输出装置的制作方法

本发明是关于一种输出装置。具体来说，本发明是关于一种用以对电子装置供电的输出装置。

背景技术：

现有的传输线，多直接将电能传输至电子装置以对其供电。由于使用上的方便，传输线的长度可能长达约2、3公尺(m)，在部份应用中甚至需要更长的传输线进行电力传输。

在此情况下，因为传输线中的电能损耗，传输线两端存在电压差，使得提供给电子装置的实际电压也往往低于预期，导致供电不稳等问题。此外，现有的传输线也无法根据外接装置的不同调整所输出的电压准位，带来使用上的不便。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种输出装置。输出装置包含直流传输线以及连接端子。直流传输线用以接收并传输直流电压。连接端子连接于直流传输线的输出端，用以接收直流电压并输出输出电压。连接端子包含封装壳体、直流对直流转换单元以及连接头。直流对直流转换单元包覆在封装壳体内，用以将直流电压转换为输出电压。连接头用以接收并传输输出电压，其中连接头包括输入端和输出端，连接头的输入端连接直流对直流转换单元，且包覆在封装壳体内。

在本发明的一具体实施例中，直流对直流转换单元根据外部装置输出的通讯信号决定输出电压。

在本发明的一具体实施例中，连接头的输出端连接至外部装置，直流对直流转换单元通过连接头自外部装置接收并传输通讯信号。

在本发明的一具体实施例中，直流传输线仅包括功率传输线，用于传输直流电压。

在本发明的一具体实施例中，直流传输线的输入端自直流母排或变换器接收直流电压。

在本发明的一具体实施例中，直流对直流转换单元为隔离电源转换电路。

在本发明的一具体实施例中，隔离电源转换电路包含反驰式变换器。

在本发明的一具体实施例中，直流对直流转换单元为非隔离电源转换电路。

在本发明的一具体实施例中，非隔离电源转换电路包含非隔离升降压型电源转换电路。

在本发明的一具体实施例中，非隔离电源转换电路包含非隔离降压型电源转换电路。

在本发明的一具体实施例中，直流对直流转换单元包含同步整流单元。

在本发明的一具体实施例中，直流对直流转换单元包含氮化镓功率元件。

在本发明的一具体实施例中，直流对直流转换单元包含开关单元、二极管单元、电感单元以及电容单元。开关单元包含第一端电性连接于直流传输线的输出端、第二端以及控制端。二极管单元包含第一端，电性连接于开关单元的第二端，以及第二端电性连接于接地端。电感单元包含第一端电性连接于开关单元的第二端，以及第二端电性连接于连接头的输入端。电容单元包含第一端电性连接于电感单元的第二端，以及第二端电性连接于接地端。

在本发明的一具体实施例中，开关单元的控制端用以接收控制信号，使得开关单元根据控制信号选择性地导通或关断，以调整直流对直流转换单元输出的输出电压，其中控制信号根据通讯信号产生。

在本发明的一具体实施例中，直流对直流转换单元包含第一开关单元、第一二极管单元、电感单元、第二开关单元、第二二极管单元、第一电容单元以及第二电容单元。第一开关单元包含第一端电性连接于直流传输线的输出端、第二端，以及控制端。第一二极管单元包含第一端电性连接于第一开关单元的第二端，以及第二端电性连接于接地端。电 感单元包含第一端电性连接于第一开关单元的第二端，以及第二端。第二开关单元包含第一端电性连接于电感单元的第二端、第二端电性连接于该接地端，以及控制端。第二二极管单元包含第一端电性连接于电感单元的第二端，以及第二端电性连接于连接头的输入端。第一电容单元包含第一端电性连接于第一开关单元的第一端，以及第二端电性连接于接地端。第二电容单元包含第一端电性连接于第二二极管单元的第二端，以及第二端电性连接于接地端。

在本发明的一具体实施例中，第一开关单元与第二开关单元的控制端分别用以接收第一控制信号与第二控制信号，使得第一开关单元与第二开关单元分别根据第一控制信号与第二控制信号选择性地导通或关断，以调整直流对直流转换单元输出的输出电压，其中第一控制信号与第二控制信号根据通讯信号产生。

在本发明的一具体实施例中，直流对直流转换单元包含变压器、开关单元、二极管单元以及电容单元。变压器包含一次侧电性连接于直流传输线的输出端，以及二次侧。开关单元包含第一端电性连接于变压器的一次侧、第二端电性连接于一次侧接地端，以及控制端。二极管单元包含第一端电性连接于变压器的二次侧，以及第二端电性连接于连接头的输入端。电容单元包含第一端电性连接于二极管单元的第二端，以及第二端电性连接于二次侧接地端。

在本发明的一具体实施例中，开关单元的控制端用以接收控制信号，使得开关单元根据控制信号选择性地导通或关断，以调整直流对直流转换单元输出的输出电压，其中控制信号根据通讯信号产生。

在本发明的一具体实施例中，连接头为通用串行接口式。

本案通过将直流对直流转换单元整合入连接端子中，通过连接端子内的直流对直流转换单元将直流电压转换为输出电压，可确保输出电压的电压准位，减少输出电压的误差。另在部份实施例中，可直接通过连接端子中的直流对直流转换单元调整输出电压的准位，省去如直流传输线等传输线中的通讯信号线，可降低制造成本或缩小传输线的线径。此外，在部份实施例中，通过本案的输出装置，可减少电能于输出装置中的损耗，提升整体供电的转换效率。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的输出装置的示意图；

图2为根据本发明一实施例所绘示的直流对直流转换单元的示意图；

图3为根据本发明一实施例所绘示的直流对直流转换单元的示意图；以及

图4为根据本发明一实施例所绘示的直流对直流转换单元的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100 输出装置

120 直流传输线

140 连接端子

142、142a、142b、142c 直流对直流转换单元

144 连接头

200 外部装置

Vin 直流电压

Vout 输出电压

Cmd 通讯信号

Q1、Q2、Q3、Q4 开关单元

D1、D2、D3、D4 二极管单元

C1、C2、C3、C4 电容单元

L1、L2 电感单元

TX1 变压器

具体实施方式

下文系举实施例配合所附图式作详细说明，以更好地理解本案的态样，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，根据业界的标准及惯常做法，图式仅以辅助说明为目的，并未依照原尺寸作图，实际上各种特征的尺寸可任意地增加或减少以便于说明。下述说明中相同元 件将以相同的符号标示来进行说明以便于理解。

在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此发明的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。

此外，在本文中所使用的用词“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指“包含但不限于”。此外，本文中所使用的“及/或”，包含相关列举项目中一或多个项目的任意一个以及其所有组合。

于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。

请参考图1。图1为根据本发明一实施例所绘示的输出装置100的示意图。如图1所示，输出装置100用以接收直流电压Vin，并输出输出电压Vout对外部装置200供电。在结构上，输出装置100包含直流传输线120以及连接端子(connector)140。在本案的各个实施例中，外部装置200可为个人电脑、笔记型电脑、平板电脑、智能手机等可携式电子产品，但不以上述为限。

具体来说，在部份实施例中，直流传输线120的输入端用以自直流母排或变换器接收直流电压Vin，并将直流电压Vin传输至连接端子140。连接端子140连接于直流传输线120的输出端，并用以连接至外部装置200。连接端子140用以接收直流电压Vin并输出输出电压Vout对外部装置200供电。在部份实施例中，直流电压Vin的准位可高于输出电压Vout的准位。举例来说，在直流电压Vin为10伏(V)～60伏(V)之间任一值，如10伏(V)、30V伏(V)、40伏(V)或48伏(V)等，但本案并不以此为限。输出电压Vout可为5伏(V)、12伏(V)、20伏(V)等的直流电，但本案并不以此为限，直流电压Vin与输出电压Vout的电压准位皆可依实际 需求进行设计。此外，直流传输线120的长度亦可依实际需求进行调整，举例来说，在部份实施例中直流传输线120的长度可为约0.5公尺(m)～3公尺(m)之间任一值，如0.5公尺(m)、1.2公尺(m)、1.6公尺(m)、1.8公尺(m)、2.5公尺(m)等等，但本案并不以此为限。

具体来说，连接端子140中可包含封装壳体、直流对直流转换单元142和连接头144。直流对直流转换单元142用以将直流电压Vin转换为输出电压Vout。

如图所示，在本实施例中，直流对直流转换单元142包覆在封装壳体内，用以将直流电压Vin转换为输出电压Vout。连接头144的输入端连接直流对直流转换单元142，并且连接头144的输入端和直流对直流转换单元142共同包覆在封装壳体内，以使连接头144和直流对直流转换单元142固定连接，连接头144的输出端可连接一外部装置200，因此连接头144可用以接收并传输输出电压Vout，使得输出装置100可对连接至输出装置100的外部装置200供电。在部份实施例中，连接头144可由硬质的导电材料制作而成。在部份实施例中，连接头144的输出端插接式连接外部装置200，举例来说，外部装置200包括一插孔，连接头144插接在插孔内，举例来说，连接头144和插孔为通用串行接口(USB)式。

在一实施例中，为了能减小直流对直流转换单元142的体积，以将直流对直流转换单元142实作在连接端子140之中，可采用高频(如：频率为1MHz)设计，另在一实施例中，直流对直流转换单元142包括同步整流单元，另在一实施例中，直流对直流转换单元142包括新式半导体元件(例如氮化镓(GaN)功率元件)和/或金属－氧化物半导体场效应晶体管，以获得较高的转换效率，减少电源转换电路的体积，能使得直流对直流转换单元142得以和连接端子140集成一体。

如此一来，通过直流传输线120将直流电压Vin传输至连接端子140，再由连接端子140中的直流对直流转换单元142将直流电压Vin转换为输出电压Vout，再由连接头144传输输出电压Vout至外部装置200，可确保对外部装置200供电的输出电压Vout稳定，而不会受到传输线中电能损耗导致供电端实际电压下降的问题。此外，在部份实施例中，若直 流电压Vin的电压准位高于输出电压Vout，则可进一步使电能在直流传输线120的传输过程中维持在较高的电压准位，减少电能损耗，提升整体供电的转换效率。

如此一来，当使用者在多个不同场所如住家、公司或学校等等各自配有电源可提供直流电压Vin时，使用者可以随身携带输出装置100，连接至提供直流电压Vin的电源对外部装置200进行供电，在使用上显得更为便利。

在部份实施例中，在连接端子140中的直流对直流转换单元142可根据外部装置200输出的通讯信号Cmd决定并调整输出电压Vout的大小。具体来说，通讯信号Cmd可为来自外部装置200输出的一数位脉冲信号、一电压信号或一电阻信号等任何可反映外部装置200状态的信号。如此一来，连接头144用于传输通讯信号Cmd，输出装置100便可通过连接头144自外部装置200接收并传输通讯信号Cmd至直流对直流转换单元142以决定输出电压Vout。

举例来说，在连接端子140的连接头144是以通用串行接口(USB)介面连接至外部装置200的实施例中，直流对直流转换单元142可通过通用串行接口脚位上的D+脚位、D-脚位的电压信号自外部装置200接收通讯信号Cmd，以判断外部装置200所需要的供电电压准位，以调整输出电压Vout。但不以此为限，在部份实施例中，亦可通过其它的通讯脚位自外部装置200接收通讯信号Cmd，以判断外部装置200所需要的供电电压准位，以调整输出电压Vout。例如，当外部装置200为笔记型电脑时，直流对直流转换单元142可根据通讯信号Cmd控制连接端子140输出20伏的输出电压Vout。当外部装置200为平板电脑或智能手机时，直流对直流转换单元142可根据通讯信号Cmd控制连接端子140输出12伏或5伏的输出电压Vout。

如此一来，在相同直流电压Vin情况下，输出装置100仍可直接通过直流对直流转换单元142调整输出电压Vout以适应不同负载的需求。换言之，直流传输线120不需设置额外的信号线传输通讯信号Cmd，可以仅包括功率传输线，用于传输直流电压Vin，如此一来，便可以节省输出装置100的设计和制造成本。

值得注意的是，在部份实施例中，直流对直流转换单元142可为隔离电源转换电路。具体来说，隔离电源转换电路可为如反驰式(Flyback)变换器、顺向式(forward)变换器、半桥式变换器、全桥式变换器或推挽式(Push-Pull)变换器等等。在部份实施例中，直流对直流转换单元142可为非隔离电源转换电路。具体来说，非隔离电源转换电路可为如降压式(buck)变换器、升降压式(buck-boost)变换器或升压式(boost)变换器等等。

请参考图2。图2为根据本发明一实施例所绘示的直流对直流转换单元142a的示意图。在本实施例中，直流对直流转换单元142a包含开关单元Q1、二极管单元D1、电感单元L1以及电容单元C1。在结构上，开关单元Q1包含第一端、第二端以及控制端，其中开关单元Q1的第一端电性连接于直流传输线120的输出端，用以接收直流电压Vin。二极管单元D1包含第一端(如：阴极端)以及第二端(如：阳极端)。二极管单元D1的第一端(如：阴极端)电性连接于开关单元Q1的第二端。二极管单元D1的第二端(如：阳极端)电性连接于接地端。电感单元L1包含第一端以及第二端。电感单元L1的第一端电性连接于开关单元Q1的第二端。电感单元L1的第二端电性连接于连接头144的输入端，用以输出输出电压Vout。电容单元C1包含第一端以及第二端。电容单元C1的第一端电性连接于电感单元L1的第二端。电容单元C1的第二端电性连接于接地端。

在本实施例中，开关单元Q1的控制端用以接收控制信号CT1，使得开关单元Q1根据控制信号CT1选择性地导通或关断，以调整直流对直流转换单元142a输出的输出电压Vout。

具体来说，当开关单元Q1处于导通状态时，直流电压Vin所产生的电源会提供至负载，电流会顺向地流经电感单元L1，使得电感单元L1上的电压增加。此时二极管单元D1的第一端(如：阴极端)的电位大约为直流电压Vin，故二极管单元D1处于逆向偏压状态，电容单元C1则被充电。当开关单元Q1切换至截止状态时，储存于电感单元L1上的磁场释放使得电感单元L1两端的极性反转，二极管单元D1的第一端(如：阴极端)的电位变为负值，使得二极管单元D1处于顺向偏压状态而导通。储存于电感单元L1中的能量经由二极管单元D1向电容单元C1充电。

因此，通过适当的控制信号CT1控制开关单元Q1的导通与关断， 便可相应的通过开关单元Q1、二极管单元D1、电感单元L1以及电容单元C1的操作决定并调整直流对直流转换单元142输出的输出电压Vout的电压准位。在部份实施例中，控制信号CT1可根据通讯信号Cmd产生，使得输出装置100通过不同的通讯信号Cmd判断外部装置200的需求以调整输出电压Vout的电压准位。

请参考图3。图3为根据本发明另一实施例所绘示的直流对直流转换单元142b的示意图。在本实施例中，直流对直流转换单元142b包含开关单元Q2、Q3，二极管单元D2、D3，电感单元L2以及电容单元C2、C3。

在结构上，开关单元Q2包含第一端、第二端以及控制端。开关单元Q2的第一端电性连接于直流传输线120的输出端，用以接收直流电压Vin。二极管单元D2包含第一端(如：阴极端)以及第二端(如：阳极端)。二极管单元D2的第一端(如：阴极端)电性连接于开关单元Q2的第二端。二极管单元D2的第二端(如：阳极端)电性连接于接地端。电感单元L2包含第一端以及第二端。电感单元L2的第一端电性连接于开关单元Q2的第二端。开关单元Q3包含第一端、第二端以及控制端。开关单元Q3的第一端电性连接于电感单元L2的第二端。开关单元Q3的第二端电性连接于接地端。二极管单元D3包含第一端(如：阳极端)以及第二端(如：阴极端)。二极管单元D3的第一端(如：阳极端)电性连接于电感单元L2的第二端。二极管单元D3的第二端电性连接于连接头144的输入端，用以输出输出电压Vout。电容单元C2包含第一端以及第二端。电容单元C2的第一端电性连接于开关单元Q2的该第一端。电容单元C2的第二端电性连接于接地端。电容单元C3包含第一端以及第二端。电容单元C3的第一端电性连接于二极管单元D3的该第二端(如：阴极端)。电容单元C3的第二端电性连接于接地端。

于第二图所示的实施例相似，在本实施例中，开关单元Q2、Q3的控制端分别用以接收控制信号CT2、CT3，使得开关单元Q2、Q3分别根据控制信号CT2、CT3选择性地导通或关断，以调整直流对直流转换单元142b输出的输出电压Vout。

具体来说，当开关单元Q2处于导通状态，开关单元Q3处于截止状 态时时，直流电压Vin所产生的电源会提供至负载，电流会顺向地流经电感单元L2，使得电感单元L2上的电压增加。此时二极管单元D2的第一端(如：阴极端)的电位大约为直流电压Vin，故二极管单元D2处于逆向偏压状态。当开关单元Q2切换至截止状态，开关单元Q3切换至导通状态时，二极管单元D3的第一端(如：阳极端)的电位会低于输出电压Vout，因此处于逆向偏压状态。此时，储存于电容单元C3中的能量释放至负载。

因此，通过适当的控制信号CT2、CT3分别控制开关单元Q2、Q3的导通与关断，便可相应的通过开关单元Q2、Q3，二极管单元D2、D3，电感单元L2以及电容单元C2、C3的操作决定并调整直流对直流转换单元142b输出的输出电压Vout的电压准位。在部份实施例中，控制信号CT2、CT3可根据通讯信号Cmd产生，使得输出装置100通过不同的通讯信号Cmd判断外部装置200的需求以调整输出电压Vout的电压准位。

请参考图4。图4为根据本发明另一实施例所绘示的直流对直流转换单元142c的示意图。在本实施例中，直流对直流转换单元142c包含变压器TX1、开关单元Q4、二极管单元D4以及电容单元C4。变压器TX1包含一次侧与二次侧。变压器TX1的一次侧电性连接于直流传输线120的输出端，用以接收直流电压Vin。开关单元Q4包含第一端、第二端以及控制端。开关单元Q4的第一端电性连接于变压器TX1的一次侧。开关单元Q4的第二端电性连接于一次侧接地端。二极管单元D4包含第一端(如：阳极端)以及第二端(如：阴极端)。二极管单元D4的第一端电性连接于变压器TX1的二次侧。二极管单元D4的第二端电性连接于连接头144的输入端，用以输出输出电压Vout。电容单元C4包含第一端以及第二端。电容单元C4的第一端电性连接于二极管单元D4的第二端(如：阴极端)。电容单元C4的第二端电性连接于二次侧接地端。

在本实施例中，开关单元Q4的控制端用以接收控制信号CT4，使得开关单元Q4根据控制信号CT4选择性地导通或关断，以调整直流对直流转换单元142c输出的输出电压Vout。在部份实施例中，控制信号CT4可为脉冲宽度调变(pulse width modulation，PWM)信号。

具体来说，当开关单元Q4导通时，变压器TX1的一次侧会有初级 电流流过而储存能量。由于变压器TX1一次侧与二次侧极性相反，二极管单元D4处于逆向偏压状态。此时，储存于电容单元C4中的能量释放至负载。当开关单元Q4截止时，变压器TX1的初级电流降为零，二极管单元D4处于顺向偏压状态。此时磁化电流转移至变压器TX1的二次侧，储存于变压器TX1中的能量经由二极管单元D4传送至电容单元C4与负载。

因此，通过适当的控制信号CT4控制开关单元Q4的导通与关断，便可相应的通过开关单元Q4，二极管单元D4、变压器TX1以及电容单元C4的操作决定并调整直流对直流转换单元142c输出的输出电压Vout的电压准位。在部份实施例中，控制信号CT4可根据通讯信号Cmd产生，使得输出装置100通过不同的通讯信号Cmd判断外部装置200的需求以调整输出电压Vout的电压准位。举例来说，控制信号可为脉冲宽度调变(pulse width modulation，PWM)信号。

值得注意的是，在本实施例中变压器TX1的一次侧的接地端(即一次侧接地端)与二次侧的接地端(即二次侧接地端)不同。因此变压器TX1除了调整输出电压和储存能量之外，亦可达到隔离电气的作用。

值得注意的是，上述实施例中所举例的开关单元Q1～Q4、二极管单元D1～D4、电容单元C1～C4、电感单元L1、L2皆可有多种不同的实作方式。举例而言，开关单元Q1～Q4可由双极性接面型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)、金属－氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、氮化镓(GaN)功率元件、或是其他适当的半导体元件实现。电容单元C1～C4、电感单元L1、L2以及二极管单元D1～D4亦可分别由适当的电子元件或半导体元件实现。

本案通过应用上述实施例，将直流对直流转换单元142整合入连接端子140中，通过连接端子140内的直流对直流转换单元142将直流电压Vin转换为输出电压Vout，可确保输出电压Vout的电压准位，减少输出电压Vout的误差。另可直接通过连接端子140中的直流对直流转换单元142调整输出电压Vout的准位，省去如直流传输线120等传输线中的通讯信号线，可降低制造成本或缩小传输线的线径。此外，在部份实施 例中，通过本案的输出装置100，可减少电能于输出装置100中的损耗，提升整体供电的转换效率。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求书所界定者为准。