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[导读]近年来,电源管理和USB是两个正在飞速发展。自从厂家把USB所需的控制芯片加入到外围设备的ASIC(专用IC)中,PC对USB的支持只需要增加成本不到1美元的插座。这大大刺激了USB的发展。

近年来,电源管理和USB是两个正在飞速发展。自从厂家把USB所需的控制芯片加入到外围设备的ASIC(专用IC)中,PC对USB的支持只需要增加成本不到1美元的插座。这大大刺激了USB的发展。Microsoft推出的PC98和PC99系统已宣布将USB和HID作为其支持的工业标准之一。电源设备作为通用型设备,也越来越向标准统一的方向发展,USB标准在电源设备的实现,大大提高了电源设备的通用性,简化了电源设备的控制和管理。可以想见,随着USB的发展,USB支持的电源设备也会成为标准的电源设备,这一切都将使得电源管理更标准,更轻松。

电源源管理,历来是电子产品设计与维护的主要环节之一。在过去,用户想了解电源的情况,只能通过设备上有限的工作指示;随着计算机技术的发展,电源系统(如UPS)开始通过RS-232与计算机通信,使用户对电源的控制大为方便;但RS-232也并非是完美的,总线结构的发展带来了IEEE1394(高速串行总线)和USB。电源设备最终选择了适合中低速外设的USB标准。这并不是在赶时髦,在其背后有着深厚的需求背景。

遵循USB标准设计和管理电源设备,充分实现USB设备的即插即用,低功耗和使用维护方便等优点,是电源设备发展趋势之一。

一. USB通用串行总线与HID人机接口设备

USB(Universal Serial Bus)是以Intel为主,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标准,1994年11月制定了第一个草案,1996年2月公布了USB规格版本1.0。USB可把多达127个外设联到你的系统上,其12Mbps的带宽对如键盘,鼠标等低中速外设是完全足够的。该技术使你能把设备随时插上或拔下你的系统,最终还将不再需要在你的PC机后面设多个并行和串行口。

USB将设备分为不同的类型,每个设备类型都定义了类似功能设备的共同行为和协议。HID(Human Interface Device)人机接口设备主要指用于人控制计算机系统操作的器件,而电源设备(Power Device)则被定位为HID的子系统之一。对设备进行分类是为了抹除不同硬件厂商之间的差异,以便于主机(PC)对设备进行方便、统一的管理。相同类型的设备都由一组标准定义的功能模块组成。这样主机与USB设备之间的通信就可以通过一些标准格式的数据包来完成。

二.HID电源设备

设备的电源管理,通常是通过在内部用硬件集成控制部件,以完成对电池或是内部电源器件的管理。同样的对于外供电设备,(比如用UPS供电的设备),也有专门的控制部件用以完成各种控制功能,。不管是哪种情况,都可以通过USB协议完成主机与控制部件之间的状态和控制信息的通信,使主机实现对设备电源的绝对控制。

从主机角度来看,由于USB电源设备协议是在USB人机接口设备的框架中设计的,所以主机上的HID类驱动程序是电源设备实现的根基。借助HID类驱动,设备驱动程序可以在友好得多的平台上直接访问设备,而无需过多考虑类驱动与系统低层软件之间的交互。

总之,USB通过一系列的标准定义,使用户可以通过主机直接触摸到设备的电源管理,大大增强和方便了电源的管理功能。

三.电源设备的对象定义

每个电源设备都由一组模块(如电池系统、电源转换器)组成,而每个模块又可细分为一个或多个子模块。子模块可以存在于模块内部(如电池、充电器),也可以是模块间的接口。所有的模块、子模块以及接口都被定义为对象,有着明确的物理描述:

Battery(电池)

Charger(充电器)

Input and Output(输入/输出)

Battery System(电池系统--电池,充电器和输入/输出的集合)

Power Supply or Power Converter(电源供应或电源转换器--特定电压、频率的转换、输出)

Outlet and Outlet System(电源出路及电源出路系统--能由PC机进行远程开关控制的电源输出)

Gang(群--具有相同特性和功能的对象的集合)

Flow(流--电源线电气特性的摘要描述)

Power Summary(电源报告),供电源设备向主机或其它设备提供自身的工作、状态消息,完成电源自身的信息收集和对外通信,

不同电源设备内部的,模块、小模块和接口的组成结构称为电源设备的对象层次表,具体如下:

1. 电池系统:

输入(连至输入流)

充电器

电池(连至充电器或输出)

输出(连至输出流)

2. 电源转换器:

输入(连至输出流或输出)

输出(连至输入流或输入)

3. 电源出路系统:

独立的电源出路(连至输出流)

一个输入流

输出流

电源报告(连至输出流)

模块内部的子模块是直接相连的,而不同的模块则通过流相连,连接点即为模块的输入和输出。

四. 两个简单电源设备的实现

1. 一个典型USB外设的电源供应

图1.典型USB外设的电源供应

一个AC输入流,一个DC输入流(USB总线电源)

一个电源转换器(包括一个AC输入,一个DC输入和一个DC输出)

一个DC输出流

一个电源报告

2. 一个简单的UPS电源

一个AC输入流(主AC输入)

一个电池系统(一个AC输入,一个电池,一个充电器和一个DC输出)

一个DC流(后备DC)

一个电源转换器(一个DC输入,一个AC输入和一个AC输出)

一个AC输出流(AC流)

一个电源报告

图2.简单的UPS电源

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