多端口电力供应装置及其电力供应方法与流程

本发明涉及一种电力供应装置及其电力供应方法，特别涉及一种具有多个连接端口的多端口电力供应装置及其电力供应方法。

背景技术：

一般而言，当电力供应装置提供电能对外部电子装置进行供电时，电力供应装置需依据外部电子装置的额定规格来进行电压转换的操作，使得电力供应装置的输出电压可满足外部电子装置的需求电压。电力供应装置可能具有多个连接端口以及对应于多个连接端口的多个电压转换器，以便同时提供不同的输出电压的电力给具有不同需求电压的多个外部电子装置。

电力供应装置的这些电压转换器将同一个源电压转换为不同的输出电压。一般而言，这个源电压是固定(源电压的电平不会随着这些连接端口的电压需求的改变而改变)。通常，这个源电压的固定电平必须非常高，以便于满足这些连接端口的高电压需求。举例来说，假设这些连接端口的电压需求落于5v至20v的范围内，因此这个源电压的固定电平可以是24v。当某一个连接端口的电压需求为20v时，这个连接端口的电压转换器可以将源电压(即24v)转换为输出电压(即20v)。然而，在电压转换时，电压的升幅(或降幅)越大，则电压转换器的电压转换效率越低。举例来说，当某一个连接端口的电压需求为5v时，这个连接端口的电压转换器需要将电压从24v降至5v。当电压转换器将电压从24v降至5v时，将造成电压转换器的电压转换效率降低。在较低的电压转换效率的情况下，未被转换的电能以热的形式散失，因而电力供应装置会有发热的情形。

因此，有必要提供一种新的电力供应装置，以解决已知电力供应装置的电压转换效率不佳的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种多端口电力供应装置及其电力供应方法，可动态调整源电能，藉以提升电压转换效率。

本发明的实施例提供一种多端口电力供应装置。多端口电力供应装置包括一个电力供应电路、多个连接端口、多个电源转换器以及一个共同控制电路。电力供应电路用以提供源电能。这些电源转换器以一对一方式分别耦接于这些连接端口。这些电源转换器耦接至电力供应电路以接收源电能。这些电源转换器的任一个将源电能转换为输出电能，并且将输出电能输出至这些连接端口中的对应连接端口。共同控制电路耦接于这些连接端口，以获知这些连接端口的电压需求与功率需求。共同控制电路依据这些连接端口的这些电压需求与这些功率需求对应地控制电力供应电路来动态调整源电能，以提升多端口电力供应装置的电压转换效率。

本发明的实施例还提供一种电力供应方法，适用于多端口电力供应装置。多端口电力供应装置包括一个电力供应电路、多个连接端口、多个电源转换器以及一个共同控制电路。电力供应方法包括：由电力供应电路提供源电能；由共同控制电路获知这些连接端口的电压需求与功率需求；由共同控制电路依据这些连接端口的这些电压需求与这些功率需求对应地控制电力供应电路来动态调整源电能，以提升多端口电力供应装置的电压转换效率；以及由这些电源转换器的任一个将源电能转换为输出电能，并且将输出电能输出至这些连接端口中的对应连接端口。

基于上述，多端口电力供应装置藉由多个连接端口以获知多个连接端口的电压需求与功率需求。依据电压需求与功率需求，多端口电力供应装置可以动态调整源电能，藉以提升多端口电力供应装置的电压转换效率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的一实施例所绘示的多端口电力供应装置的电路方块(circuitblock)示意图。

图2是依照本发明的一实施例所绘示的电力供应方法流程示意图。

图3～图5是依照图2的步骤s230所绘示的电力供应方法流程示意图。

图6是依照本发明的另一实施例所绘示的多端口电力供应装置的电路方块示意图。

【符号说明】

100、600：多端口电力供应装置

110、610：电力供应电路

120_1～120_4、620_1～620_4：连接端口

130_1～130_4、630_1～630_4：电源转换器

140、640：共同控制电路

650：查找表

a、b：步骤节点

cc1～cc4：配置信息

p1～p4：输出电能

ps：源电能

s210～s240：步骤

s301、s302：步骤

s402～s410：步骤

s502～s504：步骤

具体实施方式

在本申请说明书全文(包括权利要求书)中所使用的“耦接(或连接)”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接(或连接)于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。

图1是依照本发明的一实施例所绘示的多端口电力供应装置的电路方块示意图。如图1所示，多端口电力供应装置100包括电力供应电路110、连接端口120_1～120_4、电源转换器130_1～130_4以及共同控制电路140。图1所示电源转换器120_1～120_4的数量为4个，连接端口120_1～120_4的数量亦为4个。在其他实施例中，电源转换器120_1～120_4的数量与连接端口120_1～120_4的数量可以依照设计需求而加以调整/设定。

依照设计需求，在一些实施例中，电力供应电路110可以包括电压调节器(voltageregulator)或是其他可调节电压、电流和/或功率的电源供应电路。依照共同控制电路140的控制，电力供应电路110可以将外部的交流电能(或直流电能)转换为直流电能(例如图1所示的源电能ps)。电力供应电路110所提供的源电能ps可以供电给电源转换器130_1～130_4。

在本实施例中，多端口电力供应装置100可以经由不同的连接端口120_1～120_4供电给不同的外部电子装置(未绘示)，并且可经由不同的连接端口120_1～120_4获知来自于不同的外部电子装置的配置(configuration)信息cc1～cc4。依据这些配置信息cc1～cc4，多端口电力供应装置100可以获知这些外部电子装置(未绘示)的电压需求与功率需求。依照设计需求，连接端口120_1～120_4可以是通用串行总线(universalserialbus，以下称为usb)连接端口或是其他连接端口。举例来说，连接端口120_1～120_4的任一个可以是c型usb(usbtype-c，又称为usb-c)连接端口或a型usb(usbtype-a)连接端口。为方便说明，以下实施例将假设连接端口120_1～120_4是usb连接端口。

电源转换器130_1～130_4以一对一方式分别耦接于连接端口120_1～120_4。也就是，电源转换器130_1的输出端耦接于连接端口120_1的电力引脚(电力总线引脚，一般标示为vbus)，电源转换器130_2的输出端耦接于连接端口120_2的电力引脚，电源转换器130_3的输出端耦接于连接端口120_3的电力引脚，电源转换器130_4的输出端耦接于连接端口120_4的电力引脚。电源转换器130_1～130_4的输入端分别耦接至电力供应电路110的输出端，以接收源电能ps。依照共同控制电路140的控制，电源转换器130_1可以将源电能ps转换为输出电能p1，并且将输出电能p1输出至对应的连接端口130_1。依照共同控制电路140的控制，电源转换器130_2可以将源电能ps转换为输出电能p2，并且将输出电能p2输出至对应的连接端口130_2。依照共同控制电路140的控制，电源转换器130_3可以将源电能ps转换为输出电能p3，并且将输出电能p3输出至对应的连接端口130_3。依照共同控制电路140的控制，电源转换器130_4可以将源电能ps转换为输出电能p4，并且将输出电能p4输出至对应的连接端口130_4。

多端口电力供应装置100的共同控制电路140耦接于连接端口120_1～120_4，以便获知连接端口120_1～120_4的电压需求与功率需求。举例来说，在一些实施例中，共同控制电路140可以耦接至连接端口120_1～120_4的配置信道(configurationchannel，以下称cc)引脚，以获得配置信息cc1～cc4。以连接端口120_1为例，共同控制电路140会经由连接端口120_1的cc引脚而获知外部电子装置(未绘示)的配置信息cc1。共同控制电路140从配置信息cc1可以知道，连接端口120_1的电压需求、电流需求和/或功率需求(也就是连接于连接端口120_1的外部电子装置的电压需求、电流需求和/或功率需求)。同理可推，共同控制电路140可以经由连接端口120_2～120_4的配置信息cc2～cc4而获知连接端口120_2～120_4的电压需求、电流需求和/或功率需求。

共同控制电路140耦接于电源转换器130_1～130_4的控制端。共同控制电路140可依照设计需求来支持多种usb协议，以共同因应不同规格的连接端口120_1～120_4的传输需求。举例来说，当连接端口120_1～120_4的任一个为usbtype-c连接端口时，共同控制电路140可以是支持电力传输(powerdelivery，pd)协议的usbtype-c连接端口控制器(type-cportcontroller，tcpc)或是usbtype-c连接端口管理器(type-cportmanger，tcpm)。另举例来说，如果连接端口120_1～120_4是usbtype-a连接端口，则电源转换器130_1可以是支持qc(quickcharge)协议的usbtype-a连接端口管理器。再举例来说，当连接端口120_1～120_4的任一个被连接至具有可编程电源供应(programmablepowersupply，pps)功能的外部设备时，共同控制电路140可支持pps协议。所述pps协议/功能为已知协议/功能，故不再赘述。

共同控制电路140会依据连接端口120_1的电压需求去控制电源转换器130_1，使电源转换器130_1将源电能ps转换/调整成符合电压需求的输出电能p1。并且，电源转换器130_1将经调整的输出电能p1输出至连接端口120_1的电力引脚。同理可推，共同控制电路140会依据连接端口120_2～120_4的电压需求去控制电源转换器130_2～130_4，使电源转换器130_2～130_4将经调整的输出电能p2～p4分别输出至连接端口120_2～120_4。

在获知连接端口120_1～120_4的电压需求与功率需求之后，共同控制电路140还依据连接端口120_1～120_4的电压需求与功率需求而对应地控制电力供应电路110，以便动态调整源电能ps的电压、电流和/或功率。举例来说，藉由调整源电能ps的电压，共同控制电路140可以尽可能地缩小源电能ps与输出电能p1～p4之间的电压差。如此一来，多端口电力供应装置100可以依据连接端口120_1～120_4的电压需求与功率需求去动态调整源电能ps，藉以提升多端口电力供应装置100的电源转换器130_1～130_4的电压转换效率。

图2是依照本发明的一实施例的电力供应方法的流程示意图。在图1以及图2的实施例中，电力供应电路110在步骤s210提供源电能ps给电源转换器130_1～130_4。在步骤s220中，共同控制电路140会经由连接端口120_1的配置信息cc1获知连接端口120_1的电压需求与功率需求。同理可推，共同控制电路140会经由连接端口120_2～120_4的配置信息cc2～cc4而获知连接端口120_2～120_4的电压需求与功率需求。

在步骤s230中，共同控制电路140依据连接端口120_1～120_4的电压需求与功率需求对应地控制电力供应电路110来动态调整源电能ps的电压、电流和/或功率，藉以提升多端口电力供应装置100的电压转换效率。接下来，在步骤s240中，电源转换器130_1将源电能ps转换为输出电能p1，并且将输出电能p1输出至连接端口120_1，藉以将输出电能p1提供给连接于连接端口120_1的外部电子装置(未绘示)。同理可推，电源转换器130_2～130_4将源电能ps转换为输出电能p2～p4，并且将输出电能p2～p4输出至连接端口120_2～120_4。

进一步来说明，在一些实施例中，共同控制电路140可以依据连接端口120_1～120_4的这些电压需求与这些功率需求去计算出源电能ps的电压值，以使电力供应电路110动态调整源电能ps的电压。在另一些实施例中，共同控制电路140可以依据连接端口120_1～120_4的这些电压需求与这些功率需求去计算出源电能ps的电流值、功率值和/或其他电性值，以使电力供应电路110动态调整源电能ps。

图3～图5是依照图2的步骤230所绘示的电力供应方法流程示意图。请同时参考图1、图3、图4以及图5。在步骤s301中，共同控制电路140可以从连接端口120_1～120_4的这些电压需求中取得最大需求电压值与最小需求电压值，并且从连接端口120_1～120_4的这些功率需求中取得需求功率总和。所述需求功率总和可以是连接端口120_1～120_4的这些功率需求的总和。所述最大需求电压值可以是连接端口120_1～120_4的这些电压需求中的最大者。所述最小需求电压值可以是连接端口120_1～120_4的这些电压需求中的最小者。在接下来的多个步骤中，共同控制电路140可以依据最大需求电压值、最小需求电压值与需求功率总和去计算源电能ps的电压值。

在本实施例中，共同控制电路140可在步骤s302中判断连接端口120_1～120_4是否连接至具有可编程电源供应(programmablepowersupply，pps)功能的外部设备。如果共同控制电路140在步骤s302中判断出连接端口120_1～120_4都没有被连接至具有可编程电源供应功能的外部设备，则进入步骤节点a。反之，如果共同控制电路140在步骤s302中判断出连接端口120_1～120_4的任一个被连接至具有可编程电源供应功能的外部设备，则进入步骤节点b。

在本实施例中，在图3所示步骤s302判断出连接端口120_1～120_4都没有被连接至具有可编程电源供应功能的外部设备之后，共同控制电路140可以执行图4中的步骤s402。在步骤s402中，共同控制电路140可以判断所述需求功率总和是否小于或等于电力供应电路110的额定功率值，以及判断所述最大需求电压值与所述最小需求电压值之间的差值(即需求电压差值)是否小于或等于阈值。所述阈值可以依照设计需求来决定。电力供应电路110的所述额定功率值可以是电力供应电路110的输出功率的最大值(源电能ps的最大功率)。当共同控制电路140判断出连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和小于或等于电力供应电路110的额定功率值，并且所述需求电压差值小于或等于所述阈值时(即步骤s402的判断结果为“是”)，共同控制电路140进行步骤s403。在步骤s403中，共同控制电路140选择所述最大需求电压值作为候选电压值。当共同控制电路140判断出连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和大于电力供应电路110的所述额定功率值，和/或所述需求电压差值大于所述阈值时(即步骤s402的判断结果为“否”)，共同控制电路140进行步骤s404。在步骤s404中，共同控制电路140会选择所述最大需求电压值与所述最小需求电压值的平均值作为所述候选电压值。

在后续的步骤s405～s410中，共同控制电路140会依据所述候选电压值去计算源电能ps的电压值。当共同控制电路140判断出所述候选电压值与电力供应电路110的额定电流值的乘积大于或等于连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和时，则共同控制电路140可以依据所述候选电压值来调整源电能ps的电压。其中，电力供应电路110的所述额定电流值可以是电力供应电路110的输出电流的最大值(源电能ps的最大电流)。反之，当共同控制电路140判断出所述候选电压值与电力供应电路110的所述额定电流值的乘积小于连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和时，共同控制电路140可以依据所述需求功率总和与所述额定电流值的商来调整源电能ps的电压。

详细来说明，在本实施例中，在步骤s403选择了所述最大需求电压值作为所述候选电压值之后，共同控制电路140可以进行步骤s405。在步骤s405中，共同控制电路140会进一步地判断所述候选电压值(最大需求电压值)与电力供应电路110的所述额定电流值的乘积是否大于或等于连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和。当所述最大需求电压值与所述额定电流值的乘积大于或等于所述需求功率总和时(亦即步骤s405的判断结果为“是”)，共同控制电路140可以进行步骤s406。在步骤s406中，共同控制电路140会依据候选电压值(最大需求电压值)来调整源电能ps的电压。举例来说，共同控制电路140会将源电能ps的电压值调整为所述最大需求电压值。

反之，当所述最大需求电压值与所述额定电流值的乘积小于所述需求功率总和时(亦即步骤s405的判断结果为“否”)，共同控制电路140可以进行步骤s407。在步骤s407中，共同控制电路140依据所述需求功率总和与所述额定电流值的商来调整源电能ps的电压。举例来说，假设连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和为h，而电力供应电路110的所述额定电流值为ir，则共同控制电路140会将源电能ps的电压值调整为h/ir。

在另一方面，在步骤s404选择了所述最大需求电压值与所述最小需求电压值的平均值作为所述候选电压值之后，共同控制电路140可以进行步骤s408。在步骤s408中，共同控制电路140判断所述候选电压值(所述平均值)与电力供应电路110的所述额定电流值的乘积是否大于或等于所述需求功率总和。当所述乘积大于或等于所述需求功率总和时(亦即步骤s408的判断结果为“是”)，共同控制电路140可以进行步骤s409。在步骤s409中，共同控制电路140依据候选电压值(所述最大需求电压值与所述最小需求电压值的平均值)来调整源电能ps的电压。举例来说，假设所述最大需求电压值为a，而所述最小需求电压值为b，则所述平均值(候选电压值)为(a+b)/2，而共同控制电路140会将源电能ps的电压值调整为(a+b)/2。

反之，当所述平均值(候选电压值)与电力供应电路110的所述额定电流值的乘积小于所述需求功率总和时(亦即步骤s408的判断结果为“否”)，共同控制电路140可以进行步骤s410。在步骤s410中，共同控制电路140依据所述需求功率总和与所述额定电流值的商来调整源电能ps的电压。举例来说，假设连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和为h，而电力供应电路110的所述额定电流值为ir，则共同控制电路140会将源电能ps的电压值调整为h/ir。

回到图3所示步骤s302，当共同控制电路140在步骤s302中判断出连接端口120_1～120_4的任一个被连接至具有可编程电源供应功能的外部设备时，共同控制电路140可以依据所述需求电压差值(所述最大需求电压值与所述最小需求电压值之间的差值)、所述需求功率总和以及相关于所述可编程电源供应功能的一个候选电压值来计算源电能ps的电压。其中，图5所述候选电压值可以依照设计需求来决定，并且所述候选电压值符合所述可编程电源供应功能的电压定义。举例来说，所述候选电压值可以依照设计需求而被设定为5伏特或是其他电压值。

共同控制电路140可以执行图5中的步骤s502。在步骤s502中，共同控制电路140判断连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和是否小于电力供应电路110的所述额定电流值与所述候选电压值的乘积，以及判断所述需求电压差值(所述最大需求电压值与所述最小需求电压值之间的差值)是否小于所述候选电压值。当共同控制电路140在步骤s502中判断出所述需求电压差值小于该候选电压值，以及该需求功率总和小于电力供应电路110的所述额定电流值与该候选电压值的乘积时，共同控制电路140进行步骤s503。在步骤s503中，共同控制电路140依据该候选电压值来调整该源电能ps的电压。举例来说，假设所述候选电压值为5伏特，所述需求电压差值为c，连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和为h，而电力供应电路110的所述额定电流值为ir。当c小于5伏特以及h小于ir*5伏特时，共同控制电路140可以将源电能ps的电压值调整为5伏特。

当共同控制电路140在步骤s502中判断出所述需求电压差值小于该候选电压值，以及该需求功率总和大于该额定电流值与该候选电压值的该乘积时，共同控制电路140进行步骤s504。在步骤s504中，共同控制电路140依据所述需求功率总和与所述额定电流值的商来调整源电能ps的电压。举例来说，假设所述候选电压值为5伏特，所述需求电压差值为c，连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和为h，而电力供应电路110的所述额定电流值为ir。当c小于5伏特以及h大于ir*5伏特时，共同控制电路140可以将源电能ps的电压值调整为h/ir。

表1是依照本发明一实施例所绘示的多端口电力供应装置的电力供应对照表。

表1：

请同时参考图1、图3、图4、图5以及表1，在本实施例中，表1的电力供应对照表列示了10种配置的范例，其中在第1配置到第8配置中，假设连接端口120_1～120_4都没有被连接至具有可编程电源供应功能的外部设备。而在第9配置、第10配置中，则是假设连接端口120_1～120_4中的任一个有被连接至具有可编程电源供应功能的外部设备。在表1所示实施例中，电力供应电路110的额定功率值被假设为60瓦特，步骤s402所述阈值被假设为5伏特，电力供应电路110的额定电流值被假设为5安培，而步骤s502所述候选电压值被假设为5伏特。

首先以第1配置为例，在第1配置中，共同控制电路140在图3中的步骤s301可藉由连接端口120_1～120_4的配置信息cc1～cc4获知连接端口120_1～120_4的电压需求都是5伏特，而连接端口120_1～120_4的电流需求都是3安培。因此，连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和为5*3+5*3+5*3+5*3＝60瓦特。在图3中的步骤s302中，共同控制电路140可藉由连接端口120_1～120_4的配置信息cc1～cc4获知连接端口120_1～120_4都没有被连接至具有可编程电源供应功能的外部设备，因此共同控制电路140进行图4中的步骤s402、s403、s405与s407。在第2配置中，共同控制电路140可藉由配置信息cc1获知连接于连接端口120_1的外部装置的需求电压是5v，而需求电流是3a，也可藉由配置信息cc2～cc4获知连接端口120_2～120_4并没有连接外部装置。因此，连接端口120_1～120_4的所述需求功率总和是5*3+0+0+0＝15瓦特。因此，共同控制电路140进行图4中的步骤s402、s403、s405与s406。同理可推，在第3配置、第5配置、第6配置、第7配置中，共同控制电路140进行图4中的步骤s402、s403、s405与s406；在第4配置中，共同控制电路140进行图4中的步骤s402、s404、s408与s409；在第8配置中，共同控制电路140进行图4中的步骤s402、s404、s408与s410；在第9配置中，共同控制电路140进行图5中的步骤s502与s503；而在第10配置中，共同控制电路140进行图5中的步骤s502与s504。

在一些实施例中，当共同控制电路140判断出连接端口120_1～120_4的任一个(例如是连接端口120_1)被连接至具有可编程电源供应功能的外部设备时，可控制对应于其他连接端口(例如是连接端口120_2～120_4)的电源转换器(例如是电源转换器130_2～130_4)，使连接端口120_2～120_4的输出电压与输出电流分别保持于5v与900ma。

图6是依照本发明的另一实施例所绘示的多端口电力供应装置600的电路方块示意图。如图6所示，多端口电力供应装置600包括电力供应电路610、连接端口620_1～620_4、电源转换器630_1～630_4、共同控制电路640以及查找表650。图6所示多端口电力供应装置600、电力供应电路610、连接端口620_1～620_4、电源转换器630_1～630_4以及共同控制电路640可以参照图1至图5所述多端口电力供应装置100、电力供应电路110、连接端口120_1～120_4、电源转换器130_1～130_4以及共同控制电路140的相关说明来类推，故不再赘述。与图1不同的是，图6的多端口电力供应装置600还包括查找表650。查找表650用以存储连接端口620_1～620_4的电压需求、连接端口620_1～620_4的需求功率总和以及关于该源电能ps的电压值之间的关系。举例来说，查找表650所存储的内容可关联于上述电力供应对照表(表1)。共同控制电路640可依据连接端口620_1～620_4的电压需求、功率需求而从查找表650获得电压值，并且依据此电压值来控制电力供应电路610以便动态调整该源电能ps的电压。举例来说，当共同控制电路640依据连接端口620_1～620_4的电压需求、功率需求而判断出如表1所示的第1配置时，则共同控制电路640可以控制电力供应电路610去动态调整源电能ps的电压，藉以提供具有12v与5a的源电能ps。

综上所述，在本发明的诸实施例中，多端口电力供应装置可藉由多个连接端口的配置信息以获知多个连接端口的电压需求与功率需求。依据电压需求与功率需求动态，共同控制电路可以控制电力供应电路去调整源电能，使得源电能的电压、电流和/或功率可以适配于所有连接端口的电源转换器的需求。举例来说(以图1为例)，藉由调整源电能的电压，共同控制电路可以尽可能地缩小源电能与输出电能之间的电压差。因此，多端口电力供应装置的电压转换效率可以被提升。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。