CN101964632B - 功率强化电子装置 - Google Patents

Abstract

一种功率强化电子装置，包括一主电路，所述主电路包括一频率控制单元、一开关单元、一电荷泵单元、一输出功率反馈单元以及一电压放大单元。频率控制单元用以输出一振荡讯号。开关单元与频率控制单元电性连接，依据振荡讯号决定致能或不致能一导通讯号。电荷泵单元与开关单元电性连接，并放大导通讯号的电流而输出一脉冲讯号。输出功率反馈单元与电荷泵单元电性连接，并依据脉冲讯号输出一反馈讯号。电压放大单元与输出功率反馈单元及开关单元电性连接，并放大反馈讯号的电压而输出一电压放大讯号至开关单元。经由上述转化的讯号会回馈至与储电单元电性连接的系统电路上，使得与储电单元连接的负载得到强化的驱动力及功率。

Description

功率强化电子装置

技术领域

本发明关于一种功率强化电子装置，特别关于一种应用于电子设备的储电单元的功率强化电子装置。

背景技术

自从富兰克林发现电之后，人类的生活就无法离开电子设备。而为了能更方便使用这些电子设备，电子设备也可靠着电池运作，使我们可以在不需使用外接电源的情况下，使用这些电子设备。

然而，由于电子零件老化、电路耗损及其它原因，与电池连接的负载无法工作出其所应该达到的功率，而降低负载的工作效能。负载的工作效能不佳会衍生其它问题，例如，若所述负载进行燃烧程序时，效能不佳会导致空气污染，并使负载寿命缩短。因此，如何提供一种功率强化电子装置，可使得由电池供电的电子装置得到更强的驱动力，而提升工作效能，实为当前重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的是提供一种功率强化电子装置，其与电子设备的储电单元并联，能够强化储电单元所供电的电子装置的驱动力，进而提升电子装置的工作效能。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

本发明的一种功率强化电子装置与一电子设备的储电单元并联，并包括一主电路，所述主电路包括一频率控制单元、一开关单元、一电荷泵单元、一输出功率反馈单元以及一电压放大单元。频率控制单元用以输出一振荡讯号。开关单元与频率控制单元电性连接，依据振荡讯号决定致能或不致能一导通讯号。电荷泵单元与开关单元电性连接，并放大导通讯号的电流而输出一脉冲讯号。输出功率反馈单元与电荷泵单元电性连接，并依据脉冲讯号输出一反馈讯号。电压放大单元与输出功率反馈单元及开关单元电性连接，并放大反馈讯号的电压而输出一电压放大讯号至开关单元。

前述的功率强化电子装置，其中所述频率控制单元包括一振荡器及一电容器，所述电容器决定所述振荡器的振荡频率。

前述的功率强化电子装置，其中所述开关单元包括一与门与一正反器，所述与门与所述频率控制单元及所述电压放大单元电性连接，所述正反器与所述频率控制单元及所述电荷泵单元电性连接。

前述的功率强化电子装置，其中所述电荷泵单元包括多个晶体管。

前述的功率强化电子装置，其中所述输出功率反馈单元包括多个电阻器。

前述的功率强化电子装置，其中所述电压放大单元包括一比较器，所述比较器与所述开关单元及所述输出功率反馈单元电性连接，并依据所述反馈讯号及一参考讯号输出所述电压放大讯号。

前述的功率强化电子装置，还包括：一开关控制电路，电性连接至所述储电单元与所述主电路之间，当所述储电单元的电压大过一启动电压时，所述开关控制电路导通所述主电路及所述储电单元。

前述的功率强化电子装置，其自所述储电单元所消耗的功率小于所述储电单元的总功率的四分之一。

借由上述技术方案，本发明的功率强化电子装置至少具有下列优点：

承上所述，本发明的功率强化电子装置与电子设备的储电单元并联，并且储电单元供电给功率强化电子装置。功率强化电子装置将自储电单元取得的功率，通过电压放大单元进行讯号的电压放大，并通过电荷泵单元进行讯号的电流放大，并通过频率控制单元将讯号脉冲化，经由上述转化的讯号会回馈至与储电单元电性连接的系统电路上(包括其它负载)，使得与储电单元连接的负载得到强化的驱动力及功率，进而提升所述负载的工作效能，进而达到节省能源、延长储电单元及负载的使用周期、及环境保护等的附加效果。

附图说明

图1是本发明优选实施例的一种功率强化电子装置与一电子设备的储电单元并联的示意图；

图2是本发明优选实施例的功率强化电子装置的主电路的方块示意图；

图3是本发明优选实施例的功率强化电子装置的主电路的电路示意图；

图4是本发明优选实施例的功率强化电子装置包括开关控制电路的方块示意图；以及

图5是本发明优选实施例的功率强化电子装置的开关控制电路的电路示意图。

主要元件符号说明：

1：功率强化电子装置

10：主电路

11：频率控制单元

12：开关单元

13：电荷泵单元

14：输出功率反馈单元

15：电压放大单元

20：开关控制电路

a、a′：端点

A：与门

C1：电容器

Cp：比较器

D1、D2、D3、D4：二极管

F：正反器

L：电感

Q1、Q2、Q3：晶体管

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8：电阻器

REF：参考讯号

RL：继电器

SA：电压放大讯号

SC：导通讯号

SF：反馈讯号

SL：逻辑讯号

SO：振荡讯号

SP：脉冲讯号

SU：储电单元

VIN：输入讯号

VOUT：输出讯号

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功率强化电子装置。

请参照图1所示，本发明优选实施例的一种功率强化电子装置1与一电子设备的储电单元SU并联。本实施例不限制电子设备的种类，其可以是任意电子设备，例如消费性电子产品、或交通工具、或家电产品。储电单元SU用以储存电能，其形式可例如可以是电池、或电路、或电子组件的组合。储电单元SU可与多个负载电性连接，本实施例以负载一至负载三为例，所述负载皆由储电单元SU供电，并形成一系统电路。

功率强化电子装置1包括一主电路10，主电路10的正、负极可分别与储电单元SU的正、负极电性连接。主电路10的方块图请参照图2所示，主电路10包括一频率控制单元11、一开关单元12、一电荷泵单元13、一输出功率反馈单元14以及一电压放大单元15。

其中，频率控制单元11用以输出一振荡讯号SO，振荡讯号SO例如为100KHz的振荡讯号。开关单元12与频率控制单元11及电荷泵单元13电性连接，并依据振荡讯号SO决定致能或不致能一导通讯号SC至电荷泵单元13。电荷泵单元13与开关单元12及输出功率反馈单元14电性连接，并放大导通讯号SC的电流而输出一脉冲讯号SP至输出功率反馈单元14。另外，电荷泵单元13与储电单元SU的正极电性连接，使得脉冲讯号SP回馈至储电单元SU与负载一至负载三所形成的系统电路中，并对系统电路造成功率(驱动力)强化的效果。

输出功率反馈单元14与电荷泵单元13及电压放大单元15电性连接，并依据脉冲讯号SP输出一反馈讯号SF至电压放大单元15。通过输出功率反馈单元14可让主电路10所产生的功率约略维持在一定值。电压放大单元15与输出功率反馈单元14及开关单元12电性连接，并放大反馈讯号SF的电压而输出一电压放大讯号SA至开关单元12。而开关单元12依据电压放大讯号SA及振荡讯号SO决定致能或不致能导通讯号SC。

通过上述电子组件的操作，主电路10遂形成一回路。并且，通过功率强化电子装置1设置在系统电路中，并提供高能阶(主要通过电压放大单元15及电荷泵单元13)及高频脉冲(主要通过频率控制单元11)的讯号回馈至系统电路中，而提升负载一至负载三的用电效能，并补偿、克服系统电路讯号在线路上传递的损耗、以及减轻系统电路因受电子组件老化而功率衰退的影响。

图3是主电路10的一实施电路图，只是举例说明，惟本发明所属技术领域中具有通常知识者皆知，主电路10可用多种等效电路图加以实施。

请参照图2及图3所示，频率控制单元11可包括一振荡器及一电容器C1，振荡器输出一振荡讯号SO，电容器C1的电容值可决定振荡讯号SO的振荡频率。另外，通过电阻器R1可限制主电路10的输出功率。

开关单元12可包括一与门(AND Gate)A与一正反器(flip-flop)F。与门A与频率控制单元11及电压放大单元15电性连接，正反器F与频率控制单元11及电荷泵单元13(包括晶体管Q1及Q2)电性连接。与门A依据振荡讯号SO及电压放大讯号SA决定致能或不致能一逻辑讯号SL，正反器F接收逻辑讯号SL及振荡讯号SO以致能一导通讯号SC。当振荡讯号SO与电压放大讯号SA皆为高准位(level)时，则开关单元12致能导通讯号SC；当振荡讯号SO与电压放大讯号SA其中的一非为高准位时，则开关单元12不致能导通讯号SC。

电荷泵单元13可包括多个晶体管，在此以包括晶体管Q1及Q2为例。当导通讯号SC导通晶体管Q1时，晶体管Q1可让经由电阻器R2而来的讯号以数倍于导通讯号SC的电流值通过晶体管Q1，并导通晶体管Q2。同样地，晶体管Q2也使其集极(collector)的电流放大。故整体而言，电荷泵单元13放大导通讯号SC的电流而输出一脉冲讯号SP作为输出至系统电路的输出讯号VOUT。另外，晶体管Q2的一端可电性连接至一电感L及一二极管D1。其中，电感L用以储能，并作为输出能量的缓冲；二极管D1可防止电流逆流，而维持电流的单方向性。

输出功率反馈单元14可包括多个电阻器R3及R4。输出功率反馈单元14接收脉冲讯号SP，并可通过电阻器R3及R4产生反馈讯号SF。

电压放大单元15可包括一比较器Cp，比较器Cp与开关单元12及输出功率反馈单元14电性连接，并依据反馈讯号SF及一参考讯号REF输出电压放大讯号SA至开关单元12。而开关单元12又依据电压放大讯号SA及振荡讯号SO作动。

请参照图4所示，功率强化电子装置1还可包括一开关控制电路20，电性连接至储电单元SU与主电路10之间。当储电单元SU的电压大过一启动电压时，开关控制电路20导通主电路10及储电单元SU。也就是说，开关控制电路20可作为主电路10的启动开关，以避免主电路10在不必需的时启动，而消耗储电单元SU的电能。

图5所示是开关控制电路20的一实施电路图，只是举例说明，惟本发明所属技术领域中具有通常知识者皆知，开关控制电路20可用多种等效电路图加以实施。

开关控制电路20的正、负极分别与储电单元的正、负极电性连接。当储电单元SU的电压大过一启动电压时，通过开关控制电路20的电阻器R6及R7的分压作用，二极管D2及D3以及晶体管Q3会被导通，使开关控制电路20形成一回路，以致继电器RL的两个端点a及a′接合。此外，主电路10的正极与储电单元SU的正极电性连接，而主电路10的负极与端点a电性连接，故主电路10与储电单元SU形成回路而开始作动。

需注意到，本发明的功率强化电子装置1可例如通过一电路板实施，或是整合至系统电路中的主控制电路板。另外，为避免功率强化电子装置1消耗太多储电单元SU的功率而导致负载一至负载三的工作效能下降，故功率强化电子装置1自储电单元SU所消耗的功率可小于储电单元SU的总功率的一特定比例，例如四分之一，而得到整体较佳效果。此外，本发明可将多个主电路并联，以应用于大负载的系统电路。

综上所述，本发明的功率强化电子装置与电子设备的储电单元并联，并且储电单元供电给功率强化电子装置。功率强化电子装置将自储电单元取得的功率，通过电压放大单元进行讯号的电压放大，并通过电荷泵单元进行讯号的电流放大，并通过频率控制单元将讯号脉冲化，经由上述转化的讯号会回馈至与储电单元电性连接的系统电路上(包括其它负载)，使得与储电单元连接的负载得到强化的驱动力及功率，因而提升所述负载的工作效能，进而达到节省能源、延长储电单元及负载的使用周期、及环境保护等的附加效果。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。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，均应包括在后附的权利要求中。

Claims (7)

1.一种功率强化电子装置，其特征在于，所述功率强化电子装置与一电子设备的储电单元并联，且所述功率强化电子装置包括一主电路，所述主电路包括：

一频率控制单元，用以输出一振荡讯号；

一开关单元，与所述频率控制单元电性连接，并依据所述振荡讯号决定致能或不致能一导通讯号；

一电荷泵单元，与所述储电单元的正极及所述开关单元电性连接，并放大所述导通讯号的电流而输出一脉冲讯号；

一输出功率反馈单元，与所述电荷泵单元电性连接，并依据所述脉冲讯号输出一反馈讯号；

一电压放大单元，与所述输出功率反馈单元及所述开关单元电性连接，并放大所述反馈讯号的电压而输出一电压放大讯号至所述开关单元；以及

一开关控制电路，电性连接至所述储电单元与所述主电路之间，当所述储电单元的电压大过一启动电压时，所述开关控制电路导通所述主电路及所述储电单元。

2.根据权利要求1所述的功率强化电子装置，其特征在于，所述频率控制单元包括一振荡器及一电容器，所述电容器决定所述振荡器的振荡频率。

3.根据权利要求1所述的功率强化电子装置，其特征在于，所述开关单元包括一与门与一正反器，所述与门与所述频率控制单元及所述电压放大单元电性连接，所述正反器与所述频率控制单元及所述电荷泵单元电性连接。

4.根据权利要求1所述的功率强化电子装置，其特征在于，所述电荷泵单元包括多个晶体管。

5.根据权利要求1所述的功率强化电子装置，其特征在于，所述输出功率反馈单元包括多个电阻器。

6.根据权利要求1所述的功率强化电子装置，其特征在于，所述电压放大单元包括一比较器，所述比较器与所述开关单元及所述输出功率反馈单元电性连接，并依据所述反馈讯号及一参考讯号输出所述电压放大讯号。

7.根据权利要求1所述的功率强化电子装置，其特征在于，其自所述储电单元所消耗的功率小于所述储电单元的总功率的四分之一。

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