连接器与电力输送控制方法与流程

1.本发明涉及一种连接器(dongle)，特别是涉及一种支持可编程电源供应(programmable power supply，缩写pps)电力输送(power delivery，缩写pd)的连接器。


背景技术：

2.可编程电源供应(programmable power supply，缩写pps)为一种新的电力输送标准规格，其通过规范受电装置(即，吸端(sink))每十秒内与供电装置(即，源端(source))进行数据交换的方式，使供电装置能依据受电装置状况动态调整输出电压及电流。pps标准所规范的传送电压范围在3～21伏特(v)之间，且电压调整步距为0.02v。除了提高充电效率外，pps标准还可降低受电装置在充电时的发热程度。
3.由于现今消费性电子产品(例如，手机)的功能日益强大，使用者持续使用所述消费性电子产品的时间越来越长，导致消费性电子产品电力消耗的速度也越来越快。因此，能快速充电的消费性电子产品的商品需求随之上升。
4.有鉴于此，需要开发出更多可支持快速充电的装置，例如，可支持pps的电力输送的连接器(dongle)，以符合市场需求。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的在于开发一种可支持pps的电力输送的连接器(dongle)及对应的电力输送控制方法。
6.根据本发明的一个实施例，一种连接器，耦接于用以供应电力的一供电装置以及用以接收电力的一受电装置之间，包括一下行接口(downstream facing port，缩写dfp)、一上行接口(upstream facing port，缩写ufp)以及一控制器。下行接口用以耦接供电装置。上行接口用以耦接受电装置。控制器耦接下行接口与上行接口，用以于供电装置与受电装置之间控制电力与信号的传递。响应于接收自受电装置的一第一电力请求信号，控制器根据第一电力请求信号判断受电装置所请求的一电力类型是否为可编程电源供应(programmable power supply，缩写pps)，并且当判断受电装置所请求的电力类型为pps时，开始计时一第一等待时间，以及当第一等待时间到期时，控制器通过上行接口传送一请求接受信号至受电装置。
7.根据本发明的另一实施例，一种电力输送控制方法，用以于一供电装置与一受电装置之间控制电力输送，其中供电装置用以供应电力，受电装置用以接收电力，电力输送控制包括：根据接收自受电装置的一第一电力请求信号判断受电装置所请求的一电力类型是否为可编程电源供应(programmable power supply，缩写pps)；当判断受电装置所请求的电力类型为pps时，开始计时一第一等待时间；以及当第一等待时间到期时，传送一请求接受信号至受电装置。
附图说明
8.图1是根据本发明的一个实施例所述的电力输送系统模块图。
9.图2是根据本发明的一个实施例所述的电力输送控制方法流程图。
10.图3是根据本发明的另一个实施例所述的于供电装置与受电装置之间控制电力输送的方法流程图。
11.图4是根据本发明又一个实施例所述的于供电装置与受电装置之间控制电力输送的方法流程图。
12.图5是根据本发明的一个实施例所述的电力输送系统对于受电装置所请求的电压变化量小于或等于既定数值时的处理流程图。
具体实施方式
13.图1是根据本发明的一个实施例所述的电力输送系统模块图。电力输送系统可包括一连接器(dongle)100、一供电装置200以及一受电装置300。供电装置200也被称为源端(source)，用以于电力输送系统中供应电力。受电装置300也被称为吸端(sink)，用以于电力输送系统中接收电力。连接器100耦接于供电装置200与受电装置300之间，用以于供电装置200与受电装置300之间控制电力与信号的传递。
14.连接器100可至少包括一控制器110、用以耦接供电装置200的一下行接口(downstream facing port，缩写dfp)120、以及用以耦接受电装置300的一上行接口(upstream facing port，缩写ufp)130。控制器110耦接下行接口120与上行接口130，并用以控制供电装置200与受电装置300之间的电力与信号的传递，例如，连接器100可评估接收到的电力请求内容、并且于供电装置200与受电装置300之间分路(bypass)接收到的电力与各个信号。此外，控制器110可分别为下行接口120与上行接口130维护一状态机，用以控制下行接口120与上行接口130的运作。
15.根据本发明的一个实施例，连接器100可为通用串行总线(universal serial bus，缩写usb)类型c(type c)连接器，并且支持可编程电源供应(programmable power supply，后缩写为pps)电力输送(power delivery，后缩写为pd)。在本发明的一个实施例中，连接器100亦可与供电装置200结合/整合成为一支持pps的供电装置，例如，连接器100通过下行接口120与供电装置200相连，成为支持pps的一转接器(adapter)或一充电器，并通过上行接口130输出支持pps或符合pps规范的电力。
16.根据本发明的一个实施例，于下行接口120与上行接口130分别已连接供电装置200与受电装置300的情境下，于连接器100上电后，可执行一初始化流程，初始化流程可包括通过下行接口120及上行接口130分别与供电装置200及受电装置300依序建立type c与pps pd的连接等操作。
17.建立起pd的连接后，受电装置300可开始向供电装置200发出电力请求，电力请求将通过连接器100传递给供电装置200。
18.响应于接收到的电力请求，连接器100的控制器110可先评估受电装置300所请求的电力是否为可提供的电力。例如，依连接器100所配置的硬件规格以及所编程的软件与固件内容判断受电装置300所请求的电力是否为可提供的电力。若是，则进一步将电力请求传递给供电装置200。若否，连接器100可忽略接收到的电力请求，或者可发出一请求拒绝信号
给受电装置300。
19.根据目前pps标准所规范的内容，当受电装置300所请求的电力调节变化量在500毫伏(mv)以下时，供电装置200必须于回复请求接受信号后的25毫秒(ms)内完成调电，并且向受电装置300发出电力就绪信号。然而，一般情况下，若于电力输送系统中使用一连接器耦接于供电装置200与受电装置300之间时，则连接器通常无法满足于25毫秒内完成调电任务的需求。其原因在于，一般的连接器于评估完受电装置300所请求的电力为可提供的电力之后，便会立刻回复请求接受信号给受电装置300，并进一步将电力请求传递给供电装置200。响应于接收到的电力请求，供电装置200将于评估后开始调电，并于调电完成后发出电力就绪信号。然而，因上述整体流程过于耗时，使得一般连接器无法满足于25毫秒内完成调电任务的需求。
20.为解决上述问题，本发明所提出的连接器100于电力输送过程中适当地加入一或多个延迟，用以控制于供电装置与受电装置之间的电力输送，并使电力输送的整体流程符合pps的标准。
21.根据本发明的一个实施例，如上所述，于建立起pd的连接后，受电装置300可通过连接器100向供电装置200发出第一电力请求信号。响应于接收自受电装置300的第一电力请求信号，控制器110可如上述先评估受电装置300所请求的电力是否为可提供的电力，其中电力请求信号可包括受电装置300所请求的电压大小、电流大小、及电源类型等信息。若受电装置300所请求的电力并非为连接器100可提供的电力，连接器100可忽略接收到的电力请求，或者可发出一请求拒绝信号给受电装置300。需注意的是，为简洁说明，在本发明的实施例中，范例均以受电装置300所请求的电力为连接器100可提供的电力作为假设前提进行说明。
22.若受电装置300所请求的电力为连接器100可提供的电力，连接器100可进一步根据第一电力请求信号内容判断受电装置300所请求的一电力类型是否为pps。当判断受电装置300所请求的电力类型并非pps时，控制器110可直接通过上行接口130传送一请求接受信号至受电装置300，用以回应第一电力请求信号，并且通过下行接口120将第一电力请求信号传送至供电装置200。另一方面，当判断受电装置300所请求的电力类型为pps时，控制器110可使用一第一计时器开始计时一第一等待时间，用以延迟请求接受信号的发送时间，并且于计时期间驱动下行接口120，用以通过下行接口120将第一电力请求信号传送至供电装置200。在本发明的实施例中，于第一等待时间到期前，控制器110暂不通过上行接口130传送请求接受信号至受电装置300，但会先通过下行接口120将第一电力请求信号传送至供电装置200。根据本发明的一个实施例，于第一等待时间到期时，控制器110才通过上行接口130传送请求接受信号至受电装置300用以回应第一电力请求信号。根据本发明的另一实施例，当判断受电装置300所请求的电力类型为pps时，控制器110可进一步根据第一电力请求信号与一先前的电力请求信号(即，先前自受电装置300接收到的电力请求信号)决定一请求电压变化量(即，电力调节变化量)，并且判断请求电压变化量是否大于一既定数值。在本发明的实施例中，既定数值可依pps标准所规范的内容而决定。例如，既定数值可被设定为但不限于，500毫伏(mv)。当判断请求电压变化量大于既定数值时，控制器110可直接通过上行接口130传送一请求接受信号至受电装置300，用以回应第一电力请求信号，并且通过下行接口120将第一电力请求信号传送至供电装置200。
23.当判断请求电压变化量不大于既定数值时，控制器110可使用一第一计时器开始计时一第一等待时间，用以延迟请求接受信号的发送时间，并且于计时期间驱动下行接口120，用以通过下行接口120将第一电力请求信号传送至供电装置200。在本发明的实施例中，于第一等待时间到期前，控制器110暂不通过上行接口130传送请求接受信号至受电装置300，但会先通过下行接口120将第一电力请求信号传送至供电装置200。于第一等待时间到期时，控制器110才通过上行接口130传送请求接受信号至受电装置300用以回应第一电力请求信号。
24.根据本发明的一个实施例，第一等待时间可被设定为供电装置200响应于一电力请求信号而回应请求接受信号所需的时间。更具体的说，根据本发明的一个实施例，于建立起pd的连接后，控制器110可主动发送一电力请求信号给供电装置200，并且可开始计算自供电装置200接收请求接受信号至回应请求接受信号所需的时间，以获取供电装置200响应于电力请求信号而回应请求接受信号所需的时间，并可根据所获取的时间设定第一等待时间。
25.一般而言，供电装置200于接收到电力请求信号后，同样会评估受电方所请求的电力是否为可提供的电力，并且于评估受电方所请求的电力为供电装置200可提供的电力后，发送一请求接受信号给受电方，用以回应此电力请求信号，并且开始根据请求的电力执行电力调节。供电装置200于电力调节完成后，会发送一电力就绪信号给受电方，以告知电力已就绪，并且开始提供受电方所请求的电力。
26.在本发明的实施例中，当受电装置300所请求的电力类型为pps时，或者当受电装置300所请求的电力类型为pps且当前的请求电压变化量不大于既定数值时，通过使连接器100延迟传送请求接受信号给受电装置300的时间点，例如，前述于第一等待时间到期时才传送请求接受信号，可将供电装置200评估电力与回复请求接受信号所花费的时间排除在pps标准所规范的25毫秒外，如此可有助于使得连接器100与供电装置200的结合能满足于25毫秒内完成调电任务的需求。
27.此外，一般而言，连接器内部可配置电压探测电路，例如，一模数转换电路，用以检测供电装置200目前所提供的电力是否符合受电装置300所请求的电力。然而，由于pps标准所规范的电压调整步距为0.02v，其可能小于一般连接器内部所配置的电压探测电路的检测精度(此检测精度取决于连接器所配置的硬件规格)，导致在受电装置300请求电压微调的过程中，供电装置200尚未开始调节电力，但连接器内部的控制器可能判断当前的电力已就绪，进而触发电力良好中断(power good interrupt)，使得连接器用以传输电力的总线vbus已处于就绪状态并提前传送电力就绪信号，这违反了pps的pd标准于时序上的规定。
28.为解决上述问题，根据本发明的一个实施例，于前述第一等待时间到期时，或者于控制器110通过上行接口130发出请求接受信号后，控制器110可接着使用一第二计时器开始计时一第二等待时间，并且于第二等待时间到期时，判断下行接口120是否自供电装置200接收到一电力就绪信号。若是，则进一步将电力就绪信号通过上行接口130传送至受电装置300。若否，即，当判断下行接口120于第二等待时间期间内并未自供电装置200接收到电力就绪信号时，因供电装置200未能于规定时间内完成调电，必须重新建立pd连接，因此控制器110可发起一重置流程，用以与供电装置及受电装置中的至少一个重新建立电力输送连接。根据本发明的一个实施例，重置流程的操作可以类似于前述初始化流程，例如，控
制器110可重新执行初始化流程所包括的一个或多个操作。如此一来，可有效解决电压探测电路的检测精度不足的问题，也可符合pps的pd标准于时序上的规定。
29.根据本发明的一个实施例，第二等待时间可被设定为25毫秒，以符合目前pps标准所规范的调电时间限制。然而，本发明并不限于将第二等待时间设定为25毫秒。例如，第二等待时间可依电力输送系统的需求作适当的设计。根据本发明的一个实施例，第二等待时间可被设定为供电装置200响应于一电力请求信号而执行电力调节所需的时间。更具体的说，根据本发明的一个实施例，于建立起pd的连接后，控制器110可主动发送一电力请求信号给供电装置200，并且可开始计算供电装置200执行电力调节所需的时间，以获取供电装置200响应于电力请求信号而执行电力调节所需的时间，并可根据所获取的时间设定第二等待时间，或者可计算供电装置200自响应于电力请求信号而回应请求接受信号至供电装置200发送电力就绪信号的一个时间差，以获取供电装置200(自回应请求接受信号后开始)执行电力调节所需的时间，并根据供电装置200执行电力调节所需的时间设定第二等待时间。
30.除上述计时第一等待时间以及计时第二等待时间外，根据本发明的一个实施例，为了使供电装置200与受电装置300即便通过连接器100间接相连也能满足pps标准所规范的保持连线(keep alive)要求，控制器110可分别为连接器100的下行接口120与上行接口130设定对应的计时器，并且使下行接口120与上行接口130分别扮演吸端与源端的角色，用以辅助供电装置200与受电装置300之间能持续保持pps的pd连线。
31.根据本发明的一个实施例，于建立起pd的连接后，控制器110还可使用一第三计时器开始计时一第三等待时间，并且于第三等待时间到期时，判断上行接口130是否自受电装置300接收到任一电力请求信号。若是，则代表受电装置300目前仍保持连线，控制器110可针对接收到的电力请求信号做对应的处理，例如，根据以上实施例所介绍的流程处理接收到的电力请求信号。若否，即，判断上行接口130并未于第三等待时间的期间内自受电装置300接收到任一电力请求信号，则代表受电装置300目前已断线，控制器110可发起一重置流程，用以与受电装置300重新建立pd连接。需注意的是，在本发明的实施例中，控制器110可反复重启第三计时器，并且于每次第三等待时间到期时执行以上判断与对应操作，使受电装置300能满足pps标准所规范的保持连线(keep alive)要求。
32.根据本发明的一个实施例，第三等待时间可被设定为12～15秒，以符合目前pps标准所规范的限制。然而，本发明并不限于将第三等待时间设定为12～15秒。例如，第三等待时间可依电力输送系统的需求作适当的设计。
33.此外，根据本发明的一个实施例，于建立起pd的连接后，控制器110可还使用一第四计时器开始计时一第四等待时间，并且于第四等待时间到期时，判断于第四等待时间的期间内是否存在一电力请求信号或一沟通信号被传送至供电装置200。若是，则代表受电装置300与供电装置200于第四等待时间的期间内仍保持沟通，控制器110可针对接收到的信号做对应的处理。若否，即，判断于第四等待时间的期间内并未有任何电力请求信号或沟通信号通过连接器100被传送至供电装置200，则控制器110可主动产生一电力请求信号并通过下行接口120将此电力请求信号传送至供电装置200，用以与供电装置200保持pd连接。需注意的是，在本发明的实施例中，控制器110可反复重启第四计时器，并且于每次第四等待时间到期时执行以上判断与对应操作，使供电装置200能满足pps标准所规范的保持连线
(keep alive)要求。
34.根据本发明的一个实施例，第四等待时间可被设定为10秒，以符合目前pps标准所规范的限制。然而，本发明并不限于将第四等待时间设定为10秒。例如，第四等待时间可依电力输送系统的需求作适当的设计。
35.图2是根据本发明的一个实施例所述的电力输送控制方法流程图，包括由图1所示的控制器110执行以下步骤：
36.步骤s202：自受电装置接收一电力请求信号。
37.步骤s204：根据接收的电力请求信号判断受电装置所请求的电力类型是否为pps。若是，则执行步骤s206。若否，则执行步骤s210。需注意的是，如上所述，此范例是以受电装置所请求的电力为连接器可提供的电力的假设作为前提进行说明的。
38.步骤s206：根据电力请求信号与一先前的电力请求信号决定一请求电压变化量，并且判断请求电压变化量是否小于或等于一既定数值。若是，则执行步骤s208。若否，则执行步骤s210。需注意的是，在本发明的另一实施例中，也可略过步骤s206的判断。即，若步骤s204的判断结果为是，则执行步骤s208。
39.步骤s208：开始计时第一等待时间，并且同时将电力请求信号传送至供电装置。于第一等待时间到期时，再传送请求接受信号至受电装置，并且开始计时第二等待时间。于第二等待时间到期时，执行步骤s212。
40.步骤s210：直接传送请求接受信号至受电装置，并且将电力请求信号传送至供电装置。接着，控制器可等待供电装置调电完成后传送电力就绪信号，并且于接收到电力就绪信号时，执行步骤s214。
41.步骤s212：于第二等待时间到期时判断是否自供电装置接收到一电力就绪信号。若是，执行步骤s214。若否，执行步骤s216。
42.步骤s214：将电力就绪信号传送至受电装置。
43.步骤s216：发起重置流程，用以重新建立电力输送连接。待电力输送连接建立完成后，可等待受电装置的电力请求信号，并重新执行步骤s202。
44.图3是根据本发明的另一个实施例所述的于供电装置与受电装置之间控制电力输送的方法流程图，此流程用于使图1所示的受电装置300能满足pps标准所规范的保持连线要求，并且可与图2所示的流程同时进行。此方法可包括由图1所示的控制器110执行以下步骤：
45.步骤s302：于建立起pd的连接后，开始计时第三等待时间。于第三等待时间到期时，执行步骤s304。
46.步骤s304：判断上行接口是否自受电装置接收到任一电力请求信号。若是，执行步骤s306。若否，执行步骤s308。
47.步骤s306：针对接收到的电力请求信号做对应的处理，并且可返回步骤s302重启第三计时器。
48.步骤s308：发起重置流程，用以重新建立电力输送连接。待电力输送连接建立完成后，可返回步骤s302重启第三计时器。
49.图4是根据本发明又一个实施例所述的于供电装置与受电装置之间控制电力输送的方法流程图，此流程用于使图1所示的供电装置200能满足pps标准所规范的保持连线要
求，并且可与图2所示的流程同时进行。此方法可包括由图1所示的控制器110执行以下步骤：
50.步骤s402：于建立起pd的连接后，开始计时第四等待时间。于第四等待时间到期时，执行步骤s404。
51.步骤s404：判断是否一电力请求信号或一沟通信号曾于第四等待时间的期间内被传送至供电装置。若是，执行步骤s406。若否，执行步骤s408。
52.步骤s406：针对接收到的信号做对应的处理，并且可返回步骤s402重启第四计时器。
53.步骤s408：产生一电力请求信号并通过下行接口120将此电力请求信号传送至供电装置，用以与供电装置200保持pd连接。接着可返回步骤s402重启第四计时器。
54.图5是根据本发明的一个实施例所述的电力输送系统对于受电装置所请求的电压变化量小于或等于既定数值时的处理流程图。图5于上半部分示出了信号于电力输送系统内的传递，并且示出了受电装置、上行接口、下行接口以及供电装置响应于接收到的信号所执行的对应操作。图5于下半部分示出了上行接口与下行接口的电力、电压与电流的转换。
55.如图所示，于受电装置发出电力请求信号后，连接器的上行接口(例如，由图1所示的控制器110所控制的上行接口策略引擎，或者控制器110本身)可评估电力请求，开始计时一等待时间tppsdelayaccept，并同时驱动下行接口(例如，由控制器110所控制的下行接口策略引擎，或者控制器110本身)将电力请求信号传送至供电装置。供电装置于接收到电力请求信号后，可评估电力请求，并且于评估后传送出请求接受信号(accept)，由下行接口接收供电装置所发出的电力请求信号。另一方面，于等待时间tppsdelayaccept到期时，上行接口传送请求接受信号(accept)至受电装置，受电装置于接收到请求接受信号后可进一步评估请求接受信号。
56.根据本发明的一个实施例，等待时间tppsdelayaccept的长度可根据供电装置响应于电力请求信号而回应请求接受信号所需的时间而设定。此外，上行接口传送请求接受信号至受电装置的时间可早于或晚于下行接口接收供电装置所发出的电力请求信号的时间点。
57.于上行接口传送请求接受信号至受电装置后，再开始计时另一等待时间tppssrctranssmall。同时，供电装置于传送出请求接受信号后开始执行调电操作，并且于调电完成后发出电力就绪信号(ps_rdy，未示于图中)。于等待时间tppssrctranssmall到期时，控制器将判断下行接口是否自供电装置接收到电力就绪信号(ps_rdy)。当判断下行接口并未自供电装置接收到电力就绪信号时，控制器会发起一重置流程，用以重新建立电力输送连接。当判断下行接口自供电装置接收到电力就绪信号时，上行接口将电力就绪信号传送至受电装置。受电装置于收到电力就绪信号后，可评估电力就绪信号。
58.根据本发明的一个实施例，等待时间tppssrctranssmall的长度可根据供电装置自回应请求接受信号至发送电力就绪信号所需的时间长度做设定。
59.如图5下半部分所示，上行接口的电力供应会从原电力转换为新电力，并且因为供电装置的电力调节而经历一电力转换期间。对照上行接口的电压曲线可以看出用以传输电力的总线vbus的电压由原电压vold逐渐转变为新电压vnew。此外，受电装置所汲取的电流同样地由原电流iold逐渐转变为新流inew。
60.通过以上实施例所介绍的连接器与电力输送控制方法，可以实现可支持pps的电力输送的连接器，并且可有效解决将一般连接器应用于pps的电力输送会遭遇的问题。
61.以上所述仅为本发明的优选实施例，凡是依据本发明申请专利范围所作出的相等变化与修饰，均应当在本发明的涵盖范围内。
62.附图标记说明：
63.100：连接器
64.110：控制器
65.120：下行接口
66.130：上行接口
67.200：供电装置
68.300：受电装置
69.tppsdelayaccept、tppssrctranssmall：等待时间
70.vold：原电压
71.vnew：新电压