本发明涉及一种充电电路，特别是指一种整合直接充电模式与切换式充电模式的电容式电源转换电路。本发明也涉及用于充电电路的电源转换电路。
背景技术：
图1揭示一种现有技术的充电电路(充电电路1)，其包含一切换式转换电路60，在充电模式下，可将电源适配器11所提供的电源(例如但不限于usbpd的5v或9v或12v的vbus)转换为充电电流ichg，而对电池50进行充电。
图1中所示的现有技术的缺点在于，由于采用两级电源转换(电源适配器11以及切换式转换电路60)，因而电源转换效率会较低，此外，在例如智能型手机等小尺寸的应用中，特别在相对较大的恒定充电电流ichg需求下(例如大于3a)，切换式充电电路60的操作温度可能会太高，因此仅能以较小的恒定充电电流ichg(例如小于3a)进行充电，因而无法有效缩短充电时间。
图2揭示另一种现有技术的充电电路(充电电路2)，其与充电电路1类似，充电电路2还包含一负载开关40(loadswitch)，其中在需要较大充电电流的充电阶段中，以直接充电的模式，使具有直接充电能力的电源适配器12可直接提供一恒定的直流电流idc经由一缆线20(例如usb缆线)以及负载开关40对电池50进行恒定电流(cc,constantcurrent)充电，其中直流电流idc与充电电流ichg大致上相等。充电电路2在直接充电模式下，由于仅有单级的电源转换(电源适配器12)，因而其电源转换效率较高，且在例如智能型手机等小尺寸的应用中，可以相对较大的恒定充电电流(例如大于3a)对电池进行充电，因而可有效缩短充电时间，且仍不致造成智能型手机等行动装置的操作温度过高。而在其他充电阶段中，则由切换式充电电路60转换电源适配器12所提供的电源(例如但不限于usbpd的5v或9v或12v的vbus)而对电池50进行预充电或是恒定电压充电等。
然而图2中所示的现有技术的缺点在于，一般而言，切换式充电电路60与负载开关40分别各为独立的集成电路(integratedcircuit)，因此充电电路2的控制较为复杂，且成本较高。
本发明相较于图1的现有技术，其优点在于同时具有直接充电路径与切换式电源转换充电路径，可以相对较大的电流进行充电，因此可大幅所短充电时间，且不致造成智能型手机等行动装置的操作温度过高。而本发明相较于图2的现有技术而言，可将如前述的切换式充电电路与负载开关整合于一集成电路(或一集成电路封装)中，具有易于控制、缩小尺寸、以及降低成本等优点。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种充电电路及其电源转换电路，可以同时具有直接充电路径与切换式电源转换充电路径，可以相对较大的电流进行充电，因此可大幅所短充电时间，且不致造成智能型手机等行动装置的操作温度过高；另外，还可将如前述的切换式充电电路与负载开关整合于一集成电路(或一集成电路封装)中，达到具有易于控制、缩小尺寸、以及降低成本等优点。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种充电电路，用以将一输入电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；该充电电路包含：一电源发送单元，用以将该输入电源转换为一直流电源，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流；一电源转换电路，包括：一转换开关电路，与一电感器耦接，包括至少一转换开关；一前级开关，耦接于该直流电源与一中介节点之间，用以导通该直流电源而于该中介节点上产生一中介电源，其中该中介电源包括一中介电压以及一中介电流；一直接充电开关，耦接于该中介节点与一充电节点间；以及一控制电路，用以产生一前级开关控制讯号、一直接充电开关控制讯号以及一转换开关控制讯号，分别用于控制该前级开关、该直接充电开关以及该转换开关；其中于一切换式充电模式下，该控制电路控制该前级开关导通、该直接充电开关不导通、且切换该转换开关以转换该中介电源于该充电节点上产生该充电电源；其中于一直接充电模式下，该控制电路控制该前级开关与该直接充电开关导通，使该直流电源于该充电节点上产生该充电电源。
在一较佳实施例中，该转换开关、该前级开关、以及该直接充电开关分别各具有一本体二极管(bodydiode)，该前级开关的本体二极管与该转换开关的本体二极管反向耦接，且该前级开关的本体二极管与该直接充电开关的本体二极管反向耦接，用以阻断该转换开关或该直接充电开关的本体二极管的一寄生本体电流(parasiticbodycurrent)。
在一较佳实施例中，于该直接充电模式下，该电源发送单元根据一直流电流相关讯号而调节该直流电流于一预设的直流电流位准，及/或根据一直流电压相关讯号而调节该直流电压于一默认的直流电压位准。
在一较佳实施例中，该前级开关用于感测该直流电流而产生该直流电流相关讯号。
在一较佳实施例中，该充电电路还包含一缆线及/或一连接器，耦接于该电源发送单元与该前级开关之间，其中该缆线及/或该连接器符合通用串行总线规范或通用串行总线供电规范(usb或usbpd)的缆线及/或连接器，该缆线及/或该连接器包括一电源部与一讯号部，其中该电源部用以耦接该直流电源，该讯号部用以传送该直流电流相关讯号及/或该直流电压相关讯号及/或该充电电流相关讯号及/或该充电电压相关讯号。
在一较佳实施例中，该前级开关及/或该直接充电开关更用于以下保护操作的至少之一：(1)直流电压过高电压保护(2)直流电流及/或中介电流及/或充电电流的过高电流保护(3)直流电源断线(plug-out)保护。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明也提供了一种电源转换电路，用于一充电电路中，该充电电路用以将一输入电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；该充电电路包含：一电源发送单元，用以将该输入电源转换为一直流电源，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流；该电源转换电路包含：一转换开关电路，与一电感器耦接，包括至少一转换开关；一前级开关，耦接于该直流电源与一中介节点之间，用以导通该直流电源而于该中介节点上产生一中介电源，其中该中介电源包括一中介电压以及一中介电流；一直接充电开关，耦接于该中介节点与一充电节点间；以及一控制电路，用以产生一前级开关控制讯号、一直接充电开关控制讯号以及一转换开关控制讯号，分别用于控制该前级开关、该直接充电开关以及该转换开关；其中于一切换式充电模式下，该控制电路控制该前级开关导通、该直接充电开关不导通、且切换该转换开关以转换该中介电源于该充电节点上产生该充电电源；其中于一直接充电模式下，该控制电路控制该前级开关与该直接充电开关导通，使该直流电源于该充电节点上产生该充电电源。
为达上述目的，就另一个观点言，本发明也提供了一种电源转换电路，用于一充电电路中，该充电电路用以将一输入电源转换为一充电电源而对一电池充电，其中该充电电源包括一充电电压以及一充电电流；该充电电路包含：一电源发送单元，用以将该输入电源转换为一直流电源，其中该直流电源包括一直流电压以及一直流电流；以及一直接充电开关，耦接于一中介节点与一充电节点间；该电源转换电路包含：一转换开关电路，与一电感器耦接，包括至少一转换开关；一前级开关，耦接于该直流电源与该中介节点之间，用以导通该直流电源而于该中介节点上产生一中介电源，其中该中介电源包括一中介电压以及一中介电流；以及一控制电路，用以产生一前级开关控制讯号、一直接充电开关控制讯号以及一转换开关控制讯号，分别用于控制该前级开关、该直接充电开关以及该转换开关；其中于一切换式充电模式下，该控制电路控制该前级开关导通、该直接充电开关不导通、且切换该转换开关以转换该中介电源于该充电节点上产生该充电电源；其中于一直接充电模式下，该控制电路控制该前级开关与该直接充电开关导通，使该直流电源于该充电节点上产生该充电电源。
在一较佳实施例中，该电源转换电路还整合于一集成电路中或封入于一集成电路封装中。
以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1显示一种现有技术的充电电路的示意图；
图2显示一种现有技术的充电电路的示意图；
图3显示本发明的充电电路的一实施例的示意图；
图4显示本发明的充电电路的一实施例的示意图；
图5显示对应图3或图4的模拟波形示意图。
具体实施方式
请参阅图3，图中所示为本发明的充电电路的一种实施例(充电电路3)的示意图，充电电路3用以将一输入电源(未示出)转换为一充电电源而对一电池50充电，其中该充电电源包括一充电电压vchg以及一充电电流ichg；充电电路3包含：一电源发送单元10以及一电源转换电路30。
电源发送单元10用以将该输入电源转换为一直流电源，其中直流电源包括一直流电压vdc以及一直流电流idc；所述电源发送单元10可例如为一电源适配器，将交流形式的输入电源转换为前述的直流电源，或可为一直流直流转换电路，将来自例如行动电源(powerbank)的输入电源转换为前述的直流电源；
电源转换电路30包括一转换开关电路31、一前级开关sp、一直接充电开关sd，以及一控制电路32；转换开关电路31与一电感器l耦接，包括至少一转换开关(例如但不限于图中的转换开关s1与s2)，其中该转换开关具有一本体二极管(bodydiode，例如但不限于图中的转换开关s1与s2的本体二极管db1与db2)；前级开关sp耦接于直流电源与中介节点mid之间，用以导通直流电源而于中介节点mid上产生一中介电源，其中中介电源包括一中介电压vmid以及一中介电流imid，前级开关sp具有一本体二极管(例如图中的本体二极管dbp)；直接充电开关sd耦接于一中介节点mid与一充电节点chg间，其具有一本体二极管(例如图中的本体二极管dbd)；其中本体二极管(bodydiode)指例如在金氧半晶体管中，基体(bulk)与源极(source)或汲极(drain)之间所形成的寄生二极管。
控制电路32用以产生一前级开关控制讯号vcp、一直接充电开关控制讯号vcd以及一转换开关控制讯号vcs，分别用于控制前级开关sp、直接充电开关sd以及转换开关(s1与s2)。
充电电路3于一切换式充电模式下，控制电路32控制前级开关sp导通、直接充电开关sd不导通、且根据一充电电压相关讯号及/或一充电电流相关讯号而切换转换开关s1与s2以转换中介电源于充电节点chg上产生充电电源，使得充电电压vchg调节于一默认的充电电压位准及/或使得充电电流ichg调节于一预设的充电电流位准。
此外，于一直接充电模式下，电源发送单元10根据一直流电流相关讯号而调节直流电流idc于一预设的直流电流位准，及/或根据一直流电压相关讯号而调节直流电压vdc于一默认的直流电压位准，控制电路32控制前级开关sp与直接充电开关sd导通该直流电源而于充电节点chg上产生该充电电源。
需说明的是，前述的转换开关电路31并不限于图中所示的切换式降压型(buck)转换开关电路，其亦可以为其他形式的转换开关电路，例如但不限于升压型(boost)或升降压型(buck-boost)的切换式转换开关电路。
请继续参阅图3，本实施例中，本发明的充电电路3可将电源转换电路30整合于例如一集成电路或封入于一集成电路封装中，因而可同时达成直接充电以及切换式电源转换充电，具有易于控制且可缩小尺寸及降低成本等优点。
值得注意的是，在一实施例中，直接充电开关sd可不整合于前述的集成电路或集成电路封装中。请参阅图4，图中所示为本发明的充电电路的另一种实施例(充电电路4)的示意图，本实施例中，电源转换电路30’未整合直接充电开关sd，在以集成电路实现电源转换电路的情况下，电源转换电路30’可包含脚位p1与p2，分别用于耦接直接充电开关sd的电流流入端与中介节点mid，以及耦接直接充电开关sd的控制端与直接充电开关控制讯号vcd，仍可达成前述的各种充电模式。
在例如直流电压vdc相对较低而充电电压vchg(亦即电池电压相对较高)等条件下，即使在前述各开关皆为不导通下，仍可能造成流经包括前述各开关的本体二极管的寄生本体电流(parasiticbodycurrent)，或称为反向电流(reversecurrent，指与充电电流方向相反)；请继续参阅图3与图4，为了防止所述的寄生本体电流，在一实施例中，前级开关sp的本体二极管dbp与转换开关(s1或s2)的本体二极管(db1或db2)为反向耦接，且前级开关sp的本体二极管dbp与直接充电开关sd的本体二极管dbd亦为反向耦接，用以阻断该转换开关或该直接充电开关的本体二极管(db1、db2与dbd)的寄生本体电流。需说明的是，前述阻断寄生本体电流的方式，并不限于各开关之间的本体二极管的反向耦接，在一实施例中，转换开关电路可包含如功率二极管等功率元件，其亦可以与前级开关sp的本体二极管为反相耦接，而阻断寄生本体电流；简言之，只要在切换式充电模式的充电电流路径中，具有一对以上的本体二极管或本体二极管与功率二极管为反相耦接，而阻断寄生本体电流，即符合本发明的精神。
请继续参阅图3与图4，在一实施例中，前级开关sp可用于感测直流电流idc而产生前述的直流电流相关讯号，以作为前述调节直流电流的依据；而在一实施例中，亦可用以作为切换转换开关而调节充电电压或充电电流的依据。
请继续参阅图3与图4，在一实施例中，充电电路3或4，还可包含一缆线20及/或一连接器70，耦接于电源发送单元10与前级开关sp之间，其中该缆线20与该连接器70符合通用串行总线规范或通用串行总线供电规范(usb或usbpd)的缆线与连接器，缆线20及/或连接器70包括一电源部与一讯号部，其中该电源部用以耦接该直流电源，该讯号部则可用以传送该直流电流相关讯号，及/或该直流电压相关讯号，及/或该充电电流相关讯号，及/或该充电电压相关讯号；需说明的是，所述的电源部指如图中所示，缆线20所包含的电源线21或连接器70所包含的电源接点71，而所述的讯号部指如图中所示，缆线20所包含的讯号线22或连接器70所包含的讯号接点72。
图5显示对应图3与图4的模拟波形示意图，请同时参阅图3、图4与图5，图5显示一电池(例如前述实施例的电池50)的完整充电阶段，其中在t2至t3之间的预充电阶段，本发明的充电电路3或4可对电池50以前述的切换式充电模式，进行相对较小电流的恒定电流充电(例如涓滴充电)，如图所示，其中直流电压vdc(如图中上半部的实线)调节为5v，而如图3与图4中的转换开关电路31则转换直流电压vdc而产生充电电流ichg(如图中下半部的虚线)，且将其调节至例如约为1a，以对电池50进行恒定电流预充电，此时前级开关sp导通、直接充电开关sd不导通。
请继续参阅图5，在t3至t7之间的恒定电流充电阶段，电源发送单元10可将直流电流idc(如图中下半部的实线)调节为恒定电流，以直接充电模式对电池50进行充电，如图所示，在一较佳实施例中，电源发送单元10可将直流电流idc在数个次时段中(t3-t4-t5-t6-t7)调节为数个阶段的恒定电流(例如对应图中的5a、4a、3a与2a)，此时前级开关sp与直接充电开关sd皆为导通，而转换开关电路31不进行电源转换，充电电流ichg则大致上约等于直流电流idc。
请继续参阅图5，在t7之后的恒定电压充电阶段，充电电路5对电池50进行前述的恒定电压充电，如图所示，本实施例中，电源发送单元10将直流电压vdc调节为5v，而如图3与图4中的转换开关电路31则转换直流电压vdc而产生充电电压vchg(如图中上半部的虚线)，且将其调节为例如4.2v，以对电池50进行恒定电压充电，其中电流ichg为自然递减。而充电终止阶段(endofcharge，未示出)与预充电类似，在此不予赘述。
此外，在一实施例中，前述的前级开关sp及/或直接充电开关sd更可用于以下保护操作的至少之一：(1)直流电压过高电压保护，用以根据直流电压相关讯号，在直流电压vdc高于一过高电压阈值时，可例如将前级开关sp及/或该直接充电开关sd控制为不导通，以保护电池50以及后级电路。(2)直流电流及/或中介电流及/或充电电流的过高电流保护，用以根据直流电流相关讯号及/或中介电流相关讯号及/或充电电流相关讯号，在前述各电流高于各自的过高电流阈值时，可例如将前级开关sp及/或该直接充电开关sd控制为不导通，或进行线性控制而限制电流，以保护电池50以及后级电路。(3)直流电源断线(plug-out)保护，用以例如根据直流电压相关讯号及/或直流电流相关讯号，侦测例如电源发送单元10未连接(即断线，plug-out)或未送电的情况时，可例如将前级开关sp及/或该直接充电开关sd控制为不导通，以保护电池50以及后级电路。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，亦可以组合应用。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化以及各种组合，举例而言，在转换开关电路与电池之间可包含一系统开关，可用以将系统电压(用于供应后级电路)与充电电源进一步分离；又例如该系统开关亦可进行线性调节。又例如，前述实施例中的本体二极管电流方向的安排，仅为举例而非限制，只要符合前述反向耦接的关系，即符合本发明的精神。又例如，前述的电源转换电路，亦可以是一线性电源转换电路，其充电路径与直接充电路径共享前级开关，即符合本发明的精神。又例如，本发明所称“根据某讯号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该讯号的本身，亦包含于必要时，将该讯号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的讯号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。