USB電源管理

摘要：遵循USB標準設(shè)計和管理電源設(shè)備，充分實現(xiàn)USB設(shè)備的即插即用，低功耗和使用維護方便等優(yōu)點,是電源設(shè)備發(fā)展趨勢之一。文章主要對電源管理的設(shè)計進行闡述》

關(guān)鍵詞：USB 電源設(shè)備，電源管理

    電源管理，歷來是電子產(chǎn)品設(shè)計與維護的主要環(huán)節(jié)之一。在過去，用戶想了解電源的情況，只能通過設(shè)備上有限的工作指示；隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，電源系統(tǒng)（如UPS）開始通過RS-232與計算機通信，使用戶對電源的控制大為方便；但RS-232也并非是完美的，總線結(jié)構(gòu)的發(fā)展帶來了IEEE1394(高速串行總線)和USB。電源設(shè)備最終選擇了適合中低速外設(shè)的USB標準。這并不是在趕時髦，在其背后有著深厚的需求背景。

    遵循USB標準設(shè)計和管理電源設(shè)備，充分實現(xiàn)USB設(shè)備的即插即用，低功耗和使用維護方便等優(yōu)點,是電源設(shè)備發(fā)展趨勢之一。

 一． USB通用串行總線與HID人機接口設(shè)備

    USB（Universal Serial Bus）是以Intel為主，并有Compaq，Microsoft，IBM，DEC，Northern Telecom以及日本NEC等共七家公司共同制定的串行接口標準，1994年11月制定了第一個草案，1996年2月公布了USB規(guī)格版本1.0。USB可把多達127個外設(shè)聯(lián)到你的系統(tǒng)上，其12Mbps的帶寬對如鍵盤，鼠標等低中速外設(shè)是完全足夠的。該技術(shù)使你能把設(shè)備隨時插上或拔下你的系統(tǒng)，最終還將不再需要在你的PC機后面設(shè)多個并行和串行口。 USB將設(shè)備分為不同的類型，每個設(shè)備類型都定義了類似功能設(shè)備的共同行為和協(xié)議。HID（Human Interface Device）人機接口設(shè)備主要指用于人控制計算機系統(tǒng)操作的器件，而電源設(shè)備（Power Device）則被定位為HID的子系統(tǒng)之一。對設(shè)備進行分類是為了抹除不同硬件廠商之間的差異，以便于主機(PC)對設(shè)備進行方便、統(tǒng)一的管理。相同類型的設(shè)備都由一組標準定義的功能模塊組成。這樣主機與USB設(shè)備之間的通信就可以通過一些標準格式的數(shù)據(jù)包來完成。

二．HID電源設(shè)備

    設(shè)備的電源管理，通常是通過在內(nèi)部用硬件集成控制部件，以完成對電池或是內(nèi)部電源器件的管理。同樣的對于外供電設(shè)備，（比如用UPS供電的設(shè)備），也有專門的控制部件用以完成各種控制功能，。不管是哪種情況，都可以通過USB協(xié)議完成主機與控制部件之間的狀態(tài)和控制信息的通信，使主機實現(xiàn)對設(shè)備電源的絕對控制。 從主機角度來看，由于USB電源設(shè)備協(xié)議是在USB人機接口設(shè)備的框架中設(shè)計的，所以主機上的HID類驅(qū)動程序是電源設(shè)備實現(xiàn)的根基。借助HID類驅(qū)動，設(shè)備驅(qū)動程序可以在友好得多的平臺上直接訪問設(shè)備，而無需過多考慮類驅(qū)動與系統(tǒng)低層軟件之間的交互。 總之，USB通過一系列的標準定義，使用戶可以通過主機直接觸摸到設(shè)備的電源管理，大大增強和方便了電源的管理功能。

三．電源設(shè)備的對象定義

    每個電源設(shè)備都由一組模塊（如電池系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換器）組成，而每個模塊又可細分為一個或多個子模塊。子模塊可以存在于模塊內(nèi)部（如電池、充電器），也可以是模塊間的接口。所有的模塊、子模塊以及接口都被定義為對象，有著明確的物理描述：

Battery（電池）

Charger（充電器）

Input and Output（輸入/輸出）

Battery System（電池系統(tǒng)--電池，充電器和輸入/輸出的集合）

Power Supply or Power Converter（電源供應(yīng)或電源轉(zhuǎn)換器--特定電壓、頻率的轉(zhuǎn)換、輸出）

Outlet and Outlet System（電源出路及電源出路系統(tǒng)--能由PC機進行遠程開關(guān)控制的電源輸出）

Gang（群--具有相同特性和功能的對象的集合）

Flow（流--電源線電氣特性的摘要描述）

Power Summary（電源報告），供電源設(shè)備向主機或其它設(shè)備提供自身的工作、狀態(tài)消息，完成電源自身的信息收集和對外通信， 不同電源設(shè)備內(nèi)部的，模塊、小模塊和接口的組成結(jié)構(gòu)稱為電源設(shè)備的對象層次表，具體如下：

1． 電池系統(tǒng)：

輸入（連至輸入流），充電器，電池（連至充電器或輸出），輸出（連至輸出流）

2． 電源轉(zhuǎn)換器：

輸入（連至輸出流或輸出），輸出（連至輸入流或輸入）

3． 電源出路系統(tǒng)：

獨立的電源出路（連至輸出流）， 一個輸入流， 輸出流，電源報告(連至輸出流) 模塊內(nèi)部的子模塊是直接相連的，而不同的模塊則通過流相連，連接點即為模塊的輸入和輸出。

四． 兩個簡單電源設(shè)備的實現(xiàn)

1． 一個典型USB外設(shè)的電源供應(yīng)

圖1．典型USB外設(shè)的電源供應(yīng)

一個AC輸入流,

一個DC輸入流（USB總線電源）

一個電源轉(zhuǎn)換器（包括一個AC輸入，一個DC輸入和一個DC輸出）

一個DC輸出流 一個電源報告

2． 一個簡單的UPS電源

一個AC輸入流（主AC輸入）

一個電池系統(tǒng)（一個AC輸入，一個電池，一個充電器和一個DC輸出）

一個DC流（后備DC）

一個電源轉(zhuǎn)換器（一個DC輸入，一個AC輸入和一個AC輸出）

一個AC輸出流（AC流）

一個電源報告

圖2．簡單的UPS電源

五. 結(jié)束語

電源管理和USB是兩個正在飛速發(fā)展的技術(shù)專題。自從廠家把USB所需的控制芯片加入到外圍設(shè)備的ASIC（專用IC）中，PC對USB的支持只需要增加成本不到1美元的插座。這大大刺激了USB的發(fā)展。Microsoft推出的PC98和PC99系統(tǒng)已宣布將USB和HID作為其支持的工業(yè)標準之一。電源設(shè)備作為通用型設(shè)備，也越來越向標準統(tǒng)一的方向發(fā)展，USB標準在電源設(shè)備的實現(xiàn)，大大提高了電源設(shè)備的通用性，簡化了電源設(shè)備的控制和管理?？梢韵胍姡S著USB的發(fā)展，USB支持的電源設(shè)備也會成為標準的電源設(shè)備，這一切都將使得電源管理更標準，更輕松。

六. 部分參考文獻和站點

Universal Serial Bus Specification, Revision 1.0, January 15, 1996

Universal Serial Bus Device Class Definition for Human Interface Devices (HID), Version 1.0 Final

Universal Serial Bus HID Usage Tables, Release Candidate 1.0

Universal Serial Bus Usage Tables for HID Power Device, Release 1.0

www.usb.org

www.mediacity.com

www.microsoft.com/hwdev/

附：插圖中的詞組含義：

AC FLOW：交流電

USB BUS POWER：USB總線電源

INPUT：輸入

OUTPUT：輸出

DC FLOW：直流

POWER SUMMARY：電源報告

MAIN AC：主供電交流電

CHARGER：充電器

BATTERY：電池

BACKUP DC：備用直流電

BATTERY SYSTEM：電池系統(tǒng)

POWER CONVERTER：電源轉(zhuǎn)換器