TW201628304A - 電源輸入電路 - Google Patents

Abstract

一種電源輸入電路，包括無線電源接收器、電池、充電電路、第一開關、第二開關、第三開關、第四開關與第五開關。無線電源接收器自一無線電源傳送器接收電力。充電電路耦接至電池。第一開關由第一控制信號所控制。第二開關耦接於第一開關與一電腦裝置之一電源輸入端點之間，並且由第一控制信號所控制。第三開關耦接於電池與電源輸入端點之間，並且由第二控制信號所控制。第四開關耦接於電源輸入端點與充電電路之間，並且由第三控制信號所控制。第五開關耦接於無線電源接收器與充電電路之間，並且由第四控制信號所控制。當無線電源接收器接收到電力時，第三開關與第五開關被關閉，用以將電力傳送至充電電路，以充電電池，並且透過電池提供電力至電腦裝置。

Description

電源輸入電路

本發明係關於一種電源輸入電路，特別是一種可可維持系統穩定運作之電源輸入電路。

可攜式電子裝置通常被要求具有反應速度快、高效能、以及輕、薄、小的尺寸。此外，可攜式電子裝置通常包括一個可充電之電池以提供電源。當電池電量低時，電池可經由有線或無線充電器進行充電。

雖然無線充電技術已經發展一段時期了，其應用仍限於低功率電平。舉例而言，目前無線充電技術普遍只能輸出5瓦特(W)的功率給手機產品使用。即便無線供電標準化團體(Alliance for Wireless，縮寫為A4WP)於2014年發表的無線充電產品利用磁共振已可達20W輸出功率且準備應用於平板電腦或一般手提筆記型電腦，但此輸出功率仍不足以滿足一般筆記型電腦在維持系統運作的同時為電池充電的功率需求。一般而言，可支援筆記型電腦之系統運作且同時為電池充電的額定功率至少為60W。

因此，需要一種全新的電源輸入電路架構，改善 上述的缺點。

本發明揭露一種電源輸入電路，包括無線電源接收器、電池、充電電路、第一開關、第二開關、第三開關、第四開關與第五開關。無線電源接收器自一無線電源傳送器接收電力。充電電路耦接至電池。第一開關由第一控制信號所控制。第二開關耦接於第一開關與一電腦裝置之一電源輸入端點之間，並且由第一控制信號所控制。第三開關耦接於電池與電源輸入端點之間，並且由第二控制信號所控制。第四開關耦接於電源輸入端點與充電電路之間，並且由第三控制信號所控制。第五開關耦接於無線電源接收器與充電電路之間，並且由第四控制信號所控制。當無線電源接收器接收到電力時，第三開關與第五開關被關閉，用以將電力傳送至充電電路，以充電電池，並且透過電池提供電力至電腦裝置。

100、200‧‧‧電源輸入電路

110‧‧‧無線電源接收器

120‧‧‧無線電源偵測裝置

130‧‧‧轉接器偵測裝置

140‧‧‧充電電路

150‧‧‧電池

300‧‧‧電源轉接器

350‧‧‧電腦系統

380‧‧‧控制電路

Adapter_in、Wireless_in‧‧‧偵測信號

Ctrl_1、Ctrl_2、Ctrl_3、Ctrl_4‧‧‧控制信號

I1、I2、I3、I4、I5‧‧‧電流

Q1、Q2、Q3、Q4、Q5‧‧‧電晶體

SW1、SW2、SW3、SW4、SW5‧‧‧開關

Vin‧‧‧電源輸入端點

第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源輸入電路。

第2圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電源輸入電路。

第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之控制電路。

第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源輸入電路在並未接收到任何外部電源時的等效電路圖。

第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源輸入電路在僅偵測到電源轉接器時的等效電路圖。

第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源輸入電路在僅偵測到無線電源接收器接收到電力時的等效電路圖。

表1：各開關於不同的電源輸入狀態的切換結果。

表2：各電晶體於不同的電源輸入狀態的導通結果

為使本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合圖式，作詳細說明。

現今以無線方式傳遞電源電力的方法有好幾種，其中以磁感應(magnetic induction)與磁共振(magnetic resonance)為兩大主流。磁感應(magnetic induction)的基本原理是在無線電源傳送端和無線電源接收端都裝置一個線圈，當傳送端線圈連接電源時進而形成「電流會產生磁能、磁能會製造電流」的電磁感應，而接收端線圈感應到這個電磁信號，透過磁場的變化便可產生電力為電池充電。磁共振(magnetic resonance)的基本原理不同於磁感應利用互相感應原理來交換電磁能，而是利用充電基座與待充物相同頻率的共振原理來高效傳輸能量。當無線電源傳送端與無線電源接收端都以相同的頻率振動時，無線電源接收端就能接收到無線電源傳送端所產生的電磁場，進而接收到這個傳遞過來的能量。

一般而言，無線電源接收端會將其功率需求反應至無線電源傳送端，以達到無線傳遞電源電力的供需平衡狀 態。然而，由於筆記型電腦運作時的系統功率負載並非定值，而是會因使用者目前的操作而動態變化，若此時直接透過無線充電器提供電力給筆記型電腦當電源使用，則會因供電動態反應速度不及筆記型電腦反應而當機。

為了解決上述問題，本申請提出一種全新的電源 輸入電路架構，使得無線充電產品於電腦裝置內的應用不僅限於充電而已，亦可使用於電腦裝置正常工作狀態下，以及電源轉接器(Power Adapter)、無線充電器以及電池同存的狀態。

第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源 輸入電路。本發明之一實施例，電源輸入電路100可為耦接至或包含於一電腦裝置之電源輸入電路，用以使用有線或無線的方式自電源轉接器300或一無線電源接收電力，並且將接收到的電力提供給電腦裝置之電腦系統350與電池，或將電池儲存的電力提供給電腦裝置之電腦系統350。所述之電腦裝置可以是一筆記型電腦、平板電腦、手機等可攜式電子裝置。電源輸入電路100可包括一無線電源接收器110，例如第1圖所示之接收器線圈、一無線電源偵測裝置120、一轉接器偵測裝置130、一充電電路140、一電池150、以及複數開關SW1~SW5。無線電源接收器110用以自一無線電源傳送器接收電力。無線電源偵測裝置120耦接至無線電源接收器110，用以偵測無線電源接收器110是否接收到電力，並根據偵測結果輸出一偵測信號Wireless_in。轉接器偵測裝置130用以偵測電源轉接器300是否耦接至電腦裝置，例如，電源轉接器300是否被插入電腦裝置對應之一插槽中，並根據偵測結果輸出偵測信號Adapter_in。 充電電路140耦接至電池150，用以根據接收到的電力對電池150充電。

根據本發明之一實施例，開關SW1~SW5分別由不 同的控制信號Ctrl_1~Ctrl_4所控制，用以根據不同的電源輸入狀態改變開關SW1~SW5之開啟(open)或關閉(close)狀態，以選擇最適當的方式提供穩定電源至電腦系統350，以解決上述問題。如圖所示，開關SW1耦接於轉接器偵測裝置130與開關SW2之間，並且由控制信號Ctrl_1控制其開啟/關閉狀態。開關SW2耦接於開關SW1與電腦裝置之電源輸入端點Vin之間，並且由控制信號Ctrl_1控制其開啟/關閉狀態。開關SW3耦接於電源輸入端點Vin與電池150之間，並且由控制信號Ctrl_2控制其開啟/關閉狀態。開關SW4耦接於電源輸入端點Vin與充電電路140之間，並且由控制信號Ctrl_3控制其開啟/關閉狀態。開關SW5耦接於無線電源接收器110與充電電路140之間，並且由控制信號Ctrl_4控制其開啟/關閉狀態。

根據本發明之一實施例，當開關因應控制信號被 開啟時，開關所耦接之兩端點並未連接在一起，形成斷路狀態，而當開關因應控制信號被關閉時，開關所耦接之兩端點會連接在一起，形成一通路。以下表1顯示出於本發明之實施例中，各開關於不同的電源輸入狀態的切換結果。

根據本發明之一實施例，開關SW1~SW5可由各種 可根據對應之控制信號改變其開啟/關閉或導通狀態之元件所實施。舉例而言，於本發明之一實施例中，開關SW1~SW5可分別由一電晶體所實施，並且各電晶體分別包括一控制極接收對應之控制信號。

第2圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電 源輸入電路。電源輸入電路200可為耦接至或包含於一電腦裝置之電源輸入電路，用以使用有線或無線的方式自電源轉接器300或一無線電源接收電力，並且將接收到的電力提供給電腦裝置之電腦系統350與電池，或將電池儲存的電力提供給電腦裝置之電腦系統350。所述之電腦裝置可以是一筆記型電腦、平板電腦、手機等可攜式電子裝置。電源輸入電路200可包括一無線電源接收器110，例如第2圖所示之接收器線圈、一無線電源偵測裝置120、一轉接器偵測裝置130、一充電電路140、一電池150、以及複數電晶體Q1~Q5。無線電源接收器110用以自一無線電源傳送器接收電力。無線電源偵測裝置120耦接至無線電源接收器110，用以偵測無線電源接收器110是否接收到電力，並根據偵測結果輸出一偵測信號Wireless_in。轉接器偵測裝置130用以偵測電源轉接器300是否耦接至電腦裝置，例 如，電源轉接器300是否被插入電腦裝置對應之一插槽中，並根據偵測結果輸出偵測信號Adapter_in。充電電路140耦接至電池150，用以根據接收到的電力對電池150充電。

電晶體Q1~Q5分別由不同的控制信號 Ctrl_1~Ctrl_4所控制，用以根據不同的電源輸入狀態改變電晶體Q1~Q5之導通(ON)或截止(OFF)狀態，以選擇最適當的方式提供穩定電源至電腦系統350，以解決上述問題。如圖所示，電晶體Q1耦接於轉接器偵測裝置130與電晶體Q2之間，並且由控制信號Ctrl_1控制其導通/截止狀態。電晶體Q2耦接於電晶體Q1與電腦裝置之電源輸入端點Vin之間，並且由控制信號Ctrl_1控制其開啟/關閉狀態。電晶體Q3耦接於電源輸入端點Vin與電池150之間，並且由控制信號Ctrl_2控制其導通/截止狀態。電晶體Q4耦接於電源輸入端點Vin與充電電路140之間，並且由控制信號Ctrl_3控制其導通/截止狀態。電晶體Q 5耦接於無線電源接收器110與充電電路140之間，並且由控制信號Ctrl_4控制其導通/截止狀態。

根據本發明之一實施例，當電晶體因應控制信號 被導通時，電晶體之兩電極所耦接之兩端點會連接在一起，形成一通路。當電晶體因應控制信號不被導通(即，截止)時，電晶體之兩電極所耦接之兩端點並未連接在一起，形成斷路狀態。以下表2顯示出於本發明之實施例中，各電晶體於不同的電源輸入狀態的導通結果。

值得注意的是，於本發明之實施例中，電晶體Q1~Q5的類型(例如，N型或P型)可依系統需求而被彈性選擇。舉例而言，電晶體Q1~Q5的類型可依控制信號Ctrl_1~Ctrl_4之電壓位準的設計邏輯而做對應的設計。

第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之控制電路。根據本發明之一實施例，電源輸入電路100/200可更包括一控制電路，例如第3圖所示之控制電路380，用以接收偵測信號Adapter_in與Wireless_in，並且根據偵測信號Adapter_in與Wireless_in所顯示之電源輸入狀態，依據如表1或表2所示之邏輯產生對應之控制信號Ctrl_1~Ctrl_4，用以控制對應之開關、電晶體、或其他可根據對應之控制信號改變其開啟/關閉或導通狀態之元件。

此外，於本發明之實施例中，除了使用硬體裝置實施控制電路之外，亦可透過軟體根據偵測信號Adapter_in與Wireless_in所顯示之電源輸入狀態並依據如表1或表2所示之邏輯產生對應之控制信號Ctrl_1~Ctrl_4。舉例而言，電腦裝置內之一嵌入式控制器(Embedded Controller)可接收偵測信號 Adapter_in與Wireless_in，並根據如表1或表2所示之邏輯產生對應之控制信號Ctrl_1~Ctrl_4。因此，本所並不限於任一種產生控制信號的實施方式。

以下段落將進一步討論於各種電源輸入狀態之下開關或電晶體的控制邏輯。

根據本發明之一實施例，當電源輸入電路100/200並未接收到任何外部電源時，亦即，轉接器偵測裝置130並未偵測到電源轉接器300耦接至電腦裝置，並且無線電源偵測裝置120也未偵測到無線電源接收器110接收到電力時，開關SW1、SW2與SW5會分別因應控制信號Ctrl_1、Ctrl_4被開啟，或電晶體Q1、Q2與Q5會分別因應控制信號Ctrl_1、Ctrl_4而不導通，並且開關SW3與SW4會分別因應控制信號Ctrl_2、Ctrl_3被關閉，或電晶體Q3與Q4會分別因應控制信號Ctrl_2、Ctrl_3被導通。如此一來，當電源輸入電路100/200並未接收到任何外部電源時，則可透過電池150提供電力至電腦裝置。

第4圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源輸入電路在並未接收到任何外部電源時的等效電路圖。如圖所示，當電源輸入電路100/200並未接收到任何外部電源時，可在控制信號Ctrl_1~Ctrl_4的控制之下透過電池150提供電力至電腦裝置，因此，電流I1的流向為自電池150流向電腦系統350。

根據本發明之另一實施例，當電源輸入電路100/200僅偵測到電源轉接器300插入時，亦即，轉接器偵測裝置130偵測到電源轉接器300耦接至電腦裝置時，開關SW1、SW2與SW4會分別因應控制信號Ctrl_1、Ctrl_3被關閉，或電晶 體Q1、Q2與Q4會分別因應控制信號Ctrl_1、Ctrl_3被導通，並且開關SW3與SW5會分別因應控制信號Ctrl_2、Ctrl_4被開啟，或電晶體Q3與Q5會分別因應控制信號Ctrl_2、Ctrl_4而不導通。如此一來，當電源輸入電路100/200僅偵測到電源轉接器300插入時，來自電源轉接器300之電力可被傳送至充電電路140，以充電電池150，並且自電源轉接器300之電力也可被提供至電腦裝置。

第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源 輸入電路在僅偵測到電源轉接器插入時的等效電路圖。如圖所示，當電源輸入電路100/200偵測到目前僅電源轉接器300一個電力來源時，可在控制信號Ctrl_1~Ctrl_4的控制之下，將接收自電源轉接器300之電力如電流I2的流向所示提供至電腦裝置，並且將接收自電源轉接器300之電力如電流I3的流向所示傳送至充電電路140，以充電電池150。

根據本發明之另一實施例，當電源輸入電路 100/200僅偵測到無線電源接收器110接收到電力時，亦即，轉接器偵測裝置130並未偵測到電源轉接器300耦接至電腦裝置，但無線電源偵測裝置120偵測到無線電源接收器110接收到電力時，開關SW1、SW2與SW4會分別因應控制信號Ctrl_1、Ctrl_3被開啟，或電晶體Q1、Q2與Q4會分別因應控制信號Ctrl_1、Ctrl_3而不導通，並且開關SW3與SW5會分別因應控制信號Ctrl_2、Ctrl_4被關閉，或電晶體Q3與Q5會分別因應控制信號Ctrl_2、Ctrl_4而被導通。如此一來，當無線電源接收器110接收到電力時，來自無線電源接收器110之電力可被傳送至 充電電路140，以充電電池150，並且透過電池150提供電力至電腦裝置。

第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電源 輸入電路在僅偵測到無線電源接收器110接收到電力時的等效電路圖。如圖所示，當電源輸入電路100/200僅偵測到無線電源接收器110接收到電力時，可在控制信號Ctrl_1~Ctrl_4的控制之下，將來自無線電源接收器110之電力如電流14的流向所示傳送至充電電路140，以充電電池150，並且如電流I5的流向所示，透過電池150提供電力至電腦裝置。

值得注意的是，於本發明之實施例中，利用電池 150之大電容特性來提供穩定的電力至電腦裝置，再透過無線電源接收器110所接收到電力持續為電池150充電，使得電腦系統即便在僅有無線電源供應的情況下，也可以提供穩定的電力給電腦裝置使用，並且同時克服無線充電電源動態反應遲緩的缺點，使電腦裝置無論是在重載或輕載的情況下，都能穩定的運作。

根據本發明之又另一實施例，當電源輸入電路 100/200偵測電源轉接器300插入且同時無線電源接收器110接收到電力時，亦即，轉接器偵測裝置130並偵測到電源轉接器300耦接至電腦裝置，並且同時無線電源偵測裝置120偵測到無線電源接收器110接收到電力時，開關SW1、SW2與SW4會分別因應控制信號Ctrl_1、Ctrl_3被關閉，或電晶體Q1、Q2與Q4會分別因應控制信號Ctrl_1、Ctrl_3被導通，並且開關SW3與SW5會分別因應控制信號Ctrl_2、Ctrl_4被開啟，或電晶體Q3與Q5 會分別因應控制信號Ctrl_2、Ctrl_4而不導通。如此一來，來自電源轉接器300之電力可被傳送至充電電路140，以充電電池150，並且來自電源轉接器300之電力也會被提供至電腦裝置。

值得注意的是，於此實施例中，當電源輸入電路 100/200可同時藉由有線與無線的方式接收到電源時，系統將會以有線電源之電力作為主要的電力來源。因此，於此電源輸入狀態下，開關SW1~SW5或電晶體Q1~Q5之控制會與電源輸入電路100/200僅偵測電源轉接器300插入時相同。如此一來，當電源輸入電路100/200偵測電源轉接器300插入且同時無線電源接收器110接收到電力時，其等效電路將會如第5圖所示，將接收自電源轉接器300之電力如電流I2的流向所示提供至電腦裝置，並且將接收自電源轉接器300之電力如電流I3的流向所示傳送至充電電路140，以充電電池150。換言之，在此情況下並不會利用無線電源之電力。

如上述，於本發明之實施例中，當系統僅接收到 無線電源時，利用電池150之大電容特性來提供穩定的電力至電腦裝置，再透過無線電源接收器110所接收到電力持續為電池150充電，使得電腦系統即便在僅有無線電源供應的情況下，也可以提供穩定的電力給電腦裝置使用，並且同時克服無線充電電源動態反應遲緩的缺點，使電腦裝置無論是在重載或輕載的情況下，都能穩定的運作，以克服上述問題。

本發明之上述實施例能夠以多種方式執行，例如 使用硬體、軟體或其結合來執行。熟悉此項技藝者應了解執行上述功能之任何組件或組件之集合可被視為一個或多個控制 上述功能之處理器。此一個或多個處理器可以多種方式執行，例如藉由指定硬體，或使用微碼或軟體來編程之通用硬體來執行上述功能。

申請專利範圍中用以修飾元件之“第一”、“第 二”、“第三”等序數詞之使用本身未暗示任何優先權、優先次序、各元件之間之先後次序、或方法所執行之步驟之次序，而僅用作標識來區分具有相同名稱(具有不同序數詞)之不同元件。

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，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，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‧‧‧電源輸入電路

110‧‧‧無線電源接收器

120‧‧‧無線電源偵測裝置

130‧‧‧轉接器偵測裝置

140‧‧‧充電電路

150‧‧‧電池

300‧‧‧電源轉接器

350‧‧‧電腦系統

380‧‧‧控制電路

Ctrl_1、Ctrl_2、Ctrl_3、Ctrl_4‧‧‧控制信號

SW1、SW2、SW3、SW4、SW‧‧‧開關

Vin‧‧‧電源輸入端點

Claims (10)

1. 一種電源輸入電路，包括：一無線電源接收器，用以自一無線電源傳送器接收電力；一電池；一充電電路，耦接至該電池；一第一開關，由一第一控制信號所控制；一第二開關，耦接於該第一開關與一電腦裝置之一電源輸入端點之間，並且由該第一控制信號所控制；一第三開關，耦接於該電池與該電源輸入端點之間，並且由一第二控制信號所控制；一第四開關，耦接於該電源輸入端點與該充電電路之間，並且由一第三控制信號所控制；以及一第五開關，耦接於該無線電源接收器與該充電電路之間，並且由一第四控制信號所控制，其中當該無線電源接收器接收到電力時，該第三開關與該第五開關被關閉，用以將該電力傳送至該充電電路，以充電該電池，並且透過該電池提供電力至該電腦裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源輸入電路，更包括：一轉接器偵測裝置，用以偵測一電源轉接器是否耦接至該電腦裝置，並根據偵測結果輸出一第一偵測信號，其中當該轉接器偵測裝置偵測到該電源轉接器耦接至該電腦裝置時，該第一開關與該第二開關被關閉，用以 透過該電源轉接器提供電力至該電腦裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電源輸入電路，其中當該無線電源接收器接收到電力且該電源轉接器未耦接至該電腦裝置時，該第一開關、該第二開關與該第四開關被開啟。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電源輸入電路，其中當該無線電源接收器接收到電力且該電源轉接器耦接至該電腦裝置用以提供電力時，該第一開關、該第二開關與該第四開關被關閉，並且該第三開關與該第五開關被開啟，用以將接收自該電源轉接器之該電力傳送至該充電電路，以充電該電池，並且將接收自該電源轉接器之該電力提供至該電腦裝置。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電源輸入電路，更包括：一無線電源偵測裝置，耦接至該無線電源接收器，用以偵測該無線電源接收器是否接收到電力，並根據偵測結果輸出一第二偵測信號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源輸入電路，更包括：一控制電路，用以接收該第一偵測信號與該第二偵測信號，並且根據該第一偵測信號與該第二偵測信號產生該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號與該第四控制信號。
7. 如申請專利範圍第2項所述之電源輸入電路，其中該第一開關、該第二開關、該第三開關、該第四開關與該第五開關分別為一電晶體，並且各電晶體分別包括一控制 極接收對應之控制信號。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電源輸入電路，其中該無線電源接收器係透過磁感應或磁共振自該無線電源傳送器接收電力。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電源輸入電路，其中當該無線電源接收器未接收到電力且該電源轉接器未耦接至該電腦裝置時，該第一開關、該第二開關與該第五開關被開啟，並且該第三開關與該第四開關被關閉，用以透過該電池提供電力至該電腦裝置。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電源輸入電路，其中當該無線電源接收器未接收到電力且該電源轉接器耦接至該電腦裝置時，該第一開關、該第二開關與該第四開關被關閉，並且該第三開關與該第五開關被開啟，用以將接收自該電源轉接器之該電力傳送至該充電電路，以充電該電池，並且將接收自該電源轉接器之該電力提供至該電腦裝置。