TWI511405B - 調變攜帶式裝置之電源裝置充電電流的方法以及相關的電源裝置 - Google Patents

Description

調變攜帶式裝置之電源裝置充電電流的方法以及相關的電源 裝置

本發明有關於一種充電控制方法，尤指一種依據充電器的充電能力自動調變攜帶式裝置之電源裝置充電電流的充電控制方法。

目前攜帶式裝置的充電方式，例如平板電腦、手機或行動電源裝置，都是以定電壓電流的方式充電。由於過去攜帶式裝置的電池容量較小，其所配合的充電器的額定充電電流也較小。隨著攜帶式裝置的電池容量加大，隨其附的充電器的額定充電電流也隨之加大。因此市面上即有許許多多可提供大電流(如1500mA、2000mA甚至更大)或是小電流(如1000mA以下)的充電器。這些充電器除了可對各自的平板電腦、手機等進行充電外，由於連接介面的一致(例如目前多以USB、Micro USB或mini USB等規格作為連接器)，因此常常也可以拿來連接於其他攜帶式裝置的電源裝置，以對該電源裝置充電，例如對行動電源充電。

目前每一種攜帶式裝置之電源裝置都有其可接受的最大充電電流，而每一個充電器也有其可提供的最大充電電流。由於電源裝置在充電時，會盡可能對充電器汲取電源裝置所需的充電電流(直到充電器可提供的最大充電電流)。當充電器可提供的最大充電電流不小於電源裝置可接受的最大充 電電流時，充電器足以以電源裝置可接受的最大充電電流來對電源裝置充電。然而當充電器可提供的最大充電電流小於電源裝置的最大充電電流，亦即電源裝置搭配了不足安培數的充電器時(例如電源裝置的最大充電電流為2安培，而充電器僅能提供1安培的最大充電電流)，可能發生電源裝置會不斷嘗試自充電器提取高於充電器可提供的大電流，而使得充電器因其自身的保護機制而間歇性地停止充電。這整個過程即造成充電過程的不穩定。在某些情況下，充電器甚至被迫以超規的方式提供電流給電源裝置，雖然充電器仍可提供超額的充電電流，但對充電器而言，提供這樣的電流量已經超出其內部的硬體元件、線路原先設計的安全規範，長期使用下來容易產生充電器硬體的損壞甚至發生危險。

有鑑於此，為改善上述缺點，本發明提供了一種調變攜帶式裝置之電源裝置充電電流的方法，以及應用此方法的電源裝置。

依據本發明的其中一實施例，本發明提供了一種調變攜帶式裝置之電源裝置充電電流的方法，由一充電器對一電源裝置充電。該方法包含有：於該充電器對該電源裝置充電時，偵測該電源裝置的一充電電壓值以及一充電電流值，並判斷該充電電壓值是否大於一預定電壓值；當該充電電壓值大於該預定電壓值，且該充電電流值尚未達到一最大電流值時，將該充電電流值增加一增加量；當該充電電壓值小於該預定電壓值時，將該充電電流值減少該增加量，並以更新後之該充電電流值對該電源裝置充電；以及當該充電電壓值大於該預定電壓值，且該充電電流值達到該最大電流值時，以該充電電流值對該電源裝置充電。

在本發明的實施例中，其中該方法另包含步驟：設定一啟始電流值，且於該充電器連接上該電源裝置時，該充電器由該啟始電流值開始對該 電源裝置充電。

在本發明的實施例中，其中該方法的偵測該電源裝置的該充電電壓值以及該充電電流值係偵測該電源裝置端的該充電電壓值以及該充電電流值。

在本發明的實施例中，其中該方法另包含步驟：在將該充電電流值增加該增加量後，停止偵測該電源裝置的該充電電壓值以及該充電電流值一預定時間。

依據本發明其中另一個實施例，本發明另外提供了一種電源裝置，包含有一充電連接端、一儲能單元以及一控制單元。該充電連接端用來連接於一充電器，該儲能單元用來於該充電連接端連接上該充電器後儲存電能。該控制單元連接於該充電連接端以及該儲能單元之間，該控制單元用來偵測一充電電壓值以及一充電電流值、用來於該充電電壓值大於一預定電壓值且該充電電流值尚未達到一最大電流值時，將該充電電流值增加一增加量、用來於該充電電壓值小於該預定電壓值時，將該充電電流值減少該增加量並以更新後之該充電電流值對該儲能單元充電、以及用來於該充電電壓值大於該預定電壓值且該充電電流值達到該最大電流值時，以該充電電流值對該儲能單元充電。

在本發明的實施例中，其中於該充電器連接上該充電連接端時，該電源裝置以一啟始電流值開始被該充電器充電，且該啟始電流值為1安培。

在本發明的實施例中，其中該充電電壓值以及該充電電流值為該充電連接端所偵測得。

在本發明的實施例中，其中該控制單元另用來在將該充電電流值增加該增加量後，停止偵測該充電電壓值以及該充電電流值一預定時間。

在本發明的實施例中，其中該增加量為20毫安培、50毫安培、100毫安培、200毫安培其中之一。

本發明所提供的調變攜帶式裝置之電源裝置充電電流的方法以及應用此方法的電源裝置，可以讓電源裝置正確判斷充電器實質所能提供的最大充電電流，進而在安全的使用條件下，讓不同的充電器皆對電源裝置以充電效能最佳化的方式對電源裝置充電。並且，如行動電源、平板電腦等電源裝置容量較大的攜帶式裝置，確保在充電時可以獲得最佳化的充電方式，以盡可能地縮短充電時間。

10‧‧‧電源裝置

11‧‧‧充電連接端

12‧‧‧儲能單元

13‧‧‧控制單元

20‧‧‧充電器

21‧‧‧輸出端

100‧‧‧方法

110~170‧‧‧步驟

第1圖為本發明在電源裝置中，可調變電源裝置充電電流的方法的流程示意圖。

第2圖為應用第1圖的方法的電源裝置連接上充電器的功能示意圖。

第3圖為應用本發明的方法的充電電流值與充電電壓值隨時間的變化圖。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解 釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」或「連接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣或結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接/連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結構連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣/結構連接至該第二裝置。

請參考第1圖，第1圖為本發明在攜帶式裝置之電源裝置中，可調變電源裝置充電電流的方法100的流程示意圖。其中攜帶式裝置可為筆記型電腦、平板電腦、手機、智慧型手錶等穿戴式裝置或行動電源裝置。調變電源裝置充電電流的方法100的步驟如下：步驟110：於一電源裝置中設定一啟始電流值；步驟120：於一充電器對該電源裝置充電時，偵測該電源裝置的一充電電壓值以及一充電電流值，並判斷該充電電壓值是否大於一預定電壓值？若是，則執行步驟130，若否，則執行步驟150；步驟130：判斷該充電電流值是否達到一最大電流值，並於該充電電流值達到該最大電流值時，執行步驟170；若該充電電流值尚未達到該最大電流值，則執行步驟140；步驟140：將該充電電流值增加一增加量，接著執行步驟160；步驟150：當該充電電壓值小於該預定電壓值時，將該充電電流值減少該增加量，並執行步驟170；步驟160：停止偵測該電源裝置的該充電電壓值以及該充電電流值一預定時間後，執行步驟120；步驟170：以更新後之該充電電流值或該最大電流值對該電源裝置充電。

請配合參考第2圖，其係為應用第1圖的方法的電源裝置連接上 充電器的功能示意圖。在第2圖中，電源裝置10包含有一充電連接端11、一儲能單元12以及連接於充電連接端11以及儲能單元12之間的一控制單元13。充電器20則連接於充電連接端11以對電源裝置10充電。充電連接端11可以使用通用序列連接埠(universal serial bus,USB)作為連接器(包含了USB、Micro USB或mini USB等)，而USB常用的充電電壓為5伏特±5%，也就是4.75伏特~5.25伏特之間。此外，充電連接埠11也可採用其他常用的連接介面規範，並有對應符合該規範的充電電壓範圍。儲能單元12為充電電池，可以採用18650電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池等作為主要的儲能單元。

當充電器20連接上電源裝置10的充電連接端11後，即可對電源裝置10充電。其中電源裝置10由內部的控制單元13或韌體先行設定當電源裝置10連接上充電器20時開始充電的啟始電流值(步驟110)，每當充電器20連接電源裝置10後，電源裝置10即以該啟始電流值開始自充電器20汲取電流，其中參考一般充電器20可供應的額定電流以及電源裝置10的充電電流，啟始電流值較佳地可以設定為0.5安培或1安培(A)，然後依序增加充電電流(如步驟140)。然而啟始電流值也可以設定為0安培，直接由零電流開始，然後在步驟140中逐步增加充電電流值。

在事先由控制單元13或韌體決定好啟始電流值後，接著當充電器20連接上充電連接端11以對電源裝置10充電時，控制單元13會即時偵測電源裝置10在充電連接端11的一充電電壓值以及一充電電流值(步驟120)，而該充電電壓值以及該充電電流值反應了充電器20目前輸出的充電電壓以及充電電流的狀態。特別要說明的是，步驟120偵測的是電源裝置10的充電連接端11的數據，與充電器20的輸出端21所輸出的充電電壓以及充電電流不必然相同，原因是充電器20與電源裝置10之間的連接線與充電器本身存 在電阻，因此在取得充電器20可用的最大電流時，以電源裝置10端的充電電流以及充電電壓來判斷，可以將連接線以及充電器本身造成的壓降一併考慮進來。因此，在步驟120中即判斷電源裝置10的該充電電壓值是否大於一預定電壓值(步驟120)？例如若充電連接端11使用如前所述的USB連接埠，則USB連接埠的充放電電壓範圍應在4.75伏特~5.25伏特之間，也就是該充電電壓值必須控制在4.75伏特以上(電源裝置10端)，才能在符合USB規範下進行充電的動作。而此處的該預定電壓值即可設為4.75伏特。

當該充電電壓值大於該預定電壓值時，即接著判斷該充電電流值是否達到電源裝置10可接受的最大電流值(步驟130)，即最大充電電流。在初始充電階段，該充電電流值為步驟110所設的該啟始電流值，並未達到該最大電流值，因此執行步驟140以將該充電電流值增加一增加量，也就是說電源裝置10以較大的充電電流值自充電器20汲取電流，其中該增加量取決於電源裝置10的充電IC、線路的設計而可為20毫安培、50毫安培、100毫安培、200毫安培其中之一或其他數值。

請一併參考第3圖，其係為應用本發明的方法的充電電流值與充電電壓值隨時間的變化圖。由於充電器20通常為固定功率充電，充電電流與充電電壓的乘積是固定的。因此當步驟140中增加該充電電流值時，同時該充電電壓值(相當於充電器20的供電電壓)也隨之下降。而控制單元13也隨時偵測該充電電流值以及該充電電壓值的變化(步驟120)。實務上，充電迴路的電流變化伴隨著電壓變化，而會有短暫的不穩定狀態，因此當增加了充電電流值(步驟140)之後，隨著充電電壓值短暫地跳動變化時，控制單元13停止偵測該充電電流值以及該充電電壓值一預定時間(例如數秒鐘)(步驟160)，待充電電壓值維持穩定後，再取得當下的充電電流值以及充電電壓值，並繼續步驟120的判斷。

在充電電流值一步步增加(步驟140)，而充電電壓值一步步下降的過程中，接著會有兩種情況。其一為充電電壓值降低到低於該預定電壓值。以前述實施例為例，也就是當該充電電壓值在步驟140調升該次充電電流值後，下降至低於4.75伏特，已超出USB的規範。此時控制單元13減少該充電電流值至尚未增加最後一個增加量前的充電電流值(步驟150)。由於前次該充電電流值所對應的充電電壓值尚未低於該預定電壓值，因此該充電電流值即為充電器20可提供的最大充電電流值。接著即以步驟150所更新的最後的充電電流值對電源裝置10充電(步驟170)。

其二是當執行上述方法的過程中，在步驟140持續增加充電電流值的過程中，控制單元13所偵測到的充電電壓值皆未低於該預定電壓值，直到該充電電流值達到該最大電流值(步驟130)。此時即表示充電器20可提供電源裝置10所需的最大充電電流，因此控制單元13即以該最大電流值作為該充電電流值由充電器20汲取電流充電(步驟170)。

由上述的實施例可知，本發明所提供的可自動調變攜帶式裝置之電源裝置充電電流的方法由電源裝置的控制單元或韌體依據隨時測得的充電電流值以及充電電壓值的變化，以逐步調升充電電流值的方式，使電源裝置可以在不過度汲取充電器的電流而造成充電電壓過低的安全條件下，正確判斷充電器實質所能提供的最大充電電流，進而讓不同的充電器皆可對電源裝置以充電效能最佳化的方式對電源裝置充電。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧方法

110~170‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種調變攜帶式裝置之電源裝置充電電流的方法，由一充電器對一電源裝置充電，並偵測該電源裝置的一充電電壓值以及一充電電流值，該方法包含有：於該充電器對該電源裝置充電時，判斷該充電電壓值是否大於一預定電壓值；當該充電電壓值大於該預定電壓值，且該充電電流值尚未達到一最大電流值時，將該充電電流值增加一增加量；其中，當該充電電流值增加一次或多次該增加量，直至該充電電壓值小於該預定電壓值時，將該充電電流值減少一次該增加量，並以更新後之該充電電流值對該電源裝置充電；以及其中，當該充電電流值增加一次或多次該增加量，直至達到該最大電流值時，以該充電電流值對該電源裝置充電。
2. 如請求項1所述的方法，另包含步驟：設定一啟始電流值，且於該充電器連接上該電源裝置時，該充電器由該啟始電流值開始對該電源裝置充電。
3. 如請求項1所述的方法，其中偵測該電源裝置的該充電電壓值以及該充電電流值係偵測該電源裝置端的該充電電壓值以及該充電電流值。
4. 如請求項1所述的方法，另包含步驟：在將該充電電流值增加該增加量後，停止偵測該電源裝置的該充電電壓值以及該充電電流值一預定時間。
5. 一種電源裝置，包含有：一充電連接端，用來連接於一充電器； 一儲能單元，用來於該充電連接端連接上該充電器後儲存電能；以及一控制單元，連接於該充電連接端以及該儲能單元之間，該控制單元用來偵測一充電電壓值以及一充電電流值、用來於該充電電壓值大於一預定電壓值且該充電電流值尚未達到一最大電流值時，將該充電電流值增加一增加量、用來於該充電電流值增加一次或多次該增加量，直至該充電電壓值小於該預定電壓值時，將該充電電流值減少一次該增加量並以更新後之該充電電流值對該儲能單元充電、以及用來於該充電電流值增加一次或多次該增加量，直至達到該最大電流值時，以該充電電流值對該儲能單元充電。
6. 如請求項5所述的電源裝置，其中於該充電器連接上該充電連接端時，該電源裝置以一啟始電流值開始被該充電器充電。
7. 如請求項6所述的電源裝置，其中該啟始電流值為1安培。
8. 如請求項5所述的電源裝置，其中該充電電壓值以及該充電電流值為該充電連接端所偵測得。
9. 如請求項5所述的電源裝置，其中該控制單元另用來在將該充電電流值增加該增加量後，停止偵測該充電電壓值以及該充電電流值一預定時間。
10. 如請求項5所述的電源裝置，其中該增加量為20毫安培、50毫安培、100毫安培、200毫安培其中之一。