TWI872550B

TWI872550B - 供電電路

Info

Publication number: TWI872550B
Application number: TW112119035A
Authority: TW
Inventors: 鄭柏翔; 洪祥睿; 蘇聖傑; 郭明豪; 黃嘉卿; 吳彥勇
Original assignee: 華碩電腦股份有限公司
Priority date: 2023-05-23
Filing date: 2023-05-23
Publication date: 2025-02-11
Also published as: US20240396350A1; TW202447387A

Abstract

本案揭示一種供電電路，適用於電子裝置。此供電電路包括驅動電路、回授電阻電路、電池模組以及控制器。驅動電路接收充電器升壓指示信號，並據以生成驅動信號。回授電阻電路具有反應於驅動信號而變化的回授電阻值，且接收直流電源而對系統元件進行供電。電池模組提供電池電源至系統元件。控制器根據回授電阻值來控制電池模組所提供的電池電源。當系統元件操作於重載狀態時，控制器傳送對應的充電器升壓指示信號至驅動電路，以透過驅動信號使回授電阻值降低。

Description

供電電路

本發明是有關於一種能夠充分使用由電源配接器（adapter）所提供的直流電源的供電電路。

一般而言，在現有的筆記型電腦中，幾乎都有支援充電器升壓（charger boost）功能。當充電器升壓功能開啟時，電源配接器與電池模組會同時供給電能量（電源）給系統元件。然而，當系統元件操作於重載狀態時，電源配接器所提供的直流電源的功率會被鎖定在一個功率限制值（例如是電源配接器的最大額定輸出功率的85%），導致剩餘所需的功率必需由電池模組來承擔。如此一來，在系統元件操作於重載狀態的情況下，即使插入有電源配接器，電池電量仍然會不斷地迅速降低，從而造成不良的使用者體驗與操作觀感。

本案提供一種供電電路，適用於電子裝置。此供電電路包括驅動電路、回授電阻電路、電池模組以及控制器。驅動電路接收充電器升壓指示信號，並據以生成驅動信號。回授電阻電路耦接驅動電路，具有反應於驅動信號而變化的回授電阻值，且接收直流電源而對系統元件進行供電。電池模組提供電池電源至系統元件。控制器耦接驅動電路、回授電阻電路及電池模組，根據回授電阻值來控制電池模組所提供的電池電源。當系統元件操作於重載狀態時，控制器傳送對應的充電器升壓指示信號至驅動電路，以透過驅動信號使回授電阻值降低。

基於上述，本案的供電電路可在系統元件操作於重載狀態的情況下主動使回授電阻電路的回授電阻值降低，影響控制器對於直流電源的電流資訊之判斷，以突破電源配接器的功率限制。即使在系統元件操作於重載狀態的情況下也能夠提高電源配接器所提供的直流電源的供電百分比，降低電池電源所提供的電能量（電源），藉此防止在插入有電源配接器的情況下電池電量仍然迅速降低，避免產生不良的使用者體驗與操作觀感。

為讓本案的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請同時參照圖1及圖2，本實施例的供電電路100適用於電子裝置10。電子裝置10例如是筆記型電腦、手機及平板電腦等等手持式電子產品，安裝有供電電路100以及系統元件200，且插入有電源配接器。

如圖2所示，供電電路100包括驅動電路110、回授電阻電路120、電池模組130以及控制器140。驅動電路110例如由電阻-電容（RC）電路所構成。驅動電路110可從控制器140接收充電器升壓指示信號Scb，並根據充電器升壓指示信號Scb生成驅動信號Sd。充電器升壓指示信號Scb可用以表示電子裝置10的充電器升壓功能是開啟或關閉。舉例來說，充電器升壓指示信號Scb可透過其邏輯準位的高低或信號中所包含的資訊來表示目前充電器升壓功能的狀態，但本發明並不以此為限。當驅動電路110接收到表示充電器升壓功能開啟的充電器升壓指示信號Scb時生成第一邏輯準位的驅動信號Sd。當驅動電路110接收到表示充電器升壓功能關閉的充電器升壓指示信號Scb時生成第二邏輯準位的驅動信號Sd。

回授電阻電路120耦接驅動電路110。回授電阻電路120具有反應於驅動信號Sd而變化的回授電阻值，且接收由電源配接器所提供的直流電源Padp而對系統元件200進行供電。在圖2中，回授電阻電路120包括輸入端IN、輸出端OUT、第一回授電阻Rac、第二回授電阻Rp以及充電器升壓開關SW。系統元件200例如包括中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU））及電子裝置10內主機板上的其他各種處理晶片。

輸入端IN用以接收直流電源Padp。輸出端OUT耦接系統元件200。第一回授電阻Rac耦接於輸入端IN與輸出端OUT之間的第一電路路徑P1上。第二回授電阻Rp耦接於輸入端IN與輸出端OUT之間的第二電路路徑P2上。

充電器升壓開關SW在第二電路路徑P2上與第二回授電阻Rp串接，且根據驅動信號Sd而導通或斷開。具體來說，充電器升壓開關SW可根據第一邏輯準位的驅動信號Sd而導通，根據第二邏輯準位的驅動信號Sd而斷開。需說明的是，本實施例的第一邏輯準位可以為邏輯1或邏輯0，第二邏輯準位則可以為與第一邏輯準位互補的邏輯0或1，沒有固定的限制。

回授電阻電路120的回授電阻值為輸入端IN與輸出端OUT之間的電阻值，可例如經由偵測輸入端IN與輸出端OUT之間的跨壓而取得。如圖2所示，當充電器升壓開關SW導通時，回授電阻值等於第一回授電阻Rac與第二回授電阻Rp並聯後的電阻值。當充電器升壓開關SW斷開時，回授電阻值等於第一回授電阻Rac的電阻值。因此，回授電阻電路120的回授電阻值會反應於驅動信號Sd而變化。

電池模組130可為內嵌式或外接式，可提供電池電源Pbat至系統元件200。電池模組130例如包括電池芯組與電池計量晶片（Battery gauge IC）。電池芯組例如由單一個或多個電池胞（電池芯單體）所組成。電池計量晶片可對電池模組130的儲存電量以及充放電電流進行計算。

控制器140例如為充電器控制器（Charger controller），耦接驅動電路110、回授電阻電路120及電池模組130。控制器140可偵測輸入端IN與輸出端OUT之間的跨壓而讀取回授電阻電路120的回授電阻值，並根據回授電阻電路120的回授電阻值來控制電池模組130所提供的電池電源Pbat。具體來說，控制器140可根據回授電阻電路120的回授電阻值獲得直流電源Padp的電流資訊。同時，電池模組130中的電池計量晶片會發出命令給控制器140，以通知控制器140來讀取電池計量晶片的操作資訊（例如要進行充電或放電、充放電電流的大小等）。如此一來，控制器140可根據直流電源Padp的電流資訊及電池計量晶片的操作資訊計算出系統元件200的總負載功率，且根據計算出的系統元件200的總負載功率來判斷系統元件200是否操作於重載狀態。

在本實施例中，重載狀態例如是因電子裝置10執行高電量消耗的應用程式而讓系統元件200的總負載功率高於會使充電器升壓功能開啟的特定功率的狀態。當系統元件200操作於重載狀態時，控制器140會開啟充電器升壓功能，系統元件200所接收到的系統電源Psys會由直流電源Padp與電池電源Pbat共同供給。從控制器140的角度來看，需考量到直流電源Padp所具有的功率限制值（例如是電源配接器的最大額定輸出功率的85%），因此控制器140可動態地控制電池模組130所提供的電池電源Pbat，以盡量使系統電源Psys符合當下系統元件200的需要。在實際應用上，例如可經由電壓調節器（Voltage regulator）將系統電源Psys轉換成對應的預定電壓來對各種系統元件200進行供電。

另一方面，當系統元件200未操作於重載狀態時，控制器140不會開啟充電器升壓功能，系統元件200所接收到的系統電源Psys會全由直流電源Padp供給，電池模組130不需提供電池電源Pbat給系統元件200。不僅如此，若直流電源Padp的功率扣除系統電源Psys的功率後還有有剩餘瓦數，則可給電池模組130進行充電。但是，若直流電源Padp的功率扣除系統電源Psys的功率後無剩餘瓦數，則就無法給電池模組130進行充電。需說明的是，在系統元件200未操作於重載狀態的情況下，直流電源Padp的功率最高值例如會被鎖定於直流電源Padp所具有的功率限制值。

在本實施例中，當系統元件200操作於重載狀態時，控制器140可傳送對應的充電器升壓指示信號Scb至驅動電路110，以透過驅動信號Sd使回授電阻值降低。

更進一步來說，當系統元件200未操作於重載狀態時，控制器140關閉充電器升壓功能，且傳送表示充電器升壓功能關閉的充電器升壓指示信號Scb至驅動電路110，使驅動電路110透過第二邏輯準位的驅動信號sd將充電器升壓開關SW斷開。此時，回授電阻電路120的回授電阻值等於第一回授電阻Rac的電阻值。

當系統元件200操作於重載狀態時，控制器140開啟充電器升壓功能，以將直流電源Padp與電池電源Pbat依照能量分配比例結合成系統元件200所接收到的系統電源Psys。並且，控制器140傳送表示充電器升壓功能開啟的充電器升壓指示信號Scb至驅動電路110，使驅動電路110透過第一邏輯準位的驅動信號sd將充電器升壓開關SW導通。此時，回授電阻電路120的回授電阻值會轉變成第一回授電阻Rac與第二回授電阻Rp並聯後的電阻值，因而會降低。

此外，在系統元件200操作於重載狀態的情況下，由於回授電阻電路120的回授電阻值等於第一回授電阻Rac與第二回授電阻Rp並聯後的電阻值，因此能夠藉由調整第二回授電阻Rp的電阻值來達到控制回授電阻電路120的回授電阻值之功效。

控制器140可根據回授電阻電路120的回授電阻值來調整在系統元件200所接收到的系統電源Psys中直流電源Padp與電池電源Pbat的能量分配比例。具體來說，當系統元件200操作於重載狀態時，控制器140開啟充電器升壓功能，電池模組開始供給電池電源Pbat給系統元件200。控制器140會控制電池電源Pbat之功率，使電源配接器所提供的直流電源Padp鎖定至功率限制值。此時，若因第一回授電阻Rac與第二回授電阻Rp的並聯而使回授電阻值降低，會讓控制器140所讀到的直流電源Padp的電流資訊比直流電源Padp的電流實際值來得低，進而讓控制器140產生電源配接器所提供的直流電源Padp尚有餘裕，還未被調整至功率限制值之判斷，從而經由調整系統電源Psys中直流電源Padp與電池電源Pbat的能量分配比例，來調低電池模組130所提供的電池電源Pbat之功率。

反應於電池電源Pbat的功率降低，電源配接器所提供的直流電源Padp之功率會被調高，且升高至超過功率限制值（例如升高至電源配接器的最大額定輸出功率的90%或95%，甚至100%）。回授電阻電路120的回授電阻值越低，控制器140使電池電源Pbat在系統電源Psys中所佔的比例越低，藉此使直流電源Padp的功率升得越高。如此一來，上述本實施例調整系統電源Psys的能量分配比例的方式可讓電源配接器所提供的直流電源Padp之功率不會被鎖定（限制）於功率限制值，而是被調整至超過功率限制值，達到充分使用電源配接器能源之目的，減少電池模組130電量之損耗。

在本實施例中，第二回授電阻Rp的電阻值大於第一回授電阻Rac的電阻值。第一回授電阻Rac例如為5毫歐姆。在系統元件200操作於重載狀態的情況下，第二回授電阻Rp越高會使回授電阻電路120的回授電阻值（第一回授電阻Rac與第二回授電阻Rp並聯後的電阻值）越高且越接近第一回授電阻Rac的電阻值，使控制器140所獲得的直流電源Padp的電流資訊更接近直流電源Padp的電流實際值，控制器140調整能量分配比例的幅度（調整電池電源Pbat所佔比例的幅度）因此而降低。

相反地，第二回授電阻Rp越低會使會使回授電阻電路120的回授電阻值越低且越遠離第一回授電阻Rac的電阻值，使控制器140所獲得的直流電源Padp的電流資訊更低於直流電源Padp的電流實際值，控制器140調整能量分配比例的幅度（調整電池電源Pbat所佔比例的幅度）因此而提升。如此一來，當控制器140調整系統電源Psys的能量分配比例時，能夠依據第二回授電阻Rp的電阻值決定能量分配比例的調整幅度，以適當地減緩系統元件200操作於重載狀態時電池模組130的電量降低。此外，一旦提高能量分配比例的調整幅度，使用者更能將電子裝置10長時間操作在重載狀態的情境中，顯著地影響使用者體驗與操作觀感。

綜上所述，本案的供電電路可在系統元件操作於重載狀態的情況下主動使回授電阻電路的回授電阻值降低，以突破電源配接器的功率限制。藉此，能夠防止在插入有電源配接器的情況下電池電量仍然迅速降低，避免產生不良的使用者體驗與操作觀感。

10:電子裝置 100:供電電路 110:驅動電路 120:回授電阻電路 130:電池模組 140:控制器 200:系統元件 IN:輸入端 OUT:輸出端 P1:第一電路路徑 P2:第二電路路徑 Padp:直流電源 Pbat:電池電源 Psys:系統電源 Rac:第一回授電阻 Rp:第二回授電阻 Scb:充電器升壓指示信號 Sd:驅動信號 SW:充電器升壓開關

圖1是依照本發明一實施例所繪示之安裝有供電電路的電子裝置的方塊示意圖。圖2是依照本發明一實施例所繪示之供電電路的方塊示意圖。

100:供電電路

110:驅動電路

120:回授電阻電路

130:電池模組

140:控制器

200:系統元件

IN:輸入端

OUT:輸出端

P1:第一電路路徑

P2:第二電路路徑

Padp:直流電源

Pbat:電池電源

Psys:系統電源

Rac:第一回授電阻

Rp:第二回授電阻

Scb:充電器升壓指示信號

Sd:驅動信號

SW:充電器升壓開關

Claims

一種供電電路，適用於一電子裝置，該供電電路包括：一驅動電路，接收一充電器升壓指示信號，並據以生成一驅動信號；一回授電阻電路，耦接該驅動電路，具有反應於該驅動信號而變化的一回授電阻值，且接收一直流電源而對一系統元件進行供電；一電池模組，提供一電池電源至該系統元件；以及一控制器，耦接該驅動電路、該回授電阻電路及該電池模組，根據該回授電阻值來控制該電池模組所提供的該電池電源，其中當該系統元件操作於一重載狀態時，該控制器傳送對應的該充電器升壓指示信號至該驅動電路，以透過該驅動信號使該回授電阻值降低，其中該回授電阻電路包括：一輸入端，用以接收該直流電源；一輸出端，耦接該系統元件；一第一回授電阻，耦接於該輸入端與該輸出端之間的一第一電路路徑上；一第二回授電阻，耦接於該輸入端與該輸出端之間的一第二電路路徑上；以及一充電器升壓開關，在該第二電路路徑上與該第二回授電阻串接，且根據該驅動信號而導通或斷開，其中該回授電阻值為該輸入端與該輸出端之間的電阻值。
如請求項1所述的供電電路，其中當該系統元件操作於該重載狀態時，該控制器傳送表示一充電器升壓功能開啟的該充電器升壓指示信號至該驅動電路，使該驅動電路透過該驅動信號將該充電器升壓開關導通，當該系統元件未操作於該重載狀態時，該控制器傳送表示該充電器升壓功能關閉的該充電器升壓指示信號至該驅動電路，使該驅動電路透過該驅動信號將該充電器升壓開關斷開。
如請求項1所述的供電電路，在該系統元件操作於該重載狀態的情況下，藉由調整該第二回授電阻的電阻值來控制該回授電阻值。
如請求項1所述的供電電路，該第二回授電阻的電阻值大於該第一回授電阻的電阻值。
如請求項1所述的供電電路，其中當該系統元件操作於該重載狀態時，該直流電源與該電池電源依照一能量分配比例結合成該系統元件所接收到的一系統電源。
如請求項5所述的供電電路，其中該控制器根據該回授電阻值來調整該能量分配比例。
如請求項6所述的供電電路，其中該回授電阻值越低，該控制器使該電池電源在該系統電源中所佔的比例越低，藉此使該直流電源的功率升得越高。
如請求項6所述的供電電路，其中當該控制器調整該能量分配比例時，依據該第二回授電阻的電阻值決定該能量分配比例的調整幅度。
如請求項1所述的供電電路，其中在該系統元件未操作於該重載狀態的情況下，該直流電源的功率最高值被鎖定於一功率限制值。
如請求項9所述的供電電路，其中在該系統元件操作於該重載狀態的情況下，反應於該電池電源的功率降低，該直流電源的功率升高至超過該功率限制值。