TWI620388B

TWI620388B - 電子裝置

Info

Publication number: TWI620388B
Application number: TW105142346A
Authority: TW
Inventors: 周瑩慈; 劉金泯; 蔡孟儒
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-04-01
Also published as: US10333380B2; CN108233433B; TW201824700A; US20180175628A1; CN108233433A

Abstract

本揭露的電子裝置包括多個擴充連接模組、供電路徑切換電路、主機負載以及控制器。供電路徑切換電路具備多個輸入端以分別連接至擴充連接模組的輸出端。主機負載耦接於供電路徑切換電路。控制器耦接擴充連接模組及供電路徑切換電路。其中控制器透過擴充連接模組以判斷是否有第一供電來源耦接至擴充連接模組其中之一，當有第一供電來源耦接至擴充連接模組其中之一時，控制器經由被連接之擴充連接模組來偵測第一供電來源的功率，並依據第一供電來源的功率以調整供電路徑切換電路中被連接之擴充連接模組與主機負載間的供電方向。

Description

電子裝置

本發明是有關於一種供電管理技術，且特別是有關於應用此供電管理技術的電子裝置。

一般而言，傳統的擴充連接介面（例如：USB type A、USB type B、USB mini-A、USB mini-B、USB micro-A、USB micro-B等）皆為單向供電。舉例來說，在每一次擴充裝置透過上述擴充連接介面連接至電子裝置時，電子裝置都是供電端並提供電力給擴充裝置。隨著科技的發展，高功率傳輸、雙向供電的擴充連接介面逐漸應用於各種電子裝置中，例如，使用通用序列匯流排type-C連接器（即：USB type-C）的電子裝置。

當擴充裝置透過雙向供電的擴充連接介面連接至電子裝置時，電子裝置和擴充裝置可能可以輪流擔任供電端。雖然雙向供電的擴充連接介面大幅提升了供電的彈性，但如何在多個供電來源、擴充裝置和電子裝置之間有效管理供電，便為此領域新的課題。

本揭露提供一種電子裝置，可於電子裝置連接至多個供電來源或擴充裝置時管理電源的分配，以提升電源分配的彈性。

本揭露提供的電子裝置包括多個擴充連接模組、供電路徑切換電路、主機負載以及控制器。供電路徑切換電路具備多個輸入端以分別連接至擴充連接模組的輸出端。主機負載耦接於供電路徑切換電路。控制器耦接擴充連接模組及供電路徑切換電路。其中控制器透過擴充連接模組以判斷是否有一第一供電來源耦接至擴充連接模組其中之一，當有第一供電來源耦接至擴充連接模組其中之一時，控制器經由被連接之擴充連接模組來偵測第一供電來源的功率，並依據第一供電來源的功率以調整供電路徑切換電路中被連接之擴充連接模組與主機負載間的供電方向。

基於上述，本揭露的電子裝置具有控制器，此控制器會依據耦接於電子裝置的供電來源的功率來調整供電路徑切換電路，以設定供電的方向。藉此，本發明實施例可以調整裝置之間電力輸入與輸出的方向，使裝置之間相互供電，提高電源分配的彈性。

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。

圖1繪示本發明一實施例之電子裝置的示意圖。請參考圖1，在此先說明的是，第一供電來源11以及第二擴充裝置12可以依據使用者的需求而被連接至電子裝置100中。為了容易理解，在關於此電子裝置100的說明中，第一供電來源11與第二擴充裝置12會分別被耦接至擴充連接模組110以及擴充連接模組120，但本揭露不限於此。例如，在其他實施例中，第一供電來源11與第三供電來源可分別被耦接至擴充連接模組110、120中。

第一供電來源11可以為電源適配器（adapter）或相應的充電線材，並連接至交流電源或行動電源。第二擴充裝置12可以為任意的消費型電子產品，例如：桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、手機等。本揭露並不限制第一供電來源11與第二擴充裝置12的種類。

本實施例的電子裝置100可以為任意的消費型電子產品，例如：桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、手機、數位視訊轉換盒（set-top box）、可外接擴充裝置的數位電視、可外接擴充裝置的冰箱…等電子產品。於部分實施例中，本實施例的電子裝置100也可以是USB type-C的集線器或轉接器。然而本揭露不限於此，任何具有可耦接外接擴充裝置的連接介面的電子裝置都可以被應用於本揭露中。

本實施例的電子裝置100可具有兩個擴充連接模組110、120、供電路徑切換電路130、主機負載140以及控制器150。在本實施例中，電子裝置100並設置了電源供應器160以及電壓準位轉換器170。

擴充連接模組110、120是用以提供供電來源（例如：第一供電來源11）或外接擴充裝置（例如：第二外接擴充裝置12）與電子裝置100之間的連接介面。於本實施例中，擴充連接模組110、120的數量為兩個，但本發明並不加以限制擴充連接模組110、120的數量，例如擴充連接模組110、120的數量可為三個或更多。

在此以擴充連接模組110為例以進行說明。擴充連接模組110具有連接器112以及功率偵測器114。連接器112具有插座或插頭（圖中未繪示），以提供供電來源或外接擴充裝置耦接電子裝置100。在本實施例中，特別選用符合通用序列匯流排3.1規格的type-C的連接器做為擴充連接模組110、120的連接器。也就是說，使用者可以將具有type-C連接器的第一供電來源11插入擴充連接模組110的連接器112，使得第一供電來源11耦接於電子裝置100。藉此，電子裝置100與第一供電來源11之間得以進行充放電。

功率偵測器114是用以偵測與連接器112所連接的第一供電來源11的功率。在本實施例中，功率偵測器114是由電流偵測器（圖中未繪示）與電壓準位偵測器（圖中未繪示）兩者共同運作。藉由偵測到的電流大小與電壓準位，控制器150獲取第一供電來源11的功率。

擴充連接模組120的電路構件與運作方式與擴充連接模組110相同，於此不再贅述。在本實施例中，使用者可以將具有type-C連接器的第二擴充裝置12插入擴充連接模組120的連接器122，使得第二擴充裝置12耦接於電子裝置100。

供電路徑切換電路130耦接至擴充連接模組110、120，用以切換擴充連接模組110、120與主機負載140之間的供電方向。在本實施例中，供電路徑切換電路130是以多個雙向開關132、134所構成，例如：多個以金屬氧化物半導體構成的雙向開關。這些雙向開關132、134各自對應至不同的擴充連接模組110、120，以分別控制每一個擴充連接模組110、120與主機負載140之間的供電方向。以雙向開關132為例，雙向開關132的輸入端（圖中未繪示）與擴充連接模組110的輸出端相連接。藉此，控制器150能夠透過控制雙向開關132調整擴充連接模組110與主機負載140之間的供電方向。在其他實施例中，供電路徑切換電路130所使用的雙向開關的數量是對應擴充連接模組的數量，本揭露不以此為限。

主機負載140耦接於供電路徑切換電路130，用以供應電子裝置100運作所需電力的電路。控制器150耦接至供電路徑切換電路130以及主機負載140，用以依據功率偵測器114測量的第一供電來源11的功率、功率偵測器124測量的第二擴充裝置12的功率以及主機負載140的系統功率分別調整供電路徑切換電路130的雙向開關132、134。本實施例的控制器150是以嵌入式系統的方式實作。

在本實施例中，電子裝置100設置了電源供應器160以及電壓準位轉換器170。電源供應器160例如為可充電電池。在其他實施例中，電源供應器160也可以為外接電源供應單元（Power supply unit），或者為與交流電耦接的電源線，本揭露並不以上述種類為限。電壓準位轉換器170耦接至擴充連接模組110、120以及主機負載140，用以將來自第一供電來源11或者第二擴充裝置12提供的電壓轉換成電子裝置100所適用的電壓。

本實施例中選用了符合通用序列匯流排3.1規格的type-C的連接器做為擴充連接模組110、120的連接器112、122。相較於在市面上常見的符合通用序列匯流排1.0、2.0或3.0的type-A連接器而言，以往使用type-A連接器的電子裝置僅能透過type-A連接器對其他所需電力較小的電子裝置進行供電，例如，以具有type-A的筆記型電腦對USB儲存裝置、USB電風扇供電。然於通用序列匯流排供電（USB power delivery）的技術中，符合通用序列匯流排3.1的規格的type-C連接介面可承載高達20伏的電壓以及5安培電流流過，並且具有傳輸高達100瓦電力的能力。由於type-C連接器可以供應較高的電力，因此以type-C連接器做為充電介面的電子裝置也快速的發展中。例如，透過type-C連接器提供筆記型電腦電力。

type-C連接器除了插頭本身不具方向性、支援高傳輸率的特性外，type-C連接器也具有雙向充電的特性。舉例來說，當手機與筆記型電腦透過type-A連接器相互連接時，筆記型電腦為供電方，手機為被供電方。然若手機與筆記型電腦透過type-C連接器相互連接時，手機可以做為供電方，把手機的電力供應至筆記型電腦；不僅如此，筆記型電腦也可以做為供電方，把筆記型電腦的電力提供給手機。因此，相較於現有的連接器，使用type-C連接器的電子裝置在電力分配上更具有彈性。

一般而言，若使用者沒有特別於控制器中設定哪一方為供電方，在每一次的插拔後，type-C連接器的兩端的裝置會輪流擔任供電方與被供電方的角色。具體的供電規範可以參考type-C的規格書，在此並不贅述。然而，若電子裝置100具有多個type-C連接器，並連接到多個供電來源、擴充裝置時，如何在多個供電來源、擴充裝置與電子裝置之間管理電力的分配，以使電子裝置100供電彈性且穩定，此為使用type-C連接器時的課題。

為了提供更穩定、充足的供電方式，於本實施例的電子裝置100中，控制器150會依據擴充連接模組110、120所偵測到與擴充連接模組110、120連接的第一供電來源11、第二擴充裝置的功率以及主機負載140所需的系統功率來控制供電路徑切換電路130，以調整供電方向。關於控制器150如何控制供電路徑切換電路130調整供電方向，請參考圖2至圖5的流程圖及相關說明。

圖2繪示本發明一實施例之第一供電來源連接電子裝置的運作流程圖。請同時參考圖1與圖2，於步驟S202中，當第一供電來源11被插入擴充連接模組110的連接器112時，控制器150會透過擴充連接模組110判斷第一供電來源11耦接至多個擴充連接模組其中之一的連接器112。此時，於步驟S204中，與第一供電來源11連接的擴充連接模組110會藉由功率偵測器114偵測第一供電來源11的功率，並將第一供電來源11的功率值傳送至控制器150。於步驟S206中，控制器150會判斷第一供電來源11的功率是否不小於主機負載140的系統功率。若是（即第一供電來源11的功率不小於主機負載140的系統功率），於步驟S208中，控制器150調整與第一供電來源11耦接的擴充連接模組110對應的雙向開關132，使第一供電來源11向主機負載140供電。若否（即第一供電來源11的功率大於主機負載140的系統功率），於步驟S210中，控制器150調整與第一供電來源11耦接的擴充連接模組110對應的雙向開關132，使電源供應器160向主機負載140與第一供電來源11供電。

圖3繪示本發明一實施例於第一情形下，第二擴充裝置連接電子裝置的運作流程圖。在第一供電來源11向主機負載140供電的情形下，於步驟S302，控制器150透過擴充連接模組120判斷第二擴充裝置12耦接至擴充連接模組120的連接器122。此時，於步驟S304中，與第二擴充裝置12耦接的擴充連接模組120的功率偵測器124會偵測第二擴充裝置12的功率，並將第二擴充裝置12的功率值傳送至控制器150。接著，於步驟S306中，控制器150會判斷主機負載140與第一供電來源11之間的剩餘供電是否不小於第二擴充裝置12的功率。由於此處是第一供電來源11向主機負載140供電，因此，第一供電來源11向主機負載140供電的同時，剩餘可分配至其他裝置使用的電力。

舉例來說，若第一供電來源11的功率為45瓦，而主機負載140的系統功耗需求為30瓦，則剩餘供電為15瓦。

若步驟S306判斷的結果為是（剩餘供電不小於第二擴充裝置12的功率），於步驟S308，控制器150會判斷第一供電來源11與主機負載140之間的剩餘供電量是否小於預設供電量。此處所述之預設供電量是由使用者自行設定，或者是於電子裝置100出廠時即預設於電子裝置100中的預設供電量。此外，由於此處是第一供電來源11向主機負載140供電，因此剩餘供電量是指第一供電來源11的剩餘供電量。也就是說，步驟S308是透過判斷第一供電來源11的剩餘供電量是否小於預設供電量這樣的方式來評估第一供電來源11是否有足夠的電量提供給第二擴充裝置12。若步驟S308判斷的結果為否（即剩餘供電量不小於預設供電量），表示第一供電來源11剩餘足夠的供電量。因此於步驟S310中，控制器150調整與第二擴充裝置12連接的擴充連模組120相對應的雙向開關134，以使第一供電來源11同時向第二擴充裝置12供電。

另一方面，若在步驟S306判斷的結果為否（即：剩餘供電小於第二擴充裝置所需的電力），或者是步驟S308判斷的結果為是（即：剩餘供電量小於預設供電量），表示第一供電來源11並沒有多餘的電力提供給第二擴充裝置12。因此，於步驟S312中，控制器150調整與第二擴充裝置12連接的擴充連接模組120對應的雙向開關134，使第一供電來源11不向第二擴充裝置12供電。

再以上述的例子為例，由於剩餘供電為15瓦，因此若被插入擴充連接模組120的第二擴充裝置12的瓦數不大於15瓦，且第一供電來源11的剩餘供電量不小於預設供電量的情形下，第一供電來源11會供應電力至第二擴充裝置12。反之，若被插入擴充連接模組120的第二擴充裝置12的瓦數大於15瓦，則第一供電來源11不向第二擴充裝置12供電。

圖4繪示本發明一實施例於第二情形下，第二擴充裝置連接電子裝置的運作流程圖。在電源供應器160向第一供電來源11與第二擴充裝置12供電的情形下，於步驟S402，控制器150透過擴充連接模組120判斷第二擴充裝置12耦接至擴充連接模組120的連接器122。此時，於步驟S404中，與第二擴充裝置12耦接的擴充連接模組120的功率偵測器124會偵測第二擴充裝置12的功率，並將第二擴充裝置12的功率值傳送至控制器150。接著，於步驟S406中，控制器150會判斷電源供應器160、主機負載140與第一供電來源11之間的剩餘供電是否不小於第二擴充裝置12的功率。需說明的是，由於在此處是由電源供應器160提供第一供電來源11與系統負載140電源，因此，此處所述之剩餘供電為電源供應器160向第一供電來源11與系統負載140供電的同時，剩餘可供其他裝置使用的電力。

舉例來說，若電源供應器160可以提供60瓦的電力，第一供電來源11所需的瓦數為20瓦，系統負載140所需的系統功率為20瓦，則剩餘電力為20瓦。

若步驟S406判斷的結果為是（即，剩餘供電不小於第二擴充裝置12的功率），於步驟408，控制器150會判斷電源供應器160與第一供電來源11與主機負載140之間的剩餘供電量是否小於預設供電量。由於此處是由電源供應器160向第一供電來源11及主機負載140供電，因此，剩餘供電量是指電源供應器160目前所剩餘的供電量。若步驟S408判斷的結果為否（即：剩餘供電量不小於預設供電量），控制器150調整與第二擴充裝置12連接的擴充連模組120對應的雙向開關134，以使電源供應器160同時向第二擴充裝置12供電。

另一方面，若在步驟S406判斷的結果為否（即：剩餘供電小於第二擴充裝置的功率），或者是步驟S408判斷的結果為是（即：剩餘供電量小於預設供電量），於步驟S412中，控制器150調整與第二擴充裝置12連接的擴充連接模組120對應的雙向開關134，使電源供應器160不向第二擴充裝置12供電。

再以上述例子說明，由於剩餘電力為20瓦，因此若插入擴充連接模組120的第二擴充裝置12的瓦數不大於20瓦，且電源供應器160的剩餘供電量不小於預設供電量的情形下，電源供應器160會供應電力至第二擴充裝置12。反之，若插入擴充連接模組120的第二擴充裝置12的瓦數大於20瓦，則電源供應器160不向第二擴充裝置12供電。

圖5繪示本發明另一實施例之第一供電來源與第二擴充裝置連接電子裝置的運作流程圖。請同時參考圖1與圖5，在本實施例中，於步驟S502，若第一供電來源11的電力不足以提供主機負載140，但第一供電來源11與第二擴充裝置12的電力總和足以提供系統負載140所需的電力，此時可由第一供電來源11與第二擴充裝置12同時提供系統負載140電力。

具體來說，於步驟S502中，控制器150判斷第一供電來源11耦接至擴充連接模組110的連接器112，並且，於步驟S504，擴充連接模組110的功率偵測器114將第一供電來源11的功率傳送到控制器150。接著，於步驟S506中，控制器150判斷第二擴充裝置12耦接至擴充連接模組120的連接器122，並且，於步驟S508中，擴充連接模組120的功率偵測器124將第二擴充裝置12的功率傳送到控制器150。於步驟S510中，控制器150判斷當主機負載140的系統功率不小於第一供電來源11的功率與第二擴充裝置12的功率的總和，控制器150調整分別與第一供電來源11與第二擴充裝置12耦接的擴充連接模組110、120對應的雙向開關132、134，以向主機負載140供電。

舉例來說，若第一供電來源11與第二擴充裝置15的功率皆為15瓦，而主機負載140所需的系統功率為30瓦。此時，第一供電來源11與第二擴充裝置15的功率總和為30瓦，與主機負載140的系統功率相同。因此，控制器150控制第一供電來源11與第二擴充裝置15同時供應主機負載140所需的電力。

綜上所述，本揭露提供的電子裝置具有控制器，此控制器會依據耦接於電子裝置的供電來源的功率調整供電路徑切換電路，以調整供電的方向。此外，控制器並依據耦接於電子裝置的第二擴充裝置或第二供電來源的功率調整供電路徑切換電路，以調整不同供電來源、擴充裝置與主機負載之間的供電方向。藉此，在多個裝置同時使用時，可控制每個裝置之間的電力輸入與輸出，使裝置之間相互供電，提高電源分配的彈性。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

11‧‧‧第一供電來源

12‧‧‧第二擴充裝置

100‧‧‧電子裝置

110、120‧‧‧擴充連接模組

112、122‧‧‧連接器

114、124‧‧‧功率偵測器

130‧‧‧供電路徑切換電路

132、134‧‧‧雙向開關

140‧‧‧主機負載

150‧‧‧控制器

160‧‧‧電源供應器

170‧‧‧電壓準位轉換器

S202~S210‧‧‧第一供電來源連接電子裝置的步驟

S302~S312、S402~S412‧‧‧第二擴充裝置連接電子裝置的步驟

S502~S510‧‧‧第一供電來源與第二擴充裝置連接電子裝置的步驟

圖1繪示本發明一實施例之電子裝置的示意圖。圖2繪示本發明一實施例之第一供電來源連接電子裝置的運作流程圖。圖3繪示本發明一實施例之第二擴充裝置連接電子裝置的運作流程圖。圖4繪示本發明一實施例之第二擴充裝置連接電子裝置的運作流程圖。圖5繪示本發明另一實施例之第一供電來源與第二擴充裝置連接電子裝置的運作流程圖。

Claims

一種電子裝置，包括：多個擴充連接模組；供電路徑切換電路，其具備多個輸入端以分別連接至該些擴充連接模組的輸出端；主機負載，耦接於該供電路徑切換電路；以及控制器，耦接該些擴充連接模組及該供電路徑切換電路，其中該控制器透過該些擴充連接模組以判斷是否有一第一供電來源耦接至該些擴充連接模組其中之一，當有該第一供電來源耦接至該些擴充連接模組其中之一時，該控制器經由被連接之該擴充連接模組來偵測該第一供電來源的功率，並依據該第一供電來源的功率以調整該供電路徑切換電路中被連接之該擴充連接模組與該主機負載間的供電方向。
如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該控制器透過該些擴充連接模組以判斷是否有一第二擴充裝置耦接至該些擴充連接模組其中另一，當該第二擴充裝置耦接該些擴充連接模組其中另一時，該控制器經由與該第二擴充裝置連接之該擴充連接模組偵測該第二擴充裝置的功率，並依據該第二擴充裝置的功率以調整該供電路徑切換電路中與該第二擴充裝置連接的該擴充連接模組與該主機負載及與該第一供電來源耦接之該擴充連接模組間的供電方向。
如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該些擴充連接模組分別包括：一連接器；以及一功率偵測器，耦接於該連接器，以偵測與該連接器連接的一擴充裝置的功率；其中該供電路徑切換模組包括多個雙向開關，該些雙些開關分別耦接於每一該些擴充連接模組的該功率偵測器；其中，該控制器是依據該第一供電來源的功率調整與該第一供電來源連接的該擴充連接模組的該雙向開關，以控制該擴充連接模組與該主機負載間的供電方向。
如申請專利範圍第3項所述的電子裝置，其中該連接器為通用序列匯流排type-C規格的電連接器。
如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中當該控制器判斷該該第一供電來源的功率大於該主機負載的一系統功率時，該控制器調整該供電路徑切換模組以使該第一供電來源向該主機負載供電。
如申請專利範圍第5項所述的電子裝置，其中當該控制器透過該些擴充連接模組偵測到一第二擴充裝置插入該些擴充連接模組其中另一時，該控制器經由與該第二擴充裝置連接之該擴充連接模組偵測該第二擴充裝置的功率，並且該控制器判斷該主機負載與該第一供電來源之間的一剩餘供電是否不小於該第二擴充裝置的功率，當控制器判斷該剩餘供電不小於該第二擴充裝置的功率時，該控制器控制該供電路徑切換電路以使該第一供電來源向該第二擴充裝置供電。
如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，更包括：一電源供應器，耦接於該主機負載；其中當該控制器判斷該第一供電來源的功率小於該主機負載的一系統功率時，該控制器調整該供電路徑切換電路以使該電源供應器向該主機負載及該第一供電來源供電。
如申請專利範圍第6項所述的電子裝置，其中當該控制器透過該些擴充連接模組偵測到一第二擴充裝置插入該些擴充連接模組其中另一時，該控制器經由與該第二擴充裝置連接之該擴充連接模組偵測該第二擴充裝置的功率，並且該控制器判斷該電源供應器、該主機負載與該第一供電來源之間的一剩餘供電是否不小於該第二擴充裝置的功率，當控制器判斷該剩餘供電不小於該第二擴充裝置的功率時，該控制器調整該供電路徑切換電路以使該電源供應器向該第二擴充裝置供電。
如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中當該第一供電來源與一第二供電來源分別插入該些擴充連接模組其中之二時，該第一供電來源與該第二供電來源分別向該主機負載供電，其中該主機負載的一系統功率大於該第一供電來源的功率，且該系統功率小於該第一供電來源的功率與該第二供電來源的功率的總和。
如申請專利範圍第2項所述的電子裝置，其中在該控制器調整該供電路徑切換電路中與該第二擴充裝置連接的該擴充連接模組與該主機負載及與該第一供電來源耦接之該擴充連接模組間的供電方向前，該控制器更用以判斷該第一供電來源與該主機負載之間的剩餘供電量是否小於一預設供電量，當控制器判斷該剩餘供電量小於該預設供電量時，該控制器不對該第二擴充裝置供電。
如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，更包括：一電壓準位轉換器，耦接於該些擴充連接模組與該主機負載，用以轉換該些擴充連接模組與該主機負載之間的電壓。