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CN108365469B - 具有复合式电源的集线器 - Google Patents

具有复合式电源的集线器 Download PDF

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CN108365469B CN201810231631.2A CN201810231631A CN108365469B CN 108365469 B CN108365469 B CN 108365469B CN 201810231631 A CN201810231631 A CN 201810231631A CN 108365469 B CN108365469 B CN 108365469B
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Abstract

一种集线器，透过USB传输线与外部的一电子设备及至少一行动装置电性连接，USB传输线包括一讯号传输线与一电源传输线，集线器包括一第一连接端、至少一第二连接端、与一第一直流转换器。第一连接端适于透过USB传输线连接至该电子设备，第二连接端适于透过USB传输线连接至该行动装置，电子设备及行动装置之间是经由讯号传输线、第一连接端及第二连接端进行数据传输。第一直流转换器的一输入端透过电源传输线电性连接至电子设备，第一直流转换器的一输出端透过电源传输线电性连接至该行动装置，第一直流转换器是用于输出稳定的电压至行动装置。本发明的有益效果是能够兼具数据传输与快速充电功能，且可兼顾携带方便、便于随时随地进行充电。

Description

具有复合式电源的集线器
技术领域
本发明是关于一种集线器，且特别是关于一种具有复合式电源的集线器，兼具数据传输与复合式电源快速充电功能。
背景技术
近年来随着科技的发展，各种行动装置(例如：智能型手机)的尺寸越来越小，让行动装置朝向携带方便的方向发展。当然，行动装置平时需要仰赖电池来维系正常运作，而行动装置的电池用尽后便需要立即快速充电。
目前，常见的USB2.0埠所能提供的额定电流为500mA，USB3.0埠所能提供的额定电流则为900mA，而USB type C埠所能提供的额定电流更可达到1.5A或3A，而行动电子装置通常会通过各种沟通方式(例如：DP与DN信号、USB type C的cc1与cc2信号、或USB PD的5VBUS之FSK技术等等)来侦测USB埠的类型，判断USB端口为一般信号用USB端口(例如：SDP模式)或是只能提供高电流充电之USB埠(例如：DCP模式)，或是两者均有(例如：CDP模式)。行动电子装置会与USB端口所属于的电子设备(如：桌面计算机)沟通后，便可判断USB埠的类型(例如：判断是否为type C)，而在决定充电条件(决定电压等级与充电电流等级)之后，便可以开始进行快速充电(快速充电之定义为高于500mA以上)。快速充电功能启动后，一般行动装置所能接受的充电电流可达1A左右，有些甚至高达接近2.4A，USB type C埠更可达到最高3A。然而，当充电电流越高，USB线材、连接头所造成的电压降(Voltage drop)会越深，过低的输出电压可能会造成电子装置的动作异常。
现今，行动装置除了使用市电交流电搭配适配器(或充电器)来充电之外，消费者更常使用个人计算机上的USB来充电。但PC与NB的USB通常只能提供标准充电模式500mA。然而，随着行动装置的种类变多，消费者多半会拥有两种以上的行动装置，例如：手机、外接式硬盘、平板计算机、或数字相机等等，而一般的桌面计算机上的USB埠的数量对消费者而言可能不敷使用。此时，使用者就可购买USB集线器(USB hub)来扩充USB的数量。尤其小尺寸笔记本电脑讲求便于携带性，USB埠的数目也会减少，可能只有两个，甚至未来只会有一个。如果消费者外出时除需要携带手机、笔电、与集线器等装置外，还须再额外携带各装置所搭配的各类适配器，如此显然接口设备与配件会变得相当多，非常不方便。目前，市面上有一些快速充电的电子产品(例如：车用充电器，或者AC转多组USB埠的充电器)，虽然这些产品拥有足够的功率来提供多个行动电子装置进行快速充电，但却无法传输数据。而传统的USB集线器虽然可将USB埠扩充，以让多组行动装置同时进行数据传输，但一般设备的USB埠所能提供的功率有限，为了避免USB埠发生过电流或因为缺乏启动快充并同时信号传输的功能(如：CDP模式)，行动装置只能被允许标准充电模式，集线器无法提供快速充电功能。而市面上少数集线器当然还是可以通过额外的适配器(adapter)来提供更多电源，但需要携带至少两个配件、也会增加成本与不便。而且，有些USB集线器甚至还须有手动的切换开关来作为USB电源与外部的电源转换器之间的切换，使用起来相当不便。
因此，如何解决上述问题，开发一个可以传递资料，兼顾携带方便、同时能够快速充电并降低成本的产品，便是本领域技术人员值得去思量地。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明的目的在于提供一种集线器，能够兼具数据传输与快速充电功能，且可兼顾携带方便、便于随时随地进行充电。
基于上述目的与其他目的，本发明提供一种集线器，透过USB传输线与位于外部环境的一电子设备及至少一行动装置电性连接，上述USB传输线内部组成包括一讯号传输线与一电源传输线。集线器包括一第一连接端、至少一第二连接端、与一第一直流转换器。第一连接端适于透过上述USB传输线电性连接至该电子设备备，第二连接端适于透过上述USB传输线电性连接至该行动装置，电子设备及行动装置之间是经由讯号传输线、该第一连接端及该第二连接端进行数据传输。该第一直流转换器的一输入端透过该电源传输线电性连接至该电子设备，该第一直流转换器的一输出端透过该电源传输线电性连接至该行动装置，该第一直流转换器是用于输出稳定的电压至该行动装置。其中该第一连接端为USB3.1type C端口，且该电子设备透过USB PD的协议而具备可被充电与供电两种模式。
在上述的集线器，还包括一电源转换器与一第三连接端，电源转换器通过该第三连接端与位于外部环境的一交流电源电性连接。电源转换器包括一交流/直流转换器与一第二直流转换器。交流/直流转换器的输入端是通过第三连接端电性连接至交流电源，而第二直流转换器的输入端是电性连接至交流/直流转换器，且第二直流转换器的输出端是电性连接至行动装置。
在上述的集线器中，还包括一第四连接端，该第四连接端适于电性连接到位于外部环境的一电子设备或一直流电源。其中，于集线器内，第四连接端是电性连接到交流/直流转换器的输出端且电性连接到第二直流转换器的输入端。
在上述的集线器中，还包括一电流分配电路，其中第一直流转换器的输出端与第二直流转换器的输出端是电性连接至电流分配电路，且电流分配电路的输出端电性连接到行动装置。或者，第二直流转换器具有定电流定电压功能。
在上述的集线器中，该第二直流转换器具有定电流定电压功能。
在上述的集线器中，还包括一电源控制器与一电流传感器。电源控制器是与第一直流转换器电性连接，电流传感器是电性连接于第一直流转换器与电子设备之间。电源控制器通过电流传感器侦测电子设备之一输出电压与一输出电流。当输出电压小于一电压默认值，或输出电流大于一电流默认值，该电源控制器降低第一直流转换器的输出电压。
在上述的集线器中，其特征在于，该电子设备具有一USB接口，该USB接口电性连接至该第一连接端。
在上述的集线器中，还包括一第一电流传感器、一第三直流转换器、至少一第四直流转换器、一储能组件、及一储能组件控制电路。第一电流传感器与电子设备电性连接，适于传感电子设备的输出电压与输出电流，而第三直流转换器则与第一电流传感器电性连接。第四直流转换器则与第三直流转换器电性连接，适于将第三直流转换器的输出电压转换为行动装置所需的充电电压。储能组件，电性连接于第三直流转换器与第四直流转换器之间。另外，储能组件控制电路则与电子设备、第一电流传感器、第三直流转换器、及储能组件电性连接，该储能组件控制电路具有一第一电流默认值与一第一电压默认值。其中，当电子设备的输出电流小于第一电流默认值且电子设备的输出电压大于第一电压默认值时，储能组件控制电路设定第三直流转换器的输出电压大于储能组件的输出电压，从而使电子设备对行动装置与储能组件充电。反之，当电子设备的输出电流大于第一电流默认值或电子设备的输出电压小于第一电压默认值时，储能组件控制电路设定第三直流转换器的输出电压降至储能组件的输出电压，也就是转由电子设备与储能组件同时对行动装置充电。
此外，上述集线器还包括一第二电流传感器与一第一开关组件。其中，第二电流传感器与第一开关组件相互电性连接，第二电流传感器分别电性连接至储能组件控制电路及该第三直流转换器与该第四直流转换器之间，第一开关组件分别电性连接至储能组件控制电路与储能组件。第二电流传感器适于传感储能组件的充电电流与放电电流，当储能组件的充电电流或放电电流大于一第二电流默认值，或该储能组件的充电电压或放电电压超出一第二电压默认值时，则第一开关组件呈现断路。
在上述的集线器中，还包括一第五直流转换器、一第二开关组件、与一控制电路。第五直流转换器电性连接至该交流/直流转换器，第二开关组件则电性连接于电子设备与第五直流转换器间，且第二开关组件也电性连接于电子设备与第一直流转换器间。控制电路电性连接至第五直流转换器与第二开关组件。其中，控制电路控制该第二开关组件，以启动或关闭电子设备与第五直流转换器间的电性连接，及启动或关闭电子设备与第一直流转换器间的电性连接。其中，当第三连接端未电性连接至交流电源，第一连接端是电性连接至电子设备，且第四连接端也未电性连接至电子装置或直流电源时，该控制电路控制第二开关组件以关闭电子设备与第五直流转换器间的电性连接，及启动电子设备与第一直流转换器间的电性连接。
在上述的集线器中，当第三连接端电性连接至交流电源，且第一连接端是电性连接至电子设备时，控制电路控制该第二开关组件以启动电子设备与第五直流转换器间的电性连接，及关闭电子设备与第一直流转换器间的电性连接。
在上述的集线器中，当第三连接端未电性连接至交流电源，第一连接端是电性连接至电子设备，且第四连接端是电性连接至直流电源时，控制电路控制第二开关组件以启动电子设备与第五直流转换器间的电性连接，及关闭电子设备与第一直流转换器间的电性连接。
在上述的集线器中，还包括一第三开关组件与一第六直流转换器。第三开关组件电性连接于交流/直流转换器与第五直流转换器间，而第六直流转换器电性连接于交流/直流转换器与第四连接端间。其中，第六直流转换器为升压转换器且还电性连接至第二开关组件。另外，第二直流转换器为降压转换器且还电性连接至第二开关组件。
在上述的集线器中，交流/直流转换器还电性连接到第二开关组件。
在上述的集线器中，其特征在于，其中该行动装置的快速充电模式为：对该行动装置的充电电流高于500mA。
本发明还提供一种集线器，与位于外部环境的一电子设备及至少一行动装置电性连接，该集线器包括一第一连接端、至少一第二连接端、一第一电流传感器、一第三直流转换器、至少一第四直流转换器、一储能组件及一储能组件控制电路。第一连接端适于电性连接至该电子设备。第二连接端适于电性连接至该行动装置，该电子设备及该行动装置之间是经由该第一连接端及该第二连接端进行数据传输。第一电流传感器电性连接至该第一连接端，该第一电流传感器适于感测该电子设备的输出电压与输出电流。第三直流转换器与该第一电流传感器电性连接。第四直流转换器与该第三直流转换器及该第二连接端电性连接，该第四直流转换器适于将该第三直流转换器的输出电压转换为该行动装置所需的充电电压。储能组件电性连接于该第三直流转换器与该第四直流转换器之间。储能组件控制电路与该电子设备、该第一电流传感器、该第三直流转换器、该储能组件电性连接，该储能组件控制电路具有一第一电流默认值与一第一电压默认值。其中，当该电子设备的输出电流小于该第一电流默认值且该电子设备的输出电压大于该第一电压默认值时，该储能组件控制电路设定该第三直流转换器的输出电压大于该储能组件的输出电压，从而使该电子设备对该行动装置与该储能组件充电。当该电子设备的输出电流大于该第一电流默认值或该电子设备的输出电压小于该第一电压默认值，该储能组件控制电路设定该第三直流转换器的输出电压降至该储能组件的输出电压，由该电子设备与该储能组件同时对该行动装置充电。
在上述的集线器中，其特征在于，该第一连接端为USB 3.1type C端口，且该电子设备透过USB PD的协议而具备可被充电与供电两种模式。
为让本发明的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文将以实施例并配合所附图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各组件仅是示意，并未按照各组件的实际比例进行绘示。
附图说明
图1所示为本发明的第一实施例的集线器的外观示意图。
图2A所示为第一实施例的集线器的架构示意图，图2B所示为另一实施例的集线器。
图3A与图3B所示为本发明的第二实施例的集线器的外观示意图。
图4所示为第二实施例的集线器的架构示意图。
图5所示为第三实施例的集线器的架构示意图。
图6所示为第四实施例的集线器的架构示意图。
图7所示为第五实施例的集线器的架构示意图。
图8所示为行动电源模块的架构示意图。
图9所示为第五实施例的集线器的架构示意图。
图10所示为第五实施例的集线器的另一种运作状态。
图11所示为第五实施例的集线器的再一种运作状态。
图12所示为第六实施例的集线器的架构示意图。
图13所示为第六实施例的集线器的再一种运作状态。
图14所示为当第一直流转换器与第二直流转换器为多个时的运作示意图。
图15所示为本发明的集线器的使用示意图。
具体实施方式
请参照图1与图2A，图1所示为本发明的第一实施例的集线器的外观示意图，图2A所示为第一实施例的集线器的架构示意图。集线器100包括一第一连接端11及至少一第二连接端13(在本实施例为多个)。在本实施例中，第一连接端11与第二连接端13皆为USB埠。集线器100是经由第一连接端11及一USB传输线15电性连接到一电子设备10的的USB端口，电子设备10例如为AIO(All in one)PC、桌面计算机、或笔记本电脑。第二连接端13则能够让集线器100电性连接到至少一行动装置30，行动装置30例如为手机、平板计算机、卡片阅读机或储存装置等等。电子设备10可通过USB传输线15与集线器100电性连接到多个行动装置30进行数据交换或充电的作业。另外，集线器100内部包括一控制器120，控制器120是电性连接于电子设备10与行动装置30之间。在本实施例中，USB传输线15中的信号传输线151是连接到控制器120，因此控制器120适于与行动装置30互相传输信号，以建立电子设备10与行动装置30之间的数据传输管道。
控制器120能够发送一信号至行动装置30，行动装置30接到该信号后便会启动快速充电模式。详细来说，现行的USB埠有三种传输定义：标准下行埠(SDP)、专用充电埠(DCP)与充电下行埠(CDP)。SDP主要是用于数据传输，其充电电流仅有500毫安，故充电速度较慢。DCP是充电专用的定义，最大能够以1500毫安或更多的电流充电，但无法提供数据传输。CDP则是能够进行数据传输，也能够以最大1500毫安的电流充电。控制器120所发送的信号，便是让行动装置30能够开启支持CDP的充电模式，能够快速充电同时可进行数据传输。另外，控制器120也可依状况而让行动装置30只启动DCP模式。例如，若集线器100未连接至电子装置的USB接口，而是连接至不具数据传输功能的电压源(例如：行动电源或室内电源)时，控制器120则能够使行动装置30启动DCP模式。此外，于USB type C的架构中，供电之设备端更可与另一端的装置端协议后决定进行充电或供电模式，在电压为5V的情况下，该电流可以为1.5A或3A，或甚至Power Delivery模式(输出电压为12V或20V)。
另外，集线器100还包括一第一直流转换器111，该第一直流转换器111之一输入端是通过USB传输线15中的电源传输线152电性连接至电子设备10，第一直流转换器111之一输出端则是是通过USB传输线15中的电源传输线152电性连接至行动装置30。第一直流转换器111可以是一种对输入电源具有限电流或限电压功能的直流/直流转换器(DC/DCconverter)，其可调整输出电压的大小而用于稳定对行动装置30的充电电压，不论电子设备10的供电状况如何，行动装置30所接收到的充电电压均经由直流转换器111调整后稳定地提供，也就是说第一直流转换器111具有稳压的功能。
请继续参照图2A，当集线器100连接较多的行动装置30而需要较大的充电电流时，电子设备10的输出电流会变大，且输出电压会因为接头、线损及其他因素而降低。当电子设备10的输出电流超过一定值时，会使电子设备10超载。因此，在本实施例中，借由结合第一直流转换器111、电流传感器112、及电源控制器113的情况下，可限制电子设备10的输出功率。也因此，电子设备10不至于因为行动装置30需要过大的充电电流而发生超载，且经过第一直流转换器111输出的电压也可稳定的输出，并符合行动装置30的充电需求。在本实施例中，电源控制器113是通过电流传感器112侦测到电子设备10的输出电压或输出电流。电源控制器113中储存有一电压默认值与一第二电流默认值，当电源控制器113侦测到电子设备10的输出电压小于该电压默认值，或电子设备10的输出电流大于该第二电流默认值，电源控制器113会控制第一直流转换器111立即降低输出电压，借由限制电子设备10不低于电压默认值且不超过该第二电流默认值，进而限制集线器100的功率输出，避免电子设备10因行动装置30的充电电流过大而导致损坏。在本实施例中，设置电流传感器112与电源控制器113来控制第一直流转换器111的输出电压与输出电流，但并不限于此。在某些实施例中，是可不设置电流传感器112与电源控制器113，由第一直流转换器111直接对行动装置30提供稳定的电压。
此外，也可在集线器中设置行动电源模块，而使集线器变成为一台具有行动电源功能的集线器。请参照图2B与图8，图2B所示为另一实施例的集线器100’，图8所示为行动电源模块510。此行动电源模块510包括一第一电流传感器512、一第三直流转换器514、一第四直流转换器516、一储能组件控制电路513、与一储能组件518，第三直流转换器514则是与第一电流传感器512电性连接。第一电流传感器512是与电子设备10电性连接，并可传感电子设备10的输出电压与输出电流。其中，行动电源模块510的输入端是电性连接到第一连接端11，而行动电源模块510的输出端则是电性连接到第二连接端13。储能组件518例如为电池，是电性连接至第三直流转换器514与第四直流转换器516之间。第四直流转换器516是电性连接于第三直流转换器514，第四直流转换器516可将第三直流转换器514的输出电压与储能组件518的电压转换成行动装置30所需的充电电压。储能组件控制电路513是分别电性连接于第一电流传感器512、第三直流转换器514、电子设备10、与储能组件518。储能组件控制电路513可借由第一电流传感器512侦测电子设备10的输出电流与输出电压，因此储能组件控制电路513中储存有一第一电流默认值与一第一电压默认值。储能组件控制电路513是将电子设备10的输出电流或输出电压与第一电流默认值或第一电压默认值比较，做为控制第三直流转换器514电压输出的依据。
储能组件控制电路513会侦测电子设备10的输出电流与输出电压，当电子设备10的输出电流小于第一电流默认值，且电子设备10的输出电压大于第一电压默认值时，第三直流转换器514的输出电压会略大于储能组件518的输出电压。储能组件控制电路513便会控制第三直流转换器514以第一电流默认值为输出电流同时对储能组件518与行动装置30进行充电，此时第三直流转换器514同等于以定电流模式(Constant Current Mode)进行供电。另外，第四直流转换器516则将第三直流转换器514的输出电压转换成行动装置30所需的充电电压，以稳定的对行动装置30进行充电。当储能组件518已接近充饱电状态，且行动装置30与储能组件518所需的总充电电流小于第一电流默认值时，储能组件控制电路513会将第三直流转换器514的输出电压控制在一默认值，此默认值是仅略高于储能组件518的输出电压，例如4.3V，此时第三直流转换器514以定电压模式(Constant Voltage Mode)对储能组件518与行动装置30充电。
当行动装置30的数量增加，且需要同时充电，行动装置30所需的充电电流便会上升。当行动装置30所需的充电电流上升，而使电子设备10的输出电流大于第一电流默认值，或者让电子设备10的输出电压小于第一电压默认值时，第三直流转换器514会立刻转换成定电流模式(Constant Current Mode)并以第一电流默认值为输出电流供电，此时第三直流转换器514的输出电压会下降。当第三直流转换器514的输出电压降至与储能组件518的输出电压相同时，储能组件518便会开始供电。然后转由电子设备10与储能组件518通过第四直流转换器516同时对行动装置30充电，以满足众多行动装置30较高的充电电流需求。
此外，本实施例的行动电源模块510还包括一第二电流传感器515与一第一开关组件517。第二电流传感器515与第一开关组件517是用于保护储能组件518，避免储能组件518因充放电流异常而导致储能组件518寿命缩短。第二电流传感器515与第一开关组件517是互相电性连接，第二电流传感器515分别电性连接至储能组件控制电路513及第三直流转换器514与第四直流转换器516之间。第一开关组件517分别电性连接至储能组件控制电路513与储能组件518。储能组件控制电路513可侦测储能组件518的电压并通过第二电流传感器515侦测储能组件518的充电电流与放电电流，以控制第一开关组件517来保护储能组件518。因此，控制电路还包括一第二电流默认值与一第二电压默认值。当储能组件518的充电电流或放电电流大于第二电流默认值，或储能组件518的电压超出该第二电压默认值时(即储能组件518过度充电或过度放电时)，储能组件控制电路513会使第一开关组件517呈现断路状态，以保护储能组件518。
请参照图3A、图3B与图4，图3A与图3B所示为本发明的第二实施例的集线器的外观示意图，图4所示为第二实施例的集线器的架构示意图。除了第一连接端11及第二连接端13外，此集线器200还包括一第三连接端12与一第四连接端14。而且，于集线器200的内部还包括一电源转换器110，此电源转换器110通过第三连接端12与位于外部环境的一交流电源20电性连接，此交流电源20则例如为家用的110V插座。此电源转换器110包括一交流/直流转换器114与一第二直流转换器115，交流/直流转换器114的输入端是通过第三连接端12电性连接至交流电源20，而第二直流转换器115的输入端是电性连接至交流/直流转换器114的输出端，而第二直流转换器115的输出端则是电性连接至一电流分配电路130，而电流分配电路130的输出端则是电性连接至行动装置30。
此外，集线器200的第四连接端14是连接到与行动装置30不同电压等级的至少一电子装置31，此电子装置31例如为平板计算机、笔记本电脑、AIO PC。当集线器200所连接的行动装置30与电子装置31愈来愈多时，所需的充电功率会变高。此时，交流电源20便能提供额外的电源供给，使集线器100能够对多个行动装置30与电子装置31进行充电。另外，借由将集线器200中的信号传输线151延伸至电子装置31，也可让电子设备10、行动装置30、与电子装置31间进行数据传输。
另外，第二直流转换器115的输出可以具有定电压定电流(CC-CV)限制的功能。第二直流转换器115之一输入端是电性连接至交流/直流转换器114，第二直流转换器115之一输出端则是电性连接至第一直流转换器111的输出端，且第二直流转换器115的输出端与第一直流转换器111的输出端皆电性链接到行动装置30。第二直流转换器115具有一第三电流默认值，当行动装置30所需的输入电流低于该第三电流默认值时，第二直流转换器115的输出电压会恒定在一设定值，当行动装置30所需的输入电流高于该第三电流默认值时，第二直流转换器115的输出电压会开始下降。
当行动装置30所需要的充电电流小于该第三电流默认值，第二直流转换器115的输出电压会恒定在该设定值，此时以定电压模式(Constant Voltage Mode)进行供电，此设定值的电压会高于第一直流转换器111的输出电压，因此第一直流转换器111的输出端是处于逆偏压的状态，故电子设备10此时不会对行动装置30进行供电，而由交流电源20对行动装置30进行充电。
当集线器100所连接的行动装置30数量增加而同时充电时，全部行动装置30所需的充电电流也会提高。而当行动装置30所需的充电电流上升至大于该第三电流默认值时，在CCCV功能的控制下，此时第二直流转换器115将以定电流模式(Constant Current Mode)进行供电，第二直流转换器115所输出的电流在被限制的情况下，第二直流转换器115的输出电压会立刻降低。当第二直流转换器115的输出电压降低到与直流转换器111的输出电压相等时，电子设备10便会开始对行动装置30进行供电。此时，是由电子设备10与第二电压源20同时对行动装置30充电，以满足多个行动装置30较高的充电电流需求。
或者，第二直流转换器115不一定要具有定电压定电流的功能，在加装电流分配电路130后也可能达到与上述类似的功效。请同时参照图4A，第一直流转换器111的输出端与第二直流转换器115的输出端是电性连接至电流分配电路130。由图4A可清楚得知，电流分配电路130例如是由二个电组器117,118所构成，其中第二直流转换器115的输出端连接到电阻器117，而第一直流转换器111的输出端则是连接到电阻器118。当行动装置30所需的电流增加，电阻器117的电压降也会随之增加，使节点116的电压下降。当行动装置30所需的电流流经电阻器117，使节点116的电压下降至低于直流转换器111的输出电压时，直流转换器111便开始供电，达到电子设备10与第二电压源20同时对行动装置30供电的功效。
再来，请参照图5，图5所示为第三实施例的集线器的架构示意图。相较于第二实施例的集线器200，此集线器300并不包括交流/直流转换器114。而且，第四连接端14是连接到外部的一直流电源31’，此直流电源31’例如是连接到汽车电瓶的充电座，其输出电压约为12V或24V。这样一来，直流电源31’便可通过第二直流转换器115而供给电源给行动装置30。
请参照图6，图6所示为第四实施例的集线器的架构示意图。相较于图4的集线器200，此集线器400还包括一桥接控制器150。桥接控制器150电性连接于控制器120，该桥接控制器150适于进行信号格式转换。举例来说，桥接控制器150可将控制器120所输出的信号转换成其他格式的信号，再将这些信号传输到读卡器、VGA埠、或HDMI端口、或甚至内存等其他电子装置32，其中内存则可置于集线器内部。因此，集线器400还可外加扩充底座(Docking Station)。也就是说，借由集线器400，在充电的同时又可进行数据上的转换与传输。当然，也可单纯进行充电使用。另外，借由将集线器400中的信号传输线151延伸至电子装置31，也可让电子设备10、行动装置30、与电子装置31,32间进行数据传输。
请参照图7与图8，图7所示为第五实施例的集线器的架构示意图，图8所示为行动电源模块的架构示意图。在第五实施例中，于第二直流转换器115与电流分配电路130间还设有行动电源模块510，其中行动电源模块510的输入端是电性连接到第二直流转换器115，而行动电源模块510的输出端则是电性连接到电流分配电路130。另外，行动电源模块510也可以设置在第一直流转换器111与电流分配电路130间。
请参照图9，图9所示为第五实施例的集线器的架构示意图。相较于图4的集线器200，此集线器600还包括一第五直流转换器612、一第二开关组件614、与一控制电路616。此外，第一连接端11例如为USB 3.1PD(Power Delivery)type C端口，且电子设备10是一个可通过与控制器120的沟通程序，而具备可被充电或供电两种模式的电子设备(如：平板计算机、笔记本电脑、AIO PC、TV、Monitor等)。其中，第五直流转换器612电性连接至交流/直流转换器114，第二开关组件614电性连接于电子设备10与第五直流转换器612间，且第二开关组件614也电性连接于电子设备10与第一直流转换器111间。此外，控制电路616的输出端电性连接至第五直流转换器612与第二开关组件614，而控制电路616的输入端是借由信号传输线151而电性连接至电子设备10。控制电路616是用以控制第二开关组件614，以启动或关闭电子设备10与第五直流转换器612间的电性连接。此外，电子设备10、控制电路616能与控制器120之间会进行沟通并决定电子设备10所需要的电压模式，接着借由控制电路616控制第二开关组件614，也能启动或关闭电子设备10与第一直流转换器111间的电性连接。在本实施例中，控制电路616的输入端是直接连接到信号传输线151，但也可以先连接到控制器120再电性连接至信号传输线151。更详细来说，当控制电路616具有可判断电子设备10所需要的电压等级的机制时，则可直接将控制电路616连接到信号传输线151；反之，当控制电路616不具有可判断电子设备10所需要的电压等级的机制时，则控制电路616连接到控制器120，而让控制器120来判断电子设备10所需要的电压模式的机制。
请继续参照图9，当第三连接端12未电性连接至交流电源20，且第四连接端15也未电性连接至如图5所示的直流电源31’时(在图9未连接以虚线表示)，但第一连接端11是电性连接至该电子设备10。此时，控制电路616控制第二开关组件614以关闭电子设备10与第五直流转换器612间的电性连接，及启动电子设备10与第一直流转换器111间的电性连接。在此情况下，是由电子设备10供应电力给行动装置30。
请参照图10，图10所示为第五实施例的集线器的另一种运作状态。当第三连接端12电性连接至交流电源20，且第一连接端11是电性连接至电子设备10，但第四连接端14未电性连接至电子装置31时，本领域技术人员可借由控制电路616控制第二开关组件614以启动电子设备10与第五直流转换器612间的电性连接，及关闭电子设备10与第一直流转换器111间的电性连接。在此情况下，电子设备10也可通过信号沟通转变为用电端，如通过USBPD的协议，要求第五直流转换器612调整到正确的输出电压，让交流电源20(经过电源转换器114)可进而对电子设备10充电。因此，交流电源20除了能对行动装置30进行充电外，还能对电子设备10进行充电。此外，如果第四连接端14所接上的装置为会消耗电量的电子装置31时，交流电源20则可以同时对电子装置31与行动装置30进行充电
综合图9与图10可知，当交流电源20未插入集线器600进行供电时，由电子设备10作为电源供电端；当交流电源20插入时，电子设备10可转变为用电端而被充电。
请参照图11，图11所示为第五实施例的集线器的再一种运作状态。当第三连接端12未电性连接至交流电源20，第一连接端11是电性连接至电子设备10，且第四连接端14是电性连接至直流电源31’时，控制电路616会要求第五直流转换器612调整到正确的输出电压，并同时控制第二开关组件614以启动电子设备10与第五直流转换器612间的电性连接，及关闭电子设备10与第一直流转换器111间的电性连接。在此情况下，电子设备10由于可通过信号沟通转变为用电端，如通过USB PD的协议，从而由直流电源31’对行动装置30与电子设备10进行充电。
由图9～图11可知，集线器600可利用交流电源(例如：一般的室内电源)、电子设备(例如：笔记本电脑)的USB埠所输出的电源、汽车充电座所输出的电源、或电池等所输出的电源，转换成笔记本电脑、手机、平板或AIO PC等装置所需要的电压源。另外，图7中集线器500内的行动电源模块510也可装设在集线器600的内部。
值得注意的是，上述实施例中的第一直流转换器111、第二直流转换器115、第三直流转换器514、第四直流转换器516、与第五直流转换器612皆可依照产品设计的需求采用降压电路(Buck converter)或升压电路(Boost converter)或升降压电路(buck-boost或SEPIC)等。此外，于集线器100中所使用的电流传感器112及电源控制器113也可应用到其他的实施例的集线器中。此外，图6的集线器400中的桥接控制器150也可装设在其他实施例的集线器中。
请参照图12，图12所示为第六实施例的集线器的架构示意图。相较于图9的集线器600，此集线器700还包括一第三开关组件714与一第六直流转换器712。其中，第三开关组件714电性连接于交流/直流转换器114与第五直流转换器612间，而第六直流转换器712电性连接于交流/直流转换器114与第四连接端14间。在本实施例中，第六直流转换器712为升压转换器且还电性连接至第二开关组件614，且第六直流转换器712的输出电压为20V。另外，第二直流转换器115则为降压转换器且还电性连接至第二开关组件614。在本实施例中，交流/直流转换器114、第五直流转换器612、与第二直流转换器115的输出电压分别为20V、12V、5V。
其中，当集线器700的第三连接端12与交流电源20相接后，第三开关组件714便会导通，交流/直流转换器114所输出的电力除了直接输出到第二开关组件614外，还会输出到第五直流转换器612与第二直流转换器115。因此，第二开关组件614便会同时具有三种不同的输入电压，分别为20V、12V、5V。此时，控制电路616在判断电子设备10所需要的电压模式后，第二开关组件614便会与三种输入电压的其中之一相导通。举例来说，当电子设备10所需要的电压模式为12V时，第二开关组件614便会与12V的输入电压相导通，而使电子设备10被12V的电压进行充电。
请参照图13，图13所示为第六实施例的集线器的再一种运作状态。当第三连接端12未电性连接至交流电源20且第四连接端14是电性连接至直流电源31’时，第三开关组件714便会截止，使得直流电源31’所输出的电力会分别输出到第六直流转换器712、第五直流转换器612、与第二直流转换器115。在本实施例中，直流电源31’所输出的电压为12V，而第六直流转换器712会将其输出电压从12V转换为20V。
在上述实施例中，皆仅绘示出单一个第一直流转换器111与单一个第二直流转换器115，然而也可依情况设置多个第一直流转换器111或多个第二直流转换器115。请参照图14所示，多个第一直流转换器111及多个第二直流转换器115则可针对不同行动装置30的充电需求，提供不同的充电电压，以满足不同种类行动装置30的充电需求。举例而言，多个行动装置30、30’、30”例如为智能型手机、平板计算机、笔记本电脑，而这些行动装置所需的充电电压不尽相同。因此，当上述的装置同时插入集线器时，复合式电源转换器110便可通过多个直流转换器111提供多种不同的充电电压，便可针对不同电压需求的多个行动装置30、30’、30”进行充电。
请参照图15，图15所示为本发明的集线器的使用示意图，在此集线器为第四实施例的集线器400，而电子设备10则为笔记本电脑。借由集线器400，电子设备10仅需要一个USB 3.1PD(Power Delivery)type C埠10a，便可以借由集线器400与电视8、行动装置30、SD卡6、与携带式硬盘4进行通讯连接，或者也可借由集线器400供应电力给电视8、行动装置30、与携带式硬盘4。或者，也可借由集线器400将交流电源20将电力供应给电子设备10及其他装置。或者，也可通过车充用雪茄头2将车上的电源转换成行动装置与笔电等设备所需要的电压源。综上可知，借由集线器400，电子设备10所具有的埠的个数能减少且标准化。这样一来，集线器400的种类与规格也能标准化。而且，消费者在电子设备10与集线器400的选择上能有不同的搭配组合，让消费者在采买上能更有弹性、更便宜与便利。
上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。

Claims (18)

1.一种集线器，透过USB传输线与位于外部环境的一电子设备及至少一行动装置电性连接，上述USB传输线内部组成包括一讯号传输线与一电源传输线，该集线器包括：
一第一连接端，适于透过上述USB传输线电性连接至该电子设备；
至少一第二连接端，适于透过上述USB传输线电性连接至该行动装置，该电子设备及该行动装置之间是经由该讯号传输线、该第一连接端及该第二连接端进行数据传输；及
一第一直流转换器，该第一直流转换器的一输入端透过该电源传输线电性连接至该电子设备，该第一直流转换器的一输出端透过该电源传输线电性连接至该行动装置，该第一直流转换器是用于输出稳定的电压至该行动装置；
一第三连接端；及
一电源转换器，该电源转换器透过该第三连接端与位于外部环境的一交流电源电性连接，该电源转换器包括：
一第三连接端，该电源转换器透过该第三连接端与位于外部环境的一交流电源电性连接，该电源转换器包括：
一交流/直流转换器，其输入端是透过该第三连接端电性连接至该交流电源；及
一第二直流转换器，其输入端是电性连接至该交流/直流转换器，而该第二直流转换器的输出端是电性连接至该行动装置：
其中该第一连接端为USB3.1type C端口，且该电子设备透过USB PD的协议而具备可被充电与供电两种模式。
2.如权利要求1所述的集线器，其特征在于，更包括一第四连接端，该第四连接端适于电性连接到位于外部环境的一电子设备或一直流电源，其中于该集线器内该第四连接端是电性连接到该交流/直流转换器的输出端且电性连接到该第二直流转换器的输入端。
3.如权利要求1所述的集线器，其特征在于，更包括：
一第四连接端，适于电性连接到位于外部环境的一电子装置或一直流电源；及
一第二直流转换器，其输入端是电性连接至该第四连接端，而该第二直流转换器的输出端是电性连接至该行动装置。
4.如权利要求1所述的集线器，其特征在于，更包括一电流分配电路，其中该第一直流转换器的输出端与该第二直流转换器的输出端是电性连接至该电流分配电路，且该电流分配电路的输出端电性连接到该行动装置。
5.如权利要求1所述的集线器，其特征在于，该第二直流转换器具有定电流定电压功能。
6.如权利要求1任一项所述的集线器，其特征在于，还包括一电源控制器与一电流传感器，该电源控制器是与该第一直流转换器电性连接，该电流传感器是电性连接于该第一直流转换器与该电子设备之间，该电源控制器透过该电流传感器侦测该电子设备的一输出电压与一输出电流；当该输出电压小于一电压默认值，或该输出电流大于一电流默认值，该电源控制器降低该第一直流转换器的输出电压。
7.如权利要求1任一项所述的集线器，其特征在于，该电子设备具有一USB接口，该USB接口电性连接至该第一连接端。
8.如权利要求3任一项所述的集线器，其特征在于，更包括：
一第一电流传感器，与该第二直流转换器电性连接，适于感测该第二直流转换器的输出电压与输出电流；
一第三直流转换器，与该第一电流传感器电性连接；
至少一第四直流转换器，与该第三直流转换器电性连接，适于将该第三直流转换器的输出电压转换为该行动装置所需的充电电压；
一储能组件，电性连接于该第三直流转换器与该第四直流转换器之间；及
一储能组件控制电路，与该第二直流转换器、该第一电流传感器、该第三直流转换器、该储能组件电性连接，该储能组件控制电路具有一第一电流默认值与一第一电压默认值；
其中，当该第二直流转换器的输出电流小于该第一电流默认值且该第二直流转换器的输出电压大于该第一电压默认值时，该储能组件控制电路设定该第三直流转换器的输出电压大于该储能组件的输出电压，从而使该第二直流转换器对该行动装置与该储能组件充电；当该第二直流转换器的输出电流大于该第一电流默认值或该第二直流转换器的输出电压小于该第一电压默认值，该储能组件控制电路设定该第三直流转换器的输出电压降至该储能组件的输出电压，由该第二直流转换器与该储能组件同时对该行动装置充电。
9.如权利要求8所述的集线器，其特征在于，包括一第二电流传感器与一第一开关组件，该第二电流传感器与该第一开关组件相互电性连接，该第二电流传感器分别电性连接至该储能组件控制电路及该第三直流转换器与该第四直流转换器之间，该第一开关组件分别电性连接至该储能组件控制电路与该储能组件，该第二电流传感器适于感测该储能组件的充电电流与放电电流；其中，当该储能组件的充电电流或放电电流大于一第二电流默认值，或该储能组件的充电电压或放电电压超出一第二电压默认值时，则该第一开关组件呈现断路。
10.如权利要求9所述的集线器，其特征在于，该集线器更包括：
一第五直流转换器，电性连接至该交流/直流转换器；
一第二开关组件，电性连接于该电子设备与该第五直流转换器间，且该第二开关组件也电性连接于该电子设备与该第一直流转换器间；及
一控制电路，该控制电路的输出端电性连接至该第五直流转换器与该第二开关组件，而该控制电路的输入端则是电性连接至该电子设备，以互相传输讯号；
其中，该第五直流转换器的输出电压可透过控制电路来调整，该控制电路控制该第二开关组件，以启动或关闭该电子设备与该第五直流转换器间的电性连接，及启动或关闭该电子设备与该第一直流转换器间的电性连接。
11.如权利要求10所述的集线器，其特征在于，当该第三连接端未电性连接至该交流电源，该第一连接端是电性连接至该电子设备，且该第四连接端也未电性连接至该电子装置或该直流电源时，该控制电路控制该第二开关组件以关闭该电子设备与该第五直流转换器间的电性连接，及启动该电子设备与该第一直流转换器间的电性连接。
12.如权利要求10所述的集线器，其特征在于，当该第三连接端电性连接至该交流电源，且第一连接端是电性连接至该电子设备时，该控制电路控制该第二开关组件以启动该电子设备与该第五直流转换器间的电性连接，及关闭该电子设备与该第一直流转换器间的电性连接。
13.如权利要求10所述的集线器，其特征在于，当该第三连接端未电性连接至该交流电源，该第一连接端是电性连接至该电子设备，且该第四连接端是电性连接至该直流电源时，该控制电路控制该第二开关组件以启动该电子设备与该第五直流转换器间的电性连接，及关闭该电子设备与该第一直流转换器间的电性连接。
14.如权利要求10所述的集线器，其特征在于，更包括：
一第三开关组件，电性连接于该交流/直流转换器与该第五直流转换器间；及
一第六直流转换器，电性连接于该交流/直流转换器与该第四连接端间；
其中，该第六直流转换器为升压转换器且还电性连接至该第二开关组件，该第二直流转换器为降压转换器且还电性连接至该第二开关组件。
15.如权利要求14所述的集线器，其特征在于，其中该交流/直流转换器还电性连接到该第二开关组件。
16.如权利要求1所述的集线器，其特征在于，其中该行动装置的快速充电模式为：对该行动装置的充电电流高于500mA。
17.一种集线器，与位于外部环境的一电子设备及至少一行动装置电性连接，该集线器包括：
一第一连接端，适于电性连接至该电子设备；
至少一第二连接端，适于电性连接至该行动装置，该电子设备及该行动装置之间是经由该第一连接端及该第二连接端进行数据传输；
一第一电流传感器，电性连接至该第一连接端，该第一电流传感器适于感测该电子设备的输出电压与输出电流；
一第三直流转换器，与该第一电流传感器电性连接；
至少一第四直流转换器，与该第三直流转换器及该第二连接端电性连接，该第四直流转换器适于将该第三直流转换器的输出电压转换为该行动装置所需的充电电压；
一储能组件，电性连接于该第三直流转换器与该第四直流转换器之间；及
一储能组件控制电路，与该电子设备、该第一电流传感器、该第三直流转换器、该储能组件电性连接，该储能组件控制电路具有一第一电流默认值与一第一电压默认值；
其中，当该电子设备的输出电流小于该第一电流默认值且该电子设备的输出电压大于该第一电压默认值时，该储能组件控制电路设定该第三直流转换器的输出电压大于该储能组件的输出电压，从而使该电子设备对该行动装置与该储能组件充电；当该电子设备的输出电流大于该第一电流默认值或该电子设备的输出电压小于该第一电压默认值，该储能组件控制电路设定该第三直流转换器的输出电压降至该储能组件的输出电压，由该电子设备与该储能组件同时对该行动装置充电。
18.如权利要求17所述的集线器，其特征在于，该第一连接端为USB 3.1 type C端口，且该电子设备透过USB PD的协议而具备可被充电与供电两种模式。
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