TWI523373B - 多電池供電系統 - Google Patents

Description

多電池供電系統

本案係有關於一種供電系統，尤指一種電子裝置與擴充底座之間的供電迴路。

由於現今移動式3C產品對於具電池模組之擴充式外接產品的需求增加，如外接鍵盤、外接硬碟、外接光碟機、外接讀卡機等各種各樣外接的擴充底座，各種擴充底座上的功能也與日俱增。近年來在產品的開發上對於擴充底座上的電源設計也日顯重要。若能減少擴充底座上的電路設計與控制邏輯，相對也能節省產品的成本與體積。

習知之傳統架構中，當電子裝置與擴充底座結合時，電子裝置與擴充底座間形成一個電力路徑，作為電子裝置與擴充底座間傳輸電力訊號的方式。傳統的架構在兩端電力流向的轉換時，需要先確認電子裝置與擴充底座兩端雙方狀態之後控制電力路徑上的電流方向。避免擴充底座的不同規格的電力訊號未經調整而直接傳送至電子裝置上的電池，造成電池的損壞。

本揭示內容提出一種電子裝置與擴充底座之間的供電迴路，分別在由擴充底座至電子裝置間以及由電子裝置至擴充底座間形成個別的供電路徑，如此一來，可避免雙向的電流共用相同的電力路徑，可省略複雜的雙向電流控制開關，並可避免異常的電流流向對電子裝置或擴充底座上的儲能元件造成損害。此外，電子裝置與擴充底座可共用電子裝置上的電力轉換模組，可節省擴充底座上所需要的電子元件。

本案揭示內容之一態樣是在提供一種多電池供電系統，其包含電子裝置以及擴充底座。電子裝置包含第一儲能模組、第一連接器、第二連接器以及電力轉換模組。第一儲能模組包含第一儲能單元。第一連接器與第一儲能模組耦接。電力轉換模組耦接於該第一儲能單元與該第二連接器之間，將該第一儲能單元所儲存之電能轉換為一轉換輸出電壓並傳送至該第二連接器。擴充底座包含第三連接器以及電性負載。第三連接器與電子裝置之第二連接器匹配並選擇性連接。電性負載與第三連接器耦接，並選擇性地經由第三連接器自電子裝置接收轉換輸出電壓。

為讓本案之實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：

300‧‧‧多電池供電系統

320‧‧‧電子裝置

322‧‧‧第一儲能模組

322a‧‧‧第一儲能單元

322b‧‧‧第一充電控制電路

324‧‧‧電力轉換模組

326,344‧‧‧電性負載

324a,324b‧‧‧電力轉換單元

340‧‧‧擴充底座

342‧‧‧第二儲能模組

342a‧‧‧第二儲能單元

342b‧‧‧第二充電控制電路

為讓本案能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示根據本案之一實施例中一種多電池供電系統的示意圖；以及 第2圖繪示第1圖之實施例中當電子裝置與擴充底座分離時的示意圖。

以下將以圖式揭露本案之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本案。也就是說，在本案部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參閱第1圖，其繪示根據本案之一實施例中一種多電池供電系統300的示意圖。如圖所示，本揭示文件所提出的多電池供電系統300中包含了電子裝置320以及擴充底座(extension docking)340。

於此實施例中，電子裝置320可為平板電腦(tablet)，但不以此為限。舉例來說，電子裝置320亦可為行動上網裝置(mobile internet device,MID)或智慧型手機等各種手持電子裝置。

電子裝置320(如平板電腦)與擴充底座340分別具備各自的儲能單元(如電池)。一般來說，平板電腦為了顧及行動的便利性，對本身的儲能單元有空間及重量上的限制，較難提供非常大的蓄電量，使平板電腦的續航力受限。當電子裝置320與擴充底座340兩者連接，擴充底座340上的儲能單元可提供額外的蓄電量使電子裝置320具有更 佳的續航力，並可具有更多樣化的擴充功能及介面。

當電子裝置320與擴充底座340分離時，各自的儲能單元可分別提供電力維持電子裝置320的運作(如多媒體播放、無線傳輸、網路通訊等)與擴充底座340的待機運作(基本燈號顯示、電力存量警示等)。

如第1圖所示，電子裝置320具有第一連接器N1、第二連接器N2a與N2b、第一儲能模組322以及電力轉換模組324。除了上述電力供應相關元件，電子裝置320更包含其他內部的電性負載326，例如處理器、記憶單元、顯示器、無線通訊電路等各種負載元件。

於此實施例中，第一儲能模組322可包含第一儲能單元322a以及第一充電控制電路322b。其中，第一儲能單元322a為可充放電池元件，第一充電控制電路322b可直接與可充放電池元件的控制電路整合(例如由電池製造商設置於電池中)，或亦可為獨立的充電控制電路。

如第1圖所示，擴充底座340具有輸入介面PW、第四連接器N4、第三連接器N3a與N3b以及第二儲能模組342。除了上述電力供應相關元件，擴充底座340更包含其他內部的電性負載344，例如微控制器、記憶單元、指示燈、揚聲器、擴充介面(如HDMI視訊連接介面)等各種負載元件。

於此實施例中，第二儲能模組342可包含第一儲能單元342a以及第二充電控制電路342b。其中，第二儲能單元342a為可充放電池元件，第二充電控制電路342b可直接 與可充放電池元件的控制電路整合，或亦可為獨立的充電控制電路。當電子裝置320與擴充底座340兩者連接時，兩者的電力供應線路將相互連接。於此實施例中，電子裝置320的第一連接器N1與擴充底座340的第四連接器N4匹配並連接，同時電子裝置320的第二連接器N2a及N2b與擴充底座340的第三連接器N3a及N3b匹配並連接。

於本實施例中，由第四連接器N4至第一連接器N1形成由擴充底座340往電子裝置320單向的供電路徑P1。由第二連接器N2a,N2b至第三連接器N3a,N3b形成由電子裝置320往擴充底座340單向的供電路徑P2。

以下分別說明電子裝置320與擴充底座340之間的電力傳輸關係。

首先，第一種電力供應狀態為電子裝置320與擴充底座340連接，並且擴充底座340的輸入介面PW電性連接至外部交流輸入ACin(例如市電輸入或是外部的交流電適配器)。此時，外部交流輸入ACin經過輸入介面PW傳輸至第二充電控制電路342b。第二充電控制電路342b耦接於輸入介面PW與第一儲能單元342a之間，第二充電控制電路342b轉換輸入介面PW之輸入電能進而對第二儲能單元342a充電。

同一時間，外部交流輸入ACin經過輸入介面PW以及供電路徑P1傳送至第一充電控制電路322b。第一充電控制電路322b耦接於第一連接器N1與第一儲能單元322a之間，轉換第一連接器N1之輸入電能進而對第一儲能單元 322a充電。

電力轉換模組324耦接於第一儲能單元322a與第二連接器N2a,N2b之間，用以將第一儲能單元322a所儲存之電能轉換為輸出電壓並傳送至第二連接器N2a,N2b，並經由供電路徑P2將輸出電壓供應給擴充底座340上的電性負載344。實際應用中，電力轉換模組324可包含變壓電路、整流電路、穩壓電路、阻抗匹配電路等各種電力轉換元件，上述元件的詳細架構為習知技藝之人所熟知，在此不另贅述。

此外，電力轉換模組324產生的轉換輸出電壓同時亦供應至電子裝置320本身的電性負載326。

透過上述供電方式，擴充底座340本身不需要設置電力轉換模組324，擴充底座340可以共用電子裝置320上電力轉換模組324所產生的轉換輸出電壓。於此實施例中，假設擴充底座340上需要的供電電壓包含5伏特與3伏特兩種規格的系統電壓。因此，電力轉換模組324包含兩組電力轉換單元，如電力轉換單元324a與電力轉換單元324b用以分別產生5伏特與3伏特的系統電壓，透過第二連接器N2a,N2b以及第三連接器N3a,N3b輸送至擴充底座340。然而，本揭示文件並不以兩種規格的系統電壓為限。

於實際應用中，若擴充底座340上須需要的供電電壓包含K種相異規格，則電力轉換模組324中可包含K組電力轉換單元，且相對應地第二連接器與第三連接器分別包含K個相異連接節點，其中K為1以上的正整數。

接著，另一種電力供應狀態為電子裝置320與擴充底座340連接，並且擴充底座340的輸入介面PW未連接外部交流輸入ACin。

此時，第二儲能單元342a將儲存的電能經過供電路徑P1傳送至第一充電控制電路322b。第一充電控制電路322b用以轉換來自第二儲能單元342a的電能並傳送至第一儲能單元322a以及電力轉換模組324。因此，等同於將第二儲能單元342a與第一儲能單元322a兩者串連供電給電力轉換模組324。

後續操作大致與先前實施例中相同，基於第二儲能單元342a與第一儲能單元322a兩者串連的總儲存電能，電力轉換模組324據以為轉換輸出電壓，供應給電子裝置本身的電性負載326，並且透過供電路徑P2供應給擴充底座340上的電性負載344。

於此實施例中，擴充底座340上的電性負載344可包含各種不同電性規格的負載元件，例如此實施例中電性負載344可包含電壓需求為5V的負載元件L_5V、電壓需求為3V的負載元件L_3V以及在待機電壓下操作的負載元件L_SB。

舉例來說，擴充底座340上的負載元件L_5V以及負載元件L_3V為僅在電子裝置320與擴充底座340相連時啟動的負載元件(例如：鍵盤、擴充記憶體、麥克風等)。當電子裝置320與擴充底座340相連時，電力轉換模組324中的兩組電力轉換單元(即電力轉換單元324a與電力轉換單元 324b)用以分別產生5伏特與3伏特的系統電壓，透過第二連接器N2a,N2b以及第三連接器N3a,N3b供應至負載元件L_5V以及負載元件L_3V。

此外，又一種電力供應狀態為電子裝置320與擴充底座340分離。請一併參閱第2圖，其繪示第1圖之實施例中當電子裝置320與擴充底座340分離時的示意圖。如第2圖所示，當電子裝置320與擴充底座340分離時，電子裝置320本身的第一儲能單元322a供應電子裝置320的電能需求。擴充底座340上的待機時常開的負載元件L_SB為電子裝置320與擴充底座340分離時仍需維持啟動的負載元件。

此時，與電子裝置320分離的擴充底座340大部份主要功能關閉(負載元件L_5V以及負載元件L_3V關閉)，擴充底座340進入待機狀態。然而，擴充底座340中的待機時常開的負載元件L_SB(例如待機狀態下的微控制器、記憶單元、指示燈等)在待機狀態下仍需要維持一定的電力供應。於此實施例中，擴充底座340的第二儲能模組342與電性負載344中的負載元件L_SB之間另設置有直通的供電路徑P3。第二儲能單元342a可透過直通的供電路徑P3供電給待機狀態下仍維持基本操作的部份電性負載344(即待機時常開的負載元件L_SB)。

請一併參閱第1圖與第2圖，第二儲能單元342a與待機時常開的負載元件L_SB之間直通的供電路徑P3可在擴充底座340與電子裝置320分離時導通(如第2圖所示)， 藉此由第二儲能單元342a供電給待機時常開的負載元件L_SB。

擴充底座340在供電路徑P3上設置有二極體D1，使供電路徑P3形成單向的電流直通路徑。當電子裝置320與擴充底座340連接時，二極體D1可用以避免電子裝置320經供電路徑P2提供的電力訊號反向通過供電路徑P3，並避免其反向影響到第二儲能單元342a或形成短路。

並且，電性負載344與第三連接器N3a之間設置有二極體D2。當電子裝置320與擴充底座340連接時，二極體D2可用以避免擴充底座340上供電路徑P3的電力訊號反向通過供電路徑P2，並避免其反向影響到電子裝置320。

第1圖第2圖第2圖第1圖當電子裝置320與擴充底座340結合時，將電子裝置320產生的電力訊號(轉換輸出電壓)經由獨立路徑(即供電路徑P2)下放至擴充底座340，藉此可節省傳統作法中擴充底座340為因應各種不同電性元件而需要設計多組電力轉換線路。於本揭示文件之實施例中，對於電子裝置320傳輸至擴充底座340、或擴充底座340傳輸至電子裝置320的路徑開關不須經過雙方溝通確認，只需確保彼此電力充足即可完成對擴充底座340對電子裝置320充電與電子裝置320放電至擴充底座340之行為。

雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視 後附之申請專利範圍所界定者為準。

300‧‧‧多電池供電系統

320‧‧‧電子裝置

322‧‧‧第一儲能模組

322a‧‧‧第一儲能單元

322b‧‧‧第一充電控制電路

324‧‧‧電力轉換模組

324a,324b‧‧‧電力轉換單元

326,344‧‧‧電性負載

340‧‧‧擴充底座

342‧‧‧第二儲能模組

342a‧‧‧第二儲能單元

342b‧‧‧第二充電控制電路

Claims (10)

1. 一種多電池供電系統，包含：一電子裝置，包含：一第一儲能模組，包含一第一儲能單元；一第一連接器，耦接於該第一儲能模組；一第二連接器；以及一電力轉換模組，耦接於該第一儲能單元與該第二連接器之間，將該第一儲能單元所儲存之電能轉換為一轉換輸出電壓並傳送至該第二連接器；一擴充底座，包含：一第三連接器，與該電子裝置之該第二連接器匹配並選擇性連接；一電性負載，與該第三連接器耦接，並選擇性地經由該第三連接器自該電子裝置接收該轉換輸出電壓。
2. 如請求項1所述之多電池供電系統，其中該第一儲能模組更包含一第一充電控制電路，耦接於該第一連接器與該第一儲能單元之間，用以轉換該第一連接器之輸入電能進而對該第一儲能單元充電。
3. 如請求項1所述之多電池供電系統，其中該擴充底座，更包含：一輸入介面，用以電性連接至一外部交流輸入； 一第二儲能模組，耦接至該輸入介面並包含一第二儲能單元；以及一第四連接器耦接至該輸入介面及該第二儲能單元，並且選擇性連接該電子裝置之該第一連接器。
4. 如請求項3所述之多電池供電系統，其中該第二儲能模組更包含一第二充電控制電路，耦接於該輸入介面與該第二儲能單元之間，用以轉換該輸入介面之輸入電能進而對該第二儲能單元充電。
5. 如請求項3所述之多電池供電系統，當該電子裝置與該擴充底座兩者連接時，該電子裝置的該第一連接器與該擴充底座的該第四連接器匹配並連接，由該第四連接器至該第一連接器形成由該擴充底座往該電子裝置的一第一供電路徑。
6. 如請求項5所述之多電池供電系統，其中當該電子裝置與該擴充底座相連時，該擴充底座透過該第四連接器以及該第一供電路徑將該外部交流輸入或該第二儲能單元所儲存之電能傳輸至該電子裝置。
7. 如請求項3所述之多電池供電系統，其中該擴充底座之該電性負載包含一第一負載元件以及一第二負載元件，當該電子裝置與該擴充底座未相連時，該第一負載元 件之電力供應中斷。
8. 如請求項7所述之多電池供電系統，其中該第二儲能模組與該第二負載元件之間另設置有一第三供電路徑，當該電子裝置與該擴充底座未相連時，該第三供電路徑導通並供電給該第二負載元件。
9. 如請求項1所述之多電池供電系統，當該電子裝置與該擴充底座兩者連接時，該電子裝置的該第二連接器與該擴充底座的該第三連接器匹配並連接，由該第二連接器至該第三連接器形成由該電子裝置往該擴充底座的一第二供電路徑。
10. 如請求項9所述之多電池供電系統，其中當該電子裝置與該擴充底座相連時，該電子裝置透過該第二連接器以及該第二供電路徑將該轉換輸出電壓傳輸至該擴充底座。