可動態調整輸出電壓的電源轉換器及其適用的供電系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可動態調整輸出電壓的電源轉換器及其適用的供電系統，經由纜線而與集線器連接，包含：電源轉換電路，將輸入電壓轉換為輸出電壓，且經由纜線將輸出電壓的電能提供至集線器，使集線器的連接端口提供充電電壓；電流檢測電路，依據電源轉換電路輸出的負載電流而輸出檢測信號；以及控制單元，與電流檢測電路及電源轉換電路連接，且接收電流檢測信號，并預設有記錄負載電流與因纜線的阻抗所產生的壓降量間關系的對照表，使控制單元依據電流檢測信號及對照表輸出反饋信號，驅使電源轉換電路依反饋信號動態地調整輸出電壓的電平；其中輸出電壓等于壓降量與充電電壓之和。
【專利說明】可動態調整輸出電壓的電源轉換器及其適用的供電系統
【技術領域】
[0001]本發明關于一種電源轉換器，尤指一種可動態調整輸出電壓的電源轉換器及其適用的供電系統。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，許多的便攜式電子裝置，例如智能手機、平板電腦及MP3等，已廣泛地應用于人們的日常生活中。由于該多個便攜式電子裝置必需通過一固定電壓，例如5V，來進行充電，因此該多個便攜式電子裝置上配置有至少一連接端口(port)，例如第一通用串行總線(Universal Serial Bus:USB)連接端口，亦即第一 USB連接端口，使得便攜式電子裝置可利用第一 USB連接端口而與一供電系統進行連接，以接收供電系統所輸出的充電電壓來進行充電。
[0003]目前大部分的供電系統由一電源轉換器(adapter)、一纜線及一USB集線器(hub)所構成，其中USB集線器具有多個第二 USB連接端口，以與多個便攜式電子裝置的第一 USB連接端口進行連接，電源轉換器則接收一輸入電壓，例如市電所提供的交流電壓，并將該輸入電壓進行轉換，以對應便攜式電子裝置所需的電壓而輸出具有固定電壓值，例如5V，的輸出電壓，纜線則連接于電源轉換器及USB集線器之間，其可將電源轉換器所輸出的輸出電壓傳送至USB集線器，以當便攜式電子裝置的第一 USB連接端口連接于USB集線器的第二USB連接端口時，USB集線器便可經由第二 USB連接端口及第一 USB連接端口而將輸出電壓的電能傳送至便攜式電子裝置，以對便攜式電子裝置進行充電。
[0004]然而由于纜線實際上必然具有與長度相對應的阻抗，當纜線的長度越長時，阻抗越大，又電源轉換器所輸出的輸出電壓的電平為固定，故該輸出電壓在經由纜線傳送至USB集線器時，會因為纜線的阻抗所產生的壓降，導致該輸出電壓于USB集線器時的電平相對于電源轉換器所輸出時的電平為小，是以USB集線所能提供的電壓并無法達到便攜式電子裝置所需的電壓的電平，且當USB集線器連接越多的便攜式電子裝置，亦即電源轉換器所輸出的負載電流越大時，纜線上所產生的壓降值將相對越大，因此電源轉換器所輸出的輸出電壓的電平于USB集線器上將對應地越小，由此可知，USB集線器所能提供的電壓的電平將因纜線的阻抗而無法達到便攜式電子裝置充電時所需電壓的電平，導致便攜式電子裝置可能無法正常使用，且使得便攜式電子裝置內的充電電池將因無法充飽而加快老化，進而降低續航力。
[0005]因此，如何發展一種可改善上述現有技術缺失之，使電源轉換器可因應纜線的阻抗所產生的壓降量而對應提升輸出電壓的電壓電平的可動態調整輸出電壓的電源轉換器及其適用的供電系統，實為相關【技術領域】者目前所迫切需要解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的主要目的在于提供一種可動態調整輸出電壓的電源轉換器及其適用的供電系統，其通過控制單元預設有記錄著負載電流與因纜線的阻抗所產生的壓降量之間的關系的對照表，因此當控制單元從電流檢測電路所輸出的電流檢測信號而得知負載電流時，便可依據對照表得知目前負載電流于纜線上所產生的壓降量，進而驅使電源轉換電路對應地將輸出電壓的電平提高，使電源轉換電路的輸出電壓在經由具有阻抗的纜線而傳送集線器時，集線器仍可輸出符合便攜式電子裝置所需求的充電電壓，使便攜式電子裝置可正常使用，并使便攜式電子裝置內的充電電池的使用壽命延長。
[0007]為達上述目的，本發明的較佳實施方式為提供一種電源轉換器，經由連接于纜線而與具有至少一連接端口的集線器連接，包含:電源轉換電路，接收并轉換輸入電壓，以于電源轉換器的輸出端輸出輸出電壓，且經由纜線將輸出電壓的電能提供至集線器，使集線器通過連接端口提供具有固定電壓電平的充電電壓；電流檢測電路，與電源轉換電路連接，用以檢測電源轉換電路經由纜線提供給集線器的負載電流，并對應地輸出電流檢測信號；以及控制單元，與電流檢測電路及電源轉換電路連接，且接收電流檢測信號，并預設有對照表，對照表記錄負載電流與因纜線的阻抗所產生的一壓降量之間的關系，使控制單元依據電流檢測信號及對照表而輸出反饋信號至電源轉換電路，驅使電源轉換電路動態地調整輸出電壓的電平；其中輸出電壓等于壓降量與充電電壓之和。
[0008]為達上述目的，本發明的較佳實施方式另提供一種供電系統，包含:纜線；集線器，與纜線連接，且具有至少一連接端口 ；電源轉換器，與纜線連接，且通過纜線而與集線器連接，包含:電源轉換電路，接收并轉換輸入電壓，以于電源轉換器的輸出端輸出輸出電壓，且經由纜線將輸出電壓的電能提供至集線器，使集線器通過連接端口提供具有固定電壓電平的充電電壓；電流檢測電路，與電源轉換電路連接，用以檢測電源轉換電路經由纜線提供給集線器的負載電流，并對應地輸出檢測信號；以及控制單元，與電流檢測電路及電源轉換電路連接，且接收檢測信號，并預設有對照表，對照表記錄負載電流與因纜線的阻抗所產生的一壓降量之間的關系，使控制單元依據檢測信號及對照表而輸出反饋信號至電源轉換電路，驅使電源轉換電路動態地調整輸出電壓的電平；其中輸出電壓等于壓降量與充電電壓之和。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1:其為本發明較佳實施例的供電系統的結構示意圖。
[0010]圖2:其為圖1所示的電源轉換器的一變化例。
[0011]圖3:其為圖1所示的電流檢測電路的電路結構示意圖。
[0012]圖4:其為圖1所示的集線器的電路結構示意圖。
[0013]其中，附圖標記說明如下:
[0014]1:供電系統；
[0015]10:電源轉換器；
[0016]100:電源轉換電路；
[0017]101:電流檢測電路；
[0018]102:控制單元；
[0019]102a、124:微控制器；
[0020]102b:反饋電路；
[0021]11:纜線；[0022]12:集線器；
[0023]120:連接端口；
[0024]121:過電流檢測器；
[0025]122:過電壓檢測器；
[0026]123:開關電路；
[0027]125:發光單元；
[0028]103:電壓檢測電路；
[0029]Vin:輸入電壓；
[0030]V。:充電電壓；
[0031]Vwt:輸出電壓；
[0032]Vf:反饋信號；
[0033]Vi:電流檢測信號；
[0034]Vs:控制信號；
[0035]Vt:電壓檢測信號；
[0036]IlMd:負載電流；
[0037]Rr:阻抗；
[0038]Rt:檢測電阻；
[0039]R1:第一電阻；
[0040]R2:第二 電阻；
[0041]OP:誤差放大器。
【具體實施方式】
[0042]體現本發明特征與優點的一些典型實施例將在后段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的方式上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的范圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本發明。
[0043]請參閱圖1，其為本發明較佳實施例的供電系統的結構示意圖。如圖1所示，本實施例的供電系統I可分離地與至少一便攜式電子裝置(未圖示)連接，用以接收一輸入電壓Vin，例如市電所提供的交流電壓，并將該輸入電壓Vin進行轉換，以提供具有固定電壓值，例如5V，的充電電壓V。來對便攜式電子裝置進行充電，且供電系統I包含一電源轉換器10、一纜線11以及一集線器12。其中集線器12包含多個連接端口 120，例如通用串行總線連接端口，以通過多個連接端口 120而與一個或多個便攜式電子裝置所具有的對應連接端口進行連接，使供電系統I可經由集線器12的連接端口 120輸出充電電壓V。給便攜式電子裝置。至于纜線11的一端與集線器12連接，纜線11的另一端則可分離地與電源轉換器10連接。
[0044]電源轉換器10可為但不限于為一 AC/DC轉換器，用以接收輸入電壓Vin，并將該輸入電壓Vin轉換為直流的一輸出電壓Vtjut，且包含一電源轉換電路100、一電流檢測電路101以及一控制單元102。
[0045]電源轉換電路100可為但不限于為AC/DC電源轉換電路，連接于電源轉換器10的輸入端及輸出端之間，用以接收輸入電壓Vin，并通過內部的一開關電路(未圖示)的導通或截止切換而將輸入電壓Vin轉換，以于電源轉換器10的一輸出端輸出為直流電的輸出電壓Vwt，使輸出電壓Vtjut的電能可經由纜線11而傳送至集線器12，此外，對應于與集線器12連接的便攜式電子裝置的負載需求，電源轉換電路100更輸出一負載電流IlMd，同樣經由纜線11而傳送至集線器12。電流檢測電路101連接于電源轉換電路100的輸出端，用以檢測負載電流IlMd，并對應地輸出一電流檢測信號\。
[0046]控制單元102與電流檢測電路101及電源轉換電路100連接而接收電流檢測信號Vi,此外，控制單元102更具有一對照表，該對照表于供電系統I在生產制造完成前，即可修改地預先儲存于控制單元102內，該對照表記錄電源轉換電路100的負載電流Iltjad與纜線11的阻抗艮所產生的一壓降量之間的對應關系，例如當負載電流Iltjad在一范圍內變動時，不同電流值的負載電流IlMd在流過具有固定阻值的阻抗Rlr的纜線11所各自產生的壓降量的對應關系，故控制單元102將依據電流檢測信號Vi及對照表而輸出一反饋信號Vf至電源轉換電路100，以驅使電源轉換電路100動態地調整輸出電壓Vtjut的電平。
[0047]于本實施例中，控制單元102由一微控制器102a以及一反饋電路102b所構成，其中微控制器102a與電流檢測電路101連接，且預設有該對照表，該微控制器102a依據電流檢測信號\及對照表而輸出一控制信號Vs。反饋電路102b則與微控制器102a及電源轉換電路100連接，用以根據控制信號Vs而輸出例如為脈沖寬度調變(PWM)形式的反饋信號乂#合電源轉換電路100內的開關電路，以改變該開關電路的占空比，藉此驅動電源轉換電路100動態地調整輸出電壓Vwt的電平。
[0048]以下將示范性地說明本發明的供電系統I的作動原理。請配合圖1，由于纜線11長度在供電系統I生產制造完成后必然固定，換言之，即纜線11的阻抗艮的阻值為固定而無法變動，因此在供電系統I生產制造完成前，即可對應纜線11的阻抗&的固定阻抗值，而事先測試各種不同電流值的負載電流Iltjad在流過纜線11的阻抗&時所產生的不同壓降量，并將測試的結果記錄而構成對照表，以預先寫入控制單元102的微控制器102a內。
[0049]因此當電源轉換器10與纜線11連接，且電源轉換電路100所輸出的負載電流Iltjad經由纜線11而傳送至集線器12時，雖然該負載電流Iltjad于纜線11上確實將因阻抗Rr而產生壓降量，然而由于微控制器102a可依據電流檢測信號Vi得知負載電流Iltjad的大小，并依據對照表得知目前負載電流Iltjad于纜線11上所產生的壓降量的大小，因此微控制器102a便可對應的輸出反饋信號Vf，以驅動電源轉換電路100將輸出電壓Vtjut的電壓電平提升至等于充電電壓V。與纜線11上的壓降量的和，如此一來，輸出電壓Vrat在扣除經由因纜線11的阻抗&所產生的壓降量后，仍可使集線器12的連接端口 120輸出符合便攜式電子裝置所需求的具固定電平的充電電壓V。，是以即便當集線器12通過多個連接端口 120而連接越多的便攜式電子裝置，使得電源轉換電路100所輸出的負載電流IlMd越大，而負載電流Iload于纜線11上所產生的壓降量亦越大時，微控制器102a仍可先依據電流檢測信號Vi得知目前負載電流IlMd的大小，再依據對照表得知目前負載電流IlMd于纜線11上將產生的壓降量，藉此輸出對應的反饋信號Vf來驅動電源轉換電路100將輸出電壓Vrat的電壓電平提升至越大，以使輸出電壓Vrat仍等于充電電壓V。與纜線11上的壓降量的和。
[0050]于一些實施例中，由于電源轉換器10與集線器12之間并無需彼此溝通，因此纜線11內可僅包含一正極導線及一負極(接地)導線，而無須如一般常見的纜線11除了包含一正極導線及一負極(接地)導線，更包含一通信導線，使集線器及電源轉換器之間進行溝通。又于一些實施例中，纜線11以一體成形的方式與集線器12連接，換言之，即纜線11并無法由集線器12上所脫離。
[0051]于一些實施例中，為了避免因電源轉換器10內的線路及電子元件的誤差，導致電源轉換電路100在接收反饋信號Vf后，可能無法準確地將輸出電壓Vrat的電壓電平提升至等于充電電壓V。與纜線11上的壓降量的和，因此如圖2所示，電源轉換器10更可為但不限于具有一電壓檢測電路103，連接于電源轉換電路100的輸出端及電源轉換器10的輸出端，且與控制單元102連接，電壓檢測電路103用以檢測輸出電壓Vtjut，并對應地輸出一電壓檢測信號Vt，使控制單元102可依據電壓檢測信號Vt而確認目前電源轉換電路100所輸出的輸出電壓Vrat是否符合對照表所記錄的內容，亦即對應于目前負載電流IlMd，輸出電壓Vout是否等于壓降量與充電電壓V。之和，進而對應地調整反饋信號Vf，藉此當輸出電壓Vwt因線路或電子元件的誤差而導致在電流檢測電路101及控制單元102的作動下，仍無法準確等于壓降量與充電電壓V。之和時，驅使電源轉換電路100可精確地調整輸出電壓Vrat等于壓降量與充電電壓V。之和，由此可知，電壓檢測電路103可提供再次確認輸出電壓Vwt等于壓降量與充電電壓V。之和的作用。
[0052]請參閱圖3，并配合圖1，其中圖3為圖1所示的電流檢測電路的電路結構示意圖。如第I及3圖所示，于一些實施例中，電流檢測電路101包含一檢測電阻Rt及一誤差放大器0P，檢測電阻Rt連接于電源轉換電路100及電源轉換器10的輸出端之間，誤差放大器OP的一反向輸入端經由一第一電阻Rl而連接于檢測電阻Rt的一端及電源轉換電路100的輸出端間，誤差放大器OP的一非反向輸入端經由一第二電阻R2而與檢測電阻Rt的另一端連接，該誤差放大器OP的輸出端則與控制單元102連接而輸出電流檢測信號Vp
[0053]請參閱4圖，其為圖1所示的集線器的細部電路方塊圖。如圖4所示，集線器12除了具有多個連接端口 120外，于一些實施例中，更具有多個過電流檢測器121、一過電壓檢測器122、一開關電路123、一微控制器124及一發光單元125，其中開關電路123連接于集線器12的一正輸入端，且與微控制器124連接，其受微控制器124的控制而進行導通或截止的切換，而于集線器12正常運作時，開關電路123呈現導通的狀態。過電壓檢測器122連接于集線器12的正輸入端，且與微控制器124連接，其用以檢測集線器12的輸入端是否發生過電壓的情況，以對應地通知微控制器124，使微控制器124于集線器12的輸入端發生過電壓的情況時，控制開關電路123截止，使集線器12無法接收由輸入端所傳來的電能，進而使集線器12停止運作。多個過電流檢測器121則分別與對應的連接端口 120連接，每一過電流檢測器121用以檢測對應的連接端口 120是否產生過電流的情況，以對應地通知微控制器124，使微控制器124于至少一連接端口 120發生過電流的情況時，控制開關電路123截止，使集線器12無法接收由輸入端所傳來的電能，進而使集線器12停止運作。發光單元125與微控制器124連接，其可于微控制器124控制開關電路123截止，同步由微控制器124所驅動而發亮，以通知使用者目前發生過電壓或過電流的情況。
[0054]綜上所述，本發明的可動態調整輸出電壓的電源轉換器及其適用的供電系統，其通過控制單元預設有記錄著負載電流與因纜線的阻抗所產生的壓降量之間的關系的一對照表，因此當控制單元從電流檢測電路所輸出的電流檢測信號而得知負載電流時，便可依據該對照表得知負載電流目前于纜線上所產生的壓降量，進而對應地輸出反饋信號，以驅動電源轉換電路將輸出電壓的電平提高，使輸出電壓在經由纜線的壓降后而傳送至集線器時，集線器仍可輸出符合便攜式電子裝置所需求的電壓電平的充電電壓，使得便攜式電子裝置不但可正常使用，便攜式電子裝置內的充電電池亦可因電能充飽而延長使用壽命。
[0055]本發明得由本領域技術人員任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利權利要求范圍所欲保護者。
【權利要求】
1.一種電源轉換器，經由連接于一纜線而與具有多個連接端口的一集線器連接，包含: 一電源轉換電路，接收并轉換一輸入電壓，以于該電源轉換器的一輸出端輸出一輸出電壓，且經由該纜線將該輸出電壓的電能提供至該集線器，使該集線器通過該連接端口提供具有固定電壓電平的一充電電壓； 一電流檢測電路，與該電源轉換電路連接，用以檢測該電源轉換電路經由該纜線提供給該集線器的一負載電流，并對應地輸出一電流檢測信號；以及 一控制單元，與該電流檢測電路及該電源轉換電路連接，且接收該電流檢測信號，并預設有一對照表，該對照表記錄該負載電流與因該纜線的阻抗所產生的一壓降量之間的關系，使該控制單元依據該電流檢測信號及該對照表而輸出一反饋信號至該電源轉換電路，驅使該電源轉換電路動態地調整該輸出電壓的電平； 其中該輸出電壓等于該壓降量與該充電電壓之和。
2.如權利要求1所述的電源轉換器，其中該控制單元包含一微控制器，與該電流檢測電路連接，且預設有該對照表，該微控制器依據該電流檢測信號及該對照表而輸出一控制信號。
3.如權利要求2所述的電源轉換器，其中該控制單元包含一反饋電路，與該微控制器及該電源轉換電路連接，用以依據該控制信號而輸出該反饋信號，以驅動該電源轉換電路動態地調整該輸出電壓的電平。
4.如權利要求1所述的電源轉換器，其中該電流檢測電路包含一檢測電阻及一誤差放大器，該檢測電阻連接于該電源轉換電路及該電源轉換器的該輸出端之間，該誤差放大器的一反向輸入端經由一第一電阻連接于該檢測電阻的一端及該電源轉換電路之間，該誤差放大器的一正向輸入端經由一第二電阻連接于該檢測電阻的另一端，該誤差放大器的一輸出端與該控制單元連接，且輸出該電流檢測信號。
5.如權利要求1所述的電源轉換器，其中當該負載電流越大時，該電源轉換電路調整該輸出電壓的電平為越大。
6.如權利要求1所述的電源 轉換器，其中該電源轉換器更具有一電壓檢測電路，連接于該電源轉換器的該輸出端及該控制單元，用以檢測該輸出電壓，并對應地輸出一電壓檢測信號，使該控制單元依據該電壓檢測信號對應調整該反饋信號，以當該輸出電壓尚未等于該壓降量與該充電電壓的和時，驅使該電源轉換電路動再次調整該輸出電壓等于該壓降量與該充電電壓的和。
7.一種供電系統，包含: 一纜線； 一集線器，與該纜線連接，且具有至少一連接端口 ； 一電源轉換器，與該纜線連接，且通過該纜線而與該集線器連接，包含: 一電源轉換電路，接收并轉換一輸入電壓，以于該電源轉換器的一輸出端輸出一輸出電壓，且經由該纜線將該輸出電壓的電能提供至該集線器，使該集線器通過該連接端口提供具有固定電壓電平的一充電電壓； 一電流檢測電路，與該電源轉換電路連接，用以檢測該電源轉換電路經由該纜線提供給該集線器的一負載電流，并對應地輸出一檢測信號；以及一控制單元，與該電流檢測電路及該電源轉換電路連接，且接收該檢測信號，并預設有一對照表，該對照表記錄該負載電流與因該纜線的阻抗所產生的一壓降量之間的關系，使該控制單元依據該檢測信號及該對照表而輸出一反饋信號至該電源轉換電路，驅使該電源轉換電路動態地調整該輸出電壓的電平； 其中該輸出電壓等于該壓降量與該充電電壓之和。
8.如權利要求7所述的供電系統，其中該纜線包含一正極導線及一負極導線。
9.如權利要求7所述的供電系統，其中該集線器具有多個該連接端口。
10.如權利要 求7所述的供電系統，其中該纜線與該集線器以一體成形的方式連接。
【文檔編號】H02M3/06GK103812330SQ201210440044
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優先權日:2012年11月6日
【發明者】彭翠·拉里特納梯庫, 翠雅·蒙漢 申請人:泰商泰達電子公司