CN107919716A - 充电电路及其电容式电源转换电路与反向阻断开关电路 - Google Patents
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Abstract
一种充电电路及其电容式电源转换电路与反向阻断开关电路。该充电电路包含电源发送单元以及电容式电源转换电路。电源发送单元将一输入电源转换为一直流电流并调节其于一预设的输出电流位准；电容式电源转换电路包括一具有多个转换开关的转换开关电路，其与一或多个转换电容器耦接；控制电路，用以于多个充电转换时段中，对应操作该多个转换开关，使该一或多个转换电容器周期性地对应耦接于一或多个比例电压节点、该直流电压、以及该接地点其中一对节点之间，而经由该一或多个比例电压节点中的一节点产生该充电电流，其位准大致为预设的输出电流位准的默认增流倍数；以及反向阻断开关电路，具有本体二极管，其与该转换开关的本体二极管为反相耦接。
Description
技术领域
本发明涉及一种充电电路，特别是指一种以电容式电源转换电路倍增充电电流，且具有反向电流阻断能力的充电电路。本发明也涉及用于充电电路中的电容式电源转换电路以及反向阻断开关电路。
现有技术
图1揭示一种现有技术的充电电路(充电电路1)，其包含一具有直接充电能力的电源适配器(adaptor)11，接收一交流电源，并可提供直流充电电流IBAT经由一缆线20(例如USB缆线)以及一负载开关40(load switch)对一电池50进行恒定电流(CC，constantcurrent)充电。然而图1中所示的现有技术，在使用例如USB缆线等标准缆线的情况下，其缆线的电流限额一般来说相对较低，例如约为5A或以下，充电时间因而较长。若欲加速充电时间而提高充电电流(例如8A或以上)，则必须使用线径较粗的专用快速充电缆线，除了因使用非标准缆线造成使用者的不便之外，快速充电缆线也因为线径较粗不易挠曲而不便于使用。
图2揭示另一种现有技术的充电电路(充电电路2)，其包含一切换式充电电路90，可将电源适配器11所提供的电源(例如但不限于USB PD的5V或9V或12V的VBUS)转换为充电电流IBAT，而对电池50进行恒定电流(CC，constant current)充电。图2中所示的现有技术的缺点在于，在切换式充电电路90中，难以选用合适规格的电感器与开关(未示出)来兼顾充电电流量、电流涟波幅度、开关导通电阻、能量转换效率等各种参数的优化，导致设计优化不易达成。
本发明相较于图1的现有技术，其优点在于可提供倍增的充电电流对电池充电，可缩短充电时间，却又可以使用如USB缆线等标准缆线，在相对较低的缆线电流下操作，方便使用者的应用，而本发明相较于图2的现有技术而言，具有无需电感器，缩小尺寸，降低成本，以及零件选用易于优化以达最佳能量转换效率等优点。此外，本发明还可防止充电电路中，来自例如充电路径上的开关的本体二极管(body diode)所造成的反向电流(reversecurrent)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种充电电路及其电容式电源转换电路与反向阻断开关电路，可提供倍增的充电电流对电池充电，可缩短充电时间，却又可以使用如USB缆线等标准缆线，在相对较低的缆线电流下操作，方便使用者的应用；具有无需电感器，缩小尺寸，降低成本，以及零件选用易于优化以达最佳能量转换效率等优点。此外，本发明还可防止充电电路中，来自例如充电路径上的开关的本体二极管(bodydiode)所造成的反向电流(reverse current)。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种充电电路，用以将一输入电源转换为一直流电源，并将该直流电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流，该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；该充电电路包含：一电源发送单元，用以将一输入电源转换为该直流电源；以及至少一电容式电源转换电路；其中该电容式电源转换电路包括：一转换开关电路，用以将该直流电源转换为一转换输出电源，其中该转换输出电源包括一转换输出电压以及一转换输出电流，该转换开关电路包括多个转换开关，与至少一转换电容器耦接，其中至少一该转换开关具有一本体二极管(body diode)；一控制电路，用以产生一转换开关控制讯号，以控制该多个转换开关；以及至少一反向阻断开关电路(reverse blocking switch circuit)，与该电池以及该转换开关电路串联耦接，用以阻断流经该转换开关的本体二极管的寄生本体电流(parasitic body current)，其中该反向阻断开关电路具有至少一反向阻断开关，该反向阻断开关具有一本体二极管，其中该至少一反向阻断开关的本体二极管与至少一该转换开关的本体二极管反向耦接；其中该电源发送单元于一充电模式下，调节该直流电流于一预设的直流电流位准，及/或调节该直流电压于一默认的直流电压位准，且该转换开关控制讯号于多个充电转换时段中，对应操作该多个转换开关，使该至少一转换电容器于一周期内的该不同充电转换时段中，对应耦接于至少一充电比例电压节点、该直流电压、以及一接地点其中二者之间，使得该充电电流的位准大致为该预设的直流电流位准的一默认的增流倍数(current scale-up factor)，及/或使得该充电电压的位准大致为该默认的直流电压位准的一默认的电压比例倍数；其中该充电比例电压节点或该至少一充电比例电压节点中的其中一个充电比例电压节点输出该转换输出电源。
在一较佳实施例中，该反向阻断开关串联连接于该电源发送单元以及该电容式电源转换电路之间，或串联连接于该电池以及该电容式电源转换电路之间。
在一较佳实施例中，该充电电路包含多个该电容式电源转换电路，且该反向阻断开关电路包含多个反向阻断开关，其中该多个电容式电源转换电路之间为并联耦接，及/或该多个反向阻断开关之间为并联耦接。
在一较佳实施例中，该反向阻断开关电路还包含一调节保护开关，以及第一调节比较器及/或第二调节比较器，其中该第一调节比较器用以比较该充电电流相关讯号与一调节电流阈值而产生一调节电流比较结果，且根据该调节电流比较结果而控制该调节保护开关，使得该充电电流受调节而不大于该预设的调节电流位准，该第二调节比较器用以比较该充电电压相关讯号与一调节电压阈值而产生一调节电压比较结果，且根据该调节电压比较结果而控制该调节保护开关，使得该充电电压受调节而不大于该默认的调节电压位准。
在一较佳实施例中，该电容式电源转换电路以及该反向阻断开关电路整合于一集成电路中，或封入于一集成电路封装中。
在一较佳实施例中，该充电电路还包含至少一过高电压保护开关，其中该过高电压保护开关的输入端的电压额定值(voltage rating)高于该反向阻断开关的输入端的电压额定值，及/或高于该多个转换开关的输入端的电压额定值；其中该控制电路还产生一过高电压控制讯号，耦接于该过高电压保护开关的控制端，用以控制该过高电压保护开关。
在一较佳实施例中，该控制电路包含一第一调节比较器及/或一第二调节比较器，其中该第一调节比较器用以比较该充电电流相关讯号与一调节电流阈值而产生一调节电流比较结果，且根据该调节电流比较结果而控制该过高电压保护开关，使得该充电电流受调节而不大于该预设的调节电流位准；且该第二调节比较器用以比较该充电电压相关讯号与一调节电压阈值而产生一调节电压比较结果，且根据该调节电压比较结果而控制该过高电压保护开关，使得该充电电压受调节而不大于该默认的调节电压位准。
在一较佳实施例中，该充电电路包含多个过高电压保护开关，且该多个过高电压保护开关用以侦测并控制使流经各过高电压保护开关的电流大致上相等。
在一较佳实施例中，该充电电路还包含一缆线及/或一连接器，耦接于该电源发送单元与该电容式电源转换电路之间，或耦接于该电源发送单元与该反向阻断开关电路之间，其中该缆线及/或该连接器符合通用串行总线规范或通用串行总线供电规范(USB或USBPD)的缆线及/或连接器，该缆线及/或该连接器包括一电源部与一讯号部，其中该电源部用以耦接该直流电源，该讯号部用以传送该直流电流相关讯号及/或该直流电压相关讯号及/或该充电电流相关讯号及/或该充电电压相关讯号。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明也提供了一种电容式电源转换电路，用于一充电电路中，该充电电路用以将一输入电源转换为一直流电源，并将该直流电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流，该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；该充电电路包含：一电源发送单元，用以将一输入电源转换为该直流电源；该电容式电源转换电路包含：一转换开关电路，用以将该直流电源转换为一转换输出电源，其中该转换输出电源包括一转换输出电压以及一转换输出电流，该转换开关电路包括多个转换开关，与至少一转换电容器耦接，其中至少一该转换开关具有一本体二极管(body diode)；一控制电路，用以产生一转换开关控制讯号，以控制该多个转换开关；以及至少一反向阻断开关电路(reverse blocking switch circuit)，与该转换开关电路串联耦接，用以阻断流经该转换开关的本体二极管的寄生本体电流(parasitic bodycurrent)，其中该反向阻断开关电路具有至少一反向阻断开关，该反向阻断开关具有一本体二极管，其中该至少一反向阻断开关的本体二极管与至少一该转换开关的本体二极管反向耦接；其中该电源发送单元于一充电模式下，调节该直流电流于一预设的直流电流位准，及/或调节该直流电压于一默认的直流电压位准，且该转换开关控制讯号于多个充电转换时段中，对应操作该多个转换开关，使该至少一转换电容器于一周期内的该不同充电转换时段中，对应耦接于至少一充电比例电压节点、该直流电压、以及一接地点其中二者节点之间，使得该充电电流的位准大致为该预设的直流电流位准的一默认的增流倍数(currentscale-up factor)，及/或使得该充电电压的位准大致为该默认的直流电压位准的一默认的电压比例倍数；其中该充电比例电压节点或该至少一充电比例电压节点中的其中一个充电比例电压节点输出该转换输出电源。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明也提供了一种反向阻断开关电路，用于一充电电路中，其中该充电电路用以将一输入电源转换为一直流电源，并将该直流电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流，该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；该充电电路包含：一电源发送单元，用以将一输入电源转换为该直流电源；以及至少一电容式电源转换电路；其中该电容式电源转换电路包括：一转换开关电路，用以将该直流电源转换为一转换输出电源，其中该转换输出电源包括一转换输出电压以及一转换输出电流，该转换开关电路包括多个转换开关，与至少一转换电容器耦接，其中至少一该转换开关具有一本体二极管(bodydiode)；一控制电路，用以产生一转换开关控制讯号，以控制该多个转换开关；以及至少一该反向阻断开关电路，与该电池以及该转换开关电路串联耦接，用以阻断流经该转换开关的本体二极管的寄生本体电流(parasitic body current)；该反向阻断开关电路包含：至少一反向阻断开关，该反向阻断开关具有一本体二极管，其中该至少一反向阻断开关的本体二极管与至少一该转换开关的本体二极管反向耦接；一调节保护开关，与该反向阻断开关串联；以及一第一调节比较器及/或一第二调节比较器，其中该第一调节比较器用以比较该充电电流相关讯号与一调节电流阈值而产生一调节电流比较结果，且根据该调节电流比较结果而控制该调节保护开关，使得该充电电流受调节而不大于该预设的调节电流位准，且该第二调节比较器用以比较该充电电压相关讯号与一调节电压阈值而产生一调节电压比较结果，且根据该调节电压比较结果而控制该调节保护开关，使得该充电电压受调节而不大于该默认的调节电压位准；其中该电源发送单元于一充电模式下，调节该直流电流于一预设的直流电流位准，及/或调节该直流电压于一默认的直流电压位准，且该转换开关控制讯号于多个充电转换时段中，对应操作该多个转换开关，使该至少一转换电容器于一周期内的该不同充电转换时段中，对应耦接于至少一充电比例电压节点、该直流电压、以及一接地点的其中二者之间，使得该充电电流的位准大致为该预设的直流电流位准的一默认的增流倍数(current scale-up factor)，及/或使得该充电电压的位准大致为该默认的直流电压位准的一默认的电压比例倍数；其中该充电比例电压节点或该至少一充电比例电压节点中的其中一个充电比例电压节点输出该转换输出电源。
以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示一种现有技术的充电电路的示意图；
图2显示一种现有技术的充电电路的示意图；
图3A与图3B显示本发明的充电电路的一实施例的示意图；
图4A-4D显示本发明的充电电路的数种实施例的示意图；
图5A-5D显示本发明的充电电路的数种实施例及其中反向阻断开关电路的一实施例的示意图；
图6A-6B显示本发明的充电电路的数种实施例及其中电容式电源转换电路的一实施例的示意图；
图7A-7B显示本发明的充电电路的数种实施例的示意图；
图8A-8C显示本发明的充电电路的数种实施例及其中电容式电源转换电路的一实施例的示意图。
具体实施方式
请参阅图3A，图中所示为本发明的充电电路的一种实施例(充电电路3A)的示意图，充电电路3A用以将一输入电源转换为一直流电源，并将该直流电源转换为一充电电源而对一电池50充电，其中直流电源包括一直流电压VDC以及一直流电流IDC，充电电源包括一充电电压VCHG以及一充电电流ICHG；充电电路3A包含：一电源发送单元10，以及一电容式电源转换电路30。电源发送单元10将一输入电源(例如但不限于一交流电源)转换为该直流电源，所述电源发送单元10可例如为一电源适配器，将交流形式的输入电源转换为前述的直流电源，或可为一直流直流转换电路，将来自例如行动电源(power bank)的输入电源转换为前述的直流电源。电容式电源转换电路30包括：一转换开关电路31，用以将直流电源转换为该充电电源，该转换开关电路31包括多个转换开关(未示出)，与一或多个转换电容器(例如图中的C1或C1-CN)耦接，一控制电路32；控制电路32用以产生一转换开关控制讯号CTRL，以控制该多个转换开关；以及至少一反向阻断开关电路(reverseblockingswitchcircuit)60，与该电池50以及该转换开关电路31串联耦接，用以阻断流经该转换开关的本体二极管的寄生本体电流(parasitic body current)(未示出，于后详述)，其中该反向阻断开关电路60具有至少一反向阻断开关，该反向阻断开关具有一本体二极管，其中该至少一反向阻断开关的本体二极管与至少一该转换开关的本体二极管反向耦接，其细节将于后详述。
在一实施例中，电容式电源转换电路30例如但不限于可包含除法式的电荷泵(divider charge pump)。在一实施例中，电源发送单元10可输出恒定电流，支持直接充电模式，不经过电容式电源转换电路30的控制而直接对电池50充电(相关线路未示出)。其中于倍流充电模式下，电源发送单元10调节该直流电流IDC于一预设的直流电流位准，且该转换开关控制讯号CTRL于多个充电转换时段中，对应操作该多个转换开关，使该一或多个转换电容器(C1或C1-CN)周期性地对应耦接于一或多个充电比例电压节点(例如对应图3A中的充电比例电压节点ND1或ND1-NDM，其中M为自然数)、该直流电压VDC、以及一接地点其中的一对节点之间，使得充电电流ICHG的位准大致为该直流输出电流IDC的预设直流电流位准的一默认的增流倍数(current scale-up factor)K，在一较佳实施例中，K为大于1的实数，亦即，充电电流ICHG大于直流电流IDC，因此本发明的充电电路可以在直流电流IDC不变的情况下，以相对较大的充电电流ICHG对电池50充电，缩短充电时间；其中转换输出电源耦接于一或多个充电比例电压节点(充电比例电压节点ND1或ND1-NDM)中的一充电比例电压节点(例如图中所示耦接于充电比例电压节点ND1)，而经由该充电比例电压节点产生该充电电流ICHG。
需说明的是：因电路零件的本身的寄生效应或是零件间相互的匹配不一定为理想，因此，虽然欲使充电电流ICHG的位准大致上为该预设的直流电流位准的一默认的增流倍数K，但实际产生的充电电流ICHG的位准可能并不是预设的直流电流位准的准确无误差的K倍，而仅是接近K倍，此即前述的“大致上”为该预设的直流电流位准的一默认的增流倍数K之意，本文中其他提到“大致上”之处亦同。此外值得注意的是，在具有多个充电比例电压节点的实施例中，所述的增流倍数K，会随着充电电源耦接的充电比例电压节点而有所不同；而在仅有一个充电比例电压节点的实施例中，增流倍数K为2，亦即充电电流ICHG的位准大致上为该预设的直流电流位准的2倍，但在其他实施例中，K不限于为整数。
此外亦需说明的是，前述的电源发送单元10并不限定于需调节直流电流IDC于该预设的直流电流位准，在一实施例中，电源发送单元10亦可调节直流电压VDC于一默认的直流电压位准，在此情况下，电容式电源转换电路30仍可根据上述的操作而使得充电电压VCHG的位准大致为该默认的直流电压位准的一默认的电压比例倍数J，在一较佳实施例中，电压比例倍数J小于1，以达成电容式降压电源转换模式。
在一实施例中，本发明的电容式电源转换电路(例如电容式电源转换电路30)的转换开关可为金氧半晶体管(MOS transistor)，其包括寄生的本体二极管(body diode)，而在例如但不限于电源发送单元为未接电(plug-out)状态下，或是直流电压VDC小于电池电压VBAT时，即使在转换开关皆为不导通的情况下，金氧半晶体管的本体二极管仍可能导致反向电流(reverse current)，其中所述的“反向电流”指本体二极管顺向导通，而由电池往直流电压方向流动的不希望有的电流，为避免误解，下文中如前述的“反向电流”皆称为“寄生本体电流”(parasitic body current)。
请参阅图3B，图中所示为本发明的充电电路(例如充电电路3B)中，电容式电源转换电路的一种较具体的实施例(电容式电源转换电路30’)的示意图，在本实施例中，电容式电源转换电路30’包含转换开关电路31’、控制电路32’、与反向阻断开关电路60’。其中，转换开关电路31’包括多个转换开关(例如图中所示的S1、S2、S3以及S4)，耦接于转换电容器C1；而在本实施例中，如前述的多个转换时段(于一周期中)则包括一第一转换时段以及一第二转换时段；其中控制电路32’控制该多个转换开关S1、S2、S3以及S4(例如通过转换控制讯号CTRL耦接于S1-S4的控制端而控制的)，使转换电容器C1的第一端T1于该第一转换时段与该第二转换时段中分别对应切换而电性连接于该直流电压VDC与该充电电压VCHG之间，且使该转换电容器C1的第二端T2于该第一转换时段与该第二转换时段中分别对应切换而电性连接于该充电电压VCHG与该接地点GND之间，使得该充电电流ICHG的位准大致为该预设的输出电流位准的2倍。
请继续参阅图3B，本实施例中，转换开关S1-S4分别具有本体二极管DB1-DB4，如前所述，在例如但不限于电源发送单元为未接电(plug-out)状态下，或是直流电压VDC小于电池电压VBAT时，即使在转换开关S1-S4皆为不导通的情况下，金氧半晶体管的本体二极管仍可能导致“寄生本体电流”，例如但不限于从电池端，经由本体二极管DB2与DB1而流向直流电压VDC的寄生本体电流。
请参阅图4A，图中所示为本发明的充电电路的另一种实施例(充电电路4A)的示意图，与图3A及3B所示的实施例相较，本实施例显示充电电路4A的反向阻断开关电路60较具体的实施例，反向阻断开关电路60与电池50以及转换开关电路31串联耦接，用以阻断该转换开关的本体二极管(例如本体二极管DB2与DB1)的寄生本体电流，其中该反向阻断开关电路具有至少一反向阻断开关(例如反向阻断开关SR1)，反向阻断开关具有本体二极管，其中至少一反向阻断开关的本体二极管(例如本体二极管DBR1)与转换开关的本体二极管(例如本体二极管DB2与DB1)反向耦接；由于前述的本体二极管之间的反向耦接关系，使得即使在例如但不限于电源发送单元10为未接电(plug-out)状态下，或是直流电压VDC小于电池电压VBAT时，本发明的充电电路仍得以防止前述的“寄生本体电流”。
请参阅图4B，本实施例与图4A相似，此二图说明该反向阻断开关电路60可串联耦接于电源发送单元10以及转换开关电路31之间(图4B)，或是串联耦接于电池50以及转换开关电路31(图4A)之间，只要与电池50以及转换开关电路31的耦接关系为串联，且至少一反向阻断开关的本体二极管(例如本体二极管DBR1)与转换开关的本体二极管(例如本体二极管DB2与DB1)反向耦接，即可具有防止前述的“寄生本体电流”，而符合本发明的精神。
需说明的是，反向阻断开关电路(例如图4A与4B的60)可为一负载开关电路(loadswitchcircuit)，一般而言，所述的负载开关电路包含两个以上的负载开关(load switch，例如反向阻断开关电路60的SR1与SR2)，在以金氧半晶体管实现负载开关的情形下，其本体二极管(如图中的DBR1与DBR2)互为反相耦接。
请参阅图4A与4B，在一实施例中，反向阻断开关SR1的本体二极管DBR1与转换开关S3与S4的本体二极管DB3与DB4亦为反向耦接，用以阻断可能来自本体二极管DB3与DB4的寄生本体电流。
请参阅图4C与4D，此二图的实施例说明本发明的充电电路可包含多个并联的电容式电源转换电路(30A与30B)及多个并联的反向阻断开关电路(60A与60B)。
在一实施例中，本发明的充电电路还可包含一缆线20及/或一连接器70，耦接于电源发送单元10与电容式电源转换电路30之间(例如图4A)，或耦接于电源发送单元10与该反向阻断开关电路60之间(例如图4B)，其中该缆线20与该连接器70符合通用串行总线规范或通用串行总线供电规范(USB或USB PD)的缆线与连接器，缆线20及/或连接器70包括一电源部与一讯号部，其中该电源部用以耦接直流电源，该讯号部则可用以传送直流电流相关讯号，及/或直流电压相关讯号，及/或充电电流相关讯号，及/或充电电压相关讯号；需说明的是，所述的电源部指如图中所示，缆线20所包含的电源线21或连接器70所包含的电源接点71，而所述的讯号部指如图中所示，缆线20所包含的讯号线22或连接器70所包含的讯号接点72。需说明的是，在一实施例中，缆线20或连接器70可省略，而在一实施例中，耦接于电源发送单元10与电容式电源转换电路30之间的讯号线亦可省略。
请参阅图5A，图中所示为本发明的充电电路(例如充电电路5A)中，反向阻断开关电路的一种实施例(反向阻断开关电路60’)的示意图，反向阻断开关电路60’还包含一调节保护开关SC，与反向阻断开关SR1串联，用以根据一充电电流相关讯号ISEN而控制调节保护开关SC，使得该充电电流ICHG受调节而不大于一预设的调节电流位准，及/或根据一充电电压相关讯号VSEN而控制该调节保护开关SC，使得该充电电压VCHG受调节而不大于一默认的调节电压位准。在一实施例中，调节保护开关SC的本体二极管DBC与反向阻断开关SR1的本体二极管DBR1互为反向耦接，从另一观点而言，调节保护开关SC的本体二极管DBC与转换开关的本体二极管为同向耦接。
请继续参阅图5A，在一实施例中，反向阻断开关电路60’还包含第一调节比较器61，用以比较充电电流相关讯号ISEN与一调节电流阈值CCT而产生一调节电流比较结果CP1，且根据调节电流比较结果CP1而控制调节保护开关SC，使得充电电流ICHG受调节而不大于预设的调节电流位准。而在一实施例中，反向阻断开关电路60’包含第二调节比较器62，用以比较充电电压相关讯号VSEN与一调节电压阈值CVT而产生一调节电压比较结果CP2，且根据调节电压比较结果CP2而控制调节保护开关SC，使得该充电电压VCHG受调节而不大于该默认的调节电压位准。图5B则旨在说明本发明的充电电路中，反向阻断开关电路与转换开关电路之间可具有不同的串联耦接关系。
在一实施例中，前述调节电压阈值CVT与所述默认的调节电压位准大致上相等；而在一实施例中，调节电流阈值CCT与所述预设的调节电流位准大致上相等。在一实施例中，调节电流比较结果CP1与调节电压比较结果CP2可互相直接耦接，以获得例如但不限于分流并联(shunt)的功效。
在电源发送单元10的电流涟波或电压涟波相对较大的情况下(例如但不限于发生在电源发送单元10欲调节直流电流IDC于该预设的直流电流位准，或欲调节直流电压VDC于一默认的直流电压位准之时)，根据前述本发明的调节保护开关SC以及相关电路与控制方式，使得充电电压VCHG及/或充电电流ICHG更可受到进一步的调节，而不至于因充电电压VCHG及/或充电电流ICHG过高而造成电池的损坏。
请参阅图5C与5D，此数图的实施例旨在说明本发明的充电电路可包含多个并联的电容式电源转换电路(30A与30B)及多个并联的具有充电电流调节能力及/或充电电压调节能力的反向阻断开关电路(60A与60B)。
在一实施例中，本发明的电容式电源转换电路可包含反向阻断开关电路，请参阅图6A，本实施例中，电容式电源转换电路30”包含反向阻断开关电路60”，与电池50以及转换开关电路31串联耦接，其中反向阻断开关电路60”包含一反向阻断开关SR1，反向阻断开关SR1的本体二极管DBR1与转换开关S1与S2的本体二极管DB2与DB1反向耦接，用以阻断本体二极管DB2与DB1的寄生本体电流。在一实施例中，反向阻断开关电路60”包含一且唯一的反向阻断开关SR1，在此情形下，相较于前述使用负载开关电路的实施例而言，可节省一开关组件，因此可节省成本。此外，在一实施例中，电容式电源转换电路30”可将反向阻断开关电路60”与转换开关电路31整合于一集成电路中，或封入于一集成电路封装中。图6B则旨在说明本发明的充电电路可包含多个并联的电容式电源转换电路(30A与30B)。
在一实施例中，本发明的充电电路可包含一外接的过高电压保护开关，耦接于电源发送单元与电容式电源转换电路之间，用以阻隔可能的过高电压，且提供过高电压保护，请参阅图7A，本实施例中，充电电路7A包含一外接的过高电压保护开关SHV，耦接于电源发送单元10与电容式电源转换电路30之间，在一实施例中，过高电压保护开关SHV的输入端(如图中耦接于直流电压VDC的输入端)的电压额定值(voltage rating)高于电容式电源转换电路30的电压额定值(包括反向阻断开关的输入端的电压额定值)，因此，可阻隔例如但不限于因连接器接触时造成的电压突波，或是例如其他较高的直流电压设定值(例如12V)，而保护电容式电源转换电路30不致损坏。在一实施例中，如图所示，控制电路31可产生一过高电压控制讯号CTRH，耦接于该过高电压保护开关SHV的控制端，用以例如于直流电压VDC发生过高电压时(例如超过一过高电压阈值)，控制该过高电压保护开关SHV为不导通，而保护电容式电源转换电路30不致损坏。
图7B所示的实施例则旨在说明本发明的充电电路(例如充电电路7B)可包含多个并联的电容式电源转换电路(30A与30B)，其中过高电压保护开关SHV耦接于电源发送单元10与多个并联的电容式电源转换电路之间。
请参阅图8A，在一实施例中，控制电路31根据一充电电流相关讯号ISEN而控制调节过高电压保护开关SHV，使得该充电电流ICHG受调节而不大于一预设的调节电流位准，及/或根据一充电电压相关讯号VSEN而控制过高电压保护开关SHV，使得该充电电压VCHG受调节而不大于一默认的调节电压位准。
请继续参阅图8A，在一实施例中，控制电路31包含调节比较器311，用以比较充电电流相关讯号ISEN与一调节电流阈值CCT而产生一调节电流比较结果CP1，且根据调节电流比较结果CP1而控制过高电压保护开关SHV，使得充电电流ICHG受调节而不大于预设的调节电流位准。而在一实施例中，控制电路31包含调节比较器312，用以比较充电电压相关讯号VSEN与一调节电压阈值CVT而产生一调节电压比较结果CP2，且根据调节电压比较结果CP2而控制调节过高电压保护开关SHV，使得该充电电压VCHG受调节而不大于该默认的调节电压位准。
图8B所示的实施例则旨在说明本发明的充电电路(例如充电电路8B)可包含多个并联的电容式电源转换电路(30A与30B)，其中过高电压保护开关SHV耦接于电源发送单元10与多个并联的电容式电源转换电路之间。
在一实施例中，本发明的充电电路可包含多个过高电压保护开关，除了提供前述的过高电压保护或阻隔之外，亦可用于电流平衡控制。请参阅图8C，充电电路8C包含2组过高电压保护开关与电容式电源转换电路的串联组合(如图所示，过高电压保护开关SHV1与电容式电源转换电路30A串联，过高电压保护开关SHV2与电容式电源转换电路30B串联)，其中该2组过高电压保护开关与电容式电源转换电路的串联组合之间则为并联耦接。在一实施例中，过高电压保护开关SHV1与SHV2还可用以侦测并控制使流经各过高电压保护开关的电流大致上相等，亦即，电流IHV1与IHV2大致上相等。
需说明的是，前述的充电电流相关讯号ISEN可感测例如但不限于充电电流本身，或充电电流路径上的开关电流，例如但不限于图5A或5B中流经反向阻断开关或调节保护开关或过高电压保护开关的电流。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，亦可以组合应用。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某讯号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该讯号的本身，亦包含于必要时，将该讯号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的讯号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。
Claims (14)
1.一种充电电路，用以将一输入电源转换为一直流电源，并将该直流电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流，该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；其特征在于，该充电电路包含：
一电源发送单元，用以将该输入电源转换为该直流电源；以及
至少一电容式电源转换电路；其中该电容式电源转换电路包括：
一转换开关电路，用以将该直流电源转换为一转换输出电源，其中该转换输出电源包括一转换输出电压以及一转换输出电流，该转换开关电路包括多个转换开关，与至少一转换电容器耦接，其中至少一该转换开关具有一本体二极管；
一控制电路，用以产生一转换开关控制讯号，以控制该多个转换开关；以及
至少一反向阻断开关电路，与该电池以及该转换开关电路串联耦接，用以阻断流经该转换开关的本体二极管的寄生本体电流，其中该反向阻断开关电路具有至少一反向阻断开关，该反向阻断开关具有一本体二极管，其中该至少一反向阻断开关的本体二极管与至少一该转换开关的本体二极管反向耦接；
其中该电源发送单元于一充电模式下，调节该直流电流于一预设的直流电流位准，及/或调节该直流电压于一默认的直流电压位准，且该转换开关控制讯号于多个充电转换时段中，对应操作该多个转换开关，使该至少一转换电容器于一周期内的该不同充电转换时段中，对应耦接于至少一充电比例电压节点、该直流电压、以及一接地点的其中二者之间，使得该充电电流的位准大致为该预设的直流电流位准的一默认的增流倍数，及/或使得该充电电压的位准大致为该默认的直流电压位准的一默认的电压比例倍数；其中该充电比例电压节点或该至少一充电比例电压节点中的其中一个充电比例电压节点输出该转换输出电源。
2.如权利要求1所述的充电电路，其中，该反向阻断开关串联连接于该电源发送单元以及该电容式电源转换电路之间，或串联连接于该电池以及该电容式电源转换电路之间。
3.如权利要求1所述的充电电路，其中，该充电电路包含多个该电容式电源转换电路，且该反向阻断开关电路包含多个反向阻断开关，其中该多个电容式电源转换电路之间为并联耦接，及/或该多个反向阻断开关之间为并联耦接。
4.如权利要求1所述的充电电路，其中，该反向阻断开关电路还包含一调节保护开关，以及第一调节比较器及/或第二调节比较器，其中该第一调节比较器用以比较该充电电流相关讯号与一调节电流阈值而产生一调节电流比较结果，且根据该调节电流比较结果而控制该调节保护开关，使得该充电电流受调节而不大于该预设的调节电流位准，该第二调节比较器用以比较该充电电压相关讯号与一调节电压阈值而产生一调节电压比较结果，且根据该调节电压比较结果而控制该调节保护开关，使得该充电电压受调节而不大于该默认的调节电压位准。
5.如权利要求1所述的充电电路，其中，该电容式电源转换电路以及该反向阻断开关电路整合于一集成电路中，或封入于一集成电路封装中。
6.如权利要求5所述的充电电路，还包含至少一过高电压保护开关，其中该过高电压保护开关的输入端的电压额定值高于该反向阻断开关的输入端的电压额定值，及/或高于该多个转换开关的输入端的电压额定值；其中该控制电路还产生一过高电压控制讯号，耦接于该过高电压保护开关的控制端，用以控制该过高电压保护开关。
7.如权利要求6所述的充电电路，其中，该控制电路包含一第一调节比较器及/或一第二调节比较器，其中该第一调节比较器用以比较该充电电流相关讯号与一调节电流阈值而产生一调节电流比较结果，且根据该调节电流比较结果而控制该过高电压保护开关，使得该充电电流受调节而不大于该预设的调节电流位准；且该第二调节比较器用以比较该充电电压相关讯号与一调节电压阈值而产生一调节电压比较结果，且根据该调节电压比较结果而控制该过高电压保护开关，使得该充电电压受调节而不大于该默认的调节电压位准。
8.如权利要求6所述的充电电路，其中，该充电电路包含多个过高电压保护开关，且该多个过高电压保护开关用以侦测并控制使流经各过高电压保护开关的电流大致上相等。
9.如权利要求1所述的充电电路，还包含一缆线及/或一连接器，耦接于该电源发送单元与该电容式电源转换电路之间，或耦接于该电源发送单元与该反向阻断开关电路之间，其中该缆线及/或该连接器符合通用串行总线规范或通用串行总线供电规范的缆线及/或连接器，该缆线及/或该连接器包括一电源部与一讯号部，其中该电源部用以耦接该直流电源，该讯号部用以传送该直流电流相关讯号及/或该直流电压相关讯号及/或该充电电流相关讯号及/或该充电电压相关讯号。
10.一种电容式电源转换电路，用于一充电电路中，该充电电路用以将一输入电源转换为一直流电源，并将该直流电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流，该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；该充电电路包含：一电源发送单元，用以将一输入电源转换为该直流电源；其特征在于，该电容式电源转换电路包含：
一转换开关电路，用以将该直流电源转换为一转换输出电源，其中该转换输出电源包括一转换输出电压以及一转换输出电流，该转换开关电路包括多个转换开关，与至少一转换电容器耦接，其中至少一该转换开关具有一本体二极管；
一控制电路，用以产生一转换开关控制讯号，以控制该多个转换开关；以及
至少一反向阻断开关电路，与该转换开关电路串联耦接，用以阻断流经该转换开关的本体二极管的寄生本体电流，其中该反向阻断开关电路具有至少一反向阻断开关，该反向阻断开关具有一本体二极管，其中该至少一反向阻断开关的本体二极管与至少一该转换开关的本体二极管反向耦接；
其中该电源发送单元于一充电模式下，调节该直流电流于一预设的直流电流位准，及/或调节该直流电压于一默认的直流电压位准，且该转换开关控制讯号于多个充电转换时段中，对应操作该多个转换开关，使该至少一转换电容器于一周期内的该不同充电转换时段中，对应耦接于至少一充电比例电压节点、该直流电压、以及一接地点其中二者之间，使得该充电电流的位准大致为该预设的直流电流位准的一默认的增流倍数，及/或使得该充电电压的位准大致为该默认的直流电压位准的一默认的电压比例倍数；其中该充电比例电压节点或该至少一充电比例电压节点中的其中一个充电比例电压节点输出该转换输出电源。
11.如权利要求10所述的电容式电源转换电路，其中，该充电电路还包含至少一过高电压保护开关，其中该过高电压保护开关的输入端的电压额定值高于该反向阻断开关的输入端的电压额定值，及/或高于该多个转换开关的电压额定值；其中该控制电路还产生一过高电压控制讯号，耦接于该过高电压保护开关的控制端，用以控制该过高电压保护开关。
12.如权利要求11所述的电容式电源转换电路，其中，该控制电路包含一第一调节比较器及/或一第二调节比较器，其中该第一调节比较器用以比较该充电电流相关讯号与一调节电流阈值而产生一调节电流比较结果，且根据该调节电流比较结果而控制该过高电压保护开关，使得该充电电流受调节而不大于该预设的调节电流位准；且该第二调节比较器用以比较该充电电压相关讯号与一调节电压阈值而产生一调节电压比较结果，且根据该调节电压比较结果而控制该过高电压保护开关，使得该充电电压受调节而不大于该默认的调节电压位准。
13.如权利要求11所述的电容式电源转换电路，其中，该控制电路控制使流经各过高电压保护开关的电流大致上相等。
14.一种反向阻断开关电路，用于一充电电路中，其中该充电电路用以将一输入电源转换为一直流电源，并将该直流电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流，该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；该充电电路包含：一电源发送单元，用以将一输入电源转换为该直流电源；以及至少一电容式电源转换电路；其中该电容式电源转换电路包括：一转换开关电路，用以将该直流电源转换为一转换输出电源，其中该转换输出电源包括一转换输出电压以及一转换输出电流，该转换开关电路包括多个转换开关，与至少一转换电容器耦接，其中至少一该转换开关具有一本体二极管；一控制电路，用以产生一转换开关控制讯号，以控制该多个转换开关；以及至少一该反向阻断开关电路，与该电池以及该转换开关电路串联耦接，用以阻断流经该转换开关的本体二极管的寄生本体电流；其特征在于，该反向阻断开关电路包含：
至少一反向阻断开关，该反向阻断开关具有一本体二极管，其中该至少一反向阻断开关的本体二极管与至少一该转换开关的本体二极管反向耦接；
一调节保护开关，与该反向阻断开关串联；以及
一第一调节比较器及/或一第二调节比较器，其中该第一调节比较器用以比较该充电电流相关讯号与一调节电流阈值而产生一调节电流比较结果，且根据该调节电流比较结果而控制该调节保护开关，使得该充电电流受调节而不大于该预设的调节电流位准，且该第二调节比较器用以比较该充电电压相关讯号与一调节电压阈值而产生一调节电压比较结果，且根据该调节电压比较结果而控制该调节保护开关，使得该充电电压受调节而不大于该默认的调节电压位准；
其中该电源发送单元于一充电模式下，调节该直流电流于一预设的直流电流位准，及/或调节该直流电压于一默认的直流电压位准，且该转换开关控制讯号于多个充电转换时段中，对应操作该多个转换开关，使该至少一转换电容器于一周期内的该不同充电转换时段中，对应耦接于至少一充电比例电压节点、该直流电压、以及一接地点的其中二者之间，使得该充电电流的位准大致为该预设的直流电流位准的一默认的增流倍数，及/或使得该充电电压的位准大致为该默认的直流电压位准的一默认的电压比例倍数；其中该充电比例电压节点或该至少一充电比例电压节点中的其中一个充电比例电压节点输出该转换输出电源。
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