TW201351838A - 通用充電偵測器與通用充電偵測方法 - Google Patents

Abstract

一種通用充電偵測器與通用充電偵測方法在此揭露，其中之通用充電偵測器適用於充電裝置，充電裝置用以經由通用串列匯流排連接至少一電子裝置，通用充電偵測器包括電壓輸出單元、電流感測單元、電流位準偵測器與狀態機。電壓輸出單元電性連接通用串列匯流排，電流感測單元用以將充電裝置對於通用串列匯流排的輸出電流轉換成一感測電壓；電流位準偵測器用以根據感測電壓的位準，輸出一偵測訊號；狀態機用以根據偵測訊號的位準，令電壓輸出單元去調整通用串列匯流排的第一、第二資料訊號端之間的電壓。

Description

通用充電偵測器與通用充電偵測方法

本發明是有關於一種充電器，且特別是有關於一種通用充電偵測器與通用充電偵測方法。

充電器在各個領域用途廣泛，特別是在生活領域被廣泛用於手機、相機等等常見電器。充電器是採用電力電子半導體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場合，充電器具有廣泛的應用前景。

然而，現今在使用USB接頭之充電器，各廠有不同規範，互不相容，造成硬體充電種類繁多，使得USB充電器需求繁雜。

由此可見，上述現有的充電機制，顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。因此，如何能更實現通用充電器功能，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

因此，本發明之一態樣是在提供一種通用充電偵測器與通用充電偵測方法，用以解決先前技術的問題。

依據本發明一實施例，通用充電偵測器適用於充電裝置，充電裝置用以經由通用串列匯流排(USB)連接至少一電子裝置，通用充電偵測器包括電壓輸出單元、電流感測單元、電流位準偵測器與狀態機。電壓輸出單元電性連接通用串列匯流排，電流感測單元用以將充電裝置對於通用串列匯流排的輸出電流轉換成一感測電壓；電流位準偵測器用以根據感測電壓的位準，輸出一偵測訊號；狀態機用以根據偵測訊號的位準，令電壓輸出單元去調整通用串列匯流排的第一、第二資料訊號端(即，D+、D-)之間的電壓。

電流位準偵測器包括比較單元。比較單元用以比較感測電壓與一參考電壓，其中當感測電壓高於參考電壓，偵測訊號為一邏輯高位準；當感測電壓低於參考電壓，偵測訊號為一邏輯低位準。

狀態機可預載複數個不同的電壓狀態。當偵測訊號為邏輯低位準時，狀態機週期性地輪流選用這些電壓狀態，令電壓輸出單元逐一依據這些電壓狀態以設定第一、第二資料訊號端之間的電壓。

當狀態機選用這些電壓狀態中之一者，使得偵測訊號為邏輯高位準時，狀態機鎖定在該者之電壓狀態，令電壓輸出單元根據該者之電壓狀態以固定第一、第二資料訊號端之間的電壓。

當偵測訊號維持在邏輯高位準超過一預定時間時，狀態機才鎖定在該者之電壓狀態。

依據本發明另一實施例，一種通用充電偵測方法，適 用於一充電裝置，充電裝置用以經由通用串列匯流排連接至少一電子裝置，通用充電偵測方法包括下列步驟：(a)將充電裝置對於通用串列匯流排的輸出電流Io轉換成一感測電壓，其中通用串列匯流排具有第一資料訊號端與第二資料訊號端；(b)根據感測電壓的位準，輸出偵測訊號Det；(c)根據偵測訊號的位準，調整第一資料訊號端、第二資料訊號端之間的電壓。

步驟(b)包括：比較感測電壓與一參考電壓，以輸出偵測訊號，其中當感測電壓高於參考電壓，偵測訊號為一邏輯高位準；當感測電壓低於參考電壓，偵測訊號為一邏輯低位準。

步驟(c)包括：當偵測訊號為邏輯低位準時，週期性地輪流選用不同的電壓狀態，以逐一依據這些電壓狀態以調整第一、第二資料訊號端之間的電壓。

步驟(c)更包括：當選用這些電壓狀態中之一者，使得偵測訊號為邏輯高位準時，鎖定在該者之電壓狀態，以根據者之電壓狀態以固定第一、第二資料訊號端之間的電壓。

再者，於步驟(c)中，當偵測訊號維持在邏輯高位準超過一預定時間時，才鎖定在該者之電壓狀態。

綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，可達到相當的技術進步，並具有產業上的廣泛利用價值，其至少具有下列優點：1.本發明之通用充電偵測器與通用充電偵測方法，可 依各充電規範定義之電子裝置，作適當的充電模式判斷，自動適應充電規範需要，可實現通用充電器功能；以及2.藉由調整USB的第一、第二資料訊號端(即，D+、D-)之間的電壓，以符合各廠牌電子裝置的規範。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。

本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』係用以修飾任何可些微變化的數量，但這種些微變化並不會改變其本質。於實施方式中若無特別說明，則代表以『約』、『大約』或『大致』所修飾之數值的誤差範圍一般是容許在百分之二十以內，較佳地是於百分之十以內，而更佳地則是於百分五之以內。

第1圖是依照本發明一實施例之一種充電裝置100連接電子裝置120的示意圖。如第1圖所示，充電裝置100經由通用串列匯流排(USB)110連接電子裝置120。一般而言，通用串列匯流排110具有電源端PWR、接地端GND、 第一資料訊號端D+與第二資料訊號端D-，在設計上，第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-是用來傳輸資料，電源端與接地端用來傳輸電力。然，在充電時，第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓必須符合電子裝置120的充電規範，否則充電裝置100能施予通用串列匯流排110的輸出電流極低。

由於各廠牌電子裝置120的充電規範不盡相同，因此本發明之目的是提出一種通用充電偵測器，其可適用於充電裝置100，或是廣泛地運用在相關之技術環節。值得注意的是，本發明之通用充電偵測器可依各充電規範定義之電子裝置120，作適當的充電模式判斷，自動適應充電規範需要，可實現通用充電器功能。以下將搭配第2~5圖來說明通用充電偵測器之具體實施方式。

第2圖是依照本發明一實施例之一種通用充電偵測器200的方塊圖。如第2圖所示，通用充電偵測器200包括電流感測單元210、電流位準偵測器220、狀態機230與電壓輸出單元240。在結構上，電流感測單元210電性連接電流位準偵測器220，電流位準偵測器220電性連接狀態機230，狀態機230電性連接電壓輸出單元240，電壓輸出單元240電性連接如第1圖之通用串列匯流排110。

電流感測單元210用以將充電裝置100對於通用串列匯流排110的輸出電流Io轉換成感測電壓Vcs。若第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓不符電子裝置120的充電規範，則輸出電流Io極低，感測電壓Vcs的位準也偏低；相反地，若第一資料訊號端D+、第二資料訊 號端D-之間的電壓符合電子裝置120的充電規範，則輸出電流Io較高，感測電壓Vcs的位準較高。

電流位準偵測器220用以根據感測電壓Vcs的位準，輸出偵測訊號Det。狀態機230用以根據偵測訊號Det的位準，令電壓輸出單元240去調整通用串列匯流排110的第一、第二資料訊號端(D+、D-)之間的電壓，藉以使第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓符合電子裝置120的充電規範，實現通用充電器功能。

為了對上述之電流位準偵測器220作更具體的闡述，請參照第3圖，第3圖是依照本發明一實施例之一種電流位準偵測器的示意圖。如第3圖所示，電流位準偵測器220包括比較單元221。比較單元221用以比較感測電壓Vcs與參考電壓Vref，以輸出偵測訊號Det。當感測電壓Vcs高於參考電壓Vref，偵測訊號Det為邏輯高位準(即，“1”)，代表目前第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓已符合電子裝置120的充電規範；當感測電壓Vcs低於參考電壓Vref，偵測訊號為邏輯低位準(即，“0”)，代表目前第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓不符合電子裝置120的充電規範，其中「參考電壓Vref」可由設計人員視實際應用來設定其具體數值。

接下來，請參照第4圖，第4圖是依照本發明一實施例之一種狀態機在運作時的示意圖。如第4圖所示，狀態機230可預載複數個不同的電壓狀態231、232、233，以對應不同廠牌電子裝置120的充電規範。當偵測訊號Det為邏輯低位準時，代表目前第一資料訊號端D+、第二資料 訊號端D-之間的電壓仍不符合電子裝置120的充電規範，狀態機230週期性地輪流選用這些電壓狀態231、232、233，令電壓輸出單元240逐一依據這些電壓狀態以設定第一、第二資料訊號端(D+、D-)之間的電壓，直到第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓符合電子裝置120的充電規範為止。

當狀態機230選到這些電壓狀態231、232、233中之某一者，使得偵測訊號Det為邏輯高位準時，代表目前第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓已符合電子裝置120的充電規範，因此狀態機鎖230定在該者之電壓狀態，令電壓輸出單元240根據該者之電壓狀態以固定第一、第二資料訊號端(D+、D-)之間的電壓。藉此，充電器100得以順利為電子裝置120充電。

於一實施例中，當偵測訊號Det需維持在邏輯高位準超過一預定時間時，狀態機230才鎖定在該者之電壓狀態，藉以避免雜訊、突波之干擾而造成誤判。實作上，可由狀態機230內部或外部的計時器來計算時間，至於「預定時間」的長短可由設計人員視實際應用來設定之。

第5圖是依照本發明一實施例之一種電壓輸出單元240的等效電路圖。藉由調整USB的第一、第二資料訊號端(D+、D-)之間的電壓，得以符合各廠牌電子裝置的規範。

如上所述之電流位準偵測器220、狀態機230與電壓輸出單元240等元件，其具體實施方式可為軟體、硬體與/或軔體。舉例來說，若以執行速度及精確性為首要考量， 則該等單元基本上可選用硬體與/或軔體為主；若以設計彈性為首要考量，則該等單元基本上可選用軟體為主；或者，該等單元可同時採用軟體、硬體及軔體協同作業。應瞭解到，以上所舉的這些例子並沒有所謂孰優孰劣之分，亦並非用以限制本發明，熟習此項技藝者當視當時需要，彈性選擇該等元件的具體實施方式。

如上所述之之電流位準偵測器220、狀態機230與電壓輸出單元240等元件，係依據其所執行的功能予以命名，僅為了讓本案之技術更加明顯易懂，並非限定元件之數量以及硬體配置。將多個元件予以整合成同一元件或分拆成更多個元件，或者將一元件的功能更換到另一元件中執行，皆仍屬於本發明之實施方式。

本發明之另一目的是提出一種通用充電偵測器，其可適用於充電裝置100，充電裝置100用以經由通用串列匯流排110連接至少一電子裝置120，通用充電偵測方法包括下列步驟：(a)將充電裝置100對於通用串列匯流排110的輸出電流Io轉換成一感測電壓Vcs，其中通用串列匯流排110具有第一資料訊號端D+與第二資料訊號端D-；(b)根據感測電壓Vcs的位準，輸出偵測訊號Det；(c)根據偵測訊號Det的位準，調整第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓，藉以使第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓符合電子裝置120的充電規範，實現通用充電器功能。

應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同 時或部分同時執行。至於實施該些步驟的硬體裝置，由於以上實施例已具體揭露，因此不再重複贅述之。

步驟(b)包括：比較感測電壓Vcs與參考電壓Vref，以輸出偵測訊號Det，其中當感測電壓Vcs高於參考電壓Vref，偵測訊號Det為邏輯高位準(“1”)；當感測電壓高於參考電壓，偵測訊號Det為邏輯低位準(“0”)。

步驟(c)包括：當偵測訊號Det為邏輯低位準時，週期性地輪流選用不同的電壓狀態231~233，以逐一依據這些電壓狀態以設定第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓。

步驟(c)更包括：當選用這些電壓狀態231~233中之一者，使得偵測訊號Det為邏輯高位準時，鎖定在該者之電壓狀態，以根據該者之電壓狀態以固定第一資料訊號端D+、第二資料訊號端D-之間的電壓。藉此，充電器100得以順利為電子裝置120充電。

再者，於步驟(c)中，當偵測訊號Det維持在邏輯高位準超過一預定時間時，才鎖定在該者之電壓狀態，藉以避免雜訊、突波之干擾而造成誤判。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧充電裝置

110‧‧‧通用串列匯流排

120‧‧‧電子裝置

200‧‧‧通用充電偵測器

210‧‧‧電流感測單元

220‧‧‧電流位準偵測器

221‧‧‧比較單元

230‧‧‧狀態機

231~233‧‧‧電壓狀態

240‧‧‧電壓輸出單元

D+‧‧‧第一資料訊號端

D-‧‧‧第二資料訊號端

Det‧‧‧偵測訊號

GND‧‧‧接地端

Io‧‧‧輸出電流

PWR‧‧‧電源端

Vcs‧‧‧感測電壓

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖是依照本發明一實施例之一種充電裝置連接電子裝置的示意圖；以及第2圖是依照本發明一實施例之一種通用充電偵測器的方塊圖；第3圖是依照本發明一實施例之一種電流位準偵測器的示意圖；第4圖是依照本發明一實施例之一種狀態機在運作時的示意圖；以及第5圖是依照本發明一實施例之一種電壓輸出單元的等效電路圖。

110‧‧‧通用串列匯流排

200‧‧‧通用充電偵測器

210‧‧‧電流感測單元

220‧‧‧電流位準偵測器

230‧‧‧狀態機

240‧‧‧電壓輸出單元

D+‧‧‧第一資料訊號端

D-‧‧‧第二資料訊號端

Det‧‧‧偵測訊號

Io‧‧‧輸出電流

Vcs‧‧‧感測電壓

Claims (10)

1. 一種通用充電偵測器，適用於一充電裝置，該充電裝置用以經由一通用串列匯流排連接至少一電子裝置，該通用充電偵測器包含：一電壓輸出單元，電性連接該通用串列匯流排，該通用串列匯流排具有一第一資料訊號端與一第二資料訊號端；一電流感測單元，用以將該充電裝置對於該通用串列匯流排的輸出電流轉換成一感測電壓；一電流位準偵測器，用以根據該感測電壓的位準，輸出一偵測訊號；一狀態機，用以根據該偵測訊號的位準，令該電壓輸出單元去調整該第一、第二資料訊號端之間的電壓。
2. 如請求項1所述之通用充電偵測器，其中該電流位準偵測器包含：一比較單元，用以比較該感測電壓與一參考電壓，其中當該感測電壓高於該參考電壓，該偵測訊號為一邏輯高位準；當該感測電壓低於該參考電壓，該偵測訊號為一邏輯低位準。
3. 如請求項2所述之通用充電偵測器，其中該狀態機預載複數個不同的電壓狀態；當該偵測訊號為該邏輯低位準時，該狀態機週期性地輪流選用該些電壓狀態，令該電 壓輸出單元逐一依據該些電壓狀態以設定該第一、第二資料訊號端之間的電壓。
4. 如請求項3所述之通用充電偵測器，其中當狀態機選用該些電壓狀態中之一者，使得該偵測訊號為該邏輯高位準時，該狀態機鎖定在該者之電壓狀態，令該電壓輸出單元根據該者之電壓狀態以固定該第一、第二資料訊號端之間的電壓。
5. 如請求項4所述之通用充電偵測器，其中當該偵測訊號維持在該邏輯高位準超過一預定時間時，該狀態機才鎖定在該者之電壓狀態。
6. 一種通用充電偵測方法，適用於一充電裝置，該充電裝置用以經由一通用串列匯流排連接至少一電子裝置，該通用充電偵測方法包含：(a)將該充電裝置對於該通用串列匯流排的輸出電流轉換成一感測電壓，其中該通用串列匯流排具有一第一資料訊號端與一第二資料訊號端；(b)根據該感測電壓的位準，輸出一偵測訊號；(c)根據該偵測訊號的位準，調整該第一、第二資料訊號端之間的電壓。
7. 如請求項6所述之通用充電偵測方法，其中步驟(b)包含： 比較該感測電壓與一參考電壓，以輸出該偵測訊號，其中當該感測電壓高於該參考電壓，該偵測訊號為一邏輯高位準；當該感測電壓低於該參考電壓，該偵測訊號為一邏輯低位準。
8. 如請求項7所述之通用充電偵測方法，其中步驟(c)包含：當該偵測訊號為該邏輯低位準時，週期性地輪流選用不同的電壓狀態，以逐一依據該些電壓狀態以設定該第一、第二資料訊號端之間的電壓。
9. 如請求項8所述之通用充電偵測方法，其中步驟(c)更包含：當選用該些電壓狀態中之一者，使得該偵測訊號為該邏輯高位準時，鎖定在該者之電壓狀態，以根據該者之電壓狀態以固定該第一、第二資料訊號端之間的電壓。
10. 如請求項9所述之通用充電偵測方法，其中當該偵測訊號維持在該邏輯高位準超過一預定時間時，該狀態機才鎖定在該者之電壓狀態。