unabhängig von der Marke, dem Hersteller oder dem Modell zu laden, solange die Geräte USB- oder andere Schnittstellenanschlüsse aufweisen, die arbeiten, wie hier beschrieben. Das Ladegerät von einem Gerät oder Host kann daher verwendet werden, um die Batterie des anderen Geräts oder Hosts aufzuladen, und zwar sogar dann, wenn das Ladegerät nur mit einem von dem Host oder dem Gerät kompatibel ist. Das spart Geld, da Ladegeräte früherer Modelle zur Verwendung beim Laden von Hosts und Geräten neuerer Modelle behalten werden können, wodurch die Bequemlichkeit für den Benutzer gefördert wird.
-
Die hier beschriebenen Ausführungsformen können es auch einem Gerät mit einer nicht abnehmbaren Batterie (z. B. Tablets) ermöglichen, externe Ersatzbatteriepakete aufzuweisen und einen Standard-USB- oder anderen Verbinder zu verwenden, um das Erfordernis eines dedizierten Ladeanschlusses für einige Geräte mit wenig Strom zu beseitigen, die Skalierbarkeit im Hinblick darauf zu ermöglichen, dass sie in der Lage sind, gleichzeitig in mehrere Stromquellen eingesteckt zu werden, um eine höhere kombinierte Stromaufnahme zu ermöglichen, um einen Einbau im laufenden Betrieb zu ermöglichen, indem das Erfordernis des Abschaltens des Hosts und/oder Geräts während des Wechselns von Stromquellen beseitigt wird, ein gemeinsamer Standard über eine große Vielzahl von Geräten und Hosts bereitgestellt wird, um die Wiederverwendung zu fördern, wenn die Geräte oder Hosts auszuwechseln sind, eine Abwärtskompatibilität mit älteren Geräten und/oder Hosts bereitzustellen, die USB-Ladespezifikationen unterstützen, und eine Fähigkeit zum Ändern der Spannung bereitstellen und dadurch ein flexibleres Strommanagement für eine optimale Batterienutzung und eine höhere Effizienz bieten.
-
Sämtliche Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform” in dieser Beschreibung bedeuten, dass ein/e bestimmte/s Merkmal, Struktur oder Eigenschaft, die/das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Die Erwähnungen solcher Ausdrücke an verschiedenen Stellen in der Beschreibung beziehen sich nicht notwendigerweise alle auf dieselbe Ausführungsform. Ferner wird, wenn ein/e bestimmtes Merkmal, Struktur oder Eigenschaft in Verbindung mit irgendeiner Ausführungsform beschrieben wird, zu bedenken gegeben, dass der Fachmann in der Lage ist, ein/e solche/s Merkmal, Struktur oder Eigenschaft in Verbindung mit anderen der Ausführungsformen durchzuführen. Die Merkmale von irgendeiner der Ausführungsformen können mit Merkmalen von irgendeiner anderen Ausführungsform kombiniert werden.
-
Ferner wurden zur Vereinfachung des Verständnisses bestimmte Funktionsblöcke als separate Blöcke abgegrenzt; diese separat abgegrenzten Blöcke sollten indes nicht notwendigerweise in der Reihenfolge ausgelegt werden, in der sie hier erörtert oder auf eine andere Weise dargestellt werden. Zum Beispiel können einige Blöcke in einer alternativen Reihenfolge, gleichzeitig usw. durchgeführt werden.
-
Obgleich die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf eine Anzahl veranschaulichender Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Fachmann zahlreiche andere Abwandlungen und Ausführungen ersinnen kann, die in den Gedanken und Schutzbereich der Grundsätze dieser Erfindung fallen. Genauer gesagt, sind innerhalb des Schutzbereichs der vorhergehenden Offenbarung, der Zeichnungen und der beigefügten Änderungen vernünftige Änderungen und Abwandlungen in den Bauteilen und/oder Anordnungen der Kombinationsanordnung des Gegenstands möglich, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Zusätzlich zu den Änderungen und Abwandlungen in den Bauteilen und/oder Anordnungen sind für den Fachmann auch alternative Verwendungen ersichtlich.
