TWI595725B - 充電器及具有該充電器的充電系統 - Google Patents

Description

充電器及具有該充電器的充電系統

本發明涉及一種充電器及具有該充電器的充電系統。

目前，隨著移動設備的電池容量越來越大，其需要的充電電流的也越來越大，而充電器在輸出電流較大時，其輸出電壓經過導線後產生很大的壓降，從而造成充電效率差，使得充電時間變長。

鑒於以上內容，有必要提供一種減少充電時間的充電器及具有該充電器的充電系統。

一種充電器，包括一充電管理器、一介面及一電源模組，該電源模組與該充電管理器相連，該電源模組包括一交流直流轉換器、第一電阻、第二電阻及第四電阻，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳依次透過第一電阻和第二電阻接地，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳還與該充電管理器的電壓輸入引腳相連，並透過第四電阻與該充電管理器的使能引腳相連，該第一電阻與第二電阻之間的節點與該交流直流轉換器的回饋電壓引腳連接，該交流直流轉換器的接地端接地，該充電管理器透過該介面為與該介面相連的終端設備充電，並與該終端設備進行通訊以獲取該終端設備的功率資訊；該充電管理器根據該終端設備的功率資訊輸出對應的回饋訊號至 該電源模組，該電源模組根據接收到的回饋訊號調節輸出至該充電管理器的控制電壓，該充電管理器根據該控制電壓輸出對應的充電電壓至該終端設備。

一種充電系統，包括一充電管理器、一介面、一電源模組及一終端設備，該電源模組與該充電管理器相連，該電源模組包括一交流直流轉換器、第一電阻、第二電阻及第四電阻，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳依次透過第一電阻和第二電阻接地，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳還與該充電管理器的電壓輸入引腳相連，並透過第四電阻與該充電管理器的使能引腳相連，該第一電阻與第二電阻之間的節點與該交流直流轉換器的回饋電壓引腳連接，該交流直流轉換器的接地端接地，該充電管理器透過該介面為與該介面相連的終端設備充電，並與該終端設備進行通訊以獲取該終端設備的功率資訊；該充電管理器根據該終端設備的功率資訊輸出對應的回饋訊號至該電源模組，該電源模組根據接收到的回饋訊號調節輸出至該充電管理器的控制電壓，該充電管理器根據該控制電壓輸出對應的充電電壓至該終端設備。

上述充電器及具有該充電器的充電系統透過該充電管理器與該終端設備進行通訊，以獲取該終端設備的功率資訊，該充電管理器根據該終端設備的功率資訊調節該電源模組輸出的控制電壓，進而根據該控制電壓輸出對應的充電電壓至終端設備，提高了終端設備的充電效率，減少了該終端設備的充電時間。

100‧‧‧充電系統

20‧‧‧充電器

10‧‧‧電源模組

U1‧‧‧交流直流轉換器

U2‧‧‧充電管理器

U3‧‧‧USB介面

U4‧‧‧終端設備

Q1-Q2‧‧‧場效應電晶體

R1-R5‧‧‧電阻

圖1 為本發明充電系統的較佳實施方式的方框圖。

圖2為圖1中充電器與終端設備連接的電路圖。

請參考圖1及圖2，本發明充電系統100的較佳實施方式包括一充電器20及一待充電的終端設備U4，該充電器20用於為該終端設備U4進行充電。該充電器20包括一電源模組10、一充電管理器U2及一通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)介面U3。該電源模組10與該充電管理器U2相連，該充電管理器U2透過該USB介面U3與該終端設備U4連接，並與該終端設備U4進行通訊。本實施方式中，該充電管理器U2與終端設備U4進行通訊後輸出對應的回饋訊號至該電源模組10，該電源模組10根據接收到的回饋訊號調節輸出的控制電壓，該充電管理器U2根據該控制電壓輸出對應的充電電壓至該終端設備U4。

本實施方式中，該充電管理器U2的引腳VOUT、DM及DP分別與USB介面U3的引腳PWR、D-及D+對應連接，該充電管理器U2的引腳GND及引腳ILIM均接地，該USB介面U3的引腳GND接地。其中，該充電管理器U2的引腳DM及DP與該USB介面U3的引腳D-及D+對應連接以在充電管理器U2與該終端設備U4通訊時進行傳輸資料，該充電管理器U2的引腳VOUT與該USB介面U3的引腳PWR連接以用於為終端設備U4提供充電電壓。

本實施方式中，該電源模組10用於根據該充電管理器U2輸出的回饋訊號輸出對應的控制電壓。該電源模組10包括一交流直流轉換器U1、電阻R1-R5、場效應電晶體Q1-Q2。該交流直流轉換器U1的缺省電壓引腳5V依次透過電阻R1和R2接地，該交流直流轉換器U1的回饋電壓引腳FB連接於該電阻R1與R2之間的節點，該交流直流轉換器U1的接地引腳GND接地。該交流直流轉換器U1的缺省電壓引腳5V透過電阻R3與該場效應電晶體Q1的汲極D相連，還透過電阻R4與該場效應電晶體Q2的汲極D相連。該場 效應電晶體Q1的源極S與該電阻R1與R2之間的節點相連，該場效應電晶體Q1的閘極G與該充電管理器U2的第一訊號引腳Vset1相連，以接收充電管理器U2輸出的第一回饋訊號。該場效應電晶體Q2的源極S與該電阻R1與R2之間的節點相連，該場效應電晶體Q2的閘極G與該充電管理器U2的第二訊號引腳Vset2相連，以接收充電管理器U2輸出的第二回饋訊號。該交流直流轉換器U1的缺省電壓引腳5V還與該充電管理器U2的電壓輸入引腳VIN相連，並透過電阻R5與該充電管理器U2的使能引腳EN相連。

本實施方式中，該充電器20的輸出功率公式為：P=U×I (1)

其中P為充電器20的輸出功率，U為充電器20的充電電壓，I為充電器20的輸出電流。從充電器20的輸出功率公式P可以看出，在充電器20的輸出電流I不變的情況下，其輸出功率P隨充電電壓U的改變而成比例改變。

本實施方式中，該充電管理器U2透過USB介面U3與該終端設備U4進行通訊，用於獲取該終端設備U4的功率資訊。該充電管理器U2還用於根據獲取得到的功率資訊輸出對應的回饋訊號至該電源模組10，以使得該電源模組10根據接收的回饋訊號輸出對應的控制電壓，如此，使得該充電器20在為不同的終端設備U4充電時，該充電管理器U2可根據該終端設備U4的功率資訊來調節該電源模組10輸出的控制電壓。

當使用該充電器20為不同的終端設備充電時，該充電管理器U2根據該終端設備U4的功率資訊控制該充電器20輸出不同的輸出電流I，並透過其第一訊號引腳Vset及第二訊號引腳Vset2輸出對應的回饋訊號至該電源模組10，使得該電源模組10根據接收的回饋訊號調節所輸出的控制電壓。

當充電器20為低等功率需求的終端設備U4充電時，如當該充電管理器U2控制該充電器20輸出的電流I為0.1A時，該充電管理器U2透過第一訊號引腳Vset1輸出一低電壓的第一回饋訊號至場效應電晶體Q1的閘極 G，還透過第二訊號引腳Vset2輸出一低電壓的第二回饋訊號至該場效應電晶體Q2的閘極G，使得該場效應電晶體Q1及Q2均截止。由基本電路原理知識可得到該電源模組10的輸出電壓滿足以下公式：Vout=Vfb×(1+r2/r1) (2)

其中，Vout為該電源模組10輸出的控制電壓，Vfb為該交流直流轉換器U1的回饋電壓引腳FB所回饋的參考電壓，r1為電阻R1的電阻值，r2為電阻R2的電阻值。

當充電器20為中等功率需求的終端設備U4充電時，如當該充電管理器U2控制該充電器20輸出的電流I為1A時，該充電管理器U2透過第一訊號引腳Vset1輸出一高電壓的第一回饋訊號至場效應電晶體Q1的閘極G，還透過第二訊號引腳Vset2輸出一低電壓的第二回饋訊號至該場效應電晶體Q2的閘極G，使得該場效應電晶體Q1導通，場效應電晶體Q2截止。由基本電路原理知識可得到該電源模組10的輸出的控制電壓Vout滿足以下公式：Vout=Vfb×(1+r2/r1+r2/r3) (3)

其中，r3為電阻R3的電阻值。根據公式(3)得知，透過選取適當的電阻R3的電阻值r3可在一定範圍內調節該電源模組10輸出的控制電壓Vout。

當充電器20為高等功率需求的終端設備U4充電時，該充電管理器U2控制該充電器20輸出的電流I為2A，此時，該充電管理器U2透過第一訊號引腳Vset1輸出一高電壓的第一回饋訊號至場效應電晶體Q1的閘極G，還透過第二訊號引腳Vset2輸出一高電壓的第二回饋訊號至該場效應電晶體Q2的閘極G，使得該場效應電晶體Q1及場效應電晶體Q2均導通。此時，該電源模組10輸出的控制電壓Vout滿足以下公式：。

Vout=Vfb×(1+r2/r1+r2/r3+r2/r4) (4)

其中，r4為電阻R4的電阻值。根據公式(4)可以看出，透過適當的選取電阻R4的電阻值r4，可以在一定範圍內調節該充電模組10輸出的控制電壓Vout。

結合公式(1)、公式(2)、公式(3)及公式(4)可得出，當該終端設備U4的功率需求增加時，該電源模組10輸出的控制電壓Vout將會對應增加，而隨著該電源模組10輸出的控制電壓Vout的提高，該充電器20的充電電壓U也在提高，在一定程度上也提高了該充電器20的輸出功率P，減少了該終端設備U4的充電時間，提高了為終端設備U4的充電效率。

本實施方式中，該場效應電晶體Q1及Q2可替換為NPN型電晶體及其它具有相同功能的開關。

上述充電系統100在充電期間，透過該充電器20中的充電管理器U2與該終端設備U4進行通訊，以獲得該終端設備U4的功率資訊，該充電管理器U2根據該功率資訊控制該場效應電晶體Q1及場效應電晶體Q2的導通與截止，以改變該充電器20輸出的充電電壓。充電系統100亦可根據終端設備U4的功率資訊輸出對應的電流，以使得充電系統100透過調節充電電壓及電流來減少充電時間，亦提高了為充電設備充電的效率。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

20‧‧‧充電器

10‧‧‧電源模組

U1‧‧‧交流直流轉換器

U2‧‧‧充電管理器

U3‧‧‧USB介面

U4‧‧‧終端設備

Q1-Q2‧‧‧場效應電晶體

R1-R5‧‧‧電阻

Claims (10)

1. 一種充電器，包括一充電管理器、一介面及一電源模組，該電源模組與該充電管理器相連，該電源模組包括一交流直流轉換器、第一電阻、第二電阻及第四電阻，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳依次透過第一電阻和第二電阻接地，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳還與該充電管理器的電壓輸入引腳相連，並透過第四電阻與該充電管理器的使能引腳相連，該第一電阻與第二電阻之間的節點與該交流直流轉換器的回饋電壓引腳連接，該交流直流轉換器的接地端接地，該充電管理器透過該介面為與該介面相連的終端設備充電，並與該終端設備進行通訊以獲取該終端設備的功率資訊；該充電管理器根據該終端設備的功率資訊輸出對應的回饋訊號至該電源模組，該電源模組根據接收到的回饋訊號調節輸出至該充電管理器的控制電壓，該充電管理器根據該控制電壓輸出對應的充電電壓至該終端設備。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充電器，其中該電源模組還包括第一至第二電子開關、第三電阻及第五電阻，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳還透過第三電阻與該第一電子開關的第一端相連，該第一電子開關的第二端與該第一電阻與第二電阻之間的節點相連，該第一電子開關的第三端與該充電管理器的第一訊號引腳相連；該第二電子開關的第一端透過該第五電阻與該交流直流轉換器的缺省電壓引腳相連，該第二電子開關的第二端與該第一電阻與第二電阻之間的節點相連，該第二電子開關的第三端與該充電管理器的第二訊號引腳相連。
3. 如申請專利範圍第2項所述之充電器，其中當充電管理器透過該介面接收到來自終端設備的第一功率資訊時，該充電管理器控制電源模組輸出一第一電流至該終端設備，該充電管理器的第一訊號引腳輸出一高電壓的第一回饋訊號至該第一電子開關的第一端，該充電管理器的第二訊號輸出引腳輸出一低電壓的第二回饋訊號至該第二電子開關的第三端，該第一電子開關導通，該第二電子開關截止，該電源模組輸出一第一電壓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之充電器，其中當充電管理器透過該介面接收到來自終端設備的第二功率資訊時，該充電管理器控制電源模組輸出一第二電流至該終端設備，該充電管理器的第一訊號引腳輸出一高電壓的第一回饋訊號至該第一電子開關的第一端，及該充電管理器的第二訊號引腳輸出一高電壓的第二回饋訊號至第二電子開關的第三端，第一電子開關導通，第二電子開關導通，該電源模組輸出一第二電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之充電器，其中該介面為一通用序列匯流排介面，該第一至第二電子開關均為一NMOS場效應電晶體或均為一NPN型電晶體，該第一至第二電子開關的第一端、第二端及第三端分別對應於該NMOS場效應電晶體的汲極、源極及閘極或該NPN型電晶體的集極、基極及射極。
6. 一種充電系統，包括一充電管理器、一介面、一電源模組及一終端設備，該電源模組與該充電管理器相連，該電源模組包括一交流直流轉換器、第一電阻、第二電阻及第四電阻，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳依次透過第一電阻和第二電阻接地，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳還與該充電管理器的電壓輸入引腳相連，並透過第四電阻與該充電管理器的使能引腳相連，該第一電阻與第二電阻之間的節點與該交流直流轉換器的回饋電壓引腳連接，該交流直流轉換器的接地端接地，該充電管理器透過該介面為與該介面相連的終端設備充電，並與該終端設備進行通訊以獲取該終端設備的功率資訊；該充電管理器根據該終端設備的功率資訊輸出對應的回饋訊號至該電源模組，該電源模組根據接收到的回饋訊號調節輸出至該充電管理器的控制電壓，該充電管理器根據該控制電壓輸出對應的充電電壓至該終端設備。
7. 如申請專利範圍第6項所述之充電系統，其中該電源模組還包括第一至第二電子開關、第三電阻及第五電阻，該交流直流轉換器的缺省電壓引腳還透過第三電阻與該第一電子開關的第一端相連，該第一電子開關的第二端與該第一電阻與第二電阻之間的節點相連，該第一電子開關的第三端與該充電管理器的第一訊號引腳相連；該第二電子開關的第一端透過該第五電阻與該交流直流轉換器的缺省電壓引腳相連，該第二電子開關的第二端與該第一電阻與第二電阻之間的節點相連，該第二電子開關的第三端與該充電管理器的第二訊號引腳相連。
8. 如申請專利範圍第7項所述之充電系統，其中當充電管理器透過該介面接收到來自終端設備的第一功率資訊時，該充電管理器控制電源模組輸出一第一電流至該終端設備，該充電管理器的第一訊號引腳輸出一高電壓的第一回饋訊號至該第一電子開關的第一端，該充電管理器的第二訊號輸出引腳輸出一低電壓的第二回饋訊號至該第二電子開關的第三端，該第一電子開關導通，該第二電子開關截止，該電源模組輸出一第一電壓。
9. 如申請專利範圍第8項所述之充電系統，其中當充電管理器透過該介面接收到來自終端設備的第二功率資訊時，該充電管理器控制電源模組輸出一第二電流至該終端設備，該充電管理器的第一訊號引腳輸出一高電壓的第一回饋訊號至該第一電子開關的第一端，及該充電管理器的第二訊號引腳輸出一高電壓的第二回饋訊號至第二電子開關的第三端，第一電子開關導通，第二電子開關導通，該電源模組輸出一第二電壓。
10. 如申請專利範圍第9項所述之充電系統，其中該介面為一通用序列匯流排介面，該第一至第二電子開關均為一NMOS場效應電晶體或均為一NPN型電晶體，該第一至第二電子開關的第一端、第二端及第三端分別對應於該NMOS場效應電晶體的汲極、源極及閘極或該NPN型電晶體的集極、基極及射極。