TWI680625B - 充電裝置 - Google Patents

Abstract

一種充電裝置用以供電給第一負載裝置，包含交直流變壓器和擴充接口單元。擴充接口單元包含擴充介面。交直流變壓器用以根據外部交流電源提供直流電力訊號。擴充接口單元耦接於第一負載裝置與交直流變壓器之間。擴充接口單元用以根據直流電力訊號對第一負載裝置進行供電。擴充介面用以選擇性連接第二負載裝置。擴充介面具有第一額定功率。第一負載裝置具有第二額定功率。交直流變壓器所輸出的直流電力訊號之輸出功率設置為大於等於第一額定功率與第二額定功率之和。

Description

充電裝置

本揭示內容係關於一種充電裝置，且特別是有關於一種具有擴充接口的充電裝置。

隨著技術發展，筆記型電腦逐漸減少週邊裝置的連接接口。伴隨著此趨勢，需要連接較多周邊裝置時，便需要額外的擴充接口配件。

然而，如何滿足筆記型電腦、擴充接口配件及週邊裝置的匹配問題或電力需求問題，係本領域的重要課題。

本揭示內容之一態樣係關於一種充電裝置。充電裝置用以供電給第一負載裝置，包含交直流變壓器和擴充接口單元。擴充接口單元包含擴充介面。交直流變壓器用以根據外部交流電源提供直流電力訊號。擴充接口單元耦接於第一負載裝置與交直流變壓器之間。擴充接口單元用以根據直流電力訊號對第一負載裝置進行供電。擴充介面用以選擇性連接第二負載裝置。擴充介面具有第一額定功率。第一負載裝置具有第二額定功率。交直流變壓器所輸出的直流電力訊號之輸出功率設 置為大於等於第一額定功率與第二額定功率之和。

根據本案之部分實施例，其中交直流變壓器包含交直流轉換單元及第一降壓單元。交直流轉換單元用以將外部交流電源轉換成第一直流電源。第一降壓單元用以將第一直流電源降壓成第二直流電源作為直流電力訊號。

根據本案之部分實施例，其中第一降壓單元為變壓器或降壓型電源轉換器。

根據本案之部分實施例，其中充電裝置更包含第一傳輸線。交直流變壓器透過第一傳輸線連接至擴充接口單元。交直流變壓器、第一傳輸線與擴充接口單元為一體成形。

根據本案之部分實施例，其中充電裝置更包含第二傳輸線和第三傳輸線。交直流變壓器透過第二傳輸線連接至外部交流電源。擴充接口單元透過第三傳輸線連接至第一負載裝置。根據本案之部分實施例中，第一傳輸線的線路長度長於第二傳輸線的線路長度，第一傳輸線的線路長度長於第三傳輸線的線路長度，但本揭示文件並不以此為限。

根據本案之部分實施例，其中該擴充接口單元更包含脈衝寬度調變單元、背對背電晶體單元和第二降壓單元。脈衝寬度調變單元耦接交直流變壓器，用以將直流電力訊號調變為第三直流電源。背對背電晶體單元耦接脈衝寬度調變單元，用以將第三直流電源轉換為第四直流電源輸出給第一負載裝置。第二降壓單元耦接脈衝寬度調變單元，用以將第三直流電源轉換為第五直流電源並輸出給第二負載裝置。

根據本案之部分實施例，其中擴充接口單元更包 含控制電路。控制電路耦接脈衝寬度調變單元和第二降壓單元，用以決定脈衝寬度調變單元之工作週期，並控制第二降壓單元輸出之第五直流電源之輸出電壓。

根據本案之部分實施例，其中擴充接口單元更包含一匯流排介面耦接至第一負載裝置。匯流排介面包含電力傳輸腳位、資料腳位和控制訊號腳位。電力傳輸腳位耦接背對背電晶體單元。資料腳位耦接擴充介面。控制訊號腳位耦接控制電路。控制電路用以根據控制訊號腳位決定脈衝寬度調變單元之工作週期並控制第二降壓單元輸出之第五直流電源之輸出電壓。

根據本案之部分實施例，其中當擴充介面空接時，第二降壓單元停止提供一輸出電流至該擴充介面。

根據本案之部分實施例，其中擴充介面包含通用串列匯流排介面或影音傳輸介面。

綜上所述，在本揭示內容的檢測電路中，藉由整合交直流變壓器、擴充接口和連接線，可滿足不同連接負載的電力需求，且不影響各個連接負載的最大效能。

100‧‧‧充電裝置

101‧‧‧第一傳輸線

102‧‧‧第二傳輸線

103‧‧‧第三傳輸線

120‧‧‧交直流變壓器

122‧‧‧交直流轉換單元

124‧‧‧第一降壓單元

140‧‧‧擴充接口單元

141‧‧‧脈衝寬度調變單元

142‧‧‧控制電路

143‧‧‧背對背電晶體單元

144‧‧‧第二降壓單元

145‧‧‧影音傳輸介面

146‧‧‧通用匯流排介面

147‧‧‧匯流排介面

147a‧‧‧電力傳輸腳位

147b‧‧‧資料腳位

147c‧‧‧控制訊號腳位

148‧‧‧擴充介面

201‧‧‧外部交流電源

202‧‧‧第一負載裝置

203、203a、203b‧‧‧第二負載裝置

V1、V2、V3、V4、V5‧‧‧直流電源

第1圖係依據本揭示內容之部分實施例所繪示的一種充電裝置及其相關連接的示意圖；第2圖係依據本揭示內容之部分實施例所繪示的一種充電裝置及其相關連接的細部示意圖； 第3圖係依據本揭示內容之其他部分實施例所繪示的一種充電裝置及其相關連接的細部示意圖；以及第4圖係依據本揭示內容之其他部分實施例所繪示的一種充電裝置及其相關連接的外觀示意圖。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭示所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭示之內容中與特殊內容中的平常意義。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、『第三』...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本揭示，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

另外，關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請參考第1圖。第1圖係依據本揭示內容之部分實 施例所繪示的一種充電裝置100及其相關連接的示意圖。以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

如第1圖所示，充電裝置100耦接外部交流電源201和第一負載裝置202。在部分實施例中，充電裝置100選擇性耦接第二負載裝置203。

舉例來說，第一負載裝置202可為筆記型電腦、2-in-1筆記型電腦/變形電腦、All-in-one筆記型電腦、桌上型電腦、伺服器、手機或平板電腦。第二負載裝置203可為喇叭、印表機、滑鼠、鍵盤、隨身碟、擴充硬碟、電視、顯示器、投影機、耳機、手機及/或平板。值得注意的是，上述舉例說明僅作為例示，並非用以限制本案。

充電裝置100包含交直流變壓器120和擴充接口單元140。結構上，交直流變壓器120透過第二傳輸線102耦接外部交流電源201。交直流變壓器120透過第一傳輸線101耦接擴充接口單元140。擴充接口單元140透過第三傳輸線103耦接於第一負載裝置202。在部分實施例中，擴充接口單元140選擇性連接第二負載裝置203。

操作上，充電裝置100用以供電給第一負載裝置202。具體而言，交直流變壓器120用以根據外部交流電源201 提供直流電力訊號至擴充接口單元140。擴充接口單元140用以根據直流電力訊號對第一負載裝置202進行供電。

舉例來說，擴充接口單元140可包含一或多個高畫質多媒體介面(High Definition Multimedia Interface，HDMI)、視訊圖形陣列(Video Graphics Array，VGA)、數位視訊介面(Digital Visual Interface，DVI)、顯示埠(DisplayPort，DP)、通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)Type-A/Type-B/Type-C、網路連接埠(RJ45)、直流電源插孔(DC-in)、耳機插孔及/或喇叭插孔。值得注意的是，此舉例說明僅作為例示，並非用以限制本案。

請參考第2圖。第2圖係依據本揭示內容之部分實施例所繪示的一種充電裝置100及其相關連接的細部示意圖。如第2圖所示，於第2圖所示實施例中，與第1圖的實施例中相似的元件係以相同的元件符號表示，其操作已於先前段落說明者，於此不再贅述。和第1圖所示實施例相比，在本實施例中，交直流變壓器120包含交直流轉換單元122及第一降壓單元124。

結構上，交直流轉換單元122耦接第一降壓單元124。交直流轉換單元122透過第二傳輸線102耦接外部交流電源201。第一降壓單元124透過第一傳輸線101擴充接口單元140。

操作上，交直流轉換單元122用以將外部交流電源201轉換成第一直流電源V1。第一降壓單元124用以將第一直流電源V1降壓成第二直流電源V2作為直流電力訊號。

舉例來說，在部分實施例中，第一降壓單元124為變壓器(transformer)或降壓型電源轉換器(buck converter)。值得注意的是，此舉例說明僅作為例示，並非用以限制本案。

請參考第3圖，第3圖係依據本揭示內容之其他部分實施例所繪示的一種充電裝置100及其相關連接的細部示意圖。如第3圖所示，於第3圖所示實施例中，與第1圖的實施例中相似的元件係以相同的元件符號表示，其操作已於先前段落說明者，於此不再贅述。和第1圖所示實施例相比，在本實施例中，擴充接口單元140包含擴充介面148。在部分實施例中，擴充接口單元140更包含脈衝寬度調變單元141、控制電路142、背對背電晶體單元143及/或第二降壓單元144。在其他部分實施例中，擴充接口單元140更包含匯流排介面147，其中匯流排介面147包含電力傳輸腳位147a、資料腳位147b和控制訊號腳位147c。

在部分實施例中，擴充介面148用以選擇性連接第二負載裝置203。具體而言，擴充介面148可包含通用串列匯流排介面146或影音傳輸介面145。第二負載裝置203可包含擴充電子裝置203a或顯示螢幕203b。舉例來說，通用串列匯流排介面146用以選擇性地連接擴充電子裝置203a。影音傳輸介面145用以選擇性地連接顯示螢幕203b。值得注意的是，此舉例說明僅作為例示，並非用以限制本案。於其他實施例中，擴充介面148也可以包含其他的連接介面，例如一或多個高畫質多媒體介面、視訊圖形陣列、數位視訊介面、顯示埠、通用 序列匯流排Type-A/Type-B/Type-C、網路連接埠、直流電源插孔、耳機插孔及/或喇叭插孔。

於一些實施例中，為了達到輕量化或是薄型化設計，第一負載裝置202可能僅具有少數的連接接口，例如僅包含單一個通用序列匯流排接口，在此情況下第一負載裝置202連接傳統的電源供應裝置進行充電，便無法同時連接至其他的擴充裝置，例如滑鼠、鍵盤、外部螢幕、讀卡機或光碟機等。於此實施例中，透過充電裝置100可以對第一負載裝置202提供電力，並且利用擴充接口單元140可以讓第一負載裝置202在充電的同時一併連接到不同的擴充元件(例如第3圖的第二負載裝置203)。

一般來說，當擴充元件(例如第3圖的第二負載裝置203中的擴充電子裝置203a或顯示螢幕203b)運作時會需要消耗一定的功率，例如需要供電給擴充電子裝置203a(如滑鼠或外接鍵盤等)以及顯示螢幕203b。在部分實施例中，擴充介面148具有第一額定功率，對應上述擴充元件可能需要的電力消耗。第一負載裝置202具有第二額定功率，對應第一負載裝置202所需的電力消耗。交直流變壓器120所輸出的直流電力訊號V2之輸出功率設置為大於等於第一額定功率與第二額定功率之和。

具體而言，交直流變壓器120係同時考量擴充接口單元140電力和驅動需求以及第一負載裝置202充電或電力需求。舉例來說，若第一負載裝置202需要65W，擴充接口單元140及/或第二負載裝置203需要30W，則交直流變壓器120 將滿足65W+30W=95W的規格。

此外，由於交直流變壓器120的規格係經過與欲搭配之第一負載裝置202測試驗證通過的生產製造流程，針對第一負載裝置202的效能設計，因此可發揮第一負載裝置202的最大效能。例如，充電速度、資料傳輸速度、影像解析度及/或網路傳輸速度等等。

換言之，由於交直流變壓器120係與第一負載裝置202互相搭配的，因此不會產生交直流變壓器120供電規格不足的問題，亦不會產生對第一負載裝置202供電不足的問題。此外，由於交直流變壓器120可考量到擴充接口單元140電力和驅動需求，因此連接於擴充接口單元140的一或多個第二負載裝置203不會有匹配性問題、效能問題、電力問題等等。

請繼續參考第3圖。如第3圖所示，結構上，擴充接口單元140透過匯流排介面147耦接第一負載裝置202。脈衝寬度調變單元141耦接交直流變壓器120、控制電路142、背對背電晶體單元143和第二降壓單元144。背對背電晶體單元143耦接匯流排介面147中的電力傳輸腳位147a。控制電路142耦接第二降壓單元144和匯流排介面147中的控制訊號腳位147c。擴充介面148耦接第二降壓單元144和匯流排介面147中的資料腳位147b。

操作上，脈衝寬度調變單元141用以將直流電力訊號V2調變為第三直流電源V3。背對背電晶體單元143用以將第三直流電源V3轉換為第四直流電源V4輸出給第一負載裝置202。第二降壓單元144用以將第三直流電源V3轉換為第五 直流電源V5並輸出給第二負載裝置203。控制電路142用以決定脈衝寬度調變單元141之工作週期(Duty Cycle)，並控制第二降壓單元144輸出之第五直流電源V5之輸出電壓。具體而言，控制電路142用以根據控制訊號腳位147c所接收到的訊號決定脈衝寬度調變單元141之工作週期並控制第二降壓單元144輸出之第五直流電源V5之輸出電壓。換言之，控制電路142透過控制訊號腳位147c偵測電力需求狀況以回饋控制脈衝寬度調變單元141和第二降壓單元144。

此外，在部分實施例中，當擴充介面148空接時，第二降壓單元144停止提供輸出電流至擴充介面148。於一實施例中，由於擴充介面148並未連接任何第二負載裝置203，擴充介面148未連接負載裝置時不會形成供電迴路，此時，第二降壓單元144不再供應輸出電流至擴充介面148。於部分實施例中，當擴充介面148空接時，第二降壓單元144仍可產生直流電壓但不提供輸出電流，於另一些實施例中，當擴充介面148空接時，第二降壓單元144不產生直流電壓。

如此一來，連接負載多寡、負載電力需求、負載是否完成充電及/或是否因電阻等其他因素使得直流電壓下降等問題，可由擴充接口單元140進行偵測並補償。

請參考第4圖。第4圖係依據本揭示內容之其他部分實施例所繪示的一種充電裝置100及其相關連接的外觀示意圖。於第4圖所示實施例中，與第1圖、第2圖、第3圖的實施例中相似的元件係以相同的元件符號表示，其操作已於先前段落說明者，於此不再贅述。在本實施例中，交直流變壓器120、 第一傳輸線101與擴充接口單元140為一體成形。

在部分實施例中，第二傳輸線102與交直流變壓器120之間為固定的。在其他部分實施例中，第二傳輸線102與交直流變壓器120之間為可拆卸的。

在部分實施例中，第三傳輸線103與擴充接口單元140之間為固定的。在其他部分實施例中，第三傳輸線103與擴充接口單元140之間為可拆卸的。

舉例來說，第一傳輸線101可為直流線，可包含電壓選擇控制訊號線。第二傳輸線102可為交流電線。第三傳輸線103可為Type C線，可包含資料線、影像線、控制訊號線及/或電力線，其中影像線可包含數位影像線或類比影像線。進一步說明，第三傳輸線103連接第一負載裝置202的介面可為通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)、2或4路差分資料連接器(DisplayPort 2 Lanes/DisplayPort 4 Lanes)。值得注意的是，此舉例說明僅作為例示，並非用以限制本案。

另外，在部分實施例中，第一傳輸線101的線路長度長於第二傳輸線102的線路長度。第一傳輸線101的線路長度長於第三傳輸線103的線路長度。舉例來說，第二傳輸線102的線路長度可以與傳統連接變壓器之交流電線的線路長度相近，使得交直流變壓器120可放置於靠近外部交流電源201，無需放置靠近於使用者或第一負載裝置202。

再者，第三傳輸線103的線路長度亦可與傳統直流充電線的線路程度相近，使得維持製作成本且不影響資料、 影像傳輸速度。也使得擴充接口單元140可放置於靠近使用者或第一負載裝置202，提升使用上插拔第二負載裝置203的便利性。另外，第一傳輸線101的線路長度可依據實際需求進行調整，補足整體所需線路長度。

交直流變壓器120與外部交流電源201(例如市電插座)之間的第二傳輸線102需要乘載外部交流電源，通常外部交流電源的電力規格可能是100伏特至240伏特，因此第二傳輸線102為了符合安全規範需要具有較粗的線徑以及較重的線路重量。於本實施例中，第二傳輸線102的線路長度短於第一傳輸線101的線路長度，因此通常較粗且較難以收納的第二傳輸線102可維持一般長度或較為縮短，不會增加整體攜帶的重量。

綜上所述，在本揭示內容的檢測電路中，藉由整合交直流變壓器、擴充接口和連接線，可滿足不同連接負載的電力需求，且不影響各個連接負載的最大效能。

除非另有定義，本文所使用的所有詞彙(包括技術和科學術語)具有其通常的意涵，其意涵係能夠被熟悉此領域者所理解。更進一步的說，上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本說明書的內容中應被解讀為與本發明相關領域一致的意涵。除非有特別明確定義，這些詞彙將不被解釋為理想化的或過於正式的意涵。

雖然本揭示已以實施方式揭示如上，然其並非用以限定本揭示，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種充電裝置，用以供電給一第一負載裝置，該充電裝置包含：一交直流變壓器，用以根據一外部交流電源輸出一直流電力訊號；以及一擴充接口單元，耦接於該第一負載裝置與該交直流變壓器之間，該擴充接口單元用以根據該直流電力訊號對該第一負載裝置進行供電，該擴充接口單元包含一擴充介面，該擴充介面用以選擇性連接一第二負載裝置，其中該擴充介面具有一第一額定功率，該第一負載裝置具有一第二額定功率，該交直流變壓器所輸出的該直流電力訊號之一輸出功率設置為大於等於該第一額定功率與該第二額定功率之和，其中該擴充接口單元更包含：一脈衝寬度調變單元，耦接該交直流變壓器，用以將該直流電力訊號調變為一第三直流電源；一背對背電晶體單元，耦接該脈衝寬度調變單元，用以將該第三直流電源轉換為一第四直流電源並輸出給該第一負載裝置；以及一第二降壓單元，耦接該脈衝寬度調變單元，用以將該第三直流電源轉換為一第五直流電源並輸出給該第二負載裝置。
2. 如請求項1所述之充電裝置，其中該交直流變壓器包含：一交直流轉換單元，用以將該外部交流電源轉換成一第一直流電源；以及一第一降壓單元，用以將該第一直流電源降壓成一第二直流電源作為該直流電力訊號。
3. 如請求項2所述之充電裝置，其中該第一降壓單元為一變壓器或一降壓型電源轉換器。
4. 如請求項1所述之充電裝置，其中該充電裝置更包含一第一傳輸線，該交直流變壓器透過該第一傳輸線連接至該擴充接口單元，該交直流變壓器、該第一傳輸線與該擴充接口單元為一體成形。
5. 如請求項4所述之充電裝置，其中該充電裝置更包含一第二傳輸線和一第三傳輸線，該交直流變壓器透過該第二傳輸線連接至該外部交流電源，該擴充接口單元透過該第三傳輸線連接至該第一負載裝置，該第一傳輸線的線路長度長於該第二傳輸線的線路長度，該第一傳輸線的線路長度長於該第三傳輸線的線路長度。
6. 如請求項1所述之充電裝置，其中該擴充接口單元更包含：一控制電路，耦接該脈衝寬度調變單元和該第二降壓單元，用以決定該脈衝寬度調變單元之一工作週期，並控制該第二降壓單元輸出之該第五直流電源之一輸出電壓。
7. 如請求項6所述之充電裝置，其中該擴充接口單元更包含一匯流排介面耦接至該第一負載裝置，該匯流排介面包含：一電力傳輸腳位，耦接該背對背電晶體單元；一資料腳位，耦接該擴充介面；以及一控制訊號腳位，耦接該控制電路，該控制電路用以根據該控制訊號腳位決定該脈衝寬度調變單元之該工作週期並控制該第二降壓單元輸出之該第五直流電源之該輸出電壓。
8. 如請求項1所述之充電裝置，其中當該擴充介面空接時，該第二降壓單元停止提供一輸出電流至該擴充介面。
9. 如請求項1所述之充電裝置，其中該擴充介面包含一通用串列匯流排介面或一影音傳輸介面。