TWI473389B - 充電器電路及充電控制方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種充電器電路及充電控制方法，特別是指一種感測電池電量的充電器電路及充電控制方法。
請參考第1圖，其示出一種先前技術之充電器電路1之示意圖。其中，電源供應器11將輸入端的輸入電壓轉換為輸出端的輸出電壓，而輸出端則經由電流供應電路12提供電流對電池電路14充電。
電源供應電路11和電流供應電路12由控制電路16控制，當電壓偵測電路15偵測電池電路14的電壓尚未達到預設電壓時，控制電路16控制電流供應電路12以固定電流對電池電路14充電，亦即調節控制的標的以電流為主，稱為恆流模式；而當電壓偵測電路15偵測電池電路14的電壓達到預設電壓時，調節控制的標的改以電壓為主，電流供應電路12對電池電路14的充電電流逐漸下降，直到電池電壓到達預設電壓目標，稱為恆壓模式。
然而，此種利用量測電池電壓，在恆流模式後轉換為恆壓模式的充電器電路1，所需要的充電時間相對較長。其原因請參閱第4A與第4B圖，在時間點t1，電壓偵測電路15偵測電池電路14的電壓達到預設電壓V1，開始切換為恆壓模式，因此，充電電流開始逐漸下降。然而，由於電池內部寄生電阻的效應，當偵測電壓到達預設電壓V1時，電池內部電壓事實上並未真正到達預設電壓V1，但已切換為恆壓模式，在此期間充電電流在下降，這使得充電的過程相對較長。
一種先前技術為縮短充電時間，因此會對電池內部的寄生電阻加以偵測，如第5圖先前技術之充電控制流程圖所示，在此先前技術中，首先選擇第一階段恆流模式對電池充電，當電池電壓達到預設電壓V1時，量測電池內部的寄生電阻，也就是電池內部電阻RBAT；接著，根據偵測到的電池內部電阻RBAT，將電池電壓的目標設定，自預設電壓V1調高至預設電壓V2，且V2=V1+IA*RBAT，其中，IA為電池電壓達到預設電壓V1後，選擇第二恆流模式之充電電流IBAT；接著，當電池電壓達到預設電壓V2時，再將電池電壓的目標設定調回至V1。此種先前技術是採用兩階段的恆流模式對電池充電，也就是在電池電壓達到預設電壓V1以前，選擇第一階段的恆流模式，而在電池電壓達到預設電壓V1以後到預設電壓V2之間，選擇第二階段的恆流模式，最後再將電池電壓的目標設定調回至V1，以恆壓模式維持電池電壓。
此種先前技術的缺點是，若量測的電阻誤差太大，會在第二恆流模式中，設定錯誤的充電電流IBAT，而導致充電器電路的損壞與安全性的問題，有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種充電器電路及充電控制方法，可根據充電電池的電量與實際需求選擇充電模式，以節省充電時間，並可避免充電器電路的損壞與安全性的問題。
本發明目的之一在提供一種充電器電路。
本發明另一目的在提供一種充電控制方法。
為達上述之目的，就其中一觀點言，本發明提供了一種
充電器電路，包含：一電源供應電路，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；一電流供應電路，耦接於該輸出端與一電池電路之間，以對該電池電路充電；一計量與電壓偵測電路，與該電池電路耦接，產生相關於該電池電壓之電壓偵測訊號，以及相關於該電池電量之電量感測訊號；以及一控制電路，根據該電壓偵測訊號和電量感測訊號，以產生控制訊號控制該電源供應電路和電流供應電路，其控制方式包含：當該電池電壓到達一預設電壓時，根據該電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池電路充電，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標。
在一種較佳的實施型態中，該計量與電壓偵測電路包括一伏打計量器(Voltaic Gauge)。
本發明也提供了一種充電控制方法，包含：將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；自該輸出端對一電池充電；偵測該電池電壓，當該偵測值到達一預設電壓時，量測該電池之電量，以產生一電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池電路，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標。
在一種較佳的實施型態中，該方法更包含：當該電池電壓小於該預設電壓時，以第二固定電流值對該電池電路充電，其中該第二固定電流值等於或不等於該第一固定電流值。
在一種較佳的實施型態中，當該電池電壓到達該預設電壓時，該控制方法包含：(1)當該電量感測訊號小於一第一預設電量時，以該恆流模式對該電池電路充電，其中充電之電流為該第一固
定電流值，直到該電量感測訊號到達一第二預設電量；以及(2)當該電量感測訊號大於該第二預設電量時，以該恆壓模式對該電池電路充電，以調節該電池電壓於一目標電壓；其中，該第二預設電量大於該第一預設電量。
在一種較佳的實施型態中，可於步驟(1)中，將電池電壓的調節目標暫時設定於一暫時目標值，該暫時目標值高於該預設電壓。
如令該預設電壓V1、該暫時目標值為V2、該目標電壓為V3，則在一種較佳的實施型態中，V1V3V2。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參閱第3圖，其顯示本發明一個實施例之充電器電路2的示意圖。本實施例之充電器電路2用以對電池電路24充電，其包含電源供應電路21、電流供應電路22、電壓偵測電路15、計量器25、與控制電路26。其中，控制電路26控制電源供應電路21與電流供應電路22，以將輸入端電壓轉換為輸出端電壓，並對電池電路23充電。計量器25與電池電路23耦接，當電池電壓到達預設電壓V1時，量測電池之電量，以產生電量感測訊號。電壓偵測電路15用以偵測電池電壓，若計量器25也可提供電池電壓的資訊，則電壓偵測電路15可以省略，或視為計量器25包含電壓偵測電路15。控制電路26根據電池電壓資訊及電量感測訊號，以產生控制訊號並選擇模
式；其根據以下狀況，調整該控制訊號：(1)當電量感測訊號小於預設電量X%時，控制訊號以恆流模式控制電源供應電路21與電流供應電路22，直到電量感測訊號到達預設電量Y%；以及(2)當電量感測訊號大於預設電量Y%時，控制訊號以恆壓模式控制電源供應電路21與電流供應電路22，以調節電池電壓於預設電壓V1；其中，預設電量Y%大於預設電量X%。
其中，X與Y例如但不限於分別介於50~90之間與70~99之間，只要Y>X即可。另外，在恆流模式中，充電電流實質上調節於一固定電流；而在恆壓模式中，電池電壓實質上調節於一固定電壓，例如但不限於預設電壓V1(亦可為V1正負一差異值)。又，電源供應電路21例如可以為如第2A-2J圖所示之同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型功率轉換電路。
請參閱第4A-4C圖，其顯示先前技術與根據本發明的實施例所產生之充電電流與電池電壓波形的示意圖。根據本發明的實施例，當偵測電池電壓尚未達到預設電壓V1時，以恆流模式充電。當偵測電池電壓達到預設電壓V1(實際的電池電壓尚未達到預設電壓V1)時，量測電池之電量，當電量感測訊號小於預設電量X%時，仍選擇恆流模式，持續以固定的電流對電池充電，直到電量感測訊號到達預設電量Y%，此時電池電壓會略微上升超過預設電壓V1，因迴路設定以電流為主要控制標的，故超過預設電壓V1亦無妨，但如為安全起見顧慮電路中電流和電壓的回授控制產生衝突，則可暫時將電池電壓的調節目標設在高於預設電壓V1的任何預設電壓V2，目
的並非以預設電壓V2為調節的目標，而是讓電路能以恆流模式操作。當電量感測訊號大於預設電量Y%時，才選擇恆壓模式，此時可將電池電壓的目標值設於預設電壓V3，V1V3V2，其中預設電壓V3例如可以等於預設電壓V1(第4C圖以此為例，但不受此限)，亦可以為不低於預設電壓V1之其他電壓，而電池電壓將被調節於此目標值。
比較第4A圖中，本發明與先前技術的充電電流波形可以看出，根據本發明之實施例的充電電流較晚下降，但較早停止充電(假設當充電電流低於臨界值時，代表充電完成)，因此，相較於先前技術，本發明較早完成充電，也就是說本發明的充電時間較短。此外，由於本發明的充電模式中，恆流模式只需設置一種固定的充電電流，因此電路的製造成本較低。另外，本發明避免了內部電阻的計算錯誤，降低電路損壞(及安全性)的風險。以上皆是本發明優於先前技術之處。
須說明的是，本發明係根據電池電量作為控制充電模式的主要參數，計量器例如但不限於為伏打計量器(Voltaic Gauge)，其為一種根據電池電壓或/與充電電流對照所得的一種電量指標，相關於電池中所儲存的電量，其為本技術領域中，具有通常技術者所熟知，在此不予贅述。
第6圖顯示根據本發明的一個實施例之充電控制流程圖，如圖所示，首先選擇恆流模式對電池充電，當電池電壓達到預設電壓V1時，量測電池的電量；接著，根據偵測到的電池電量，當電量少於X%，則繼續保持恆流模式之充電電流，且在必要時，可將電池電壓的目標設定，自預設電壓V1調高至預設電壓V2；接著，當電池電量達到Y%時，再將電池電壓的目標設定降低至V3。參閱第4A圖與第6圖，此種根據
本發明之充電方式，是採用一階段的恆流模式對電池充電，也就是在電池電壓達到預設電壓V1以前，至電池電量達到Y%之間，保持同一階段的恆流模式，最後再將電池電壓的目標設定調至V3，其中V3>=V1，在電池電量達到Y%後，以恆壓模式維持電池電壓至V3。但以上所述僅是其中一個實施方式，參閱第4A圖，在偵測到電池電壓到達預設電壓V1之前與之後，亦即在時間t1之前與之後，本發明這兩階段模式中的充電電流設定值不必須相同，亦可為不同。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，在所示各實施例電路中，可插入不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等；凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。此外，本發明的任一實施型態不必須達成所有的目的或優點，因此，請求專利範圍任一項也不應以此為限。
1,2‧‧‧充電器電路
11,21‧‧‧電源供應電路
12,22‧‧‧電流供應電路
14,24‧‧‧電池電路
15‧‧‧電壓偵測電路
16,26‧‧‧控制電路
25‧‧‧計量器
第1圖顯示一種先前技術之充電器電路1之示意圖。
第2A-2J圖顯示同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型功率轉換電路。
第3圖顯示本發明一個實施例。
第4A-4C圖顯示先前技術與根據本發明的實施例所產生之充電電流與電池電壓波形的示意圖
第5圖顯示先前技術之充電控制流程圖。
第6圖顯示根據本發明之充電控制流程圖。
2‧‧‧充電器電路
15‧‧‧電壓偵測電路
21‧‧‧電源供應器
22‧‧‧電流供應電路
24‧‧‧電池電路
25‧‧‧計量器
26‧‧‧控制電路
Claims (9)
- 一種充電器電路，包含：一電源供應電路，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；一電流供應電路，耦接於該輸出端與一電池電路之間，以對該電池電路充電；一計量與電壓偵測電路，與該電池電路耦接，產生相關於一電池電壓之電壓偵測訊號，以及相關於一電池電量之電量感測訊號；以及一控制電路，根據該電壓偵測訊號和電量感測訊號，以產生控制訊號控制該電源供應電路和電流供應電路，其控制方式包含：當該電池電壓到達一預設電壓時，根據該電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池電路充電，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標；以及當該電池電壓小於該預設電壓時，以第二固定電流值對該電池電路充電，其中該第二固定電流值等於或不等於該第一固定電流值。
- 一種充電器電路，包含：一電源供應電路，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；一電流供應電路，耦接於該輸出端與一電池電路之間，以對該電池電路充電；一計量與電壓偵測電路，與該電池電路耦接，產生相關於一電池電壓之電壓偵測訊號，以及相關於一電池電量之電 量感測訊號；以及一控制電路，根據該電壓偵測訊號和電量感測訊號，以產生控制訊號控制該電源供應電路和電流供應電路，其控制方式包含：當該電池電壓到達一預設電壓時，根據該電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池電路充電，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標，其中：(1)當該電量感測訊號小於一第一預設電量時，以該恆流模式對該電池電路充電，其中充電之電流為該第一固定電流值，直到該電量感測訊號到達一第二預設電量；以及(2)當該電量感測訊號大於該第二預設電量時，以該恆壓模式對該電池電路充電，以調節該電池電壓於一目標電壓；其中，該第二預設電量大於該第一預設電量。
- 一種充電器電路，包含：一電源供應電路，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；一電流供應電路，耦接於該輸出端與一電池電路之間，以對該電池電路充電；一計量與電壓偵測電路，與該電池電路耦接，產生相關於一電池電壓之電壓偵測訊號，以及相關於一電池電量之電量感測訊號；以及一控制電路，根據該電壓偵測訊號和電量感測訊號，以產生控制訊號控制該電源供應電路和電流供應電路，其控制 方式包含：當該電池電壓到達一預設電壓時，根據該電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池電路充電，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標，其中：(1)當該電量感測訊號小於一第一預設電量時，以該恆流模式對該電池電路充電，其中充電之電流為該第一固定電流值，直到該電量感測訊號到達一第二預設電量；以及(2)當該電量感測訊號大於該第二預設電量時，以該恆壓模式對該電池電路充電，以調節該電池電壓於一目標電壓；其中，該第二預設電量大於該第一預設電量且該目標電壓大於或等於該預設電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之充電器電路，其中該計量與電壓偵測電路包括一伏打計量器(Voltaic Gauge)。
- 一種充電控制方法，包含：將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；自該輸出端對一電池充電；偵測該電池電壓，當該偵測值到達一預設電壓時，量測該電池之電量，以產生一電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標；以及當該電池電壓小於該預設電壓時，以第二固定電流值對該電池充電，其中該第二固定電流值等於或不等於該第一固定電流值。
- 一種充電控制方法，包含：將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；自該輸出端對一電池充電；偵測該電池電壓，當該偵測值到達一預設電壓時，量測該電池之電量，以產生一電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標，其中：(1)當該電量感測訊號小於一第一預設電量時，以該恆流模式對該電池充電，其中充電之電流為該第一固定電流值，直到該電量感測訊號到達一第二預設電量；以及(2)當該電量感測訊號大於該第二預設電量時，以該恆壓模式對該電池充電，以調節該電池電壓於一目標電壓；其中，該第二預設電量大於該第一預設電量。
- 一種充電控制方法，包含：將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；自該輸出端對一電池充電；偵測該電池電壓，當該偵測值到達一預設電壓時，量測該電池之電量，以產生一電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標，其中：(1)當該電量感測訊號小於一第一預設電量時，以該恆流模式對該電池充電，其中充電之電流為該第一固定電流值，直到該電量感測訊號到達一第二預設電量；以 及(2)當該電量感測訊號大於該第二預設電量時，以該恆壓模式對該電池充電，以調節該電池電壓於一目標電壓；其中，該第二預設電量大於該第一預設電量且該目標電壓大於或等於該預設電壓。
- 一種充電控制方法，包含：將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；自該輸出端對一電池充電；偵測該電池電壓，當該偵測值到達一預設電壓時，量測該電池之電量，以產生一電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標，其中：(1)當該電量感測訊號小於一第一預設電量時，以該恆流模式對該電池充電，其中充電之電流為該第一固定電流值，直到該電量感測訊號到達一第二預設電量；其中，將電池電壓的調節目標暫時設定於一暫時目標值，該暫時目標值高於該預設電壓；以及(2)當該電量感測訊號大於該第二預設電量時，以該恆壓模式對該電池充電，以調節該電池電壓於一目標電壓；其中，該第二預設電量大於該第一預設電量。
- 一種充電控制方法，包含：將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端；自該輸出端對一電池充電； 偵測該電池電壓，當該偵測值到達一預設電壓時，量測該電池之電量，以產生一電量感測訊號，以決定以恆流模式或以恆壓模式對該電池，在該恆流模式中充電之電流為第一固定電流值，在該恆壓模式中以電池電壓為調節目標，其中：(1)當該電量感測訊號小於一第一預設電量時，以該恆流模式對該電池充電，其中充電之電流為該第一固定電流值，直到該電量感測訊號到達一第二預設電量；其中，將電池電壓的調節目標暫時設定於一暫時目標值，該暫時目標值高於該預設電壓；以及(2)當該電量感測訊號大於該第二預設電量時，以該恆壓模式對該電池充電，以調節該電池電壓於一目標電壓；其中，該第二預設電量大於該第一預設電量且令該預設電壓V1、該暫時目標值為V2、該目標電壓為V3，則V1V3V2。
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