TWM526106U - 控制裝置 - Google Patents

Description

控制裝置

本創作係有關於一種控制裝置，特別是有關於一種在一電源轉換器與一主機裝置之間傳送電源的控制裝置。

主機裝置通常透過一電源轉換器(adapter)接收電力。電源轉換器將電力提供至一電源匯流排上。主機裝置再透過電源匯流排接收電力。除了提供電力予主機裝置，電源匯流排也會傳送電力予其它的電子裝置。然而，當電源轉換器不再提供電力予電源匯流排時，耦接到電源匯流排的電子裝置將無法繼續工作。

有鑑於此，本創作提供一種控制裝置，可即時切換主機裝置的角色，用以在電源轉換器不提供電力至電源匯流排時，令主機裝置從一受電設備轉換成一供電設備，供電予電源匯流排，好使電源匯流排能夠繼續供電，以維持其它電子裝置的運作。

為達到上述目的，本創作提供一種控制裝置，包括一第一連接埠、一第二連接埠、一電源匯流排、一第一限制器、一第一儲能器、一第一處理單元、一第二處理單元、一第一比較器以及一控制單元。第一連接埠用以耦接一電源轉換器。 第二連接埠用以耦接一主機裝置。電源匯流排耦接於第一及第二連接埠之間。第一限制器耦接電源匯流排的一第一節點，並根據第一節點的電壓提供一第一參考電壓。第一儲能器耦接第一限制器，並根據第一參考電壓而充電。第一處理單元耦接第一儲能器，並根據第一儲能器所儲存的電壓，提供一第二參考電壓。第二處理單元耦接第一節點，並根據第一節點的電壓，提供一第一偵測電壓。第一比較器耦接第一及第二處理單元，並比較第二參考電壓與第一偵測電壓，用以產生一第一判斷結果。控制單元耦接第一比較器，並根據第一判斷結果令主機裝置接收來自電源轉換器的電源或是令主機裝置供電予電源匯流排。

為讓本創作之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧操作系統

110、120‧‧‧電子裝置

130、200A、200B‧‧‧控制裝置

VBUS‧‧‧電源匯流排

131、132‧‧‧連接埠

133‧‧‧開關單元

140‧‧‧週邊裝置

210‧‧‧控制單元

220、230‧‧‧判斷單元

240、250‧‧‧調整器

260‧‧‧資料傳送單元

310‧‧‧限制器

320‧‧‧儲能器

330、340‧‧‧處理單元

350‧‧‧比較器

ND1~ND3‧‧‧節點

S_D1、S_D2‧‧‧判斷結果

CC1、CC2‧‧‧接腳

Ra、Rd、R1~R4‧‧‧電阻

D1~D4‧‧‧二極體

V_OUT、V_IN‧‧‧電力

Data‧‧‧資料

C‧‧‧電容

V_C‧‧‧電壓

AD1、AD2‧‧‧調整電壓

Ref1、Ref2‧‧‧參考電壓

V_DET‧‧‧偵測電壓

第1圖為本創作之操作系統之示意圖。

第2A及2B圖為本創作之控制裝置的一可能實施例。

第3圖為本創作之判斷單元的一可能實施例。

第1圖為本創作之操作系統之示意圖。如圖所示，操作系統100包括電子裝置110、120以及一控制裝置130。在本實施例中，電子裝置110與120之一者為一電源轉換器，另一者為一主機裝置(Host)，如筆記型電腦。為方便說明，假設電子裝置120係為一電源轉換器，並且電子裝置110為一主機裝置。 當電子裝置110與120均耦接控制裝置130時，電子裝置120接收並轉換市電，用以產生一轉換電壓，並將該轉換電壓提供予控制裝置130的電源匯流排VBUS。電子裝置110透過電源匯流排VBUS接收來自電子裝置120的轉換電壓。

在此例中，由於電子裝置120提供電力至電源匯流排VBUS，故控制裝置130令電子裝置110進入一第一操作模式。在此模式下，電子裝置110作為一受電設備，接收電源匯流排VBUS的電力。此時，控制裝置130也根據電源匯流排VBUS的電力而動作。然而，當電子裝置120脫離控制裝置130時，由於電子裝置120不再供電予電源匯流排VBUS，因此，控制裝置130令電子裝置110進行一供電角色互換操作(power role swap)。此時，電子裝置110進入一第二操作模式。在第二操作模式下，電子裝置110作為一供電設備，供電予電源匯流排VBUS，以維持電源匯流排VBUS上其它電子元件的運作。

在本實施例中，控制裝置130具有連接埠131與132。連接埠131用以耦接於電子裝置110。連接埠132用以耦接電子裝置120。本創作並不限定連接埠131與132的種類。在一可能實施例中，連接埠131與132均為USB Type-C連接埠。

在另一可能實施例中，控制裝置130作為一電源發送控制器(power delivery controller)，用以發送電力。舉例而言，當電子裝置110與120分別耦接連接埠131與132時，控制裝置130先不導通開關單元133。此時，控制裝置130詢問電子裝置120可提供哪些電壓。在一可能實施例中，電子裝置120可提供20V、12V、9V或5V的電力。控制裝置130根據電子裝置120 的回覆，詢問電子裝置110需要多大的電力。控制裝置130根據電子裝置110的回覆，令電子裝置120輸出一相對應的電力。舉例而言，若電子裝置110需要12V的電力，則控制裝置130令電子裝置120輸出12V的電力至電源匯流排VBUS。此時，控制裝置130才導通開關單元133。因此，電子裝置110可透過電源匯流排VBUS接收到電力。此時，電子裝置110係為一受電設備。同時，控制裝置130也根據電源匯流排VBUS上的電力供電予其它電子裝置，如週邊裝置140。

然而，電子裝置120脫離連接埠132或是電子裝置120耦接連接埠132但卻未連接至一電源插座(未繪示)時，電源匯流排VBUS的電力將逐漸下降。此時，控制裝置130發出一控制信號予電子裝置110，用以改變電子裝置110的角色，使電子裝置110改變為一供電裝置，供電予電源匯流排VBUS，用以維持週邊裝置140的運作。在一可能實施例中，週邊裝置140可能耦接一電子裝置，如硬碟。

在其它實施例中，連接埠131可耦接一電源轉換器，並且連接埠132耦接一主機裝置。在此例中，連接埠131所耦接的電源轉換器供電予電源匯流排VBUS，連接埠132所耦接的主機裝置接收電源匯流排VBUS的電力。當連接埠131未耦接電源轉換器，或是連接埠131耦接電源轉換器但電源轉換器未連接至一電源插座(未繪示)時，控制裝置130令連接埠132所耦接的主機裝置從一受電設備切換成一供電設備，供電予電源匯流排VBUS。

第2A圖為本創作之控制裝置的一可能實施例。如 圖所示，控制裝置200A包括連接埠131、132、一電源匯流排VBUS、一控制單元210以及一判斷單元220。連接埠131與132之一者用以耦接一主機裝置，另一者用以耦接一電源轉換器。為方便說明，以下內容係假設連接埠131耦接一主機裝置，並且連接埠132耦接一電源轉換器，但並非用以限制本創作。在其它實施例中，連接埠131係耦接一電源轉換器，而連接埠132耦接一主機裝置。

電源匯流排VBUS耦接於連接埠131與132之間。開關單元133設置在電源匯流排VBUS上。在本實施例中，開關單元133係由電晶體所組成。判斷單元220耦接電源匯流排VBUS的節點ND1，並根據節點ND1的電壓，產生一判斷結果S_D1。控制單元210根據判斷結果S_D1令主機裝置扮演一受電設備或是一供電設備。

舉例而言，當連接埠132所耦接的電源轉換器提供電力予電源匯流排VBUS時，控制單元210令連接埠131所耦接的主機裝置扮演一受電設備，接收來自電源轉換器所提供的電力。當連接埠132未耦接電源轉換器或電源轉換器未連接至一電源插座(未繪示)時，控制單元210令連接埠131所耦接的主機裝置扮演一供電設備，提供電力至電源匯流排VBUS。

在本實施例中，控制單元210根據連接埠132的接腳CC1與CC2的位準，判斷連接埠132是否耦接到一電源轉換器，並根據連接埠131的接腳CC1與CC2的位準，判斷連接埠131是否耦接到一主機裝置。此外，控制單元210利用連接埠131的其它接腳(未繪示)，與主機裝置及電源轉換器進行溝通。

第2B圖為本創作之控制裝置的另一可能實施例。第2B圖相似第2A圖，不同之處在於，第2B圖的控制裝置200B多了判斷單元230、調整器240、250以及一資料傳送單元260。在本實施例中，判斷單元230判斷節點ND2的電壓，用以產生一判斷結果S_D2。如圖所示，節點ND2到連接埠131之間的距離小於節點ND1到連接埠131之間的距離。此外，節點ND1到連接埠132之間的距離小於節點ND2到連接埠132之間的距離。

控制單元210根據判斷結果S_D1與S_D2令一外部主機裝置扮演一受電設備或是一供電設備。在此例中，若連接埠132係耦接一電源轉換器並且連接埠131耦接一主機裝置時，由於一開始的開關單元133未被導通，因此，只有判斷單元220可接收到來自電源轉換器的電力(可能只有5V)，故控制單元210根據判斷結果S_D1令連接埠131所耦接的主機裝置扮演一受電設備。然而，當連接埠131係耦接一電源轉換器並且連接埠132耦接一主機裝置時，若開關單元133未被導通，則只有判斷單元230可接收到來自電源轉換器的電力，故控制單元210根據判斷結果S_D2令連接埠132所耦接的主機裝置扮演一受電設備。

調整器240透過二極體D1與D2耦接電源匯流排VBUS，並將電源匯流排VBUS的電壓轉換成一調整電壓AD1。在一可能實施例中，當連接埠132耦接一電源轉換器時，調整器240透過二極體D2接收電源匯流排VBUS的電壓。然而，當連接埠131耦接一電源轉換器時，調整器240透過二極體D1接收電源匯流排VBUS的電壓。在其它實施例中，如果連接埠132只能與一電源轉換器相連接，而無法與一主機裝置相連接時，則可 省略二極體D1與判斷單元230。同樣地，如果連接埠131只能與一電源轉換器相連接，而無法與一主機裝置相連接時，則可省略二極體D2與判斷單元220。

在一可能實施例中，調整器240係為一降壓轉換器(buck converter)，用以減少電源匯流排VBUS的電壓。調整器250處理調整電壓AD1，用以產生一調整電壓AD2。在一可能實施例中，調整器250係為一升壓轉換器(boost converter)，用以增加調整電壓AD1。調整電壓AD2作為控制單元210的操作電壓。在其它實施例中，調整器240與250可整合成一升降壓轉換器(buck-boost converter)，用以將變動的電壓轉換成一固定的電壓。在本實施例中，調整電壓AD2也作為資料傳送單元260的操作電壓。

資料傳送單元260耦接連接埠131，用以在主機裝置與一週邊裝置之間傳送資料。舉例而言，當連接埠131耦接一主機裝置時，資料傳送單元260可將主機裝置所提供的資料傳送至一外部週邊裝置(未顯示)，如硬碟。同樣地，資料傳送單元260也可將外部週邊裝置所提供的資料透過連接埠131提供予主機裝置。

當連接埠132所耦接的電源轉換器不再提供電力時，則電源匯流排VBUS的電力將逐漸下降，因此，調整電壓AD2也會隨著下降。當調整電壓AD2下降至一下限值時，資料傳送單元260將無法正常地傳送資料。因此，在本實施例中，判斷單元220與230根據電源匯流排VBUS的電力，產生判斷結果S_D1與S_D2。控制單元210再根據判斷結果S_D1與S_D2通知連接埠 131所耦接的主機裝置，令該主機裝置扮演一供電設備，以維持電源匯流排VBUS的電力，進而維持資料傳送單元260的運作。

此外，連接埠131除了可提供電源匯流排VBUS的電力V_OUT予主機裝置外，連接埠131亦可將主機裝置所提供的電力V_IN傳送至電源匯流排VBUS。再者，資料傳送單元260可透過連接埠131的資料接腳與主機裝置進行資料Data傳輸。

第3圖為本創作之判斷單元的一可能實施例。由於判斷單元220與230的電路架構相同，故第3圖僅顯示判斷單元220的電路架構。如圖所示，判斷單元220包括一限制器310、一儲能器320、處理單元330、340以及一比較器350。

限制器310耦接節點ND1，並根據節點ND1的電壓提供一參考電壓Ref1。在本實施例中，限制器310用以使得節點ND1的電壓與參考電壓Ref1之間具有一壓降，並限制電流的方向，用以使電流從節點ND1往節點ND3流動。如圖所示，限制器310包括二極體D3與D4，但並非用以限制本創作。在其它實施例中，限制器310可能僅具有單一或更多的二極體。

二極體D3與D4串聯在節點ND1與ND3之間。二極體D3的陽極耦接電源匯流排的節點ND1。二極體D4的陽極耦接二極體D3的陰極，二極體D4的陰極耦接節點ND3。儲能器320耦接節點ND3，並根據參考電壓Ref1而充電。在本實施例中，儲能器320係為一電容C。

處理單元340耦接儲能器320，並根據儲能器320所儲存的電壓V_C，提供一參考電壓Ref2。在本實施例中，處理單 元340係為一分壓器，其包括電阻R1及R2。電阻R1及R2對儲能器C所儲存的電壓V_C進行分壓，用以產生一分壓結果。該分壓結果作為參考電壓Ref2。

處理單元330耦接節點ND1，並根據節點ND1的電壓，提供一偵測電壓V_DET。在本實施例中，處理單元330係為一分壓器，其包括電阻R3及R4。電阻R3及R4對節點ND1的電壓進行分壓，並產生一分壓結果，此分壓結果作為偵測電壓V_DET。在一可能實施例中，電阻R1的阻值等於電阻R3的阻值，並且電阻R2的阻值等於電阻R4的阻值。

比較器350耦接處理單元330與340，並比較參考電壓Ref2與偵測電壓V_DET，用以產生一判斷結果S_D1。在一可能實施例中，當偵測電壓V_DET大於參考電壓Ref2時，判斷結果S_D1為一第一狀態，表示外部電源轉換器供電正常。因此，控制單元210根據判斷結果S_D1令主機裝置透過電源匯流排VBUS接收來自電源轉換器的電源。然而，當偵測電壓V_DET小於參考電壓Ref2時，判斷結果S_D1為一第二狀態，用以表示外部電源轉換器未正常供電。因此，控制單元210根據判斷結果S_D1令主機裝置供電予電源匯流排VBUS。

由於控制裝置130可根據電源匯流排VBUS的電力，判斷一外部電源轉換器是否正常供電，並在外部電源轉換器無法正常供電時，控制一主機裝置的角色，使其成為一供電設備，供電予電源匯流排VBUS，因而維持電源匯流排VBUS的電力，使得耦接至電源匯流排VBUS的電子元件可正常運作。

雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

220‧‧‧判斷單元

310‧‧‧限制器

320‧‧‧儲能器

330、340‧‧‧處理單元

350‧‧‧比較器

ND1、ND3‧‧‧節點

Ref1、Ref2‧‧‧參考電壓

V_DET‧‧‧偵測電壓

D3、D4‧‧‧二極體

R1~R4‧‧‧電阻

C‧‧‧電容

V_C‧‧‧電壓

S_D1‧‧‧判斷結果

Claims (10)

1. 一種控制裝置，包括：一第一連接埠，用以耦接一電源轉換器；一第二連接埠，用以耦接一主機裝置；一電源匯流排，耦接於該第一及第二連接埠之間；一第一限制器，耦接該電源匯流排的一第一節點，並根據該第一節點的電壓提供一第一參考電壓；一第一儲能器，耦接該第一限制器，並根據該第一參考電壓而充電；一第一處理單元，耦接該第一儲能器，並根據該第一儲能器所儲存的電壓，提供一第二參考電壓；一第二處理單元，耦接該第一節點，並根據該第一節點的電壓，提供一第一偵測電壓；一第一比較器，耦接該第一及第二處理單元，並比較該第二參考電壓與該第一偵測電壓，用以產生一第一判斷結果；以及一控制單元，耦接該第一比較器，並根據該第一判斷結果令該主機裝置接收來自該電源轉換器的電源或是令該主機裝置供電予該電源匯流排。
2. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中當該第一偵測電壓大於該第二參考電壓時，該控制單元令該主機裝置透過該電源匯流排接收來自該電源轉換器的電源，當該第一偵測電壓小於該第二參考電壓時，該控制單元令該主機裝置供電予該電源匯流排。
3. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該第一限制器包括：一第一二極體，具有一第一陽極以及一第一陰極，該第一陽極耦接該電源匯流排；以及一第二二極體，具有一第二陽極以及一第二陰極，該第二陽極耦接該第一陰極，該第二陰極耦接該儲能器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該第一處理單元包括一第一電阻以及一第二電阻，用以對該第一儲能器所儲存的電壓進行分壓，該第二處理單元包括一第三電阻以及一第四電阻，用以對該第一節點的電壓進行分壓，該第一電阻的阻值等於該第三電阻的阻值，該第二電阻的阻值等於該第四電阻的阻值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該第一及第二連接埠係為USB Type-C連接埠。
6. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，更包括：一第二限制器，耦接該電源匯流排的一第二節點，並根據該第二節點的電壓提供一第三參考電壓；一第二儲能器，耦接該第二限制器，並根據該第三參考電壓而充電；一第三處理單元，耦接該第二儲能器，並根據該第二儲能器所儲存的電壓，提供一第四參考電壓；一第四處理單元，耦接該第二節點，並根據該第二節點的電壓，提供一第二偵測電壓；一第二比較器，耦接該第三及第四處理單元，並比較該第 四參考電壓與該第二偵測電壓，用以產生一第二判斷結果，其中該控制單元根據該第二判斷結果令該主機裝置接收來自該電源轉換器的電源或是令該主機裝置供電予該電源匯流排。
7. 如申請專利範圍第6項所述之控制裝置，其中該第一節點到該第一連接埠之間的距離小於該第二節點到該第一連接埠之間的距離，該第二節點到該第二連接埠之間的距離小於該第一節點到該第二連接埠之間的距離。
8. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，更包括：一第一調整器，耦接該電源匯流排，並將該電源匯流排的電壓轉換成一第一調整電壓；以及一第二調整器，調整該第一調整電壓，用以產生一第二調整電壓，作為該控制單元的操作電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述之控制裝置，更包括：一資料傳送單元，耦接該第二連接埠，用以在該主機裝置與一週邊裝置之間傳送資料。
10. 如申請專利範圍第9項所述之控制裝置，其中該資料傳送單元根據該第二調整電壓而動作。