TWI544717B - 充電電流設定方法及充電模組 - Google Patents

充電電流設定方法及充電模組 Download PDF

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Description

充電電流設定方法及充電模組
本發明係指一種充電電流設定方法及充電模組，尤指一種可設定電子裝置之充電電流的充電電流設定方法及充電模組。
近年來，可攜式電子裝置逐漸普及，常見的可攜式電子裝置如行動電話、筆記型電腦、平板電腦、數位相機等已成為人們生活中不可或缺的一部份。為實現可攜式電子裝置的可攜帶特性，多數可攜式電子裝置皆具備耐久性高的可充電電池，以方便使用者長時間攜帶。
無可避免地，可攜式電子裝置在可充電電池之電量用罄時須進行充電方可繼續使用，因此，業界已逐漸發展出各種充電方式及充電介面。在進行充電時，使用者往往希望充電速度愈快愈好。然而，充電速度快代表著從電源端經由轉接器流入可充電電池的電流較大，因而提高了轉接器或充電模組燒毀的風險。一般來說，不同轉接器可能具有不同的負載能力，其能夠承載不同大小的電流。現有的充電方式往往是透過電源端或受電端的充電模組以預定的方式(如定電壓模式或定電流模式)進行充電，而難以針對不同轉接器所具備的負載能力而採用不同大小的充電電流，若轉接器的負載較小時，以較大電流充電往往無法提升充電效率，甚至可能造成轉接器燒毀，若轉接器的負載夠大時，使用過低的電流充電則無法善用轉接器的效能，造成充電所需時間增加。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可用於可攜式電子裝置之充電電流設定方法及充電模組，其可根據可攜式電子裝置連接的轉接器及電源端的電氣特性，以最適合的充電電流大小進行充電。
本發明揭露一種充電電流設定方法，用於一充電模組。該充電電流設定方法包含有於該充電模組之一輸入端偵測一輸入電壓訊號之至少一電壓值，以計算一輸入阻抗；根據該輸入阻抗，設定一電壓下限值；控制一輸入電流上升，使該輸入電壓訊號隨著該輸入電流之上升而下降；於該輸入電壓訊號下降至該電壓下限值時，控制該輸入電壓訊號維持在該電壓下限值，並於該輸入電流穩定之後記錄該輸入電流的大小作為一電流上限值；以及根據該電流上限值，決定該充電模組之一充電電流值。
本發明另揭露一種充電模組，包含有一充電裝置；一電壓偵測模組，用來於該充電模組之一輸入端偵測一輸入電壓訊號之至少一電壓值，以計算一輸入阻抗；以及一控制模組。該控制模組耦接於該充電裝置及該電壓偵測模組，用來執行以下步驟：根據該輸入阻抗，設定一電壓下限值；控制一輸入電流上升，使該輸入電壓訊號隨著該輸入電流之上升而下降；於該輸入電壓訊號下降至該電壓下限值時，控制該輸入電壓訊號維持在該電壓下限值，並於該輸入電流穩定之後記錄該輸入電流的大小作為一電流上限值；以及根據該電流上限值，決定該充電模組之一充電電流值；其中，該充電裝置係使用該充電電流進行充電。
10‧‧‧充電模組
100‧‧‧充電裝置
102‧‧‧電壓偵測模組
104‧‧‧控制模組
20‧‧‧充電系統
200‧‧‧電源供應端
202‧‧‧轉接器
204‧‧‧可充電電池
210‧‧‧受電裝置
V_in‧‧‧輸入電壓訊號
R_in‧‧‧輸入阻抗
I_in‧‧‧輸入電流
V1、V2‧‧‧電壓值
I1、I2‧‧‧電流值
VCL‧‧‧電壓下限值
IOC‧‧‧電流上限值
ICH‧‧‧充電電流值
t1~t5‧‧‧時間
40‧‧‧流程
400~412‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例一充電模組之示意圖。
第2圖為本發明實施例一充電系統之示意圖。
第3圖為本發明實施例一充電電流設定方法之波形示意圖。
第4圖為本發明實施例一充電電流設定流程之示意圖。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一充電模組10之示意圖。如第1圖所示，充電模組10包含有一充電裝置100、一電壓偵測模組102及一控制模組104。充電裝置100可用來對可充電電池進行充電。電壓偵測模組102可在充電模組10之輸入端偵測一輸入電壓訊號V_in之至少一電壓值，以計算一輸入阻抗R_in。控制模組104耦接於充電裝置100及電壓偵測模組102，其可在計算出輸入阻抗R_in之後，進行充電電流值的設定，並控制充電裝置100使用所設定的充電電流值進行充電。
請繼續參考第2圖，第2圖為本發明實施例一充電系統20之示意圖。如第2圖所示，充電系統20包含有一電源供應端200、一轉接器202、一可充電電池204及第1圖之充電模組10。可充電電池204及充電模組10可設置於一受電裝置210的內部，當受電裝置210連接至轉接器202之後，電流即可從電源供應端200經由轉接器202及充電模組10對可充電電池204進行充電。電源供應端200可為一般交流電源輸出端、電源供應器、行動電源或其它具有電源輸出功能的電子裝置。受電裝置210可為任何電子裝置、可攜式裝置或汽車裝置，這些具有可充電電池204的受電裝置210可藉由可充電電池204提供所需電力，並使用通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)介面、迷你通用序列匯流排(micro USB)介面或其它可傳輸電力的介面來接收充電電流。轉接器202可以是一連接線或連接器，用來連接電源供應端200的電源輸出介面及受電裝置210的電源輸入介面，並提供不同類型之輸入介面及輸出介面之間的轉換。
由於不同規格的轉接器202適用於不同輸入介面及輸出介面，其可能具有不同電氣特性(如內部阻抗)，而不同電氣特性可能具有不同的充電 電流上限。因此，當受電裝置210連接上轉接器202時，在開始進行充電之前，充電模組10可先判斷出電源供應端200及轉接器202可傳送的電流上限，以決定最適合的充電電流值。
詳細來說，請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一充電電流設定方法之波形示意圖。首先，電壓偵測模組102先於充電模組10之輸入端偵測輸入電壓訊號V_in之至少一電壓值，此至少一電壓值可用來計算輸入阻抗R_in。如第3圖所示，在時間t1，控制模組104先控制充電裝置100以電流值I1進行充電，此時電壓偵測模組102偵測出輸入電壓訊號V_in的電壓值為V1；接著，在時間t2，控制模組104控制充電裝置100以電流值I2進行充電，此時電壓偵測模組102偵測出輸入電壓訊號V_in的電壓值為V2。充電模組10可根據電流值I1、I2及測得的電壓值V1、V2來決定輸入阻抗R_in，其計算方式為：
換句話說，充電模組10可於輸入端輸入電流值為I1之一輸入電流I_in，以偵測電壓值V1，再於輸入端輸入電流值為I2之輸入電流I_in，以偵測電壓值V2，並設定輸入阻抗R_in等於電壓值V1與電壓值V2的差除以電流值I2與電流值I1的差。在此情況下，輸入阻抗R_in可代表轉接器202之電氣特性(如內部阻抗)，而連接上不同轉接器202可能會使充電模組10測得不同數值的輸入阻抗R_in。
接著，控制模組104可根據輸入阻抗R_in的值，設定一電壓下限值VCL。一般來說，若輸入阻抗R_in的值較大時，可降低電壓下限值VCL；若輸入阻抗R_in的值較小時，可提升電壓下限值VCL。電壓下限值VCL的設定方式還可根據受電裝置210的電力需求及電流耐受能力以及電源供應端 200的電源供應能力而定。同時，使用者可根據充電系統20需求來設定電壓下限值VCL的大小。
進一步地，在第3圖之時間t3，控制模組104控制輸入電流I_in上升，使得輸入電壓訊號V_in隨著輸入電流I_in之上升而下降。當輸入電壓訊號V_in下降至電壓下限值VCL時(如時間t4)，控制模組104開始控制輸入電壓訊號V_in的準位維持在電壓下限值VCL，此時輸入電流I_in可能會稍微下降，並於一段時間之後達到穩定。在輸入電流I_in達到穩定之後，控制模組104可記錄輸入電流I_in的大小作為一電流上限值IOC。接著，控制模組104再根據電流上限值IOC，決定充電模組10之一充電電流值ICH的大小。在時間t5，充電模組10開始使用充電電流值ICH對可充電電池204進行充電，輸入電壓訊號V_in並隨之而提升至一較高電壓。
值得注意的是，充電電流值ICH的大小可根據電流上限值IOC，以任意方式決定。由於電流上限值IOC係判斷為轉接器202之電流負載上限或充電系統20可承受的電流上限，因此充電電流值ICH的大小通常會設定為小於電流上限值IOC之一較大數值，以在轉接器202或充電系統20允許的範圍內提供較大的充電電流及較高的充電效率。在一實施例中，充電電流值ICH可設定為電流上限值IOC之一預定比例，此預定比例可為80%或90%。舉例來說，若上述實施例中取得之電流上限值IOC為1安培(A)時，可設定充電電流值ICH為800或900毫安培(mA)。在另一實施例中，充電電流值ICH可設定為電流上限值IOC減去一預定電流值。舉例來說，此預定電流值可為100毫安培，若上述實施例中取得之電流上限值IOC為1.2安培時，可設定充電電流值ICH為1.1安培。
在本發明之實施例中，由於電壓下限值VCL的準位可由輸入阻抗 R_in的值而決定，因此充電電流值ICH可間接根據轉接器202的電氣特性(如內部阻抗)而決定。如此一來，針對不同類型的轉接器202，充電模組10即可根據轉接器202的電氣特性，採用最適合的充電電流大小對可充電電池204進行充電，以避免充電電流過低造成充電時間拉長，或充電電流過高超出轉接器202或充電系統20的負荷。
此外，充電電流值ICH的決定可僅在受電裝置210一連接上轉接器202時進行。當充電電流值ICH的大小決定之後，充電模組10可將充電電流值ICH的決定結果儲存於一暫存器，並持續使用充電電流值ICH對可充電電池204充電即可。由於同一轉接器202之電氣特性不會發生太大變化，因此在充電過程中可不需隨時改變充電電流值ICH或重新決定充電電流值ICH。
值得注意的是，本發明之主要目的之一在於決定電子裝置之最適合的充電電流。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，除了轉接器202之電氣特性以外，電壓下限值VCL還可根據受電裝置210的電力需求及電流耐受能力以及電源供應端200的電源供應能力而定，其決定方式可由第3圖之波形判斷。例如，當控制模組104控制輸入電流I_in以線性方式上升時，輸入電壓訊號V_in會先以線性方式下降，並於下降至一定程度之後出現較大幅度的下降，如第3圖之A處。輸入電壓訊號V_in出現大幅度的下降可能代表受電裝置210已超出其電流耐受範圍，電壓下限值VCL即可設定在輸入電壓訊號V_in開始出現大幅度下降之處或略低於出現大幅度下降的位置。此外，在輸入電壓訊號V_in下降至電壓下限值VCL之後，輸入電流I_in可能會稍微下降，並於一段時間之後達到穩定。此時控制模組104可觀察輸入電流I_in及輸入電壓訊號V_in的狀態，確認輸入電流I_in是否已達到穩定狀態並可作為電流上限值IOC，同時確保輸入電壓訊號 V_in可正常維持在電壓下限值VCL而不會回升至較高的準位。
上述關於充電模組10之運作方式可歸納為一充電電流設定流程40，如第4圖所示。充電電流設定流程40包含以下步驟：步驟400：開始。
步驟402：電壓偵測模組102於充電模組10之一輸入端偵測輸入電壓訊號V_in之至少一電壓值，以計算輸入阻抗R_in。
步驟404：控制模組104根據輸入阻抗R_in，設定電壓下限值VCL。
步驟406：控制模組104控制輸入電流I_in上升，使輸入電壓訊號V_in隨著輸入電流I_in之上升而下降。
步驟408：控制模組104於輸入電壓訊號V_in下降至電壓下限值VCL時，控制輸入電壓訊號V_in維持在電壓下限值VCL，並於輸入電流I_in穩定之後記錄輸入電流I_in的大小作為電流上限值IOC。
步驟410：控制模組104根據電流上限值IOC，決定充電模組10之充電電流值ICH。
步驟412：結束。
充電電流設定流程40之詳細運作方式及變化可參考前述，於此不贅述。
在習知技術中，現有的充電方式往往是透過電源端或受電端的充電模組以預定的方式(如定電壓模式或定電流模式)進行充電，其難以針對不同轉接器所具備的負載能力而採用不同大小的充電電流。相較之下，本發明可藉由偵測充電模組之輸入阻抗來取得轉接器之電氣特性(如內部阻抗)，並根據所取得之電氣特性，判斷相對應的電流上限值，進而決定最適合的充電電流值的大小。充電模組即可透過最適合的充電電流大小對可充電電池進行充電，以避免充電電流過低造成充電時間拉長，或充電電流過高超出轉接 器或充電系統的負荷。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧充電模組
100‧‧‧充電裝置
102‧‧‧電壓偵測模組
104‧‧‧控制模組
V_in‧‧‧輸入電壓訊號

Claims (12)

  1. 一種充電電流設定方法，用於一充電模組，該充電電流設定方法包含有：於該充電模組之一輸入端偵測一輸入電壓訊號之至少一電壓值，以計算一輸入阻抗；根據該輸入阻抗，設定一電壓下限值；控制一輸入電流上升，使該輸入電壓訊號隨著該輸入電流之上升而下降；於該輸入電壓訊號下降至該電壓下限值時，控制該輸入電壓訊號維持在該電壓下限值，並於該輸入電流穩定之後記錄該輸入電流的大小作為一電流上限值；以及根據該電流上限值，決定該充電模組之一充電電流值。
  2. 如請求項1所述之充電電流設定方法，其中根據該電流上限值，決定該充電模組之該充電電流值之步驟包含有：設定該充電電流值為該電流上限值之一預定比例。
  3. 如請求項1所述之充電電流設定方法，其中根據該電流上限值，決定該充電模組之該充電電流值之步驟包含有：設定該充電電流值為該電流上限值減去一預定電流值。
  4. 如請求項1所述之充電電流設定方法，其中該充電電流值小於該電流上限值。
  5. 如請求項1所述之充電電流設定方法，其中於該充電模組之該輸入端偵測該輸入電壓訊號之該至少一電壓值，以計算該輸入阻抗之步驟包含有：於該輸入端輸入具有一第一電流值之電流，以偵測一第一電壓值；於該輸入端輸入具有一第二電流值之電流，以偵測一第二電壓值；以及 設定該輸入阻抗等於該第一電壓值與該第二電壓值的差除以該第二電流值與該第一電流值的差。
  6. 如請求項1所述之充電電流設定方法，其中根據該輸入阻抗，設定該電壓下限值之步驟包含有：於該輸入阻抗上升時，降低該電壓下限值的大小；以及於該輸入阻抗下降時，提升該電壓下限值的大小。
  7. 一種充電模組，包含有：一充電裝置；一電壓偵測模組，用來於該充電模組之一輸入端偵測一輸入電壓訊號之至少一電壓值，以計算一輸入阻抗；以及一控制模組，耦接於該充電裝置及該電壓偵測模組，用來執行以下步驟：根據該輸入阻抗，設定一電壓下限值；控制一輸入電流上升，使該輸入電壓訊號隨著該輸入電流之上升而下降；於該輸入電壓訊號下降至該電壓下限值時，控制該輸入電壓訊號維持在該電壓下限值，並於該輸入電流穩定之後記錄該輸入電流的大小作為一電流上限值；以及根據該電流上限值，決定該充電模組之一充電電流值；其中，該充電裝置係使用該充電電流值進行充電。
  8. 如請求項7所述之充電模組，其中該控制模組設定該充電電流值為該電流上限值之一預定比例。
  9. 如請求項7所述之充電模組，其中該控制模組設定該充電電流值為該電 流上限值減去一預定電流值。
  10. 如請求項7所述之充電模組，其中該充電電流值小於該電流上限值。
  11. 如請求項7所述之充電模組，其中該電壓偵測模組藉由執行以下步驟，於該充電模組之該輸入端偵測該輸入電壓訊號之該至少一電壓值，以計算該輸入阻抗：於該輸入端輸入具有一第一電流值之電流，以偵測一第一電壓值；於該輸入端輸入具有一第二電流值之電流，以偵測一第二電壓值；以及設定該輸入阻抗等於該第一電壓值與該第二電壓值的差除以該第二電流值與該第一電流值的差。
  12. 如請求項7所述之充電模組，其中該控制模組於該輸入阻抗上升時，降低該電壓下限值的大小，並於該輸入阻抗下降時，提升該電壓下限值的大小。
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