电子装置及其充电方法与流程

本发明是有关一种充电方法，且特别是有关于一种可动态地调整充电电流及充电电压的充电方法以及使用此充电方法的电子装置。

背景技术：

目前电子装置通常具有两种电源供应方式，一种是由电子装置的电池所提供，另一种则通过外接的电源供应器来对电子装置供电或对电子装置内部的电池充电。当外接的电源供应器对电子装置供电或对其内部的电池充电时，电子装置内部的充电器电路可依据电池的特性规格来对电源供应器所提供的输入电源进行电源转换，以调整对电池进行充电的充电电压及充电电流。然而，充电器电路在进行电源转换时会产生功率消耗而发热，此在轻薄型的电子装置上尤其明显。

除此之外，当外接的电源供应器对电子装置中的电池充电且同时对电子装置中的系统负载供电时，电源供应器所提供的输出电压通常会被限制在电池的定电压规格值。如此的做法虽然可避免电池的端电压过高，但也限制了电源供应器的输出功率。一旦电子装置中的系统负载因运作而有较大的用电需求时，电源供应器的输出功率可能不足以同时供应电池的充电需求及系统负载的用电需求。于上述情况下，电池势必得由充电模式转换为放电模式，以支持系统负载的用电需求，如此将导致电池无法有效充电并造成电池的电量下降。因此，如何改善对电池充电时所产生的热问题，以及改善电源供应器的输出功率受限而不足以同时供应电池的充电需求及系统负载的用电需求的问题，乃是本领域技术人员所面对的重大课题。

技术实现要素：

本发明提供一种电子装置及其充电方法，可降低其电池模块充电时所造成的功率消耗，以及避免电源供应器的输出功率受限，从而导致无法同时满足电池模块的充电需求及电子装置的用电需求的问题。

本发明的电子装置包括传输端口、电池模块、装置主体电路、电源转换电路、开关电路以及控制电路。传输端口用以耦接外部电源装置以接收输入电源。电池模块耦接电源总线。装置主体电路与电池模块并联连接且耦接电源总线。电源转换电路耦接在传输端口与电源总线之间，用以对输入电源进行转换以提供充电电源至电源总线。开关电路耦接在传输端口与电源总线之间，用以将输入电源传输至电源总线以做为充电电源。控制电路耦接传输端口以与外部电源装置通信，且侦测电池模块的电池电压值。当控制电路判断外部电源装置为可程序电源供应器且侦测电池电压值低于参考电压值时，控制电路关闭电源转换电路并导通开关电路，且控制电路调整外部电源装置的设定值以动态地调整输入电源的电压值及电流值。

本发明的电子装置的充电方法包括以下步骤。通过电子装置的传输端口耦接外部电源装置以接收输入电源。通过电子装置的控制电路及传输端口与外部电源装置通信以判断外部电源装置是否为可程序电源供应器，以及通过控制电路侦测并判断电子装置的电池模块的电池电压值是否低于参考电压值。若外部电源装置为可程序电源供应器且电池电压值低于参考电压值，则通过控制电路执行以下步骤：关闭电子装置的电源转换电路；导通电子装置的开关电路以传输输入电源至电池模块及电子装置的装置主体电路；以及调整外部电源装置的设定值以动态地调整输入电源的电压值及电流值，以对电池模块充电及对装置主体电路供电。

基于上述，在本发明所提出的电子装置及其充电方法中，当外部电源装置为可程序电源供应器且电池电压值低于参考电压值时，控制电路可动态地调整输入电源的电压值及电流值，以避免外部电源装置的输出功率受限。如此一来，不仅可同时满足电池模块的充电需求及装置主体电路的用电需求，还可达到对电池模块快速充电的目的。除此之外，输入电源通过导通状态的开关电路被传送至电源总线，以做为充电电源来对电池模块充电及对装置主体电路供电，基于开关电路导通时的功率消耗较低，且电源转换电路为关闭状态，故可有效降低电子装置的整体功率消耗，以改善电池模块充电时的所产生的热问题。

有关本发明的其它功效及实施例的详细内容，配合附图说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是依照本发明一实施例所绘示的电子装置的电路方块示意图；

图2是依照本发明一实施例所绘示的电子装置的控制电路的电路方块示意图；

图3为依照本发明一实施例所绘示的电子装置的充电方法的步骤流程图；

图4绘示图3的步骤s335的细节步骤流程图；

图5绘示图4的步骤s424的细节步骤流程图。

符号说明

100：电子装置101：传输端口

102：电池模块103：装置主体电路

104：电源转换电路105：开关电路

106：控制电路210：电力供应控制器

220：处理电路230：比较器

900：外部电源装置crs：比较结果

cs：控制信号ib：电池电流值

ifo：信息pbus：电源总线

pi：输入电源pph：电力传输路径

pw：充电电源ss：开关信号

s310、s320、s330、s335、s340、s345、s410、s420、s422、s424、s510、s520、s521、s5210、s5212、s5214、s5216、s525、s5250、s5252、s5254、s5256、s530、s535：电子装置的充电方法步骤

vb：电池电压值vref：参考电压值

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件，是代表相同或类似部件。

以下请参照图1，图1是依照本发明一实施例所绘示的电子装置的电路方块示意图。电子装置100可包括传输端口101、电池模块102、装置主体电路103、电源转换电路104、开关电路105以及控制电路106，但本发明并不以此为限。传输端口101用以耦接外部电源装置900以接收输入电源pi。装置主体电路103与电池模块102并联连接且耦接电源总线pbus。电源转换电路104耦接在传输端口101与电源总线pbus之间。电源转换电路104受控于控制信号cs以对输入电源pi进行转换，并据以提供充电电源pw至电源总线pbus。开关电路105耦接在传输端口101与电源总线pbus之间。开关电路105可用以做为传输端口101与电源总线pbus之间的旁通路径。开关电路105可受控于开关信号ss以将输入电源pi传输至电源总线pbus以做为充电电源pw。

控制电路106耦接传输端口101、电池模块102、电源转换电路104、开关电路105以及电池模块102。控制电路106可通过传输端口101与外部电源装置900通信，并判断外部电源装置900是否为可程序电源供应器(programmablepowersupplier)，其中可程序电源供应器的输出电压及输出电流为可调整的，且可符合usb3.1的电力供应(powerdelivery)规范，但不限于此。除此之外，控制电路106可侦测电池模块102的电池电压值vb，并判断电池电压值vb是否低于参考电压值vref，其中参考电压值vref可依据实际应用或设计需求而定。一般来说，倘若电池电压值vb低于参考电压值vref，可表示电池模块102为未充饱状态。

当控制电路106判断外部电源装置900为可程序电源供应器且判断电池电压值vb低于参考电压值vref时，控制电路106将进行快速充电模式。于快速充电模式下，控制电路106产生控制信号cs以关闭电源转换电路104并产生开关信号ss以导通开关电路105，且控制电路106可调整外部电源装置900的设定值以动态地调整输入电源pi的电压值及电流值。

可以理解的是，于快速充电模式下，控制电路106可动态地调整输入电源pi的电压值及电流值，以避免外部电源装置900的输出功率受限。如此一来，不仅可同时满足电池模块102的充电需求及装置主体电路103的用电需求，还可达到对电池模块102进行快速充电的目的。除此之外，于快速充电模式下，输入电源pi通过导通状态的开关电路105被传送至电源总线pbus，以做为充电电源pw来对电池模块102充电及对装置主体电路103供电，基于开关电路105导通时的功率消耗较低，且电源转换电路104为关闭状态，故可有效降低电子装置100的整体功率消耗，以改善对电池模块102充电时所产生的热问题。

在本发明的一实施例中，电子装置100还可包括输入开关电路(未绘示)。此输入开关电路可设置在传输端口101与电源转换电路104及开关电路105之间的电力传输路径pph上。当控制电路106通过传输端口101侦测到外部电源装置900插接传输端口101时，控制电路106可导通此输入开关电路，致使此输入开关电路可将输入电源pi传输至电源转换电路104及开关电路105。相对地，当控制电路106通过传输端口101未侦测到外部电源装置900插接至传输端口101时，控制电路106可断开此输入开关电路。

在本发明的一实施例中，电子装置100还可包括电流侦测电路(未绘示)。此电流侦测电路可设置在传输端口101与电源转换电路104及开关电路105之间的电力传输路径pph上。此电流侦测电路可侦测输入电源pi的电流值，并据以产生侦测结果至控制电路106。控制电路106可根据前述侦测结果来调整外部电源装置900的设定值，从而调整输入电源pi的电压值及电流值，稍后会再详细说明。

在本发明的一实施例中，电子装置100可例如是支持usb3.1电力供应规范的笔记型计算机、平板计算机、个人数字助理、智能型手机或数字音乐播放器等等的电器设备，而装置主体电路103则可例如是上述笔记型计算机、平板计算机、个人数字助理、智能型手机或数字音乐播放器中的装置主体电路，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，传输端口101可例如是c型通用序列总线(type-cusb)端口、小型通用序列总线(miniusb)端口、微型通用序列总线(microusb)端口以及变压器电源端口等，但本发明并不限于此。

在本发明的一实施例中，电池模块102可为单一电池(或电池组件)或是包含多个电池(或电池组件)的模块。除此之外，电池模块102可例如是镍锌电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池或是磷酸锂铁之类的可充电电池模块，但本发明不限于此。

在本发明的一实施例中，电源转换电路104可为直流至直流转换电路(例如升压电路或降压电路等等)，但本发明并不以此为限，其端视实际应用或设计需求而定。在本发明的一实施例中，开关电路105可采用功率晶体管来实现，但本发明并不以此为限。

在本发明的一实施例中，控制电路106可以是硬件、韧体或是储存在内存而由微处理器或是数字信号处理器所加载执行的软件或机器可执行的程序代码。若是采用硬件来实现，则控制电路106可以是由单一整合电路芯片所达成，也可以由多个电路芯片所完成，但本发明并不以此为限。上述多个电路芯片或单一整合电路芯片可采用特殊功能集成电路(asic)或可程序化逻辑门阵列(fpga)来实现。而上述内存可以是例如随机存取内存、只读存储器或是闪存等等。

在本发明的另一实施例中，如图2所示，控制电路106可包括电力供应控制器(powerdeliverycontroller，或谓pdcontroller)210、处理电路220以及比较器230。电力供应控制器210耦接传输端口101以与外部电源装置900通信以取得外部电源装置900的信息ifo。比较器230耦接电池模块102以侦测电池模块102的电池电压值vb，并将电池电压值vb与参考电压值vref进行比较以产生一比较结果crs。处理电路220为控制电路106的运作核心。处理电路220耦接在电力供应控制器210与比较器230之间以接收外部电源装置900的信息ifo及比较结果crs。处理电路220可根据信息ifo判断外部电源装置900是否为可程序电源供应器，可根据比较结果crs判断电池电压值vb是否低于参考电压值vref，并据以控制电源转换电路104及开关电路105的运作，以及通过电力供应控制器210来调整外部电源装置900的设定值。

在本发明的一实施例中，电力供应控制器210可采用现有的usb电力供应控制器来实现，而处理电路220可采用微控制器(micro-controller)来实现，但本发明并不以此为限。

以下将搭配图3的步骤流程更进一步的说明本发明实施例的电子装置的充电方法，其中，图3为依照本发明一实施例所绘示的电子装置的充电方法的步骤流程图。

请合并参照图1与图3，在本发明实施例的电子装置的充电方法中，首先，可通过电子装置100的传输端口101耦接外部电源装置900以接收输入电源pi，如步骤s310所示。接着，可通过控制电路106及传输端口101与外部电源装置900通信以判断外部电源装置900是否为可程序电源供应器，以及通过控制电路106侦测并判断电池模块102的电池电压值vb是否低于参考电压值vref，如步骤s320所示。

若步骤s320的判断结果为否，亦即外部电源装置900不为可程序电源供应器，或者是电池电压值vb高于或等于参考电压值vref，则执行步骤s340，其中控制电路106进行正常充电模式。于步骤s340中，控制电路106关断开关电路105并开启电源转换电路104，致使电源转换电路104将输入电源pi转换为充电电源pw以对电池模块102充电及对装置主体电路103供电。接着，于步骤s345中，可由控制电路106根据电池模块102的定电压规格值及定电流规格值来设定电源转换电路104，以调整充电电源pw的电压值及电流值。详细来说，倘若外部电源装置900不为可程序电源供应器，表示输入电源pi的电压值及电流值是无法调整的，故须由电源转换电路104来对输入电源pi进行转换以产生符合电池模块102充电所需的充电电源pw。另外，倘若电池电压值vb高于或等于参考电压值vref，表示电池模块102即将被充饱，故须精确地控制电池模块102的电压，以避免电池模块102发生过电压的状况。一般来说，外部电源装置900的电压控制精度通常较电源转换电路104的电压控制精度低，故在电池模块102即将被充饱的情况下，可由电源转换电路104来对输入电源pi进行转换以精确地控制充电电源pw的电压值。

另一方面，若步骤s320的判断结果为是，则进入步骤s330，控制电路106进行快速充电模式。于步骤s330中，可通过控制电路106执行以下步骤：关闭电源转换电路104；以及导通开关电路105，以将输入电源pi传输至电池模块102及装置主体电路103。接着，于步骤s335中，可通过控制电路106调整外部电源装置900的设定值，以动态地调整输入电源pi的电压值及电流值，从而对电池模块102充电及对装置主体电路103供电。关于步骤s310-s330的细节可参考上述图1的相关说明，在此不再赘述。以下将针对步骤s335的细节进行说明。

以下请合并参照图1、图3及图4，图4绘示图3的步骤s335的细节步骤流程图。在此详述步骤s335中的细节步骤。于步骤s410中，可通过控制电路106读取电池模块102的定电压规格值及定电流规格值，其中电池模块102的定电压规格值与电池模块102中的电池数量相关联。举例来说，倘若电池模块102包括五颗串接的电池，且各电池的定电压规格值为4.2伏特，则电池模块102的定电压规格值则为21伏特。接着，于步骤s420中，可通过控制电路106根据电池模块102的定电压规格值与定电流规格值以及装置主体电路103的状态来调整外部电源装置900的设定值，以动态地调整输入电源pi的电压值及电流值。在此详述步骤s420中的细节步骤。于步骤s422中，可通过控制电路106设定输入电源pi的电压值及电流值分别为电池模块102的定电压规格值及定电流规格值。接着，于步骤s424中，通过控制电路106判断装置主体电路103的状态是否为开机状态，并据以调整输入电源pi的电压值及电流值。

以下请合并参照图1、图4及图5，图5绘示图4的步骤s424的细节步骤流程图。在此详述步骤s424中的细节步骤。如步骤s510所示，控制电路106可判断装置主体电路103的状态是否为开机状态。若步骤s510的判断结果为是，亦即装置主体电路103的状态为开机状态，则控制电路106可侦测电池模块102的电池电流值ib以判断电池模块102的状态。详言之，控制电路106可根据电池电流值ib来判断电池模块102是否为放电状态，如步骤s520所示，其中电池电流值ib小于零表示电池模块102为放电状态，但不限于此。接着，控制电路106可根据电池模块102的状态来调整输入电源pi的电压值及电流值。

详细来说，若步骤s520的判断结果为是，亦即电池模块102为放电状态(即电池电流值ib小于零)，表示此时的装置主体电路103的用电需求大，致使外部电源装置900的输出功率不足以同时供应电池模块102的充电需求及装置主体电路103的用电需求，从而导致电池模块102为放电模式以支持装置主体电路103的用电需求。因此，控制电路106可调整外部电源装置900的设定值以调升输入电源pi的电压值及电流值至少其中之一，从而提高输入电源pi的功率值，如步骤s521所示。之后，再回到步骤s510，以重新判断装置主体电路103的状态是否为开机状态。

以下详述步骤s521中的细节步骤。首先，于步骤s5210中，可侦测输入电源pi的电流值，例如可通过先前所述的电流侦测电路来侦测输入电源pi的电流值。接着，于步骤s5212中，可将输入电源pi的电流值与临界值ith进行比较，以判断输入电源pi的电流值是否大于或等于临界值ith，其中临界值ith可例如是usb3.1的电力供应规范中的最大电流值或是外部电源装置900所能提供的最大电流值，但本发明不限于此。若步骤s5212的判断结果为是，表示输入电源pi的电流值已达上限，故控制电路可将输入电源pi的电压值调升一预设电压值，从而提高输入电源pi的功率值，如步骤s5214以及下列式(1)所示，其中vpi’表示调升后的输入电源pi的电压值，vpi表示调升前的输入电源pi的电压值，且vdf表示上述的预设电压值。之后，回到步骤s510以重新判断装置主体电路103的状态是否为开机状态。

vpi’＝vpi+vdf式(1)

若步骤s5212的判断结果为否，控制电路可将输入电源pi的电流值调升，且调升的幅度为电池电流值ib的绝对值，从而提高输入电源pi的功率值，如步骤s5216以及下列式(2)所示，其中ipi’表示调升后的输入电源pi的电流值，ipi表示调升前的输入电源pi的电流值。之后，回到步骤s510以重新判断装置主体电路103的状态是否为开机状态。

ipi’＝ipi+|ib|式(2)

另一方面，若步骤s520的判断结果为否，亦即电池模块102不为放电状态(电池电流值ib大于或等于零)，表示此时的装置主体电路103的用电需求小，外部电源装置900的输出功率可能足以同时供应电池模块102的充电需求及装置主体电路103的用电需求，因此控制电路106可依据电池电流值ib与电池模块102的定电流规格值的之间的大小关系来决定是否调整输入电源pi的电压值或电流值，如步骤s525所示。

以下详述步骤s525中的细节步骤。首先，于步骤s5250中，判断电池电流值ib是否大于电池模块102的定电流规格值。若步骤s5250的判断结果为否，则回到步骤s510以重新判断装置主体电路103的状态是否为开机状态。若步骤s5250的判断结果为是，表示电池模块102为充电状态且外部电源装置900的输出功率超出电池模块102的充电需求，故控制电路106将调降输入电源pi的功率值。首先，于步骤s5252中，控制电路106可先将输入电源pi的电压值调整为电池模块102的定电压规格值，以调整外部电源装置900的输出功率。接着，控制电路106可再次侦测电池电流值ib是否仍大于电池模块102的定电流规格值，如步骤s5254所示。若步骤s5254的判断结果为否，则回到步骤s510以重新判断装置主体电路103的状态是否为开机状态。若步骤s5254的判断结果为是，表示外部电源装置900的输出功率仍超出电池模块102的充电需求，故控制电路106可计算电池电流值ib与电池模块102的定电流规格值之间的电流差值，并据以调降输入电源pi的电流值，其中输入电源pi的电流值被调降的幅度为上述电流差值，如步骤s5256所示。在步骤s5256之后，则回到步骤s510以重新判断装置主体电路103的状态是否为开机状态。

另一方面，若步骤s510的判断结果为否，亦即装置主体电路103的状态为关机状态，则控制电路106可侦测电池模块102的电池电压值vb是否低于参考电压值vref，如步骤s530所示。若步骤s530的判断结果为是，表示电池模块102为未充饱状态，故回到步骤s422，可通过控制电路106设定输入电源pi的电压值及电流值分别为电池模块102的定电压规格值及定电流规格值，以对电池模块102进行快速充电(亦即控制电路106执行快速充电模式)。若步骤s530的判断结果为否，则执行步骤s535，此时控制电路106将终止快速充电模式。于步骤s535中，控制电路106关断开关电路105，根据装置主体电路103的预设用电需求来设定外部电源装置900的设定值，并开启电源转换电路104，致使电源转换电路104可对输入电源pi进行转换以对电池模块102充电，其中装置主体电路103的预设用电需求可依据实际应用或设计需求而定。

综上所述，在本发明实施例所提出的电子装置及其充电方法中，于快速充电模式下，控制电路可动态地调整输入电源的电压值及电流值，以避免外部电源装置的输出功率受限。如此一来，不仅可同时满足电池模块的充电需求及装置主体电路的用电需求，还可达到对电池模块快速充电的目的。除此之外，于快速充电模式下，输入电源通过导通状态的开关电路被传送至电源总线，以做为充电电源来对电池模块充电及对装置主体电路供电，基于开关电路导通时的功率消耗较低，且电源转换电路为关闭状态，故可有效降低电子装置的整体功率消耗，以改善电池模块充电时的所产生的热问题。

以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修改为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。