CN103812330A - 可动态调整输出电压的电源转换器及其适用的供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可动态调整输出电压的电源转换器及其适用的供电系统，经由缆线而与集线器连接，包含：电源转换电路，将输入电压转换为输出电压，且经由缆线将输出电压的电能提供至集线器，使集线器的连接端口提供充电电压；电流检测电路，依据电源转换电路输出的负载电流而输出检测信号；以及控制单元，与电流检测电路及电源转换电路连接，且接收电流检测信号，并预设有记录负载电流与因缆线的阻抗所产生的压降量间关系的对照表，使控制单元依据电流检测信号及对照表输出反馈信号，驱使电源转换电路依反馈信号动态地调整输出电压的电平；其中输出电压等于压降量与充电电压之和。

Description

可动态调整输出电压的电源转换器及其适用的供电系统

技术领域

本发明关于一种电源转换器，尤指一种可动态调整输出电压的电源转换器及其适用的供电系统。

背景技术

随着科技的进步，许多的便携式电子装置，例如智能手机、平板电脑及MP3等，已广泛地应用于人们的日常生活中。由于该多个便携式电子装置必需通过一固定电压，例如5V，来进行充电，因此该多个便携式电子装置上配置有至少一连接端口(port)，例如第一通用串行总线(Universal Serial Bus：USB)连接端口，亦即第一USB连接端口，使得便携式电子装置可利用第一USB连接端口而与一供电系统进行连接，以接收供电系统所输出的充电电压来进行充电。

目前大部分的供电系统由一电源转换器(adapter)、一缆线及一USB集线器(hub)所构成，其中USB集线器具有多个第二USB连接端口，以与多个便携式电子装置的第一USB连接端口进行连接，电源转换器则接收一输入电压，例如市电所提供的交流电压，并将该输入电压进行转换，以对应便携式电子装置所需的电压而输出具有固定电压值，例如5V，的输出电压，缆线则连接于电源转换器及USB集线器之间，其可将电源转换器所输出的输出电压传送至USB集线器，以当便携式电子装置的第一USB连接端口连接于USB集线器的第二USB连接端口时，USB集线器便可经由第二USB连接端口及第一USB连接端口而将输出电压的电能传送至便携式电子装置，以对便携式电子装置进行充电。

然而由于缆线实际上必然具有与长度相对应的阻抗，当缆线的长度越长时，阻抗越大，又电源转换器所输出的输出电压的电平为固定，故该输出电压在经由缆线传送至USB集线器时，会因为缆线的阻抗所产生的压降，导致该输出电压于USB集线器时的电平相对于电源转换器所输出时的电平为小，是以USB集线所能提供的电压并无法达到便携式电子装置所需的电压的电平，且当USB集线器连接越多的便携式电子装置，亦即电源转换器所输出的负载电流越大时，缆线上所产生的压降值将相对越大，因此电源转换器所输出的输出电压的电平于USB集线器上将对应地越小，由此可知，USB集线器所能提供的电压的电平将因缆线的阻抗而无法达到便携式电子装置充电时所需电压的电平，导致便携式电子装置可能无法正常使用，且使得便携式电子装置内的充电电池将因无法充饱而加快老化，进而降低续航力。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺失之，使电源转换器可因应缆线的阻抗所产生的压降量而对应提升输出电压的电压电平的可动态调整输出电压的电源转换器及其适用的供电系统，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可动态调整输出电压的电源转换器及其适用的供电系统，其通过控制单元预设有记录着负载电流与因缆线的阻抗所产生的压降量之间的关系的对照表，因此当控制单元从电流检测电路所输出的电流检测信号而得知负载电流时，便可依据对照表得知目前负载电流于缆线上所产生的压降量，进而驱使电源转换电路对应地将输出电压的电平提高，使电源转换电路的输出电压在经由具有阻抗的缆线而传送集线器时，集线器仍可输出符合便携式电子装置所需求的充电电压，使便携式电子装置可正常使用，并使便携式电子装置内的充电电池的使用寿命延长。

为达上述目的，本发明的较佳实施方式为提供一种电源转换器，经由连接于缆线而与具有至少一连接端口的集线器连接，包含：电源转换电路，接收并转换输入电压，以于电源转换器的输出端输出输出电压，且经由缆线将输出电压的电能提供至集线器，使集线器通过连接端口提供具有固定电压电平的充电电压；电流检测电路，与电源转换电路连接，用以检测电源转换电路经由缆线提供给集线器的负载电流，并对应地输出电流检测信号；以及控制单元，与电流检测电路及电源转换电路连接，且接收电流检测信号，并预设有对照表，对照表记录负载电流与因缆线的阻抗所产生的一压降量之间的关系，使控制单元依据电流检测信号及对照表而输出反馈信号至电源转换电路，驱使电源转换电路动态地调整输出电压的电平；其中输出电压等于压降量与充电电压之和。

为达上述目的，本发明的较佳实施方式另提供一种供电系统，包含：缆线；集线器，与缆线连接，且具有至少一连接端口；电源转换器，与缆线连接，且通过缆线而与集线器连接，包含：电源转换电路，接收并转换输入电压，以于电源转换器的输出端输出输出电压，且经由缆线将输出电压的电能提供至集线器，使集线器通过连接端口提供具有固定电压电平的充电电压；电流检测电路，与电源转换电路连接，用以检测电源转换电路经由缆线提供给集线器的负载电流，并对应地输出检测信号；以及控制单元，与电流检测电路及电源转换电路连接，且接收检测信号，并预设有对照表，对照表记录负载电流与因缆线的阻抗所产生的一压降量之间的关系，使控制单元依据检测信号及对照表而输出反馈信号至电源转换电路，驱使电源转换电路动态地调整输出电压的电平；其中输出电压等于压降量与充电电压之和。

附图说明

图1：其为本发明较佳实施例的供电系统的结构示意图。

图2：其为图1所示的电源转换器的一变化例。

图3：其为图1所示的电流检测电路的电路结构示意图。

图4：其为图1所示的集线器的电路结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：供电系统；

10：电源转换器；

100：电源转换电路；

101：电流检测电路；

102：控制单元；

102a、124：微控制器；

102b：反馈电路；

11：缆线；

12：集线器；

120：连接端口；

121：过电流检测器；

122：过电压检测器；

123：开关电路；

125：发光单元；

103：电压检测电路；

V_in：输入电压；

V_c：充电电压；

V_out：输出电压；

V_f：反馈信号；

V_i：电流检测信号；

V_s：控制信号；

V_t：电压检测信号；

I_load：负载电流；

R_r：阻抗；

R_t：检测电阻；

R₁：第一电阻；

R₂：第二电阻；

OP：误差放大器。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，其为本发明较佳实施例的供电系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的供电系统1可分离地与至少一便携式电子装置(未图示)连接，用以接收一输入电压V_in，例如市电所提供的交流电压，并将该输入电压V_in进行转换，以提供具有固定电压值，例如5V，的充电电压V_c来对便携式电子装置进行充电，且供电系统1包含一电源转换器10、一缆线11以及一集线器12。其中集线器12包含多个连接端口120，例如通用串行总线连接端口，以通过多个连接端口120而与一个或多个便携式电子装置所具有的对应连接端口进行连接，使供电系统1可经由集线器12的连接端口120输出充电电压V_c给便携式电子装置。至于缆线11的一端与集线器12连接，缆线11的另一端则可分离地与电源转换器10连接。

电源转换器10可为但不限于为一AC/DC转换器，用以接收输入电压V_in，并将该输入电压V_in转换为直流的一输出电压V_out，且包含一电源转换电路100、一电流检测电路101以及一控制单元102。

电源转换电路100可为但不限于为AC/DC电源转换电路，连接于电源转换器10的输入端及输出端之间，用以接收输入电压V_in，并通过内部的一开关电路(未图示)的导通或截止切换而将输入电压V_in转换，以于电源转换器10的一输出端输出为直流电的输出电压V_out，使输出电压V_out的电能可经由缆线11而传送至集线器12，此外，对应于与集线器12连接的便携式电子装置的负载需求，电源转换电路100更输出一负载电流I_load，同样经由缆线11而传送至集线器12。电流检测电路101连接于电源转换电路100的输出端，用以检测负载电流I_load，并对应地输出一电流检测信号V_i。

控制单元102与电流检测电路101及电源转换电路100连接而接收电流检测信号V_i，此外，控制单元102更具有一对照表，该对照表于供电系统1在生产制造完成前，即可修改地预先储存于控制单元102内，该对照表记录电源转换电路100的负载电流I_load与缆线11的阻抗R_r所产生的一压降量之间的对应关系，例如当负载电流I_load在一范围内变动时，不同电流值的负载电流I_load在流过具有固定阻值的阻抗R^r的缆线11所各自产生的压降量的对应关系，故控制单元102将依据电流检测信号V_i及对照表而输出一反馈信号V_f至电源转换电路100，以驱使电源转换电路100动态地调整输出电压V_out的电平。

于本实施例中，控制单元102由一微控制器102a以及一反馈电路102b所构成，其中微控制器102a与电流检测电路101连接，且预设有该对照表，该微控制器102a依据电流检测信号V_i及对照表而输出一控制信号V_s。反馈电路102b则与微控制器102a及电源转换电路100连接，用以根据控制信号V_s而输出例如为脉冲宽度调变(PWM)形式的反馈信号V_f给电源转换电路100内的开关电路，以改变该开关电路的占空比，藉此驱动电源转换电路100动态地调整输出电压V_out的电平。

以下将示范性地说明本发明的供电系统1的作动原理。请配合图1，由于缆线11长度在供电系统1生产制造完成后必然固定，换言之，即缆线11的阻抗R_r的阻值为固定而无法变动，因此在供电系统1生产制造完成前，即可对应缆线11的阻抗R_r的固定阻抗值，而事先测试各种不同电流值的负载电流I_load在流过缆线11的阻抗R_r时所产生的不同压降量，并将测试的结果记录而构成对照表，以预先写入控制单元102的微控制器102a内。

因此当电源转换器10与缆线11连接，且电源转换电路100所输出的负载电流I_load经由缆线11而传送至集线器12时，虽然该负载电流I_load于缆线11上确实将因阻抗Rr而产生压降量，然而由于微控制器102a可依据电流检测信号V_i得知负载电流I_load的大小，并依据对照表得知目前负载电流I_load于缆线11上所产生的压降量的大小，因此微控制器102a便可对应的输出反馈信号V_f，以驱动电源转换电路100将输出电压V_out的电压电平提升至等于充电电压V_c与缆线11上的压降量的和，如此一来，输出电压V_out在扣除经由因缆线11的阻抗R_r所产生的压降量后，仍可使集线器12的连接端口120输出符合便携式电子装置所需求的具固定电平的充电电压V_c，是以即便当集线器12通过多个连接端口120而连接越多的便携式电子装置，使得电源转换电路100所输出的负载电流I_load越大，而负载电流I_load于缆线11上所产生的压降量亦越大时，微控制器102a仍可先依据电流检测信号V_i得知目前负载电流I_load的大小，再依据对照表得知目前负载电流I_load于缆线11上将产生的压降量，藉此输出对应的反馈信号V_f来驱动电源转换电路100将输出电压V_out的电压电平提升至越大，以使输出电压V_out仍等于充电电压V_c与缆线11上的压降量的和。

于一些实施例中，由于电源转换器10与集线器12之间并无需彼此沟通，因此缆线11内可仅包含一正极导线及一负极(接地)导线，而无须如一般常见的缆线11除了包含一正极导线及一负极(接地)导线，更包含一通信导线，使集线器及电源转换器之间进行沟通。又于一些实施例中，缆线11以一体成形的方式与集线器12连接，换言之，即缆线11并无法由集线器12上所脱离。

于一些实施例中，为了避免因电源转换器10内的线路及电子元件的误差，导致电源转换电路100在接收反馈信号V_f后，可能无法准确地将输出电压V_out的电压电平提升至等于充电电压V_c与缆线11上的压降量的和，因此如图2所示，电源转换器10更可为但不限于具有一电压检测电路103，连接于电源转换电路100的输出端及电源转换器10的输出端，且与控制单元102连接，电压检测电路103用以检测输出电压V_out，并对应地输出一电压检测信号V_t，使控制单元102可依据电压检测信号V_t而确认目前电源转换电路100所输出的输出电压V_out是否符合对照表所记录的内容，亦即对应于目前负载电流I_load，输出电压V_out是否等于压降量与充电电压V_c之和，进而对应地调整反馈信号V_f，藉此当输出电压V_out因线路或电子元件的误差而导致在电流检测电路101及控制单元102的作动下，仍无法准确等于压降量与充电电压V_c之和时，驱使电源转换电路100可精确地调整输出电压V_out等于压降量与充电电压V_c之和，由此可知，电压检测电路103可提供再次确认输出电压V_out等于压降量与充电电压V_c之和的作用。

请参阅图3，并配合图1，其中图3为图1所示的电流检测电路的电路结构示意图。如第1及3图所示，于一些实施例中，电流检测电路101包含一检测电阻R_t及一误差放大器OP，检测电阻R_t连接于电源转换电路100及电源转换器10的输出端之间，误差放大器OP的一反向输入端经由一第一电阻R1而连接于检测电阻R_t的一端及电源转换电路100的输出端间，误差放大器OP的一非反向输入端经由一第二电阻R₂而与检测电阻R_t的另一端连接，该误差放大器OP的输出端则与控制单元102连接而输出电流检测信号V_i。

请参阅4图，其为图1所示的集线器的细部电路方块图。如图4所示，集线器12除了具有多个连接端口120外，于一些实施例中，更具有多个过电流检测器121、一过电压检测器122、一开关电路123、一微控制器124及一发光单元125，其中开关电路123连接于集线器12的一正输入端，且与微控制器124连接，其受微控制器124的控制而进行导通或截止的切换，而于集线器12正常运作时，开关电路123呈现导通的状态。过电压检测器122连接于集线器12的正输入端，且与微控制器124连接，其用以检测集线器12的输入端是否发生过电压的情况，以对应地通知微控制器124，使微控制器124于集线器12的输入端发生过电压的情况时，控制开关电路123截止，使集线器12无法接收由输入端所传来的电能，进而使集线器12停止运作。多个过电流检测器121则分别与对应的连接端口120连接，每一过电流检测器121用以检测对应的连接端口120是否产生过电流的情况，以对应地通知微控制器124，使微控制器124于至少一连接端口120发生过电流的情况时，控制开关电路123截止，使集线器12无法接收由输入端所传来的电能，进而使集线器12停止运作。发光单元125与微控制器124连接，其可于微控制器124控制开关电路123截止，同步由微控制器124所驱动而发亮，以通知使用者目前发生过电压或过电流的情况。

综上所述，本发明的可动态调整输出电压的电源转换器及其适用的供电系统，其通过控制单元预设有记录着负载电流与因缆线的阻抗所产生的压降量之间的关系的一对照表，因此当控制单元从电流检测电路所输出的电流检测信号而得知负载电流时，便可依据该对照表得知负载电流目前于缆线上所产生的压降量，进而对应地输出反馈信号，以驱动电源转换电路将输出电压的电平提高，使输出电压在经由缆线的压降后而传送至集线器时，集线器仍可输出符合便携式电子装置所需求的电压电平的充电电压，使得便携式电子装置不但可正常使用，便携式电子装置内的充电电池亦可因电能充饱而延长使用寿命。

本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利权利要求范围所欲保护者。

Claims (10)

1.一种电源转换器，经由连接于一缆线而与具有多个连接端口的一集线器连接，包含：

一电源转换电路，接收并转换一输入电压，以于该电源转换器的一输出端输出一输出电压，且经由该缆线将该输出电压的电能提供至该集线器，使该集线器通过该连接端口提供具有固定电压电平的一充电电压；

一电流检测电路，与该电源转换电路连接，用以检测该电源转换电路经由该缆线提供给该集线器的一负载电流，并对应地输出一电流检测信号；以及

一控制单元，与该电流检测电路及该电源转换电路连接，且接收该电流检测信号，并预设有一对照表，该对照表记录该负载电流与因该缆线的阻抗所产生的一压降量之间的关系，使该控制单元依据该电流检测信号及该对照表而输出一反馈信号至该电源转换电路，驱使该电源转换电路动态地调整该输出电压的电平；

其中该输出电压等于该压降量与该充电电压之和。

2.如权利要求1所述的电源转换器，其中该控制单元包含一微控制器，与该电流检测电路连接，且预设有该对照表，该微控制器依据该电流检测信号及该对照表而输出一控制信号。

3.如权利要求2所述的电源转换器，其中该控制单元包含一反馈电路，与该微控制器及该电源转换电路连接，用以依据该控制信号而输出该反馈信号，以驱动该电源转换电路动态地调整该输出电压的电平。

4.如权利要求1所述的电源转换器，其中该电流检测电路包含一检测电阻及一误差放大器，该检测电阻连接于该电源转换电路及该电源转换器的该输出端之间，该误差放大器的一反向输入端经由一第一电阻连接于该检测电阻的一端及该电源转换电路之间，该误差放大器的一正向输入端经由一第二电阻连接于该检测电阻的另一端，该误差放大器的一输出端与该控制单元连接，且输出该电流检测信号。

5.如权利要求1所述的电源转换器，其中当该负载电流越大时，该电源转换电路调整该输出电压的电平为越大。

6.如权利要求1所述的电源转换器，其中该电源转换器更具有一电压检测电路，连接于该电源转换器的该输出端及该控制单元，用以检测该输出电压，并对应地输出一电压检测信号，使该控制单元依据该电压检测信号对应调整该反馈信号，以当该输出电压尚未等于该压降量与该充电电压的和时，驱使该电源转换电路动再次调整该输出电压等于该压降量与该充电电压的和。

7.一种供电系统，包含：

一缆线；

一集线器，与该缆线连接，且具有至少一连接端口；

一电源转换器，与该缆线连接，且通过该缆线而与该集线器连接，包含：

一电源转换电路，接收并转换一输入电压，以于该电源转换器的一输出端输出一输出电压，且经由该缆线将该输出电压的电能提供至该集线器，使该集线器通过该连接端口提供具有固定电压电平的一充电电压；

一电流检测电路，与该电源转换电路连接，用以检测该电源转换电路经由该缆线提供给该集线器的一负载电流，并对应地输出一检测信号；以及

一控制单元，与该电流检测电路及该电源转换电路连接，且接收该检测信号，并预设有一对照表，该对照表记录该负载电流与因该缆线的阻抗所产生的一压降量之间的关系，使该控制单元依据该检测信号及该对照表而输出一反馈信号至该电源转换电路，驱使该电源转换电路动态地调整该输出电压的电平；

其中该输出电压等于该压降量与该充电电压之和。

8.如权利要求7所述的供电系统，其中该缆线包含一正极导线及一负极导线。

9.如权利要求7所述的供电系统，其中该集线器具有多个该连接端口。

10.如权利要求7所述的供电系统，其中该缆线与该集线器以一体成形的方式连接。

Images