FR3080195A1 - METHOD AND CONTROLLER FOR MANAGING THE OUTPUT POWER SUPPLY VOLTAGE OF A USB SOURCE DEVICE SUPPORTING THE USB POWER DELIVERY MODE - Google Patents
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Abstract
Le procédé de gestion de la tension d'alimentation (V_BUS1) sur une broche d'alimentation de sortie (VBUS) d'un dispositif source USB (2) supportant le mode de délivrance de puissance USB et couplé à un dispositif récepteur USB (4), le dispositif source USB (2) comprenant un convertisseur de puissance (7) délivrant la tension d'alimentation (V BUS1) et un réseau capacitif (9) couplé au convertisseur de puissance (7), le procédé comprend en réponse à une demande de diminution de la tension d'alimentation (V BUS1) par le dispositif récepteur USB (4) jusqu'à une tension cible (VF), une décharge du réseau capacitif (9) de façon à diminuer la tension d'alimentation (V BUS1), et une délivrance au convertisseur de puissance (7) d'une tension de consigne (Vc) pour la tension d'alimentation (V BUS1), la valeur de la tension de consigne (Vc) étant diminuée de façon non-linéaire pour maintenir la variation temporelle de la tension de consigne (Vc) inférieure à celle de la tension d'alimentation (V BUS1).The method of managing the supply voltage (V_BUS1) on an output power pin (VBUS) of a USB source device (2) supporting the USB power delivery mode and coupled to a USB receiver device (4) ), the USB source device (2) comprising a power converter (7) delivering the supply voltage (V BUS1) and a capacitive network (9) coupled to the power converter (7), the method comprises in response to a request to reduce the supply voltage (V BUS1) by the USB receiver device (4) to a target voltage (VF), a discharge of the capacitive network (9) so as to reduce the supply voltage (V BUS1), and a delivery to the power converter (7) of a setpoint voltage (Vc) for the supply voltage (V BUS1), the value of the target voltage (Vc) being reduced in a non-linear manner to maintain the temporal variation of the reference voltage (Vc) lower than that of the a supply voltage (V BUS1).
Description
Procédé et contrôleur de gestion de la tension d’alimentation de sortie d’un dispositif source USB supportant le mode de délivrance de puissance USBMethod and controller for managing the output supply voltage of a USB source device supporting the USB power delivery mode
Des modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention concernent les dispositifs de bus universel en série (« Universal Serial Bus » : USB en anglais), notamment les dispositifs de bus universel en série supportant le mode de délivrance de puissance USB communément connus par l’homme du métier sous l’acronyme anglais « USB PD » (« USB Power Delivery mode » en anglais), plus particulièrement l’ajustement de la tension transmise sur un câble USB reliant un dispositif USB dit « source » et un dispositif USB dit « récepteur ».Modes of implementation and embodiment of the invention relate to universal serial bus devices ("Universal Serial Bus": USB in English), in particular universal serial bus devices supporting the USB power delivery mode commonly known by a person skilled in the art under the English acronym "USB PD" ("USB Power Delivery Mode" in English), more particularly the adjustment of the voltage transmitted over a USB cable connecting a USB device called "source" and a USB device called "receiver".
Théoriquement, les dispositifs USB supportant le mode de délivrance de puissance USB PD permettent de transmettre, via des broches d’alimentation de sortie communément connues par l’homme du métier sous l’acronyme anglo-saxon « VBUS », jusqu'à 100 W de puissance sur une tension maximale de 20 V et un courant maximal de 5 A.Theoretically, USB devices supporting the USB PD power delivery mode make it possible to transmit, via output power pins commonly known to those skilled in the art under the acronym "VBUS", up to 100 W power on a maximum voltage of 20 V and a maximum current of 5 A.
De ce fait, un dispositif source USB supportant le mode USB PD et délivrant une première puissance à un dispositif récepteur USB, est capable de délivrer en réponse à une demande de changement de puissance par le dispositif récepteur USB, une deuxième puissance différente de la première puissance.As a result, a USB source device supporting the USB PD mode and delivering a first power to a USB receiving device, is capable of delivering in response to a power change request by the USB receiving device, a second power different from the first. power.
Dans un cas où la deuxième puissance demandée est inférieure à la première puissance, le dispositif source USB est configuré pour élaborer sur la broche d’alimentation de sortie VBUS une deuxième tension correspondant à la deuxième puissance à la place d’une première tension correspondant à la première puissance. La deuxième tension est généralement inférieure à la première tension.In a case where the second power requested is less than the first power, the USB source device is configured to develop on the output power supply pin VBUS a second voltage corresponding to the second power instead of a first voltage corresponding to the first power. The second voltage is generally lower than the first voltage.
D’une façon générale, la deuxième tension est élaborée par une diminution de la première tension via des décharges de condensateurs à découplage et une régulation de la tension délivrée sur la broche d’alimentation de sortie VBUS dans une période d’élaboration normalisée, communément connue par l’homme du métier sous l’acronyme anglais « tSrcReady » (« Source Ready time » en anglais »), à savoir généralement égale à 270 ms.In general, the second voltage is produced by a decrease in the first voltage via discharges from decoupling capacitors and a regulation of the voltage delivered to the output power supply pin VBUS in a standardized development period, commonly known by a person skilled in the art under the English acronym "tSrcReady" ("Source Ready time" in English "), namely generally equal to 270 ms.
Cependant, une telle diminution de la première tension conduit généralement à une sous-oscillation (« undershoot » en anglais) de la tension délivrée sur la broche d’alimentation de sortie VBUS.However, such a decrease in the first voltage generally leads to an undershoot of the voltage delivered to the VBUS output power pin.
Si cette tension délivrée sur la broche d’alimentation de sortie VBUS passe au-dessous d’un seuil bas de la validation du dispositif de source USB, communément connu par l’homme du métier sous l’acronyme anglais « vSrcValidlo », le dispositif récepteur USB risque de cesser son fonctionnement de façon fortuite.If this voltage delivered to the VBUS output power pin falls below a low threshold for validating the USB source device, commonly known to those skilled in the art under the acronym "vSrcValidlo", the device USB receiver may unexpectedly stop working.
De surcroît, si la vitesse de la régulation de ladite tension délivrée devient supérieure à celle de la diminution de la tension délivrée liée aux décharges des condensateurs à découplage, ladite régulation est saturée faisant passer le dispositif source USB dans un mode veille pour un temps de repos (« blanking time » en anglais).In addition, if the speed of the regulation of said delivered voltage becomes greater than that of the decrease in the delivered voltage linked to discharges from the decoupling capacitors, said regulation is saturated causing the USB source device to go into standby mode for a time of rest (“blanking time” in English).
Cependant, comme la décharge du réseau capacitif continue à faire décroître ladite tension délivrée pendant que le dispositif source USB est dans le mode veille et comme la régulation sera réactivée seulement à la fin du temps de repos, la valeur de ladite tension délivrée risque de passer au-dessous du seuil « vSrcValid lo » avant la réactivation de la régulation ou ne pas pouvoir atteindre la tension cible avant la fin de la période d’élaboration normalisée « tSrcReady ».However, as the discharge of the capacitive network continues to decrease said delivered voltage while the USB source device is in standby mode and as the regulation will be reactivated only at the end of the rest time, the value of said delivered voltage may pass below the “vSrcValid lo” threshold before reactivation of the regulation or not being able to reach the target voltage before the end of the standard development period “tSrcReady”.
Une solution classique consiste à élaborer un courant constant pour décharger la tension délivrée sur la broche d’alimentation de sortie mais une telle solution exige une adaptation du courant constant pour chaque application du dispositif source USB.A conventional solution consists in developing a constant current to discharge the voltage delivered to the output power pin, but such a solution requires an adaptation of the constant current for each application of the USB source device.
Une autre solution classique prévoit une régulation linéaire de la tension délivrée sur la broche d’alimentation de sortie et une décharge des condensateurs à découplage par des résistances fixes.Another conventional solution provides for linear regulation of the voltage delivered to the output power pin and a discharge of the decoupled capacitors by fixed resistors.
Cependant, afin de maintenir le fonctionnement de la régulation, cette solution exige l’utilisation des petites résistances, ce qui augmente la consommation du dispositif source USB.However, in order to maintain the functioning of the regulation, this solution requires the use of small resistors, which increases the consumption of the USB source device.
Il existe ainsi un besoin de proposer une solution technique à faible complexité et à faible consommation permettant d’assurer le bon fonctionnement d’un dispositif source USB en réponse à une demande de diminution de la tension délivrée sur une broche d’alimentation de sortie et d’éviter une éventuelle sous-oscillation de ladite tension délivrée.There is thus a need to propose a technical solution with low complexity and low consumption making it possible to ensure the proper functioning of a USB source device in response to a request to decrease the voltage delivered on an output power pin and to avoid possible under-oscillation of said delivered voltage.
Selon un aspect, il est proposé un procédé de gestion de la tension d’alimentation sur une broche d’alimentation de sortie d’un dispositif source USB supportant le mode de délivrance de puissance USB et couplé à un dispositif récepteur USB. Le dispositif source USB comprend un convertisseur de puissance délivrant la tension d’alimentation et un réseau capacitif couplé au convertisseur de puissance.According to one aspect, a method of managing the supply voltage on an output power pin of a USB source device supporting the USB power delivery mode and coupled to a USB receiver device is proposed. The USB source device comprises a power converter delivering the supply voltage and a capacitive network coupled to the power converter.
Le procédé comprend en réponse à une demande de diminution de la tension d’alimentation par le dispositif récepteur USB jusqu’à une tension cible, une décharge du réseau capacitif de façon à diminuer la tension d’alimentation, et une délivrance au convertisseur de puissance d’une tension de consigne pour la tension d’alimentation, la valeur du signal de consigne étant diminuée de façon non-linéaire pour maintenir la variation temporelle de la tension de consigne inférieure à celle de la tension d’alimentation.The method comprises in response to a request to decrease the supply voltage by the USB receiving device to a target voltage, discharging the capacitive network so as to reduce the supply voltage, and delivering to the power converter a set voltage for the supply voltage, the value of the set signal being decreased in a non-linear fashion to keep the time variation of the set voltage lower than that of the supply voltage.
Un tel procédé permet avantageusement d’assurer que, pendant l’élaboration de la tension cible, la vitesse de la régulation de la tension d’alimentation est toujours inférieure à la diminution de la tension d’alimentation en fonction de la décharge du réseau capacitif sans implémentation supplémentaire du dispositif source USB telle qu’une source de courant programmable.Advantageously, such a method makes it possible to ensure that, during the development of the target voltage, the speed of regulation of the supply voltage is always less than the decrease in the supply voltage as a function of the discharge of the capacitive network. without additional implementation of the USB source device such as a programmable power source.
Par conséquent, la régulation de la tension d’alimentation est en fonctionnement pendant l’élaboration de la tension cible de façon à éviter une sous-oscillation de la tension d’alimentation voire une déconnexion du dispositif récepteur USB.Consequently, the supply voltage regulation is in operation during the development of the target voltage so as to avoid under-oscillation of the supply voltage or even disconnection of the USB receiver device.
En outre, la diminution non-linéaire de la tension de consigne permet avantageusement l’utilisation de résistances de décharge ayant des valeurs plus élevées de façon à réduire la consommation du dispositif source USB.In addition, the non-linear decrease in the setpoint voltage advantageously allows the use of discharge resistors having higher values so as to reduce the consumption of the USB source device.
Selon un mode de mise en œuvre, la valeur de la tension de consigne est diminuée par palier jusqu’à la tension cible, la marche entre deux paliers voisins étant fixe, et la durée de chaque palier étant égale au produit d’une durée fixe par un premier nombre variable.According to one mode of implementation, the value of the setpoint voltage is decreased in stages to the target voltage, the march between two neighboring stages being fixed, and the duration of each stage being equal to the product of a fixed duration by a variable first number.
A titre d’exemple non limitatif, chaque premier nombre variable peut être déterminé en fonction de la durée fixe, de la tension de consigne, et de ladite marche.By way of nonlimiting example, each first variable number can be determined as a function of the fixed duration, the set voltage, and said step.
En variante, la valeur de la tension de consigne peut par exemple être sélectionnable parmi plusieurs valeurs prédéterminées de la tension d’alimentation, la valeur de la tension cible étant une des valeurs prédéterminées, et la valeur du signal de consigne peut par exemple être diminuée par palier jusqu’à la tension cible. Les paliers correspondent respectivement auxdites valeurs prédéterminées comprises entre la valeur de la tension de consigne et la tension cible. La durée de chaque palier étant égale au produit d’une durée fixe par un deuxième nombre variable. Et le deuxième nombre variable est déterminé en fonction de la tension de consigne courante, de la valeur prédéterminée immédiatement inférieure à la tension de consigne courante, et d’une durée fixe.As a variant, the value of the setpoint voltage can for example be selectable from among several predetermined values of the supply voltage, the value of the target voltage being one of the predetermined values, and the value of the setpoint signal can for example be decreased in stages up to the target voltage. The stages correspond respectively to said predetermined values comprised between the value of the reference voltage and the target voltage. The duration of each level is equal to the product of a fixed duration by a second variable number. And the second variable number is determined based on the current setpoint voltage, the predetermined value immediately below the current setpoint voltage, and a fixed duration.
Selon un autre mode de mise en œuvre, les valeurs prédéterminées de la tension d’alimentation comprennent 20V, 15V, 12V, 9V et 5V.According to another embodiment, the predetermined values of the supply voltage include 20V, 15V, 12V, 9V and 5V.
Selon un autre aspect, il est proposé un contrôleur de gestion de la tension d’alimentation sur une broche d’alimentation de sortie d’un dispositif source USB supportant le mode de délivrance de puissance USB et couplé à un dispositif récepteur USB, le dispositif source USB comprenant un convertisseur de puissance délivrant la tension d’alimentation et un réseau capacitif couplé au convertisseur de puissance. Le contrôleur comprend des moyens de décharge configurés pour, en réponse à une demande de diminution de la tension d’alimentation par le dispositif récepteur USB jusqu’à une tension cible, décharger le réseau capacitif de façon à diminuer la tension d’alimentation, et des moyens de contrôle configurés pour, en réponse à ladite demande, délivrer au convertisseur de puissance d’une tension de consigne pour la tension d’alimentation, et diminuer la valeur du signal de consigne de façon non-linéaire pour maintenir la variation temporelle de la tension de consigne inférieure à celle de la tension d’alimentation.According to another aspect, a controller for managing the supply voltage is proposed on an output supply pin of a USB source device supporting the USB power delivery mode and coupled to a USB receiver device, the device USB source comprising a power converter delivering the supply voltage and a capacitive network coupled to the power converter. The controller comprises discharge means configured to, in response to a request to decrease the supply voltage by the USB receiver device to a target voltage, discharge the capacitive network so as to reduce the supply voltage, and control means configured to, in response to said request, deliver to the power converter a setpoint voltage for the supply voltage, and decrease the value of the setpoint signal in a non-linear manner to maintain the time variation of the setpoint voltage lower than that of the supply voltage.
Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle sont configurés pour diminuer par palier jusqu’à la tension cible, la marche entre deux paliers voisins étant fixe et la durée de chaque palier étant égale au produit d’une durée fixe par un premier nombre variable.According to one embodiment, the control means are configured to decrease in stages to the target voltage, the march between two neighboring stages being fixed and the duration of each stage being equal to the product of a fixed duration by a first number variable.
A titre indicatif non limitatif, les moyens de contrôle peuvent en outre être configurés pour déterminer le nombre variable en fonction de la durée fixe, de la tension de consigne courante, et de ladite marche.By way of non-limiting indication, the control means can also be configured to determine the variable number as a function of the fixed duration, the current setpoint voltage, and said step.
Selon un autre mode de réalisation, la valeur du signal de consigne est sélectionnable parmi plusieurs valeurs prédéterminées de la tension d’alimentation et la valeur de la tension cible est une des valeurs prédéterminées.According to another embodiment, the value of the setpoint signal is selectable from among several predetermined values of the supply voltage and the value of the target voltage is one of the predetermined values.
Les moyens de contrôle sont configurés pour diminuer la valeur du signal de consigne par palier jusqu’à la tension cible. Les paliers correspondent respectivement auxdites valeurs prédéterminées comprises entre la valeur de la tension de consigne et la tension cible, La durée de chaque palier est égale au produit d’une durée fixe par un deuxième nombre variable. Et les moyens de contrôle sont en outre configurés pour déterminer le deuxième nombre variable en fonction de la tension de consigne courante, de la valeur prédéterminée immédiatement inférieure à la tension de consigne courante, et d’une durée fixe.The control means are configured to decrease the value of the setpoint signal in stages to the target voltage. The stages correspond respectively to said predetermined values comprised between the value of the setpoint voltage and the target voltage. The duration of each stage is equal to the product of a fixed duration by a second variable number. And the control means are also configured to determine the second variable number as a function of the current setpoint voltage, of the predetermined value immediately lower than the current setpoint voltage, and of a fixed duration.
Selon encore un autre mode de réalisation, les valeurs prédéterminées de la tension d’alimentation comprennent 20V, 15V, 12V, 9V et 5V.According to yet another embodiment, the predetermined values of the supply voltage include 20V, 15V, 12V, 9V and 5V.
A titre d’exemple non limitatif, le contrôleur peut être réalisé de façon intégrée.By way of nonlimiting example, the controller can be made in an integrated manner.
Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif source USB supportant le mode de délivrance de puissance USB comprenant au moins un contrôleur tel que défini ci-avant.According to another aspect, a USB source device is proposed which supports the USB power delivery mode comprising at least one controller as defined above.
Le dispositif source USB peut par exemple être un dispositif source USB type C.The USB source device can for example be a USB type C source device.
Selon encore un autre aspect, il est proposé un appareil électronique, tel que téléphone portable cellulaire, tablette, ou ordinateur portable, comprenant au moins un dispositif source USB tel que défini ci-dessus.According to yet another aspect, an electronic device is proposed, such as cellular cellular telephone, tablet, or portable computer, comprising at least one USB source device as defined above.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de mise en œuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :Other advantages and characteristics of the invention will appear on examining the detailed description of modes of implementation and embodiments, in no way limiting, and the appended drawings in which:
- les figures 1 à 5 illustrent schématiquement des modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention.- Figures 1 to 5 schematically illustrate modes of implementation and embodiment of the invention.
La référence 1 dans la figure 1 désigne un appareil électronique, ici par exemple un ordinateur portable, comportant un dispositif dit « source » USB 2 supportant le mode de délivrance de puissance USB, étant par exemple compatible avec la norme USB 3.1, et comportant par exemple un connecteur USB 3 réversible qui n’impose pas de sens de branchement, communément connus par l’homme du métier sous le nom de type C.The reference 1 in FIG. 1 designates an electronic device, here for example a portable computer, comprising a device called “source” USB 2 supporting the USB power delivery mode, being for example compatible with the USB 3.1 standard, and comprising by example a reversible USB 3 connector which does not impose a direction of connection, commonly known to those skilled in the art as type C.
Le connecteur 3 de type C est relié, via un câble USB 6 du type C, à un dispositif dit « récepteur » USB 4 supportant également le mode de délivrance de puissance USB, ici par exemple un téléphone portable du type téléphone intelligent (« Smart Phone » en anglais) comportant aussi un connecteur USB 5 de type C.The connector 3 of type C is connected, via a USB cable 6 of type C, to a device known as “receiver” USB 4 also supporting the mode of delivery of power USB, here for example a portable telephone of the smart telephone type (“Smart Phone ”also includes a USB 5 type C connector.
Le dispositif source USB 2 et le dispositif récepteur USB 4 comportent chacun au moins une broche de configuration de canalThe USB source device 2 and the USB receiver device 4 each have at least one channel configuration pin
CCI, au moins une broche de tension d’alimentation de sortie VBUS1 et au moins une broche de masse GND (figure 2). Les broches de même nature sont reliées entre elles par le câble USB 6.CCI, at least one VBUS1 output supply voltage pin and at least one GND ground pin (Figure 2). The pins of the same kind are connected to each other by the USB cable 6.
Il convient de noter que les dispositifs source et récepteur USB mentionnés ci-dessus sont illustrés à titre d’exemple non limitatif. Le dispositif source USB 2 peut par exemple fonctionner en tant que dispositif récepteur USB tandis que le dispositif récepteur USB 4 peut par exemple fonctionner dans certains cas en tant que dispositif source USB.It should be noted that the USB source and receiver devices mentioned above are illustrated by way of non-limiting example. The USB source device 2 can for example function as a USB receiving device while the USB receiving device 4 can for example function in certain cases as a USB source device.
On se réfère maintenant à la figure 2 pour illustrer plus en détails un exemple de réalisation du dispositif source USB 2 comportant en outre un convertisseur de puissance électrique 7, une ligne d’alimentation 8, un réseau capacitif 9, et un contrôleur d’alimentation 10.Referring now to Figure 2 to illustrate in more detail an embodiment of the USB source device 2 further comprising an electrical power converter 7, a power line 8, a capacitive network 9, and a power controller 10.
Le convertisseur de puissance électrique 7 est par exemple un convertisseur du type alternatif/continu (AC/DC) dit « Flyback » en anglais.The electrical power converter 7 is for example a converter of the alternating / continuous type (AC / DC) called "Flyback" in English.
Une entrée d’alimentation 7EA de ce convertisseur 7 est couplée à un réseau d’alimentation électrique 11 fonctionnant en tant que source d’alimentation du dispositif source USB 2.A power input 7EA of this converter 7 is coupled to a power supply network 11 operating as a power source for the USB source device 2.
Une entrée de contrôle 7EC de ce convertisseur 7 est couplée au contrôleur d’alimentation 10.A control input 7EC of this converter 7 is coupled to the power controller 10.
Une sortie 7S de ce convertisseur 7 est couplée à ladite au moins une broche d’alimentation de sortie VBUS1 via la ligne d’alimentation 8.An output 7S of this converter 7 is coupled to said at least one output supply pin VBUS1 via the supply line 8.
Le convertisseur de puissance électrique 7 est configuré pour délivrer à la ligne d’alimentation 8 une tension d’alimentation VBUSl sous contrôle du contrôleur d’alimentation 10.The electrical power converter 7 is configured to deliver to the supply line 8 a supply voltage VBUSl under the control of the supply controller 10.
Le réseau capacitif 9 comporte un premier condensateur Cl couplé entre la sortie 7S du convertisseur de puissance électrique 7 et la masse GND et un deuxième condensateur C2 couplé entre la broche d’alimentation de sortie VBUSl et la masse GND.The capacitive network 9 comprises a first capacitor C1 coupled between the output 7S of the electrical power converter 7 and the ground GND and a second capacitor C2 coupled between the output power supply pin VBUS1 and the ground GND.
Le contrôleur d’alimentation 10 est réalisé de façon intégrée par exemple sous forme d’un microcontrôleur et comporte des moyens de décharge 12, des moyens de rétroaction 13, et des moyens de contrôle 14.The power supply controller 10 is made in an integrated manner, for example in the form of a microcontroller and comprises discharge means 12, feedback means 13, and control means 14.
Les moyens de décharge 12 comportent un premier étage de décharge 12a couplé entre la sortie SI du convertisseur de puissance électrique 7 et la masse GND, et configuré pour décharger le premier condensateur Cl sous contrôle des moyens de contrôle 14, et un deuxième étage de décharge 12b couplé entre ladite au moins une broche d’alimentation de sortie VBUSl et la masse GND, et configuré pour décharger le deuxième condensateur C2 sous contrôle des moyens de contrôle 14.The discharge means 12 comprise a first discharge stage 12a coupled between the output SI of the electric power converter 7 and the ground GND, and configured to discharge the first capacitor C1 under the control of the control means 14, and a second discharge stage 12b coupled between said at least one output supply pin VBUS1 and ground GND, and configured to discharge the second capacitor C2 under control of the control means 14.
A titre d’exemple, le premier étage de décharge 12a comporte une première résistance de décharge RDI et un premier interrupteur IPT1 sous contrôle des moyens de contrôle 14, et le deuxième étage de décharge 12b comporte une deuxième résistance de décharge RD2 et un deuxième interrupteur IPT2 sous contrôle des moyens de contrôle 14.For example, the first discharge stage 12a comprises a first discharge resistance RDI and a first switch IPT1 under control of the control means 14, and the second discharge stage 12b comprises a second discharge resistance RD2 and a second switch IPT2 under control of the control means 14.
Chacun des premier et deuxième interrupteurs IPT1, IPT2 peut par exemple être réalisé sous forme d’un transistor et est configuré pour être dans son état passant sous contrôle des moyens de contrôle 14 lors de ladite décharge du réseau capacitif 9.Each of the first and second switches IPT1, IPT2 can for example be made in the form of a transistor and is configured to be in its state passing under the control of the control means 14 during said discharge from the capacitive network 9.
Les moyens de rétroaction 13 comportent une entrée de détection 13ED couplée à la sortie 7S du convertisseur de puissance électrique 7 et destinée à recevoir la tension d’alimentation V BUSl délivrée par le convertisseur de puissance électrique 7, une entrée de contrôle 13EC couplée aux moyens de contrôle 14 et destinée à recevoir une tension de consigne Vc, et une sortie 13S couplée à l’entrée de contrôle 7EC du convertisseur de puissance électrique 7.The feedback means 13 comprise a detection input 13ED coupled to the output 7S of the electric power converter 7 and intended to receive the supply voltage V BUS1 delivered by the electric power converter 7, a control input 13EC coupled to the means control 14 and intended to receive a reference voltage Vc, and an output 13S coupled to the control input 7EC of the electric power converter 7.
Les moyens de rétroaction 13 sont configurés pour délivrer au convertisseur de puissance électrique 7 une tension de rétroaction en fonction d’une comparaison entre la tension d’alimentation V BUSl et la tension de consigne Vc de façon à réguler la tension d’alimentation VBUSl vers la tension de consigne Vc.The feedback means 13 are configured to supply the electrical power converter 7 with a feedback voltage as a function of a comparison between the supply voltage V BUS1 and the reference voltage Vc so as to regulate the supply voltage VBUSl to the setpoint voltage Vc.
A titre indicatif non limitatif, les moyens de rétroaction 13 peuvent comporter un pont diviseur de tension à résistances variables, une source de courant commandable, un dispositif d’opto-couplage ou une boucle de régulation connus de l’homme du métier.By way of non-limiting indication, the feedback means 13 may include a voltage divider bridge with variable resistances, a controllable current source, an opto-coupling device or a regulation loop known to those skilled in the art.
Les moyens de contrôle 14 sont couplés à au moins une broche de configuration de canal CCI et comportent un premier module de contrôle MCI couplé aux premier et deuxième étages de décharge 12a et 12b et configuré pour contrôler leurs décharges, et un deuxième module de contrôle MC2 couplé à l’entrée de contrôle 7EC du convertisseur de puissance électrique 7 et configuré pour délivrer aux moyens de rétroaction 13 le signal de consigne SC de façon à piloter la régulation de la tension d’alimentation V BUSl via les moyens de rétroaction 13.The control means 14 are coupled to at least one CCI channel configuration pin and comprise a first control module MCI coupled to the first and second discharge stages 12a and 12b and configured to control their discharges, and a second control module MC2 coupled to the control input 7EC of the electrical power converter 7 and configured to deliver to the feedback means 13 the reference signal SC so as to control the regulation of the supply voltage V BUS1 via the feedback means 13.
Le deuxième module de contrôle MC2 comporte un convertisseur numérique-analogique 15 (« digital-analog converter » : DAC en anglais) configuré pour délivre la tension de consigne Vc sous contrôle d’un signal de contrôle SC, et un étage de contrôle 16 configuré pour délivrer au convertisseur numérique-analogique 15 le signal de contrôle SC de façon à piloter la variation du signal de consigne SC.The second control module MC2 comprises a digital-analog converter 15 (“digital-analog converter”: DAC in English) configured to deliver the reference voltage Vc under the control of a control signal SC, and a control stage 16 configured to deliver to the digital-analog converter 15 the control signal SC so as to control the variation of the reference signal SC.
Lorsque le dispositif récepteur USB 4 (figure 1) demande une puissance d’alimentation inférieure à la tension d’alimentation V BUSl délivrée par le dispositif source USB 2, le dispositif récepteur USB 4 est configuré pour délivrer aux moyens de contrôle 14 du dispositif source USB 2 via la broche de configuration de canal CCI une demande de diminution de la tension d’alimentation V BUSl jusqu’à une tension cible VF.When the USB receiver device 4 (FIG. 1) requests a power supply lower than the supply voltage V BUS1 delivered by the USB source device 2, the USB receiver device 4 is configured to deliver to the control means 14 of the source device USB 2 via the CCI channel configuration pin, a request to decrease the supply voltage V BUSl to a target voltage VF.
Le premier module de contrôle MCI est configuré pour décharger le réseau capacitif 9 de façon à diminuer la tension d’alimentation V BUS1 et le deuxième module de contrôle MC2 est configuré pour piloter la régulation de la tension de consigne que doit suivre la tension d’alimentation VBUSl.The first MCI control module is configured to discharge the capacitive network 9 so as to reduce the supply voltage V BUS1 and the second MC2 control module is configured to control the regulation of the reference voltage which the voltage must follow. VBUSl power supply.
A titre d’exemple non limitatif, la tension d’alimentation VBUSl avant la demande de diminution est de 20V et la tension cible est de 5V.By way of nonlimiting example, the supply voltage VBUSl before the decrease request is 20V and the target voltage is 5V.
En fonction de la résolution du convertisseur numérique analogique 15, on obtient à sa sortie un pas minimal de variation en tension Vstep (« voltage step » en anglais), correspondant à la variation minimale atteignable par le convertisseur numérique analogique 15, ici par exemple Vstep = 12,5mV. Le temps nécessaire pour effectuer un pas minimal de variation en tension Vstep, autrement dit un pas minimal de variation en temps (« time step » en anglais), est déterminé par un signal d’horloge du contrôleur d’alimentation 10, ici par exemple on a Tstep = l/32768s.Depending on the resolution of the digital analog converter 15, a minimum voltage variation step Vstep (“voltage step”) is obtained at its output, corresponding to the minimum variation attainable by the digital analog converter 15, here for example Vstep = 12.5mV. The time necessary to carry out a minimum step of variation in voltage Vstep, in other words a minimum step of variation in time ("time step" in English), is determined by a clock signal from the power supply controller 10, here for example we have Tstep = l / 32768s.
Une solution classique de l’art antérieur consiste à diminuer de façon linéaire la valeur de la tension de consigne Vc que doit suivre la tension d’alimentation V BUSl.A conventional solution of the prior art consists in linearly decreasing the value of the reference voltage Vc which the supply voltage V BUSl must follow.
Cela étant, afin de maintenir le fonctionnement des moyens de rétroaction 13, la variation temporelle de la tension de consigne Vc, autrement dit la dérivée par rapport au temps de la tension de consigne Vc, doit être inférieure à la vitesse de variation de la tension d’alimentation V BUSl.However, in order to maintain the operation of the feedback means 13, the time variation of the setpoint voltage Vc, in other words the derivative with respect to time of the setpoint voltage Vc, must be less than the rate of change of the voltage V BUSl.
Comme la tension d’alimentation V BUSl continue à diminuer, c’est la tension cible VF qui est critique pour assurer le bon fonctionnement des moyens de rétroaction 13. On a donc dVc VF ~dF< RC où R est la résistance équivalente des résistances de décharge RDI et RD2 du premier étage de décharge 12a et du deuxième étage de décharge 12b et C est la capacité équivalente des condensateurs Cl et C2 du réseau capacitif 9.As the supply voltage V BUSl continues to decrease, it is the target voltage VF which is critical for ensuring the proper functioning of the feedback means 13. We therefore have dVc VF ~ dF < RC where R is the equivalent resistance of the resistors discharge RDI and RD2 of the first discharge stage 12a and of the second discharge stage 12b and C is the equivalent capacity of the capacitors Cl and C2 of the capacitive network 9.
Pour le convertisseur dit « Flyback » 7 avec VF = 5V, C = 1000pF et — = 15V/200ms, la résistance équivalente R doit être inférieure à 66 ohms.For the so-called “Flyback” converter 7 with VF = 5V, C = 1000pF and - = 15V / 200ms, the equivalent resistance R must be less than 66 ohms.
Il convient de noter que le convertisseur 7 peut également être une alimentation à découpage ou un convertisseur du type DC/DC dit « Buck » connu de l’homme du métier. Dans un cas où VF = 5V, C = 200pF et — = 15V/200ms , la résistance équivalente R doit être inférieure à 330 ohms.It should be noted that the converter 7 can also be a switching power supply or a DC / DC type converter called "Buck" known to those skilled in the art. In a case where VF = 5V, C = 200pF and - = 15V / 200ms, the equivalent resistance R must be less than 330 ohms.
Avec ces valeurs de la résistance équivalente R, le courant de décharge au début de la décharge du réseau capacitif 9 ainsi que la consommation du dispositif source USB 2 sont élevés.With these values of the equivalent resistance R, the discharge current at the start of the discharge of the capacitive network 9 as well as the consumption of the USB source device 2 are high.
Ainsi, selon un aspect de l’invention, le contrôleur d’alimentation 10 est configuré pour, en recevant la demande de diminution de la tension d’alimentation VBUSl, décharger le réseau capacitif 9 de façon à diminuer la tension d’alimentation V BUSl, et délivrer au convertisseur de puissance 7 la tension de consigne Vc que doit suivre la tension d’alimentation V BUSl.Thus, according to one aspect of the invention, the power controller 10 is configured to, on receiving the request to decrease the power supply voltage VBUSl, discharge the capacitive network 9 so as to reduce the power supply voltage V BUSl , and deliver to the power converter 7 the reference voltage Vc which the supply voltage V BUS1 must follow.
La valeur de la tension de consigne Vc est diminuée de façon non-linéaire.The value of the setpoint voltage Vc is reduced in a non-linear fashion.
Plus précisément, la valeur de la tension de consigne Vc est diminuée par palier jusqu’à la tension cible VF.More precisely, the value of the setpoint voltage Vc is decreased in stages to the target voltage VF.
La marche entre deux paliers est fixe. La durée de chaque palier est variable et égale au produit d’une durée fixe par un premier nombre variable.The step between two landings is fixed. The duration of each level is variable and equal to the product of a fixed duration by a first variable number.
La marche entre deux paliers est ici le pas minimal de variation en tension Vstep. La durée fixe est ici le pas minimal de variation en temps Tstep.The step between two bearings is here the minimum step of variation in voltage Vstep. The fixed duration is here the minimum step of variation in time Tstep.
Le premier nombre variable Nstepl est déterminé en fonction de la durée fixe Tstep, de la tension de consigne Vc courante, et de ladite marche Vstep.The first variable number Nstepl is determined as a function of the fixed duration Tstep, of the current setpoint voltage Vc, and of said step Vstep.
On a par exempleWe have for example
Tstep * R * CTstep * R * C
Nstepl =Nstepl =
Vstep * Vc où le symbole [ 1 représente la notation de la partie entière par excès (« ceiling » en anglais).Vstep * Vc where the symbol [1 represents the notation of the whole part by excess (“ceiling” in English).
Il convient de noter que la tension de consigne diminue en fonction du temps. Par conséquent, le premier nombre variable Nstepl augmente en fonction du temps.It should be noted that the setpoint voltage decreases as a function of time. Consequently, the first variable number Nstepl increases as a function of time.
La figure 3 illustre un exemple de variation du premier nombre variable Nstepl en fonction de la tension de consigne Vc.FIG. 3 illustrates an example of variation of the first variable number Nstepl as a function of the reference voltage Vc.
Lorsque la valeur de la tension de consigne Vc est supérieure à 17V, le premier nombre Nstepl est égal à 3. La valeur du premier nombre Nstepl atteint 10 lorsque la tension de consigne Vc est égale à la tension cible VF, c'est-à-dire 5V.When the value of the setpoint voltage Vc is greater than 17V, the first number Nstepl is equal to 3. The value of the first number Nstepl reaches 10 when the setpoint voltage Vc is equal to the target voltage VF, i.e. - say 5V.
Comme illustré sur la figure 3, la vitesse de variation de la tension de consigne Vc au début de la décharge du réseau capacitif 9 est plus élevée. Plus précisément, la tension de consigne Vc est diminuée d’un pas minimal de variation en tension Vstep au bout de trois pas minimaux de variation en temps Tstep.As illustrated in FIG. 3, the speed of variation of the reference voltage Vc at the start of the discharge of the capacitive network 9 is higher. More precisely, the setpoint voltage Vc is reduced by a minimum step of variation in voltage Vstep after three minimum steps of variation in time Tstep.
En revanche, la vitesse de variation de la tension de consigne Vc à la fin de la décharge du réseau capacitif 9 est moins élevée, il faut attendre dix pas minimaux de variation en temps Tstep pour avoir une diminution d’un pas minimal de variation en tension Vstep sur la tension de consigne Vc. Autrement, on peut avantageusement avoir un courant de décharge moins important à la fin de la décharge.On the other hand, the speed of variation of the reference voltage Vc at the end of the discharge of the capacitive network 9 is lower, it is necessary to wait ten minimum steps of variation in time Tstep to have a decrease of a minimum step of variation in voltage Vstep on the setpoint voltage Vc. Otherwise, it is advantageous to have a lower discharge current at the end of the discharge.
De ce fait, une plus grande résistance équivalente R, par exemple de 120 ohms, peut avantageusement être utilisée dans une configuration par exemple avec un convertisseur dit « Flyback », de façon à réduire la consommation du dispositif source USB.Therefore, a greater equivalent resistance R, for example of 120 ohms, can advantageously be used in a configuration for example with a so-called “flyback” converter, so as to reduce the consumption of the USB source device.
En variante, le deuxième module de contrôle MC2 du dispositif source USB 2 peut comporter (figure 4) au lieu du convertisseur numérique analogique 15, un diviseur de tension 17, connu de l’homme du métier, de façon à délivrer la tension de consigne Vc dont la valeur est sélectionnable parmi une série de valeurs prédéterminées Vp de la tension d’alimentation V BUS1.As a variant, the second control module MC2 of the USB source device 2 may comprise (FIG. 4) instead of the digital analog converter 15, a voltage divider 17, known to those skilled in the art, so as to deliver the reference voltage Vc whose value is selectable from a series of predetermined values Vp of the supply voltage V BUS1.
Ces valeurs prédéterminées Vp de la tension d’alimentation V_BUS1 comportent par exemple 20V, 15V, 12V, 9V, 5V, conformément à la norme USB 3.1 et la tension cible VF est par exemple aussi sélectionnée dans ces valeurs prédéterminées.These predetermined values Vp of the supply voltage V_BUS1 comprise for example 20V, 15V, 12V, 9V, 5V, in accordance with the USB 3.1 standard and the target voltage VF is for example also selected from these predetermined values.
Dans ce cas-là, les moyens de contrôle 10 sont configurés pour diminuer la valeur de la tension de consigne Vc par palier jusqu’à la tension cible VF.In this case, the control means 10 are configured to decrease the value of the setpoint voltage Vc in stages to the target voltage VF.
Les paliers correspondent respectivement auxdites valeurs prédéterminée comprises entre la valeur de consigne Vc et la tension cible VF.The stages correspond respectively to said predetermined values comprised between the set value Vc and the target voltage VF.
Par exemple, pour une demande de diminution de la tension d’alimentation V BUSl de 20V à 9V, il faut faire décroître la valeur de la tension de consigne Vc de 20V à 15V, et puis de 15V à 12V, et enfin de 12V à 9V. Les paliers correspondants sont de 20V, 15V, 12V et 9V.For example, for a request to decrease the supply voltage V BUSl from 20V to 9V, the value of the setpoint voltage Vc must be decreased from 20V to 15V, and then from 15V to 12V, and finally from 12V to 9V. The corresponding steps are 20V, 15V, 12V and 9V.
La durée de chaque palier est variable et égale au produit d’une durée fixe par un deuxième nombre variable.The duration of each level is variable and equal to the product of a fixed duration by a second variable number.
Autrement dit, la valeur de tension de consigne Vc courante est basculée à la valeur prédéterminée Vci immédiatement inférieure à la tension de consigne Vc courante à la fin de ladite durée.In other words, the current setpoint voltage Vc is switched to the predetermined value Vci immediately lower than the current setpoint voltage Vc at the end of said duration.
La durée fixe peut par exemple également être le pas minimal de variation en temps Tstep.The fixed duration can for example also be the minimum step of variation in time Tstep.
Le deuxième nombre variable Nstep2 est déterminé en fonction de la tension de consigne Vc courante, de la valeur prédéterminée Vci immédiatement inférieure à la tension de consigne Vc courante, et de la durée fixe Tstep.The second variable number Nstep2 is determined as a function of the current setpoint voltage Vc, of the predetermined value Vci immediately lower than the current setpoint voltage Vc, and of the fixed duration Tstep.
Le deuxième nombre variable Nstep2 est calculé par exemple comme ci-dessous :The second variable number Nstep2 is calculated for example as below:
R«C*ln(îS)R "C * ln (Is)
Nstep2 =---Tstep où R est la résistance équivalente des résistances de décharge RDI et RD2 du premier étage de décharge 12a et du deuxième étage de décharge 12b et C est la capacité équivalente des condensateurs Cl et C2 du réseau capacitif 9.Nstep2 = --- Tstep where R is the equivalent resistance of the discharge resistors RDI and RD2 of the first discharge stage 12a and the second discharge stage 12b and C is the equivalent capacity of the capacitors Cl and C2 of the capacitive network 9.
Avec par exemple R = 120 ohms, C = 100 pF, on peut trouver sur la figure 5 les valeurs du deuxième nombre variable Nstep2 calculées.With for example R = 120 ohms, C = 100 pF, one can find on figure 5 the values of the second variable number Nstep2 calculated.
Si la tension de consigne Vc courante est de 20V et la tension cible est de 5V, il faut tout d’abord attendre 1130 pas minimaux de variation en temps Tstep avant de basculer à la valeur prédéterminée Vci immédiatement inférieure à la tension de consigne Vc courante, à savoir à 15V.If the current setpoint voltage Vc is 20V and the target voltage is 5V, it is first necessary to wait for 1130 minimum steps of variation in time Tstep before switching to the predetermined value Vci immediately below the current setpoint voltage Vc , namely at 15V.
Et puis la tension de consigne Vc courante devient 15V et le deuxième nombre variable Nstep 2 est déterminé en fonction de cette valeur de consigne Vc courante, de la valeur prédéterminée Vci immédiatement inférieure à la tension de consigne Vc courante, c'està-dire 12V, et de la durée fixe Tstep. Il faut alors attendre 887 Tstep avant le basculement de la tension de consigne Vc de 15V à 12V.And then the current setpoint voltage Vc becomes 15V and the second variable number Nstep 2 is determined as a function of this current setpoint value Vc, of the predetermined value Vci immediately lower than the current setpoint voltage Vc, that is to say 12V , and the fixed duration Tstep. It is then necessary to wait for 887 Tstep before switching the setpoint voltage Vc from 15V to 12V.
De la même façon, on attend 1130 Tstep avant le basculement de la tension de consigne Vc de 12V à 9V et enfin 2309 Tstep avant de basculer la tension de consigne Vc de 9V à 5V.Similarly, we wait 1130 Tstep before switching the setpoint voltage Vc from 12V to 9V and finally 2309 Tstep before switching the setpoint voltage Vc from 9V to 5V.
Ainsi, on obtient une régulation non-linéaire de la tension d’alimentation sur une broche d’alimentation de sortie d’un dispositif source USB permettant non seulement d’éviter d’éventuelles sousoscillations de la tension d’alimentation de façon à assurer le bon fonctionnement du dispositif source USB et aussi d’utiliser une plus grande résistance, par exemple 120 ohms au lieu de 66 ohms dans le cas d’un convertisseur dit « Flyback », de façon à économiser la consommation sans apporter des modifications supplémentaires sur la structure du dispositif source USB.Thus, a non-linear regulation of the supply voltage is obtained on an output supply pin of a USB source device, making it possible not only to avoid possible under-oscillations of the supply voltage so as to ensure the correct operation of the USB source device and also to use a higher resistance, for example 120 ohms instead of 66 ohms in the case of a so-called “flyback” converter, so as to save consumption without making any additional modifications to the structure of the USB source device.
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