CN105990885B - 电源输入电路 - Google Patents

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Abstract

一种电源输入电路，包括无线电源接收器、电池、充电电路、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关与第五开关。无线电源接收器自一无线电源传送器接收电力。充电电路耦接至电池。第一开关由第一控制信号所控制。第二开关耦接于第一开关与一计算机装置的一电源输入端点之间，并且由第一控制信号所控制。第三开关耦接于电池与电源输入端点之间，并且由第二控制信号所控制。第四开关耦接于电源输入端点与充电电路之间，并且由第三控制信号所控制。第五开关耦接于无线电源接收器与充电电路之间，并且由第四控制信号所控制。当无线电源接收器接收到电力时，第三开关与第五开关被关闭，用以将电力传送至充电电路，以充电电池，并且通过电池提供电力至计算机装置。

Description

电源输入电路
技术领域
本发明是关于一种电源输入电路，特别是一种可维持系统稳定运作的电源输入电路。
背景技术
可携式电子装置通常被要求具有反应速度快、高效能、以及轻、薄、小的尺寸。此外，可携式电子装置通常包括一个可充电的电池以提供电源。当电池电量低时，电池可经由有线或无线充电器进行充电。
虽然无线充电技术已经发展一段时期了，其应用仍限于低功率电平。举例而言，目前无线充电技术普遍只能输出5瓦特(W)的功率给手机产品使用。即便无线供电标准化团体(Alliance for Wireless，缩写为A4WP)于2014年发表的无线充电产品利用磁共振已可达20W输出功率且准备应用于平板计算机或一般手提笔记型计算机，但此输出功率仍不足以满足一般笔记型计算机在维持系统运作的同时为电池充电的功率需求。一般而言，可支持笔记型计算机的系统运作且同时为电池充电的额定功率至少为60W。
因此，需要一种全新的电源输入电路架构，改善上述的缺点。
发明内容
本发明公开一种电源输入电路，包括无线电源接收器、电池、充电电路、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关与第五开关。无线电源接收器自一无线电源传送器接收电力。充电电路耦接至电池。第一开关由第一控制信号所控制。第二开关耦接于第一开关与一计算机装置的一电源输入端点之间，并且由第一控制信号所控制。第三开关耦接于电池与电源输入端点之间，并且由第二控制信号所控制。第四开关耦接于电源输入端点与充电电路之间，并且由第三控制信号所控制。第五开关耦接于无线电源接收器与充电电路之间，并且由第四控制信号所控制。当无线电源接收器接收到电力时，第三开关与第五开关被关闭，用以将电力传送至充电电路，以充电电池，并且通过电池提供电力至计算机装置。
附图说明
图1显示根据本发明的一实施例所述的电源输入电路。
图2显示根据本发明的另一实施例所述的电源输入电路。
图3显示根据本发明的一实施例所述的控制电路。
图4显示根据本发明的一实施例所述的电源输入电路在并未接收到任何外部电源时的等效电路图。
图5显示根据本发明的一实施例所述的电源输入电路在仅检测到电源转接器时的等效电路图。
图6显示根据本发明的一实施例所述的电源输入电路在仅检测到无线电源接收器接收到电力时的等效电路图。
表1:各开关于不同的电源输入状态的切换结果。
表2:各晶体管于不同的电源输入状态的导通结果
符号说明
100、200～电源输入电路；
110～无线电源接收器；
120～无线电源检测装置；
130～转接器检测装置；
140～充电电路；
150～电池；
300～电源转接器；
350～计算机系统；
380～控制电路；
Adapter_in、Wireless_in～检测信号；
Ctrl_1、Ctrl_2、Ctrl_3、Ctrl_4～控制信号；
I1、I2、I3、I4、I5～电流；
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5～晶体管；
SW1、SW2、SW3、SW4、SW5～开关；
Vin～电源输入端点。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明。
现今以无线方式传递电源电力的方法有好几种，其中以磁感应(magneticinduction)与磁共振(magnetic resonance)为两大主流。磁感应(magnetic induction)的基本原理是在无线电源传送端和无线电源接收端都装置一个线圈，当传送端线圈连接电源时进而形成“电流会产生磁能、磁能会制造电流”的电磁感应，而接收端线圈感应到这个电磁信号，通过磁场的变化便可产生电力为电池充电。磁共振(magnetic resonance)的基本原理不同于磁感应利用互相感应原理来交换电磁能，而是利用充电基座与待充物相同频率的共振原理来高效传输能量。当无线电源传送端与无线电源接收端都以相同的频率振动时，无线电源接收端就能接收到无线电源传送端所产生的电磁场，进而接收到这个传递过来的能量。
一般而言，无线电源接收端会将其功率需求反应至无线电源传送端，以达到无线传递电源电力的供需平衡状态。然而，由于笔记型计算机运作时的系统功率负载并非定值，而是会因使用者目前的操作而动态变化，若此时直接通过无线充电器提供电力给笔记型计算机当电源使用，则会因供电动态反应速度不及笔记型计算机反应而当机。
为了解决上述问题，本申请提出一种全新的电源输入电路架构，使得无线充电产品于计算机装置内的应用不仅限于充电而已，亦可使用于计算机装置正常工作状态下，以及电源转接器(Power Adapter)、无线充电器以及电池同存的状态。
图1显示根据本发明的一实施例所述的电源输入电路。本发明的一实施例，电源输入电路100可为耦接至或包含于一计算机装置的电源输入电路，用以使用有线或无线的方式自电源转接器300或一无线电源接收电力，并且将接收到的电力提供给计算机装置的计算机系统350与电池，或将电池储存的电力提供给计算机装置的计算机系统350。所述的计算机装置可以是一笔记型计算机、平板计算机、手机等可携式电子装置。电源输入电路100可包括一无线电源接收器110，例如图1所示的接收器线圈、一无线电源检测装置120、一转接器检测装置130、一充电电路140、一电池150、以及多个开关SW1～SW5。无线电源接收器110用以自一无线电源传送器接收电力。无线电源检测装置120耦接至无线电源接收器110，用以检测无线电源接收器110是否接收到电力，并根据检测结果输出一检测信号Wireless_in。转接器检测装置130用以检测电源转接器300是否耦接至计算机装置，例如，电源转接器300是否被插入计算机装置对应的一插槽中，并根据检测结果输出检测信号Adapter_in。充电电路140耦接至电池150，用以根据接收到的电力对电池150充电。
根据本发明的一实施例，开关SW1～SW5分别由不同的控制信号Ctrl_1～Ctrl_4所控制，用以根据不同的电源输入状态改变开关SW1～SW5的开启(open)或关闭(close)状态，以选择最适当的方式提供稳定电源至计算机系统350，以解决上述问题。如图所示，开关SW1耦接于转接器检测装置130与开关SW2之间，并且由控制信号Ctrl_1控制其开启/关闭状态。开关SW2耦接于开关SW1与计算机装置的电源输入端点Vin之间，并且由控制信号Ctrl_1控制其开启/关闭状态。开关SW3耦接于电源输入端点Vin与电池150之间，并且由控制信号Ctrl_2控制其开启/关闭状态。开关SW4耦接于电源输入端点Vin与充电电路140之间，并且由控制信号Ctrl_3控制其开启/关闭状态。开关SW5耦接于无线电源接收器110与充电电路140之间，并且由控制信号Ctrl_4控制其开启/关闭状态。
根据本发明的一实施例，当开关响应控制信号被开启时，开关所耦接的两端点并未连接在一起，形成断路状态，而当开关响应控制信号被关闭时，开关所耦接的两端点会连接在一起，形成一通路。以下表1显示出在本发明的实施例中，各开关于不同的电源输入状态的切换结果。
表1:各开关于不同的电源输入状态的切换结果
根据本发明的一实施例，开关SW1～SW5可由各种可根据对应的控制信号改变其开启/关闭或导通状态的元件所实施。举例而言，在本发明的一实施例中，开关SW1～SW5可分别由一晶体管所实施，并且各晶体管分别包括一控制极接收对应的控制信号。
图2显示根据本发明的另一实施例所述的电源输入电路。电源输入电路200可为耦接至或包含于一计算机装置的电源输入电路，用以使用有线或无线的方式自电源转接器300或一无线电源接收电力，并且将接收到的电力提供给计算机装置的计算机系统350与电池，或将电池储存的电力提供给计算机装置的计算机系统350。所述的计算机装置可以是一笔记型计算机、平板计算机、手机等可携式电子装置。电源输入电路200可包括一无线电源接收器110，例如图2所示的接收器线圈、一无线电源检测装置120、一转接器检测装置130、一充电电路140、一电池150、以及多个晶体管Q1～Q5。无线电源接收器110用以自一无线电源传送器接收电力。无线电源检测装置120耦接至无线电源接收器110，用以检测无线电源接收器110是否接收到电力，并根据检测结果输出一检测信号Wireless_in。转接器检测装置130用以检测电源转接器300是否耦接至计算机装置，例如，电源转接器300是否被插入计算机装置对应的一插槽中，并根据检测结果输出检测信号Adapter_in。充电电路140耦接至电池150，用以根据接收到的电力对电池150充电。
晶体管Q1～Q5分别由不同的控制信号Ctrl_1～Ctrl_4所控制，用以根据不同的电源输入状态改变晶体管Q1～Q5的导通(ON)或截止(OFF)状态，以选择最适当的方式提供稳定电源至计算机系统350，以解决上述问题。如图所示，晶体管Q1耦接于转接器检测装置130与晶体管Q2之间，并且由控制信号Ctrl_1控制其导通/截止状态。晶体管Q2耦接于晶体管Q1与计算机装置的电源输入端点Vin之间，并且由控制信号Ctrl_1控制其开启/关闭状态。晶体管Q3耦接于电源输入端点Vin与电池150之间，并且由控制信号Ctrl_2控制其导通/截止状态。晶体管Q4耦接于电源输入端点Vin与充电电路140之间，并且由控制信号Ctrl_3控制其导通/截止状态。晶体管Q5耦接于无线电源接收器110与充电电路140之间，并且由控制信号Ctrl_4控制其导通/截止状态。
根据本发明的一实施例，当晶体管响应控制信号被导通时，晶体管的两电极所耦接的两端点会连接在一起，形成一通路。当晶体管响应控制信号不被导通(即，截止)时，晶体管的两电极所耦接的两端点并未连接在一起，形成断路状态。以下表2显示出在本发明的实施例中，各晶体管于不同的电源输入状态的导通结果。
表2:各晶体管于不同的电源输入状态的导通结果
值得注意的是，在本发明的实施例中，晶体管Q1～Q5的类型(例如，N型或P型)可依系统需求而被弹性选择。举例而言，晶体管Q1～Q5的类型可依控制信号Ctrl_1～Ctrl_4的电压电平的设计逻辑而做对应的设计。
图3显示根据本发明的一实施例所述的控制电路。根据本发明的一实施例，电源输入电路100/200可还包括一控制电路，例如图3所示的控制电路380，用以接收检测信号Adapter_in与Wireless_in，并且根据检测信号Adapter_in与Wireless_in所显示的电源输入状态，依据如表1或表2所示的逻辑产生对应的控制信号Ctrl_1～Ctrl_4，用以控制对应的开关、晶体管、或其他可根据对应的控制信号改变其开启/关闭或导通状态的元件。
此外，在本发明的实施例中，除了使用硬件装置实施控制电路之外，亦可通过软件根据检测信号Adapter_in与Wireless_in所显示的电源输入状态并依据如表1或表2所示的逻辑产生对应的控制信号Ctrl_1～Ctrl_4。举例而言，计算机装置内的一嵌入式控制器(Embedded Controller)可接收检测信号Adapter_in与Wireless_in，并根据如表1或表2所示的逻辑产生对应的控制信号Ctrl_1～Ctrl_4。因此，这里并不限于任一种产生控制信号的实施方式。
以下段落将进一步讨论在各种电源输入状态之下开关或晶体管的控制逻辑。
根据本发明的一实施例，当电源输入电路100/200并未接收到任何外部电源时，亦即，转接器检测装置130并未检测到电源转接器300耦接至计算机装置，并且无线电源检测装置120也未检测到无线电源接收器110接收到电力时，开关SW1、SW2与SW5会分别响应控制信号Ctrl_1、Ctrl_4被开启，或晶体管Q1、Q2与Q5会分别响应控制信号Ctrl_1、Ctrl_4而不导通，并且开关SW3与SW4会分别响应控制信号Ctrl_2、Ctrl_3被关闭，或晶体管Q3与Q4会分别响应控制信号Ctrl_2、Ctrl_3被导通。如此一来，当电源输入电路100/200并未接收到任何外部电源时，则可通过电池150提供电力至计算机装置。
图4显示根据本发明的一实施例所述的电源输入电路在并未接收到任何外部电源时的等效电路图。如图所示，当电源输入电路100/200并未接收到任何外部电源时，可在控制信号Ctrl_1～Ctrl_4的控制之下通过电池150提供电力至计算机装置，因此，电流I1的流向为自电池150流向计算机系统350。
根据本发明的另一实施例，当电源输入电路100/200仅检测到电源转接器300插入时，亦即，转接器检测装置130检测到电源转接器300耦接至计算机装置时，开关SW1、SW2与SW4会分别响应控制信号Ctrl_1、Ctrl_3被关闭，或晶体管Q1、Q2与Q4会分别响应控制信号Ctrl_1、Ctrl_3被导通，并且开关SW3与SW5会分别响应控制信号Ctrl_2、Ctrl_4被开启，或晶体管Q3与Q5会分别响应控制信号Ctrl_2、Ctrl_4而不导通。如此一来，当电源输入电路100/200仅检测到电源转接器300插入时，来自电源转接器300的电力可被传送至充电电路140，以充电电池150，并且自电源转接器300的电力也可被提供至计算机装置。
图5显示根据本发明的一实施例所述的电源输入电路在仅检测到电源转接器插入时的等效电路图。如图所示，当电源输入电路100/200检测到目前仅电源转接器300一个电力来源时，可在控制信号Ctrl_1～Ctrl_4的控制之下，将接收自电源转接器300的电力如电流I2的流向所示提供至计算机装置，并且将接收自电源转接器300的电力如电流I3的流向所示传送至充电电路140，以充电电池150。
根据本发明的另一实施例，当电源输入电路100/200仅检测到无线电源接收器110接收到电力时，亦即，转接器检测装置130并未检测到电源转接器300耦接至计算机装置，但无线电源检测装置120检测到无线电源接收器110接收到电力时，开关SW1、SW2与SW4会分别响应控制信号Ctrl_1、Ctrl_3被开启，或晶体管Q1、Q2与Q4会分别响应控制信号Ctrl_1、Ctrl_3而不导通，并且开关SW3与SW5会分别响应控制信号Ctrl_2、Ctrl_4被关闭，或晶体管Q3与Q5会分别响应控制信号Ctrl_2、Ctrl_4而被导通。如此一来，当无线电源接收器110接收到电力时，来自无线电源接收器110的电力可被传送至充电电路140，以充电电池150，并且通过电池150提供电力至计算机装置。
图6显示根据本发明的一实施例所述的电源输入电路在仅检测到无线电源接收器110接收到电力时的等效电路图。如图所示，当电源输入电路100/200仅检测到无线电源接收器110接收到电力时，可在控制信号Ctrl_1～Ctrl_4的控制之下，将来自无线电源接收器110的电力如电流I4的流向所示传送至充电电路140，以充电电池150，并且如电流I5的流向所示，通过电池150提供电力至计算机装置。
值得注意的是，在本发明的实施例中，利用电池150的大电容特性来提供稳定的电力至计算机装置，再通过无线电源接收器110所接收到电力持续为电池150充电，使得计算机系统即便在仅有无线电源供应的情况下，也可以提供稳定的电力给计算机装置使用，并且同时克服无线充电电源动态反应迟缓的缺点，使计算机装置无论是在重载或轻载的情况下，都能稳定的运作。
根据本发明的又另一实施例，当电源输入电路100/200检测电源转接器300插入且同时无线电源接收器110接收到电力时，亦即，转接器检测装置130并检测到电源转接器300耦接至计算机装置，并且同时无线电源检测装置120检测到无线电源接收器110接收到电力时，开关SW1、SW2与SW4会分别响应控制信号Ctrl_1、Ctrl_3被关闭，或晶体管Q1、Q2与Q4会分别响应控制信号Ctrl_1、Ctrl_3被导通，并且开关SW3与SW5会分别响应控制信号Ctrl_2、Ctrl_4被开启，或晶体管Q3与Q5会分别响应控制信号Ctrl_2、Ctrl_4而不导通。如此一来，来自电源转接器300的电力可被传送至充电电路140，以充电电池150，并且来自电源转接器300的电力也会被提供至计算机装置。
值得注意的是，在此实施例中，当电源输入电路100/200可同时藉由有线与无线的方式接收到电源时，系统将会以有线电源的电力作为主要的电力来源。因此，在此电源输入状态下，开关SW1～SW5或晶体管Q1～Q5的控制会与电源输入电路100/200仅检测电源转接器300插入时相同。如此一来，当电源输入电路100/200检测电源转接器300插入且同时无线电源接收器110接收到电力时，其等效电路将会如图5所示，将接收自电源转接器300的电力如电流I2的流向所示提供至计算机装置，并且将接收自电源转接器300的电力如电流I3的流向所示传送至充电电路140，以充电电池150。换言之，在此情况下并不会利用无线电源的电力。
如上述，在本发明的实施例中，当系统仅接收到无线电源时，利用电池150的大电容特性来提供稳定的电力至计算机装置，再通过无线电源接收器110所接收到电力持续为电池150充电，使得计算机系统即便在仅有无线电源供应的情况下，也可以提供稳定的电力给计算机装置使用，并且同时克服无线充电电源动态反应迟缓的缺点，使计算机装置无论是在重载或轻载的情况下，都能稳定的运作，以克服上述问题。
本发明的上述实施例能够以多种方式执行，例如使用硬件、软件或其结合来执行。本领域技术人员应了解执行上述功能的任何组件或组件的集合可被视为一个或多个控制上述功能的处理器。此一个或多个处理器可以多种方式执行，例如藉由指定硬件，或使用微码或软件来编程的通用硬件来执行上述功能。
权利要求中用以修饰元件的“第一”、“第二”、“第三”等序数词的使用本身未暗示任何优先权、优先次序、各元件之间的先后次序、或方法所执行的步骤的次序，而仅用作标识来区分具有相同名称(具有不同序数词)的不同元件。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电源输入电路，包括：
一无线电源接收器，用以自一无线电源传送器接收电力；
一电池；
一充电电路，耦接至该电池；
一第一开关，由一第一控制信号所控制；
一第二开关，耦接于该第一开关与一计算机装置的一电源输入端点之间，并且由该第一控制信号所控制；
一第三开关，耦接于该电池与该电源输入端点之间，并且由一第二控制信号所控制；
一第四开关，耦接于该电源输入端点与该充电电路之间，并且由一第三控制信号所控制；以及
一第五开关，耦接于该无线电源接收器与该充电电路之间，并且由一第四控制信号所控制，
其中当该无线电源接收器接收到电力时，该第三开关与该第五开关被关闭，用以将该电力传送至该充电电路，以充电该电池，并且通过该电池提供电力至该计算机装置。
2.如权利要求1所述的电源输入电路，还包括：
一转接器检测装置，用以检测一电源转接器是否耦接至该计算机装置，并根据检测结果输出一第一检测信号，
其中当该转接器检测装置检测到该电源转接器耦接至该计算机装置时，该第一开关与该第二开关被关闭，用以通过该电源转接器提供电力至该计算机装置。
3.如权利要求2所述的电源输入电路，其中当该无线电源接收器接收到电力且该电源转接器未耦接至该计算机装置时，该第一开关、该第二开关与该第四开关被开启。
4.如权利要求2所述的电源输入电路，其中当该无线电源接收器接收到电力且该电源转接器耦接至该计算机装置用以提供电力时，该第一开关、该第二开关与该第四开关被关闭，并且该第三开关与该第五开关被开启，用以将接收自该电源转接器的该电力传送至该充电电路，以充电该电池，并且将接收自该电源转接器的该电力提供至该计算机装置。
5.如权利要求2所述的电源输入电路，还包括：
一无线电源检测装置，耦接至该无线电源接收器，用以检测该无线电源接收器是否接收到电力，并根据检测结果输出一第二检测信号。
6.如权利要求5所述的电源输入电路，还包括：
一控制电路，用以接收该第一检测信号与该第二检测信号，并且根据该第一检测信号与该第二检测信号产生该第一控制信号、该第二控制信号、该第三控制信号与该第四控制信号。
7.如权利要求2所述的电源输入电路，其中该第一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关与该第五开关分别为一晶体管，并且各晶体管分别包括一控制极接收对应的控制信号。
8.如权利要求1所述的电源输入电路，其中该无线电源接收器通过磁感应或磁共振自该无线电源传送器接收电力。
9.如权利要求2所述的电源输入电路，其中当该无线电源接收器未接收到电力且该电源转接器未耦接至该计算机装置时，该第一开关、该第二开关与该第五开关被开启，并且该第三开关与该第四开关被关闭，用以通过该电池提供电力至该计算机装置。
10.如权利要求2所述的电源输入电路，其中当该无线电源接收器未接收到电力且该电源转接器耦接至该计算机装置时，该第一开关、该第二开关与该第四开关被关闭，并且该第三开关与该第五开关被开启，用以将接收自该电源转接器的该电力传送至该充电电路，以充电该电池，并且将接收自该电源转接器的该电力提供至该计算机装置。
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