CN103891085B - 电源管理装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源管理装置与一受控装置配合应用，并电性连接一电源***。电源管理装置包括一储能模块、一切换模块及一比较模块。储能模块与受控装置电性连接。切换模块与储能模块电性连接。比较模块与切换模块电性连接，并接收一侦测信号。比较模块依据侦测信号产生一周期信号控制切换模块。储能模块于周期信号的一周期储能，并于所述周期后的其它周期将所述周期所储存的电能释出。从而实现能够有效保护受控装置，并避免功率的损耗，同时还能够储存且再利用多余电源的电源管珲装胃。

Description

电源管理装置
技术领域
本发明系关于一种电源管理装置。
背景技术
请参阅图lA所示，其是一种公知的电源管理装置lA，其是与一电源***P1及一电池单元BAT搭配使用。其中，电源管理装置lA与电池单元BAT并联连接，并具有一电阻R、一开关SW及一比较电路C。
电池单元BAT依据电源***P1所提供的充电电源进行充电。当比较电路C侦测到电池单元BAT的电压到达一预设电压值时，将导通开关SW，使电流通过电阻R，以保护电池单元BAT不会产生过充电的状况。
接着，请参阅图1B所示，其是另一种公知的电源管理装置1B，其是与一电源***P1及一发光单元L搭配使用。其中，电源管理装置1B与发光单元L并联连接，且电源管理装置1B为一齐纳二极管(Zener diode)，而发光单元L为一发光二极管。
发光单元L依据电源***P1所提供的电源而发光。当发光单元L损坏而形成断路，且发光单元L两端的跨压超过电源管理装置1B的崩溃电压时，将使电流由电源管理装置1B通过，以确保其余的发光单元L可正常运作。
由于电源管理装置lA所采用的管理方式为透过电阻R消耗多余的充电电源，而电源管理装置1B在作为电源导通路径时，也将同时消耗电源***P1所提供的电源。换句话说，公知的电源管理装置1A及电源管理装置1B将造成很大的功率耗损，而无法符合现今科技所强调的环保节能的需求与趋势。
因此，如何提供一种电源管理装置，使其能够有效保护受控装置，并避免功率的损耗，同时又能够储存且再利用多余的电源，已成为重要课题之一。
发明内容
本发明的目的为提供一种能够有效保护受控装置，并避免功率的损耗，同时又能够储存且再利用多余电源的电源管理装置。
本发明可采用以下技术方案来实现的。
本发明的一种电源管理装置与一受控装置配合应用，并电性连接一电源***。电源管理装置包括一储能模块、一切换模块及一比较模块。储能模块与受控装置电性连接。切换模块与储能模块电性连接。比较模块与切换模块电性连接，并接收一侦测信号。比较模块依据侦测信号产生一周期信号控制切换模块。储能模块于周期信号的一周期储能，并于所述周期后的其它周期将所述周期所储存的电能释出。
在本发明的一实施例中，所述侦测信号为代表所述受控装置状态的一电流值或一电压值。
在本发明的一实施例中，储能模块具有一第一连接端及一第二连接端，切换模块具有一释能端，且释能端电性连接一外部储能组件、一外部电源、一外部负载或所述电源***。
在本发明的一实施例中，电源管理装置还包括一电流侦测组件，与受控装置形成串联排列于第一连接端及第二连接端之间，并输出侦测信号。
在本发明的一实施例中，储能模块包括一第一储能组件、一第一整流组件及一第二储能组件。第一储能组件的一端与第一连接端电性连接，另一端与切换模块连接。第一整流组件的一端与第一储能组件及切换模块的连接端电性连接。第二储能组件的一端与第一整流组件及切换模块电性连接。
在本发明的一实施例中，所述第一储能组件为一电感，所述第二储能组件为一电容。
在本发明的一实施例中，切换模块包括一第一切换组件及一第二切换组件。第一切换组件与第一储能组件及第二连接端电性连接。第二切换组件与第二储能组件及释能端电性连接。
在本发明的一实施例中，所述第二储能组件的另一端与所述第二连接端电性连接。
在本发明的一实施例中，所述周期信号的各周期包含一导通时段与一截止时段。
在本发明的一实施例中，第一储能组件在周期信号的一周期中的导通时段经由第一切换组件储能，在所述周期中的截止时段将其所储存的电能经由第一整流组件释能并向第二储能组件储能，第二储能组件在所述周期后的其它周期中的导通时段经由第二切换组件释能。
在本发明的一实施例中，所述第一切换组件及所述第二切换组件分别为一半导体开关组件。
在本发明的一实施例中，所述第一储能组件与所述第一切换组件形成一储能路径，所述第二储能组件与所述第二切换组件形成一释能路径。
在本发明的一实施例中，比较模块包括一比较器，与第一切换组件电性连接，并依据侦测信号及一参考信号输出周期信号控制第一切换组件及第二切换组件。
在本发明的一实施例中，所述储能模块还包括一第二整流组件以及一第三整流组件，第二整流组件之一端与第二储能组件的另一端电性连接，其另一端与所述第二连接端电性连接，第三整流组件之一端与所述第二储能组件的另一端电性连接，其另一端与所述外部储能组件、所述外部电源、所述外部负载或所述电源***的接地端电性连接。
在本发明的一实施例中，所述第一储能组件与所述第一整流组件形成一释能路径，所述第二储能组件及所述第二整流组件形成一储能路径。
在本发明的一实施例中，所述第三整流组件、所述第二储能组件及所述第二切换组件形成一释能路径。
在本发明的一实施例中，所述比较模块包括一比较器，与所述第一切换组件电性连接，并依据所述侦测信号及一参考信号输出所述周期信号控制所述第一切换组件及所述第二切换组件。
在本发明的一实施例中，所述参考信号为一与所述受控装置特性相关的电压信号或锯齿波电压信号。
在本发明的一实施例中，所述比较模块包括一数字控制电路，与所述第一切换组件电性连接，并将所述侦测信号转换为一数字信号后，与一默认值比较，并依比较结果输出所述周期信号控制所述第一切换组件及所述第二切换组件。
在本发明的一实施例中，所述数字控制电路为一微控制器。
在本发明的一实施例中，所述数字控制电路具有一数据通讯信号可与所述电源***联系。
在本发明的一实施例中，所述数字控制电路还包含一环境状态信号输入端，所述环境状态信号输入端连接至一外部环境侦测器，并接收一环境状态信号，且所述环境状态信号包含与所述受控装置相关的环境温度或湿度信息。
在本发明的一实施例中，所述外部环境侦测器为一热敏电阻。
在本发明的一实施例中，所述数据通讯信号包含所述电源管理装置的一操作信息，所述操作信息包括所述侦测信号所测得的电压值、电流值、电压变动值或电流变动值或所述周期信号的频率、导通时段长度、截止时段长度或所述环境状态信号所测得的环境参数，或以上参数所衍生计算出的数据信息。
在本发明的一实施例中，电源管理装置还包括一第一切换组件、一第二切换组件及一控制单元。第一切换组件与受控装置串联形成一串联电路。第二切换组件与串联电路电性连接，且在第一切换组件截止时，提供一充电路径或一放电路径。控制单元与受控装置、第一切换组件及第二切换组件电性连接，并依据一受控装置状态信号或一控制通讯信号输出一第一控制信号至第一切换组件或一第二控制信号至第二切换组件。
在本发明的一实施例中，电源管理装置还包括至少一个第一切换单元、至少一个第二切换单元、以及一控制单元，第一切换单元与所述受控装置串联形成一串联电路，第二切换单元与所述串联电路电性连接，且在所述第一切换单元截止时，提供一充电路径或一放电路径，控制单元与所述受控装置、所述第一切换单元及所述第二切换单元电性连接，并依据一受控装置状态信号或一控制通讯信号输出一第一控制信号至所述第一切换单元或一第二控制信号至所述第二切换单元。
在本发明的一实施例中，所述第二切换单元与所述受控装置、或所述电源***、或所述电源***的接地端、或另一个受控装置电性连接。
在本发明的一实施例中，所述第一控制信号及所述第二控制信号分别具有一充电控制信号或一放电控制信号或两者的组合。
在本发明的一实施例中，所述第一切换单元及所述第二切换单元分别为一半导体开关组件。
在本发明的一实施例中，所述受控装置状态信号为代表所述受控装置放电状态的一电流值或一电压值，或为代表所述受控装置充电状态的一电流值或一电压值。
在本发明的一实施例中，所述控制单元依据所述受控装置状态信号判断所述受控装置是否可充电或放电，并于判断结果为否时，输出所述第一控制信号截止所述第一切换单元及输出所述第二控制信号导通所述第二切换单元。
在本发明的一实施例中，所述控制单元为一比较器，并将所述受控装置状态信号与一默认值比较，并依据比较结果输出所述第一控制信号或第二控制信号。
在本发明的一实施例中，当所述第一切换单元或所述第二切换单元的数量为多个，所述控制单元输出多个具有不同位准的所述第一控制信号至所述第一切换单元，或输出多个具有不同位准的所述第二控制信号至所述第二切换单元。
在本发明的一实施例中，所述控制单元为一数字控制电路，并将所述受控装置状态信号转换为一数字信号后，与一默认值比较，并依据比较结果输出所述第一控制信号及或所述第二控制信号。
在本发明的一实施例中，所述数字控制电路为一微控制器。
在本发明的一实施例中，所述数字控制电路具有一控制通讯信号端，并接收所述控制通讯信号。
在本发明的一实施例中，所述数字控制电路具有一环境状态信号输入端，所述环境状态信号输入端连接至一外部环境侦测器，所述环境状态信号包含与所述受控装置相关的环境温度或湿度信息。
在本发明的一实施例中，所述外部环境侦测器为一热敏电阻。
在本发明的一实施例中，所述控制通讯信号包含所述电源管理装置的一操作信息，所述操作信息包括所述受控装置状态信号所测得的电压值、电流值、电压变动值或电流变动值或所述环境状态信号所测得的环境参数，或以上参数所衍生计算出的数据等信息，或是所述第一控制信号或所述第二控制信号的状态信息，或是远程传入的控制所述第一控制信号或所述第二控制信号的信息。
在本发明的一实施例中，所述控制单元为一信号转换器，并接收所述控制通讯信号，而输出所述第一控制信号或所述第二控制信号。
在本发明的一实施例中，所述受控装置包括一需具备电流或电压保护或控制的负载或一二次电池或一发光二极管或一电双层电容器或一光伏组件或一可储能并放电的组件。
在本发明的一实施例中，所述电源***还包括一电流源以及一整流组件，电流源与所述受控装置及所述储能模块电性连接，整流组件与所述电流源并联连接。
承上所述，本发明的一种电源管理装置通过比较模块依据侦测信号产生一周期信号以控制切换模块，以使储能模块于周期信号的一周期储能，并于其它周期将电能释出，从而实现能够有效保护受控装置，并避免功率的损耗，同时又能够储存且再利用多余电源的电源管理装置。
附图说明
图1A为一种公知的电源管理装置的示意图；
图1B为一种公知的电源管理装置的示意图；
图2为依据本发明优选实施例的一种电源管理装置的示意图；
图3为依据本发明优选实施例的一种电源管理装置的示意图；
图4A至图4D为依据本发明优选实施例的释能端及外部负载或外部电源、外部储能组件或其组合的变化态样的示意图；
图5A至图5F为依据本发明优选实施例的比较模块的不同实施态样的示意图；
图6A至图6I为依据本发明优选实施例的电流侦测组件的不同设置态样的示意图；
图7A至图7E依据为本发明优选实施例的电流侦测组件的不同实施态样的示意图；
图8A及图8B为本发明优选实施例的一种电源管理装置的示意图及操作波形图；
图8C及图8D为依据本发明优选实施例的另一种电源管理装置的示意图及操作波形图；
图9A至图9I为依据本发明优选实施例的电源管理装置的变化态样的示意图；以及
图10A至图10D为依据本发明优选实施例的切换单元及控制信号的不同实施态样的示意图。
主要元件符号说明：
1A、1B、2～11：电源管理装置
21：储能模块
211：第一储能组件
212：第一整流组件
213：第二储能组件
22：切换模块
221：第一切换组件
222：第二切换组件
23：比较模块
231：比较器
232：数字控制电路
24、41：电流侦测组件
31：储能模块
311：第二整流组件
312：第三整流组件
51：控制单元
BAT：电池单元
C：比较电路
C1：第一周期
C1on、C2on、C3on：导通时段
C1off、C2off：截止时段
C2：第二周期
C3：第三周期
CS：电流源
D：受控装置
D1：充电方向
D2：放电方向
DL：延迟线
E：外部储能组件
EL：外部负载
ES：外部环境侦测器
GSSEL：选择电路
L：发光单元
P1：电源***
P2：外部电源
R：电阻
REC：整流组件
S1：侦测信号
S2：周期信号
S3：参考信号
S4：数据通讯信号
S5：环境状态信号
S6：受控装置状态信号
S7：控制通讯信号
SC：充电控制信号
SC1：第一控制信号
SC2：第二控制信号
SD：放电控制信号
ST：史密特触发器
SUB：基底
SUB1：放电地端
SUB2：充电地端
SW：开关
SW1：第一切换单元
SW2：第二切换单元
SWC：充电控制开关
SWD：放电控制开关
T1：第一连接端
T2：第二连接端
T3：释能端
T4：通讯信号输出端
T5：环境状态信号输入端
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种电源管理装置，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。
首先，请参照图2，其为依据本发明优选实施例的一种电源管理装置2。电源管理装置2是与一受控装置D配合应用，并电性连接一电源***P1。其中，电源***P1提供电源至受控装置D，且电源管理装置2与受控装置D可为串联连接或并联连接。在实施上，受控装置D包括需具备电流或电压保护或控制的负载、发光二极管、二次电池(secondary battery)、电双层电容器(elecetricdouble-layer capacitor)、光伏组件(photovoltaic cell)或可储能并放电的组件。
电源管理装置2具有一储能模块21、一切换模块22及一比较模块23。储能模块21与受控装置D电性连接。切换模块22与储能模块21电性连接。比较模块23与切换模块22电性连接，并接收一侦测信号S1。前述的侦测信号S1为代表与受控装置D相关的电压值的信号或代表流经受控装置D相关的电流值的信号。比较模块23依据侦测信号S1产生一周期信号S2控制切换模块22。其中储能模块21将于周期信号S2的一周期进行储能，并于所述周期后的其它周期将所述周期所储存的电能释出。
值得一提的是，储能模块21可于所述周期后的另一周期将所述周期所储存的电能全部释出，或在所述周期之后的多个周期将所述周期所储存的电能分批释出。此外，在实际运用时，同一周期中可执行电能储存及电能释出的动作，且周期信号S2可为一固定周期的周期信号或可变周期的周期信号。换句话说，周期信号S2的各周期的导通时段与截止时段的比是可调整的。
接着，请参照图3，以进一步说明本发明的电源管理装置2。在本实施例中，储能模块21具有一第一连接端T1、一第二连接端T2、一第一储能组件211、一第一整流组件212及一第二储能组件213。储能模块21通过第一连接端T1及第二连接端T2与受控装置D并联连接。第一储能组件211的一端与第一连接端T1电性连接，而其另一端与切换模块22连接。第一整流组件212的一端与第一储能组件211及切换模块22电性连接。第二储能组件213的一端与第一整流组件212及切换模块22电性连接，而另一端与第二连接端T2电性连接。其中前述的第一储能组件211及第二储能组件213是分别为一电感及一电容。
切换模块22具有一释能端T3、一第一切换组件221及一第二切换组件222。其中，第一切换组件221与第一储能组件211及第二连接端T2电性连接。第二切换组件222与第二储能组件213及释能端T3电性连接。释能端T3与一外部储能组件E电性连接。在实施上，第一切换组件221及第二切换组件222分别为一半导体开关组件，例如是双载子晶体管(BJT)或场效晶体管(FET)的晶体管开关。
此外，释能端T3除了如图3所示，为传输线的一接点的外，也可以包括一整流组件，例如是二极管。其次，外部储能组件E也有多种不同的选择，例如是包括电容组件、电感组件、电池单元或其组合。而释能端T3也可与一外部负载或一外部电源、外部储能组件E或其组合电性连接，也可与所述电源***P1电性连接。
以下请参照图4A至图4D所示，举例说明释能端T3及外部负载EL或外部电源P2、外部储能组件E或其组合的变化态样。如图4A所示，释能端T3为一传输线的接点，并与外部负载EL连接，从而提供多余的电能至外部负载EL，以驱动或操作外部负载EL。如图4B所示，释能端T3包括一个二极管，并连接外部电源P2及外部储能组件E，其中外部储能组件E例如是一电容。而如图4C所示，释能端T3包括一个二极管，并连接外部电源P2及外部储能组件E，其中外部储能组件E例如是一电感。再如图4D所示，释能端T3包括一个二极管，并连接外部储能组件E，其中外部储能组件E例如是一电感及一电池单元的组合。
接着，请再参照图3，比较模块23包括一比较器231。其中比较器231是与第一切换组件221电性连接，并经由比较侦测信号S1及一参考信号S3而输出所述周期信号S2，以控制第一切换组件221及第二切换组件222。在实施上，比较模块23亦可采用一数字控制电路，例如是微控制器，且参考信号S3为一与受控装置D的特性与状态相关的电压信号或一锯齿波电压信号，并且参考信号S3的值可随着受控装置D特性与状态的改变而调整。
以下请参照图5A至图5F所示，举例说明比较模块23的多种实施态样。如图5A所示，比较器231的反相输入端(inverting input terminal)连接一电压源，并接收由所述电压源所输出的参考信号S3，而比较器231的非反相输入端(noninverting input terminal)接收侦测信号S1，且比较器231的输出端输出周期信号S2。而如图5B所示，比较器231的输出端还连接一史密特触发器ST(Schmitttrigger)。再如图5C所示，比较器231的反相输入端(inverting input terminal)是接收锯齿波的参考信号S3，而史密特触发器ST还与一延迟线DL(delay line)连接。
此外，如图5D所示，比较模块23包括一数字控制电路232，其与第一切换组件221电性连接，并将侦测信号S1转换为一数字信号后，与一默认值比较，并依比较结果输出周期信号S2，以控制第一切换组件221及第二切换组件(图未显示)。如图5E所示，数字控制电路232具有一数据通讯信号输出端T4，并输出一数据通讯信号S4至电源***(图未显示)。当受控装置(图未显示)为电池，例如是二次电池或电双层电容器时，数据通讯信号S4包括判断充、放电状态、充电时间、是否充电完毕、是否放电完毕、可用电压值等信息或其组合。电源***P1依据数据通讯信号S4做出相关电源管理的决定。
如图5F所示，数字控制电路232具有一数据通讯信号输出端T4及一环境状态信号输入端T5。其中，环境状态信号输入端T5与一外部环境侦测器ES连接，并接收一环境状态信号S5，且环境状态信号S5包含与受控装置(图未显示)相关的环境温度或湿度等信息，且外部环境侦测器ES可为一热敏电阻。此外，数据通讯信号输出端T4输出一数据通讯信号S4，且数据通讯信号S4包含电源管理装置的一操作信息，其包括侦测信号S1所测得的电压值、电流值、电压变动值、电流变动值或周期信号S2的频率、导通时段长度、截止时段长度或环境状态信号S5所测得的环境参数，或以上参数所衍生计算出的数据等信息。
请再参照图3所示，当比较模块23的比较器231经比较侦测信号S1及参考信号S3，而确定电源***P1所提供的电源已经超过受控装置D所需的电源时，比较器231将输出周期信号S2，且周期信号S2的一周期中的导通时段将导通第一切换组件221，以使电流流经第一储能组件211及第一切换组件221，并对第一储能组件211进行储能。接着，在前述周期中的截止时段时，第一切换组件221将被截止，此时，第一储能组件211于导通时段所储存的电能经由第一整流组件212进行释能，并向第二储能组件213储能，而第二储能组件213将在前述周期后的其它周期的导通时段经由第二切换组件222释能，并对外部储能组件E进行储能。
因此，通过上述的硬件组成，可将多余的电能经由第一储能组件211与第一切换组件221所形成的一储能路径，及第二储能组件213与第二切换组件222所形成一释能路径，而储存于外部储能组件E，以利电能的再利用。另外，在本实施例中，流入第一连接端T1的电流完全由第二连接端T2流出。换句话说，流入第一连接端T1的电流等于第二连接端T2所流出的电流，因此在电源管理装置2动作的期间，电源***P1所供应的电流不会产生分流或断流。
值得一提的是，电源管理装置2还可包括一电流侦测组件24，其是与受控装置D电性连接，并输出侦测信号S1。在实施上，电流侦测组件24可以依据不同产品的需求或设计的考虑而有多种的不同的设置方式，以下请参照图6A至图6I所示，举例说明电流侦测组件24的多种设置态样。
如图6A所示，电流侦测组件24是设置于受控装置D与第二连接端T2之间。在图6B中，电流侦测组件24是位于第一连接端T1及受控装置D之间。如图6C所示，电流侦测组件24与第二连接端T2电性连接，并与受控装置D形成串联排列。在图6D中，电流侦测组件24是与第一连接端T1电性连接，并与受控装置D形成串联排列。在图6E中，电流侦测组件24位于受控装置D及第一连接端T1之间。在图6F中，电流侦测组件24电性连接受控装置D，并与第一连接端T1形成串联排列。如图6G所示，电流侦测组件24电性连接第二连接端T2。如图6H所示，电流侦测组件24电性连接第一连接端T1。再如图6I所示，电流侦测组件24是电性连接第二连接端T2及切换模块22。
此外，在实际运用时，电流侦测组件24亦具有多种不同的应用架构，以下请参照图7A至图7E所示，举例说明电流侦测组件24的五种应用架构。
如图7A所示，电流侦测组件24采用一电阻。在图7B中，电流侦测组件24包括一电阻及一放大器。在图7C中，电流侦测组件24包括一电阻及一NPN型式的晶体管。而如图7D所示，电流侦测组件24包括一电阻及一PNP型式的晶体管。再如图7E所示，电流侦测组件24包括一电阻及一隔离式的光耦合组件。
请参照图8A，其为依据本发明优选实施例的另一种电源管理装置3。与图3所示的电源管理装置2相较，电源管理装置3的储能模块31还包括一第二整流组件311及一第三整流组件312。在本实施例中，受控装置D是以一二次电池为例进行说明。然而，在实际运用上，可依据实际的需求，使用其它数量的二次电池进行操作，且二次电池可为相互串联及或相互并联的连接方式。
第二整流组件311的一端与第二储能组件213电性连接，且第二整流组件311的另一端与第二连接端T2连接。第三整流组件312的一端与第二储能组件213电性连接，且第三整流组件312的另一端与外部储能组件E的接地端电性连接。
接着，请参照图8B并搭配图8A，以进一步说明电源管理装置3。当电源***P1所提供的电源已经超过受控装置D所需的电源时，比较器231将输出周期信号S2。其中，在周期信号S2的第一周期C1的导通时段C1on，第一切换组件221将被导通。此时，电流由第一连接端T1流过第一储能组件211及第一切换组件221，并由第二连接端T2流出，因而在导通时段C1on，电流将对第一储能组件211进行储能。
在周期信号S2的第一周期C1的截止时段C1off，第一切换组件221将被截止。此时，电流由第一连接端T1流过第一储能组件211、第一整流组件212、第二储能组件213及第二整流组件311，并由第二连接端T2流出。换句话说，第一储能组件211与第一整流组件212形成一释能路径，而第二储能组件213及第二整流组件311将形成一储能路径。亦即，第一储能组件211于截止时段C1off进行释能，而第二储能组件213于截止时段C1off进行储能。
接着，在周期信号S2的第二周期C2的导通时段C2on时，就第一储能组件211而言，其如同第一周期C1的导通时段C1on，将再次进行储能。另外，于此同时，第三整流组件312、第二储能组件213及第二切换组件222将形成一释能路径，由释能端T3向外部储能组件E进行释能。
当在周期信号S2的第二周期C2的截止时段C2off时，第一储能组件211及第二储能组件213的作动与第一周期C1的截止时段C1off时具有相同的作动。亦即，第一储能组件211将进行释能，而第二储能组件213将进行储能。
然后，在周期信号S2的第三周期C3的导通时段C3on时，第一储能组件211及第二储能组件213将重复如第二周期C2的导通时段C2on的作动。因此，在电源***P1所提供的电源已经超过受控装置D所需的电源的状况下，电源管理装置3基本上将以周期信号S2的1.5个周期为一操作周期，有效的将多余电能储存于外部储能组件E，从而将电能进行再利用。
请参照图8C及图8D，其为依据本发明优选实施例的另一种电源管理装置4及其操作波形图。与电源管理装置3相较，电源管理装置4是与受控装置D串联连接，并具有一电流侦测组件41，且在本实施例中，切换模块22的释能端T3是与一外部电源P2及一外部储能组件E连接。因此，电源管理装置4与电源管理装置3在操作上最大的不同点在于，电源管理装置4的第二储能组件213将于其所储存的电能大于外部电源P2的电压值后，才会进行释能的动作。另外，在本实施例中，受控装置D是以一个发光二极管为例。然而，在实际运用上，可依据实际的需求，使用其它数量的发光二极管进行操作，且发光二极管可为相互串联及或相互并联的连接方式。
接着，请参照图9A，其为依据本发明优选实施例的另一种电源管理装置5。在本实施例中，是以二个电源管理装置5对应二个受控装置D，且二个受控装置D是形成串联排列以及受控装置D为二次电池为例。电源管理装置5与电源管理装置2相较，电源管理装置5还包括一第一切换单元SW1、一第二切换单元SW2及一控制单元51。
第一切换单元SW1与受控装置D串联形成一串联电路。第二切换单元SW2与前述的串联电路电性连接，且第二切换单元SW2在第一切换单元SW1截止时，提供一充电路径或一放电路径。控制单元51与受控装置D、第一切换单元SW1及第二切换单元SW2电性连接，并依据一受控装置状态信号S6或一控制通讯信号S7输出一第一控制信号SC1至第一切换单元SW1或一第二控制信号SC2至第二切换单元SW2。
受控装置状态信号S6为代表受控装置D的状态的一电流值或一电压值，特别是代表受控装置D的放电状态的电流值或电压值，或是代表受控装置D的充电状态的电流值或电压值。因而，控制单元51将依据受控装置状态信号S6判断受控装置D是否可进行充电或可进行放电，以控制第一切换单元SW1及第二切换单元SW2的导通或截止，从而提供多种不同的电流路径。前述的控制通讯信号S7则包含电源管理装置5的操作信息，其包括受控装置状态信号S6所测得的电压值、电流值、电压变动值或电流变动值或环境状态信号S5所测得的环境参数，或以上参数所衍生计算出的数据等信息，或是第一控制信号SC1或第二控制信号SC2的状态信息，或是远程传入用以控制第一控制信号SC1或第二控制信号SC2的信息。此外，控制通讯信号S7可为一数字信号或一模拟信号。
为了方便说明，以下将以第一级电源管理装置及第一级受控装置称呼直接电性连接电源***P1的电源管理装置5及受控装置D，并以第二级电源管理装置及第二级受控装置称呼另一组电源管理装置5及受控装置D。
当第一级电源管理装置5及第二级电源管理装置5的控制单元51分别依据第一级受控装置D及第二级受控装置D的受控装置状态信号S6，而确认第一级受控装置D及第二级受控装置D皆可进行充电时，两个控制单元51将分别传送第一控制信号SC1导通第一切换单元SW1与第二控制信号SC2截止第二切换单元SW2，以使电源***P1同时对二个受控装置D进行充电。
当第一级受控装置D已经充电完成，而不可再充电时，第一级电源管理装置5的控制单元51依据第一级受控装置D的受控装置状态信号S6，将传送第一控制信号SC1以截止第一级电源管理装置5的第一切换单元SW1，并传送第二控制信号SC2导通第一级电源管理装置5的第二切换单元SW2，以使电源***P1仅对第二级受控装置D进行充电，且第一级受控装置D将脱离充电回路不再进行充电。
基于控制单元51可依据受控装置状态信号S6控制第一切换单元SW1及第二切换单元SW2，因此，当电源***P1所提供的充电电压过低时，将可采用轮替的方式分别对二个受控装置D进行充电，例如是先对第一级受控装置D充电，待完成后再对第二级受控装置D充电，或以与前述顺序相反的方式先对第二级受控装置D充电，待完成后再对第一级受控装置D充电，或是以一固定时间轮流对二个受控装置D充电。
同理，当任一级受控装置D不需要进行放电时，控制单元51也可以透过切换第一切换单元SW1及第二切换单元SW2，强制将受控装置D脱离放电回路。
因此，通过上述的硬件架构，电源管理装置5不仅具有储存多余电能，并进行电能再利用的优点，还具有轮流充电及轮流放电的功能，以及提供充电保护及放电保护，与将受控装置完全脱离充电回路及放电回路且不影响其它受控装置的功能。
另外，值得一提的是，本实施例是以两级的电源管理装置5搭配两级的受控装置D为例，然在实际运用上，将可以其它数量的电源管理装置与受控装置搭配使用。
电源管理装置5的控制单元51在实施上可具有多种不同的态样，例如：控制单元51是一比较器，并依据受控装置状态信号S6与一默认值的比较结果，输出第一控制信号SC1或第二控制信号SC2，或控制单元51是由微控制器所构成的一数字控制电路，其将受控装置状态信号S6转换为一数字信号后，并依据数字信号与一默认值的比较结果，输出第一控制信号SC1或第二控制信号SC2，或控制单元51是一信号转换器，例如利用图7E的光耦合器，以接收控制通讯信号S7，而输出第一控制信号SC1或第二控制信号SC2，或控制单元51是与图5E及图5F所示的数字控制电路232相似，还有一通讯信号输出端及一环境状态信号输入端，值得一提的是，虽然在本实施例中，控制单元51及比较模块23是两个各自独立的组件。然而，在实际运用上，控制单元51可以与比较模块23整合成一个数字控制电路，且不同级的电源管理装置5的控制单元51与比较模块23也可以整合成一个***整合芯片(System-on-a-chip，SOC)。
接着，请参照图9B至图9I，其为本发明优选实施例的电源管理装置的多种变化态样。如图9B所示，电源管理装置6与电源管理装置5相较，其区别在于电源管理装置6的第二切换单元SW2的一端是与电源***P1电性连接，而另一端是与第一切换单元SW1电性连接。而如图9C所示，电源管理装置7与电源管理装置5的区别在于，电源管理装置7的第二切换单元SW2的一端是与受控装置D及第一切换单元SW1电性连接，而另一端是与电源***P1的接地端电性连接。再如图9D所示，电源管理装置8与电源管理装置5的区别在于，电源管理装置8的第二切换单元SW2的一端是与受控装置D及第一切换单元SW1电性连接，并与第一切换单元SW1及另一级的电源管理装置8的受控装置D形成并联连接。
再如图9E所示，电源管理装置9是具有二第二切换单元SW2。在本实施例中，电源管理装置9的第二切换单元SW2的其中之一，其设置方式如同图9B中所示的电源管理装置6的第二切换单元SW2，而电源管理装置9的第二切换单元SW2的其中的另一，其设置方式则如同图9C中所示的电源管理装置7的第二切换单元SW2。
值得一提的是，透过将第二切换单元SW2与受控装置D及第一切换单元SW1所构成的串联电路并联，或并联连接至电源***P1，或并联连接至电源***P1的接地端，将可使各级的受控装置D之间在充电或放电时，具有不同串联或并联长度的组态。
接着，请参照图9F所示，电源管理装置10是具有二第二切换单元SW2。在本实施例中，电源管理装置10的第二切换单元SW2的其中之一，其设置方式如同图9B中所示的电源管理装置6的第二切换单元SW2，而电源管理装置10的第二切换单元SW2的其中的另一，其设置方式则如同图9D中所示的电源管理装置8的第二切换单元SW2。
此外，电源***P1还具有一电流源CS及一整流组件REC，且电流源CS与受控装置D及储能模块21电性连接。整流组件REC与电流源CS并联连接。控制单元51依据受控装置状态信号S6或控制通讯信号S7输出第二控制信号SC2至第二切换单元SW2。
在本实施例中，是以两组电源管理装置10搭配相对应数量的受控装置D为例，且为了方便说明，以下将以第一级电源管理装置及第一级受控装置称呼位于图9F的中距离电源***P1较近的电源管理装置10及受控装置D，并以第二级电源管理装置及第二级受控装置称呼另一组电源管理装置10及受控装置D。
当第一级电源管理装置10的第一切换单元SW1与第二级电源管理装置10的第一切换单元SW1为导通状态，而其余各第二切换单元SW2皆为截止状态时，第一级受控装置D与第二级受控装置D将形成串联连接；当第一级电源管理装置10的二第二切换单元SW2与第二级电源管理装置10的第一切换单元SW1为导通状态，而其余切换单元皆为截止状态时，第一级受控装置D与第二级受控装置D将形成并联连接。因此，通过前述的第二切换单元SW2的设置，第一级受控装置D与第二级受控装置D将可形成串联连接或并联连接。
接着，如图9G所示，电源管理装置11是具有二第一切换单元SW1，并与受控装置D形成串联连接。控制单元51依据受控装置状态信号S6或控制通讯信号S7输出第一控制信号SC1至第一切换单元SW1。
通过前述的第一切换单元SW1的设置，当前述的第一切换单元SW1皆为截止状态时，将使得受控装置D可脱离其它受控装置D所构成的充、放电路径，并在需要时由另一电源进行独立的充电，例如是透过与切换模块22的释能端T3连接的外部储能组件E。因此，依据电源管理装置11的硬件架构将可使单一受控装置D在其它受控装置D进行放电的同时，脱离放电回路而独立进行充电的动作，且可选择通过预先储存的多余电能作为独立充电的电源供应端，以达成电能有效再利用的目的。
值得一提的是，在实际运用上，电源管理装置还可以依据产品的需求与设计的考虑，将上述的切换单元整合使用，而如图9H及图9I所示。其中，如图9H，为一个第一切换单元SW1与四个第二切换单元SW2的搭配运用。在本实施例中，当各级的电源管理装置中与电源***P1连接的第二切换单元SW2及与电源***P1的接地端连接的第二切换单元SW2为导通状态，而其余切换单元皆为截止状态时，各级的受控装置D将形成并联连接。换句话说，控制单元(图未显示)可输出具有不同位准的第二控制信号SC2至各第二切换单元SW2，以分别导通及截止部分的第二切换单元SW2。
另外，由于图9H的重点在于说明第一切换单元SW1及第二切换单元SW2的连接结构，因而图9H中并未显示储能模块21、切换模块22、比较模块23与控制单元51，并非电源管理装置不需要前述的各项组件。
再如图9I所示，其为两个第一切换单元SW1与四个第二切换单元SW2的搭配运用。在本实施例中，控制单元51将可透过同时导通、同时截止及部分导通与部分截止第一切换单元SW1和第二切换单元SW2而调整各受控装置D之间的连接关。换句话说，当第一切换单元SW1及第二切换单元SW2的数量为多个时，控制单元51可输出多个具有不同位准的第一控制信号SC1至各第一切换单元SW1，及输出多个具有不同位准的第二控制信号SC2至各第二切换单元SW2。
在实施上，控制单元51可通过将所接收的受控装置状态信号S6与一默认值进行比较与运算，或是配合控制通讯信号S7，或是通过一函数的运算，或是透过查表法，而判断所要导通或截止的切换单元。
此外，第一切换单元SW1及第二切换单元SW2皆为半导体开关组件，且第一切换单元SW1及第二切换单元SW2可分别具有充电控制开关SWC或放电控制开关SWD或同时具有充电控制开关SWC及放电控制开关SWD。因而，为了控制第一切换单元SW1至第二切换单元SW2，第一控制信号SC1及第二控制信号SC2将搭配对应的第一切换单元SW1与第二切换单元SW2，而分别具有一充电控制信号SC或一放电控制信号SD或两者的组合。以下以第一切换单元SW1及第一控制信号SC1为例，并参照图10A至图10D所示，举例说明第一切换单元SW1及第一控制信号SC1的四种应用架构。
如图10A所示，第一切换单元SW1具有充电控制开关SWC及放电控制开关SWD。其中，充电控制开关SWC与放电控制开关SWD连接，并分别接收第一控制信号SC1的充电控制信号SC及放电控制信号SD，且充电方向D1是由放电控制开关SWD往充电控制开关SWC的方向，而放电方向D2是由充电控制开关SWC往放电控制开关SWD的方向。
如图10B所示，第一切换单元SW1具有一或门(OR gate)、一双向晶体管与一选择电路GSSEL。其中，第一控制信号SC1的充电控制信号SC及放电控制信号SD由或门所接收，而选择电路GSSEL则依据充电控制信号SC及放电控制信号SD将双向晶体管的基底SUB选择连接到放电地端SUB1或充电地端SUB2以提供适当的基底电压。而如图10C所示，第一切换单元SW1仅具有一放电控制开关SWD。其中，第一控制信号SC1对应第一切换单元SW1而以放电控制信号SD控制第一切换单元SW1。再如图10D所示，第一切换单元SW1仅具有一充电控制开关SWC。其中，第一控制信号SC1对应第一切换单元SW1而以充电控制信号SC控制第一切换单元SW1。
综上所述，因依据本发明的一种电源管理装置通过比较模块依据侦测信号产生一周期信号以控制切换模块，以使储能模块于周期信号的一周期储能，并于其它周期将电能释出，从而实现能够有效保护受控装置，并避免功率的损耗，同时又能够储存且再利用多余电源的电源管理装置。
以上所述仅是举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims (35)

1.一种电源管理装置，与一受控装置配合应用，并电性连接一电源***，其特征在于，包括：
一储能模块，与所述受控装置电性连接且具有一第一连接端及一第二连接端；
一切换模块，与所述储能模块电性连接且具有一释能端，所述释能端电性连接一外部储能组件、一外部电源、一外部负载或所述电源***；以及
一比较模块，与所述切换模块电性连接，并接收一侦测信号，所述比较模块依据所述侦测信号产生一周期信号控制所述切换模块，
其中所述储能模块于所述周期信号的一周期储能，并于所述周期后的其它周期将所述周期所储存的电能释出，所述储能模块包括：
一第一储能组件，其一端与所述第一连接端电性连接，其另一端与所述切换模块连接；
一第一整流组件，其一端与所述第一储能组件及所述切换模块的连接端电性连接；以及
一第二储能组件，其一端与所述第一整流组件及所述切换模块电性连接。
2.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述侦测信号为代表所述受控装置状态的一电流值或一电压值。
3.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述第一储能组件为一电感，所述第二储能组件为一电容。
4.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述切换模块包括：
一第一切换组件，与所述第一储能组件及所述第二连接端电性连接；以及
一第二切换组件，与所述第二储能组件及所述释能端电性连接。
5.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述第二储能组件的另一端与所述第二连接端电性连接。
6.根据权利要求4所述的电源管理装置，其特征在于，所述周期信号的各周期包含一导通时段与一截止时段。
7.根据权利要求6所述的电源管理装置，其特征在于，在所述周期信号的至少一个周期中的所述导通时段经由所述第一切换组件储能，在所述周期中的所述截止时段将其所储存的电能经由所述第一整流组件释能并向所述第二储能组件储能，在所述周期后的其它周期中的所述导通时段经由所述第二切换组件释能。
8.根据权利要求4所述的电源管理装置，其特征在于，所述第一切换组件及所述第二切换组件分别为一半导体开关组件。
9.根据权利要求4所述的电源管理装置，其特征在于，所述第一储能组件与所述第一切换组件形成一储能路径，所述第二储能组件与所述第二切换组件形成一释能路径。
10.根据权利要求4所述的电源管理装置，其特征在于，所述储能模块还包括：
一第二整流组件，其一端与所述第二储能组件的另一端电性连接，其另一端与所述第二连接端电性连接；以及
一第三整流组件，其一端与所述第二储能组件的另一端电性连接，其另一端与所述外部储能组件、所述外部电源、所述外部负载或所述电源***的接地端电性连接。
11.根据权利要求10所述的电源管理装置，其特征在于，所述第一储能组件与所述第一整流组件形成一释能路径，所述第二储能组件及所述第二整流组件形成一储能路径。
12.根据权利要求10所述的电源管理装置，其特征在于，所述第三整流组件、所述第二储能组件及所述第二切换组件形成一释能路径。
13.根据权利要求4所述的电源管理装置，其特征在于，所述比较模块包括：
一比较器，与所述第一切换组件电性连接，并依据所述侦测信号及一参考信号输出所述周期信号控制所述第一切换组件及所述第二切换组件。
14.根据权利要求13所述的电源管理装置，其特征在于，所述参考信号为一与所述受控装置特性相关的电压信号或锯齿波电压信号。
15.根据权利要求4所述的电源管理装置，其特征在于，所述比较模块包括：
一数字控制电路，与所述第一切换组件电性连接，并将所述侦测信号转换为一数字信号后，与一默认值比较，并依比较结果输出所述周期信号控制所述第一切换组件及所述第二切换组件。
16.根据权利要求15所述的电源管理装置，其特征在于，所述数字控制电路为一微控制器。
17.根据权利要求15所述的电源管理装置，其特征在于，所述数字控制电路具有一数据通讯信号可与所述电源***联系。
18.根据权利要求17所述的电源管理装置，其特征在于，所述数字控制电路还包含一环境状态信号输入端，所述环境状态信号输入端连接至一外部环境侦测器，并接收一环境状态信号，且所述环境状态信号包含与所述受控装置相关的环境温度或湿度信息。
19.根据权利要求18所述的电源管理装置，其特征在于，所述外部环境侦测器为一热敏电阻。
20.根据权利要求18所述的电源管理装置，其特征在于，所述数据通讯信号包含所述电源管理装置的一操作信息，所述操作信息包括所述侦测信号所测得的电压值、电流值、电压变动值或电流变动值或所述周期信号的频率、导通时段长度、截止时段长度或所述环境状态信号所测得的环境参数，或以上参数所衍生计算出的数据信息。
21.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，还包括：
至少一个第一切换单元，与所述受控装置串联形成一串联电路；
至少一个第二切换单元，与所述串联电路电性连接，且在所述第一切换单元截止时，提供一充电路径或一放电路径；以及
一控制单元，与所述受控装置、所述第一切换单元及所述第二切换单元电性连接，并依据一受控装置状态信号或一控制通讯信号输出一第一控制信号至所述第一切换单元或一第二控制信号至所述第二切换单元。
22.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，所述第二切换单元与所述受控装置、或所述电源***、或所述电源***的接地端、或另一个受控装置电性连接。
23.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，所述第一控制信号及所述第二控制信号分别具有一充电控制信号或一放电控制信号或两者的组合。
24.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，所述第一切换单元及所述第二切换单元分别为一半导体开关组件。
25.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，所述受控装置状态信号为代表所述受控装置放电状态的一电流值或一电压值，或为代表所述受控装置充电状态的一电流值或一电压值。
26.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，所述控制单元依据所述受控装置状态信号判断所述受控装置是否可充电或放电，并于判断结果为否时，输出所述第一控制信号截止所述第一切换单元及输出所述第二控制信号导通所述第二切换单元。
27.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，所述控制单元为一比较器，并将所述受控装置状态信号与一默认值比较，并依据比较结果输出所述第一控制信号或第二控制信号。
28.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，当所述第一切换单元或所述第二切换单元的数量为多个，所述控制单元输出多个具有不同位准的所述第一控制信号至所述第一切换单元，或输出多个具有不同位准的所述第二控制信号至所述第二切换单元。
29.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，所述控制单元为一数字控制电路，并将所述受控装置状态信号转换为一数字信号后，与一默认值比较，并依据比较结果输出所述第一控制信号及或所述第二控制信号。
30.根据权利要求29所述的电源管理装置，其特征在于，所述数字控制电路为一微控制器。
31.根据权利要求29所述的电源管理装置，其特征在于，所述数字控制电路具有一控制通讯信号端，并接收所述控制通讯信号。
32.根据权利要求29所述的电源管理装置，其特征在于，所述数字控制电路具有一环境状态信号输入端，所述环境状态信号输入端连接至一外部环境侦测器，所述环境状态信号包含与所述受控装置相关的环境温度或湿度信息。
33.根据权利要求32所述的电源管理装置，其特征在于，所述外部环境侦测器为一热敏电阻。
34.根据权利要求32所述的电源管理装置，其特征在于，所述控制通讯信号包含所述电源管理装置的一操作信息，所述操作信息包括所述受控装置状态信号所测得的电压值、电流值、电压变动值或电流变动值或所述环境状态信号所测得的环境参数，或以上参数所衍生计算出的数据等信息，或是所述第一控制信号或所述第二控制信号的状态信息，或是远程传入的控制所述第一控制信号或所述第二控制信号的信息。
35.根据权利要求21所述的电源管理装置，其特征在于，所述控制单元为一信号转换器，并接收所述控制通讯信号，而输出所述第一控制信号或所述第二控制信号。
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