TWI751518B - 支援電力輸送之充電裝置 - Google Patents

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Abstract

一種支援電力輸送之充電裝置，包括：一橋式整流器、一第一電容器、一變壓器、一功率切換器、一輸出級電路、一回授補償電路、一脈衝寬度調變積體電路、一放電電路，以及一控制器。橋式整流器係根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位。變壓器包括一主線圈和一副線圈，其中主線圈係用於接收整流電位，而副線圈係用於產生一感應電位。輸出級電路係根據感應電位和一第一控制電位來產生一輸出電位。控制器係根據輸出電位來產生該第一控制電位和一第二控制電位。放電電路係根據第二控制電位來選擇性地降低輸出電位之電位位準。

Description

支援電力輸送之充電裝置
本發明係關於一種充電裝置，特別係關於一種可支援電力輸送之充電裝置。
傳統充電裝置通常須先與電子裝置作溝通，然後再對電子裝置執行充電操作。然而，在充電裝置與電子裝置進行溝通之前，常因電子裝置不符合安全輸入標準而造成溝通及充電操作雙雙失敗，此將降低充電裝置之可靠度。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服傳統設計所面臨之困境。
在較佳實施例中，本發明提出一種支援電力輸送之充電裝置，包括：一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位；一第一電容器，儲存該整流電位；一變壓器，包括一主線圈和一副線圈，其中該主線圈係用於接收該整流電位，而該副線圈係用於產生一感應電位；一功率切換器，選擇性地將該主線圈耦接至大地；一輸出級電路，根據該感應電位和一第一控制電位來產生一輸出電位；一回授補償電路，耦接至該輸出級電路，並產生一回授電位，其中該回授補償電路包括一線性光耦合器和一穩壓器；一脈衝寬度調變積體電路，根據該回授電位來產生一脈衝寬度調變電位；一控制器，監控該輸出電位，並根據該輸出電位來產生該第一控制電位和一第二控制電位；以及一放電電路，根據該第二控制電位來選擇性地降低該輸出電位之電位位準。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之充電裝置100之示意圖。充電裝置100可支援電力輸送(Power Delivery，PD)，並可提供電力給一電子裝置，例如：一智慧型手機、一平板電腦，或是一筆記型電腦。如第1圖所示，充電裝置100包括：一橋式整流器110、一第一電容器C1、一變壓器120、一功率切換器130、一輸出級電路140、一回授補償電路150、一脈衝寬度調變電路160、一放電電路170，以及一控制器180。必須理解的是，雖然未顯示於第1圖中，但充電裝置100更可包括其他元件，例如：一處理器、一顯示器、一觸控模組、一供電模組，或(且)一外殼。
橋式整流器110係根據一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2來產生一整流電位VR。第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2皆可來自一外部輸入電源，其中第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2之間可形成具有任意頻率和任意振幅之一交流電壓。例如，交流電壓之頻率可約為50Hz或60Hz，而交流電壓之方均根值可約為110V或220V，但亦不僅限於此。第一電容器C1可用於儲存整流電位VR。變壓器120包括一主線圈121和一副線圈122，其中主線圈121可位於變壓器120之一側，而副線圈122則可位於變壓器120之相對另一側。主線圈121係用於接收整流電位VR，而作為對整流電位VR之回應，副線圈122可用於產生一感應電位VS。功率切換器130係選擇性地將主線圈121耦接至大地190。大地190可指地球，或指耦接至地球之任一接地路徑，其並非屬於充電裝置100之內部元件。輸出級電路140可根據感應電位VS和一第一控制電位VC1來產生一輸出電位VOUT。回授補償電路150係耦接至輸出級電路140，並可產生一回授電位VF，其中回授補償電路150包括一線性光耦合器152和一穩壓器154。脈衝寬度調變積體電路160可根據回授電位VF來產生一脈衝寬度調變電位VM。放電電路170可根據一第二控制電位VC2來選擇性地降低輸出電位VOUT之電位位準。控制器180可監控輸出電位VOUT，並根據輸出電位VOUT來產生第一控制電位VC1和第二控制電位VC2。在此設計下，若電子裝置不符合安全輸入標準，則充電裝置100之放電電路170可先針對此電子裝置進行微調，以確保整體充電操作可順利完成。因此，本發明將能大幅改善充電裝置100之可靠度和輸出穩定度。
以下實施例將介紹充電裝置100之詳細結構及操作方式。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明之範圍。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之充電裝置200之示意圖。在第2圖之實施例中，充電裝置200具有一第一輸入節點NIN1、一第二輸入節點NIN2，以及一輸出節點NOUT，並包括一橋式整流器210、一第一電容器C1、一變壓器220、一功率切換器230、一輸出級電路240、一回授補償電路250、一脈衝寬度調變電路260、一放電電路270，以及一控制器280。充電裝置200之第一輸入節點NIN1和第二輸入節點NIN2可由一外部輸入電源處分別接收一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2，而充電裝置200之輸出節點NOUT可輸出一輸出電位VOUT至一電子裝置400(可參考後面第4圖)，其中充電裝置200和電子裝置400皆有支援電力輸送和USB Type-C規格。
橋式整流器210包括一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3，以及一第四二極體D4。第一二極體D1之陽極係耦接至第一輸入節點NIN1，而第一二極體D1之陰極係耦接至一第一節點N1以輸出一整流電位VR。第二二極體D2之陽極係耦接至大地290，而第二二極體D2之陰極係耦接至第一輸入節點NIN1。大地290可指地球，或指耦接至地球之任一接地路徑，其並非屬於充電裝置200之內部元件。第三二極體D3之陽極係耦接至第二輸入節點NIN2，而第三二極體D3之陰極係耦接至第一節點N1。第四二極體D4之陽極係耦接至大地290，而第四二極體D4之陰極係耦接至第二輸入節點NIN2。
第一電容器C1之第一端係耦接至第一節點N1以接收並儲存整流電位VR，而第一電容器C1之第二端係耦接至大地290。
變壓器220包括一主線圈221和一副線圈222，其中主線圈221可位於變壓器220之一側，而副線圈222則可位於變壓器220之相對另一側。主線圈221之第一端係耦接至第一節點N1以接收整流電位VR，而主線圈221之第二端係耦接至一第二節點N2。在一些實施例中，功率切換器230係根據一脈衝寬度調變電位VM來選擇性地將第二節點N2耦接至大地290。例如，若脈衝寬度調變電位VM為高邏輯位準，則功率切換器230即將第二節點N2耦接至大地290(亦即，功率切換器230可近似於一短路路徑)；反之，若脈衝寬度調變電位VM為低邏輯位準，則功率切換器230不會將第二節點N2耦接至大地290(亦即，功率切換器230可近似於一開路路徑)。副線圈222之第一端係耦接至一第三節點N3以輸出一感應電位VS，而副線圈222之第二端係耦接至一接地電位VSS(例如：0V)。
輸出級電路240包括一第一電晶體M1、一第二電晶體M2、一第二電容器C2，以及一第三電容器C3。第一電晶體M1和第二電晶體M2可各自為一N型金氧半場效電晶體。第一電晶體M1之控制端係用於接收一時脈電位VA，第一電晶體M1之第一端係耦接至一第四節點N4，而第一電晶體M1之第二端係耦接至第三節點N3以接收感應電位VS。在一些實施例中，時脈電位VA係來自於控制器280，其中時脈電位VA與脈衝寬度調變電位VM大致具有相同波形，但兩者之相位差約等於180度。第二電容器C2之第一端係耦接至第四節點N4，而第二電容器C2之第二端係耦接至接地電位VSS。第二電晶體M2之控制端係用於接收一第一控制電位VC1，第二電晶體M2之第一端係耦接至輸出節點NOUT，而第二電晶體M2之第二端係耦接至第四節點N4。第三電容器C3之第一端係耦接至輸出節點NOUT，而第三電容器C3之第二端係耦接至接地電位VSS。
回授補償電路250包括一線性光耦合器252、一穩壓器254、一第一電阻器R1、一第二電阻器R2、一第四電容器C4，以及一第五電容器C5。在一些實施例中，線性光耦合器252係由一PC817電子元件來實施。線性光耦合器252包括一發光二極體DL和一雙載子接面電晶體Q1。發光二極體DL之陽極係耦接至第四節點N4，而發光二極體DL之陰極係耦接至一第五節點N5。雙載子接面電晶體Q1之集極係耦接至一第六節點N6以輸出回授電位VF，而雙載子接面電晶體Q1之射極係耦接至大地290。第四電容器C4之第一端係耦接至第六節點N6，而第四電容器C4之第二端係耦接至大地290。第五電容器C5之第一端係耦接至第五節點N5，而第五電容器C5之第二端係耦接至一第七節點N7。第一電阻器R1之第一端係耦接至第四節點N4，而第一電阻器R1之第二端係耦接至第七節點N7。第二電阻器R2之第一端係耦接至第七節點N7，而第二電阻器R2之第二端係耦接至接地電位VSS。在一些實施例中，穩壓器254係由一TL431電子元件來實施。穩壓器254之陽極係耦接至接地電位VSS，穩壓器254之陰極係耦接至第五節點N5，而穩壓器254之參考端係耦接至第七節點N7。
脈衝寬度調變積體電路260係根據回授電位VF來產生脈衝寬度調變電位VM。例如，脈衝寬度調變積體電路260可由一誤差放大器和一比較器來實施。輸出脈衝寬度調變電位VM可用於調整功率切換器230之工作週期。
放電電路270包括一第三電晶體M3、一第五二極體D5、一第六電容器C6、一第三電阻器R3，以及一電感器L1。第三電晶體M3可為一N型金氧半場效電晶體。第三電晶體M3之控制端係用於接收一第二控制電位VC2，第三電晶體M3之第一端係耦接至一第八節點N8，而第三電晶體M3之第二端係耦接至輸出節點NOUT。第五二極體D5之陽極係耦接至第八節點N8，而第五二極體D5之陰極係耦接至一第九節點N9。第六電容器C6之第一端係耦接至第九節點N9，而第六電容器C6之第二端係耦接至接地電位VSS。第三電阻器R3之第一端係耦接至第四節點N4，而第三電阻器R3之第二端係耦接至第九節點N9。電感器L1之第一端係耦接至第八節點N8，而電感器L1之第二端係耦接至接地電位VSS。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之控制器280之示意圖。控制器280可監控輸出電位VOUT，並根據輸出電位VOUT來產生第一控制電位VC1和第二控制電位VC2。在第3圖之實施例中，控制器280包括一比較器282、一計時器284、一驅動器286，以及一第四電晶體M4。第四電晶體M4可為一N型金氧半場效電晶體。比較器282之正輸入端係耦接至一第十節點N10以接收輸出電位VOUT(第十節點N10可以直接或間接耦接至輸出節點NOUT)，比較器282之負輸入端係用於接收一參考電位VREF，而比較器282之輸出端係用於輸出第二控制電位VC2。例如，若輸出電位VOUT高於參考電位VREF，則第二控制電位VC2可為高邏輯位準；反之，若輸出電位VOUT低於或等於參考電位VREF，則第二控制電位VC2可為低邏輯位準。計時器284可根據第二控制電位VC2來控制驅動器286，以產生及調整第一控制電位VC1。在一些實施例中，當第二控制電位VC2上升至高邏輯位準(例如：邏輯「1」)時，計時器284即開始計算一既定時間TD；而當第二控制電位VC2由高邏輯位準下降至低邏輯位準(例如：邏輯「0」)，或是既定時間TD已屆滿時，驅動器286即將第一控制電位VC1拉升至一驅動位準。第四電晶體M4具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中第四電晶體M4之控制端係用於接收第一控制電位VC1，第四電晶體M4之第一端係耦接至接地電位VSS，而第四電晶體M4之第二端係耦接至第十節點N10。
在一些實施例中，功率切換器230包括一第五電晶體M3。第五電晶體M5可為一N型金氧半場效電晶體。第五電晶體M5之控制端係用於接收脈衝寬度調變電位VM，第五電晶體M5之第一端係耦接至大地290，而第五電晶體M5之第二端係耦接至第二節點N1。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置400之示意圖。在第4圖之實施例中，電子裝置400具有一供應端401、一接地端402，以及一CC(Configuration Channel)腳位403，並包括一電力輸送積體電路410。當欲對電子裝置400進行一充電操作時，電子裝置400之供應端401係耦接至充電裝置200之輸出節點NOUT以接收輸出電位VOUT，電子裝置400之接地端402係耦接至充電裝置200之接地電位VSS，而電子裝置400之CC腳位403係由充電裝置200之控制器280處接收一通訊電位VCC。
在一些實施例中，充電裝置200可操作於一初始模式、一待機模式，以及一充電模式，其操作原理將分別如下列所述。
在初始模式中，橋式整流器210尚未接收到第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2，且電子裝置400亦尚未耦接至充電裝置200。此時，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3，以及第五電晶體M5均處於截止狀態。
在待機模式中，橋式整流器210已接收到第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2，但電子裝置400仍尚未耦接至充電裝置200。此時，第一電晶體M1和第五電晶體M5皆進行高頻切換，而第二電晶體M2和第三電晶體M3仍處於截止狀態。
在充電模式中，橋式整流器210已接收到第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2，且電子裝置400亦已耦接至充電裝置200。電子裝置400之連接會影響充電裝置200之輸出電位VOUT。假設電子裝置400不符合安全輸入標準，則輸出電位VOUT可能暫時高於參考電位VREF，並造成充電操作無法進行。此時，作為對輸出電位VOUT之回應，控制器280之比較器282會輸出具有高邏輯位準之第二控制電位VC2以導通第三電晶體M3，並觸發計時器284開始計算既定時間TD，其中導通之第三電晶體M3會致能放電電路270。至此，計時器284和驅動器286將可能出現兩種不同操作情況。
在第一種情況下，當既定時間TD尚未屆滿，但放電電路270已將輸出電位VOUT降低至參考電位VREF以下時，第二控制電位VC2會由高邏輯位準下降至低邏輯位準，以關閉第三電晶體M3並禁能放電電路270。回應於第二控制電位VC2之變化，計時器284會控制驅動器286將第一控制電位VC1拉升至一驅動位準。此時，由於第二電晶體M2被導通，充電裝置200將可對電子裝置400執行充電操作。
在第二種情況下，當放電電路270尚未將輸出電位VOUT降低至參考電位VREF以下，但既定時間TD已屆滿時，計時器284仍會控制驅動器286將第一控制電位VC1拉升至前述驅動位準。此時，導通之第四電晶體M4會將第十節點N10處之輸出電位VOUT下拉至接地電位VSS，故比較器282會輸出具有低邏輯位準之第二控制電位VC2，以關閉第三電晶體M3並禁能放電電路270。另外，由於第二電晶體M2被導通，充電裝置200將可對電子裝置400執行充電操作。
詳細而言，放電電路270可提供五條放電路徑以降低輸出電位VOUT，其分別如下列所述。電感器L1可形成一第一放電路徑。第五二極體D5和第六電容器C6可共同形成一第二放電路徑。第五二極體D5、第三電阻器R3、線性光耦合器252之發光二極體DL，以及穩壓器254可共同形成一第三放電路徑。線性光耦合器252之雙載子接面電晶體Q1可形成一第四放電路徑。第四電容器C4可形成一第五放電路徑。藉由這五條放電路徑，放電電路270通常可以在既定時間TD內將受電子裝置400所影響之輸出電位VOUT降低至參考電位VREF以下。另外，即使有任何電路故障導致超過既定時間TD，計時器284仍可強制導通第二電晶體M2並關閉第三電晶體M3，以維持充電裝置200之正常充電操作。值得注意的是，第三放電路徑使用發光二極體DL之陽極可提前建立穩壓回授，根據實際量測結果，此種設計還可進一步提升第二電晶體M2導通時充電裝置200之輸出穩定度。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之充電裝置200之電位波形圖，其中橫軸代表時間，而縱軸代表電位位準或是電流值。根據第5圖之量測結果，當電子裝置400剛剛耦接至充電裝置200時，受電子裝置400所影響之輸出電位VOUT可約為3.5V。由於此輸出電位VOUT不符合安全輸入標準，故充電裝置200和電子裝置400之間將無法進行溝通(通訊電位VCC恆維持於1.7V附近)。接著，在本發明之放電電路270將輸出電位VOUT下拉至0.8V之後，充電裝置200即可正常地對電子裝置400執行充電操作，此時輸出電位VOUT亦被拉升至5V左右。最後，充電裝置200和電子裝置400兩者之CC腳位亦可互相進行溝通(通訊電位VCC有上下波動)。
在一些實施例中，充電裝置200之元件參數可如下列所述。第一電阻器R1之電阻值可介於66.31KΩ至73.29KΩ之間，較佳可為69.8KΩ。第二電阻器R2之電阻值可介於9.69KΩ至10.71KΩ之間，較佳可為10.2KΩ。第三電阻器R3之電阻值可介於4.95KΩ至5.05KΩ之間，較佳可為5KΩ。第二電容器C2之電容值可介於646μF至714μF之間，較佳可為680μF。第三電容器C3之電容值可介於646μF至714μF之間，較佳可為680μF。第四電容器C4之電容值可介於99pF至101pF之間，較佳可為100pF。第五電容器C5之電容值可介於1.49nF至1.51nF之間，較佳可為1.5nF。第六電容器C6之電容值可介於29.7μF至36.3μF之間，較佳可為33μF。電感器L1之電感值可介於315μH至385μH之間，較佳可為350μH。主線圈221對副線圈222之匝數比值可介於5至100之間，較佳可為20。第一控制電位VC1之驅動位準可約為15V。計時器284之既定時間TD可約為600mS。參考電位VREF可約為0.8V。以上參數範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化充電裝置200之輸出穩定度。
本發明提出一種新穎之充電裝置，其包括放電電路以自動調整其輸出電位。根據實際量測結果，使用前述設計之充電裝置可解決電子裝置不符合安全輸入標準故導致充電操作失敗之問題。由於本發明可進一步改善充電裝置之可靠度和輸出穩定度，故其很適合應用於各種各式之裝置當中。
值得注意的是，以上所述之電位、電流、電阻值、電感值、電容值，以及其餘元件參數均非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之充電裝置並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之充電裝置當中。雖然本發明之實施例係使用金氧半場效電晶體為例，但本發明並不僅限於此，本技術領域人士可改用其他種類之電晶體，例如：接面場效電晶體，或是鰭式場效電晶體等等，而不致於影響本發明之效果。
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的範圍，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。
100,200:充電裝置 110,210:橋式整流器 120,220:變壓器 121,221:主線圈 122,222:副線圈 130,230:功率切換器 140,240:輸出級電路 150,250:回授補償電路 152,252:線性光耦合器 154,254:穩壓器 160,260:脈衝寬度調變積體電路 170,270:放電電路 180,280:控制器 190,290:大地 282:比較器 284:計時器 286:驅動器 400:電子裝置 401:電子裝置之供應端 402:電子裝置之接地端 403:電子裝置之CC腳位 410:電力輸送積體電路 C1:第一電容器 C2:第二電容器 C3:第三電容器 C4:第四電容器 C5:第五電容器 C6:第六電容器 D1:第一二極體 D2:第二二極體 D3:第三二極體 D4:第四二極體 D5:第五二極體 DL:發光二極體 L1:電感器 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 M3:第三電晶體 M4:第四電晶體 M5:第五電晶體 N1:第一節點 N2:第二節點 N3:第三節點 N4:第四節點 N5:第五節點 N6:第六節點 N7:第七節點 N8:第八節點 N9:第九節點 N10:第十節點 NIN1:第一輸入節點 NIN2:第二輸入節點 NOUT:輸出節點 Q1:雙載子接面電晶體 R1:第一電阻器 R2:第二電阻器 R3:第三電阻器 TD:既定時間 VA:時脈電位 VC1:第一控制電位 VC2:第二控制電位 VCC:通訊電位 VF:回授電位 VIN1:第一輸入電位 VIN2:第二輸入電位 VM:脈衝寬度調變電位 VOUT:輸出電位 VR:整流電位 VREF:參考電位 VS:感應電位 VSS:接地電位
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之充電裝置之示意圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之充電裝置之示意圖。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之控制器之示意圖。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之示意圖。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之充電裝置之電位波形圖。
100:充電裝置 110:橋式整流器 120:變壓器 121:主線圈 122:副線圈 130:功率切換器 140:輸出級電路 150:回授補償電路 152:線性光耦合器 154:穩壓器 160:脈衝寬度調變積體電路 170:放電電路 180:控制器 190:大地 C1:第一電容器 VC1:第一控制電位 VC2:第二控制電位 VF:回授電位 VIN1:第一輸入電位 VIN2:第二輸入電位 VM:脈衝寬度調變電位 VOUT:輸出電位 VR:整流電位 VS:感應電位

Claims (10)

  1. 一種支援電力輸送之充電裝置，包括： 一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位； 一第一電容器，儲存該整流電位； 一變壓器，包括一主線圈和一副線圈，其中該主線圈係用於接收該整流電位，而該副線圈係用於產生一感應電位； 一功率切換器，選擇性地將該主線圈耦接至大地； 一輸出級電路，根據該感應電位和一第一控制電位來產生一輸出電位； 一回授補償電路，耦接至該輸出級電路，並產生一回授電位，其中該回授補償電路包括一線性光耦合器和一穩壓器； 一脈衝寬度調變積體電路，根據該回授電位來產生一脈衝寬度調變電位； 一控制器，監控該輸出電位，並根據該輸出電位來產生該第一控制電位和一第二控制電位；以及 一放電電路，根據該第二控制電位來選擇性地降低該輸出電位之電位位準。
  2. 如請求項1所述之充電裝置，其中該橋式整流器包括： 一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至一第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第一二極體之該陰極係耦接至一第一節點以輸出該整流電位； 一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至該大地，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點； 一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至一第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一節點；以及 一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該大地，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點； 其中該第一電容器具有一第一端和一第二端，該第一電容器之該第一端係耦接至該第一節點，而該第一電容器之該第二端係耦接至該大地。
  3. 如請求項2所述之充電裝置，其中該主線圈具有一第一端和一第二端，該主線圈之該第一端係耦接至該第一節點以接收該整流電位，該主線圈之該第二端係耦接至一第二節點，該功率切換器係根據該脈衝寬度調變電位來選擇性地將該第二節點耦接至該大地，該副線圈具有一第一端和一第二端，該副線圈之該第一端係耦接至一第三節點以輸出該感應電位，而該副線圈之該第二端係耦一接地電位。
  4. 如請求項3所述之充電裝置，其中該輸出級電路包括： 一第一電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第一電晶體之該控制端係用於接收一時脈電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至一第四節點，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該第三節點以接收該感應電位； 一第二電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電容器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第二電容器之該第二端係耦接至該接地電位； 一第二電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第二電晶體之該控制端係用於接收該第一控制電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一輸出節點以輸出該輸出電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該第四節點；以及 一第三電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電容器之該第一端係耦接至該輸出節點，而該第三電容器之該第二端係耦接至該接地電位。
  5. 如請求項4所述之充電裝置，其中該線性光耦合器包括一發光二極體和一雙載子接面電晶體，該發光二極體具有一陽極和一陰極，該發光二極體之該陽極係耦接至該第四節點，該發光二極體之該陰極係耦接至一第五節點，該雙載子接面電晶體具有一集極和一射極，該雙載子接面電晶體之該集極係耦接至一第六節點以輸出該回授電位，而該雙載子接面電晶體之該射極係耦接至該大地。
  6. 如請求項5所述之充電裝置，其中該回授補償電路更包括： 一第四電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第四電容器之該第一端係耦接至該第六節點，而該第四電容器之該第二端係耦接至該大地； 一第五電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第五電容器之該第一端係耦接至該第五節點，而該第五電容器之該第二端係耦接至一第七節點； 一第一電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電阻器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第一電阻器之該第二端係耦接至該第七節點；以及 一第二電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電阻器之該第一端係耦接至該第七節點，而該第二電阻器之該第二端係耦接至該接地電位； 其中該穩壓器具有一陽極、一陰極，以及一參考端，該穩壓器之該陽極係耦接至該接地電位，該穩壓器之該陰極係耦接至該第五節點，而該穩壓器之該參考端係耦接至該第七節點。
  7. 如請求項6所述之充電裝置，其中該放電電路包括： 一第三電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第三電晶體之該控制端係用於接收該第二控制電位，該第三電晶體之該第一端係耦接至一第八節點，而該第三電晶體之該第二端係耦接至該輸出節點； 一第五二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第五二極體之該陽極係耦接至該第八節點，而該第五二極體之該陰極係耦接至一第九節點；以及 一第六電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第六電容器之該第一端係耦接至該第九節點，而該第六電容器之該第二端係耦接至該接地電位。
  8. 如請求項7所述之充電裝置，其中該放電電路更包括： 一第三電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電阻器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第三電阻器之該第二端係耦接至該第九節點；以及 一電感器，具有一第一端和一第二端，其中該電感器之該第一端係耦接至該第八節點，而該電感器之該第二端係耦接至該接地電位。
  9. 如請求項8所述之充電裝置，其中該控制器包括： 一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中該比較器之該正輸入端係耦接至一第十節點以接收該輸出電位，該比較器之該負輸入端係用於接收一參考電位，而該比較器之該輸出端係用於輸出該第二控制電位；以及 一第四電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第四電晶體之該控制端係用於接收該第一控制電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第十節點。
  10. 如請求項9所述之充電裝置，其中該控制器更包括： 一計時器，其中當該第二控制電位上升至高邏輯位準時，該計時器即開始計算一既定時間；以及 一驅動器，由該計時器所控制，其中當該第二控制電位下降至低邏輯位準或是該既定時間已屆滿時，該驅動器即將該第一控制電位拉升至一驅動位準。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI746294B (zh) * 2020-11-27 2021-11-11 宏碁股份有限公司 低損耗之電源供應器
CN116054607A (zh) * 2023-02-09 2023-05-02 昂宝电子（上海）有限公司 Usb充电器和用于usb充电器的电源控制电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW345345U (en) * 1997-12-11 1998-11-11 Ta Young Entpr Co Ltd Electric motocycle recharger
TW419881B (en) * 1997-10-30 2001-01-21 Yang Tai He Controllable voltage and current source supply circuit by using active capacitor adjustment
CN2817288Y (zh) * 2005-08-15 2006-09-13 袁荣荣 一种高强度气体放电灯电子镇流器
US8040102B2 (en) * 2008-06-06 2011-10-18 Acbel Polytech Inc. Solar-powered LED street light

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1148624B1 (en) * 2000-04-10 2007-06-06 STMicroelectronics S.r.l. Method and apparatus to digitally control the turn-off time of synchronous rectifiers for switched mode power supplies with isolated topologies
JP2006217747A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Sony Corp スイッチング電源回路
US8942012B2 (en) * 2012-01-31 2015-01-27 Semiconductor Components Industries, Llc Method of forming a switched mode power supply controller device with an off mode and structure therefor
US9793815B2 (en) * 2015-07-24 2017-10-17 Dell Products L.P. Over current protection in a variable output power supply
CN105551885B (zh) * 2015-12-31 2017-12-29 广州金升阳科技有限公司 接触器的节电电路
US10862399B1 (en) * 2019-06-27 2020-12-08 Cypress Semiconductor Corporation Primary controller calibration and trimming using secondary controller in secondary-controlled flyback converters
US11114945B2 (en) * 2019-08-22 2021-09-07 Cypress Semiconductor Corporation Secondary-controlled active clamp implementation for improved efficiency
US10910954B1 (en) * 2019-09-23 2021-02-02 Cypress Semiconductor Corporation Power saving technique in detach condition for USB-power delivery with integrated synchronous recitifier controller
US11075534B2 (en) * 2019-10-12 2021-07-27 Hynetek Semiconductor Co., Ltd. USB type-C interface circuit and charging method thereof, USB device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW419881B (en) * 1997-10-30 2001-01-21 Yang Tai He Controllable voltage and current source supply circuit by using active capacitor adjustment
TW345345U (en) * 1997-12-11 1998-11-11 Ta Young Entpr Co Ltd Electric motocycle recharger
CN2817288Y (zh) * 2005-08-15 2006-09-13 袁荣荣 一种高强度气体放电灯电子镇流器
US8040102B2 (en) * 2008-06-06 2011-10-18 Acbel Polytech Inc. Solar-powered LED street light

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