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TWI760046B - 熱插拔式電源模組 - Google Patents

熱插拔式電源模組 Download PDF

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TWI760046B
TWI760046B TW110100289A TW110100289A TWI760046B TW I760046 B TWI760046 B TW I760046B TW 110100289 A TW110100289 A TW 110100289A TW 110100289 A TW110100289 A TW 110100289A TW I760046 B TWI760046 B TW I760046B
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main control
main battery
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羅志紳
吳佳霖
簡慶輝
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和碩聯合科技股份有限公司
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Priority to US17/505,499 priority patent/US11764596B2/en
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Abstract

一種熱插拔式電源模組，包括一電路板、一主電池、一副電池、一主控單元以及一偵測單元。主控單元配置在電路板上。主電池可拆卸地配置於電路板且耦接主控單元。副電池配置於電路板。主控單元配置在電路板且選擇性電性連接主電池或副電池，主控單元能夠偵測主電池的電量及副電池的電量。偵測單元配置在電路板且耦接主控單元與主電池，用以偵測主電池與電路板之間的相對位置。當主控單元偵測主電池的電量小於一預設值或是偵測單元偵測主電池與電路板之間的相對位置改變時，主控單元切換至電性連接副電池並由副電池供電至電子裝置。

Description

熱插拔式電源模組
本發明是有關於一種電源模組，且特別是有關於一種熱插拔式電源模組。
現有電子裝置具備電池熱插拔功能，現有技術是在電子裝置內安裝超級電容，在主電池被移除或能源耗盡時，超級電容可供應電子裝置在短時間內維持運作，以利於關機或儲存檔案。然而，現有超級電容的蓄電量過少，在使用過程中，電子裝置需要進入低耗電模式，以利於進行前述的簡易操作。由於超級電容的蓄電量不足以維持電子裝置的正常運作，故使用者需要暫停操作電子裝置直到主電池充電後裝回或是透過變壓器連接市電。
當電子裝置攜帶在外且主電池電量耗盡時，將造成電子裝置無法正常運作，而存在續航力不足的缺點。
本發明提供一種熱插拔式電源模組，適於耦接並供電給電子裝置，在移除主電池或主電池電量小於預設值的狀態下，將 直接啟動副電池以進行供電，維持電子裝置的正常運作，不需進入低耗電模式。
本發明的熱插拔式電源模組，耦接一電子裝置。熱插拔式電源模組包括一電路板、一主控單元、一主電池、一副電池以及一偵測單元。主控單元配置在電路板。主電池可拆卸地配置於電路板。副電池配置於電路板。主控單元配置在電路板且選擇性電性連接主電池或副電池，主控單元能夠偵測主電池的電量及副電池的電量。偵測單元配置在電路板且耦接主控單元與主電池，用以偵測主電池與電路板之間的相對位置。當主控單元偵測主電池的電量小於一第一預設值或是偵測單元偵測主電池與電路板之間的相對位置改變時，主控單元斷開主電池並停止主電池供電至電子裝置，主控單元切換至電性連接副電池並由副電池供電至電子裝置。
在本發明的一實施例中，還包括一主開關元件與一副開關元件，主開關元件耦接於主電池與主控單元，副開關元件耦接副電池與主控單元。
在本發明的一實施例中，當主電池的電量小於第一預設值且副電池的電量大於一第二預設值時，主控單元將主開關元件切換為斷路，主電池停止供電至電子裝置，並將副開關元件切換為通路，副電池開始供電至電子裝置。
在本發明的一實施例中，主電池包括多個卡扣結構以及多個磁鐵，各卡扣結構可移動地卡接於電子裝置，各磁鐵配置在 各卡扣結構中，偵測單元包括至少一霍爾感測器，其中當多個卡扣結構相對電路板移動時，至少一霍爾感測器偵測多個磁鐵的位移並傳遞一切換訊號至主控單元，藉此主控單元斷開主電池並停止主電池供電至電子裝置，主控單元電性連接副電池並由副電池供電至電子裝置。
在本發明的一實施例中，主電池具有一電性接點區域，偵測單元具有至少一金屬彈片，電性接點區域能夠透過至少一金屬彈片耦接偵測單元，當主電池相對電路板移動，使電性接點區域分離於至少一金屬彈片時，偵測單元輸出一切換訊號至主控單元，藉此主控單元斷開主電池並停止主電池供電至電子裝置，主控單元電性連接副電池並由副電池供電至電子裝置。
在本發明的一實施例中，主控單元能夠即時偵測主電池與副電池的電壓或電流，以判別主電池與副電池的電量高低。
在本發明的一實施例中，主電池的工作電壓範圍與副電池的工作電壓範圍為相同。
在本發明的一實施例中，還包括一充電單元，耦接於主電池、副電池與主控單元，當主電池的工作電壓高於副電池的工作電壓時，充電單元能夠降低主電池的工作電壓以對副電池充電，當主電池的工作電壓低於副電池的工作電壓且副電池的工作電壓低於最大值時，充電單元能夠提高主電池的工作電壓以對副電池充電。
在本發明的一實施例中，副電池的工作電壓等於最大值 時，主控單元關閉充電單元，使主電池停止輸出電流至副電池。
基於上述，本發明的熱插拔式電源模組適用於各類電子裝置，熱插拔式電源模組具有主電池與副電池，主控單元主電池可直接進行熱插拔，副電池則是內建於電路板。當主電池被移除或電量耗盡時，主控單元自動切換至電性連接副電池，以供電至電子裝置，避免電子裝置進入低耗電模式。由於副電池的蓄電量遠大於現有的超級電容，可供應電子裝置正常運作一段時間，改善現有超級電容續航力不足的缺點。
此外，本發明透過偵測單元偵測主電池與電路板之間的相對位置，透過主控單元監控主電池的電量大小，當主電池達成移除、位移或電量小於第一預設值的其中任一條件時，即切換為副電池供電，以維持電子裝置的不斷電功效。
100:熱插拔式電源模組
110:電路板
120:主電池
121:卡扣結構
122:彈性件
123:磁鐵
124:電性接點區域
125:金屬片
130:副電池
140:主控單元
150:偵測單元
160:主開關元件
170:副開關元件
180:充電單元
200:電子裝置
210:機座
H:霍爾感測器
G:凹槽
FP:金屬彈片
圖1A是依照本發明一實施例的熱插拔式電源模組的立體示意圖。
圖1B是圖1A的熱插拔式電源模組的電路方塊示意圖。
圖1C是圖1B的熱插拔式電源模組以主電池供電的電路方塊示意圖。
圖1D是圖1B的熱插拔式電源模組切換為副電池供電的電路方塊示意圖。
圖1E是圖1B的熱插拔式電源模組的主電池與副電池停止供電的電路方塊示意圖。
圖1F是圖1A的熱插拔式電源模組的結合充電單元的電路方塊示意圖。
圖1G是圖1F的熱插拔式電源模組開啟充電單元的電路方塊示意圖。
圖1H是圖1F的熱插拔式電源模組關閉充電單元的電路方塊示意圖。
圖2A是圖1A的熱插拔式電源模組的主電池卡扣於機座的A-A線段剖面示意圖。
圖2B是圖2A的熱插拔式電源模組的主電池解鎖於機座的剖面示意圖。
圖3A是圖1A的熱插拔式電源模組的主電池連接電路板的B-B線段剖面示意圖。
圖3B是圖3A的熱插拔式電源模組的主電池分離於電路板的剖面示意圖。
圖1A是依照本發明一實施例的熱插拔式電源模組的立體示意圖。圖1B是圖1A的熱插拔式電源模組的電路方塊示意圖。
參考圖1A及圖1B，本實施例的熱插拔式電源模組100，適用於耦接一電子裝置200，其中電子裝置200例如是筆記型電 腦、平板電腦或是類似的可攜式電子設備。熱插拔式電源模組100包括一電路板110、一主電池120、一副電池130、一主控單元140以及一偵測單元150。
電路板110適於安裝在電子裝置200的內部，用以承載各類電子零件。
參考圖1B，主電池120可拆卸地配置於電路板110。詳細而言，主電池120與電路板110透過相應的連接埠而相互耦接導通(未示於圖中)，且主電池120可直接進行熱插拔以完全脫離電路板110，此利於更換損壞的主電池120。副電池130配置於電路板110，其中副電池130為焊接在電路板110上而不得更換。
於本實施例中，主電池120與副電池130均採用鋰離子電池或其它種類的充電電池。舉例而言，主電池120與副電池130蓄電量合計為5000mAh，其中主電池120的蓄電量為4000mAh，而副電池130的蓄電量為1000mAh。在其它實施例中，主電池與副電池的蓄電量比例與蓄電總量可依需求而調整，例如主電池120的蓄電量為3000mAh，而副電池130的蓄電量為2000mAh，蓄電總量大於或小於5000mAh。
主控單元140配置在電路板110上且選擇性電性連接主電池120或副電池130至電子裝置200，主控單元140能夠偵測主電池120的電量及副電池130的電量。
進一步而言，主控單元140例如採用微控制器(microcontroller)，主控單元140的功能包括：對於各類電子訊 號進行運算分析，判斷是否滿足預設的參數，若是，則觸發相應的指令、即時偵測硬體的各種訊息，以監控其運作情形，當硬體產生錯誤或故障時，可即時排除狀況或停止運作，同時主控單元140判別硬體產生錯誤或故障後，可將故障資訊傳送至顯示器或啟動嗡鳴器，透過顯示器顯示故障資訊或啟動嗡鳴器以產生警示音。
於本實施例中，主控單元140即時偵測主電池120與副電池130的電壓、電流或温度等運作資訊，此處主控單元140是透過相應的電壓電流感測器與溫度感測器以獲得上述資訊。主控單元140可透過電壓與電流判別電量高低，進而切換熱插拔式電源模組100對於電子裝置200的供電模式。主控單元140可根據温度，判斷主電池120與副電池130運作情形，溫度正常時維持供電，溫度過高時進入電池休眠模式，而停止供電。簡言之，主控單元140具備偵測蓄電量與溫度的功能，用以切換主電池120與副電池130的供電與及斷電。
參考圖1A及圖1B，偵測單元150配置在電路板110上且耦接主控單元140與主電池120，用以偵測主電池120與電路板110之間的相對位置，判別主電池120是否產生位移或將被移除，可在主電池120與電路板110形成斷路之前，即時切換為副電池130供電，避免造成電子裝置200的斷電。
圖1C是圖1B的熱插拔式電源模組以主電池供電的電路方塊示意圖。圖1D是圖1B的熱插拔式電源模組切換為副電池供電的電路方塊示意圖。圖1E是圖1B的熱插拔式電源模組的主電 池與副電池停止供電的電路方塊示意圖。
參考圖1C，當主控單元140偵測主電池120的電量大於一第一預設值(例如是大於10%或20%)，主控單元140以主電池120供電至電子裝置200，同時主控單元140斷開副電池130與電子裝置200的電性連接關係，並將副電池130切換為休眠模式。
進一步而言，參考圖1D，當主控單元140偵測主電池120的電量小於第一預設值(例如是小於10%或20%)或是偵測單元150偵測主電池120與電路板110之間的相對位置改變時，主控單元140斷開主電池120並停止主電池120供電至電子裝置200，同時主控單元140將副電池130從休眠模式切換為供電模式(即主控單元140切換至電性連接副電池130)並由副電池130供電至電子裝置200。
在其它實施例中，主控單元140例如是在主電池120完全耗盡電量後，才將副電池130切換為供電模式。
參考圖1B至圖1D，熱插拔式電源模組100包括一主開關元件160與一副開關元件170。主開關元件160耦接於主電池120與主控單元140。副開關元件170耦接副電池130與主控單元140。
於本實施例中，主開關元件160與副開關元件170例如採用場效電晶體(FET)，主要用於電訊號的放大、開關、穩壓、調變和其它相關控制。
參考圖1C，當主電池120的電量大於第一預設值(10%或 20%)時，主控單元140將主開關元件160切換為通路，讓主電池120開始供電至電子裝置200，並將副開關元件170切換為斷路。
參考圖1D，當主電池120的電量小於第一預設值(10%或20%)且副電池130的電量大於一第二預設值(50%或60%)時，主控單元140將主開關元件160切換為斷路，讓主電池120停止供電至電子裝置200，並將副開關元件170切換為通路，副電池130開始供電至電子裝置200。
配合參考圖1E，當主電池120的電量小於第一預設值(10%或20%)且副電池130的電量小於第二預設值(50%或60%)時，主控單元140將主開關元件160與副開關元件170皆切換為斷路，以停止供電至電子裝置200。補充而言，在此情形下，主電池120與副電池130均未供電至電子裝置200，因此電子裝置200將進行強制關機。
圖1F是圖1A的熱插拔式電源模組的結合充電單元的電路方塊示意圖。圖1G是圖1F的熱插拔式電源模組開啟充電單元的電路方塊示意圖。圖1H是圖1F的熱插拔式電源模組的關閉充電單元的電路方塊示意圖。
進一步而言，參考圖1F，主電池120的工作電壓範圍與副電池130的工作電壓範圍為相同。舉例而言，當電量為100%時，其工作電壓為4.4伏特(V)、在電量為50%，其工作電壓為3.8伏特(V)、電量為0%時，其工作電壓為3.4伏特(V)。
參考圖1F，熱插拔式電源模組100包括一充電單元180， 耦接主電池120、副電池130與主控單元140。
參考圖1G，當主電池120的工作電壓(4.2伏特)高於副電池130的工作電壓(3.6伏特)且主電池120的電量大於第一預設值時，主電池120維持供電模式且副電池130維持休眠模式(主控單元140中斷副開關元件170與電子裝置200之間的電流傳輸路徑)，以供電給電子裝置200。
由於副電池130的工作電壓(3.6伏特)小於最大值(4.4伏特)，說明副電池130的電量尚未充滿，則主控單元140將開啟充電單元180，使得主電池120的部份電流將通過充電單元180以進入副電池130直到副電池130的工作電壓提高至最大值，充電單元180能夠降低主電池120的工作電壓以輸出電流至副電池130，降低主電池120的工作電壓可減少在充電過程中對於副電池130的損害。
參考圖1G，當主電池120的工作電壓(3.8伏特)低於副電池130的工作電壓(4.0伏特)且副電池130的工作電壓低於最大值(4.4伏特)時，充電單元180能夠提高主電池120的工作電壓以輸出電流至副電池130，透過充電單元180的升壓功效，讓主電池120可在低壓狀態下持續對副電池130進行充電。
參考圖1H，當副電池130的工作電壓等於最大值(4.4伏特)時，說明副電池130的電量已充滿，此時，主控單元140關閉充電單元180，使主電池120停止輸出電流至副電池130且主電池120維持供電模式。
圖2A是圖1A的熱插拔式電源模組的主電池卡扣於機座的A-A線段剖面示意圖。圖2B是圖2A的熱插拔式電源模組的主電池解鎖於機座的剖面示意圖。
參考圖1A及圖2A，主電池120包括多個卡扣結構121、多個彈性件122以及多個磁鐵123。各卡扣結構121可移動地配置在主電池120的一側且卡接於電子裝置200的一機座210，各彈性件122的兩端部分別抵靠主電池120與各卡扣結構121，提供一彈力使卡扣結構121與機座210的凹槽G相扣合。各磁鐵123配置在各卡扣結構121中且面向電路板110，其中各磁鐵123適於隨著各卡扣結構121移動。偵測單元150包括至少一霍爾感測器H，配置在電路板110上且間隔於主電池120的多個磁鐵123。
參考圖1B、圖1D及圖2B，在使用者移除主電池120的過程中，第一步將撥動主電池120的多個卡扣結構121，當多個卡扣結構121解鎖於機座210時，各磁鐵123隨著卡扣結構121朝一第一方向移動。至少一霍爾感測器H偵測多個磁鐵123的位移並傳遞一切換訊號至主控單元140，藉此主控單元140斷開主電池120並停止主電池120供電至電子裝置200，主控單元140切換至電性連接副電池130並由副電池130供電至電子裝置200(見圖1D)
詳細而言，至少一霍爾感測器H偵測磁場變化以判別多個磁鐵123的遠離，再將磁場變化轉換為切換訊號並傳遞至主控單元140。
圖3A是圖1A的熱插拔式電源模組的主電池連接電路板 的B-B線段剖面示意圖。圖3B是圖3A的熱插拔式電源模組的主電池分離於電路板的剖面示意圖。
參考圖1B及圖3A，主電池120具有一電性接點區域124以及至少一金屬片125。電性接點區域124能夠透過至少一金屬彈片FP耦接偵測單元150且電性接點區域124耦接主控單元140，至少一金屬片125耦接電性接點區域124。偵測單元150具有至少一金屬彈片FP，配置在電路板110且接觸至少一金屬片125。
其中，當主電池120正確安裝於電路板110時，至少一金屬彈片FP與至少一金屬片125相接觸，主控單元140偵測電性接點區域124與至少一金屬彈片FP之間為通路，故主電池120維持供電模式。
參考圖3B，當主電池120相對電路板110移動或拆卸時，使電性接點區域124與至少一金屬片125分離於至少一金屬彈片FP，偵測單元150輸出一切換訊號至主控單元140，主控單元140偵測至少一電性接點區域124與至少一金屬彈片FP之間為斷路，藉此主控單元140斷開主電池120並停止主電池120供電至電子裝置200，主控單元140電性連接副電池130並由副電池130供電至電子裝置200。
簡言之，當主電池120自電路板110移動或拔除時，至少一金屬彈片FP與至少一金屬片125比主電池120與電路板110更早斷開電性連接，故主控單元140可在主電池120與電路板110形成斷路之前，即時切換為副電池130供電，避免電子裝置200 產生斷電之情形。
補充而言，本發明的偵測單元150，可透過霍爾感測器H感測卡扣結構121的解鎖動作，或透過金屬彈片FP偵測主電池120與電路板110的分離動作，其中霍爾感測器H的工作順序在金屬彈片FP之前，即拆卸主電池120時，會先撥動卡扣結構121達到解鎖，接著再將主電池120抽離電路板110。
綜上所述，本發明的熱插拔式電源模組適用於各類電子裝置，熱插拔式電源模組具有主電池與副電池，主控單元和主電池可直接進行熱插拔，副電池則是內建於電路板。當主電池被移除或電量耗盡時，主控單元自動將副電池切換為供電模式，以供電至電子裝置，避免電子裝置進入低耗電模式。由於副電池的蓄電量遠大於現有的超級電容，可供應電子裝置正常運作一段時間，改善現有超級電容續航力不足的缺點。
此外，本發明透過偵測單元偵測主電池與電路板之間的相對位置改變且透過主控單元監控主電池的電量大小，當主電池達成移除、位移或電量耗盡的其中任一條件時，便可立即反應切換為副電池供電，以維持電子裝置的不斷電功效。
100:熱插拔式電源模組
120:主電池
130:副電池
140:主控單元
150:偵測單元
160:主開關元件
170:副開關元件
200:電子裝置

Claims (9)

  1. 一種熱插拔式電源模組，耦接一電子裝置，包括： 一電路板； 一主電池，可拆卸地配置於該電路板； 一副電池，配置於該電路板； 一主控單元，配置在該電路板且選擇性電性連接該主電池或該副電池，該主控單元能夠偵測該主電池的電量及該副電池的電量；以及 一偵測單元，配置在該電路板且耦接該主控單元與該主電池，用以偵測該主電池與該電路板之間的相對位置， 其中，當該主控單元偵測該主電池的電量小於一第一預設值或是該偵測單元偵測該主電池與該電路板之間的相對位置改變時，該主控單元斷開該主電池並停止該主電池供電至該電子裝置，該主控單元切換至電性連接該副電池並由該副電池供電至該電子裝置。
  2. 如請求項1所述的熱插拔式電源模組，還包括一主開關元件與一副開關元件，該主開關元件耦接於該主電池與該主控單元，該副開關元件耦接該副電池與該主控單元。
  3. 如請求項2所述的熱插拔式電源模組，其中當該主電池的電量小於該第一預設值且該副電池的電量大於一第二預設值時，該主控單元將該主開關元件切換為斷路，該主電池停止供電至該電子裝置，並將該副開關元件切換為通路，該副電池開始供電至該電子裝置。
  4. 如請求項1所述的熱插拔式電源模組，其中該主電池包括多個卡扣結構以及多個磁鐵，各該卡扣結構可移動地卡接於該電子裝置，各該磁鐵配置在各該卡扣結構中，該偵測單元包括至少一霍爾感測器，其中當該些卡扣結構相對該電路板移動時，該至少一霍爾感測器偵測該些磁鐵的位移並傳遞一切換訊號至該主控單元，藉此該主控單元斷開該主電池並停止該主電池供電至該電子裝置，該主控單元電性連接該副電池並由該副電池供電至該電子裝置。
  5. 如請求項1所述的熱插拔式電源模組，其中該主電池具有一電性接點區域，該偵測單元具有至少一金屬彈片，該電性接點區域能夠透過該至少一金屬彈片耦接該偵測單元，其中當該主電池相對該電路板移動，使該電性接點區域分離於該至少一金屬彈片時，該偵測單元輸出一切換訊號至該主控單元，藉此該主控單元斷開該主電池並停止該主電池供電至該電子裝置，該主控單元電性連接該副電池並由該副電池供電至該電子裝置。
  6. 如請求項1所述的熱插拔式電源模組，其中該主控單元能夠即時偵測該主電池與該副電池的電壓或電流，以判別該主電池與該副電池的電量高低。
  7. 如請求項6所述的熱插拔式電源模組，其中該主電池的工作電壓範圍與該副電池的工作電壓範圍為相同。
  8. 如請求項7所述的熱插拔式電源模組，還包括一充電單元，耦接該主電池、該副電池與該主控單元，該主控單元用以控制該充電單元，當該主控單元判斷該主電池的工作電壓高於該副電池的工作電壓時，該充電單元能夠降低該主電池的工作電壓以對該副電池充電，當該主控單元判斷該主電池的工作電壓低於該副電池的工作電壓且該副電池的工作電壓低於最大值時，該充電單元能夠提高該主電池的工作電壓以對該副電池充電。
  9. 如請求項8所述的熱插拔式電源模組，其中當該主控單元判斷該副電池的工作電壓等於最大值時，該主控單元關閉該充電單元，使該主電池停止輸出電流至該副電池。
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