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TWI384721B - 充電器及具有該充電器的可攜式裝置 - Google Patents

充電器及具有該充電器的可攜式裝置 Download PDF

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TWI384721B
TWI384721B TW98127850A TW98127850A TWI384721B TW I384721 B TWI384721 B TW I384721B TW 98127850 A TW98127850 A TW 98127850A TW 98127850 A TW98127850 A TW 98127850A TW I384721 B TWI384721 B TW I384721B
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transistor
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gate
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李立薇
龔能輝
朱冠任
邢瀠心
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立錡科技股份有限公司
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    • H02J7/933—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

充電器及具有該充電器的可攜式裝置
本發明係有關一種充電器，特別是關於一種用於可攜式裝置的充電器。
目前的可攜式裝置，例如手機、數位相機、MP3播放器等，其充電器的介面被整合到通用序列匯排流(Universal Serial Bus;USB)的介面，因此，充電器的轉接器(adapter)與USB二者使用同一連接器的電源輸入接腳(pin)。如圖1所示，如果是USB插入(plug-in)可攜式裝置10，則可攜式裝置10可與主機或集線器12透過資料接腳D+及D-互傳資料。如圖2所示，如果是轉接器14插入可攜式裝置10，則可攜式裝置10只是對電池充電。此外，當插入轉接器時，充電電流可以設定高達1A；當插入USB時，充電電流被限制在500mA以下。因此，良好的偵測電源輸入型態的方法是很重要的。
依照現行的USB規範，如圖1所示，當可攜式裝置10連接主機或集線器12時，主控側(master)的資料接腳D+和D-各有15kΩ的下拉電阻RDAT_DWN_15K 。參照圖2，當可攜式裝置10連接轉接器14時，資料接腳D+和D-被短路。因此，目前常見的USB偵測係在可攜式裝置10的資料接腳D+和D-分別掛上125kΩ的上拉電阻RDP_UP_DET 和375kΩ的下拉電阻RDM_DWN_DET ，再藉由偵測資料接腳D+和D-的電壓準位判斷電源輸入型態。如圖1所示，當USB插入時，資料接腳D+的電壓為VDD×[15k/(125k+15k)]，上拉電阻RDP_UP_DET 連接的供應電壓VDD一般為4V，所以資料接腳D+的電壓約為0.4V，視為低準位，而資料接腳D-的電壓接近0。如圖2所示，當轉接器14插入時，資料接腳D+和D-的電壓都是VDD×[125k/(125k+375k)]，約為3V，為高準位。因此，資料接腳D+和D-的電壓準位可以用來判斷可攜式裝置10的電源輸入型態。
然而，這種偵測需增加大電阻RDP_UP_DET 和RDM_DWN_DET ，且電壓VDD由可攜式裝置10提供，對可攜式裝置10的電池造成負擔，在電池電量不足時亦容易誤判。
本發明的目的之一，在於提出一種充電器及具有該充電器的可攜式裝置。
根據本發明，一種充電器連接一資料接腳以及連接在一電源輸入接腳及USB收發器之間，在一偵測期間偵測該資料接腳上的有效電阻值，據以調控一充電電流。該充電器決定該充電電流的設定值，其在偵測到USB插入時小於在偵測到轉接器插入時。在偵測到USB插入時，該充電器供應電力給該USB收發器或致能該USB收發器。
根據本發明，一種控制方法用來調控一充電電流，該控制方法包括在一偵測期間偵測一資料接腳上的有效電阻值，據以判斷USB或轉接器插入。若為USB插入，則設定該充電電流具有第一設定值，並提供電壓或致能訊號給USB收發器；若為轉接器插入，則設定該充電電流具有第二設定值，其大於該第一設定值。
圖3及圖4係根據本發明之可攜式裝置16分別連接主機或集線器12及轉接器14的示意圖。參照圖3，當USB插入可攜式裝置16時，電源接腳VBUS的電壓為5V，且資料接腳D+及D-各有15kΩ的下拉電阻。參照圖4，當轉接器14插入可攜式裝置16時，轉接器14係將市電轉換成某個電壓VBUS供應給可攜式裝置16，且資料接腳D+及D-彼此短路。參照圖3及圖4，可攜式裝置16包括充電器18，其具有電源輸入端VIN連接USB的電源輸入接腳VBUS，以及USB偵測器20連接資料接腳D-，藉由偵測資料接腳D-上是否有15kΩ的下拉電阻判斷電源輸入型態。可攜式裝置16尚包括低壓降輸出(Low Drop Out;LDO)調節器22連接充電器18的電源供應端VBUS_5V，以及USB收發器24連接USB LDO 22的電源輸出端V1，以及經電阻R1及R2分別連接資料接腳D+及D-。充電器18尚具有電源輸出端VOUT連接鋰電池BAT，供應充電電流Ic對鋰電池BAT充電，以及開關SW1連接在電源輸出端V1與接地端之間，受偵測訊號TD 控制。當電源插入時，USB偵測器20會在USB收發器24開啟前偵測電源輸入型態，假如是轉接器14插入，則USB收發器24將不會開啟，而且充電器18會將充電電流Ic設定為1A；假如是USB插入，充電器18將會供應電力給USB LDO 22，而且會將充電電流Ic限制在500mA以下。充電器18更包括USB電源開關VBUS_SW連接在電源輸入端VIN及電源供應端VBUS_5V之間，電晶體M1連接在電源輸入端VIN及電源輸出端VOUT之間，以及充電電流控制器28連接電晶體M1的閘極。USB偵測器20根據電源輸入型態決定第一控制訊號S1和第二控制訊號S2分別控制USB電源開關VBUS_SW及充電電流控制器28。充電電流控制器28包括USB充電電流控制器30及ACIN充電電流控制器32連接電晶體M1的閘極，以控制充電電流Ic。參照圖3，當USB偵測器20偵測到USB插入可攜式裝置16時，第一控制訊號S1將USB電源開關VBUS_SW閉路，因此充電器18提供5V的電壓VBUS_5V給USB LDO 22，經轉換為3.3V的電壓V1供應給USB收發器24；第二控制訊號S2激活USB充電電流控制器30控制充電電流Ic。反之，參照圖4，當USB偵測器20偵測到轉接器14插入可攜式裝置16時，第一控制訊號S1將USB電源開關VBUS_SW開路，因此USB收發器24將不會開啟；第二控制訊號S2激活ACIN充電電流控制器32控制充電電流Ic。
圖5係USB偵測器20的實施例。電阻RD- 表示資料接腳D-上的有效電阻，當USB插入可攜式裝置16時，電阻RD- 的電阻值約為15kΩ；當轉接器14插入可攜式裝置16時，電阻RD- 的電阻值約為1.5kΩ。在USB偵測器20中，偵測電晶體NN的閘極連接資料接腳D-，第一電流源34和預充電開關SW2串聯在預充電電源PREG與偵測電晶體NN的閘極之間，第二電流源36連接在預充電電源PREG與偵測電晶體NN的汲極V2之間。在開關SW2閉路時，第一電流源34供應偏壓電流流過電阻RD- ，因而在偵測電晶體NN的閘極產生偏壓，電阻值RD- 決定該偏壓的準位，從而開啟或關閉偵測電晶體NN。參照圖5及圖6，若有效電阻值RD- 為15kΩ，則偵測電晶體NN的閘極電壓將介於0.45V至0.8V之間，因此偵測電晶體NN導通，其汲極電壓V2為低準位，經反相器38產生高準位訊號給反及閘40，反及閘40的另一輸入是偵測訊號TD ，其係約500μs的脈衝，只允許反相器38的輸出在這段偵測期間進入SR正反器42的設定輸入S，進而觸發SR正反器42的輸出Q。反之，參照圖5及圖7，若有效電阻值RD- 為1.5kΩ，則偵測電晶體NN的閘極電壓將低於0.45V，因此偵測電晶體NN不導通，其汲極電壓V2為高準位，因而在偵測期間TD ，SR正反器42的輸出Q保持低準位。SR正反器42的重設輸入R接受電源開啟(Power On Reset)訊號POR，此訊號只在電源完備(power ready)時為高準位，否則為低準位，其下降緣會重設SR正反器42。
圖8係根據本發明之控制方法的流程圖。參照圖3及圖8，在步驟1偵測到電源插入後，步驟2將開關SW1閉路，使USB收發器24的電源輸入端V1接地，因而確保USB收發器24不會開啟，然後步驟3偵測資料接腳D-上的有效電阻值RD- 。依照現行的USB規格，電阻R1和R2的阻值在29~44Ω之間，電阻R3則為1.5kΩ，相對於15kΩ來說極小，因此，當USB插入可攜式裝置16時，資料接腳D-上的有效電阻值RD- 可視為15kΩ。若步驟3偵測的結果是15kΩ，則進行步驟4，開關SW1開路，USB電源開關VBUS_SW閉路，USB偵測器20激活USB充電電流控制器30調控充電電流Ic。因為USB電源開關VBUS_SW閉路，所以5V的電壓VBUS_5V激活USB LDO 22，進而激活USB收發器24。參照圖4及圖8，若是轉接器14插入可攜式裝置16，則資料接腳D-上的有效電阻值RD- 約為1.5kΩ，因此步驟3偵測的結果是進行步驟5，開關SW1及VBUS_SW皆開路，USB偵測器20激活ACIN充電電流控制器32調控充電電流Ic。因為USB電源開關VBUS_SW開路，所以電壓VBUS_5V為零，USB收發器24不會作動。圖9係根據本發明的第二實施例，為了簡化之故，此處省略可攜式裝置16的部分電路，且第二控制訊號S2和充電電流控制器28和第一實施例相同。在此實施例中，除了第一電晶體M1、USB偵測器20及充電電流控制器28之外，充電器18還包括第二電晶體M2連接在電源輸入端VIN及電源供應端V1之間，以及USB收發器電源控制器46連接USB偵測器20及第二電晶體M2的閘極。在USB偵測器20判斷為USB插入可攜式裝置16時，第一控制訊號S1激活USB收發器電源控制器46控制第二電晶體M2，將5V的電壓VIN轉換為3.3V的電壓V1供應USB收發器24。在轉接器14插入可攜式裝置16時，USB收發器電源控制器46不開啟，第二電晶體M2不導通，電壓V1為零，USB收發器24不會作動。
圖10係根據本發明的第三實施例，為了簡化之故，此處省略可攜式裝置16的部分電路，且第二控制訊號S2和充電電流控制器28和第一實施例相同。在此實施例中，除了USB偵測器20及充電電流控制器28之外，充電器18還包括USB收發器致能控制器48，其根據第一控制訊號S1決定致能訊號EN給USB收發器24，在USB插入可攜式裝置16時致能USB收發器24，否則使USB收發器24失能。
由於充電器18整合USB偵測，因此可攜式裝置16不必設置大電阻，而且減輕電池BAT的負擔。
前述之實施例係偵測資料接腳D-上的有效電阻值，在其他實施例中，亦可改為偵測資料接腳D+上的有效電阻值。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10．．．可攜式裝置
12．．．主機或集線器
14．．．轉接器
16．．．可攜式裝置
18．．．充電器
20．．．USB偵測器
22．．．USB LDO
24．．．USB收發器
28．．．充電電流控制器
30．．．USB充電電流控制器
32．．．ACIN充電電流控制器
34．．．電流源
36．．．電流源
38．．．反相器
40．．．反及閘
42．．．SR正反器
44．．．反相器
46．．．USB收發器電源控制器
48．．．USB收發器致能控制器
圖1係習知之可攜式裝置連接USB的示意圖；
圖2係習知之可攜式裝置連接轉接器的示意圖；
圖3係根據本發明之可攜式裝置連接USB的示意圖；
圖4係根據本發明之可攜式裝置連接轉接器的示意圖；
圖5係根據本發明之USB偵測器的實施例；
圖6係圖5之USB偵測器在USB插入時的時序圖；
圖7係圖5之USB偵測器在轉接器插入時的時序圖；
圖8係根據本發明之控制方法的流程圖；
圖9係根據本發明的第二實施例；以及
圖10係根據本發明的第三實施例。
12．．．主機或集線器
16．．．可攜式裝置
18．．．充電器
20．．．USB偵測器
22．．．USB LDO
24．．．USB收發器
28．．．充電電流控制器
30．．．USB充電電流控制器
32．．．ACIN充電電流控制器

Claims (24)

  1. 一種充電器，包括：USB偵測器用於連接一資料接腳，以在一偵測期間偵測該資料接腳上的有效電阻值，進而決定第一及第二控制訊號；電源輸入端用於連接電源輸入接腳；電晶體連接該電源輸入端，受控供應充電電流；充電電流控制器連接該USB偵測器及該電晶體的閘極，根據該第二控制訊號調控該充電電流；電源供應端用於供應電壓；以及USB電源開關連接在該電源輸入端與電源供應端之間，受該第一控制訊號切換。
  2. 如請求項1之充電器，其中該USB偵測器包括：偵測電晶體，具有一閘極連接該資料接腳；第一電流源和預充電開關串聯到該偵測電晶體的閘極；第二電流源連接該偵測電晶體的汲極；邏輯電路連接該偵測電晶體的汲極；以及SR正反器連接該邏輯電路，其輸出訊號用於決定該第一及第二控制訊號；其中，該偵測電晶體若在該偵測期間開啟，則其汲極電壓將觸發該SR正反器的輸出訊號。
  3. 如請求項1之充電器，其中該充電電流控制器包括：USB充電電流控制器連接該電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到USB插入時被該第二控制訊號激活；以及ACIN充電電流控制器連接該電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到轉接器插入時被該第二控制訊號激活。
  4. 如請求項1之充電器，其中該充電電流控制器根據該第二控制訊號決定該充電電流的設定值，其在該USB偵測器偵測到USB插入時小於在該USB偵測器偵測到轉接器插入時。
  5. 一種充電器，包括：USB偵測器用於連接一資料接腳，以在一偵測期間偵測該資料接腳上的有效電阻值，進而決定第一及第二控制訊號；電源輸入端用於連接電源輸入接腳；第一電晶體連接該電源輸入端，受控供應充電電流；充電電流控制器連接該USB偵測器及該第一電晶體的閘極，根據該第二控制訊號調控該充電電流；電源供應端用於供應電壓；第二電晶體連接在該電源輸入端與電源供應端之間；以及USB收發器電源控制器連接該USB偵測器及該第二電晶體的閘極，根據該第一控制訊號控制該第二電晶體產生該電壓。
  6. 如請求項5之充電器，其中該USB偵測器包括：偵測電晶體，具有一閘極連接該資料接腳；第一電流源和預充電開關串聯到該偵測電晶體的閘極；第二電流源連接該偵測電晶體的汲極；邏輯電路連接該偵測電晶體的汲極；以及SR正反器連接該邏輯電路，其輸出訊號用於決定該第一及第二控制訊號；其中，該偵測電晶體若在該偵測期間開啟，則其汲極電壓將觸發該SR正反器的輸出訊號。
  7. 如請求項5之充電器，其中該充電電流控制器包括：USB充電電流控制器連接該第一電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到USB插入時被該第二控制訊號激活；以及ACIN充電電流控制器連接該第一電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到轉接器插入時被該第二控制訊號激活。
  8. 如請求項5之充電器，其中該充電電流控制器根據該第二控制訊號決定該充電電流的設定值，其在該USB偵測器偵測到USB插入時小於在該USB偵測器偵測到轉接器插入時。
  9. 一種充電器，包括：USB偵測器用於連接一資料接腳，以在一偵測期間偵測該資料接腳上的有效電阻值，進而決定第一及第二控制訊號；電源輸入端用於連接電源輸入接腳；電晶體連接該電源輸入端，受控供應充電電流；充電電流控制器連接該USB偵測器及該電晶體的閘極，根據該第二控制訊號調控該充電電流；以及USB收發器致能控制器連接該USB偵測器，根據該第一控制訊號決定一致能訊號。
  10. 如請求項9之充電器，其中該USB偵測器包括：偵測電晶體，具有一閘極連接該資料接腳；第一電流源和預充電開關串聯到該偵測電晶體的閘極；第二電流源連接該偵測電晶體的汲極；邏輯電路連接該偵測電晶體的汲極；以及SR正反器連接該邏輯電路，其輸出訊號用於決定該第一及第二控制訊號；其中，該偵測電晶體若在該偵測期間開啟，則其汲極電壓將觸發該SR正反器的輸出訊號。
  11. 如請求項9之充電器，其中該充電電流控制器包括：USB充電電流控制器連接該第一電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到USB插入時被該第二控制訊號激活；以及ACIN充電電流控制器連接該第一電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到轉接器插入時被該第二控制訊號激活。
  12. 如請求項9之充電器，其中該充電電流控制器根據該第二控制訊號決定該充電電流的設定值，其在該USB偵測器偵測到USB插入時小於在該USB偵測器偵測到轉接器插入時。
  13. 一種可攜式裝置，包括：資料接腳；USB收發器連接該資料接腳；電源輸入接腳；充電器連接該資料接腳以及連接在該電源輸入接腳及USB收發器之間，在一偵測期間偵測該資料接腳上的有效電阻值，據以調控一充電電流；其中，該充電器決定該充電電流的設定值，其在偵測到USB插入時小於在偵測到轉接器插入時。
  14. 如請求項13之可攜式裝置，其中該充電器包括：USB偵測器連接該資料接腳，在該偵測期間偵測該資料接腳上的有效電阻值；電源輸入端連接該電源輸入接腳；電晶體連接該電源輸入端，受控供應該充電電流；充電電流控制器連接該USB偵測器及該電晶體的閘極，根據該第二控制訊號調控該充電電流；電源供應端供應電力給該USB收發器；以及USB電源開關連接在該電源輸入端與電源供應端之間，受該第一控制訊號切換。
  15. 如請求項14之可攜式裝置，其中該USB偵測器包括：偵測電晶體，具有一閘極連接該資料接腳；第一電流源和預充電開關串聯到該偵測電晶體的閘極；第二電流源連接該偵測電晶體的汲極；邏輯電路連接該偵測電晶體的汲極；以及SR正反器連接該邏輯電路，其輸出訊號用於決定該第一及第二控制訊號；其中，該偵測電晶體若在該偵測期間開啟，則其汲極電壓將觸發該SR正反器的輸出訊號。
  16. 如請求項14之可攜式裝置，其中該充電電流控制器包括：USB充電電流控制器連接該電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到USB插入時被該第二控制訊號激活；以及ACIN充電電流控制器連接該電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到轉接器插入時被該第二控制訊號激活。
  17. 如請求項13之可攜式裝置，其中該充電器包括：USB偵測器連接該資料接腳，在該偵測期間偵測該資料接腳上的有效電阻值；電源輸入端連接該電源輸入接腳；第一電晶體連接該電源輸入端，受控供應該充電電流；充電電流控制器連接該USB偵測器及該第一電晶體的閘極，根據該第二控制訊號調控該充電電流；電源供應端連接該USB收發器；第二電晶體連接在該電源輸入端與電源供應端之間；以及USB收發器電源控制器連接該USB偵測器及該第二電晶體的閘極，根據該第一控制訊號控制該第二電晶體產生電壓供應給該USB收發器。
  18. 如請求項17之可攜式裝置，其中該USB偵測器包括：偵測電晶體，具有一閘極連接該資料接腳；第一電流源和預充電開關串聯到該偵測電晶體的閘極；第二電流源連接該偵測電晶體的汲極；邏輯電路連接該偵測電晶體的汲極；以及SR正反器連接該邏輯電路，其輸出訊號用於決定該第一及第二控制訊號；其中，該偵測電晶體若在該偵測期間開啟，則其汲極電壓將觸發該SR正反器的輸出訊號。
  19. 如請求項17之可攜式裝置，其中該充電電流控制器包括：USB充電電流控制器連接該電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到USB插入時被該第二控制訊號激活；以及ACIN充電電流控制器連接該電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到轉接器插入時被該第二控制訊號激活。
  20. 如請求項13之可攜式裝置，其中該充電器包括：USB偵測器連接該資料接腳，在該偵測期間偵測該資料接腳上的有效電阻值；電源輸入端連接該電源輸入接腳；電晶體連接該電源輸入端，受控供應該充電電流；充電電流控制器連接該USB偵測器及該電晶體的閘極，根據該第二控制訊號調控該充電電流；以及USB收發器致能控制器連接該USB偵測器及USB收發器，根據該第一控制訊號決定一致能訊號給USB收發器。
  21. 如請求項20之可攜式裝置，其中該USB偵測器包括：偵測電晶體，具有一閘極連接該資料接腳；第一電流源和預充電開關串聯到該偵測電晶體的閘極；第二電流源連接該偵測電晶體的汲極；邏輯電路連接該偵測電晶體的汲極；以及SR正反器連接該邏輯電路，其輸出訊號用於決定該第一及第二控制訊號；其中，該偵測電晶體若在該偵測期間開啟，則其汲極電壓將觸發該SR正反器的輸出訊號。
  22. 如請求項20之充電器，其中該充電電流控制器包括：USB充電電流控制器連接該電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到USB插入時被該第二控制訊號激活；以及ACIN充電電流控制器連接該電晶體的閘極，在該USB偵測器偵測到轉接器插入時被該第二控制訊號激活。
  23. 一種控制方法用來調控一充電電流，該控制方法包括：在一偵測期間偵測一資料接腳上的有效電阻值，據以判斷USB或轉接器插入；若為USB插入，則設定該充電電流具有第一設定值，並提供電壓或致能訊號給USB收發器；以及若為轉接器插入，則設定該充電電流具有第二設定值，其大於該第一設定值。
  24. 如請求項23之控制方法，更包括在該偵測期間使該USB收發器不開啟。
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