TW201516637A

TW201516637A - 通用串列匯流排的集線裝置及其電力管理方法

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Publication number: TW201516637A
Application number: TW102139586A
Authority: TW
Inventors: Meng-Chieh Tsai; Po-Yu Li; Kuan-Chi Juan; Che-Wei Lin
Original assignee: Acer Inc
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-05-01
Also published as: US20150121095A1

Abstract

一種通用串列匯流排的集線裝置及其電力管理方法。此集線裝置包括至少一匯流排電力傳輸埠、至少一通用序列匯流排埠以及控制單元。控制單元偵測至少一匯流排電力傳輸埠是否連接至第一外部裝置並偵測至少一通用序列匯流排埠是否連接至第二外部裝置。當第一外部裝置符合通用序列匯流排電力供應介面且第一外部裝置與第二外部裝置的連接情形有變更時，控制單元依據第一外部裝置與第二外部裝置的連接情形判斷所需的電力供應判斷值，藉由電力供應判斷值以與第一外部裝置相互通訊以設定至少一匯流排電力傳輸埠的電力傳輸規格。

Description

通用串列匯流排的集線裝置及其電力管理方法

本發明是有關於一種通用序列匯流排技術，且特別是有關於一種可動態調整外部裝置的USB-PD介面電力傳輸規格的通用串列匯流排的集線裝置及其電力管理方法。

通用串列匯流排(Universal Series Bus；以下簡稱USB)介面廣泛應用於手機、數位相機、平板電腦等電子裝置中。USB介面除了可以傳輸資料之外，近年來更致力於電力傳輸功能。由於USB介面的蓬勃發展，目前許多行動裝置是利用USB或是Micro USB介面來達到資料傳輸以及電力傳輸的雙重功能，並期望可以取代舊有的電力傳輸介面。

然而，USB介面的電力傳輸功能由於USB的制式規範以及硬體限制而使其電力功率較弱，僅能提供小型電子裝置的電力供應。若要使用USB介面來對一些消耗功率較大產品(例如：螢幕顯示器或是筆記型電腦)進行供電時，可能需要花費大量的時間成本方能達到需求。因此，專門為了店裡傳輸以及資訊處理適用的USB電力傳輸(Power Delivery；PD)介面也應運而生，適用於USB-PD介面的裝置可以配置不同最大電功率的規格。

由於USB介面具備資料傳輸的方便性，目前亦有用來整合多樣USB介面的集線器等相關產品。然而，具備USB介面的集線器仍然僅能對數據傳輸進行管理，而無法針對USB介面的電力傳輸功能進行管理與分配。因此，具備USB介面的集線設備應可具備更佳的電力管理方式。

本發明提供一種通用串列匯流排(USB)的集線裝置及其電力管理方法，其可偵測各連接埠對外部裝置的連接狀況，並透過通用串列匯流排電力供應(USB-PD)介面來對外部裝置設定適用的電力規格。藉此，集線裝置可在各連接埠的連接狀態改變時動態調整電力傳輸規格，藉以實現有效率的電力管理與分配。

本發明提出一種通用串列匯流排的集線裝置。此極限裝置包括至少一個匯流排電力傳輸埠、至少一個通用序列匯流排埠以及控制單元。控制單元耦接至少一個匯流排電力傳輸埠以及至少一個通用序列匯流排埠。控制單元偵測至少一個匯流排電力傳輸埠是否連接至第一外部裝置，且控制單元偵測至少一個通用序列匯流排埠是否連接至第二外部裝置。當第一外部裝置符合通用序列匯流排電力供應(USB-PD)介面且第一外部裝置與第二外部裝置的連接情形有變更時，控制單元依據第一外部裝置以及第二外部裝置的連接情形以判斷所需的電力供應判斷值，藉由電力供應判斷值以與第一外部裝置相互通訊以設定至少一個匯流排電力傳輸埠的電力傳輸規格。

在本發明的一實施例中，上述的控制單元依據第一外部裝置及第二外部裝置的裝置型態以分別提供電力或接收電力。

在本發明的一實施例中，上述的至少一個匯流排電力傳輸埠的電力傳輸規格包括分別對應不同的最大供應電力的多個電力規格，且控制單元依據電力供應判斷值以選擇所述電力規格的其中之一，並將已選擇的電力規格通知第一外部裝置。

在本發明的一實施例中，上述的第一外部裝置為符合通用序列匯流排電力供應(USB PD)介面的供電裝置或受電裝置。所述第二外部裝置為符合通用序列匯流排(USB)協定的供電裝置或受電裝置。

在本發明的一實施例中，上述的供電裝置包括電源轉接器。

從另一角度來看，本發明提出一種通用串列匯流排集線裝置的電力管理方法，其包括下列步驟。偵測至少一個匯流排電力傳輸埠是否連接至第一外部裝置，且偵測至少一個通用序列匯流排埠是否連接對應的第二外部裝置，其中通用串列匯流排集線裝置包括至少一個匯流排電力傳輸埠以及至少一個通用序列匯流排埠。當第一外部裝置符合通用序列匯流排電力供應(USB-PD)介面且所述第一外部裝置與所述第二外部裝置的連接情形有變更時，依據第一外部裝置以及第二外部裝置的連接情形以判斷所述集線裝置所需的電力供應判斷值。以及，與第一外部裝置相互通訊以動態設定至少一個匯流排電力傳輸埠的電力傳輸規格。

在本發明的一實施例中，上述的電力管理方法更包括下列步驟：當第一外部裝置不符合通用序列匯流排電力供應(USB-PD)介面時，進行符合通用序列匯流排協定的通訊操作。

在本發明的一實施例中，上述的電力管理方法更包括下列步驟：依據第一外部裝置及第二外部裝置的裝置型態以分別提供電力或接收電力。

在本發明的一實施例中，上述的電力管理方法更包括下列步驟：依據該至少一匯流排電力傳輸埠所提供的輸入電力以動態調整各個該至少一通用序列匯流排埠所提供的電力供應值。

在本發明的一實施例中，其中至少一個匯流排電力傳輸埠的電力傳輸規格包括分別對應不同的最大供應電力的多個電力規格。並且，設定至少一個匯流排電力傳輸埠的電力傳輸規格包括下列步驟：依據電力供應判斷值以選擇所述電力規格的其中之一，並將已選擇的電力規格通知第一外部裝置。

基於上述，本發明實施例所述之集線裝置可利用匯流排電力傳輸埠以與符合USB PD介面的第一外部裝置相互溝通並獲得其可使用的USB PD電力規格，並依據連接於集線裝置的外部裝置可能需求的最大電功率，藉以透過USB PD介面來設定第一外部裝置在傳輸電力時的電力規格。據此，符合本發明實施例的集線裝置可在各連接埠的連接狀態改變時動態調整電力傳輸規格，藉以實現有效率的電力管理與分配。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧集線裝置

110‧‧‧控制單元

120‧‧‧匯流排電力傳輸埠

140~145‧‧‧通用序列匯流排埠

150‧‧‧第一外部裝置

160~165‧‧‧第二外部裝置

S210~S260‧‧‧步驟

圖1是依據本發明一實施例說明一種通用串列匯流排的集線裝置的功能方塊圖。

圖2是依據本發明一實施例說明一種通用串列匯流排集線裝置的電力管理方法的流程圖。

為了使集線裝置能夠動態調整其通用序列匯流排電力傳輸(USB PD)埠的電力傳輸規格，本發明實施例提出一種通用串列匯流排(USB)的集線裝置及其電力管理方法。此集線裝置分別偵測匯流排電力傳輸埠與通用序列匯流排埠與外部裝置的連接情況，並依據連接情況以動態調整電力傳輸埠的電力傳輸規格。藉此，集線裝置可動態地依據外部裝置的耗電情況來判斷及設定USB PD介面的電力傳輸規格，藉以適當地進行電力管理，並節省電力消耗。以下提出符合本發明精神的諸多實施例以供參考，但本發明的範圍並不僅限於下述實施例。

圖1是依據本發明一實施例說明一種通用串列匯流排的集線裝置100的功能方塊圖。請參照圖1，集線裝置100包括控制單元110、一個或多個匯流排電力傳輸埠以及通用序列匯流排埠。於圖1中，集線裝置100具備1個匯流排電力傳輸埠120以及6個通用序列匯流排埠140~145，且應用本實施例者可依其需求而任意調整匯流排電力傳輸埠120以及通用序列匯流排埠140的數量。例如，符合本實施例的集線裝置也可以具備兩個或兩個以上的匯流排電力傳輸埠。於本發明實施例中，匯流排電力傳輸埠120符合通用序列匯流排電力傳輸(USB-PD)介面的相關規範，例如，具備可探知第一外部裝置150是否符合USB-PD介面的實體接腳、具備6個接腳的內部數據傳輸匯流排(稱為VBUS)…等相應實體規範。

控制單元110耦接這些匯流排電力傳輸埠120以及通用序列匯流排埠140~145，藉以透過這些傳輸埠而判斷集線裝置100是否與外部裝置150、160~165相互連接。控制單元110可以是具有運算功能的系統晶片、微處理器、微控制器(micro control unit；MCU)或是積體電路。本發明實施例的控制單元110用以處理集線裝置100在USB、USB BC 1.2、USB-PD…等相關介面的數據傳輸以及電力管理等作業。換句話說，控制單元110可透過相應的USB連接埠以與符合通用序列匯流排(USB)介面(如，USB 1.0、2.0、3.0)、通用序列匯流排電池充電(USB Battery Charging；USB BC)介面(如，USB BC 1.2)和/或通用序列匯流排電力傳輸 (USB-PD)介面的外部裝置進行數據通訊。控制單元110可以偵測連接至通用序列匯流排埠140~145之任一的裝置為標準下行埠(Standard Downstream Port；SDP)、充電下行埠(Charging Downstream Port；CDP)及專用充電埠(Dedicated Charging Port；DCP)中的其中一種，並且控制單元110可依據一般的USB標準或是USB BC標準，藉以管理通用序列匯流排埠140~145所傳輸/供應的電源。

在本發明實施例中，匯流排電力傳輸埠120為符合USB-PD介面的傳輸埠。在USB-PD介面的規範之下，符合USB-PD介面的第一外部裝置150可以提供多種不同規格的電力傳輸規格，詳細對照表可參照表(1)。相較於USB 2.0介面提供最大電力的2.5瓦(Walt；W)及USB 3.0標準提供最大電力的4.5瓦，USB-PD介面可以提供最大為10瓦、18瓦、36瓦、60瓦及100瓦不等的電力，以使得具備USB-PD介面的第一外部裝置150能夠提供更大的供應電力，藉以符合現今多樣化電子產品的電力需求。

上述規格1~5是USB-PD介面的預設規格，而規格0則是可讓廠商自訂規格的格式。藉此，於本發明實施例中，當第一外部裝置150透過匯流排電力傳輸埠120以連接至集線裝置100時，控制單元110可透過匯流排電力傳輸埠120上的特定接腳來判斷第一外部裝置150是否符合USB-PD介面的規格。當第一外部裝置150符合USB-PD介面的規格時，控制單元110便可與第一外部裝置150相互溝通，且第一外部裝置150會將其可以設定的USB-PD介面對應的規格通知控制單元110。之後，控制單元1101便可依據集線裝置100中已經連接的第二外部裝置160~165的數量來預估可能會消耗的最大電量，藉以設定第一外部裝置的USB PD介面規格或是自訂的規格，以使集線裝置100從第一外部裝置並透過USB PD介面來傳送/接收相應的電量。詳細說明將於下述中揭示。

本發明實施例中將外部裝置150以及160~165區分為兩種：供電裝置以及受電裝置。所謂『供電裝置』便是連接至其他供電源(如，市電、行動電源)的中轉設備，例如是電源轉接器。集線裝置100可藉由供電裝置來獲得電力，並將這些電力轉而提供給其他連接的受電裝置。所謂『受電裝置』便是會耗電且須要進行充電的電子產品，例如手機、平版電腦…等。因此，於本發明實施例中，使用者可以將符合USB介面或USB-PD介面的電源連接器連接至對應的通用序列匯流排埠140~145或是匯流排電力傳輸埠120中，並將需要充電的外部裝置連接至相應連接埠，便可透過此集線裝置100而達成電力傳輸及管理，。使用者可以應用更靈活的方式將外部裝置連接至集線裝置100，並且為所連接的外部裝置供應更適當的電源。

以下將詳細說明本發明實施例所提供的通用串列匯流排集線裝置的電力管理方法，從而使集線裝置100依據與外部裝置的連接情況動態調整電力配置，以提昇供應電力的效能。

圖2是依據本發明一實施例說明一種通用串列匯流排集線裝置的電力管理方法的流程圖。請參照圖2，在步驟S210中，控制單元110偵測匯流排電力傳輸埠120是否連接至第一外部裝置150，且控制單元110偵測通用序列匯流排埠140~145是否連接至第二外部裝置160~165。具體而言，控制單元110可以利用匯流排電力傳輸埠120的特定接腳以判斷第一外部裝置150是否連接至集線裝置100。控制單元110可以利用通用序列匯流排埠140的電源腳位(即，D+與D-)的電位差來判別是否有第二外部裝置插入。

當判斷第一外部裝置150已經插入後，於步驟S220中，控制單元110判斷第一外部裝置150符合通用序列匯流排電力傳輸(USB-PD)介面。若第一外部裝置150並不符合通用序列匯流排電力傳輸(USB-PD)介面而僅符合USB介面的話，則按照一般的USB通訊協定來對第一外部裝置150進行數據傳輸以及電力供應(步驟S230)。當第一外部裝置150符合通用序列匯流排電力傳輸(USB PD)介面時，則控制單元110可依據USB-PD介面的相關協定與第一外部裝置150通訊，從而得知第一外部裝置150所支援之USB-PD介面規格(例如，已經制式化規定的規格1~5或是特別制定的規格0，此規則信息中包含可支援的電力電壓值與電流值)。

然後，於步驟S240中，控制單元110判斷集線裝置100與第一外部裝置150及第二外部裝置160~165的連接情形是否有變更。所謂『集線裝置100與第一外部裝置150及第二外部裝置 160~165的連接情形有變更』即是控制單元110判斷使用者是否有其他第一外部裝置150或第二外部裝置160~165插入集線裝置100，或是第一外部裝置150或第二外部裝置160~165從集線裝置100拔除，從而使集線裝置100的連接情形有所變更。上述的連線情形除了將外部裝置進行插入/移除以外，也可以是集線裝置100在初次開機後的連線情形。若上述的連線情形有所變更，則進入步驟S250，控制單元110依據第一外部裝置150以及第二外部裝置160~165的連接情形以判斷集線裝置100所需的電力供應判斷值。

具體而言，請參照表(1)，表(1)所列之五個規格皆有對應之最大供應電力值，控制單元110將上述五個最大供應電力值視為電力供應判斷值。控制單元110與第一外部裝置150依據USB介面的通訊協定以溝通得知第一外部裝置150能夠支援的規格，在此假設第一外部裝置150能夠支援上述表(1)的規格1~5。然後，控制單元110得知當前對於第二外部裝置160~165的連線情況，以得知當前電力供應情況，並計算第一外部裝置150及第二外部裝置160~165所需之電力。然後，控制單元110依據上述電力供應判斷值以判斷目前所需之電力符合何種第一外部裝置150的USB-PD介面的規則以符合當前所需電力的最佳電力規格。

在步驟S260中，控制單元110藉由電力供應判斷值與第一外部裝置150相互通訊以動態設定匯流排電力傳輸埠120的電力傳輸規格。

在此以實例作為說明。請同時參照圖1及圖2，控制單元110會於偵測外部裝置150、160~165是否插入，並於偵測到外部裝置插入的同時來判斷這些外部裝置150、160~165為供電裝置還是受電裝置。如果第一外部裝置150為供電裝置，且外部裝置160~165皆為有連接的受電裝置時，控制單元便於步驟S250中判斷受電裝置所對應的USB介面的最大電力需求來計算電力供應判斷值。也就是說，當第二外部裝置160~165皆為USB介面的受電裝置的話，控制單元110便會估計電力供應判斷值為六倍的USB介面最大電量供應值(10瓦)，也就是總共可能會需要60瓦的電力來供應給第二外部裝置160~165。因此，控制單元110便會跟第一外部裝置150溝通以使其USB-PD介面的規格能夠為表(1)的規格4或5，藉以滿足電源消耗的供應。相對地，當第一外部裝置150為受電裝置，且外部裝置160~165皆為供電裝置時，由於每個USB介面僅能提供10瓦的電量，因此控制單元110便會跟第一外部裝置150溝通以使其USB-PD介面的規格能夠降低為表(1)的規格1~4，藉以滿足第一外部裝置150的電力消耗需求。若第一外部裝置150能夠設定為規格4的話，由於規格4的最大電力為大於又最接近30瓦的36瓦，因此既可以滿足極限裝置100的耗電需求，又可以適度地節省電能轉換時的消耗。

當然，也可以讓第一外部裝置150為供電裝置，第二外部裝置160也為供電裝置，而第二外部裝置161~164為受電裝置，第二外部裝置165並未連接到集線裝置100。如此一來，控制單元 110便會預估自身的電力供應判斷值計算方式為：4個10瓦的消耗量減去1個10瓦的提供量，而成為30瓦。因此，控制單元110便可與第一外部裝置150溝通以使其USB-PD介面的規格能夠降低為表(1)的規格3~6的其中之任一，藉以滿足電力供應的需求。

綜上所述，本發明實施例所述之集線裝置可利用匯流排電力傳輸埠以與符合USB PD介面的第一外部裝置相互溝通並獲得其可使用的USB PD電力規格，並依據連接於集線裝置的外部裝置可能需求的最大電功率，藉以透過USB PD介面來設定第一外部裝置在傳輸電力時的電力規格。據此，符合本發明實施例的集線裝置可在各連接埠的連接狀態改變時動態調整電力傳輸規格，藉以實現有效率的電力管理與分配。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。