TWI534601B - 可擴充裝置以及其供電方法 - Google Patents

Description

可擴充裝置以及其供電方法

本發明係有關於供電系統，尤指可擴充裝置以及其供電方法。

由於市場的需求與趨勢平板電腦與筆記型電腦除了講究輕薄之外，攜帶方便也是重要的考量之一。因此沿生出變型平板電腦(Detachable laptop/notebook)。變型平板電腦本體主要包含二部分即是平板電腦外再加上擴充底座。然而平板電腦和擴充底座都有其獨立的電池，電池在放電模式(DC Mode)下應該有什麼樣的放電行為是對使用者最方便也最友善。在某些實現方式中，放電模式下會先讓擴充底座的電池提供能量給系統直到電池能量放至0%時再切換至平板電腦的電池供電給系統。然而為達到這樣的切換放電行為會遇到平板電腦在開機狀態下出現擴充底座做接合或是分離的動作時會造成平板電腦瞬間斷電的嚴重問題。

基於上述目的，本發明揭露了一種可擴充裝置，包括一主裝置、一主裝置電池、一連接器、一開關以及一降壓轉換器。上述連接器用於連接一擴充裝置。上述開關耦接該主 裝置電池，當該連接器沒有連接該擴充裝置或連接到之該擴充裝置之一擴充裝置電池已經充分放電時，會關閉藉以由該主裝置電池對該主裝置供電。上述降壓轉換器用於對該主裝置提供具有一備用電壓之供電，其中該備用電壓小於該主裝置電池完全放電後之一放電電壓。

本發明更揭露了一種供電方法，適用於一可擴充裝置，該可擴充裝置包括可連接到一擴充裝置之一主裝置，該供電方法包括：偵測一連接器是否已連接該擴充裝置；當該連接器沒有連接該擴充裝置或連接之該擴充裝置之一擴充裝置電池已經充分放電時，藉由關閉一開關而由一主裝置電池對該主裝置供電；以及藉由一降壓轉換器，用於對該主裝置提供具有一備用電壓之供電，其中該備用電壓小於該主裝置電池完全放電後之一放電電壓。

100‧‧‧主裝置充電器

102‧‧‧主裝置電池

104‧‧‧開關

106‧‧‧主裝置二極體

108‧‧‧降壓轉換器

110‧‧‧主裝置

120‧‧‧連接器

140‧‧‧擴充裝置充電器

142‧‧‧擴充裝置電池

144‧‧‧擴充裝置二極體

146‧‧‧擴充裝置

30‧‧‧驅動器

32‧‧‧P MOS

S400、S402、...、S410‧‧‧步驟

第1圖係顯示本發明實施例中一種可擴充裝置1的方塊圖。

第2圖係顯示第1圖中主裝置部分獨自運作的示意圖。

第3圖係顯示本發明實施例中另一種可擴充裝置3的方塊圖。

第4圖係顯示本發明實施例中一種供電方法4的流程圖。

在此必須說明的是，於下揭露內容中所提出之不同實施例或範例，係用以說明本發明所揭示之不同技術特徵， 其所描述之特定範例或排列係用以簡化本發明，然非用以限定本發明。此外，在不同實施例或範例中可能重覆使用相同之參考數字與符號，此等重覆使用之參考數字與符號係用以說明本發明所揭示之內容，而非用以表示不同實施例或範例間之關係。

第1圖係顯示本發明實施例中一種可擴充裝置1的方塊圖。可擴充裝置1包括主裝置部分以及擴充裝置部分，其中，主裝置部分包括主裝置充電器100、主裝置電池102、開關電路104、主裝置二極體106、降壓轉換器108、主裝置110、以及連接器120，擴充裝置部分包括擴充裝置充電器140、擴充裝置電池142、擴充裝置二極體144、以及擴充裝置146。主裝置部分不需擴充裝置即可獨自運作，並藉由連接器120和擴充裝置部分和連接在一起，以提供擴充功能。可擴充裝置1可以是變型平板電腦、可擴充手提電腦、以及其他可擴充可攜裝置。

主裝置部分和擴充裝置部分都有獨立電池。在放電模式下，主裝置充電器100和擴充裝置充電器140不會對擴充裝置電池142充電。當主裝置部分獨自運作時，主裝置110由主裝置電池102獨自供電。當主裝置部分和擴充裝置部分連接運作時，主裝置110首先由擴充裝置電池142提供供電直到擴充裝置電池142電量用盡後，才會切換到主裝置電池102繼續供電。當主裝置部分與擴充裝置部分接合或是分離時，可擴 充裝置1藉由降壓轉換器108提供供電，避免接合或是分離時主裝置110瞬間斷電。

降壓轉換器108耦接主裝置電池102，並將主裝置電池102的輸出電壓下轉換以產生一備用電壓，該備用電壓小於主裝置電池102完全放電後的放電電壓。主裝置電池102可以是2串、3串或其他串數的電池包裝。例如，若1串電池的充飽電壓為4.2V，放電電壓為3V時，2串電池包裝之主裝置電池102的充飽電壓為8.4V且放電電壓為6V。在這個情況下，降壓轉換器108可設定將主裝置電池102的輸出電壓下轉換至5.9V，低於2串電池包裝的放電電壓6V。在另一個例子中，3串電池包裝之主裝置電池102的充飽電壓為12.6V且放電電壓為9V，降壓轉換器108可設定將主裝置電池102的輸出電壓下轉換至8V，低於3串電池包裝的放電電壓9V。降壓轉換器108可以是降壓型轉換器(Buck Converter)或升降壓型轉換器(Single-ended Primary Inductor Converter，SEPIC)。

當擴充裝置部分接上連接器120且擴充裝置部分的電池142電量尚未用盡時，主裝置110會從擴充裝置電池142獲取供電。當擴充裝置部分沒有***連接器120或是擴充裝置部分的電池142電量用盡時，主裝置110會從主裝置電池102獲取供電。可擴充裝置1藉由訊號D_BAT判斷擴充裝置部分的狀態。訊號D_BAT係表示擴充裝置電池142的電量。當擴充裝置電池142內部尚餘可輸出的電量時，訊號D_BAT會是 1；當擴充裝置電池142內部電量大約為0時，訊號D_BAT會是0。當擴充裝置部分接上連接器120時可透過連接器120將訊號D_BAT傳至開關電路104，用以控制主裝置部分要由主裝置電池102提供或切斷供電。當訊號D_BAT表示擴充裝置電池142還有電量時，開關電路104會打開藉以切斷主裝置電池102對主裝置110的供電。當訊號D_BAT表示擴充裝置電池142沒有電量時，開關電路104會關閉藉以由主裝置電池102提供對主裝置110的供電。當擴充裝置部分沒有接上連接器120時，訊號D_BAT也會是0，同時開關電路104會關閉藉以由主裝置電池102提供對主裝置110的供電。

當可擴充裝置1是在開機的狀態下時，訊號PWR_ON會切換到一個固定電壓例如“+5V”，用以致能(Enable)降壓轉換器108，使其隨時輸出備用電壓的電並聯供電給主裝置110，避免因主裝置部分與擴充裝置部分在開機模式下做插拔時造成系統瞬間斷電關機；反之當可擴充裝置1在關機或功率狀態S5模式下時，訊號PWR_ON會是”0V”，用以除能(Disable)降壓轉換器108。即，降壓轉換器108只有在可擴充裝置1開機時會運作，在可擴充裝置1關機或功率狀態S5模式時降壓轉換器108會停止運作而不會消耗電量。因此，降壓轉換器108的待機耗損只有數10個微安培(uA)且主裝置電池102供電給系統的電不經過降壓轉換器108，因此沒有所謂的輕載時轉換效率低或是只有50%到60%的問題，可以改善S5 模式下的待機時間，使其接近跟沒有接降壓轉換器108一樣好。換言之，如果單獨平板S5模式下的待機時間是30天，那麼主裝置部分和擴充裝置部分結合的S5模式下的待機時間將是接近60天。

接著請參考第2圖，顯示第1圖實施例中主裝置部分獨自運作的示意圖。由於擴充裝置部分沒有接上連接器120，訊號D_BAT會是0，開關電路104會關閉藉以由主裝置電池102提供供電給主裝置110。

主裝置110可由包括開關電路104和主裝置二極體106的上半部電路路徑或是包括降壓轉換器108的下半部電路路徑獲得供電。但是，由於降壓轉換器108輸出的備用電壓小於主裝置二極體106輸出的電壓，所以當主裝置電池102還有電量對主裝置110供電時就只會經過上半部電路路徑對主裝置110放電，不會經過降壓轉換器108對主裝置110供電。這樣可避開主裝置110工作時需經過轉換器所造成的轉換損耗且可以改善散熱問題。

例如，當主裝置電池102為2串電池包裝時，降壓轉換器108的輸出電壓被設定在比電池只剩下0%時的電壓(6V)還低的5.9V。在這樣的設定下電池只會經過上半部電路路徑對主裝置110放電。這樣可避開主裝置110工作時需經過轉換器所造成的轉換損耗且可以改善熱問題。同理，當主裝置110在開機的狀態下，訊號PWR_ON會是5V的輸出用以致能降壓 轉換器108。如此一來隨時都有一組5.9V的電並連供電給可擴充裝置1可以避免因主裝置部分與擴充裝置部分在開機模式下做插拔時造成系統瞬間斷電關機；反之當主裝置110是在關機或S5模式下訊號PWR_ON會是0V，藉以除能降壓轉換器108，減低轉換器所造成的轉換損耗以及散熱問題。在主裝置電池102為3串電池包裝的例子中，由於降壓轉換器108的輸出電壓被設定在8V比電池只剩下0%時的電壓還低，在這樣的設定下電池只會經過上半部電路路徑對主裝置110放電。

回到第1圖，當主裝置部分與擴充裝置部分合體時，訊號D_BAT為1或是擴充裝置電池142電壓，開關電路104不會導通，此時平板端的電池將透過降壓轉換器108對主裝置110供電，同時擴充裝置電池142也會對主裝置110供電。由於降壓轉換器108輸出的備用電壓低於擴充裝置電池142完全放電時的放電電壓，所以主裝置110的電將會是由擴充裝置電池142先供電直到電池進入0%保護然後才繼續由主裝置電池102供電。又因為擴充裝置電池142時電池包裝的輸出電壓會是0V，即訊號D_BAT=0V會讓開關電路104導通，主裝置電池102經由開關電路104對主裝置110放電。放電路徑會跟平板電腦單獨存在時的工作原理相同。

如果使用者在開機的狀態下對主裝置部分與擴充裝置部分間做插拔的動作時，因為降壓轉換器108一直都是備用供電給主裝置110，所以主裝置110不會有瞬間斷電的問題 發生。

下面表1歸類出上述所有的操作模式：

由表1可以得知：

●主裝置和擴充裝置部分開機合體時，擴充裝置電池142有電時先供電給主裝置110直到擴充裝置電池142沒電再由主裝置電池102經由開關電路104對主裝置110供電而且降壓轉換器108一直被致能。

●主裝置和擴充裝置部分關機合體時，擴充裝置電池142有電時先供電給主裝置110直到擴充裝置電池142沒電再由主裝置電池102經由開關電路104對主裝置110供電而且降壓轉換器108一直被除能。

●單獨主裝置部分開機時主裝置電池102經由開關電路104對主裝置110供電且降壓轉換器108一直被致能。

●單獨主裝置部分開機時主裝置電池102經由開關電路104對主裝置110供電且降壓轉換器108一直被除能。

第3圖係顯示本發明實施例中另一種可擴充裝置3的方塊圖。第3圖和第1圖的不同在於揭露開關電路104的一種實現方式。開關電路104包括驅動器30以及PMOS電晶體32。當合體且擴充裝置電池142有電時，驅動器30會收到非零的訊號D_BAT藉以打開PMOS電晶體32進而切斷上半部電路路徑，停止由主裝置電池102供電。反之，當主裝置和擴充裝置部分分開或擴充裝置電池142沒電時，驅動器30會收到訊號D_BAT為零藉以關閉PMOS電晶體32，並導通上半部電路路徑，由主裝置電池102供電。

第1、第2和第3圖的可擴充裝置藉由降壓轉換器108以及開關電路104，可在電池放電的狀態下不需透過控制器控制讓擴充裝置電池142先對系統供電直到電池容量到0%時自動切換續由主裝置電池102對主裝置110供電，同時持續對主裝置110提供備用電源以避免使用者在開機的狀態下對主裝置部分與擴充裝置部分間做插拔而造成的瞬間斷電問題，改善電池的供電效率、增加待機時間(Battery life)、以及將低系統工作時的溫升或熱的問題(Thermal Issue)。

第4圖係顯示本發明實施例中一種供電方法4的流程圖，使用第1圖的可擴充裝置1。

在供電方法4開始時，可擴充裝置1在開機以及放電狀態(S400)。接著開關電路104偵測擴充裝置146的狀態(S402)。該擴充裝置146的狀態包括擴充裝置146是否已連接 上連接器120以及擴充裝置146的擴充裝置電池142之電量，並且由訊號D_BAT表示。

開關電路104根據擴充裝置146的狀態來導通或切斷由主裝置電池102的供電(S404)。當擴充裝置146已經連接上連接器120且擴充裝置電池142有電時，開關電路104會被打開而切斷主裝置電池102對主裝置110的供電，擴充裝置電池142可對主裝置110放電(S408)；當擴充裝置146沒有連接上連接器120或擴充裝置電池142沒電時，擴充裝置電池142無法對主裝置110放電，開關電路104會被關閉而路徑導通，由主裝置電池102對主裝置110供電(S406)。

無論可擴充裝置1由主裝置電池102或擴充裝置電池142供電，降壓轉換器108都會對主裝置110提供具有備用電壓之供電(S410)，避免使用者在開機的狀態下對主裝置部分與擴充裝置部分間做插拔而造成主裝置電池102或擴充裝置電池142的瞬間斷電問題。該備用電壓小於主裝置電池102或擴充裝置電池142完全放電後之放電電壓。在某些實施例中，降壓轉換器108僅有在可擴充裝置1開機時才會被啟動用於產生該備用電壓。當可擴充裝置1在關機或S5狀態時，降壓轉換器108會被除能而不提供備用電壓。如此一來可減低降壓轉換器108所造成的轉換損耗且可以改善熱問題。

供電方法4藉由可擴充裝置1中的降壓轉換器108以及開關電路104在電池放電的狀態下不需透過控制器控制讓擴充裝置電池142先對系統供電直到電池容量到0%時自動切換續由主裝置電池102對主裝置110供電，同時持續對主裝置 110提供備用電源以避免使用者在開機的狀態下對主裝置部分與擴充裝置部分間做插拔而造成的瞬間斷電問題，改善電池的供電效率、增加待機時間、以及將低系統工作時的溫升或熱的問題。

本發明描述之各種邏輯區塊、模組、單元、以及電路的操作以及功能可以利用電路硬體或嵌入式軟體碼加以實現，該嵌入式軟體碼可以由一處理器存取以及執行。

本發明雖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，當可做些許的更動與潤飾，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。

100‧‧‧主裝置充電器

102‧‧‧主裝置電池

104‧‧‧開關

106‧‧‧主裝置二極體

108‧‧‧降壓轉換器

110‧‧‧主裝置

120‧‧‧連接器

140‧‧‧擴充裝置充電器

142‧‧‧擴充裝置電池

144‧‧‧擴充裝置二極體

146‧‧‧擴充裝置

Claims (10)

1. 一種可擴充裝置，包括：一主裝置；一主裝置電池；一連接器，用於連接一擴充裝置；一開關，耦接該主裝置電池，當該連接器沒有連接該擴充裝置或連接到之該擴充裝置之一擴充裝置電池已經充分放電時，會關閉藉以由該主裝置電池對該主裝置供電；以及一降壓轉換器，用於對該主裝置提供具有一備用電壓之供電，其中該備用電壓小於該主裝置電池完全放電後之一放電電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可擴充裝置，其中當該主裝置關機或在功率狀態S5時，該降壓轉換器會被除能藉以對該主裝置停止提供供電。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可擴充裝置，其中當該主裝置在開機時，該降壓轉換器會被致能藉以對該主裝置提供供電。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可擴充裝置，其中，當該連接器連接該擴充裝置且連接到之該擴充裝置之該擴充裝置電池尚未完全放電時，該開關會打開藉以停止由該主裝置電池對該主裝置供電，並由該擴充裝置電池對該主裝置供電。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可擴充裝置，其中，當該連接器沒有連接該擴充裝置或連接到之該擴充裝置之一擴充裝置電池已經充分放電時，該開關會根據一擴充裝置電量訊 號而被關閉，藉以由該主裝置電池對該主裝置供電。
6. 一種供電方法，適用於一可擴充裝置，該可擴充裝置包括可連接到一擴充裝置之一主裝置，該供電方法包括：偵測一連接器是否已連接該擴充裝置；當該連接器沒有連接該擴充裝置或連接之該擴充裝置之一擴充裝置電池已經充分放電時，藉由關閉一開關而由一主裝置電池對該主裝置供電；以及藉由一降壓轉換器，對該主裝置提供具有一備用電壓之供電，其中該備用電壓小於該主裝置電池完全放電後之一放電電壓。
7. 如申請專利範圍第6項所述之供電方法，更包括：當該主裝置關機或在功率狀態S5時，除能該降壓轉換器藉以停止由降壓轉換器對該主裝置提供供電。
8. 如申請專利範圍第6項所述之供電方法，其中，該藉由該降壓轉換器用於對該主裝置提供具有該備用電壓之供電步驟包括：當該主裝置在開機時，該降壓轉換器會被致能藉以對該主裝置提供供電。
9. 如申請專利範圍第6項所述之供電方法，更包括：當該連接器連接該擴充裝置且連接到之該擴充裝置之該擴充裝置電池尚未完全放電時，該開關會打開藉以停止由該主裝置電池對該主裝置供電，並由該擴充裝置電池對該主裝置供電。
10. 如申請專利範圍第6項所述之供電方法，其中，該藉由關閉該開關而由該主裝置電池對該主裝置供電步驟包括：當該連接器沒有連接該擴充裝置或連接到之該擴充裝置之一擴充 裝置電池已經充分放電時，該開關會根據一擴充裝置電量訊號而被關閉，藉以由該主裝置電池對該主裝置供電。