TW201807921A

TW201807921A - 充電裝置及其控制方法

Info

Publication number: TW201807921A
Application number: TW105127031A
Authority: TW
Inventors: 楊允仁; 楊家寧
Original assignee: 仁寶電腦工業股份有限公司
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-03-01
Also published as: US20180062406A1; TWI609551B; US10148110B2

Abstract

本案係揭露一種充電裝置及其控制方法，該充電裝置之主控制器係具有第一調變模組以及第二調變模組，且由第二調變模組所控制之交流/直流轉換電路之開關電路在運作時所消耗之電能，係比由第一調變模組所控制時少，而本案之充電裝置於重載狀態時，係透過第一調變模組控制開關電路的運作，而充電裝置於輕載狀態或空載狀態時，則由第二調變模組控制開關電路的運作，如此一來，可減少充電裝置在輕載狀態及空載狀態時的電能損耗。

Description

充電裝置及其控制方法

本案係關於一種充電裝置，尤指一種依據負載的不同狀態來控制不同的調變模組進行運作之充電裝置及其控制方法。

隨著日常生活中對電子裝置，例如手機、平板電腦及筆記型電腦等，的依賴日漸增加，對於充電的需求及節能省電的要求亦相對更加提升。當電子裝置充飽電後，充電裝置係進入空載狀態，並且充電裝置於空載狀態中係具有一最低之電壓要求，以使充電裝置重新對電子裝置進行充電時，可更快速地進入充電狀態。

目前的電子裝置大部分透過USB2.0之架構來進行充電，而目前的USB2.0之架構中規定空載狀態時輸出的電源電壓應介於4.75V至5.25V之間，因此於設計充電裝置時應將於空載狀態中之最低之電壓設計介於4.75V至5.25V之間為最佳。

傳統之充電裝置係包含脈衝寬度調變（Pulse Width Modulation，PWM）電路及交流/直流轉換電路，其中當充電裝置為重載或輕載時，係利用脈衝寬度調變電路控制交流/直流轉換電路之輸出電壓，而當充電裝置為空載狀態時，同樣利用脈衝寬度調變來控制交流/直流轉換電路之輸出電壓介於4.75V至5.25V之間。

由於透過脈衝寬度調變電路控制交流/直流轉換電路之輸出電壓可使輸出電壓之紋波較小，且脈衝寬度調變電路之調變效率亦相當優異，故傳統之充電裝置於重載狀態時，係使用脈衝寬度調變電路控制交流/直流轉換電路之輸出電壓。

然於空載狀態下，充電裝置之節能亦為其中之一重要考量，故充電裝置不僅追求將於空載狀態之最低之電壓設計介於4.75V至5.25V之間之低電壓位準，亦追求更有效率之節能方式，然而，傳統之充電裝置於輕載狀態或空載狀態下，僅能透過脈衝寬度調變電路控制交流/直流轉換電路，使輸出電壓介於4.75V至5.25V之間，而由於脈衝寬度調變電路實際上所產生於之控制信號將控制交流/直流轉換電路之開關連續進行導通或截止之切換，如此一來，傳統充電裝置在空載狀態時，將因開關的切換非常頻繁而導致電能的損耗較大。

因此，如何發展一種克服上述缺點的充電裝置及其控制方法，實為目前迫切之需求。

本案的目的在於提供一種充電裝置及其控制方法，俾解決傳統充電裝置於輕載狀態或空載狀態時，因使用脈衝寬度調變電路控制交流/直流轉換電路之輸出電壓，導致具有較大的電能損耗等缺失。

為達前述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種充電裝置，包含：交流/直流轉換電路，具有開關電路，交流/直流轉換電路利用開關電路之運作將交流電能轉換成直流電能，且交流/直流轉換電路於運作時係產生與直流電能有對應關係之複數個參數信號。主控制器，係與交流/直流轉換電路電連接，用以控制交流/直流轉換電路之運作，且包含切換控制電路、第一調變模組及第二調變模組，第一調變模組於運作時輸出用來控制開關電路運作之第一控制信號，第二調變模組於運作時輸出用來控制開關電路運作之第二控制信號，切換控制電路係電連接於開關電路與第一調變模組之間及開關電路與第二調變模組之間，並控制第一調變模組及第二調變模組是否運作，以將第一控制信號或第二控制信號傳送至開關電路，其中透過第二控制信號所控制之開關電路於運作時所產生之電能損耗係比透過第一控制信號所控制時少。其中切換控制電路係設有狀態控制模式，在狀態控制模式下，切換控制電路係根據複數個參數信號及根據第一控制信號或第二控制信號判斷充電裝置目前的狀是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態，並於判斷結果為重載狀態時，控制第一調變模組開始運作以及控制第二調變模組關閉，於判斷結果為輕載或空載狀態時，控制第一調變模組關閉以及控制第二調變模組開始運作。

為達前述目的，本案另一較佳實施態樣為提供一種控制方法，適用於充電裝置，充電裝置包含交流/直流轉換電路及主控制器，交流/直流轉換電路更包含開關電路，主控制器係與交流/直流轉換電路電連接，且包含切換控制電路、第一調變模組及第二調變模組，第一調變模組於運作時輸出用來控制開關電路運作之第一控制信號，第二調變模組於運作時輸出用來控制開關電路運作之第二控制信號，切換控制電路係電連接於開關電路與第一調變模組之間及開關電路與第二調變模組之間，並控制第一調變模組及第二調變模組是否運作，以將第一控制信號或第二控制信號傳送至開關電路，其中透過第二控制信號所控制之開關電路於運作時所產生之電能損耗係比透過第一控制信號所控制時少，控制方法包含步驟：(a) 充電裝置開始運作，以使交流/直流轉換電路利用因接收第一控制信號或第二控制信號而進行運作之開關電路將交流電能轉換成直流電能，且交流/直流轉換電路產生與直流電能有對應關係之複數個參數信號，(b) 切換控制電路執行狀態控制模式，在狀態控制模式下，切換控制電路係根據複數個參數信號及根據第一控制信號或第二控制信號判斷充電裝置目前的狀是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態，以及(c) 於判斷結果為重載狀態時，切換控制電路控制第一調變模組開始運作以及控制第二調變模組關閉，於判斷結果為輕載或空載狀態時，切換控制電路控制第一調變模組關閉以及控制第二調變模組開始運作。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。

第1圖係為本案第一實施例之充電裝置的電路結構示意圖。如第1圖所示，本案之充電裝置1係用以對一負載進行充電，且包含交流/直流轉換電路11以及主控制器12。交流/直流轉換電路11係接收交流電能AC-IN，並將交流電能AC-IN轉換成直流電能DC-OUT，且交流/直流轉換電路11於運作時可產生與直流電能DC-OUT有對應關係之複數個參數信號，此外，交流/直流轉換電路11更包含一開關電路111，開關電路111係進行導通/截止之切換，使交流/直流轉換電路11進行電能轉換。

於上述實施例中，複數個參數信號實際上亦跟充電裝置1目前的狀態，例如為重載狀態、輕載狀態或空載狀態具有相關性。

主控制器12係與交流/直流轉換電路11之開關電路111電連接，用以控制開關電路111進行導通或截止之切換，且主控制器12更包含切換控制電路121、第一調變模組122及第二調變模組123。

第一調變模組122係與切換控制電路121電連接，且第一調變模組122於運作時可產生第一控制信號，第一控制信號可用來控制開關電路111進行導通/截止之切換，此外，第一調變模組122包含脈衝寬度調變電路1221，脈衝寬度調變電路1221係與切換控制電路121電連接，當第一調變模組122運作時，第一調變模組122係藉由脈衝寬度調變電路1221產生為脈衝寬度調變信號之第一控制信號。

第二調變模組123係與切換控制電路121電連接，且於運作時可產生第二控制信號，第二控制信號可控制開關電路111進行導通/截止之切換運作，此外，第二調變模組123係包含脈衝頻率調變（Pulse Frequency Modulation，PFM）電路1231、振幅調變（Amplitude Modulation，AM）電路1232以及綠模式調變（Green Mode，GM）調變電路1233。脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232以及綠模式調變電路1233係分別與切換控制電路121電連接，當第二調變模組123運作時，第二調變模組123可藉由脈衝頻率調變電路1231產生為脈衝頻率調變信號之第二控制信號、藉由振幅調變電路1232產生為振幅調變信號之第二控制信號或藉由綠模式調變電路1233產生為綠模式脈衝寬度調變信號之第二控制信號。

其中，由於脈衝寬度調變電路1221、脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233常見於開關電源電路中，故不再贅述各自的作動方式及電路結構。此外，由於脈衝寬度調變電路1221、脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233控制開關電路111運作的模式係不同，且實際上可清楚了解，透過脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233所產生之第二控制信號所控制之開關電路111在運作時所消耗之電能，係比透過脈衝寬度調變電路1221所產生之第一控制信號來控制時所消耗的電能少。

切換控制電路121係電連接於開關電路111與第一調變模組122之脈衝寬度調變電路1221之間及電連接於開關電路111與第二調變模組123之脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233之間，並控制第一調變模組122及第二調變模組123是否運作，以將第一控制信號或第二控制信號傳送至開關電路111。

此外，切換控制電路121係設有初始控制模式及狀態控制模式，其中在充電裝置1開始運作時，切換控制電路121執行初始控制模式，於初始控制模式下，切換控制電路121係將充電裝置1目前的狀態預設為重載狀態、輕載狀態或空載狀態三者之其中之一，並於預設為重載狀態時，切換控制電路121控制第一調變模組122開始運作，而於預設為輕載或空載狀態時，切換控制電路121則控制第二調變模組123開始運作。而於本實施例中，於初始控制模式下，切換控制電路121實際上係將充電裝置1目前的狀態預設為重載狀態。

在執行完初始控制模式後，切換控制電路121便進入狀態控制模式，在狀態控制模式下，切換控制電路121係採樣複數個參數信號，及採樣第一控制信號或第二控制信號，並根據複數個參數信號，及根據第一控制信號或第二控制信號來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態，當切換控制電路121判斷充電裝置1目前的狀態為重載狀態時，切換控制電路121係驅動第一調變模組122運作並關閉第二調變模組123，即驅動啟脈衝寬度調變電路1221運作，並將脈衝寬度調變電路1221運作時所產生之第一控制信號傳送給開關電路111，使第一控制信號控制開關電路111進行導通/截止切換運作。當切換控制電路121判斷充電裝置1目前的狀態為輕載狀態或空載狀態時，切換控制電路121係驅動第二調變模組123進行運作並關閉第一調變模組122，使脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233三者中之其中之一電路運作，進而將藉由脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233運作時所產生之為脈衝頻率調變信號、振幅調變信號或綠模式脈衝寬度調變信號之第二控制信號傳送至開關電路111，使第二控制信號控制開關電路111進行導通/截止切換運作。

由上可知，由於脈衝寬度調變電路1221之調變效率相對優異，且藉由脈衝寬度調變電路1221所產生之第一控制信號來控制交流/直流轉換電路11之輸出直流電能DC-OUT亦可使直流電能DC-OUT之電壓之紋波較小，因此本案之充電裝置1於重載狀態時，第一調變模組122係運作，以藉由脈衝寬度調變電路1221控制交流/直流轉換電路11之開關電路111的運作。此外，相較於透過脈衝寬度調變電路1221所產生之第一控制信號來控制開關電路111運作時所產生的電能損耗，透過脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233所產生之第二控制信號來控制開關電路111可減少電能的損耗，因此本案之充電裝置1於供電需求低之輕載狀態及空載狀態時，改由第二調變模組123運作，以藉由脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233控制開關電路111的運作，如此一來，可減少充電裝置1在輕載狀態及空載狀態時的電能損耗。

第2圖係為第1圖所示之充電裝置之細部電路結構示意圖。如第2圖所示，交流/直流轉換電路11更包含整流電路112、直流/直流轉換電路113以及回授電路114。整流電路112係接收交流電能AC-IN，並轉換為過渡直流電能。直流/直流轉換電路113係與整流電路112電連接，用以調整過渡直流電能之電壓位準，以輸出直流電能DC-OUT。

開關電路111係包含於直流/直流轉換電路113中，當開關電路111進行導通/截止之切換運作時，直流/直流轉換電路113便將過渡直流電能轉換為輸出直流電能DC-OUT。此外，開關電路111可為但不限於由一電晶體，例如金氧半導體場效電晶體等所構成，開關電路111具有第一控制端a、第一導接端b以及第二導接端c，第一控制端a係與切換控制電路121電連接，用以接收第一控制信號或第二控制信號，使第一導接端b以及第二導接端c之間的路徑進行導通或截止之切換，其中當第一導接端b以及第二導接端c之間的路徑為導通時，第一導接端b以及第二導接端c之間係流過一導通電流。

回授電路114係與切換控制電路121及交流/直流轉換電路11電連接，回授電路114於交流/直流轉換電路11輸出直流電能DC-OUT時，係產生與直流電能DC-OUT有對應關係之反饋電流至切換控制電路121。此外，回授電路114可為但不限於由光耦合器所構成。

於本實施例中，複數個參數信號實際上係由導通電流及反饋電流來構成。

另外，於本實施例中，當第一調變模組122輸出第一控制信號時，切換控制電路121可由第一控制信號中獲得第一控制信號之頻寬及頻率，而當第二調變模組123輸出第二控制信號時，切換控制電路121可由第二控制信號獲得第二控制信號之頻寬及頻率。

此外，切換控制電路121更預先儲存一第一狀態判斷表、一第二狀態判斷表及一第三狀態判斷表，其中第一狀態判斷表係紀錄該如何由導通電流、反饋電流以及第一控制信號之頻寬來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態，第二狀態判斷表係紀錄該如何由導通電流、反饋電流以及第二控制信號之頻率來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態，第三狀態判斷表係紀錄該如何由導通電流、反饋電流以及第二控制信號之頻寬及頻率來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態。

此外，當充電裝置1目前的狀態為重載狀態時，切換控制電路121依據導通電流、反饋電流、以及第一控制信號之頻寬並參照第一狀態判斷表來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態。當充電裝置1目前的狀態為輕載狀態時，切換控制電路121依據導通電流、反饋電流以及第二控制信號之頻率並參照第二狀態判斷表來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態。當充電裝置1目前的狀態為空載狀態時，切換控制電路121依據導通電流、反饋電流、以及第二控制信號之頻寬及頻率並參照第三狀態判斷表來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態。以下將進一步分別說明。

第3圖係為充電裝置目前的狀態係為重載狀態時，切換控制電路內之第一狀態判斷表之示意圖。如第3圖所示，在充電裝置1目前的狀態係為重載狀態時，切換控制電路121係使用第一狀態判斷表，其中於第一狀態判斷表中，係根據導通電流之電流的大小，區分有第一導通電流等級、第二導通電流等級及第三導通電流等級之三個判別等級，其中，電流的大小係為第一導通電流等級＞第二導通電流等級＞第三導通電流等級。另外，於第一狀態判斷表中，根據反饋電流之電流的大小，亦區分有第一反饋電流等級、第二反饋電流等級及第三反饋電流等級之三個判別等級，其中，電流的大小係為第一反饋電流等級＞第二反饋電流等級＞第三反饋電流等級。再者，於第一狀態判斷表中，係根據第一控制信號之頻寬的大小，亦區分有第一頻寬等級、第二頻寬等級及第三頻寬等級之三個判別等級，其中，頻寬的大小係為第一頻寬等級＞第二頻寬等級＞第三頻寬等級。

因此當切換控制電路121在狀態控制模式下且充電裝置1目前的狀態係為重載狀態時，若切換控制電路121依據導通電流、反饋電流及第一控制信號之頻寬而判斷出導通電流位於第一導通電流等級、反饋電流位於第三反饋電流等級以及第一控制信號之頻寬位於第一頻寬等級時，切換控制電路121便判定充電裝置1目前的狀態仍為重載狀態。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第二導通電流等級、反饋電流位於第二反饋電流等級以及第一控制信號之頻寬位於第二頻寬等級時，切換控制電路121便判定充電裝置1目前的狀態已變更為輕載狀態。當導通電流位於第三導通電流等級、反饋電流位於第一反饋電流等級以及第一控制信號之頻寬位於第三頻寬等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態已變更為空載狀態。因此當切換控制電路121判斷出充電裝置1目前的狀態已變更為何種狀態時，切換控制電路121便對應控制第一調變模組122或第二調變模組123進行運作。

於上述實施例中，若切換控制電路121在狀態控制模式下，其獲得之導通電流等級、反饋電流等級及第一控制信號之頻寬等級之組合，不符合第一狀態判斷表中之對應到重載狀態、輕載狀態或空載狀態之態樣，例如，導通電流為第一導通電流等級、反饋電流為第一反饋電流等級，第一控制信號之頻寬為第一頻寬等級之組合，則切換控制電路121便判斷充電裝置1目前的狀態並未變更，故切換控制電路121將維持目前的運作。

第4圖係為充電裝置目前的狀態係為輕載狀態時，切換控制電路內之第二狀態判斷表之示意圖。如第4圖所示，在充電裝置1目前的狀態係為輕載狀態時，切換控制電路121係使用第二狀態判斷表，其中於第二狀態判斷表中，係根據導通電流之電流的大小，區分有第一導通電流等級、第二導通電流等級及第三導通電流等級之三個判別等級，其中，電流的大小係為第一導通電流等級＞第二導通電流等級＞第三導通電流等級。另外，於第二狀態判斷表中，根據反饋電流之電流的大小，亦區分有第一反饋電流等級、第二反饋電流等級及第三反饋電流等級之三個判別等級，其中，電流的大小係為第一反饋電流等級＞第二反饋電流等級＞第三反饋電流等級。再者，於第二狀態判斷表中，係根據第二控制信號之頻率的大小，亦區分有第一頻率等級、第二頻率等級、第三頻率等級之三個判別等級，其中，頻率的高低係為第一頻率等級＞第二頻率等級＞第三頻率等級。

因此當切換控制電路121在狀態控制模式下且充電裝置1目前的狀態係為輕載狀態時，若切換控制電路121依據導通電流、反饋電流及第二控制信號之頻率而判斷出導通電流位於第一導通電流等級、反饋電流位於第三反饋電流等級以及第二控制信號之頻率位於第一頻率等級時，切換控制電路121便判定充電裝置1目前的狀態已變更為重載狀態。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第二導通電流等級、反饋電流位於第二反饋電流等級以及第二控制信號之頻率位於第二頻率等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態仍為輕載狀態。當導通電流位於第三導通電流等級、反饋電流位於第一反饋電流等級以及第二控制信號之頻率位於第三頻率等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態已變更為空載狀態。因此當切換控制電路121判斷出充電裝置1目前的狀態已變更為何種狀態時，切換控制電路121便對應控制第一調變模組122或第二調變模組123運作。

於上述實施例中，若切換控制電路121在狀態控制模式下，其獲得之導通電流等級、反饋電流等級及第二控制信號之頻率等級之組合，不符合第一狀態判斷表中之對應到重載狀態、輕載狀態或空載狀態之態樣，例如，導通電流為第一導通電流等級、反饋電流為第一反饋電流等級，第二控制信號之頻率為第一頻率等級之組合，則切換控制電路121便判斷充電裝置1目前的狀態並未變更，故切換控制電路121將維持目前的運作。

第5圖係為充電裝置目前的狀態係為空載狀態時，切換控制電路內之第三狀態判斷表之示意圖。如第5圖所示，在充電裝置1目前的狀態係為空載狀態時，切換控制電路121係使用第三狀態判斷表，而於第三狀態判斷表中，係根據導通電流之電流的大小，區分有第一導通電流等級、第二導通電流等級及第三導通電流等級之三個判別等級，其中，電流的大小係為第一導通電流等級＞第二導通電流等級＞第三導通電流等級。另外，於第三狀態判斷表中，根據反饋電流之電流的大小，亦區分有第一反饋電流等級、第二反饋電流等級及第三反饋電流等級之三個判別等級，其中，電流的大小係為第一反饋電流等級＞第二反饋電流等級＞第三反饋電流等級。另外，於第三狀態判斷表中，根據第二控制信號之頻寬的大小，亦區分有第一頻寬等級、第二頻寬等級、第三頻寬等級之三個判別等級，其中，頻寬的大小係為第一頻寬等級＞第二頻寬等級＞第三頻寬等級。再者，於狀態判斷於第三狀態判斷表中，係根據第二控制信號之頻率的大小，亦區分有第一頻率等級、第二頻率等級及第三頻率等級之三個判別等級，其中，頻率的高低係為第一頻率等級＞第二頻率等級＞第三頻率等級。

因此當切換控制電路121在狀態控制模式下且充電裝置1目前的狀態係為空載狀態時，若切換控制電路121依據導通電流、反饋電流及第二控制信號之頻寬及頻率而判斷出導通電流位於第一導通電流等級、反饋電流位於第一反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第一頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第一頻率等級時，切換控制電路121便判定充電裝置1目前的狀態已變更為重載狀態。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第二導通電流等級、反饋電流位於第二反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第二頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第二頻率等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態已變更為輕載狀態。當導通電流位於第三導通電流等級、反饋電流位於第三反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第三頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第三頻率等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態仍為空載狀態。因此當切換控制電路121判斷出充電裝置1目前的狀態已變更為何種狀態時，切換控制電路121便對應控制第一調變模組122或第二調變模組123運作。

於上述實施例中，若切換控制電路121在狀態控制模式下，其獲得之導通電流等級、反饋電流等級、第二控制信號之頻寬等級及第二控制信號之頻率等級之組合，不符合第一狀態判斷表中之對應到重載狀態、輕載狀態或空載狀態之態樣，例如，導通電流為第一導通電流等級、反饋電流為第二反饋電流等級、第二控制信號之頻寬為第三頻寬等級，第二控制信號之頻率為第三頻率等級之組合，則切換控制電路121便判斷充電裝置1目前的狀態並未變更，故切換控制電路121將維持目前的運作。

此外，由上可知，在輕載或空載狀態下，切換控制電路121係控制第二調變模組123運作，然而由於第二調變模組123係具有脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233，因此於本實施例中，切換控制電路121實際上係預先儲存一啟動判斷表，該啟動判斷表係紀錄該如何由導通電流、反饋電流以及第二控制信號之頻寬及頻率來判斷需啟動脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233運作，使切換控制電路121依據導通電流、反饋電流以及第二控制信號之頻寬及頻率並參照啟動判斷表來啟動脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233三者中對應的電路，以下將進一步說明。

第6圖係為第1圖所示之切換控制電路實際上所儲存之啟動判斷表的示意圖。如第6圖所示，在充電裝置1目前的狀態係為輕載狀態或空載狀態而切換控制電路121係控制第二調變模組123運作時，切換控制電路121係使用啟動判斷表，而於啟動判斷表中，係根據導通電流之電流的大小，區分有第一導通電流等級、第二導通電流等級及第三導通電流等級之三個判別等級，其中，電流的大小係為第一導通電流等級＞第二導通電流等級＞第三導通電流等級。另外，於啟動判斷表中，根據反饋電流之電流的大小，亦區分有第一反饋電流等級、第二反饋電流等級及第三反饋電流等級之三個判別等級，其中，電流的大小係為第一反饋電流等級＞第二反饋電流等級＞第三反饋電流等級。另外，於啟動判斷表中，根據第二控制信號之頻寬的大小，亦區分有第一頻寬等級、第二頻寬等級及第三頻寬等級之三個判別等級，其中，頻寬的大小係為第一頻寬等級＞第二頻寬等級＞第三頻寬等級。再者，於啟動判斷表中，根據第二控制信號之頻率的大小，亦區分有第一頻率等級、第二頻率等級、第三頻率等級之三個判別等級，其中，頻率的高低係為第一頻率等級＞第二頻率等級＞第三頻率等級。

因此，在輕載狀態或空載狀態下，當切換控制電路121依據導通電流、反饋電流、以及第二控制信號之頻寬及頻率並參照啟動判斷表判斷出導通電流位於第一導通電流等級、反饋電流位於第一反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第一頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第一頻率等級時，切換控制電路121便控制僅脈衝頻率調變電路1231運作。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第二導通電流等級、反饋電流位於第二反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第二頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第二頻率等級時，切換控制電路121便控制僅振幅調變電路1232運作。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第三導通電流等級、反饋電流位於第三反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第三頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第三頻率等級時，切換控制電路121便控制僅綠模式調變電路1233運作。

於上述實施例中，若切換控制電路121獲得之導通電流等級、反饋電流等級、第二控制信號之頻寬等級及第二控制信號之頻率等級之組合，不符合啟動判斷表中之對應到啟動脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233之態樣，例如，導通電流為第一導通電流等級、反饋電流為第二反饋電流等級、第二控制信號之頻寬為第三頻寬等級，第二控制信號之頻率為第三頻率等級之組合，則切換控制電路121係啟動脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233之任一調變電路，其中切換控制電路121可根據使用需求而預先設置脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233於上述情況下啟動。

除以上揭示範例外，實際上可依實際需求對導通電流、反饋電流、以及第二控制信號之頻寬及頻率設定加權比重來設定啟動判斷表。如此一來，可依加總結果切換第二調變模組123之脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233進行運作。

此外，本案之切換控制電路121可為但不限於由編號UCC28610之IC所構成，而上述第一導通電流等級、第二導通電流等級及第三導通電流等級之不同導通電流等級所對應之實際電流範圍、第一反饋電流等級、第二反饋電流等級及第三反饋電流等級之不同反饋電流等級所對應之實際電流範圍、第一頻寬等級、第二頻寬等級及第三頻寬等級之不同頻寬等級所對應之實際頻寬範圍以及第一頻率等級、第二頻率等級及第三頻率等級之不同頻率等級所對應之實際頻率範圍，便可根據編號UCC28610之IC內之數據資料所設定，且該領域通常知識者應可根據設計之需求而適應性的調整不同等級所代表之實際參數範圍，於此不再贅述。

第7圖係為本案第二實施例之充電裝置之電路結構示意圖。如第7圖所示，本實施例之充電裝置1係相似於第1圖所示之充電裝置1，因此僅以相同符號代表連接關係與作動方式相似，而不再進行贅述，唯相較於第1圖所示之充電裝置1，本實施例之充電裝置1之第二調變模組123除了包含脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233外，更包含單電平調變電路1234，單電平調變電路1234係與開關電路111電連接，當第二調變模組123運作時，第二調變模組123除了可藉由脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233產生第二控制信號，亦可藉由單電平調變電路1234產生單電平信號之第二控制信號。

此外，於本實施例中，當切換控制電路121判斷充電裝置1目前的狀態為重載狀及輕載狀態時，充電裝置1之運作方式如前述第3圖至第6圖所示，於此不再贅述，然當切換控制電路121判斷充電裝置1目前的狀態為空載狀態時，切換控制電路121係關閉第一調變模組122以及關閉第二調變模組123中之脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233，並使單電平調變電路1234運作，並將藉由單電平調變電路1234運作時所產生之為單電平信號之第二控制信號SC2傳送至開關電路111，使第二控制信號SC2控制開關電路111之進行導通/截止切換運作。

第8圖係為第二控制信號由第7圖所示之單電平調變電路所產生時，第二控制信號的時序圖。如第8圖所示，由於單電平調變電路1234所產生之第二控制信號實際上為單電平之信號，因此當開關電路111接收到為單電平之信號時，便可維持於單一的狀態，例如，於t0至t1時段，開關電路111接收到單一電平為v1之第二控制信號時，進入導通狀態或於t1至t2時段，開關電路111接收到單一電平為0之第二控制信號時，進入截止狀態。因此相較於脈衝頻率調變電路1231所產生之脈衝頻率調變信號、振幅調變電路1232所產生之振幅調變信號或綠模式調變電路1233所產生之綠模式脈衝寬度調變信號實際上仍使開關電路111進行導通與截止之切換，由於單電平調變電路1234所產生之單電平信號在控制開關電路111時，開關電路111僅會維持在單一的狀態，因此開關電路111的電能損耗便相對少於由脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232或綠模式調變電路1233所控制時少，因此本實施例中，才於充電裝置1於空載狀態時，由第二調變模組122之單電平調變電路1234來輸出第二控制信號，藉此減少充電裝置1於空載狀態時的電能損耗。

第9圖係為應用於第1圖所示之充電裝置的控制方法的流程圖。如第9圖所示，首先，執行步驟S1，充電裝置1開始運作，以使交流/直流轉換電路11利用開關電路111因接收第一控制信號或第二控制信號之運作將交流電能AC-IN轉換成直流電能DC-OUT，且交流/直流轉換電路11產生與直流電能DC-OUT有對應關係之複數個參數信號。接著，執行步驟S2，切換控制電路121執行狀態控制模式，在狀態控制模式下，切換控制電路121係根據複數個參數信號，以及根據第一控制信號或第二控制信號判斷充電裝置1目前的狀是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態。接著，執行步驟S3，於判斷結果為重載狀態時，切換控制電路121控制第一調變模組122開始運作以及控制第二調變模組123關閉，而於判斷結果為輕載狀態或空載狀態時，切換控制電路121控制第一調變模組122關閉以及控制第二調變模組123開始運作。

另外，在步驟S1中，切換控制電路121係執行初始控制模式在該初始控制模式下，切換控制電路121係將充電裝置1目前的狀態預設為重載狀態、輕載狀態或空載狀態三者之其中之一，並於預設為重載狀態時，切換控制電路121控制第一調變模組122開始運作，於預設為輕載或空載狀態時，切換控制電路121控制第二調變模組123開始運作，藉此使交流/直流轉換電路11利用開關電路111之運作將交流電能AC-IN轉換成直流電能DC-OUT。

其中，在步驟S2中，當充電裝置1目前的狀態為重載狀態時，切換控制電路121依據導通電流、反饋電流以及第一控制信號之頻寬並參照第一狀態判斷表來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態。切換控制電路121判斷出導通電流位於第一導通電流等級、反饋電流位於第三反饋電流等級以及第一控制信號之頻寬位於第一頻寬等級時，切換控制電路121便判定充電裝置1目前的狀態仍為重載狀態。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第二導通電流等級、反饋電流位於第二反饋電流等級以及第一控制信號之頻寬位於第二頻寬等級時，切換控制電路121便判定充電裝置1目前的狀態已變更為輕載狀態。當導通電流位於第三導通電流等級、反饋電流位於第一反饋電流等級以及第一控制信號之頻寬位於第三頻寬等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態已變更為空載狀態。

此外，在步驟S2中，當充電裝置1目前的狀態為輕載狀態時，切換控制電路121依據導通電流、反饋電流、以及第二控制信號之頻率並參照第二狀態判斷表來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態。切換控制電路121判斷出導通電流位於第一導通電流等級、反饋電流位於第三反饋電流等級以及第二控制信號之頻率位於第一頻率等級時，切換控制電路121便判定充電裝置1目前的狀態已變更為重載狀態。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第二導通電流等級、反饋電流位於第二反饋電流等級以及第二控制信號之頻率位於第二頻率等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態仍為輕載狀態。當導通電流位於第三導通電流等級、反饋電流位於第一反饋電流等級以及第二控制信號之頻率位於第三頻率等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態已變更為空載狀態。

再者，在步驟S2中，當充電裝置1目前的狀態為空載狀態時，切換控制電路121依據導通電流、反饋電流、以及第二控制信號之頻寬及頻率並參照第三狀態判斷表來判斷充電裝置1目前的狀態是否已變更為重載狀態、輕載狀態或空載狀態。切換控制電路121判斷出導通電流位於第一導通電流等級、反饋電流位於第一反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第一頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第一頻率等級時，切換控制電路121便判定充電裝置1目前的狀態已變更為重載狀態。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第二導通電流等級、反饋電流位於第二反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第二頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第二頻率等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態已變更為輕載狀態。當導通電流位於第三導通電流等級、反饋電流位於第三反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第三頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第三頻率等級時，切換控制電路121判定充電裝置1目前的狀態仍為空載狀態。

又在步驟S3中，當充電裝置1目前的狀態為輕載狀態或空載狀態時，切換控制電路121依據導通電流、反饋電流以及第二控制信號之頻寬及頻率並參照啟動判斷表來啟動脈衝頻率調變電路1231、振幅調變電路1232及綠模式調變電路1233三者中對應的電路。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第一導通電流等級、反饋電流位於第一反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第一頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第一頻率等級時，切換控制電路121便控制僅脈衝頻率調變電路1231運作。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第二導通電流等級、反饋電流位於第二反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第二頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第二頻率等級時，切換控制電路121便控制僅振幅調變電路1232運作。當切換控制電路121判斷出導通電流位於第三導通電流等級、反饋電流位於第三反饋電流等級、第二控制信號之頻寬位於第三頻寬等級以及第二控制信號之頻率位於第三頻率等級時，切換控制電路121便控制僅綠模式調變電路1233運作。

綜上所述，本案係揭露一種充電裝置及其控制方法，該充電裝置之主控制器係具有第一調變模組以及第二調變模組，且由第二調變模組所控制之交流/直流轉換電路之開關電路在運作時所消耗之電能，係比透過第一調變模組控制時少，因此本案之充電裝置於重載狀態時，係透過第一調變模組控制開關電路的運作，而充電裝置於輕載狀態或空載狀態時，則改由第二調變模組控制開關電路的運作，如此一來，便可減少充電裝置在輕載狀態及空載狀態時的電能損耗。

1‧‧‧充電裝置
11‧‧‧交流/直流轉換電路
12‧‧‧主控制器
111‧‧‧開關電路
112‧‧‧整流電路
113‧‧‧直流/直流轉換電路
114‧‧‧回授電路
121‧‧‧切換控制電路
122‧‧‧第一調變模組
123‧‧‧第二調變模組
1221‧‧‧脈衝寬度調變電路
1231‧‧‧脈衝頻率調變電路
1232‧‧‧振幅調變電路
1233‧‧‧綠模式調變電路
1234‧‧‧單電平調變電路
AC-IN‧‧‧交流電能
DC-OUT‧‧‧直流電能
a‧‧‧第一控制端
b‧‧‧第一導接端
c‧‧‧第二導接端
S1-S3‧‧‧控制方法的流程步驟

第1圖係為本案第一實施例之充電裝置的電路結構示意圖。第2圖係為第1圖所示之充電裝置之細部電路結構示意圖。第3圖係為充電裝置目前的狀態係為重載狀態時，切換控制電路內之第一狀態判斷表之示意圖。第4圖係為充電裝置目前的狀態係為輕載狀態時，切換控制電路內之第二狀態判斷表之示意圖。第5圖係為充電裝置目前的狀態係為空載狀態時，切換控制電路內之第三狀態判斷表之示意圖。第6圖係為第1圖所示之切換控制電路實際上所儲存之啟動判斷表的示意圖。第7圖係為本案第二實施例之充電裝置之電路結構示意圖。第8圖係為第二控制信號由第7圖所示之單電平調變電路所產生時，第二控制信號的時序圖。第9圖係為應用於第一圖所示之充電裝置的控制方法的第流程圖。

Claims

一種充電裝置，係包含：一交流/直流轉換電路，具有一開關電路，該交流/直流轉換電路利用該開關電路之運作將一交流電能轉換成一直流電能，且該交流/直流轉換電路於運作時係產生與該直流電能有對應關係之複數個參數信號；一主控制器，係與該交流/直流轉換電路電連接，用以控制該交流/直流轉換電路之運作，且包含一切換控制電路、一第一調變模組及一第二調變模組，該第一調變模組於運作時輸出用來控制該開關電路運作之一第一控制信號，該第二調變模組於運作時輸出用來控制該開關電路運作之一第二控制信號，該切換控制電路係電連接於該開關電路與該第一調變模組之間及該開關電路與該第二調變模組之間，並控制該第一調變模組及該第二調變模組是否運作，以將該第一控制信號或該第二控制信號傳送至該開關電路，其中透過該第二控制信號所控制之該開關電路於運作時所產生之電能損耗係比透過該第一控制信號所控制時少；其中該切換控制電路係設有一狀態控制模式，在該狀態控制模式下，該切換控制電路係根據該複數個參數信號及根據該第一控制信號或該第二控制信號判斷該充電裝置目前的狀是否已變更為一重載狀態、一輕載狀態或一空載狀態，並於判斷結果為該重載狀態時，控制該第一調變模組開始運作以及控制該第二調變模組關閉，於判斷結果為該輕載或該空載狀態時，控制該第一調變模組關閉以及控制該第二調變模組開始運作。
如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中該切換控制電路係設有一初始控制模式，係於該充電裝置開始啟動時執行，於該初始控制模式下，該切換控制電路係將該充電裝置目前的狀態預設為該重載狀態、該輕載狀態或該空載狀態三者之其中之一，並於預設為該重載狀態時，該切換控制電路控制該第一調變模組開始運作並輸出該第一控制信號，該切換控制電路根據該第一控制信號獲得該第一控制信號之頻寬及頻率，於預設為該輕載或空載狀態時，該切換控制電路控制該第二調變模組開始運作並輸出該第二控制信號，該切換控制電路根據該第二控制信號獲得該第二控制信號之頻寬及頻率。
如申請專利範圍第2項所述之充電裝置，其中該開關電路係為一電晶體，該電晶體具有一第一控制端、一第一導接端以及一第二導接端，該第一控制端係與該切換控制電路電連接，用以接收該第一控制信號或該第二控制信號，使該第一導接端以及該第二導接端之間的路徑進行導通或截止之切換，其中當該第一導接端以及該第二導接端之間的路徑為導通時，該第一導接端以及該第二導接端之間係存在一導通電流流過。
如申請專利範圍第3項所述之充電裝置，其中該交流/直流轉換電路更具有一回授電路，該回授電路係與該切換控制電路及該交流/直流轉換電路電連接，該回授電路於該交流/直流轉換電路輸出該直流電能時，係產生與該直流電能有對應關係之一反饋電流至該切換控制電路。
如申請專利範圍第4項所述之充電裝置，其中該複數個參數信號包含該導通電流及該反饋電流。
如申請專利範圍第5項所述之充電裝置，其中於該狀態控制模式下且該充電裝置目前的狀態為該重載狀態時，該切換控制電路依據該導通電流、該反饋電流以及該第一控制信號之頻寬並參照該切換控制電路預先儲存之一第一狀態判斷表來判斷該充電裝置目前的狀態是否已變更為該重載狀態、該輕載狀態或該空載狀態，當該充電裝置目前的狀態為該輕載狀態時，該切換控制電路依據該導通電流、該反饋電流以及該第二控制信號之頻率並參照該切換控制電路預先儲存之一第二狀態判斷表來判斷該充電裝置目前的狀態是否已變更為該重載狀態、該輕載狀態或該空載狀態，當該充電裝置目前的狀態為該空載狀態時，該切換控制電路依據該導通電流、該反饋電流以及該第二控制信號之頻寬及頻率並參照該切換控制電路預先儲存之一第三狀態判斷表來判斷該充電裝置目前的狀態是否已變更為該重載狀態、該輕載狀態或該空載狀態。
如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中於該第一狀態判斷表，係根據該導通電流之電流的大小、該反饋電流之電流的大小及該第一控制信號之頻寬的大小建立，以判定該充電裝置目前的狀態為該重載狀態、該輕載狀態或該空載狀態。
如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中於該第二狀態判斷表中，係根據該導通電流之電流的大小、該反饋電流之電流的大小及該第二控制信號之頻率的高低建立，以判定該充電裝置目前的狀態為該重載狀態、該輕載狀態或該空載狀態。
如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中於該第三狀態判斷表中，係根據該導通電流之電流的大小、該反饋電流之電流的大小及該第二控制信號之頻寬的大小建立，以判定該充電裝置目前的狀態為該重載狀態、該輕載狀態或該空載狀態。
如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中該第一調變模組包含一脈衝寬度調變電路，係與該切換控制電路電連接，用以產生為脈衝寬度調變信號之該第一控制信號。
如申請專利範圍第6項所述之充電裝置，其中該第二調變模組包含一脈衝頻率調變電路、一振幅調變電路以及一綠模式調變電路，係分別與該切換控制電路電連接，該脈衝頻率調變電路可產出一脈衝頻率調變信號、該振幅調變電路可產出一振幅調變信號、該綠模式調變電路可產出一綠模式脈衝寬度調變信號，其中該第二控制信號包括該脈衝頻率調變信號、該振幅調變信號或該綠模式脈衝寬度調變信號。
如申請專利範圍第11項所述之充電裝置，其中當該充電裝置之目前的狀態為該輕載狀態或該空載狀態時，該切換控制電路根據該導通電流、該反饋電流以及該第二控制信號之頻寬及頻率，並參照該切換控制電路預先儲存之一啟動判斷表，更新該第二控制信號。
如申請專利範圍第12項所述之充電裝置，其中於該啟動判斷表中，係根據該導通電流之電流的大小、該反饋電流之電流的大小、該第二控制信號之頻寬的大小及該第二控制信號之頻率的高低建立，控制該切換控制電路啟動該脈衝調變電路、該振幅調變電路或該綠模式調變電路。
如申請專利範圍第11項所述之充電裝置，其中該第二調變模組更包含一單電平調變電路用以產生一單電平調變信號，係與該切換控制電路電連接，該第二控制信號更包含該單電平調變信號，其中，該充電裝置之目前的狀態為空載狀態時，該切換控制電路係控制該單電平調變電路啟動而產生為該單電平信號。
一種控制方法，適用於一充電裝置，該充電裝置包含一交流/直流轉換電路及一主控制器，該交流/直流轉換電路更包含一開關電路，該主控制器係與該交流/直流轉換電路電連接，且包含一切換控制電路、一第一調變模組及一第二調變模組，該第一調變模組於運作時輸出用來控制該開關電路運作之一第一控制信號，該第二調變模組於運作時輸出用來控制該開關電路運作之一第二控制信號，該切換控制電路係電連接於該開關電路與該第一調變模組之間及該開關電路與該第二調變模組之間，並控制該第一調變模組及該第二調變模組是否運作，以將該第一控制信號或該第二控制信號傳送至該開關電路，其中透過該第二控制信號所控制之該開關電路於運作時所產生之電能損耗係比透過該第一控制信號所控制時少，該控制方法包含步驟： (a) 該充電裝置開始運作，以使該交流/直流轉換電路利用因接收該第一控制信號或該第二控制信號而進行運作之該開關電路將一交流電能轉換成一直流電能，且該交流/直流轉換電路產生與該直流電能有對應關係之複數個參數信號； (b) 該切換控制電路執行一狀態控制模式，在該狀態控制模式下，該切換控制電路係根據該複數個參數信號及根據該第一控制信號或該第二控制信號判斷該充電裝置目前的狀是否已變更為一重載狀態、一輕載狀態或一空載狀態；以及 (c) 於判斷結果為該重載狀態時，該切換控制電路控制該第一調變模組開始運作以及控制該第二調變模組關閉，於判斷結果為該輕載或該空載狀態時，該切換控制電路控制該第一調變模組關閉以及控制該第二調變模組開始運作。