[发明专利]充电系统及其电源适配器

说明书

充电系统包括电源适配器、增强型通用串行总线(USB)连接线以及线性充电器。电源适配器包括双向电压分压器。双向电压分压器经由第一端接收参考电压并且对参考电压进行分压以产生预设电压准位，或经由第二端接收电流请求讯号。增强型USB连接线耦接至电源适配器以传输适配器的输出电压。线性充电器耦接至传输连接线以接收适配器的输出电压。其中电源适配器依据电流请求讯号以识别增强型USB连接线是否为兼容连接线，并且辨识充电器是否为兼容充电器。其中电源适配器依据线性充电器的电流请求讯号在选定之电流限制准位将其输出电压折回。

技术领域

本发明是有关于线性充电系统及其电源适配器。尤其是有关于用于改善充电效率的充电系统与电源适配器。

背景技术

现今大多数手机使用线性充电系统，其包括了5.0V-1.0A电源、通用串行总线(universal serial bus,USB)连接线以及内部线性充电器(internal linear charger，ILC)。电源可以是USB数据端口或交流转直流(AC/DC)适配器。ILC更包括功率金氧半场效晶体管(MOSFET)。藉由控制功率MOSFET的闸极-源极电压，ILC可在充电流程的四个阶段中调节充电电流或充电电压。使用线性充电器的主要优点是电路简单，电路实现成本低。此外，与开关模式充电器不同，线性充电器不需要任何电感器或变压器部件。因此，线性充电器可以在单片集成电路(integrated circuit，IC)中被实现。事实上，2014年前的大部分手机都采用内置线性充电器，充电速度为1.0A。

然而，随着4G网络的到来，手机市场进入了智能型手机时代。随着第一款使用安卓(Android)操作系统的智能手机的推出，以及苹果公司推出的iPhone 4，这两者都在2010年造成了广泛的普及，并开始主宰手机市场。而在2008年至2016年期间，手机的平均电池容量从约900mAH提高到约3200mAH。虽然以前的标准5V-1A适配器可以在大约一个小时内将空的900mAH电池充电到90％的容量，但同一适配器则需要超过三个小时才能将空的3200mAH电池充满电。

请参考图1，图1是常规的充电系统的示意图。充电系统100包括常规适配器110、标准通用串行总线(universal serial bus，USB)连接线120、充电控制器130以及晶体管(MOSFET)Q1。适配器110具有输出端VO+以及VO-用以传输输出电压Vout。标准USB连接线包括电源线121、接地电位线122、第一数据传输线以及第二数据传输线。电源线和接地线的直流电阻分别约为0.25Ω。充电器系统100用以对耦接于晶体管Q1的电池BAT进行充电。也请同时参考图2A与图2B，图2A与图2B是常规的充电器系统的操作波形图。

图2A中，110为5V-1A的适配器并且用于向一颗1AH的电池充电。假设充电流程开始于电池电压Vbat为3.0V，并且充电流程在时间点为0时进入固定电流CC阶段。曲线213示出了在充电过程中，输出电压Vout在适配器110控制下维持于5.0V的固定准位。曲线214示出了电压Vin被充电控制器130所接收。在固定电流CC阶段(从时间点0到40分钟)中，进入电池BAT的充电电流Ich可被调节为0.9A。由于USB连接线120中的电源线121以及接地电位线122的总电源-回授电阻Rcb为0.5(0.25+0.25)Ω，因此在固定电流CC阶段的期间，在连接线电阻Rcb的电压降等于0.45V。所以，曲线214所示出的电压Vin在固定电流CC阶段的期间为4.55V。另一方面，曲线215示出了电压Vbat在固定电流CC阶段的期间自3.0V逐渐上升到4.2V。在固定电流CC阶段，电压Vin以及电压Vbat之间的差异被操作于线性模式中的晶体管Q1所吸收。因此，晶体管Q1的汲极-源极电压Vds就等于Vds＝Vout–Ich*Rcb–Vbat，其中Rcb为USB连接线120电源-回授电阻，Ich是流经USB连接线120的电流。晶体管Q1的功率消耗Pd则是由Ich以及Vds的乘积，也就是Pd＝Ich*Vds＝Ich*(Vout–Ich*Rcb–Vbat)。