為電子設備供電的方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于監(jiān)控通過電纜組件為電子設備供電的過程的方法。所述電纜組件包括連接在電源和所述電子設備之間的電纜。所述方法包括：產(chǎn)生同步信號；基于所述同步信號產(chǎn)生測試信號并將所述測試信號施加到所述電纜的一段；在所述電纜的所述一端檢測響應信號，所述響應信號是由于將所述測試信號施加到所述電纜組件而產(chǎn)生；以及基于所述響應信號和所述同步信號確定分別指示所述電纜組件的阻抗的實部和虛部的第一數(shù)量和第二數(shù)量。此外，本發(fā)明提出一種用于監(jiān)控通過電纜組件為電子設備供電的過程的裝置。
【專利說明】
為電子設備供電的方法和裝置
技術領域
[0001]本申請案涉及一種用于監(jiān)控為電子設備供電的過程(例如，操作電池供電便攜設備或為其充電的過程)的方法和裝置。所述方法和裝置尤其適用于通過可插拔標準化電纜(例如，USB線)為例如移動電話、PDA、平板電腦和筆記本電腦等便攜設備充電的過程。
【背景技術】
[0002]通過電纜為便攜設備供電是本領域已知的方法。例如，可將電池供電設備經(jīng)可插拔(可卸除)標準化電纜(例如，通用串行總線USB電纜)連接到包含功率轉(zhuǎn)換器的壁插式適配器來為電池供電設備充電。電池供電設備中的充電電路負責限制標準化電纜上傳送的電流以防止連接器和電纜自身過熱。通過標準化，連接壁插式適配器與移動設備的電纜可用連接器看似符合同一標準但質(zhì)量較低的任何其它電纜(不合標準的電纜)替換。因此，電流限制需設置得足夠低，以使得由隨時間產(chǎn)生的連接器磨損或插頭與插座之間堆積的灰塵引起的低質(zhì)量電纜或增加的連接器阻抗不會在充電期間產(chǎn)生安全危險。若兩個連接器的電源接腳之間未能適當連接，可能會產(chǎn)生其它安全危險情況。
[0003]在現(xiàn)有解決方案中，電流限制基于相關標準的規(guī)范(例如USB標準的規(guī)范)和設備制造商的評估。
[0004]然而，這些現(xiàn)有解決方案未考慮到低質(zhì)量的可拆卸電纜，所述電纜的連接器僅僅看似符合給定的標準(即，在物理上適合移動設備的相應插座和壁插式適配器)，但其本身并不滿足給定標準的規(guī)范(即，不合標準的電纜)。使用這些可拆卸電纜可能會損害壁插式適配器或電池充電設備。在最壞的情況下，壁插式適配器、電纜、連接器中的一個或電池充電設備內(nèi)的充電電路可能被熱損毀。此外，這些現(xiàn)有解決方案并未考慮由灰塵或磨損引起的電纜阻抗的增加。而且，基于相關標準的規(guī)范來設置固定的電流限制可能不允許在任何情況下(尤其是在考慮到安全余裕時)使用最高可能電流對電池供電設備進行充電。因此，當前技術解決方案可能不能夠?qū)崿F(xiàn)電池供電設備的最短可能充電時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]需要一種用于監(jiān)控在電子設備(例如，電池供電設備)的供電(例如，充電)過程期間所使用的電纜的質(zhì)量并且用于取決于所檢測的電纜質(zhì)量來動態(tài)限制供電過程期間的輸入功率的裝置和方法。鑒于這個問題，本文提供一種監(jiān)控為電子設備供電的過程的方法和一種用于監(jiān)控為電子設備供電的過程的裝置。
[0006]本發(fā)明提出一種用于監(jiān)控通過電纜組件為電子設備供電的過程的裝置。所述電纜組件包括連接在電源和所述電子設備之間的電纜。所述電源可能是包括(例如)按照USB標準運行的AD/DC轉(zhuǎn)換器的壁插式適配器。所述裝置包括同步信號發(fā)生器、測試信號發(fā)生器、濾波器單元和阻抗估計單元。所述同步信號發(fā)生器用于以預定頻率產(chǎn)生具有給定形狀的同步信號。所述測試信號發(fā)生器用于基于所述同步信號以預定頻率產(chǎn)生測試信號(例如，正弦信號)并將所述測試信號施加到電纜的一端。所述濾波器單元用于在電纜的一端檢測或濾出響應信號，所述響應信號是由于將測試信號施加到電纜組件而產(chǎn)生。此外，所述阻抗估計單元用于基于所述響應信號并基于所述同步信號確定指示電纜組件的阻抗的實部的第一數(shù)量和指示電纜組件的阻抗的虛部的第二數(shù)量。
[0007]所述裝置使得能夠估計電纜組件的復阻抗的實部和虛部。與僅測量復阻抗的絕對值的先前解決方案相比，復阻抗提供關于電纜組件的額外信息。例如，電纜的長度可由復阻抗的虛部的值推斷。
[0008]此外，所述裝置具有可在為電子設備供電/充電的過程期間執(zhí)行測量的優(yōu)點。以這種方式，避免了充電過程的中斷。尤其在濾波器單元的幫助下，能夠從源于充電電路和電纜組件的其它部分的噪聲濾出響應信號。
[0009 ]所述電纜可能為(例如)在電纜的每一端處具有標準化連接器的可插拔(可卸除)電纜。應將所述電纜組件理解為指代功率傳送路徑的所有相關部分并且可包含(例如)電纜的連接器、任何印刷電路板(PCB)跡線和電纜自身。
[0010]所述同步信號為由同步信號發(fā)生器以預定頻率產(chǎn)生的周期信號。所述同步信號可能為(例如)在高態(tài)與低態(tài)之間振蕩的時鐘信號。例如，所述高態(tài)可對應于邏輯值+1，而所述低態(tài)可對應于邏輯值-1。所述同步信號用于同步測試信號在測試信號發(fā)生器處的產(chǎn)生于第一和第二數(shù)量在阻抗估計單元處的確定。在最簡單的情況下，同步信號可為具有50%占空比的方波。然而，可使用更為復雜的波形。所述同步信號可在同步信號的上升沿、下降沿或上升沿和下降沿兩者處觸發(fā)阻抗估計單元和測試信號發(fā)生器處的動作。
[0011]使用所提出的用于監(jiān)控為電子設備供電的過程的裝置，可進行對同步信號的不同頻率的多次測量。此外，在不同的測量中，測試信號的振幅可變化。通過比較所獲得的第一和第二數(shù)量，可確定所述同步信號的最佳頻率和所述測試信號的最佳振幅以用于估計復阻抗的實部和虛部。通過改變頻率，可獲得較佳的信噪比。例如，電源中的AD/DC轉(zhuǎn)換器(例如，壁插式適配器中的開關功率轉(zhuǎn)換器)將產(chǎn)生某種特殊的頻率相關噪聲(例如，通過開關操作)，并且測試信號將不會具有同一頻率以便可與開關噪聲清楚地分離開。此外，應避免電纜的諧振頻率(其之前可能未知)。因此，可能優(yōu)選的是同步信號和測試信號使用不同頻率并且測試哪一個頻率效果最好。
[0012]—般來說，測試信號可為正弦型信號。所述測試信號與同步信號同步，并且具有與同步信號相同的預定頻率。例如，測試信號的正半波可與處于高態(tài)的同步信號同步，并且測試信號的負半波可在同步信號處于低態(tài)時出現(xiàn)。測試信號和同步信號的典型頻率可在(例如HkHz至50kHz的范圍中。測試信號的振幅與用于為電子設備供電的直流電壓相比可能較小。另外，其相對于AC/DC轉(zhuǎn)換器的噪聲可能極小(例如，為AC/DC轉(zhuǎn)換器的噪聲的0.1 % )。
[0013]測試信號可為時間相關電流變化或時間相關電壓變化。雖然如此，測試信號優(yōu)選地為時間相關電流變化，其在被施加到電纜的一端時引起由濾波器單元檢測為響應信號的時間相關電壓變化。為了產(chǎn)生測試信號，測試信號發(fā)生器可包括可控電流源。優(yōu)選地，選擇時間相關電流變化的振幅，以使得響應信號的時間相關電壓變化的振幅與用于為電子設備供電的DC電壓相比較小。
[0014]電子設備可為(例如)手機、智能電話、個人數(shù)字助理PDA、平板電腦、筆記本電腦或任何其它類型的便攜或非便攜電子設備。具體而言，電子設備可為經(jīng)由USB線可充電的。
[0015]所述電源可為(例如)具有合適功率轉(zhuǎn)換器的通用交流電子式電源，其經(jīng)定義為輸電干線或電源線。例如，所述功率轉(zhuǎn)換器可經(jīng)適配以提供USB符合電源。另外，所述電源可包括一或多個插座或連接器以與USB線建立電連接。
[0016]所述阻抗估計單元可進一步包括第一開關單元，用于由同步信號觸發(fā)而將響應信號施加到第一低通濾波器的輸入。阻抗估計單元的第二開關單元可由同步信號的反相版本觸發(fā)而將響應信號施加到第二低通濾波器的輸入。第一和第二開關單元可為(例如)由一或多個晶體管實施的柵極。
[0017]可替代地，替代使用反相同步信號，可將同步信號的180度相位偏移版本(例如，通過延遲同步信號)用作對控制第二開關單元的觸發(fā)。所述阻抗估計單元可進一步包括差異確定單元，其連接到第一低通濾波器的輸出并連接到第二低通濾波器的輸出。所述差異確定單元通過確定第一低通濾波器的輸出處的第一信號與第二低通濾波器的輸出處的第二信號之間的差異(例如，低通濾波器的輸出電壓的差異)來確定第一數(shù)量。
[0018]同步信號的反相版本可由反相器產(chǎn)生。隨后將同步信號施加到反相器的輸入，反相器的輸入連接到第二開關單元的控制輸入，并且所述反相器用于在其輸入處將同步信號反相成同步信號的反相版本。換言之，每當同步信號處于高態(tài)時，第二開關單元的輸入信號可處于低態(tài)，并且反之亦然。因此，第二開關單元的輸入信號與第一開關單元的輸入信號相比總是處于相反狀態(tài)。
[0019]在所施加的測試信號為正弦曲線形的情況下，所得的響應信號將也為正弦曲線形。然而，響應信號的振幅和/或相位可不同于測試信號的振幅和/或相位。每當同步信號處于高態(tài)時，第一開關單元可(例如)將其輸入處的響應信號與其輸出處的第一低通濾波器連接。因此，第一開關單元的開關特性與最初施加到電纜組件的測試信號同步。第一低通濾波器的輸入處的信號可因此僅包括響應信號在對應于測試信號的正半波的時間期間的部分。在第一低通濾波器的輸出處，提供第一平均電壓，其表示響應信號在測試信號具有正值的時間期間的平均值。在最簡單的情況下，第一低通濾波器可包括電阻器和電容器。
[0020]另一方面，每當同步信號處于低態(tài)時，第二開關單元可(例如)將其輸入處的響應信號與其輸出處的第二低通濾波器連接。第二低通濾波器的輸入處的信號可因此僅包括響應信號在對應于測試信號的負半波的時間期間的部分。在第二低通濾波器的輸出處，提供第二平均電壓，其指示響應信號在測試信號具有負值的時間期間的平均值。第二低通濾波器可通過使用電阻器和電容器來實施。
[0021]所得第一數(shù)量可看作響應信號的與測試信號同相的所述部分的振幅的平均值。因此，第一數(shù)量為對于電纜組件的復阻抗的實部的估計值。為了獲得復阻抗的虛部，可使用所述監(jiān)控裝置的相同組件和單元?？赏ㄟ^使用偏移同步信號來確定指示電纜組件的阻抗的虛部的第二數(shù)量。為此，同步信號發(fā)生器或阻抗估計單元可通過使同步信號的相位偏移90度來產(chǎn)生偏移同步信號。所述第一開關單元隨后用于由偏移同步信號觸發(fā)而將響應信號施加到第一低通濾波器的輸入。另一方面，所述第二開關單元由偏移同步信號的反相版本觸發(fā)而將響應信號施加到第二低通濾波器的輸入。同時，測試信號仍與原始同步信號同相(即，同步)。
[0022]所述差異確定單元通過確定第一低通濾波器的輸出處的第一信號與第二低通濾波器的輸出處的第二信號之間的差異來確定第二數(shù)量。換句話說，所得第二數(shù)量可看作響應信號的與測試信號的90度相移版本同相的所述部分的振幅的平均值。因此，第二數(shù)量可表示電纜組件的復阻抗的虛部。
[0023]裝置的濾波器單元可包括帶通濾波器，用于以預定頻率檢測響應信號。以這種方式，可將響應信號與源于電子設備的充電電路或電源的干擾分離開并且可從響應信號去除任何可能的直流分量。
[0024]另外或可替代地，濾波器單元可包括具有輸入電容器、反饋電阻器、第二電阻器、運算放大器和開關的高通濾波器。所述輸入電容器設置于高通濾波器的輸入與運算放大器的正相輸入之間。所述反饋電阻器設置于高通濾波器的輸出與運算放大器的反相輸入之間。第二電阻器設置于運算放大器的反相輸入與電壓源之間，其中所述電壓源提供參考電壓。運算放大器的輸入連接到高通濾波器的輸出。開關用于連接運算放大器的正相輸入與電壓源。具體來說，開關可用于由同步信號觸發(fā)而連接運算放大器的正相輸入與電壓源。
[0025]高通濾波器的所描述的布置實施具有可變時間常數(shù)的有源高通濾波器。在開始測量第一數(shù)量和第二數(shù)量之前，開關可由同步信號的上升沿或下降沿觸發(fā)而短暫地斷開并且隨后又閉合。輸入電容器阻擋在高通濾波器的輸入處的來自地面相關系統(tǒng)的高電壓。
[0026]所述開關可包括η型和P型金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET，其中η型MOSFET的源極與P型MOSFET的漏極連接，并且η型MOSFET的漏極與ρ型MOSFET的源極連接，并且將同步信號的反相版本施加到P型MOSFET的柵極或施加到η型MOSFET的柵極。再次，為了產(chǎn)生同步信號的反相版本，可使用反相電路。包括兩個MOSFET的開關提供以下優(yōu)點:即使在兩個晶體管都關閉并且開關閉合時，通過兩個MOSFET的泄漏電流將使運算放大器的正相輸入處的電壓保持在電壓源的參考電壓下。因此，包括兩個MOSFET的示范性開關可替換高歐姆電阻器。
[0027]濾波器單元可進一步包括具有輸入電容器、運算放大器、反饋電容器和三個反饋電阻器的替代帶通濾波器。所述輸入電容器設置于替代帶通濾波器的輸入與運算放大器的反相輸入之間。運算放大器的正相輸入連接到處于參考電壓下的電壓源，并且運算放大器的輸出連接到替代帶通濾波器的輸出。所述反饋電容器設置于替代帶通濾波器的輸出與中間節(jié)點之間。第一反饋電阻器設置于運算放大器的反相輸入與中間節(jié)點之間，第二反饋電阻器設置于運算放大器的正相輸入與中間節(jié)點之間，并且第三反饋電阻器設置于替代帶通濾波器的輸出與中間節(jié)點之間。
[0028]所述提出的替代帶通濾波器使得能夠用呈T形布置的三個反饋電阻器取代具有高電阻的單一反饋電阻器，其中所述三個反饋電阻器可展現(xiàn)相當?shù)偷碾娮柚怠?br>[0029]所述裝置可進一步用于產(chǎn)生用于基于所確定的第一數(shù)量和/或第二數(shù)量調(diào)整電源的電流和/或電壓輸出的信號。所述信號可由裝置直接用于限制電源的電流和/或電壓輸出?？商娲?，所產(chǎn)生的信號可傳播到電源，所述電源繼而調(diào)節(jié)其電流和/或電壓輸出。通過隨著時間流逝繼續(xù)監(jiān)控電流總成的阻抗，能夠(例如)確定電纜在電子設備的充電周期期間的加熱。
[0030]根據(jù)另一方面，提出一種用于監(jiān)控通過電纜組件為電子設備供電的過程的方法。所述方法包括以下步驟:以預定頻率產(chǎn)生同步信號，基于同步信號產(chǎn)生測試信號并將所述測試信號施加到電纜的一端，及在電纜的一端檢測響應信號，其中所述響應信號是由于將測試信號施加到電纜組件而產(chǎn)生。此外，所述方法包括以下步驟:基于響應信號和同步信號確定指示電纜組件的阻抗的實部的第一數(shù)量和指示電纜組件的阻抗的虛部的第二數(shù)量。
[0031]所述方法可進一步包括在由同步信號指示的時間將響應信號連接到第一低通濾波器的輸入的步驟和在由同步信號指示的時間分離第一低通濾波器的輸入與響應信號的步驟。在由同步信號的反相版本指示的時間將響應信號連接到第二低通濾波器的輸入。相反，在由同步信號的反相版本指示的時間將第二低通濾波器的輸入與響應信號分離。此外，所述方法可包括以下步驟:通過確定第一低通濾波器的輸出處的第一信號與第二低通濾波器的輸出處的第二信號之間的差異來確定第一數(shù)量。
[0032]此外，可通過將同步信號的相位偏移90度來產(chǎn)生偏移同步信號。在此情況下，響應信號可在由偏移同步信號指示的時間連接到第一低通濾波器的輸入，并且可在由偏移同步信號指示的時間將第一低通濾波器的輸入與響應信號分離。適合于確定復阻抗的虛部的所述方法可進一步包括在由偏移同步信號的反相版本指示的時間將響應信號連接到第二低通濾波器的輸入并在由偏移同步信號的反相版本指示的時間將第二低通濾波器的輸入與響應信號分離。最終，通過確定第一低通濾波器的輸出處的第一信號與第二低通濾波器的輸出處的第二信號之間的差異來確定所述第二數(shù)量。
[0033]應注意，包含在本文中概述的其優(yōu)選實施方案的方法和裝置可單獨地或結(jié)合本文中所公開的其它方法和裝置使用。另外，在裝置的內(nèi)容背景中概述的特征也適用于對應方法。此外，可對在本文中概述的方法和裝置的所有方面進行任意組合。具體而言，權利要求書的特征可能以任意方式彼此組合。
[0034]在本文中，不論是(例如)經(jīng)由電線直接連接還是以某種其它方式連接，術語“耦接”、“所耦接的”、“連接”和“所連接的”指代元件彼此電通信。
【附圖說明】
[0035]下文參考附圖以示范性方式說明本發(fā)明，其中:
[0036]圖1示意性地說明一種用于監(jiān)控為電子設備供電的過程的裝置；
[0037]圖2示意性地說明在估計電纜組件的復阻抗的實部和虛部時所涉及的各種信號；
[0038]圖3為示范性高通濾波器的示意圖；
[0039]圖4為另一示范性高通濾波器的示意圖；
[0040]圖5示出了說明濾波器單元的輸出電壓的實例圖；
[0041 ]圖6為示范性帶通濾波器的示意圖；
[0042]圖7示出了帶通濾波器的輸出電壓圖；
[0043]圖8為示意性地說明用于電纜監(jiān)控的方法的流程圖；及
[0044]圖9為示意性地說明用于電纜監(jiān)控的另一方法的流程圖。
[0045]實施方式
[0046]在以下段落中，將參考一種用于監(jiān)控充電系統(tǒng)的裝置，所述充電系統(tǒng)示范性地體現(xiàn)供電系統(tǒng)。如在前文中已提及的，術語“為電子設備充電”指代向電子設備提供電能并且電子設備上的某種能量存儲器(例如，電池或超級電容器)由所提供的電能充滿的情況。另一方面，術語“為電子設備供電”指代不一定具有能量存儲器的電子設備或指代電子設備具有能量存儲器但所述存儲器不一定由所提供的能量進行充電的情況。后一種情況可發(fā)生在(例如)當能量存儲器充分地進行充電并且所提供的能量由電子設備直接消耗時。不應將本發(fā)明理解為受限于充電系統(tǒng)或受限于電池供電設備的充電，而是應理解為大體上涉及一種供電系統(tǒng)并且涉及為便攜設備供電。
[0047]圖1中說明一種用于監(jiān)控為電子設備充電的過程的裝置的高階系統(tǒng)方塊圖。圖1中未說明的電子設備經(jīng)由電纜I進行充電，所述電纜I可為(例如)符合USB標準的電纜。具體來說，電纜I可在電纜的兩端包括USB符合連接器。
[0048]用于監(jiān)控充電過程的裝置包括:同步信號發(fā)生器2、測試信號發(fā)生器3、濾波器單元4和阻抗估計單元5。圖1中描繪的實例裝置包括電流源31，所述電流源點耦接到測試信號發(fā)生器3并且由所述測試信號發(fā)生器控制。電流源31進一步連接到電纜I的一端以用于使用一或多個周期測試信號(例如，正弦曲線形測試信號)刺激電纜1.例如，電流源31用振幅與充電電流的振幅相比較小的正弦曲線形電流調(diào)制來調(diào)制用于為電子設備充電的充電電流?？赡芤砸换蚨鄠€預定頻率產(chǎn)生測試信號。當然，電流源31也可以是測試信號發(fā)生器3的部分，而不是在其外部。
[0049]在圖1中，濾波器單元4與電流源31連接到電纜I的同一端。濾波器單元4用于接收由于將測試信號施加到包含電纜I的電纜組件而產(chǎn)生的響應信號。除了電纜I，電纜組件可包含在電纜I的一端或兩端的連接器以及任何印刷電路板PCB跡線。另外，電纜組件可包含與電纜I電耦接的其它導電組件。
[0050]在圖1中，未描繪電子設備和電源。電子設備和電源可位于電纜I的相對端或位于電纜I的同一端。具體而言，所述電子設備可位于電纜I的定位電流源31和濾波器單元4的末端，并且所述電源可位于電纜I的另一端。如圖1中所示，電纜I的兩端最終連接到同一絕對接地。
[0051]如圖1中所示，測試信號發(fā)生器3、濾波器單元4和阻抗估計單元5的操作由同步信號發(fā)生器2進行同步。為此目的，同步信號發(fā)生器電連接到上述組件并發(fā)射同步信號到所述組件。同步信號可為適合于同步模擬和/或數(shù)字電路分量的任何類型的時鐘信號。
[0052]濾波器單元4可為用于檢測響應信號的高通濾波器或帶通濾波器。在任何情況下，應從響應信號去除直流分量。因此，響應信號可為在零電壓水平左右振蕩的周期性(例如，正弦曲線形波或方波)電壓變化(參見例如圖2)。此時，取決于電纜組件的特性，響應信號的相位和振幅相比測試信號可能都改變了。響應信號的振幅可由電纜組件的任何電阻式組件衰減，而電纜組件的任何電感或電容組件將引起響應信號相對于測試信號的相移。
[0053]接下來，將響應信號傳送到阻抗估計單元5。阻抗估計單元5用于基于響應信號和同步信號來確定指示電纜組件的阻抗的實部的第一數(shù)量和指示電纜組件的阻抗的虛部的第二數(shù)量。阻抗估計單元5的第一分支包括第一開關單元51和第一低通濾波器53，所述第一低通濾波器包括第一電阻器61和第一電容器62。在第一步驟中，將響應信號饋送到第一開關單元51，此舉由同步信號發(fā)生器2所產(chǎn)生的同步信號控制。
[0054]在以下描述中，在高態(tài)與低態(tài)之間振蕩的具有50%的占空比的方波將作為同步信號的示范性實施方案來進行討論。然而，應注意，本發(fā)明不限于此具體時鐘信號并且可替代地使用具有各種狀態(tài)和/或波形的其它同步信號。
[0055]圖2的圖(a)和圖(b)說明阻抗估計單元5的第一分支中的示范性簡化信號圖案。如圖(a)中可見，由虛線指示的響應信號71與由實線指示的同步信號72同相。如果電纜組件僅包括電阻式組件并且未由于電感或電容組件而發(fā)生相移，那么可在電纜的一端檢測到所示的示范性響應信號71。圖(b)將第一開關單元51的輸出信號73描繪為虛線。由于示范性第一開關單元51在同步信號72處于高態(tài)時閉合，所以響應信號71的負半波被第一開關單元51的輸出信號73切斷。在穿過第一低通濾波器53后，在圖(b)中由實線指示的輸出信號74表示隨著時間推移差不多恒定的正平均值。
[0056]圖2中的圖(C)和圖(d)說明阻抗估計單元5的第二分支中的示范性簡化信號圖案。阻抗估計單元5的第二分支包括第二開關單元52和第二低通濾波器54，所述第二低通濾波器包括第二電阻器63和第二電容器64。然而，此時，由反相器56產(chǎn)生同步信號72的反相同步信號75并將其施加在第二開關單元52的控制輸入處。在圖2(c)中，由實線指示反相同步信號75。再次假設響應信號71未經(jīng)歷任何相移，并且圖(c)中所示的兩個信號同相。如圖(d)中所示，第二開關單元52去除正弦曲線形響應信號71的負半波并產(chǎn)生輸出信號76。隨后對輸出信號76求平均，并且可在第二低通濾波器54的輸出處測量幾乎恒定的負平均值77。
[0057]在最后一步驟中，阻抗估計單元5的差異確定單元55通過計算兩個分支的輸出信號74和77之間的差異來確定指示復阻抗的實部的第一數(shù)量。盡管圖1示出了在第一分支處具有號并且在第二分支處具有“+”號的差異確定單元55，但對于所屬領域的技術人員顯然的是可互換兩個符號。在任何情況下，差異確定單元55計算由兩個分支提供的兩個平均值之間的差異。所確定的差異用作對復阻抗的實部的估計值。
[0058]可由阻抗估計單元5通過使用偏移同步信號78來確定指示復阻抗的虛部的第二數(shù)量。所述同步信號在圖2的圖(e)中由實線指示?？捎赏叫盘柊l(fā)生器2通過使同步信號的相位偏移+90度或-90度來產(chǎn)生偏移同步信號?？商娲?，裝置的阻抗估計單元5或某一其它單元可產(chǎn)生偏移同步信號。如圖1中所描繪，將偏移同步信號直接施加到第一分支并且經(jīng)由反相器56施加到阻抗估計單元5的第二分支。
[0059]在圖2的圖(e)中，仍然假設響應信號71與測試信號同相。因此，由于兩個分支的輸出信號都等于零，由差異確定單元55確定的第二數(shù)量等于零。因而，對于所選實例，因為電纜組件內(nèi)電容或電感組件的缺失，阻抗的虛部為零。
[0060]圖2中所示的示范性信號被認為對于理解本發(fā)明是有用的。明顯地，當測試信號與響應信號之間發(fā)生相移時，兩個分支的輸出信號74、77可變化。對于相對于測試信號偏移90度的響應信號的特殊情況，第一分支的輸出信號74可等于零，并且第二分支的輸出信號77可具有表示復阻抗的虛部的不同于零的平均值。
[0061]為了檢測響應信號，濾波器單元4可包括模擬或數(shù)字帶通濾波器。由于復阻抗的測量必須在為電子設備充電時執(zhí)行，因此約束了選擇測試信號的預定頻率所必須根據(jù)的帶寬。具體而言，用于調(diào)節(jié)電源的輸出電壓的調(diào)節(jié)環(huán)路(例如，壁插式充電器WPC)可為有源的并且其可能不可使用直流測量。另外，噪聲可源于電子設備的充電電路的負荷瞬變。
[0062]圖3和圖4說明示范性高通濾波器8的示意性電路實施，所述高通濾波器可單獨地或結(jié)合低通濾波器使用以形成濾波器單元4。在高通濾波器8的輸入處，施加響應信號。輸入電容器81設置于高通濾波器8的輸入與運算放大器82的正相輸入之間。可選地，高通濾波器8可包括在圖3中可標示為R3的額外輸入電阻器。反饋電阻器83設置于高通濾波器8的輸出與運算放大器82的反相輸入之間。第二電阻器84被設置為處于運算放大器82的反相輸入與提供參考電壓的電壓源85之間。由同步信號控制開關86，以將運算放大器82的正相輸入與電壓源85連接或斷開。在圖3和圖4中，額外寄生電容器42被描繪為處于運算放大器82的正相輸入處。
[0063]所提出的高通濾波器8表示具有可變時間常數(shù)的有源高通濾波器。阻擋來自接地相關系統(tǒng)的跨輸入電容器81的高電壓。開關82用作傳輸門來從響應信號去除直流分量。在開始阻抗估計單元5處的測量之前，開關86由同步信號觸發(fā)而短暫地打開并且隨后又關閉。
[0064]圖4描繪包含η型和ρ型金屬氧化物半導體場效應晶體管M0SFET87、88的開關86的有利實施方案。在所描繪的實例電路中，n型M0SFET 88的源極與ρ型MOSFET 87的漏極和運算放大器82的正相輸入連接。η型MOSFET 88的漏極與ρ形MOSFET 87的源極和電壓源85連接。在所描繪的實例中，將同步信號的反相版本施加到η型MOSFET 88的柵極。為了這個目的，反相器單元89設置于η型MOSFET 88的輸入處。圖4中還描繪額外的可選反相器單元899。一般來說，是否將同步信號的反相版本施加到P型MOSFET 87或η型MOSFET 88取決于同步信號的形狀。
[0065]在開始測量之前，兩個MOSFET 87、88短暫地打開并且隨后又關閉。圖5描繪在使用方波測試信號時運算放大器82隨著時間推移的輸出電壓43。如已提及，測試信號可具有任意形狀(例如，正弦曲線形狀)，只要測試信號為在預定頻率下與同步信號同步的周期信號即可。在時間80ms之后不久，開關86的切換發(fā)生，導致產(chǎn)生響應信號的偏差(至多7mV)的電荷注入。然而，MOSFET的漏電將去除偏差并且使振蕩穩(wěn)定在約+4mV與-4mV之間。
[0066]圖6說明可用作濾波器單元4的示范性帶通濾波器9。輸入電容器91設置于帶通濾波器9的輸入與運算放大器92的反相輸入之間。運算放大器92的正相輸入連接到在參考電壓下的電壓源93，并且運算放大器92的輸出連接到帶通濾波器9的輸出。反饋電容器94設置于帶通濾波器9的輸出與中間節(jié)點95之間。第一反饋電阻器96設置于運算放大器92的反相輸入與中間節(jié)點95之間，第二反饋電阻器97設置于運算放大器92的正相輸入與中間節(jié)點95之間，并且第三反饋電阻器98設置于帶通濾波器9的輸出與中間節(jié)點95之間。另外，圖6中描繪可選輸入電阻器R4 99。
[0067]如已提及，通過包含具有相對低電阻值的三個反饋電阻器96、97、98的T濾波器涉及避免使用具有高電阻的反饋電阻器。通過適配輸入電容器91與反饋電容器94的電容的比率來實現(xiàn)帶通濾波器的增益調(diào)整。圖7描繪展示帶通濾波器9在頻率為1Hz至IMHz的情況下的輸出電壓44的圖。
[0068]圖8示出了一個流程圖，用于示意性地說明一種用于確定指示電纜組件的阻抗的實部的第一數(shù)量的方法。
[0069]在步驟SlOl中，以預定頻率產(chǎn)生同步信號。在步驟S102中，基于同步信號產(chǎn)生測試信號并將其施加到電纜的一端。在步驟S103中，在電纜的一端檢測響應信號，其中所述響應信號由于施加測試信號到電纜組件而產(chǎn)生。在步驟S104中，在由同步信號指示的時間將響應信號施加到第一低通濾波器的輸入并且在由同步信號指示的時間使第一低通濾波器的輸入與響應信號分離。在步驟S105中，在由同步信號的反相版本指示的時間將響應信號施加到第二低通濾波器的輸入并且在由同步信號的反相版本指示的時間使第二低通濾波器的輸入與響應信號分離。在步驟S106中，通過確定第一低通濾波器的輸出處的第一信號與第二低通濾波器的輸出處的第二信號之間的差異來確定第一數(shù)量。
[0070]最后，圖9顯示了一個流程圖，用于示意性地說明一種用于確定指示電纜組件的阻抗的虛部的第二數(shù)量的方法。在步驟S201中，以預定頻率產(chǎn)生同步信號。在步驟S202中，基于同步信號產(chǎn)生測試信號并將其施加到電纜的一端。在步驟S203中，在電纜的一端檢測響應信號，所述響應信號由于施加測試信號到電纜組件而產(chǎn)生。在步驟S204中，在由偏移同步信號指示的時間將響應信號施加到第一低通濾波器的輸入并且在由偏移同步信號指示的時間使第一低通濾波器的輸入與響應信號分離。在步驟S205中，在由偏移同步信號的反相版本指示的時間將響應信號施加到第二低通濾波器的輸入并且在由偏移同步信號的反相版本指示的時間使第二低通濾波器的輸入與響應信號分離。在步驟S206中，通過確定第一低通濾波器的輸出處的第一信號與第二低通濾波器的輸出處的第二信號之間的差異來確定第二數(shù)量。
[0071]應注意，上文描述的裝置特征對應于相應方法特征，為簡潔起見，未明確描述所述方法特征。本文的公開內(nèi)容應視為也擴展到所述方法特征。具體而言，應將本發(fā)明理解為涉及操作上文描述的電路的方法。
[0072]應進一步注意，所述描述和圖示僅說明所提出的裝置的原理。盡管在本文中未明確描述或展示體現(xiàn)本發(fā)明的原理并且包含在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種裝置，但所屬領域的技術人員將能夠?qū)嵤┧鲅b置。此外，本文中概述的所有實例和實施方案原則上專門旨在僅用于說明目的來幫助閱讀者理解所提出的方法的原理。此外，本文中提供本發(fā)明的原理、方面和實施方案的所有敘述以及其具體實例旨在涵蓋其等效物。
【主權項】
1.一種用于監(jiān)控通過電纜組件為電子設備供電的過程的裝置，所述電纜組件包括連接在電源與所述電子設備之間的電纜，所述裝置包括: a.同步信號發(fā)生器，用于以預定頻率產(chǎn)生同步信號； b.測試信號發(fā)生器，用于基于所述同步信號產(chǎn)生測試信號并將所述測試信號施加到所述電纜的一端； c.濾波器單元，用于在所述電纜的所述一端檢測響應信號，所述響應信號是由于將所述測試信號施加到所述電纜組件而產(chǎn)生;及 d.阻抗估計單元，用于基于所述響應信號并基于所述同步信號確定指示所述電纜組件的阻抗的實部的第一數(shù)量和指示所述電纜組件的所述阻抗的虛部的第二數(shù)量。2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述阻抗估計單元進一步包括: a.第一開關單元，用于由所述同步信號觸發(fā)而將所述響應信號施加到第一低通濾波器的輸入;及 b.第二開關單元，用于由所述同步信號的反相版本觸發(fā)而將所述響應信號施加到第二低通濾波器的輸入。3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中所述阻抗估計單元進一步包括反相器，將所述同步信號施加到所述反相器的輸入，所述反相器的輸出連接到所述第二開關單元的控制輸入，并且所述反相器用于在其輸入處使所述同步信號反相并輸出所述同步信號的所述反相版本。4.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中所述阻抗估計單元進一步包括: 差異確定單元，其被連接到所述第一低通濾波器的輸出并連接到所述第二低通濾波器的輸出，所述差異確定單元用于通過確定所述第一低通濾波器的所述輸出處的第一信號與所述第二低通濾波器的所述輸出處的第二信號之間的差異來確定所述第一數(shù)量。5.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中 a.所述裝置用于通過將所述同步信號的相位偏移90度來產(chǎn)生偏移同步信號， b.所述第一開關單元用于由所述偏移同步信號觸發(fā)而將所述響應信號施加到所述第一低通濾波器的所述輸入， c.所述第二開關單元用于由所述偏移同步信號的反相版本觸發(fā)而將所述響應信號施加到所述第二低通濾波器的所述輸入，及 d.所述差異確定單元用于通過確定所述第一低通濾波器的所述輸出處的第一信號與所述第二低通濾波器的所述輸出處的第二信號之間的差異來確定所述第二數(shù)量。6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述濾波器單元包括帶通濾波器，用于以所述預定頻率濾出所述響應信號。7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述濾波器單元包括具有以下器件的高通濾波器: a.輸入電容器，設置于所述高通濾波器的輸入與運算放大器的正相輸入之間； b.反饋電阻器，設置于所述高通濾波器的所述輸出與所述運算放大器的反相輸入之間； c.第二電阻器，設置于所述運算放大器的所述反相輸入與參考電壓之間； d.所述運算放大器，其中所述運算放大器的輸出連接到所述高通濾波器的所述輸出；及 e.開關，用于連接所述運算放大器的所述正相輸入與所述參考電壓。8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中所述開關用于由所述同步信號觸發(fā)而連接所述運算放大器的所述正相輸入與所述參考電壓。9.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中所述開關包括η型和P型金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET，其中所述η型MOSFET的源極與所述P型MOSFET的漏極連接，并且所述η型MOSFET的漏極與所述P型MOSFET的源極連接，并且將所述同步信號的反相版本施加到所述P型MOSFET的柵極或施加到所述η型MOSFET的柵極。10.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述濾波器單元包括具有以下器件的帶通濾波器: a.輸入電容器，設置于所述帶通濾波器的輸入與運算放大器的反相輸入之間； b.所述運算放大器，其中所述運算放大器的正相輸入連接到參考電壓，并且所述運算放大器的輸出連接到所述帶通濾波器的輸出； c.反饋電容器，設置于所述帶通濾波器的所述輸出與中間節(jié)點之間； d.第一反饋電阻器，設置于所述運算放大器的所述反相輸入與所述中間節(jié)點之間； e.第二反饋電阻器，設置于所述運算放大器的所述正相輸入與所述中間節(jié)點之間；及 f.第三反饋電阻器，設置于所述帶通濾波器的所述輸出與所述中間節(jié)點之間。11.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述測試信號為正弦曲線形。12.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述測試信號為時間相關電流變化，而所述響應信號為時間相關電壓變化。13.根據(jù)權利要求1所述的裝置，所述裝置進一步用于產(chǎn)生用于基于所述所確定的第一數(shù)量和/或第二數(shù)量調(diào)整所述電源的電流和/或電壓輸出的信號。14.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述電纜為具有標準化連接器的可插拔電纜。15.—種用于監(jiān)控通過電纜組件為電子設備供電的過程的方法，所述電纜組件包括連接在電源與所述電子設備之間的電纜，所述方法包括: a.使用同步信號發(fā)生器以預定頻率產(chǎn)生同步信號； b.使用測試信號發(fā)生器基于所述同步信號產(chǎn)生測試信號并將所述測試信號施加到所述電纜的一端； c.使用濾波器單元在所述電纜的所述一端檢測響應信號，所述響應信號是由于將所述測試信號施加到所述電纜組件而產(chǎn)生;及 d.使用阻抗估計單元基于所述響應信號和所述同步信號確定指示所述電纜組件的阻抗的實部的第一數(shù)量和指示所述電纜組件的所述阻抗的虛部的第二數(shù)量。16.根據(jù)權利要求15所述的方法，包括: a.在由所述同步信號指示的時間將所述響應信號連接到第一低通濾波器的輸入并且在由所述同步信號指示的時間分離所述第一低通濾波器的所述輸入與所述響應信號； b.在由所述同步信號的反相版本指示的時間將所述響應信號連接到第二低通濾波器的輸入并且在由所述同步信號的所述反相版本指示的時間分離所述第二低通濾波器的所述輸入與所述響應信號;及 c.通過確定所述第一低通濾波器的所述輸出處的第一信號與所述第二低通濾波器的所述輸出處的第二信號之間的差異來確定所述第一數(shù)量。17.根據(jù)權利要求15所述的方法，包括: a.通過將所述同步信號的相位偏移90度來產(chǎn)生偏移同步信號； b.在由所述偏移同步信號指示的時間將所述響應信號連接到第一低通濾波器的輸入并且在由所述偏移同步信號指示的時間分離所述第一低通濾波器的所述輸入與所述響應信號； c.在由所述偏移同步信號的反相版本指示的時間將所述響應信號連接到第二低通濾波器的輸入并且在由所述偏移同步信號的所述反相版本指示的時間分離所述第二低通濾波器的所述輸入與所述響應信號； d.通過確定所述第一低通濾波器的所述輸出處的第一信號與所述第二低通濾波器的所述輸出處的第二信號之間的差異來確定所述第二數(shù)量。18.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述阻抗估計單元進一步包括: a.第一開關單元，其用以由所述同步信號觸發(fā)而將所述響應信號施加到第一低通濾波器的輸入;及 b.第二開關單元，其用以由所述同步信號的反向版本觸發(fā)而將所述響應信號施加到第二低通濾波器的輸入。19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述阻抗估計單元進一步包括反相器，將所述同步信號施加到所述反相器的輸入，所述反相器的輸出連接到所述第二開關單元的控制輸入，并且所述反相器在其輸入處使所述同步信號反相并輸出所述同步信號的所述反相版本。20.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述阻抗估計單元進一步包括:差異確定單元，其被連接到所述第一低通濾波器的輸出并連接到所述第二低通濾波器的輸出，所述差異確定單元通過確定所述第一低通濾波器的所述輸出處的第一信號與所述第二低通濾波器的所述輸出處的第二信號之間的差異來確定所述第一數(shù)量。21.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中 a.所述裝置通過將所述同步信號的相位偏移90度來產(chǎn)生偏移同步信號， b.所述第一開關單元由所述偏移同步信號觸發(fā)而將所述響應信號施加到所述第一低通濾波器的所述輸入， c.所述第二開關單元由所述偏移同步信號的反相版本觸發(fā)而將所述響應信號施加到所述第二低通濾波器的所述輸入，及 d.所述差異確定單元通過確定所述第一低通濾波器的所述輸出處的第一信號與所述第二低通濾波器的所述輸出處的第二信號之間的差異來確定所述第二數(shù)量。22.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述濾波器單元包括帶通濾波器，其以所述預定頻率濾出所述響應信號。23.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述濾波器單元包括具有以下器件的高通濾波器: a.輸入電容器，設置于所述高通濾波器的輸入與運算放大器的正相輸入之間； b.反饋電阻器，設置于所述高通濾波器的所述輸出與所述運算放大器的反相輸入之間； c.第二電阻器，設置于所述運算放大器的所述反相輸入與參考電壓之間； d.所述運算放大器，其中所述運算放大器的輸出連接到所述高通濾波器的所述輸出；及 e.開關，其連接所述運算放大器的所述正相輸入與所述參考電壓。24.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中所述開關由所述同步信號觸發(fā)而連接所述運算放大器的所述正相輸入與所述參考電壓。25.根據(jù)權利要求23所述的方法，其中所述開關包括η型和P型金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET，其中所述η型MOSFET的源極與所述P型MOSFET的漏極連接，并且所述η型MOSFET的漏極與所述P型MOSFET的源極連接，并且將所述同步信號的反相版本施加到所述P型MOSFET的柵極或施加到所述η型MOSFET的柵極。26.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述濾波器單元包括具有以下器件的帶通濾波器: a.輸入電容器，設置于所述帶通濾波器的輸入與運算放大器的反相輸入之間； b.所述運算放大器，其中所述運算放大器的正相輸入連接到參考電壓，并且所述運算放大器的輸出連接到所述帶通濾波器的輸出； c.反饋電容器，設置于所述帶通濾波器的所述輸出與中間節(jié)點之間； d.第一反饋電阻器，設置于所述運算放大器的所述反相輸入與所述中間節(jié)點之間； e.第二反饋電阻器，設置于所述運算放大器的所述正相輸入與所述中間節(jié)點之間；及 f.第三反饋電阻器，設置于所述帶通濾波器的所述輸出與所述中間節(jié)點之間。27.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述測試信號為正弦曲線形。28.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述測試信號為時間相關電流變化，而所述響應信號為時間相關電壓變化。29.根據(jù)權利要求15所述的方法，所述裝置產(chǎn)生用于基于所述所確定的第一數(shù)量和/或第二數(shù)量調(diào)整所述電源的電流和/或電壓輸出的信號。30.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述電纜為具有標準化連接器的可插拔電纜。
【文檔編號】H03K17/687GK106094782SQ201610105522
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年2月25日 公開號201610105522.7, CN 106094782 A, CN 106094782A, CN 201610105522, CN-A-106094782, CN106094782 A, CN106094782A, CN201610105522, CN201610105522.7
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