TWI584111B - 電子裝置 - Google Patents

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TWI584111B
TWI584111B TW104143317A TW104143317A TWI584111B TW I584111 B TWI584111 B TW I584111B TW 104143317 A TW104143317 A TW 104143317A TW 104143317 A TW104143317 A TW 104143317A TW I584111 B TWI584111 B TW I584111B
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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Description

電子裝置
本發明係關於一種電子裝置，特別係關於可整合多個電源信號之電子裝置。
傳統之行動裝置通常僅有單一電源供應埠，用於耦接至單一交流轉直流轉換器(AC-to-DC(Alternating Current to Direct Current)Converter)。即便使用者擁有二個以上之交流轉直流轉換器，這些交流轉直流轉換器仍無法同時提供電力給行動裝置。一般而言，交流轉直流轉換器有多種不同輸出規格。由於傳統之行動裝置無法得知每種交流轉直流轉換器之輸出規格，故其通常僅會支援使用單一交流轉直流轉換器進行供電或充電。
為了克服先前技術之缺點，實有必要設計一種全新之裝置，使得二個以上之交流轉直流轉換器可同時提供電力給行動裝置。
在較佳實施例中，本發明提供一種電子裝置，包括：一多輸入電源系統，結合一第一電源信號與一第二電源信號，並輸出一匯總電源信號；以及一電源管理系統，管理該匯總電源信號。
在一些實施例中，該電子裝置支援USB(Universal Serial Bus)Type-C Power Delivery規格。
在一些實施例中，該多輸入電源系統包括：一第一電流感測器，偵測該第一電源信號之一電流值，並產生一第一電流回饋信號；一第一電壓調節器，偵測該第一電源信號之一電壓值，並產生一第一電壓回饋信號；一第二電流感測器，偵測該第二電源信號之一電流值，並產生一第二電流回饋信號；一第二電壓調節器，偵測該第二電源信號之一電壓值，並產生一第二電壓回饋信號；以及一電源分配控制邏輯電路，根據該第一電流回饋信號、該第一電壓回饋信號、該第二電流回饋信號，以及該第二電壓回饋信號來控制該匯總電源信號之一電壓值和一電流值。
在一些實施例中，該電源分配控制邏輯電路更根據該第一電流回饋信號和該第一電壓回饋信號來產生一第一電壓控制信號，並更根據該第二電流回饋信號和該第二電壓回饋信號來產生一第二電壓控制信號。
在一些實施例中，該第一電壓調節器係根據該第一電壓控制信號來提高或降低該第一電源信號之該電壓值，以輸出一第一調節電源信號，其中該第二電壓調節器係根據該第二電壓控制信號來提高或降低該第二電源信號之該電壓值，以輸出一第二調節電源信號，而其中該第一調節電源信號係與該第二調節電源信號結合，以形成該匯總電源信號。
在一些實施例中，該第一調節電源信號之一電壓值係與該第二調節電源信號之一電壓值相同，使得該第一調節 電源信號係與該第二調節電源信號並聯產生該匯總電源信號，而該匯總電源信號之一功率值係等於該第一調節電源信號和該第二調節電源信號之一總和功率值。
在一些實施例中，該電子裝置更包括：一第一輸入埠，耦接至一第一交流轉直流轉換器，並從該第一交流轉直流轉換器處接收該第一電源信號；一第一控制器，接收關於該第一交流轉直流轉換器之一第一資料，並將該第一資料轉達給該多輸入電源系統和該電源管理系統；一第二輸入埠，耦接至一第二交流轉直流轉換器，並從該第二交流轉直流轉換器處接收該第二電源信號；以及一第二控制器，接收關於該第二交流轉直流轉換器之一第二資料，並將該第二資料轉達給該多輸入電源系統和該電源管理系統；其中該電源管理系統係根據該第一資料和該第二資料來最佳化該匯總電源信號之電源分配。
在一些實施例中，該第一資料包括該第一交流轉直流轉換器之一輸出電壓值和一輸出電流值，而該第二資料包括該第二交流轉直流轉換器之一輸出電壓值和一輸出電流值。
在一些實施例中，該電子裝置為一筆記型電腦。
在一些實施例中，該電子裝置為一USB(Universal Serial Bus)集線器。
100、400‧‧‧電子裝置
110‧‧‧多輸入電源系統
120‧‧‧電源管理系統
130‧‧‧第一電流感測器
132‧‧‧電阻器
134‧‧‧電流放大器
140‧‧‧第一電壓調節器
142‧‧‧金氧半場效電晶體
144‧‧‧電壓控制邏輯電路
150‧‧‧第二電流感測器
160‧‧‧第二電壓調節器
170‧‧‧電源分配控制邏輯電路
410‧‧‧第一輸入埠
420‧‧‧第一控制器
430‧‧‧第二輸入埠
440‧‧‧第二控制器
450‧‧‧第一交流轉直流轉換器
460‧‧‧第二交流轉直流轉換器
670‧‧‧筆記型電腦
DATA1‧‧‧第一資料
DATA2‧‧‧第二資料
SC1‧‧‧第一電壓控制信號
SC2‧‧‧第二電壓控制信號
SD1‧‧‧第一調節電源信號
SD2‧‧‧第二調節電源信號
SI1‧‧‧第一電流回饋信號
SI2‧‧‧第二電流回饋信號
SP1‧‧‧第一電源信號
SP2‧‧‧第二電源信號
SPT‧‧‧匯總電源信號
SV1‧‧‧第一電壓回饋信號
SV2‧‧‧第二電壓回饋信號
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之示意圖； 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之多輸入電源系統之示意圖；第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一電流感測器之示意圖；第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一電壓調節器之示意圖；第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之示意圖；第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置之示意圖；以及第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置之示意圖。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置100之示意圖。如第1圖所示，電子裝置100至少包括一多輸入電源系統(Multi-input Power System)110和一電源管理系統(Power Management System)120。在較佳實施例中，電子裝置100支援USB(Universal Serial Bus)Type-C Power Delivery規格。電子裝置100可接收一第一電源信號SP1和一第二電源信號SP2，其中第一電源信號SP1和第二電源信號SP2可具有不同電壓值和不同電流值。多輸入電源系統110係用於結合一第一電源信 號SP1與一第二電源信號SP2，並輸出一匯總電源信號SPT。舉例而言，匯總電源信號SPT之一功率值可以等於第一電源信號SP1和第二電源信號SP2之一總和功率值。電源管理系統120可以是一微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)或是一內嵌式控制器(Embedded Controller，EC)。電源管理系統120係用於管理匯總電源信號SPT。例如，電源管理系統120可用於控制及最佳化匯總電源信號SPT之電源分配，使得匯總電源信號SPT可以高效率供應電力給一負載元件(Loading Element)。必須理解的是，雖然第1圖之電子裝置100僅用於結合二個電源信號，在其他實施例中，電子裝置100亦可用於結合三個、四個、五個，或更多個電源信號，並據以產生匯總電源信號SPT。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之多輸入電源系統110之示意圖。在第2圖之實施例中，多輸入電源系統110包括一第一電流感測器(Current Sensor)130、一第一電壓調節器(Voltage Regulator)140、一第二電流感測器150、一第二電壓調節器160，以及一電源分配控制邏輯電路(Power Distribution Control Logic Circuit)170。第一電流感測器130係用於偵測第一電源信號SP1之一電流值，並產生一第一電流回饋信號SI1。第一電壓調節器140係用於偵測第一電源信號SP1之一電壓值，並產生一第一電壓回饋信號SV1。第二電流感測器150係用於偵測第二電源信號SP2之一電流值，並產生一第二電流回饋信號SI2。第二電壓調節器160係用於偵測第二電源信號SP2之一電壓值，並產生一第二電壓回饋信號SV2。電源分配控制邏輯電路170係根據第一電流回饋信號SI1、第一電壓回 饋信號SV1、第二電流回饋信號SI2，以及第二電壓回饋信號SV2來控制匯總電源信號SPT之一電壓值和一電流值。必須理解的是，雖然第2圖之多輸入電源系統110僅包括二組電流感測器和電壓調節器，在其他實施例中，多輸入電源系統110亦可包括三組、四組、五組，或更多組電流感測器和電壓調節器，以處理更多個電源信號。
在一些實施例中，電源分配控制邏輯電路170更根據第一電流回饋信號SI1和第一電壓回饋信號SV1來產生一第一電壓控制信號SC1，並更根據第二電流回饋信號SI2和第二電壓回饋信號SV2來產生一第二電壓控制信號SC2。第一電壓調節器140係根據第一電壓控制信號SC1來提高或降低第一電源信號SP1之電壓值，以輸出一第一調節電源信號SD1。第二電壓調節器160係根據第二電壓控制信號SC2來提高或降低第二電源信號SP2之電壓值，以輸出一第二調節電源信號SD2。第一調節電源信號SD1可與第二調節電源信號SD2結合，以形成匯總電源信號SPT。詳細而言，第一調節電源信號SD1之一電壓值係與第二調節電源信號SD2之一電壓值相同，使得第一調節電源信號SD1可與第二調節電源信號SD2並聯產生匯總電源信號SPT，而匯總電源信號SPT之一功率值係等於第一調節電源信號SD1和第二調節電源信號SD2之一總和功率值。
舉例而言，各信號之參數可如下列設定。這些參數係為假設值，為使讀者易於理解本發明，而非用於限制本發明之專利範圍。第一電源信號SP1之電壓值可為20V，電流值可為1A，故其功率值可為20W。第二電源信號SP2之電壓值可為 5V，電流值可為2A，故其功率值可為10W。電源分配控制邏輯電路170可控制第一電壓調節器140以降低第一電源信號SP1之電壓值，並可控制第二電壓調節器160以提高第二電源信號SP2之電壓值，使得第一調節電源信號SD1和第二調節電源信號SD2二者之電壓值相等。舉例而言，在通過第一電壓調節器140和第二電壓調節器160之後，第一調節電源信號SD1之電壓值可為10V，電流值可為2A，其功率值仍為20W；第二調節電源信號SD2之電壓值可為10V，電流值可為1A，其功率值仍為10W。換言之，第一電壓調節器140和第二電壓調節器160可用於分別控制第一調節電源信號SD1之電壓值和第二調節電源信號SD2之電壓值，但須注意的是，第一調節電源信號SD1之功率值和第二調節電源信號SD2之功率值仍可分別大致等於第一電源信號SP1之功率值和第二電源信號SP2之功率值。由於二者之電壓值相同，第一調節電源信號SD1和第二調節電源信號SD2可並聯產生匯總電源信號SPT。例如，匯總電源信號SPT之電壓值可為10V，電流值可為3A(亦即，2A+1A)，而其功率值可為30W(亦即，20W+10W)。
第3A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一電流感測器130之示意圖。在第3A圖之實施例中，第一電流感測器130包括一電阻器132和一電流放大器134。電阻器132具有相對較小之一電阻值，因此幾乎不會影響第一電源信號SP1之電壓值。第一電源信號SP1可通過電阻器132。電流放大器134可偵測並放大通過電阻器132之電流，以產生第一電流回饋信號SI1。在另一些實施例中，電流放大器134係由一伏特計所取代， 其中伏特計係根據電阻器132之二端之間之電位差來產生第一電流回饋信號SI1。必須理解的是，第一電流感測器130之組態亦可對應地套用至第二電流感測器150之組態。
第3B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一電壓調節器140之示意圖。在第3B圖之實施例中，第一電壓調節器140包括一金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)142和一電壓控制邏輯電路144。金氧半場效電晶體142可為一N型金氧半場效電晶體或一P型金氧半場效電晶體，其具有一第一端、一第二端，以及一控制端。金氧半場效電晶體142之第一端係用於接收第一電源信號SP1。金氧半場效電晶體142之第二端係用於輸出第一調節電源信號SD1。電壓控制邏輯電路144係根據第一電壓控制信號SC1來調整金氧半場效電晶體142之控制端之電壓，以提高或降低金氧半場效電晶體142之第一端和第二端之間之電阻值。舉例而言，若前述電阻值提高，則第一調節電源信號SD1之電壓值將會變低；而若前述電阻值降低，則第一調節電源信號SD1之電壓值將會變高。第一電壓調節器140更可包括一或複數個伏特計，以偵測第一電源信號SP1之電壓值和第一調節電源信號SD1之電壓值，並據以產生第一電壓回饋信號SV1。必須理解的是，第一電壓調節器140之組態亦可對應地套用至第二電壓調節器160之組態。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置400之示意圖。第4圖與第1圖相似。在第4圖之實施例中，電子裝置400更包括一第一輸入埠410、一第一控制器420、一第 二輸入埠430，以及一第二控制器440。舉例而言，第一輸入埠410和第二輸入埠430可為相異之二個USB Type-C接口埠，而第一控制器420和第二控制器440可為相異之二個USB Type-C Power Delivery控制器。第一輸入埠410可耦接至一第一交流轉直流轉換器(AC-to-DC(Alternating Current to Direct Current)Converter)450，並可從第一交流轉直流轉換器450處接收第一電源信號SP1。第一控制器420可接收關於第一交流轉直流轉換器450之一第一資料DATA1，並可將第一資料DATA1轉達給多輸入電源系統110和電源管理系統120。第二輸入埠430可耦接至一第二交流轉直流轉換器460，並可從第二交流轉直流轉換器460處接收第二電源信號SP2。第二控制器440可接收關於第二交流轉直流轉換器460之一第二資料DATA2，並可將第二資料DATA2轉達給多輸入電源系統110和電源管理系統120。第一交流轉直流轉換器450和第二交流轉直流轉換器460可為外部電源供應裝置，其可皆耦接至一交流電源，並可具有不同之輸出電壓值和輸出電流值。第一交流轉直流轉換器450和第二交流轉直流轉換器460皆支援USB Type-C Power Delivery規格。第一資料DATA1可包括第一交流轉直流轉換器450之一輸出電壓值和一輸出電流值。例如，第一交流轉直流轉換器450之輸出電壓值可等於第一電源信號SP1之電壓值，而第一交流轉直流轉換器450之輸出電流值可等於第一電源信號SP1之電流值。第二資料DATA2可包括第二交流轉直流轉換器460之一輸出電壓值和一輸出電流值。例如，第二交流轉直流轉換器460之輸出電壓值可等於第二電源信號SP2之電壓值，而第二交流轉直 流轉換器460之輸出電流值可等於第二電源信號SP2之電流值。多輸入電源系統110可根據第一資料DATA1和第二資料DATA2來控制第一電壓調節器140和第二電壓調節器160。例如，第一調節電源信號SD1和第二調節電源信號SD2之一最終相同電壓值可根據據第一資料DATA1和第二資料DATA2來決定。電源管理系統120可根據第一資料DATA1和第二資料DATA2來最佳化匯總電源信號SPT之電源分配。例如，電源管理系統120可根據第一資料DATA1和第二資料DATA2來控制電源分配控制邏輯電路170之分配設定值。必須理解的是，雖然第4圖之電子裝置400僅包括二組輸入埠和控制器，在其他實施例中，電子裝置400亦可包括三組、四組、五組，或更多組輸入埠和控制器，以耦接至更多個交流轉直流轉換器並接收更多個電源信號。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之電子裝置400之示意圖。在第5圖之實施例中，電子裝置400為一筆記型電腦，其中多輸入電源系統110和電源管理系統120係內建於筆記型電腦中。筆記型電腦之第一輸入埠410和第二輸入埠430可同時耦接至具有不同輸出規格之第一交流轉直流轉換器450和第二交流轉直流轉換器460，並可同時從第一交流轉直流轉換器450和第二交流轉直流轉換器460處接收直流供應電力。
第6圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電子裝置400之示意圖。在第6圖之實施例中，電子裝置400為一USB集線器(USB Hub)，其中多輸入電源系統110和電源管理系統120係設置於USB集線器中。USB集線器之第一輸入埠410和第二輸入埠430可同時耦接至具有不同輸出規格之第一交流轉直 流轉換器450和第二交流轉直流轉換器460，並可同時從第一交流轉直流轉換器450和第二交流轉直流轉換器460處接收直流供應電力。USB集線器之一輸出埠可再耦接至一筆記型電腦670，使得直流供應電力可經由USB集線器傳送至筆記型電腦670。在其他實施例中，筆記型電腦670亦可由其他電子裝置所取代，例如：一智慧型手機或一平板電腦。
本發明提出一種新穎之電子裝置，其可同時由二個以上具有不同輸出規格之交流轉直流轉換器處接收電源信號，再將這些電源信號結合。本發明之電子裝置可以是一獨立裝置，亦可內建於一電子裝置當中。藉由加總所有交流轉直流轉換器之輸出功率值，本發明可明顯提升裝置之供電速率、系統效能，以及充電效率，因此很適合應用於各種各式之電子裝置當中。
值得注意的是，以上所述之電壓值、電流值，或是功率值等參數皆非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之電子裝置並不僅限於第1-6圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-6圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之電子裝置當中。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧多輸入電源系統
120‧‧‧電源管理系統
SP1‧‧‧第一電源信號
SP2‧‧‧第二電源信號
SPT‧‧‧匯總電源信號

Claims (9)

  1. 一種電子裝置，包括：一多輸入電源系統，結合一第一電源信號與一第二電源信號，並輸出一匯總電源信號；以及一電源管理系統，管理該匯總電源信號；其中該多輸入電源系統包括：一第一電流感測器，偵測該第一電源信號之一電流值，並產生一第一電流回饋信號；一第一電壓調節器，偵測該第一電源信號之一電壓值，並產生一第一電壓回饋信號；一第二電流感測器，偵測該第二電源信號之一電流值，並產生一第二電流回饋信號；一第二電壓調節器，偵測該第二電源信號之一電壓值，並產生一第二電壓回饋信號；以及一電源分配控制邏輯電路，根據該第一電流回饋信號、該第一電壓回饋信號、該第二電流回饋信號，以及該第二電壓回饋信號來控制該匯總電源信號之一電壓值和一電流值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該電子裝置支援USB(Universal Serial Bus)Type-C Power Delivery規格。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該電源分配控制邏輯電路更根據該第一電流回饋信號和該第一電壓回饋信號來產生一第一電壓控制信號，並更根據該第二電流回饋信號和該第二電壓回饋信號來產生一第二電壓控制信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電子裝置，其中該第一電壓調節器係根據該第一電壓控制信號來提高或降低該第一電源信號之該電壓值，以輸出一第一調節電源信號，其中該第二電壓調節器係根據該第二電壓控制信號來提高或降低該第二電源信號之該電壓值，以輸出一第二調節電源信號，而其中該第一調節電源信號係與該第二調節電源信號結合，以形成該匯總電源信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電子裝置，其中該第一調節電源信號之一電壓值係與該第二調節電源信號之一電壓值相同，使得該第一調節電源信號係與該第二調節電源信號並聯產生該匯總電源信號，而該匯總電源信號之一功率值係等於該第一調節電源信號和該第二調節電源信號之一總和功率值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，更包括：一第一輸入埠，耦接至一第一交流轉直流轉換器，並從該第一交流轉直流轉換器處接收該第一電源信號；一第一控制器，接收關於該第一交流轉直流轉換器之一第一資料，並將該第一資料轉達給該多輸入電源系統和該電源管理系統；一第二輸入埠，耦接至一第二交流轉直流轉換器，並從該第二交流轉直流轉換器處接收該第二電源信號；以及一第二控制器，接收關於該第二交流轉直流轉換器之一第二資料，並將該第二資料轉達給該多輸入電源系統和該電源管理系統；其中該電源管理系統係根據該第一資料和該第二資料來 最佳化該匯總電源信號之電源分配。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中該第一資料包括該第一交流轉直流轉換器之一輸出電壓值和一輸出電流值，而該第二資料包括該第二交流轉直流轉換器之一輸出電壓值和一輸出電流值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該電子裝置為一筆記型電腦。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該電子裝置為一USB(Universal Serial Bus)集線器。
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