USB端口的电源管理
usb端口的电源管理
电源管理，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（universalserialbus）是以intel为主，并有compaq，microsoft，ibm，dec，northerntelecom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（humaninterfacedevice）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（powerdevice）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）
inputandoutput（输入/输出）
batterysystem（电池系统--电池，充电器和输入/输出的集合）
powersupplyorpowerconverter（电源供应或电源转换器--特定电压、频率的转换、输出）
outletandoutletsystem（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）
powersummary（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
五.结束语
电源管理和usb是两个正在飞速发展的技术专题。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。
六.部分参考文献和站点
universalserialbusspecification,revision1.0,january15,1996
universalserialbusdeviceclassdefinitionforhumaninterfacedevices(hid),
version1.0final
universalserialbushidusagetables,releasecandidate1.0
universalserialbususagetablesforhidpowerdevice,release1.0
www.usb.org
www.mediacity.com
www.microsoft.com/hwdev/
附：插图中的词组含义：
acflow：交流电
usbbuspower：usb总线电源
input：输入
output：输出
dcflow：直流
powersummary：电源报告
mainac：主供电交流电
charger：充电器
battery：电池
backupdc：备用直流电
batterysystem：电池系统
powerconverter：电源转换器
使用Arduino中断功能检测霍尔传感器附近磁铁的教程
精密电流源电路原理及应用，安泰ATS程控标准微安级微电流源
企业这样做才能有效参展
TYPE-C充电连接器凭什么“登顶称王”？
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USB端口的电源管理
高分子导电膜系列产品的应用和生产详细概述
镍钛诺制成的电极可能是大脑长期植入物的理想组件
什么是LDO？
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人工智能（AI）在供应链管理中的潜力
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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（universalserialbus）是以intel为主，并有compaq，microsoft，ibm，dec，northerntelecom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（humaninterfacedevice）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（powerdevice）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）
inputandoutput（输入/输出）
batterysystem（电池系统--电池，充电器和输入/输出的集合）
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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）
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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
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usbbuspower：usb总线电源
input：输入
output：输出
dcflow：直流
powersummary：电源报告
mainac：主供电交流电
charger：充电器
battery：电池
backupdc：备用直流电
batterysystem：电池系统
powerconverter：电源转换器
使用Arduino中断功能检测霍尔传感器附近磁铁的教程
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企业这样做才能有效参展
TYPE-C充电连接器凭什么“登顶称王”？
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