TWM450141U - 電源供應電路 - Google Patents

Description

電源供應電路

本新型是有關於一種電源供應電路，且特別是藉由複數個電源調節單元控制複數外部電源，使其可共同對一匯流節點供電。

充電產品有可能需要多組輸入/輸出電源，例如隨身電源可接多個電源輸出端，或筆電可同時提供系統工作負載以及多個USB電源輸出。習知技術如美國專利案號7,777,455或德州儀器公司之BQ 24160產品中，雖可適應連接多種輸入電源，例如可外接於USB、車裝電瓶、電源轉換器、或其他外接電源等，卻只能在眾多輸入電源中擇一作為輸入電源；當輸入電源之供電品質不良時，可能造成接受電力的一方無法獲得足夠的電流，卻無法利用其他輸入電源以補強單一輸入電源的不足，達到穩定供電品質。

故此，如何可有效利用多個輸入電源以降低對單一輸入電源的依賴、避免造成僅依賴單一輸入電源對輸出供電品質的影響，提高多個輸入電源的運用彈性，實為相關領域之人員所重視的議題之一。

本新型的其他目的和優點可以從本新型所揭露的技 術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本新型之一實施例提出一種電源供應電路，包含：複數個電源調節單元，分別耦接於複數個外接端以及一匯流節點之間，各該外接端可供耦接於一對應之外部電源；以及一功率轉換級，耦接於該匯流節點與一輸出端之間，以控制該匯流節點對該輸出端之穩壓供電，其中各電源調節單元可控制對應之外部電源經過該電源調節單元對該匯流節點共同供電，並可防止電流自其他非對應之外部電源經該匯流節點與該電源調節單元而逆流至該對應之外部電源。

在本新型之一實施例中，各電源調節單元可包括：一對串接之電晶體，其寄生二極體之極性相反設置，或一可調寄生二極體極性之電晶體。

在本新型之一實施例中，各電源調節單元可更包括：一控制器，用以控制流過該電源調節單元的電流、或控制該匯流節點的電壓而將其調節在預設的電位。

在本新型之一實施例中，該控制器可根據流過該電源調節單元的電流來回授控制該對串接之電晶體或該可調寄生二極體極性之電晶體。

在本新型之一實施例中，該控制器可將流過該電源調節單元的電流與一電流參考位準相比較。其中，該電流參考位準例如為可調。

在本新型之一實施例中，該控制器可根據匯流節點的電 壓來回授控制該對串接之電晶體或該可調寄生二極體極性之電晶體。

在本新型之一實施例中，該輸出端可耦接於一系統負載及/或一電池。

在本新型之一實施例中，該電源供應電路可根據外部電源供電能力而動態分配經過各電源調節單元的電流。

為讓本新型之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。

有關本新型之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本新型中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

第1圖為本新型一實施例之電源供應電路10示意圖，其中可包括包含複數個電源調節單元11、一上橋功率電晶體MU、一下橋功率電晶體ML、以及一電感L。各電源調節單元11分別耦接於一外接端(Vin1,Vin2,...VinN)，以控制對應之外部電源經過電源調節單元11對匯流節點Nc之共同供電。電源調節單元11的細節容後說明。上橋功率電晶體MU，耦接於匯流節點Nc和切換節點Ns之間。下橋功 率電晶體ML，耦接於切換節點Ns與一低電位節點之間，該低電位節點例如為地電位GND。電感L與上、下橋功率電晶體MU、ML共同耦接於切換節點Ns，且電感L之另一端耦接於一輸出端Nout。其中，上橋功率電晶體MU、下橋功率電晶體ML、及電感L構成功率轉換級16，在本實施例中為同步降壓型功率轉換級，但本創作不限於此，功率轉換級16可為任何型式的功率轉換級，例如但不限於如第5A-5H圖所示的同步或非同步降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型功率轉換級。

本創作的特點是複數外部電源可經由對應的電源調節單元11而共同對匯流節點Nc供電。共同供電之方式包括：各電源調節單元11可依比例而對匯流節點Nc同時供電、或各電源調節單元11輪流對匯流節點Nc交替供電。為簡化說明起見，以下以兩組外部電源經由對應的兩組電源調節單元11而共同對匯流節點Nc供電來做說明，然而，本創作實施時未受限於兩組電源調節單元，也可應用於多組電源調節單元對匯流節點Nc共同供電。

請繼續參閱第1圖，一般而言各外接端(Vin1,Vin2,...VinN)由於與對應的外部電源耦接，因此各外接端(Vin1,Vin2,...VinN)的電位通常高於匯流節點Nc的電位，但當某外接端(以Vin2為例)未連接到外部電源、或當該外部電源的電位維持能力很弱時，有可能外接端Vin2的電位會低於匯流節點Nc的電位。舉例而言假設從外接端Vin1供 電、而外接端Vin2的電位低於匯流節點Nc的電位，則此時，由於兩外接端Vin1、Vin2都連接於匯流節點Nc而構成通路，因此可能造成電流從外接端Vin1經匯流節點Nc而流往外接端Vin2，對外接端Vin2而言造成電流逆流而損傷對應的外部電源。因此，本創作針對電源調節單元11提出設計，說明如下。

請參考第2A-2C圖(皆以連接至外接端Vin1為例以方便說明)，在第2A、2B圖中，電源調節單元11可包含有一對串接之電晶體M1、M2，其寄生二極體之極性相反設置，可為陽極對接或陰極對接。參考第2C圖，其中電源調節單元11可包含可調極性電晶體M3，其包含極性方向可調之寄生二極體。

在本創作的其中一種實施方式中，電源調節單元11可以單純為電源控制開關，此情況下第2A-2C圖中的控制器111可以省略，電源調節單元11可以僅為前述的電晶體M3或電晶體對M1、M2，各電晶體僅需具備導通與關閉兩種狀態。當需要自一個或多個外接端(Vin1,Vin2,...VinN)供電時，可使對應的電源調節單元11中的電晶體導通，而對應於其他外接端的電源調節單元11中的電晶體則關閉。假設從外接端Vin1供電(對應的電源調節單元11中的電晶體導通)、而對應於外接端Vin2的電源調節單元11中的電晶體則關閉，此時即使外接端Vin2的電位低於匯流節點Nc的電位，也並不會產生電流逆流的狀況。但若電源調節單元11不採用第 2A-2C圖的電晶體設計方式，例如假設僅使用電晶體M1而無電晶體M2，則即使關閉電晶體，電流也可自匯流節點Nc經電晶體的寄生二極體而逆流至外接端Vin2，而可能造成損害。

在本創作的另一種實施方式中，電源調節單元11可以包含第2A-2C圖所示的控制器111。控制器111例如可以控制流過電源調節單元11的電流(例如根據該電流來回授控制控制電晶體M1或M3)，或是控制匯流節點Nc的電壓而將其調節在預設的電位(例如可根據匯流節點Nc的電壓來回授控制電晶體M1或M3)。以回授控制控制電晶體M1為例，控制器111控制電流的實施例可參閱第3A圖，控制器111控制匯流節點Nc電壓的實施例可參閱第3B圖，其中Iref為電流參考位準而Vref為電壓參考位準。在回授控制電流的實施例中，尚可根據與各外接端(Vin1,Vin2,...VinN)連接之外部電源的資訊，來動態調整電流參考位準Iref的設定，請參閱第3C圖，其中電流參考位準調整電路112根據外部電源的資訊，而動態調整電流參考位準Iref的設定。換言之，當某外部電源供電能力不足時，可動態調降流過對應電源調節單元11的電流，並且可選擇性地動態調高流過其他電源調節單元11的電流(如果該電源調節單元11所對應的外部電源能夠容許的話)。須說明的是，以上僅是舉例，動態分配電流的方式不限於調整電流參考位準Iref的設定，亦可藉其他方式來達成，例如一般情況下電路均設有過電流保護(未示出)， 而動態分配電流的方式例如可為動態調整過電流保護的上限等。

此外，控制器111除了使用類比方式控制電晶體M1(並使電晶體M2導通或關閉)、或以類比方式控制電晶體M3之外，也可利用脈寬調變或脈頻調變之方式對電晶體M1、M2及/或M3進行數位控制。

在本創作的一種實施方式中，其中輸出端Nout可耦接於一系統負載Vsys及/或一電池Vbat，系統負載Vsys可為手持電子裝置或其他外接設備等，而電池Vbat可為裝置或行動電源等內含或外接之電池。參考第4A圖中一實施例，其中輸出端Nout經由另一可調寄生二極體極性之電晶體耦接於電池Vbat。參考第4B圖中另一實施例，其中輸出端Nout經由一電晶體耦接於電池Vbat，此電晶體之寄生二極體與對於電池充電之方向相反，以防止電晶體關閉時仍有溢漏電流經過電晶體流至電池Vbat。第4A、4B圖中，電晶體例如可受控於一控制器21，以控制電池Vbat之充電電壓及/或充電電流。參考第4C圖中又一實施例，其中輸出端Nout經由一電阻耦接於系統負載Vsys與電池Vbat，其中電阻可提供適當的壓降與電流偵測功能。

惟以上所述者，僅為本新型之較佳實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，即大凡依本新型申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。例如，各外接端或共同接點可 又耦接一電容以獲得穩定供電之效果等。又，實施例圖示直接連接的各電路或元件，其間可插置不影響主要功能的其他電路或元件。另一方面，電壓感測並非必要採取第3B圖的分壓方式，在某些應用中可以直接連接；電流感測的連接方式也不限於第3A、3C圖所舉例的位置。另外，本新型的任一實施例或申請專利範圍不須達成本新型所揭露之全部目的或優點或特點。摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本新型之權利範圍。

10‧‧‧電源供應電路

11‧‧‧電源調節單元

111‧‧‧控制器

112‧‧‧電流參考位準調整電路

16‧‧‧功率轉換級

21‧‧‧控制器

Iref‧‧‧電流參考位準

L‧‧‧電感

M1、M2、M3、MU、ML‧‧‧電晶體

Nc‧‧‧匯流節點

Ns‧‧‧切換節點

Nout‧‧‧輸出端

Vbat‧‧‧電池

Vin、Vin1、Vin2、…VinN‧‧‧外接端

Vref‧‧‧電壓參考位準

Vsys‧‧‧系統負載

GND‧‧‧地電位

第1圖為本新型一實施例之電源供應電路之示意圖。

第2A、2B、2C圖為本新型之電源調節單元各實施例之示意圖。

第3A、3B、3C圖為本新型之電源調節單元中控制器各實施例之示意圖。

第4A、4B、4C圖為本新型之輸出端外接電路各實施例之示意圖。

第5A-5H圖為本新型之功率轉換級各實施例之示意圖。

10‧‧‧電源供應電路

11‧‧‧電源調節單元

16‧‧‧功率轉換級

L‧‧‧電感

MU、ML‧‧‧電晶體

Nc‧‧‧匯流節點

Ns‧‧‧切換節點

Nout‧‧‧輸出端

Vin1、Vin2、Vin3、…VinN‧‧‧外接端

GND‧‧‧地電位

Claims (9)

1. 一種電源供應電路，包含：複數個電源調節單元，分別耦接於複數個外接端以及一匯流節點之間，各該外接端可供耦接於一對應之外部電源；以及一功率轉換級，耦接於該匯流節點與一輸出端之間，以控制該匯流節點對該輸出端之穩壓供電，其中各電源調節單元可控制對應之外部電源經過該電源調節單元對該匯流節點共同供電，並可防止電流自其他非對應之外部電源經該匯流節點與該電源調節單元而逆流至該對應之外部電源。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應電路，其中各電源調節單元包括：一對串接之電晶體，其寄生二極體之極性相反設置，或一可調寄生二極體極性之電晶體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應電路，其中各電源調節單元更包括：一控制器，用以控制流過該電源調節單元的電流、或控制該匯流節點的電壓而將其調節在預設的電位。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應電路，其中該控制器根據流過該電源調節單元的電流來回授控制該對串接之電晶體或該可調寄生二極體極性之電晶體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電源供應電路，其中該控制器將流過該電源調節單元的電流與一電流參考位準相 比較。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源供應電路，其中該電流參考位準為可調。
7. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應電路，其中該控制器根據匯流節點的電壓來回授控制該對串接之電晶體或該可調寄生二極體極性之電晶體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應電路，其中該輸出端耦接於一系統負載及/或一電池。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應電路，其中該電源供應電路根據外部電源供電能力而動態分配經過各電源調節單元的電流。