TW201528651A - 充電裝置 - Google Patents

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Abstract

一種充電裝置，耦接一外部裝置，並包括一連接埠、一電池單元、一轉換單元以及一偵測控制單元。連接埠用以耦接外部裝置，並具有一第一接腳以及一第二接腳。電池單元具有一電池電壓。轉換單元轉換電池電壓。當電池電壓大於一臨界值時，偵測控制單元令第一及第二接腳耦接一第一充電單元。當電池電壓不大於臨界值時，偵測控制單元令第一及第二接腳耦接一第二充電單元。當第一及第二接腳耦接第一充電單元時，連接埠輸出一第一充電電流予外部裝置。當第一及第二接腳耦接第二充電單元時，連接埠輸出一第二充電電流予外部裝置。第一充電電流大於第二充電電流。

Description

充電裝置
本發明係有關於一種充電裝置，特別是有關於一種提供兩不同充電電流的充電裝置。
隨著科技的進步，電子裝置的種類愈來愈多。為了提高便利用，許多電子裝置均具有可攜帶的功能。在可攜式電子裝置中，通常具有一充電電池，用以提供電子裝置所需的電源。當充電電池的電量不足時，電子裝置將無法正常操作。因此，需即時對電子裝置充電，才能確保電子裝置的運作正常。
本發明提供一種充電裝置，耦接一外部裝置，並包括一連接埠、一電池單元、一轉換單元以及一偵測控制單元。連接埠用以耦接外部裝置，並具有一第一接腳以及一第二接腳。電池單元具有一電池電壓。轉換單元轉換電池電壓，用以供電外部裝置。當電池電壓大於一臨界值時，偵測控制單元令第一及第二接腳耦接一第一充電單元。當電池電壓不大於臨界值時，偵測控制單元令第一及第二接腳耦接一第二充電單元。當第一及第二接腳耦接第一充電單元時，連接埠輸出一第一充電電流予外部裝置。當第一及第二接腳耦接第二充電單元時，連接埠輸出一第二充電電流予外部裝置。第一充電電流大於第二充電電流。
為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100‧‧‧充電系統
102‧‧‧充電裝置
104‧‧‧外部裝置
I1、I2‧‧‧充電電流
112‧‧‧電池單元
114‧‧‧轉換單元
116‧‧‧偵測控制單元
118‧‧‧連接埠
122、402‧‧‧偵測模組
124、404‧‧‧控制模組
VBUS、D+、D-、GND‧‧‧接腳
VB、VT、VG V1~V4‧‧‧電壓
SC1、SC2‧‧‧控制信號
R1~R7‧‧‧電阻
126、240‧‧‧開關模組
S1~S6‧‧‧控制成分
510、512、514‧‧‧期間
Vref‧‧‧臨界值
VLM‧‧‧限定值
128、130、200、220、230、412、414、422、424‧‧‧充電單元
202、204、226、228、241~244、SW1~SW6‧‧‧開關
222、224、231~233、416、418‧‧‧充電模組
第1圖為本發明之充電系統示意圖。
第2A、2B與2C圖為充電單元之可能實施例。
第3圖為本發明之充電單元之一可能示意圖。
第4圖為本發明之偵測控制單元之一可能內部架構。
第5圖為本發明之電池電壓的變化示意圖。
第1圖為本發明之充電系統示意圖。如圖所示，充電系統100包括一充電裝置102以及一外部裝置104。充電裝置102根據本身內部電池的電壓輸出第一或第二充電電流，用以對外部裝置104充電。在一可能實施例中，充電裝置102係為一行動電源。
當充電裝置102內部的電池具有足夠的電壓時，充電裝置102輸出較大的充電電流。當充電裝置102內部的電池不具有足夠的電壓時，充電裝置102輸出較小的充電電流。舉例而言，當充電裝置102內部的電池電壓大於一臨界值時，充電裝置102輸出第一充電電流I1；當電池的電壓小於一臨界值時，充電裝置102輸出第二充電電流I2，其中第一充電電流I1大於第二充電電流I2。
在本實施例中，充電裝置102包括，一電池單元112、一轉換單元114、一偵測控制單元116以及一連接埠118。連接埠118用以連接外部裝置104，並具有複數接腳。在本實施例中，連接埠 118係為一USB連接埠，具有接腳VBUS、D+、D-與GND。接腳VBUS與GND分別傳送充電電壓VT與接地電壓VG。本發明並不限定連接埠118的種類。只要能夠傳送電源予外部裝置104的連接裝置均可作為連接埠118。
電池單元112提供一電池電壓VB。本發明並不限定電池單元112的內部架構。在一可能實施例中，電池單元112係由至少一充電電池所構成。充電電池可能以串聯或並聯方式連接。本發明並不限定充電電池的種類。只要能夠儲存並釋放電荷的裝置，均可作為電池單元112。
轉換單元114轉換電池電壓VB，用以產生一充電電壓VT，並透過連接埠118的接腳VBUS提供予外部裝置104。在一可能實施例中，轉換單元114係為一升壓電路或是一降壓電路的功能。在本實施例中，轉換單元114係根據一控制信號SC1進行電壓轉換。舉例而言，當控制信號SC1被致能時，轉換單元114轉換電池電壓VB。當控制信號SC1被禁能時，轉換單元114停止轉換電池電壓VB。
偵測控制單元116根據電池電壓VB，控制連接埠118的接腳D+與D-的連接狀態。在本實施例中，偵測控制單元116包括一偵測模組122、一控制模組124、一開關模組126、充電單元128及130。
偵測模組122偵測電池電壓VB。本發明並不限定偵測模組122的內部電路架構。任何具有偵測電壓功能的電路，均可作為偵測模組122。在一可能實施例中，偵測模組122係為一電壓偵測器。在另一可能實施例中，偵測模組122係為一電壓比較器，用 以判斷電池電壓VB是否大於一臨界值。
控制模組124根據偵測模組122的偵測結果，產生控制信號SC1與SC2。在一可能實施例中，若偵測模組122只是一電壓偵測器時，則控制模組124具有比較的功能，用以判斷電壓偵測器的偵測結果是否大於一臨界值。在另一可能實施例中，若偵測模組122係為一電壓比較器時，則控制模組124可直接根據電壓比較器的比較結果，產生控制信號SC1與SC2。
在一可能實施例中，當電池電壓VB大於一臨界值時，控制模組124致能控制信號SC1，用以使轉換單元114轉換電池電壓VB。在另一可能實施例中，當電池電壓VB不大於臨界值時，控制模組124繼續致能控制信號SC1，或是先短暫禁能控制信號SC1，再致能控制信號SC1。在其它實施例中，當電池電壓VB不大於臨界值並小於一限定值時，表示電池單元112的電量已達最小值，故控制模組124禁能控制信號SC1，用以停止轉換電池電壓VB。
在本實施例中，控制模組124根據電池電壓VB，改變連接埠118的接腳D+與D-的連接狀態。外部裝置104根據接腳D+與D-的連接狀態，操作在一快充模式或是一慢充模式。在快充模式下，外部裝置104擷取較大的充電電流。在慢充模式下，外部裝置104擷取較小的充電電流。
開關模組126根據控制信號SC2，將接腳D+與D-耦接至充電單元128或130。在本實施例中，當電池電壓VB大於一臨界值時，開關模組126將接腳D+與D-耦接至充電單元128。因此，外部裝置104根據接腳D+與D-的位準操作在一快充模式。當電池電壓VB不大於臨界值時，開關模組126令接腳D+與D-耦接充電單元 130。因此，外部裝置104根據接腳D+與D-的位準操作在一慢充模式。
在一可能實施例中，當接腳D+與D-耦接充電單元128時，連接埠118輸出充電電流I1；當接腳D+與D-耦接充電單元130時，連接埠118輸出充電電流I2。在本實施例中，充電電流I2小於充電電流I1。
第2A圖為充電單元之一可能實施例。如圖所示，充電單元200係為一電阻R1。電阻R1用以將接腳D+與D-短路在一起。在本實施例中，開關模組126包括開關202與204。當電池電壓VB大於一臨界值時，開關202與204導通，用以短路接腳D+與D-。當電池電壓VB不大於臨界值時，開關202與204不導通，用以停止短路接腳D+與D-。在一可能實施例中，開關202與204的開啟與否係由控制模組124所控制。
第2B圖為充電單元之另一可能實施例。如圖所示，充電單元220包括充電模組222與224。充電模組222對充電電壓VT進行第一處理，用以產生電壓V1。充電模組224對充電電壓VT進行第二處理，用以產生電壓V2。在本實施例中，充電模組222與224對充電電壓VT進行不同程度的處理，因此，電壓V1不同於電壓V2。在其它實施例中，充電模組222與224係對電池電壓VB進行不同程度的處理，用以產生兩不同的處理結果。
在本實施例中，充電模組222包括電阻R2與R3。電阻R2與R3串聯於充電電壓VT與接地電壓VG之間，用以對充電電壓VT進行分壓處理。在其它實施例中，充電模組222可為一電壓源，用以提供一電壓(如V1)予接腳D+。
另外，充電模組224包括電阻R4與R5。電阻R4與R5同樣串聯於充電電壓VT與接地電壓VG之間，用以對充電電壓VT進行分壓處理。在其它實施例中，充電模組224可為另一電壓源，用以提供一電壓(如V2)予接腳D-。
當電池電壓VB大於一臨界值時，控制模組124導通開關226與228，用以將電壓V1與V2分別提供予接腳D+與D-。當電池電壓VB不大於臨界值時，控制模組124不導通開關226與228，用以停止提供電壓V1與V2予接腳D+與D-。
在本實施例中，由於連接埠118係為一USB連接埠，故提供兩電壓(如V1與V2)予兩接腳(如D+與D-)。在另一可能實施例中，若連接埠118係為其它種類的連接埠時，只需產生一電壓(如V1或V2)予連接埠118的一接腳。在其它實施例中，可能需產生三個以上的電壓予連接埠118的多隻接腳。
第2C圖為本發明之充電單元之另一可能實施例。如圖所示，充電單元230包括充電模組231~233。另外，開關模組240包括開關241~244。充電模組231處理充電電壓VT，用以產生電壓V1。充電模組232處理充電電壓VT，用以產生電壓V2。充電模組233用以短路接腳D+與D-。在其它實施例中，充電模組231與232係處理電池電壓VB。
當電池電壓VB大於一臨界值時，控制模組124根據接腳D+與D-的位準，控制開關241~244。在一可能實施例中，控制模組124先導通開關241與244，用以提供電壓V1與V2予接腳D+與D-，並判斷接腳D+與D-的位準是否發生變化。
當外部裝置104耦接連接埠118，並且未改變接腳D+ 與D-的位準時，表示接腳D+與D-的位準符合一預設狀態。因此，控制模組124持續導通開關241與244，使得接腳D+與D-耦接到充電模組231與232。當接腳D+與D-的位準被改變而不符合預設狀態時，控制模組124改導通開關242與243，用以短路接腳D+與D-。
第3圖為本發明之充電單元之一可能示意圖。在本實施例中，充電單元310具有充電模組312與314，分別提供電壓V3與V4。在本實施例中，充電模組312係為一電阻R6，其接收接地電壓VG，用以產生電壓V3。另外，充電模組314係為一電阻R7，其接收接地電壓VG，用以產生電壓V4。在一可能實施例中，電壓V3與V4具有相同的位準，均位於0V~5V之間。
當電池電壓VB不大於一臨界值時，控制模組124導通開關322與324，用以提供電壓V3與V4予接腳D+與D-。外部裝置104根據接腳D+與D-的位準，操作在一慢充模式。在此模式中，充電裝置102提供一較小的充電電流(如I2)予外部裝置104。
然而，當電池電壓VB大於臨界值時，控制模組124不導通開關322與324。在一可能實施例中，控制模組124導通第2A或2B圖中的開關202與204或226與228，因此，外部裝置104操作於一快充模式。在此模式中，充電裝置102提供一較大的充電電流(如I1)。
第4圖為本發明之偵測控制單元之一可能內部架構。在本實施例中，偵測控制單元400包括一偵測模組402、一控制模組404、充電單元412、414、422、424以及開關SW1~SW6。充電單元412具有充電模組416與418。由於偵測模組402特性與第1圖的偵測模組122的特性相同，故不再贅述。
控制模組404根據偵測模組402的偵測結果，產生控制信號SC2。在本實施例中，控制信號SC2具有控制成分S1~S6，分別用以控制開關SW1~SW6。本發明並不限定控制成分的數量。在一可能實施例中，控制成分的數量與開關SW1~SW6的種類有關。舉例而言，若開關SW1與SW3分別由N型與P型的電晶體所構成時，控制模組404僅需利用單一控制成分，便可只導通開關SW1或SW3。若開關SW1與SW3均為N型與P型的電晶體所構成時，控制模組404需利用兩控制成分，才能控制開關SW1與SW3。
當電池電壓VB大於一臨界值時，控制模組404藉由控制成分S1~S6，不導通開關SW3~SW6，但導通SW1與SW2。因此，充電模組416與418分別提供電壓V1與V2。由於接腳D+與D-接收到電壓V1與V2，故外部裝置104進入一快充模式。此時，偵測模組402偵測接腳D+與D-的位準。控制模組404根據偵測模組402的偵測結果，決定是否繼續導通開關SW1與SW2。
在一可能實施例中，當接腳D+與D-的位準符合一預設狀態時，控制模組404繼續導通開關SW1與SW2，繼續提供電壓V1與V2。因此，外部裝置104繼續操作在快充模式。然而，當接腳D+與D-的位準不符合預設狀態時，控制模組404改導通開關SW3與SW4，用以短路接腳D+與D-。
當電池電壓VB不大於臨界值時，控制模組404藉由控制成分S1~S6，導通開關SW5與SW6，但不導通開關SW1~SW4。因此，充電單元422與424分別提供電壓V3與V4。由於接腳D+與D-接收到電壓V3與V4，故外部裝置104進入一慢充模式，向充電裝置102擷取一較小的充電電流。因此，充電裝置102內部的電池單 元的電池電壓VB緩慢減少。
第5圖為本發明之電池電壓的變化示意圖。請配合第1圖，在期間510，由於電池電壓VB大於臨界值Vref，故控制模組124令接腳D+與D-耦接充電單元128。外部裝置104根據接腳D+與D-的狀態，操作在一快充模式，用以向充電裝置102擷取較大的充電電流(如I1)。
在期間512，電池電壓VB未大於臨界值Vref，故控制模組124令接腳D+與D-耦接充電單元130。外部裝置104根據接腳D+與D-的狀態，操作在一慢充模式，並向充電裝置102擷取較小的充電電流(如I2)。
在期間514，電池電壓VB未大於限定值VLM，故控制模組124禁能控制信號SC1，用以停止提供充電電壓VT予外部裝置104。
由於充電裝置102可根據內部電池電壓VB，提供適當的充電電流予外部裝置104，故可在電池電壓VB較低時，改變連接埠108的接腳狀態，改提供較小的充電電流，因而有效地利用電池電壓VB。
除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧充電系統
102‧‧‧充電裝置
104‧‧‧外部裝置
I1、I2‧‧‧充電電流
112‧‧‧電池單元
114‧‧‧轉換單元
116‧‧‧偵測控制單元
118‧‧‧連接埠
122‧‧‧偵測模組
124‧‧‧控制模組
126‧‧‧開關模組
128、130‧‧‧充電單元
VBUS、D+、D-、GND‧‧‧接腳
VB、VT、VG‧‧‧電壓
SC1、SC2‧‧‧控制信號

Claims (10)

  1. 一種充電裝置，耦接一外部裝置，並包括：一連接埠，用以耦接該外部裝置，並具有一第一接腳以及一第二接腳；一電池單元，具有一電池電壓；一轉換單元，轉換該電池電壓，用以供電該外部裝置；以及一偵測控制單元，當該電池電壓大於一臨界值時，令該第一接腳與該第二接腳耦接一第一充電單元，當該電池電壓不大於該臨界值時，令該第一接腳與該第二接腳耦接一第二充電單元；其中，當該第一接腳與該第二接腳耦接該第一充電單元時，該連接埠輸出一第一充電電流予該外部裝置，當該第一接腳與該第二接腳耦接該第二充電單元時，該連接埠輸出一第二充電電流予該外部裝置，該第一充電電流大於該第二充電電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該第一充電單元將該第一及第二接腳短路在一起。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該第一充電單元對該電池電壓進行一第一操作，用以產生一第一電壓予該第一接腳，以及產生一第二電壓予該第二接腳。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該第一充電單 元包括：一第一充電模組，用以短路該第一及第二接腳；以及一第二充電模組，處理該電池電壓，用以產生一第一電壓以及一第二電壓，其中，該偵測控制單元令該第一接腳耦接該第二充電模組，並偵測該第一接腳的位準，當該第一接腳的位準符合一預設狀態，並且該電池電壓大於該臨界值時，該偵測控制單元令該第一及第二接腳繼續耦接該第二充電模組；當該第一接腳的位準不符合該預設狀態，並且該電池電壓小於該臨界值時，該偵測控制單元令該第一及第二接腳耦接該第一充電模組。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該第二充電單元提供一第三電壓予該第一接腳以及提供一第四電壓予該第二接腳。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之充電裝置，其中該第二電壓係位於0V~5V之間。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之充電裝置，其中該第二充電單元係為一電阻，根據一接地電壓產生該第二電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中當該電池電壓不大於該臨界值時，該偵測控制單元先禁能該轉換單元再致能該轉換單元，當該轉換單元被禁能時，停止轉換該電池電壓。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中當該電池電壓不大於該臨界值以及一限定值時，該偵測控制單元禁能該轉換單元，用以停止轉換該電池電壓。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該連接埠係為一USB連接埠。
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