本實用新型涉及一種充電電路，特別是指一種可倍增電流的充電電路。本實用新型也涉及用于充電電路中的電容式電源轉(zhuǎn)換電路。

背景技術(shù)：

圖1揭示一種現(xiàn)有技術(shù)的充電電路(充電電路1)，其包含一具有直接充電能力的電源適配器(adaptor)11，可提供充電電流IBAT經(jīng)由一纜線20(例如USB纜線)以及一負載開關(guān)40(load switch)對一電池50進行恒定電流(CC,constant current)充電。然而圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)，在使用例如USB纜線等標準纜線的情況下，其纜線的電流限額一般來說相對較低，例如約為5A或以下，充電時間因而較長。若欲加速充電時間而提高充電電流(例如8A或以上)，則必須使用線徑較粗的專用快速充電纜線，除了因使用非標準纜線造成使用者的不便之外，快速充電纜線也因為線徑較粗不易撓曲而不便于使用。

圖2揭示另一種現(xiàn)有技術(shù)的充電電路(充電電路2)，其包含一切換式充電電路60，可將電源適配器11所提供的電源(例如但不限于USB PD的5V或9V或12V的VBUS)轉(zhuǎn)換為充電電流IBAT，而對電池50進行恒定電流(CC,constant current)充電。圖2中所示的現(xiàn)有技術(shù)的缺點在于，在切換式充電電路60中，難以選用合適規(guī)格的電感器與開關(guān)(未示出)來兼顧充電電流量、電流漣波幅度、開關(guān)導通電阻、能量轉(zhuǎn)換效率等各種參數(shù)的優(yōu)化，導致設計優(yōu)化不易達成。

本實用新型相較于圖1的現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點在于可提供倍增的充電電流對電池充電，可縮短充電時間，卻又可以使用如USB纜線等標準纜線，在相對較低的纜線電流下操作，方便使用者的應用，而本實用新型相較于圖2的現(xiàn)有技術(shù)而言，具有無需電感器，縮小尺寸，降低成本，以及零件選用易于優(yōu)化以達最佳能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種充電電路及其電容式電源轉(zhuǎn)換電路，提供倍增的充電電流對電池充電，可縮短充電時間，卻又可以使用如USB纜線等標準纜線，在相對較低的纜線電流下操作，方便使用者的應用，另外，本實用新型還具有無需電感器，縮小尺寸，降低成本，以及零件選用易于優(yōu)化以達最佳能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點。

為達上述目的，就其中一個觀點言，本實用新型提供了一種充電電路，用以對一電池提供一充電電源，該充電電源包括一充電電壓以及一充電電流，該充電電路包含：一電源發(fā)送單元，將一輸入電源轉(zhuǎn)換為一直流輸出電源，該直流輸出電源包括一直流輸出電壓以及一直流輸出電流；以及一或多個電容式電源轉(zhuǎn)換電路，包括一轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，包括多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，與一或多個轉(zhuǎn)換電容器耦接，用以將該直流輸出電源轉(zhuǎn)換為該充電電源；其中該電源發(fā)送單元調(diào)節(jié)該直流輸出電流于一預設的輸出電流位準；該電容式電源轉(zhuǎn)換電路于多個轉(zhuǎn)換時段中，對應操作該多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，使該一或多個轉(zhuǎn)換電容器周期性地對應耦接于一或多個分壓節(jié)點、該直流輸出電壓、以及該接地點其中的一對節(jié)點之間，其中該充電電源耦接于該一或多個分壓節(jié)點中的一節(jié)點，使得該充電電流的位準大致為該預設的輸出電流位準的一默認的增流倍數(shù)(current scale-up factor)，其中該充電電流大于該直流輸出電流。

在一較佳實施例中，該轉(zhuǎn)換控制電路還產(chǎn)生一同步控制訊號，且根據(jù)該同步控制訊號，控制該多個電容式電源轉(zhuǎn)換電路的各多個轉(zhuǎn)換時段之間為同步。

在一較佳實施例中，在任一轉(zhuǎn)換時段中，于該一或多個分壓節(jié)點、該直流輸出電壓、以及該接地點其中的任一對節(jié)點之間，至多耦接于該多個轉(zhuǎn)換電容器之一。

在一較佳實施例中，該電容式電源轉(zhuǎn)換電路包括一第一電容式電源轉(zhuǎn)換電路，該轉(zhuǎn)換電容器包括一第一轉(zhuǎn)換電容器，該多個轉(zhuǎn)換時段包括一第一轉(zhuǎn)換時段以及一第二轉(zhuǎn)換時段；其中該轉(zhuǎn)換控制電路控制該多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，使該第一轉(zhuǎn)換電容器的第一端于該第一轉(zhuǎn)換時段與該第二轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該直流輸出電壓與該充電電壓之間，且使該第一轉(zhuǎn)換電容器的第二端于該第一轉(zhuǎn)換時段與該第二轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該充電電壓與該接地點之間；其中該充電電流的位準大致為該預設的輸出電流位準的二倍。

在一較佳實施例中，該轉(zhuǎn)換電容器還包括一第二轉(zhuǎn)換電容器；其中該轉(zhuǎn)換控制電路控制該多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，使該第二轉(zhuǎn)換電容器的第一端于該第二轉(zhuǎn)換時段與該第一轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該直流輸出電壓與該充電電壓之間，且使該第二轉(zhuǎn)換電容器的第二端于該第二轉(zhuǎn)換時段與該第一轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該充電電壓與該接地點之間。

在一較佳實施例中，該轉(zhuǎn)換控制電路還感測該直流輸出電流或該充電電流，而產(chǎn)生一電流相關(guān)訊號，其中該電源發(fā)送單元根據(jù)該電流相關(guān)訊號而調(diào)節(jié)該直流輸出電流于該預設的輸出電流位準。

為達上述目的，就另一個觀點言，本實用新型也提供了一種用于一充電電路的電容式電源轉(zhuǎn)換電路，其中該充電電路用以對一電池提供一充電電源，該充電電源包括一充電電壓以及一充電電流，該充電電路包含一電源發(fā)送單元，其中該電源發(fā)送單元將一輸入電源轉(zhuǎn)換為一直流輸出電源，該直流輸出電源包括一直流輸出電壓以及一直流輸出電流；其中該電源發(fā)送單元調(diào)節(jié)該直流輸出電流于一預設的輸出電流位準；該電容式電源轉(zhuǎn)換電路包括:一轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，包括多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，與一或多個轉(zhuǎn)換電容器耦接；以及一轉(zhuǎn)換控制電路，用以產(chǎn)生一開關(guān)控制訊號，用以于多個轉(zhuǎn)換時段中，對應操作該多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，使該一或多個轉(zhuǎn)換電容器周期性地對應耦接于一或多個分壓節(jié)點、該直流輸出電壓、以及一接地點其中的一對節(jié)點之間，使得該充電電流的位準大致為該預設的輸出電流位準的一默認的增流倍數(shù)(current scale-up factor)，其中該充電電流大于該直流輸出電流；其中該充電電源耦接于該一或多個分壓節(jié)點中的一節(jié)點。

在一較佳實施例中，該轉(zhuǎn)換控制電路還產(chǎn)生一同步控制訊號，且根據(jù)該同步控制訊號，控制該多個電容式電源轉(zhuǎn)換電路的各多個轉(zhuǎn)換時段之間為同步。

在一較佳實施例中，在任一轉(zhuǎn)換時段中，于該一或多個分壓節(jié)點、該直流輸出電壓、以及該接地點其中的任一對節(jié)點之間，至多耦接于該多個轉(zhuǎn)換電容器之一。

在一較佳實施例中，該電容式電源轉(zhuǎn)換電路包括一第一電容式電源轉(zhuǎn)換電路，該轉(zhuǎn)換電容器包括一第一轉(zhuǎn)換電容器，該多個轉(zhuǎn)換時段包括一第一轉(zhuǎn)換時段以及一第二轉(zhuǎn)換時段；其中該轉(zhuǎn)換控制電路控制該多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，使該第一轉(zhuǎn)換電容器的第一端于該第一轉(zhuǎn)換時段與該第二轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該直流輸出電壓與該充電電壓之間，且使該第一轉(zhuǎn)換電容器的第二端于該第一轉(zhuǎn)換時段與該第二轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該充電電壓與該接地點之間；其中該充電電流的位準大致為該預設的輸出電流位準的二倍。

在一較佳實施例中，該轉(zhuǎn)換電容器還包括一第二轉(zhuǎn)換電容器；其中該轉(zhuǎn)換控制電路控制該多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，使該第二轉(zhuǎn)換電容器的第一端于該第二轉(zhuǎn)換時段與該第一轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該直流輸出電壓與該充電電壓之間，且使該第二轉(zhuǎn)換電容器的第二端于該第二轉(zhuǎn)換時段與該第一轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該充電電壓與該接地點之間。

在一較佳實施例中，該轉(zhuǎn)換控制電路還感測該直流輸出電流或該充電電流，而產(chǎn)生一電流相關(guān)訊號，其中該電源發(fā)送單元根據(jù)該電流相關(guān)訊號而調(diào)節(jié)該直流輸出電流于該預設的輸出電流位準。

以下通過具體實施例詳加說明，當還容易了解本實用新型的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點及其所達成的功效。

附圖說明

圖1顯示一種現(xiàn)有技術(shù)的充電電路的示意圖；

圖2顯示一種現(xiàn)有技術(shù)的充電電路的示意圖；

圖3顯示本實用新型的充電電路的一實施例的示意圖；

圖4顯示本實用新型的充電電路的一實施例的示意圖；

圖5顯示本實用新型的充電電路及其中電容式電源轉(zhuǎn)換電路的一實施例的示意圖；

圖6顯示本實用新型的充電電路中，電容式電源轉(zhuǎn)換電路的一實施例的示意圖。

具體實施方式

請參閱圖3，圖中所示為本實用新型的充電電路的一種實施例(充電電路3)的示意圖，充電電路3用以對一電池50提供一充電電源，其包括一充電電流IBAT；充電電路3包含一電源發(fā)送單元10以及一電容式電源轉(zhuǎn)換電路30A。電源發(fā)送單元10將一輸入電源(未示出)轉(zhuǎn)換為一直流輸出電源，該直流輸出電源包括一直流輸出電壓VBUS以及一直流輸出電流IDC，所述電源發(fā)送單元10可例如為一電源適配器，將交流形式的輸入電源轉(zhuǎn)換為前述的直流輸出電源，或可為一直流直流轉(zhuǎn)換電路，將來自例如行動電源(power bank)的輸入電源轉(zhuǎn)換為前述的直流輸出電源；電源發(fā)送單元10調(diào)節(jié)該直流輸出電流IDC于一預設的輸出電流位準。在一實施例中，電源發(fā)送單元10可支持恒定電流直接充電模式，不經(jīng)過電容式電源轉(zhuǎn)換電路30A的控制而直接對電池50充電(相關(guān)線路未示出)。電容式電源轉(zhuǎn)換電路30A將直流輸出電源轉(zhuǎn)換為充電電源，其中該充電電源包括一充電電壓VBAT以及一充電電流IBAT；電容式電源轉(zhuǎn)換電路30A包括一轉(zhuǎn)換開關(guān)電路31A，其包括多個轉(zhuǎn)換開關(guān)(未示出)，與一轉(zhuǎn)換電容器(例如圖3中的CA1)或多個轉(zhuǎn)換電容器(例如圖3中的CA1-CAN，其中N為自然數(shù))耦接；以及一轉(zhuǎn)換控制電路32A，用以產(chǎn)生一開關(guān)控制訊號CTRLA，用以于多個轉(zhuǎn)換時段中，對應操作多個轉(zhuǎn)換開關(guān)，使一或多個轉(zhuǎn)換電容器CA1或CA1-CAN周期性地對應耦接于一或多個分壓節(jié)點(例如對應圖3中的NDA1或NDA1-NDAM，其中M為自然數(shù))、該直流輸出電壓VBUS、以及接地點GND其中的一對節(jié)點或多個對節(jié)點之間，使得該充電電流IBAT的位準大致為該直流輸出電流IDC的預設輸出電流位準的一默認的增流倍數(shù)(current scale-up factor)K，K為大于1的實數(shù)，其中該充電電流IBAT大于該直流輸出電流IDC；其中該充電電源耦接于該一或多個分壓節(jié)點中的一節(jié)點(例如對應圖3中的NDA1)，而經(jīng)由該節(jié)點產(chǎn)生該充電電流IBAT。在一實施例中，電容式電源轉(zhuǎn)換電路30A例如但不限于可包含除法式的電荷泵(divider charge pump)。

需說明的是：因電路零件的本身的寄生效應或是零件間相互的匹配不一定為理想，因此，雖然欲使充電電流IBAT的位準大致為該預設的輸出電流位準的一默認的增流倍數(shù)K，但實際產(chǎn)生的充電電流IBAT的位準可能并不是預設的輸出電流位準的準確的K倍，而僅是接近K倍，此即前述的“大致為”該預設的輸出電流位準的一默認的增流倍數(shù)K之意，下同。此外值得注意的是，在具有多個分壓節(jié)點的實施例中，所述的增流倍數(shù)K，會隨著充電電源耦接的節(jié)點而有所不同；而在僅有一個分壓節(jié)點的實施例中，增流倍數(shù)K為2，亦即充電電流IBAT的位準大致為該預設的輸出電流位準的2倍，但在其他實施例中，K不限于為整數(shù)。

請繼續(xù)參閱圖3，在一實施例中，本實用新型的充電電路(例如充電電路3)中，電源發(fā)送單元10還通過一纜線20而耦接于電容式電源轉(zhuǎn)換電路(例如電容式電源轉(zhuǎn)換電路30A)，其中纜線20可為例如但不限于符合通用串行總線供電規(guī)范(USB PD)或通用串行總線規(guī)范(USB)的纜線，其包含電源線21與訊號線22，其中電源線21用以傳送直流輸出電源。

請繼續(xù)參閱圖3，在一實施例中，轉(zhuǎn)換控制電路(例如轉(zhuǎn)換控制電路32A)偵測直流輸出電流IDC而產(chǎn)生一電流相關(guān)訊號(例如ISENA)，電源發(fā)送單元10則根據(jù)電流相關(guān)訊號ISENA而調(diào)節(jié)直流輸出電流IDC于一預設的輸出電流位準。在另一實施例中，所述的電流相關(guān)訊號ISENA亦可通過偵測充電電流IBAT而得。在一較佳實施例中，轉(zhuǎn)換控制電路通過訊號線22以傳送電流相關(guān)訊號ISENA至電源發(fā)送單元10。需說明的是，前述的纜線20在其他實施例中可以省略。

本實用新型的充電電路可包含多個電容式電源轉(zhuǎn)換電路，舉例而言，請參閱圖4，圖中顯示本實用新型的充電電路的一種實施例(充電電路4)的示意圖，在一實施例中，充電電路4還包含一電容式電源轉(zhuǎn)換電路30B，其可與電容式電源轉(zhuǎn)換電路30A并聯(lián)耦接而共同產(chǎn)生前述的充電電源。在具有多個電容式電源轉(zhuǎn)換電路的實施例中，可降低充電電壓的漣波并降低充電路徑上的等效電阻而提升轉(zhuǎn)換效率。在一較佳實施例中，轉(zhuǎn)換控制電路(例如轉(zhuǎn)換控制電路32A或轉(zhuǎn)換控制電路32B)還可產(chǎn)生或接收一同步控制訊號SYNC，且根據(jù)同步控制訊號SYNC，控制多個電容式電源轉(zhuǎn)換電路(例如電容式電源轉(zhuǎn)換電路30A與30B)的各多個轉(zhuǎn)換時段之間為同步；所述的“同步”指各多個轉(zhuǎn)換時段的相位之間具有預設的相位關(guān)系，例如但不限于同相、反相、交錯(interleaving)相位或其他形式的相位關(guān)系。

在一具有多個轉(zhuǎn)換電容器(例如圖3中的CA1-CAN)的實施例中，以多個轉(zhuǎn)換電容器周期性地對應耦接于前述的多個對節(jié)點之間時，在任一時刻，各多個轉(zhuǎn)換電容器之間皆無并聯(lián)耦接，換言之，在任一轉(zhuǎn)換時段中，于前述的一或多個分壓節(jié)點、直流輸出電源、以及接地點其中的任一對節(jié)點之間，至多耦接于多個轉(zhuǎn)換電容器之一。

請參閱圖5，圖中所示為本實用新型的充電電路(例如充電電路3)中，電容式電源轉(zhuǎn)換電路的一種實施例(電容式電源轉(zhuǎn)換電路30’)的示意圖，本實施例的電容式電源轉(zhuǎn)換電路30’中，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路31’包括多個轉(zhuǎn)換開關(guān)(例如圖中所示的SW11、SW12、SW13以及SW14)，耦接于轉(zhuǎn)換電容器CA1；而在本實施例中，如前述的多個轉(zhuǎn)換時段則包括一第一轉(zhuǎn)換時段以及一第二轉(zhuǎn)換時段；其中轉(zhuǎn)換控制電路32’控制該多個轉(zhuǎn)換開關(guān)SW11、SW12、SW13以及SW14，使轉(zhuǎn)換電容器CA1的第一端于該第一轉(zhuǎn)換時段與該第二轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該直流輸出電壓VBUS與該充電電壓VBAT之間，且使該轉(zhuǎn)換電容器CA1的第二端于該第一轉(zhuǎn)換時段與該第二轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該充電電壓VBAT與該接地點GND之間，使得該充電電流IBAT的位準大致為該預設的輸出電流位準的2倍。

請參閱圖6，圖中所示為本實用新型的充電電路(例如充電電路3)中，電容式電源轉(zhuǎn)換電路的一種實施例(電容式電源轉(zhuǎn)換電路30”)的示意圖，電容式電源轉(zhuǎn)換電路30”與前述實施例電容式電源轉(zhuǎn)換電路30’相似，其不同之處在于，轉(zhuǎn)換開關(guān)電路31”還包括多個轉(zhuǎn)換開關(guān)例如圖中所示的SW21、SW22、SW23以及SW24，耦接于另一轉(zhuǎn)換電容器CA2，轉(zhuǎn)換控制電路32”控制轉(zhuǎn)換電容器CA1的耦接方式與前述相同，而轉(zhuǎn)換控制電路32”還控制轉(zhuǎn)換開關(guān)SW21、SW22、SW23以及SW24，使轉(zhuǎn)換電容器CA2的第一端于該第二轉(zhuǎn)換時段與該第一轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該直流輸出電壓VBUS與該充電電壓VBAT之間，且使轉(zhuǎn)換電容器CA2的第二端于該第二轉(zhuǎn)換時段與該第一轉(zhuǎn)換時段中分別對應切換而電性連接于該充電電壓VBAT與該接地點GND之間；換言之，CA1與CA2在前述節(jié)點對之間的切換互為反相。

以上已針對較佳實施例來說明本實用新型，以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本實用新型的內(nèi)容，并非用來限定本實用新型的權(quán)利范圍。所說明的各個實施例，并不限于單獨應用，亦可以組合應用；舉其中一例，控制不同數(shù)量的轉(zhuǎn)換電容器的電容式電源轉(zhuǎn)換電路可以合并使用，例如本實用新型的充電電路可包含多個電容式電源轉(zhuǎn)換電路，其中一電容式電源轉(zhuǎn)換電路可耦接控制一轉(zhuǎn)換電容器，而另一電容式電源轉(zhuǎn)換電路則可耦接控制多個轉(zhuǎn)換電容器。此外，在本實用新型的相同精神下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，轉(zhuǎn)換電容器切換耦接時的極性可以依需求而有所變化，例如時而為正時而為負，可藉此增加增流倍數(shù)K的變化范圍或分辨率。又如，前述的同步控制訊號亦可為一外部提供的同步控制訊號，仍可達成多個電容式電源轉(zhuǎn)換電路之間的同步操作。又例如，本實用新型所稱“根據(jù)某訊號進行處理或運算或產(chǎn)生某輸出結(jié)果”，不限于根據(jù)該訊號的本身，亦包含于必要時，將該訊號進行電壓電流轉(zhuǎn)換、電流電壓轉(zhuǎn)換、及/或比例轉(zhuǎn)換等，之后根據(jù)轉(zhuǎn)換后的訊號進行處理或運算產(chǎn)生某輸出結(jié)果。由此可知，在本實用新型的相同精神下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本實用新型的范圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。