TWI518494B - 電子裝置及其電源供應的方法 - Google Patents

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Description

電子裝置及其電源供應的方法
本案是有關於一種電子裝置及其電源供應的方法，且特別是有關於一種電子裝置的充電方法。
隨著電子科技的進步，消費性電子產品成為現代人生活中必備的工具。在便於攜帶的需求上，電子產品利用信號傳輸的介面(例如通用序列匯流排介面(Universal Serial Bus,USB))來進行充電以成為一種趨勢。
請參照圖1，圖1繪示習知技術進行充電的電子裝置的示意圖。攜帶型電子裝置110透過連接介面CN1與USB充電器120的連接介面CN2相連接，並接收USB充電器120的接腳VBUS2所傳輸的電源以進行充電。其中，透過連接介面CN1以及CN2的連接，接腳VBUS1與VBUS2相互電性連接，接腳D1-與D2-相互電性連接，接腳D1+與D2+相互電性連接，且連接介面CN1以及CN2共同連接至參考接地端GND。在圖1中，攜帶型電子裝置110可透過偵測接腳D1-與D1+間的電壓判斷出USB充電器120所可 以提供的最大的電功率，其中，USB充電器120接腳D2-與D2+間的阻值與所能提供的最大的電功率間的關係是預先被定義好的(例如接腳D2-與D2+間相互短路表示可提供1.5A的最大充電能力)。
在上述的條件上，攜帶型電子裝置110可依據偵測出的USB充電器120所能提供的最大電功率來決定其充電的行為，但是，當攜帶型電子裝置110要新增別的充電規格時，則需要額外的硬體(例如在攜帶型電子裝置110以及USB充電器120兩端都增加辨識用的積體電路)方可實施，亦增加成本。
本案提供一種電子裝置及其電源供應的方法，可動態調整提供至主機的電源的電壓值。
本案的電子裝置，包括主機以及電源供應器。主機透過電源供應路徑接收電源。電源供應器透過電源供應路徑傳送電源至主機。電源供應器偵測電源供應路徑上在多數個時間區間中，主機由電源供應器分別汲取的多數個供應電流值的變化狀態，並藉以產生判斷結果。電源供應器並依據判斷結果來變更電源的電壓值。
本案的電子裝置的電源供應方法則包括：透過電源供應路徑提供電源至主機；並且，偵測電源供應路徑上在多數個時間區間中主機由電源供應器分別汲取的多數個供應電流值的變化狀 態，並藉以產生判斷結果；以及，依據判斷結果來變更電源的電壓值。
基於上述，本案的主機透過在多個時間區間中由電源供應器汲取多數個供應電流值，而電源供應器則藉由偵測電源供應路徑上的上述的多個時間區間中的供應電流值的變化狀態，來獲知關於電源的電壓值的調整資訊，藉此，電源供應器可調整合適電壓值的電源至主機，在確保主機可以接受該電壓值的安全條件下，以使主機的充電動作更具效率。
為讓本案的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
110‧‧‧攜帶型電子裝置
CN1、CN2‧‧‧連接介面
120‧‧‧USB充電器
VBUS1、VBUS2、D1+、D1-、D2+、D2-‧‧‧接腳
200‧‧‧電子裝置
210、420、500‧‧‧電源供應器
220、410‧‧‧主機
VBUS‧‧‧電源供應路徑
VSUP‧‧‧電源
AC_IN‧‧‧輸入電源
IS‧‧‧供應電流
T1~T6‧‧‧時間區間
R11~R16、R21~R26‧‧‧預設電流範圍
IN‧‧‧正常電流
411‧‧‧電源管理器
412‧‧‧內部電路
I1‧‧‧需求電流
421‧‧‧電流偵測器
422、520‧‧‧判斷電路
423、530‧‧‧電源產生器
510‧‧‧電流偵測器
531‧‧‧整流器
R1、R2、R3、RD‧‧‧電阻
TRS1‧‧‧變壓器
M1‧‧‧功率電晶體
D1‧‧‧二極體
C1‧‧‧電容
W1~W3‧‧‧繞組
GND‧‧‧參考接地端
BAT‧‧‧電池
S610~S630、S710~S782‧‧‧電源供應方法的步驟
圖1繪示習知技術進行充電的電子裝置的示意圖。
圖2繪示本案一實施例的電子裝置100的示意圖。
圖3A以及圖3B分別繪示本案不同實施方式的供應電流的電流波形示意圖。
圖4A繪示本案實施例的主機的一實施方式。
圖4B繪示本案實施例的電源供應器420的一實施方式。
圖5繪示的本案實施例的電壓供應器的一實施方式示意圖。
圖6繪示本案一實施例的電子裝置的電源供應方法的流程圖。
圖7繪示本案實施例的電子裝置的電源供應方法的實施細節的流程圖。
請參照圖2，圖2繪示本案一實施例的電子裝置100的示意圖。電子裝置200包括電源供應器210以及主機220。電源供應器210透過電源供應路徑VBUS耦接至主機220，並提供電源VSUP至主機220。於一實施例中，電源供應路徑VBUS可透過電源供應器210以及主機220上的通用序列匯流排介面相互連接而形成，且主機220可以是任意的電子產品，例如行動裝置(平板電腦或智慧型手機等)，不在此限。此外，電源供應器210可以是一個交流-直流電源轉換器，接收交流的輸入電源AC_IN並轉換輸入電源AC_IN為直流電源以作為電源VSUP。
當電源供應器210透過電源供應路徑VBUS提供電源VSUP至主機220時，供應電流可對主機220中的儲能元件(例如電池)進行充電。並且，當主機220需要電源供應器210提供不同規格的電源VSUP以進行充電時，主機220可在多數個時間區間中，分別改變由電源供應路徑VBUS上所汲取的供應電流的電流值，來告知電源供應器210的電源VSUP的規格變換動作。
相對應的，電源供應器210則在上述的多個時間區間中偵測主機220由電源供應器210分別汲取的多個供應電流值的變化狀態，並藉以產生供應電流值的變化狀態的判斷結果。電源供 應器210則可依據所獲得的判斷結果，來變更所提供的電源VSUP的規格，例如電源VSUP的電壓值。
為更清楚說明本案實施例的特徵，以下請共同參照圖2、圖3A以及圖3B，其中，圖3A以及圖3B分別繪示本案不同實施方式的供應電流的電流波形示意圖。在圖3A中，電源供應器210可偵測供應電流IS的變化，並透過判斷供應電流IS在時間區間T1~T6中是否分別於預設電流範圍R11~R16中來獲得判斷結果。在圖3A中，電源供應器210判斷出供應電流IS時間區間T1~T6中分別於預設電流範圍R11~R16中，並獲知主機220告知需要針對電源VSUP的電壓值進行調整。電源供應器210並將電源VSUP的電壓值由第一電壓值調整至第二電壓值，其中，第二電壓值可高於第一電壓值，也就是電源供應器210是針對電源VSUP進行跳壓動作。
值得注意的是，為預防誤動作的產生，上述的預設電流範圍R11~R16中，其中至少二個電流範圍是設定為不相同的，並且，預設電流範圍R11~R16可以由兩個或兩個以上的不同的電流範圍來進行排列組合而成。在圖3A中，預設電流範圍R11與R15可以是相同的，電流範圍R12、R14與R16則可以是相同的。而預設電流範圍R11~R16可被預先設定好，並將相關資訊儲存在主機220以及電源供應器210中。附帶一提的，最後一個時間週期T6所對應的預設電流範圍R16被設定為接近供應電流IS的正常電流IN的電流範圍。
另外，為顧慮到供應電流IS穩定性的問題，上述的時間區間T1~T6的設置，並不需要兩兩相互連接。舉例來說，時間區間T1與T2間可以加入適度的時間間隔。
在圖3B中，電源供應器210判斷出供應電流IS時間區間T1~T6中分別於預設電流範圍R21~R26中，並獲知主機220告知需要針對電源VSUP的電壓值進行調整動作。相較於圖3A，圖3B中對應時間區間T1~T3以及T6的預設電流範圍R21~R23、R26與圖3A的預設電流範圍R11~R13、R16相同。並且，圖3B中對應時間區間T4~T5的預設電流範圍R24~R25與圖3A的預設電流範圍R14~R15為不相同。另外，電源供應器210依據圖3B所示的供應電流IS的變化並進行將電源VSUP的電壓值由第一電壓值調整至第三電壓值，其中，第三電壓值更高於第二電壓值，也就是電源供應器210可針對電源VSUP進行不同電壓值的跳壓動作。
在本案實施例中，時間區間T1~T6中的第一時間區間T1~T3可被設定為告知電源供應器210是否要進行調整電源VSUP的訊息，而時間區間T1~T6中的第二時間區間T4~T6則可以設定為告知電源供應器210電源VSUP所要調整的電壓值的訊息。也就是說，電源供應器210可依據對應第一時間區間T1~T3的供應電流IS分別與預設電流範圍R11~R13(R21~R23)進行比較，並藉以獲知主機220有調整電源VSUP的需求，並且，電源供應器210可進一步依據對應第二時間區間T4~T6的供應電流IS分別與預設電流範圍R14~R16以及R24~R26進行比較，藉以獲知所要調 整的電源VSUP的電壓值為何。
由上述的說明可以獲知，主機220以及電源供應器210中可以設置多組的預設電流範圍組，分別對應多個所要調整的電源VSUP的電壓值。在上述的實施方式中，主機220以及電源供應器210中可以設置2組的預設電流範圍組，其中包括預設電流範圍R11~R16的預設電流範圍組可對應9V的電源VSUP的電壓值，包括預設電流範圍R21~R26的預設電流範圍組可對應12V的電源VSUP的電壓值，而未調整前的電源VSUP的電壓值則可以為5V。
當然，上述的預設電流範圍組的數目可以依據實際的需求來進行設置，沒有一定的限制。而關於各預設電流範圍組中包括的預設電流範圍的數目以及其所對應的時間區間的數目也都沒有一定的限制。另外，各時間區間的大小也沒有特定的限制，其中，各時間區間可不小於10毫秒。
透過調高電源VSUP的電壓值，電源供應器210可加速對主機220中的電池充電，達到快速充電的目的。
以下請參照圖4A，圖4A繪示本案實施例的主機的一實施方式。其中，主機410包括電源管理器411、內部電路412以及電池BAT。電源管理器411透過電源供應路徑VBUS耦接至電源供應器並接收電源。且電源管理器411可對電池BAT進行充電。
此外，主機410要對電源供應器傳送出電源VSUP的電壓值調整的需求時，電源管理器411可依據內部電路412所產生 的需求電流在多個時間區間中對電源供應路徑VBUS進行限流動作以產生對應的供應電流值。其中，需求電流I1的電流值大於各供應電流值。具體來說明，內部電路412所產生的需求電流I1可以為1.2A的條件下，電源管理器411在不限流的條件下，電源供應路徑VBUS會提供1.2A的供應電流至主機410。而透過電源管理器411進行限流，電源管理器411可使電源供應路徑VBUS上所提供的供應電流為小於1.2A的電流值。以配合圖3A來看觀察，電源管理器411可在時間區間T1間進行限流並使電源供應路徑VBUS所提供的供應電流值約等於1.0A。而在時間區間T2間，透過進行限流並使電源供應路徑VBUS所提供的供應電流值約等於0.5A。如此一來，電源管理器411可改變各時間區間中使電源供應路徑VBUS所提供的供應電流值，並藉以告知電源供應器所要進行的電源VSUP的調整動作。
以下請參照圖4B，圖4B繪示本案電源供應器420的一實施方式。電源供應器420接收輸入電源AC_IN並產生電源VSUP。電源供應器420包括電流偵測器421、判斷電路422以及電源產生器423。電流偵測器421耦接至電源供應路徑VBUS並偵測電源供應路徑VBUS上的供應電流值。判斷電路422一端耦接至電流偵測器421，並針對電流偵測器421所偵測出的電源供應路徑VBUS上的供應電流值的變化狀態進行判斷，並藉以產生判斷結果。關於判斷電路422的判斷流程，在關於圖2、3A以及3B的實施方式中已有詳細的介紹，於此將不多贅述。
判斷電路422另一端耦接至電源產生器423，並提供判斷結果至電源產生器423。電源產生器423則依據判斷結果對輸入電源AC_IN進行電壓轉換動作，以調整電源VSUP的電壓值。
關於電源供應器的實施細節，請參照圖5繪示的本案實施例的電源供應器的一實施方式示意圖。電源供應器500包括電流偵測器510、判斷電路520以及電源產生器530。電源產生器530包括整流器531、電阻R1、R2形成的分壓器、變壓器TRS1、功率電晶體M1以及二極體D1、電容C1以及電阻R3所形成的整流電路。整流器531接收輸入電源AC_IN並進行整流，並將整流後的結果傳送至變壓器TRS1的一次測(Primary-side feedback)上的繞組W1的一端。繞組W1的另一端耦接至功率電晶體M1的源極，而功率電晶體M1的汲極則耦接至電流偵測器510。另外，功率電晶體M1的閘極則耦接至判斷電路520。變壓器TRS1的一次側另包括繞組W2。繞組W2的一端連接至電阻R1，繞組W2的另一端耦接至參考接地端GND。變壓器TRS1的二次側上的繞組W3則耦接至二極體D1、電容C1以及電阻R3所形成的整流電路，此整流電路耦接至電源供應路徑VBUS。
判斷電路520耦接至電流偵測器510以及電阻R1及R2所形成的分壓器。判斷電路520可依據電流偵測器510所測得的流過功率電晶體M1的電流，以及電阻R1及R2之間所測得的電壓值來產生信號以控制功率電晶體M1的導通或關閉。電流偵測器510串接在功率電晶體M1的汲極以及參考接地電壓GND間的電 阻RD。
詳細而言，判斷電路520可在不同的時間區間中，透過電流偵測器510偵測所獲得的電流，得知電源供應路徑VBUS上供應電流的變化狀態，並透過偵測電阻R1、R2的之間的電壓值，控制功率電晶體M1以調整電源的電壓值。其中，判斷電路520提供至功率電晶體M1閘極的信號可以為脈寬調變信號。值得注意的，判斷電路520以及電流偵測器510都建構在變壓器TRS1的一次側端，不會影響到變壓器TRS1的二次側端所產生的電源的品質。
以下請參照圖6，圖6繪示本案一實施例的電子裝置的電源供應方法的流程圖。在步驟S610中，電源供應器透過電源供應路徑提供電源至主機，並在步驟S620中，電源供應器藉由偵測電源供應路徑上在多數個時間區間中，主機由電源供應器分別汲取的多數個供應電流值的變化狀態，並藉以產生一判斷結果；接著，在步驟S630中，電源供應器則可依據判斷結果來變更電源的電壓值。
關於各步驟的實施細節，可以請參照前述的多個實施例即實施方式。或者，亦可參照以下說明的圖7的實施細節。
以下，請參照圖7，圖7繪示本案實施例的電子裝置的電源供應方法的實施細節的流程圖。在初始狀態下，電源的電壓值例如等於5V，供應電流IS大於0.3A。步驟S710中，偵測供應電流IS是否在時間區間T1維持於預設電流範圍0.3~0.7A間，時間 區間T1長短為100毫秒+-20%。在步驟S720中，偵測供應電流IS是否在時間區間T2維持於預設電流範圍0.8~1.2A間，時間區間T2長短為100毫秒+-20%。在步驟S730中，則偵測供應電流IS是否在時間區間T3維持預設電流範圍0~0.3A間，時間區間T3長短為100毫秒+-20%。
接著，在步驟S741中則偵測供應電流IS是否在時間區間T4維持於預設電流範圍0.3~0.5A間，步驟S742中則偵測供應電流IS是否在時間區間T4維持於預設電流範圍0.8~1.2A間，時間區間T4長短為100毫秒+-20%。其中，若步驟S741及S742的偵測結果皆為否，則返回起始步驟。若步驟S741的偵測結果為是，則執行步驟S751，若步驟S742的偵測結果為是，則執行步驟S752。
步驟S751及S752則分別偵測供應電流IS是否在時間區間T5維持於預設電流範圍0~0.3A間及0.3~0.5A間，時間區間T5長短為100毫秒+-20%。若步驟S751及S752其中之一的偵測結果為否時，則返回起始步驟。若步驟S751的偵測結果為是，則執行步驟S761，若步驟S752的偵測結果為是，則執行步驟S762。
步驟S761及S762則同樣偵測供應電流IS是否在時間區間T6維持於預設電流範圍0.8~1.2A間，時間區間T6長短為100毫秒+-20%。若步驟S761及S762其中之一的偵測結果為否，則返回起始步驟。若步驟S761的偵測結果為是，則執行步驟S771，若步驟S762的偵測結果為是，則執行步驟S772。
步驟S771及S772同為執行電源的跳壓動作，其中，步 驟S771使電源的電壓值變更為12V，步驟S772使電源的電壓值變更為9V。
值得注意的，因為USB規範之輸出電壓為5V，考慮到使用者可能以不同種類的主機與電源供應器連接(有機會燒毀不支援高壓充電的主機)。如果使用者一但拔除接頭，或者是電流小於一定程度(此時快充也非必要)，降為5V確保安全。故本案當電源的電壓值變更為12V或9V後，電源供應器更可針對電源供應路徑上的供應電流進行偵測，並在當供應電流不大於預設臨界電流值(例如0.1A)時，電源供應器可調整電源的電壓值為原始的電壓值(5V)(步驟S781及S782)。
綜上所述，本案的主機透過在多個時間區間中由電源供應器汲取多數個供應電流值，來變更電源供應路徑上的供應電流值，電源供應器則透過偵測在多個時間區間中，供應電流值的變化狀態，來獲知需要進行的電源的電壓值的調整動作。如此一來，在不需要多餘的硬體裝置下，電源供應器可以自動調整以提供不同電壓值的電源至主機，以因應主機不同電壓值的電源的需求。也就是說，在不增加成本的條件下，提升電子裝置的電源的可調整性，有效提升系統的效能。
200‧‧‧電子裝置
210‧‧‧電源供應器
220‧‧‧主機
VBUS‧‧‧電源供應路徑
VSUP‧‧‧電源
AC_IN‧‧‧輸入電源

Claims (14)

  1. 一種電子裝置，包括：一主機，透過一電源供應路徑接收一電源；以及一電源供應器，透過該電源供應路徑傳送該電源至該主機，該電源供應器在多數個時間區間中偵測該電源供應路徑，該主機由該電源供應器分別汲取的多數個供應電流值的變化狀態，並藉以產生一判斷結果，並依據該判斷結果變更該電源的電壓值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該些時間區間包括多數個第一時間區間以及多數個第二時間區間，該電源供應器依據該些第一時間區間分別對應的多數個第一供應電流值以決定是否進行該電源的調整，並依據該些第二時間區間分別對應的多數個第二供應電流值以決定該電源要調整的電壓值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電源供應器接收多數個預設電流範圍組，該些預設電流範圍組分別對應多數個調整電壓值，各該預設電流範圍組包括分別對應該些時間區間的多數個預設電流範圍，該電源供應器針對該些供應電流值與各該預設電流範圍組的該些預設電流範圍進行比較，並藉以選擇該些調整電壓值的其中之一以調整該電源的電壓值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該主機包括：一電源管理器，耦接該電源供應路徑，該電源管理器依據一需求電流在該些時間區間中對該電源供應路徑進行限流動作以產生該些供應電流值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電源供應器依據該判斷結果將該供應電源的電壓值由一第一電壓值調整為一第二電壓值，其中，該第二電壓值大於該第一電壓值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電源的電壓值被調整為該第二電壓值後，若該電源供應器偵測該電源供應路徑上的電流不大於一預設臨界電流值時，調整該電源的電壓值為該第一電壓值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電源供應器包括：一電流偵測器，耦接該電源供應路徑，並偵測該電源供應路徑上的電流值；一判斷電路，分別在該些時間區間判斷該些供應電流值的變化狀態，並藉以產生該判斷結果；以及一電源產生器，耦接該判斷電路，並依據該判斷結果來變更該供應電源的電壓值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該主機透過通用序列匯流排介面來提供該電源供應路徑。
  9. 一種電子裝置的電源供應方法，包括：透過一電源供應路徑提供一電源至一主機；偵測該電源供應路徑上在多數個時間區間中該主機分別汲取的多數個供應電流值的變化狀態，並藉以產生一判斷結果；以及依據該判斷結果來變更該電源的電壓值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電源供應方法，其中該些時間區間包括多數個第一時間區間以及多數個第二時間區間，其中偵測該電源供應路徑上在該些時間區間中該主機由該電源供應器分別汲取的該些供應電流值的變化狀態的步驟包括：依據該些第一時間區間分別對應的多數個第一供應電流值以決定是否進行該電源的調整，並依據該些第二時間區間分別對應的多數個第二供應電流值以決定該電源要調整的電壓值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的電源供應方法，其中偵測該電源供應路徑上在該些時間區間中該主機由該電源供應器分別汲取的該些供應電流值的變化狀態的步驟包括：接收多數個預設電流範圍組，該些預設電流範圍組分別對應多數個調整電壓值，各該預設電流範圍組包括分別對應該些時間區間的多數個預設電流範圍；以及針對該些供應電流值與各該預設電流範圍組的該些預設電流範圍進行比較，並藉以選擇該些調整電壓值的其中之一以調整該電源的電壓值。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的電源供應方法，其中更包括：依據一需求電流在該些時間區間中在該電源供應路徑進行限流動作以產生該些供應電流值。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的電源供應方法，其中依據該判斷結果來變更該電源的電壓值的步驟包括： 依據該判斷結果將該電源的電壓值由一第一電壓值調整為一第二電壓值，其中，該第二電壓值大於該第一電壓值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的電源供應方法，其中將該電源的電壓值由該第一電壓值調整為該第二電壓值的步驟之後，更包括：偵測該電源供應路徑上的供應電流不大於一預設臨界電流值時，調整該電源的電壓值為該第一電壓值。
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