TWI580152B - 高效率充電系統與應用於其中之充電電路 - Google Patents

高效率充電系統與應用於其中之充電電路 Download PDF

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Description

高效率充電系統與應用於其中之充電電路
本發明有關於一種充電系統與應用於其中之充電電路，特別是指一種根據輸入電壓和輸出電壓間壓差來控制功率損耗的高效率充充電系統與應用於其中之充電電路。
先前技術之充電系統如第1圖所示，包含一供電端10和一受電端20，兩者經由纜線70而連接。受電端20例如為一攜帶式電子裝置，如手機、平板電腦、筆記型電腦等。供電端10例如為一配接器(adaptor)。
在這種充電系統架構下，如何達成最高的能量運用效率，並節省硬體成本，是一項重要的課題。此外，在盡可能高的能量運用效率之下，也必須考慮到非常規情況發生時，如何給予電路恰當的保護。
本發明即是針對上述課題而提出一種高效率充充電系統與應用於其中之充電電路。
就其中一觀點言，本發明提供了一種高效率充電系統，包含一供電端與一受電端，經由一纜線而連接以自該供電端對該受電端傳送電能，該纜線包括正負電源傳輸線與一訊號傳輸線，其中，該受電端包含: 一電壓轉換電路，用以將該供電端提供之一可調輸入電壓轉換為一輸出電壓，並產生一輸出電流，以對一電池進行充電，其中該電壓轉換電路根據該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的一壓降，而適應性地調整可調輸入電壓和該輸出電流; 以及一第一控制電路，耦接於該電壓轉換電路，該第一控制電路感測該可調輸入電壓與該輸出電壓，並根據該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降，而傳送一傳輸訊號至該供電端，以指示該供電端控制該可調輸入電壓，藉此控制該壓降於一預設範圍內。
在一種較佳的實施型態中，當該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降高於一壓降臨界值時，該電壓轉換電路調降該輸出電流。
在一種較佳的實施型態中，該供電端包括: 一電源轉換器，用以提供該可調輸入電壓; 以及一第二控制電路，耦接於該電源轉換器，該第二控制電路根據該第一控制電路所產生的該傳輸訊號，產生一控制訊號，藉以控制該電源轉換器調整該可調輸入電壓。
在一種較佳的實施型態中，該電壓轉換電路包括一線性穩壓器(Low Drop Out (LDO)Regulator)。
在一種較佳的實施型態中，該電壓轉換電路包括: 一功率開關，具有一控制端、一電流流入端、及一電流流出端，該電流流入端耦接於該可調輸入電壓，該電流流出端耦接於該輸出電壓; 一誤差放大器，根據該輸出電壓或其相關訊號以及一電壓參考值，產生一誤差放大訊號，藉此控制該功率開關的該控制端; 一電流比較電路，根據該輸出電流或其相關訊號以及一電流參考值，產生一控制訊號; 以及一輔助控制電路，根據該電流比較電路產生的該控制訊號，以控制該功率開關的該控制端，藉此調節該輸出電流。
在一種較佳的實施型態中，高效率充電系統更包括: 一電流參考值產生電路，根據該可調輸入電壓與該輸出電壓，產生該電流參考值 。
在一種較佳的實施型態中，該電流參考值產生電路接受一壓降臨界值與一電流上限值之設定，以使得當該壓降高於該壓降臨界值時，該電壓轉換電路調降該輸出電流，又當該壓降低於該壓降臨界值時，該輸出電流維持於一電流上限值。
在一種較佳的實施型態中，該電流參考值產生電路包括: 一加法電路，根據該可調輸入電壓與該輸出電壓，產生該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降的相關訊號; 以及一反向變化電路，耦接於該加法電路，該反向變化電路根據該壓降的相關訊號，產生該電流參考值，其中當該壓降相對較高時，該電流參考值相對較低，又當該壓降相對較低時，該電流參考值相對較高。
在一種較佳的實施型態中，該第一控制電路包括: 一多工器，接收該可調輸入電壓與該輸出電壓之感測值; 一類比數位轉換器，耦接於該多工器，將該多工器相關於該可調輸入電壓或該輸出電壓的一輸出轉換成一數位訊號; 以及一微控制器，耦接於該多工器與該類比數位轉換器，該微控制器指示該多工器選擇輸出相關於該輸入電壓或該輸出電壓的資訊，並根據該數位訊號，產生該傳輸訊號傳送至該供電端，以指示該供電端控制該可調輸入電壓，藉此控制該壓降於該預設範圍內，以及根據該數位訊號，產生一控制訊號而控制該電壓轉換電路以調整該輸出電流，及/或調整該輸出電壓。
就另一觀點言，本發明也提供了一種應用於充電系統中之充電電路，該充電系統以一供電端經由一纜線對一受電端傳送一輸入電壓，該充電電路位於該受電端，用以接收該輸入電壓以對一電池進行充電，其中，該充電電路包含: 一電壓轉換電路，用以將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並產生一輸出電流，以對該電池進行充電；以及一控制電路，耦接於該電壓轉換電路，該控制電路根據該輸入電壓與該輸出電壓之間的一壓降，產生一第一控制訊號控制該電壓轉換電路以調整該輸出電流，藉此使得當該輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降高於一壓降臨界值時，該電壓轉換電路調降該輸出電流。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、尺寸、方向則並未依照實物比例繪製。
請參考第2圖。第2圖示出本發明一實施例之高效率充電系統的方塊示意圖。如第2圖所示，本實施例之高效率充電系統200包含一供電端10、一纜線70與一受電端20。供電端10例如為一配接器(adaptor)。受電端20例如為一攜帶式電子裝置，如手機、平板電腦、筆記型電腦等。供電端10與受電端20經由纜線70而彼此耦接，以自供電端10對受電端20傳送電能。纜線70包括正電源傳輸線71、負電源傳輸線73與一訊號傳輸線72。當供電端10與受電端20經由纜線70而彼此耦接時，正電源傳輸線71與負電源傳輸線73構成迴路而得以傳送電能。訊號傳輸線72可用以在供電端10的節點CC1和受電端20的節點CC2之間傳遞一傳輸訊號SCC，以進行雙向溝通。
如第2圖所示，在一實施例中，供電端10包括一電源轉換器11及一控制電路12。受電端20包括一電壓轉換電路21、一控制電路22及一電池23。電壓轉換電路21將供電端10提供之一輸入電壓VBUS轉換為一輸出電壓Vo，並產生一輸出電流Io，以對電池23進行充電。供電端10中之電源轉換器11受控制電路12產生的控制訊號Vp所控制，而提供輸入電壓VBUS。根據本發明，輸入電壓VBUS為一個可調整的電壓，且控制電路12可根據控制電路22所產生的傳輸訊號SCC，產生控制訊號Vp，藉以控制電源轉換器11調整輸入電壓VBUS。電源轉換器11可為各樣型式的電源轉換器，例如可為切換式調節電路(switching regulator)或其他形式的電壓轉換電路。
在一較佳實施例中，電壓轉換電路21例如(但不必須)為一線性穩壓器 (Low Drop Out (LDO) Regulator)（電路細節將於後文實施例中詳述）。電壓轉換電路21亦可為切換式調節電路或其他形式的電壓轉換電路。線性穩壓器和切換式調節電路是常用的兩種電壓轉換電路，相對於切換式調節電路而言，線性穩壓器的優點是所需零件較少，不需要如切換式調節電路般，還需要電感等較高成本的零件。但另一方面，切換式調節電路中的功率開關是在導通/關閉之間切換，線性穩壓器中的功率開關則是維持在恆開的狀態，因此在進行電壓轉換時，線性穩壓器會產生P=I*V的功率損耗，其中P為功率損耗，I為流過功率開關的電流(在第2圖實施例中的輸出電流Io)，V為功率開關上的跨壓(在第2圖實施例中的輸入電壓VBUS減去輸出電壓Vo)。根據本發明，為了達成高效率的充電，提出的方案是：第一、控制功率開關上的跨壓在一個較低值；第二，當功率開關上的跨壓過高（暫時不受控或已發生問題）時，降低流過功率開關的電流。當電壓轉換電路21為線性穩壓器時，上述方案有明顯的效果，但當電壓轉換電路21為切換式調節電路時，應用本案亦有益於節省功率損耗。
詳言之，請參閱第2圖。控制電路22耦接於電壓轉換電路21。並且，控制電路22感測輸入電壓VBUS、且也感測輸出電壓Vo。在一實施例中，輸出電壓Vo相關於電池23之電壓，而電池23為可充電電池，因此在尚未充飽電的狀態下，輸出電壓Vo並非固定值。根據本發明，控制電路22可根據輸出電壓Vo，來決定所欲的輸入電壓VBUS之目標值，以使功率開關上的跨壓等於或低於某一預設值，並藉由傳輸訊號SCC來傳送相關資訊(輸入電壓VBUS之目標值或其代碼)給供電端10的控制電路12，以請求供電端10調整輸入電壓VBUS。供電端10根據此資訊，將輸入電壓VBUS調整為該目標值，以控制功率開關上的跨壓(意即等於VBUS - Vo)，而得以使功率損耗最佳化。另一方面，當功率開關上的跨壓過高時，控制電路22可發出控制訊號SD，以降低流過功率開關的輸出電流Io。此外，較佳但非必須地，在控制訊號SD中，也可以包含對輸出電壓Vo之目標值的設定資訊。傳輸訊號SCC和控制訊號SD可以是數位訊號、或是類比訊號。
第3圖舉例示出本發明一實施例之控制電路22的方塊示意圖。如第3圖所示，在一實施例中，控制電路22可包括一多工器226、一類比數位轉換器227及一微控制器225。多工器226接收輸入電壓VBUS與輸出電壓Vo之感測值。類比數位轉換器227耦接於多工器226，並將多工器226相關於輸入電壓VBUS或輸出電壓Vo的一輸出轉換成一數位訊號Sadc。微控制器225耦接於多工器226與類比數位轉換器227；微控制器225發出訊號，指示多工器226選擇輸出相關於輸入電壓VBUS或輸出電壓Vo的資訊。微控制器225根據數位訊號Sadc，得知相關於輸入電壓VBUS和輸出電壓Vo的資訊，並據此傳送傳輸訊號SCC至供電端10的控制電路12，以指示供電端10控制輸入電壓VBUS，藉此控制壓降(VBUS - Vo)於預設範圍內；此外，於必要時，微控制器225另產生一控制訊號SD控制電壓轉換電路21，以調整輸出電流Io，及/或調整輸出電壓Vo。
第3圖所示僅是控制電路22的其中一個實施例；控制電路22並不必須以數位方式來處理訊號。後文將舉例說明控制電路22以類比方式來處理訊號的實施例。
請參考第4圖與第5圖。第4圖示出本發明一實施例之電壓轉換電路 21 (在本實施例中為線性穩壓器)的方塊示意圖。第5圖舉例示出第4圖實施例的其中一種具體實施方式。電壓轉換電路 21包括一功率開關214、一誤差放大器211、一電流比較電路212及一輔助控制電路213。在一實施例中，功率開關214例如但不限於可為一PMOS功率開關。如第4圖所示，功率開關214具有一控制端、一電流流入端及一電流流出端。電流流入端耦接於輸入電壓VBUS。電流流出端耦接於輸出電壓Vo。對輸出電壓Vo的感測與回授控制，其進行方式可由誤差放大器211根據輸出電壓Vo或其相關訊號 (例如輸出電壓Vo的分壓)以及一電壓參考值Vref，產生一誤差放大訊號S211，藉此控制功率開關214的控制端。對電池23的充電電流 (即輸出電流Io)之回授控制，其進行方式可由電流比較電路212，根據輸出電流Io或其相關訊號以及一電流參考值Iref，產生一控制訊號V2133。輔助控制電路213根據電流比較電路212產生的控制訊號V2133，以控制功率開關214的控制端，藉此調節輸出電流Io。其中，電流參考值Iref可受微控制器225輸出的控制訊號SD所控制，又，如需要的話，電壓參考值Vref亦受微控制器225輸出的控制訊號SD所控制。
在一實施例中，例如但不限於可經由一電壓感測元件87進行輸出電壓Vo的感測。此電壓感測元件87例如但不限於可為由電阻215和電阻216串聯所構成的分壓電路。電壓感測元件87將感測結果傳送至誤差放大器211，誤差放大器211根據輸出電壓Vo的電壓感測結果以及電壓參考值Vref，產生誤差放大訊號S211以控制功率開關214之操作。在本實施例中，電壓參考值Vref可代表電池23的電壓之安全壓降臨界值，進而控制電壓轉換電路21對電池23進行充電時的最終目標值。於其他實施例中，電壓參考值Vref也可為依設計需要之其他設定值。
在一實施例中，例如但不限於可經由一電流感測元件88對輸出電流Io進行感測；電流感測元件88例如但不限於可為一個與功率開關214並聯的感測電晶體、或是串聯在輸出電流Io的路徑上的感測電阻等，有各種方式可以實施，本發明並不侷限於必須採用其中任何一種。電流感測元件88將感測結果傳送至電流比較電路212，電流比較電路212根據輸出電流Io的電流感測結果與電流參考值Iref，產生控制訊號V2133以輸入至輔助控制電路213。其中電流參考值Iref可代表電壓轉換電路21對電池23進行充電時所提供的充電電流(即輸出電流Io)之目標值。根據電流參考值Iref，電壓轉換電路21對電池23進行充電時所提供的充電電流(即輸出電流Io)可維持於前述目標值。在本實施例中，當輸入電壓VBUS與輸出電壓Vo之間的壓降 (意即等於VBUS - Vo)過高(例如高於一預設值，以下稱壓降臨界值)時，電壓轉換電路21便會降低輸出電流Io。
如第5圖所示，在一實施例中，電流比較電路212可包括一誤差放大器2122、一電晶體2123以及一電阻2121。電晶體2123具有一控制端、一電流流入端及一電流流出端。電流流入端耦接於輔助控制電路213。電流流出端耦接於電阻2121。電阻2121耦接於電晶體2123的電流流出端和地之間。在一實施例中，電晶體2123例如但不限於可為一NMOS電晶體。
在一實施例中，電流感測元件88可包括一電晶體2131、以及一電阻2134。在一實施例中，電晶體2131及功率開關214例如但不限於可為PMOS電晶體。詳細地說，電晶體2131和功率開關214構成一電流鏡，其以電流I2131鏡像複製了輸出電流Io。電流I2131以及電阻2134將輸出電流Io的電流感測結果轉換成電壓訊號形式輸入至誤差放大器2122。誤差放大器2122將輸出電流Io的電流感測結果和電流參考值Iref比較，並根據比較結果來控制電晶體2123產生電流I2123。
輔助控制電路213可包括一電晶體2132、以及一電阻2133。電晶體2132的電流流入端耦接於輸入電壓VBUS、電阻2133的一端也耦接於輸入電壓VBUS。此外，電阻2133的另一端控制電晶體2132的控制端。電晶體2132的電流流出端耦接於功率開關214的控制端。此外，電阻2133與電晶體2132控制端連接的節點，耦接於並受控於電流比較電路212。電晶體2132例如但不限於可為PMOS電晶體。
請繼續參閱第5圖。當輸出電流Io增加，則電流I2131增加。故，電流I2131與電阻2134的乘積(即電阻2134上端節點的電壓)增加；電阻2134上端節點的電壓減去電流參考值Iref的差值會變大(在本實施例中，電流參考值Iref是一個電壓形式的訊號)，因此，電流I2123增加。故，電流I2123與電阻2133的乘積增加，造成電晶體2132的閘極與源極間的電壓 (Vgs)變大，電晶體2132更加導通。如此一來，功率開關214的控制端的電壓 (電晶體2132下方節點的電壓)會接近於輸入電壓VBUS，因而造成功率開關214閘極與源極間的電壓 (Vgs)變小，功率開關214較不導通。於是，輸出電流Io將會降低。以上表示，輸出電流Io至終會達成平衡在一個目標值，此目標值對應於電流參考值Iref。因此，若是在電壓VBUS與輸出電壓Vo之間的壓降 (VBUS - Vo)過高時，降低電流參考值Iref，電壓轉換電路21便會降低輸出電流Io，使Io* (VBUS - Vo)的乘積下降，以降低功率損耗。
根據本發明，電流參考值產生電路220根據輸入電壓VBUS與輸出電壓Vo，而決定電流參考值Iref，以達成上述「(VBUS - Vo)過高時，降低電流參考值Iref」之目的。若是控制電路22輸出的控制訊號SD是數位訊號的話，則電流參考值產生電路220可以是一個數位類比轉換電路或是查表電路，根據數位形式的控制訊號SD來決定電流參考值Iref。在此情況下，電流參考值產生電路220例如但不限於可為電壓轉換電路21的一部分。另一方面，如前所述，控制電路22並不侷限於必須為第3圖所示的實施例；控制電路22並不必須以數位方式來處理訊號。電流參考值產生電路220亦可以為控制電路22的一部分，而以類比方式來產生電流參考值Iref。在此情況下，可視為電流參考值Iref就是控制電路22所輸出的控制訊號SD。後者的詳細實施例請參考第6A圖與第6B圖。
請參考第6A圖與第6B圖。第6A圖示出本發明一實施例之電流參考值產生電路的方塊示意圖。第6B圖示出本發明之電流參考值產生電路的更詳細實施例。如第6A圖所示，在一實施方式中，電流參考值產生電路220可包括一加法電路221以及一反向變化電路222。加法電路221根據輸入電壓VBUS與輸出電壓Vo，產生輸入電壓VBUS與輸出電壓Vo之間的壓降(VBUS - Vo)的相關訊號。反向變化電路222耦接於加法電路221。反向變化電路222根據壓降(VBUS - Vo)的相關訊號，產生電流參考值Iref，其中當壓降(VBUS - Vo)相對較高時，電流參考值Iref相對較低，又當壓降(VBUS - Vo)相對較低時，電流參考值Iref相對較高。
在另一實施方式中，反向變化電路222可被設定一壓降臨界值及一電流上限值。其中當壓降(VBUS - Vo)低於該壓降臨界值時，電流參考值Iref被設定至該電流上限值，而當壓降(VBUS - Vo)高於該壓降臨界值時，當壓降(VBUS - Vo)越高，則電流參考值Iref越低，直到電流參考值Iref為0。在此情況下，反向變化電路222根據壓降(VBUS - Vo)的相關訊號、壓降臨界值及電流上限值，產生電流參考值Iref。 此實施方式舉例而言請參考第6B圖。
如第6B圖所示，加法電路221可包括一電壓轉電流電路2211、一電壓轉電流電路2212、一電晶體2231及一電晶體2232。電壓轉電流電路2211將輸入電壓VBUS轉換為一電流I1。電壓轉電流電路2212將輸出電壓Vo轉換為一電流I2。電晶體2231及電晶體2232構成一電流鏡電路。如第6B圖所示，電晶體2231具有一控制端、一電流流入端及一電流流出端。電晶體2232具有一控制端、一電流流入端及一電流流出端。其中，電晶體2232的電流流入端耦接於電壓轉電流電路2211，電晶體2232的電流流出端耦接於地。電晶體2231的電流流入端耦接於電壓轉電流電路2212，電晶體2231的電流流出端耦接於地。電晶體2231的控制端與電晶體2232的控制端彼此耦接。
透過此加法電路221，可將輸入電壓VBUS與輸出電壓Vo之間的壓降(VBUS - Vo)以電流I3來表示，其中電流I3 (對應於壓降的相關訊號)等於電流I1減去電流I2。
在一實施例中，如第6B圖所示，反向變化電路222可包括電阻2270、電晶體2234、2235(構成一電流鏡電路)、電晶體2240、2241(構成一電流鏡電路)、電晶體2245、2246(構成一電流鏡電路)、電流源ITA(供應電流ITA)及電流源ITB(供應電流ITB)。電流源ITA定義壓降臨界值、電流源ITB定義電流上限值；在一實施例中，壓降臨界值及電流上限值為可調整。
詳細地說，電晶體2234、2235構成的電流鏡電路將電流I3鏡像複製成為電流I4。因此，電流I4對應於電流I1減去電流I2，亦即對應於壓降的相關訊號。電流I5等於電流I4減去ITA。電晶體2240、2241構成的電流鏡電路將電流I5鏡像複製成為電流I6。因此，電流I6對應於電流I4減去ITA。電流I7等於ITB減去電流I6。電晶體2245、2246構成的電流鏡電路將電流I7鏡像複製成為電流I8。因此，電流I8對應於ITB減去電流I6。電流參考值Iref相等於電流I8乘以電阻2270的電阻值，是一個電壓形式的訊號。
各電流鏡電路之複製比例不必須為1。假設電晶體2234、2235構成的電流鏡電路之複製比例為KA，電晶體2240、2241構成的電流鏡電路之複製比例為KB，電晶體2245、2246構成的電流鏡電路之複製比例為K1。則電流參考值Iref 可以下列關係式表示: 電流參考值Iref = K1 x (ITB - 電流I6) x 電阻2270的電阻值
而電流I6 可以下列關係式表示: 電流I6 = {[KA x (VBUS - Vo) ] - ITA} x KB
當[KA x (VBUS - Vo) ]小於ITA時，電流I6為0，電流參考值Iref = K1 x ITB x 電阻2270的電阻值，此為電流參考值Iref的電流上限值。當[KA x (VBUS - Vo) ]大於ITA時，電流參考值Iref開始下降。因此，電流源ITA定義了壓降臨界值，而電流源ITB定義了電流上限值。當電流I6大於ITB時，電流參考值Iref為0，亦即當[KA x (VBUS - Vo) ] ＞ (ITB/KB)+ITA時，停止對電池23充電。
根據上述的關係式，可以就應用上的需要來設定ITA、ITB、K1、KA、KB。
請參考第7A圖與第7B圖。第7A圖示出本發明之電壓轉電流電路2211的一實施例。第7B圖示出本發明之電壓轉電流電路2212的一實施例。
在一實施例中，如第7A圖所示，電壓轉電流電路2211可包括一誤差放大器310、一電阻315及一電晶體311、此外可選擇性地包含由電晶體312和電晶體313所構成的電流鏡電路。第7B圖的電路結構也相似，差別在於輸入不同。電路平衡時，誤差放大器310的兩輸入端電壓相等(不考慮元件匹配誤差)，因此電流I1等於輸入電壓VBUS除以電阻315的電阻值，而電流I2等於輸出電壓Vo除以電阻315的電阻值。(當然，兩電路分別採用不同的電阻值，也是可以的。)如此，就可將輸入電壓VBUS轉換為電流I1、將輸出電壓Vo轉換為電流I2。
需說明的是，雖然在一實施例中，輸入電壓VBUS是可調整的，而控制電路22可以傳送傳輸訊號SCC至供電端10的控制電路12，以指示供電端10控制輸入電壓VBUS，但第4、5、6A-6B圖的實施例並不侷限於應用在此種情況，當輸入電壓VBUS非為可調時，也仍可應用本發明來調整電流參考值Iref以控制輸出電流Io。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。舉例而言，第6B圖中的電流鏡電路之數目可以改變，等等。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。此外，本發明的任一實施型態不必須達成所有的目的或優點，因此，請求專利範圍任一項也不應以此為限。
200‧‧‧高效率充電系統 10‧‧‧供電端 11‧‧‧電源轉換器 12‧‧‧控制電路 20‧‧‧受電端 70‧‧‧纜線 71‧‧‧正電源傳輸線 72‧‧‧訊號傳輸線 73‧‧‧負電源傳輸線 21‧‧‧電壓轉換電路 211‧‧‧誤差放大器 212‧‧‧電流比較電路 2121‧‧‧電阻 2122‧‧‧誤差放大器 2123‧‧‧電晶體 213‧‧‧輔助控制電路 2131、2132‧‧‧電晶體 2132‧‧‧電晶體 2133、2134‧‧‧電阻 214‧‧‧功率開關 215、216‧‧‧電阻 22‧‧‧控制電路 220‧‧‧電流參考值產生電路 221‧‧‧加法電路 222‧‧‧反向變化電路 2211、2212‧‧‧電壓轉電流電路 2231、2232‧‧‧電晶體 2234、2235‧‧‧電晶體 2240、2241‧‧‧電晶體 2245、2246‧‧‧電晶體 225‧‧‧微控制器 226‧‧‧多工器 227‧‧‧類比數位轉換器 2270‧‧‧電阻 23‧‧‧電池 310‧‧‧誤差放大器 311~313‧‧‧電晶體 315‧‧‧電阻 87‧‧‧電壓感測元件 88‧‧‧電流感測元件 CC1、CC2‧‧‧節點 FB1‧‧‧輸出電壓Vo的分壓 Io‧‧‧輸出電流 I1~I8‧‧‧電流 I2123‧‧‧電流 I2131‧‧‧電流 Iref‧‧‧電流參考值 ITA、ITB‧‧‧電流源 SCC‧‧‧傳輸訊號 SD‧‧‧控制訊號 V2133‧‧‧控制訊號 VBUS‧‧‧輸入電壓 Vo‧‧‧輸出電壓 Vp‧‧‧控制訊號 Vref‧‧‧電壓參考值
第1圖示出先前技術之充電系統的方塊示意圖。 第2圖示出本發明一實施例之高效率充電系統的方塊示意圖。 第3圖示出本發明一實施例之控制電路22的方塊示意圖。 第4圖示出本發明一實施例之電壓轉換電路的方塊示意圖。 第5圖舉例示出第4圖實施例的其中一種具體實施方式。 第6A圖示出本發明一實施例之電流參考值產生電路的方塊示意圖。 第6B圖示出本發明之電流參考值產生電路的更詳細實施例。 第7A圖示出本發明之電壓轉電流電路2211的一實施例。 第7B圖示出本發明之電壓轉電流電路2212的一實施例。
200‧‧‧高效率充電系統
10‧‧‧供電端
11‧‧‧電源轉換器
12‧‧‧控制電路
20‧‧‧受電端
70‧‧‧纜線
71‧‧‧正電源傳輸線
72‧‧‧訊號傳輸線
73‧‧‧負電源傳輸線
21‧‧‧電壓轉換電路
22‧‧‧控制電路
23‧‧‧電池
CC1‧‧‧節點
CC2‧‧‧節點
Io‧‧‧輸出電流
SCC‧‧‧傳輸訊號
SD‧‧‧控制訊號
VBUS‧‧‧輸入電壓
Vo‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧電壓參考值

Claims (10)

  1. 一種高效率充電系統，包含一供電端與一受電端，經由一纜線而連接以自該供電端對該受電端傳送電能，該纜線包括正負電源傳輸線與一訊號傳輸線，其中，該受電端包含：一電壓轉換電路，用以將該供電端提供之一可調輸入電壓轉換為一輸出電壓，並產生一輸出電流，以對一電池進行充電，其中該電壓轉換電路根據該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的一壓降，而適應性地調整該輸出電流；以及一第一控制電路，耦接於該電壓轉換電路，該第一控制電路感測該可調輸入電壓與該輸出電壓，並根據該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降，而傳送一傳輸訊號至該供電端，以指示該供電端控制該可調輸入電壓，藉此控制該壓降於一預設範圍內；其中該電壓轉換電路包括：一功率開關，具有一控制端、一電流流入端、及一電流流出端，該電流流入端耦接於該可調輸入電壓，該電流流出端耦接於該輸出電壓；一誤差放大器，根據該輸出電壓或其相關訊號以及一電壓參考值，產生一誤差放大訊號，藉此控制該功率開關的該控制端；一電流比較電路，根據該輸出電流或其相關訊號以及一電流參考值，產生一控制訊號；一輔助控制電路，根據該電流比較電路產生的該控制訊號，以控制該功率開關的該控制端，藉此調節該輸出電流；以及一電流參考值產生電路，根據該可調輸入電壓與該輸出電壓，產生該電流參考值； 其中該電流參考值產生電路接受一壓降臨界值與一電流上限值之設定，以使得當該壓降高於該壓降臨界值時，該電壓轉換電路調降該輸出電流，又當該壓降低於該壓降臨界值時，該輸出電流維持於一電流上限值。
  2. 一種高效率充電系統，包含一供電端與一受電端，經由一纜線而連接以自該供電端對該受電端傳送電能，該纜線包括正負電源傳輸線與一訊號傳輸線，其中，該受電端包含：一電壓轉換電路，用以將該供電端提供之一可調輸入電壓轉換為一輸出電壓，並產生一輸出電流，以對一電池進行充電，其中該電壓轉換電路根據該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的一壓降，而適應性地調整該輸出電流；以及一第一控制電路，耦接於該電壓轉換電路，該第一控制電路感測該可調輸入電壓與該輸出電壓，並根據該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降，而傳送一傳輸訊號至該供電端，以指示該供電端控制該可調輸入電壓，藉此控制該壓降於一預設範圍內；其中該電壓轉換電路包括：一功率開關，具有一控制端、一電流流入端、及一電流流出端，該電流流入端耦接於該可調輸入電壓，該電流流出端耦接於該輸出電壓；一誤差放大器，根據該輸出電壓或其相關訊號以及一電壓參考值，產生一誤差放大訊號，藉此控制該功率開關的該控制端；一電流比較電路，根據該輸出電流或其相關訊號以及一電流參考值，產生一控制訊號；一輔助控制電路，根據該電流比較電路產生的該控制訊號，以控制該功率開關的該控制端，藉此調節該輸出電流；以及一電流參考值產生電路，根據該可調輸入電壓與該輸出電壓，產生該電流參考值； 其中該電流參考值產生電路包括：一加法電路，根據該可調輸入電壓與該輸出電壓，產生該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降的相關訊號；以及一反向變化電路，耦接於該加法電路，該反向變化電路根據該壓降的相關訊號，產生該電流參考值，其中當該壓降相對較高時，該電流參考值相對較低，又當該壓降相對較低時，該電流參考值相對較高。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之高效率充電系統，其中當該可調輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降高於一壓降臨界值時，該電壓轉換電路調降該輸出電流。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之高效率充電系統，其中該供電端包括：一電源轉換器，用以提供該可調輸入電壓；以及一第二控制電路，耦接於該電源轉換器，該第二控制電路根據該第一控制電路所產生的該傳輸訊號，產生一控制訊號，藉以控制該電源轉換器調整該可調輸入電壓。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之高效率充電系統，其中該電壓轉換電路包括一線性穩壓器(Low Drop Out(LDO)Regulator)。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之高效率充電系統，其中該第一控制電路包括：一多工器，接收該可調輸入電壓與該輸出電壓之感測值；一類比數位轉換器，耦接於該多工器，將該多工器相關於該可調輸入電壓或該輸出電壓的一輸出轉換成一數位訊號；以及一微控制器，耦接於該多工器與該類比數位轉換器，該微控制器指示該多工器選擇輸出相關於該輸入電壓或該輸出電壓的資訊，並根據該數位訊號，產生該傳輸訊號傳送至該供電端，以指示該供電端控制該可調輸入電 壓，藉此控制該壓降於該預設範圍內，以及根據該數位訊號，產生一控制訊號而控制該電壓轉換電路以調整該輸出電流，及/或調整該輸出電壓。
  7. 一種應用於充電系統中之充電電路，該充電系統以一供電端經由一纜線對一受電端傳送一輸入電壓，該充電電路位於該受電端，用以接收該輸入電壓以對一電池進行充電，其中，該充電電路包含：一電壓轉換電路，用以將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並產生一輸出電流，以對該電池進行充電；以及一控制電路，耦接於該電壓轉換電路，該控制電路根據該輸入電壓與該輸出電壓之間的一壓降，產生一第一控制訊號控制該電壓轉換電路以調整該輸出電流，藉此使得當該輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降高於一壓降臨界值時，該電壓轉換電路調降該輸出電流；其中該電壓轉換電路包括：一功率開關，具有一控制端、一電流流入端、及一電流流出端，該電流流入端耦接於該輸入電壓，該電流流出端耦接於該輸出電壓；一誤差放大器，根據該輸出電壓或其相關訊號以及一電壓參考值，產生一誤差放大訊號，藉此控制該功率開關的該控制端；一電流比較電路，根據該輸出電流或其相關訊號以及一電流參考值，產生一第二控制訊號；一輔助控制電路，根據該電流比較電路產生的該控制訊號，以控制該功率開關的該控制端，藉此調節該輸出電流；以及一電流參考值產生電路，根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生該電流參考值；其中該電流參考值產生電路接受一壓降臨界值與一電流上限值之設定，以使得當該壓降高於該壓降臨界值時，該電壓轉換電路調降該輸出電流，又當該壓降低於該壓降臨界值時，該輸出電流維持於一電流上限值。
  8. 一種應用於充電系統中之充電電路，該充電系統以一供電端經由一纜線對一受電端傳送一輸入電壓，該充電電路位於該受電端，用以接收該輸入電壓以對一電池進行充電，其中，該充電電路包含：一電壓轉換電路，用以將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，並產生一輸出電流，以對該電池進行充電；以及一控制電路，耦接於該電壓轉換電路，該控制電路根據該輸入電壓與該輸出電壓之間的一壓降，產生一第一控制訊號控制該電壓轉換電路以調整該輸出電流，藉此使得當該輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降高於一壓降臨界值時，該電壓轉換電路調降該輸出電流；其中該電壓轉換電路包括：一功率開關，具有一控制端、一電流流入端、及一電流流出端，該電流流入端耦接於該輸入電壓，該電流流出端耦接於該輸出電壓；一誤差放大器，根據該輸出電壓或其相關訊號以及一電壓參考值，產生一誤差放大訊號，藉此控制該功率開關的該控制端；一電流比較電路，根據該輸出電流或其相關訊號以及一電流參考值，產生一第二控制訊號；一輔助控制電路，根據該電流比較電路產生的該控制訊號，以控制該功率開關的該控制端，藉此調節該輸出電流；以及一電流參考值產生電路，根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生該電流參考值；其中該電流參考值產生電路包括：一加法電路，根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生該輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降的相關訊號；以及一反向變化電路，耦接於該加法電路，該反向變化電路根據該壓降的相關訊號，產生該電流參考值，其中當該壓降相對較高時， 該電流參考值相對較低，又當該壓降相對較低時，該電流參考值相對較高。
  9. 如申請專利範圍第7或8項所述之應用於充電系統中之充電電路，其中該電壓轉換電路包括一線性穩壓器(Low Drop Out(LDO)Regulator)。
  10. 如申請專利範圍第7或8項所述之應用於充電系統中之充電電路，其中該輸入電壓為可調整，且該控制電路根據該輸入電壓與該輸出電壓之間的該壓降，而藉由該纜線傳送一傳輸訊號給該供電端，以請求調整該輸入電壓。
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