CN104917269A - 智能电源转接器及其供电控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种智能电源转接器及其供电控制方法。所述智能电源转接器包括电源转换电路以及控制单元。电源转换电路用以将交流电源转换为直流电源以提供给负载装置，控制单元耦接电源转换电路，控制单元用以依据负载装置的电池模块的电源状态经由充电通信协议采用相应的供电控制手段来控制电源转换电路的运作，从而令电源转换电路反应于电源状态的改变而以不同的电源转换行为来产生直流电源。

Description

智能电源转接器及其供电控制方法
技术领域
本发明是有关于一种电源转接器，且特别是有关于一种可根据负载装置的功率需求经由充电通信协议的沟通而调整输出的智能电源转接器及其供电控制方法。
背景技术
在现行的电子产品应用中，若要使用市电等交流电源作为电子装置的供电来源，通常会需要使用一个电源转接器来将交流电源转换为直流电源以提供给电子装置使用。
对于电子装置而言，其实际的功率消耗会跟本身的运作状态息息相关。举例来说，若电子装置的电池模块处于低电量的状态下，充电控制芯片一般会采用快充的方式(即定电流充电)来进行充电(充电电流相对较高)，此时电子装置会具有较高的功率消耗。又若电子装置的电池模块处于接近满充的状态下，充电控制芯片一般会采用定电压的方式进行充电(充电电流相对较低)，藉以令电池模块的电池电压可以逐渐地稳定在满充电压上，故此时电子装置的功率消耗则会相对较低。
但对于电源转接器而言，其通常是将交流电源转换为固定功率的直流电源以提供给电子装置使用。换言之，无论电子装置实际消耗的电源是多是少，电源转接器都会提供相同功率的直流电源给电子装置。因此无可避免地，在电子装置仅消耗了电源转接器所提供的一小部分电源功率的运作情况下，由电源转接器所提供的大部分的电源功率都会成为无谓的功率损耗。
发明内容
本发明提供一种智能电源转接器及其供电控制方法，其可根据负载装置的实际功率需求适应性地提供相应的直流电源。
本发明的智能电源转接器包括电源转换电路以及控制单元。电源转换电路用以将交流电源转换为直流电源以提供给负载装置。控制单元耦接电源转换电路，用以依据负载装置的电池模块的电源状态经由充电通信协议的沟通采用相应的供电控制手段来控制电源转换电路的运作，从而令电源转换电路反应于电源状态的改变而以不同的电源转换行为来产生直流电源。
本发明的智能电源转接器的供电控制方法，包括以下步骤：接收交流电源；将交流电源转换为直流电源并提供给负载装置；以及依据负载装置的电池模块的电源状态经由充电通信协议的沟通，采用相应的供电控制手段来控制直流电源的产生，从而反应于电源状态的变化以不同的电源转换行为来产生直流电源。
基于上述，本发明实施例提出一种智能电源转接器及其供电控制方法，其可根据电池模块当前的电源状态/充电模式适应性地采用对应的供电控制手段来控制直流电源的产生，使得智能电源转接器所提供的直流电源的功率可动态地随着负载装置的实际功率需求而变动。基此，本发明实施例的智能电源转接器可有效地避免功率浪费，从而获得较高的供电效能。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的智能电源转接器的示意图；
图2为本发明另一实施例的智能电源转接器的示意图；
图3为本发明一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图；
图4为依照图3的一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图；
图5为本发明另一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图；
图6为依照图5的一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图；
图7为本发明又一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图；
图8为依照图7的一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图。
附图标记说明：
10：负载装置；
100、200：智能电源转接器；
110、210：电源转换电路；
120、220：控制单元；
212：输入级电路；
214：功率因数校正电路；
216：功率级电路；
218：开关式电源调节电路；
221：微控制器；
222：保护电路；
223：电源检测电路；
224：唤醒电路；
225：提示模块；
AC_in：交流电源；
BRF：桥式整流器；
BM：电池模块；
EMF：防电磁干扰滤波器；
DC_out：直流电源；
Iout：直流输出电流；
PSC：功率开关电路；
S310～S350、S410～S458、S510～S540、S610～S648、S710～S760、S810～S860：步骤；
Sdet1～Sdet3：状态检测信号；
Sop：输出电源信号；
Swk：唤醒信号；
Ssi：状态指示信号；
TF：变压器；
TI：传输接口；
Vdc：直流电压；
Vrec、Vrec’：整流电压；
Vout：直流输出电压。
具体实施方式
为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，代表相同或类似部件。
图1为本发明一实施例的智能电源转接器的示意图。请参照图1，本实施例的智能电源转接器100包括电源转换电路110以及控制单元120。
在本实施例中，电源转换电路110可从外部接收交流电源AC_in(例如为市电，但并不限制于此)，再将所接收到的交流电源AC_in转换为直流电源DC_out以提供给负载装置10使用。换言之，负载装置10可经由智能电源转接器而获取交流电源AC_in(以直流电源DC_out的形式提供)作为其运作及充电的供电来源。在此，所述的负载装置10可例如为笔记本电脑、平板电脑及智能手机等电子装置(在此附图示出以智能手机为例，但不仅限于此)。值得一提的是，在本实施例中，所述电源转换电路110的电路拓扑形态可以为顺向式(Forward)电源转换电路、反激式(Flyback)电源转换电路、半桥式(Active Clamp and Half Bridge)电源转换电路、全桥式(Active Clamp andFull Bridge)电源转换电路或推挽式(Push-Pull)电源转换电路，但并不限制于此。关于上述各种电源转换电路的架构与运作方式均属本发明相关领域具有通常知识者所熟识的技术，因而在此并不再加以赘述。
控制单元120耦接电源转换电路110，其可依据负载装置10中的电池模块BM的电源状态经由充电通信协议的沟通而采用相应的供电控制手段(例如低电流供电控制、定电流供电控制以及定电压供电控制等手段)来控制电源转换电路110的运作，从而令电源转换电路110反应于电池模块BM的电源状态改变而以不同的电源转换行为来产生直流电源DC_out。其中，所述电池模块BM可例如为锂电池模块，但本发明并不限制于此。
更具体地说，本实施例的智能电源转接器100可配合电池模块BM的充电行为顺序而提供具有对应的电源特性的直流电源DC_out给负载装置10，使得智能电源转接器100所提供的电源功率可根据负载装置10实际上所消耗的电源功率而改变。举例来说，若控制单元120经由充电通信协议的沟通，或是被动地从充电控制芯片接收电源状态，或是控制单元主动地检测电池模块而判断电池模块BM正以定电流的方式进行充电，则控制单元120会对应的控制电源转换电路110以令电源转换电路110相对地以定电流的电源转换行为来产生直流电源DC_out；若控制单元120判断电池模块BM从定电流充电切换为定电压充电时，则控制单元120会对应地令电源转换电路110切换为以定电压的电源转换行为来产生直流电源DC_out。此外，电源转换电路110所产生的直流电源DC_out的电源规格(如输出电压大小、输出电流大小)也可为控制单元120根据电池模块BM的电源状态而通过调整供电控制手段的电源参数来调整。
基此，本实施例的智能电源转接器100所提供的直流电源DC_out功率基本上会与电池模块BM充电所需以及负载装置10运作所需的功率总和(也就是负载装置10实际的消耗功率)呈正相关的变化。因此传统上负载装置10在某些运作情况下仅消耗了电源转接器所提供的一小部分电源功率，而造成电源转接器所提供的大部分的电源功率都被浪费掉的问题可被有效地改善。换言之，本实施例的智能电源转接器100可相较于传统的电源转接器而言可具有较高的供电效能。
此外，由于本实施例的智能电源转接器100可根据电池模块BM的电源状态而提供对应的直流电源DC_out，因此即便是在电池模块BM中的充电控制芯片(未示出)发生故障的情况下，智能电源转接器100也可适应性地自行在电池模块BM充电完成后，随即降低所提供的直流电源DC_out，藉以降低负载装置10损毁的风险。
为了更清楚地说明本发明实施例的智能电源转接器。下面分别就硬件架构的部分(如图2实施例)及供电控制方法的部分(如图3至图8实施例)作进一步说明。
下面先就硬件架构的部分进行说明。图2为本发明另一实施例的智能电源转接器的示意图。请参照图2，智能电源转接器200包括电源转换电路210以及控制单元220。电源转换电路210包括输入级电路212、功率因数校正电路214、功率级电路216以及开关式电源调节电路218。电源转换电路210中的各级电路212～218依序地逐级相互串接，其中智能电源转接器200以输入级电路212的输入端作为其输入端(适于连接至交流电源AC_in)，并且以开关式电源调节电路218的输出端则作为其输出端(适于经由传输接口TI连接至负载装置(未示出))。控制单元220包括微控制器221、保护电路222、电源检测电路223、唤醒电路224以及提示模块225。其中，微控制器221作为控制单元220的运算核心，分别耦接至保护电路222、电源检测电路223、唤醒电路224以及提示模块225。
在电源转换电路210中，输入级电路212可例如为由防电磁干扰滤波器EMF以及桥式整流器BRF(可例如为全桥整流器或半桥整流器，本发明不以此为限)所组成。防电磁干扰滤波器EMF会接收交流电源AC_in，并且抑制交流电源AC_in的电磁噪声；而桥式整流器BRF则可用以接收抑制噪声后的交流电源AC_in，并对所述交流电源AC_in进行整流(依桥式整流器的架构不同，可例如为全波整流或半波整流，本发明不以此为限)，藉以产生整流电压Vrec。换言之，输入级电路212的作用在于：接收交流电源AC_in并且对交流电源AC_in进行整流及滤波，藉以产生整流电压。
功率因数校正电路214的输入端耦接桥式整流器BRF的输出端，用以对关联于交流电源AC_in的整流电压Vrec进行功率因数校正(power factorcorrection)，并将经功率因数校正后的整流电压Vrec’提供给功率级电路216。
功率级电路216例如为由功率开关电路PSC以及变压器TF所组成。功率开关电路PSC可通过间歇性/切换的方式将所接收到的整流电压Vrec’传递至变压器TF的一次侧，使得变压器TF的二次侧感应于其一次侧上的电压而产生直流电压Vdc。
开关式电源调节电路218会以变压器TF所输出的直流电压Vdc作为输入电压，并且受控于微控制器221而对直流电压Vdc进行电压调节(可例如为升压转换、降压转换、升降压转换或同步整流等)，藉以产生直流电源DC_out(包括直流输出电压Vout以及直流输出电流Iout)。在此，所述的开关式电源调节电路218在实际的电路拓扑设计中可例如为恒流开关电路，恒压开关电路、脉宽调制开关电路或同步整流电路等电路架构，本发明不以此为限。
在一范例实施例中，电源转换电路210还可包括反馈电路(未示出)。反馈电路可耦接于功率级电路216与开关式电源调节电路218的输出端之间，藉以对直流输出电压Vout及直流输出电流Iout进行取样并反馈给功率级电路216，使得功率级电路216可据以动态地调整所输出的直流电压Vdc的大小。
另一方面，在控制单元220中，微控制器221会依据负载装置的电池模块的电源状态经由充电通信协议的沟通，或是被动地从充电控制芯片接收电源状态，或是主动地检测电池模块而采用相应的供电控制手段来控制开关式电源调节电路218的开关切换，藉以调整开关式电源调节电路218所产生的直流输出电压Vout的电平高低及/或直流输出电流Iout的电流大小。
保护电路222耦接微控制器221，其可用以检测智能电源转接器200的运作状态，并据以在智能电源转接器200的运作状态发生异常时发出状态检测信号(如Sdet1、Sdet2、Sdet3)，藉以令微控制器221反应于状态检测信号而令开关式电源调节电路218停止/箝制直流电源DC_out的产生。其中，所述保护电路222可例如包括过电流保护(over current protection)电路OCP、过电压保护(over voltage protection)电路OVP及/或过温度保护(overtemperature protection)电路OTP。换言之，当保护电路222判断智能电源转接器200的运作状态发生异常时，其可能的情况可例如为直流输出电压Vout、直流输出电流Iout及/或装置温度超过预设的上限值，但本发明不以此为限。
电源检测电路223是用以检测提供给负载装置的直流电源DC_out，并据以发出输出电源信号Sop给微控制器221。在不同的供电控制手段下，微控制器221可根据输出电源信号Sop而选用直流输出电压Vout或直流输出电流Iout作为控制开关式电源调节电路218的依据。举例来说，在定电流控制手段下，微控制器221会以直流输出电流Iout的大小作为反馈控制开关式电源调节电路218的依据，使得直流输出电流Iout可被维持在固定的电流值下；相反地，在定电压控制手段下，微控制器221会以直流输出电压Vout的大小作为反馈控制开关式电源调节电路218的依据，使得直流输出电压Vout可被维持在固定的电压值下。
唤醒电路224是用以检测智能电源转接器200是否连接至负载装置，并且在判断智能电源转接器200连接至负载装置时，发出唤醒信号Swk给微控制器221。在微控制器221被唤醒信号Swk唤醒后，微控制器221才会控制开关式电源调节电路218开始产生直流电源DC_out。
提示模块225是用以依据微控制器221所发出的状态指示信号Ssi而产生供电状态提示。其中，提示模块225所发出的供电状态提示会对应于智能电源转接器200当前的供电/充电状态、供电控制手段及/或电池模块当前的电量等信息，因此使用者可通过查看提示模块225所发出的供电状态提示而得知智能电源转接器200与电池模块当前的运作状态。
举例来说，提示模块225可例如为发光二极管模块，而其所发出的供电状态提示可例如为指示当前供电/充电状态的灯号；又或者，提示模块225可例如为显示面板，而其所发出的供电状态提示可例如为指示当前供电/充电状态的文字信息。本发明不以此为限。
此外，在本实施例中，所述传输接口TI是以USB接口为例(下面简称USB接口TI)，其中USB接口TI包括VDD端、GND端、D+端以及D-端。开关式电源调节电路218的电源输出端与接地端会分别连接至USB接口TI的VDD端与GND端。
另外，在USB接口TI中，用以传输资料的D+端与D-端会连接至微控制器221。基此，微控制器221可通过D+端和D-端与电池模块中的充电控制芯片相互沟通/传递信息，从而令微控制器221可根据电池模块的特性及充电状态对开关式电源调节电路218所输出的直流电源DC_out进行适应性地调整。
下面再就供电控制方法的部分进行说明。在本发明实施例中，根据控制单元取得电池模块的电源状态的方式差异，可分为三种不同的范例实施态样，分别为：(1)控制单元120与充电控制芯片以相互沟通的方式(充电通信协议)取得电源状态；(2)控制单元120被动地从充电控制芯片接收电源状态；以及(3)控制单元120主动地检测电池模块的电源状态。其中，图3与图4实施例的步骤流程对应至范例实施态样(1)；图5与图6实施例的步骤流程对应至范例实施态样(2)；以及图7与图8实施例的步骤流程对应至范例实施态样(3)。
请先参照图3，图3为本发明一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图。所述供电控制方法可适用于图1或图2所示出的智能电源转接器100、200。下面搭配图1实施例的智能电源转接器100来说明本实施例的步骤流程。但本发明不仅限于此。
在本实施例中，首先，电源转换电路110接收交流电源AC_in(步骤S310)，并且将交流电源AC_in转换为直流电源DC_out并提供给负载装置10(步骤S320)。在电源转换电路110进行交流-直流转换的期间，控制单元120会通过传输接口TI从电池模块BM的充电控制芯片取得电池规格信息(例如电池种类、电池寿命特性、电池最大电压、电池最大电流等)(步骤S330)。接着，控制单元120会依据所取得的电池规格信息选择多个不同的供电控制手段(步骤S340)。
在选择数个特定的供电控制手段后，控制单元120会依序设定各个供电控制手段的预设电源参数与充电行为规范(步骤S350)，接着再依据所设定的预设电源参数与充电行为规范来依序执行对应的供电控制手段，藉以令电源转换电路110以相应的电源转换行为产生直流电源DC_out(步骤S360)。
换言之，在本实施例中，控制单元120可通过与充电控制芯片建立特定的通信协议的方式，针对电池模块BM的规格及电源状态定义出供电控制手段的行为顺序、电源参数及行为规范。其中，所述供电控制手段的行为顺序、电源参数及行为规范基本上会与电池模块BM的充电行为相互对应。因此，就智能电源转接器100整体的供电行为而言，控制单元120等同于会随着电池模块BM的电源状态/充电模式的改变而对应的调整供电控制手段。也即，电源转换电路110所提供的直流电源DC_out会随着电池模块BM的充电需求而改变。
搭配图2实施例的智能电源转接器200的硬件架构来看，所述控制单元120改变所采用的供电控制手段的运作以及调整直流电源DC_out的电源规格的运作，可利用微控制器221调整开关式电源调节电路218的开关频率/责任周期的方式来实现，其中开关式电源调节电路218可反应于开关频率/责任周期的变化而产生具有低电流/定电流/定电压特性的直流电源DC_out。
另值得一提的是，控制单元120除了可根据电池模块BM的电源状态而采用不同的供电控制手段之外，其还可依据设计者所设定各个供电控制手段的预设电源参数以及充电行为规范来执行对应的供电控制手段。其中，所述预设电源参数可例如预设电压参数、预设电流参数及/或预设充电时间参数，而所述充电行为规范可例如为上限电压条件、上限电流条件及/或上限温度条件。
举例来说，设计者可设定定电流控制手段的预设电压参数为5V且预设电流参数为1A。在此条件下，控制单元120在以定电流控制手段控制电源转换电路110时，电源转换电路110所输出的直流输出电流会维持在1A且直流输出电压最高不超过5V(即输出功率为5W)。又例如，设计者可设定定电压控制手段的预设电压参数为5V、预设电流参数为600mA以及预设充电时间参数为1小时。在此条件下，控制单元120在以定电压控制手段控制电源转换电路110时，电源转换电路110所输出的直流输出电压会维持在5V且直流输出电流最高不超过600mA(即输出功率为3W)。另外，一旦控制单元120判断采用定电压控制手段的时间超过1小时，则控制单元120会将定电压控制手段切换为其他的供电控制手段，或者停止电源转换电路110的运作。
另一方面，控制单元120可在判断出智能电源转接器100超过所设定的充电行为规范时，即停止/限制电源转换电路110的运作或者改以低电流控制手段来控制电源转换电路110，藉以避免智能电源转接器100损毁。举例来说，上限电压条件、上限电流条件及上限温度条件可分别例如为10V、3A及70℃。只要控制单元120判断智能电源转接器100符合上述条件任一者，即将目前的供电控制手段改为低电流控制手段。
下面以图4的步骤流程来进一步说明上述图3实施例的具体实施范例。其中，图4为依照图3的一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图。
请同时参照图1与图4，在本实施例中，步骤S410与S420分别和前述步骤S310与S320相同。在步骤S420之后，控制单元120会向充电控制芯片发出充电请求(步骤S432)，而充电控制芯片会在接收到控制单元120所发出的充电请求后，回传电池规格信息。
在控制单元120接收到充电控制芯片所回传的电池规格信息后(步骤S434)，控制单元120会进一步选择对于电池模块BM的充电过程要采用预充控制手段、定电流控制手段、定电压控制手段以及补充控制手段(但不仅限于此)来进行供电控制(步骤S440)。其中，预充控制手段以及补充控制手段皆类似于前述的低电流控制手段，是用以控制电源转换电路110提供低于预设电流值的直流电源DC_out的控制手段。另外，本实施例的供电控制手段的行为顺序可例如被定义为预充控制手段→定电流控制手段→定电压控制手段→补充控制手段(但不仅限于此)。
接着，控制单元120会依序设定预充控制手段的预设电压参数/预设电流参数/预设充电时间参数(步骤S451)、定电流控制手段的预设电压参数/预设电流参数/预设充电时间参数(步骤S452)、定电流控制手段的上限电压条件/上限电流条件/上限温度条件(步骤S453)、定电压控制手段的预设电压参数/预设电流参数/预设充电时间参数(步骤S454)、定电压控制手段的上限电压条件/上限电流条件/上限温度条件(步骤S455)以及补充控制手段的预设电压参数/预设电流参数/预设充电时间参数(步骤S456)。
在设定完上述预设电源参数与充电行为规范后，控制单元120即开始依据所设定的预设电源参数与充电行为规范来依序执行对应的供电控制手段，藉以令电源转换电路110以相应的电源转换行为产生直流电源DC_out(步骤S460)。
在本实施例中，控制单元120会在智能电源转接器100超过所设定的充电行为规范时，将供电控制手段切换至补充控制手段，藉以降低直流输出电流的大小，但本发明不仅限于此。
请接着参照图5，图5为本发明另一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图。在此同样搭配图1实施例的智能电源转接器100来说明本实施例的步骤流程。
本实施例的步骤S510大致与前述步骤S310、S410相同，而步骤S520大致与前述步骤S320、S420相同，故在此不再赘述。在本实施例中，在电源转换电路110进行交流-直流转换的期间，控制单元120会通过传输接口TI从电池模块BM的充电控制芯片接收电源模式指令，其中控制单元120所接收的电源模式指令会指示电池模块BM当前的电源状态(步骤S530)。接着，控制单元120会采用对应所接收的电源模式指令的供电控制手段来控制直流电源DC_out的产生(步骤S540)。
换言之，在本实施例中，控制单元120会被动地接收电池模块BM的充电控制芯片所发出的电源模式指令，藉以得知电池模块BM当前的电源状态/充电模式。因此，控制单元120即可反应于电池模块BM的充电模式改变而随之调整供电控制手段，藉以令电源转换电路110所提供的直流电源DC_out可随着电池模块BM的充电需求/充电模式而改变。
下面以图6的步骤流程来进一步说明上述图5实施例的具体实施范例。图6为依照图5的一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图。
请同时参照图1与图6，在本实施例中，步骤S610与S620分别和前述步骤S510与S520相同。在步骤S620之后，控制单元120会依据其所接收的电源模式指令不同，而选择执行指令路径1～4其中之一的动作。
详细而言，当控制单元120所接收到的电源模式指令为充电控制芯片所发出的预充电模式指令时(步骤S632，指令路径1)，表示电池模块BM目前运作在预充电模式下。因此，控制单元120此时会对应的采用低电流控制手段来控制电源转换电路110的运作，藉以令电源转换电路110提供低于第预设电流值(例如100mA)的直流电源DC_out来对电池模块BM充电(步骤S642)。
当控制单元120所接收到的电源模式指令为充电控制芯片所发出的定电流充电模式指令时(步骤S634，指令路径2)，表示电池模块BM目前运作在定电流充电模式/快充模式下。控制单元120此时会对应的采用定电流控制手段来控制电源转换电路110的运作，藉以令电源转换电路110以定电流的方式提供直流电源DC_out来对电池模块BM充电(步骤S644)。
当控制单元120所接收到的电源模式指令为充电控制芯片所发出的定电压充电模式指令时(步骤S636，指令路径3)，表示电池模块BM目前运作在定电压充电模式下。控制单元120此时会对应的采用定电压控制手段来控制电源转换电路110的运作，藉以令电源转换电路110以定电压的方式提供直流电源DC_out来对电池模块BM充电(步骤S646)。
当控制单元120所接收到的电源模式指令为充电控制芯片所发出的补充充电模式指令时(步骤S638，指令路径4)，表示电池模块BM目前运作在补充充电模式下。控制单元120此时会对应的采用低电流控制手段来控制电源转换电路110的运作，藉以令电源转换电路110提供低于第二预设电流值(例如100mA)的直流电源DC_out对电池模块BM充电(步骤S648)。
除此之外，在另一范例实施例中，控制单元120还可计数未接收到电源模式指令的时间长短，并且在判断超过预设时间没收到电源模式指令时(此时可能表示电池模块BM发生故障/异常)，停止/限制电源转换电路110的运作或者改以低电流控制手段来控制电源转换电路110。但本发明不以此为限。
请接着参照图7，图7为本发明又一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图。在此同样搭配图1实施例的智能电源转接器100来说明本实施例的步骤流程。
本实施例的步骤S710大致与前述步骤S310、S410、S510、S610相同，而步骤S720大致与前述步骤S320、S420、S520、S620相同，故在此不再赘述。在电源转换电路110进行交流-直流转换的期间，控制单元120会检测提供给负载装置10的直流电源DC_out(包括直流输出电压及直流输出电流)，从而取得/计算出电池模块BM的电源状态(步骤S730)。其中，在本实施例所述的电源状态例如为电池模块BM的粗略电池电压、充电电流及/或电量比例(即当前电量/满充电量)。
接着，控制单元120会比对所取得的电源状态与多个预设的电源条件(步骤S740)，其中不同的电源条件会对应至不同的供电控制手段。基此，控制单元120即可根据比对的结果，采用符合当前电源状态的电源条件所对应的供电控制手段来控制直流电源DC_out的产生(步骤S750)。
详细而言，控制单元120可采用的供电控制手段可例如为低电流控制手段、定电流控制手段以及定电压控制手段。而所述电源条件则可依据设计者的设计考量而设置。举例来说，设计者可设定在控制单元120检测到充电电流小于第一预设电流门槛值，采用低电流控制手段来控制电源转换电路110，使得电源转换电路110提供低电流的直流电源DC_out对电池模块BM充电；反之，设计者可设定在控制单元120检测到充电电流大于等于第二预设电流门槛值时，改为采用定电流控制手段来控制电源转换电路110，使得电源转换电路110以定电流的方式提供直流电源DC_out对电池模块BM充电。
换言之，在本实施例中，控制单元120会主动地检测电源转换电路110所输出的直流电源DC_out，藉以得知电池模块BM的电源状态。因此，控制单元120即可反应于电池模块BM的充电模式改变而随之调整供电控制手段，藉以令电源转换电路110所提供的直流电源DC_out可随着电池模块BM的充电需求而改变。
下面以图8的步骤流程来进一步说明上述图7实施例的具体实施范例。其中，图8为依照图7的一实施例的智能电源转接器的供电控制方法的步骤流程图。
请同时参照图1与图8，在本实施例中，电源转换电路110同样会先接收交流电源AC_in(步骤S810)，并且将交流电源AC_in转换为直流电源DC_out并提供给负载装置10(步骤S820)。接着，在电源转换电路110进行交流-直流转换的期间，控制单元120会检测提供给负载装置10的直流电源DC_out，从而取得电池模块BM的电源状态(步骤S830)。
其后，控制单元120会根据所取得的电源状态先判断电池模块BM的充电电流是否小于第一预设电流门槛值(步骤S842)。以锂电池为例，所设定的第一预设电流门槛值可例如为10～100mA之间，但本发明不以此为限。
在步骤S842中，若控制单元120判定电池模块BM的充电电流小于第一预设电流门槛值时，则表示电池模块BM目前可能运作在预充电模式下。因此，控制单元120此时会对应的采用低电流控制手段来控制电源转换电路110的运作，藉以令电源转换电路110提供低于预设电流门槛值(例如低于100mA)的直流电源DC_out来对电池模块BM充电(步骤S852)。反之，若控制单元120判定电池模块BM的充电电流大于等于第一预设电流门槛值时，则控制单元120会进一步判断电池模块BM的充电电流是否大于等于第二预设电流门槛值(步骤S844)。同样以锂电池为例，所设定的预设电流门槛值可例如为1A，但本发明不以此为限。
在步骤S844中，若控制单元120判定电池模块BM的充电电流大于等于预设电流门槛值，则表示电池模块BM目前可能运作在定电流充电模式(或称快充模式)下。因此，控制单元120此时会对应的采用定电流控制手段来控制电源转换电路110的运作，藉以令电源转换电路110以定电流(例如为1A的定电流)的方式提供直流电源DC_out来对电池模块BM充电(步骤S854)。反之，若控制单元120判定电池模块BM的充电电流小于第二预设电流门槛值时，则控制单元120会再进一步判断电池模块BM的电池电压是否大于等于第一预设电压门槛值(步骤S846)。同样以锂电池为例，所设定的第一预设电压门槛值可例如为4.2V，但本发明不以此为限。
在步骤S846中，若控制单元120判定电池模块BM的电池电压大于等于第一预设电压门槛值，则表示电池模块BM目前可能运作在定电压充电模式下。因此，控制单元120此时会对应的采用定电压控制手段来控制电源转换电路110的运作，藉以令电源转换电路以定电压(例如为5V的定电压)的方式提供直流电源DC_out来对电池模块BM充电(步骤S856)。
若控制单元120判定电池模块BM的电池电压小于第一预设电压门槛值，则控制单元120会接续判断充电时间是否超过预设充电时间(步骤S848)。其中，若控制单元120判定电池模块BM的充电时间超过预设充电时间，则会判定智能电源转接器100或电池模块BM发生运作异常，从而停止/限制电源转换电路110的运作(步骤S858)；以及若控制单元120判定电池模块BM的充电时间未超过预设充电时间，则会再回到步骤S842以重新执行步骤S842、S844、S846及S848等各个判断电源状态是否符合预设电源条件的步骤。
除此之外，在另一范例实施例中，在步骤S846之后还可增加一个判断电池模块BM的电流量比例是否大于等于第一预设比例(例如小于50mA)的判断步骤。在此范例下，若控制单元120判定电池电压大于等于第一预设电压门槛值并且电流量比例小于第一预设比例时，控制单元120会采用定电压控制手段来控制电源转换电路110(步骤S856)。若控制单元120判定电池电压大于等于第一预设电压门槛值并且电流量比例大于等于第一预设比例时，则控制单元120可另外采用类似于步骤S852的低电流控制手段来控制电源转换电路110，以令电源转换电路110提供低于预设电流值(可与步骤S852的预设电流值不同)的直流电源DC_out来对电池模块BM充电。另外，若控制单元120判定电池电压小于第一预设电压门槛值，则控制单元120会执行判断充电时间是否超过预设充电时间的步骤S848。
另外值得一提的是，本实施例的充电控制方法/充电通信协议也可搭配前述图5实施例或图7实施例的充电控制方法使用。更具体地说，在依据本实施例的充电控制方法/充电通信协议定义出供电控制手段的行为顺序、预设电源参数以及充电行为规范后，各个供电控制手段该何时进行切换可依据如图5实施例的通过控制单元120被动接收电源模式指令的方式来决定，或者是如图7实施例的通过控制单元120主动检测电源状态的方式来决定，本发明不以此为限。
此外，在本实施例的一范例实施方式下，控制单元120还可依据电池模块BM的电池寿命特性而对应的调整各个供电控制手段的预设电源参数以及充电行为规范，藉以令电源转换电路110可随着电池模块BM的老化而动态地调整直流电源DC_out的电源规格。
举例来说，控制单元120可从电池规格信息取得电池模块BM的电池寿命特性(例如充电循环次数与满充电压的对应关系)以及充电循环次数。其中，控制单元120可判断电池模块BM目前的充电循环次数是否达到预定次数。若判定充电循环次数达到预定次数，则表示电池模块BM理论上应该已经发生了一定程度的老化现象。因此，控制单元120会对应的调整/降低各个供电控制手段的预设电源参数/充电行为规范，藉以避免因电池老化后而造成过充(over charge)的现象频繁地发生。其中，所述预定次数可由控制单元120依据电池寿命特性而设定。
综上所述，本发明实施例提出一种智能电源转接器及其供电控制方法，其可根据电池模块当前的电源状态/充电模式适应性地采用对应的供电控制手段来控制直流电源的产生，使得智能电源转接器所提供的直流电源的功率可动态地随着负载装置的实际功率需求而变动。基此，本发明实施例的智能电源转接器可有效地避免功率浪费，从而获得较高的供电效能。
公开最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (32)

1.一种智能电源转接器，其特征在于，包括：
电源转换电路，用以将交流电源转换为直流电源以提供给负载装置；以及
控制单元，耦接该电源转换电路，用以依据该负载装置的电池模块的电源状态采用相应的供电控制手段来控制该电源转换电路的运作，从而令该电源转换电路反应于该电源状态的改变而以不同的电源转换行为来产生该直流电源。
2.根据权利要求1所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元还通过传输接口从该电池模块的充电控制芯片取得电池规格信息，并且以该电池规格信息作为调整多个不同的该供电控制手段的依据。
3.根据权利要求2所述的智能电源转接器，其特征在于，该电池规格信息包括电池寿命特性与充电循环次数，该控制单元在判断该电池模块的充电循环次数达到预定次数时，调整各该供电控制手段的预设电源参数及充电行为规范至少其中之一，其中该预定次数由该控制单元依据该电池寿命特性而决定。
4.根据权利要求1所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元还设定多个不同的该供电控制手段的预设电源参数以及充电行为规范，并依据所述预设电源参数以及所述充电行为规范控制该电源转换电路的运作。
5.根据权利要求4所述的智能电源转接器，其特征在于，所述预设电源参数包括预设电压参数、预设电流参数以及预设充电时间参数至少其中之一。
6.根据权利要求4所述的智能电源转接器，其特征在于，所述充电行为规范包括上限电压条件、上限电流条件以及上限温度条件至少其中之一。
7.根据权利要求1所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元与该电池模块的充电控制芯片通过传输接口相互沟通，藉以取得电源模式指令，其中该电源模式指令指示该电池模块的电源状态。
8.根据权利要求7所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元接收到该充电控制芯片所发出的预充电模式指令时，该控制单元以低电流控制手段控制该电源转换电路，以令该电源转换电路提供低于第一预设电流值的直流电源对该电池模块充电。
9.根据权利要求7所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元接收到该充电控制芯片所发出的定电流充电模式指令时，该控制单元以定电流控制手段控制该电源转换电路，以令该电源转换电路以定电流的方式提供该直流电源对该电池模块充电。
10.根据权利要求7所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元接收到该充电控制芯片所发出的定电压充电模式指令时，该控制单元以定电压控制手段控制该电源转换电路，以令该电源转换电路以定电压的方式提供该直流电源对该电池模块充电。
11.根据权利要求7所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元接收到该充电控制芯片所发出的补充充电模式指令时，该控制单元以低电流控制手段控制该电源转换电路，以令该电源转换电路提供低于第二预设电流值的直流电源对该电池模块充电。
12.根据权利要求1所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元藉检测提供给该负载装置的直流电源而取得该电池模块的电源状态。
13.根据权利要求12所述的智能电源转接器，其特征在于，当该控制单元判断该电源状态符合第一电源条件时，该控制单元以低电流控制手段控制该电源转换电路，以令该电源转换电路提供低于预设电流值的直流电源对该电池模块充电。
14.根据权利要求13所述的智能电源转接器，其特征在于，当该电池模块的充电电流小于第一预设电流门槛值时，该控制单元判定该电源状态符合该第一电源条件。
15.根据权利要求13所述的智能电源转接器，其特征在于，当该电池模块的电流量比例大于等于第一预设比例时，该控制单元判定该电源状态符合该第一电源条件。
16.根据权利要求12所述的智能电源转接器，其特征在于，当该控制单元判断该电源状态符合第二电源条件时，该控制单元以定电流控制手段控制该电源转换电路，以令该电源转换电路以定电流的方式提供该直流电源对该电池模块充电。
17.根据权利要求16所述的智能电源转接器，其特征在于，当该电池模块的充电电流大于等于第二预设电流门槛值时，该控制单元判定该电源状态符合该第二电源条件。
18.根据权利要求12所述的智能电源转接器，其特征在于，当该控制单元判断该电源状态符合第三电源条件时，该控制单元以定电压控制手段控制该电源转换电路，以令该电源转换电路以定电压的方式提供该直流电源对该电池模块充电。
19.根据权利要求18所述的智能电源转接器，其特征在于，当该电池模块的电池电压大于等于第一预设电压门槛值时，该控制单元判定该电源状态符合该第三电源条件。
20.根据权利要求1所述的智能电源转接器，其特征在于，该电源转换电路包括：
输入级电路，用以接收该交流电源并且对该交流电源进行整流及滤波，藉以产生整流电压；
功率级电路，耦接该输入级电路，用以将该整流电压转换为直流电压；以及
开关式电源调节电路，耦接该功率级电路与该控制单元，受控于该控制单元而调节该直流电压，藉以产生该直流电源。
21.根据权利要求20所述的智能电源转接器，其特征在于，该开关式电源调节电路为恒流恒压开关电路、脉宽调制开关电路以及同步整流电路其中之一。
22.根据权利要求20所述的智能电源转接器，其特征在于，该直流电源包括直流输出电压以及直流输出电流，该控制单元包括：
微控制器，用以依据该电源状态采用相应的供电控制手段来控制该开关式电源调节电路的开关切换，从而调整该直流输出电压以及该直流输出电流至少其中之一。
23.根据权利要求22所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元还包括：
保护电路，耦接该微控制器，用以检测该智能电源转接器的运作状态，并据以发出状态检测信号给该微控制器。
24.根据权利要求23所述的智能电源转接器，其特征在于，该保护电路包括过电流保护电路、过电压保护电路以及过温度保护电路至少其中之一。
25.根据权利要求22所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元还包括：
电源检测电路，耦接该微控制器，用以检测提供给该负载装置的直流电源，并据以发出输出电源信号给该微控制器。
26.根据权利要求22所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元还包括：
唤醒电路，耦接该微控制器，用以检测该智能电源转接器是否连接至该负载装置，并且在判断该智能电源转接器连接至该负载装置时，发出唤醒信号给该微控制器。
27.根据权利要求22所述的智能电源转接器，其特征在于，该控制单元还包括：
提示模块，耦接该微控制器，用以依据该微控制器所发出的状态指示信号产生供电状态提示。
28.一种智能电源转接器的供电控制方法，其特征在于，包括：
接收交流电源；
将该交流电源转换为直流电源并提供给负载装置；以及
依据该负载装置的电池模块的电源状态，采用相应的供电控制手段来控制该直流电源的产生，从而反应于该电源状态的变化以不同的电源转换行为来产生该直流电源。
29.根据权利要求28所述的智能电源转接器的供电控制方法，其特征在于，依据该负载装置的电池模块的电源状态，采用相应的供电控制手段来控制该直流电源的产生的步骤包括：
通过传输接口从该电池模块的充电控制芯片取得电池规格信息；
依据该电池规格信息选择多个不同的该供电控制手段；
设定各该供电控制手段的预设电源参数与充电行为规范；以及
依据所述预设电源参数以及所述充电行为规范产生该直流电源。
30.根据权利要求29所述的智能电源转接器的供电控制方法，其特征在于，该电池规格信息包括电池寿命特性与充电循环次数，依据该负载装置的电池模块的电源状态，采用相应的供电控制手段来控制该直流电源的产生的步骤还包括：
判断该充电循环次数是否达到预定次数；以及
若该充电循环次数达到该预定次数，调整所述预设电源参数及所述充电行为规范至少其中之一，其中该预定次数依据该电池寿命特性而决定。
31.根据权利要求28所述的智能电源转接器的供电控制方法，其特征在于，依据该负载装置的电池模块的电源状态，采用相应的供电控制手段来控制该直流电源的产生的步骤包括：
通过传输接口从该电池模块的充电控制芯片接收电源模式指令，其中该电源模式指令指示该电池模块的电源状态；以及
采用对应该电源模式指令的供电控制手段来控制该直流电源的产生。
32.根据权利要求28所述的智能电源转接器的供电控制方法，其特征在于，依据该负载装置的电池模块的电源状态，采用相应的供电控制手段来控制该直流电源的产生的步骤包括：
检测提供给该负载装置的直流电源，从而取得该电池模块的电源状态；
比对该电源状态与多个电源条件；以及
采用符合该电源状态的电源条件所对应的供电控制手段来控制该直流电源的产生。
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