通用串行总线的集线装置及其电力管理方法.pdf

本发明提供一种通用串行总线的集线装置及其电力管理方法。此集线装置包括至少一总线电力传输端口、至少一通用串行总线端口以及控制单元。控制单元检测至少一总线电力传输端口是否连接至第一外部装置并检测至少一通用串行总线端口是否连接至第二外部装置。当第一外部装置符合通用串行总线电力供应接口且第一外部装置与第二外部装置的连接情形有变更时，控制单元依据第一外部装置与第二外部装置的连接情形判断所需的电力供应判断值，通过电力供应判断值以与第一外部装置相互通信以设定至少一总线电力传输端口的电力传输规格。

权利要求书
1.  一种通用串行总线的集线装置，其特征在于，包括：
至少一总线电力传输端口；
至少一通用串行总线端口；以及
一控制单元，耦接该至少一总线电力传输端口以及该至少一通用串行总 线端口，
其中该控制单元检测该至少一总线电力传输端口是否连接至第一外部装 置，且检测该至少一通用串行总线端口是否连接至第二外部装置，
当该第一外部装置符合一通用串行总线电力供应接口且该第一外部装置 与该第二外部装置的连接情形有变更时，该控制单元依据该第一外部装置以 及该第二外部装置的该连接情形以判断所需的一电力供应判断值，通过该电 力供应判断值以与该第一外部装置相互通信以设定该至少一总线电力传输端 口的电力传输规格。

2.  根据权利要求1所述的集线装置，其特征在于，该控制单元依据该第 一外部装置及该第二外部装置的装置类型以分别提供电力或接收电力。

3.  根据权利要求1所述的集线装置，其特征在于，该至少一总线电力传 输端口的电力传输规格包括分别对应不同的最大供应电力的多个电力规格， 且该控制单元依据该电力供应判断值以选择该些电力规格的其中之一，并将 已选择的该电力规格通知该第一外部装置。

4.  根据权利要求1所述的集线装置，其特征在于，该第一外部装置为符 合该通用串行总线电力供应接口的供电装置或受电装置；
该第二外部装置为符合一通用串行总线协议的供电装置或受电装置。

5.  根据权利要求4所述的集线装置，其特征在于，该供电装置包括一电 源转接器。

6.  一种通用串行总线集线装置的电力管理方法，其特征在于，包括：
检测至少一总线电力传输端口是否连接至一第一外部装置，且检测至少 一通用串行总线端口是否连接对应的第二外部装置，其中该通用串行总线集 线装置包括该至少一总线电力传输端口以及该至少一通用串行总线端口；
当该第一外部装置符合一通用串行总线电力供应接口且该通用串行总线 集线装置与该第一外部装置及该第二外部装置的连接情形有变更时，依据该 第一外部装置以及该第二外部装置的连接情形以判断该集线装置所需的一电 力供应判断值；以及
与该第一外部装置相互通信以动态设定该至少一总线电力传输端口的电 力传输规格。

7.  根据权利要求6所述的电力管理方法，其特征在于，还包括：
当该第一外部装置不符合一通用串行总线电力供应接口时，进行符合一 通用串行总线协议的通信操作。

8.  根据权利要求6所述的电力管理方法，其特征在于，还包括：
依据该第一外部装置及该第二外部装置的装置类型以分别提供电力或接 收电力。

9.  根据权利要求6所述的电力管理方法，其特征在于，还包括：
依据该至少一总线电力传输端口所提供的输入电力以动态调整各个该至 少一通用串行总线端口所提供的电力供应值。

10.  根据权利要求6所述的电力管理方法，其特征在于，该至少一总线 电力传输端口的电力传输规格包括分别对应不同的最大供应电力的多个电力 规格，
并且，设定该至少一总线电力传输端口的电力传输规格的步骤包括：
依据该电力供应判断值以选择该些电力规格的其中之一，并将已选择的 该电力规格通知该第一外部装置。

说明书通用串行总线的集线装置及其电力管理方法
技术领域
本发明是有关于一种通用串行总线技术，且特别是有关于一种可动态调 整外部装置的USB-PD接口电力传输规格的通用串行总线的集线装置及其电 力管理方法。
背景技术
通用串行总线（Universal Series Bus；以下简称USB）接口广泛应用于手 机、数码相机、平板电脑等电子装置中。USB接口除了可以传输数据之外， 近年来还致力于电力传输功能。由于USB接口的蓬勃发展，目前许多行动装 置是利用USB或是Micro USB接口来达到资料传输以及电力传输的双重功 能，并期望可以取代已有的电力传输接口。
然而，USB接口的电力传输功能由于USB的制式规范以及硬件限制而使 其电力功率较弱，仅能提供小型电子装置的电力供应。若要使用USB接口来 对一些消耗功率较大产品（例如：荧幕显示器或是笔记本电脑）进行供电时， 可能需要花费大量的时间成本方能达到需求。因此，专门为了店里传输以及 信息处理适用的USB电力传输（Power Delivery；以下简称PD）接口也应运 而生，适用于USB-PD接口的装置可以配置不同最大电功率的规格。
由于USB接口具备资料传输的方便性，目前也有用来整合多样USB接 口的集线器等相关产品。然而，具备USB接口的集线器仍然仅能对数据传输 进行管理，而无法针对USB接口的电力传输功能进行管理与分配。因此，具 备USB接口的集线设备应可具备更佳的电力管理方式。
发明内容
本发明提供一种通用串行总线（USB）的集线装置及其电力管理方法， 其可检测各连接端口对外部装置的连接状况，并通过通用串行总线电力供应 （USB–PD）接口来对外部装置设定适用的电力规格。藉此，集线装置可在 各连接端口的连接状态改变时动态调整电力传输规格，藉以实现有效率的电 力管理与分配。
本发明提出一种通用串行总线的集线装置。此集线装置包括至少一个总 线电力传输端口、至少一个通用串行总线端口以及控制单元。控制单元耦接 至少一个总线电力传输端口以及至少一个通用串行总线端口。控制单元检测 至少一个总线电力传输端口是否连接至第一外部装置，且控制单元检测至少 一个通用串行总线端口是否连接至第二外部装置。当第一外部装置符合通用 串行总线电力供应（USB-PD）接口且第一外部装置与第二外部装置的连接情 形有变更时，控制单元依据第一外部装置以及第二外部装置的连接情形以判 断所需的电力供应判断值，通过电力供应判断值以与第一外部装置相互通信 以设定至少一个总线电力传输端口的电力传输规格。
在本发明的一实施例中，上述的控制单元依据第一外部装置及第二外部 装置的装置类型以分别提供电力或接收电力。
在本发明的一实施例中，上述的至少一个总线电力传输端口的电力传输 规格包括分别对应不同的最大供应电力的多个电力规格，且控制单元依据电 力供应判断值以选择所述电力规格的其中之一，并将已选择的电力规格通知 第一外部装置。
在本发明的一实施例中，上述的第一外部装置为符合通用串行总线电力 供应（USB PD）接口的供电装置或受电装置。所述第二外部装置为符合通用 串行总线（USB）协议的供电装置或受电装置。
在本发明的一实施例中，上述的供电装置包括电源转接器。
从另一角度来看，本发明提出一种通用串行总线集线装置的电力管理方 法，其包括下列步骤。检测至少一个总线电力传输端口是否连接至第一外部 装置，且检测至少一个通用串行总线端口是否连接对应的第二外部装置，其 中通用串行总线集线装置包括至少一个总线电力传输端口以及至少一个通用 串行总线端口。当第一外部装置符合通用串行总线电力供应（USB-PD）接口 且所述第一外部装置与所述第二外部装置的连接情形有变更时，依据第一外 部装置以及第二外部装置的连接情形以判断所述集线装置所需的电力供应判 断值。以及，与第一外部装置相互通信以动态设定至少一个总线电力传输端 口的电力传输规格。
在本发明的一实施例中，上述的电力管理方法还包括下列步骤：当第一 外部装置不符合通用串行总线电力供应（USB-PD）接口时，进行符合通用串 行总线协议的通信操作。
在本发明的一实施例中，上述的电力管理方法还包括下列步骤：依据第 一外部装置及第二外部装置的装置类型以分别提供电力或接收电力。
在本发明的一实施例中，上述的电力管理方法还包括下列步骤：依据该 至少一总线电力传输端口所提供的输入电力以动态调整各个该至少一通用串 行总线端口所提供的电力供应值。
在本发明的一实施例中，其中至少一个总线电力传输端口的电力传输规 格包括分别对应不同的最大供应电力的多个电力规格。并且，设定至少一个 总线电力传输端口的电力传输规格包括下列步骤：依据电力供应判断值以选 择所述电力规格的其中之一，并将已选择的电力规格通知第一外部装置。
基于上述，本发明实施例所述的集线装置可利用总线电力传输端口以与 符合USB PD接口的第一外部装置相互沟通并获得其可使用的USB PD电力 规格，并依据连接在集线装置的外部装置可能需求的最大电功率，藉以通过 USB PD接口来设定第一外部装置在传输电力时的电力规格。据此，符合本 发明实施例的集线装置可在各连接端口的连接状态改变时动态调整电力传输 规格，藉以实现有效率的电力管理与分配。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合 附图详细说明如下。
附图说明
图1是依据本发明一实施例说明一种通用串行总线的集线装置的功能方 块图；
图2是依据本发明一实施例说明一种通用串行总线集线装置的电力管理 方法的流程图。
附图标记说明：
100：集线装置；
110：控制单元；
120：总线电力传输端口；
140～145：通用串行总线端口；
150：第一外部装置；
160～165：第二外部装置；
S210～S260：步骤。
具体实施方式
为了使集线装置能够动态调整其通用串行总线电力传输（USB PD）端口 的电力传输规格，本发明实施例提出一种通用串行总线（USB）的集线装置 及其电力管理方法。此集线装置分别检测总线电力传输端口与通用串行总线 端口与外部装置的连接情况，并依据连接情况以动态调整电力传输端口的电 力传输规格。藉此，集线装置可动态地依据外部装置的耗电情况来判断及设 定USB PD接口的电力传输规格，藉以适当地进行电力管理，并节省电力消 耗。以下提出符合本发明精神的诸多实施例以供参考，但本发明的范围并不 仅限于下述实施例。
图1是依据本发明一实施例说明一种通用串行总线的集线装置的功能方 块图。请参照图1，集线装置100包括控制单元110、一个或多个总线电力传 输端口以及通用串行总线端口。在图1中，集线装置100具备1个总线电力 传输端口120以及6个通用串行总线端口140～145，且应用本实施例者可依 其需求而任意调整总线电力传输端口120以及通用串行总线端口140～145的 数量。例如，符合本实施例的集线装置也可以具备两个或两个以上的总线电 力传输端口。在本发明实施例中，总线电力传输端口120符合通用串行总线 电力传输（USB-PD）接口的相关规范，例如，具备可探知第一外部装置150 是否符合USB-PD接口的实体接脚、具备6个接脚的内部数据传输总线（称 为VBUS）等相应实体规范。
控制单元110耦接这些总线电力传输端口120以及通用串行总线端口 140～145，藉以通过这些传输端口而判断集线装置100是否与外部装置150、 160～165相互连接。控制单元110可以是具有运算功能的系统芯片、微处理 器、微控制器（micro control unit；以下简称MCU）或是集成电路。本发明 实施例的控制单元110用以处理集线装置100在USB、USB BC 1.2、USB-PD… 等相关接口的数据传输以及电力管理等作业。换句话说，控制单元110可通 过相应的USB连接端口以与符合通用串行总线（USB）接口（如，USB 1.0、 2.0、3.0）、通用串行总线电池充电（USB Battery Charging；以下简称USB BC） 接口（如，USB BC 1.2）和/或通用串行总线电力传输（USB-PD）接口的外 部装置进行数据通信。控制单元110可以检测连接至通用串行总线端口 140～145的任一的装置为标准下行端口（Standard Downstream Port；以下简称 SDP）、充电下行端口（Charging Downstream Port；以下简称CDP）及专用 充电端口（Dedicated Charging Port；以下简称DCP）中的其中一种，并且控 制单元110可依据一般的USB标准或是USB BC标准，藉以管理通用串行总 线端口140～145所传输/供应的电源。
在本发明实施例中，总线电力传输端口120为符合USB–PD接口的传输 端口。在USB-PD接口的规范之下，符合USB-PD接口的第一外部装置150 可以提供多种不同规格的电力传输规格，详细对照表可参照表(1)。相比较于 USB2.0接口提供最大电力的2.5瓦（Walt；以下简称W）及USB 3.0标准提 供最大电力的4.5瓦，USB-PD接口可以提供最大为10瓦、18瓦、36瓦、60 瓦及100瓦不等的电力，以使得具备USB-PD接口的第一外部装置150能够 提供更大的供应电力，藉以符合现今多样化电子产品的电力需求。
表(1)

上述规格1～5是USB-PD接口的预设规格，而规格0则是可让厂商自订 规格的格式。藉此，在本发明实施例中，当第一外部装置150通过总线电力 传输端口120以连接至集线装置100时，控制单元110可通过总线电力传输 端口120上的特定接脚来判断第一外部装置150是否符合USB-PD接口的规 格。当第一外部装置150符合USB-PD接口的规格时，控制单元110便可与 第一外部装置150相互沟通，且第一外部装置150会将其可以设定的USB-PD 接口对应的规格通知控制单元110。之后，控制单元110便可依据集线装置 100中已经连接的第二外部装置160～165的数量来预估可能会消耗的最大电 量，藉以设定第一外部装置的USB PD接口规格或是自订的规格，以使集线 装置100从第一外部装置并通过USB PD接口来传送/接收相应的电量。详细 说明将在下述中揭示。
本发明实施例中将外部装置150以及160～165区分为两种：供电装置以 及受电装置。所谓“供电装置”便是连接至其他供电源（如，市电、行动电 源）的中转设备，例如是电源转接器。集线装置100可通过供电装置来获得 电力，并将这些电力转而提供给其他连接的受电装置。所谓“受电装置”便 是会耗电且须要进行充电的电子产品，例如手机、平板电脑…等。因此，在 本发明实施例中，使用者可以将符合USB接口或USB-PD接口的电源连接器 连接至对应的通用串行总线端口140～145或是总线电力传输端口120中，并 将需要充电的外部装置连接至相应连接端口，便可通过此集线装置100而达 成电力传输及管理。使用者可以应用更灵活的方式将外部装置连接至集线装 置100，并且为所连接的外部装置供应更适当的电源。
以下将详细说明本发明实施例所提供的通用串行总线集线装置的电力管 理方法，从而使集线装置100依据与外部装置的连接情况动态调整电力配置， 以提升供应电力的效能。
图2是依据本发明一实施例说明一种通用串行总线集线装置的电力管理 方法的流程图。请参照图2，在步骤S210中，控制单元110检测总线电力传 输端口120是否连接至第一外部装置150，且控制单元110检测通用串行总 线端口140～145是否连接至第二外部装置160～165。具体而言，控制单元110 可以利用总线电力传输端口120的特定接脚以判断第一外部装置150是否连 接至集线装置100。控制单元110可以利用通用串行总线端口140的电源脚 位（即，D+与D-）的电位差来判别是否有第二外部装置插入。
当判断第一外部装置150已经插入后，在步骤S220中，控制单元110判 断第一外部装置150符合通用串行总线电力传输（USB-PD）接口。若第一外 部装置150并不符合通用串行总线电力传输（USB-PD）接口而仅符合USB 接口的话，则按照一般的USB通信协议来对第一外部装置150进行数据传输 以及电力供应（步骤S230）。当第一外部装置150符合通用串行总线电力传 输（USB PD）接口时，则控制单元110可依据USB-PD接口的相关协议与第 一外部装置150通信，从而得知第一外部装置150所支持的USB-PD接口规 格（例如，已经制式化规定的规格1～5或是特别制定的规格0，此规则信息 中包含可支持的电力电压值与电流值）。
然后，在步骤S240中，控制单元110判断集线装置100与第一外部装置 150及第二外部装置160～165的连接情形是否有变更。所谓“集线装置100 与第一外部装置150及第二外部装置160～165的连接情形有变更”即是控制 单元110判断使用者是否有其他第一外部装置150或第二外部装置160～165 插入集线装置100，或是第一外部装置150或第二外部装置160～165从集线 装置100拔除，从而使集线装置100的连接情形有所变更。上述的连线情形 除了将外部装置进行插入/移除以外，也可以是集线装置100在初次开机后的 连线情形。若上述的连线情形有所变更，则进入步骤S250，控制单元110依 据第一外部装置150以及第二外部装置160～165的连接情形以判断集线装置 100所需的电力供应判断值。
具体而言，请参照表(1)，表(1)所列的五个规格皆有对应的最大供应电力 值，控制单元110将上述五个最大供应电力值视为电力供应判断值。控制单 元110与第一外部装置150依据USB接口的通信协议以沟通得知第一外部装 置150能够支持的规格，在此假设第一外部装置150能够支持上述表(1)的规 格1～5。然后，控制单元110得知当前对于第二外部装置160～165的连线情 况，以得知当前电力供应情况，并计算第一外部装置150及第二外部装置 160～165所需的电力。然后，控制单元110依据上述电力供应判断值以判断 目前所需的电力符合何种第一外部装置150的USB-PD接口的规则以符合当 前所需电力的最佳电力规格。
在步骤S260中，控制单元110通过电力供应判断值与第一外部装置150 相互通信以动态设定总线电力传输端口120的电力传输规格。
在此以实例作为说明。请同时参照图1及图2，控制单元110会检测外 部装置150、160～165是否插入，并在检测到外部装置插入的同时来判断这些 外部装置150、160～165为供电装置还是受电装置。如果第一外部装置150为 供电装置，且外部装置160～165皆为有连接的受电装置时，控制单元便于步 骤S250中判断受电装置所对应的USB接口的最大电力需求来计算电力供应 判断值。也就是说，当第二外部装置160～165皆为USB接口的受电装置的话， 控制单元110便会估计电力供应判断值为六倍的USB接口最大电量供应值 （10瓦），也就是总共可能会需要60瓦的电力来供应给第二外部装置 160～165。因此，控制单元110便会跟第一外部装置150沟通以使其USB-PD 接口的规格能够为表(1)的规格4或5，藉以满足电源消耗的供应。相对地， 当第一外部装置150为受电装置，且外部装置160～165皆为供电装置时，由 于每个USB接口仅能提供10瓦的电量，因此控制单元110便会跟第一外部 装置150沟通以使其USB-PD接口的规格能够降低为表(1)的规格1～4，藉以 满足第一外部装置150的电力消耗需求。若第一外部装置150能够设定为规 格4的话，由于规格4的最大电力为大于又最接近30瓦的36瓦，因此既可 以满足极限装置100的耗电需求，又可以适度地节省电能转换时的消耗。
当然，也可以让第一外部装置150为供电装置，第二外部装置160也为 供电装置，而第二外部装置161～164为受电装置，第二外部装置165并未连 接到集线装置100。如此一来，控制单元110便会预估自身的电力供应判断 值计算方式为：4个10瓦的消耗量减去1个10瓦的提供量，而成为30瓦。 因此，控制单元110便可与第一外部装置150沟通以使其USB-PD接口的规 格能够降低为表(1)的规格3～6的其中的任一，藉以满足电力供应的需求。
综上所述，本发明实施例所述的集线装置可利用总线电力传输端口以与 符合USB PD接口的第一外部装置相互沟通并获得其可使用的USB PD电力 规格，并依据连接在集线装置的外部装置可能需求的最大电功率，藉以通过 USB PD接口来设定第一外部装置在传输电力时的电力规格。据此，符合本 发明实施例的集线装置可在各连接端口的连接状态改变时动态调整电力传输 规格，藉以实现有效率的电力管理与分配。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步 骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可 读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而 前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码 的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。