專利名稱：通用串行總線充電系統(tǒng)及其充電方法
通用串行總線充電系統(tǒng)及其充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種USB充電系統(tǒng)及其方法，特別有關(guān)于使用大電流充電的USB充電系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，通用串行總線(Universal Serial Bus，以下簡(jiǎn)稱USB)連接端口(Port) 已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等各種可攜式電子產(chǎn)品中。當(dāng)需要充電時(shí)，這些可攜式電子產(chǎn)品可透過(guò)USB連接端口為其充電，并配有專用對(duì)應(yīng)該連接端口的充電器，或是通過(guò)USB連接端口直接連接至電腦上通過(guò)電腦進(jìn)行充電。根據(jù)USB 2.0協(xié)議規(guī)范，USB連接端口可提供的充電電流介于100毫安至500毫安之間，當(dāng)這些電子產(chǎn)品利用電腦的USB連接端口進(jìn)行充電時(shí)，只能提供最高500毫安的電流至這些可攜式電子產(chǎn)品的電池作充電，以致于充電的速度較慢，耗費(fèi)較久的充電時(shí)間。因此，一部分的可攜式電子產(chǎn)品的電池充電規(guī)格還允許電腦和集線器(Hub)提供更高的充電電流，以縮短可攜式電子產(chǎn)品的充電時(shí)間。然而，因?yàn)槌杀究紤]，現(xiàn)有電腦能提供更高的充電電流給集線器連接端口的數(shù)目有限，并且僅為固定的幾個(gè)連接端口。當(dāng)可攜式電子產(chǎn)品插入非提供較大充電電流的連接端口進(jìn)行充電時(shí)，該可攜式電子產(chǎn)品無(wú)法快速地被充電，缺乏彈性充電的缺點(diǎn)。為解決上述的問(wèn)題，一種現(xiàn)有技術(shù)提出額外設(shè)置電子式可清除可編程只讀存儲(chǔ)器 (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM)，儲(chǔ)存哪幾個(gè)連接端口具有可充電的功能，再由集線器去讀取儲(chǔ)存于EEPROM的數(shù)據(jù)，來(lái)解決上述固定連接端口缺乏彈性的缺點(diǎn)，但此種方式增加需EEPROM元件的成本。另一種解決上述問(wèn)題的現(xiàn)有技術(shù)是于集線器控制芯片(Hub Controller IC)中， 依據(jù)每一連接端口接出一根針腳(Pin)，該集線器控制芯片利用該針腳的電平判斷哪些連接端口具有可快速充電的功能。然而現(xiàn)今集成電路芯片日益精密，芯片占用機(jī)板的面積越來(lái)越小，因此在芯片上增加針腳的方式難度較高，且成本較高。因此，需要提出一種可供可攜式電子產(chǎn)品進(jìn)行大電流充電，以解決上述的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種USB充電系統(tǒng)及其方法，其可減少額外的電子元件成本，并達(dá)到可動(dòng)態(tài)切換、充電的集線器連接端口。為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種USB充電系統(tǒng)，該充電的USB充電系統(tǒng)包括電源單元和集線裝置。其中該電源單元是用于提供充電所需的供電能力。該集線裝置連接于該電源單元，用于連接至少一可充電裝置作充電。該集線裝置包括若干連接端口以及一充電功能模塊。該些連接端口用于連接該至少一可充電裝置。該充電功能模塊用于分配大于USB規(guī)范電流的一充電電流至該些連接端口，以提供該充電電流至該至少一可充電裝置，其中該充電功能模塊包括一充電能力計(jì)算器，根據(jù)該電源單元的供電能力計(jì)算一可充電計(jì)數(shù)值；以及一充電連接端口控制器，用以動(dòng)態(tài)指定該些連接端口之一是否為一充電連接端口，并依該可充電計(jì)數(shù)值決定該充電連接端口是否對(duì)該至少一可充電裝置作充電。本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，該可充電計(jì)數(shù)值為該電源單元的供電電流值除以該充電電流值的商數(shù)。其中該充電連接端口控制器指定該些連接端口之一是否為一充電連接端口是選擇自該些可充電裝置所連接的連接端口。更進(jìn)一步地說(shuō)，該充電連接端口控制器是根據(jù)斷該可充電計(jì)數(shù)值，以指定連接該裝置的該連接端口被指定成為一標(biāo)準(zhǔn)連接端口或是一充電連接端口。此外，該集線裝置還包括一集線功能模塊，用于判斷該連接端口是否過(guò)電流。本發(fā)明還提供一種通用串行總線充電方法，適用于通用串行總線充電系統(tǒng)，以進(jìn)行充電，該充電系統(tǒng)包括一集線裝置以及一電源單元，該集線裝置具有一充電功能模塊及若干連接端口，且該集線裝置可連接一 USB主機(jī)端，該通用串行總線充電方法包括下列步驟(a)該充電系統(tǒng)對(duì)該些連接端口進(jìn)行初始化步驟，以產(chǎn)生一可充電計(jì)數(shù)值；(b)該充電功能模塊偵測(cè)是否有一裝置連接于該些連接端口其中之一，如果是，執(zhí)行步驟(c)，如果否，持續(xù)執(zhí)行步驟(b)，直至存在該裝置連接于該些連接端口其中之一；(c)該充電功能模塊判斷該裝置是否為一可充電裝置，如果是，執(zhí)行步驟(d)，如果否，該充電功能模塊指定連接該裝置的該連接端口被指定成為一標(biāo)準(zhǔn)連接端口，并且執(zhí)行步驟(dl)；以及(d)該充電功能模塊判斷該可充電計(jì)數(shù)值是否為零，如果是，該充電功能模塊指定連接該裝置的該連接端口被指定成為一標(biāo)準(zhǔn)連接端口，并且執(zhí)行步驟(dl)，如果否，該充電功能模塊指定連接該裝置的該連接端口被指定成為一充電連接端口，執(zhí)行步驟(業(yè))，其中步驟(d)包括下列步驟(dl)當(dāng)該連接端口被指定為該標(biāo)準(zhǔn)連接端口時(shí)，該充電功能模塊維持該可充電計(jì)數(shù)值為不變狀態(tài)，并且該充電功能模塊控制該電源單元以經(jīng)由該連接端口提供小于該USB 規(guī)范電流的一操作電流至該裝置，以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)USB功能；及(d2)當(dāng)該連接端口被指定為該充電連接端口時(shí)，該充電功能模塊將該可充電計(jì)數(shù)值減一，并且該充電功能模塊控制該電源單元以經(jīng)由該連接端口開(kāi)始提供一充電電流至該裝置，以進(jìn)行充電程序，其中該充電電流大于該USB規(guī)范電流。本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，當(dāng)執(zhí)行步驟(d)之后，更包括下列步驟(e)當(dāng)進(jìn)行該充電程序時(shí)，該集線裝置判斷該連接端口是否過(guò)電流，如果是，該充電功能模塊將該可充電計(jì)數(shù)值增加一，并且該連接端口提供小于該USB規(guī)范電流的操作電流至該裝置，以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)USB功能，如果否，執(zhí)行步驟(f)；以及(f)該充電功能模塊判斷該連接端口的該裝置是否被移除或者已完成該充電程序，如果是，該可充電計(jì)數(shù)值增加一，然后返回步驟(b)，如果否，持續(xù)執(zhí)行步驟(f)，直至該連接端口的裝置被移除或者已完成該充電程序。根據(jù)本發(fā)明的USB充電系統(tǒng)及其方法，利用集線裝置連接端口的動(dòng)態(tài)切換，改良傳統(tǒng)充電連接端口為固定的缺點(diǎn)，并且降低元件的成本。為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下
圖1繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的USB充電系統(tǒng)方塊圖。圖2繪示本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的USB充電系統(tǒng)方塊圖。圖3繪示本發(fā)明的USB充電方法初始化流程圖。圖4繪示本發(fā)明的USB充電方法流程回路圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明的較佳實(shí)施例藉由所附圖式與下面的說(shuō)明作詳細(xì)描述，在不同的圖式中， 相同的元件符號(hào)表示相同或相似的元件。參考圖1，繪示本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中通用串行總線(Universal SerialBus,以下簡(jiǎn)稱USB)充電系統(tǒng)的方塊圖。該USB充電系統(tǒng)10包括電源單元200、集線裝置300、限流裝置400以及充電狀態(tài)顯示單元450。電源單元200用于提供充電所需的電力，以提供一直流電流給集線裝置300。在一實(shí)施例中，該電源單元200例如是外接式變壓器，如利用交流/直流轉(zhuǎn)換器(AC/DCAdaptor)轉(zhuǎn)換市電的交流電成為直流電流，然后將該直流電流供給至該集線裝置300 ；在另一實(shí)例中，該電源單元200設(shè)置于主機(jī)板，例如是內(nèi)建在主機(jī)板的電流轉(zhuǎn)換元件。本發(fā)明的集線裝置300連接于電源單元200，該集線裝置300用于電性連接至少一可充電裝置500作充電。該些可充電裝置500以第一裝置500a至第四裝置500d作代表。 該集線裝置300包括充電功能模塊310、集線功能模塊320以及若干連接端口(Ports)350， 以第一連接端口 350a至第四連接端口 350d作代表。該電源單元200以及集線裝置300設(shè)置于同一電路板上，例如該電源單元200以及集線裝置300設(shè)置于一主機(jī)板上，但本發(fā)明亦可分開(kāi)方式實(shí)施。本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，該些連接端口 350與該些可充電裝置500之間還設(shè)置限制充電電流大小的限流裝置400，以防止過(guò)大的電流通過(guò)該些可充電裝置500，以保護(hù)該些可充電裝置500，該限流裝置400例如是復(fù)式保險(xiǎn)絲(Poly Fuse)或電源開(kāi)關(guān)(Power Switch)組成。在圖1，第一連接端口 350a至第四連接端口 350d分別相對(duì)應(yīng)連接于限流裝置400a至限流裝置400d，但不限于此種方式，例如將多個(gè)連接端口 350(例如2個(gè))連接于同一限流裝置400。舉例而言，充電電流為1.5A(安培)的話，其該限流裝置400所限制的充電電流的極限需大于1. 5A，例如1. 8A。 本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，充電狀態(tài)顯示單元450連接于該集線裝置300，用以顯示目前的充電狀態(tài)，該充電狀態(tài)顯示單元450例如是由發(fā)光二極管(LED)組成，利用可程序化控制發(fā)光二極管的閃爍或發(fā)光顏色，以辨別連接于該連接端口 350的可充電裝置500的充電狀態(tài)。 本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中的集線裝置300，該集線功能模塊320依據(jù)USB規(guī)范協(xié)議以控制連接于該集線裝置300的裝置的數(shù)據(jù)傳輸，該集線功能模塊320包括過(guò)流偵測(cè)器(Over-current Detector) 321，該過(guò)流偵測(cè)器321與限流裝置400配合，用于偵測(cè)電流是否超過(guò)限流裝置的限制電流。應(yīng)注意的是，該集線功能模塊320的實(shí)施并不限于集線器 (Hub)，亦可為USB復(fù)合式裝置(USB Compound Device)，例如是在一集線器中整合其它功能的復(fù)合式裝置。若干連接端口 350設(shè)置于該集線裝置300，以作為該集線裝置300連接該些可充電裝置500的接口，以傳送充電電流至該些可充電裝置500。該些連接端口 350依據(jù)充電電流的大小區(qū)分為「標(biāo)準(zhǔn)連接端口 Standard Port)」以及「充電連接端口(Chargeable Port)」，其中該「標(biāo)準(zhǔn)連接端口」是指該連接端口 350提供USB規(guī)范電流，該「充電連接端口」是指該連接端口 350提供大于USB規(guī)范電流的電流，以對(duì)該些可充電裝置500進(jìn)行快速的大電流充電。在圖1中，該集線裝置300設(shè)置第一連接端口 350a至第四連接端口 350d， 亦可設(shè)置較多或是較少數(shù)量的連接端口 350。上述的USB規(guī)范電流是依據(jù)USB應(yīng)用者論壇公司(USB ImplementersForum, Inc.) 所公告的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，例如USB 2. 0規(guī)范電流指出當(dāng)裝置(Device)待命(Suspend)時(shí)為2. 5 毫安(mA)，當(dāng)裝置非待命且未配置時(shí)為100mA，當(dāng)裝置非待命且已配置時(shí)為500mA ；USB 3. 0 規(guī)范電流指出當(dāng)裝置待命(Suspend)時(shí)為2. 5mA,當(dāng)裝置未配置時(shí)為150mA，在超速(Super Speed)模式下，當(dāng)裝置為低電力裝置(Low-Power Device)時(shí)為150mA，當(dāng)裝置為高電力裝置(High-Power Device)時(shí)為 900mA。該充電功能模塊310位該集線裝置300內(nèi)。該充電功能模塊310根據(jù)該電源單元 200的供電能力，以分配大于USB規(guī)范電流的充電電流至該些可充電裝置500，以進(jìn)行快速充電。更進(jìn)一步地說(shuō)，充電功能模塊310包括充電能力計(jì)算器311以及充電連接端口控制器312，該充電能力計(jì)算器311用以估計(jì)該電源單元200提供的電流大小，以計(jì)算可提供至一個(gè)可充電裝置500的充電電流的倍數(shù)，亦即計(jì)算出最多可提供幾個(gè)大于USB規(guī)范電流的充電電流給連接端口 350。例如當(dāng)欲提供1. 5A的充電電流至一連接端口 350(即被視為充電連接端口)，且該電源單元200的總供電電流為4. 5A，則4. 5/1. 5 = 3，該充電能力計(jì)算器 311計(jì)算出可提供3個(gè)連接端口 350進(jìn)行充電，該數(shù)量則稱之為可充電計(jì)數(shù)值(Chargeable Account)。值得注意的是，1. 5A大于USB 2. 0的規(guī)范電流500mA，為USB 2. 0的最大限制電流。此外，充電連接端口控制器312具有控制該些連接端口 350開(kāi)啟偵測(cè)可充電裝置的功能，用以偵測(cè)連接于連接端口 350的裝置是否為可充電裝置500。同時(shí)該充電連接端口控制器312分配充電資源，以決定提供給哪些連接端口 350所連接的可充電裝置500進(jìn)行充電。該些連接端口 350分配到大于USB規(guī)范電流的充電電流，且選擇自該些可充電裝置500所連接的連接端口 350，并非只限制于特定的連接端口 350。因此該充電連接端口控制器312可動(dòng)態(tài)指定連接端口 350為充電連接端口，亦即該充電連接端口控制器312動(dòng)態(tài)切換連接端口 350，以選擇該連接端口作為充電連接端口。例如在圖1中，當(dāng)?shù)谝谎b置500a 經(jīng)由限流裝置400a連接到第一連接端口 350a，該第一連接端口 350a視為充電連接端口，并且由充電連接端口控制器312分配大于USB規(guī)范電流(例如1. 5A)的充電電流至該第一連接端口 350a，以對(duì)該可充電裝置500進(jìn)行充電。以下說(shuō)明該USB充電系統(tǒng)10的運(yùn)作方式該充電連接端口控制器312根據(jù)判斷該可充電計(jì)數(shù)值，以指定連接該裝置的該連接端口 350被指定成為一標(biāo)準(zhǔn)連接端口，或是一充電連接端口。例如，充電連接端口控制器 312判斷該可充電計(jì)數(shù)值是否為零，如果是，該充電連接端口控制器312指定連接該裝置的該連接端口 350被指定成為一標(biāo)準(zhǔn)連接端口，如果否，該充電連接端口控制器312指定連接該裝置的該連接端口 350被指定成為一充電連接端口。當(dāng)進(jìn)行該充電程序時(shí)，該集線功能模塊320的該過(guò)流偵測(cè)器321用于判斷該連接端口 350是否過(guò)電流，如果是，該充電連接端口控制器312將該可充電計(jì)數(shù)值增加一，并且該連接端口 350提供小于該USB規(guī)范電流的操作電流至該裝置，以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)USB功能，如果否，則持續(xù)充電。其中過(guò)電流是指該過(guò)流偵測(cè)器321偵測(cè)電流是否超過(guò)限流裝置400的限制電流。其中持續(xù)充電后，該充電連接端口控制器312還判斷該連接端口 350的該裝置是否被移除或者已完成該充電程序，如果是，該可充電計(jì)數(shù)值增加一并結(jié)束該充電程序，如果否，則持續(xù)充電，直至該連接端口 350的該裝置被移除或者已完成該充電程序。需注意的是，該充電連接端口控制器312決定哪些連接端口 350為充電連接端口的數(shù)量并不受限于可充電計(jì)數(shù)值，以表示動(dòng)態(tài)選擇。同樣地，該充電連接端口控制器312開(kāi)啟哪些充電連接端口并不受限于可充電計(jì)數(shù)值，以表示動(dòng)態(tài)選擇。例如可充電計(jì)數(shù)值為2， 但該充電連接端口控制器312決定第一連接端口 350a至第四連接端口 350d皆可被指派為充電連接端口。因此，第一連接端口 350a至第四連接端口 350d皆開(kāi)啟偵測(cè)是否有可充電裝置連接于該些連接端口 350。而第一連接端口 350a至第四連接端口 350d中的任意兩個(gè)連接端口 350皆可被指派為充電連接端口，以達(dá)到動(dòng)態(tài)選擇。參考圖2，繪示本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例中USB充電系統(tǒng)的方塊圖，該USB充電系統(tǒng)10除了包括上述的電源單元200、集線裝置300、限流裝置400以及充電狀態(tài)顯示單元 450之外，還包括USB主機(jī)端(USB Host) 100。該USB主機(jī)端100用以執(zhí)行通用串行總線上數(shù)據(jù)傳送時(shí)序與傳送方向的控制，通常設(shè)置于電腦系統(tǒng)(未圖標(biāo))內(nèi)，該集線裝置300透過(guò)連接端口(未圖示)連接于該USB主機(jī)端100。該USB主機(jī)端100可對(duì)該USB充電系統(tǒng)10做一充電初始化的功能，其細(xì)節(jié)詳述于后。該USB主機(jī)端100、電源單元200以及集線裝置300設(shè)置于同一電路板上，例如該電源單元200以及集線裝置300設(shè)置于該USB主機(jī)端100上，但本發(fā)明亦可分開(kāi)方式設(shè)置。另外，其余元件的功能如同圖1所述，在此不予贅述。本發(fā)明的USB充電系統(tǒng)10利用集線裝置30的充電功能模塊310，依據(jù)電源單元 200的供電能力分配大于USB規(guī)范電流的充電電流，以對(duì)該些可充電裝置500進(jìn)行充電，改良傳統(tǒng)充電連接端口限制于固定的連接端口的缺點(diǎn)，并且節(jié)省EEPROM元件的成本以及不必額外占用機(jī)板的面積。本發(fā)明進(jìn)一步利用利用上述的USB充電系統(tǒng)執(zhí)行USB充電方法。參考圖1以及圖 3，圖3繪示本發(fā)明的USB充電方法的初始化流程圖。該初始化流程圖表示該充電功能模塊 310對(duì)該些連接端口 350執(zhí)行初始化的步驟，以產(chǎn)生可充電計(jì)數(shù)值(Chargeable Account)。在Sll步驟中，該充電功能模塊310的充電能力計(jì)算器311決定該集線裝置300 的充電連接端口的數(shù)量，亦即利用該充電能力計(jì)算器311產(chǎn)生一可充電計(jì)數(shù)值。該可充電計(jì)數(shù)值表示目前可充電(例如提供1.5A的充電電流)的連接端口數(shù)量，例如電源供應(yīng)單元 200具有4. 8A的供電能力，充電電流以1. 5A計(jì)算，則充電能力計(jì)算器311產(chǎn)生的最大可充電計(jì)數(shù)值為3，亦即表示該集線裝置300可提供3個(gè)連接端口(視為充電連接端口)，以進(jìn)行快速充電。需注意的是，當(dāng)該充電能力計(jì)算器311產(chǎn)生可充電計(jì)數(shù)值之后，該充電能力計(jì)算器311以及該充電連接端口控制器312依據(jù)每個(gè)充電連接端口的使用狀況，以對(duì)該可充電計(jì)數(shù)值作增加或是減少，詳細(xì)描述于后。在步驟S12中，該充電功能模塊310的充電連接端口控制器312決定哪些連接端口為充電連接端口，亦即該充電連接端口控制器312指定哪些連接端口為充電連接端口， 例如當(dāng)集線器裝置300具有四個(gè)連接端口且可充電計(jì)數(shù)值為3時(shí)，第一連接端口、第二連接端口及第四連接端口被指定為充電連接端口(Chargeable Port)，第三連接端口被指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口(MandardPort)。需注意的是，該充電連接端口控制器312決定哪些連接端口為充電連接端口的數(shù)量并不受限于可充電計(jì)數(shù)值，例如可充電計(jì)數(shù)值為3時(shí)，第一連接端口 350a、第二連接端口 350b、第三連接端口 350c及第四連接端口 350d皆可為充電連接端口，但僅有其中三個(gè)連接端口 350可被指定為充電連接端口，該充電連接端口控制器312可指定連接端口的能力范圍為4個(gè)。在步驟S13中，該充電功能模塊310的充電連接端口控制器312開(kāi)啟該些充電連接端口，以偵測(cè)是否有可充電裝置連接于該充電連接端口。例如第一連接端口 350a、第二連接端口 350b及第四連接端口 350d開(kāi)啟可充電裝置的偵測(cè)，第三連接端口 350c關(guān)閉可充電裝置的偵測(cè)。當(dāng)偵測(cè)到可充電裝置500連接至充電連接端口之后，該充電連接端口控制器312與可充電裝置500完成后續(xù)的交握程序(Handshaking Procedure)，在交握程序中， 該充電連接端口控制器312通知(Acknowledge)該可充電裝置500所連接的連接端口 350 支持快速的大電流充電。此外，需注意的是，該充電連接端口控制器312開(kāi)啟哪些充電連接端口并不受限于可充電計(jì)數(shù)值。當(dāng)于步驟S12中指定為可充電連接端口的能力范圍是4個(gè)，但可充電計(jì)數(shù)值為3時(shí)，亦即實(shí)際充電連接端口數(shù)量為3個(gè)，但于步驟S13中，該充電連接端口控制器 312可對(duì)四個(gè)連接端口 350開(kāi)啟可充電裝置的偵測(cè)。例如當(dāng)一可充電裝置500連接至任一連接端口 350時(shí)，該可充電裝置500被通知該連接的連接端口 350支持快速充電，亦即被指定為充電連接端口。參考圖2以及圖3，本發(fā)明不限于僅由該充電功能模塊310作初始化，也可由USB 主機(jī)端100的應(yīng)用程序(Application Program)作選擇。以下說(shuō)明本發(fā)明利用上述另一較佳實(shí)施例的USB充電系統(tǒng)執(zhí)行USB充電方法的初始化流程。執(zhí)行Sll步驟，由USB主機(jī)端100的一應(yīng)用程序決定該集線裝置300的可充電的充電連接端口的數(shù)量，即由該USB主機(jī)端100獲得一可充電計(jì)數(shù)值(Chargeable Account)。 該可充電計(jì)數(shù)值仍受依供電能力計(jì)算器311的可充電計(jì)數(shù)值的最大值限制，例如數(shù)量為2。執(zhí)行步驟S12，由USB主機(jī)端100的該應(yīng)用程序決定哪些連接端口 350可被充電。 例如設(shè)定固定以第一連接端口 350a及第二連接端口 350b被指定為充電連接端口。同樣值得注意的是，被指定為充電連接端口的連接端口個(gè)數(shù)，并不受限于可充電計(jì)數(shù)值。例如在另一實(shí)施例的步驟Sll中，例如可充電計(jì)數(shù)值為2。執(zhí)行步驟S12，由USB 主機(jī)端100的應(yīng)用程序選擇第二連接端口 350b、第三連接端口 350c及第四連接端口 350d 被指定為充電連接端口。執(zhí)行步驟S13，步驟S13代表由該充電功能模塊310的充電連接端口控制器312開(kāi)啟偵測(cè)該些充電連接端口，進(jìn)行可充電裝置500的偵測(cè)。
此外，當(dāng)于步驟S12中指定可充電連接端口的范圍是第二連接端口 350b、第三連接端口 350c及第四連接端口 350d，但可充電計(jì)數(shù)值為2時(shí)，即實(shí)際可充電的有2個(gè)連接端口 350，執(zhí)行步驟S13，由該充電功能模塊310的充電連接端口控制器312開(kāi)啟偵測(cè)第二連接端口 350b、第三連接端口 350c及第四連接端口 350d，進(jìn)行可充電裝置500的偵測(cè)。參考圖1、2、4所示，圖4繪示本發(fā)明USB充電方法流程回路圖。本發(fā)明一實(shí)施例以及另一實(shí)施例中，執(zhí)行上述圖3的USB充電方法的初始化步驟之后，然后執(zhí)行圖如及圖 4b的流程步驟，在圖1及圖2中以第一連接端口 350a、第二連接端口 350b及第四連接端口 350d為可充電連接端口，該USB充電方法流程包括下列步驟在步驟S20中，該充電功能模塊310的該充電連接端口控制器312偵測(cè)是否有一裝置連接于該些充電連接端口之一，如果是，執(zhí)行步驟S30 ；如果否，執(zhí)行步驟S20，直至偵測(cè)到有裝置連接于該些充電連接端口，然后執(zhí)行步驟S30。例如第一裝置500a連接于第一連接端口 350a、第二連接端口 350b及第四連接端口 350d其中之一連接一裝置。另外，當(dāng)該裝置連接于第三連接端口時(shí)，直接指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口。在步驟S30中，該充電功能模塊310的該充電連接端口控制器312判斷該裝置是否為可充電裝置500，如果是，執(zhí)行步驟S40 ；如果否，執(zhí)行步驟S50，以指定該連接端口為標(biāo)準(zhǔn)連接端口，其后執(zhí)行步驟S51。例如第一裝置500a、第二裝置500b分別連接于第一連接端口及第二連接端口，該充電連接端口控制器312偵測(cè)第一裝置500a及第二裝置500b均為可充電裝置。具體來(lái)說(shuō)，該充電連接端口控制器312透過(guò)偵測(cè)判斷得知該連接上的裝置是否為一具有電池的可充電裝置500，并完成與該可充電裝置500的交握程序 (Handshaking Procedure) 0該充電連接端口控制器312偵測(cè)該第一裝置500a是否為可充電裝置的方式，請(qǐng)參考USB應(yīng)用者論壇公司公告的電池充電規(guī)格(Battery Charging Specification(Revision 1. 1, April/15/2009))。在步驟S40中，該充電功能模塊310的該充電連接端口控制器312判斷該可充電計(jì)數(shù)值是否為零，如果是，執(zhí)行步驟S50，該連接端口被指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口，其后執(zhí)行步驟 S51 ；如果否，執(zhí)行步驟S60，以指定該連接端口為充電連接端口，其后執(zhí)行步驟S61。值得注意的是，于本發(fā)明的USB充電方法中，該可充電計(jì)數(shù)值是為零代表充電資源用完，且其增加以及減少可充電計(jì)數(shù)值的單位為一。例如可充電計(jì)數(shù)值為2，第一裝置 500a及第二裝置500b均為可充電裝置，第一連接端口 350a及第二連接端口 350b各占用一個(gè)可充電計(jì)數(shù)值后，可充電計(jì)數(shù)值為零。之后，可充電裝置例如第三裝置500c及第四裝置 500d個(gè)別連接至第三連接端口 350c及第四連接端口 350d，第三連接端口 350c因初始化時(shí)即被指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口，而第四連接端口 350d因經(jīng)過(guò)步驟S40判斷后，當(dāng)下可充電計(jì)數(shù)值為零時(shí)，執(zhí)行步驟S50。在步驟S50中，該連接端口被指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口，當(dāng)該連接端口被指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口，且該充電功能模塊310的該充電連接端口控制器312將該可充電計(jì)數(shù)值維持不變，并且該充電功能模塊310控制該電流單元200以經(jīng)由該連接端口 350提供小于該USB 規(guī)范電流的操作電流至該裝置(例如第四裝置500d)，其后執(zhí)行步驟S51，即僅執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)USB 功能。其中標(biāo)準(zhǔn)連接端口指的是沒(méi)有可提供大電流作充電的連接端口 350。更進(jìn)一步地說(shuō)， 標(biāo)準(zhǔn)USB功能指的是在不超過(guò)USB協(xié)議規(guī)范的電流供應(yīng)的操作模式。
在步驟S60中，當(dāng)該連接端口 350被指定為充電連接端口時(shí)，執(zhí)行步驟S61，該充電連接端口控制器312將該可充電計(jì)數(shù)值減一，并且該充電功能模塊310控制該電源單元 200以經(jīng)由該連接端口 350開(kāi)始提供一充電電流至該裝置(例如第一裝置500a)，以進(jìn)行充電程序，其中該充電電流大于該USB規(guī)范電流。其中充電連接端口是指具有可提供大電流作充電的連接端口 350，在一較佳實(shí)施例中，提供1.5A的充電電流作充電。此外，本發(fā)明還可以將該連接端口 350指定為專用充電連接端口(Dedicated Charging Port)的方式實(shí)施。此外，在執(zhí)行步驟S40時(shí)，該充電狀態(tài)顯示單元450被開(kāi)啟，用以識(shí)別目前的充電狀態(tài)。在步驟S70中，當(dāng)開(kāi)始充電程序后，集線功能模塊320的過(guò)流偵測(cè)器321判斷該連接端口的裝置(例如第一裝置500a)是否過(guò)電流(Over-current)，如果是，執(zhí)行步驟S51， 該充電連接端口控制器312將該可充電計(jì)數(shù)值增加一，并且該連接端口 350提供依據(jù)該USB 規(guī)范電流的操作電流至該裝置(例如第一裝置500a)，并僅執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)USB功能；如果否，執(zhí)行步驟S80。其中過(guò)電流是指該可充電裝置500接收到大于USB規(guī)范電流的充電電流時(shí)，回報(bào)(report) —個(gè)過(guò)流訊號(hào)至USB主機(jī)端100，表示該裝置不允許大電流充電。或者判斷充電電流是否超過(guò)限流裝置400所限制的充電電流。需注意的是，過(guò)流偵測(cè)器321并非在步驟S70才偵測(cè)是否過(guò)電流，過(guò)流偵測(cè)器321 與限流裝置400配合使用，持續(xù)偵測(cè)是否過(guò)電流。當(dāng)限流裝置400不允許當(dāng)下電流通過(guò)時(shí)， 通知過(guò)電流偵測(cè)器321，使充電連接端口控制器312關(guān)閉該連接端口 350，以保護(hù)集線裝置 300。若過(guò)電流發(fā)生，充電連接端口控制器312先關(guān)閉該連接端口 350，再經(jīng)由自動(dòng)或手動(dòng) (重啟裝置)啟用該連接端口 350后，將該連接端口 350指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口，即如同初始化時(shí)不指定該連接端口 350為充電連接端口。該連接端口 350若要再成為充電連接端口， 需要重啟集線裝置300，并于初始化時(shí)指定或經(jīng)由USB主機(jī)端100的應(yīng)用程序重新設(shè)定。在步驟S80中，充電功能模塊310的該充電連接端口控制器312判斷該連接端口的裝置(例如第一裝置500a)是否被移除或者已完成充電程序，如果是，執(zhí)行步驟S81，該可充電計(jì)數(shù)值增加一，并回到上述偵測(cè)是否有裝置連接于該些充電連接端口，即執(zhí)行步驟 S20 ；如果否，持續(xù)執(zhí)行步驟S80，直至該連接端口的裝置(例如第一裝置500a)被移除或者已完成該充電程序。在步驟S90中，當(dāng)另一裝置連接于另一該些可充電連接端口，且當(dāng)該另一裝置的連接端口被指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口之后，該充電功能模塊310的該充電連接端口控制器312 判斷該可充電計(jì)數(shù)值是否大于零、該充電連接端口控制器312判斷該另一裝置是否為可充電裝置、以及該集線功能模塊320中的過(guò)流偵測(cè)器321判斷該另一裝置的該連接端口是否未過(guò)電流，如果以上三者皆是(即可充電計(jì)數(shù)值> 0、該另一裝置為可充電裝置、以及「未」 過(guò)電流三者皆成立)，執(zhí)行步驟S80，如果三者之中至少一為否，該另一裝置的連接端口持續(xù)被指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口，以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)USB功能。例如，該另一裝置為第四裝置500d連接于第四連接端口 350d。當(dāng)?shù)诙b置500b充電完成后，充電計(jì)數(shù)值加一，當(dāng)?shù)谒倪B接端口 350d 由原先指定的標(biāo)準(zhǔn)連接端口改為充電連接端口且未過(guò)電流時(shí)，進(jìn)行充電程序，再進(jìn)行步驟 S80的判斷程序。綜上所述，本發(fā)明通用串行總線充電系統(tǒng)及其充電方法，利用集線裝置中的充電功能模塊，根據(jù)電源單元的供電能力分配大于USB規(guī)范電流的充電電流對(duì)該些可充電裝置充電，改良傳統(tǒng)充電連接端口為固定的缺點(diǎn)，并且降低EEPROM元件的成本以及不必占用機(jī)板空間。更進(jìn)一步地，本發(fā)明的USB充電方法提供集線器的充電連接端口的動(dòng)態(tài)切換方法。
權(quán)利要求
1.一種通用串行總線充電系統(tǒng)，包括一電源單元以及一集線裝置，其中該電源單元用于提供一充電電力，該集線裝置連接于該電源單元并且用于連接至少一可充電裝置作充電，該集線裝置包括若干連接端口，該等連接端口用于連接至少一可充電裝置，其特征在于該集線裝置還包括一充電功能模塊，該充電功能模塊耦接于該電源單元，用于分配大于通用串行總線規(guī)范電流的一充電電流至該些連接端口，以使該電源單元提供該充電電流至該至少一可充電裝置，該充電功能模塊包括一充電能力計(jì)算器及一充電連接端口控制器， 其中該充電能力計(jì)算器根據(jù)該電源單元的該充電電力計(jì)算一可充電計(jì)數(shù)值，該充電連接端口控制器用以動(dòng)態(tài)指定該些連接端口之一是否為一充電連接端口，并依據(jù)該可充電計(jì)數(shù)值決定該充電連接端口是否對(duì)該至少一可充電裝置作充電。
2.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線充電系統(tǒng)，其特征在于該可充電計(jì)數(shù)值為該電源單元的供電電流值除以該充電電流值的商數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線充電系統(tǒng)，其特征在于該充電連接端口控制器根據(jù)該可充電計(jì)數(shù)值，以指定連接該裝置的該連接端口被指定成為一標(biāo)準(zhǔn)連接端口或是一充電連接端口。
4.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線充電系統(tǒng)，其特征在于該集線裝置還包括一集線功能模塊用于判斷該些連接端口是否過(guò)電流。
5.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線充電系統(tǒng)，其特征在于該充電連接端口控制器決定哪些連接端口為充電連接端口的數(shù)量與該可充電計(jì)數(shù)值兩者不相同。
6.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線充電系統(tǒng)，其特征在于該些連接端口與該些可充電裝置之間還具有一限流裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線充電系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還包括一充電狀態(tài)顯示單元連接于該集線裝置，用以識(shí)別目前的充電狀態(tài)。
8.一種通用串行總線充電方法，適用于一通用串行總線充電系統(tǒng)，以進(jìn)行充電，該充電系統(tǒng)包括一集線裝置以及一電源單元，該集線裝置具有一充電功能模塊及若干連接端口， 且該集線裝置適于連接一通用串行總線主機(jī)端，其特征在于該通用串行總線充電方法包括下列步驟(a)該充電系統(tǒng)對(duì)該些連接端口進(jìn)行初始化步驟，以產(chǎn)生一可充電計(jì)數(shù)值；(b)該充電功能模塊偵測(cè)是否有一裝置連接于該些連接端口其中之一，如果是，執(zhí)行步驟(c)，如果否，持續(xù)執(zhí)行步驟(b)，直至存在該裝置連接于該些連接端口其中之一；(c)該充電功能模塊判斷該裝置是否為一可充電裝置，如果是，執(zhí)行步驟(d)，如果否， 該充電功能模塊指定連接該裝置的該連接端口被指定成為一標(biāo)準(zhǔn)連接端口，并且執(zhí)行步驟 (dl)；以及(d)該充電功能模塊判斷該可充電計(jì)數(shù)值是否為零，如果是，該充電功能模塊指定連接該裝置的該連接端口被指定成為一標(biāo)準(zhǔn)連接端口，并且執(zhí)行步驟(dl)，如果否，該充電功能模塊指定連接該裝置的該連接端口被指定成為一充電連接端口，執(zhí)行步驟(d2)，其中步驟 (d)包括下列步驟(dl)當(dāng)該連接端口被指定為該標(biāo)準(zhǔn)連接端口時(shí)，該充電功能模塊維持該可充電計(jì)數(shù)值為不變狀態(tài)，并且該充電功能模塊控制該電源單元以經(jīng)由該連接端口提供小于該通用串行總線規(guī)范電流的一操作電流至該裝置，以執(zhí)行一標(biāo)準(zhǔn)通用串行總線功能；及(d2)當(dāng)該連接端口被指定為該充電連接端口時(shí)，該充電功能模塊將該可充電計(jì)數(shù)值減一，并且該充電功能模塊控制該電源單元以經(jīng)由該連接端口開(kāi)始提供一充電電流至該裝置，以進(jìn)行充電程序，其中該充電電流大于該通用串行總線規(guī)范電流。
9.如權(quán)利要求8所述的通用串行總線充電方法，其特征在于在步驟(d)之后，更包括下列步驟(e)當(dāng)進(jìn)行該充電程序時(shí)，該集線裝置判斷該連接端口是否過(guò)電流，如果是，該充電功能模塊將該可充電計(jì)數(shù)值增加一，并且該連接端口提供小于該通用串行總線規(guī)范電流的操作電流至該裝置，以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)通用串行總線功能，如果否，執(zhí)行步驟(f)；以及(f)該充電功能模塊判斷該連接端口的該裝置是否被移除或者已完成該充電程序，如果是，該可充電計(jì)數(shù)值增加一，然后返回步驟(b)，如果否，持續(xù)執(zhí)行步驟(f)，直至該連接端口的該裝置被移除或者已完成該充電程序。
10.如權(quán)利要求9所述的通用串行總線充電方法，其特征在于判斷該連接端口的裝置是否過(guò)電流是判斷該充電電流值是否超過(guò)該充電系統(tǒng)的一限流裝置所限制的電流值。
11.如權(quán)利要求8所述的通用串行總線充電方法，其特征在于步驟(a)中的初始化步驟包括下列步驟(1)該充電功能模塊決定該集線裝置支持的該充電連接端口的數(shù)量，以產(chǎn)生該可充電計(jì)數(shù)值；(2)該充電功能模塊決定哪些連接端口指定為充電連接端口；以及(3)該充電功能模塊開(kāi)啟該些可充電連接端口，以偵測(cè)該些可充電裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的通用串行總線充電方法，其特征在于步驟(1)中決定該可充電計(jì)數(shù)值是由該電源單元的供電電流值除以該充電電流值的商數(shù)獲得。
13.如權(quán)利要求11所述的通用串行總線充電方法，其特征在于步驟(2)中該充電功能模塊決定哪些連接端口為充電連接端口的數(shù)量與該可充電計(jì)數(shù)值兩者不相同。
14.如權(quán)利要求11所述的通用串行總線充電方法，其特征在于步驟(3)中該充電功能模塊開(kāi)啟哪些充電連接端口的數(shù)量與該可充電計(jì)數(shù)值兩者不相同。
15.如權(quán)利要求8所述的通用串行總線充電方法，其特征在于當(dāng)另一裝置連接于另一可充電連接端口，且當(dāng)該另一裝置的連接端口被指定為標(biāo)準(zhǔn)連接端口之后，該充電功能模塊判斷該可充電計(jì)數(shù)值是否大于零、該充電功能模塊判斷該另一裝置是否為可充電裝置、 以及該集線裝置判斷該另一裝置的該連接端口是否尚未過(guò)電流，如果以上三者皆是，執(zhí)行步驟(f)，如果三者之中至少一為否，該另一裝置的連接端口持續(xù)被指定為該標(biāo)準(zhǔn)連接端口，以執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)通用串行總線功能。
16.如權(quán)利要求8所述的通用串行總線充電方法，其特征在于步驟(a)中的初始化步驟包括下列步驟(1)利用該通用串行總線主機(jī)端的一應(yīng)用程序決定該集線裝置的充電連接端口的數(shù)量，以產(chǎn)生該可充電計(jì)數(shù)值；(2)利用該通用串行總線主機(jī)端的該應(yīng)用程序決定哪些連接端口可被充電；以及(3)該充電連接端口控制器開(kāi)啟該些可充電連接端口，以偵測(cè)該些可充電裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種通用串行總線充電系統(tǒng)及其充電方法。該通用串行總線充電系統(tǒng)設(shè)置一集線裝置，該集線裝置具有充電功能模塊及若干連接端口，該充電功能模塊根據(jù)一電源單元的供電能力動(dòng)態(tài)分配大于USB規(guī)范電流的充電電流至該些連接端口，以使該電源單元提供該充電電流至該至少一可充電裝置，以對(duì)該至少一可充電裝置作充電。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102263423SQ20101019276
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者張杰雄, 游順德, 許光賢, 黃文明 申請(qǐng)人:創(chuàng)惟科技股份有限公司