嵌入式电源供应器的省电装置的制作方法

本发明有关于一种嵌入式电源供应器的省电装置，特别涉及一种用于USB充电器使用的墙壁嵌入式电源充电器的省电装置。

背景技术：

有关墙壁嵌入式的USB充电器的技术，目前在许多公共场所如机场等，已可看到一些墙壁嵌入式的USB充电装置，一般而言该USB充电装置通常可提供5V/1A或5V/2A的充电选项，如图1的示意图所示，Vin为输入电源，经过充电电源电路5，连接于插座6，再由插座6而产生输出电源Vout，其中所述的插座6为墙壁嵌入式的插座。就目前的USB充电装置，在未有使用者的情况下会进入空载待机状态，然而即便在空载的待机状态下，由于整个充电器依然在工作，因而一般仍有约0.1W(以交流电输入电压230V为例子)以上的耗电，如果充电器被大量的使用则会造成无谓的能源消耗。

如美国专利US 8,758,031B2的“ELECTRICAL WIRING DEVICE WITH HIGH CURRENT USB CHARGING CAPABILITY”，即公开有一壁插式的USB充电装置，其说明书附图所述的电路图及其元件结构，即如前述的空载待机状态下，整个充电器仍然在运作，所以同样有能源消耗的问题。

另一方面，有关于检测充电器的充电省电控制的技术，例如台湾专利TW201319603A1的“充电端口检测控制方法以及充电端口检测控制装置”的技术，其电路图中公开有一充电端口检测电路，是用以检测电子装置的一电池的输出电压作为充电状态的判断，此种技术于空载时仍然必须消耗电源。同样的，有一台湾专利TWI 390818B1的“改善充电器待机时机的效率的装置及方法以及超低待机功率充电器”，另有一台湾专利TW200631275的“充电装置”等技术，所公开的技术内容于检测充电状态时，仍然是以电信号检测的方式作为检测充电状态的依据。

故，上述的充电检测技术于充电器空载时仍然会消耗电源，有待加以改善。因此，本发明提出一个可检测插头插入的省电装置来解决此耗电问 题，可将耗电减小至0-15mW，而此一功能可以有效地提升产品的节能效率，减少能源损耗。

技术实现要素：

本发明提出一种可检测插头插入的省电装置，可用来节省一般嵌入式电源供电装置的空载待机的功率消耗，包含常见的嵌入式USB充电器及最近新增订的USB type C或USB PD-Power Delivery(电力传输)的充电器皆可适用。

本发明中提供一种嵌入式电源供应器的省电装置，包括充电电路、插座、插头插入感知装置、开启/关闭致能控制电路以及充电电路主控制器。充电电路有一输入端，耦接有一输入电源，以作为充电之用。插座耦接于该充电电路，插头插入感知装置相耦接于该插座，该插头插入感知装置包括有一接触件以及两接点，当该接触件检测有一插头时，该两接点为启动而闭合。开启/关闭致能控制电路连动地耦接于该插头插入感知装置，并依据该插头插入感知装置的检测结果，输出一开启信号，用以致能该充电电路进行充电，或输出一关闭信号，用以关闭该充电电路的电源供应。充电电路主控制器有一输入端和输出端，输入端耦接于该开启/关闭致能控制电路，输出端电耦接至该充电电路，当接收该开启信号而需致能充电时，控制该充电电路进行充电；当接收该关闭信号时，控制该充电电路的电源供应为关闭的状态。

本发明中还提供一种嵌入式电源供应器的省电装置，包含一充电电路、一插座、一插头插入感知装置、一开启/关闭控制电路以及一电源输出致能电路。充电电路有一输入端，接连有一输入电源，以作为充电之用。插座，耦接于该充电电路，用以容置一插头。所述的插头插入感知装置相耦接于该插座，用以检测是否有一插头的插入插座中。开启/关闭控制电路连动地耦接于该插头插入感知装置，并依据该插头插入感知装置的检测结果，输出一开启信号或一关闭信号。电源输出致能电路有一输入端和一输出端，输入端耦接于该开启/关闭控制电路，输出端电耦接至该充电电路，当接收该开启信号时，致能该充电电路进行充电；当接收该关闭信号时，关闭该充电电路的电源供应。其中该插头插入感知装置以机械接触的感知方式检 测是否有该插头插入该插座中；若无该插头插入该插座中，则该开启/关闭控制电路输出该关闭信号，此时该充电电路的电源供应为关闭。

操作时，当充电电路闲置时，由于插头插入感知装置未感知有插头插入，则开启/关闭控制电路在一关断的状态，因而送出关断信号至电源输出致能电路而将整个充电器关断，以达到节电的目的。另外，当待充电装置的充电插头插入充电用的插座时，插头插入感知装置感知到有插头插入，并利用此插头插入感知装置的连动来触动开启/关闭控制电路，该开启/关闭控制电路的输出信号或控制结构用以启动电源输出致能电路，该电源输出致能电路再进一步让充电电路进入致能状态，以进行充电。

如上所述，本发明能通过插头插入感知装置以检测是否有插头插入插座之中，进而能够有效地降低充电电路于空载时的电能消耗，有效地改善充电器的节能效率。

附图说明

图1为现有墙壁嵌入式电源充电器；

图2为本发明第一实施例的电路方块示意图；

图3A为本发明插座与插头插入感知装置结合的示意图；

图3B为本发明插头插入插座与插头插入感知装置相结合的示意图；

图4为本发明第二实施例的电路示意图；

图5为本发明第三实施例的电路示意图；

图6为本发明第四实施例的电路方块示意图；

图7为本发明第五实施例的电路示意图；

图8为本发明第六实施例的电路示意图；

附图标记说明：

1、2、3、4 接点

5 充电电源电路

6 插座

10 充电电路

12 切换开关驱动电路

20 插座

22 基板

24 USB端子

30 插头插入感知装置

30a 轻触开关

30b 连动开关

32 接触件

34 常闭接点

36 中间接点

38 常开接点

40、40a、40b 开启/关闭控制电路

42 致能界面电路

44 电容耦合电源供应电路

45、45a、45b 开启/关闭致能控制电路

46 光耦合开关

50 电源输出致能电路

52 致能单元

54 充电电路主控制器

60 插头

A、B 节点

D₁ 第一二极管

D₂ 第二二极管

R₁ 第一电阻

R₂ 第二电阻

V_L 火线

V_N 中性线

Vo 电压接点

Vcc 电源信号

V_AUX 辅助电源

V_HV 高电压

V_HVS 高压启动电压

Vin 输入电源

Vout 输出电源

具体实施方式

本发明为一种嵌入式电源供应器的省电装置，主要检测插头插入的方式，判断是否有USB(包含USB type C及USB PD-Power Delivery(电力传输))的插头插入，所述的检测方式可以包括但不限定为机械式、电子式或其他形式的方式，藉以达到当充电器空载时能截断充电器的电源供应，降低能源消耗，解决目前墙壁嵌入式的USB充电装置的空载待机功耗问题。

如图2所示，本发明所述的省电装置包括有一充电电路10、一插座20、一插头插入感知装置30、一开启/关闭控制电路40、一电源输出致能电路50。其中一输入电源Vin耦接至充电电路10中，该充电电路10为一供应电源作充电之用。充电电路10与插座20相耦接，插座20是提供一输出电源Vout，供使用者插置一电子装置而供充电之用，于本发明实际实施时，插座20的实施可以包括但不限定为一USB type C的插座，或者是USB PD型式的插座。

主要地，插座20耦接于插头插入感知装置30，而所述的插头插入感知装置30于本发明实施例中，先以一机械式的装置作为一检测装置，但本发明的实施例并不限定为机械式，也可为电子式或其他形式的检测装置，其进一步的说明，容后图3A、图3B再述。所述的插头插入感知装置30的输出以连动的方式或是传输一信号而耦接于开启/关闭控制电路40，能够使该开启/关闭控制电路40产生控制充电电路10的一开启(ON)信号或是一关闭(OFF)信号。而所述的开启也就是为导通(ON)或闭合；所述的关闭即为断路或关闭(OFF)的动作。

接者开启/关闭控制电路40的输出则耦接至电源输出致能电路50，开启/关闭控制电路40可采用一输出信号或是以控制机构的方式而启动电源输出致能电路50。所述的电源输出致能电路50依据该开启或关闭的控制信号，进一步执行致能充电电路10以进行充电的操作，或者是将整个充电电路10的电源供应关闭，以达到节省电能的目的。

有关本发明电路运作的一实施例说明，当该插头插入感知装置30检测 没有插头插入时，会使开启/关闭控制电路40为不动作的状态，或是输出一关闭(OFF)信号至电源输出致能电路50，表示并无USB的插头60插入插座20中，此时电源输出致能电路50为关闭状态，不会致能该充电电路10，使得充电电路10的电源供应路径是被关闭的，也就是充电电路10不运作而不消耗电源，能有效实现本发明的目的。反之，该插头插入感知装置30检测有插头插入时，则开启/关闭控制电路40输出一开启(ON)信号或是产生开启的动作，启动该电源输出致能电路50进一步致能充电电路10以进行充电的动作。

另外，于充电电路10中还包括设置有一切换开关驱动电路12，而电源输出致能电路50的输出可以耦接于切换开关驱动电路12中。当插头插入感知装置30没有感应插头插入时，电源输出致能电路50亦不会致能切换开关驱动电路12，则充电电路10无法被驱动，无法进行充电，且充电电路10的电源供应被关闭。反之，当插头插入感知装置30检测有插头插入时，电源输出致能电路50致能切换开关驱动电路12，使充电电路10进行充电。上述的切换开关驱动电路12为充电电路10中驱动切换元件操作的主要电路，为充电电路10主要元件之一。

参阅图3A所示，包括有一插头60、所述插座20、一基板22、所述的插头插入感知装置30以及一USB端子24。插座20以及USB端子24装置于基板22上，插座20的前端为一接口，用以容置插头60，且插座20通过基板22中的一电耦接关系而耦接于USB端子24，当插头60插入插座20后，可将信号传输至USB端子24或是将USB端子24的信号传输至插头60之中。

所述的插头插入感知装置30则装置于插座20之上，藉以检测是否有插头60插入于插座20中。其中插头插入感知装置30在本发明实施例中可包括但不限定为一轻触开关(TACT Switch)、一近接开关(Proximity Switch)、一光敏电阻(Light dependent resistor)或是一微型开关(Micro Switch)，而图3A中以一微型开关作为一机械式检测的元件。于插头插入感知装置30中包括有一接触件32、一常闭接点(Normal Close)34、一中间接点(Middle Point)36以及一常开接点(Normal Open)38。

其中接触件32设置靠近于该插座20的接口处，另于该插头插入感知 装置30相对的一侧，设置有所述的常闭接点34、中间接点36以及常开接点38。若无插头60插入插座20中，则该插头插入感知装置30的中间接点36与该常闭接点34耦接。而当有插头60插入插座20时，会触动该接触件32，使得该中间接点36转而与该常开接点38耦接。使用者即可依据自己本身线路的需求耦接电路于常闭接点34或常开接点38之中。图3B所述，即为将插头60插入插座20中的示意图，使得该接触件32被触动。

图4所示的另一实施例中，公开有关于一开启/关闭控制电路40a与电源输出致能电路50的进一步电路图。其中，前述插头插入感知装置30的运用实施，可以用一轻触开关(TACT Switch)30a的作为代表，也就是以两接点搭配一按压开关的附图符号作为表示，便于清楚描述说明。所述的开启/关闭控制电路40a包括有一致能界面电路42、一电容耦合电源供应电路44、一光耦合开关46、一第一电阻R₁、一第二电阻R₂以及一第一二极管D₁。为方便说明，图4将轻触开关30a被包含在开启/关闭控制电路40a之中。

所述的电容耦合电源供应电路44接收两个电压信号VL及VN，其中VL(LINE Voltage)为一市电电源线中的火线，VN(NEUTRAL Voltage)则为一市电电源线中的中性线。电容耦合电源供应电路44将市电的电源输入以电容耦合后再为电源供应输出，其输出端耦接第二电阻R₂；第二电阻R₂的另一端为节点A，节点A则同时耦接轻触开关30a以及第一二极管D₁的阴极端；轻触开关30a的另一端则通过光耦合开关46而耦接于致能界面电路42；第一二极管D₁的阳极端则耦接第一电阻R₁，第一电阻R₁的另一端则再耦接于一电压接点Vo，所述的电压接点Vo可以为一直流的电压。

电源输出致能电路50中包括有一致能单元52以及一充电电路主控制器54。致能单元52的输入耦接于开启/关闭控制电路40a中的致能界面电路42，致能单元52的输出耦接于充电电路主控制器54。致能单元52主要用以致能充电电路10，而充电电路主控制器54作为充电电路10中控制充电动作的一主要控制器。充电电路主控制器54的输出再耦接于切换开关驱动电路12中。

有关电路运作的程序，则图4中所示光耦合开关46具有接点1、2、3、4。当轻触开关30a被触动而其两接点闭合(close)时(意味着有插头60 插入插座20中)，使得光耦合开关46的接点1、2被启动，再以光耦合方式使得接点3、4启动，此时致能界面电路42的电回路被启动，使致能界面电路42动作。于致能界面电路42动作后启动致能单元52，并进一步致能充电电路主控制器54，再进一步使切换开关驱动电路12执行驱动充电电路10以进行充电的操作。

反之，于轻触开关30a未被触动时(无插头60插入插座20之中)，轻触开关30a的两接点为关闭，使光耦合开关46不动作，使得致能界面电路42的电回路为关闭而无启动，并使致能单元52为关闭而不动作，此时充电电路主控制器54未被致能，故切换开关驱动电路12也被断路而不动作，充电电路10的电源供应为关闭。是以，本发明于无载状态时为不消耗功率，故能有效地减少充电电路10在空载时的能量消耗。

图5所示为一第三实施例，其与第二实施例的差异在于一开启/关闭控制电路40b的内部电路不同于图4的开启/关闭控制电路40a。该开启/关闭控制电路40b中包括一致能界面电路42以及一轻触开关30a。所述的轻触开关30a的一端耦接于致能界面电路42，而轻触开关30a的另一端耦接接地。为方便说明，图5将轻触开关30a标示于开启/关闭控制电路40b之中。

当于轻触开关30a未被触动时(无插头60插入插座20之中)，致能界面电路42的电回路为关闭而无启动，使致能单元52不动作，此时充电电路主控制器54未被致能，故切换开关驱动电路12也被断路而不动作，充电电路10的电源供应为关闭，不消耗电能。反之，当轻触开关30a被触动而闭合(close)时，致能界面电路42电回路被启动而启动致能，使切换开关驱动电路12动作，并使充电电路10进行充电的动作。

图6为一第四实施例，其所不同于第一实施例者，在于所述的开启/关闭控制电路40与电源输出致能电路50被一开启/关闭致能控制电路45以及充电电路主控制器54所取代；更进一步而言，开启/关闭控制电路40与电源输出致能电路50中的致能作用部分被所述的开启/关闭致能控制电路45所取代，而电源输出致能电路50则可简化为单纯的充电电路主控制器54。其中，所述的充电电路主控制器54实际运用上，可以为一充电电路的脉宽调变控制器IC所实施者。

故，图6中插头插入感知装置30的输出耦接于开启/关闭致能控制电路 45，将检测到有插头60插入插座20时，以连动方式或传输一信号至开启/关闭致能控制电路45中，使其产生一开启信号或一关闭信号，以进行充电电路的开启(ON，或称导通、闭合)或是关闭(OFF，或称断路)的动作。该开启/关闭致能控制电路45的输出则耦接至充电电路主控制器54，主要依据该开启信号或是关闭信号的致能控制，进一步执行致能该充电电路10进行充电动作。

当无插头60插入插座20中，插头插入感知装置30无动作，开启/关闭致能控制电路45的输出为关闭(OFF)信号，此时充电电路主控制器54不会被致能，也不会致能该切换开关驱动电路12，而充电电路10无法被驱动，且充电电路10的电源供应路径是被关闭的，也就是充电电路10不消耗电源。

图7为一第五实施例，主要公开有关于一开启/关闭致能控制电路45a的进一步电路图。其中，前述插头插入感知装置30主要以一轻触开关(TACT Switch)30a的符号作为代表。所述的开启/关闭致能控制电路45a包括有一第一电阻R₁、一第一二极管D1以及一第二二极管D₂。为方便说明，将轻触开关30a也包含在开启/关闭致能控制电路45a之中。

所述的第一电阻R₁其一端接收一火线VL或是一中性线VN的电压信号，另一端耦接于第一二极管D₁的阳极端。第一二极管D₁的阴极端为一B节点，B节点耦接于轻触开关30a的一端以及耦接于第二二极管D₂的阴极端。第二二极管D₂的阳极端则耦接一辅助电源V_AUX，该辅助电源V_AUX可为一变压器的绕组所产生的感应电压。所述轻触开关30a的另一端为该开启/关闭致能控制电路45a的输出端，耦接至充电电路主控制器54中，依据该开启或关闭的致能控制，进一步执行致能该充电电路10进行充电动作。

当无插头60插入插座20中，图7的轻触开关30a为关闭的状态，则开启/关闭致能控制电路45a的输出为关闭(OFF)的信号，此时充电电路主控制器54不会被致能，也不会致能该切换开关驱动电路12，而充电电路10无法被驱动，此时充电电路10的电源供应路径是被关闭的，亦即充电电路10不消耗电源。反之，当有插头60插入插座20时，轻触开关30a为闭合，开启/关闭致能控制电路45的输出为开启(ON)的信号，进一步启动充电电路主控制器54，使切换开关驱动电路12动作，开启充电电路10的 电源，使充电电路10进行充电。

图8为一第六实施例，其与图7的差别在于该开启/关闭致能控制电路标号改为45b，于开启/关闭致能控制电路45b中包括有一轻触开关30a以及一连动开关(Linked Switch)30b，轻触开关30a的一端耦接于一高电压V_HV，该高电压V_HV可为一交流的高压或是一直流的高压；轻触开关30a的另一端形成为一高压启动电压V_HVS，同时为开启/关闭致能控制电路45b的一输出端。

所述的连动开关(Linked Switch)30b同样有两接点，主要与轻触开关30a一起连动，当轻触开关30a动作时，连动开关30b同时动作，轻触开关30a为闭合时则连动开关30b亦为闭合，反之亦然。连动开关30b的一端耦接接地，另一端为一电源信号Vcc，所述的电源信号Vcc可以是为一IC的Vcc电源信号。

当无插头60插入插座20时，图8的轻触开关30a为关闭的状态，同时由于连动的关系使得连动开关30b也同时为关闭的状态；开启/关闭致能控制电路45a的输出为关闭(OFF)的信号，此时充电电路主控制器54不被致能，或者视为被关闭的状态，也不会致能该切换开关驱动电路12，充电电路10无法被驱动而不动作，且充电电路10的电源供应路径是被关闭的，也就是充电电路10不消耗电源。反之，当有插头60插入插座20时，轻触开关30a为闭合(ON)，同时连动开关30b也为闭合的状态，则开启/关闭致能控制电路45的输出为开启(ON)的信号，进一步启动充电电路主控制器54动作，致能该切换开关驱动电路12，并开启充电电路10的电源，使充电电路10进行充电。

综上所述，本发明提出一种嵌入式电源供应器的省电装置，用以节省充电器空载时待机的功率消耗，通过插头插入感知装置，当充电器闲置时，由于未感知插头，送出关闭信号而将整个充电器关断，以达到节电的目的，显见本发明案具备申请专利的要件。然，本发明说明内容所述，仅为较佳实施例的举例说明，当不能以的限定本发明所保护的范围，任何局部变动、修正或增加的技术，仍不脱离本发明所保护的范围中。