TWI814121B

TWI814121B - 充電裝置

Info

Publication number: TWI814121B
Application number: TW110140633A
Authority: TW
Inventors: 林盈助; 盧金鈺
Original assignee: 威力赫電子股份有限公司
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2023-09-01
Also published as: TW202320447A

Abstract

一種充電裝置包含一次側控制迴路與二次側控制迴路。一次側控制迴路包含一電源輸入埠用以接收輸入電流。二次側控制迴路包含一微處理器、一溫度感測器以及一充電輸出埠，微處理器用以建立一第一充電協議檔位。當溫度感測器所感測的溫度值高於或低於一預設溫度值時，微處理器在不改變第一充電協議檔位下，調整充電輸出埠之輸出功率及對應的輸出電流。

Description

充電裝置

本發明是關於一種充電裝置。

一般充電器運作時溫度過高而觸發過溫度保護(OTP)功能時，需暫停運作或等溫度降低後，重新自動回復後，重新與待充電裝置溝通，重新建立連線。因此，充電器可能會有一段時間無法執行充電功能。為了防止觸發過溫度保護功能於正常情況下發生，為達額定瓦數輸出，充電器的體積就會設計的比較大，以利於充電器的散熱，而不易觸發過溫度保護功能。

有鑑於此，如何設計充電器使其體積與充電功能都能適用較多種類待充電裝置是充電器供應商需努力的地方。

本發明提出一種創新的充電裝置，解決先前技術的問題。

於本發明的一實施例中，一種充電裝置包含一次側控制迴路與二次側控制迴路。一次側控制迴路包含一電源輸入埠用以接收輸入電流。二次側控制迴路包含一微處理器、一溫度感測器以及一充電輸出埠。微處理器用以建立一第一充電協議檔位。當溫度感測器所感測的溫度值高於或低於一預設溫度值時，微處理器在不改變第一充電協議檔位下，調整充電輸出埠之輸出功率及對應的輸出電流。

於本發明的一實施例中，一種充電裝置包含一次側控制迴路與二次側控制迴路。一次側控制迴路包含一電源輸入埠用以接收輸入電流。二次側控制迴路包含一微處理器、一溫度感測器以及一充電輸出埠。微處理器用以建立一第一充電協議檔位，當溫度感測器所感測的溫度值高於或低於一預設溫度值時，微處理器產生一第二充電協議檔位，第二充電協議檔位用以調整充電輸出埠之輸出功率及對應的輸出電流。

於本發明的一實施例中，充電裝置更包含一光耦器，跨接於一次側控制迴路與二次側控制迴路之間。

於本發明的一實施例中，微處理器包含一比較器，比較器之負輸入電壓埠連接至充電輸出埠用以感測一充電電流，比較器之輸出埠連接至光耦器。

於本發明的一實施例中，當溫度感測器所感測的溫度值高於預設溫度值時，微處理器用以調降比較器之給定參考電壓，使給定參考電壓小於微處理器之原先給定參考電壓的設定值，當比較器之負輸入電壓埠所感測的充電電流之電壓值比給定參考電壓高時，比較器之輸出埠因而輸出低準位，促使光耦器控制一次側控制迴路調降往二次側控制迴路傳送的能量。

於本發明的一實施例中，當比較器之負輸入電壓埠所感測的充電電流之電壓值比給定的參考電壓低時，比較器之輸出埠因而輸出高準位，促使光耦器控制一次側控制迴路調升往二次側控制迴路傳送的能量，平衡後，因為給定參考電壓比微處理器之原先給定參考電壓的設定值低，進而降低充電電流之電流值。

於本發明的一實施例中，當溫度感測器所感測的溫度值低於預設溫度值時，微處理器用以調升比較器之給定參考電壓，使給定參考電壓大於微處理器之原先給定參考電壓的設定值，當比較器之負輸入電壓埠所感測的充電電流之電壓值比該給定參考電壓值低時，比較器之輸出埠因而輸出高準位，促使光耦器調升一次側控制迴路往二次側控制迴路傳送的能量。

於本發明的一實施例中，當比較器之負輸入電壓埠所感測的充電電流之電壓值比給定的參考電壓高時，比較器之輸出埠因而輸出低準位，促使光耦器控制一次側控制迴路調降往二次側控制迴路傳送的能量，平衡後，因為給定參考電壓比前一狀態的設定值高，進而提升充電電流之電流值。

於本發明的一實施例中，充電裝置更包含一脈衝振幅調變開關與二並聯的電阻，微處理器用以輸出脈衝振幅調變訊號控制脈衝振幅調變開關，藉以調變二並聯的電阻的等效電流感應阻抗。

於本發明的一實施例中，當溫度感測器所感測的溫度值低於預設溫度值時，微處理器用以調升脈衝振幅調變訊號，藉以調降二並聯的電阻的等效電流感應阻抗，進而提升充電輸出埠之充電功率。

於本發明的一實施例中，當溫度感測器所感測的溫度值高於預設溫度值時，微處理器用以調降脈衝振幅調變訊號，藉以調升二並聯的電阻的等效電流感應阻抗，進而降低充電輸出埠之充電功率。

於本發明的一實施例中，當溫度感測器所感測的溫度值高於預設溫度值時，微處理器以定電流及定電壓方式經充電輸出埠輸出至待充電裝置。

於本發明的一實施例中，溫度感測器包含正溫度係數熱敏電阻感測器或負溫度係數熱敏電阻感測器。

綜上所述，本發明之充電裝置及其運作的功能使較小功率充電裝置在散熱條件不改變狀況下(例如充電裝置體積維持不變)，即能對較大功率的待充電裝置進行充電。充電裝置能利用其溫度控制功能而能避免觸發過溫度保護功能且保障充電時的安全。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：

100:充電裝置

110:一次側控制迴路

111:電源輸入埠

112:橋式整流器

113:脈衝振幅調變控制器

114:電磁干擾濾波器

115:電阻/電容

116:開關元件

117:隔離變壓器

120:光耦器

150:二次側控制迴路

151:變壓器

152:整流二極體

153:開關元件

154:電阻/電容

155:微處理器

156:比較器

157:同步整流器

158:直流轉換器

159:充電輸出埠

160:溫度感測器

200:運作功能方塊圖

Rs:電阻

Rs1:電阻

Rs2:電阻

Rsa:電流偵測模組

P1:負輸入電壓埠

P2:輸出埠

Vref:給定參考電壓

G1:控制埠

G2:控制埠

Q1:開關元件

Q2:脈衝振幅調變開關

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明一實施例之一種充電裝置的功能方塊示意圖；第2圖係繪示依照本發明一實施例之一種充電裝置的運作功能方塊圖；第3圖係繪示依照本發明一實施例之一種微處理器的功能方塊示意圖；以及第4圖係繪示依照本發明一實施例之一種電流偵測模組的功能方塊示意圖。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

於實施方式與申請專利範圍中，涉及『電性連接』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接電氣耦合至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接電連結至另一元件。

於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明一實施例之一種充電裝置的功能方塊示意圖。充電裝置100包含一次側控制迴路(輸入側控制迴路)110以及二次側控制迴路(輸出側控制迴路)150。一次側控制迴路110包含一電源輸入埠111用以接收輸入電流。一次側控制迴路110亦包含脈衝振幅調變(PWM)控制器113、橋式整流器112、電磁干擾濾波器(EMI filter)114、開關元件116、隔離變壓器117之一次側部分及電阻/電容115等，藉以控制輸入側的電源型式。二次側控制迴路150包含變壓器151之二次側部分、同步整流器157、整流二極體152、直流(DC/DC)轉換器158、開關元件153、充電輸出埠159、微處理器155(內含比較器156)、溫度感測器160及電阻/電容154等，藉以控制輸出側的電源供應。充電裝置100還包含一光耦器120跨接於一次側控制迴路110與二次側控制迴路150之間。在本發明的一些實施例中，溫度感測器160可以是正溫度係數熱敏電阻感測器或負溫度係數熱敏電阻感測器，藉以符合不同功率需求的充電裝置。

請參照第2圖，其繪示依照本發明一實施例之一種充電裝置的運作功能方塊圖。為實現充電裝置100能於不觸發過溫度保護功能下對不同功率的待充電裝置進行充電，設計了運作功能方塊圖200。一次側控制迴路包含一電源輸入埠用以接收輸入電流。電源經過隔離變壓器、同步整流器(或整流二極體)以及DC/DC轉換器轉換成待充電裝置所需的電源供應形式，並於開關元件Q1的控制下經充電輸出埠輸出給待充電裝置。

微處理器155用以經充電輸出埠與待充電裝置溝通並建立充電協議檔位。溫度感測器160用以感測的充電裝置運作的溫度。微處理器155接收溫度感測器160所感測的溫度值，並判斷是否高於或低於一預設溫度值，藉以決定是否改變充電協議檔位及調整充電輸出埠之輸出功率及對應的輸出電流。在一些實施例中，較大功率的待充電裝置可能只接受較高功率充電協議檔位。因此，當溫度感測器160所感測的溫度值高於或低於一預設溫度值時，微處理器155只調整充電輸出埠之輸出功率及對應的輸出電流，使充電裝置100能不觸發過溫度保護功能。然而，微處理器155並不改變充電協議檔位，以避免待充電裝置拒絕改變後的充電協議檔位，而無法繼續充電。例如，使用體積較小、較小功率的充電裝置對較大功率的待充電裝置進行充電，該充電裝置只接受較高功率充電協議檔位。在充電裝置與待充電裝置溝通並建立充電協議檔位後，開始進行充電，當溫度感測器所感測的溫度值高於一預設溫度值而可能觸發過溫度保護功能時，微處理器155不改變充電協議檔位下，調整充電輸出埠之輸出功率及對應的輸出電流，以避免待充電裝置拒絕改變後的較低功率的充電協議檔位，而無法繼續充電。如此，較小體積充電裝置亦能支援高瓦數高電壓的快充模式。

在一些其他實施例中，待充電裝置接受各種不同功率的充電協議檔位。因此當溫度感測器所感測的溫度值高於一預設溫度值而可能觸發過溫度保護功能時，微處理器155會在改變充電協議檔位下，同時調整充電輸出埠之輸出功率及對應的輸出電流。例如，在充電裝置與待充電裝置溝通並建立第一充電協議檔位後，開始進行充電，當溫度感測器所感測的溫度值高於一預設溫度值而可能觸發過溫度保護功能時，微處理器155產生一第二充電協議檔位，第二充電協議檔位用以調整充電輸出埠之輸出功率及對應的輸出電流。

請同時參照第2、3圖，第3圖繪示依照第2圖之微處理器155的具體的功能方塊示意圖。微處理器155包含一比較器156，比較器156之負輸入電壓埠P1連接至充電輸出埠用以感測一充電電流，比較器156之輸出埠P2連接至光耦器。當溫度感測器160所感測的溫度值高於預設溫度值時(可能觸發過溫度保護功能)，微處理器155用以調降比較器156之給定參考電壓Vref，使給定參考電壓Vref小於微處理器之原先給定參考電壓的設定值，當比較器156之負輸入電壓埠P1所感測的充電電流之電壓值比給定參考電壓Vref高時，比較器156之輸出埠P2因而輸出低準位，促使光耦器控制一次側控制迴路調降往二次側控制迴路傳送的能量。當比較器156之負輸入電壓埠P1所感測的充電電流之電壓值比給定的參考電壓Vref低時，比較器156之輸出埠P2因而輸出高準位，促使光耦器控制一次側控制迴路調升往二次側控制迴路傳送的能量，平衡後，因為給定參考電壓比微處理器之原先給定參考電壓的設定值低，進而降低充電電流之電流值。當溫度感測器160所感測的溫度異常突高時，還可通過控制埠G1使開關元件Q1暫時切斷輸出，或通過輸出埠P2通知一次側控制迴路或直流(DC/DC)轉換器調降能量。當溫度感測器160所感測的溫度值低於預設溫度值時，微處理器155用以調升比較器156之給定參考電壓Vref，使給定參考電壓Vref大於微處理器之原先給定參考電壓的設定值，當比較器156之負輸入電壓埠P1所感測的充電電流之電壓值比給定參考電壓Vref低時，比較器156之輸出埠因而輸出高準位，促使光耦器控制一次側控制迴路調升往二次側控制迴路傳送的能量。當比較器156之負輸入電壓埠P1所感測的充電電流之電壓值比給定的參考電壓Vref高時，比較器156之輸出埠因而輸出低準位，促使光耦器控制一次側控制迴路調降往二次側控制迴路傳送的能量，平衡後，因為給定參考電壓Vref比前一狀態的設定值高，進而提升充電電流之電流值。

請同時參照第2、4圖，第4圖係繪示依照本發明一實施例之一種電流偵測模組的功能方塊示意圖。具體而言，第4圖之電流偵測模組Rsa用以取代第2圖的電阻Rs。電流偵測模組Rsa包含一脈衝振幅調變開關Q2與二並聯的電阻Rs1與電阻Rs2，其中電阻Rs2大於電阻Rs1。微處理器155用以輸出脈衝振幅調變訊號(PWM signal)控制脈衝振幅調變開關Q2(通過控制埠G2)，藉以調變二並聯的電阻(Rs1,Rs2)的等效電流感應阻抗。當溫度感測器160所感測的溫度值低於預設溫度值時，微處理器155用以調升脈衝振幅調變訊號，藉以調降二並聯的電阻(Rs1,Rs2)的等效電流感應阻抗，所以輸出電流設定值就會提高，進而提升充電輸出埠之充電功率。當溫度感測器160所感測的溫度值高於預設溫度值時，微處理器155用以調降脈衝振幅調變訊號，藉以調升二並聯的電阻(Rs1,Rs2)的等效電流感應阻抗，所以輸出電流設定值就會降低，進而降低充電輸出埠之充電功率。當溫度感測器160所感測的溫度值高於預設溫度值時，微處理器155控制充電裝置以定電流及定電壓方式經充電輸出埠輸出至待充電裝置。

本發明之充電裝置及其運作的功能使較小功率充電裝置在散熱條件不改變狀況下(例如充電裝置體積維持不變)，即能對較大功率的待充電裝置進行充電。充電裝置能利用其溫度控制功能而能避免觸發過溫度保護功能且保障充電時的安全。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，於不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。