TWI464414B - 輕載電流偵測系統 - Google Patents

Description

輕載電流偵測系統

本發明係有關於一種輕載電流偵測系統，尤指一種依據資料對照表而判斷輕載電流之電流值是否達到閾值，進而判斷是否關閉開關之輕載電流偵測系統。

隨著時代的進步與發展，近年來對如移動電源之開關電源裝置之使用效率的要求中，已由以往注重於滿載以及重載的效率，漸改為滿載、輕載及效率並重。一般使用者在使用電源轉接器對手機充電時，在電池充飽後，手機螢幕上會顯示手機已充電完成，而使用者在見到後，需自行將電源移除，因而造成使用者的不便。

在移動電源的應用上，輕載電流偵測可以讓使用者有更佳的便利性與使用性，進一步而言，移動電源中，由於有微控制器(Micro Control Unit；MCU)的協助，所以可以利用應用電路來偵測手機是否充電完成，而在手機充電完成後，微控制器會通知應用電路將供應電源切斷，如此可以讓系統進入低耗電或者休眠模式。

然而，現有之上述輕載電流偵測的應用電路中，其需要特定之元件方可達成，舉例而言，市面上的應用中，主 要是利用放大器電路將負載電流轉換成電壓後的信號放大後，再將此放大的信號提供至處理器，但此種方式具有以下之缺點：1.因為電壓信號微小，需要使用低偏移量(Low Offset)之精密放大器，但使用此精密放大器會造成製造成本的提高以及面積的浪費，而不利於輕薄短小之發展。2.需要一感測電阻將負載電流轉換成電壓，但使用此感測電阻容易導致能量損失而有轉換效率低之狀況。

有鑒於現有輕載電流偵測的應用電路中，普遍具有高製造成本、高面積的浪費以及轉換效率低之問題。緣此，本發明之主要目的在於提供一種輕載電流偵測系統，其主要是在應用電路中，儲存有一預先模擬之資料對照表，藉以依據此資料對照表偵測出輕載電流之電流值，以判斷是否關閉開關。

基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種輕載電流偵測系統，係用以在一輕載模式下，偵測一負載之一輕載電流之一電流值，負載係電性連接於一開關，輕載電流偵測系統包含一偵測處理模組以及一控制電路。偵測處理模組係經由開關電性連接於負載，偵測處理模組包含一功率節能單元以及一電壓偵測模組。功率節能單元係用以在輕載模式下，傳送出一功率節能信號，功率節能信號之一週期係與輕載電流偵測系統之一切換截止時間相對應。電壓偵測模組係電性連接於輸入 電壓源，用以偵測輸入電壓源之一輸入電壓值，藉以產生並輸出一偵測信號。

控制電路係設有一包含週期、電流值與輸入電壓值之對應關係之資料對照表，並設有一閾值，且電性連接於功率節能單元、電壓偵測模組與開關，用以接收功率節能信號與偵測信號，藉以依據資料對照表、週期與輸入電壓值，得出電流值，並且判斷出電流值是否達到閾值，用以在判斷結果為是時，在輕載模式下關閉開關。

另外，本發明所採用之另一主要技術手段係提供一種輕載電流偵測系統，其與上述之差異在於藉由功率開關傳送出一功率節能信號，且功率節能信號之一週期係與功率開關之一切換狀態相對應，而此切換狀態係為功率開關之切換時間與功率開關之切換脈衝數中之一者，上述之週期主要是依據功率開關的切換與停止切換狀態的時間比而決定；或是依據功率開關中的切換脈衝之數量而決定，進而使控制電路依據資料對照表、週期與輸入電壓值，得出電流值，並且判斷出電流值是否達到閾值，用以在判斷結果為是時，在輕載模式下關閉開關。

其中，上述輕載電流偵測系統之附屬技術手段之較佳實施例中，控制電路係為一微控制器(Micro Control Unit；MCU)或其他可執行處理與控制，偵測處理模組更包含一啟動輸入端，控制電路係經由啟動輸入端電性連接於偵測處理模組，藉以在控制電路判斷出電流值達到閾值時，同步輸出一關閉信號至啟動輸入端，據以關閉偵測處理模組，以關閉輕載電流偵測系統。此外，負載係為 一手機、平板、筆記型電腦中之至少一者。

藉由本發明所採用之輕載電流偵測系統後，由於不需採用精密放大器與感測電阻，僅需藉由資料對照表即能完成輕載電流的偵測，因此不會有先前技術所存在之高製造成本、高面積的浪費以及轉換效率低之問題。

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。

1、1a‧‧‧輕載電流偵測系統

11、11a‧‧‧偵測處理模組

111、111a‧‧‧功率節能單元

112、112a‧‧‧電壓偵測模組

113、113a‧‧‧啟動輸入端

114、114a‧‧‧功率開關

115‧‧‧比較器

116‧‧‧補償器

117‧‧‧補償比較器

12、12a‧‧‧控制電路

2、2a‧‧‧負載

3、3a‧‧‧開關

4、4a‧‧‧輸入電壓源

S1、S1a‧‧‧功率節能信號

S2、S2a‧‧‧偵測信號

S3、S3a‧‧‧關閉信號

S4a‧‧‧功率切換偵測信號

I、Ia‧‧‧輕載電流

t1、t2‧‧‧時間區間

第一圖係顯示本發明第一較佳實施例之輕載電流偵測系統之方塊示意圖；第二圖係顯示本發明第一較佳實施例之輕載電流偵測系統之電路示意圖；第三圖係顯示本發明之資料對照表之示意圖；第四圖係顯示本發明第二較佳實施例之輕載電流偵測系統之方塊示意圖；以及第五圖係顯示本發明之功率節能信號與功率開關之波形對應圖。

由於本發明所提供之輕載電流偵測系統中，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉二較佳實施例來加以具體說明。

請一併參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示本發明第一較佳實施例之輕載電流偵測系統之方塊示意圖，第二圖 係顯示本發明第一較佳實施例之輕載電流偵測系統之電路示意圖。如圖所示，本發明第一較佳實施例所提供之輕載電流偵測系統1中，係用以在一輕載模式下，偵測一負載2之一輕載電流I之一電流值，負載2係電性連接於一開關3，其中，負載2係為一手機、平板、筆記型電腦中之至少一者，但不限於此，任何可用於充電之裝置皆可為本發明所述之負載。

輕載電流偵測系統1包含一偵測處理模組11與一控制電路12，偵測處理模組11係經由開關3而電性連接於負載2，其中，偵測處理模組11例如可為直流對直流(DC to DC)之處理電路，但在其他實施例中，不限於此。

偵測處理模組11係經由一電感(圖未標示)、二極體(圖未標示)、電容(圖未標示)以及二電組(圖未標示)而與開關3電性連接，其電路之設計方式可視實務上的使用而變化。偵測處理模組11包含一功率節能單元111、一電壓偵測模組112、一啟動輸入端113、一功率開關114、一比較器115、一補償器116以及一補償比較器117。

功率節能單元111係可以一般之電路來實現，電壓偵測模組112係可以現有偵測電壓之電路來實現，且電壓偵測模組112係電性連接於輸入電壓源4。啟動輸入端113例如是偵測處理模組11中的一個輸入腳位(pin腳)，另外，功率開關114(與第四圖之功率開關114a相同)將於第二實施例中進行敘述。比較器115係自上述之二電阻之分壓而接收一與負載2相關之回授電壓，且比較 器115設有一電壓比較值，用以與上述之回授電壓進行比較。補償器116係電性連接於比較器115，且補償器116可為現有之補償電路，因此不再予以贅述，而補償比較器117係電性連接於比較器115以及補償器116，且補償比較器117可為現有之比較器，因此不再予以贅述。

控制電路12係電性連接於功率節能單元111、電壓偵測模組112與開關3。此外，在本發明第一較佳實施例中，控制電路12係經由啟動輸入端113電性連接於偵測處理模組11，且控制電路12係為一微控制器(Micro Control Unit；MCU)，而在其他實施例中，控制電路12可為複雜可程式邏輯裝置(Complex Programmable Logic Device；CPLD)與特定應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit；ASIC)中之一者所組成之控制電路。

其中，請進一步參閱第三圖，第三圖係顯示本發明之資料對照表之示意圖，功率節能單元111係用以在輕載模式下，傳送出一功率節能信號S1，功率節能信號S1之一週期係與一切換截止時間相對應。具體而言，如第三圖所示，本發明第一較佳實施例所指的週期係為功率節能信號S1的責任週期，節能信號S1責任週期的比例係可與輕載電流偵測系統1之切換截止的時間相對應，在其他實施例中可與功率開關114被關閉的截止時間相對應，但不限於此。而上述週期與切換截止時間相對應的關係例如是可由模擬軟體預先模擬出。

此外，值得一提的是，在本發明第一較佳實施例中，功率節能信號S1係與負載有關連性，其係藉由回授的電壓與比較器115的電壓比較值比較後，經補償器116以及補償比較器117的設定而決定出功率節能信號S1。

電壓偵測模組112係用以偵測輸入電壓源4之一輸入電壓值，藉以產生並輸出一偵測信號S2，此偵測信號S2即代表上述之輸入電壓值。控制電路12中，係設有一包含週期、輕載電流I之電流值與輸入電壓值之對應關係之資料對照表(如第三圖所示)，並設有一閾值，且上述之資料對照表係可預先由模擬軟體預先模擬出，且上述之閾值可視實務上的需求而設定。

控制電路12係在接收功率節能信號S1與偵測信號S2後，依據資料對照表、週期與輸入電壓值，得出輕載電流I之電流值，並且判斷出電流值是否達到所設定的閾值，藉以在判斷結果為是時，在輕載模式下關閉開關3，而其關閉的方法例如是發送出一信號(圖未示)。

其中，如第三圖所示，曲線100係電流值為5mA與週期及輸入電壓值之對應關係，曲線200為10mA，曲線300為20mA，而曲線400為50mA，因此，控制電路12可依據此資料對照表來判斷出輕載電流I之電流值。舉例而言，當輸入電壓值為4V時，且控制電路12偵測到週期低於7.5%，此時對應的輕載電流I的電流值即判定為10mA，因此，在閾值為10mA時，控制電路12即關閉開關3而進入到低耗電或休眠模式。

另外，在控制電路12判斷出電流值達到所設定的閾值 時，係同步輸出一關閉信號S3至啟動輸入端113，據以關閉偵測處理模組11，進而關閉輕載電流偵測系統1，藉以更降低耗電之狀況。

請一併參閱第四圖，第四圖係顯示本發明第二較佳實施例之輕載電流偵測系統之方塊示意圖。如圖所示，與第一較佳實施例不同的地方是，輕載電流偵測系統1a中的偵測處理模組11a除了利用功率節能單元111a、電壓偵測模組112a與一啟動輸入端113a外，更只利用一功率開關114a進行輕載電流的偵測，而此功率開關114a係電性連接於功率節能單元111a與控制電路12a，此外，功率開關114a與第一較佳實施例中的功率開關114功能相同，因此，僅在第二較佳實施例中，進一步說明功率開關114a之功能。

請一併參閱第四圖與第五圖，第五圖係顯示本發明之功率節能信號與功率開關之波形對應圖。如圖所示，功率節能單元111a用以在輕載模式下，藉由功率開關114a傳送出功率節能信號S1a，功率節能信號S1a之週期係與功率開關114a之一切換狀態相對應，而控制電路12a在接收到功率節能信號S1a後，係得知上述之切換狀態。此外，此切換狀態係為一切換時間與一切換脈衝數中之一者。另外，功率節能單元111a可藉由發送出功率切換偵測信號S4a至功率開關114a而使功率開關114a傳送出功率節能信號S1a，而其餘各元件的運作皆與第一較佳實施例相同，因此在此不再予以贅述。

舉例而言，當切換狀態係為切換時間時，此切換時間係 指功率開關的切換與停止切換時間的時間比，進一步而言，如第五圖所示，時間區間t1為功率切換偵測信號S4a之運作時間(高準位)，此時功率開關114a會停止切換，而時間區間t2為功率切換偵測信號S4a位於低準位，此時功率開關114a會開始切換，因此，功率開關114a可依據功率節能單元111a所發送出之功率切換偵測信號S4a的切換時間與停止切換的時間，發送出週期對應於切換時間的功率節能信號S1a，因此，控制電路12a可藉由功率節能信號S1a以及偵測信號S2a，依據資料對照表而找出當前之輕載電流Ia之電流值，控制電路12a判斷出電流值達到閾值時，同步輸出一關閉信號S3a至啟動輸入端113a，據以關閉偵測處理模組11a，而其餘皆與第一較佳實施例相同，在此不再予以贅述。

再舉例而言，當切換狀態係為切換脈衝數時，在單位時間區間範圍內(在本發明第二較佳實施例中例如是t1+t2)，當負載2a較輕時，時間區間t2會減少，因此上述單位時間內的脈衝數目也會減少；反之，負載2a變重時，時間區間t2時間會增加，單位時間內的脈衝數目也會增加，因此，在實務上可輸出一週期對應於脈衝數目的功率節能信號S1a，進而使控制電路12a藉由功率節能信號S1a以及偵測信號S2a，依據資料對照表而找出當前之輕載電流Ia之電流值，而其餘皆與上述以及第一較佳實施例相同，在此不再予以贅述。

綜合以上所述，在採用了本發明所採用之輕載電流偵測 系統1以及方法後，由於不需採用精密放大器與感測電阻，僅需藉由資料對照表即能完成輕載電流的偵測，因此不會有先前技術所存在之高製造成本、高面積的浪費以及轉換效率低之問題，進而達到低成本、精簡化與轉換效率高之功效，實符合產業利用性。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1‧‧‧輕載電流偵測系統

11‧‧‧偵測處理模組

111‧‧‧功率節能單元

112‧‧‧電壓偵測模組

113‧‧‧啟動輸入端

12‧‧‧控制電路

2‧‧‧負載

3‧‧‧開關

4‧‧‧輸入電壓源

S1‧‧‧功率節能信號

S2‧‧‧偵測信號

S3‧‧‧關閉信號

I‧‧‧輕載電流

Claims (9)

1. 一種輕載電流偵測系統，係用以在一輕載模式下，偵測一負載之一輕載電流之一電流值，該負載係電性連接於一開關，該輕載電流偵測系統包含：一偵測處理模組，係經由該開關電性連接於該負載，該偵測處理模組包含：一功率節能單元，係用以在該輕載模式下，傳送出一功率節能信號，該功率節能信號之一週期係與該輕載電流偵測系統之一切換截止時間相對應；以及一電壓偵測模組，係電性連接於該輸入電壓源，用以偵測該輸入電壓源之一輸入電壓值，藉以產生並輸出一偵測信號；以及一控制電路，係設有一包含該週期、該電流值與該輸入電壓值之對應關係之資料對照表，並設有一閾值，且電性連接於該功率節能單元、該電壓偵測模組與該開關，用以接收該功率節能信號與該偵測信號，藉以依據該資料對照表、該週期與該輸入電壓值，得出該電流值，並且判斷出該電流值是否達到該閾值，用以在判斷結果為是時，在該輕載模式下關閉該開關。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輕載電流偵測系統，其中，該控制電路係為一微控制器(Micro Control Unit；MCU)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之輕載電流偵測系統，其中， 該偵測處理模組更包含一啟動輸入端，該控制電路係經由該啟動輸入端電性連接於該偵測處理模組，藉以在該控制電路判斷出該電流值達到該閾值時，同步輸出一關閉信號至該啟動輸入端，據以關閉該偵測處理模組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之輕載電流偵測系統，其中，該負載係為一手機、平板、筆記型電腦中之至少一者。
5. 一種輕載電流偵測系統，係用以在一輕載模式下，偵測一負載之一輕載電流之一電流值，該負載係電性連接於一開關，該輕載電流偵測系統包含：一偵測處理模組，係經由該開關電性連接於該負載，該偵測處理模組包含：一功率節能單元，係電性連接於一功率開關，用以在該輕載模式下，藉由該功率開關傳送出一功率節能信號，該功率節能信號之一週期係與該功率開關之一切換狀態相對應；以及一電壓偵測模組，係電性連接於該輸入電壓源，用以偵測該輸入電壓源之一輸入電壓值，藉以產生並輸出一偵測信號；以及一控制電路，係設有一包含該週期、該電流值與該輸入電壓值之對應關係之資料對照表，並設有一閾值，且電性連接於該功率開關、該電壓偵測模組與該開關，用以接收該功率節能信號與該偵測信號，藉以依據該資料對照表、該週期與該輸入電壓值，得出該電流值，並且判斷 出該電流值是否達到該閾值，用以在判斷結果為是時，在該輕載模式下關閉該開關。
6. 如申請專利範圍第5項所述之輕載電流偵測系統，其中，該切換狀態係為該功率開關之一切換時間與該功率開關之一切換脈衝數中之一者。
7. 如申請專利範圍第5項所述之輕載電流偵測系統，其中，該控制電路係為一微控制器(Micro Control Unit；MCU)。
8. 如申請專利範圍第5項所述之輕載電流偵測系統，其中，該偵測處理模組更包含一啟動輸入端，該控制電路係經由該啟動輸入端電性連接於該偵測處理模組，藉以在該控制電路判斷出該電流值達到該閾值時，同步輸出一關閉信號至該啟動輸入端，據以關閉該偵測處理模組。
9. 如申請專利範圍第5項所述之輕載電流偵測系統，其中，該負載係為一手機、平板、筆記型電腦中之至少一者。