CN1512619A - 两段式充电装置 - Google Patents

Abstract

一种两段式充电装置包括电源装置及电池模块，电池模块中配置有线性充电装置、控制器及电池。充电时，控制器会读取电源装置所提供的主电源电压与电池电压间的电压差，并据以调整控制信号的电压电平。若电池电压与主电源间的电压差小于一下标电压时控制器便提高调整信号以增加主电源提供的电力；反之，若电池电压与主电源间的电压差大于一上标电压时控制器便降低调整信号以减少主电源提供的电力。如此，主电源便可依据调整信号的高低而适时调整，使充电的过程中时时保持略高于电池电压的电压值。

Description

两段式充电装置

技术领域

本发明有关于一种充电装置，且特别是有关于一种两段式充电装置。

背景技术

目前的各类便携式电子装置，都朝向轻、薄、短小的设计趋势不断突破。以笔记型计算机为例，在设计上除了要求体积小巧以外，电池的续航力及散热问题也必须兼顾。因此如何在产品小型化的同时还能抑制热量的产生，便成为十分重要的课题。

便携式电子装置通常需要电池作为电力来源，而此电池一般是采用可充电的电池模块；为了兼顾供电的效率及稳定性，充电装置的设计便显得相当重要。就目前的作法而言，充电电路通常具有一电源装置和一控制装置；电源装置可作为电池被充电时所需要的电源，而控制装置则用以控制充电过程。目前常用的电源装置可概分为两类，一种为线性式稳压器(linearregulator)，另一种为交换式稳压器。线性式稳压器与交换式稳压器各具优缺点：线性式稳压器的电路简单，但是当输入与输出电压差异大时，效率就非常低。交换式稳压器虽然具有高效率的优点，但是其电路复杂，较不利于小型化的设计。

请参照图1，其表示传统的线性式充电装置示意图。电源装置110可提供主电源Vs，以作为电池BT充电时所需的电源。电池BT具有一电池电压Vb，当电池电压Vb太低时驱动装置130便会将晶体管O导通，让主电源Vs可通过晶体管Q对电池BT充电。随着充电时间的增加电池BT的电池电压Vb亦逐渐上升，当电池BT被充足后驱动装置130便将晶体管Q关断，以切断主电源Vs对电池BT的电力提供。这些充电方式虽然简单，但当主电源电压Vs与电池电压Vb间的电压差太大时，晶体管Q所消耗的功率将十分可观，造成充电效率的大幅降低。为能将宝贵的能源作更有效率的运用，并避免晶体管Q因承受过大电功率而烧毁，实有必要针对传统的充电装置进行进一步的改良。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种两段式充电装置，以解决充电装置的小型化与散热等问题。

根据本发明的目的，提出一种两段式充电装置，该装置的简述如下：

两段式充电装置包括电源装置及电池模块，电池模块中配置有线性充电装置、控制器及电池。充电时，控制器会读取电源装置所提供的主电源电压与电池电压间的电压差，并据以输出一调整信号至电源装置，使电源装置依据调整信号调整主电源电压，让主电源电压与电池电压保持在一个预设的电压值附近。随着充电池间的增加，电池电压亦逐渐上升，当电池电压与主电源电压间的电压差小于一下标电压时控制器便提高调整信号的电压电平，以增加主电源提供的电力。反之，若电池电压与主电源电压间的电压差大于一上标电压时控制器便降低调整信号的电压电平，令电源装置减少主电源提供的电力。如此，主电源电压便可依据调整信号的高低而适时调整，以保持略高于电池电压的电压值。

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，详细说明如下：

附图说明

图1表示传统的线性式充电装置示意图。

图2表示依照本发明一较佳实施例所提供的一种两段式充电装置方块图。

图3表示乃图2中线性充电装置的电路结构。

图4表示两段式充电装置的充电方法流程图。

图5表示充电时主电源电压、电池电压、调整信号与充电电流间的关系。

附图标号说明

110：电源装置

130：驱动装置

210：电源装置

250：电池模块

251：线性充电装置

253：控制器

351：线性充电电路

410：读取Vs-Vb电压差

420：电压差低于下标电压

430：提高主电源的电压

440：电压差高于上标电压

450：降低主电源的电压

Q：晶体管

Vs：主电源电压

Vb：电池电压

BT：电池

ADJ：调整信号

R：电流检测电阻

Ic：充电电流

具体实施方式

本发明的构想，是将充电电路组合于电池模块中。此时若采用线性式稳压器，必然会在主电源电压与电池电压差异过大时于电池模块内产生极大的热源；若采用交换式稳压器，因其电路复杂度较高而较不利于小型化。再者，交换式稳压器工作时同样会产生相当的热量，需要一定的空间散热，故交换式稳压器组合于电池模块中较不具小型化的优势，成效有限。

本发明将有助于解决线性式稳压器组合于电池模块中所面临的散热问题，其具体作法将于下文中加以说明。

就传统作法而言，线性式充电装置之所以会产生大量的热，皆因于主电源电压Vs与电池电压Vb的差距太大；此时不但散热问题严重，充电效率也会大幅降低。为解决这些问题，最直捷的作法便是让主电源电压Vs与电池电压Vb保持在一个微小的差距内(例如0.5V左右)，充电过程中，让主电源电压Vs追随电池电压Vb的上升而增加，以减少无谓的功率损耗并抑制热量产生。

请参照图2，其表示依照本发明一较佳实施例所提供的一种两段式充电装置方块图。两段式充电装置包括电源装置210及电池模块250，其中电源装置210可以是交换式稳压器，而电池模块250配置有线性充电装置251、控制器253及电池BT。充电时，控制器253会依据主电源电压Vs与电池电压Vb间的电压差送出调整信号ADJ至电源装置210，使电源装置210依据调整信号ADJ调整主电源电压Vs，让主电源电压Vs与电池电压Vb保持在一个预设的电压值(例如0.5V)附近。接着请参照图3，其进一步表示了线性充电装置251的电路结构。线性充电装置251可包括线性充电电路351、晶体管Q及电阻R，其中晶体管Q例如是P通道金属氧化物半导体场效应晶体管(P-channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，简称PMOS)。线性充电电路351可控制晶体管Q的导通程度(例如：导通或关断)，让主电源Vs可通过晶体管Q对电池BT充电。另一方面，电阻R可用以检测充电电流Ic的大小，以作为线性充电电路351定电流及判断充电是否完成的依据。

接着请同时参照图4，其表示两段式充电装置的充电方法流程图，为了方便说明，可假设电池BT需要由12V充电至16.8V(以4串联锂电池为例)，并于充电的过程中让主电源电压Vs追随电池电压Vb而逐渐上升，保持略高于电池电压Vb约0.5V左右。电池BT于12V时开始充电，此时控制器253可依据主电源电压Vs与电池电压Vb间的电压差送出一调整信号ADJ，令电源装置210依据调整信号ADJ的电压电平来提供12.5V的主电源电压Vs。在充电过程中，控制器253亦时时读取主电源电压Vs与电池电压Vb间的电压差，以作为调整信号ADJ的调整依据(步骤410)。随着充电时间的增加，电池电压Vb亦逐渐上升，当电池电压Vb与主电源电压Vs间的电压差小于一下标电压(步骤420，此下标电压例如是0.4V)时，控制器253便提高调整信号ADJ的电压电平，令电源装置210增加主电源Vs的电力提供(步骤430)。就此例而言，当电池电压Vb上升至12.1V以上时，控制器253便提高调整信号ADJ，使主电源电压Vs亦随着调整信号ADJ而增加。反之，若电池电压Vb与主电源电压Vs间的电压差大于一上标电压(步骤440，此上标电压例如0.6V)时，控制器253便降低调整信号ADJ的电压电平，令电源装置210减少主电源Vs的电力提供(步骤450)。如此，主电源Vs便可依据调整信号ADJ的高低而适时调整，以保持略高于电池电压Vb约0.5V的电压值。

由于主电源Vs的电压是依据与电池电压Vb间的电压差而调整，故于在充电过程中，主电源电压Vs得以始终保持略高于电池电压Vb的状态，使电池模块250内的热量受到严密的控制，保持在可容许的范围内。当电池BT上升至16.8V时充电完成，此时主电源电压Vs保持在17.3V不再增加。

接着请参照图5，其表示充电时主电源、电池电压、调整信号与充电电流间的关系。很明显地，充电时电池电压Vb的上升呈平滑的曲线，当电池电压Vb与主电源电压Vs间的电压差小于0.4V时便提高调整信号ADJ的电压电平，使主电源电压Vs提高，故调整信号ADJ与主电源As间具有比例关系。再者，充电时充电电流Ic的大小几乎不变，当充电完成后充电电流Ic便逐渐衰减。

本发明上述实施例所公开的两段式充电装置，至少包括以下优点：

一、控制器与线性充电装置可组合于电池模块内，有利于产品的小型化。

二、线性充电装置组合于电池模块内可兼顾充电效率及抑制散热，使整体成本降低。

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可进行各种更动与修改，因此本发明的保护范围以所提出的权利要求书所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种两段式充电装置，包括：

一电源装置，提供一电源电压；以及

一电池模块，连接到该电源装置，该电池模块包括：

一电池；

一线性充电装置，连接到该电源装置及该电池，用以依据该电源电压对该电池充电，其中该电池具有一电池电压；及

一控制器，连接到该电源装置与该电池，用以依据该电源电压与该电池电压的一电压差输出一调整信号，以依据该调整信号调整该电源电压。

2.如权利要求1所述的两段式充电装置，其中该电压差低于一下标电压时该调整信号令该电源电压提高一电压单位，该电压差高于一上标电压时该调整信号令该电源电压降低一电压单位。

3.如权利要求2所述的两段式充电装置，其中该下标电压是0.4V。

4.如权利要求2所述的两段式充电装置，其中该上标电压是0.6V。

5.如权利要求1所述的两段式充电装置，其中该电源装置是一交换式稳压器。

6.如权利要求1所述的两段式充电装置，其中该线性充电装置包括：

一晶体管，连接到该电源装置及该电池；以及

一线性充电电路，连接到该晶体管，用以控制该晶体管以对该电池充电。

7.如权利要求6所述的两段式充电装置，其中该线性充电装置还包括：

一电阻，配置于该晶体管与该电池间并与该线性充电电路连接，用以检测馈入该电池的充电电流。

8.如权利要求6所述的两段式充电装置，其中该电压差低于一下标电压时该调整信号令该电源电压提高一电压单位，该电压差高于一上标电压时该调整信号令该电源电压降低一电压单位。

9.如权利要求8所述的两段式充电装置，其中该下标电压是0.4V。

10.如权利要求8所述的两段式充电装置，其中该上标电压是0.6V。

11.如权利要求6所述的两段式充电装置，其中该电源装置是一交换式稳压器。

12.如权利要求1所述的两段式充电装置，其中该两段式充电装置执行的充电方法包括以下步骤：

读取该电源电压与该电池电压间的一电压差；

若该电压差低于一下标电压则提高该电源电压；以及

若该电压差高于一下标电压则降低该电源电压。

13.如权利要求12所述的两段式充电装置，其中该下标电压是0.4V。

14.如权利要求12所述的两段式充电装置，其中该上标电压是0.6V。

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