具有多輸出電壓的組件與應用其的電子裝置的製作方法

2023-06-13 11:52:51 4

專利名稱：具有多輸出電壓的組件與應用其的電子裝置的製作方法
技術領域：
本發明有關一種組件，且特別是有關一種具有多輸出電壓的組件與應用其的
電子裝置。
背景技術：
現今的可攜式產品，例如通訊手機、隨身聽、數字相機、筆記本電腦等，所使用的電池都是單一電壓輸出，其充電、放電時間與壽命都是標準模式。以一般筆
記本電腦為例，其使用電池的方式為先利用變壓器接收100到240V的交流電壓，再經AC/DC轉換器轉換後，輸出10至32V的直流電壓(一般為18.5V或19.5V)
至電池，再由電池供應單一電壓到筆記本電腦。
然而，由於筆記本電腦內部的各個單元與晶片所需的電壓並不相同，電池在輸出單一電壓後，必須再經轉換才可供給到這些單元與晶片，著實造成了電壓轉換上的浪費。而且，在目前筆記本電腦越作越薄的趨勢下，電池體積亦越來越小，連帶的影響到電池的供電時間，因此如何延長電池的使用時間亦為 一值得探討的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有多輸出電壓的組件與應用其的電子裝置，組件是提供多個電壓以供電子裝置內的不同電子元件直接使用，以減少電壓在電子裝置中的耗損情形。
本發明提出一種具有多輸出電壓的組件，用以裝設在一電子裝置中，其中，電子裝置包括多個電子元件，此具有多輸出電壓的組件包括一電池本體、多個設置在電池本體內的電池單元以及一電源管理單元。這些電池單元用以分別輸出多個不同的供電電壓至電子裝置內不同的電子元件使用。電源管理單元電性連接至這些電池單元，用以將一外部電壓轉換成多個充電電壓，並對應輸出這些充電電壓至電池單元以對電池單元充電，其中，充電電壓的大小是等於供電電壓的大小。本發明還提出一種電子裝置，其包括多個電子元件與一具有多輸出電壓的組 件。此具有多輸出電壓的組件包括一電池本體、多個設置在電池本體內的電池單元 以及一電源管理單元。這些電池單元用以分別輸出多個不同的供電電壓至電子裝置 內不同的電子元件使用。電源管理單元電性連接至這些電池單元，用以將一外部電 壓轉換成多個充電電壓，並對應輸出這些充電電壓至電池單元以對電池單元充電， 其中，充電電壓的大小是相等於供電電壓的大小。


為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下面將配合附圖對本發明的較佳實施 例進行詳細說明，其中
圖1是依照本發明較佳實施例一的具有多輸出電壓的電池的電路方塊圖。 圖2是圖1進一步繪示出電源管理單元的電路方塊圖。 圖3是圖1的電池使用備用電池單元的電路方塊圖。
圖4是圖1的電源管理單元設置在電池本體外的電路方塊圖。 圖5是圖3的電源管理單元設置在電池本體外的電路方塊圖。 圖6是依照本發明較佳實施例二的具有多輸出電壓的電池的電路方塊圖。 圖7是圖6的電源管理元件連接至電池單元的電路方塊圖。 圖8是圖6的電池使用備用電池單元的電路方塊圖。主要元件符號說明
10、 20:具有多輸出電壓的組件 30、 40:電子裝置 31 34、 41 44:電子元件
100、200:電池本體
121 221 224:電池單元
130、230:電源管理單元
131、231:輸入端
133、233:檢測電路
135、235:判斷電路
137:分壓電路140、240:備用電池單元
150、250:控制轉換電路161 164、 26卜264:開關元件 230A 230D:電源管理元件 237:電壓轉換電路
具體實施例方式
實施例一
請參照圖1，其是依照本發明較佳實施例一的具有多輸出電壓的電池的電路方 塊圖。具有多輸出電壓的組件IO包括一電池本體100、多個電池單元121至124 以及一電源管理單元130。本實施例是以四個電池單元121至124為例，但並不以 此為限定，組件IO可具有二個或以上的電池單元。電池單元121至124與電源管 理單元130皆設置在電池本體100內。這些電池單元121至124用以輸出多個不同 的供電電壓至一電子裝置30內不同的電子元件31至34使用。本實施例中，電池 單元121至124的供電電壓例如分別為5V、 3.3V、 1.8V與1.5V。電源管理單元 130電性連接至這些電池單元121至124，用以根據這些電池單元121至124的狀 態，以將一外部電壓轉換成多個充電電壓，並對應輸出這些充電電壓至電池單元 121至124以對電池單元121至124充電，其中，任一電池單元的充電電壓的大小 是相等於其供電電壓的大小。本實施例中，外部電壓例如為19V，而對應這四個電 池單元121至124，供電電壓與充電電壓分別為5V、 3.3V、 1.8V與1.5V。供電電 壓5V例如提供鍵盤控制器、基本輸出輸入系統(Basic Input/Output System, BIOS)， 通用串行總線(Universal Serial Bus, USB)等電子元件；供電電壓1.5V例如提供 給存儲器、顯示卡通道等系統電子元件。而不同的中央處理器其核心電壓並不一樣， 例如最高可以達到3.5V，最低只有1.475V。然而電子元件的規格及工藝不斷演進， 此處提出的各供電電壓值僅供說明用，並不以此為限定。
當電池單元121至124皆為電量充足的狀態下，實質上並無須對電池單元121 至124充電，此時，電池單元121至124各別可輸出足夠的電壓至電子裝置中，以 供電子裝置中的不同電子元件使用。然而，由於電子元件會因其用途、電路構造等 不同因素而具有大小不一的耗電量，使電池單元121至124的放電速度也不相同。 通過電源管理單元130的設置，當這些電池單元121至124使用一段時間後，組件 10本身即可察覺哪些電池單元的電量不足需進行充電的動作。
請參照圖2，其是圖1進一步繪示出電源管理單元130的電路方塊圖。電源管 理單元130包括一輸入端131、一檢測電路133、一判斷電路135與一分壓電路137。輸入端131用以接收外部電壓。檢測電路133用以檢測電池單元121至124的狀態。 判斷電路135用以根據檢測電路133所檢測的電池單元121至124的狀態，去判斷 是否對電池單元121至124充電。分壓電路137用以根據判斷電路135的判斷結果， 以決定是否將外部電壓轉換成充電電壓，並對應輸出充電電壓至需充電的電池單元。
檢測電路133可以是持續不斷地或周期性地檢測電池單元121至124的狀態， 其檢測的結果是由判斷電路135所讀取。以電池單元124為例，當判斷電路135 從檢測電路133的檢測結果判斷到電池單元124的電量低於一預設的臨界值時，判 斷電路135會驅使分壓電路137將外部電壓(19V)轉換成電池單元124的充電電 壓(1.5V)以輸出到電池單元124充電。當電池單元124充電完成後，即可停止分 壓電路137對電池單元124的充電。
除了電量過低的情形外，當電池單元故障時，亦無法正常提供電壓給電子元 件使用，因此，可輔以一備用電池單元的使用，以暫時取代供電不正常的電池單元。
請參照圖3，其是圖1的電池使用備用電池單元的電路方塊圖。組件10除了 具有前述的電池單元121至124以及電源管理單元130夕卜，另具有備用電池單元 140、控制轉換電路150與多個開關元件161至164。備用電池單元140用以提供 一備用電壓。開關元件161至164各別電性連接至電池單元121至124的輸出端， 且電性連接至電子裝置30的電子元件31至34 (見圖1)。控制轉換電路150電性 連接至備用電池單元140、電源管理單元130與開關元件161至164。當電源管理 單元130檢測到一供電不正常的電池單元時，是傳遞信號至控制轉換電路150，而 控制轉換電路150會據以切換對應的開關元件，並將備用電池單元140的備用電壓 轉換為該供電不正常的電池單元的供電電壓，以輸出到對應的電子元件。
控制轉換電路150例如包括一智能型直流對直流電源轉換器(smart DC/DC converter, smartDDC)，用以將備用電池單元140的備用電壓轉換為電池單元121、 122、 123或124的供電電壓。
由於備用電池單元140僅用於某一電池單元供電不正常時使用，無須像其它 電池單元121至124 —樣具有較大的體積，且可使備用電池單元140的電量小於電 池單元121至124的電量。較佳地，備用電池單元140的電量約為電池單元121 至124的電量的十分之一。
同樣以電池單元124為例，當電源管理單元130檢測到電池單元124電量過 小需要充電，或是電池單元124故障而無法輸出電壓時，電源管理單元130會傳遞信號至控制轉換電路150，由控制轉換電路150切換對應電池單元124的開關元件 164，去關閉電池單元124的電壓輸出，並使備用電池單元140通過控制轉換電路 150以及開關元件164，暫時代替電池單元124輸出電壓。控制轉換電路150是將 備用電池單元140的備用電壓轉換為電池單元124的供電電壓(1.5V)。
本實施例的電池單元121至124與備用電池單元140皆可為可置換式電池單 元。因而，當前述任一電池單元故障時，可直接將電池單元從組件10中取出以置 換新的電池單元。此外，為提醒使用者更換故障的電池，電源管理單元130還可用 以於檢測到一供電不正常的電池單元時，產生一警告信號。
上述說明皆是以電源管理單元130設置在電池本體100內作說明，然而並不 以此為限定，電源管理單元130亦可設置在電池本體IOO外，或可於需要時才與電 池本體100連接。請分別參照圖4、圖5，圖4是圖1的電源管理單元130設置在 電池本體100外的電路方塊圖，圖5是圖3的電源管理單元130設置在電池本體 100外的電路方塊圖。當僅使用組件IO供電時，實際上可不裝設電源管理單元130。 當組件10需要通過外部電壓去充電、或是要同時通過外部電壓供電給電子裝置時， 再將電源管理單元130與電池本體IOO連接，以執行上述的充電、供電等步驟。當 然，電源管理單元130於未用於組件IO充電時也可與電池本體IOO連接，以檢測 電池單元121至124的狀態是否正常、電量是否充足等。另外，電源管理單元130 亦可直接設置在由組件IO所供電的電子裝置中。
實施例二
請參照圖6，其是依照本發明較佳實施例二的具有多輸出電壓的電池的電路方 塊圖。本實施例的組件20包括一電池本體200、多個電池單元221至224以及一 電源管理單元230。電池單元221至224設置在電池本體200內，用以輸出多個不 同的供電電壓至一電子裝置40內不同的電子元件41至44使用。本實施例的電池 單元221至224的供電電壓分別以5V、 3.3V、 1.8V與1.5V做說明。電源管理單 元230設置在電池本體200外，並具有多個電池管理元件230A至230D。電池管 理元件230A至230D各自電性連接至電池單元221至224，用以根據電池單元221 至224的狀態，以將一外部電壓轉換成充電電壓，並對應輸出充電電壓至電池單元 221至224，以對電池單元221至224充電。本實施例之外部電壓例如為19V，而 對應這四個電池單元221至224的充電電壓則分別為5V、 3.3V、 1.8V與1.5V。
本實施例的電池管理元件230A至230D具有相同構造，在此僅以電池管理元 件230D作說明。請參照圖7，其是圖6的電源管理元件230D連接至電池單元224說明書第6/7頁
的電路方塊圖。電池管理元件230D具有一輸入端231，用以接收外部電壓。電池 管理元件230D並具有一檢測電路233、 一判斷電路235與一電壓轉換電路237。 檢測電路233用以檢測所連接的電池單元224。判斷電路235用以根據電池單元224 的狀態，以判斷是否對電池單元224充電。電壓轉換電路237用以根據判斷電路 235的判斷結果以將外部電壓(19V)轉換成電池單元224的充電電壓(1.5V)， 以輸出此充電電壓至電池單元224。
電壓轉換電路237例如包括一個直流對直流電源轉換器。檢測電路233可以 是持續不斷地或周期性地檢測電池單元224的狀態。當判斷電路235從檢測電路 233的檢測結果判斷到電池單元224的電量低於一預設的臨界值時，判斷電路235 會驅使電壓轉換電路237將外部電壓(19V)轉換成電池單元224的充電電壓(1.5V) 以輸出到電池單元224充電。待電池單元224充電完成後，即可停止對電池單元 224的充電。
當任一電池單元的電量過低或故障而無法提供電壓給電子元件使用時，可輔 以備用電池單元使用，以暫時取代供電不正常的電池單元。請參照圖8，其是圖6 的電池使用備用電池單元的電路方塊圖。組件20具有備用電池單元240、控制轉 換電路250與多個開關元件261至264。備用電池單元240用以提供一備用電壓。 開關元件261至264各別電性連接至電池單元221至224的輸出端以及電子裝置 40的電子元件41至44 (見圖6)。
控制轉換電路250電性連接至備用電池單元240、電源管理元件230A至230D 與開關元件261至264。當任一電源管理元件230A至230D檢測到一供電不正常 的電池單元時，傳遞信號至控制轉換電路250，而控制轉換電路250會切換對應的 開關元件，並將備用電池單元240的備用電壓轉換為該供電不正常的電池單元的供 電電壓，以輸出到對應的電子元件。
以電池單元224為例，當電源管理元件230D檢測到電池單元224電量過低需 要充電，或是電池單元224故障而無法輸出電壓時，電源管理元件230D會傳遞信 號至控制轉換電路250，由控制轉換電路250切換對應電池單元224的開關元件264 以關閉電池單元224。此時，備用電池單元240可通過控制轉換電路250以及開關 元件264，暫代電池單元224輸出電壓。控制轉換電路250亦包括一個直流對直流 電源轉換器，用以將備用電池單元240的備用電壓轉換為電池單元224的供電電壓 (1.5V)。
本實施例的電池單元221至224與備用電池單元240可為可置換式電池單元，因而當電池單元故障時，可直接置換新的電池單元。且為提醒使用者電池單元故障
的情形，電源管理單元230更可於電源管理元件230A至230D檢測到一供電不正 常的電池單元時，產生一警告信號。
本實施例雖然是以電源管理單元230設置在電池本體200外作說明，然而並 不以此為限定，電源管理單元230亦可設置在電池本體200內。此外，本實施例的 電源管理單元230可於需要時才與電池本體200連接。當僅使用組件20供電時， 實際上並不需裝設電源管理單元230。當組件20需要通過外部電壓去充電、或是 要同時通過外部電壓供電給電子裝置時，再將電源管理單元230與電池本體200 連接，以執行上述的充電、供電等步驟。當然，電源管理單元230於未用於組件 20充電時也可與電池本體200連接，以隨時檢測電池單元221至224的狀態是否 正常、電量是否充足。另外，電源管理單元230亦可直接設置在由組件20所供電 的電子裝置中。
上述二個實施例中，具有多輸出電壓的電池具有多個可獨立充電、放電的電 池單元，而電池通過這些電池單元劃分成多個電壓區，其中，電池的每個電壓區具 有不同的供電電壓，例如有5V、 3V、 1.8V與1.5V，以提供多個輸出電壓給電子 裝置中的不同電子元件使用。由於上述二個實施例的具有多輸出電壓的電池已對充 入電池的電壓作壓降轉換，可避免單純以單一電壓供給電子裝置時，於電子裝置中 還要作壓降轉換的情形，如此可省去電子裝置中直流壓降電路的使用，以節省產品 的成本。此外，也可避免電子裝置中電壓轉換的浪費，而可延長電池對電子裝置的 供電時間。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發 明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當 可作各種等同的改變或替換。因此，本發明的保護範圍當視後附的本申請權利要求 範圍所界定的為準。
權利要求
1.一種具有多輸出電壓的組件，用以裝設在一電子裝置中，其中，該電子裝置包括多個電子元件，該具有多輸出電壓的組件包括一電池本體；多個電池單元，設置在該電池本體內，其中，這些電池單元用以分別輸出多個不同的供電電壓至這些電子元件；以及一電源管理單元，電性連接至這些電池單元，該電源管理單元用以將一外部電壓轉換成多個充電電壓，並對應分別輸出這些充電電壓至這些電池單元以對這些電池單元充電，其中，這些充電電壓的大小是分別相等於這些供電電壓的大小。
2. 根據權利要求1所述的具有多輸出電壓的組件，其特徵在於在該電池本體 內還設置一備用電池單元，用以提供一備用電壓；多個開關元件，分別電性連接至這些電池單元的輸出端與這些電子元件之間；以及一控制轉換電路，電性連接至該備用電池單元與這些開關元件之間； 其中，當該電源管理單元檢測到一供電不正常的電池單元時，通知該控制轉 換電路將該備用電池單元的該備用電壓轉換為該供電不正常的電池單元的該供電 電壓，並通過該供電不正常的電池單元的該開關元件輸出至對應的該電子元件。
3. 根據權利要求2所述的具有多輸出電壓的組件，其特徵在於該備用電池單 元是可置換式電池單元。
4. 根據權利要求1所述的具有多輸出電壓的組件，其特徵在於該電源管理單 元包括一輸入端，用以接收該外部電壓； 一檢測電路，用以檢測這些電池單元的狀態；一判斷電路，用以根據這些電池單元的狀態，以判斷是否對這些電池單元充 電；以及一分壓電路，若這些電池單元狀態正常，該分壓電路將該外部電壓轉換成這 些充電電壓，並對應輸出這些充電電壓至需充電的這些電池單元。
5. 根據權利要求1所述的具有多輸出電壓的組件，其特徵在於該電源管理單元包括多個電源管理元件，各自電性連接至這些電池單元，這些電源管理元件各自 包括一輸入端，用以接收該外部電壓；一檢測電路，用以檢測所連接的該電池單元的狀態；一判斷電路，用以根據所連接的該電池單元的狀態，以判斷是否對該電池單 元充電；以及一電壓轉換電路，若這些電池單元狀態正常，該電壓轉換電路將該外部電壓 轉換成該充電電壓，並輸出該充電電壓至對應的該電池單元。
6. 根據權利要求1所述的具有多輸出電壓的組件，其特徵在於該電源管理單 元設置在該電池本體內。
7. 根據權利要求1所述的具有多輸出電壓的組件，其特徵在於該電源管理單 元還用以於檢測到這些電池單元的至少其中之一的電量充足時，停止對這些電池單 元的至少其中之一充電。
8. —種電子裝置中，包括多個電子元件，分別接收多個不同的供電電壓以工作；以及 一多輸出電壓的組件，包括 一電池本體；多個電池單元，設置在該電池本體內，其中，這些電池單元用以分別輸 出這些不同的供電電壓至這些電子元件；以及一電源管理單元，電性連接至這些電池單元，該電源管理單元用以將一外部電壓轉換成多個充電電壓，並對應分別輸出這些充電電壓至這些電池單元以對 這些電池單元充電，其中，這些充電電壓的大小是分別相等於這些供電電壓的大小。
9. 根據權利要求8所述的該電子裝置，其特徵在於該電池本體內還設置 一備用電池單元，用以提供一備用電壓；多個開關元件，分別電性連接至這些電池單元的輸出端與這些電子元件之間；以及一控制轉換電路，電性連接至該備用電池單元與這些開關元件之間； 其中，當該電源管理單元檢測到一供電不正常的電池單元時，通知該控制轉 換電路將該備用電池單元的該備用電壓轉換為該供電不正常的電池單元的該供電 電壓，並通過該供電不正常的電池單元的該開關元件輸出至對應的該電子元件。
10. 根據權利要求9所述的電子裝置，其特徵在於該備用電池單元是可置換式電池單元。
11. 根據權利要求8所述的電子裝置，其特徵在於該電源管理單元包括 一輸入端，用以接收該外部電壓；一檢測電路，用以檢測這些電池單元的狀態；一判斷電路，用以根據這些電池單元的狀態，以判斷是否對這些電池單元充電；以及一分壓電路，若這些電池單元狀態正常，該分壓電路將該外部電壓轉換成這 些充電電壓，並對應輸出這些充電電壓至需充電的這些電池單元。
12. 根據權利要求8所述的電子裝置，其特徵在於該電源管理單元包括多個電 源管理元件，各自電性連接至這些電池單元，這些電源管理元件各自包括一輸入端，用以接收該外部電壓；一檢測電路，用以檢測所連接的該電池單元的狀態；一判斷電路，用以根據所連接的該電池單元的狀態，以判斷是否對該電池單 元充電；以及一電壓轉換電路，若這些電池單元狀態正常，該電壓轉換電路將該外部電壓 轉換成該充電電壓，並輸出該充電電壓至對應的該電池單元。
13. 根據權利要求8所述的電子裝置，其特徵在於該電源管理單元設置在該電 池本體內。
14. 根據權利要求8所述的電子裝置，其特徵在於該電源管理單元還用以於檢 測到這些電池單元的至少其中之一的電量充足時，停止對這些電池單元的至少其中 之一充電。
全文摘要
本發明是一種具有多輸出電壓的組件與應用其的電子裝置，該具有多輸出電壓的組件包括一電池本體、多個設置在電池本體內的電池單元以及一電源管理單元。這些電池單元用以分別輸出多個不同的供電電壓至一電子裝置內的多個電子元件使用。電源管理單元電性連接至這些電池單元，用以將一外部電壓轉換成多個充電電壓，並分別對應輸出這些充電電壓至電池單元以對電池單元充電，其中，充電電壓的大小是等於供電電壓的大小。
文檔編號H01M10/44GK101677190SQ200810213168
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月17日 優先權日2008年9月17日
發明者李彥勳, 陳益乾 申請人:英業達股份有限公司