TWI616048B - 充電控制系統及其運作方法 - Google Patents

Abstract

一種充電控制系統及其運作方法，充電控制系統包括充電控制器以及電子裝置，充電控制器與電源電路的電性耦接，充電控制器是用以根據電子裝置的電子裝置端訊號調整輸出電流的電流值，以準確快速的對電子裝置進行充電。

Description

充電控制系統及其運作方法

本發明是有關於一種充電控制系統，尤指一種可根據電池狀態調整充電電流的充電控制系統及其運作方法。

隨著科技進步以及消費者需求改變，手持式電子裝置能達成的功能以及運作能力隨之成長，然為了因應複雜的計算能力以及功能，手持式電子裝置所消耗的電量也直線上升。但為了符合消費者對手持式電子裝置需要具有輕薄好攜帶的要求，增加儲能元件的方式來提升手持式電子裝置的電量並非市場主流發展方向，因此手持式電子裝置可快速充電的需求則相應而生。但是目前的快充方式將會嚴重損耗電池壽命，此外，當前快充方式亦無法準確掌握手持式電子裝置端的充電狀態，因此，如何使手持式電子裝置可安全且快速充電又不損耗電池壽命，已經成為本領域研究人員所重視的議題。

為了解決上述之缺憾，本發明提出一種充電控制系統實施例，其包括充電控制器以及與電源電路，充電控制器與電源電路電性耦接，充電控制器是用以調整輸出電流的電流值，充電控制器包括：電流回授控制單元，與該電源電路電性耦接，是用以調整該輸出電流；充電控制器端控制單元，與電流回授控制單元電性耦接，充電控制器端控制單元是用以根據電子裝置端訊號控制電流回授控制單元；以及第一通訊單元，與充電控制器端控制單元電性耦接，是用以傳送或接收多個訊號。電子裝置與充電控制器電性耦接，用以接收輸出電流，電子裝置包括第二通訊單元，與第一通訊單元電性耦接，是用以傳送電子裝置端訊號至第一通訊單元。電子裝置端控制單元，與第二通訊單元電性耦接，電子裝置端控制單元是用以根據電子裝置的充電狀態傳送電子裝置端訊號至第二通訊單元。第一開關電路，具有一第一端以及一第二端，第一開關電路的第一端與第二通訊單元電性耦接，第一開關電路的第二端與電池單元電性耦接，第一開關電路並與電子裝置端控制單元電性耦接，第一開關電路是用以根據電子裝置端控制單元的控制決定是否將第一開關電路的該第一端以及該第二端彼此導通。電池偵測單元與電池單元以及電子裝置端控制單元電性耦接，電池偵測單元是用以動態感測電池單元的當前電壓值。

本發明更提出一種充電控制系統的運作方法實施例，充電控制系統包括一充電控制器以及一電子裝置，充電控制器與電子裝置以及一電源電路電性耦接，充電控制器包括一電流回授控制單元、一充電控制器端控制單元以及一第一通訊單元，電流回授控制單元是用以調整電源電路的一輸出電流，充電控制器端控制單元與電流回授控制單元電性耦接，充電控制器控制單元是用以根據一電子裝置端訊號控制電流回授控制單元，第一通訊單元是用以接收電子裝置端訊號，電子裝置包括一第二通訊單元、一電子裝置端控制單元、一第一開關電路、一電池偵測單元以及一電池單元，第二通訊單元與第一通訊單元電性耦接，是用以傳送電子裝置端訊號至第一通訊單元，電子裝置端通訊單元與第二通訊單元電性耦接，電子裝置端通訊單元用以根據電池單元的充電狀態傳送電子裝置端訊號至第二通訊單元，第一開關電路具有一第一端以及一第二端，第一開關電路的第一端與第二通訊單元電性耦接，第一開關電路並與電子裝置端控制單元電性耦接，第一開關電路是用以根據電子裝置端控制單元的控制決定是否將第一開關電路的第一端以及第二端彼此導通，電池單元與第一開關電路的第二端電性耦接，用以接收輸出電流，電池偵測單元與電池單元電性耦接，是用以動態感測電池單元的儲存電壓，充電控制系統的運作方法包括：使第一通訊單元以及第二通訊單元彼此電性耦接並建立連線；使充電控制器端控制單元根據電子裝置端訊號確認電子裝置的一最大充電電流值以及一充電設定；使充電控制器端控制單元根據電子裝置端訊號調整輸出電流；判斷是否結束充電，當判斷為是，結束充電。

由於本案之充電控制系統可及時回饋充電狀態，並以訊號的方式回授給充電控制器，因此充電控制器可以在訊號不受電路影響而損耗的情況下，藉由訊號正確且快速的對電子裝置進行充電，有效提高充電時的安全性。此外，本發明更可以根據充電狀態以不同的方式對電池單元充電，有效減少電流對電池單元壽命的影響，不僅可達到快速充電的目地，更可有效維護電池單元壽命的延長，增進商業上的效益。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明如下。

請參考圖1，圖1為本發明之充電控制系統100實施例示意圖，充電控制系統100包括充電控制器20以及電子裝置30。充電控制器20與電源電路10電性耦接，電源電路10例如為交換式電源電路，其是用以將輸入電壓Vin(如交流電壓)轉換為負載所需要的電壓值/電流值，充電控制器20是用以調整電源電路10的輸出電流I _O，使輸出電流I _O可安全快速的對電子裝置30進行充電。充電控制器20包括電流回授控制單元21、充電控制器端控制單元22以及第一通訊單元23。電流回授控制單元21與電源電路10以及充電控制器端控制單元22電性耦接，電流回授控制單元21更與電源電路10的二次側輸出端電性耦接，電流回授控制單元21是用以根據充電控制器端控制單元22的控制而調整所述輸出電流I _O。

充電控制器端控制單元22與電流回授控制單元21以及第一通訊單元23電性耦接，充電控制器端控制單元22是用以根據第一通訊單元23所接收的電子裝置端訊號來對應控制上述之電流回授控制單元21，使電流回授控制單元21可據以調整輸出電流I _O，其中，充電控制器端控制單元23可以由微處理器元件來實現。第一通訊單元24則是用以接收上述的電子裝置端訊號以及外部傳送的多個訊號，充電控制器20並藉由第一通訊單元24來與外部負載進行通訊以傳輸上述之訊號，並根據訊號內容進行對應的操作，充電控制器20更用以將輸出電流I _O傳送至電子裝置30，在某些實施例中，第一通訊單元24可以是符合通用序列匯流排標準規定之通訊埠，但不以此為限。

電子裝置30用以與電源電路10以及充電控制器20電性耦接，以接收上述之輸出電流I _O，並以輸出電流I _O對內部電池進行充電，其中，電子裝置30可以是智慧型手機、平板電腦等可攜式電子裝置。電子裝置30包括第二通訊單元31、電子裝置端控制單元32、第一開關電路33、電池單元34、以及電池偵測單元35。第二通訊單元31與第一通訊單元24電性耦接，第二通訊單元31由於以有線或無線的方式與第一通訊單元24電性耦接，因此第二通訊單元31需具有可與第一通訊單元24相容的規格，也就是說第二通訊單元31亦可以根據前述符合通用序列匯流排標準規定之通訊埠，但不以此為限。第二通訊單元31是用以與第一通訊單元24建立連結並通訊，第二通訊單元31並將電子裝置端訊號傳送至第一通訊單元24，第二通訊單元31並藉由第一通訊單元23接收到上述的輸出電流I _O。電子裝置端控制單元32與第二通訊單元31、第一開關電路33以及電池偵測單元35電性耦接，電子裝置控制單元32是用傳送包括有電子裝置30相關資訊的電子裝置端訊號至第二通訊單元31，所述電子裝置端訊號可包括電子裝置30允許的最大充電電流值、當前電壓值V _B、充電設定等資訊，充電設定更包括電子裝置30操作於定電流充電模式或動態電流充電模式其中之一的資訊，電子裝置控制單元32並是用以控制該第一開關電路33。電子裝置控制單元32更根據電池偵測單元35所偵測的電池單元34的當前電壓值V _B判斷電池單元34是否已充電至電壓值門檻值V _D，所述電壓值門檻值V _D可以為電池單元34的額定電壓值或預先設定的電壓門檻值，此電壓門檻值例如為額定電壓值的90%，但不以此為限。當電子裝置控制單元32根據當前電壓值V _B判斷電池單元34已充電至電壓值門檻值V _D時，電子裝置控制單元32用以產生包含電池單元34已充電至電壓值門檻值V _D資訊的電子裝置端訊號至第二通訊單元31，使充電控制器20可根據接收到的電子裝置端訊號進行對應的操作。第一開關電路33具有一第一端以及一第二端，第一開關電路33的第一端與第二通訊單元31電性耦接以接收上述的輸出電流I _O，第一開關電路33的第二端與電池單元電性耦接，第一開關電路33並與電子裝置端控制單元32電性耦接，是用以根據電子裝置端控制單元32的控制決定是否將第一開關電路33的第一端以及第二端彼此導通，以輸出輸出電流I _O至電性耦接的電池單元34。

以下進一步說明本發明之充電控制系統100的運作方法。請參考圖1，當電子裝置30準備藉由充電控制器20以及電源電路10進行充電時，電子裝置30首先藉由第二通訊單元31與充電控制器20的第一通訊單元24進行電性耦接，同時電子裝置30以及充電控制器20藉由第二通訊單元31以及第一通訊單元24確認彼此電性耦接並可通訊。當電子裝置端控制單元32確認電子裝置30已與充電控制器20電性耦接後，電子裝置端控制單元32將第二開關單元33的第一端以及第二端彼此耦接，因此輸出電流I _O將可透過第二開關單元33對電池單元充電。同時電子裝置端控制單元32產生包含電子裝置30的最大充電電流值以及充電設定的電子裝置端訊號，並藉由第二通訊單元31將電子裝置端訊號傳送至充電控制器20。充電控制器端控制單元23接收到電子裝置端訊號後，即根據最大充電電流值以及充電設定來控制電流回授控制單元21，電流回授控制單元21根據充電控制器端控制單元23的控制指令，調整電源電路10與電流回授控制單元21電性耦接的回授點，例如上述的二次側輸出端，電流回授控制單元21可藉由調整回授點的電壓，但不以此為限。因此，電流回授控制單元21可將輸出電流I _O調整為電子裝置30充電所需的電流值，例如為最大充電電流值。當充電開始後，電子裝置端控制單元32會持續的接收電池偵測單元35所偵測的當前電壓值V _B，當電池單元34的電壓達到電壓值門檻值V _D時，電子裝置端控制單元32會對應產生包含電池單元34已充電至電壓值門檻值V _D資訊的電子裝置端訊號。因此當充電控制器端控制單元23接收到此電子裝置端訊號，將會據以進行操作調整輸出電流I _O，直到電池單元34確認已充滿。在充電過程中，充電控制器端控制單元23並持續偵測是否需要結束充電，例如當充電控制器端控制單元23無法在預定時間內接收到電子裝置30所傳送的訊號，或者是電子裝置30的第二通訊單元24已經不與第一通訊單元24電性耦接等狀況，充電控制器端控制單元23將會停止充電。

請參考圖2，圖2為電子裝置30操作於動態電流充電模式的充電示意圖。圖2中橫軸為時間。首先在時間T ₀到時間T ₁的時段時，充電控制器端控制單元23會因為充電設定為動態電流充電模式，而使當前輸出電流I _O為電子裝置30的最大充電電流值，電池單元34因為輸出電流I _O而使得當前電壓值V _B持續上升。在時間T ₁時，由於電池偵測單元35偵測到電池單元34的當前電壓值V _B已經達到了電壓值門檻值V _D，因此電子裝置端控制單元32會產生對應的電子裝置端訊號以告知充電控制器20端，當充電控制器端控制單元23接收到電子裝置端訊號並得到電池單元34已充電至電壓值門檻值V _D的資訊時，充電控制器端控制單元23會據以控制電流回授控制單元21來降低輸出電流I _O，如圖2時間T1至時間T2所示，輸出電流I _O低於最大充電電流值，當前電壓值V _B再次根據輸出電流I _O而上升。在圖2的時間T2時，當前電壓值V _B再次達到了電壓值門檻值V _D，因此充電控制器端控制單元23再次重覆上述的步驟，持續進行輸出電流I _O的調整，直到電池單元34完全充至額定電壓值。

請參考圖3，圖3為電子裝置30操作於定電流充電模式的充電示意圖。圖3中橫軸為時間。首先在時間T ₀到時間T ₁的時段時，充電控制器端控制單元23會因為充電設定為定電流充電模式，而使當前輸出電流I _O為電子裝置30的最大充電電流值，電池單元34因為輸出電流I _O而使得當前電壓值V _B持續上升。在時間T ₁時，由於電池偵測單元35偵測到電池單元34的當前電壓值V _B已經達到了電壓值門檻值V _D，因此電子裝置端控制單元32會產生對應的電子裝置端訊號以告知充電控制器端20，當充電控制器端控制單元23接收到電子裝置端訊號並得到電池單元34已充電至電壓值門檻值V _D的資訊時，充電控制器端控制單元23會據以控制電流回授控制單元21以停止輸出電流I _O，如圖2時間T ₁至時間T ₂所示。當電池偵測單元35偵測到電池單元34因為停止充電而使得其電壓值從電壓值門檻值V _D下降而低於電壓值門檻值V _D時，電子裝置端控制單元32會據以產生對應的電子裝置端訊號並傳送至充電控制器30。當充電控制器端控制單元23接收到此電子裝置端訊號時，可根據此電子裝置端訊號得知電子裝置30需要繼續進行充電，因此充電控制器端控制單元23控制電流回授控制單元21使電源電路10將繼續輸出最大充電電流值的輸出電流I _O對電池單元34充電，如圖3時間T ₂到T ₃所示。充電控制器端控制單元23並持續根據以上所述對輸出電流I _O進行調整，直到電池單元34完全充至額定電壓值。

根據上述內容，更可匯整出本發明之充電控制系統的運作方法。請參考圖4，圖4為充電控制器20端的運作流程實施例示意圖，首先於步驟401充電控制器20確認電子裝置30是否與充電控制器20電性耦接，且充電控制器20可與電子裝置30進行通訊，也就是第一通訊單元23是否可以與第二通訊單元31通訊。接著在步驟403，充電控制器20根據接收到的電子裝置端訊號確認電子裝置30的充電操作模式以及最大充電電流值等資訊，確認完畢進行步驟405，反之回到步驟401。在步驟405，充電控制器20根據接收的電子裝置端訊號以及電子裝置30的充電操作模式來切換輸出電流I _O。在步驟407中，充電控制器20判斷是否結束充電，當判斷為是結束充電，當判斷為否則回步驟405繼續充電。

請參考圖5，圖5為電子裝置30端的運作流程實施例示意圖，首先在步驟501，電子裝置30判斷是否與充電控制器20電性耦接並可通訊後開始充電程序，當判斷為是，進行步驟503，反之，進行步驟501。在步驟503中，電子裝置30持續接收並確認電池單元34的當前電壓值V _B，在步驟505中，判斷電池單元34的當前電壓值V _B是否等於電壓值門檻值V _D，若判斷為是，即進行步驟507，繼續進行充電，並將當前電壓值V _B的資訊傳送至充電控制器20，當判斷為否，電子裝置端控制單元32則關閉第二開關單元509。步驟507執行後並再次進行步驟505，持續判斷電池單元34的當前電壓值V _B。

綜以上所述，由於本案之充電控制系統可及時回饋電子單元34的充電狀態(當前電壓值V _B)，並以訊號的方式回授給充電控制器20，因此充電控制器20可以在訊號不受電路影響而損耗的情況下，藉由訊號正確且快速的對電池單元34進行充電，本發明之充電控制系統更因為準確的掌握電池單元34的充電狀態，因此更有效提高充電時的安全性。此外，在電池單元34被初始的最大充電電流值充電至電壓值門檻值V _D後，本發明以減少輸出電流值或者以最大充電電流值間歇充電的方式對電池單元34充電，有效減少電流對電池單元壽命的影響，不僅可達到快速充電的目地，更可有效維護電池單元壽命的延長，增進商業上的效益。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後付的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧充電控制系統

10‧‧‧電源電路

20‧‧‧充電控制器

21‧‧‧電流回授控制單元

22‧‧‧充電控制器端控制單元

243‧‧‧第一通訊單元

30‧‧‧電子裝置

31‧‧‧第二通訊單元

32‧‧‧電子裝置端控制單元

33‧‧‧第一開關電路

34‧‧‧電池單元

35‧‧‧電池偵測單元

圖1為本發明之充電控制系統實施例示意圖。 圖2為本發明之動態電流充電模式充電實施例示意圖。 圖3為本發明之定電流充電模式充電實施例示意圖。 圖4為本發明之充電控制器端操作方法步驟實施例示意圖。 圖5為本發明之電子裝置端操作方法步驟實施例示意圖。

100‧‧‧充電控制系統

10‧‧‧電源電路

20‧‧‧充電控制器

21‧‧‧電流回授控制單元

22‧‧‧充電控制器端控制單元

23‧‧‧第一通訊單元

30‧‧‧電子裝置

31‧‧‧第二通訊單元

32‧‧‧電子裝置端控制單元

33‧‧‧第一開關電路

34‧‧‧電池單元

35‧‧‧電池偵測單元

Claims (9)

1. 一種充電控制系統，其包括：一充電控制器，與一電源電路電性耦接，該充電控制器是用以調整一輸出電流的電流值，該充電控制器包括：一電流回授控制單元，與該電源電路電性耦接，是用以調整該輸出電流；一充電控制器端控制單元，與該電流回授控制單元電性耦接，該充電控制器端控制單元是用以根據一電子裝置端訊號控制該電流回授控制單元；以及一第一通訊單元，與該充電控制器端控制單元電性耦接，是用以傳送或接收多個訊號；以及一電子裝置，與該充電控制器電性耦接，用以接收該輸出電流，該電子裝置包括：一第二通訊單元，與該第一通訊單元電性耦接，是用以傳送該電子裝置端訊號至該第一通訊單元；一電子裝置端控制單元，與該第二通訊單元電性耦接，該電子裝置端控制單元是用以根據該電子裝置的充電狀態傳送該電子裝置端訊號至該第二通訊單元；一第一開關電路，具有一第一端以及一第二端，該第一開關電路的該第一端與該第二通訊單元電性耦接，該第一開關電路的該第二端與一電池單元電性耦接，該第一開關電路並與該電子裝置端控制單元電性耦接，該第一開關電路是用以根據該電子裝置端控制單元的控制決定是否將該第一開關電路的該第一端以及該第二端彼此導通；以及 一電池偵測單元，與該電池單元以及該電子裝置端控制單元電性耦接，該電池偵測單元是用以動態感測該電池單元的一當前電壓值；其中，該電子裝置端訊號包括該電子裝置的一最大充電電流值、該當前電壓值以及一充電設定。
2. 如請求項1所述的充電控制系統，其中，該電源電路為交換式電源電路。
3. 如請求項1所述的充電控制系統，其中，該第一通訊單元以及該第二通訊單元為符合通用序列匯流排標準規定之通訊單元。
4. 如請求項1所述的充電控制系統，其中，該充電設定包括一定電流充電模式以及一動態電流充電模式。
5. 如請求項4所述的充電控制系統，其中，該定電流充電模式為該充電控制器端控制單元根據該電子裝置端訊號使該電源電路停止輸出該輸出電流。
6. 如請求項4所述的充電系統，其中，該動態電流充電模式為該充電控制器端控制單元根據該電子裝置端訊號使該電源電路減少該輸出電流的電流值。
7. 一種充電控制系統的運作方法，該充電控制系統包括一充電控制器以及一電子裝置，該充電控制器與該電子裝置以及一電源電路電性耦接，該充電控制器包括一電流回授控制單元、一充電控制器端控制單元以及一第一通訊單元，該電流回授控制單元是用以調整該電源電路的一輸出電流，該充電控制器端控制單元與該電流回授控制單元電性耦接，該充電控制器控制單元是用以根據一電子裝置端訊 號控制該電流回授控制單元，該第一通訊單元是用以接收該電子裝置端訊號，該電子裝置包括一第二通訊單元、一電子裝置端控制單元、一第一開關電路、一電池偵測單元以及一電池單元，該第二通訊單元與該第一通訊單元電性耦接，是用以傳送該電子裝置端訊號至該第一通訊單元，該電子裝置端通訊單元與該第二通訊單元電性耦接，該電子裝置端通訊單元用以根據該電池單元的充電狀態傳送該電子裝置端訊號至該第二通訊單元，該第一開關電路具有一第一端以及一第二端，該第一開關電路的該第一端與該第二通訊單元電性耦接，該第一開關電路並與該電子裝置端控制單元電性耦接，該第一開關電路是用以根據該電子裝置端控制單元的控制決定是否將該第一開關電路的該第一端以及該第二端彼此導通，該電池單元與該第一開關電路的該第二端電性耦接，用以接收該輸出電流，該電池偵測單元與該電池單元電性耦接，是用以動態感測該電池單元的儲存電壓，該充電系統的運作方法包括：使該第一通訊單元以及該第二通訊單元彼此電性耦接並建立連線；使該充電控制器端控制單元根據該電子裝置端訊號確認該電子裝置的一最大充電電流值以及一充電設定；使該充電控制器端控制單元根據該電子裝置端訊號調整輸出電流；以及判斷是否結束充電，當判斷為是，結束充電。
8. 如請求項第7項所述之充電控制系統的運作方法，其中，使該充電控制器端控制單元根據該電子裝置端訊號調整輸出電流的步驟更包括：該充電控制器端控制單元根據該電子裝置端訊號使該電源電路減少該輸出電流的電流值。
9. 如請求項第7項所述之充電控制系統的運作方法，其中，使該充電控制器端控制單元根據該電子裝置端訊號調整輸出電流的步驟更包括：使該充電控制器端控制單元根據該電子裝置端訊號使該電源電路停止輸出電流。