为电子设备供电的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种用于监控通过电缆组件为电子设备供电的过程的方法。所述电缆组件包括连接在电源和所述电子设备之间的电缆。所述方法包括：产生同步信号；基于所述同步信号产生测试信号并将所述测试信号施加到所述电缆的一段；在所述电缆的所述一端检测响应信号，所述响应信号是由于将所述测试信号施加到所述电缆组件而产生；以及基于所述响应信号和所述同步信号确定分别指示所述电缆组件的阻抗的实部和虚部的第一数量和第二数量。此外，本发明专利技术提出一种用于监控通过电缆组件为电子设备供电的过程的装置。

【技术实现步骤摘要】

本申请案涉及一种用于监控为电子设备供电的过程(例如，操作电池供电便携设备或为其充电的过程)的方法和装置。所述方法和装置尤其适用于通过可插拔标准化电缆(例如，USB线)为例如移动电话、PDA、平板电脑和笔记本电脑等便携设备充电的过程。
技术介绍
通过电缆为便携设备供电是本领域已知的方法。例如，可将电池供电设备经可插拔(可卸除)标准化电缆(例如，通用串行总线USB电缆)连接到包含功率转换器的壁插式适配器来为电池供电设备充电。电池供电设备中的充电电路负责限制标准化电缆上传送的电流以防止连接器和电缆自身过热。通过标准化，连接壁插式适配器与移动设备的电缆可用连接器看似符合同一标准但质量较低的任何其它电缆(不合标准的电缆)替换。因此，电流限制需设置得足够低，以使得由随时间产生的连接器磨损或插头与插座之间堆积的灰尘引起的低质量电缆或增加的连接器阻抗不会在充电期间产生安全危险。若两个连接器的电源接脚之间未能适当连接，可能会产生其它安全危险情况。在现有解决方案中，电流限制基于相关标准的规范(例如USB标准的规范)和设备制造商的评估。然而，这些现有解决方案未考虑到低质量的可拆卸电缆，所述电缆的连接器仅仅看似符合给定的标准(即，在物理上适合移动设备的相应插座和壁插式适配器)，但其本身并不满足给定标准的规范(即，不合标准的电缆)。使用这些可拆卸电缆可能会损害壁插式适配器或电池充电设备。在最坏的情况下，壁插式适配器、电缆、连接器中的一个或电池充电设备内的充电电路可能被热损毁。此外，这些现有解决方案并未考虑由灰尘或磨损引起的电缆阻抗的增加。而且，基于相关标准的规范来设置固定的电流限制可能不允许在任何情况下(尤其是在考虑到安全余裕时)使用最高可能电流对电池供电设备进行充电。因此，当前技术解决方案可能不能够实现电池供电设备的最短可能充电时间。
技术实现思路
需要一种用于监控在电子设备(例如，电池供电设备)的供电(例如，充电)过程期间所使用的电缆的质量并且用于取决于所检测的电缆质量来动态限制供电过程期间的输入功率的装置和方法。鉴于这个问题，本文提供一种监控为电子设备供电的过程的方法和一种用于监控为电子设备供电的过程的装置。本专利技术提出一种用于监控通过电缆组件为电子设备供电的过程的装置。所述电缆组件包括连接在电源和所述电子设备之间的电缆。所述电源可能是包括(例如)按照USB标准运行的AD/DC转换器的壁插式适配器。所述装置包括同步信号发生器、测试信号发生器、滤波器单元和阻抗估计单元。所述同步信号发生器用于以预定频率产生具有给定形状的同步信号。所述测试信号发生器用于基于所述同步信号以预定频率产生测试信号(例如，正弦信号)并将所述测试信号施加到电缆的一端。所述滤波器单元用于在电缆的一端检测或滤出响应信号，所述响应信号是由于将测试信号施加到电缆组件而产生。此外，所述阻抗估计单元用于基于所述响应信号并基于所述同步信号确定指示电缆组件的阻抗的实部的第一数量和指示电缆组件的阻抗的虚部的第二数量。所述装置使得能够估计电缆组件的复阻抗的实部和虚部。与仅测量复阻抗的绝对值的先前解决方案相比，复阻抗提供关于电缆组件的额外信息。例如，电缆的长度可由复阻抗的虚部的值推断。此外，所述装置具有可在为电子设备供电/充电的过程期间执行测量的优点。以这种方式，避免了充电过程的中断。尤其在滤波器单元的帮助下，能够从源于充电电路和电缆组件的其它部分的噪声滤出响应信号。所述电缆可能为(例如)在电缆的每一端处具有标准化连接器的可插拔(可卸除)电缆。应将所述电缆组件理解为指代功率传送路径的所有相关部分并且可包含(例如)电缆的连接器、任何印刷电路板(PCB)迹线和电缆自身。所述同步信号为由同步信号发生器以预定频率产生的周期信号。所述同步信号可能为(例如)在高态与低态之间振荡的时钟信号。例如，所述高态可对应于逻辑值+1，而所述低态可对应于逻辑值-1。所述同步信号用于同步测试信号在测试信号发生器处的产生于第一和第二数量在阻抗估计单元处的确定。在最简单的情况下，同步信号可为具有50％占空比的方波。然而，可使用更为复杂的波形。所述同步信号可在同步信号的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿两者处触发阻抗估计单元和测试信号发生器处的动作。使用所提出的用于监控为电子设备供电的过程的装置，可进行对同步信号的不同频率的多次测量。此外，在不同的测量中，测试信号的振幅可变化。通过比较所获得的第一和第二数量，可确定所述同步信号的最佳频率和所述测试信号的最佳振幅以用于估计复阻抗的实部和虚部。通过改变频率，可获得较佳的信噪比。例如，电源中的AD/DC转换器(例如，壁插式适配器中的开关功率转换器)将产生某种特殊的频率相关噪声(例如，通过开关操作)，并且测试信号将不会具有同一频率以便可与开关噪声清楚地分离开。此外，应避免电缆的谐振频率(其之前可能未知)。因此，可能优选的是同步信号和测试信号使用不同频率并且测试哪一个频率效果最好。一般来说，测试信号可为正弦型信号。所述测试信号与同步信号同步，并且具有与同步信号相同的预定频率。例如，测试信号的正半波可与处于高态的同步信号同步，并且测试信号的负半波可在同步信号处于低态时出现。测试信号和同步信号的典型频率可在(例如)1kHz至50kHz的范围中。测试信号的振幅与用于为电子设备供电的直流电压相比可能较小。另外，其相对于AC/DC转换器的噪声可能极小(例如，为AC/DC转换器的噪声的0.1％)。测试信号可为时间相关电流变化或时间相关电压变化。虽然如此，测试信号优选地为时间相关电流变化，其在被施加到电缆的一端时引起由滤波器单元检测为响应信号的时间相关电压变化。为了产生测试信号，测试信号发生器可包括可控电流源。优选地，选择时间相关电流变化的振幅，以使得响应信号的时间相关电压变化的振幅与用于为电子设备供电的DC电压相比较小。电子设备可为(例如)手机、智能电话、个人数字助理PDA、平板电脑、笔记本电脑或任何其它类型的便携或非便携电子设备。具体而言，电子设备可为经由USB线可充电的。所述电源可为(例如)具有合适功率转换器的通用交流电子式电源，其经定义为输电干线或电源线。例如，所述功率转换器可经适配以提供USB符合电源。另外，所述电源可包括一或多个插座或连接器以与USB线建立电连接。所述阻抗估计单元可进一步包括第一开关单元，用于由同步信号触发而将响应信号施加到第一低通滤波器的输入。阻抗估计单元的第二开关单元可由同步信号的反相版本触发而将响应信号施加到第二低通滤波器的输入。第一和第二开关单元可为(例如)由一或多个晶体管实施的栅极。可替代地，替代使用反相同步信号，可将同步信号的180度相位偏移版本(例如，通过延迟同步信号)用作对控制第二开关单元的触发。所述阻抗估计单元可进一步包括差异确定单元，其连接到第一低通滤波器的输出并连接到第二低通滤波器的输出。所述差异确定单元通过确定第一低通滤波器的输出处的第一信号与第二低通滤波器的输出处的第二信号之间的差异(例如，低通滤波器的输出电压的差异)来确定第一数量。同步信号的反相版本可由反相器产生。随后将同步信号施加到反相器的输入，反相器的输入连接到第二开关单元的控制输入，并且所述反相器用于在其输入处将同步信号反相成同步信号的反相版本。换言之，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监控通过电缆组件为电子设备供电的过程的装置，所述电缆组件包括连接在电源与所述电子设备之间的电缆，所述装置包括：a.同步信号发生器，用于以预定频率产生同步信号；b.测试信号发生器，用于基于所述同步信号产生测试信号并将所述测试信号施加到所述电缆的一端；c.滤波器单元，用于在所述电缆的所述一端检测响应信号，所述响应信号是由于将所述测试信号施加到所述电缆组件而产生；及d.阻抗估计单元，用于基于所述响应信号并基于所述同步信号确定指示所述电缆组件的阻抗的实部的第一数量和指示所述电缆组件的所述阻抗的虚部的第二数量。

【技术特征摘要】
2016.02.04 US 15/015,3571.一种用于监控通过电缆组件为电子设备供电的过程的装置，所述电缆组件包括连接在电源与所述电子设备之间的电缆，所述装置包括：a.同步信号发生器，用于以预定频率产生同步信号；b.测试信号发生器，用于基于所述同步信号产生测试信号并将所述测试信号施加到所述电缆的一端；c.滤波器单元，用于在所述电缆的所述一端检测响应信号，所述响应信号是由于将所述测试信号施加到所述电缆组件而产生；及d.阻抗估计单元，用于基于所述响应信号并基于所述同步信号确定指示所述电缆组件的阻抗的实部的第一数量和指示所述电缆组件的所述阻抗的虚部的第二数量。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述阻抗估计单元进一步包括：a.第一开关单元，用于由所述同步信号触发而将所述响应信号施加到第一低通滤波器的输入；及b.第二开关单元，用于由所述同步信号的反相版本触发而将所述响应信号施加到第二低通滤波器的输入。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述阻抗估计单元进一步包括反相器，将所述同步信号施加到所述反相器的输入，所述反相器的输出连接到所述第二开关单元的控制输入，并且所述反相器用于在其输入处使所述同步信号反相并输出所述同步信号的所述反相版本。4.根据权利要求2所述的装置，其中所述阻抗估计单元进一步包括：差异确定单元，其被连接到所述第一低通滤波器的输出并连接到所述第二低通滤波器的输出，所述差异确定单元用于通过确定所述第一低通滤波器的所述输出处的第一信号与所述第二低通滤波器的所述输出处的第二信号之间的差异来确定所述第一数量。5.根据权利要求2所述的装置，其中a.所述装置用于通过将所述同步信号的相位偏移90度来产生偏移同步信号，b.所述第一开关单元用于由所述偏移同步信号触发而将所述响应信号施加到所述第一低通滤波器的所述输入，c.所述第二开关单元用于由所述偏移同步信号的反相版本触发而将所述响应信号施加到所述第二低通滤波器的所述输入，及d.所述差异确定单元用于通过确定所述第一低通滤波器的所述输出处的第一信号与所述第二低通滤波器的所述输出处的第二信号之间的差异来确定所述第二数量。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述滤波器单元包括带通滤波器，用于以所述预定频率滤出所述响应信号。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述滤波器单元包括具有以下器件的高通滤波器：a.输入电容器，设置于所述高通滤波器的输入与运算放大器的正相输入之间；b.反馈电阻器，设置于所述高通滤波器的所述输出与所述运算放大器的反相输入之间；c.第二电阻器，设置于所述运算放大器的所述反相输入与参考电压之间；d.所述运算放大器，其中所述运算放大器的输出连接到所述高通滤波器的所述输出；及e.开关，用于连接所述运算放大器的所述正相输入与所述参考电压。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述开关用于由所述同步信号触发而连接所述运算放大器的所述正相输入与所述参考电压。9.根据权利要求7所述的装置，其中所述开关包括n型和p型金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，其中所述n型MOSFET的源极与所述p型MOSFET的漏极连接，并且所述n型MOSFET的漏极与所述p型MOSFET的源极连接，并且将所述同步信号的反相版本施加到所述p型MOSFET的栅极或施加到所述n型MOSFET的栅极。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述滤波器单元包括具有以下器件的带通滤波器：a.输入电容器，设置于所述带通滤波器的输入与运算放大器的反相输入之间；b.所述运算放大器，其中所述运算放大器的正相输入连接到参考电压，并且所述运算放大器的输出连接到所述带通滤波器的输出；c.反馈电容器，设置于所述带通滤波器的所述输出与中间节点之间；d.第一反馈电阻器，设置于所述运算放大器的所述反相输入与所述中间节点之间；e.第二反馈电阻器，设置于所述运算放大器的所述正相输入与所述中间节点之间；及f.第三反馈电阻器，设置于所述带通滤波器的所述输出与所述中间节点之间。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述测试信号为正弦曲线形。12.根据权利要求1所述的装置，其中所述测试信号为时间相关电流变化，而所述响应信号为时间相关电压变化。13.根据权利要求1所述的装置，所述装置进一步用于产生用于基于所述所确定的第一数量和/或第二数量调整所述电源的电流和/或电压输出的信号。14.根据权利要求1所述的装置，其中所述电缆为具有标准化连接器的可插拔电缆。15.一种用于监控通过电缆组件为电子设备供电的过程的方法，所述电缆组件包括连接在电源与所述电子设备之间的电缆，所述方法包括：a.使用同步信号发生器以预定频率产生同步信号；b.使用测试信号发生器基于所述同步信号产生测试信号并将所述测试信号施加到所述电缆的一端；c.使用滤波器单元在所述电缆的所述一端检测响应信号，所述响应信号是由于将所述测试信号施加到所述电缆组件而产生；及d.使用阻抗估计单元基于所述响应信号和所述同步信号确定指示所述电缆组件的阻抗的实部的第一数量和指示所...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍斯特·克内德根，安德烈·马里宁，克劳斯·斯特梅耶，
申请(专利权)人：DIALOG半导体英国有限公司，DIALOG半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB