CN113708427A - 用于随身携带式电子装置的充电供电电路及随身携带式电子装置 - Google Patents

Abstract

一种充电供电电路包含控制单元用于控制在第一参考节点与电池正极之间的第一开关单元、在USB连接口与第一或第二参考节点之间的第二开关单元及与负载电路串联在第一与第二参考节点之间的第三开关单元，以使当随身携带式电子装置于待机状态时，允许以来自USB连接口的输入电压通过导通的第一及第二开关单元对电池充电，而从待机状态切换至激活状态时，停止电池的充电并允许输入电压通过导通的第二及第三开关单元供应给负载电路，且当所述随身携带式电子装置处于激活状态但无输入电压时，允许充电电池通过导通的第一及第三开关单元供应电池电压给负载电路。

Description

用于随身携带式电子装置的充电供电电路及随身携带式电子 装置

技术领域

本发明有关于供电领域，特别是一种用于随身携带式电子装置的充电供电电路及一种随身携带式电子装置。

背景技术

目前，如手电筒、台灯、电扇等的随身携带式电子装置通常内建有USB充电电路，用以使通过USB连接口传输的输入电压对随身携带式电子装置中的充电电池充电。

如图1所示的现有USB充电电路是用作独立的(锂)电池充电器，无法将USB电源直接供电给系统负载，并且在充电期间若电池同时供电给系统负载将会影响充电控制器(LTC4053-42)对电池电压的判定。

如图2所示的现有USB充电供电电路虽可支持USB电源直接供电给系统负载，且在USB电源供电期间会同时对(锂)电池充电。然而，在系统负载于待机状态下，由于电池正极、二极管DQ1、萧特基二极管D11、下拉电阻器及电池负极共同构成漏电流回路，同时萧特基二极管D11具有较大的逆向电流，因此导致较大的(逆向)漏电流。此外，在USB电源的供电期间，由于大部分电流会流经萧特基二极管D11，致使其发热而耗电。

因此，在设计USB充电供电电路时，如何使随身携带式电子装置在USB电源供电运行时(如LED灯发光、风扇马达运转)自动停止对充电电池的充电(无须手动操作停止充电)，如何使随身携带式电子装置的待机耗电降至最低，如何自动侦测是否接收到USB电源，在随身携带式电子装置处于待机状态期间，如何自动地以USB电源对充电电池充电(无须手动操作开始充电)，如何提供短路或逆流保护等已成为目前重要的议题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于随身携带式电子装置的充电供电电路及一种随身携带式电子装置，其能克服现有技术的至少一个缺点。

本发明所提供的一种充电供电电路适用于随身携带式电子装置。所述随身携带式电子装置包含USB连接口、充电电池及负载电路。所述充电供电电路可操作在待机模式、USB充电模式、电池供电模式及USB供电模式其中一者，并包含第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元、控制单元及稳压单元。

所述第一开关单元适于电连接在第一参考节点与所述充电电池的正极之间，且具第一控制端，并根据所述第一控制端所接收的一第一控制信号导通或不导通。

所述第二开关单元适于电连接在所述USB连接口与所述第一参考节点和所述充电电池的负极的第二参考节点其中一者之间，且具有第二控制端，并根据所述第二控制端所接收的第二控制信号导通或不导通。

所述第三开关单元适于与所述负载电路彼此串联在所述第一参考节点和所述第二参考节点之间，且具有第三控制端，并根据所述第三控制端所接收的第三控制信号导通或不导通。

所述控制单元适于电连接所述充电电池和所述USB连接口以侦测所述充电电池的跨压和所述USB连接口是否接收到输入电压，电连接所述第二参考节点、所述第一控制端、第二控制端及第三控制端，接收通过所述第一参考节点的工作电压并根据侦测结果和与所述随身携带式电子装置的操作状态有关的输入信号，产生所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号且将所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号分别输出至所述第一至第三控制端。

所述稳压单元电连接所述控制单元以将输入至所述控制单元的所述工作电压稳定在预定电压范围。

所述可携式电子装置处于待机状态下，所述控制单元在侦测到所述USB连接口未接收到输入电压时，所述充电供电电路操作在所述待机模式，其中所述控制单元通过所述第二控制信号和所述第三控制信号，使所述第二开关单元和所述第三开关单元不导通以允许所述充电电池通过所述第一开关单元供应所述工作电压，而所述控制单元在侦测到所述USB连接口接收到输入电压时，所述充电供电电路操作在所述USB充电模式，其中所述控制单元通过所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号，使所述第一开关单元和所述第二开关单元导通而所述第三开关单元不导通以允许所述输入电压开始对所述充电电池充电，直到所述控制单元侦测到所述充电电池的电压达到预定电压。

当所述随身携带式电子装置从所述待机状态切换至激活状态时，所述控制单元在侦测出所述USB连接口未接收到输入电压时，所述充电供电电路操作在所述电池供电模式，其中所述控制单元通过所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号，使所述第一开关单元和所述第三开关单元导通而所述第二开关单元不导通以允许所述充电电池供应电池电压给所述负载电路，而所述控制单元在侦测出所述USB连接口接收到输入电压时，所述充电供电电路操作在所述USB供电模式，其中所述控制单元通过所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号，使所述第二开关单元和所述第三开关单元导通而所述第一开关单元不导通以允许所述输入电压供应给所述负载电路。

在所述充电供电电路操作在所述USB充电模式的情况下，当所述随身携带式电子装置切换到所述激活状态时，所述充电供电电路从所述USB充电模式切换至所述USB供电模式。

本发明的充电供电电路中，所述第一开关单元包括第一PMOS晶体管。所述第一PMOS晶体管具有电连接所述第一参考节点的源极、用来电连所述充电电池的所述正极的漏极及作为所述第一控制端的栅极，并包含第一本体二极管。

本发明的充电供电电路中，所述USB连接口包含正端及负端，所述第一参考节点还用来电连接所述USB连接口的正端，所述第二参考节点为接地点并还用来电连接所述充电电池的负极，所述控制单元适于电连接所述USB连接口的负端。所述第二开关单元电连接在所述第二参考节点与所述USB连接口的负端之间，并包括第一NMOS晶体管。所述第一NMOS晶体管具有电连接所述第二参考节点的源极、用来电连所述USB连接口的负端的漏极及作为所述第二控制端的栅极，并包含第二本体二极管。

本发明的充电供电电路中，所述USB端口包含正端及负端，所述控制单元适于电连接所述USB连接口的正端，所述第二参考节点为接地点并还用来电连接所述充电电池的负极和所述USB连接口的负端。所述第二开关单元电连接在所述第一参考节点与所述USB连接口的正端之间，并包括第二PMOS晶体管。所述第二PMOS晶体管具有电连接所述第一参考节点的源极、用来电连所述USB连接口的正端的漏极及作为所述第二控制端的栅极，并包含第二本体二极管。

本发明的充电供电电路中，所述控制单元包括控制器及彼此串联的第一电阻器和第二电阻器。所述控制器接收所述工作电压，电连接所述第二参考节点，包含分别电连接所述第一控制端、所述第二控制端及所述第三控制端的第一输出端、第二输出端及第三输出端、用于侦测所述输入电压的第一输入端、用于侦测所述电池电压的第二输入端及用于接收所述输入信号的第三输入端，并操作来根据所述第一输入端与所述第二输入端的侦测结果以及所述输入信号产生所述第一控制信号、所述第二控制信号及所述第三控制信号且经由通过所述第一输出端、所述第二输出端及所述第三输出端将所述第一控制信号、所述第二控制信号及所述第三控制信号分别输出至所述第一控制端、所述第二控制端及所述第三控制端。所述第一电阻器和所述第二电阻器电连接所述USB连接口，所述第一电阻器和所述第二电阻器之间的共同节点电连接所述控制器的第一输入端。

本发明的充电供电电路中，所述稳压单元包括电连接在所述控制器与所述第二参考节点之间的电容器。

本发明的充电供电电路中，所述稳压单元还包括与所述电容器并联的稽纳二极管，所述稽纳二极管具有分别电连接所述第二参考节点和所述控制器的阳极和阴极。

本发明的充电供电电路中，所述充电供电电路还包含萧特基二极管，所述萧特基二极管具有电连接所述第一参考节点的阳极，以及电连接所述控制器、所述电容器和所述稽纳二极管的阴极的阴极，并用以防止来自所述电容器的放电电流流入到所述第一参考节点。

本发明的充电供电电路中，所述充电供电电路还包含指示单元，所述指示单元电连接所述控制单元，并响应于所述第一控制信号产生对应于所述充电供电电路操作时的视觉输出。

本发明的充电供电电路中，在所述充电供电电路操作在所述USB供电模式的情况下，当所述控制单元侦测出所述USB连接口未接收到输入电压时，所述充电供电电路从所述USB供电模式切换至所述电池供电模式。

本发明的充电供电电路中，在所述充电供电电路操作在所述电池供电模式的情况下，当所述控制单元侦测出所述USB连接口接收到输入电压时，所述充电供电电路从所述电池供电模式切换至所述USB供电模式。

本发明所提供的一种随身携带式电子装置包含USB连接口、充电电池、负载电路及上述各种情况的充电供电电路。

本发明的有益效果在于：能自动侦测是否接收到(来自USB电源)的输入电压；在所述随身携带式电子装置处于待机状态情况下，当侦测出无输入电压时能使待机耗电降至最低，而当侦测出接收到输入电压时能以输入电压自动地对所述充电电池充电，无须手动操作开始充电；在操作在所述USB充电模式的情况下，当所述随身携带式电子装置从待机状态切换到激活状态时，仅允许输入电压供应给所述负载电路且自动停止对所述充电电池的充电，无须手动操作停止充电；能提供所述USB连接口的短路或逆流保护；能提供所述充电电池的反接保护；当所述充电电池充饱时能自动断电，避免过充；并能使除了所述负载电路以外的耗电降至最低。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是电路方块图，示例性地绘示一种现有USB充电电路；

图2是电路方块图，示例性地绘示一种现有USB充电供电电路；

图3是方块图，说明本发明第一实施例的随身携带式电子装置；

图4是电路图，示例性地绘示出该第一实施例的详细电路；及

图5是电路图，示例性地绘示出本发明第二实施例的随身携带式电子装置的详细电路。

具体实施方式

在更详细地描述本发明前，应当注意，在认为适当的情况下，附图中重复使用附图标号指示对应或类似的元件，其选择上可以具有类似的特性。

参阅图3与图4，绘示出的本发明第一实施例的随身携带式电子装置例如包含USB连接口11、输入模块14、充电电池12、负载电路13，以及电连接所述USB连接口11、所述充电电池12、所述负载电路13和所述输入模块14的充电供电电路10。在本实施例中，所述随身携带式电子装置例如可以是但不限于手电筒装置。在其他实施例中，所述随身携带式电子装置亦可以是如手持式风扇装置的其他装置。

所述USB连接口11用于接收输入电压Vi。具体来说，当所述USB连接口11通过USB连接线(图未示)与例如随身电源的USB电源(图未示)电连接时，所述USB连接口11会接收到由USB电源所提供的输入电压Vi。在本实施例中，所述USB连接口11例如包含正端111及负端112。

在本实施例中，所述负载电路13例如包含由一个或多个LED(图4中仅绘出一个LED来代表)。

在本实施例中，所述输入模块14例如包含彼此串联在地与所述充电供电电路10之间的电阻器和开关组件。所述开关组件可供手动按压以便在其与所述电阻器之间的共同节点对所述充电供电电路10至少提供与待机(standby)状态(如停止照明)及激活(activated)状态(如启动照明)有关的输入信号。具体而言，当用户想要所述随身携带式电子装置从待机状态切换到激活状态或从激活状态切换到待机状态时，例如通过手动按压操作而使所述开关组件导通，所述输入模块14能在所述开关组件的导通期间将具有低准位的输入信号提供给所述充电供电电路10，以供所述充电供电电路10据以进行有关的控制操作(相关细节将详细说明在下文中)。

所述充电供电电路10可以操作在待机模式、USB充电模式、电池供电模式及USB供电模式其中一者，并例如包含第一参考节点n1、第二参考节点n2、第一开关单元1、第二开关单元2、第三开关单元3、控制单元4、稳压单元5、指示单元6及萧特基二极管7。在本实施例中，在所述第一参考节点n1的电压作为所述充电供电电路10的供电电压(通常以Vcc表示)，且所述第二参考节点n2为接地点(通常以GND表示)。

所述第一开关单元1电连接在所述第一参考节点n1与所述充电电池12，并具有第一控制端。所述第一开关单元1可以根据所述第一控制端所接收的第一控制信号导通或不导通。更具体地，在本实施例中，所述第一参考节点n1电连接所述USB连接口11的正端111。所述第一开关单元1例如包含但不限于低态动作(active-low)的第一PMOS晶体管Q1。所述第一PMOS晶体管Q1具有电连接所述第一参考节点n1的源极、电连接所述充电电池12(正确安装下)的正极的漏极及作为所述第一控制端的栅极，并包含第一本体二极管Q1D。请注意，在所述充电电池12被正确安装时，所述充电电池12的负极会接地(也就是说，电连接所述第二参考节点n2)；若所述充电电池12未正常安装(即，反接)时，所述第一PMOS晶体管Q1的漏极会错误地电连接所述充电电池12的负极。在此配置下，所述第一PMOS晶体管Q1的操作与所述充电电池12的充电和供电(包含待机状态下的供电与激活状态下的供电)有关。

在本实施例中，所述第二开关单元2电连接在所述USB连接口11的负端112与所述第二参考节点n2之间，并具有第二控制端。所述第二开关单元2可以根据所述第二控制端所接收的第二控制信号导通或不导通。更具体地，在本实施例中，所述第二开关单元2例如包含但不限于高态动作(active-high)的第一NMOS晶体管Q2。所述第一NMOS晶体管Q2具有电连接所述第二参考节点n2的源极、电连接所述USB连接口11的负端112的漏极及作为所述第二控制端的栅极，并包含第二本体二极管Q2D。在此配置下，所述第一NMOS晶体管Q2的操作与所述USB电源对所述充电电池12的充电和在激活状态下的供电有关。

所述第三开关单元3与所述负载电路13彼此串联在所述第一参考节点n1与所述第二参考节点n2之间，并具有第三控制端。所述第三开关单元3可以根据所述第三控制端所接收的第三控制信号导通或不导通。在本实施例中，所述第三开关单元3例如包括具有所述第三控制端且电连接在所述负载电路13(也就是LED的阴极)所述第二参考节点n2之间的晶体管，但不以此例为限。更具体地，所述晶体管例如是但不限于高态动作的第二NMOS晶体管Q3，其具有作为所述第三控制端的栅极、电连接所述第二参考节点n2的源极及电连接所述负载电路13(也就是LED的阴极)的漏极。在此配置下，所述第二NMOS晶体管Q3的操作与所述负载电路13的输出功率有关。

所述控制单元4电连接所述充电电池12和所述USB连接口11以侦测所述充电电池12的电压和所述USB连接口11是否接收到输入电压Vi，电连接所述输入模块14以接收所述输入信号，电连接所述第一参考节点n1、所述第二参考节点n2和所述第一至第三控制端，接收通过所述第一参考节点n1的工作电压(通常以VDD表示)，并根据侦测结果和接收到的输入信号产生所述第一至第三控制信号且将所述第一至第三控制信号分别输出至所述第一至第三控制端。更具体地，在本实施例中，所述控制单元4例如包含但不限于控制器40，以及第一至第三电阻器41～43。所述控制器40可以8-pin微控制器(例如，PIC12F1572)来实现，其具有用于接收所述工作电压的VDD端、电连接所述第二参考节点n2的共同接地端(以下，简称VSS端)、分别电连接所述第一至第三控制端的第一至第三输出端401～403、用于侦测所述输入电压的第一输入端404、用于侦测所述电池电压的第二输入端405及电连接所述输入模块14中在所述电阻器与所述开关组件之间的共同节点以接收所述输入信号的第三输入端406，并操作来根据所述第一输入端404与所述第二输入端405的侦测结果以及所述输入信号产生所述第一至第三控制信号且通过所述第一至第三输出端401～403将所述第一至第三控制信号分别输出至所述第一至第三控制端。所述第一电阻器41和所述第二电阻器42彼此串联在所述VDD端与所述USB连接口11的负端112之间，其中所述第一电阻器41电连接所述VDD端，而所述第二电阻器42电连接所述USB连接口11的负端112。所述第一电阻器41与所述第二电阻器42之间的共同节点电连接所述控制器40的第一输入端404。所述第三电阻器43电连接在所述控制器40的第二输入端405与所述充电电池12的正端之间。所述控制器40的VDD端还电连接所述输入模块14的电阻器

请注意，在本实施例中，所述控制器40对于所述第一至第三输入端404～406所接收到的电压必须符合于特定限制，例如在下限电压(如，-0.3V)与上限电压(如，VDD+0.3V)之间的电压范围。因此，若在所述第一PMOS晶体管Q1导通而所述第一NMOS晶体管Q2不导通的情况下，当所述USB连接口11接收到所述输入电压Vi时，所述第一输入端404对于所述VSS端的相对电压为所述第二电阻器42的跨压减去所述第二本体二极管Q2D的顺向偏压Vf(约0.8V)。为了满足所述特定限制，仅需适当地决定所述第一电阻器41与所述第二电阻器42的电阻值以便所述相对电压上拉至例如0V。因此，所述第二电阻器42可用作一上拉电阻。然而，在其他实施例中，若对于无上述特定限制的控制器(例如，其允许接收如-0.8V的电压)而言，所述第二电阻器42亦可被省略。另一方面，在本实施例中，所述第一电阻器41和所述输入模块14的电阻器亦用作有关于VDD的上拉电阻。然而，在其他实施例中，若控制器内建有对应的上拉电阻时，所述第一电阻器41和所述输入模块14的电阻器亦可被省略。

更明确地，在本实施例中，所述控制器40通过侦测所述第一输入端404是否接收到逻辑-0准位的电压或者通过判定工作电压VDD是否大于所述充电电池12的最大跨压(例如，4.5V)来确定所述USB连接口11是否接收到所述输入电压Vi(即，当所述第一输入端404接收到逻辑-0准位的电压或者当VDD>4.5V时代表所述USB连接口11接收到所述输入电压Vi)，所述控制器40通过所述第二输入端405所接收到的电压来估算所述充电电池12的跨压，所述控制器40通过判定所述第三输入端406所接收到的输入信号是否具有逻辑-0准位来确定所述随身携带式电子装置的操作状态是否要改变(即，当输入信号具有逻辑-0准位时代表所述随身携带式电子装置的操作状态要改变)。

附带一提，在所述充电电池12被设计成是可拆卸的情况下，若所述充电电池12被反接时，由于所述第三电阻器43(例如为100Ω的电阻器)在不影响对于所述充电电池12的跨压的侦测下可以大幅减少所述控制器40的发热，借此达成所述充电电池12的反接保护。

所述稳压单元5电连接所述控制器40的VDD端以将所述工作电压VDD稳定在预定电压范围。更具体地，在本实施例中，所述稳压单元5例如可以包含彼此并联连接在所述控制器40的VDD端与所述第二参考节点n2之间的电容器51和稽纳二极管52，所述稽纳二极管52具有分别电连接所述第二参考节点n2和所述VDD端的阳极和阴极。请注意，所述稽纳二极管52组配用来将所述控制器40的工作电压VDD维持在最高电压(例如，5.5V的额定电压)。附带一提，由于所述随身携带式电子装置通常具有受限的体积，所述电容器51最好具有较小电容，例如可以具有47μF的多层陶瓷电容器(MLCC)来实现，但不以此例为限。

所述萧特基二极管7具有电连接所述第一参考节点n1的阳极，以及电连接所述控制器40的VDD端、所述电容器51和所述稽纳二极管52的阴极的阴极，并组配用来当所述负载电路13例如利用PWM信号而被激活时(即，LED导通发光时)防止所述电容器51放电(即，防止从所述电容器51流出的放电电流流至所述第一参考节点n1)，借此能确保稳定的工作电压VDD进而使所述控制器40能稳定地操作。

所述指示单元6接收所述工作电压VDD，并电连接且受控于所述控制单元4，以使所述指示单元6响应于所述第一控制信号产生对应于所述充电供电电路10操作时的视觉输出。更具体地，在本实施例中，所述指示单元6例如包含但不限于彼此串联且电连接在所述控制器40的VDD端与第一控制端401之间的电阻器和LED。换句话说，所述LED用于产生视觉输出，且所述LED的导通(发光)或不导通(不发光)将与所述第一PMOS晶体管Q1的导通或不导通同步。举例来说，当所述第一控制信号呈现逻辑-0准位时，所述LED导通发光且所述第一PMOS晶体管Q1导通，而当所述第一控制信号呈现逻辑-1准位时，所述LED不导通因而不发光且所述第一PMOS晶体管Q1不导通。

以下，将参阅图4进一步详细说明所述充电供电电路10的运作，特别是在待机模式、USB充电模式、电池供电模式以及USB供电模式下所述控制单元4的操作与控制，以及所述指示单元6的视觉输出。

在所述随身携带式电子装置处于待机状态的情况下，所述控制器40在侦测到所述USB连接口11未接收到输入电压Vi时，所述充电供电电路10操作在所述待机模式。在所述待机模式中，所述控制器40通过输出具有逻辑-1准位的所述第一控制信号、具有逻辑-0准位的所述第二控制信号和具有逻辑-0准位的所述第三控制信号，使所述第一PMOS晶体管Q1、所述第一NMOS晶体管Q2和所述第二NMOS晶体管Q3不导通，以允许所述充电电池12经由所述第一本体二极管Q1D和所述萧特基二极管7以低耗电的方式供应所述控制器40的工作电压VDD。在待机模式期间，由于所述指示单元6中的LED不导通，因此所述指示单元6以不发光的方式作为对应于所述待机模式的视觉输出。

所述随身携带式电子装置仍处于待机状态的情况下，所述控制器40在侦测到所述USB连接口11接收到输入电压Vi时，所述充电供电电路10会从所述待机模式切换到所述USB充电模式。在所述USB充电模式中，所述控制器40通过输出具有逻辑-0准位的所述第一控制信号、具有逻辑-1准位的所述第二控制信号和具有逻辑-0准位的所述第三控制信号，使所述第一PMOS晶体管Q1和所述第一NMOS晶体管Q2导通而所述第二NMOS晶体管Q3不导通，以允许所述输入电压经由所述USB连接口11的正端111、所述第一PMOS晶体管Q1、所述充电电池12、所述第二参考节点n2(GND)、所述第一NMOS晶体管Q2和所述USB连接口11的负端112构成的充电电流路径开始对所述充电电池12充电，直到所述控制器40侦测到所述充电电池12的跨压达到预定电压。更具体地，在充电初期，由于所述第一PMOS晶体管Q1和所述第一NMOS晶体管Q2具有很小的导通电阻，因此充电电流可达到1A以上，为了避免充电电流过大，所述控制器40可以通过输出具有脉宽调变(PWM)的所述第一控制信号来调节。举例来说，当所述控制器40侦测到所述工作电压VDD小于安全电压(例如，4.8V)时，所述控制器40可以将所述第一控制信号的PWM的工作周期(duty cycle)调小。在充电末期，当所述控制器40侦测到所述充电电池12的跨压达到例如4.2V时可以停止充电(即，使所述第一PMOS晶体管Q1和所述第一NMOS晶体管Q2成为不导通)，但若要充更饱，可以在所述充电电池12的跨压达到例如4.2V后再经过额外的充电时间的充电后才停止充电。请注意，在充电期间，所述控制器40必须使所述第一PMOS晶体管Q1从导通切换成不导通才能侦测所述充电电池12的跨压。附带一提，所述额外充电时间可以是一固定时间，或是由充电电流降低至所述充电电池12的额定容量(例如，3300mAh)的3％(例如，99mA)来决定所述额外充电时间。请注意，所述充电电流的获得与所述第二本体二极管Q2D的导通压降(以下以Vf表示)有关。此外，所述控制器40具有低耗电特性(其消耗的电流小于1mA，可忽略)且导通的所述萧特基二极管7具有较低的压降亦可忽略。请注意，在开始充电前的很短时间内，例如1ms，所述控制器40为了量测所述工作电压VDD，通过使所述第一PMOS晶体管Q1和所述第二NMOS晶体管Q3不导通而使所述第一NMOS晶体管Q2导通(此时，其跨压可是视为0)的控制，量测到的所述工作电压VDD非常接近所述输入电压Vi，随后立即使所述第一PMOS晶体管Q1切换成导通(进入充电期间)。因此，在充电期间，所述工作电压VDD大致为所述输入电压Vi。然而，在额外充电期间内，为了量测充电电流，所述控制器40使所述第一NMOS晶体管Q2从导通切换成不导通，若忽略所述第一PMOS晶体管Q1和所述萧特基二极管7的跨压，此时所述充电电池12可视为与所述控制器40并联，于是，所述工作电压VDD大致为所述充电电池12的(充电)跨压(以下以Vc表示)且Vi＝Vc+Vf(也就是说，Vf＝Vi-Vc)。由于Vf会随着流经所述第二本体二极管Q2D的电流(即，在额外充电期间的充电电流)而改变，因此所述控制器40仅须根据计算出的Vf且利用预先获得所述第一NMOS晶体管Q2的规格信息(例如，在25℃时，Vf＝0.65V/I＝100mA，Vf＝0.6V/I＝80mA，…)便可获得所述充电电流，而不需额外配置用于感测充电电流的电阻器。

所述控制器40一旦侦测到所述USB连接口11接收到所述输入电压时，在所述充电供电电路10切换到所述充电模式之前，所述控制器40还通过输出具有例如一个或两个逻辑-0脉波的所述第一控制信号使所述指示单元6闪烁发光一次或两次作为指示所述USB连接口11接收到所述输入电压Vi的视觉输出。而在上述充电期间和额外充电期间，所述指示单元6根据所述第一控制信号而可以持续发光及高频闪烁发光(人眼会因视觉暂留作用而看似连续发光)作为上述充电期间的视觉输出并以低频闪烁发光的方式作为上述额外充电期间的视觉输出。

当所述控制器40停止所述输入电压Vi对所述充电电池12充电时(即，充饱时)，所述充电供电电路10可切换回所述待机模式。

在所述随身携带式电子装置处于待机状态的情况下，当所述控制器40的所述第三输入端406接收到具有逻辑-0准位的所述输入信号时，此代表所述随身携带式电子装置要从待机状态切换到激活状态。于是，所述控制器40会先侦测所述USB连接口11是否接收到输入电压Vi。当所述控制器40侦测到所述USB连接口11未接收到输入电压Vi时，所述充电供电电路10(从所述待机模式)切换到所述电池供电模式。在所述电池供电模式中，所述控制器40通过输出具有逻辑-0准位的所述第一控制信号、具有逻辑-0准位的所述第二控制信号和具有PWM的所述第三控制信号，使所述第一PMOS晶体管Q1导通、所述第二NMOS晶体管Q3以例如100KHz的高频间歇性导通而所述第一NMOS晶体管Q2不导通，以允许所述充电电池12供应电池电压给所述负载电路13而使其中的LED以高频闪烁方式发光(人眼无法感觉此高频闪烁)。在所述电池供电模式期间，由于所述指示单元6中的LED保持导通，因此所述指示单元6以持续发光的方式作为对应于所述电池供电模式的视觉输出。而当所述控制器40侦测到所述USB连接口11接收到输入电压Vi时，所述充电供电电路10(从所述待机模式)切换到所述USB供电模式。在所述USB供电模式中，所述控制器40通过输出具有逻辑-1准位的所述第一控制信号、具有逻辑-1准位的所述第二控制信号和具有逻辑-1准位的所述第三控制信号，使所述第一NMOS晶体管Q2和所述第二NMOS晶体管Q3导通而所述第一PMOS晶体管Q1不导通，以允许所述输入电压Vi供应给所述负载电路13。在所述USB供电模式期间，由于所述指示单元6中的LED保持不导通，因此所述指示单元6以持续不发光的方式作为对应于所述USB供电模式的视觉输出。

请注意，在所述充电供电电路10操作在所述USB供电模式的情况下，当所述控制器40侦测出所述USB连接口11未接收到输入电压Vi时，所述充电供电电路10会自动地从所述USB供电模式切换至所述电池供电模式；在所述充电供电电路10操作在所述电池供电模式的期间情况下，当所述控制器40侦测出所述USB连接口接收到输入电压Vi时，所述充电供电电路10会自动地从所述电池供电模式切换至所述USB供电模式；以及在所述充电供电电路10操作在所述USB充电模式的情况下，当所述控制器40的所述第三输入端406接收到具有逻辑-0准位的所述输入信号时，此代表所述随身携带式电子装置要从待机状态切换到激活状态，所述充电供电电路10会自动地从所述USB充电模式切换到所述USB供电模式，也就是说，输入电压Vi停止对所述充电电池12充电而直接供应所述负载电路13，借此可避免USB电源的负载过大，并确保所述负载电路13的运作不会受到因充电电流的分流所导致的不良影响(例如，发光亮度降低)。

此外，当所述随身携带式电子装置处于待机状态且所述充电供电电路10操作在所述待机模式时，此时所述第一PMOS晶体管Q1和所述第一NMOS晶体管Q2均不导通，若所述USB连接口11发生短路(例如，由于异物插入而使其正端111与负端112电性连接)时，所述第二本体二极管Q2D为逆向不导通，因而无法构成电流回路，借此达成短路或逆流保护。

参阅图5，绘示出的本发明第二实施例的随身携带式电子装置，其为所述第一实施例的变化态样，并且其与所述第一实施例的随身携带式电子装置(图4)在配置上不同之处将清楚说明如下。

在本实施例中，所述USB连接口11的负端112电连接所述第二参考节点n2(即，接地点)。

在本实施例中，所述负载电路13例如包含电感器131、LED 133及萧特基二极管132，其中所述电感器131与所述LED133彼此串联且电连接在所述第三开关单元3与所述第二参考节点n2之间，而所述萧特基二极管132与串联的所述电感器131和所述LED133并联，于是构成用于限制电流的降压转换器(buck converter)。

在本实施例中，所述输入模块14例如以触控模块来实现，并可以操作来产生至少与待机状态和激活状态的控制有关的输入信号。由于触控模块的技术已为通常知识者所熟知，且其并非本发明的特征，故在此省略其细节不再赘述。

在本实施例中，所述第二开关单元2电连接在所述第一参考节点n1与所述USB连接口11的正端111之间，并包括低态动作的第二PMOS晶体管Q2’。所述第二PMOS晶体管Q2’具有电连接所述第一参考节点n1的源极、电连接所述USB连接口11的正端111的漏极及作为所述第二控制端的栅极，并包含第二本体二极管Q2D’。

在本实施例中，所述第三开关单元3例如包括具有所述第三控制端且电连接在所述第一参考节点n1与所述负载电路13之间的晶体管，但不以此例为限。更具体地，此晶体管例如是但不限于低态动作的第三PMOS晶体管Q3’，其具有作为所述第三控制端的栅极、电连接所述负载电路13的电感器131的漏极及电连接所述第一参考节点n1的源极。

在本实施例中，所述第一电阻器41与所述二电阻器42彼此仍是串联连接，然而，所述第一电阻器41电连接所述第二参考节点n2，且所述第二电阻器42电连接所述USB连接口11的正端111。此外，所述电二电阻器42用作降压电阻。

在本实施例中，所述控制器40能辨识来自所述输入模块14且对应不同控制的输入信号。

在本实施例中，所述稳压单元5仅包含所述电容器51，也就是说，省略了所述第一实施例中的稽纳二极管52(图4)。

请注意，相似于上述第一实施例中所述，所述控制器40对于所述第一至第三输入端404～406所接收到的电压必须符合上述特定限制，例如-0.3V～VDD+0.3V的电压范围。因此，若在所述第一PMOS晶体管Q1导通而所述第二POMOS晶体管Q2’不导通的情况下，当所述USB连接口11接收到所述输入电压Vi时，所述第一输入端404对于所述VSS端的相对电压大致为(VDD+0.8V)减去所述第二电阻器42的跨压，此处，0.8V代表所述第二本体二极管Q2D’的顺向偏压Vf。为了满足上述特定限制，仅需适当地决定所述第一电阻器41与所述第二电阻器42的电阻值以便所述相对电压下降到例如VDD+0.3V以下。因此，在本实施例中，所述第二电阻器42是用作降压电阻。然而，在其他实施例中，若对于无上述特定限制的控制器(例如，其允许接收如VDD+0.8V的电压)而言，所述第二电阻器42也可被省略。

在本实施例中，由于所述第一电阻器41与所述第二电阻器42的连接方式不同于上述第一实施例中所述，因此所述控制器40通过侦测所述第一输入端404是否接收到一逻辑-1准位的电压来确定所述USB连接口11是否接收到所述输入电压Vi(即，当所述第一输入端404接收到逻辑-1准位的电压时代表所述USB连接口11接收到所述输入电压Vi。

在本实施例中，由于所述第二开关单元2使用的所述第二PMOS晶体管Q2’且所述第三开关单元3使用了所述第三PMOS晶体管Q3’，于是所述控制器40是通过输出具有逻辑-0准位的第二控制信号而使所述第二PMOS晶体管Q2’导通，并通过输出具有逻辑-0准位的第三控制信号而使所述第三PMOS晶体管Q3’导通。因此，所述充电供电电路10具有相似于上述第一实施例中所述的运作，并能达成如上述第一实施例中所述的所有功效。

综上所述，本发明的充电供电电路10确实能达成以下功效：

1.自动侦测是否接收到(来自USB电源)的输入电压；

2.在所述随身携带式电子装置处于待机状态的情况下，当侦测出无输入电压时能使待机耗电降至最低，而当侦测出接收到输入电压时能以输入电压自动地对所述充电电池12充电，无须手动操作开始充电；

3.在操作在所述USB充电模式的情况下，当所述随身携带式电子装置从待机状态切换到激活状态时，仅允许所述输入电压供应给所述负载电路13且自动停止对所述充电电池12的充电，无须手动操作停止充电；

4.能提供所述USB连接口11的短路或逆流保护；

5.能提供所述充电电池12的反接保护；

6.当所述充电电池12充饱时，能自动从所述USB充电模式切换到所述待机模式而达成自动断电，以避免过充并无须手动断开USB电源与所述USB连接口11的连接；及

7.在操作在所述USB供电模式或所述电池供电模式的情况下，相较于图2的现有技术，能使除了所述负载电路13以外的耗电降至最低。

以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (12)

1.一种充电供电电路，适用于随身携带式电子装置，所述随身携带式电子装置包含USB连接口、充电电池及负载电路，所述充电供电电路操作在待机模式、USB充电模式、电池供电模式及USB供电模式其中一者，其特征在于，包含：

第一开关单元，适于电连接在第一参考节点与所述充电电池的正极之间，具有第一控制端，并根据所述第一控制端所接收的第一控制信号导通或不导通；

第二开关单元，适于电连接在所述USB连接口与所述第一参考节点和所述充电电池的负极的第二参考节点其中一者之间，具有第二控制端，并根据所述第二控制端所接收的第二控制信号导通或不导通；

第三开关单元，适于与所述负载电路彼此串联在所述第一参考节点和所述第二参考节点之间，具有第三控制端，并根据所述第三控制端所接收的第三控制信号导通或不导通；

控制单元，适于电连接所述充电电池和所述USB连接口以侦测所述充电电池的跨压和所述USB连接口是否接收到输入电压，电连接所述第二参考节点、所述第一控制端、第二控制端及第三控制端，接收通过所述第一参考节点的工作电压并根据侦测结果和与所述随身携带式电子装置的操作状态有关的输入信号，产生所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号且将所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号分别输出至所述第一控制端、第二控制端及第三控制端；及

稳压单元，电连接所述控制单元以将输入至所述控制单元的所述工作电压稳定在预定电压范围；

所述随身携带式电子装置处于待机状态下，所述控制单元在侦测出所述USB连接口未接收到输入电压时，所述充电供电电路操作在所述待机模式，其中所述控制单元通过所述第二控制信号和所述第三控制信号，使所述第二开关单元和所述第三开关单元不导通以允许所述充电电池通过所述第一开关单元供应所述工作电压，而所述控制单元在侦测出所述USB连接口接收到输入电压时，所述充电供电电路操作在所述USB充电模式，其中所述控制单元通过所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号，使所述第一开关单元和所述第二开关单元导通而所述第三开关单元不导通以允许所述输入电压开始对所述充电电池充电，直到所述控制单元侦测到所述充电电池的电压达到预定电压；

当所述随身携带式电子装置从所述待机状态切换至激活状态时，所述控制单元在侦测出所述USB连接口未接收到输入电压时，所述充电供电电路操作在所述电池供电模式，其中所述控制单元通过所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号，使所述第一开关单元和所述第三开关单元导通而所述第二开关单元不导通以允许所述充电电池供应电池电压给所述负载电路，而所述控制单元在侦测出所述USB连接口接收到输入电压时，所述充电供电电路操作在所述USB供电模式，其中所述控制单元通过所述第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号，使所述第二开关单元和所述第三开关单元导通而所述第一开关单元不导通以允许所述输入电压供应给所述负载电路；及

在所述充电供电电路操作在所述USB充电模式的情况下，当所述随身携带式电子装置切换到所述激活状态时，所述充电供电电路从所述USB充电模式切换至所述USB供电模式。

2.根据权利要求1所述的充电供电电路，其特征在于，所述第一开关单元包括：

第一PMOS晶体管，具有电连接所述第一参考节点的源极、用来电连接所述充电电池的正极的漏极及作为所述第一控制端的栅极，并包含第一本体二极管。

3.根据权利要求1所述的充电供电电路，其特征在于：

所述USB连接口包含正端及负端；

所述第一参考节点还用来电连接所述USB连接口的正端，所述第二参考节点为接地点并还用来电连接所述充电电池的负极，并且所述控制单元适于电连接所述USB连接口的负端；及

所述第二开关单元电连接在所述第二参考节点与所述USB连接口的负端之间，并包括第一NMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管具有电连接所述第二参考节点的源极、用来电连所述USB连接口的负端的漏极及作为所述第二控制端的栅极，并包含第二本体二极管。

4.根据权利要求1所述的充电供电电路，其特征在于：

所述USB连接口包含正端及负端；

所述控制单元适于电连接所述USB连接口的正端，所述第二参考节点为接地点并还用来电连接所述充电电池的负极和所述USB连接口的负端；及

所述第二开关单元电连接在所述第一参考节点与所述USB连接口的正端之间，并包括第二PMOS晶体管，所述第二PMOS晶体管具有电连接所述第一参考节点的源极、用来电连所述USB连接口的正端的漏极及作为所述第二控制端的栅极，并包含第二本体二极管。

5.根据权利要求3或4所述的充电供电电路，其特征在于，所述控制单元包括：

控制器，接收所述工作电压，电连接所述第二参考节点，包含分别电连接所述第一控制端、所述第二控制端及所述第三控制端的第一输出端、第二输出端及第三输出端、用于侦测所述输入电压的第一输入端、用于侦测所述充电电池的跨压的第二输入端及用于接收所述输入信号的第三输入端，并操作来根据所述第一输入端与所述第二输入端的侦测结果以及所述输入信号产生所述第一控制信号、所述第二控制信号及所述第三控制信号且通过所述第一输出端、所述第二输出端及所述第三输出端将所述第一控制信号、所述第二控制信号及所述第三控制信号分别输出至所述第一控制端、所述第二控制端及所述第三控制端；及

彼此串联的第一电阻器和第二电阻器，电连接所述USB连接口，所述第一电阻器和所述第二电阻器之间的共同节点电连接所述控制器的第一输入端。

6.根据权利要求5所述的充电供电电路，其特征在于，所述稳压单元包括电连接在所述控制器与所述第二参考节点之间的电容器。

7.根据权利要求6所述的充电供电电路，其特征在于，所述稳压单元还包括与所述电容器并联的稽纳二极管，所述稽纳二极管具有分别电连接所述第二参考节点和所述控制器的阳极和阴极。

8.根据权利要求6所述的充电供电电路，其特征在于，所述充电供电电路还包含：

萧特基二极管，具有电连接所述第一参考节点的阳极以及电连接所述控制器、所述电容器和所述稽纳二极管的阴极的阴极，并用以防止来自所述电容器的放电电流流入到所述第一参考节点。

9.根据权利要求1所述的充电供电电路，其特征在于，所述充电供电电路还包含：

指示单元，电连接所述控制单元，并响应于所述第一控制信号产生对应于所述充电供电电路操作时的视觉输出。

10.根据权利要求1所述的充电供电电路，其特征在于，在所述充电供电电路操作在所述USB供电模式的情况下，当所述控制单元侦测出所述USB连接口未接收到输入电压时，所述充电供电电路从所述USB供电模式切换至所述电池供电模式。

11.根据权利要求1所述的充电供电电路，其特征在于，在所述充电供电电路操作在所述电池供电模式的情况下，当所述控制单元侦测出所述USB连接口接收到输入电压时，所述充电供电电路从所述电池供电模式切换至所述USB供电模式。

12.一种随身携带式电子装置，其特征在于，包含USB连接口、充电电池、负载电路及如权利要求1至11中任一权利要求所述的充电供电电路。

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