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电能传输设备以及电能传输方法

阅读：1029发布：2020-10-05

IPRDB可以提供电能传输设备以及电能传输方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种电能传输设备及电能传输方法。电能传输设备包括接收输入电压的输入端、输出输出电压的输出端、与输出端耦合的控制单元及与控制单元耦合的驱动单元。控制单元用于控制连接在输入端和输出端之间的第一开关，从而根据输入电压和参考电压调整输出电压，当参考电压的值达到输入电压的值时，控制单元禁用。控制单元触发时，驱动单元将控制单元与第一开关相连，控制单元禁用时，驱动单元使得输出电压的值等于或接近于输入电压的值。采用本发明的电能传输设备不但能减小能耗，且适用于不同类型的负载，进而扩大了电能传输的应用范围。，下面是电能传输设备以及电能传输方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电能传输设备，其特征在于，包括：

输入端，用于接收输入电压；

输出端，用于输出输出电压；

与所述输出端耦合的控制单元，用于控制连接在所述输入端和所述输出端之间的第一开关，从而根据所述输入电压和参考电压调整所述输出电压，当所述参考电压的值达到所述输入电压的值时，所述控制单元禁用；以及与所述控制单元耦合的驱动单元，所述控制单元触发时，所述驱动单元将所述控制单元与所述第一开关相连，所述控制单元禁用时，所述驱动单元使得所述输出电压的值等于或接近于所述输入电压的值。

2.根据权利要求1所述的电能传输设备，其特征在于，所述控制单元触发时，所述参考电压和所述输出电压增加。

3.根据权利要求1所述的电能传输设备，其特征在于，所述电能传输设备还包括与所述控制单元和所述输出端耦合的第二开关，所述第二开关由所述控制单元控制，并根据所述参考电压减小所述输出电压。

4.根据权利要求1所述的电能传输设备，其特征在于，所述驱动单元包括充电泵，所述充电泵控制第一开关保持在一个状态，以使所述输出电压的值等于或接近于所述输入电压的值。

5.根据权利要求1所述的电能传输设备，其特征在于，所述控制单元控制所述参考电压的变化，使得所述输出电压随所述参考电压变化而变化。

6.根据权利要求1所述的电能传输设备，其特征在于，所述控制单元根据所述参考电压与所述输出电压的差来调整所述输出电压的值。

7.根据权利要求1所述的电能传输设备，其特征在于，所述电能传输设备工作在充电模式、放电模式或传输模式，在充电模式下所述输出电压的值增加；放电模式下，所述输出电压的值减小；传输模式下，所述输出电压的值等于或接近于所述输入电压的值。

8.根据权利要求7所述的电能传输设备，其特征在于，所述驱动单元包括：充电泵，用于在所述充电模式下和所述放电模式下驱动所述控制单元，并在所述传输模式下禁用所述控制单元；以及开关单元，用于在所述充电模式下提供所述控制单元的输出以控制所述第一开关；并在所述传输模式下提供所述充电泵的输出以控制所述第一开关。

9.根据权利要求7所述的电能传输设备，其特征在于，所述控制单元包括：控制器，所述控制器在所述充电模式下触发，用于增加所述参考电压，所述控制器在所述传输模式下禁用，所述控制器在所述放电模式下重新触发，用于减小所述参考电压；以及电压输出器，连接在所述控制器和所述输出端之间，在所述充电模式下，所述电压输出器使所述输出电压随所述参考电压增加而增加，在所述放电模式下，所述电压输出器使所述输出电压随参考电压减小而减小。

10.一种电能传输方法，其特征在于，包括：

将电能从输入端通过第一开关传输到输出端，所述第一开关连接在所述输入端和所述输出端之间，所述输入端接收输入电压，所述输出端输出输出电压；

控制单元根据所述输入电压和参考电压，控制所述第一开关以调整所述输出电压；

所述参考电压的值达到所述输入电压的值时，禁用所述控制单元；以及所述控制单元禁用时，使得所述输出电压的值等于或接近于所述输入电压的值。

11.根据权利要求10所述的电能传输方法，其特征在于，还包括：所述控制单元触发用于控制所述第一开关时，增加所述参考电压和所述输出电压。

12.根据权利要求10所述的电能传输方法，其特征在于，还包括所述控制单元控制第二开关，以根据所述参考电压减小所述输出电压。

13.根据权利要求10所述的电能传输方法，其特征在于，还包括：改变所述参考电压；以及

调整所述输出电压，使得所述输出电压随所述参考电压变化而变化。

14.根据权利要求10所述的电能传输方法，其特征在于，还包括：根据所述参考电压和所述输出电压的差调整所述输出电压的值。

15.一种电子设备，其特征在于，包括：

第一开关，该第一开关包括第一端口和第二端口，所述第一端口接收输入电压，所述第二端口产生输出电压，所述第一开关将电能从所述第一端口传输至所述第二端口；

控制单元，与所述第一开关耦合，用于控制所述第一开关并根据所述输入电压和参考电压调整所述输出电压，以及当所述参考电压的值达到所述输入电压的值时，产生控制信号，所述控制信号使得所述控制单元禁用；以及驱动单元，连接在所述控制单元和所述第一开关之间，所述控制单元触发时，所述驱动单元将所述控制单元与所述第一开关连接，所述控制单元禁用时，所述驱动单元使得所述输出电压的值等于或接近于所述输入电压的值。

16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述控制单元触发以控制所述第一开关，使得所述参考电压和所述输出电压增加。

17.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，还包括：第二开关，所述第二开关与所述控制单元和所述第二端口相连，所述控制单元控制所述第二开关从而根据所述参考电压减小所述输出电压。

18.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备工作在充电模式、放电模式或传输模式。

19.根据权利要求18所述的电子设备，其特征在于，所述驱动单元包括：充电泵，用于在所述充电模式和所述放电模式下驱动所述控制单元，并且在所述传输模式下禁用所述控制单元，所述充电泵将所述第一开关保持在一种状态；以及开关单元，用于在所述充电模式下提供所述控制单元的输出以控制所述第一开关，并且在传输模式下提供所述充电泵的输出以控制所述第一开关。

20.根据权利要求18所述的电子设备，其特征在于，所述控制单元包括：控制器，在所述充电模式下，所述控制器触发，用于增加所述参考电压，在所述传输模式下，所述控制器禁用，在所述放电模式下，所述控制器重新触发，用于减小所述参考电压；

以及

电压输出器，连接在所述控制器和所述第二端口之间，在所述充电模式下，所述电压输出器使所述输出电压随所述参考电压增加而增加，在所述放电模式下，所述电压输出器使所述输出电压随参考电压减小而减小。

说明书全文

电能传输设备以及电能传输方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电能传输技术领域，尤其涉及一种电能传输设备以及电能传输方法。

背景技术

[0002] 图1所示为现有的电能传输设备100的电路图。该电能传输设备100包括电能传输开关Q1(或称为负载开关)、触发单元102以及开关控制单元104。电能传输开关Q1包括一个输入端VA以及一个输出端VA_S。电能传输开关Q1用于控制与输入端VA相连的电源(图中未示出)和与输出端VA_S相连的负载(图中未示出)的连接，并将电能从电源传输至负载。触发单元102和开关控制单元104控制电能传输开关Q1的状态。具体来说，如果触发单元102产生的触发信号AS为高电平，开关Q2闭合，开关Q3断开，这样电源VCC为电容C1充电，从而电能传输开关Q1的门限电压增加继而逐渐地闭合电能传输开关Q1。这一过程可以称之为“启动过程”。当电能传输开关Q1完全闭合(也就是输入端VA与输出端VA_S处的电压大致相同时)，启动过程结束。如果触发单元102产生的触发信号AS为低电平，开关Q2断开，开关Q3闭合，电容C1通过向地放电降低电能传输开关Q1的门限电压，继而断开电能传输开关Q1。

[0003] 然而现有电能传输设备100存在一些问题。比如，一方面，为了保证负载通过电能传输开关Q1接收到电能，需要保持串联的电阻R2和开关Q2通路连通来保证电流流过。另一方面，要将电源与负载断开的话，需要保持串联的电阻R3和开关Q3通路连通来保证电流流过。这样电能传输设备100的功耗会较高。

[0004] 另外，输出端VA_S的电压由零达到输入端VA的电压过程称之为启动时间。不同的负载所需要的启动时间是不同的。比如，一种负载设备可能需要很短的启动时间实现快速启动，另一种负载设备可能需要较长的启动时间实现慢启动。又比如，一种负载设备在启动过程中要求其供电电压(也就是输出端VA_S处的电压)是可控的(如稳步增加)。然而，一旦电能传输设备100已经设计好，很可能无法满足上述这些不同的需求，这样也就不适用于各种不同类型的负载设备。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题在于提供一种电能传输设备及电能传输方法，能够减小电能传输时的能耗，同时提高电能传输的性能。

[0006] 本发明提供了一种电能传输设备，该电能传输设备包括：输入端，用于接收输入电压；

[0007] 输出端，用于输出输出电压；与所述输出端耦合的控制单元，用于控制连接在所述输入端和所述输出端之间的第一开关，从而根据所述输入电压和参考电压调整所述输出电压，当所述参考电压的值达到所述输入电压的值时，所述控制单元禁用；以及与所述控制单元耦合的驱动单元，所述控制单元触发时，所述驱动单元将所述控制单元与所述第一开关相连，所述控制单元禁用时，所述驱动单元使得所述输出电压的值等于或接近于所述输入电压的值。

[0008] 本发明又提供了一种电能传输方法，该方法包括：将电能从输入端通过第一开关传输到输出端，所述第一开关连接在所述输入端和所述输出端之间，所述输入端接收输入电压，所述输出端输出输出电压；控制单元根据所述输入电压和参考电压，控制所述第一开关以调整所述输出电压；所述参考电压的值达到所述输入电压的值时，禁用所述控制单元；以及所述控制单元禁用时，使得所述输出电压的值等于或接近于所述输入电压的值。

[0009] 本发明还提供了一种电子设备，该电子设备包括：第一开关，该第一开关包括第一端口和第二端口，所述第一端口接收输入电压，所述第二端口产生输出电压，所述第一开关将电能从所述第一端口传输至所述第二端口；控制单元，与所述第一开关耦合，用于控制所述第一开关并根据所述输入电压和参考电压调整所述输出电压，以及当所述参考电压的值达到所述输入电压的值时，产生控制信号，所述控制信号使得所述控制单元禁用；以及驱动单元，连接在所述控制单元和所述第一开关之间，所述控制单元触发时，所述驱动单元将所述控制单元与所述第一开关连接，所述控制单元禁用时，所述驱动单元使得所述输出电压的值等于或接近于所述输入电压的值。

[0010] 与现有技术相比，通过采用本发明的电能传输设备及电能传输方法，可以减小电能传输设备的能耗，并且适用于不同类型的负载，扩大了电能传输的应用范围。

附图说明

[0011] 以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。

[0012] 图1所示为现有电能传输设备的电路图；

[0013] 图2所示为根据本发明的一个实施例的电路传输设备的电路图；

[0014] 图3所示为根据本发明的一个实施例的电路传输设备的电路图；

[0015] 图4所示为根据本发明的一个实施例的控制单元接收或产生的信号的波形图；

[0016] 图5所示为根据本发明的一个实施例的电能传输设备的电路图；

[0017] 图6所示为根据本发明的一个实施例的电能传输方法的流程图。

具体实施方式

[0018] 以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。

[0019] 另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

[0020] 在本发明的一个实施例中，电能传输设备根据输入端的输入电压，在输出端产生输出电压，并将电能从输入端传输至输出端。电能传输设备可以通过控制充电开关的状态来控制电能的传输。比如，电能传输设备可以工作在充电模式或者传输模式。在充电模式下，电能传输设备通过触发控制单元来闭合充电开关，从而增加输出电压，例如线性增加输出电压。当输出电压的值达到输入电压的值时，电能传输设备进入传输模式。在传输模式下，电能传输设备禁用控制单元并保持充电开关闭合，使得该电能传输设备处于低能耗状态。在另一个实施例中，电能传输设备可以从传输模式切换到放电模式，电能传输设备在放电模式下控制放电开关的状态来改变输出端的输出电压。比如，在放电模式下，充电开关断开，重新触发控制单元来闭合放电开关，继而减小输出电压，例如线性减少输出电压。当输出电压降至零时，电能传输设备禁用控制单元并断开放电开关，以及保持充电开关断开，使得该电能传输设备处于低能耗状态。

[0021] 在本发明的一个实施例中，电能传输设备控制电源与负载的连接。有利地是，负载保持从电源接收电能时，禁用控制单元，此外负载保持与电源断开时，也可以禁用控制单元。这样，降低了电能传输设备的能耗。其次，在一个实施例中，电能传输设备的输出电压可以平稳增加或减小(比如线性增加或线性降低)来避免对输出电压供电的负载设备造成损坏。另外，输出电压的变化率是可控制的，这样电能传输设备可以用于有不同需求的各种负载设备。

[0022] 图2所示为根据本发明的一个实施例电能传输设备200的电路图。电能传输设备200包括控制单元202、驱动单元204、检测单元206、第一开关SCHG以及第二开关SDCG。电能传输设备200可以集成在一个芯片上，其中包括输入端IN、输出端OUT、电压源端VDD、使能端EN、参考端REF以及接地端GND。控制单元202与输出端OUT相连来控制输出端OUT的输出电压。驱动单元204与控制单元202和第一开关SCHG耦合，如果触发控制单元202，驱动单元204将控制单元202与第一开关SCHG相连接。第一开关SCHG，如充电开关SCHG，与输入端IN相连，以接收电能传输设备200的输入电压，第一开关SCHG也与输出端OUT相连，并根据输入电压和参考端REF的参考电压为负载(图中未示出)提供一个输出电压。第二开关SDCG，如放电开关SDCG，与控制单元202和输出端OUT相连。控制单元202、驱动单元204和检测单元206可以控制充电开关SCHG和放电开关SDCG的状态，从而控制输入端IN到输出端OUT的电能传输。在一个实施例中，充电开关SCHG为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，如N-MOSFET或P-MOSFET。图2所示，充电开关SCHG是一个N-MOSFET管，但是并不限于此，本发明的充电开关SCHG也可以是其他类型开关。同样地，如图2所示，放电开关SDCG是一个N-MOSFET管，但是并不限于此，本发明的放电开关SDCG也可以是其他类型的开关。

[0023] 在一个实施例中，电能传输设备200可以在充电模式、放电模式和传输模式间切换工作。如图2，检测单元206与使能端EN相连来接收并检测设备使能信号ES。检测单元206根据使能信号ES来触发控制单元202。比如，当检测单元206接收到使能信号ES，如高电平使能信号ES，检测单元206为控制单元202提供一个使能信号ENCON，如信号从低电平上升至高电平(信号上升沿)，来触发控制单元202。根据使能信号ENCON的上升沿，控制单元202向驱动单元204提供使能信号ENCP来触发驱动单元204，此时电能传输设备200进入充电模式。其中充电模式可持续在一个可控制的启动时间段内。启动时间的确定将会在下文针对图3中描述。在充电模式下，驱动单元204可以驱动控制单元202从而将充电开关SCHG控制在第一状态，如工作在饱和区来线性增加输出电压。在一个实施例中，使能信号ES可以保持在高电平，当充电模式结束，电能传输设备200进入传输模式。在传输模式下，控制单元202被禁用，驱动单元204使得充电开关SCHG处于第二状态，如完全闭合状态，这样输出电压的值等于或接近输入电压的值。这里说的等于或接近是指，当充电开关SCHG工作在线性区时，既充电开关SCHG完全闭合，由于充电开关SCHG的电阻不等于零，输出电压的值与输入电压的值不相等，但输出电压的值与输入电压的值的电压差在一定范围内时，在设计上是可以接受的。在一个实施例中，只要使能信号ES不跳变，如保持在高电平状态，电能传输设备200就继续工作在传输模式。当使能信号ES改变，如从高电平变为低电平，检测单元206提供一个使能信号ENCON，如信号从高电平下降至低电平(信号的下降沿)，来触发(重新触发)控制单元202，电能传输设备200就进入放电模式。在放电模式下，充电开关SCHG断开，放电开关SDCG闭合。另外，控制单元202的信号ENCP保持不变时，如保持在高电平，可使得驱动单元204保持在运行状态。驱动单元204可驱动控制单元202来控制放电开关SDCG，从而降低输出端OUT的输出电压，如线性降低输出电压。放电模式可以持续在一个可以控制的闭合时间段内。闭合时间的确定将会在下文针对图3中描述。关于充电模式、传输模式以及放电模式更具体信息将会结合图3来描述。

[0024] 图3所示为根据本发明的一个实施例电能传输设备300的电路图。如图3所示，控制单元202包括控制器308、电压输出器(其中包括放大器OTA1和放大器OTA2)以及开关S1和开关S2。在一个实施例中，使能信号ENCON触发控制器308，比如使能信号的上升沿触发控制器308，使得电能传输设备300工作在充电模式，或者是使能信号的下降沿触发控制器308，使得电能传输设备300工作在放电模式。在充电模式下，控制器308产生一个充电电流IC为与参考端REF相连的参考电容(未示出)充电，则参考端REF的参考电压VREF增加。同时，控制器308，如其中包括一个比较器，可以将参考电压VREF与输入端IN的输入电压VIN做比较(或与表示输入电压VIN的感应信号比较)。如果比较结果指示参考电压VREF已经增加至输入电压VIN，控制器308产生一个控制信号CON。在放电模式下，控制器308产生放电电流IC，以对参考电容放电，参考电压VREF下降。同样地，控制器308可以将参考电压VREF与地做比较，如零伏，当参考电压VREF下降至零时，控制器308产生另一个控制信号CON。

[0025] 在一个实施例中，控制器308还包括逻辑部件(未示出)来产生逻辑信号。比如，在充电模式和放电模式下，控制器308持续检测使能信号ENCON，以便根据使能信号ENCON产生信号CHG、DCG以及ENCP，信号CHG，DCG以及ENCP可以是高电平或低电平。在充电模式下信号CHG触发放大器OTA1，放电模式下信号DCG触发放大器OTA2，在充电模式、传输模式和放电模式下，信号ENCP使得驱动单元204保持在工作状态。另外，电能传输设备300还包括一个逻辑单元314来产生逻辑信号EN1和逻辑信号EN2，逻辑信号EN1和逻辑信号EN2可以是高电平或者是低电平。信号EN1控制开关S1的状态，信号EN2控制开关S2的状态。在图3所示的实施例中，逻辑单元314与控制器308相连，控制器308控制逻辑单元314产生逻辑信号EN1和逻辑信号EN2。然而，本发明并不限于此，在另一个实施例中，逻辑单元
314可以包括在上面描述的控制器308中的逻辑部件内。在这种状况下，控制器308根据使能信号ENCON还可以提供逻辑信号EN1和逻辑信号EN2，在传输模式下，逻辑单元314持续提供逻辑信号EN1和逻辑信号EN2来响应使能信号ENCON，而控制单元202的其他部件处于禁用未触发状态。在接下来的描述中，逻辑单元314可以作为一个独立的单元与控制单元
202相连。

[0026] 在一个实施例中，电压输出器连接在控制器308和输出端OUT之间，电压输出器包括差分放大器，如运算跨导放大器OTA1和OTA2。在充电模式下，放大器OTA1响应信号CHG而工作，放电模式下，放大器OTA2响应信号DCG而工作。在一个实施例中，在充电模式下，放大器OTA2不工作，放大器OTA1将输出端OUT的输出电压VOUT与参考电压VREF做比较，并根据两者的差来调整输出电压VOUT的值。在一个实施例中，输出端OUT通过输出电容(未示出)与负载相连，由于电流流经充电开关SCHG为输出电容充电，输出电压VOUT随之增加。如上所述，在充电模式下，控制器308可以使参考电压VREF增加。如果输出电压VOUT小于参考电压VREF，放大器OTA1的输出增加充电开关SCHG的门电压来加快输出电压VOUT增加速度。
如果输出电压VOUT大于参考电压VREF，放大器OTA1的输出减小充电开关SCHG的门电压来降低输出电压VOUT增加速度。如果输出电压VOUT大致等于参考电压VREF，放大器OTA1的输出保持充电开关SCHG的门电压不变来保持输出电压VOUT的增加速度。这样，控制单元202改变参考电压VREF，并根据改变的参考电压VREF调整输出电压VOUT。在一个实施例中，在充电模式下，控制器308控制参考电压VREF增加，比如线性增加，电压输出器，如放大器OTA1使得输出电压VOUT随参考电压VREF的增加而增加。

[0027] 同样地，放电模式下，在一个实施例中，放大器OTA1禁用，放大器OTA2将输出电压VOUT与参考电压VREF做比较，并根据参考电压VREF与输出电压VOUT的差值来调整输出电压VOUT的值。在一个实施例中，输出电容放电，其电流流经放电开关SDCG，从而降低输出电压VOUT。如上所述，放电模式下，控制器308可以使得参考电压VREF减小。如果输出电压VOUT大于参考电压VREF，放大器OTA2的输出增加放电开关SDCG的门限电压从而加快输出电压VOUT减小的速度。如果输出电压VOUT低于参考电压VREF，放大器OTA2的输出减小放电开关SDCG的门限电压从而放慢输出电压VOUT减小的速度。如果输出电压VOUT与参考电压VREF大致相同，放大器OTA2的输出保持放电开关SDCG的门限电压不变从而保持输出电压VOUT减小的速度。这样，在放电模式下，控制单元202减小参考电压VREF，以及使输出电压VOUT随参考电压VREF减小而减小。

[0028] 在一个实施例中，驱动单元204包括充电泵310、开关单元312和开关S3。开关S3的状态由信号EN2来控制。充电泵310可以由控制器308提供的信号ENCP触发。当充电泵310被触发后，充电泵310提供一个驱动信号CP来分别驱动充电模式下的放大器OTA1和放电模式下的放大器OTA2，以及在传输模式下驱动充电开关SCHG。充电泵310将输入电压，如电源端VDD的电压VDD，转化成一个输出电压CP，该输出电压CP高于电压VDD。开关单元312包括多个开关，这些开关控制驱动信号CP的信号流向和放大器OTA1的输出的信号流向。在一个实施例中，开关单元312提供放大器OTA1的输出来控制充电模式下的充电开关SCHG，并提供充电泵310的输出，如驱动信号CP，来控制传输模式下的充电开关SCHG。具体来说，开关单元312可以接收控制器308产生的控制信号CON，该控制信号CON可以断开放大器OTA1与充电开关SCHG以及连接充电泵310与充电开关SCHG。关于充电模式、传输模式和放电模式过程的更多细节将会在下文中描述。

[0029] 在一个实施例中，当电能传输设备300接收一个使能信号ES，如高电平使能信号ES，控制器308被检测单元206的使能信号ENCON触发，充电泵310被控制单元202的信号ENCP触发。然后电能传输设备300进入充电模式。

[0030] 充电模式下，控制器308使能放大器OTA1，开关单元312发送驱动信号CP来驱动放大器OTA1。开关单元312将控制单元202和充电开关SCHG连接起来，这样放大器OTA1的输出将充电开关SCHG控制在第一状态，比如，饱和区域。控制器308的信号EN2使得开关S3断开。另外，控制器308使得参考端REF的参考电压VREF增加，比如线性增加。放大器OTA1连接在控制器308和输出端OUT之间，参考端REF的参考电压VREF变化时，输出端OUT的输出电压VOUT也随之变化。换句话说，放大器OTA1控制输出电压VOUT随参考电压VREF变化而变化。这样，在充电模式下，输出电压VOUT增加，如线性增加。此外，控制器308将参考端REF的参考电压VREF与输入端IN接收到的输入电压VIN做比较。当参考电压VREF增加至输入电压VIN时，也就是表明输出电压VOUT已经增加到输入电压VIN的值，而充电开关SCHG可能已进入线性区(以欧姆测定的)，控制器308产生控制信号CON控制开关单元312，使放大器OTA1与充电开关SCHG断开，充电泵310的驱动信号CP使充电开关SCHG工作在线性区，即完全闭合。然后电能传输设备300进入传输模式。

[0031] 传输模式下，开关单元312将充电泵310的驱动信号CP传送给充电开关SCHG从而保持充电开关SCHG完全闭合，并使得输出电压VOUT的值与输入电压VIN的值相同或接近。另外，上文提到的控制信号CON使控制单元202(包括控制器308、放大器OTA1和OTA2)禁用从而节省电能。检测单元206不间断的检测使能信号ES。如果使能信号ES转变，如转变成低电平，检测单元206产生一个使能信号ENCON给控制器308，如使能信号ENCON的下降沿，通过检测使能信号ENCON的下降沿，控制器308产生信号DCG来使能放大器OTA2。此外，逻辑单元314产生信号EN2来闭合开关S3继而断开充电开关SCHG，产生信号EN1来断开开关S1，信号EN2闭合开关S2，继而将放大器OTA2的输出端与放电开关SDCG相连。然后电能传输设备300进入放电模式。

[0032] 在放电模式下，控制器308重新被触发来使得参考电压VREF减小，比如线性减小。放大器OTA2的输出可以使得输出端OUT的输出电压VOUT随参考端REF的参考电压VREF变化而变化。这样，在放电模式下，输出电压VOUT减小，如线性减小。此外，控制器308将参考电压VREF与地做比较。当参考电压VREF减小到与地同电位时，表明输出电压VOUT已经减小到与地等电位，此时控制器308产生一个控制信号。放大器OTA2响应该控制信号进入禁用状态，然后电能传输设备300进入关闭模式(或称睡眠模式)。

[0033] 在睡眠模式下，检测单元206不间断检测使能信号ES，逻辑单元314提供信号EN1来闭合开关S1继而断开放电开关SDCG，以及提供信号EN2闭合开关S3继而断开充电开关SCHG。在一个实施例中，在睡眠模式下，控制单元202和驱动单元204均禁用。睡眠模式可以持续直至使能信号ES再次被检测到，如检测到使能信号ES为高电平，睡眠模式结束。

[0034] 有利地，在一个实施例中，传输模式下，控制单元202(包括控制器308、放大器OTA1和OTA2)禁用。充电泵310主要包括开关元件以及能量储存元件，如电容，这样耗能相对较小。充电泵310可以工作在相对较低的频率(如预定的频率)进一步减小能耗。另外，检测单元206主要包括逻辑元件，如逻辑门，这样检测单元206的能耗也相当低。这样，电能传输设备300在传输模式下的能耗相当低。此外，当电能传输设备300处于睡眠模式时，除了检测单元206和逻辑单元314在工作状态，电能传输设备300中的其他电路也是禁用状态。这样，电能传输设备300在睡眠模式下能耗也相当低。因此，电能传输设备300的能耗比现有的电能传输设备100(图1所示)要低。

[0035] 如上所述，充电模式的持续时间可以持续在一可控的启动时间段内，放电模式的持续时间可以持续在一可控的关闭时间段内。在一个实施例中，设计启动时间是为了保护负载免于被从电能传输设备300(图3)流出的瞬间增大的充电电流损坏。在启动时间段内，充电开关SCHG逐渐闭合，参考电压VREF从零电压线性增加至输入电压VIN。另外，充电开关SCHG在启动时间结束时完全闭合。在一个实施例中，关闭时间也设计成保护负载免于被电能传输设备300产生的瞬间增大的放电电流损坏。在关闭时间段内，充电开关SCHG断开，放电开关SDCG闭合，参考电压VREF从输入电压VIN线性减小至零。有利地，启动时间和关闭时间是可以控制的，以此来满足不同类型负载的需求。在一个实施例中，在充电模式下，控制器308产生恒定充电电流IC为上述参考电容充电，该参考电容与参考端REF相连，这样参考电压VREF以及输出电压VOUT会线性增加；在放电模式下，控制器308产生恒定放电电流IC，对参考电容放电，这样参考电压VREF以及输出电压VOUT线性减小。通过调整参考电容的电容值，参考电压VREF的变化率(上升斜率或下降斜率)就可以控制。例如，增加参考电容的电容值，参考电压VREF的变化率减小，启动时间和关闭时间可以延长；减小参考电容的电容值，参考电压VREF的变化率增加，启动时间和关闭时间可以缩短。尽管这里说的是恒定的充电电流和恒定的放电电流IC，但本发明不限于此。在另一个实施例中，控制器308产生可控的但不是恒定的充电电流和放电电流来控制参考电容的充电和放电，启动时间和关闭时间也可以通过调整参考电容的电容值来控制。

[0036] 图4所示为根据本发明的实施例的控制单元202接收或产生的信号ENCON、EN1、EN2、CHG、DCG、ENCP和电压VREF的波形图。图4将结合图3来描述。

[0037] 在T1时刻，控制单元202(或者控制器308)检测到使能信号ENCON的上升沿，这样电能传输设备300进入充电模式。在充电模式下，控制器308产生的信号ENCP和EN1为高电平，并使信号EN2在低电平。控制器308进一步产生持续一定时间段(如上文提到的启动时间段)的高电平充电使能信号CHG。在该时间段内，充电使能信号CHG用于使能放大器OTA1从而控制充电开关SCHG的状态。如图4所示，启动时间等于(T2–T1)。在启动时间段内，放大器OTA1的输出使得充电开关SCHG逐渐闭合，参考电压VREF增加，如线性增加，从零增加至输入电压VIN，输出端OUT的输出电压VOUT随参考电压VREF变化而变化，所以也从零增加至输入电压VIN。在T2时刻，充电开关SCHG已经完全闭合，且参考电压VREF增加至输入电压VIN，表明输出电压VOUT已基本达到输入电压VIN，这样控制器308根据参考电压VREF与输入电压VIN的比较结果产生控制信号CON。电能传输设备300在T2时刻进入传输模式。在时间段T2至T3内，使能信号ENCON保持在高电平，电能传输设备300工作在传输模式。在传输模式下，控制信号CON使得控制单元202禁用。驱动单元204内的充电泵310可以工作在相对较低的频率来保证充电开关SCHG完全闭合。另外，在传输模式下，充电泵310使得输出电压VOUT的值等于或接近于输入电压VIN的值。T3时刻，使能信号ENCON变为低电平，然后电能传输设备300进入放电模式。

[0038] 在T3时刻，控制单元202(或者控制器308)检测到使能信号ENCON的下降沿，如图4所示，从T3时刻到T4时刻，电能传输设备300进入放电模式。在放电模式下，控制器308产生的信号ENCP为高电平，逻辑单元314产生的信号EN2为高电平，信号EN1为低电平。控制器308进一步产生持续一定时间段(如上文提到的关闭时间段)的高电平放电使能信号DCG来使能放大器OTA2。如图4所示，关闭时间段等于(T4–T3)。在关闭时间段内，充电开关SCHG断开，放电开关SDCG闭合。参考电压VREF线性下降，比如从输入电压VIN下降至零，由于输出电压VOUT随参考电压VREF变化而变化，比如线性下降，即从输入电压VIN下降至零。在T4时刻，参考电压VREF下降至零，表明输出电压VOUT大致降至零，控制器308产生一个控制信号CON。控制信号CON使得电能传输设备300在T4时刻进入未触发模式(也称睡眠模式)。

[0039] 从T4时刻起，电能传输设备300处于未触发模式，直至控制单元202(或者控制器308)检测到使能信号ENCON的下一个上升沿才会被触发。在未触发模式下，逻辑单元314产生高电平信号EN1和高电平信号EN2分别使得充电开关SCHG和放电开关SDCG断开。在一个实施例中，未触发模式下，控制单元202和驱动单元204均未触发。

[0040] 图5所示为根据本发明的实施例电能传输设备500的电路图。图5结合图3来描述。

[0041] 电能传输设备500的结构与电能传输设备300相似，不同的是，电能传输设备500除包括一组充电开关(S1CHG、S2CHG、…、和SNCHG)和一组放电开关(S1DCG、S2DCG、…、和SNDCG)。此外，电能传输设备500还包括一组输入端(IN1、IN2、…、和INN)，分别与充电开关S1CHG-SNCHG相连，用于接收输入电压(如V1IN、V2IN、…、和VNIN)做为输入电能，以及包括一组输出端(OUT1、OUT2、…、和OUTN)，分别与充电开关(S1CHG、S2CHG、…、和SNCHG)和放电开关(S1DCG、S2DCG、…、和SNDCG)以图5所示形式相连，从而为负载(未示出)提供输出电压(V1OUT、V2OUT、…、和VNOUT)。在一个实施例中，输入端IN1-INN从一个电源或多个电源接收输入电压，输出端OUT1-OUTN为一个负载或多个负载提供输出电压。在一个实施例中，输入电压V1IN-VNIN可以来自于同一个电源(图5未示出)，输出电压V1OUT-VNOUT可以为同一个负载设备(图5未示出)供电。这样，充电开关S1CHG-SNCHG并联连接在同一个电源和同一个负载之间，因此内阻值也称为并联开关S1CHG-SNCHG的“导通电阻”减小，从而降低开关S1CHG-SNCHG上的电压降。同样，放电开关S1DCG-SNDCG并联连接在地与同一个负载之间，放电开关S1DCG-SNDCG上的电压降也减小。所以，电能传输设备500的导通电阻是可控的，继而减少电能传输设备500的能耗。在一个实施例中，输入电压V1IN-VNIN可以是由不同电源(图
5未示出)提供的，而输出电压V1OUT-VNOUT也提供给不同的负载设备(图5未示出)。

[0042] 如图5所示，控制单元202感测到输出端OUT1的输出电压V1OUT，并根据输出电压V1OUT控制充电开关S1CHG-SNCHG和放电开关S1DCG-SNDCG。这样，在充电模式下，控制单元202控制输出电压V1OUT，使得输出电压V1OUT随参考端REF的参考电压VREF增加而增加，根据对输出电压V1OUT的控制来控制输出电压V2OUT-VNOUT，当参考电压VREF增加至输入端IN1的输入电压V1IN时，电能传输设备500进入传输模式。在该实施例中，如果输入端IN1-INN接收到不同的输入电压，则输入端IN1可以用于接收多个输入电压中最大的输入电压，当充电开关S1CHG完全闭合时，充电开关S2CHG-SNCHG也会完全闭合。换句话说，当输出电压V1OUT增加至输入电压V1IN时，剩下的输出电压V2OUT-VNOUT也会增加至对应的输入电压V2IN-VNIN。然而，这只是其中的实施例，本发明不限于此。在另一个实施例中，控制单元202可以感测到输出端OUTK(K＝2、3、…N)的输出电压VKOUT(K＝2、3、…N)，并根据输出电压VKOUT控制开关S1CHG-SNCHG和S1DCG-SNDCG。在这个实施例中，输入端INK(K＝2、3、…、N)可以用于接收所有输入电压中的最大输入电压。

[0043] 图6所示为根据本发明的实施例的电能传输方法的流程图600。该电能传输方法可以由电能传输设备200、300或500来执行。尽管图6公开了具体的步骤，这些步骤只做为实施例，也就说本发明也适用于其他的步骤或图6所示步骤的变形。图6将结合图2、图3、图4和图5来描述。

[0044] 步骤602，控制单元202和驱动单元204控制充电开关使得电能从输入端传输至输出端。在一个实施例中，如果检测单元206检测到使能信号ES为高电平，电能传输设备200、300或500进入充电模式，控制单元202和驱动单元204被触发用于控制充电开关SCHG、S1CHG、…、或SNCHG。充电开关连接在输入端IN、IN1、…或INN与输出端OUT、OUT1、…、或OUTN之间，输入端接收电能传输设备的输入电压，输出端提供电能传输设备的输出电压。

[0045] 步骤604，在充电模式下，驱动单元驱动控制单元，从而控制充电开关，继而根据输入端的输入电压VIN和参考端REF的参考电压VREF调整输出端的输出电压VOUT。如图3和图5所示，驱动单元包括充电泵310和开关单元312。充电泵310提供驱动信号以驱动控制单元中的第一放大器(如放大器OTA1)。第一放大器的输出提供给充电开关，并根据输入电压和参考电压控制输出电压。在充电模式下，控制单元包括一个控制器308，该控制器308控制参考电压增加，如线性增加，并调整输出电压，使得输出电压随参考电压增加而增加，如线性增加。

[0046] 步骤606，控制单元202将参考电压与输入电压比较，如果参考电压的值达到输入电压的值，表明输出电压的值已经达到输入电压的值，控制单元会产生一个控制信号(如图3所示控制信号CON)控制开关单元。

[0047] 步骤608，响应控制信号(控制信号指示参考电压的值达到输入电压的值)，控制单元禁用以节省电能。如图3和图5所示，开关单元将第一放大器与充电开关断开而将充电泵与充电开关相连，从而控制充电开关处于一种状态(如工作于线性区)。电能传输设备进入传输模式。

[0048] 步骤610，在传输模式下，控制单元禁用。如图3和图5所示，充电泵使得输出电压的值等于或接近于输入电压的值。另外，在传输模式下，充电泵可以工作在相对较低的频率，从而进一步节省电能。

[0049] 有利地，本发明的电能传输设备和电能传输方法与现有技术相比，整体能耗会降低。具体来说，在一个实施例中，在传输模式下，通过禁用控制单元来减小能耗。如图3和图5所示，充电泵可以工作在相对较低的频率，从而进一步减小能耗。此外，充电模式下，为负载供能的输出电压可以平稳增加，如线性增加；放电模式下，为负载供能的输出电压可以平稳减小，如线性减小，同时，输出电压的变化率可以依据不同的需求来调整。

[0050] 总而言之，在一个实施例中，在充电模式下(充电模式所持续时间为启动时间)，控制单元控制参考电压的增加，如线性增加，驱动单元结合控制单元控制充电开关，以控制输出电压随参考电压的增加而增加，如线性增加，直至输出电压的值增加至输入电压的值为止。在一个实施例中，放电模式下(放电模式持续时间段为关闭时间)，控制单元闭合放电开关，输出电压减小，如线性减小。启动时间和关闭时间可以预先设置或者根据负载设备不同的需求来调整。在一个实施例中，在传输模式下，输出电压的值等于或接近于输入电压，驱动单元将充电开关控制在一个状态，如工作在线性区。控制单元禁用。这样，与传统的电能传输设备相比本发明的电能传输设备能耗更低。根据本发明的实施例可以用于为各种设备供电，包括为设备内部或外部元件供电。这些设备可以是台式电脑、便携电脑、智能手机、掌上电脑或平板电脑，但不限于此。

[0051] 在此使用之措辞和表达都是用于说明而非限制，使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在发明范围之外，在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等同物。

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