TWI473388B - 電流補償模組、充電裝置及其充電裝置控制之方法 - Google Patents

Description

電流補償模組、充電裝置及其充電裝置控制之方法

本發明係關於一種電流補償模組、充電裝置及其充電裝置控制之方法，特別是一種採用一轉態元件，配合電流補償模組之電路特性以完成電流補償模組、充電裝置及其充電裝置控制之方法。

由於溫室效應(Greenhouse Effect)之影響，因而更加重視乾淨能源(Clean Energy)之使用。為了降低二氧化碳之排放，並提供電力設備與電動載具所需之電源或動力來源，可回充式(Rechargeable)之二次電池(Secondary Battery)成為發展乾淨能源重要之一環。針對單電池之能量密度與功率密度而言，鉛酸電池、鎳鎘電池與鎳氫電池皆小於鋰離子(Lithium Ion Batteries)電池，因此鋰離子電池逐漸成為現今電動載具與電動車輛其動力來源較佳之選擇。

鋰離子電池相較於其它的二次電池而言，具有高能量密度與高功率密度的優點，其應用範圍逐漸從手攜式電子產品擴展到電動載具之使用。然而，隨著鋰離子電池容量之增加，為了在短時間內即可完成充電之目的，高容量之鋰離子電池組勢必需搭配一組高功率充電裝置，以完成快速充電之目的。再者，充電裝置藉由提供固定電壓(Constant Voltage)輸出或固定電流(Constant Current)輸出，藉此達成 二次電池充電之目的。因此先前技術於充電裝置之內部電路，即可採用電壓補償迴路(Voltage Compensative Loop)及電流補償迴路(Current Compensative Loop)，藉此完成定電壓或定電流輸出之控制，進而完成電池模組充電之功效。

在此請先參考圖1A，圖1A係先前技術之充電裝置之內部控制迴路之架構示意圖。

先前技術之充電裝置之內部控制迴路90可包含電壓補償器91、電流補償器92及其PWM控制器93。其中電壓補償器91包括誤差放大器A1與補償元件Z1及Z2，電流補償器92則包括誤差放大器A2與補償元件Z3及Z4。藉由電壓補償器91及電流補償器92，即可控制PWM控制器93，進而產生PWM訊號P1控制充電裝置。而當充電裝置於啟動初期，其輸出在未進入固定電流輸出的流程時，其充電裝置之輸出電壓Vo、充電裝置之輸出電流Io、充電裝置之內部控制迴路90之誤差放大器A2之反相端電壓Vinv1與誤差放大器A2之輸出端電壓Veai1之動作，如圖1B所示，圖1B係先前技術之充電裝置之輸出電源與控制訊號之波形示意圖。

隨著充電裝置之輸出電流Io增加，反相端電壓Vinv1亦將隨之增加。當反相端電壓Vinv1小於預設電壓值Vref,i時，此時誤差放大器A2之負回授仍未建立，因此輸出端電壓Veai1維持誤差放大器之正飽和電壓Vsat。當輸出電流Io上升超過最大電流值Io,max時，反相端電壓Vinv1會大於或等於預設電壓值Vref,i，故誤差放大器A2負回授 建立，俾使反相端電壓Vinv1等於預設電壓值Vref,i，且輸出端電壓Veai1由正飽和電壓Vsat開始降低。然而，由於電流補償器92之響應的影響，因此輸出端電壓Veai1必須花費延遲時間t1才可箝制於一預期電壓Vant，俾使電源供應器輸出操作於固定電流模式，因而造成充電裝置輸出產生突波電流(Overshoot Current)Io,ovs。由於此突波電流超出額定輸出電流規格，若未對此現象加以抑制，將會損毀充電裝置。

在美國專利號US 7830683，專利名稱：“Current control type converter”之專利中則揭示一種可於電源轉換裝置啟動初期時，抑制其輸出之電壓與電流突波。其先利用偏離鑑別單元(Deviation Detecting Section)鑑別該電源裝置輸出的電壓及一預設參考電壓之誤差值，進而利用該誤差值判斷電源裝置是否完成啟動。若該電源裝置已經啟動完成，偏離鑑別單元即可輸出一啟動結束(Completion of Startup)訊號，告知一控制切換單元(Control Switchover Section)，俾使該電源轉換裝置內之控制電路之補償器，直接由比例控制之操作模式，切換為比例積分控制之操作模式，藉此於該裝置之啟動初期，抑制電壓或電流輸出之突波。然而，此案之系統必須透過該偏離鑑別單元運算出一誤差值，藉此判斷該電源裝置之操作狀態，再進一步對控制切換單元進行控制，以切換控制電路之補償器為比例運算模式，或是比例積分運算模式。此案無論在電路結構與控制流程，皆十分複雜與繁複，因此不利縮短產品於開發時程，且若以硬體電路實現該控制電路，無法有效降低產 品之成本。

職是之故，申請人鑑於習知技術之缺失，乃亟思改良創新之見，進而改善上述之缺失。故發明一種極易實現之電流補償模組及其充電模組控制之方法，以解決先前技術的缺失。

本發明之主要目的係在提供一種電流補償模組，其具有一轉態元件，配合電流補償模組之電路特性，藉此完成充電裝置輸出突波電流抑制之目的。

本發明之另一主要目的係在提供一種具有上述模組之充電裝置。

本發明之又一主要目的係在提供一種充電裝置控制之方法。

為達成上述之目的，本發明之電流補償模組係用於充電裝置內，用以產生控制訊號至電源轉換模組，來調整與控制電源轉換模組輸出至電池模組之充電電流。其中充電裝置要輸出充電電流時具有第一啟動時段、第二啟動時段及第三啟動時段。電流補償模組包括轉態單元、比例函數控制單元及積分函數控制單元。轉態單元具有箝位控制之功效，當充電裝置於第一啟動時段內並輸出充電電流時，係藉由轉態單元來得以進行箝位控制之操作使電流補償模組之內部訊號位於第一電壓值，並隨著充電電流之電流值之增加而同步增加。當內部訊號之電壓值上升到達第二電 壓值，且充電電流之電流值低於額定電流值時，充電裝置係進入第二啟動時段，係藉由轉態單元得以讓比例函數控制單元係開始產生比例控制訊號，以調整電源轉換模組輸出之充電電流之電流值。積分函數控制單元係電性連接於比例函數控制單元及轉態單元，其中當充電電流之電流值達到額定電流值時，充電裝置進入第三啟動時段，積分函數控制單元係藉由轉態單元來得以與比例函數控制單元共同產生比例積分控制訊號，使電源轉換模組輸出固定電流值之充電電流。

本發明之充電裝置係用以自電源輸入端，輸入交流或直流之電源，進而輸出充電電能來對電池模組進行充電，其中充電裝置進入固定輸出電流模式時，具有第一啟動時段、第二啟動時段及第三啟動時段。充電裝置包括電源轉換模組及電流補償模組。電源轉換模組係電性連接於電源輸入端，用以接收交流或直流之電源，進而透過電源轉換模組以產生充電電能來對電池模組進行充電。電流補償模組係電性連接於驅動電路，驅動電路係電性連接於電源轉換模組；其中，電流補償模組用以產生控制訊號並透過驅動電路來控制電源轉換模組，藉此調整及控制該電源轉換模組輸出之一充電電流，電流補償模組包括轉態單元、比例函數控制單元及積分函數控制單元。轉態單元具有箝位控制之功效，當充電裝置於第一啟動時段內並輸出充電電流時，係藉由轉態單元來得以進行箝位控制之操作使電流補償模組之內部訊號位於第一電壓值，並隨著充電電流之電流值之增加而同步增加。當內部訊號之電壓值上升到達 第二電壓值，且充電電流之電流值低於額定電流值時，充電裝置係進入第二啟動時段，係藉由轉態單元得以讓比例函數控制單元係開始產生比例控制訊號，以調整電源轉換模組輸出之充電電流之電流值。積分函數控制單元係電性連接於比例函數控制單元及轉態單元，其中當充電電流之電流值達到額定電流值時，充電裝置進入第三啟動時段，積分函數控制單元係藉由轉態單元來得以與比例函數控制單元共同產生比例積分控制訊號，使電源轉換模組輸出固定電流值之充電電流。

本發明之充電裝置控制之方法係用於充電裝置內之電流補償模組，以調整及控制電源轉換模組輸出至電池模組之充電電流。該方法包括以下步驟：於第一啟動時段進行箝位控制，以使內部訊號從第一電壓值開始增加；其中內部訊號之電壓值係與充電電流之電流值同步增加；當內部訊號之電壓值上升到達第二電壓值，且充電電流之電流值低於額定電流值時，進入第二啟動時段以產生比例控制訊號，以調整充電電流之電流值；以及於充電電流之電流值到達額定電流值時，進入第三啟動時段，以產生比例積分控制訊號，使電源轉換模組輸出固定電流值之充電電流至電池模組。

為讓本發明之上述與其它目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請先參考圖2係本發明之充電裝置之架構示意圖。

本發明之充電裝置1係自電源輸入端2獲得電源，進而透過電源轉換模組20轉換電池模組3所需之充電電能，藉此完成充電之功效。其中電池模組3為二次電池，例如鋰離子電池，但本發明並不限於此種類之二次電池。電源輸入端2可連接交流或直流之電源，故本發明並不限定輸入電源輸入端之種類。當電源輸入電源轉換模組20後，再經由電源轉換模組20之內部轉換電路(圖未示)的轉換，該電池模組3即可獲得所需之充電電能。於本發明之一實施例中，充電裝置1包括電流補償模組10、電源轉換模組20及驅動電路30。其驅動電路30係為接收電流補償模組10所產生之控制信號，即可控制與驅動電源轉換模組20，由於驅動電路30並非本發明所要改良之重點所在，故在此不再贅述。電源轉換模組20用以接收自電源輸入端2輸入之電源，並利用電源轉換模組20轉換輸出所需之充電電壓Vo與充電電流Io(如圖4所示)以供應予電池模組3，藉此對電池模組3進行充電。電流補償模組10係用以產生控制訊號，並透過驅動電路30，傳輸到電源轉換模組20。因此利用回授控制之方式，即可控制與補償充電裝置1於啟動初期，藉由電源轉換模組20輸出的充電電流Io。充電裝置1內部亦可具有電壓補償模組(圖未示)，來控制電源轉換模組20輸出的充電電壓Vo。由於電壓補償模組並非本案所要改進之重點所在，故在此不再贅述其原理。

接著請參考圖3係本發明之電流補償模組之第一實施例之架構示意圖。並請同時參考圖4係本發明之充電裝置 之輸出電源與控制訊號之波形示意圖。

於本發明之第一實施例中，電流補償模組10為回授控制之模組，可利用類比電路架構或是藉由數位控制之方式來實現，本發明並不限定其實現方式。藉由電流補償模組10之控制與補償，充電裝置1在輸出充電電流Io之啟動初期可以分為第一啟動時段T1、第二啟動時段T2及第三啟動時段T3。電流補償模組10包括轉態單元11、比例函數控制單元12、積分函數控制單元13及加成點S1、S2。轉態單元11可為一二極體，但本發明並不限於此。藉由轉態單元11之元件特性與電流補償模組10之電路動作原理，可具有箝位控制之功能，因此當充電裝置1於第一啟動時段T1中開始要輸出充電電流Io時，可以提高電流補償模組10之一內部訊號之起始電壓值，使內部訊號V1之電壓從一第一電壓值Vf開始增加，第一電壓值Vf之大小係由轉態單元11之元件特性來決定。其次，內部訊號V1之電壓值將隨充電電流Io之電流值而增加。因此電流補償模組10可以進一步藉由變更轉態單元11之元件的種類來調整第一電壓Vf之準位。此外，當充電電流Io之電流值仍低於電源轉換模組20所設定輸出的額定電流值Imax時，轉態單元11係依照其元件特性與電流補償模組10之電路動作原理而截止操作。當充電電流Io之電流值到達第一電流值Ia時，充電裝置1進入第二啟動時段T2，此時內部訊號V1到達第二電壓Vref，轉態單元11仍為截止操作。當充電電流Io之電流值到達所設定輸出的額定電流值Imax時，亦即充電裝置1進入第三啟動時段T3，轉態單元11 會依照其元件特性與電流補償模組10之電路動作原理而導通操作。

積分函數控制單元13係與轉態單元11串聯連接，當充電裝置1之啟動過程中，內部訊號電壓V1上升到達一第二電壓值Vref，且該充電電流Io之電流值低於該額定電流值Imax時，亦即內部訊號V1介於第一電壓Vf與第二電壓Vref之間，轉態單元11係仍為截止操作。此時比例函數控制單元12開始作用，電流補償模組10僅利用比例函數控制單元12來控制電源轉換模組20，再偵測電源轉換模組20輸出之充電電流Io，再以回授方式經由分支點A輸入到加成點S1。比例函數控制單元12係藉此回授之路徑而產生比例控制訊號，即可調整電源轉換模組20輸出之充電電流Io。隨著充電電流Io之電流值增加至額定電流值Imax時，此時充電裝置1會進入第三啟動時段T3，轉態單元11會依其元件特性與電流補償模組10之電路動作原理而導通操作，使得積分函數控制單元13與比例函數控制單元12可以共同作動。此時積分函數控制單元13與比例函數控制單元12個別之控制訊號得以先經由加成點S2，產生一比例控制或一比例積分控制信號，並經由驅動電路30以控制電源轉換模組20，再偵測電源轉換模組20輸出之充電電流Io，再以回授方式經由分支點A輸入到加成點S1。比例函數控制單元12及積分函數控制單元13即可藉此回授之路徑以共同產生比例積分控制訊號，來控制電源轉換模組20輸出固定電流值之充電電流Io，也就是將充電電流Io維持在欲達成之額定電流值Imax。

如此一來，充電裝置1啟動時輸出的充電電壓Vo及充電電流Io的波形就如圖4所示，從第一啟動時段T1到第三啟動時段T3，電源轉換模組20輸出的充電電流Io會隨著充電電壓Vo之上升而逐步增加。所以藉由上述電流補償模組10之元件，包括轉態單元11與比例函數控制單元12，可以設定電流補償模組10之內部訊號V1的起始電壓值為第一電壓值Vf。當內部訊號V1到達第二電壓值Vref時，電流補償模組10係藉由比例函數控制單元12進行控制，以產生比例控制訊號。此時轉態單元11會依照其元件特性，並配合不同之電流補償模組10之電路動作原理，呈現導通或截止操作，因此積分函數控制單元13會共同作動，而由比例控制訊號轉換為比例積分控制訊號，使電源轉換模組20輸出固定電流值之充電電流Io，也就是固定輸出額定電流值Imax。因此控制流程與方式在充電裝置之啟動初期，即可抑制電源轉換模組20所輸出之充電電流突波，進而讓電源轉換模組20提供穩定之輸出固定電流值來對電池模組3進行充電。

接著請參考圖5係本發明之充電裝置控制之方法之第一實施例之動作流程圖。此處需注意的是，以下雖以具有電流補償模組10之充電裝置1為例說明本發明之充電裝置控制之方法，但本發明之充電裝置控制之方法並不以使用在上述的電流補償模組10以及其充電裝置1為限。

首先進行步驟501：充電裝置輸入一電源。

首先當充電裝置1啟動時，係自電源輸入端2輸入交流或直流之電源，再經由電源轉換模組20之轉換，而輸出 具有充電電流Io之充電電能，再將此充電電能傳輸至電池模組3來進行充電。

其次進行步驟502：於第一啟動時段進行一箝位控制，以使一內部訊號從一第一電壓值開始增加。

而當充電裝置1要開始輸出充電電流Io時，係先進入第一啟動時段T1，亦即會依照電流補償模組10之轉態單元11之特性而進行箝位控制。如此一來即可提高電流補償模組10之內部訊號之起始電壓值，使內部訊號自箝位第一電壓值Vf開始增加。同時此內部訊號V1之電壓值係與充電電流Io之電流值同步增加。

接著進行步驟503：當該內部訊號之電壓值上升到達一第二電壓值，且該充電電流之電流值低於該額定電流值時，進入該第二啟動時段以產生一比例控制訊號，以調整該充電電流之電流值。

由於內部訊號V1之電壓值係隨著充電電流Io之電流值而增加到達第一電流值Ia時，充電裝置1進入第二啟動時段T2，因此電流補償模組10之內部訊號V1之電壓值會上升至第二電壓值Vref為止。而此時充電裝置1會進入第二啟動時段T2，電源轉換模組20之輸出充電電流Io之電流值仍低於額定電流值Imax，因此轉態單元11係截止操作，讓比例函數控制單元12執行比例控制流程。藉此電流補償模組10會產生比例控制訊號至電源轉換模組20，以調整電源轉換模組20輸出之充電電流Io。

接著進行步驟504：於該充電電流之電流值到達一額定電流值時，進入該第三啟動時段，並依據電流補償模組10 之電路動作原理，使轉態單元為導通操作。

當充電電流Io逐步上升到額定電流值Imax時，此時充電裝置1係進入第三啟動時段T3，也就是轉態單元11會依照其元件特性與電流補償模組10之電路動作原理而導通操作。

最後進行步驟505：當該轉態單元為導通操作時，係產生一比例積分控制訊號，使該電源轉換模組輸出一固定電流值之充電電流至該電池模組。

最後當轉態單元11為導通操作時，可讓積分函數控制單元13與比例函數控制單元12，透過加成點S2產生一比例積分控制訊號，而進行比例積分控制流程。因此電流補償模組10可產生比例積分控制訊號，藉此控制電源轉換模組20進入穩態操作，以輸出固定電流值之充電電流Io至電池模組3。

但本發明之電流補償模組及控制方法並不限於圖3及圖5所述的方式。接著請參考圖6係本發明之電流補償模組之第二實施例之架構示意圖。並請同時參考圖4係本發明之充電裝置之輸出電源與控制訊號之波形示意圖。

於本發明之第二實施例中，電流補償模組10’同樣為回授控制之模組，可利用類比電路架構或是藉由數位控制之方式來實現，本發明並不限定其實現方式。在第二實施例中，充電裝置1同樣可於啟動初期分為第一啟動時段T1、第二啟動時段T2及第三啟動時段T3。電流補償模組10’包括轉態單元11’、比例函數控制單元12’、積分函數控制單元13’及加成點S1’、S2’。轉態單元11’同樣可為一二極體，但本 發明並不限於此。藉由轉態單元11’之元件特性與電流補償模組10’之電路動作原理，可具有箝位控制之功能，因此當充電裝置1於第一啟動時段T1中開始要輸出充電電流Io時，可以提高電流補償模組10’之內部訊號V1之起始電壓值，使內部訊號V1之電壓從第一電壓值Vf開始增加，第一電壓值Vf之大小係由轉態單元11’之元件特性來決定，且內部訊號V1之電壓值將隨充電電流Io之電流值而增加。因此電流補償模組10’同樣可以藉由變更轉態單元11’之元件的種類來調整第一電壓Vf之準位。此外，第二實施例之轉態單元11’與第一實施例之轉態單元11的動作方式不同。當充電電流Io之電流值仍低於電源轉換模組20所設定輸出的額定電流值Imax時，轉態單元11’係依照其元件特性與電流補償模組10’之電路動作原理而導通操作。當充電電流Io之電流值到達所設定輸出的額定電流值Imax時，亦即內部訊號V1到達第二電壓Vref，轉態單元11’會依照其元件特性與電流補償模組10’之電路動作原理而截止操作。

配合轉態單元11’之特性，於第二實施例中積分函數控制單元13’係與轉態單元11’並聯連接。當充電裝置1之啟動過程中，內部訊號電壓V1上升到達第二電壓值Vref，且該充電電流Io之電流值低於該額定電流值Imax時，亦即內部訊號V1介於第一電壓Vf與第二電壓Vref之間，轉態單元11’係仍為導通操作。此時為比例函數控制單元12’單獨作用，因此電流補償模組10’僅利用比例函數控制單元12’，並透過驅動電路30來控制電源轉換模組20，再偵測電源轉換模組20輸出之充電電流Io，再以回授方式經由分支點A輸入到 加成點S1’。比例函數控制單元12’係藉此回授之路徑而產生比例控制訊號，並透過驅動電路30即可調整電源轉換模組20輸出之充電電流Io。隨著充電電流Io之電流值增加至額定電流值Imax時，此時充電裝置1會進入第三啟動時段T3，轉態單元11’會依其元件特性與電流補償模組10’之電路動作原理而截止操作，使得積分函數控制單元13’與比例函數控制單元12’可以經由加成點S2’來共同作動。此時積分函數控制單元13’與比例函數控制單元12’之控制訊號，透過驅動電路30得以控制電源轉換模組20，再偵測電源轉換模組20輸出之充電電流Io，再以回授方式經由分支點A輸入到加成點S1’。比例函數控制單元12’及積分函數控制單元13’即可藉此回授之路徑以共同產生比例積分控制訊號，來控制電源轉換模組20輸出固定電流值之充電電流Io，也就是將充電電流Io維持在欲達成之額定電流值Imax。

由上述的說明可知，轉態單元11與11’可依據電流補償器10或10’所採用之電路架構，與積分函數控制單元13或13’串聯或並聯連接，同樣地，轉態單元11、11’與比例函數控制單元12或12’之間也可以選擇並聯或串聯連接，本發明並不限定其連接方式。

最後請參考圖7係本發明之充電裝置控制之方法之第二實施例之作動流程圖。

首先進行步驟701：充電裝置輸入一電源。

首先當充電裝置1啟動時，係自電源輸入端2輸入交流或直流之電源。

其次進行步驟702：於第一啟動時段進行一箝位控制，以使一內部訊號從一第一電壓值開始增加。

而當充電裝置1要開始輸出充電電流Io時，係先進入第一啟動時段T1，亦即會依照電流補償模組10’之轉態單元11’之特性而進行箝位控制，使內部訊號自箝位第一電壓值Vf開始增加。同時此內部訊號V1之電壓值係與充電電流Io之電流值同步增加。

由於上述步驟701與步驟702係與步驟501與步驟502類似，故在此不再贅述。

接著進行步驟703：當該內部訊號之電壓值上升到達一第二電壓值，且該充電電流之電流值低於該額定電流值時，進入該第二啟動時段以產生一比例控制訊號，以調整該充電電流之電流值。

此時電流補償模組10之內部訊號V1之電壓值係隨著充電電流Io之電流值增加到達第一電流值Ia的同時，而上升至第二電壓值Vref為止，讓充電裝置1進入第二啟動時段T2，電源轉換模組20之輸出充電電流Io之電流值仍低於額定電流值Imax，因此轉態單元11’係為導通操作，讓比例函數控制單元12’執行比例控制流程。藉此電流補償模組10’會產生比例控制訊號，並透過驅動電路30至電源轉換模組20，以調整電源轉換模組20輸出之充電電流Io。

接著進行步驟704：於該充電電流之電流值到達一額定電流值時，進入該第三啟動時段，並依據電流補償模組10’之電路動作原理，讓轉態單元為截止操作。

當充電電流Io逐步上升到額定電流值Imax時，此時充電裝置1係進入第三啟動時段T3，也就是轉態單元11’因電流補償模組10’之電路動作原理而為截止操作之狀態。

最後進行步驟705：當該轉態單元為截止操作時，係產生一比例積分控制訊號，並透過驅動電路使該電源轉換模組輸出一固定電流值之充電電流至該電池模組。

最後當轉態單元11’為截止操作時，可讓積分函數控制單元13’與比例函數控制單元12’得以經由加成點S2’來共同作用，而進行比例積分控制流程。因此電流補償模組10’可產生比例積分控制訊號，並透過驅動電路30來控制電源轉換模組20進入穩態操作，以輸出固定電流值之充電電流Io至電池模組3。

此處需注意的是，本發明之充電裝置控制之方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。

利用本發明之電流補償模組10或10’先進行箝位控制後，再進行比例控制流程，最後進入比例積分控制流程之控制方式，係可使電源轉換模組20輸出的充電電流Io不會產生突波電流。且利用轉態單元11或11’的元件轉態特性，並配合電流補償器10或10’之電路動作原理，即可進行箝位控制、比例控制與比例積分控制，因此無需額外的控制訊號與控制單元，亦可達成比例轉為比例積分之控制方式。

綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請 貴審查委員明察， 早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

先前技術：

90‧‧‧充電裝置之內部控制迴路

91‧‧‧電壓補償器

92‧‧‧電流補償器

93‧‧‧PWM控制器

A1、A2‧‧‧誤差放大器

Z1、Z2、Z3、Z4‧‧‧補償元件

Vo‧‧‧輸出電壓

Io‧‧‧輸出電流

Io,ovs‧‧‧電流突波

Io,max‧‧‧最大電流值

Vinv1‧‧‧反相端電壓

Veai1‧‧‧輸出端電壓

Vref,i‧‧‧預設電壓值

Vsat‧‧‧正飽和電壓

Vant‧‧‧預期電壓

t1‧‧‧延遲時間

P1‧‧‧PWM訊號

本發明：

1‧‧‧充電裝置

2‧‧‧電源輸入端

10、10’‧‧‧電流補償模組

11、11’‧‧‧轉態單元

12、12’‧‧‧比例函數控制單元

13、13’‧‧‧積分函數控制單元

20‧‧‧電源轉換模組

30‧‧‧驅動電路

3‧‧‧電池模組

Io‧‧‧充電電流

Ia‧‧‧第一電流值

Imax‧‧‧額定電流值

Vo‧‧‧充電電壓

V1‧‧‧內部訊號

Vf‧‧‧第一電壓值

Vref‧‧‧第二電壓值

A‧‧‧分支點

S1、S1’、S2、S2’‧‧‧加成點

T1‧‧‧第一啟動時段

T2‧‧‧第二啟動時段

T3‧‧‧第三啟動時段

圖1A係先前技術之充電裝置之內部控制迴路之架構示意圖。

圖1B係先前技術之充電裝置之輸出電源與控制訊號之波形示意圖。

圖2係本發明之充電裝置之架構示意圖。

圖3係本發明之電流補償模組之第一實施例之架構示意圖。

圖4係本發明之充電裝置之輸出電源與控制訊號之波形示意圖。

圖5係本發明之充電裝置控制方法之第一實施例之動作流程圖。

圖6係本發明之電流補償模組之第二實施例之架構示意圖。

圖7係本發明之充電裝置控制方法之第二實施例之動作流程圖。

10‧‧‧電流補償模組

11‧‧‧轉態單元

12‧‧‧比例函數控制單元

13‧‧‧積分函數控制單元

20‧‧‧電源轉換模組

30‧‧‧驅動電路

3‧‧‧電池模組

Io‧‧‧充電電流

A‧‧‧分支點

S1、S2‧‧‧加成點

Claims (22)

1. 一種電流補償模組，係用於一充電裝置內，用以產生一控制訊號至一驅動電路，並透過該驅動電路調整與控制一電源轉換模組輸出至一電池模組之一充電電流，其中該充電裝置要輸出該充電電流時具有一第一啟動時段、一第二啟動時段及一第三啟動時段，該電流補償模組包括：一轉態單元，具有一箝位控制之功效，其中當該充電裝置於該第一啟動時段內並輸出該充電電流時，係藉由該轉態單元進行該箝位控制之操作使該電流補償模組之一內部訊號位於一第一電壓值，並隨著該充電電流之電流值之增加而同步增加；一比例函數控制單元，係電性連接於該轉態單元，其中當該內部訊號之電壓值上升到達一第二電壓值，且該充電電流之電流值低於一額定電流值時，該充電裝置係進入該第二啟動時段，係藉由該轉態單元得以使該比例函數控制單元係開始產生一比例控制訊號，並透過該驅動電路調整該電源轉換模組輸出之該充電電流之電流值；以及一積分函數控制單元，係電性連接於該比例函數控制單元及該轉態單元，其中當該充電電流之電流值達到該額定電流值時，該充電裝置進入該第三啟動時段，該積分函數控制單元係藉由該轉態單元來得以與該比例函數控制單元共同產生一比例積分控制訊號，並透過該驅動電 路使該電源轉換模組保持輸出具有該額定電流值之該充電電流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電流補償模組，其中該轉態單元係與該積分函數控制單元串聯連接，其中當該充電電流之電流值低於該額定電流值時，該轉態單元係為截止操作；當該充電電流之電流值到達該額定電流值時，該轉態單元係為導通操作。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電流補償模組，其中當該轉態單元係為導通操作時，該積分函數控制單元係得以與該比例函數控制單元共同產生該比例積分控制訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電流補償模組，其中該轉態單元係與該積分函數控制單元並聯連接，其中當該充電電流之電流值低於該額定電流值時，該轉態單元係為導通操作；當該充電電流之電流值到達該額定電流值時，該轉態單元係為截止操作。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電流補償模組，其中當該轉態單元係為截止操作時，該積分函數控制單元係得以與該比例函數控制單元共同產生該比例積分控制訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電流補償模組，其中該轉態單元係為一二極體元件。
7. 如申請專利範圍第1到6項之任一項所述之電流補償模組，其中該電流補償模組係藉由一類比電路來實現。
8. 如申請專利範圍第1到6項之任一項所述之電流補償模組，其中該電流補償模組係藉由一數位控制來實現。
9. 一種充電裝置，係用以自一電源輸入端輸入一交流或一直流之電源以輸出一充電電能來對一電池模組進行充電，其中該充電裝置要輸出該充電電能時具有一第一啟動時段、一第二啟動時段及一第三啟動時段，該充電裝置包括：一電源轉換模組，係電性連接於該電源輸入端，用以接收該交流或該直流之電源，以產生該充電電能來對該電池模組進行充電；一驅動電路，係電性連接於電源轉換模組；以及一電流補償模組，係電性連接於該驅動電路，用以產生一控制訊號至該驅動電路，而該驅動電路則電性連接於該電源轉換模組，使該電流補償模組透過該驅動電路調整及控制該電源轉換模組輸出之一充電電流，該電流補償模組包括：一轉態單元，具有一箝位控制之功效，其中當該充電裝置於該第一啟動時段內並輸出該充電電流時，係藉由該轉態單元得以進行該箝位控制之操作使該電流補償模組之一內部訊號位於一第一電壓值，並隨著該充電電流之電流值之增加而同步增加；一比例函數控制單元，係電性連接於該轉態單元，其中當該內部訊號之電壓值上升到達一第二電壓值，且該充電電流之電流值低於一額定電流值時，該充電裝置係進入該第二啟動時段，以藉由該轉態單元得以使該比例函數控制單元係開始產生一比例控制訊號，並透過該驅動電路以調整該電源轉換模組輸出之該充 電電流之電流值；以及一積分函數控制單元，係電性連接於該比例函數控制單元及該轉態單元，其中當該充電電流之電流值達到該額定電流值時，該充電裝置進入該第三啟動時段，該積分函數控制單元係藉由該轉態單元來得以與該比例函數控制單元共同產生一比例積分控制訊號，並透過該驅動電路使該電源轉換模組保持輸出具有該額定電流值之該充電電流。
10. 如申請專利範圍第9項所述之充電裝置，其中該轉態單元係與該積分函數控制單元串聯連接，其中當該充電電流之電流值低於該額定電流值時，該轉態單元係為截止操作；當該充電電流之電流值到達該額定電流值時，該轉態單元係為導通操作。
11. 如申請專利範圍第10項所述之充電裝置，其中當該轉態單元係為導通操作時，該積分函數控制單元係開始與該比例函數控制單元共同產生該比例積分控制訊號。
12. 如申請專利範圍第9項所述之充電裝置，其中該轉態單元係與該積分函數控制單元並聯連接，其中當該充電電流之電流值低於該額定電流值時，該轉態單元係為導通操作；當該充電電流之電流值到達該額定電流值時，該轉態單元係為截止操作。
13. 如申請專利範圍第12項所述之充電裝置，其中當該轉態單元係為截止操作時，該積分函數控制單元係開始與該比例函數控制單元共同產生該比例積分控制訊號。
14. 如申請專利範圍第9項所述之充電裝置，其中該轉態單元係為一二極體元件。
15. 如申請專利範圍第9到14項之任一項所述之充電裝置，其中該電流補償模組係藉由一類比電路來實現。
16. 如申請專利範圍第9到14項之任一項所述之充電裝置，其中該電流補償模組係藉由一數位控制來實現。
17. 一種充電裝置控制之方法，係用於一充電裝置內之一電流補償模組，並透過一驅動電路以調整及控制一電源轉換模組輸出至一電池模組之一充電電流，其中該充電裝置輸出該充電電流時具有一第一啟動時段、一第二啟動時段及一第三啟動時段，該方法包括以下步驟：於該第一啟動時段進行一箝位控制，以使一內部訊號從一第一電壓值開始增加；其中該內部訊號之電壓值係與該充電電流之電流值同步增加；當該內部訊號之電壓值上升到達一第二電壓值，且該充電電流之電流值低於一額定電流值時，進入該第二啟動時段以產生一比例控制訊號，以調整該充電電流之電流值；以及於該充電電流之電流值到達該額定電流值時，進入該第三啟動時段，以產生一比例積分控制訊號，使該電源轉換模組保持輸出具有該額定電流值之充電電流至該電池模組。
18. 如申請專利範圍第17項所述之充電裝置控制之方法，更包括以下步驟：於該充電電流之電流值到達該額定電流值時，俾使一轉 態單元為導通操作；以及當該轉態單元導通時，產生該比例積分控制訊號。
19. 如申請專利範圍第17項所述之充電裝置控制之方法，更包括以下步驟：於該充電電流之電流值到達該額定電流值時，俾使一轉態單元為截止操作；以及當該轉態單元截止操作時，產生該比例積分控制訊號。
20. 如申請專利範圍第18或19項之任一項所述之充電裝置控制之方法，更包括藉由一二極體元件構成該轉態單元之步驟。
21. 如申請專利範圍第17到19項之任一項所述之充電裝置控制之方法，更包括藉由一類比電路來實現該電流補償模組之步驟。
22. 如申請專利範圍第17到19項之任一項所述之充電裝置控制之方法，更包括藉由一數位控制來實現該電流補償模組之步驟。