电子装置的瞬间电流补充电路及其设计方法.pdf

本发明提供瞬间电流补充电路及其设计方法，用于电子装置，电子装置包括电源电路及多个硬件，电源电路用于供应电能至该些硬件；瞬间电流补充电路包括储能模块及电源补偿模块，电源补偿模块与储能模块连接且对储能模块充电；其中，在该些硬件的任一者启动时，电源补偿模块通过释放储能模块的电能来补偿启动时硬件的电能；如此，电子装置就不用分别对每一硬件配置对应的补偿模块，从而能够缩小电源电路的配置面积及减少零件的使用。

权利要求书1.  一种电子装置的瞬间电流补充电路的设计方法，所述电子装置包括电源电路、多个电压调节单元及多个硬件，所述电源电路与所述多个电压调节单元连接，所述多个电压调节单元分别一对一地连接所述多个硬件，所述瞬间电流补充电路连接所述电源电路及所述多个电压调节单元，所述瞬间电流补充电路的设计方法的特征在于，包括下列步骤：取得需要电流补偿的每一硬件的参数条件，其中，每一参数条件包括瞬间电压降、瞬间电流及最大补偿时间；依据每一硬件的参数条件计算出每一对应的电容值；从所述多个硬件的参数条件对应的多个所述电容值中选择出最大电容值；以及依据所述最大电容值设计瞬间电流补充电路的储能模块。2.  如权利要求1所述的瞬间电流补充电路的设计方法，其特征在于，每一硬件还包括一应用电压，所述瞬间电流补充电路的设计方法包括从多个所述应用电压中选择最大者来设计一升降压单元，所述升降压单元系连接储能模块及该些电压调节单元。3.  如权利要求1所述的瞬间电流补充电路的设计方法，其特征在于，所述储能模块为选自超级电容、大电容及水塔电路中的一者。4.  一种瞬间电流补充电路，用于电子装置，所述电子装置包括电源电路及多个硬件，所述电源电路用于供应所述多个硬件所需要的电能，所述瞬间电流补充电路的特征在于，包括：储能模块；和电源补偿模块，其连接所述储能模块、所述电源电路及所述多个硬件，且对所述储能模块充电，其中，在所述多个硬件中的任一硬件 启动时，所述电源补偿模块通过释放所述储能模块的电能来补偿启动时所述任一硬件的电能。5.  如权利要求4所述的瞬间电流补充电路，其特征在于，所述储能模块为选自超级电容、大电容及水塔电路中的一者。6.  如权利要求4所述的瞬间电流补充电路，其特征在于，所述电源补偿模块包括充电单元，所述充电单元连接所述电源电路与所述储能模块，且对所述储能模块充电。7.  如权利要求6所述的瞬间电流补充电路，其特征在于，所述充电单元包括电压检测单元，所述电压检测单元用于检测所述储能模块的电压准位，且在所述储能模块的电压准位到达所述储能模块的耐受值时，使所述充电单元停止对所述储能模块充电。8.  如权利要求7所述的瞬间电流补充电路，其特征在于，所述充电单元包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管及电阻电容单元，所述第一晶体管连接所述电源电路及所述电压检测单元，所述第二晶体管连接所述电源电路、所述第三晶体管及所述第四晶体管，所述第三晶体管连接所述第四晶体管及所述电阻电容单元，所述电阻电容单元与所述储能模块连接。9.  如权利要求4、6或7所述的瞬间电流补充电路，其特征在于，所述电子装置还包括分别与所述多个硬件连接的多个电压调节单元，所述电源补偿模块包括一升降压单元，该升降压单元连接所述储能模块及所述多个电压调节单元，且用于输出电压至所述多个电压调节单元，所述电压高于所述储能模块的电压准位。

说明书电子装置的瞬间电流补充电路及其设计方法
技术领域
本发明与电子装置的电源电路有关，尤其涉及一种用于电子装置的瞬间电流补充电路及其设计方法。
背景技术
随着电子装置的硬件需求及功能增加，使得电源电路的输出需求也对应增加，举例来说硬件例如WiFi、WAN、GPS、NFC等通讯芯片或模块的建立。这些硬件通常不会在同一时间作动，且该些硬件在启动瞬间的耐压、抽载电流及维持时间的程度都不相同，因此，任一硬件在启动瞬间通常会让电源电路供应电能在这个瞬间发生不平衡的现象，所以，需要针对不同的硬件提供对应的电流补充电路，以让该些硬件能维持正常工作范围内的电压准位。
此外，工业用手持式电子装置除了前述的电流补偿需求外，更是针对工业用手持电子装置摔落瞬间时电源瞬间断开问题提供对应的电流补偿，以避免电源瞬间断开造成数据丢失。
换言之，无论是消费型或是工业用手持电子装置都存在硬件作动瞬间电流补偿的应用需求，以让各硬件可维持在正常工作范围内的电压准位。另外，电子装置的电源电路管理的电路设计往往需要较大的电路板面积及成本，而电源质量的管理及效能也会影响电子装置的稳定性及效能。
如图1所示，传统对于有电流补偿应用需求的硬件，又要让硬件能维持在正常工作范围内的电压准位，通常是在电子装置90的各电源线路(power rail)91、92、93、94、95连接对应的补偿模块91a、92a、93a、94a、95a，电源线路91、92、93、94、95是电源管理模块96 与该些硬件91b、92b、93b、94b、95b连接的路径。其中，补偿模块91a、92a、93a、94a、95a例如是大电容、超级电容或水塔(water tower)电路等，以使上述硬件91b、92b、93b、94b、95b中任一者作动瞬间，藉由连接在其电源线路91、92、93、94、95上的补偿模块91a、92a、93a、94a、95a提供补偿的电能，使其他硬件仍能维持在正常工作范围内的电压准位。
然而，针对各个硬件设计分别对应的补偿模块91a、92a、93a、94a、95a不仅会增加补偿模块的数量，也需要较大的电路配置面积，从而增加较多成本，故不符合目前电子装置要求的轻薄需求。
发明内容
鉴于上述缺陷，本发明的电子装置的瞬间电流补充电路及其设计方法能够有效降低电源电路的配置面积及减少电子零件使用，以维持电子装置的运转功能及符合电子装置轻薄的需求。
为达成上述目的，本发明提供一种电子装置的瞬间电流补充电路的设计方法；电子装置包括电源电路、多个电压调节单元及多个硬件；电源电路连接多个电压调节单元；多个电压调节单元分别一对一地连接多个硬件；瞬间电流补充电路连接电源电路及多个电压调节单元；瞬间电流补充电路的设计方法包括下列步骤：首先，取得需要电流补偿的每一硬件的参数条件，每一硬件的参数条件包括瞬间电压降、瞬间电流及最大补偿时间；接着，依据每一硬件的参数条件计算出对应该硬件的电容值；然后，从多个硬件的参数条件对应的多个电容值中选择最大者；最后，依据选出的最大电容值设计瞬间电流补充电路的储能模块。
由于本发明考虑了电子装置中全部硬件的参数条件而从中选择其中一者来设计瞬间电流补充电路，因此，瞬间电流补充电路能够有效地在任一硬件启动瞬间提供电能补偿，以及避免影响其他硬件正常运作所需电能。
为达成上述目的，本发明还提供了一种瞬间电流补充电路，其用于电子装置，电子装置包括电源电路、瞬间电流补充电路及多个硬件，电源电路用于供应电能至多个硬件；瞬间电流补充电路包括储能模块及电源补偿模块，电源补偿模块连接储能模块、电源电路及多个硬件，且对储能模块充电；其中，在多个硬件的任一者启动时，电源补偿模块通过释放储能模块的电能来补偿启动时硬件的电能。
如此，电子装置只要一个本发明的瞬间电流补充电路就可补偿硬件启动瞬间的电能，而不需要在每一电源线路分别设计及配置对应的补偿模块，故能够简化电源管理电路、降低电路配置面积及减少电子零件的使用。
有关本发明所提供的电子装置的瞬间电流补充电路及其设计方法的详细步骤、组成、特点或运作方法，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，这些详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅用于说明本发明而并非用以限制本发明的权利要求范围。
附图说明
图1是传统补偿模块应用于电子装置的配置示意图。
图2是应用本发明的瞬间电流补充电路的电子装置的配置示意图。
图3是本发明的瞬间电流补充电路的方块图。
图4是本发明的瞬间电流补充电路的电路图。
图5是本发明的瞬间电流补充电路的设计流程图。
(符号说明)
10...电子装置
11...电源电路
111...电源
112...电源管理模块
12、13、14、15...硬件
113、121、131、141、151...电压调节单元
20...瞬间电流补充电路
21...电源补偿模块
211...充电单元
212...升降压单元
213...电压检测单元
214...电阻电容单元
22...储能模块
A、B、C、D、E...电源线路
I...输入端
O..输出端
Q1...第一晶体管
Q2...第二晶体管
Q3...第三晶体管
Q4...第四晶体管
90...电子装置
91、92、93、94、95...电源线路
91a、92a、93a、94a、95a...补偿模块
96...电源管理模块
91b、92b、93b、94b、95b...硬件
具体实施方式
以下，结合附图列举对应的较佳实施例来对本发明的用于电子装置的电源电路的瞬间电流补充电路及其设计方法的步骤、组成及达成功效进行说明。各附图中用于电子装置的电源电路的瞬间电流补充电路及其设计方法的构件、配置及步骤仅用来说明本发明的技术特征，而并非对本发明构成限制。
如图2所示，电子装置10包括瞬间电流补充电路20、电源电路 11、以及与电源电路11连接的多个硬件12、13、14、15。电源电路11包括电源111及电源管理模块112。电源111用于供应电能，且可以是电池或外部电源。该些硬件12、13、14、15例如是局域网络模块(WAN MODULE)、无线局域网络模块(WiFi MODULE)、卫星定位模块(GPS MODULE)、近场通信模块(NFC MODULE)等，每一硬件12、13、14、15作动瞬间的电流是不相同的。电源111、电源管理模块112及该些硬件之间通过电源线路A、B、C、D、E相互连接，电源电路11供应该些硬件12、13、14、15作动的主要电能。
在本实施例中，硬件是指接收或供应电源电路的电源的负载，故不以上述例示为限。
本发明的瞬间电流补充电路20与电源电路11及该些硬件12、13、14、15连接，以补偿电源电路11的电源管理模块112在任一硬件12、13、14、15启动时的电能需求，从而确保电源电路11的质量及效能。
请再参照图2，瞬间电流补充电路20包括电源补偿模块21和储能模块22。电源补偿模块21连接电源111、储能模块22及该些硬件12、13、14、15，且接收电源111的电能，并对储能模块22充电，电源补偿模块21通过释放储能模块22的电能来补偿启动时每一硬件12、13、14、15的电能需求。
其中，储能模块22选自超级电容、水塔电路或大电容等储能电子元件中之一，但也可以选择其他能够快速释放电能的储能电子元件、电子元件组合或电子电路组成，故储能模块22不以一个储能电子元件为限。
如此，本发明的瞬间电流补充电路20仅需要一个电源补偿模块21及一个储能模块22，而不需要如现有技术中所述在每一电源线路上个别连接补偿模块以对应个别硬件的需求，整个电子装置的补偿模块所需数量大大减少。公知的补偿模块中的储能元件例如电容，占有的电路面积相对于其他电子元件的面积大很多，通过本发明的设计方 法，只要一个储能模块22即可，可省去公知的多个补偿模块的储能元件的电路面积，故本发明的瞬间电流补充电路20能够有效缩减电路的配置面积及减少零件的使用。
如图3所示，电源111及该些硬件12、13、14、15的前端分别有一电压调节单元113、121、131、141、151。
本发明的电源补偿模块21包括充电单元211和升降压单元(buck-boost unit)212。充电单元211连接电源111及储能模块22，用于对储能模块22充电。升降压单元212连接储能模块22，且用于输出电压，该输出电压高于储能模块22的电压准位。其中，个别硬件还包括应用电压，应用电压是硬件正常工作范围内的电压准位。
该些电压调节单元113、121、131、141、151分别具有输入端I及输出端O，该些电压调节单元113、121、131、141、151的输入端I连接升降压单元，该些电压调节单元113、121、131、141、151的输出端O分别一对一地连接电源111与该些硬件12、13、14、15，该些电压调节单元113、121、131、141、151用于调节输出端的电压，以使电源111及该些硬件12、13、14、15接收到符合其本身的应用电压。其中，符号A～E对应图2中的电源线路A～E。
如此，当这些硬件12、13、14、15中任一者启动瞬间，储能模块22释放储存的电能，并通过电源补偿模块21的升降压单元212对启动瞬间的硬件进行电流补偿，以使其他硬件可维持在正常的电压准位。另外，充电单元211通过电源111的电能来对储能模块22进行充电，以补偿下一个启动的硬件。
随后举一实际电路为例，但该实际电路仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的权利要求范围。
如图4所示，充电单元211包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、电压检测单元213、以及电阻电容单元214。第一晶体管Q1连接电源111及电压检测单元213。第二晶体管Q2连接电源电路11中的电源111、第三晶体管Q3及第四晶体 管Q4。第三晶体管Q3连接第四晶体管Q4及电阻电容单元214。电压检测单元213连接电阻电容单元214，且用于检测储能模块22的电压准位，且在储能模块22的电压准位到达储能模块22的耐受值时，使充电单元211停止对储能模块22充电。储能模块22与电阻电容单元214连接。
随后详述本实施例的瞬间电流补充电路的运作。
请续参照图4，当电子装置连接电源111(例如电池或外部电源)，也就是有电源111供应电能给电源电路时，第二晶体管Q2与第三晶体管Q3导通，使电能藉由导通的第二、第三晶体管Q2、Q3及电阻电容单元214对储能模块22进行充电。
当储能模块22充饱电，也就是储能模块22储存的电能的电压准位已到达其耐受值时，则电压检测单元213将第一晶体管Q1关闭，使得第二、第三、第四晶体管Q2、Q3、Q4也被关闭，如此，电源111的电能就不能再对储能模块22充电，从而避免储能模块22过度充电而损坏。
接着，当该些硬件12、13、14、15的任一者启动时，瞬间电流补充电路20能够通过储能模块22的电能释放来补偿硬件在启动时电源管理模块不足的部分，以符合硬件的参数条件需求。
举例来说，当无线局域网络模块启动瞬间，电源补偿模块及储能模块能够补偿无线局域网络模块启动瞬间的电流及补偿时间，且电压调节单元能够调节输出电压，以供应无线局域网络模块需要的电压需求，也就是说，本发明的瞬间电流补充电路能够有效补偿硬件启动瞬间的需求，同时电压检测单元213也会检测到储能模块22因电能释放而开启第一晶体管Q1，以藉由前述的充电路径进行充电。
随后，当下一个硬件(例如近场通讯模块)启动瞬间，电源补偿模块及储能模块又能够依照前述的补偿方式进行补偿。因此，本发明的瞬间电流补充电路能够有效地补偿电子装置的各个硬件启动时的参数条件的需求，因此，本发明的瞬间电流补充电路及其设计方法确实 能够达成简化电源电路在电路板上的配置面积及减少零部件使用的目的。
请继续参照图4，当电源111不存在，也就是电源111被移除、电源111没电或被拆离时，第二、第三、第四晶体管Q2、Q3、Q4被截止，此时，储能模块22储存的电能能够通过升降压单元212来释放。
以上通过方块图及实际电路说明了本发明的瞬间电流补充电路，随后说明本发明的瞬间电流补充电路的设计方法。
在本实施例中，需要使用电流补充的应用包括电源及该些硬件，例如局域网络模块、无线局域网络模块、卫星定位模块、近场通信模块)，实务中，需要使用电流补充的应用都可采用本发明，不以上述举例为限。
如图5所示，瞬间电流补充电路的设计方法包括下列步骤。
首先，在步骤S30中，取得需要电流补偿的这些硬件，并取得每一硬件的参数条件，此参数条件包括瞬间电压降(instant voltage drop)、瞬间电流(instant current)及最大补偿时间(maximum holding time)。
接着，在步骤S31中，依据每一个别硬件的参数条件计算出个别硬件的电容值。
随后，在步骤S32中，从这些硬件的参数条件对应得到的这些电容值中选择最大者，视为最大电容值。
然后，在步骤S33中，依据最大电容值设计瞬间电流补充电路的储能模块。
在步骤S34中，选择适用的储能电子元件当做储能模块，例如，选择超级电容、大电容及水塔电路中的一者，但也有例外情况如前所述，于此不再赘述。
接着，在步骤S35中，从所有个别硬件的应用电压中选择最大者来设计一升降压单元(如图3的升降压单元212)，升降压单元与储能 模块连接。
最后，在步骤S36中，将升降压单元连接至这些电压调节单元。如此，本发明的瞬间电流补充电路即可被设计完成，并用于补偿这些硬件启动时的电能。
其中，步骤S31中电容值C的计算是依据下列式一而得出，式一中的I是参数条件的瞬间电流，Δt是参数条件的最大补偿时间，ΔV是参数条件的瞬间电压降。如此，在步骤30中，这些硬件的参数条件都可通过式一而计算出这些硬件对应的电容值。
式一：C＝IΔt/ΔV
如此，由于本发明的瞬间电流补充电路的储能模块是选择电子装置里所有硬件之中含有的最大电容值，因此，瞬间电流补充电路是可以满足全部硬件在启动瞬间的电流补充应用，因而无需如现有技术所述在每一电源线路上个别连接一个对应该硬件的补偿模块，从而大幅减少了补偿模块的数量。另外，本发明的瞬间电流补充电路是从这些应用电压中选择最大者来设计一升降压单元，因此，升降压单元也可以满足全部硬件的电压应用。
虽然本实施例的电源补偿模块有升降压单元，但如果储能模块的电压准位已足以对应这些硬件的应用电压需求，则升降压单元是可以被省略的。另外，在实务中，升压方式也不以本实施例所述的升降压单元为限。
最后，再次强调，本发明于上述实施例中所记载的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本申请的范围，其他等效元件的替代或变化，也应为本申请的权利要求所涵盖。