TWI882373B

TWI882373B - 埠控制器

Info

Publication number: TWI882373B
Application number: TW112124517A
Authority: TW
Inventors: 劉仁誌; 涂結盛; 楊智顯
Original assignee: 新唐科技股份有限公司
Priority date: 2023-06-30
Filing date: 2023-06-30
Publication date: 2025-05-01
Also published as: CN119231740A; TW202503545A

Abstract

本發明提供一種埠控制器。此埠控制器耦接一輸入輸出埠，且透過輸入輸出埠耦接一功率轉換器。埠控制器包括一控制電路、一電壓輸入端、一正電流輸入端、一負電流輸入端、以及一回授控制電路。控制電路控制透過輸入輸出埠的一通信操作。電壓輸入端接收電壓轉換器產生的一輸出電壓以作為一輸入電壓。回授控制電路耦接電壓輸入端、正電流輸入端、與負電流輸入端。回授控制電路還根據電壓輸入端的輸入電壓以及正電流輸入端與負電流輸入端之間的一電壓差中的至少一者來調整電壓轉換器產生的輸出電壓。

Description

埠控制器

本發明是有關於一埠控制器，特別是有關於一種Type-C埠控制器，其可對所耦接的電源供應器進行回授控制，且可控制保護功能。

近年來，由於通運序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)Type-C輸入輸出埠的體積較小且支援正反插的特徵，越來越多的電子設備採用USB Type-C輸入輸出埠。因此，發產出Type-C埠控制器(Type-C Port Converter，TCPC)，以管理USB Type-C輸入輸出埠的供電電壓控制、配置通道(Configuration Channel，CC)邏輯控制、USB供電(USB Power Delivery，USB PD)協定通信等等。然而，當TCPC用於供應電壓調整時，需要在外部設置大量且連接複雜的元件。

本發明提出一種埠控制器。此埠控制器耦接一輸入輸出埠，且透過輸入輸出埠耦接一功率轉換器。埠控制器包括一控制電路、一電壓輸入端、一正電流輸入端、一負電流輸入端、以及一回授控制電路。控制電路控制透過輸入輸出埠的一通信操作。電壓輸入端接收電壓轉換器產生的一輸出電壓以作為一輸入電壓。回授控制電路耦接電壓輸入端、正電流輸入端、與負電流輸入端。回授控制電路還根據電壓輸入端的輸入電壓以及正電流輸入端與負電流輸入端之間的一電壓差中的至少一者來調整電壓轉換器產生的輸出電壓。

1:埠控制器

6:AC-DC電壓轉換器

7:DC-DC電壓轉換器

8,9:電子裝置

10:儲存器

11:計數器電路

12:重載控制電路

13:感測電路

14:監控電路

15:取樣電路

16:判斷電路

17:保護控制電路

18:控制電路

19:回授控制電路

20:偵測電路

30:匹配計數器電路

31:輸出電路

32:外部溫度感測器

40~44:或閘

45~48:及閘

50,51:誤差放大器

52,53:開關

54:電阻器

60:橋式整流器

61:整流二極體

62:PWM控制器

63:功率電晶體

64:光耦合器

65:開關

66:電壓供應裝置

70:開關

71:電壓供應裝置

80:內部電路

81:開關

90:電源供應器

91:開關

130,131:電阻器

132:運算放大器

133,134:電阻器

135:內部溫度感測器

150:多工器

151:類比數位轉換器(ADC)

152:解多工器

160~164:緩衝器(BUF)

165~169:及閘

490~493:驅動器

494:電晶體

495:電阻器

496:電晶體

640:發光二極體

641:光接收器

ADC3:輸入端

C60~C64:電容器

CC1,CC2:I2C配置通道(CC)端

CATH:控制輸出端

CM30~CM34:比較器

Disc:放電端

E30~E34:致能信號

F30~F34:旗標信號

GND,GND60,GND61:接地

Gnd:接地端

I2C_CLK:I2C時脈端

I2C_DATA:I2C資料端

IFB:電流回授端

IS+:正電流輸入端

IS-:負電流輸入端

L60:一次側線圈

L61:二次側線圈

MC30~MC34:匹配計數器

N30,N80:節點

NTC:輸入端

P60,P70,P80:Type-C輸入輸出埠

R60~R64:電阻器

RC60,RC61:RC電路

S12:控制信號

S13_30~S13_34:感測信號

S14A,S14B,S14C:控制信號

S16A_30~S16A_34:保護啟動信號

S16B:狀態信號

S16C:連續偵測信號

S30~S34:比較信號

S50,S51:切換信號

S150:輸出信號

T30~T34:輸入端

T60:變壓器

TH30~TH34:臨界值

TOUT:電壓輸出端

V10_OVP,V10_UVP,V10_OCP,V10_SCP,V10_NTC,V10_IT,V10_EADC:初始值

V11,V11_20~V11_26:計數值

V50:可變控制電壓

VTH50,VTH51:臨界電壓

V151:取樣值

V152_30~V152_34:感測取樣值

Vin:電壓輸入端

VBUS:匯流排電壓端

VFB:電壓回授端

VIN80:輸入電壓

VIN_GATE,VBUS_GATE:閘極驅動端

VOUT60,VOUT70,VOUT90:輸出電壓

第1圖表示根據本發明一實施例的埠控制器。

第2圖表示根據本發明一實施例，第1圖的埠控制器中的計數器電路以及重載控制電路。

第3圖表示根據本發明一實施例，第1圖的埠控制器中的感測電路以及判斷電路。

第4圖表示根據本發明一實施例，第1圖的埠控制器中的保護控制電路。

第5圖表示根據本發明一實施例，第1圖的埠控制器中的回授控制電路。

第6圖表示第1圖的埠控制器連接AC-DC電壓轉換器的示意圖。

第7圖表示第1圖的埠控制器連接DC-DC電壓轉換器的示意圖。

第8圖表示第1圖的埠控制器應用於作為電源接受端(Sink)的電子裝置的示意圖。

第9圖表示第1圖的埠控制器應用於具有電源上雙角色的電子裝置的示意圖。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖係表示根據本發明一實施例的埠控制器。參閱第1圖，埠控制器1包括儲存器10、計數器電路11、重載控制電路12、感測電路13、監控電路14、取樣電路15、判斷電路16、保護控制電路17、控制電路18、以及回授控制電路19。儲存器10、計數器電路11、重載控制電路12、感測電路13、監控電路14、取樣電路15、判斷電路16、以及保護控制電路17組成偵測電路20。在此實施例中，埠控制器1為Type-C埠控制器(Type-C Port Converter，TCPC)。埠控制器1還包括複數個輸入端以及輸出端。在第1圖中僅顯示與本案特徵相關的輸入端以及輸出端。參閱第1圖，埠控制器1包括接地端Gnd(連接接地GND)、電壓輸入端Vin、控制輸出端CATH、電壓回授端VFB、電流回授端IFB、正電流輸入端IS+、負電流輸入端IS-、I2C配置通道(Configuration Channel，CC)端CC1與CC2、輸入端NTC與ADC3、I2C時脈端I2C_CLK、I2C資料端12C_DATA、匯流排電壓端VBUS、放電端Disc、以及閘極驅動端ViN_GATE與VBUS_GATE。當埠控制器1以單一晶片來實現時，上述各端作為晶片的接腳。埠控制器1可透過I2C時脈端I2C_CLK以及I2C資料端I2C_DATA與Type-C埠管理器(Type-C Port Manager，TCPM)或與另一TCPC進行通信溝通。

控制電路18可執行至少一通信操作。在埠控制器1連接一USB Type-C輸入輸出埠的情況下，控制電路18可執行透過此USB Type-C輸入輸出埠執行的至少一通信操作。舉例來說，控制電路18所執行的通信操作包括匯流排電壓(V_BUS)控制通信、電纜供電電壓(VCONN)控制、CC邏輯控制、USB供電(USB Power Delivery，USB PD)協定通信中至少一者。

以下，將透過第1~4圖來詳細說明偵測電路20的電路架構以及其執行的保護操作。

參閱第1與2圖，儲存器10儲存至少兩個初始值。計數器電路11包括至少兩個計數器。在此實施例中，以計數器電路11包括七個計數器DC20~DC26為例子。基於七個計數器DC20~DC26，記憶體10儲存七個初始值V10_OVP、V10_UVP、V10_OCP、V10_SCP、V10_NTC、V10_IT、以及V10_EADC。在偵測電路20的操作期間，初始值V10_OVP、V10_UVP、V10_OCP、V10_SCP、V10_NTC、V10_IT、以及V10_EADC分別載入至計數器DC20~DC26。在此實施例中，計數器DC20~DC26以向下計數器來實現。計數器DC20~DC26分別從初始值V10_OVP、V10_UVP、V10_OCP、V10_SCP、V10_NTC、V10_IT、以及V10_EADC開始執行向下計數操作，以分別產生多個計數值V11，包括計數值V11_20~V11_26。舉例來說，初始值V10_OVP、V10_UVP、V10_OCP、V10_SCP、V10_NTC、V10_IT、以及V10_EADC分別為255、255、255、255、1、0、0，但不以此為限。

重載控制電路12包括緩衝器120~126以及及閘127~129。緩衝器120~126的各自輸入端分別耦接計數器DC20~DC26。及閘127的三個輸入端分別耦接緩衝器120~122的輸出端，即是計數值V11_20~V11_22分別透過緩衝器120~122傳送至及閘127。及閘128的三個輸入端分別耦接緩衝器124~126的輸出端，即是計數值V11_24~V11_26分別透過緩衝器124~126傳送至及閘128。及閘129具有三個輸入端。及閘129的第一個輸入端耦接緩衝器123的輸出端，即是計數值V11_23分別透過緩衝器123傳送至及閘129的第一個輸入端。及閘129的第二個與第三個輸入端分別耦接及閘127與128的輸出端。及閘129的輸出端耦接計數器電路11。

基於重載控制電路12的電路架構，當所有的計數值V11_20~V11_26皆等於零時，及閘129輸出控制信號S12，以控制計數器電路11的所有向下計數器DC20~DC26再次從記憶體10讀取各自的初始值，即是上述七個初始值分別重新載入至向下計數器DC20~DC2。因此，計數器DC20~DC26再次分別從初始值V10_OVP、V10_UVP、V10_OCP、V10_SCP、V10_NTC、V10_IT、以及V10_EADC開始執行向下計數操作。

在此實施例中，計數器DC20~DC26所產生的計數值V11_20~V11_26也傳送至監控電路14。

第3圖係表示根據本發明一實施例的感測電路13以及判斷電路16。為了能清楚說明感測電路13以及判斷電路16的操作，第3圖同時顯示監控電路14以及取樣電路15。此外，第3圖僅顯示埠控制器1中與感測電路13連接的多個輸入端，包括正電流輸入端IS+、負電流輸入端IS-、電壓輸入端Vin、以及輸入端NTC與ADC3。在本發明的實施例中，感測電路13包括用於偵測或感測埠控制器1所在的系統的環境參數以及/或埠控制器1的內部溫度的電路。舉例來說，在此實施例中，感測電路13包括電阻器130與131，以組成一電壓偵測器，用於偵測電壓輸入端Vin的輸入電壓。在此實施例中，電壓輸入端Vin的輸入電壓可以是埠控制器1所在的系統上的電源輸出路徑、電源輸入路徑、或者是系統上一關鍵路徑上的電壓。參閱第3圖，電阻器130與131串接於電壓輸入端Vin與接地端Gnd之間，以組成一分壓電路架構。根據此分壓電路架構的操作，於電阻器130與131之間的節點N30上產生感測信號S13_30，其表示電壓輸入端Vin的輸入電壓的大小。

感測電路13還包括運算放大器132以及電阻器133與134，以組成一電流偵測器136，用於透過正電流輸入端IS+與負電流輸入端IS-偵測流經一特定路徑上特定元件或裝置的電流。舉例來說，當埠控制器1連接一功率轉換器(例如，交流-直流(AC-DC)電壓轉換器)時，電流偵測器136透過負電流輸入端IS-與正電流輸入端IS+偵測在AC/DC電壓轉換器的二次側的對地路徑上的二次側總電流。參閱第3圖，運算放大器132的正輸入端(+)耦接正電流輸入端IS+，且電阻器133耦接於負電流輸入端IS-與運算放大器132的負輸入端(-)之間。電阻器134耦接於運算放大器132的負輸入端(-)與輸出端之間。透過此電流偵測器的操作，運算放大器132根據正電流輸入端IS+與負電流輸入端IS-之間的電壓差於其輸出端產生感測信號S13_31，其表示所偵測的電流的大小。

感測電路13的輸入端T33耦接埠控制器1的一外部溫度感測器32。外部溫度感測器32感測埠控制器1所處系統的溫度(或是，埠控制器1的外部環境溫度)，且產生的感測信號S13_32，其表示所偵測到的外部溫度。輸入端T33則接收感測信號S13_32。感測電路13來包括一內部溫度感測器135。內部溫度感測器135感測埠控制器1的內部溫度，以產生感測信號S13_33，其表示所偵測到的內部溫度。埠控制器的輸入端ADC3可耦接系統中用於感測環境參數的其他感測器，以產生對應的感測信號S13_34。輸入端ADC3則接收感測信號S13_34。

根據感測電路13的操作，取樣電路15透過五個感測通道分別接收感測信號S13_30~S13_34。其中，第一個感測通道CH0為電壓感測通道，第二個感測通道CH1為電流感測通道，第三個感測通道CH2為外部溫度感測通道，第四個感測通道CH3為內部溫度感測通道，且第五個感測通道CH4為環境參數感測通道。

監控電路14耦接計數器電路11，且根據計數器電路11儲存的至少兩個初始值來產生控制信號S14A與S14B。

取樣電路15包括多工器150、類比數位轉換器(analog-to-digital converter，ADC)151，以及解多工器152。在此實施例中，多工器150具有五個輸入端，分別透過上述五個感測通道接收感測信號S13_30~S13_34。透過控制信號S14A，多工器150在一取樣期間中以輪詢方式每次選擇一感測信號作為輸出信號S150。在此實施例中，計數器電路11儲存的多個初始值中至少兩者決定了在一取樣期間中，至少兩個感測通道被掃描(被選擇)的預設次數。計數器電路11儲存的多個初始值可根據系統需求而調整。換句話說，對上述至少兩個感測通道的每一者完成各自預設次數的掃描所需的期間決定了取樣期間。詳細來說，監控電路14根據計數值V11_20與V11_21並透過控制信號S14A控制多工器150選擇感測通道CH0的感測信號S13_30；監控電路14根據計數值V11_22與V11_23並透過控制信號S14A控制多工器150選擇感測通道CH1的感測信號S13_31；監控電路14根據計數值V11_24並透過控制信號S14A控制多工器150選擇感測通道CH2的感測信號S13_32；監控電路14根據計數值V11_25並透過控制信號S14A控制多工器150選擇感測通道CH3的感測信號S13_33；監控電路14根據計數值V11_26並透過控制信號S14A控制多工器150選擇感測通道CH4的感測信號S13_34。在輪詢的過程中，多工器150以一特定順序選擇來自五個感測通道CH0~CH4的感測信號S13_30~S13_34，作為輸出信號S150。在一實施例中，上述特定順序為從感測信號S13_30 至感測信號S13_34的順序，也就是從感測通道CH0至感測通道CH4的順序。

類比數位轉換器151耦接多工器150，且接收輸出信號S150。類比數位轉換器151對輸出信號S150進行數位類比轉換操作，以產生取樣值V151。舉例來說，當多工器150根據控制信號S14A而選擇感測信號S13_30作為輸出信號S150時(也就是，當取樣電路15掃描感測通道CH0時)，取樣值V151是對應感測信號S13_30，以表示電壓輸入端Vin的當前輸入電壓的大小。透過多工器150與類比數位轉換器151的操作，實現了對感測信號S13_30的取樣操作。舉另一例子，當多工器150根據控制信號S14A而選擇感測信號S13_31作為輸出信號S150時(也就是，當取樣電路15掃描感測通道CH1時)，取樣值V151是對應感測信號S13_31，以表示所偵測的當前電流的大小。透過多工器150與類比數位轉換器151的操作，實現了對感測信號S13_31的取樣操作。

解多工器152具有五個輸出端，分別對應多工器150的五個輸入端，即分別對應上述五個感測通道CH0~CH4。解多工器152根據控制信號S14B，選擇性地將當前所獲得的取樣值V151傳送到五個輸出端中之一者，以作為感測取樣值V152_30~V152_34中之一者。舉例來說，當多工器150根據控制信號S14A而選擇感測信號S13_30作為輸出信號S150時，解多工器152根據控制信號S14B而輸出取樣值V151以作為感測取樣值V152_30。舉另一例子，當多工器150根據控制信號S14A而選擇感測信號S13_31作為輸出信號S150時，解多工器152根據控制信號S14B而輸出取樣值V151以作為感測取樣值V152_31。同樣地，基於多工器150的操作，解多工器152還可輸出感測取樣值V152_32~V152_34，分別對應感測信號S13_32~S13_34。

參閱第3圖，判斷電路16包括緩衝器(BUF)160~164、比較器CM30~CM34、匹配計數器電路30、以及輸出電路31。緩衝器160~164耦接解多工器152，以分別接收並暫存感測取樣值V152_30~V152_34。比較器CM30耦接緩衝器160以接收感測取樣值V152_30，且接收臨界值TH30。透過比較器CM30對感測取樣值V152_30與臨界值TH30的比較操作，可判斷是否發生過電壓事件，以產生比較信號S30。舉例來說，當感測取樣值V152_30大於(>)或等於(=)臨界值TH30時，比較器CM30致能比較信號S30，以表示系統是否發生過電壓事件；否則比較器CM30禁能比較信號S30。

比較器CM31耦接緩衝器160以接收感測取樣值V152_30，且接收臨界值TH31。透過比較器CM31對感測取樣值V152_30與臨界值TH31的比較操作，可判斷是否發生欠電壓事件，以產生比較信號S31。舉例來說，當感測取樣值V152_30小於(<)或等於(=)臨界值TH31時，比較器CM31致能比較信號S31，以表示系統是否發生欠電壓事件；否則比較器CM31禁能比較信號S31。

比較器CM32耦接緩衝器161以接收感測取樣值V152_31，且接收臨界值TH32。透過比較器CM32對感測取樣值 V152_31與臨界值TH32的比較操作，可判斷是否發生過電流事件，以產生比較信號S32。舉例來說，當感測取樣值V152_31大於(>)或等於(=)臨界值TH32時，比較器CM32致能比較信號S32，以表示系統是否發生過電流事件；否則比較器CM32禁能比較信號S31。

比較器CM33耦接緩衝器161以接收感測取樣值V152_31，且接收臨界值TH33。透過比較器CM33對感測取樣值V152_31與臨界值TH33的比較操作，可判斷是否發生短路事件，以產生比較信號S33。舉例來說，當感測取樣值V152_31大於(>)或等於(=)臨界值TH33時，比較器CM33致能比較信號S33，以表示系統是否發生短路事件；否則比較器CM33禁能比較信號S33。

比較器CM34耦接緩衝器162以接收感測取樣值V152_32，且接收臨界值TH34。透過比較器CM34對感測取樣值V152_32與臨界值TH34的比較操作，可判斷是否發生溫度過高或過低事件，以產生比較信號S34。舉例來說，當感測取樣值V152_32大於(>)或等於(=)臨界值TH34時，比較器CM34致能比較信號S34，以表示系統是否發生溫度過高或過低事件；否則比較器CM34禁能比較信號S34。

如上所述，緩衝器163與164分別接收並暫存感測取樣值V152_33與V152_34。感測取樣值V152_33與V152_34可供埠控制器1或系統的其他電路或裝置所使用，以進行保護功能或系統控制。

匹配計數器電路30包括匹配計數器 MC30~MC34。在此實施例中，匹配計數器MC30~MC34係以向下計數器來實現。匹配計數器MC30~MC34具有各自的預設值，且在一取樣期間，由各自的預設值開始向下計數。輸出電路31包括及閘165~169，分別耦接匹配計數器MC30~MC34。

參閱第3圖，匹配計數器MC30耦接比較器CM30以接收比較信號S30。在一取樣期間，匹配計數器MC30從對應的預設值開始朝零向下計數。每當比較信號S30被致能，匹配計數器MC30向下計數一次(即，匹配計數器MC30的計數值減”1”)。當匹配計數器MC30的計數值等於零時，表示發生關於過電壓的保護啟動事件，且匹配計數器MC30致能旗標信號F30。及閘165接收旗標信號F30以及用於過電壓保護的致能信號E30，且產生保護啟動信號S16A_30。當旗標信號F30以及致能信號E30皆被致能(處於高電壓位準)時，及閘165致能保護啟動信號S16A_30，以表示偵測電路20欲啟動過電壓保護操作。此實施例中，匹配計數器MC30的預設值例如為3。

匹配計數器MC31耦接比較器CM31以接收比較信號S31。在一取樣期間，匹配計數器MC31從對應的預設值開始朝零向下計數。每當比較信號S31被致能，匹配計數器MC31向下計數一次(即，匹配計數器MC31的計數值減”1”)。當匹配計數器MC31的計數值等於零時，表示發生關於欠電壓的保護啟動事件，且匹配計數器MC31致能旗標信號F31。及閘166接收旗標信號F31以及用於欠電壓保護的致能信號1E31，且產生保護啟動信號S16A_31。當旗標信號F31以及致能信號E31皆被致能時，及閘166致能保護啟動信號S16A_31，以表示偵測電路20欲啟動欠電壓保護操作。在此實施例中，匹配計數器MC31的預設值例如為3。

匹配計數器MC32耦接比較器CM32以接收比較信號S32。在一取樣期間，匹配計數器MC32從對應的預設值開始朝零向下計數。每當比較信號S32被致能，匹配計數器MC32向下計數一次(即，匹配計數器MC32的計數值減”1”)。當匹配計數器MC32的計數值等於零時，表示發生關於過電流的保護啟動事件，且匹配計數器MC32致能旗標信號F32。及閘167接收旗標信號F32以及用於過電流保護的致能信號E32，且產生保護啟動信號S16A_32。當旗標信號F32以及致能信號E32皆被致能時，及閘167致能保護啟動信號S16A_32，以表示偵測電路20欲啟動過電流保護操作。

匹配計數器MC33耦接比較器CM33以接收比較信號S33。在一取樣期間，匹配計數器MC33從對應的預設值開始朝零向下計數。每當比較信號S33被致能，匹配計數器MC33向下計數一次(即，匹配計數器MC33的計數值減”1”)。當匹配計數器MC33的計數值等於零時，表示發生關於短路的保護啟動事件，且匹配計數器MC33致能旗標信號F33。及閘168接收旗標信號F33以及用於短路保護的致能信號E33，且產生保護啟動信號S16A_33。當旗標信號F33以及致能信號E33皆被致能時，及閘168致能保護啟動信號S16A_33，以表示偵測電路20欲啟動短路保護操作。

匹配計數器MC34耦接比較器CM34以接收比較信號S34。在一取樣期間，匹配計數器MC34從對應的預設值開始朝零向下計數。每當比較信號S34被致能，匹配計數器MC34向下計數一次(即，匹配計數器MC34的計數值減”1”)。當匹配計數器MC34的計數值等於零時，表示發生關於溫度過高/過低的保護啟動事件，且匹配計數器MC34致能旗標信號F34。及閘169接收旗標信號F34以及用於溫度過高/過低保護的致能信號E34，且產生保護啟動信號S16A_34。當旗標信號F34以及致能信號E34皆被致能時，及閘169致能保護啟動信號S16A_34，以表示偵測電路20欲啟動溫度過高/過低保護操作。

根據上述操作，緩衝器160、比較器CM30與CM31、匹配計數器MC30與MC31、以及及閘165與166係依據電壓感測通道CH0的感測信號S13_30操作；緩衝器161、比較器CM32與CM33、匹配計數器MC32與MC33、以及及閘167與168係依據電流感測通道CH1的感測信號S13_31操作；緩衝器162、比較器CM34、匹配計數器MC34、以及及閘169係依據外部溫度感測通道CH2的感測信號S13_32操作；緩衝器163係依據內部溫度感測通道CH3的感測信號S13_33操作；緩衝器164係依據環境參數感測通道CH4的感測信號S13_34操作。

根據本發明一實施例，偵測電路20可接收一連續偵測信號S16C。於一取樣期間，在對應一感測通道的比較器的比較信號首次指示發生一次特定事件(即匹配計數器的計數值首次減”1”)的情況下，偵測電路20可使對應的匹配計數器連續操作，以判斷判斷是否發生一保護啟動事件。連續偵測信號S16C則指示可連續操作的匹配計數器。

參閱第2~3圖，舉例來說，在連續偵測信號S16C指示對應電壓感測通道CH0的匹配計數器MC30可連續操作的情況下，當比較器CM30的比較信號S30首次指示發生一次特定事件(即匹配計數器MC30的計數值首次減”1”)時，監控電路14根據連續偵測信號S16C，透過控制信號S14C控制對應電壓感測通道CH0的計數器DC20與DC21繼續進行向下計數操作，並控制對應其他感測通道CH1~CH4的計數器DC22~DC26停止進行向下計數操作。此外，監控電路14根據連續偵測信號S16C，產生控制信號S14A控制多工器150持續選擇感測信號S13_30(即，持續掃描電壓感測通道CH0)，且產生控制信號S14B持續控制解多工器152持續輸出取樣值V151以作為感測取樣值V152_30。此時，匹配計數器電路30根據連續偵測信號S16C，控制匹配計數器MC30連續操作，而控制其他匹配計數器MC31~MC34停止操作。在一情況下，在匹配計數器MC30連續操作期間，當其計數值連續減”1”且最終等於零時，匹配計數器電路30判斷發生關於過電壓的保護啟動事件，且透過狀態信號S16B將匹配計數器MC30的計數狀態通知監控電路14。在另一情況下，在匹配計數器MC30連續操作期間，當其計數值在到達零之前停止減”1”，匹配計數器電路30則控制匹配計數器MC30的計數值重置為其預設值，且透過狀態信號S16B將匹配計數器MC30的計數狀態通知監控電路14。對於上述兩種情況而言，在監控電路14根據狀態信號S16B得知匹配計數器MC30的計數狀態之後，監控電路14透過控制信號S14C控制計數器DC22~DC26恢復向下計數操作，透過控制信號S14A控制多工器150選擇其他的感測信號(即，掃描其他的感測通道)，且透過控制信號S14B控制解多工器152輸出取樣值V151以作為其他感測取樣值，藉此完成一取樣期間對所有感測通道的輪詢。此外，匹配計數器MC31~MC34也恢復操作。

第4圖係表示根據本發明一實施例的保護控制電路17。為了能清楚說明保護控制電路的操作，第4圖僅顯示埠控制器1中與保護控制電路17連接的匯流排電壓端VBUS、放電端Disc、以及閘極驅動端VIN_GATE與VBUS_GATE。保護控制電路17包括或閘40~44、及閘45~48、驅動器490~493、電阻器495、以及電晶體494與496。或閘40與41、及閘45、以及驅動器490組成一保護電路，用以透過閘極驅動端VIN_GATE導通或截斷一電源輸出路徑。一保護功能啟動信號S40輸入至及閘45的一端。或閘40與41以及及閘45根據保護啟動信號S16A_30~S16A_34以及保護功能啟動信號S40操作，以控制驅動器490導通或截斷電源輸出路徑。根據上述，在保護功能啟動信號S40被致能的情況下時，分別對應過電壓保護操作、欠電壓保護操作、過電流保護操作、短路保護操作、以及溫度過高/過低保護操作的保護啟動信號S16A_30~S16A_34中之一者被致能時，驅動器490截斷電源輸出路徑。

或閘42、及閘46、以及驅動器491組成另一保護電路，用以透過閘極驅動端VBUS_GATE導通或截斷一電源輸入路徑。一保護功能啟動信號S41輸入至及閘46的一端。或閘42以及及閘46根據保護啟動信號S16A_30~S16A_32、S16A_34以及保護功能啟動信號S41操作，以控制驅動器491導通或截斷電源輸入路徑。根據上述，在保護功能啟動信號S41被致能的情況下時，分別對應過電壓保護操作、欠電壓保護操作、過電流保護操作、以及溫度過高/過低保護操作的保護啟動信號S16A_30~S16A_32、S16A_34中之一者被致能時，驅動器491截斷電源輸入路徑。

或閘43、及閘47、驅動器492、電晶體494、以及電阻器495組成另一保護電路，用以提供或截斷系統中介於匯流排電壓端VBUS與接地GND之間的一放電路徑。一保護功能啟動信號S42輸入至及閘47的一端。或閘43以及及閘47根據保護啟動信號S16A_30~S16A_32以及保護功能啟動信號S42操作，以控制驅動器492導通或關斷電晶體494，藉此提供或截斷介於匯流排電壓端VBUS與接地GND之間的一放電路徑。根據上述，在保護功能啟動信號S42被致能的情況下時，分別對應過電壓保護操作、欠電壓保護操作、以及過電流保護操作的保護啟動信號S16A_30~S16A_32中之一者被致能時，驅動器492透過導通電晶體494，以提供介於匯流排電壓端VBUS與接地GND之間的放電路徑。

或閘44、及閘48、驅動器493、以及電晶體496組成另一保護電路，用以提供或截斷系統中介於放電端Disc與接地GND之間的一放電路徑。一保護功能啟動信號S43輸入至及閘48的一端。或閘44以及及閘48根據保護啟動信號S16A_30~S16A_32以及保護功能啟動信號S43操作，以控制驅動器493導通或關斷電晶體496，藉此提供或截斷介於放電端Disc與接地GND之間的一放電路徑。根據上述，在保護功能啟動信號S43被致能的情況下時，分別對應過電壓保護操作、欠電壓保護操作、以及過電流保護操作的保護啟動信號S16A_30~S16A_32中之一者被致能時，驅動器493透過導通電晶體496，以提供介於放電端Disc與接地GND之間的放電路徑。

根據上述實施例，本案的偵測電路20可透過設定至少兩個初始計數值來決定一個取樣期間，以一個取樣期間為單位來偵測是否發生一保護啟動事件。此外，透過設定臨界值TH30~TH34以及匹配計數器MC30~MC34各自的預設值，可適應系統對不同保護操作的條件與需求，而不需使用大量的比較器，避免增加埠控制器1的尺寸。

第5圖表示根據本發明一實施例，第1圖的埠控制器中的回授控制電路19。回授控制電路19包括誤差放大器50與51、開關52與53、以及電阻器54。參閱第3圖與第5圖，在此實施例中，感測電路13與回授控制電路19共用電阻器130與131、運算放大器132、以及電阻器133與134。換句話說，回授控制電路19還包括電阻器130與131、運算放大器132、以及電阻器133與134。為了清楚顯示回授控制電路19的架構，第5圖僅顯示埠控制器1中與回授控制電路19連接的接地端Gnd、電壓輸入端Vin、控制輸出端CATH、電壓回授端VFB、電流回授端IFB、正電流輸入端IS+、以及負電流輸入端IS-。

參閱第5圖，電阻器54的第一端接收可變控制電壓V50，且其第二端耦接節點N30。誤差放大器50的負輸入端(-)耦接節點N30以及電壓回授端VFB，且正輸入端(+)接收臨界電壓VTH50。誤差放大器50的輸出端產生切換信號S50。開關52耦接於控制輸出端CATH與接地GND之間，且授控於切換信號S50。在此實施例中，開關52係以一N型電晶體來實現，例如，以N型金氧半(N-type Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)電晶體來實現。在此情況下，NMOS電晶體(52)的閘極耦接誤差放大器50的輸出端以接收切換信號S50，其汲極耦接控制輸出端CATH，且其源極耦接接地GND。開關(NMOS電晶體)52根據切換信號S50而導通或關斷。

誤差放大器51的負輸入端(-)耦接運算放大器132的輸出端以及電壓流授端IFB，且正輸入端(+)接收臨界電壓VTH51。誤差放大器51的輸出端產生切換信號S51。開關53耦接於控制輸出端CATH與接地GND之間，且授控於切換信號S51。在此實施例中，開關53係以一N型電晶體來實現，例如，以NMOS電晶體來實現。在此情況下，NMOS電晶體(54)的閘極耦接誤差放大器51的輸出端以接收切換信號S51，其汲極耦接控制輸出端CATH，且其源極耦接接地GND。開關(NMOS電晶體)54根據切換信號S51而導通或關斷。

根據回授控制電路19的架構可知，回授控制電路 19根據電壓輸入端Vin的輸入電壓以及正電流輸入端IS+與負電流輸入端IS-之間的一電壓差(表示所偵測的電流的大小)，來決定控制輸出端CATH是否耦接接地GND。

根據上述，本案的埠控制器1可連接一功率轉換器。第6圖表示埠控制器1連接一AC-DC電壓轉換器6的示意圖。埠控制器1與AC-DC電壓轉換器6組成具有電源供應端角色的電壓供應裝置66，其透過Type-C輸入輸出埠P60與一外部負載連接，以將AC-DC電壓轉換器6於電壓輸出端TOUT所產生的輸出電壓VOUT60提供至外部負載。此外，輸出電壓VOUT60傳送至埠控制器1的電壓輸入端Vin，以作為埠控制器1的輸入電壓。以下將透過第5圖與第6圖來說明回授控制電路19的操作。

參閱第6圖，AC-DC電壓轉換器6包括變壓器T60。變壓器T60具有一次側線圈L60與二次側線圈L61。以變壓器T60為分界處，AC-DC電壓轉換器6包括位於一次側的一次側電路以及位於二次側的二次側電路。一次側電路耦接接地GND60(可稱為一次側接地)，且包括橋式整流器60、脈寬調變(Pulse-Width Modulation，PWM)控制器62、功率電晶體63、以及電容器C60。二次側電路耦接接地GND(可稱為二次側接地)，即是與埠控制器1耦接相同的接地GND。二次側電路包括整流二極體61、電容器C61、以及電阻器R60~R62。特別注意，電阻器R62的一端耦接二次側接地GND，且其另一端耦接外部負載的接地GND61。

AC-DC電壓轉換器6還包括光耦合器64，其提供了 AC-DC電壓轉換器6的二次側向一次側的回授路徑。光耦合器64將基於輸出電壓VOUT60而產生的回授信號由一次側傳送至二次側的PWM控制器62，使其控制功率電晶體63的切換，藉以調整輸出電壓VOUT60。第6圖顯示AC-DC電壓轉換器6的基本架構，本發明不以此為限。本案所屬技術領域中具有通常知識者，根據AC-DC電壓轉換器6的架構能了解其操作。根據本發明的其他實施例，具有從二次側向一次側的回授路徑的反馳式AC-DC電壓轉換器可做為本案的AC-DC電壓轉換器6。

參閱第6圖，AC-DC電壓轉換器6的二次側電路還包括電阻-電容(Resistor-Capacitor，RC)電路RC60與RC61。RC電路60耦接於電壓輸出端TOUT與電壓回授端VFB之間，且包括電阻器R63以及電容器C62與C63。電容器C62耦接於電壓回授端VFB與光耦合器64中發光二極體640的陰極端之間。電容器C63與電阻器R63串聯以組成一串聯電路，且此串聯電路與電容器C62並聯。RC電路61耦接於電壓輸出端TOUT與電流回授端IFB之間，且包括電阻器R64以及電容器C64與C65。電容器C64耦接於電流回授端IFB與光耦合器64中發光二極體640的陰極端之間。電容器C65與電阻器R64串聯以組成一串聯電路，且此串聯電路與電容器C64並聯。同時參閱第5圖與第6圖，RC電路60透過電壓回授端VFB耦接誤差放大器50的負輸入端，且RC電路61透過電流回授端IFB耦接誤差放大器51的負輸入端。RC電路60與RC61操作，以濾除誤差放大器50與51各自的負輸入端上的電壓的漣波成分。

同時參閱第5圖與第6圖，埠控制器1的控制輸出端CATH耦接光耦合器64中發光二極體640的陰極端。電阻器54、130、與131共同連接節點N30。當未提供可變控制電壓V50時，節點N30上的感測信號S13_30的電壓位準隨著電壓輸入端Vin的輸入電壓(即AC-DC電壓轉換器6所產生的輸出電壓VOUT60)而改變，即感測信號S13_30表示電壓輸入端Vin的輸入電壓的大小。在本發明實施例中，可變控制電壓V50是依據輸出電壓VOUT60的一期望值而設定的。舉例來說，控制電路18透過Type-C輸入輸出埠P60與外部負載進行通信，以設定可變控制電壓V50的值。此時，感測信號S13_30的電壓位準係根據電壓輸入端Vin的輸入電壓以及可變控制電壓V50來決定。

誤差放大器50根據關於輸出電壓VOUT60的感測信號S13_30的電壓位準與臨界電壓VTH50之間的差異來控制開關(NMOS電晶體)52是否導通。當感測信號S13_30的電壓位準與臨界電壓VTH50之間的差異較大時，開關52導通，使得控制輸出端CATH耦接接地GND，即是發光二極體640的陰極端耦接接地GND。此時，流經發光二極體640的電流增加，且發光二極體640所發射的光線的亮度增加。光耦合器64中光接收器641感測發光二極體640發射的光線，並產生對應的回授信號。PWM控制器62則根據此回授信號來調整控制功率電晶體63的PWM信號的脈波寬度，藉此控制功率電晶體63的切換，以增加AC-DC電壓轉換器6所產生的輸出電壓VOUT60。反之，當感測信號S13_30的電壓位準與臨界電壓VTH50之間的差異較小時，開關52關斷。此時，發光二極體640所發射的光線的亮度不變或降低，使得PWM控制器62維持控制功率電晶體63的PWM信號的脈波寬度。

誤差放大器51根據關於二次側總電流的感測信號S13_31的電壓位準與臨界電壓VTH51之間的差異來控制開關(NMOS電晶體)53是否導通。當感測信號S13_31的電壓位準與臨界電壓VTH51之間的差異較大時，開關53導通。反之，當感測信號S13_30的電壓位準與臨界電壓VTH50之間的差異較小時，開關53關斷。開關53的導通/關斷狀態對AC-DC電壓轉換器6的回授控制如前段所述，在此省略說明。

根據上述第2~4圖說明，電晶體494與496。或閘40與41、及閘45、以及驅動器490組成一保護電路，用以透過閘極驅動端VIN_GATE導通或截斷一電源輸出路徑。參閱第6圖，AC-DC電壓轉換器6與Type-C輸入輸出埠P60的VBUS接腳之間形成一電源輸出路徑，用以透過Type-C輸入輸出埠P60將產生的輸出電壓VOUT60提供至外部負載。電壓供應裝置66包括設置在此電源輸出路徑上的一開關65，其耦接於AC-DC電壓轉換器6與Type-C輸入輸出埠P60的VBUS接腳之間。在此實施例中，開關65係以一N型電晶體來實現，例如，以NMOS電晶體來實現。在此情況下，NMOS電晶體(65)的閘極耦接閘極驅動端VIN_GATE，其汲極耦接AC-DC電壓轉換器6以接收輸出電壓VOUT60，且其源極耦接Type-C輸入輸出埠P60的VBUS接腳。開關(NMOS電晶體)65由第4圖中的驅動器490來導通或關斷，藉以導通或截斷AC-DC電壓轉換器6與Type-C輸入輸出埠P60的VBUS接腳之間的電源輸出路徑，藉以實現過電壓保護操作、欠電壓保護操作、過電流保護操作、短路保護操作、以及溫度過高/過低保護操作中至少一者。驅動器490的相關操作，請參閱說明第4圖的段落。

在另一實施例中，如第7圖所示，埠控制器1連接一DC-DC電壓轉換器7。埠控制器1與DC-DC電壓轉換器7組成具有電源供應端角色的電壓供應裝置71，其透過Type-C輸入輸出埠P70與一外部負載連接，以將DC-DC電壓轉換器7所產生的輸出電壓VOUT70提供至外部負載。此外，輸出電壓VOUT70傳送至埠控制器1的電壓輸入端Vin，以作為埠控制器1的輸入電壓。DC-DC電壓轉換器7的回授輸入端FB耦接埠控制器1的電壓回授端VFB。以下將透過第5圖與第7圖來說明回授控制電路19的操作。

參閱第5圖，電阻器130與131串接於電壓輸入端Vin與接地端Gnd之間，以形成一分壓電路架構。根據此分壓電路架構的操作，於電阻器130與131之間的節點N30上產生感測信號S13_30，其表示電壓輸入端Vin的輸入電壓的大小。當未提供可變控制電壓V50時，感測信號S13_30的電壓位準隨著電壓輸入端Vin的輸入電壓(即DC-DC電壓轉換器7所產生的輸出電壓VOUT70)而改變，即感測信號S13_30表示電壓輸入端Vin的輸入電壓的大小。感測信號S13_30透過電壓回授端VFB傳送至DC-DC電壓轉換器7的回授輸入端FB，使得DC-DC電壓轉換器7可依據感測信號 S13_30得知輸出電壓VOUT70的大小，並做進一步的電壓調整或控制。

在本發明實施例中，可變控制電壓V50是依據輸出電壓VOUT70的一期望值而設定的。舉例來說，控制電路18透過Type-C輸入輸出埠P70與外部負載進行通信，以設定可變控制電壓V50的值。此時，感測信號S13_30的電壓位準係根據電壓輸入端Vin的輸入電壓以及可變控制電壓V50來決定。電壓轉換器7的回授輸入端FB透過電壓回授端VFB接收感測信號S13_30，並依照控制電路18與外部負載之間的通信來調整輸出電壓VOUT70至上述期望值。

參閱第7圖，DC-DC電壓轉換器7與Type-C輸入輸出埠P70的VBUS接腳之間形成一電源輸出路徑，用以透過Type-C輸入輸出埠P70將產生的輸出電壓VOUT70提供至外部負載。電壓供應裝置71包括設置在此電源輸出路徑上的一開關70，其耦接於DC-DC電壓轉換器7與Type-C輸入輸出埠P70的VBUS接腳之間。在此實施例中，開關70係以一N型電晶體來實現，例如，以NMOS電晶體來實現。在此情況下，NMOS電晶體(70)的閘極耦接閘極驅動端VIN_GATE，其汲極耦接DC-DC電壓轉換器7以接收輸出電壓VOUT70，且其源極耦接Type-C輸入輸出埠P70的VBUS接腳。開關(NMOS電晶體)71由第4圖中的驅動器490來導通或關斷，藉以導通或截斷DC-DC電壓轉換器7與Type-C輸入輸出埠P70的VBUS接腳之間的電源輸出路徑，藉以實現過電壓保護操作、欠電壓保護操作、過電流保護操作、短路保護操作、以及溫度過高/過低保護操作中至少一者。驅動器490的相關操作，請參閱說明第4圖的段落。

在一實施例中，如第8圖所示，埠控制器1可實施於作為電源接受端(Sink)的電子裝置8。電子裝置8透過Type-C輸入輸出埠P80連接一外部電源裝置，以接收其提供的電壓。電子裝置8所接收的電壓做為輸入電壓VIN80。埠控制器1的電壓輸入端Vin耦接Type-C輸入輸出埠P80的VBUS接腳，以接收輸入電壓VIN80，且根據輸入電壓VIN80來執行至少一保護操作。

電子裝置8的內部電路80與Type-C輸入輸出埠P80之間形成一電源輸入路徑，以接收輸入電壓VIN80。電子裝置8包括設置在此電源輸入路徑上的一開關81，其耦接於與Type-C輸入輸出埠P80的VBUS接腳與內部電路80之間。在此實施例中，開關81係以一N型電晶體來實現，例如，以NMOS電晶體來實現。在此情況下，NMOS電晶體(81)的閘極耦接閘極驅動端VBUS_GATE，其汲極耦接Type-C輸入輸出埠P80的VBUS接腳以接收輸入電壓VIN80，且其源極耦接內部電路80。開關(NMOS電晶體)81由第4圖中的驅動器491來導通或關斷，藉以導通或截斷Type-C輸入輸出埠P80與內部電路80之間的電源輸入路徑，藉以實現過電壓保護操作、欠電壓保護操作、過電流保護操作、以及溫度過高/過低保護操作中至少一者。驅動器491的相關操作，請參閱說明第4圖的段落。

參閱第4圖與第8圖，在上述電源輸入路徑上，開關 81與Type-C輸入輸出埠P80的VBUS接腳彼此耦接的節點N80耦接埠控制器1的匯流排電壓端VBUS與放電端Disc。在一情況下，由第4圖中的驅動器492來導通或關斷電晶體494，藉此提供或截斷介於匯流排電壓端VBUS與接地GND之間的放電路徑來；在另一情況下，由第4圖中的驅動器493來導通或關斷電晶體496，藉此提供或截斷介於放電端Disc與接地GND之間的放電路徑。如此一來，可實現電壓保護操作、欠電壓保護操作、以及過電流保護操作中至少一者。驅動器492與493的相關操作，請參閱說明第4圖的段落。

在一實施例中，埠控制器1可實施於作為電源接受端(Sink)的電子裝置8。電子裝置8透過Type-C輸入輸出埠P80連接一外部電源裝置，以接收其提供的電壓。電子裝置8所接收的電壓做為輸入電壓VIN80。埠控制器1透過電壓輸入端Vin接收輸入電壓VIN80，且根據輸入電壓VIN80來執行至少一保護操作。

在一實施例中，如第9圖所示，埠控制器1可實施於作為具有電源上雙角色(Dual-Role-Power，DRP)(電源接受端(Sink)與電源供應端(Source))的電子裝置9。電子裝置9包括第8圖的內部電路80、開關81、以及Type-C輸入輸出埠P80。透過內部電路80、開關81、以及Type-C輸入輸出埠P80的操作，電子裝置9作為電源接受端。電子裝置9作為電源接受端時內部電路80、開關81、以及Type-C輸入輸出埠P80的操作與第8圖的實施例相同，在此省略敘述。

電子裝置9還包括電源供應器90以及開關91。在此實施例中，電源供應器90可以是電池、AC-DC電壓轉換器、或AC-DC電壓轉換器。電子裝置9可透過Type-C輸入輸出埠P80連接一外部負載，以將電源供應器90所產生的輸出電壓VOUT90提供至外部負載，藉此實現電源供應端的角色。當電子裝置9可透過Type-C輸入輸出埠P80連接外部負載時，電源供應器90與Type-C輸入輸出埠P80的VBUS接腳之間形成一電源輸出路徑，用以透過Type-C輸入輸出埠P80將產生的輸出電壓VOUT90提供至外部負載。開關91耦接於電源供應器90與Type-C輸入輸出埠P80的VBUS接腳之間。在此實施例中，開關91係以一N型電晶體來實現，例如，以NMOS電晶體來實現。在此情況下，NMOS電晶體(91)的閘極耦接閘極驅動端VIN_GATE，其汲極耦接電源供應器90以接收輸出電壓VOUT90，且其源極耦接Type-C輸入輸出埠P80的VBUS接腳。開關(NMOS電晶體)91由第4圖中的驅動器490來導通或關斷，藉以導通或截斷電源供應器90與Type-C輸入輸出埠P80的VBUS接腳之間的電源輸出路徑，藉以實現過電壓保護操作、欠電壓保護操作、過電流保護操作、短路保護操作、以及溫度過高/過低保護操作中至少一者。驅動器490的相關操作，請參閱說明第4圖的段落。

根據上述實施例，本案的埠控制器1可執行匯流排電壓(V_BUS)控制通信、電纜供電電壓(VCONN)控制、CC邏輯控制、USB PD協定通信。此外，當埠控制器1耦接一功率轉換器時，可根據功率轉換器的輸出電壓或二次側電流來回授控制功率轉換器，以調整其產生的輸出電壓。再者，不論埠控制器1是應用於作為電源供應端角色、電源接受端角色、或兼具前兩者的雙角色的裝置，埠控制器1皆可執行保護操作。本案的埠控制器1不需透過大量且連接複雜的外部元件即可執行回授控制以及保護操作。當埠控制器1應用於電子系統時，電子系統的微控制單元不需要即時監控電壓輸入端Vin的輸入電壓以及系統的環境參數，而由埠控制器1根據輸入電壓以及環境參數來執行回授控制以及保護操作。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。