TWI806184B - 供電裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種供電裝置。供電裝置包括轉換器、供電控制器、耦合電路以及濾波電路。轉換器透過電源路徑將輸出電源提供至外部裝置。供電控制器透過溝通路徑與外部裝置進行溝通。耦合電路將輸出電源的能量進行耦合以提供感應電壓。濾波電路反應於感應電壓以對溝通路徑上的第一連接點上的溝通訊號執行第一濾波操作，並且對溝通路徑上的第二連接點上的溝通訊號執行第二濾波操作。第一連接點的位置不同於第二連接點的位置。

Description

供電裝置

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種能對外部裝置進行供電的供電裝置。

供電裝置能根據外部裝置的系統設定，提供合適的電源需求給外部裝置。一般而言，供電裝置與外部裝置之間至少經由一組配置通道（Configuration Channel，CC）腳位來相互溝通以傳輸電能。然而，當外部裝置所需的電能功率較大時，配置通道腳位的訊號與輸出電能相互干擾，而造成供電裝置的穩定度低。

本發明實施例提供一種供電裝置，用以對外部裝置進行供電，並能夠提升與外部裝置間溝通的穩定度。

本發明實施例的供電裝置包括轉換器、供電控制器、耦合電路以及濾波電路。轉換器透過電源路徑將輸出電源提供至外部裝置。供電控制器透過溝通路徑與外部裝置進行溝通。耦合電路耦接於電源路徑，且將輸出電源的能量進行耦合以提供感應電壓。濾波電路耦接於耦合電路、溝通路徑上的第一連接點以及溝通路徑上的第二連接點。濾波電路反應於感應電壓以對第一連接點執行上的訊號第一濾波操作，並且對第二連接點上的訊號執行第二濾波操作。第一連接點的位置不同於第二連接點的位置。

基於上述，本發明實施例透過濾波電路對溝通路徑上的不同連接點上的溝通訊號執行對應的濾波操作，能夠多次地消除溝通路徑上的溝通訊號的雜訊。如此一來，供電裝置能夠避免溝通路徑以及電源路徑上訊號相互干擾，以提高供電裝置與外部裝置間溝通的穩定度。

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。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。

請參考圖1，圖1是依據本發明一實施例所繪示的供電裝置的方塊圖。在本實施例中，供電裝置100用以基於輸入電源VIN來對外部裝置SYS進行供電。供電裝置100包括轉換器110、供電控制器120、耦合電路130以及濾波電路140。轉換器110將輸入電源VIN轉換為輸出電源VO。轉換器110透過電源路徑P1將輸出電源VO提供至外部裝置SYS。供電控制器120透過溝通路徑P2與外部裝置SYS進行溝通，以得知雙方是否相互連接，並得知外部裝置SYS所需的電能配置等。

在本實施例中，電源路徑P1可為電能傳輸通道，例如，Vbus連接線。溝通路徑P2可為電能配置通道，例如，配置通道（Configuration Channel，CC）連接線。溝通路徑P2用以傳輸溝通訊號。

在本實施例中，耦合電路130耦接於電源路徑P1。耦合電路130將輸出電源VO的能量進行耦合以產生感應電壓VS，並將提供感應電壓VS至濾波電路140。濾波電路140耦接於耦合電路130。濾波電路140耦接於溝通路徑P2上的連接點ND1以及溝通路徑P2上的連接點ND2。連接點ND1的位置以及連接點ND2的位置不相同。舉例來說，連接點ND1較接近於供電裝置100。連接點ND1較接近於外部裝置SYS。濾波電路140反應於感應電壓VS以對連接點ND1上的溝通訊號執行第一濾波操作。濾波電路140反應於感應電壓VS以對連接點ND2上的溝通訊號執行第二濾波操作。因此，濾波電路140能夠採多階段方式來消除溝通路徑P2上的溝通訊號的雜訊。

在本實施例中，第一濾波操作以及第二濾波操作可為同時地或分時地被執行。此外，第一濾波操作與第二濾波操作可對應不同的截止頻率以及通帶寬度（bandwidth）。

在此值得一提的是，供電裝置100能夠基於輸出電源VO來對溝通路徑P2上的溝通訊號進行多次的濾波操作以濾除雜訊。如此一來，供電裝置100能夠消除供電裝置100與外部裝置SYS進行溝通時所產生的雜訊，因此供電裝置100能夠提高供電裝置100與外部裝置SYS間的溝通穩定度。

請參考圖2，圖2是依據本發明另一實施例所繪示的供電裝置的電路圖。在本實施例中，供電裝置200包括轉換器210、供電控制器220、耦合電路230以及濾波電路240。轉換器210包括整流器211、變壓器212、轉換控制器213、激磁電感器LM、功率開關Q1、同步整流開關Q2以及輸出電容器CO。

在本實施例中，整流器211對輸入電源VIN進行整流以產生經整流電源VR。在本實施例中，整流器211為全橋式整流器。本實施例中的整流器211的配置僅為範例。能將交流電進行整流的任何整流器電路皆在本發明的範疇內。

在本實施例中，激磁電感器LM的第一端接收經整流電源VR。激磁電感器LM的第二端耦接於功率開關Q1的第一端。功率開關Q1的第二端耦接於接地端GND1。功率開關Q1的控制端耦接於轉換控制器213。功率開關Q1受控於轉換控制器213，並根據轉換控制器213所輸出的控制訊號GD1來來進行開關操作。

在本實施例中，變壓器212的初級側繞組NP並聯耦接於激磁電感器LM。變壓器212對經整流電源VR進行變壓操作以產生輸出電源VO。本實施例中的變壓器212的配置僅為範例。能將電源進行變壓操作的任何變壓器電路皆在本發明的範疇內。

在本實施例中，同步整流開關Q2的第一端耦接於變壓器212的次級側繞組NS的第一端。同步整流開關Q2的第二端耦接於輸出電容器CO的第一端。輸出電容器CO的第一端作為轉換器210的輸出端。輸出電容器CO的第二端耦接於次級側繞組NS的第二端以及接地端GND2。同步整流開關Q2的控制端耦接於轉換控制器213，並根據轉換控制器213所輸出的控制訊號GD2來進行同步整流操作。

在本實施例中，轉換器210是具備同步整流功能的反馳式功率轉換器。然本發明並不以此為限。在一些實施例中，轉換器210可以是由不具備同步整流功能的反馳式功率轉換器來實施。基於不同的需求，在一些實施例中，轉換器210可以是由具有提升功率因素的升壓轉換器以及LLC諧振轉換器的至少一者來實現。

在本實施例中，當供電裝置200與外部裝置SYS連接時，供電控制器220與外部裝置SYS的系統控制器S_IC相互連接。供電控制器220透過溝通路徑P2輸出定電流訊號IP至系統控制器S_IC。此時，外部裝置SYS的下拉電阻器Rd根據定電流訊號IP，在溝通路徑P2與接地端GND2之間建立一電壓差。此電壓差關聯於供電控制器220的輸出功率。供電控制器220根據電壓差，能夠得知供電裝置200與外部裝置SYS已相互連接並開始進行通訊。

在本實施例中，耦合電路230包括電感器L1~L2。電感器L1與電源路徑P1串聯耦接於轉換器210與外部裝置SYS之間。電感器L1與電感器L2電氣隔離。電感器L2的第一端耦接於濾波電路240。電感器L2的第二端耦接於接地端GND2。在本實施例中，電感器L2與電感器L1進行電感耦合以在電感器L2的第一端產生感應電壓VS。

在本實施例中，濾波電路240接收感應電壓VS。濾波電路240判斷感應電壓VS的電壓值是否大於預設值。當感應電壓VS的電壓值小於預設值時，濾波電路240停止第一濾波操作以及第二濾波操作。

在另一方面，當感應電壓VS的電壓值大於或等於預設值時，濾波電路240基於連接點ND1與連接點ND2之間的位置關係來執行第一濾波操作以及第二濾波操作。具體來說，濾波電路240基於連接點ND1、ND2與外部裝置SYS之間的位置關係，對來自於供電控制器220的溝通訊號依序執行第一濾波操作以及第二濾波操作。此外，當感應電壓VS的電壓值大於或等於預設值時，濾波電路240對來自於外部裝置SYS的溝通訊號依序執行第二濾波操作以及第一濾波操作。

本實施例中的連接點ND1、ND2的配置以及順序僅為範例。能對溝通路徑P2的二個不同位置上的溝通訊號執行不同階段的濾波操作的任何濾波電路皆在本發明的範疇內。此外，本實施例中的連接點ND1、ND2的數量僅為範例。本發明的供電裝置200能對溝通路徑P2中相異的多個位置上的溝通訊號分別執行對應的濾波操作。

應注意的是，濾波電路240能夠對從供電控制器220提供至外部裝置SYS的溝通訊號依序執行多次濾波操作。此外，濾波電路240也能夠對從外部裝置SYS提供至供電控制器220的溝通訊號依序執行多次濾波操作。如此一來，當供電控制器220與外部裝置SYS雙向溝通時，濾波電路240能夠雙向地濾除溝通路徑P2上的溝通訊號的雜訊，以增強供電裝置200與外部裝置SYS之間溝通的穩定度。

在本實施例中，濾波電路240包括開關Q3以及濾波器241。開關Q3的控制端接收感應電壓VS。開關Q3的第一端耦接於連接點ND1。開關Q3的第二端耦接於濾波器241。當開關Q3被導通時，濾波器241對連接點ND1上的溝通訊號執行第一濾波操作。當開關Q3被斷開時，濾波器241停止對連接點ND1上的溝通訊號執行第一濾波操作。

在本實施例中，濾波器241包括濾波電阻器RX、濾波電容器CX1以及放電二極體DX1。濾波電阻器RX的第一端耦接於開關Q3的第二端。濾波電阻器RX的第二端耦接於濾波電容器CX1的第一端以及放電二極體DX1的陽極。濾波電容器CX1的第二端耦接於接地端GND2。放電二極體DX1的陰極耦接於接地端GND2。放電二極體DX1將濾波電容器CX1的電荷釋放至接地端GND2。

應注意的是，濾波器241能夠透過濾波電阻器RX以及濾波電容器CX1對連接點ND1上的溝通訊號執行第一濾波操作。第一濾波操作的截止頻率負相關於濾波電阻器RX的電阻值以及濾波電容器CX1的電容值的乘積。濾波器241可視為RC濾波器。

在本實施例中，濾波電路240更包括開關Q4以及濾波器242。開關Q4的控制端接收感應電壓VS。開關Q4的第一端耦接於連接點ND2。開關Q4的第二端耦接於濾波器242。濾波器242與開關Q4串聯耦接於連接點ND2與接地端GND2之間。當開關Q4被導通時，濾波器242對連接點ND2上的溝通訊號執行第二濾波操作。當開關Q4被斷開時，濾波器242停止對連接點ND2上的溝通訊號執行第二濾波操作。

在本實施例中，濾波器242包括濾波電感器LX、濾波電容器CX2以及放電二極體DX2。濾波電感器LX耦接於開關Q4的第二端與接地端GND2之間。濾波電容器CX2耦接於開關Q4的第二端與接地端GND2之間。放電二極體DX2的陽極耦接於開關Q4的第二端。放電二極體DX2的陰極耦接於接地端GND2。放電二極體DX2將濾波電容器CX2的電荷釋放至接地端GND2。

應注意的是，濾波器242能夠透過濾波電感器LX以及濾波電容器CX2對連接點ND2上的溝通訊號執行第二濾波操作。第二濾波操作的截止頻率負相關於濾波電感器LX的電感值以及濾波電容器CX2的電容值的乘積的平方根。濾波器241可視為LC濾波器。

在本實施例中，開關Q3、Q4分別為電晶體開關。當感應電壓VS大於或等於開關Q3的閾值時，開關Q3被導通以使濾波器241執行第一濾波（即，RC濾波）操作。類似地，當感應電壓VS大於或等於開關Q4的閾值時，開關Q4被導通以使濾波器242執行第二濾波（即，LC濾波）操作。相反地，當感應電壓VS小於開關Q3、Q4的閾值時，開關Q3、Q4分別被斷開。因此，濾波器241、242不執行對應的濾波操作。

應注意的是，在一些實施例中，由於感應電壓VS的電壓值關聯於輸出電源VO的電壓值，當輸出電源VO的功率大到足使以感應電壓VS能夠導通開關Q3、Q4時，濾波器241、242才會執行對應的濾波操作。

在本實施例中，接地端GND1與接地端GND2為不同的接地端。

請參考圖2以及圖3，圖3是依據本發明圖2實施例所繪示的溝通路徑P2上溝通訊號的示意圖。在圖3中，橫軸為供電裝置200的操作時間，縱軸為電壓值。溝通訊號SCC的訊號穩定度可利用眼圖的邊界來決定。例如，如圖3所示，眼圖的邊界可以由眼寬EW以及眼高EH來定義。眼寬EW以及眼高EH被決定作為訊號穩定度的標準之一。眼高EH可以是由電壓值LV以及電壓值HV來決定。也就是，在溝通路徑P2上，具有高訊號穩定度的溝通訊號SCC不得碰觸或超過眼圖的邊界，才符合為溝通訊號符合穩定度標準。然而，溝通路徑P2上的溝通訊號SCC會受到電源路徑P1上的大功率的輸出電源VO的干擾，而發生較大的抖動誤差。

在此值得一提的是，供電裝置200能夠以不同的濾波操作來除去溝通路徑P2的溝通訊號SCC的雜訊。如此一來，溝通訊號SCC能符合如圖3所示的穩定度標準。

綜上所述，本發明實施例的供電裝置能多次對與外部裝置溝通的溝通訊號進行濾波操作，以抑制溝通訊號的雜訊並增強溝通訊號的穩定度。在部分實施例中，供電裝置與外部裝置能雙向地透過不同的濾波器來依序執行對應的濾波操作，以增強供電裝置與外部裝置之間溝通訊號的穩定度。

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。

100、200:供電裝置 110、210:轉換器 120、220:供電控制器 130、230:耦合電路 140、240:濾波電路 211:整流器 212:變壓器 213:轉換控制器 241、242:濾波器 CO:輸出電容器 CX1、CX2:濾波電容器 DX1、DX2:放電二極體 EH:眼高 EW:眼寬 GD1、GD2:控制訊號 GND1、GND2:接地端 HV:電壓 IP:定電流訊號 L1、L2:電感器 LM:激磁電感器 LV:電壓 LX:濾波電感器 ND1、ND2:連接點 NP:初級側繞組 NS:次級側繞組 P1:電源路徑 P2:溝通路徑 Q1:功率開關 Q2:同步整流開關 Q3、Q4:開關 Rd:下拉電阻器 RX:濾波電阻器 S_IC:系統控制器 SCC:溝通訊號 SYS:外部裝置 VIN:輸入電源 VO:輸出電源 VR:經整流電源 VS:感應電壓

圖1是依據本發明一實施例所繪示的供電裝置的方塊圖。 圖2是依據本發明另一實施例所繪示的供電裝置的電路圖。 圖3是依據本發明圖2實施例所繪示的溝通路徑上溝通訊號的示意圖。

100:供電裝置 110:轉換器 120:供電控制器 130:耦合電路 140:濾波電路 ND1、ND2:連接點 P1:電源路徑 P2:溝通路徑 SYS:外部裝置 VIN:輸入電源 VO:輸出電源 VS:感應電壓

Claims (10)

1. 一種供電裝置，用以對一外部裝置進行供電，包括： 一轉換器，經配置以透過一電源路徑將一輸出電源提供至該外部裝置； 一供電控制器，經配置以透過一溝通路徑與該外部裝置進行溝通； 一耦合電路，耦接於該電源路徑，經配置以將該輸出電源的能量進行耦合以提供一感應電壓；以及 一濾波電路，耦接於該耦合電路、該溝通路徑上的一第一連接點以及該溝通路徑上的一第二連接點，經配置以反應於該感應電壓以對該第一連接點上的溝通訊號執行一第一濾波操作，並且對該第二連接點上的溝通訊號執行一第二濾波操作， 其中該第一連接點的位置不同於該第二連接點的位置。
2. 如請求項1所述的供電裝置，其中： 該濾波電路判斷該感應電壓的電壓值是否大於一預設值，並且 當該感應電壓的電壓值大於或等於該預設值時，該濾波電路基於該第一連接點與該第二連接點之間的位置關係來執行該第一濾波操作以及該第二濾波操作。
3. 如請求項2所述的供電裝置，其中當該感應電壓的電壓值小於該預設值時，該濾波電路停止該第一濾波操作以及該第二濾波操作。
4. 如請求項2所述的供電裝置，其中當該感應電壓的電壓值大於或等於該預設值時，該濾波電路對來自於該供電控制器的一第一溝通訊號依序執行該第一濾波操作以及該第二濾波操作，對來自於該外部裝置的一第二溝通訊號依序執行該第二濾波操作以及該第一濾波操作。
5. 如請求項1所述的供電裝置，其中該耦合電路包括： 一第一電感器，與該電源路徑串聯耦接於該轉換器與該外部裝置之間；以及 一第二電感器，該第二電感器的第一端耦接於該濾波電路，該第二電感器的第二端耦接於一接地端，經配置以與該第一電感器進行電感耦合以在該第二電感器的第一端產生該感應電壓。
6. 如請求項5所述的供電裝置，其中該濾波電路包括： 一第一濾波器，經配置以對該第一連接點上的溝通訊號執行該第一濾波操作；以及 一第一開關，該第一開關的第一端耦接於該第一連接點，該第一開關的第二端耦接於該第一濾波器，該第一開關的控制端接收該感應電壓。
7. 如請求項6所述的供電裝置，其中該第一濾波器包括： 一濾波電阻器，該濾波電阻器的第一端耦接於該第一開關的第二端； 一第一濾波電容器，耦接於該濾波電阻器的第二端與該接地端之間；以及 一第一放電二極體，該第一放電二極體的陽極耦接於該濾波電阻器的第二端，該第一放電二極體的陰極耦接於該接地端。
8. 如請求項6所述的供電裝置，其中該濾波電路還包括： 一第二濾波器，經配置以對該第二連接點上的溝通訊號執行該第二濾波操作；以及 一第二開關，該第二開關的第一端耦接於該第二連接點，該第二開關的第二端耦接於該第二濾波器，該第二開關的控制端接收該感應電壓。
9. 如請求項8所述的供電裝置，其中該第二濾波器包括： 一濾波電感器，耦接於該第二開關的第二端與該接地端之間； 一第二濾波電容器，耦接於該第二開關的第二端與該接地端之間；以及 一第二放電二極體，該第二放電二極體的陽極耦接於該第二開關的第二端，該第二放電二極體的陰極耦接於該接地端。
10. 如請求項8所述的供電裝置，其中： 該第一開關以及該第二開關分別為一電晶體開關， 當該感應電壓大於或等於該第一開關以及該第二開關的閾值時，該第一開關以及該第二開關分別被導通，並且 當該感應電壓小於該第一開關以及該第二開關的閾值時，該第一開關以及該第二開關分別被斷開。

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