充電系統及其電源適配器技術方案

充電系統包括電源適配器、增強型通用串行總線(USB)連接線以及線性充電器。電源適配器包括雙向電壓分壓器。雙向電壓分壓器經由第一端接收參考電壓并且對參考電壓進行分壓以產生預設電壓準位，或經由第二端接收電流請求訊號。增強型USB連接線耦接至電源適配器以傳輸適配器的輸出電壓。線性充電器耦接至傳輸連接線以接收適配器的輸出電壓。其中電源適配器依據電流請求訊號以識別增強型USB連接線是否為兼容連接線，并且辨識充電器是否為兼容充電器。其中電源適配器依據線性充電器的電流請求訊號在選定之電流限制準位將其輸出電壓折回。

Charging system and its power adapter

The charging system includes power adapter, enhanced universal serial bus (USB) connection line and linear charger. The power adapter includes a bidirectional voltage divider. The bi-directional voltage divider receives the reference voltage through the first end and divides the reference voltage to generate the preset voltage reference bit, or receives the current request signal through the second end. The enhanced USB connector is coupled to the power adapter to transmit the output voltage of the adapter. The linear charger is coupled to the transmission connection line to receive the output voltage of the adapter. The power adapter identifies whether the enhanced USB connection is compatible and whether the charger is compatible according to the current request signal. The power adapter reverses the output voltage of the linear charger according to the current request signal of the linear charger at the selected current limit quasi-bit.

【技術實現步驟摘要】
充電系統及其電源適配器
本專利技術是有關于線性充電系統及其電源適配器。尤其是有關于用于改善充電效率的充電系統與電源適配器。
技術介紹
現今大多數手機使用線性充電系統，其包括了5.0V-1.0A電源、通用串行總線(universalserialbus,USB)連接線以及內部線性充電器(internallinearcharger，ILC)。電源可以是USB數據端口或交流轉直流(AC/DC)適配器。ILC更包括功率金氧半場效晶體管(MOSFET)。藉由控制功率MOSFET的閘極-源極電壓，ILC可在充電流程的四個階段中調節充電電流或充電電壓。使用線性充電器的主要優點是電路簡單，電路實現成本低。此外，與開關模式充電器不同，線性充電器不需要任何電感器或變壓器部件。因此，線性充電器可以在單片集成電路(integratedcircuit，IC)中被實現。事實上，2014年前的大部分手機都采用內置線性充電器，充電速度為1.0A。然而，隨著4G網絡的到來，手機市場進入了智能型手機時代。隨著第一款使用安卓(Android)操作系統的智能手機的推出，以及蘋果公司推出的iPhone4，這兩者都在2010年造成了廣泛的普及，并開始主宰手機市場。而在2008年至2016年期間，手機的平均電池容量從約900mAH提高到約3200mAH。雖然以前的標準5V-1A適配器可以在大約一個小時內將空的900mAH電池充電到90％的容量，但同一適配器則需要超過三個小時才能將空的3200mAH電池充滿電。請參考圖1，圖1是常規的充電系統的示意圖。充電系統100包括常規適配器110、標準通用串行總線(universalserialbus，USB)連接線120、充電控制器130以及晶體管(MOSFET)Q1。適配器110具有輸出端VO+以及VO-用以傳輸輸出電壓Vout。標準USB連接線包括電源線121、接地電位線122、第一數據傳輸線以及第二數據傳輸線。電源線和接地線的直流電阻分別約為0.25Ω。充電器系統100用以對耦接于晶體管Q1的電池BAT進行充電。也請同時參考圖2A與圖2B，圖2A與圖2B是常規的充電器系統的操作波形圖。圖2A中，110為5V-1A的適配器并且用于向一顆1AH的電池充電。假設充電流程開始于電池電壓Vbat為3.0V，并且充電流程在時間點為0時進入固定電流CC階段。曲線213示出了在充電過程中，輸出電壓Vout在適配器110控制下維持于5.0V的固定準位。曲線214示出了電壓Vin被充電控制器130所接收。在固定電流CC階段(從時間點0到40分鐘)中，進入電池BAT的充電電流Ich可被調節為0.9A。由于USB連接線120中的電源線121以及接地電位線122的總電源-回授電阻Rcb為0.5(0.25+0.25)Ω，因此在固定電流CC階段的期間，在連接線電阻Rcb的電壓降等于0.45V。所以，曲線214所示出的電壓Vin在固定電流CC階段的期間為4.55V。另一方面，曲線215示出了電壓Vbat在固定電流CC階段的期間自3.0V逐漸上升到4.2V。在固定電流CC階段，電壓Vin以及電壓Vbat之間的差異被操作于線性模式中的晶體管Q1所吸收。因此，晶體管Q1的汲極-源極電壓Vds就等于Vds＝Vout–Ich*Rcb–Vbat，其中Rcb為USB連接線120電源-回授電阻，Ich是流經USB連接線120的電流。晶體管Q1的功率消耗Pd則是由Ich以及Vds的乘積，也就是Pd＝Ich*Vds＝Ich*(Vout–Ich*Rcb–Vbat)。曲線216示出了充電電流Ich在固定電流CC階段中，始終維持于0.9A。曲線217示出了在固定電流CC階段開始，并且當電壓Vbat為3.0V以及電壓Vds為1.55V時，晶體管Q1的功率消耗為1.395W。固定電流CC階段結束，電壓Vbat到達4.2V而電壓Vds下降到0.35V。固定電流CC階段結束時，晶體管Q1的功率消耗下降到0.315W。在電壓Vbat到達4.2V之后，充電流程進入了電壓Vbat被調節為4.2V固定準位的固定電壓CV階段。充電電流開始逐漸下降。然而，由于連接線電壓下降(＝Ich*0.5Ω)幅度的降低，電壓Vds在固定電壓CV階段反而是上升的。在固定電壓CV階段結束時，充電電流Ich下降到C/10或0.1A。此時充電控制器130結束充電流程。在固定電壓CV階段期間，晶體管Q1的功率消耗自0.315W下降到0.08W。在圖2B中，適配器110為5V-3A的規格并且用以對一3AH電池BAT充電。充電流程開始于Vbat＝3.0V。曲線223示出了輸出電壓Vout在適配器110控制下始終維持于5.0V的固定準位。曲線224示出了電壓Vin的軌跡。電壓Vin是為：Vin＝Vout–Ich*0.5Ω。USB連接線120的連接線電壓損失等于3A*0.5Ω＝1.5V。于是在固定電流CC階段的第一個20分鐘，電壓Vin被限制在3.5V。而如曲線225所示，當電壓Vbat增加到3.35V以上，輸出電壓Vout以及電壓Vin之間的電壓差異下降到低于1.5V，因此不足以支撐3A的充電電流。其結果如曲線226所示，電流Ich隨著電壓Vbat的電壓逐漸增加到4.2V而開始下降。而在約60分鐘時，電壓Vbat到達4.2V，充電電流Ich下降到Ich＝(Vout–Vin)/0.5Ω＝0.65V/0.5Ω＝1.3A。曲線227示出了在固定電流CC階段開始時晶體管Q1的功率消耗為最大值1.5W。而在第一個20分鐘時晶體管Q1的功率消耗下降到0.45W并且在固定電流CC階段結束時更下降到0.195W。但是在固定電流CC階段的第一個20分鐘時，USB連接線120所造成的熱損失(功率消耗)為0.5Ω*(3A)^2＝4.5W。4.5W的損耗可能導致USB連接線120上的明顯的溫度上升，造成用戶的顧慮。再者，雖然適配器110與充電控制器130兩者都能夠以在充電電流為3A的準位下勉強操作，但是高電阻(0.5Ω)的USB連接線120使得在固定電流CC階段的充電電流只有約2.2A，低于1C(即3A)的充電速率要求。
技術實現思路
本專利技術提供電源適配器以及線性充電系統，電源適配器被設計用以將充電器內部的功率晶體管的熱損失降到最低。本專利技術所提供的電源適配器包括電源轉換器以及回饋控制電路。電源轉換器接收輸入電壓，依據操作誤差電壓對輸入電壓執行電壓轉換以產生輸出電壓。回饋控制電路包括參考電流處理電路、電壓回授電路以及電流回授電路。參考電流處理電路接收電流請求訊號并且比較具有多個設定電壓的電流請求訊號以產生參考電流訊號。電壓回授電路依據分壓輸出電壓以及第一參考電壓產生第一誤差電壓。電流回授電路依據來自于電源轉換器的輸出電流訊號以及參考電流訊號產生第二誤差電壓。其中操作誤差電壓經由比較第一誤差電壓與第二誤差電壓，而以較低的電壓準位為準。本專利技術提供一種充電系統，包括前述的電源適配器、增強型USB連接線以及充電器。電源適配器包括雙向電壓分壓器。雙向電壓分壓器經由第一輸入端接收第二參考電壓并且將第二參考電壓分壓以產生預設電壓準位，以及經由第二輸入端接收電流請求訊號以產生電流請求準位訊號。增強型USB連接線耦接至電源適配器用以傳輸適配器的輸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種電源適配器，具有多個電流限制準位，其特征在于，包括：電源轉換器，接收輸入電壓，依據操作誤差電壓對該輸入電壓執行電壓轉換以產生輸出電壓；以及回饋控制電路，耦接至電源轉換器，包括：參考電流處理電路，具有多數個設定電壓，接收電流請求訊號并與該多數個設定電壓比較以產生參考電流訊號；電壓回授電路，依據該輸出電壓之分壓以及第一參考電壓產生第一誤差電壓；以及電流回授電路，依據來自于電源轉換器的輸出電流訊號以及該參考電流訊號產生第二誤差電壓，其中，該操作誤差電壓經比較為該第一誤差電壓或該第二誤差電壓，以兩者中較低的電壓準位為準。

【技術特征摘要】
2017.08.18 TW 1061281861.一種電源適配器，具有多個電流限制準位，其特征在于，包括：電源轉換器，接收輸入電壓，依據操作誤差電壓對該輸入電壓執行電壓轉換以產生輸出電壓；以及回饋控制電路，耦接至電源轉換器，包括：參考電流處理電路，具有多數個設定電壓，接收電流請求訊號并與該多數個設定電壓比較以產生參考電流訊號；電壓回授電路，依據該輸出電壓之分壓以及第一參考電壓產生第一誤差電壓；以及電流回授電路，依據來自于電源轉換器的輸出電流訊號以及該參考電流訊號產生第二誤差電壓，其中，該操作誤差電壓經比較為該第一誤差電壓或該第二誤差電壓，以兩者中較低的電壓準位為準。2.根據權利要求1所述的電源適配器，其特征在于，該參考電流訊號選擇該多個電流限制準位的其中之一。3.根據權利要求2所述的電源適配器，其特征在于，如果該電源適配器的該輸出電流上升到達該選定電流限制準位時，該電源適配器的該輸出電壓會往下折回。4.根據權利要求3所述的電源適配器，其特征在于，該參考電流處理電路包括：數據接腳；多個比較器，分別接收該多個設定電壓，并且共同接收該電流請求訊號，分別產生多個比較結果；以及電流請求處理電路，耦接至該多個比較器，運算該多數個比較結果以產生該參考電流訊號。5.根據權利要求4所述的電源適配器，其特征在于，該參考電流處理電路耦接至該數據接腳以接收電流請求訊號。6.根據權利要求1所述的電源適配器，其特征在于，該電流回授電路包括：電流感測電路，感測該電源適配器的輸出電流，并且提供輸出電流訊號；第一運算放大器，具有第一輸入端耦接至該電流感測電路以接收該輸出電流訊號，第二輸入端用以接收該參考電流訊號，以及輸出端用以產生該第二誤差電壓.7.根據權利要求1所述的電源適配器，其特征在于，該電壓回授電路包括：輸出電壓分壓器，該輸出電壓分壓器的第一端耦接至該電源適配器的正輸出端，該輸出電壓分壓器的第二端耦接至參考接地電位，該輸出電壓分壓器的第三端用以產生該輸出電壓之分壓；第二運算放大器，該第二運算放大器的第一輸入端耦接至該輸出電壓分壓器的第三端以接收該輸出電壓之分壓，該第二運算放大器的第二輸入端用以接收該第一參考電壓，該第二運算放大器的輸出端用以產生該第一誤差電壓。8.根據權利要求6所述的電源適配器，其特征在于，該電流感測電路更包括：電流感測電阻，該電流感測電阻的第一端耦接至該電源適...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉光華，
申請(專利權)人：聚明科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣,71