TW201828557A - 雙向充放電電路架構 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種雙向充放電電路架構，在主系統或次系統之連接狀態下，可以控制電池模組之放電順序，且等待放電的電池模組不會被充電。在電源適配器的瓦數足夠的情形下，主系統電池模組及次系統電池模組可同時被充電。

Description

雙向充放電電路架構
本發明係關於一種雙向充放電電路架構，且更具體而言，係關於一種利用USB Type-C的供電機制達成主系統(Main system)及擴充底座系統(Dock system)之間避免互相充電的雙向充放電電路架構。
一般而言，變形筆電或變形平板電腦可分為二個部分，即是主系統(Main system)及擴充底座系統(Dock system)。因此，急需一種能透過單一 Type-C USB 連接器做為主系統與擴充底座系統做結合的連接器，以在充電模式(AC Mode)時充電器可以對主系統電池和擴充底座端電池充電並對此二系統供電，而在電池放電模式(DC Mode)時可以透過 Type-C USB 讓主系統電池和擴充底座端電池對此二系統供電，並且在電池供電模式下不讓主系統電池與擴充底座端電池互相充電。
以下呈現一或多個實施例之簡化概要以提供對本技術的基本理解。此概要非為本技術之所有設想實施例之詳盡綜述，且意圖既不辨別所有示例之關鍵或重要元件也不劃定本技術之任一或所有態樣之範圍。唯一的目的是用簡化的方式呈現一個或多個示例的一些概念，作為以下呈現之更加詳細的敘述之前導。
本發明之目的在於提供一種雙向充放電電路架構，包含主系統及次系統。主系統包含主系統電路、第一充放電電路、主系統電池模組、第一USB type-C連接器、第一電源轉換器及第一比較器電路。主系統電路具有主系統受電端。第一充放電電路具有第一供電端、第一受電端、第一控制端及第一充放電端，第一供電端係連接於主系統受電端。主系統電池模組連接於第一充放電端。第一USB type-C連接器透過第一電源傳輸控制器電路連接於第一受電端。第一電源轉換器，具有第一端及第二端，第一端連接於第一供電端，第二端連接於第一電源傳輸控制器(Power Delivery Controller)電路。第一比較器電路連接於第一受電端及第一控制端之間。次系統包含次系統電路、第二充放電電路、次系統電池模組、第二USB type-C連接器、第三USB type-C連接器、第二電源轉換器及第二比較器電路。次系統電路具有次系統受電端。第二充放電電路具有第二供電端、第二受電端、第二控制端及第二充放電端，第二供電端連接於次系統受電端。次系統電池模組連接於第二充放電端。第二USB type-C連接器透過第二電源傳輸控制器電路連接於第二受電端。第三USB type-C連接器透過第三電源傳輸控制器電路連接於第二受電端。第二電源轉換器具有第三端及第四端，第三端連接於第二供電端，第四端連接於第二電源傳輸控制器電路。第二比較器電路連接於第二受電端及第二控制端之間。其中，第一USB type-C連接器為可選擇的連接於第二USB type-C連接器。
在一些實施例中，在主系統電池放電模式下，第一USB type-C連接器不連接於第二USB type-C連接器，主系統電池模組供電給第一充放電電路，第一充放電電路產生主系統供應電壓以驅動主系統電路。
在一些實施例中，在主系統電池充電模式下，第一USB type-C連接器不連接於第二USB type-C連接器，當第一USB type-C連接器連接於電壓源之電源適配器，第一比較器電路偵測第一受電端之電壓是否大於第一電壓，若是，則控制第一充放電電路對主系統電池模組充電，且對主系統電路供電。
在一些實施例中，在次系統電池放電模式下，次系統電池模組供電給第二充放電電路，第二充放電電路產生次系統供應電壓以驅動次系統電路。
在一些實施例中，在次系統電池充電模式下，第一USB type-C連接器不連接於第二USB type-C連接器，當第三USB type-C連接器連接於電壓源之電源適配器，第二比較器電路偵測第二受電端之電壓是否大於第一電壓，若是，則控制第二充放電電路對次系統電池模組充電，且對次系統電路供電。
在一些實施例中，第一USB type-C連接器連接於第二USB type-C連接器，第一電源傳輸控制器電路與第二電源傳輸控制器電路溝通並分別配置為受電端及送電端。
在一些實施例中，在連接狀態次系統電池放電模式下，次系統電池模組對次系統電路及第二電源轉換器供電，第二比較器電路偵測第二受電端之電壓小於第一電壓，控制第二充放電電路對次系統電路供電，並控制第二電源轉換器提供小於第一電壓之第二電壓至第二USB type-C連接器，並經由第一電源傳輸控制器電路供電至第一受電端，第一比較器偵測第一受電端之電壓小於第一電壓，經配置以控制第一充放電電路對主系統電路供電。
在一些實施例中，在連接狀態主系統電池放電模式下，第一電源傳輸控制器電路配置為送電端，第二電源傳輸控制器電路配置為受電端，主系統電池模組對主系統電路及第一電源轉換器供電，第一比較器電路偵測第一受電端之電壓小於第一電壓，控制第一充放電電路對主系統電路供電，並控制第一電源轉換器提供小於第一電壓之第二電壓至第一USB type-C連接器，並經由第二電源傳輸控制器電路供電至第二受電端，第二比較器電路偵測第二受電端之電壓小於第一電壓，經配置以控制第二充放電電路對次系統電路供電。
在一些實施例中，在連接狀態充電模式下，第一USB type-C連接器連接於第二USB type-C連接器，且第三USB type-C連接器連接於一電壓源之一電源適配器，第二比較器電路偵測第二受電端之電壓是否大於一第一電壓，若是，則控制第二充放電電路對次系統電池模組充電，且對次系統電路供電，並控制第二電源轉換器提供大於第一電壓之一第三電壓至第二USB type-C連接器，並經由第一電源傳輸控制器電路供電至第一受電端，第一比較器電路偵測第一受電端之電壓大於第一電壓，經配置以控制第一充放電電路對主系統電路供電，且對主系統電池模組充電。
在一些實施例中，第一電源傳輸控制器電路及第二電源傳輸控制器電路各包含至少二開關裝置及雙重用途埠（Dual Role Port, DRP）型電源傳輸控制器，且第三電源傳輸控制器電路包含至少一開關裝置及上行資料流程埠（Upstream-Facing Port, UFP）型電源傳輸控制器。
根據本發明所提供之雙向充放電電路架構，其具有以下優點：
1. 使用 USB Type-C 連接器連接主系統與次系統，不用再客製新的連接器以降低成本。
2. 此雙向充放電電路架構在連接狀態之主系統或次系統電池放電模式下可以控制電池放電順序，且等待放電的電池不會被充電。
3. 此雙向充放電電路架構在電池充電模式下，在 電源適配器的瓦數足夠的情形下，主系統電池模組及次系統電池模組可同時被充電。在 電源適配器瓦數不足的狀態，主系統電池模組被充電之優先權高於次系統電池模組。
本發明提供一種雙向充放電電路架構。本發明技術的各種態樣將參考圖示描述。為了清楚說明，以下的敘述將描述許多具體細節以提供對一個或多個態樣之透徹理解。然而，很明顯地，在無此些具體的細節的情況下，仍可實踐本技術。在其他情況下，已知結構和裝置以方塊圖的形式呈現，以利於這些態樣的描述。
請參考第1圖，其為根據本發明的雙向充放電電路架構的第一實施例繪示之電路布局圖。如圖所示，提供一種雙向充放電電路架構1，包含主系統100及次系統200。主系統100包含主系統電路MS、第一充放電電路CH1、主系統電池模組BT1、第一USB type-C連接器TYPEC_CON1、第一電源轉換器CON1及第一比較器電路COMP1。
主系統電路MS具有主系統受電端MS_IN。第一充放電電路CH1具有第一供電端CH1_OUT、第一受電端CH1_IN、第一控制端CH1_2及第一充放電端CH1_1，第一供電端CH1_OUT連接於主系統受電端MS_IN。主系統電池模組BT1連接於第一充放電端CH1_1。第一USB type-C連接器TYPEC_CON1透過第一電源傳輸控制器電路PDCI連接於第一受電端CH1_IN。其中，得益於 USB Type-C 介面的大功率特性，可實現快速充電以及為筆記型電腦、監視器、電視機等更大的設備供電。USB Type-C電纜包含配置通道（Configuration Channel, CC），可用於發現、配置和管理 USB Type-C 的先進供電（ Power Delivery）功能，為外設或移動設備實現高達100W 的供電能力。除了最新的 USB 標準中定義的「上行資料流程埠（Upstream-Facing Port, UFP）」 及「下行資料流程埠（Downstream-Facing Port, DFP）」，USB Type-C 規範還定義了「 雙重用途埠（ Dual Role Port, DRP）」。這種新型的 USB 資料埠亦能夠作為 DFP 或 UFP 兩者中任一個進行工作。DRP 可被永久地配置為 DFP 或 UFP，也能在這兩種埠間動態切換。
續言之，第一電源轉換器CON1具有第一端C1及第二端C2，第一端C1連接於第一供電端CH1_OUT，第二端C2連接於第一電源傳輸控制器(Power Delivery Controller)電路PDCI(第一轉換電壓VC1)。第一比較器電路COMP1連接於第一受電端CH1_IN及第一控制端CH1_2之間。
次系統200包含次系統電路BS、第二充放電電路CH2、次系統電池模組BT2、第二USB type-C連接器TYPEC_CON2、第三USB type-C連接器TYPEC_CON3、第二電源轉換器CON2及第二比較器電路COMP2。此處，主系統100及次系統200可分別為變形筆電或變形平板電腦之主系統(Main system)及擴充底座系統(Dock system)。一般而言，擴充底座系統可具有鍵盤、觸控版、擴充連接埠及電源電接埠，並可配置有一或多個處理器進行擴充底座系統的電源管理及訊號處理。在附圖中，為了方便說明，各電路以方塊圖方式呈現，但不排除各電路中具有實現所對應功能之硬體、軟體、韌體及電路元件。
次系統電路BS具有次系統受電端BS_IN。第二充放電電路CH2具有第二供電端CH2_OUT、第二受電端CH2_IN、第二控制端CH2_2及第二充放電端CH2_1，第二供電端CH2_OUT連接於次系統受電端BS_IN。次系統電池模組BT2連接於第二充放電端CH2_1。其中，主系統電池模組BT1及次系統電池模組BT2電池串接數目為 1 串到 4 串。
第二USB type-C連接器TYPEC_CON2透過第二電源傳輸控制器電路PDCII連接於第二受電端CH2_IN。第三USB type-C連接器TYPEC_CON3透過第三電源傳輸控制器電路PDCIII連接於第二受電端CH2_IN。第二電源轉換器CON2具有第三端C3及第四端C4，第三端C3連接於第二供電端CH2_OUT，第四端C4連接於第二電源傳輸控制器電路PDCII(第二轉換電壓VC2)。第二比較器電路COMP2連接於第二受電端CH2_IN及第二控制端CH2_2之間。其中，第一USB type-C連接器TYPEC_CON1為可選擇的連接於第二USB type-C連接器TYPEC_CON2。舉例而言，第一USB type-C連接器TYPEC_CON1及第三USB type-C連接器TYPEC_CON3可為母端接頭，而第二USB type-C連接器TYPEC_CON2可為公端接頭，針對使用者習慣，主系統100可為獨立使用、連接於電源適配器進行充電、與次系統200連接使用以利用次系統電池模組BT2進行供電、或與次系統200連接狀態下，以第三USB type-C連接器TYPEC_CON3連接電源適配器對主系統電池模組BT1及次系統電池模組BT2進行充電。第二USB type-C連接器TYPEC_CON2可為母端接頭，但不限於此。
為了更詳細說明本發明的雙向充放電電路架構，請參考第2圖，其為根據本發明的雙向充放電電路架構的第二實施例繪示之電路布局圖。其中更詳細了示出了第一電源傳輸控制器電路PDCI、第二電源傳輸控制器電路PDCII及第三電源傳輸控制器電路PDCIII之細節。如圖所示，第一電源傳輸控制器電路PDCI及第二電源傳輸控制器電路PDCII各包含至少二開關裝置及雙重用途埠（Dual Role Port, DRP）型電源傳輸控制器，且第三電源傳輸控制器電路PDCIII包含至少一開關裝置及上行資料流程埠（ Upstream-Facing Port, UFP）型電源傳輸控制器。
詳細來說，第一電源傳輸控制器電路PDCI包含第一電源傳輸控制器PDC1、第一開關SW1及第二開關SW2。第一開關SW1連接於第一受電端CH1_IN及第一USB type-C連接器TYPEC_CON1之間，且第一開關SW1之控制端連接於第一電源傳輸控制器PDC1，第二開關SW2連接於第一USB type-C連接器TYPEC_CON1及第一電源傳輸控制器PDC1之間，並經配置以被第一電源傳輸控制器PDC1所控制，以允許或禁止第一電源轉換器CON1所提供具有第一轉換電壓VC1之電流通過。
另一方面，第二電源傳輸控制器電路PDCII包含第二電源傳輸控制器PDC2、第二二極體D2、第三開關SW3及第四開關SW4。其中，第三開關SW3經由第二二極體D2連接於第二受電端CH2_IN，並連接於第二USB type-C連接器TYPEC_CON2，且第三開關SW3之控制端連接於第二電源傳輸控制器PDC2。第四開關SW4連接於第二USB type-C連接器TYPEC_CON2及第二電源傳輸控制器PDC2之間，並經配置以被第二電源傳輸控制器PDC2所控制，以允許或禁止第二電源轉換器CON2所提供具有第二轉換電壓VC2之電流通過。
再者，第三電源傳輸控制器電路PDCIII包含第五開關SW5、第三電源傳輸控制器PDC3及第一二極體D1。其中，第五開關SW5之一端經由第一二極體D1連接於第二受電端CH2_IN，另一端連接於第三USB type-C連接器TYPEC_CON3。第五開關SW5之控制端連接於第三電源傳輸控制器PDC3，並經配置以被第三電源傳輸控制器PDC3所控制，以允許或禁止第三USB type-C連接器TYPEC_CON3所提供之電流通過。
接著，本發明將在第2圖的基礎上，說明本發明的雙向充放電電路架構的多個工作模式。如主系統電池放電模式、主系統電池充電模式、次系統電池放電模式、次系統電池充電模式、連接狀態次系統電池放電模式、連接狀態主系統電池放電模式及連接狀態充電模式。
請參考第3圖，其為根據本發明的主系統電池放電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。此圖中繪示了只有主系統100在電池放電模式下(Main system only at DC Mode)工作原理，在主系統電池放電模式下，第一USB type-C連接器TYPEC_CON1不連接於第二USB type-C連接器TYPEC_CON2，主系統電池模組BT1供電給第一充放電電路CH1，第一充放電電路CH1產生主系統供應電壓以驅動主系統電路MS。在此模式下，主系統電池模組BT1會供電給主系統電路MS，並透過第一電壓轉換器CON1產生第一轉換電壓VC1，主系統電池模組BT1的供電路徑會如第3圖所示的虛線。此時，第一轉換電壓VC1較佳的可為17V(其此模式下尚無作用，詳下述)，但不限於此。於此模式下，由於第一電源傳輸控制器PDC1偵測到第一USB type-C連接器TYPEC_CON1並未連接任何連接器、電源適配器ADP或外部裝置，故第一開關SW1為關閉狀態(OFF)。
請參考第4圖，其為根據本發明的主系統電池充電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。在主系統電池充電模式下，第一USB type-C連接器TYPEC_CON1不連接於第二USB type-C連接器TYPEC_CON2，而是連接於電壓源PWR之電源適配器ADP。當第一電源傳輸控制器PDC1偵測此連接狀態(第一USB type-C連接器TYPEC_CON1與電源適配器ADP)，即將第一開關SW1切換為開啟狀態(ON)或導通狀態。
第一比較器電路COMP1用以偵測第一受電端CH1_IN之電壓是否大於第一電壓(第一電壓可以被彈性調整，例如為18V)，若是，則致能(Enable)第一充放電電路CH1對主系統電池模組BT1充電，且對主系統電路MS供電。若否，即第一受電端CH1_IN之電壓小於18V，則除能(Disable)第一充放電電路CH1的充電功能，而不會對主系統電池模組BT1充電。
詳細而言，如第4圖中虛線所示，將電源適配器ADP插入第一USB type-C連接器TYPEC_CON1，第一開關SW1切換為導通狀態，電源適配器ADP即可供電給主系統100，並透過第一電壓轉換器CON1產生一個17V的第一轉換電壓VC1(其此模式下尚無作用，詳下述)。若插入電源適配器ADP電壓為20V，第一開關SW1導通將使第一受電端CH1_IN之電壓大於18V，進而對主系統電路MS與主系統電池模組BT1進行上述的供電。如此，即便在電壓源PWR的電壓不足的情況下(小於18V)，雖無法對主系統電池模組BT1充電，但仍可使主系統電路MS正常運作。
請參考第5圖，其為根據本發明的次系統電池放電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。在次系統電池放電模式下，第一USB type-C連接器TYPEC_CON1不連接於第二USB type-C連接器TYPEC_CON2。次系統電池模組BT2供電給第二充放電電路CH2，第二充放電電路CH2產生次系統供應電壓，以驅動次系統電路BS。在此模式下，次系統電池模組BT2會供電給次系統200，並透過第二電壓轉換器CON2產生一個17V的第二轉換電壓VC2(詳下述)。次系統電池模組BT2的供電路徑會如第5圖虛線所示。
請參考第6圖，其為根據本發明的次系統電池充電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。在次系統電池充電模式下，第一USB type-C連接器TYPEC_CON1不連接於第二USB type-C連接器TYPEC_CON2，而第三USB type-C連接器TYPEC_CON3連接於電壓源PWR之電源適配器ADP，此時第三電源傳輸控制器PDC3偵測此連接狀態，而將第四開關SW4切換為開啟狀態(ON)或導通狀態。
第二比較器電路COMP2用以偵測第二受電端CH2_IN之電壓是否大於第一電壓(例如為18V)，若是，則致能第二充放電電路CH2對次系統電池模組BT2充電，且對次系統電路BS供電，此時，第二電壓轉換器CON2的第二轉換電壓VC2為 20V。相反的，如果第二比較器電路COMP2偵測第二受電端CH2_IN之電壓小於 18V ，則第二比較器電路COMP2就除能(Disable) 第二充放電電路CH2的充電功能，而不會對次系統電池模組BT2充電。此時，第二電壓轉換器CON2的第二轉換電壓為 17V。換句話說，第二電壓轉換器CON2的第二轉換電壓VC2將根據第二比較器電路COMP2的比較結果而將第二轉換電壓輸出為20V或 17V。
更詳細來說，如第6圖中虛線所示，假設插入電壓源PWR為 20V的電源適配器ADP，第四開關SW4導通，此時第二受電端CH2_IN之電壓大於 18V，進而對次系統電路BS與次系統電池模組BT2進行上述的供電狀況。如此，即便在電壓源PWR的電壓不足的情況下(小於18V)，雖無法對次系統電池模組BT2充電，但仍可使次系統電路BS正常運作。
請一併參考第7圖及第8圖，其分別為根據本發明的連接狀態次系統電池放電模式及連接狀態主系統電池放電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。在連接狀態次系統電池放電模式下，第一type-C連接器TYPEC_CON1和第二type-C連接器TYPEC_CON2彼此互接，首先須說明的是，起始時， 第二電源傳輸控制器PDC2扮演送電端(Source end)，第一電源傳輸控制器PDC1扮演受電端(Sink end)。其中，送電端(Source end)做為UFP，其能夠利用USB Type-C 提供的更高功率供電，此時需要發起一個供電協議申請，受電端(Sink end)作為DFP，同意該供電申請或者給出它所能提供的供電功率。一旦協商成功，供電協議也就相應地成立。
此時，次系統電池模組BT2對次系統電路BS及第二電源轉換器CON2供電，若第二比較器電路COMP2偵測第二受電端CH2_IN之電壓小於第一電壓(例如18V)，則控制第二電源轉換器CON2提供小於第一電壓之第二電壓(例如17V)至第二USB type-C連接器TYPEC_CON2，並依序透過第四開關SW4、第二type-C連接器TYPEC_CON2、第一type-C連接器TYPEC_CON1、第一開關SW1及第一充放電電路CH1之路徑供電至第一受電端CH1_IN。此時，第一比較器COMP1偵測到第一受電端CH1_IN之電壓(約17V)小於第一電壓(18V)，經配置以控制第一充放電電路CH1對主系統電路MS供電(請參考第4圖之說明)，且 無法對次系統電池模組BT2充電。次系統電池模組BT2的放電路徑會如第7圖虛線所示。
一旦次系統電池模組BT2持續放電至小於預先設定的電容量，將進入連接狀態主系統電池放電模式。第二充放電電路CH2可藉由偵測次系統電池模組BT2之電壓大小，並傳輸訊號給第二電源傳輸控制器PDC2，讓第二電源傳輸控制器PDC2轉換成受電端(Sink end)，第二電源傳輸控制器PDC2通知第一電源傳輸控制器PDC1轉換成送電端(source end)。
轉換完畢後，主系統電池模組BT1將會開始供電給主系統電路MS及第一電壓轉換器CON1，第一電壓轉換器CON1產生一個 17V 的第一轉換電壓VC2，並依據透過第二開關SW2(根據供電協議申請而由第一電源傳輸控制器PDC1開啟)、第一USB Type-C連接器TYPEC_CON1、第二USB Type-C連接器TYPEC_CON2、第三開關SW3(由第二電源傳輸控制器PDC2開啟)、第二二極體D2以及第二充放電電路CH2之路徑供電給次系統電路BS，如虛線所示。此時第二比較器電路COMP2偵測到第二受電端CH2_IN之電壓(約17V)亦小於 18V，因此次系統電池模組BT2不會被充電。主系統電池模組BT1的放電路徑會如第8圖虛線所示。
根據上述第一比較器電路COMP1及第二比較器電路COMP2之判斷條件，以及搭配上第一電源傳輸控制器PDC1及第二電源傳輸控制器PDC2的傳輸機制，可達成電池放電模式下，主系統電池模組BT1及次系統電池模組BT2不會互相充電，且可以控制主系統電池模組BT1及次系統電池模組BT2的放電順序。
請參考第9圖，其為根據本發明的連接狀態充電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。在連接狀態充電模式下，第一USB Type-C連接器TYPEC_CON1連接於第二USB type-C連接器TYPEC_CON2，且第三USB type-C連接器TYPEC_CON3連接於電壓源PWR之電源適配器ADP，第二比較器電路COMP偵測第二受電端CH2_IN之電壓是否大於第一電壓，若是，則控制第二充放電電路CH2對次系統電池模組BT2充電，且對次系統電路BS供電，並控制第二電源轉換器CON2提供大於第一電壓之第三電壓至第二USB type-C連接器TYPEC_CON2，並經由第一開關SW1供電至第一受電端CH1_IN，第一比較器電路COMP1偵測第一受電端CH1_IN之電壓大於第一電壓，經配置以控制第一充放電電路CH1對主系統電路MS供電，且對主系統電池模組BT1充電。
詳細來說，當提供電壓20V的電源適配器ADP 插入第三USB type-C連接器TYPEC_CON3後，因為第二受電端CH2_IN之電壓大於 18V，第二充放電電路CH2的充電功能會被致能，讓次系統電池模組BT2被充電。第二電壓轉換器會產生一個20V(第三電壓) 的第二轉換電壓VC2，並依據經過第四開關SW4、第二USB type-C連接器TYPEC_CON2、第一USB Type-C連接器TYPEC_CON1、第一開關SW1以及第一充放電電路CH1之路徑供電給主系統電路MS。此時第一比較器電路COMP1偵測到第一受電端CH1_IN之電壓(20V)亦大於 18V，第一充放電電路CH1的充電功能會被致能，讓主系統電池模組BT1被充電。電源適配器ADP對主系統電池模組BT1、次系統電池模組BT2、主系統電路MS、次系統電路BS的供電路徑會如第9圖虛線所示。
綜上所述，本發明之雙向充放電電路架構採用 Type-C USB 具有雙重用途埠(DRP)的第一電源傳輸控制器PDC1及第二電源傳輸控制器PDC2當成主系統100與次系統200的連接介面，因此不需要客制新的連接器使兩個系統互連。 DRP 的電源傳輸控制器可以讓Type-C USB可作為送電端或受電端，以控制主系統電池模組BT1及次系統電池模組BT2的放電順序。
第一比較器電路COMP1及第二比較器電路COMP2之判斷條件，以及搭配上第一電源傳輸控制器PDC1及第二電源傳輸控制器PDC2的傳輸機制，可達成電池放電模式下，主系統電池模組BT1及次系統電池模組BT2不會互相充電，亦可以控制主系統電池模組BT1及次系統電池模組BT2的放電順序。在充電模式下，如果電源適配器ADP有足夠的瓦數供電，則主系統電池模組BT1及次系統電池模組BT2可以同時被充電。若電源適配器ADP沒有足夠的瓦數供電，可以透過第一充放電模組CH1和第二充放電模組CH2的動態電源管理設定可以做到優先對主系統電池模組BT1再對次系統電池模組BT2 充電。
根據本發明所提供之雙向充放電電路架構，其具有以下優點：
1. 使用 USB Type-C 連接器連接主系統與次系統，不用再客製新的連接器以降低成本。
2. 此雙向充放電電路架構在連接狀態之主系統或次系統電池放電模式下可以控制電池放電順序，且等待放電的電池不會被充電。
3. 此雙向充放電電路架構在電池充電模式下，在電源適配器的瓦數足夠的情形下，主系統電池模組及次系統電池模組可同時被充電。在 電源適配器瓦數不足的狀態，主系統電池模組被充電之優先權高於次系統電池模組。
提供本發明之以上描述以使本領域中具有通常知識者能夠製作或使用本發明。本領域中具有通常知識者將可輕易地明白對於本發明之各種修改，而本文中定義之一般原則亦可用於其他變形而不脫離本發明之範圍。因此，本發明不只限於本文所述之示例及設計，而應賦予與本文所述原則和新特徵一致之最廣範圍。
1‧‧‧雙向充放電電路架構
100‧‧‧主系統
MS‧‧‧主系統電路
MS_IN‧‧‧主系統受電端
CH1‧‧‧第一充放電電路
CH1_OUT‧‧‧第一供電端
CH1_IN‧‧‧第一受電端
CH1_2‧‧‧第一控制端
CH1_1‧‧‧第一充放電端
BT1‧‧‧主系統電池模組
TYPEC_CON1‧‧‧第一USB type-C連接器
CON1‧‧‧第一電源轉換器
C1‧‧‧第一端
C2‧‧‧第二端
COMP1‧‧‧第一比較器電路
PDCI‧‧‧第一電源傳輸控制器電路
PDC1‧‧‧第一電源傳輸控制器
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
200‧‧‧次系統
BS‧‧‧次系統電路
BS_IN‧‧‧次系統受電端
CH2‧‧‧第二充放電電路
CH2_OUT‧‧‧第二供電端
CH2_IN‧‧‧第二受電端
CH2_2‧‧‧第二控制端
CH2_1‧‧‧第二充放電端
BT2‧‧‧次系統電池模組
TYPEC_CON2‧‧‧第二USB type-C連接器
TYPEC_CON3‧‧‧第三USB type-C連接器
CON2‧‧‧第二電源轉換器
C3‧‧‧第三端
C4‧‧‧第四端
COMP2‧‧‧第二比較器電路
PDCII‧‧‧第二電源傳輸控制器電路
PDC2‧‧‧第二電源傳輸控制器
D2‧‧‧第二二極體
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
PDCIII‧‧‧第三電源傳輸控制器電路
PDC3‧‧‧第三電源傳輸控制器
D1‧‧‧第一二極體
SW5‧‧‧第五開關
VC1‧‧‧第一轉換電壓
VC2‧‧‧第二轉換電壓
PWR‧‧‧電壓源
ADP‧‧‧電源適配器
本發明之各範例態樣將在實施方式及其後之申請專利範圍以及所附之圖式進行詳細描述，其中：
第1圖係為根據本發明的雙向充放電電路架構的第一實施例繪示之電路布局圖。
第2圖係為根據本發明的雙向充放電電路架構的第二實施例繪示之電路布局圖。
第3圖係為根據本發明的主系統電池放電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。
第4圖係為根據本發明的主系統電池充電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。
第5圖係為根據本發明的次系統電池放電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。
第6圖係為根據本發明的次系統電池充電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。
第7圖係為根據本發明的連接狀態次系統電池放電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。
第8圖係為根據本發明的連接狀態主系統電池放電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。
第9圖係為根據本發明的連接狀態充電模式的實施例繪示之供電路徑示意圖。

Claims (10)

  1. 一種雙向充放電電路架構，包含： 一主系統，其包含： 　一主系統電路，具有一主系統受電端； 　一第一充放電電路，具有一第一供電端、一第一受電端、一第一控制端及一第一充放電端，該第一供電端係連接於該主系統受電端； 　一主系統電池模組，係連接於該第一充放電端； 　一第一USB type-C連接器，係透過一第一電源傳輸控制器電路連接於該第一受電端； 　一第一電源轉換器，具有一第一端及一第二端，該第一端係連接於該第一供電端，該第二端係連接於該第一電源傳輸控制器(Power Delivery Controller)電路；及 一第一比較器電路，係連接於該第一受電端及該第一控制端之間；以及 一次系統，其包含： 　一次系統電路，具有一次系統受電端； 　一第二充放電電路，具有一第二供電端、一第二受電端、一第二控制端及一第二充放電端，該第二供電端係連接於該次系統受電端； 　一次系統電池模組，係連接於該第二充放電端； 　一第二USB type-C連接器，係透過一第二電源傳輸控制器電路連接於該第二受電端； 　一第三USB type-C連接器，係透過一第三電源傳輸控制器電路連接於該第二受電端； 　一第二電源轉換器，具有一第三端及一第四端，該第三端係連接於該第二供電端，該第四端係連接於該第二電源傳輸控制器電路；及 　一第二比較器電路，係連接於該第二受電端及該第二控制端之間， 其中，該第一USB type-C連接器係為可選擇的連接於該第二USB type-C連接器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙向充放電電路架構，其中在一主系統電池放電模式下，該第一USB type-C連接器不連接於該第二USB type-C連接器，該主系統電池模組供電給該第一充放電電路，該第一充放電電路產生一主系統供應電壓以驅動該主系統電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙向充放電電路架構，其中在一主系統電池充電模式下，該第一USB type-C連接器不連接於該第二USB type-C連接器，當該第一USB type-C連接器連接於一電壓源之一電源適配器，該第一比較器電路偵測該第一受電端之電壓是否大於一第一電壓，若是，則控制該第一充放電電路對該主系統電池模組充電，且對該主系統電路供電。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙向充放電電路架構，其中在一次系統電池放電模式下，該次系統電池模組供電給該第二充放電電路，該第二充放電電路產生一次系統供應電壓以驅動該次系統電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙向充放電電路架構，其中在一次系統電池充電模式下，該第一USB type-C連接器不連接於該第二USB type-C連接器，當該第三USB type-C連接器連接於一電壓源之一電源適配器，該第二比較器電路偵測該第二受電端之電壓是否大於一第一電壓，若是，則控制該第二充放電電路對該次系統電池模組充電，且對該次系統電路供電。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雙向充放電電路架構，其中該第一USB type-C連接器連接於該第二USB type-C連接器，該第一電源傳輸控制器電路與該第二電源傳輸控制器電路溝通並分別配置為受電端及送電端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雙向充放電電路架構，其中在一連接狀態次系統電池放電模式下，該次系統電池模組對該次系統電路及該第二電源轉換器供電，該第二比較器電路偵測該第二受電端之電壓小於一第一電壓，控制該第二充放電電路對該次系統電路供電，並控制該第二電源轉換器提供小於該第一電壓之一第二電壓至該第二USB type-C連接器，並經由該第一電源傳輸控制器電路供電至該第一受電端，該第一比較器偵測該第一受電端之電壓小於該第一電壓，經配置以控制該第一充放電電路對該主系統電路供電。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之雙向充放電電路架構，其中在一連接狀態主系統電池放電模式下，該第一電源傳輸控制器電路配置為送電端，該第二電源傳輸控制器電路配置為受電端，該主系統電池模組對該主系統電路及該第一電源轉換器供電，該第一比較器電路偵測該第一受電端之電壓小於一第一電壓，控制該第一充放電電路對該主系統電路供電，並控制該第一電源轉換器提供小於該第一電壓之一第二電壓至該第一USB type-C連接器，並經由該第二電源傳輸控制器電路供電至該第二受電端，該第二比較器電路偵測該第二受電端之電壓小於該第一電壓，經配置以控制該第二充放電電路對該次系統電路供電。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雙向充放電電路架構，其中在一連接狀態充電模式下，該第一USB type-C連接器連接於該第二USB type-C連接器，且該第三USB type-C連接器連接於一電壓源之一電源適配器，該第二比較器電路偵測該第二受電端之電壓是否大於一第一電壓，若是，則控制該第二充放電電路對該次系統電池模組充電，且對該次系統電路供電，並控制該第二電源轉換器提供大於該第一電壓之一第三電壓至該第二USB type-C連接器，並經由該第一電源傳輸控制器電路供電至該第一受電端，該第一比較器電路偵測該第一受電端之電壓大於該第一電壓，經配置以控制該第一充放電電路對該主系統電路供電，且對該主系統電池模組充電。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之雙向充放電電路架構，其中該第一電源傳輸控制器電路及該第二電源傳輸控制器電路各包含至少二開關裝置及雙重用途埠（Dual Role Port, DRP）型電源傳輸控制器，且該第三電源傳輸控制器電路包含至少一開關裝置及上行資料流程埠（ Upstream-Facing Port, UFP）型電源傳輸控制器。
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