TWI787747B - 充放電電路 - Google Patents

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Abstract

一種充放電電路，包括充放電控制電路、第一連接埠、第一開關電路、第二開關電路、第二連接埠、第三開關電路、第四開關電路及辨識邏輯電路。辨識邏輯電路依據第一連接埠的第一通道組態訊號判斷第一連接埠的模式，充放電控制電路依據第一連接埠的模式切換第一開關電路及第二開關電路，且依據第二連接埠的第二通道組態訊號判斷第二連接埠的模式，以切換第三開關電路及第四開關電路。

Description

充放電電路
本發明涉及一種充放電電路，特別是涉及一種於能夠於移動式電子裝置中實現雙USB埠各自獨立使用並進行充放電的充放電電路。
在現有的充放電電路中，若兩個以上的USB埠都同時都對移動式電子裝置的系統供電，則該些USB埠之間的電壓差會導致電源互灌，因而造成該些USB埠中的部分適配器(Adapter)損壞。
另一方面，若其中一個USB埠要對移動式電子裝置的系統充電，而系統通過另一個USB埠以USB的On-The-Go(OTG)標準輸出，則較晚插入的USB埠無法正常動作，例如，用於充電的USB埠若較晚插入，則將無法充電，而用於OTG輸出的USB埠若較晚插入，則無法進行OTG輸出。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種於能夠於移動式電子裝置中實現雙USB埠各自獨立使用並進行充放電的充放電電路。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種充放電電路，連接電池模組與系統端電路，充放電電路包括充放電控制電路、第一連接埠、第一開關電路、第二開關電路、第二連接埠、第三開關電路、第四開關電路及辨識邏輯電路。充放電控制電路具有一第一輸入端、一第二輸入端、一辨識端、一電池端及一輸出端，其中該電池端連接於該電池模組，該輸出端連接於該系統端電路。第一開關電路連接於該第一連接埠及該第一輸入端之間，以形成一第一充電路徑。第二開關電路連接於該第一連接埠及該輸出端之間，以形成第一放電路徑。第三開關電路連接於該第二連接埠及該第二輸入端之間，以形成一第二充電路徑。第四開關電路連接於該第二連接埠及該輸出端之間，以形成一第二放電路徑。辨識邏輯電路連接於該第一連接埠，且配置以在該第一連接埠連接於一第一訊號源時，依據該第一連接埠的一第一通道組態訊號判斷該第一連接埠的模式是在一第一充電模式或一第一放電模式，該充放電控制電路在該第一充電模式下控制該第一開關電路進行切換以使該第一充電路徑導通，或在該第一放電模式下控制該第二開關電路進行切換以使該第一放電路徑導通。其中，該充放電控制電路配置以在該第二連接埠連接於一第二訊號源時，通過該辨識端接收來自該第二連接埠的一第二通道組態訊號，以判斷該第二連接埠的模式是在一第二充電模式或一第二放電模式，並在該第二充電模式下控制該第三開關電路進行切換以使該第二充電路徑導通，或在該第二放電模式下控制該第四開關電路進行切換以使該第二放電路徑導通 。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的充放電電路，通過對雙USB埠分別提供獨立的充電路徑及放電路徑，以及獨立的控制機制，能夠於移動式電子裝置中實現雙USB埠各自獨立使用並進行充放電，當雙USB埠均欲進入充電模式時，依據預定優先序進行控制以避免電源互灌，同時對移動式電子裝置的電池模組充電，此外，更支援雙USB埠同時進入放電模式。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“充放電電路”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
圖1為根據本發明實施例繪示的充放電電路的電路佈局圖。參閱圖1所示，本發明實施例提供一種充放電電路1，其包括充放電控制電路10、第一連接埠11、第一開關電路12、第二開關電路13、第二連接埠14、第三開關電路15、第四開關電路16及辨識邏輯電路17。在一實施例中，第一連接埠11與第二連接埠14可為相同類型的連接埠，例如通用序列匯流排(Universal serial bus, USB) type-C連接埠。不過亦不限於此。在一實施例中，第一連接埠12與第二連接埠22亦可以是不同類型的連接埠，例如USB Type-A連接埠與USB Type-C連接埠。
充放電控制電路10具有第一輸入端In1、第二輸入端In2、辨識端CC1、電池端Bat及輸出端Out，其中，電池端Bat連接於電池模組20，輸出端Out連接於系統端電路30。舉例而言，充放電控制電路10、電池模組20及系統端電路30可內建於一移動式電子裝置中，系統端電路30可通過充放電控制電路10由該電池模組20供電，而充放電控制電路10可通過第一連接埠11及第二連接埠14外接訊號源，例如電壓源來對電池模組20充電，或者外接其他需要由上述移動式電子裝置供電的另一電子裝置。
舉例而言，充放電控制電路10可例如為可程式邏輯控制電路（Programmable Logic Controller Circuit）、微處理電路（Micro-processor Circuit）、數位訊號處理器（Digital signal processor, DSP）或微控制電路（Micro-control Circuit）的積體電路，但本發明不限於此。
續言之，第一開關電路12連接於第一連接埠11及第一輸入端In1之間，以形成第一充電路徑Pc1。第二開關電路13連接於第一連接埠11及輸出端之間，以形成第一放電路徑Pdc1。
另一方面，第三開關電路15連接於第二連接埠14及第二輸入端In2之間，以形成第二充電路徑Pc2。第四開關電路16連接於第二連接埠14及輸出端之間，以形成第二放電路徑Pdc2。
舉例而言，第一開關電路12、第二開關電路13、第三開關電路15及第四開關電路16各包括P型金氧半場效電晶體(PMOSFET)及N型金氧半場效電晶體(NMOSFET)。在特定實施例中，第一開關電路12、第三開關電路15及第四開關電路16更各自包括限流單元，經配置以在超過一額定電流時使對應的該P型金氧半場效電晶體及該N型金氧半場效電晶體關斷。舉例而言，第一開關電路12、第二開關電路13、第三開關電路15及第四開關電路16均爲電源開關 (Power Switch)，以確保在電源供應時的安全性及可靠度，同時，限流單元可在過載時或過溫時安全地切斷供電。電源開關可包括控制端(例如EN 腳位)，其用於啟動 MOSFET，並透過二極體防止逆向電流。當電源開關的輸出電流超過電流上限門檻時，限流單元便會關斷MOSFET。在特定實施例中，電源開關可包括另一端，以在任何保護功能被觸發時通知系統發生了失效情況。在另一實施例中，充放電控制電路10亦可針對第一輸入端In1及第二輸入端In2設置限流單元，以在超過一額定電流時使對應的第一輸入端In1或第二輸入端In2斷路，但僅為舉例，本發明不限於此。
辨識邏輯電路17連接於第一連接埠11。辨識邏輯電路17可例如為可程式邏輯控制電路（Programmable Logic Controller Circuit）、微處理電路（Micro-processor Circuit）、數位訊號處理器（Digital signal processor, DSP）或微控制電路（Micro-control Circuit）的積體電路，但本發明不限於此。
更特定而言，辨識邏輯電路17是連接於第一連接埠11的通道組態(Channel Configuration, CC)接點。在第一連接埠11連接於第一訊號源S1時，辨識邏輯電路17可透過第一連接埠11的CC接點與來自外部裝置的第一訊號源S1建立對應的電力傳輸模式，例如：主從關係爲何，由何者擔任主裝置(Host)以作爲供電端(source)，由何者擔任從裝置(Slave)以作爲受電端(Sink)、充放電控制電路10與第一訊號源S1之間的充電規格等。
辨識邏輯電路17在第一連接埠11連接於第一訊號源S1時，依據第一連接埠11的第一通道組態訊號Scc1判斷第一連接埠11的模式是在第一充電模式或第一放電模式，並對應向充放電控制電路10輸出指示第一連接埠11的模式的一模式訊號Sm。
詳細而言，響應於辨識邏輯電路17判斷第一訊號源S1為主裝置(Host)，充放電控制電路10為從裝置(Slave)，辨識邏輯電路17判斷第一連接埠11的模式是在第一充電模式，換言之，將使用第一充電路徑Pc1，辨識邏輯電路17對應產生模式訊號Sm，以告知充放電控制電路10需要導通第一充電路徑Pc1。
相對的，響應於辨識邏輯電路17判斷第一訊號源S1為從裝置，充放電控制電路10為主裝置，則辨識邏輯電路17判斷第一連接埠11的模式是在第一放電模式，換言之，將使用第一放電路徑Pdc1，辨識邏輯電路17對應產生模式訊號Sm，以告知充放電控制電路10需要導通第一放電路徑Pdc1。
進一步，當充放電控制電路10接收到模式訊號Sm，則依據模式訊號Sm所指示的第一連接埠11是在第一充電模式或第一放電模式，在第一充電模式下控制第一開關電路12進行切換，以使第一充電路徑Pc1導通，或是在第一放電模式下控制第二開關電路13進行切換，以使第一放電路徑Pdc1導通。
類似的，充放電控制電路10連接於第二連接埠14，且本身亦具有類似辨識機制，在第二連接埠14連接於第二訊號源S2時，充放電控制電路10通過辨識端CC1接收來自第二連接埠14的第二通道組態訊號Scc2，以據此判斷第二連接埠14的模式是在第二充電模式或第二放電模式。
詳細而言，充放電控制電路10是連接於第二連接埠14的通道組態(Channel Configuration, CC)接點。在第二連接埠14連接於第二訊號源S2時，充放電控制電路10可透過第二連接埠14的CC接點與來自外部裝置的第二訊號源S2建立對應的電力傳輸模式，例如：主從關係爲何，由何者擔任主裝置(Host)以作爲供電端(source)，由何者擔任從裝置(Slave)以作爲受電端(Sink)、充放電控制電路10與第二訊號源S2之間的充電規格等。
在第二連接埠14連接於第二訊號源S2時，充放電控制電路10可依據第二通道組態訊號Scc2判斷第二訊號源S2與充放電控制電路之間的主從關係，以判斷第二連接埠14的模式是在第二充電模式或第二放電模式，藉此，充放電控制電路10可控制第三開關電路15及第四開關電路16進行切換來使第二充電路徑Pc2導通或第二放電路徑Pdc2導通。
例如，響應於充放電控制電路10判斷第二訊號源S2為主裝置，充放電控制電路10為從裝置，充放電控制電路10則判斷第二連接埠14的模式是在第二充電模式，換言之，將使用第二充電路徑Pc2。
相對的，響應於充放電控制電路10判斷第二訊號源S2為從裝置，充放電控制電路10為主裝置，則充放電控制電路10判斷第二連接埠14的模式是在第二放電模式，換言之，將使用第二放電路徑Pdc2。
另外，在圖1的實施例中，充放電電路1更包括第一電源轉換電路18及第二電源轉換電路19。第一電源轉換電路18連接於第二開關電路13及輸出端Out1之間，第二電源轉換電路19連接於第四開關電路16及輸出端Out之間。第一電源轉換電路18經配置以在第一放電路徑導通時對輸出端的一輸出電壓Vout進行電源轉換，第二電源轉換電路19經配置以在第二放電路徑導通時對該輸出電壓Vout進行電源轉換。
舉例而言，第一電源轉換電路18及第二電源轉換電路19可為升壓電源轉換器、降壓電源轉換器或降壓升壓電源轉換器，依據充放電控制電路10所提供的輸出電壓Vout、電池模組20的額定電壓、以及欲輸出至第一連接埠11及第二連接埠14的電壓來決定採用的類型，以對輸出電壓進行升壓或降壓。上述僅爲舉例，本發明不限於此。
然而，如上文中描述，爲了避免同時充電造成電源互灌，或者較晚插入的USB埠無法正常動作，本發明提供的充放電電路1針對不同情境有不同的控制方式。
可參考圖2，其為根據本發明實施例繪示的第一充放電情境的充放電路徑示意圖。在第一充放電情境中，第一訊號源S1及第二訊號源S2可例如為適配器，兩者均可對電池模組20提供電力，因此，充放電控制電路10判斷第二連接埠14的模式是在第二充電模式，且依據模式訊號Sm得知第一連接埠11經過辨識電路17判斷是在第一充電模式，充放電控制電路10經配置以依據由使用者預先設定的一預定優先序來控制第一開關電路12及第三開關電路15，以使第一充電路徑Pc1及第二充電路徑Pc2的其中之一者導通，另一者關斷。
以圖2的實施例而言，預定優先序為優先使用第二連接埠14，因此，充放電控制電路10控制第一開關電路12關斷，第三開關電路15導通，以使第一充電路徑Pc1關斷，第二充電路徑Pc2導通。於此同時，充放電控制電路10在第二充電路徑Pc2導通時，通過電池端Bat對電池模組20充電。
此外，需要說明的是，第一充電路徑Pc1及第一放電路徑Pdc1為互斥的，其中一者導通時，另一者即關斷。類似的，第二充電路徑Pc2及第二放電路徑Pdc2為互斥的。因此，在第一充放電情境中，充放電控制電路10還控制第二開關電路13及第四開關電路16均關斷，以使第一放電路徑Pdc1及第二放電路徑Pdc2均關斷。
可參考圖3，其為根據本發明實施例繪示的第二充放電情境的充放電路徑示意圖。在第二充放電情境中，第一訊號源S1為需要被供電的另一電子裝置，而第二訊號源S2為適配器，可對電池模組20提供電力，因此，充放電控制電路10判斷第二連接埠14的模式是在第二充電模式，且依據模式訊號Sm得知第一連接埠11經過辨識電路17判斷是在第一放電模式，充放電控制電路10控制第二開關電路12及第三開關電路15導通，以使第一放電路徑Pdc1導通，第二充電路徑Pc2導通。於此同時，充放電控制電路10在第二充電路徑Pc2導通時，通過電池端Bat對電池模組20充電。此外，在第二充放電情境中，充放電控制電路10還控制第一開關電路12及第四開關電路16均關斷，以使第一充電路徑Pdc1及第二放電路徑Pdc2均關斷。
可參考圖4，其為根據本發明實施例繪示的第三充放電情境的充放電路徑示意圖。在第三充放電情境中，第一訊號源S1為適配器，可對電池模組20提供電力，而第二訊號源S2為需要被供電的另一電子裝置，因此，充放電控制電路10判斷第二連接埠14的模式是在第二放電模式，且依據模式訊號Sm得知第一連接埠11經過辨識電路17判斷是在第一充電模式，充放電控制電路10控制第一開關電路12及第四開關電路16導通，以使第一充電路徑Pc1導通，第二放電路徑Pdc2導通。於此同時，充放電控制電路10在第一充電路徑Pc1導通時，通過電池端Bat對電池模組20充電。此外，在第三充放電情境中，充放電控制電路10還控制第二開關電路13及第三開關電路15均關斷，以使第一放電路徑Pdc1及第二充電路徑Pc2均關斷。
圖5為根據本發明實施例繪示的第四充放電情境的充放電路徑示意圖。在第四充放電情境中，第一訊號源S1及第二訊號源S2均為需要被供電的電子裝置，因此，充放電控制電路10判斷第二連接埠14的模式是在第二放電模式，且依據模式訊號Sm得知第一連接埠11經過辨識電路17判斷是在第一放電模式，充放電控制電路10控制第二開關電路13及第四開關電路16導通，以使第一放電路徑Pdc1導通，第二放電路徑Pdc2導通。於此同時，在第一放電路徑Pdc1及第二放電路徑Pdc2均導通時，電池模組20通過電池端Bat對第一訊號源S1及第二訊號源S2充電。此外，在第三充放電情境中，充放電控制電路10還控制第一開關電路12及第三開關電路15均關斷，以使第一充電路徑Pc1及第二充電路徑Pc2均關斷。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的充放電電路，通過對雙USB埠分別提供獨立的充電路徑及放電路徑，以及獨立的控制機制，能夠於移動式電子裝置中實現雙USB埠各自獨立使用並進行充放電。
更進一步來說，本發明所提供的充放電電路，當雙USB埠均欲進入充電模式時，依據預定優先序進行控制以避免電源互灌，同時對移動式電子裝置的電池模組充電，此外，更支援雙USB埠同時進入放電模式。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1:充放電電路 10:充放電控制電路 11:第一連接埠 12:第一開關電路 13:第二開關電路 14:第二連接埠 15:第三開關電路 16:第四開關電路 17:辨識邏輯電路 18:第一電源轉換電路 19:第二電源轉換電路 20:電池模組 30:系統端電路 Bat:電池端 CC1:辨識端 In1:第一輸入端 In2:第二輸入端 Out:輸出端 Pc1:第一充電路徑 Pc2:第二充電路徑 Pdc1:第一放電路徑 Pdc2:第二放電路徑 S1:第一訊號源 S2:第二訊號源 Scc1:第一通道組態訊號 Scc2:第二通道組態訊號 Sm:模式訊號 Vout:輸出電壓
圖1為根據本發明實施例繪示的充放電電路的電路佈局圖。
圖2為根據本發明實施例繪示的第一充放電情境的充放電路徑示意圖。
圖3為根據本發明實施例繪示的第二充放電情境的充放電路徑示意圖。
圖4為根據本發明實施例繪示的第三充放電情境的充放電路徑示意圖。
圖5為根據本發明實施例繪示的第四充放電情境的充放電路徑示意圖。
1:充放電電路
10:充放電控制電路
11:第一連接埠
12:第一開關電路
13:第二開關電路
14:第二連接埠
15:第三開關電路
16:第四開關電路
17:辨識邏輯電路
18:第一電源轉換電路
19:第二電源轉換電路
20:電池模組
30:系統端電路
Bat:電池端
CC1:辨識端
In1:第一輸入端
In2:第二輸入端
Out:輸出端
Pc1:第一充電路徑
Pc2:第二充電路徑
Pdc1:第一放電路徑
Pdc2:第二放電路徑
S1:第一訊號源
S2:第二訊號源
Scc1:第一通道組態訊號
Scc2:第二通道組態訊號
Sm:模式訊號
Vout:輸出電壓

Claims (12)

  1. 一種充放電電路，連接一電池模組與一系統端電路，該充放電電路包括： 一充放電控制電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一辨識端、一電池端及一輸出端，其中該電池端連接於該電池模組，該輸出端連接於該系統端電路； 一第一連接埠； 一第一開關電路，連接於該第一連接埠及該第一輸入端之間，以形成一第一充電路徑； 一第二開關電路，連接於該第一連接埠及該輸出端之間，以形成一第一放電路徑； 一第二連接埠； 一第三開關電路，連接於該第二連接埠及該第二輸入端之間，以形成一第二充電路徑； 一第四開關電路，連接於該第二連接埠及該輸出端之間，以形成一第二放電路徑；以及 一辨識邏輯電路，連接於該第一連接埠，且配置以在該第一連接埠連接於一第一訊號源時，依據該第一連接埠的一第一通道組態訊號判斷該第一連接埠的模式是在一第一充電模式或一第一放電模式，該充放電控制電路在該第一充電模式下控制該第一開關電路進行切換以使該第一充電路徑導通，或在該第一放電模式下控制該第二開關電路進行切換以使該第一放電路徑導通；其中，該充放電控制電路配置以在該第二連接埠連接於一第二訊號源時，通過該辨識端接收來自該第二連接埠的一第二通道組態訊號，以判斷該第二連接埠的模式是在一第二充電模式或一第二放電模式，並在該第二充電模式下控制該第三開關電路進行切換以使該第二充電路徑導通，或在該第二放電模式下控制該第四開關電路進行切換以使該第二放電路徑導通。
  2. 如請求項1所述的充放電電路，其中該辨識邏輯電路配置以在判斷該第一連接埠的模式是在該第一充電模式或該第一放電模式時，對應向該充放電控制電路輸出指示該第一連接埠的模式的一模式訊號。
  3. 如請求項1所述的充放電電路，其中，響應於該第一連接埠經判斷是在該第一充電模式，且該第二連接埠經判斷是在該第二充電模式，該充放電控制電路經配置以依據一預定優先序控制該第一開關電路及該第三開關電路，以使該第一充電路徑及該第二充電路徑的其中之一者導通，另一者關斷。
  4. 如請求項1所述的充放電電路，更包括： 一第一電源轉換電路，連接於該第二開關電路及該輸出端之間；以及 一第二電源轉換電路，連接於該第四開關電路及該輸出端之間， 其中，該第一電源轉換電路經配置以在該第一放電路徑導通時對該輸出端的一輸出電壓電源轉換，該第二電源轉換電路經配置以在該第二放電路徑導通時對該輸出電壓電源轉換。
  5. 如請求項1所述的充放電電路， 其中該辨識邏輯電路進一步經配置以依據該第一通道組態訊號判斷該第一訊號源與該充放電控制電路之間的主從關係，以判斷該第一連接埠的模式是在該第一充電模式或該第一放電模式。
  6. 如請求項5所述的充放電電路， 其中，響應於該辨識邏輯電路判斷該第一訊號源為一主裝置，該充放電控制電路為一從裝置，該辨識邏輯電路判斷該第一連接埠的模式是在該第一充電模式，以對應產生該模式訊號， 其中，響應於該辨識邏輯電路判斷該第一訊號源為該從裝置，該充放電控制電路為一主裝置，該辨識邏輯電路判斷該第一連接埠的模式是在該第一放電模式，以對應產生該模式訊號。
  7. 如請求項1所述的充放電電路， 其中該充放電控制電路進一步經配置以依據該第二通道組態訊號判斷該第二訊號源與該充放電控制電路之間的主從關係，以判斷該第二連接埠的模式是在該第二充電模式或該第二放電模式。
  8. 如請求項7所述的充放電電路， 其中，響應於該充放電控制電路判斷該第二訊號源為一主裝置，該充放電控制電路為一從裝置，該充放電控制電路判斷該第二連接埠的模式是在該第二充電模式，響應於該充放電控制電路判斷該第二訊號源為該從裝置，該充放電控制電路為該主裝置，該充放電控制電路判斷該第二連接埠的模式是在該第二放電模式。
  9. 如請求項1所述的充放電電路，其中，該充放電控制電路經配置以在該第一充電路徑或該第二充電路徑導通時，通過該電池端對該電池模組充電。
  10. 如請求項1所述的充放電電路，其中，響應於該第一連接埠經判斷是在該第一放電模式，且該第二連接埠經判斷是在該第二放電模式，該充放電控制電路經配置以控制該第二開關電路及該第四開關電路，以使該第一放電路徑及該第二放電路徑同時導通。
  11. 如請求項1所述的充放電電路，其中該第一開關電路至該第四開關電路各包括一P型金氧半場效電晶體及一N型金氧半場效電晶體。
  12. 如請求項11所述的充放電電路，其中該第二開關電路至該第四開關電路更各自包括一限流單元，經配置以在超過一額定電流時使對應的該P型金氧半場效電晶體及該N型金氧半場效電晶體關斷。
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