TWI598730B - 供電裝置及供電方法 - Google Patents

Description

供電裝置及供電方法

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種供電裝置及供電方法。

科技日益進步，筆記型電腦、智慧型手機等行動電子裝置亦日益普及。由於人們對電子裝置產品的攜帶性隨著科技的進步更加的在意，現有的行動電子裝置皆朝向著輕薄短小的方向進行設計。這麼一來，行動電子裝置內部的電池設置空間便有所侷限，電池容量亦因此而被限制。因此，許多廠商亦設計了外部電池，作為行動電源可供給行動電子裝置於無法連接商用電源時充電。然而，以外部電池(上述的行動電源)往往為了符合各種充電需求而具有複雜的偵測電路，而這樣的設置下則容易造成在長時間未使用的情況時，電力卻持續減少。因此，如何以最簡單的方式設置外部電池以充電/放電，並減少存放以及充放電時的電池消耗，即為本領域需解決的問題之一。

本發明提供一種供電裝置及供電方法，可減少供電裝置於存放時以及充放電時的損耗以提昇電池的供電容量。

本發明的一種供電裝置，具有一外部電源輸入端以及一電源輸出端，包括一充電單元、一電池、一增壓單元以及一處理單元。充電單元耦接外部電源輸入端及電源輸出端。電池耦接充電單元及電源輸出端。增壓單元耦接於電池與電源輸出端之間。處理單元耦接充電單元、電池以及增壓單元。其中，當充電單元偵測外部電源輸入端接收一外部電源時，充電單元直接輸出外部電源至電源輸出端，並且利用外部電源對電池充電。其中，當未接收外部電源，並且電源輸出端連接至一外部裝置時，電池輸出一內部電源至電源輸出端。當處理單元偵測電池輸出的內部電源的電壓值低於一參考電壓值時，處理單元致能增壓單元以增壓內部電源至一額定電壓值。

本發明的一種供電方法，適用於一供電裝置，其中供電裝置包括一電池，所述供電方法包括以下步驟。首先，偵測是否接收一外部電源。當接收一外部電源時，直接輸出外部電源，並且利用外部電源對電池充電。當未接收外部電源，並且電源輸出端連接至一外部裝置時，由電池輸出一內部電源。當電池輸出的內部電源的電壓值低於一參考電壓值時，增壓內部電源至一額定電壓值。

基於上述，本發明提供一種供電裝置及供電方法，可於 連接外部電源及外部裝置(例如行動電子裝置)時，同時對供電裝置的電池充電並直接提供外部電源至外部裝置。而當以供電裝置中的電池供電至外部裝置時，可在電壓過低時增加供電之電壓。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧供電裝置

110‧‧‧充電單元

111‧‧‧降壓單元

112‧‧‧充電管理器

113‧‧‧開關

120‧‧‧電池

130‧‧‧增壓單元

140‧‧‧處理單元

141‧‧‧微處理器

142‧‧‧判斷單元

1421‧‧‧比較器

1422‧‧‧或閘

S401~S404、S501~S505、S511~S521‧‧‧步驟

EXP‧‧‧外部電源

INP‧‧‧內部電源

INP_V‧‧‧內部電源的電壓值

REF_V‧‧‧參考電壓值

CS‧‧‧控制信號

CP‧‧‧充電電源

CV‧‧‧充電電壓值

CI‧‧‧充電電流值

VH1、VH2‧‧‧高準位電壓

ES‧‧‧致能信號

EXIN‧‧‧外部電源輸入端

PWOUT‧‧‧電源輸出端

圖1為根據本發明一實施例所繪示供電裝置的功能方塊圖。

圖2為根據本發明一實施例所繪示供電裝置的功能方塊圖。

圖3為根據本發明一實施例所繪示判斷單元的電路示意圖。

圖4為根據本發明一實施例所繪示供電方法的方法流程圖。

圖5為根據本發明一實施例所繪示供電方法的方法流程圖。

圖1為根據本發明一實施例所繪示供電裝置的功能方塊圖。請參照圖1，供電裝置10具有外部電源輸入端EXIN以及電源輸出端PWOUT，其中外部電源輸入端EXIN可用以連接由供電裝置10外部所提供之外部電源EXP，例如由連接商用電源等交流電源的變壓器(AC adapter)所提供的直流電源。而電源輸出端PWOUT則用以連接有供給電源需求的一外部裝置，例如智慧型手機、筆記型電腦、平板電腦等行動電子裝置。

其中，供電裝置10包括充電單元110、電池120、增壓單元130以及處理單元140。充電單元110耦接外部電源輸入端EXIN及電源輸出端PWOUT。電池120耦接充電單元110及電源輸出端PWOUT。增壓單元130耦接於電池120與電源輸出端PWOUT之間。處理單元140耦接充電單元110、電池120以及增壓單元130。

其中，當充電單元110偵測外部電源輸入端EXIN接收外部電源EXP時，充電單元110直接輸出外部電源EXP至電源輸出端PWOUT，並且利用外部電源EXP對電池120充電。而當充電單元110未從外部電源輸入端EXIN接收外部電源EXP，並且電源輸出端PWOUT連接至外部裝置(例如，如上所述之行動電子裝置)時，電池120輸出內部電源INP至電源輸出端PWOUT。當處理單元140偵測電池120輸出的內部電源INP的電壓值低於參考電壓值時，處理單元140致能增壓單元130以增壓內部電源INP至額定電壓值。

而在本發明一實施例中，當電池120輸出內部電源INP時，處理單元140更偵測內部電源INP的電流值。若當內部電源INP的電流值大於一電流閥值時，處理單元140致能增壓單元130以增壓內部電源INP至額定電壓值。

簡單來說，在本實施例中，參考電壓值對應於外部裝置的電池所能提供的最大電壓值，而當透過電源輸出端PWOUT供給至外部裝置的內部電源INP的電壓值接近或甚至小於外部裝置 的電池所能提供的最大電壓值時，例如電池120的電力即將耗盡時，供電裝置10將無法利用內部電源INP對外部裝置之供電，而可能發生例如外部裝置中的電池之電流倒流回供電裝置10等問題。因此，上述的參考電壓值應設定為，至少大於供電裝置10所連接的外部裝置之電池所能提供的最高電壓值，如此一來，即使是內部電源的電壓值120因電池即將耗盡而降低時，電池120的電力仍然能持續供給電力直到完全耗盡，以達到最佳的使用。例如當外部電子裝置為一具有三個電池胞(battery cell)的筆記型電腦時，參考電壓值即可被設定為等於或大於9伏特。但以上的設置將隨著外部裝置的不同而更動，本發明並不限制於此。

由於外部裝置通常具有根據供給電源的電壓高低來判定電壓來源的能力，並根據判定得到的電壓來源進行不同的動作。例如，當外部裝置判定所供給為由連接商用電源等交流電源的變壓器所提供的直流電源(例如上述的外部電源EXP)時，外部裝置則會利用此直流電源供給外部裝置的系統所需，並且對外部裝置中的電池進行充電。而當外部裝置判定的電源是由外部電池或行動電源(例如供電裝置10)所提供的電源時，外部裝置則僅會利用此電源供給系統電力，而不會對外部裝置中的電池進行充電。若是額定電壓值設定太過接近外部電源EXP的電壓值時，可能造成外部裝置誤判電源來源為變壓器(AC adapter)所提供的直流電源，造成電池120中的電力可能加速耗盡外，同時造成電力的使用效率低落。

因此，在本實施例中，額定電壓值被設定為介於外部電源EXP的電壓值以及參考電壓值之間。當內部電源INP透過增壓單元130被增壓至額定電壓值，能提供外部裝置較為有效率的電源，而同時不被誤判為變壓器(AC adapter)所提供的直流電源。以外部裝置為具有3個電池胞的筆記型電腦為例，外部電源EXP可被設定為19伏特、額定電壓值被設定為16伏特，而參考電壓值則為9伏特，但以上的設置將隨著外部裝置的不同而有所更動，本發明並不限制於此。

另一方面，處理單元140偵測到內部電源INP的電流值大於電流閥值時，則表示供電裝置10所連接的外部裝置目前處於一高功率消耗的工作模式。例如，外部裝置為運作於進階組態與電源介面(Advanced Configuration and Power Interface,ACPI)所定義的S0、S3狀態的筆記型電腦。此時，處理單元140則致能增壓單元130以增壓內部電源INP至額定電壓值，以提供外部裝置較有效率的電源供給。

然而當處理單元140偵測到內部電源INP的電流值小於電流閥值時，則表示供電裝置10所連接的外部裝置目前處於低功率消耗的工作模式。例如，外部裝置為運作於ACPI)所定義S4、S5狀態的筆記型電腦。此時，處理單元140則不以增壓單元130增壓內部電源INP，直接輸出內部電源INP至外部裝置，以減少增壓所造成的電力損失，進而延長電池120的供電時間。

圖2為根據本發明一實施例所繪示供電裝置的功能方塊 圖。其中，供電裝置10中的各單元之耦接關係與圖1相同，在此則不贅述。而相較於圖1，圖2所示實施例提供了充電單元110以及處理單元140較為詳細的實施方式。請參照圖2，在本實施例中，充電單元110包括降壓單元111充電管理器112以及開關113。降壓單元111耦接電池120，降壓單元111可為一降壓型直流對直流轉換器(buck converter)，當降壓單元111透過開關113從外部電源輸入端EXIN接收外部電源EXP時，降壓單元111降壓外部電源EXP為充電電源CP，並以充電電源CP對電池120充電。

充電管理器112耦接降壓單元111、處理單元140以及外部電源輸入端EXIN。充電管理器112可為一充電積體電路(Charger Integrated Circuit,Charger IC)，當充電管理器112透過開關113從外部電源輸入端EXIN接收外部電源EXP時，充電管理器112傳送控制信號CS至降壓單元111以調整充電電源CP的大小。開關113，耦接於外部電源輸入端EXIN與降壓單元111、充電管理器112以及電源輸出端PWOUT之間。當外部電源輸入端EXIN耦接一外部電源裝置，也就是接收到外部電源EXP時，開關113導通外部電源輸入端EXIN與充電管理器112之間的路徑以及外部電源輸入端EXIN與電源輸出端PWOUT以及降壓單元111之間的路徑。

請繼續參照圖2，在本實施例中，處理單元140包括微處理器141以及判斷單元142。微處理器141耦接電池120及充電管理器112。微處理器141偵測電池120的充電電壓值CV以及充電 電流值CI以及內部電源INP，並傳送充電電壓值CV以及充電電流值CI至充電管理器112。而當充電管理器112接收充電電壓值CV以及充電電流值CI時，充電管理器112根據充電電壓值CV以及充電電流值CI產生控制信號CS。雖然充電管理器112由控制信號CS來控制降壓單元111產生充電電源CP以對電池充電，但實際的充電電壓及充電電流仍可能因為電池120的狀態以及周圍環境因素影響而與理想的充電電源CP有所落差。因此，充電管理器112會根據微處理器141所回傳的電池120目前的充電電壓值CV以及充電電流值CI來調整控制信號CS。

另一方面，微處理器141亦偵測由電池輸出的內部電源INP的電流值。當內部電源INP的電流值大於電流閥值時，微處理器141則輸出第一高準位電壓VH1。

判斷單元142耦接增壓單元130及電源輸出端PWOUT，從電源輸出端PWOUT偵測電池120輸出的內部電源INP的電壓值，當電池120輸出的內部電源120的電壓值低於參考電壓值，或是判斷單元142從微處理器141接收第一高準位電壓VH1時，判斷單元142傳送致能信號ES至增壓單元130以致能增壓單元130。

圖3為根據本發明一實施例所繪示判斷單元的電路示意圖，對應於上述圖2所示判斷單元142。請參照圖3，在本實施例中，判斷單元142包括比較器1421以及或閘(OR gate)1422。比較器1421耦接電源輸出端PWOUT，比較電池120輸出的內部電 源INP的電壓值INP_V以及參考電壓值REF_V。當內部電源INP的電壓值INP_V小於參考電壓值REF_V時，比較器1422輸出第二高準位電壓VH2。或閘1422耦接比較器1422、微處理器141以及增壓單元130。當或閘1422接收第一高準位電壓VH1或第二高準位電壓VH2時，或閘1422輸出致能信號ES至增壓單元130以致能增壓單元130。

在本實施例中，增壓單元130中包括一致能開關及增壓電路並聯於電池120及電源輸出端PWOUT之間。而由或閘1422輸出的致能信號ES則用以控制上述致能開關的導通/斷開。當判斷單元142中的或閘1422傳送致能信號ES至增壓單元130時，致能信號ES斷開上述的致能開關，使得由電池120所輸出的內部電源INP通過增壓單元130中的增壓電路而增壓至額定電壓值。而當致能開關未接收致能信號ES時，致能開關導通。此時，電池120所輸出的內部電源INP即直接透過致能開關所導通的路徑輸出至電源輸出端PWOUT，意即，對增壓電路繞行(bypass)而使內部電源INP不被增壓電路增壓。在此，僅利用上述實施方式對判斷單元及增壓單元的例示，但本發明中的判斷單元142及增壓單元130亦可以其他實施方式實施，例如，將整個判斷單元142整合至微處理器141中，並使用不同的方式致能增壓單元等，本發明並不限制於上述設置。

本發明亦提供一種適用於供電裝置的供電方法。圖4為根據本發明一實施例所繪示供電方法的方法流程圖。請參照圖4， 首先在步驟S401時，偵測是否接收外部電源。在步驟S402時，也就是當接收外部電源時，直接輸出外部電源，並且利用外部電源對電池充電。而在步驟S403時，也就是當未接收外部電源，並且電源輸出端連接至外部裝置時，由電池輸出內部電源。在步驟S404，也就是當電池輸出的內部電源的電壓值低於參考電壓值時，增壓內部電源至額定電壓值。

圖5亦為根據本發明一實施例所繪示供電方法的方法流程圖。相較於圖4所示實施例，圖5所示實施例提供了一種較為詳細的步驟流程。請參照圖2及圖5，首先在步驟S501時，判斷是否連接外部裝置，意即，電源輸出端PWOUT是否已連接例如行動電子裝置等需被供電的外部裝置。若否，則在步驟S503時，進一步判斷是否從外部電源輸入端EXIN接收外部電源EXP。當接收外部電源EXP時，則利用外部電源EXP對電池120進行充電。

另一方面，當判斷電源輸出端PWOUT已連接外部裝置時，則在步驟S511時更進一步判斷是否從外部電源輸入端EXIN接收外部電源EXP。若是，充電單元110則直接輸出外部電源EXP至電源輸出端PWOUT，並且同時利用外部電源EXP對電池120充電。

而當判斷電源輸出端PWOUT已連接外部裝置，並且並未從外部電源輸入端EXIN接收外部電源EXP時，由電池120輸出內部電源INP至電源輸出端PWOUT(步驟S515)。接著，在步驟S517時，判斷單元142則從電源輸出端PWOUT偵測內部電源 INP，判斷內部電源INP的電壓是否大於參考電壓值。若是，微處理器141則進一步判斷內部電源INP的電流值是否大於電流閥值(步驟S519)。若是判斷內部電源INP的電壓大於參考電壓值，並且內部電源INP的電流值小於電流閥值，則不致能增壓單元130，同樣直接由電池120提供內部電源至電源輸出端PWOUT(步驟S515)。

另一方面，若是內部電源INP的電壓小於參考電壓值，或是內部電源INP的電流值大於電流閥值，則判斷單元142將傳送致能信號ES至增壓單元130，致能增壓單元130以增壓內部電源INP至額定電壓值(步驟S521)，並且在增壓之後輸出內部電源INP至電源輸出端PWOUT(步驟S515)。

綜上所述，本發明提供一種供電裝置以及供電方法，具有簡單的偵測電路，可於連接外部電源及外部裝置(例如行動電子裝置)時，同時對供電裝置的電池充電並直接提供外部電源至外部裝置。而當以供電裝置中的電池供電至外部裝置時，可在電壓過低時增加供電之電壓，或者利用偵測輸出電源的電流大小，根據外部裝置對供電的需求(例如處於高效率或低效率的工作模式)來決定是否對供電進行增壓，以在高效率的供給和延長供電時間之間取得一平衡。

10‧‧‧供電裝置

110‧‧‧充電單元

120‧‧‧電池

130‧‧‧增壓單元

140‧‧‧處理單元

EXIN‧‧‧外部電源輸入端

PWOUT‧‧‧電源輸出端

EXP‧‧‧外部電源

INP‧‧‧內部電源

Claims (9)

1. 一種供電裝置，具有一外部電源輸入端以及一電源輸出端，包括：一充電單元，耦接該外部電源輸入端及該電源輸出端；一電池，耦接該充電單元及該電源輸出端；一增壓單元，耦接於該電池與該電源輸出端之間；以及一處理單元，耦接該充電單元、該電池以及該增壓單元，其中，當該充電單元偵測該外部電源輸入端接收一外部電源時，該充電單元直接輸出該外部電源至該電源輸出端，並且利用該外部電源充電該電池；其中，當該充電單元未接收該外部電源，並且該電源輸出端連接至一外部裝置時，該電池輸出一內部電源至該電源輸出端；以及當該處理單元偵測該電池輸出的該內部電源的電壓值低於一參考電壓值時，該處理單元致能該增壓單元以增壓該內部電源至一額定電壓值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的供電裝置，其中：當輸出該內部電源時，該處理單元偵測該內部電源的電流值，其中當該內部電源的電流值大於一電流閥值時，該處理單元致能該增壓單元以增壓該內部電源至該額定電壓值。
3. 如申請專利範圍第2項所述的供電裝置，其中該充電單元包括： 一降壓單元，耦接該電池，當該降壓單元從該外部電源輸入端接收該外部電源時，該降壓單元降壓該外部電源為一充電電源，並以該充電電源對該電池充電；一充電管理器，耦接該降壓單元、該處理單元以及外部電源輸入端，當該充電管理透過該外部電源輸入端接收該外部電源時，該充電管理器傳送一控制信號至該降壓單元以調整該充電電源的大小；以及一開關，當該外部電源輸入端耦接一外部電源時，該開關導通該外部電源輸入端與該充電管理器之間的路徑以及該外部電源輸入端與該電源輸出端之間的路徑。
4. 如申請專利範圍第3項所述的供電裝置，其中該處理單元包括：一微處理器，耦接該電池及該充電管理器，其中，該微處理器偵測該電池的一充電電壓值以及一充電電流值以及該內部電源，並傳送該充電電壓值以及該充電電流值至該充電管理器，以及當該內部電源的電流值大於該電流閥值時，該微處理器輸出一第一高準位電壓；以及一判斷單元，耦接該增壓單元及該電源輸出端，從該電源輸出端偵測該電池輸出的該內部電源的電壓值，當該電池輸出的該內部電源的電壓值低於該參考電壓值，或是該判斷單元從該微處理器接收該第一高準位電壓時，該判斷單元傳送一致能信號至該增壓單元以致能該增壓單元， 其中，當該充電管理器接收該充電電壓值以及該充電電流值時，該充電管理器根據該充電電壓值以及該充電電流值產生該控制信號。
5. 如申請專利範圍第4項所述的供電裝置，其中該判斷單元包括：一比較器，耦接該電源輸出端，比較該電池輸出的該內部電源的電壓值以及該參考電壓值，當該內部電源的電壓值小於該參考電壓值時，該比較器輸出一第二高準位電壓；以及一或閘(OR gate)，耦接該比較器、該微處理器以及該增壓單元，當該或閘接收該第一高準位電壓或該第二高準位電壓時，該或閘輸出該致能信號至該增壓單元以致能該增壓單元。
6. 一種供電方法，適用於一供電裝置，其中該供電裝置包括一電池，所述供電方法包括：偵測是否接收一外部電源；當接收該外部電源時，直接輸出該外部電源，並且利用該外部電源充電該電池；當未連接該外部電源，並且該電源輸出端連接至一外部裝置時，由該電池輸出一內部電源至該電源輸出端；以及當該電池輸出的該內部電源的電壓值低於一參考電壓值時，增壓該內部電源至一額定電壓值。
7. 如申請專利範圍第6項所述的供電方法，其中所述由該電池輸出該內部電源的步驟之後，所述方法更包括： 偵測該內部電源的電流值，其中當該內部電源的電流值大於一電流閥值時，致能該增壓單元以增壓該內部電源至該額定電壓值。
8. 如申請專利範圍第7項所述的供電方法，其中利用該外部電源充電該電池的步驟包括：降壓該外部電源為一充電電源，利用該充電電源充電該電池；以及監控該電池的一充電電壓值及一充電電流值，並根據該充電電壓值及該充電電流值調整該充電電源的大小。
9. 如申請專利範圍第6項所述的供電方法，其中偵測是否接收該外部電源的步驟包括：判斷是否連接該外部裝置；以及當從該外部電源輸入端接收外部電源，但未連接該外部裝置時，利用該外部電源對該電池充電。