TW202021232A - 備用電源裝置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種備用電源裝置及其操作方法，備用電源裝置包含第一介面、第二介面、電力傳輸管理電路、第一開關、第二開關、第三開關、充電裝置、電池裝置以及控制器。電力傳輸管理電路電性連接第一介面與第二介面，第一開關電性連接第一介面，第二開關電性連接第二介面，第二開關與第一開關串接。第三開關之一端電性連接於第一開關與第二開關之間，充電裝置電性連接第三開關之另一端。電池裝置電性連接充電裝置，控制器電性連接電力傳輸管理電路、第一開關、第二開關、第三開關與充電裝置。本發明透過第一開關、第二開關以及第三開關，實現了直充功能。

Description

備用電源裝置及其操作方法

本發明是有關於一種裝置與方法，且特別是有關於一種備用電源裝置及其操作方法。

目前雖然一些電子裝置(如：手機)的電池容量日漸增加，但是使用者對於行動備用電源產品的需求仍然很大。市面上的備用電源品類繁多，與電源適配器(Adapter)和手機(Phone)之間的充電沒有一個統一的標準。

本發明之目的在於提供一種備用電源裝置及其操作方法，其透過第一開關、第二開關以及第三開關，可實現直充功能。

在本發明之一實施例中，本發明所提出的備用電源裝置包含第一介面、第二介面、電力傳輸管理電路、第一開關、第二開關、第三開關、充電裝置、電池裝置以及控制器。電力傳輸管理電路電性連接第一介面與第二介面，第一開關電性連接第一介面，第二開關 電性連接第二介面，第二開關與第一開關串接。第三開關之一端電性連接於第一開關與第二開關之間，充電裝置電性連接第三開關之另一端。電池裝置電性連接充電裝置，控制器電性連接電力傳輸管理電路、第一開關、第二開關、第三開關與充電裝置。

在本發明之一實施例中，當第一介面連接電源適配器時，控制器導通第一開關、第三開關並關閉第二開關，使充放電裝置接收來自電源適配器的電力以對電池裝置充電。

在本發明之一實施例中，當第二介面連接電子裝置時，控制器導通第二開關、第三開關並關閉第一開關，使充放電裝置讓電池裝置放電以對電子裝置充電。

在本發明之一實施例中，當第一介面連接電源適配器且第二介面連接電子裝置時，控制器導通第一開關以及第二開關，使電源適配器對電子裝置直接充電。

在本發明之一實施例中，充放電裝置包含充放電器與電池直接充電器，當第一介面連接電源適配器時，電力傳輸管理電路取得電源適配器的供電能力訊息，控制器基於供電能力訊息以選擇充放電器或電池直接充電器對電池裝置充電。

在本發明之一實施例中，本發明所提出的備用電源裝置的操作方法中，備用電源裝置包含第一介面、第二介面、電力傳輸管理電路、第一開關、第二開 關、第三開關、充放電裝置以及電池裝置，第一開關電性連接第一介面，第二開關電性連接第二介面，第二開關與第一開關串接，第三開關之一端電性連接於第一開關與第二開關之間，充放電裝置電性連接第三開關之另一端，電池裝置電性連接充放電裝置，操作方法包含以下步驟：當第一介面連接電源適配器且第二介面連接電子裝置時，判斷電子裝置之電量是否大於第一預設電量且電池裝置之電量是否大於第二預設電量；當電子裝置之電量大於第一預設電量且電池裝置之電量大於第二預設電量之條件不成立時，判斷電子裝置之電量減去電池裝置之電量是否大於第三預設電量。當電子裝置之電量減去電池裝置之電量未大於第三預設電量時，導通第一開關以及第二開關，關閉第三開關，使電源適配器對電子裝置直接充電。

在本發明之一實施例中，操作方法更包含：在電源適配器對電子裝置直接充電以後，判斷電子裝置之電量減去電池裝置之電量是否大於第四預設電量，或判斷電子裝置之電量是否大於第五預設電量；以及當電子裝置之電量減去電池裝置之電量大於第四預設電量或電子裝置之電量大於第五預設電量時，重新判斷電子裝置之電量是否大於第一預設電量且判斷電池裝置之電量是否大於第二預設電量。

在本發明之一實施例中，操作方法更包含：當電子裝置之電量減去電池裝置之電量大於第三預設電量時，導通第一開關、第三開關並關閉第二開關， 使充電裝置接收來自電源適配器之電力以對電池裝置充電。

在本發明之一實施例中，操作方法更包含：在充電裝置接收來自電源適配器之電力以對電池裝置充電以後，判斷電子裝置之電量是否小於或等於電池裝置之電量；以及當電子裝置之電量小於或等於電池裝置之電量時，重新判斷電子裝置之電量是否大於第一預設電量且判斷電池裝置之電量是否大於第二預設電量。

在本發明之一實施例中，操作方法更包含：當電子裝置之電量大於第一預設電量且電池裝置之電量大於第二預設電量時，導通第一開關、第二開關以及第三開關，使電源適配器對電子裝置直接充電，充電裝置接收來自電源適配器之電力以對電池裝置充電。

綜上所述，本發明的技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。透過本發明的技術方案，透過第一開關、第二開關以及第三開關，實現了一種具有直充功能的備用電源裝置，且此技術方案能調節備用電源裝置和電子裝置之間的能量分配。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

100‧‧‧備用電源裝置

101,102‧‧‧介面

103,173,193‧‧‧電力傳輸管理電路

111,112,113,171‧‧‧開關

120,172,175‧‧‧充放電裝置

121‧‧‧充放電器

122,176‧‧‧電池直接充電器

130,177‧‧‧電池裝置

140,174‧‧‧控制器

190‧‧‧電源適配器

170‧‧‧電子裝置

200‧‧‧操作方法

S210,S220,S230,S240‧‧‧步驟

S250,S260,S270‧‧‧步驟

第1圖是依照本發明一實施例的一種備用電源裝置的方塊圖；以及 第2圖是依照本發明一實施例的一種備用電源裝置的操作方法的流程圖。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

在實施方式與請求項書中，涉及“連接”的描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接耦合至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接連接至另一元件。

在實施方式與請求項書中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則“一”與“該”可泛指單一個或複數個。

本文中所使用的“約”、“大約”或“大致”是用以修飾任何可些微變化的數量，但這種些微變化並不會改變其本質。在實施方式中若無特別說明，則代表以“約”、“大約”或“大致”所修飾的數值的誤差範圍一般是容許在百分之二十以內，較佳地是在百分之十以內，而更佳地則是在百分之五以內。

第1圖是依照本發明一實施例的一種備用電源裝置100的方塊圖。如第1圖所示，備用電源裝置100包含第一介面101、第二介面102、電力傳輸管理電路 103、第一開關111、第二開關112、第三開關113、充放電裝置120、電池裝置130以及控制器140。

在架構上，電力傳輸管理電路103電性連接第一介面101與第二介面102，第一開關111電性連接第一介面101，第二開關112電性連接第二介面102，第二開關112與第一開關111串接。第三開關113之一端電性連接於第一開關111與第二開關112之間，充放電裝置120電性連接第三開關113之另一端。電池裝置130電性連接充放電裝置120，控制器140電性連接電力傳輸管理電路103、第一開關111、第二開關112、第三開關113與充放電裝置120。

舉例而言，備用電源裝置100可為行動電源(Power Bank)，電力傳輸管理電路103可為電力傳輸積體電路(Power Delivery IC)，第一介面101可為Micro USB介面、USB Type-C介面或其他介面，第二介面102可為USB介面、USB Type-C介面、Lightning介面或其他介面，第一開關111、第二開關112以及第三開關113可為金氧半場效電晶體(MOS)開關，充放電裝置120包含充放電器121(如：直流對直流轉換器)與電池直接充電器(Battery Direct Charger)122，電池裝置130可為可充放電電池或其他蓄電組件，控制器140可為微控制器、處理器或其他電路。

在使用上，第一介面101連接電源適配器(Adapter)190，第二介面102連接電子裝置170。舉例而言，電子裝置170可為手機、平板電腦、筆記型電腦或 其他電子產品。

在本發明之一實施例中，電源適配器190可將市電轉換為直流電，當第一介面101連接電源適配器190但第二介面102未連接電子裝置170時，控制器140導通第一開關111以及第三開關113並關閉第二開關112，使充放電裝置120接收來自電源適配器190之電力以對電池裝置130充電。藉此，備用電源裝置100得以儲存備用電力。

具體而言，備用電源裝置100透過第一介面101(如：USB Type-C介面)連接電源適配器190，以使得備用電源裝置100與電源適配器190能夠溝通充電握手協議(如：PD3.0(PPS)協議)，從而建立訊號連接。備用電源裝置100之電力傳輸管理電路103取得電源適配器190之電力傳輸管理電路193所提供的供電能力訊息，控制器140基於電源適配器190之供電能力訊息以選擇充放電器121或電池直接充電器122對電池裝置130充電。

在本發明之另一實施例中，當第二介面102連接電子裝置170但第一介面101未連接電源適配器190時，控制器140導通第二開關112以及第三開關113並關閉第一開關111，使充放電裝置120讓電池裝置130放電以對電子裝置170充電。藉此，備用電源裝置100所儲存的備用電力得以對電子裝置170充電。

具體而言，備用電源裝置100透過第二介面102(如：USB Type-C介面)連接電子裝置170，以使得備用電源裝置100與電子裝置170能夠溝通充電握手協 議(如：PD3.0(PPS)協定、USB2.0 HID協定…等)，從而建立訊號連接。舉例而言，控制器140與控制器174之間可透過PD3.0協議進行溝通，電力傳輸管理電路103與電力傳輸管理電路173之間可透過PD3.0協議進行溝通。以PD3.0協定為例，電子裝置170的電力傳輸管理電路173取得備用電源裝置100的電力傳輸管理電路103所提供的供電能力訊息，控制器174(如：SOC)導通開關171，且控制器174基於備用電源裝置100的供電能力訊息以選擇充放電器175或電池直接充電器176對電池裝置177充電。

在本發明之又一實施例中，當第一介面101連接電源適配器190且第二介面102連接電子裝置170時，控制器140可導通第一開關111以及第二開關112，使電源適配器190對電子裝置170直接充電。應瞭解到，本案的“直接充電”是指電源適配器190透過第一開關111以及第二開關112直接對電子裝置170進行充電，無需電源適配器190先充電至電池裝置130再由電池裝置130充電給電子裝置170。

具體而言，備用電源裝置100透過第一介面101(如：USB Type-C介面)連接電源適配器190，且備用電源裝置100透過第二介面102(如：USB Type-C介面)連接電子裝置170，備用電源裝置100、電源適配器190與電子裝置170能夠溝通充電握手協議(如：PD3.0(PPS)協議)，藉此，電力傳輸管理電路103取得電力傳輸管理電路193所提供的電源適配器190的供電能力訊 息，並取得電力傳輸管理電路173所提供的電子裝置170的受電能力訊息、當前電量訊息、開關機訊息…等。在電子裝置170電力不足的條件下，控制器140導通第一開關111以及第二開關112，使電源適配器190對電子裝置170直接充電。

為了對上述備用電源裝置100的操作方法做更進一步的闡述，請同時參照第1圖~第2圖，第2圖是依照本發明一實施例的一種備用電源裝置100的操作方法200的流程圖。如第2圖所示，操作方法200包含步驟S210~S270(應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部份同時執行)。

當第一介面101連接電源適配器190且第二介面102連接電子裝置170時，在步驟S210，判斷電子裝置170之電量是否大於第一預設電量且電池裝置130之電量是否大於第二預設電量，或判斷電子裝置170是否關機充電。應瞭解到，本案的“電量”可以指相對電量(如：電量百分比)，舉例而言，第一預設電量可約為80%，第二預設電量可約為80%，但本案不以此為限。

當電子裝置170之電量大於第一預設電量且電池裝置130之電量大於第二預設電量的條件成立時，代表電子裝置170與電池裝置130當前無電力不足的問題，或當當電子裝置170關機充電時，在步驟S250，導通第一開關111、第二開關112以及第三開關113，使電源適配器190對電子裝置170直接充電，以及充放電裝置 120接收來自電源適配器190之電力以對電池裝置130充電。

另一方面，當電子裝置170之電量大於第一預設電量且電池裝置130之電量大於第二預設電量的條件不成立時，或當電子裝置170開機充電時，需做更進一步判斷，因此，在步驟S220，判斷電子裝置170之電量減去電池裝置130之電量是否大於第三預設電量，或判斷電子裝置170電量是否充滿(如：電量為100%)。舉例而言，第三預設電量可約為10%，但本案不以此為限。

當電子裝置170之電量減去電池裝置130之電量未大於第三預設電量時，或當電子裝置170電量未充滿時，均代表電子裝置170電力相對不足，需優先對電子裝置170進行充電，在步驟S230，導通第一開關111以及第二開關112，關閉第三開關113，使電源適配器190對電子裝置170直接充電。

在電源適配器190對電子裝置170直接充電以後，在步驟S240，判斷電子裝置170之電量減去電池裝置130之電量是否大於第四預設電量，或判斷電子裝置170之電量是否大於第五預設電量。舉例而言，第四預設電量可約為30%，第五預設電量可約為85%，但本案不以此為限。

當電子裝置170之電量減去電池裝置130之電量大於第四預設電量或電子裝置170之電量大於第五預設電量時，代表電子裝置170當前無電力不足的問題，回到在步驟S210，重新判斷電子裝置170之電量是 否大於第一預設電量且電池裝置130之電量是否大於第二預設電量。

另一方面，當電子裝置170之電量減去電池裝置130之電量大於第三預設電量時，或當電子裝置170電量充滿時，均代表電子裝置170電力充足，可優先對備用電源裝置100進行充電，在步驟S260，導通第一開關111以及第三開關113並關閉第二開關112，使充放電裝置120接收來自電源適配器190之電力以對電池裝置130充電。

在充放電裝置120接收來自電源適配器190之電力以對電池裝置130充電以後，在步驟S270，判斷電子裝置170之電量是否小於或等於電池裝置130之電量。

當電子裝置170之電量小於或等於電池裝置130之電量時，代表電子裝置170有可能電力不足，回到步驟S210，重新判斷電子裝置170之電量是否大於第一預設電量且電池裝置130之電量是否大於第二預設電量。

當電子裝置170之電量小於或等於電池裝置130之電量不成立時，代表充放電裝置120仍接收來自電源適配器190之電力以對電池裝置130充電，直至電子裝置170之電量小於或等於電池裝置130之電量成立。

綜上所述，本發明的技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。透過本發明的技術方案，透過第一開關、第二開關以及第三開關，實現了一 種具有直充功能的備用電源裝置，且此技術方案能調節備用電源裝置和電子裝置之間的能量分配。

上述僅為本發明較佳之實施例而已，並不對本發明進行任何限制。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術手段的範圍內，對本發明揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術手段的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。

100‧‧‧備用電源裝置

101,102‧‧‧介面

103,173,193‧‧‧電力傳輸管理電路

111,112,113,171‧‧‧開關

120,172,175‧‧‧充放電裝置

121‧‧‧充放電器

122,176‧‧‧電池直接充電器

130,177‧‧‧電池裝置

140,174‧‧‧控制器

190‧‧‧電源適配器

170‧‧‧電子裝置

Claims (10)

1. 一種備用電源裝置，包含：一第一介面；一第二介面；一電力傳輸管理電路，電性連接該第一介面與該第二介面；一第一開關，電性連接該第一介面；一第二開關，電性連接該第二介面，該第二開關與該第一開關串接；一第三開關，其一端電性連接於該第一開關與該第二開關之間；一充放電裝置，電性連接該第三開關的另一端；一電池裝置，電性連接該充電裝置；以及一控制器，電性連接該電力傳輸管理電路、該第一開關、該第二開關、該第三開關與該充電裝置。
2. 如請求項1所述之備用電源裝置，當該第一介面連接一電源適配器時，該控制器導通該第一開關、該第三開關並關閉該第二開關，使該充電裝置接收來自該電源適配器的電力以對該電池裝置充電。
3. 如請求項1所述之備用電源裝置，當該第二介面連接一電子裝置時，該控制器導通該第二開關、該第三開關並關閉該第一開關，使該充電裝置讓該電池裝置放電以該對電子裝置充電。
4. 如請求項1所述之備用電源裝置，當該第一介面連接一電源適配器且該第二介面連接一電子裝置 時，該控制器導通該第一開關、該第二開關，使該電源適配器對該電子裝置直接充電。
5. 如請求項1所述之備用電源裝置，該充電裝置包含一充放電器與一電池直接充電器，當該第一介面連接一電源適配器時，該電力傳輸管理電路取得該電源適配器的一供電能力訊息，該控制器基於該供電能力訊息以選擇該充放電器或該電池直接充電器以對該電池裝置充電。
6. 一種備用電源裝置的操作方法，該備用電源裝置包含一第一介面、一第二介面、一電力傳輸管理電路、一第一開關、一第二開關、一第三開關、一充電裝置以及一電池裝置，該第一開關電性連接該第一介面，該第二開關電性連接該第二介面，該第二開關與該第一開關串接，該第三開關的一端電性連接於該第一開關與該第二開關之間，該充電裝置電性連接該第三開關的另一端，該電池裝置電性連接該充電裝置，該操作方法包含：當該第一介面連接一電源適配器且該第二介面連接一電子裝置時，判斷該電子裝置的電量是否大於一第一預設電量且該電池裝置的電量是否大於一第二預設電量；當該電子裝置的該電量大於該第一預設電量且該電池裝置的該電量大於該第二預設電量的條件不成立時，判斷該電子裝置的該電量減去該電池裝置的該電量是否大於一第三預設電量；以及 當該電子裝置的該電量減去該電池裝置的該電量未大於該第三預設電量時，導通該第一開關以及該第二開關，關閉該第三開關，使該電源適配器對該電子裝置直接充電。
7. 如請求項6所述之操作方法，更包含：在該電源適配器對該電子裝置直接充電以後，判斷該電子裝置的該電量減去該電池裝置的該電量是否大於一第四預設電量，或判斷該電子裝置的該電量是否大於一第五預設電量；以及當該電子裝置的該電量減去該電池裝置的該電量大於該第四預設電量或該電子裝置的該電量大於該第五預設電量時，重新判斷該電子裝置的電量是否大於該第一預設電量且判斷該電池裝置的電量是否大於該第二預設電量。
8. 如請求項6所述之操作方法，更包含：當該電子裝置的該電量減去該電池裝置的該電量大於該第三預設電量時，導通該第一開關、該第三開關並關閉該第二開關，使該充電裝置接收來自該電源適配器的電力以對該電池裝置充電。
9. 如請求項8所述之操作方法，更包含：在該充電裝置接收來自該電源適配器的電力以對該電池裝置充電以後，判斷該電子裝置的該電量是否小於或等於該電池裝置的該電量；以及當該電子裝置的該電量小於或等於該電池裝置的該電量時，重新判斷該電子裝置的電量是否大於該第一預 設電量且判斷該電池裝置的電量是否大於該第二預設電量。
10. 如請求項6所述之操作方法，更包含：當該電子裝置的該電量大於該第一預設電量且該電池裝置的該電量大於該第二預設電量時，導通該第一開關、該第二開關以及該第三開關，使該電源適配器對該電子裝置直接充電，該充電裝置接收來自該電源適配器的電力以對該電池裝置充電。

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