TW202203046A - 具有多個Ｔｙｐｅ－Ｃ介面的系統及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

揭示了一種具有多個Type-C介面的系統及其控制方法。外部設備透過其中一個Type-C介面為系統提供所需的供電電壓，同時可以透過其他Type-C介面向對應的外部設備傳送能量，且在系統和每個外部設備之間用於電壓變換的電源轉換器可受控工作於降壓、升壓或直通模式，以減小系統的體積和成本。

Description

具有多個Ｔｙｐｅ－Ｃ介面的系統及其控制方法
本發明有關電力電子技術領域，具體地，有關一種具有多個Type-C介面的系統及其控制方法。
Type-C介面是通用串列匯流排(USB)的一種連接介面。由於它支持USB雙面插入，因此在行動終端中越來越廣泛地使用它。Type-C介面定義了各種功能，例如充電，資料傳輸，音頻信號傳輸或顯示輸出。但市面上的行動終端通常只有1個Type-C介面，當其用於輸入的時候，就不能輸出，同樣地，當用於輸出的時候，就不能輸入。且為了同時滿足升降壓的功能，電壓轉換芯片常採用buck/boost電路，其所需的功率管較多，導致體積和成本增加。
有鑒於此，本發明的目的在於提供一種具有雙Type-C介面的系統及其控制方法，外部設備透過其中一個介面為系統提供供電電壓，同時可以透過其他介面向對應的外部設備傳送能量，且在系統和每個外部設備之間用於電壓變換的電源轉換器可工作於降壓、升壓或直通模式，以減小系統的體積和成本。 根據本發明的第一態樣，提供了一種具有多個Type-C介面的系統，包括： 多個Type-C介面，用以連接多個外部設備；以及 多個雙向電源轉換電路，其中每個電源轉換電路連接在所述系統的供電端與對應的Type-C介面之間，以進行電壓變換，其中 所述電源轉換電路根據每個外部設備的電源資訊受控處於不同的工作模式。 進一步地，所述電源轉換電路受控工作於降壓模式、升壓模式或直通模式。 進一步地，所述電源轉換電路包括： 第一功率管，其中所述第一功率管的第一端與所述系統的供電端相連； 第二功率管，連接在所述第一功率管的第二端與參考地之間；以及 電感，其中所述電感的第一端與所述第一功率管和第二功率管的公共端相連，所述電感的第二端與對應的Type-C介面相連。 進一步地，所述系統還包括： 多個電容，連接在每個Type-C介面和參考地之間，以穩定介面處的電壓。 進一步地，所述系統還包括： 多個開關，連接在每個Type-C介面與所述電容之間，以抑制所述Type-C介面的湧浪電流。 進一步地，所述開關在所述外部設備與所述系統之間進行能量傳輸之前受控處於關斷狀態。 進一步地，所述開關在所述外部設備與所述系統之間進行能量傳輸期間受控保持導通狀態。 進一步地，所述系統還包括： 控制電路，被配置為根據與所述Type-C介面相連的所述外部設備的電源資訊和所述系統的供電電壓控制所述電源轉換電路的工作模式。 進一步地，所述外部設備的電源資訊包括所述外部設備的輸入、輸出能力。 進一步地，每個所述控制電路之間相互通訊以選擇其中一個輸出能力強的外部設備為所述系統供電。 進一步地，作為供電源的外部設備對應的控制電路根據所述外部設備提供的電壓、所述系統的供電電壓以及待充電的外部設備的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或升壓模式。 進一步地，與待充電的外部設備對應的控制電路根據所述系統的供電電壓和自身所需的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或降壓模式。 根據本發明的第二態樣，提供了一種用於具有多個Type-C介面的系統的控制方法，包括： 獲取各個Type-C介面所連接的外部設備的電源資訊； 選擇其中一個輸出能力強的外部設備為所述系統供電；以及 根據每個所述外部設備的電壓和所述系統的供電電壓控制對應的電源轉換電路的工作模式。 進一步地，所述電源轉換電路受控工作於降壓模式、升壓模式或直通模式。 進一步地，所述外部設備的電源資訊包括所述外部設備的輸入、輸出能力。 進一步地，根據供電能力強的外部設備提供的電壓、系統所需的供電電壓以及待充電的外部設備所需的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或升壓模式。 進一步地，根據所述系統的供電電壓和待充電的外部設備所需的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或降壓模式。 綜上所述，外部設備透過多個Type-C介面中其中一個介面為系統提供供電電壓，同時可以透過其他介面向對應的外部設備傳送能量，且在系統和每個外部設備之間用於電壓變換的電源轉換器可工作於降壓、升壓或直通模式，從而減小了系統的體積和成本。
以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路並沒有詳細敘述。 此外，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應當理解，在此提供的圖式都是為了說明的目的，並且圖式不一定是按比例繪製的。 同時，應當理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路透過電氣連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。 除非上下文明確要求，否則整個說明書和申請專利範圍中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限於”的含義。 在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。 圖1為本發明實施例的具有多個Type-C介面的系統的電路方塊圖。如圖1所示，以系統包括兩個Type-C介面為例進行說明，其中該系統不含有供電電源。該系統包括第一介面Type-C1，用於與外部設備相連；第二介面Type-C2，用於與外部設備相連；電源轉換電路1，連接在第一介面Type-C1和系統的供電端SYS之間；以及電源轉換電路2，連接在第二介面Type-C2和系統的供電端SYS之間。 此外，為了穩定介面處的電壓，在第一介面Type-C1和參考地之間連接電容C1，同時，開關S1連接在第一介面Type-C1和電容C1之間，以防止第一介面Type-C1的湧浪電流。同理，在第二介面Type-C2和參考地之間連接電容C2，同時，開關S2連接在第二介面Type-C2和電容C2之間，以防止第二介面Type-C2的湧浪電流。 系統還包括控制電路11，用於根據存取第一介面Type-C1的外部設備的電源資訊控制電源轉換電路1的工作模式。其中，該資訊包括外部設備的輸入、輸出能力。同時，控制電路11控制開關S1在系統和外部設備進行能量傳輸之前保持關斷狀態，以避免第一介面Type-C1存取外部設備時，經電容C1造成的湧浪電流，並在系統和外部設備進行能量傳輸期間保持導通狀態。 同樣，系統還包括控制電路22，用於根據存取第二介面Type-C2的外部設備的電源資訊控制電源轉換電路2的工作模式。同時，控制電路22控制開關S2在系統和外部設備進行能量傳輸之前保持關斷狀態，以避免第二介面Type-C2存取外部設備時，經電容C2造成的湧浪電流，並在系統和外部設備進行能量傳輸期間保持導通狀態。 當僅有一個介面(例如第一介面Type-C1)連接具有供電能力的外部設備時，控制電路11根據該外部設備的輸出能力控制電源轉換電路1的工作模式。當外部設備提供的功率不足以滿足系統的需求時，控制電路11則控制電源轉換電路1停止工作；當外部設備提供的功率可以滿足系統需求時，控制電路11則控制電源轉換電路1開始工作，以向系統供電，從而使得系統得以運行。在這種情况下，控制電路11可以根據系統所需的供電電壓以及外部設備提供的電壓，控制電源轉換電路1工作於直通模式或升壓(boost)模式。 當兩個介面均連接有外部設備時，控制電路11和22分別判斷所連接的外部設備的電源輸出能力，例如，可以判斷外部設備的類型，一般外部設備是轉接器，其輸出能力則大於手機、筆記型電腦等，並控制其中一個輸出能力強的外部設備透過對應的電源轉換電路向系統的供電端SYS提供供電電壓Vs，從而使得系統上電，得以運行。同時，系統透過對應的電源轉換電路向另一個外部設備充電。 應理解，每個電源轉換電路的工作模式根據作為供電源的外部設備提供的電壓、系統的供電電壓以及待充電設備所需的電壓，以受控處於降壓、升壓或直通模式的任一種。具體地，作為供電源的外部設備對應的控制電路根據其自身能提供的電壓、系統的供電電壓以及其他待充電的外部設備的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或升壓模式。待充電的外部設備對應的控制電路根據系統的供電電壓和自身所需的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或降壓模式。 圖2給出了電源轉換電路的具體電路圖。如圖所示，電源轉換電路1包括功率管N1，其第一端與系統的供電端SYS相連；功率管N2，連接在功率管N1的第二端與參考地之間；以及電感L1，其中電感L1的第一端與功率管N1和功率管N2的公共端相連，第二端與第一介面Type-C1相連。電源轉換電路1受控可工作於降壓(buck)、升壓(boost)或直通模式。同理，電源轉換電路2包括功率管N3，其第一端與系統的供電端SYS相連；功率管N4，連接在功率管N3的第二端與參考地之間；以及電感L2，其中電感L2的第一端與功率管N3和功率管N4的公共端相連，第二端與第二介面Type-C2相連。電源轉換電路2受控可工作於降壓(buck)、升壓(boost)或直通模式。 下面根據不同的情况對系統的工作過程進行描述。 當外部設備存取第一介面Type-C1，而第二介面Type-C2沒有接外部設備時，控制電路11對第一介面Type-C1連接的外部設備進行通訊，以獲取外部設備的輸入、輸出能力，並獲取外部設備能提供的電壓和電流，判斷其是否能夠滿足系統的電力需求，在此過程中，開關S1一直保持關斷。當外部設備能夠滿足系統的電力需求，控制電路11則控制開關S1和功率管N1導通，功率管N2關斷，使得電源轉換電路1工作於直通模式，外部設備輸出的電壓直接提供至系統的供電端SYS，從而使得系統上電開始工作。 當然，若外部設備提供的電壓小於系統所需的電壓，控制電路11也可以控制開關S1導通，同時控制功率管N1和N2周期性導通和關斷，從而使得電源轉換電路1工作於升壓(boost)模式，將外部設備輸出的電壓升壓後提供至系統的供電端SYS。 應理解，該系統中還可以包括其他各類DCDC電路，以在系統上電後，將系統的供電電壓轉換成不同的電壓等級，以提供至系統中的其他部分。當外部設備能提供的功率有限，不足以使系統工作時，控制電路1繼續控制開關S1保持關斷，同時控制功率管N1和N2保持關斷。控制電路22檢測到第二介面Type-C2沒有外部設備時，控制開關S2、功率管N3和N4保持關斷狀態，即電源轉換電路2停止工作。 當第二介面Type-C2存取外部設備，而第一介面Type-C1沒有存取外部設備時，與上述工作原理相同，不再此贅述。 當第一介面Type-C1和第二介面Type-C2同時有外部設備存取時，對應的控制電路分別獲取外部設備的電源資訊，並相互通訊，從而選擇輸出能力較強的外部設備給系統供電，另一外部設備接收能量以充電。 在本實施例中，假設系統能夠啓動的電壓是10-20V，第一介面Type-C1連接筆記型電腦，能提供15W(15V/1A)的功率，第二介面Type-C2連接轉接器，能提供60W(20V/3A)的功率，則控制電路11和控制電路12透過通訊可以判斷出第二介面Type-C2連接的轉接器更適合作為電源為系統供電。因此，控制電路22控制開關S2和功率管N3導通，功率管N4關斷，以使得電源轉換電路2工作於直通模式，直接向系統的供電端SYS提供20V的供電電壓Vs，使得系統開始工作。同時，控制電路11則控制開關S1導通，功率管N1和N2周期性地導通和關斷，使得電源轉換電路1處於降壓(buck)模式，從而將供電電壓Vs經降壓後產生15V的電壓給第一介面Type-C1連接的筆記型電腦充電。 若第二介面連接的轉接器的功率是60W(12V/5A)，而筆記型電腦需要的電壓是15V，則控制電路22控制開關S2導通，同時控制功率管N3和N4周期性地導通和關斷，使得電源轉換電路2工作於升壓(boost)模式，從而使得系統供電端SYS接收的供電電壓Vs為20V。控制電路11則控制開關S1和功率管N1導通，功率管N2關斷，使得電源轉換電路1處於直通模式，從而供電電壓Vs直接給筆記型電腦充電。 當然，第一介面與第二介面是完全對稱的，若第一介面Type-C1連接的外部設備比第二介面Type-C2連接的外部設備輸出能力強，其工作原理與上述一致，不再贅述。 圖3為本發明實施例的用於具有多個Type-C介面的系統的供電方法。該方法包括以下步驟： 步驟1：獲取各個Type-C介面所連接的外部設備的電源資訊。其中該電源資訊包括外部設備的輸入、輸出能力。 步驟2：選擇其中一個輸出能力強的外部設備為系統供電。 步驟3：根據每個外部設備的電壓和系統的供電電壓分別控制對應的電源轉換電路的工作模式。 具體地，根據輸出能力強的外部設備提供的電壓、系統所需的供電電壓以及其他待充電的外部設備所需的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或升壓(boost)模式。根據系統的供電電壓和其他待充電的外部設備所需的電壓控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或降壓(buck)模式。 綜上所述，在本發明的具有雙Type-C介面的系統中，外部設備透過其中一個介面為系統提供供電電壓，同時可以透過其他介面向對應的外部設備傳送能量，且在系統和每個外部設備之間用於電壓變換的電源轉換器可工作於降壓、升壓或直通模式，以減小系統的體積和成本。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
1:電源轉換電路 2:電源轉換電路 11:控制電路 22:控制電路 C1:電容 C2:電容 S1:開關 S2:開關 SYS:供電端 Vs:供電電壓 L1:電感 L2:電感 N1:功率管 N2:功率管 N3:功率管 N4:功率管
透過以下參照圖式對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在圖式中： [圖1]為本發明實施例的具有多個Type-C介面的系統的電路方塊圖； [圖2]為本發明實施例的具有多個Type-C介面的系統的具體電路圖；以及 [圖3]為本發明實施例的具有多個Type-C介面的系統的控制方法。
1:電源轉換電路
2:電源轉換電路
11:控制電路
22:控制電路
C1:電容
C2:電容
S1:開關
S2:開關
SYS:供電端
Vs:供電電壓
L1:電感
L2:電感
N1:功率管
N2:功率管
N3:功率管
N4:功率管

Claims (17)

  1. 一種具有多個Type-C介面的系統，其特徵在於，該系統包括： 多個Type-C介面，用以連接多個外部設備；以及 多個雙向電源轉換電路，其中每個電源轉換電路連接在該系統的供電端與對應的Type-C介面之間，以進行電壓變換，其中 該電源轉換電路根據每個外部設備的電源資訊受控處於不同的工作模式。
  2. 根據請求項1之系統，其中，該電源轉換電路受控工作於降壓模式、升壓模式或直通模式。
  3. 根據請求項1之系統，其中， 該電源轉換電路包括： 第一功率管，其中該第一功率管的第一端與該系統的供電端相連； 第二功率管，連接在該第一功率管的第二端與參考地之間；以及 電感，其中該電感的第一端與該第一功率管和第二功率管的公共端相連，該電感的第二端與對應的Type-C介面相連。
  4. 根據請求項1之系統，其中，還包括： 多個電容，連接在每個Type-C介面和參考地之間，以穩定介面處的電壓。
  5. 根據請求項4之系統，其中，還包括： 多個開關，連接在每個Type-C介面與該電容之間，以抑制該Type-C介面的湧浪電流。
  6. 根據請求項5之系統，其中，該開關在該外部設備與該系統之間進行能量傳輸之前受控處於關斷狀態。
  7. 根據請求項5之系統，其中，該開關在該外部設備與該系統之間進行能量傳輸期間受控保持導通狀態。
  8. 根據請求項1之系統，其中，還包括： 控制電路，被配置為根據與該Type-C介面相連的該外部設備的電源資訊和該系統的供電電壓控制該電源轉換電路的工作模式。
  9. 根據請求項8之系統，其中，該外部設備的電源資訊包括該外部設備的輸入、輸出能力。
  10. 根據請求項8之系統，其中，每個該控制電路之間相互通訊以選擇其中一個輸出能力強的外部設備為該系統供電。
  11. 根據請求項8之系統，其中，作為供電源的外部設備對應的控制電路根據該外部設備提供的電壓、該系統的供電電壓以及待充電的外部設備的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或升壓模式。
  12. 根據請求項8之系統，其中，與待充電的外部設備對應的控制電路根據該系統的供電電壓和自身所需的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或降壓模式。
  13. 一種用於具有多個Type-C介面的系統的控制方法，其特徵在於，包括： 獲取各個Type-C介面所連接的外部設備的電源資訊； 選擇其中一個輸出能力強的外部設備為該系統供電；以及 根據每個該外部設備的電壓和該系統的供電電壓控制對應的電源轉換電路的工作模式。
  14. 根據請求項13之控制方法，其中，該電源轉換電路受控工作於降壓模式、升壓模式或直通模式。
  15. 根據請求項13之控制方法，其中，該外部設備的電源資訊包括該外部設備的輸入、輸出能力。
  16. 根據請求項13之控制方法，其中，根據供電能力強的外部設備提供的電壓、系統所需的供電電壓以及待充電的外部設備所需的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或升壓模式。
  17. 根據請求項13之控制方法，其中，根據該系統的供電電壓和待充電的外部設備所需的電壓，控制對應的電源轉換電路工作於直通模式或降壓模式。
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