CN103683988A - 电源转换系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电源转换系统与方法。电源转换系统包括：一电源转换端与一系统端。电源转换方法包含以下步骤：该电源转换端将一交流电压转换为一直流电压；该电源转换端产生一周期信号，并根据该直流电压与该周期信号而输出一组合信号；该系统端根据该组合信号而得出与该周期信号相对应的一判断信号；以及该系统端根据该判断信号而选用一运作模式。

Description

电源转换系统与方法

技术领域

本发明涉及一种电源转换系统与方法，且特别涉及一种可选用运作模式的电源转换系统与方法。

背景技术

随着科技的进步，各种具有不同功能的电子装置亦随之上市。这些电子装置不但满足了人们的需求，更广泛地融入每个人的日常生活，使得生活更加便利。

其中，笔记型计算机也因为便于携带的特性，而成为现代人工作、娱乐时的常用装备。众所皆知，笔记型计算机虽然具有电池，但是电池所能提供的电量有限。如果需长期使用笔记型计算机时，往往还是需要使用变压器来进行电源转换端，通过变压器将外来电源的交流电压（AC）转换为直流电压（DC）后提供予笔记型计算机。

尽管笔记型计算机的输入DC电压的电平逐渐趋于一致，大致而言，笔记型计算机多使用19伏特(volt)的DC电压。但是，各个计算机厂商为了确保使用者不会将其他厂牌的变压器接上自家厂牌的笔记型计算机，往往以不同的技术来提供识别功能。也就是说，系统端会辨别使用者所接上的变压器是否为同一个厂牌所生产的变压器，如果否，则不会使用变压器所提供的电能。

请参见图1，其是现有技术在传输线中使用额外的导线确认变压器类型的示意图。传统的变压器11会有两根导线，分别用来提供输入直流电压Vdd与接地电压GND给笔记型计算机13。

为了判断使用者实际接上笔记型计算机13的变压器是否正确，有的厂商会提供变压器11识别的功能。一种用于判断变压器的作法是：额外提供第三根导线，利用第三根导线产生识别信号Vid。如果笔记型计算机13读取识别信号Ｖid后，确认读取得到的识别信号Vid与自身存储的识别信号相符合时，笔记型计算机13才确认使用变压器11所提供的电源。

尽管额外提供导线的做法能够提供变压器识别的功能，但是这种作法却使变压器的制造过程非常的僵化而不具弹性。

发明内容

本发明涉及一种电源转换系统与方法。

本发明的一方面为一种电源转换系统，包括：一电源转换端，包括：一电压转换电路，其是将一交流电压转换为一直流电压；以及一信号产生电路，电连接于该电压转换电路，其系产生一周期信号，其中该电源转换端根据该直流电压与该周期信号而输出一组合信号；以及一系统端，通过一传输线而电连接于该电源转换端，包括：一信号读取电路，其是根据该组合信号而得出一判断信号；以及一控制器，其是根据该判断信号而选用一运作模式。

本发明的另一方面为一种电源转换方法，应用于包含一电源转换端与一系统端的一电源转换系统，该电源转换方法包含以下步骤：该电源转换端将一交流电压转换为一直流电压；该电源转换端产生一周期信号，并根据该直流电压与该周期信号而输出一组合信号；该系统端根据该组合信号而得出与该周期信号相对应的一判断信号；以及该系统端根据该判断信号而选用一运作模式。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1，其是现有技术在传输线中使用额外的导线确认变压器类型的示意图。

图2A，其是根据本发明构想的优选实施例，所提供的电源转换系统的示意图。

图2B，其是根据本发明构想的优选实施例，在电源转换端提供信号产生电路，以及在系统端提供信号读取电路的示意图。

图2C，其是根据本发明构想的优选实施例，根据直流电压与周期信号而产生组合信号的示意图。

图3A，其是根据本发明构想的优选实施例，信号产生器输出周期信号的示意图。

图3B，其是根据本发明构想的优选实施例，根据所要提供的信息而调整周期信号的高电位期间、低电位期间的示意图。

图3C，其是根据本发明构想的优选实施例，利用预设表格记录系统端的运作模式的示意图。

图4A，其是根据本发明构想的一种优选实施例，在变压器端将信号产生电路连接至反馈开关的示意图。

图4B，其是根据本发明构想的一种优选实施例，利用非稳态振荡器实现信号产生电路的示意图。

图5A，其是根据本发明构想的一种优选实施例，在系统端实现信号读取电路的示意图。

图5B，其是根据图5A所实现的信号读取电路，对应比较组合信号与判断信号的示意图。

图6A，其是根据本发明构想的另一种优选实施例，在系统端实现信号读取电路的示意图。

图6B，其是根据图6A所实现的信号读取电路，对应比较组合信号与判断信号的示意图。

图7A、7B，其是根据本发明构想的另外两种优选实施例，在系统端实现信号读取电路的示意图。

图8，其是根据本发明构想的优选实施例的电源转换方法，在系统端进行处理的流程图。

图9，其是根据本发明构想的优选实施例而实现电源转换方法的流程图。

【主要元件符号说明】

变压器 11                笔记型计算机 13

电源转换端 21            电压转换电路 211、411

反馈电路 213、413        信号产生电路 215、415

系统端 23

信号读取电路 231、531、631、731、831、

控制器 233               电池装置 235

电源转换系统 20          传输线 25

输出端子 217             输入端子 237

反馈开关 413a            振荡电路 415a

具体实施方式

根据前述说明可以得知，如何能提供变压器(电源转换端)识别功能，并兼顾电源转换端的生产便利性，是一个待解决的问题。事实上，除了笔记型计算机外，当前的许多电子装置也都需要使用电源转换端，而这些电源转换端也可以搭配此种识别功能。因此，以下的优选实施例虽然以笔记型计算机作为举例，但是本发明构想的应用范围并不以笔记型计算机为限。

请参见图2A，其是根据本发明构想的优选实施例，所提供的电源转换系统的示意图。如图所示，电源转换系统20包括电源转换端21与系统端23，根据本发明构想的优选实施例，电源转换端21将输出组合信号Vcmb至系统端23，而系统端23将进一步分析组合信号Vcmb所代表的内容。以下分别说明这两端所包含的元件。

电源转换端21包括：电压转换电路211、反馈电路213与信号产生电路215。电压转换电路211将交流电压Vac转换为直流电压Vdc。信号产生电路215电连接于反馈电路213，其产生周期信号Vtr。关于周期信号Vtr的进一步信息可进一步参看图3A、3B、3C的说明。

根据本发明构想的优选实施例，由电源转换端21输出的组合信号Vcmb相当于直流电压Vdc与周期信号Vtr的总和。

此外，反馈电路213电连接于电压转换电路211与信号产生电路215间，其根据直流电压Vdc的电平变化而产生反馈信号Vfb予电压转换电路211，进而使直流电压Vdc维持于理想的电压电平。

信号产生电路215用以产生一周期信号Vtr，这个周期信号Vtr用于改变反馈信号Vfb的电压比值。进而将周期信号Vtr加载于电压转换电路211的输出端。

关于电压转换电路211与反馈电路213的实现方式与应用，因属于本领域技术人员所已知，此处不再赘述。此外，电源转换端也可以额外搭配过压、过流的保护电路，此为本领域技术人员所能自由应用的，此处不再详述。

另一方面，系统端23通过传输线25而电连接于电源转换端21，系统端23包括信号读取电路231与控制器233。信号读取电路231根据组合信号Vcmb而得出判断信号Vrlt。控制器233根据判断信号Vrlt而选用系统端的运作模式。

再者，系统端23也可能包含电连接于控制器233的电池装置235。

需注意的是，根据本发明构想的优选实施例，当系统端23一开始并未连接电源转换端21，而是以电池装置235当作系统端23电源的情况下。如果使用者因为电池装置235快要没电或是其他缘故而通过传输线连接至电源转换端21时，电池装置235会在一开始的信号判断期间维持提供系统端23所需的电能。也就是说，系统端23在刚连接上电源转换端21时，并不会随即改用电源转换端21提供的电能。

另一方面，在信号判断期间后，系统端23才改以电源转换端21作为电源。由于电源转换端21的输出功率可能不同，而系统端23在读取周期信号Vtr时，可能会因为输出功率的变化而选用不同的运作模式。

因此，当电源转换端21的输出功率充足时，则电源转换端21便在提供一般运作的余，亦以直流电压Vdc对电池装置235充电。反之，如果电源转换端21的输出功率仅足以提供系统端23的一般操作而不足以对电池装置235进行充电时，则电源转换端21便不利用直流电压Vdc对电池装置235充电。

请参见图2B，其是根据本发明构想的优选实施例，在电源转换端提供信号产生电路，以及在系统端提供信号读取电路的示意图。

根据本发明构想的优选实施例，电源转换端21利用信号产生电路215产生周期信号Vtr。信号产生电路215电连接于反馈电路213，利用周期信号Vtr改变反馈电路中的反馈电压比值。将其与电压转换电路211产生的直流电压Vdc加总后，得出组合信号Vcmb。

另一方面，系统端23则设置了一个信号读取电路231。当输入端子237自传输线25接收了组合信号Vcmb后，通过信号读取电路231得出判断信号Vrlt。

请参见图2C，其是根据本发明构想的优选实施例，根据直流电压与周期信号而产生组合信号的示意图。此附图中由上而下共列出了三个波形，其中第一列的波形代表始终维持电压值的直流电压Vdc；第二列的波形代表会周期性改变电压值的周期信号Vtr；以及，第三列的波形代表组合信号Vcmb。

为了便于说明，此附图与后续的附图系假设直流电压为18.5伏特，而周期信号Vtr的高低电位的差异大约为1伏特。周期信号Vtr在高电位期间tH与低电位期间tL的电压差小于直流电压Vdc的考虑是，为了避免影响直流电压Vdc本身的运作。

因此，在图2C中，组合信号Vcmb的电压将介于19.5与18.5伏特之间。当然，直流电压Vdc与周期信号Vtr的电压变化幅度也可能根据应用的不同而改变，例如：直流电压Vdc为18.8伏特、周期信号Vtr的电压变化幅度为0.4伏特，使得组合信号Vcmb的电压介于19.2与18.8伏特之间。

根据本发明构想的优选实施例，信号产生电路215周期性产生周期信号Vtr，由同一个信号产生电路215所产生的周期信号Vtr，在每一个周期内均具有高电位期间tH与低电位期间tL，且高电位期间tH可能与低电位期间tL的长度不同。

请参见图3A，其是根据本发明构想的优选实施例，信号产生器输出周期信号的示意图。

须注意的是，由于周期信号Vtr以周期性方式输出，系统端23可以因为开始读到第二个周期内的高电位而判断周期信号Vtr的第一个周期结束。

根据本发明构想的优选实施例，周期信号Vtr的高电位期间tH、周期信号Vtr的低电位期间tL可根据输出功率信息、生产者识别信息、电源连接状态设定而调整。假设周期信号Vtr的高电位期间tH期间代表电源转换端21的输出功率、周期信号Vtr的低电位期间tL代表电源转换端的品牌厂商。同理，也可以低电位期间tL代表电源转换端21的输出功率、以高电位期间tH期间代表电源转换端的品牌厂商等信息。

因此，当系统端23被连接至不同的电源转换端21时，可能发现各个电源转换端所产生的周期信号Vtr具有不同长度的高电位期间tH与不同长度的低电位期间tL。例如：

当周期信号Vtr的高电位期间为150ms时，判断电源转换端21的输出功率为150W；以及，当周期信号Vtr的高电位期间为200ms时，判断电源转换端21的输出功率为200W。

另一方面，当周期信号Vtr的低电位期间为100ms时，判断目前使用的是A厂牌的电源转换端21；当低电位期间tL为150ms时，判断目前使用的是B厂牌的电源转换端21；以及，当低电位期间tL为200ms时，判断目前使用的是C厂牌的电源转换端21。再者，当低电位期间tL为250ms时，则判断不使用电源转换端21对电池充电等。

请参见图3B，其是根据本发明构想的优选实施例，根据所要提供的信息而调整周期信号的高电位期间、低电位期间的示意图。

此附图假设以周期信号Vtr的高电位期间tH代表电源转换端21的输出功率，并以周期信号Vtr的低电位期间tL代表电源转换端21的厂牌。

因此，如果系统端23读取到如图3B的波形时，便根据高电位期间tH为150ms而判断电源转换端21的输出功率为150W、根据低电位期间tL为200ms而判断是C厂牌的电源转换端。如果系统端23是A厂牌的电子装置，则根据图3B的周期信号Vtr的波形判断电源转换端21是C厂牌而非A厂牌所生产时，则系统端23便于系统端警示使用者，或是拒绝使用这个电源转换端21所提供的电源。因此，根据周期信号Vtr的波形变化，可以让系统端23识别电源转换端的信息。

根据本发明构想的优选实施例，周期信号Vtr所代表的输出功率可进一步让系统端23决定后续的运作模式。

请参见图3C，其是根据本发明构想的优选实施例，利用预设表格记录系统端的运作模式的示意图。

为了简化说明，此处假设周期信号Vtr的高电平期间代表电源转换端21的输出功率。当然，周期信号Vtr的电平与实际包含的识别信息并不以此处的举例为限。

当周期信号Vtr中，高电位期间为100ms时，代表电源转换端21输出功率为100W。因此，如果系统端23根据与周期信号Vtr相对应的判断信号Vrlt得出此信息时，控制器233便通过设定而使系统端23停止对电池装置235充电，直流电压Vdc仅用于提供系统端23的基本运作使用。

当周期信号Vtr中，高电位期间为150ms时，代表电源转换端21输出功率为150W。因此，如果系统端23根据与周期信号Vtr相对应的判断信号Vrlt得出此信息时，控制器233便通过设定而使系统端23以降频方式运作。

当周期信号Vtr中，高电位期间为200ms时，代表电源转换端21输出功率为200W。因此，如果系统端23根据与周期信号Vtr相对应的判断信号Vrlt得出此信息时，控制器233便通过设定而使系统端23正常运作，并以电源转换端21输出的直流电压Vdc对电池装置235进行充电。

亦即，系统端可以预先建立一个周期信号Vtr与识别信息对应的表格，利用这个表格记录了系统端23如何因应电源转换端的不同输出功率，进而决定运作模式的判断依据。

举例来说：当电源转换端21的输出功率为50W的时候，将系统端23的中央处理器降频需要降低至常态工作电压的三分之一；以及，如果电源转换端仅提供40W的输出功率时，则判断系统端应该停止运作。

请参见图4A，其是根据本发明构想的一种优选实施例，在电源转换端将信号产生电路连接至反馈电路的示意图。

反馈电路包含了两个电阻与一个反馈开关，三者之间以第一节点N1相连。举例来说，当第一节点N1的反馈输入电压小于2.5伏特时，代表由电压转换电路411输出的直流电压Vdc略低于19伏特，此时反馈开关413a将不导通，并通知电压转换电路411，使其后续进行电压转换时，输出较大电压值的直流电压Vdc，进而使DC电压由原本低于19V的状态再略微升高一些。关于反馈电路413的设计与搭配电压转换电路411的控制因非本申请技术核心，此处不再详述。

信号产生电路415内的第三电阻R3将与反馈电路413内的第二电阻R2形成并联。此时，由信号产生电路415所产生的周期信号Vtr将连带影响，第一节点N1的电压。连带的，由输出端子输出的组合信号Vcmb也将因此而受影响。

请参见图4B，其是根据本发明构想的一种优选实施例，利用非稳态振荡器实现信号产生电路的示意图。其中该信号产生电路内部的振荡电路可以利用双稳态电路、振荡器、逻辑芯片等方式实现。

请参见图5A，其是根据本发明构想的一种优选实施例，在系统端实现信号读取电路的示意图。图中的晶体管的基极电连接于两个电阻之间。因此，晶体管将根据电阻分压结果的电压值而选择性导通，进而得出判断信号Vrlt。

请参见图5B，其是根据图5A所实现的信号读取电路，对应比较组合信号与判断信号的示意图。

第一列代表信号读取电路所接收的组合信号Vcmb，通过第一电阻R1与第二电阻R2分压。第一电阻R1与第二电阻R2电连接于晶体管，产生如第二列所示的判断信号Vrlt。基于提供给控制器进行后续使用的缘故，此处输出的判断信号Vrlt介于0伏特与3.3伏特之间。

当组合信号Vcmb为相对高电位时，电阻分压的结果也是相对的高电位，进而使晶体管的基极为相对高电位。此时，晶体管导通，因此使判断信号Vrlt为0伏特(第一判断电压)。

当组合信号Vcmb为相对低电位时，电阻分压的结果也是相对的低电位，进而使晶体管的基极为相对低电位。此时，晶体管将不导通，因此使判断信号Vrlt为3.3伏特(第二判断电压)。

请参见图6A，其是根据本发明构想的另一种优选实施例，在系统端实现信号读取电路的示意图。此种作法只需要利用电阻即可实现，差别是转换得出的电压是模拟格式，此时可以利用控制器的模拟数字转换器(Analog toDigital Converter，简称为ADC)来读取。此种作法只需要使用电阻，成本相对较低。

请参见图6B，其是根据图6A所实现的信号读取电路，对应比较组合信号与判断信号的示意图。第一列代表信号读取电路所接收的组合信号Vcmb，通过第一电阻R1与第二电阻R2分压后，产生如第二列所示的判断信号Vrlt。通过第一电阻R1与第二电阻R2的分压，原本介于19.5伏特与18.5伏特的电压差将被转换至3.3伏特与3.1伏特之间。

由于组合信号Vcmb相当于直流电压Vdc与周期信号Vtr的加总，而直流电压Vdc并无振幅变化，因此，组合信号Vcmb与周期信号Vtr的相位变化一致。

在此优选实施例中，电阻并不会改变判断信号Vrlt的相位，所以周期信号Vtr的高电位期间亦对应于判断信号Vrlt的高电平(第一判断电压)；以及，周期信号Vtr的低电位期间亦对应于判断信号Vrlt的低电平(第二判断电压)。

根据图5A、5B、6A、6B的说明可以得知，判断信号Vrlt的高电位期间、低电位期间，可能与周期信号Vtr的高电位期间tH、低电位期间tL相同或完全反向。然而，无论周期信号Vtr的高电位期间tH对应于判断信号Vrlt的高电位期间或低电位期间，该段期间的长度并不会改变。

因此，系统端的信号读取电路可以利用周期信号Vtr与判断信号Vrlt间的对应关系，得出周期信号Vtr利用高电位期间、低电位期间所表示的相关信息。

请参见图7A、7B，其是根据本发明构想的另外两种优选实施例，在系统端实现信号读取电路的示意图。由这些附图可以看出，信号读取电路231的类型可以相当多元。

请参见图8，其是根据本发明构想的优选实施例的电源转换方法，在系统端进行处理的流程图。

首先，通过传输线电连接电源转换端与系统端(步骤S81)；接着，判断系统端原本是否使用电池装置作为电源(步骤S82)。

系统端原本使用电池装置作为电源的情形将沿着流程图的左侧分支进行后续步骤。系统端先维持使用电池装置作为电源(步骤S83)；系统端利用信号读取电路根据组合信号而读取判断信号(步骤S84)；系统端的控制器根据判断信号而决定系统端的运作模式(步骤S85)；之后，才改用电源转换器提供系统端的电源(步骤S86)。

另一方面，原本未使用电池装置作为电源的情形将沿着流程图的右侧分支进行后续步骤。即，直接以电源转换端当作系统端的电源(步骤S88)；接着系统端通过信号读取电路，由信号读取电路根据组合信号而读取判断信号(步骤S89)；控制器根据判断信号而决定系统端的运作模式(步骤S90)。

最后，再由系统端根据选用运作模式进行操作(步骤S87)。例如：启用正常操作模式、进行降频、停止对电池装置进行充电等。

归纳前述说明，本发明所提出应用于电源转换系统的电源转换方法可以图9来代表。

请参见图9，其是根据本发明构想的优选实施例而实现电源转换方法的流程图。电源转换方法包含以下步骤：

电源转换端将交流电压转换为直流电压(步骤S91)；电源转换端产生周期信号，并根据直流电压与周期信号而输出组合信号(步骤S93)；系统端根据组合信号而得出与周期信号相对应的判断信号(步骤S95)；以及系统端根据判断信号而选用运作模式(步骤S97)。

根据本发明构想的优选实施例，电源转换端与系统端之间，利用周期信号的电压变化而夹带与电源转换端相关的识别信息。除了提供电源转换端识别的功能外，变压器与系统端还可以进一步根据识别信息的细节提供不同的变化与设定。除了提供识别信息的需求外，此种电源转换系统与方法不需要使用额外的传输线且生产成本较低，更能因应不同厂商而弹性的调整周期信号Vtr的内容，让变压器的生产更为便利。

须留意的是，虽然前述的例子以笔记型计算机为例，但是类似的构想同样可应用于其他类型的电子产品。举例来说，DVD播放器、数字电视等电子装置也经常使用了不同的变压器，同样可能会有厂商需要识别变压器的需求。差别只是直流电压Vdc与周期信号Vtr的电压变化幅度可能改变。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种电源转换系统，包括：

一电源转换端，包括：

一电压转换电路，其是将一交流电压转换为一直流电压；以及

一信号产生电路，电连接于该电压转换电路，其产生一周期信号，

其中该电源转换端根据该直流电压与该周期信号而输出一组合信号；以及

一系统端，通过一传输线而电连接于该电源转换端，包括：

一信号读取电路，其根据该组合信号而得出一判断信号；以及

一控制器，其根据该判断信号而选用一运作模式。

2.如权利要求1所述的电源转换系统，其中该周期信号具有一高电位期间与一低电位期间。

3.如权利要求2所述的电源转换系统，其中该高电位期间、该低电位期间可根据一输出功率信息、一生产者识别信息、一电源连接状态设定而调整。

4.如权利要求2所述的电源转换系统，其中

当该周期信号在该高电位期间，该判断信号对应于一第一判断电压；以及，

当该周期信号在该低电位期间，该判断信号对应于一第二判断电压。

5.如权利要求2所述的电源转换系统，其中该周期信号在该高电位期间与该低电位期间的电压差小于该直流电压。

6.如权利要求1所述的电源转换系统，其中该信号产生电路可为一双稳态电路、一振荡器、一逻辑芯片。

7.如权利要求1所述的电源转换系统，其中该系统端还包含：

一电池装置，电连接于该控制器，其于一信号判断期间提供该系统端所需的电能，在该信号判断期间后，该系统端根据该运作模式而选择性的利用该直流电压对该电池装置充电。

8.一种电源转换方法，应用于包含一电源转换端与一系统端的一电源转换系统，该电源转换方法包含以下步骤：

该电源转换端将一交流电压转换为一直流电压；

该电源转换端产生一周期信号，并根据该直流电压与该周期信号而输出一组合信号；

该系统端根据该组合信号而得出与该周期信号相对应的一判断信号；以及

该系统端根据该判断信号而选用一运作模式。

9.如权利要求8所述的电源转换方法，其中该周期信号具有一高电位期间与一低电位期间。

10.如权利要求9所述的电源转换方法，其中该高电位期间、该低电位期间可根据一输出功率信息、一生产者识别信息、一电源连接状态设定而调整。

11.如权利要求9所述的电源转换方法，其中该周期信号在该高电位期间与该低电位期间的电压差小于该直流电压，且

当该周期信号在该高电位期间，该判断信号对应于一第一判断电压；以及，

当该周期信号在该低电位期间，该判断信号对应于一第二判断电压。

12.如权利要求8所述的电源转换方法，其中还包含以下步骤：

于一信号判断期间，该系统端利用一电池装置所提供的电能；以及，

在该信号判断期间后，该系统端根据该运作模式而选择性地利用该直流电压对该电池装置充电。

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