线缆质量检测和电力消耗设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及线缆质量检测，并且在特定实施例中涉及用于线缆质量检测的系 统和方法以及电力消耗设备。
【背景技术】
[0002] 通用串行总线（USB)是对在用于电子设备之间的连接、通信和电力供应的总线中 使用的线缆、连接器和通信协议进行定义而开发的工业标准。
[0003] 在很多便携式产品中，USB经常不仅用作通信端口而且用作适合电池充电的电力 传输端口。例如，标准USB2.0兼容端口可以将7. 5W(1.5A时的5V)的最大电力传输提供 至可以用于对便携式设备的电池进行再充电的专用充电端口。然而，随着便携式设备的电 池容量越来越大，例如从5600mAh到8000mAh和lOOOOmAh，用于这些设备的充电时间相应地 增加。例如，使用标准USB2.0兼容端口，给5600mAh的电池再充电需要大约2小时40分 钟，而给1000 OmAh的再充电则需要4小时45分钟。
[0004] 较快的充电时间可以通过增加充电电流和/或充电电压来获得。USB电力传输 (PD)规范指定使用具有标准USB型A/B连接器的经认证的感知（aware)USB线缆以20V来传输高达100W的电力。USB 要求使用PD-感知线缆。例如，具有USB-微型B/AB连 接器的PD-感知线缆可以支持高达20V时的60W、12V时的36W和5V时的IOW的最大电力。 结果，在新的USB标准下，可以通过电力传输感知线缆传送高达5A的电流和高达100W的电 力。
[0005]USB规范要求了在用于USB线缆的电气参数上的规范。例如，USB规范要求USB线 缆具有24-26的美国线规（AWG)等级（rating)，并且进一步要求微型-B连接器小于50mQ。
[0006] 然而，包括了PD-感知线缆的USB线缆可能不能安全地处理大电流。例如，线缆可 能在使用期间归因于场应力而变得有缺陷。另外，USB制造商中的一些可能不具有良好的 质量控制。通过有缺陷的USB供应大的电力可能会引起显著的安全风险。类似地，归因于 向后兼容性，最终用户可能不知道使用较新的PD-感知线缆的必要性。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的实施例，用于为设备供电的方法包括在通过线缆耦合至电力提供设 备的电力消耗设备处接收电力。在电力消耗设备的输入处以第一电流供应接收的电力。方 法进一步包括将接收的电力供应至电力消耗设备中的负载并且测量电力消耗设备的输入 处的电压的变化率。确定电力消耗设备的输入处的电压的变化率是否小于第一目标电压变 化率。如果电力消耗设备的输入处的电压的变化率大于第一目标电压变化率，则将在电力 消耗设备的输入处接收的电流减小至低于第一电流的第二电流。
[0008] 根据本发明的备选实施例，用于检测电力线缆的温度的方法包括测量通过电力线 缆进行电力传输期间在电力线缆的输出处的电压，并且计算电力传输期间在电力线缆的输 出处的电压变化率。根据电压变化率计算电力线缆的温度的指示。
[0009] 根据本发明的备选实施例，电力消耗设备包括被配置成接收电力并且被配置成通 过电力传输线缆耦合至电力提供设备的输入，接收的电力在电力消耗设备的输入引脚处具 有第一电流。可调电源被配置成将接收的电力供应至电力消耗设备中的负载。控制电路被 配置成计算在电力消耗设备的输入处的接收的电力的电压的变化率。控制电路被进一步配 置成确定在电力消耗设备的输入处的电压的变化率是否小于第一目标电压变化率。控制 电路被进一步配置成：如果电力消耗设备的输入处的电压的变化率大于第一目标电压变化 率，则将电力消耗设备的输入处接收的电力减小至低于第一电流的第二电流。
【附图说明】
[0010] 为了更完整地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述做出参考， 其中：
[0011] 图1图示了应力下的导线的温度特性；
[0012] 图2图示了对于不同初始导线电阻的导线而言随着温度中的增加的在导线电阻 中的增加；
[0013]图3图示了使用电力传输线缆的在电力提供设备与电力消耗设备之间的等效电 阻的示意图；
[0014] 图4图示了所牵引的电流与电力消耗设备处的电压之间的关系；
[0015]图5图示了根据本发明的实施例的电力系统；
[0016] 包括图6A至图6B的图6图示了根据本发明的实施例的电力传输系统的操作；和
[0017] 图7图示了根据本发明的实施例的电池充电器的示意性表示。
【具体实施方式】
[0018] 下面详细地讨论本优选实施例的制作和使用。然而应该理解的是，本发明提供了 可体现在多种具体上下文中的很多适用的创新性概念。所讨论的具体实施例仅是制作和使 用发明的说明性的具体方式，并且不限制发明的范围。
[0019] 将关于在用于减轻电力传输期间在USB线缆中形成电弧的风险的具体上下文、系 统和方法中的优选实施例对本发明进行描述。发明也可以应用于包括了进行通信和/或提 供电力至电子设备的其他线缆的其他应用。
[0020] 当被定级的线缆被用于牵引较高电流的应用时，线缆绝缘体归因于在整个时间周 期内发热而劣化。经受应力的导线或线缆因为导线的固有电阻归因于电流的通过而变热。 然而，如果导线包括缺陷、例如导致在小区域中的电流集聚或电流中的局部增加的缺陷，则 该区域选择性地更加变热。一般情况下，导线被设计成能够工作高达最大电流。然而，导线 的等级可能不会对造成导线损伤的任何场起效果。例如，归因于用户的误用，可能在电流承 载导线上形成缺陷。
[0021] 因此，虽然导线可以在初始时是兼容的，但是导线可能随后变得不适于使用。此 外，归因于在制造商的数量中的大的变动，可能会在导线的质量、长度、直径上有变动。此 外，一些制造商可能没有充分的质量控制并且因此导线可能与例如要求导线成为AWG 24-26、具有2m的最大长度以及具有50mQ的最大电压降的USB要求不兼容。
[0022] 图1图示了应力下的导线的温度特性。
[0023] 参见图1，当大量电流通过诸如USB线缆等的导线时，导线的温度在初始时增加直 到到达准热平衡为止。在该初始阶段之后，温度在整个长的使用周期内慢慢增加直到故障 为止。然而，当导线和/或周围的绝缘烧毁时该阶段的故障可能是灾难性的。因为USB线 缆的向后兼容性，所以存在着当大量电流被牵引通过USB线缆时最终用户使用了用于电力 传输的不合适的和/或有缺陷的USB线缆的真正的危险。
[0024] 图2图示了示出对于不同初始导线电阻的导线而言导线电阻如何相对于温度而 增加的图表。在图2中，三个曲线II、12、13图示了经受发热的导线的示例。曲线II、12、 13图示了具有不同初始电阻的导线的行为。随着导线的温度增加，导线的电阻也增加。对 于具有较大初始电阻的导线而言在电阻中的增加可以比具有较低初始电阻的导线多得多。 因此，具有较大初始电阻的导线中的一些可能因为电阻增加至超过最大可允许电阻（标为 切断电阻）而变得不兼容。例如，期望兼容的USB线缆具有小于50mfi的电阻。然而，在使 用期间USB线缆可能归因于发热而变得不兼容并且引起对最终客户的显著危险。
[0025] 本发明的实施例通过监测线缆的温度并且停止或降低通过线缆传输的电力来防 止对线缆的损伤并避免了使用有缺陷的线缆的安全问题。发明的实施例监测导线的温度变 化而不直接用温度传感器测量温度，由此避免了这样的灾难性故障。
[0026] 将利用图3和图4来描述本发明的实施例。将利用图5来描述包括了实施本发明 的实施例的电力提供设备和电力消耗设备的系统。将利用图6来描述根据本发明的实施例 的电力消耗设备。将利用图7来描述实施本发明的实施例的方法。
[0027]图3图示了使用了电力传输线缆的电力提供设备与电力消耗设备之间的等效电 阻的示意图。
[0028] 遍及电力提供设备102与电力消耗设备110之间的电力传输线缆的电阻可以分成 数个较小的电阻。例如，第一接触电阻Rcl是电力传输线缆接触电力提供设备102的输出 引脚所在的电阻。类似地，通道电阻例如包括第一USB软件狗（USBl)的第一插座电阻RsU 线缆的导线电阻Rw、第二USB软件狗（USB2)的第二插座电阻Rs2、线缆接触电力消耗设备 110的输入引脚所在的第二接触电阻Rc2。
[0029] 图4图示了所牵引的电流与电力消耗设备处的电压之间的关系。
[0030] 初始时，电力消耗设备输入引脚处的电压（VO)是施加电力消耗设备的任何负载 之前的电力提供器的输出电压。因为尚未连接负载，所以通过线缆的电流可以忽略不计 (IO)0
[0031] 在电力被供应至负载（例如，电力消耗设备的电池开始充电）之后，通过线缆建立 了恒定的电流流动，这使线缆变热。线缆的温度中的增加使线缆的电阻增加，这使通过线缆 的电压降增加。换言之，电力消耗设备处的电压归因于由于发热导致线缆的电阻中的增加 而下降。
[0032] 在本发明的各种实施例中，首先在没有负载电流的状态下、并且接着在用于充电 而牵引的恒定电流期间对电力消耗设备11〇(图3)处的电压进行监测。恒定地监测电压中 的变化以便建立将电力供应提供至电力消耗设备的导线或USB线缆的变热的指示