CN105322587B - 行动电源装置及其电流输出方法 - Google Patents

Abstract

一种行动电源装置包含负载接点、电源供应电路、输出电路、侦测单元及控制电路。电源供应电路经由负载接点提供输出电流。输出电路根据输出电流在负载接点上产生输出电压。侦测单元根据输出电流产生侦测信号。其中，输出电路包含阻抗电路，控制电路根据侦测信号控制输出电路切换阻抗电路的电阻值以调降输出电压，并达到调降输出电流。

Description

行动电源装置及其电流输出方法

【技术领域】

本发明提供一种行动电源装置，特别指行动电源装置及其电流输出方法。

【背景技术】

随着科技进步及行动电子产品的多样化，人手一台或多台行动电子产品已属常见。目前行动电子产品，例如：移动电话、笔记本电脑、数字相机、音效播放器等等，皆是利用充放电电池作为使用时的电力来源。传统上，使用者需通过所配备的充电器(变压器)将室内交流电源转换成一定的电压准位来对行动电子产品进行充电。然而，在无法取得室内交流电源的环境中，将造成充电上的困难或使行动电子产品产生中断使用的窘状。因此，发展出内部具有充电电池的行动电源装置(Power Bank)，借以给行动电子产品的行动电源装置补充电力。

行动电子产品的规格不一，而所需充电电流也有所不同。举例来说，智能型手机所需的充电电流为1安培，而平板电脑所需的充电电流的需求达到2安培。虽然行动电源装置可依容量及输出功率进行设定，也即依照输出电流为1安培或2安培进行设定。然而，行动电源的输出功率愈高，其所需要的整体体积亦相对的愈大，反而造成民众携带不便。对于上述问题，有必要提出解决方案以改善现存问题。

【发明内容】

鉴于上述问题，本发明提供一种行动电源装置及其电流输出方法，能同时支持小输出电流及大输出电流，并且不增加行动电源装置的体积，以致能够便于携带。

在一实施例中，一种行动电源装置包含负载接点、电源供应电路、输出电路、侦测单元及控制电路。电源供应电路经由负载接点提供输出电流。输出电路根据输出电流在负载接点上产生输出电压。侦测单元根据输出电流产生侦测信号。其中，输出电路包含阻抗电路。控制电路根据侦测信号控制输出电路切换阻抗电路的电阻值以调降输出电压，并达到调降输出电流。在一实施例中，一种行动电源装置的电流输出方法包含利用一电源供应电路经由一负载接点提供一输出电流、根据输出电流产生一输出电压在负载接点上、侦测输出电流、以及当侦测到输出电流大于一预设电流值时，调降输出电压，并达到调降输出电流。

综上所述，根据本发明的行动电源装置及其电流输出方法，根据瞬间的输出电流的变化切换阻抗电路的电阻值，借以控制输出电流以支持各种充电需求的负载，但不必大幅增加行动电源装置的体积。

【附图说明】

图1绘示本发明一实施例的行动电源装置的示意图。

图2绘示本发明另一实施例的行动电源装置的示意图。

图3绘示本发明一实施例的行动电源装置的电流输出方法的流程图。

图4绘示本发明另一实施例的行动电源装置的电流输出方法的流程图。

图5绘示步骤210的一实施例的细部流程图。

【具体实施方式】

图1为本发明一实施例的行动电源装置的示意图。行动电源装置包含负载接点N_LOAD、电源供应电路110、侦测单元130、控制电路150及输出电路170。

侦测单元130耦接电源供应电路110、输出电路170以及负载接点N_LOAD。于此，侦测单元130耦接在电源供应电路110与输出电路170之间，并且输出电路170耦接在侦测单元130与负载接点N_LOAD之间。控制电路150耦接在侦测单元130与输出电路170之间。

输出电路170根据输出电流Iout产生一输出电压Vout在负载接点N_LOAD上。侦测单元130根据输出电流Iout产生一侦测信号Vd。控制电路150根据侦测信号Vd控制输出电路170切换阻抗电路RCT的电阻值，借以调降输出电压，并达到调降输出电流。

图2为本发明另一实施例的行动电源装置的示意图。在一些实施例中，参照图1及图2，输出电路170更包括一切换单元SW，切换单元SW可为一金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，较佳为NMOS，但不限于此开关元件。切换单元SW耦接在阻抗电路与控制电路150之间。控制电路150根据侦测信号Vd产生一驱动信号Vc，并将驱动信号Vc输入至切换单元SW的控制端(即MOSFET的闸极)。切换单元SW响应驱动信号Vc将阻抗电路RCT的电阻值由第一阻值切换至第二阻值，以致控制电路150控制输出电路170以调降输出电压Vout，并达到调降输出电流Iout。

具体而言，阻抗电路RCT包含一第一电阻R1、一第二电阻R2以及一第三电阻R3。第一电阻R1的第一端与第二电阻R2的第一端耦接负载接点N_LOAD，而第一电阻R1的第二端与第三电阻R3的第一端耦接切换单元SW的第二端。第二电阻R2的第二端耦接切换单元SW的第一端。以上所述的第一阻值需满足Vout＝V_NFB×[1+(R1/R3)]，而第二阻值需满足Vout＝V_NFB×{1+[(R1//R2)/R3)]}。其中，V_NFB为回授接点N_FB的端电压。由此二式可知，第一阻值必大于第二阻值。

当输出电流Iout小于或等于一预设电流值时，侦测单元130侦测此输出电流Iout并产生对应的侦测信号Vd，而控制电路150根据侦测信号Vd控制切换单元SW为「未导通状态」。此时，第二电阻R2的第二端呈现断路，即，未电性连接第一电阻R1的第二端与第三电阻R3的第一端。于此，阻抗电路RCT是以由第一电阻R1与第三电阻R3所构成的串行电路进行运作，并且阻抗电路RCT的电阻值为由第一电阻R1与第三电阻R3共同形成第一阻值。也就是说，第一阻值需满足Vout＝V_NFB*[1+(R1/R3)]。

当输出电流Iout大于一预设电流值时，侦测单元130侦测到此瞬间大电流并产生对应的侦测信号Vd，而控制电路150根据侦测信号Vd控制切换单元SW为「导通状态」。此时，第二电阻R2的第二端经由切换单元SW电性连接第一电阻R1的第二端与第三电阻R3的第一端。于此，阻抗电路RCT以由第一电阻R1与第二电阻R2所构成的并联电路再与第三电阻R3串联而形成的组合电路进行运作，并且阻抗电路RCT的电阻值为由第一电阻R1、第二电阻R2与第三电阻R3共同形成第二阻值。也就是说，第二阻值需满足Vout＝V_NFB*{1+[(R1//R2)/R3)]}。

换言之，当负载(图中未示)经由负载接点N_LOAD汲取大量的输出电流Iout(即，输出电流Iout以瞬间大电流输出给负载)时，在控制电路150的控制下，阻抗电路RCT的电阻值由第一阻值切换为较小的第二阻值，以下拉输出电压Vout。由于相应输出电压Vout的回授电压Vf对应下降，电源供应电路110则根据回授电压Vf调节输出以调降输出电压Vout。此时，输出端外部的充电芯片侦测到下拉后相对低的输出电压Vout而判定输入电源不足，进而调降所汲取的充电电流(即，输出电流Iout)的量，以致使行动电源装置的输出电流Iout降回预设电流值并以预设电流值稳定地对负载进行充电。

第一电阻R1的第二端与第三电阻R3的第一端连接处形成一回授接点N_FB，并且此回授接点N_FB提供一回授电压Vf。切换单元SW会根据驱动信号Vc与回授电压Vf之间的电压差与切换单元SW的临界电压决定是否导通。举例来说，当输出电流Iout大于一预设电流值时，控制电路150根据侦测信号Vd上拉输出驱动信号Vc的准位，以致使驱动信号Vc与回授电压Vf之间的电压差大于切换单元SW的临界电压，进而导通切换单元SW。虽然于此实施例中是以切换单元SW与电源供应电路110耦接同一回授接点N_FB为例，但本发明不限于此。换言之，配合实际电路需求亦可在能提供相应输出电压Vout的回授电压的功能下设计为不同回授接点，例如：切换单元SW与电源供应电路110分别耦接至阻抗电路RCT中具有不同电压值的二接点。

在一些实施例中，侦测信号Vd可为一电压信号。当输出电流Iout大于一预设电流值时，侦测信号Vd由低电位转为高电位，以致使控制电路150致能(enable)输出电路170调降输出电压Vout。举例来说，侦测单元130可为具有固定电阻值的一阻抗元件Rcs，并且阻抗元件Rcs耦接在电源供应电路110与负载接点N_LOAD之间。阻抗元件Rcs用以将输出电流Iout转换为一电压信号，以作为侦测信号Vd。换言之，于对负载进行充电时，输出电流Iout会流经阻抗元件Rcs，并且于阻抗元件Rcs的两端之间形成一电压差(即，侦测信号Vd)。

在一些实施例中，预设电流值可为1安培(A)。阻抗元件Rcs可为一个或多个电阻所组合而成的元件。

控制电路150可包含一运算放大器OP。运算放大器OP的正输入端与负输入端分别电性连接至阻抗元件Rcs的两端。运算放大器OP将其正输入端与负输入端之间的电压差放大而产生驱动信号Vc，并将产生的驱动信号Vc输出给输出电路170。换言之，运算放大器OP根据侦测信号Vd产生并输出驱动信号Vc(即，放大后的电压信号)。当输出电流Iout大于一默认电流值时，驱动信号Vc与回授电压Vf之间的电压差会大于切换单元SW的临界电压，进而导通切换单元SW。

在一些实施例中，配合所选择的实施元件，控制电路150可更包含其他电子元件，以供电路正常运作。举例而言，参照图2，控制电路150可更包含若干个电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9及一电容C1，但本发明不限于此。电容C1跨接在运算放大器OP的正输入端与负输入端之间，而电阻R4跨接在运算放大器OP的负输入端与输出端之间。电阻R6、R7串接在运算放大器OP的负输入端与阻抗元件Rcs的一端之间，而电阻R5、R8串接在运算放大器OP的正输入端与阻抗元件Rcs的另一端之间。电阻R9耦接在运算放大器OP的正输入端与接地之间。

在一些实施例中，参照图1，电源供应电路110至少包括一电池单元111以及放电电路113。放电电路113耦接在侦测单元130与电池单元111之间，并且放电电路113还耦接至阻抗电路RCT的回授接点N_FB。电池单元111能储存电力，并以储存的电力提供一放电电流Iin。放电电路113根据回授电压Vf与放电电流Iin输出输出电流Iout。于此，放电电路113可为降压型转换器(Buck Converter)、升压型转换器(Boost Converter)、或升降压型转换器(Buck-Boost Converter)。其中，放电电路113可包括PWM(pulse duration modulation；脉冲宽度调节)控制电路(图未示)及电压转换电路(图未示)。PWM控制电路耦接在电压转换电路与回授接点N_FB之间，并且放电电路113耦接在侦测单元130与电池单元111之间。PWM控制电路根据回授电压Vf产生具有对应脉波宽度的脉冲控制信号，而电压转换电路响应脉冲控制信号调节输出。于此，电池单元111与放电电路113的实施架构及其详细运作为本领域所熟知，于此不再赘述。

在一些实施例中，参照图1，电源供应电路110更包括一充电电路115。充电电路115耦接在电池单元111与对外的端口之间。充电电路115借由端口接收外部输入的充电电压Vin(例如：交流电或直流电)，并以接收到的充电电压Vin对电池单元111进行充电。于此，充电电路115能对接收到的充电电压Vin进行升压、降压、交流对直流转换、或其组合等处理动作后，再将处理后的充电电压提供给电池单元111并储存在电池单元111中。于此，充电电路115的实施架构及其详细运作为本领域所熟知，于此不再赘述。

其中，前述的负载可为具有充电芯片及充放电电池的行动电子产品，例如：移动电话、笔记本电脑、数字相机、音效播放器等等。于进行充电时，电源线的二端分别耦接负载的充电端口与行动电源装置的放电端口，以致使负载的充电端口与行动电源装置的负载接点N_LOAD电性导通。

基于上述原理，本发明更提供一种行动电源装置的电流输出方法。在一实施例中，参照图1至图3，行动电源装置的电流输出方法包括利用电源供应电路110经由一负载接点N_LOAD提供一输出电流Iout(步骤210)、利用输出电路170根据输出电流Iout产生一输出电压Vout在负载接点N_LOAD上(步骤230)、利用侦测单元130侦测输出电流Iout(步骤250)、以及当侦测到输出电流Iout大于一预设电流值时，利用控制电路150与输出电路170调降输出电压Vout，并达到调降输出电流Iout(步骤270)。

在一些实施例中，参照第1、2及4图，侦测步骤(步骤250)可包含经由阻抗元件Rcs转换输出电流Iout为一电压信号，以作为侦测信号Vd(步骤252)。接着，判断侦测到的输出电流是否大于该预设电流值(步骤254)。若判断为「是」，则利用控制电路150放大电压信号(步骤272)，然后利用一切换单元SW根据放大后的电压信号将一输出电路170中的阻抗电路RCT由第一阻值切换为第二阻值(步骤274)。于步骤254中，若判断为「否」，则不调降输出电流(步骤256)，然后再回到步骤210。

在一些实施例中，参照第5图，提供步骤(步骤210)可包含经由电源供应电路110中的一电池单元111提供一放电电流Iin(步骤212)、利用输出电路170产生对应于输出电压Vout的回授电压Vf(步骤214)、以及经由电源供应电路110中的一放电电路113根据回授电压Vf与放电电流Iin输出输出电流Iout(步骤216)。其中，输出电流Iout经由侦测单元130流至负载接点N_LOAD，并且放电电路113耦接于电池单元111及侦测单元130之间。

综上所述，根据本发明的行动电源装置及其电流输出方法根据瞬间的输出电流的变化切换阻抗电路的电阻值，借以控制输出电压以支持各种充电需求的负载，但不必大幅增加电路体积。亦即，当输出电流增大时，控制电路适当地控制阻抗电路由高阻值切换为低阻值，借以调降输出电压，使输出端的系统端感测到行动电源的输出电源能力已不足的情况下，进而自动调整输出电流，使行动电源的输出电流能以一预设电流值稳定地输出至负载。

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习本领域技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书范围所界定者为准。

Claims (13)

1.一种行动电源装置，其特征在于，所述行动电源装置包含：

一负载接点，以连接该行动电源装置外部的一负载；

一电源供应电路，以提供一输出电流至该负载接点，其中该负载经由该负载接点汲取该输出电流；

一输出电路，以根据该输出电流产生一输出电压在该负载接点上，其中该输出电路包含一阻抗电路以及一切换单元；

一侦测单元，以根据该输出电流产生一侦测信号；以及

一控制电路，以根据该侦测信号控制该输出电路切换该阻抗电路的一电阻值，其中当该负载所汲取的该输出电流大于一预设电流值时，该控制电路控制该切换单元以将该阻抗电路的该电阻值由一第一阻值切换至一第二阻值，其中该第一阻值大于该第二阻值，以致该第二阻值调降该输出电压，并达到调降该负载所汲取的该输出电流。

2.根据权利要求1所述的行动电源装置，其特征在于，该阻抗电路包含：一第一电阻、一第二电阻以及一第三电阻，第一电阻的第一端与第二电阻的第一端耦接该负载接点，而第一电阻的第二端与第三电阻的第一端耦接该切换单元的第二端，第二电阻的第二端耦接该切换单元的第一端，该第三电阻的第二端接地；

其中，当该切换单元未导通时，该第一电阻与该第三电阻构成串联电路共同形成该第一阻值；以及

其中，当该切换单元导通时，该第一电阻与该第二电阻构成并联电路再与第三电阻串联，由该第一电阻、该第二电阻与该第三电阻共同形成该第二阻值。

3.根据权利要求2所述的行动电源装置，其特征在于，该切换单元为一金氧半场效晶体管。

4.根据权利要求1所述的行动电源装置，其特征在于，该侦测信号为一电压信号，并且当该电压信号由低电位转为高电位时，该控制电路致能该输出电路调降该输出电压，并达到调降该输出电流。

5.根据权利要求1所述的行动电源装置，其特征在于，该控制电路包含：

一运算放大器，以根据该侦测信号产生一驱动信号，并输出该驱动信号至该输出电路。

6.根据权利要求5所述的行动电源装置，其特征在于，该输出电路更用以产生对应于该输出电压的一回授电压至该电源供应电路，使该电源供应电路调降该输出电压，并达到调降该输出电流。

7.根据权利要求1所述的行动电源装置，其特征在于，该电源供应电路包含：

一电池单元，用以提供一放电电流；及

一放电电路，耦接于该电池单元及该侦测单元之间，以根据一回授电压与该放电电流输出该输出电流，该输出电流经由该侦测单元流至该负载接点。

8.一种行动电源装置的电流输出方法，其特征在于，包含：

利用一电源供应电路提供一输出电流至一负载接点，其中该负载接点用以连接该行动电源装置外部的一负载，而该负载经由该负载接点汲取该输出电流；

一输出电路根据该输出电流产生一输出电压在该负载接点上，其中该输出电路包含一阻抗电路；

侦测该输出电流；以及

当侦测到该负载所汲取的该输出电流大于一预设电流值时，将该输出电路的该阻抗电路由一第一阻值切换为一第二阻值，其中该第一阻值大于该第二阻值，以致该第二阻值调降该输出电压，并达到调降该负载所汲取的该输出电流。

9.根据权利要求8所述的行动电源装置的电流输出方法，其特征在于，该侦测步骤包含：

利用一侦测单元根据该输出电流产生一侦测信号；

其中，该切换步骤是根据该侦测信号进行切换。

10.根据权利要求9所述的行动电源装置的电流输出方法，其特征在于，该侦测单元为一阻抗元件。

11.根据权利要求10所述的行动电源装置的电流输出方法，其特征在于，该侦测信号的产生步骤包含：

经由该阻抗元件转换该输出电流为一电压信号，以作为该侦测信号。

12.根据权利要求11所述的行动电源装置的电流输出方法，其特征在于，该切换步骤包含：

放大该电压信号；及

根据放大后的该电压信号，利用一切换单元切换该第一阻值为该第二阻值。

13.根据权利要求9所述的行动电源装置的电流输出方法，其特征在于，该输出电流的提供步骤包含：

经由该电源供应电路中的一电池单元提供一放电电流；

产生对应于该输出电压的一回授电压；及

经由该电源供应电路中的一放电电路根据该回授电压与该放电电流输出该输出电流，其中该输出电流经由该侦测单元流至该负载接点，并且该放电电路耦接于该电池单元及该侦测单元之间。