專利名稱：動態(tài)分配usb端口電源的電子設備及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種動態(tài)分配通用串行總線(Universal Serial Bus, USB)端口電源 的電子設備及方法。
背景技術：
USB端口是一種4線串行端口，其包括兩個數(shù)據線(D+，D-)，一個電源線(Vbus)和 一個接地線(GND)。通常，具有USB端口的電子設備可以為插入其的USB設備，例如硬盤 等，提供電源。因此，上述USB設備在其內部不包括電源的情況下也同樣可以工作。目前，現(xiàn)行的USB端口標準規(guī)定每個USB端口允許提供的最大電壓和電流分別為 5V和500mA，所以當某一個USB設備電流需求超過500mA時，使用者需要再接線至其他USB 端口以獲取額外的電流，給使用者造成諸多不便。

發(fā)明內容
有鑒于此，需提供一種動態(tài)分配通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)端口 電源的電子設備，可以動態(tài)的分配電源給USB端口。此外，還需提供一種動態(tài)分配USB端口電源的方法。本發(fā)明實施方式中的動態(tài)分配USB端口電源的電子設備，其具有多個USB端口，其 中，每個USB端口對應連接一個USB設備，所述電子設備包括總電流檢測電路、多個短路檢 測電路、多個中繼電路以及USB控制器。其中，總電流檢測電路用于接收USB端口驅動電壓 并傳送至所述USB端口，并檢測提供給所述USB端口的總電流是否超過額定總電流，并輸出 總電流檢測結果。所述短路檢測電路連接于所述總電流檢測電路與對應的USB端口之間， 用于檢測插入其對應的USB端口中的USB設備是否短路，并輸出短路檢測結果。所述中繼 電路對應連接于所述短路檢測電路與USB端口之間，用于接通/切斷USB端口與其內部電 路的連接。USB控制器與所述總電流檢測電路、所述多個短路檢測電路以及所述多個中繼電 路相連，用于根據所述總電流檢測結果以及短路檢測結果輸出控制信號，從而控制所述中 繼電路通斷對應的USB端口。本發(fā)明實施方式中的動態(tài)分配USB端口電源的方法，包括以下步驟接收USB設備 插入信號；判斷插入的USB設備是否短路；如果沒有短路的話，判斷流過USB端口的總電流 是否大于額定總電流；以及如果沒有大于額定總電流的話，分配電源給相應的USB端口。本發(fā)明中，電子設備利用總電流檢測電路以及多個短路檢測電路檢測USB端口的 總電流是否超過額定總電流以及檢測每個插入的USB設備是否短路，從而控制中繼電路通 斷對應的USB端口，實現(xiàn)USB端口電源的動態(tài)分配。


圖1所示為本發(fā)明動態(tài)分配USB端口電源的電子設備的模塊圖；圖2所示為本發(fā)明USB端口動態(tài)分配電源的示意4
圖3所示為本發(fā)明圖1中總電流檢測電路的具體電路圖；以及圖4所示為本發(fā)明圖1中中繼電路的具體電路圖；圖5所示為本發(fā)明動態(tài)分配USB端口電源的方法流程圖。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明動態(tài)分配通用串行總線(Universal Serial Bus, USB)電源的電子 設備1的模塊圖。其中，電子設備1包括電源轉換電路110、總電流檢測電路120、多個短路 檢測電路131、132、133、134、USB控制器140、多個中繼電路151、152、153、154以及多個USB 端口 161、162、163、164。其中，所述 USB 端口 161、162、163、164 可以選擇連接 USB 設備 21、 22、23、24中的一個或者多個。本實施方式中，僅以四個USB端口為例予以說明，其他實施 方式中，USB端口的數(shù)量可以不同。且，每個USB端口都對應有一個短路檢測電路與中繼電 路，因此，本實施方式的電子設備1中短路檢測電路與中繼電路的數(shù)量均為四個。電源轉換電路110用于將外部交流電源轉換為可驅動所述USB端口 161、162、163、 164的電源，例如5V?？傠娏鳈z測電路120與電源轉換電路110相連，用于接收USB端口 驅動電壓并傳送至USB端口 161、162、163、164，并檢測供給所述USB端口 161、162、163、164 的總電流是否超過額定總電流，并輸出總電流檢測結果。短路檢測電路131、132、133、134 連接于總電流檢測電路120與對應的USB端口 161、162、163、164之間，用于檢測插入其對 應的USB端口中的USB設備是否發(fā)生短路，并輸出短路檢測結果。中繼電路151、152、153、 154對應連接于短路檢測電路131、132、133、134與USB端口 161、162、163、164之間，用于切 斷USB端口與電子設備1內部電路的連接，即切斷某個USB端口與其對應的短路檢測電路 131的連接。USB控制器140與總電流檢測電路120、短路檢測電路131、132、133、134以及 中繼電路151、152、153、154相連，用于根據總電流檢測結果以及短路檢測結果輸出控制信 號，從而控制中繼電路151、152、153、154通斷USB端口 161、162、163、164與其對應的內部 電路的連接。本實施方式中，節(jié)點VUSB與VUSB’的電壓均大致等于5V。請同時參閱圖2，所示為本發(fā)明USB端口動態(tài)分配電源的示意圖。根據USB端口標 準規(guī)定可知，每個USB端口允許提供的最大電流為500mA，故，本實施方式中，USB端口 161、 162、163、164的額定總電流即為4個USB端口 161、162、163、164的電流總和，S卩，2A。由圖2 可知，插入至USB端口 161、162、163的USB設備21、22、23所需的電流分別為100mA、300mA、 800mA。由于USB設備23所需要的電流超過USB端口標準所規(guī)定的最大電流(500mA)，故， 該種USB設備被稱之為非標準USB設備。在現(xiàn)有的方式中，這種非標準USB設備就需要兩 個以上的USB端口同時提供電流。然而，在本實施方式中，當USB設備23插入至USB端口 163時，其對應的短路檢測 電路133會檢測USB設備23是否短路。如果發(fā)生短路，短路檢測電路133發(fā)送短路檢測信 號至USB控制器140，則USB控制器140切斷USB端口 163與電子設備1內部電路的連接， 并通知用戶移除插入的USB設備23。當USB設備23移除后，USB控制器140重新啟動所述 USB端口 163。如果沒有短路發(fā)生，總電流檢測電路120同時也會檢測提供給USB端口 161、 162、163的總電流是否超過額定總電流。如果超過所述額定總電流，則總電流檢測電路120 發(fā)出總電流檢測結果至USB控制器140，USB控制器140同樣斷開USB端口 163與電子設備 1內部電路的連接，并通知用戶移除插入的USB設備23。同樣，當USB設備23移除后，USB控制器140重新啟動所述USB端口 163。如果沒有超過額定總電流，則電子設備1分配電源 至USB端口 163。故，本實施方式中，非標準USB設備23僅需一個USB端口 163即可供電。同樣地，當USB設備24插入至USB端口 164時，短路檢測電路134與總電流檢測 電路120會進行同樣的檢測工作。也就是說，只有當USB設備24所需要的電流小于800mA 時，電子設備1才有足夠的電源分配，反之，USB控制器140則會按照預先設定好的規(guī)則切 斷相應的USB端口，例如最后插入的USB端口(USB端口 164)，或者非標準USB端口(USB 端口 163)，與電子設備1內部的電路連接。當USB設備24移除后，USB控制器140重新啟 動所述USB端口 164。由于短路檢測電路131、132、133、134與總電流檢測電路120的內部電路均相同， 故，本實施方式中僅以總電流檢測電路120為例予以說明，如圖3所示?？傠娏鳈z測電路 120包括電流/電壓轉換電路121與電壓比較電路122。其中，電流/電壓轉換電路121用 于將檢測到的電流信號轉換為電壓信號，其包括電容Cl、多個電阻Rl、R2、R3、R4、R5以及 運算放大器Al。電阻Rl與電容Cl并行連接于總電流檢測電路120的輸入端(5V)與其輸 出端(節(jié)點Vbus)之間，電阻R2串連于運算放大器Al的負極輸入端與節(jié)點Vbus之間，電阻 R3串連于運算放大器Al正極輸入端與5V之間，電阻R4連接于運算放大器Al的輸出端與 負極輸入端之間，電阻R5連接于運算放大器Al正極輸入端與接地端之間。其中，電阻R2、 R3、R4、R5與運算放大器Al組成一個典型的放大電路，其放大系數(shù)取決于電阻R4于R2的 比值。且，運算放大器Al的輸出端輸出一個代表感測到的電流大小的電壓信號。電壓比較電路122用于將電流/電壓轉換電路121輸出的電壓信號與參考電壓做 比較，并輸出比較信號至USB控制器140，其包括兩個電阻R6、R7以及比較器A2。其中，比 較器A2的正極輸入端與運算放大器Al的輸出端相連，其負極輸入端通過電阻R6接地，并 作為參考電壓端，其輸出端與USB控制器140相連，并輸出比較信號。電阻R7連接于比較 器A2的電源端與負極輸入端之間。本實施方式中，電阻R6、R7組成分壓電路，用于分壓比 較器A2電源端的電源電壓(3. 3V)，電阻R6上的分壓作為比較器A2的參考電壓，S卩，0. 8V。本實施方式中，當USB設備插入其對應的USB端口時，由于負載電容效應會產生 瞬間的突波電流，如果不予以抑制的話，總電流檢測電路120與短路檢測電路131、132、 133、134則會誤動作，故，電容Cl用于抑制USB設備插入其對應端口時所產生的突波電流 (Inrush current)。又，由于總電流檢測電路120的輸出電壓大致等于其輸入的電壓，即， 5V,也就是說，總電流檢測電路120的輸入與輸出電壓壓差較小，故電阻Rl選取阻值較小的 電阻，例如0. 1 Ω。具體工作原理如下當USB設備插入其對應端口時，電容Cl相當于短路，則5V提供的電源全部供給電 容Cl充電，則無電流流經電阻Rl，相應地，電流/電壓轉換電路121無輸出，故，總電流檢測 電路120會忽略所述的瞬間突波電流。同樣地，短路檢測電路131、132、133、134也不工作。 由于電容Cl的充電時間可以調整為與突波電流出現(xiàn)瞬間的時間相匹配，則當電子設備1正 常工作時，電容Cl充電飽和，因此，此時會有電流流經電阻R1。若USB端口 161、162、163、164的總電流未超過額定總電流時，流經電阻Rl的電流 較小，則電阻Rl上的分壓較小，該分壓通過運算放大器Al運算后輸出一個電壓信號至電壓 比較電路122。本實施方式中，運算放大器Al的放大倍數(shù)為0.4。在電壓比較電路122中， 比較器Α2正極輸入端接收到運算放大器Al輸出的電壓信號，由于此時所述電壓信號小于負極參考電壓信號，因此，比較器A2輸出低電平總電流檢測信號，例如0V，至USB控制器 140。此時，USB控制器140根據接收到的低電平總電流檢測信號控制電子設備1分配電源 至相應的USB端口。若USB端口 161、162、163、164的總電流超過額定總電流時，流經電阻Rl的電流較 大，則電阻Rl上的分壓較大，該分壓通過運算放大器Al運算后輸出一個電壓信號至電壓比 較電路122。在電壓比較電路122中，比較器A2正極輸入端接收到運算放大器Al輸出的電 壓信號，由于此時所述電壓信號大于負極參考電壓信號，因此，比較器A2輸出高電平總電 流檢測信號，例如3. 3V，至USB控制器140。此時，USB控制器140根據接收到的高電平總 電流檢測信號控制相應的中繼電路切斷對應的USB端口。本實施方式中，所述短路檢測電路131、132、133、134的內部電路架構與總電流檢 測電路120的內部電路架構大致相同，區(qū)別在于電流/電壓轉換電路中，5V替換為Vbus 節(jié)點，Vbus節(jié)點替換為Vbus’節(jié)點。二者工作原理也完全相同，故在此不再描述。由于本發(fā)明中，中繼電路151、152、153、154內部電路架構完全相同，故，僅以中繼 電路151為例予以說明，如圖4所示。其中，中繼電路151包括二個電阻R8、R9、晶體管Q1、 芯片U1。晶體管Ql為npn型晶體管，其基極通過電阻R8與USB控制器140相連，其發(fā)射 極接地。本實施方式中，芯片Ul具有五個引腳，其中，引腳1連接3. 3V的電壓源，引腳2懸 空，引腳3與短路檢測電路131相連，引腳4與USB端口 161相連，引腳5通過電阻R9與晶 體管Ql的集電極相連。常態(tài)時(總電流檢測電路120以及短路檢測電路131輸出的檢測信號均為正常 時)，芯片Ul的引腳3與引腳4相連，也就是說，常態(tài)時短路檢測電路131與USB端口 161 相接通，電子設備1會對USB端口 161進行供電。當總電流檢測電路120以及短路檢測電路131輸出的檢測信號均為異常時，USB控 制器140輸出一個除能(disable)信號，例如，高電平信號，至晶體管Q1，此時晶體管Ql導 通，將這個除能信號放大后輸出至芯片Ul的引腳5。從而引腳1與引腳5之間的線圈(未 示出)產生磁力將芯片Ul的引腳3連接至與引腳2，則中繼電路151將USB端口 161與電 子設備1內部電路切斷。本實施方式中，中繼電路151為高電平觸發(fā)，在本發(fā)明其他實施方 式中，中繼電路151也可以為低電平觸發(fā)。圖5所示為本發(fā)明動態(tài)分配USB電源的方法流程圖。其中，在步驟S510中，USB 控制器140接收USB設備插入USB端口的信號。步驟S520中，USB控制器140判斷上述插 入的USB設備是否短路。如果短路的話，執(zhí)行步驟S521，USB控制器140輸出除能信號，并 通知用戶移除插入的USB設備。接著，執(zhí)行步驟S550，USB控制器140重新啟動所述USB設 備插入的USB端口。如果沒有短路的話，繼續(xù)步驟S530，USB控制器140繼續(xù)判斷流經所有 USB端口的總電流是否超過額定總電流。如果超過額定總電流的話，執(zhí)行步驟S531，USB控 制器140輸出除能信號，并按照預先設定的規(guī)則通知用戶移除相應的USB設備，例如移除 最后插入的USB設備或者移除非標準的USB設備。同樣地，接著執(zhí)行步驟S550。如果沒有 超過額定總電流的話，繼續(xù)步驟S540，USB控制器140控制電子設備1分配電源給插入的 USB 端 口。本發(fā)明中，電子設備1利用總電流檢測電路120以及多個短路檢測電路131、132、 133、134檢測USB端口的總電流是否超過額定總電流以及檢測每個插入的USB設備是否短路，從而控制中繼電路151、152、153、154通斷對應的USB端口 161、162、163、164，實現(xiàn)USB
端口電源的動態(tài)分配。
權利要求
一種動態(tài)分配通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)電源的電子設備，其具有多個USB端口，其中，每個USB端口對應連接一個USB設備，其特征在于，所述電子設備包括總電流檢測電路，用于接收USB端口驅動電壓并傳送至所述USB端口，并檢測提供給所述USB端口的總電流是否超過額定總電流，并輸出總電流檢測結果；多個短路檢測電路，連接于所述總電流檢測電路與對應的USB端口之間，用于檢測插入其對應的USB端口中的USB設備是否短路，并輸出短路檢測結果；多個中繼電路，對應連接于所述多個短路檢測電路與USB端口之間，用于接通/切斷USB端口與其內部電路的連接；以及USB控制器，與所述總電流檢測電路、所述多個短路檢測電路以及所述多個中繼電路相連，用于根據所述總電流檢測結果以及短路檢測結果輸出控制信號，從而控制所述中繼電路通斷對應的USB端口。
2.如權利要求1所述的電子設備，其特征在于，更包括電源轉換電路，用于將外部交流 電源轉換為所述USB端口驅動電壓。
3.如權利要求1所述的電子設備，其特征在于，所述總電流檢測電路包括 電流/電壓轉換電路，用于將檢測到的電流信號轉換為電壓信號；以及電壓比較電路，用于判斷所述電壓信號是否超過參考電壓信號，并輸出比較信號至所 述USB控制器。
4.如權利要求3所述的電子設備，其特征在于，所述電流/電壓轉換電路包括 電容；第一電阻，與所述電容并行連接于所述總電流檢測電路的輸入端與輸出端之間，用于 感測所述電流信號；以及運算放大器，其負極輸入端與所述總電流檢測電路輸入端相連，其正極輸入端與所述 總電流檢測電路的輸出端相連，其輸出端輸出代表感測到的電流大小的電壓信號。
5.如權利要求1所述的電子設備，其特征在于，所述任一短路檢測電路包括 電流/電壓轉換電路，用于將檢測到的電流信號轉換為電壓信號；以及電壓比較電路，用于判斷所述電壓信號是否超過參考電壓信號，并輸出比較信號至所 述USB控制器。
6.如權利要求5所述的電子設備，其特征在于，所述電流/電壓轉換電路包括 電容；第一電阻，與所述電容并行連接于所述對應短路檢測電路的輸入端與輸出端之間，用 于感測所述電流信號；以及運算放大器，其負極輸入端與所述對應短路檢測電路的輸入端相連，其正極輸入端與 對應短路檢測電路的輸出端相連，其輸出端輸出代表感測到的電流大小的電壓信號。
7.如權利要求4或6任一項所述的電子設備，其特征在于，所述電壓比較電路包括 比較器，其正極輸入端與所述運算放大器的輸出端相連，其負極輸入端作為參考電壓端，其輸出端與所述USB控制器相連，用于輸出所述比較信號； 第二電阻，連接于所述比較器負極輸入端與地之間；以及第三電阻，連接于所述比較器負極輸入端與其電源端之間，其與所述第二電阻組成分壓電路。
8.如權利要求1所述的電子設備，其特征在于，所述每個中繼電路包括電晶體，其基極與所述USB控制器相連，其發(fā)射極接地，用于放大所述控制信號；以及芯片，用于根據所述放大后的控制信號通斷對應的USB端口，其具有五個引腳，其中， 第一引腳接收電源信號，第二引腳懸空，第三引腳與其對應的短路檢測電路相連，第四引腳 與其對應的USB端口相連，第五引腳與所述電晶體的集電極相連。
9.一種動態(tài)分配通用串行總線(Universal Serial Bus, USB)端口電源的方法，其特 征在于，包括接收USB設備插入信號；判斷插入的USB設備是否短路；如果沒有短路的話，判斷流過USB端口的總電流是否大于額定總電流；以及如果沒有大于額定總電流的話，分配電源給相應的USB端口。
10.如權利要求9所述的動態(tài)分配USB端口電源的方法，其特征在于，所述判斷插入的 USB設備是否短路的步驟還包括當插入的USB設備短路時，發(fā)出除能信號，并通知用戶移除 所述插入的USB設備的步驟。
11.如權利要求9所述的動態(tài)分配USB端口電源的方法，其特征在于，所述判斷流過 USB端口的總電流是否大于額定總電流的步驟還包括當流過USB端口的總電流超過額定總 電流時，發(fā)出除能信號，并通知用戶移除相應的USB設備的步驟。
12.如權利要求9所述的動態(tài)分配USB端口電源的方法，其特征在于，更包括重新啟動 插入的USB設備對應的USB端口的步驟。
全文摘要
一種動態(tài)分配USB端口電源的電子設備，其包括總電流檢測電路用于檢測提供給USB端口的總電流是否超過額定總電流。多個短路檢測電路連接于總電流檢測電路與對應的USB端口之間，用于檢測插入對應的USB端口的USB設備是否短路。多個中繼電路對應連接于短路檢測電路與USB端口之間，用于通斷USB端口與內部電路的連接。USB控制器用于根據總電流檢測結果及短路檢測結果控制中繼電路通斷對應的USB端口。本發(fā)明電子設備檢測USB端口的總電流是否超過額定總電流及檢測每個插入的USB設備是否短路，從而控制中繼電路通斷對應的USB端口，實現(xiàn)USB端口電源的動態(tài)分配。
文檔編號G01R31/02GK101963835SQ20091030477
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權日2009年7月24日
發(fā)明者卓小棋, 周玉柱, 廖明裕 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司