用于便携式电话终端的充电控制设备和充电控制方法
技术领域
本发明涉及用于便携式电话终端的充电控制设备和充电控制方法,特别涉及根据电池的电压和便携式电话终端的状态来控制电池的充电操作以防便携式电话终端中因大电流而发热的用于便携式电话终端的充电控制设备和充电控制方法。
背景技术
通常,在诸如蜂窝式电话这样的便携式电话终端中采用二次电池(secondary battery)作为电源。特别地,锂离子电池具有每单位体积的高能量密度和每单位质量的高能量密度,并且当锂离子电池被安装在便携式电话终端中时,可以减少该便携式电话的大小和重量。
给锂离子电池进行充电的方法包括恒压(constant voltage)充电方法和恒流(constant current)、恒压充电方法,在恒压充电方法中在将电池电压保持固定的情况下将电流提供给电池,在恒流、恒压充电方法中在通过将固定电流提供给电池来执行恒流充电之后使用恒压充电方法来给电池充电。在这两种方法中,在检测到恒压充电方法中的充电电流等于或者小于预定电流的事件时结束充电。
另外,在充电期间,作为直流电源的AC适配器在输出电压被设为高值的情况下被连接到电池。例如串联降压(dropper)型电路、DC-DC比较器以及使用AC适配器的限流功能和控制可饱和开关元件的导通脉冲和关断脉冲的宽度的脉宽控制型电路被用作基于DC电源来执行恒压充电和恒流充电的电路。例如,如果电池充电时的电池充电电压是4.2伏(V),则使用中的AC适配器的输出电压被设为大约5.2V到大约5.6V。
另外,随着显示屏大小变得更大和诸如可视电话功能和摄像头的高图片质量和闪光灯功能这样的功能被改进,便携式电话终端所消耗的电流有增加的趋势。另一方面,便携式电话终端有更小和更薄的趋势。
另外,在消耗电流增加的同时,使用时间变得更长并因此存在增加电池容量的趋势。结果,电池所使用的电压范围变得更宽,并且升压和降压电路被频繁地使用。因此,即使设备中的负载电路执行一项操作,消耗电流也因电池电压而变化,特别地,消耗电流在待充电的电池的容量较小即电池电压较低时变得相对更大。另一方面,当便携式电话终端被用来给自己充电时,便携式电话终端中由充电电压、充电电流、负载电流等决定的由容许损耗(allowable dissipation)引起的发热随着终端尺寸的减小而变得更大,因此抑制发热的对策是所要解决的问题。
现在参照图1,将对用于便携式电话终端的传统充电控制方法给出描述。充电电路被布置在传统便携式电话终端中并对电池109的充电操作进行控制,其包括被连接到AC适配器102的输出端的输入端110。另外,在该充电电路中,场效应晶体管(FET)103被布置在输入端110与电池109之间以使输入的DC电流的电压下降,并且充电控制电路101控制FET 103的操作。
充电控制电路101根据充电电流检测电路104所检测到的电流来控制FET 103的栅极,使得从FET 103输出的电流被设为预定电流值。另外,控制电路101根据来自检测器105的输出来控制FET 103,使得被施加到电池109的电压被设为预定电压值。图1所示的充电电路是布置在便携式电话终端中的串联降压充电电路。DC-DC变换器或脉宽控制型的充电电路可被用来代替串联降压型。
在这种状态下,在串联降压型充电电路中,充电电路的输入电压(即AC适配器的输出电压与正被充电的电池109的输入电压之间的电压差)被施加在充电控制电路101的输入与输出之间。因此,如果AC适配器102的输出电压被设为高值,则由便携式电话终端中的控制电路101引起的AC适配器102的电压降落产生热。
根据来自图1所示的AC适配器102的输出电压,由于充电电路的FET 103而下降了至少一伏并且这样下降的电压引起FET 103中的发热。因此,当产生了大量的热同时不能包括抑制便携式电话终端中的发热的冷却装置时,FET 103处的容许损耗占据了内部发热的重要位置。
在传统的便携式电话终端中,该困难可以通过使用DC-DC变换器的方法和脉冲控制方法(用来减少FET 103的容许损耗的手段)来避免。然而,当在充电电路中采用DC-DC变换器时,大电流的接通和关断操作会造成变换器中的噪声。特别地,对于诸如便携式电话终端这样的通信设备,噪声对高频电路的影响是个严重的问题。另外,通常当大电流在DC-DC变换器型充电电路中流动时,充电电路的尺寸变得更大,从而导致了便携式电话终端中的安装区域的问题。
另外,当脉宽控制型充电电路被选择时,因为脉冲宽度是由便携式电话终端中的微型计算机控制的,所以微型计算机的控制变得复杂。另外,根据脉宽控制方案,充电电压通常被设为高于电池的目标电压的值以缩短充电时间,因而超过目标电压的电压被临时施加到电池。这造成了电池安全性的问题和对电池寿命的影响的问题。
另外,根据对AC适配器的电流进行控制的传统方法,因为便携式电话终端的适配器采用标准化的形状,并且便携式电话终端经常通过非专用于该终端的AC适配器进行充电,所以当不应使用的适配器被连接到终端时可能发生发热的问题。
在这种情况下,专利文献1提出了一种电源装置,该装置即使在充电控制电路中采用了电压降落型稳压器的情况下也可以通过控制AC适配器方的输出电压来应用于诸如蜂窝式电话这样的小型电子装置,并且该电源装置能够抑制电池充电期间充电控制电路中的发热。
专利文献2提出了一种充电系统,其中仅当蜂窝式电话不处于呼叫状态时其电池被快速地充电。因为在呼叫状态下不执行高速充电,所以过量电流不会在充电器中流动以传导电荷,因此所生成的热量被抑制,并且蜂窝式电话的电池在充电器的小尺寸保持不变的情况下可以被快速地充电。
专利文献1:日本专利申请早期公开序列号2004-252658
专利文献2:日本专利申请早期公开序列号Hei9-130456
发明内容
本发明所要解决的问题
然而,上述的发明具有下列问题。
专利文献1的电源装置需要专用的AC适配器,并且当除专用AC适配器之外的适配器被使用时象脉冲充电方案一样可能发生发热问题。
另外,在传统的便携式电话终端中,随着终端中的负载电路的消耗电流的增大,消耗电流根据终端的状态和电池电压可能变得大于充电电流。因此,当图1所示的充电电路的电池109未被完全充电时,难于节省电池109的充电电流和便携式电话终端的负载电路107的消耗电流,因此用户无法进行期望的操作。
另外,已经考虑了这样一种方法,其中将图2所示的便携式电话终端中的负载电路107布置在充电电流检测器104之前,通过使用AC适配器102的限流功能在电流被提供给负载电路107的同时为电池109节省了充电电流。然而在这种方法中,因为充电电压取决于电池电压,所以负载电路107的消耗电流无法被降低,并且大电流流经FET 103,这可能导致不利的发热。另外,消耗电流将变得大于充电电流,因此用户的操作受到限制。
因此本发明的一个目的是提出用于便携式电话终端的充电控制设备和充电控制方法,其在没有在AC适配器方使用任何附加电路的情况下降低了便携式电话终端中的发热并且其使得即使在充电期间也可以进行需要大消耗电流的操作。
用于解决这些问题的装置
根据本发明的一个方面,提供了一种用于便携式电话终端的充电控制设备,用于将操作功率提供给所述便携式电话终端所具有的负载电路并且用于给所述终端所包括的电池充电,所述充电控制设备包括:电池电压检测器,其检测电池电压;充电电流检测器,其检测用来给所述电池充电的充电电流;以及充电控制器,其控制对所述电池的所述充电,其中所述充电控制器包括:计时器,其测量下述时间段,在所述时间段中所述电池电压检测器所检测到的电池电压等于或者小于预定电压;以及使用状态判断电路,其判定所述计时器所测量到的时间段是否已经达到预定时间,并且如果确定所述计时器所测量到的时间段已经达到所述预定时间,则所述充电控制器停止给所述电池充电并且在对所述电池的充电被停止期间仅向所述负载电路提供一恒定电压,该恒定电压使得去到所述负载电路的电流最小。
根据一个实施例,在所述用于便携式电话终端的充电控制设备中,如果所述负载电路所消耗的消耗电流等于或者小于预定电流,则所述充电控制器重新开始给所述电池充电。
根据另一实施例,在所述用于便携式电话终端的充电控制设备中,所述充电控制器在所述充电开始之前将小电流提供给所述电池并且判定所述电池电压检测器所检测到的电压是否是确定了所述电池需要所述充电的电压。
根据另一实施例,所述用于便携式电话终端的充电控制设备包括第一二极管,用于防止反向电流流向外部电源。
根据另一实施例,所述用于便携式电话终端的充电控制设备包括第二二极管,用于在对所述电池的所述充电被停止期间,在所述负载电路所消耗的消耗电流变得大于所述充电电流的情况下,将电流从所述电池提供给所述负载电路。
根据本发明的另一方面,提供了一种与充电控制设备一起使用的充电控制方法,用于将操作功率提供给便携式电话终端所具有的负载电路并且用于给所述终端所包括的电池充电,所述充电控制设备包括:电池电压检测装置,用于检测电池电压;充电电流检测装置,用于检测用来给所述电池充电的充电电流;以及充电控制装置,用于控制对所述电池的所述充电,其中所述充电控制方法包括:测量下述时间段的步骤,在所述时间段中所述电池电压检测装置所检测到的电池电压等于或者小于预定电压;使用状态判断步骤,判定所述计时装置所测量到的时间段是否已经达到预定时间;以及在确定所述计时装置所测量到的时间段已经达到所述预定时间的情况下停止对所述电池的所述充电并且在对所述电池的所述充电被停止期间仅向所述负载电路提供使得去到所述负载电路的电流最小的恒定电压的步骤。
根据一个实施例,所述用于便携式电话终端的充电控制方法包括在所述负载电路所消耗的消耗电流等于或者小于预定电流的情况下重新开始给所述电池充电的步骤。
根据另一实施例,所述用于便携式电话终端的充电控制方法包括:在所述充电开始之前将小电流提供给所述电池的步骤;以及判定所述电池电压检测装置所检测到的电压是否是确定了所述电池需要所述充电的电压的步骤。
根据另一实施例,在所述用于便携式电话终端的充电控制方法中,所述充电控制设备包括第一二极管,用于防止反向电流流向外部电源。
根据另一实施例,在所述用于便携式电话终端的充电控制方法中,所述充电控制设备包括第二二极管,用于在对所述电池的所述充电被停止期间,在所述负载电路所消耗的消耗电流变得大于所述充电电流的情况下,将电流从所述电池提供给所述负载电路。
本发明的优点
根据本发明,使用状态判断电路确定足够的电压是否正被从AC适配器施加到电池,在负载电路所消耗的消耗电流较大并且未向电池提供足够电流的情况下临时停止电池充电以仅向负载电路提供电流,从而抑制在无法向电池提供足够电流时产生的热。另外,还可以防止负载电路的使用因发热或电流不足而受限。
附图说明
图1是示出了传统充电控制设备的结构的示图。
图2是示出了传统充电控制设备的结构的示图。
图3是示出了根据一个实施例的充电控制设备的结构的示图。
图4是示出了在充电控制设备中容许损耗与时间的关系的示图。
图5是示出了根据一个实施例的充电控制设备的操作的流程图。
图6是示出了根据一个实施例的充电控制设备的结构的示图。
标号说明
101充电控制电路
102适配器
103、108FET
104充电电流检测电路
105电池电压检测电路
106电阻器
107负载电路
109电池
110输入端
111使用状态判断电路
112计时器
501适配器电压检测电路
502、503二极管
具体实施方式
接着,将对根据本发明第一示例性实施例的便携式电话终端的充电控制设备的操作和结构给出描述。
图3是示出了充电控制设备的结构的示图。
根据第一示例性实施例的充电控制设备包括充电控制电路101、AC适配器102、FET(103、108)、充电电流检测电路104、电池电压检测电路105、电阻器106、负载电路107、电池109、输入端110、使用状态判断电路111,以及计时器112。电阻器106和FET(103、108)被串联布置在AC适配器102与电池109之间的电流通道中。
接着,将对充电控制设备中所包括的每个组成元件给出描述。
首先,电阻器106是充电检测电路104用来检测充电电流和充电模块负载电流的电阻器,并且电阻器106两端之间的电压被测量。另外,检测电路104根据电阻器106两端的电位差(由电阻器106引起的电压降落)来检测充电电流和充电模块负载电流。计时器112对从使用状态判断电路111所获得的电池电压等于或小于预定电压时开始经过的时间进行测量。另外,判断电路111获得检测电路105所检测到的电池电压,在计时器112所测量到的时间达到预定长度或者电池电压等于或者大于预定电压的情况下停止给电池109充电,并且将与最小消耗电流相关的电压提供给负载电路107直到负载电路107的消耗电流等于或者小于预定电流值为止。当负载电路107的消耗电流等于或者小于预定电流值时,判断电路111重新开始给电池109充电。电池电压检测器105对电池109的电压(电池电压)进行检测。
另外,FET 103根据从充电控制电路101施加的栅极电压通过打开和闭合电池109与AC适配器102之间的电流通道来调节从AC适配器102提供给电池109的充电电流。另外,控制电路101通过调节施加到FET103的栅极电压来控制FET 103对电池109进行恒流充电、恒流和恒压充电,以及恒压充电。因为控制电路101将电池电压限制为预定电压并且将充电电流的上限值限制为等于或者小于预定值的值,所以减轻了对用户的期望操作的限制。
接着,将对充电控制电路101对电池109所执行的充电控制给出描述。
首先,充电控制电路101用相当小的电流值(对锂离子电池是几十毫安(mA))来执行恒流充电。这是为了保护过放电电池而进行的。此后,控制电路101确定检测电路105所检测到的电池电压是否是其可以用来确定电池需要充电的电压(这里该电压被假定为等于或者大于V2并且等于或者小于V3)。如果在待充电的电池是锂离子电池的时候检测电路105所检测到的电池电压的范围是从大约2.5V到大约4V,则控制电路101确定电池需要充电。
如果确定了电池需要充电,则充电控制电路101控制FET 103用大电流I2(对锂离子电池是几百mA)进行快速恒流充电。控制器101用不会使电池109发生故障的电压(V4)对FET 103进行电压控制。对于锂离子电池,用等于或者小于大约4.2V的电压在FET 103处进行电压控制。因此,当电池电压达到V4时,充电电流从大电流I2逐渐降低,并且控制电路101变成恒压充电控制以使电池电压保持在V4。在这点之后,当充电电流降低并且电池109被充分充电时(当充电电流是I3时),控制器101闭合FET 103的栅极以结束充电控制。
参照图4,其示出了使用状态下的电池电压与容许损耗之间的关系。热是由单位时间内的热辐射和容许损耗的积累决定的。因此,如果较大的容许损耗继续存在,则热的影响变得更大。当用户不使用便携式电话终端时(即其中负载电路107的负载电流相当小),因为恒流充电进行的时段较短并且电池电压快速地增大(201),所以FET 103的容许损耗较大的状态不会继续并且发热的影响被限制(204)。
当用户在需要较大消耗电流的便携式电话终端充电期间进行操作时,即当负载电路107的消耗电流较大时,充电模块负载电流中的大部分流入负载电路107。因此,电池的充电电流减小。结果,电池电压缓慢地增大(202)并且大容许损耗的状态继续(205)。
电池电压检测器104例如每分钟(t1)一次地监视电池电压是否小于V5(在该情况下假定V5=V3)。充电控制器101根据监视结果周期性地控制FET 108以确定负载电流与充电模块负载电流的比率。如果该比率较大,则控制器101控制FET 108停止给电池109充电,以用负载电流为之取最小值的电压(电池电压的终止电压)来执行恒压充电。顺带提及,诸如中央处理单元(CPU)、显示模块和无线电部件这样的负载电路包括升压和降压电路。结果,负载电路107中的消耗电流根据电池电压而变化并且随着电压值增大而变小。因此,在这种情况下用终止电压V6(=V4)来执行恒压充电。
根据上面的结构,当电池109的充电电流不足时,进行控制来将容许损耗减小到最小值并因而通过抑制发热的影响来进行充电。另外,即使当负载电路107的消耗电流由于AC适配器102和充电电路的限流而超过所需电流值时,也可以通过用电压V6提供电流来抑制电流值的增大,从而减小未进行限流的电流值。因此,用户可以在没有限制的情况下利用便携式电话终端。
在对本实施例中的结构的说明中,图3的负载电路107指示除便携式电话终端的控制电路之外的电路。例如,该电路包括操作模块、显示部件和无线电模块。这对本领域技术人员而言是众所周知的并且不直接涉及本发明,因此免除对其详细结构的描述。
另外,可以用PNP双极晶体管来代替FET 103-充电电压的控制装置。还可以用PNP双极晶体管来代替FET 108。
根据本实施例,假定终止电压V6等于V4。然而,当施加终止电压V6时,停止给电池109充电。因此,将被提供的电压可以等于AC适配器102的电压,使得FET 103的容许损耗取最小值,其中AC适配器102的电压高于V4。至于V5,虽然其值被设为V3的值,但是其值可以等于V4或者可以被无条件地确定。
接着,将通过参照图5所示的流程图来描述图3中所示的状态判断电路111的操作。
当开始从AC适配器102向电池109进行充电时,使用状态判断电路111以t1的间隔从电池电压检测器105获得电池109的电池电压(步骤S301)。判断电路111进行检查来判定从检测器105获得的电池电压是否在预定时间段内等于或者小于电压V5(步骤S302)。如果电池109的电池电压高于电压V5(步骤S302/否),则判断电路111判定发热的影响较小并且继续按t1的间隔来监视电池电压(步骤S308)。
如果电池109的电池电压在一段时间中保持等于或者小于电压V5(步骤S302/是),则判断电路111控制FET 108停止给电池109充电(步骤S303),并且用电压V6执行恒压充电(步骤S304)。在用电压V6执行恒压充电期间,充电电流检测器104监视提供给负载电路107的消耗电流(步骤S305)并且确定消耗电流是否等于或者小于I3(步骤S306)。如果负载电路107所消耗的消耗电流大于I3(步骤S306/否),则电流检测器104继续监视提供给负载电路107的消耗电流(步骤S308)。如果负载电路107所消耗的电流等于或者小于I3(步骤S306/是),则充电控制器101控制FET 108重新开始给电池109充电(步骤S307)。在这一点上,即使在重新开始给电池109充电之后(步骤S307),电压检测器105同时重新开始监视提供给电池109的电压(步骤S308)。
依照根据本发明的充电控制设备,使用状态判断电路111进行检查来判定足够的电压是否被从AC适配器102施加到电池109。如果负载电路107所消耗的消耗电流较大并且足够的电流未被施加到电池109,则临时地停止给电池109充电并且仅将电流提供给负载电路107。因为足够的电流未被施加到电池109,从而可以抑制所产生的发热。另外,可以防止发生负载电路的使用由于发热或电流不足而受限的事件。
[第二示例性实施例]
接着,将对根据本发明的另一个实施例的充电控制设备给出描述。
首先,通过参照图6对根据本实施例的充电控制设备的结构给出描述。附带说明,根据本实施例的充电控制设备的结构基本上类似于根据第一实施例的充电控制设备的结构。因此,将免除对与第一实施例中的那些部件具有相同功能的部件进行描述。
根据本实施例的充电控制设备包括充电控制电路101、AC适配器102、FET 103和108、充电电流检测电路104、电池电压检测电路105、电阻器106、负载电路107、电池109、输入端110、适配器电压检测电路501,以及二极管502和503。
适配器电压检测电路501对AC适配器方102的电压进行检测。充电控制电路101基于电压检测电路501所检测到的电压来检查AC适配器102是否被连接到输入端110。另外,充电控制器101基于检测电路501所检测到的电压来判定被连接到输入端110的AC适配器102是否可以将可充电电压输出到电池109。另外,充电控制器101根据电压检测电路501所检测到的电压来确定终止电压V6。
二极管502防止了到AC适配器102的反向电流。当在控制FET 108停止给电池109充电的同时负载电路107的消耗电流有片刻超过充电电流时,另外布置二极管503以从电池方提供电流。在操作中,电压检测器105进行监视以确定电压V5是否等于电压V4。如果电压V5超过电压V4,则控制器101将电流从电池109提供到负载电路107。
由于这些结构的加入,所以当用户使用具有大电流的便携式电话终端时,将AC适配器102所能够施加的电压值与负载电路107所需的电压值进行比较,使得可以使用这些电压中的较低的一个作为用来执行恒压充电的电压V6。结果,因为可以在负载电路107的消耗电流较小的情况下使用终端,所以即使电池109不足并且即使消耗电流较大也可以使用终端。另外,如果电池所能够施加的电流大于充电电流并且电压V5等于电压V4,则当充电模块负载电流对于负载电路107不足时可以通过使用二极管503来从电池109提供额外的电流。
顺便提及,虽然在本实施例中采用FET 108来完全停止给电池109充电,但是还可以通过对发热极少产生影响的大约几十毫安的电流来继续给电池109充电。就是说,通过使用FET 108提供根据栅极控制的相当小的电流来开始和停止充电。另外,可以使用下述结构,其中另外布置与二极管503并联的电阻器来提供相当小的电流。