专利名称：通用序列汇流排式自动充电装置及其操作方法
技术领域：
本发明是有关于一种利用通用序列汇流排(Universal Serial Bus；USB)自动充电的装置及操作方法，其在标准的USB接口规格下提供同时传输数据及充电的功能，不会有因电压不同而要提供不同充电装置的需求，具有携带的便利性及增加电池供应时间的特点。
USB是为改善早期外围设备的连接技术而发展的技术。利用USB可让终端用户能拥有“即插即用”的接口及“热插”功能。目前的USB支援1.5Mbps(兆比特/秒)及12Mbps两种数据传输速率，且个有标准化的硬件规格。例如，
图1中，A型插头用于连接至上游(upstream)的计算机主机或集线器(hub)，而B型插头则用于将下游(downstream)的外围设备连接至USB装置。因此，目前大多数的便携式装置，例如，移动电话、数位相机、MP3播放机等，皆因USB的便利特性而采用USB作为它的传输接口。但是，便携式装置的耗电量大是一令人头痛的问题。
目前使用的USB接口包括a.传输data/w external power；b.传输data/winternal power，其中，并没有用于一边充电，一边传输数据的USB接口。另外，所有利用USB作为接口的便携式装置，皆可以使用图1的A及B型插头内的2个传输电源功率专用的插脚(例如，+5V及GND)来传输电源功率，此种传输电源功率的方式称之为汇流排供电式(bus-power)。根据一USB系统规格，最多可以连接至6层次高达127项的外围设备，不过，该规格规定一汇流排供电式集线器(hub)不可连接至另一汇流排供电式集线器(hub)，其目的是避免利用USB作为接口的便携式装置在连接外围设备时，产生因供电不足而使各装置无法运行的情形。因为这个规定而使上述的USB固有的特点无法充分发挥。因此，若能提供可以一边充电，一边传输数据的USB接口装置，则可以解决上述问题。
因此，本发明的一目的是提供一种利用通用序列汇流排(USB)自动充电的装置及其操作方法，其在标准的USB接口规格下提供同时传输数据及充电的功能，具有携带的便利性及增加电池供应时间的优点。该充电装置包括一用以将电池充电的充电器；一用以显示充电进度(rate of progress)的指示器；一与外围设备连通用的USB接口；一充电控制器，用以利用一主机系统可提供的一最大电流量作为供电来源，经过该USB接口自动充电该充电器内的电池至一USB规格所能负载的最大电流量并将目前充电量与目前电流剩余量显示在一主机系统显示器的状态视窗(status window)上。该操作方法包括下列步骤建立一装置USB与一主机系统USB的连线；利用该建立的USB连线使一充电控制器取得该主机系统目前可提供的一最大电流量；启动一充电器利用该最大电流量作为电源来充电一电池并显示目前的充电量于一指示器上；调整该USB汇流排供电的电流量至一USB规格所能负载的最大电流量并经过该建立的USB连线将该目前充电量与一目前主机系统电流剩余量同时显示在该主机系统显示器的状态视窗上；在该充电器充电该电池至饱和时结束充电操作并将电流量降低至一USB规格可接受的最小电流量，否则，重复该调整USB汇流排供电的电流量的步骤。
据此，本发明的自动充电装置及方法是利用便携式装置中储备的电流量经过USB汇流排来充电，此方式在USB标准硬件规格下，完全不必考虑电源电压问题，即可在经过USB缆线接上主机系统时，自动启动此充电装置，同时充电与传输数据，节省时间也增加电池供电时间。
较佳实施例的详细说明本发明的主要特征是使装置(device)与主机系统经过USB接口相互连通，取得主机系统所能供应的最大电能量(power)给装置，使装置可顺利地充电。本发明的另一特征在于，USB接口在传输信号时，可以一边传输，一边充电，详细的说明如下。
由于经由USB可连接多达127个装置，因此，本发明在装置的连接上区分成不包含集线器(hub)的第一实施例及包含集线器的第二实施例，其中，相同元件是使用相同编号。[第一实施例]参考图2，显示一USB自动充电装置系统实施例。在图2中，此系统包括一充电装置2、一主机系统1及一USB导线3。该主机系统1进一步包括一USB接口11、一操作系统12、一位在显示器13内的状态视窗131。该充电装置2进一步包括一充电器22、一指示器23、一USB接口24、一充电控制器25。
如图2所示，该充电装置2用以对电池进行充电；该主机系统1用以检测该充电装置2的存在并提供电源给该充电装置2以进行充电；及USB导线3则用以建立该主机系统1及该充电装置的实际连线。在该主机系统中，该USB接口11是作为该主机系统与外围设备通信的接口，例如，图2中该主机系统利用接口11经USB导线3与该充电装置2建立通信连线，此导线3可以是能符合USB操作速度要求(例如，1.5Mbps及12Mbps)及最大长度限制(例如，约5公尺)的任何导线，例如，1尺同轴电缆、5尺双绞线等。该操作系统12必须是能支援USB的操作系统，例如，Windows 98、Mac OS 8以上版本、或UNIX等等，其利用该USB汇流排3传送及控制目前可提供的一最大电流量给该充电装置2作为电源以进行充电。在充电时，该主机系统1的剩余电量指标132与该充电装置2目前充电量指标133会同时经由USB汇流排3显示在该显示器13状态视窗131上。在该充电装置2中，该充电器22用以将电池充电。该指示器23是一液晶显示器(LCD)，用以显示充电进度(rate of progress)。该USB接口24是作为该充电装置与外围设备通信的接口。该充电控制器25是用以利用主机系统1可提供的最大电量作为电源经过该USB接口24自动充电该充电器22内的电池，充电至一USB规格所能负载的最大电量，本发明可以同时一边传输数据，一边充电，增加电池供应的时间，并利用一预置的计算机程序将一目前剩余电量指标132与一目前充电量指标133显示于一主机系统1的显示器13视窗131上。[第二实施例]参考图3，显示另一USB自动充电装置系统实施例。在图2中，此系统包括一充电装置2、一充电装置4、一集线器(hub)51、一主机系统1、一USB导线3、及一USB导线5。
如图3所示，将第二实施例与第一实施例作比较后可发现两者唯一不同点在于本实施例除直接将该充电装置2与该主机系统1通过该USB导线3连接外，还包括该充电装置4经由该集线器51及该USB导线5连接至该主机系统1上，例如，可内置集线器于显示器及键盘中以连接至主机系统，或多台打印机利用独立式外部集线器连接至主机系统。为便于说明起见，本实施例在该配置中仅使用一集线器51。本领域技术人员皆了解，实际上，只要是在USB的127个装置及7层次的规定内，一USB可直接连接四个装置，而一独立式外部集线器则可连接四至七个装置。
参考图3，其中，将该充装置2与该主机系统1通过USB导线3直接连接部分与图2相同，在此不再重复描述，仅就其余部分详细描述。
由于USB的输出/输入端口(I/O Port)数量有限，典型是4个，因此，若有超过4个以上的装置出现时，上述直接连线的方式则不适用，此时，集线器便会被用于配置USB网路。在配置完成的USB网路中，如图3，主机系统1的操作系统(OS)12会自动检测到新增加的连线，也就是主机系统1经导线5及HUB 51连接至充电装置4。当OS 12检测到新增的HUB 51及充电装置后，会将原先完全供应给充电装置2的储备电源根据各装置的充电需求重新作分配。分配的安排是根据所连各装置所需的总充电量大小排序，所需的充电量较小者优先分配。例如，以图3中连线1-2-3及连线1-5-51-4作说明，假设现今主机系统1具有储备电流3A，其OS 12检查系统发现充电装置2需要1.5A(安)，HUB 51需要1A且充电装置4需要1.5A，因此，OS 12将会优先分配1.5A给充电装置2，之后再分配1A给HUB 51及0.5A给充电装置4，等待充电装置2充电完毕后再将其空余的1.5A电流提供给充电装置4。OS 12会随时检查系统中可利用的储备电源以便动态地作最佳化的分配，藉此提高系统电源的使用效率。例如，当充电装置2充电完毕时，OS 12发现因增加调制解调器(modem)而使储备的电流只剩下2A时，充电装置4此时最多就只能分配到1A。
实际上，不论在第一实施例或第二实施例，本发明皆能随时检测USB各装置所需的电源量并据此自动作最佳化的资源分配。此二实施例的相关操作流程如下述。[操作流程]参考图4a及4b，根据本发明显示一USB自动充电装置操作方法的流程。在图4a中，该操作方法包括下列步骤建立一装置USB与一主机系统USB的连线(S1)；利用该建立的USB连线使一充电控制器取得该主机系统目前可提供的一最大电流量(S2)；启动一充电器利用该最大电流量作为电源来充电一电池并显示目前的充电量于一指示器上(S3)；调整该USB汇流排供电的电流量至一USB规格所能负载的最大电流量并经过该建立的USB连线将该目前充电量与一目前主机系统剩余电量同时显示在该主机系统显示器的状态视窗上(S4)；在该充电器充电该电池至饱和时结束充电操作并将电流量降低至一USB规格可接受的最小电流量，否则，重复该调整USB汇流排供电的电流量的步骤(S5)。上述的详细说明将显示于图4b中。
如图4b所示，首先，建立一装置USB与一主机系统USB的连线(S1)，例如以电缆线将该装置USB连接端口直接或经过hub间接地插入该主机系统的USB连接端口61，位于主机系统内的OS马上会主动检测到该新增装置并提供一USB主机控制器驱动器以控制该连线操作62。接着，经过该OS提供的USB驱动器63来建立该新增装置的USB配置64，也就是，将该新增USB的电源功率供应设定为汇流排供电式，以便经过汇流排由主机系统直接提供充电时所需的电源功率，及经过建立的USB连线与主机系统的USB驱动器连通以取得一最佳的电流量64，换句话说，使用USB汇流排供电从主机系统取得可提供作为充电电源的最大值(S2)。在建立好连线(插上插头使USB主机控制器驱动器及USB驱动器连接被启动，且设定USB使用汇流排供电)并取得主机系统可提供的最大供电值后，启动USB传输及充电器65，以利用该USB汇流排传送该主机系统提供的最大能量供应一充电器开始充电一电池(S3)。尽可能将该最大能量调整到USB规格的最大电流量66。从该充电器取得充电状态随时将目前充电状况以一LCD显示器显现在本装置面板上并使用该USB连线随时将目前充电状态与电流量经过USB连线传送至主机系统67，与系统电源能量状态一起显示在显示器的状态视窗上68，换言的，图4a的步骤S4包括图4b的66、67及68。当充电至饱和时，通知用户69并将电流量降低至从OS所取得的一USB规格可接受的最小电流量后结该充电操作70，否则，重复步骤66、67及68。上述该USB规格所限制的最大电流量及该USB可接受的最小电流量会随着USB所连接的装置类型及数量而定。
虽然本发明已以一较佳实施例如上述公开，然其并非用以限定本发明，本领域技术员人会理解，在不脱离本发明的构思及范围内，可做更动与修改，因此本发明的保护范围由所附的权利要求所限定的为准。
权利要求
1.一种通用序列汇流排(USB)自动充电装置，使用于一USB传输接口，该USB传输接口外接至一主机系统，且该USB传输接口具有一汇流排电源，用以提供该USB传输接口的电流，该通用序列汇流排自动充电装置包括一充电器，其与该USB传输接口电连接，用以将一电池充电；一指示器，其与该主机系统电连接，用以显示该充电器的充电进程；及一充电控制器，由该主机系统来控制，用以调整该汇流排电源的电流量，使该汇流排电源的电流量维持在一USB规格所能负载的最大电流量。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括一导线，用以连接该充电装置及该主机系统两者的USB接口以建立实体连线。
3.如权利要求2所述的装置，该导线是任何具有信号传输能力的电缆线。
4.如权利要求1所述的装置，其中，该主机系统进一步包括一操作系统，用以检测该充电装置的存在与否；一与外围设备通信的USB接口，以此接收来自该充电装置的充电进度数据；及一显示器的状态视窗，用以显示该接收到的充电进度数据。
5.如权利要求4所述的装置，更包括一电池插座，用以放置该电池。
6.一种通用序列汇流排(USB)自动充电装置，使用于一USB传输接口，其中该USB传输接口具有一汇流排电源，用以提供该USB传输接口的电源，该装置与一主机系统经由一集线器来连接，该装置包括一充电器，其与该USB传输接口电连接，用以将一电池充电；一指示器，其与该主机系统电连接，用以显示该充电器的充电状态；及一充电控制器，由该主机系统来控制，用以调节该汇流排电源的电流量，使该汇流排电源的电流量维持在一USB规格所能负载的最大电流量，当该指示器显示该电池已处于充饱的状态时，该充电控制器会发出指令，降低该汇流排电源的电流量至一USB规格所能负载的最小电流量，并停止该充电器。
7.如权利要求6所述的装置，该导线是任何具有信息传输能力的电缆线。
8.如权利要求6所述的装置，其中，该主机系统进一步包括一操作系统，用以检测该充电装置的存在与否；一与外围设备通信的USB接口，藉此接收来自该充电装置的充电进度数据；及一显示器的状态视窗，用以显示该接收到的充电进度数据。
9.如权利要求8所述的装置，更包括一电池插座，用以放置该电池。
10.一种通用序列汇流排(USB)自动充电的方法，使用于一USB传输接口，其中该USB传输接口具有一汇流排电源，该方法包括下列步骤(a)建立该USB传输接口与一主机系统的一连线；(b)提供一充电控制器，设于该主机系统中，利用该建立的连线可以使该汇流排电源与该充电控制器连通，取得适当的该汇流排电源的电流量；(c)提供一充电器，与该USB传输接口电连接，用以将一电池充电；(d)启动该USB传输接口的传输操作，并同时启动该充电器，开始充电的操作；(e)利用该充电控制器，持续调整该汇流排电源的电流量，直到调整到一USB规格所能负载的最大电流量；(f)提供一指示器，设于该主机系统中，用以显示目前该汇流排电源的电流量以及该充电器的充电状态；(g)判断是否已充电完毕，若是该电池已至饱和时，结束充电动作并将该汇流排电源的电流量降低至一USB规格可接受的最小电流量，否则，重复该步骤(c)到(f)。
11.如权利要求10所述的方法，其中，该USB规格所能负载的最大电流量及该USB规格可接受的最小电流量是随USB所连接的装置类型及数量而定。
12.如权利要求10所述的方法，其中，该步骤(a)进一步包括一装置以电缆线将该装置的USB连接端口直接或经过集线器间接插入该主机系统的USB连接端口；位于该主机系统内的OS主动检测到经由该建立的USB连线连接至该主机系统的新增装置；设定USB驱动器；及设定该装置USB端的充电控制器使用USB汇流排来供电。
全文摘要
提供一种利用通用序列汇流排(USB)自动充电的装置及其操作方法。充电装置包括:充电器;指示器;USB接口;及充电控制器。该方法包括下列步骤:建立一装置USB与主机系统USB的连线;利用连线使一充电控制器取得该主机系统目前可提供的最大电流量;按最大电流量启动充电器充电一电池并显示;调整电流量并显示目前充电量与目前主机系统电流剩余量;电池充电至饱和时结束充电操作并降低至USB规格可接受的最小电流量。
文档编号H02J7/00GK1350355SQ0013166
公开日2002年5月22日 申请日期2000年10月23日 优先权日2000年10月23日
发明者许英豪 申请人:明碁电通股份有限公司