CN101123354A - 锂电池充电控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于手持式装置的锂电池充电控制系统，其利用一电压侦测电路侦测锂电池目前的电量，并将此电量传送至手持式装置既有的微处理器做判断，即时地判断此锂电池所需使用的充电方式及充电过程当中电池的状态，再通过一脉波宽度调变讯号控制一控制单元周期性的作动；藉由调变控制单元的作动周期，将充电单元所提供的电源调变成锂电池充电所需的电流或电压。通过不间断地重复侦测锂电池的电量及调变控制单元的作动周期，完成电池充电。本发明将充电线路的控制程序整合在手持式装置原本既有的微处理器中，可省略外接充电芯片的费用、达到降低零件成本的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂电池充电系统，特别是一种利用微控制器控制充电的锂电池充电系统。
背景技术
随着目前无线通讯的盛行及科技的趋势，手持式装置轻巧、便利及高机动性的特色，带动了手持式装置的普及与流行，因此，为了因应手持式装置实用便利性的需求，越来越多有关手持装置充电电池的商机日益崛起。为了满足手持式装置待机时间长的使用者需求，大容量的充电电池为一十分重要的必备配件；又，为了能充分使用充电电池的使用效率，使用一完全充饱的充电电池相对的较符合经济效益。然而，如果无法得知电池是否已经充电完成，且无法自动停止充电，很容易就会降低电池寿命、损坏电池、或发生危险。因此，如何自动检测获知电池充电状态以及电池目前电量为一迫切解决的课题。
已知的手持式装置的充电方式是在手持式装置内另增加一充电芯片，用以控制并处理充电电池的充电状态及需求，然而，随着手持式装置小型化的需求，且因电路板上所固设的电子元件数量会因手持式设备的高机能而增加，所以对于手持式装置的应用电路的布局及尺寸亦日渐被要求，因此，如何在自动检测获知电池充电状态以及电池目前电量且不影响充电效能的前提下，缩小充电系统的尺寸为一当前的要务。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的之一在于提供一种锂电池充电控制系统，将充电线路的控制程序整合在手持式装置原本既有的微处理器中，可省略外接充电芯片的费用、达到降低零件成本的功效。
本发明的又一目的在于提供一种锂电池充电控制系统，具有缩短手持式产品开发的时间及大幅降低设计成本的优点。
本发明的又一目的在于提供一种锂电池充电控制系统，微处理器利用一脉波宽度调变的控制方式调变控制单元的作动周期，可依据不同电池容量的锂电池弹性调变充电单元所提供的电力，使之调变成锂电池充电所需的定电流或定电压。
为了达到上述目的，本发明的一实施例提供一种锂电池充电控制系统，其包含一微处理器；一控制单元，其与微处理器电性连接，并接收来自微处理器的一控制信号，控制此控制单元作动，其中，此控制信号为一脉波宽度调变讯号，用以控制控制单元周期性的作动；一充电单元，其与控制单元电性连接，藉由调变控制单元的作动周期，将充电单元所提供的电源调变成锂电池充电所需的电流或电压；及一电压侦测电路，包含一输入端用以接收一模拟电压值，及一输出端与微处理器电性连接，用以侦测锂电池目前的电量，并将此电量传送至微处理器做判断，即时地判断此锂电池所需使用的充电方式及充电过程当中电池的状态。
以下藉由具体实施例配合所示的附图详加说明，当更容易了解本创作的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为根据本发明实施的锂电池充电控制系统方块示意图。
图2为根据本发明实施的一实施例的锂电池充电流程图。
图3为根据本发明实施的一实施例的手持式装置架构的方块示意图。
图中符号说明
1 手持式装置
2 充电器
10 锂电池充电控制系统
20 锂电池
100 微处理器
102 计时电路
200 控制单元
300 充电单元
400 电压侦测电路
30 电力模块
40 中央控制模块
50 显示模块
60 充电控制模块
70 应用模块
500 步骤
502 步骤
504 步骤
506 步骤
508 步骤
具体实施方式
以下以一较佳实施例来说明本发明的锂电池充电控制系统。
请参阅图1，为根据本发明实施的锂电池充电控制系统方块示意图。如图中所示，锂电池充电控制系统10包含一微处理器(microprocessor)100，用以处理并控制手持式装置的作动；一电压侦测电路400，其一端与一锂电池20电性连接，另一端与微处理器100电性连接，用以侦测锂电池20目前的充电状态及锂电池20内的电压；一控制单元200，其电性连接微处理器100；一充电单元300，其一端电性连接控制单元200，另一端与锂电池20电性连接。
于此实施例中，电压侦测电路400在锂电池20欲充电前，会先侦测锂电池20内部目前的电量VBAT，通过电压侦测电路400内部的一模拟数字转换电路(Analog-to-Digital Converter，ADC)将锂电池20内部的VBAT由一模拟(analog)电压值转换成一数字(digital)电压值，并通过电性连接将此数字电压值传送至微处理器100进行讯号的判断及处理。若微处理器100判断锂电池20此时的电量需进行充电的动作，则微处理器100送出一作动控制讯号至控制单元200，其中，控制单元200为一开关控制线路(如至少一晶体管)或一开关，用以控制充电单元300作动；当控制单元200接收到微处理器100的作动控制讯号，要求致能(enable)充电单元300对锂电池20充电时，控制单元200导通以形成一通路并驱动充电单元300动作，其中，来自微处理器100的一作动控制讯号利用微处理器100内部的一程序(firmware)(图中未示)的一脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)功能以调变控制单元200作动的周期(duty cycle)；藉由调变控制单元200的作动周期，将充电单元300所提供的电源调变成锂电池20充电所需的电流或电压；另外，充电单元300包含一电力输入端口(如插头或计算机的通用串行端口(Universal Serial Bus，USB))以取得电力对锂电池20充电。在充电过程中，电压侦测电路400同步地侦测锂电池20的状态及VBAT的大小，且不间断地将VBAT的值传送至微处理器100以判断充电是否完毕；当电压侦测电路400侦测到VBAT等于或大于4.2伏特的同时，微处理器100送出一作动控制讯号要求控制单元200控制充电单元300使的不继续对锂电池20进行充电的动作。可以理解的，锂电池充电控制系统10通过不断地侦测VBAT及致能充电单元300而完成锂电池20充电的过程。又，微处理器100更包含一计时电路(timer)102，用以保护电力模块30若在预定时间内仍无法达到欲充电的电量时，则表示充电过程有错误发生导致充电失败，则中断充电的动作。
请参阅图2，为根据本发明一实施的锂电池充电流程图。于此实施例中，当欲对一锂电池进行充电时，电压侦测电路会侦测此锂电池目前的电量VBAT(步骤500)，用以判断应对的充电方式(步骤502)，其充电阶段有三：预先充电阶段、定电流充电阶段、以及定电压充电阶段。若侦测到VBAT小于3.0伏特，则进入预先充电(Pre-charge)阶段(步骤504)，利用10毫安(mA)的电流量对此锂电池进行预先充电的动作，若在预先设定的预先充电保护时间(15分钟)内将此锂电池充电至VBAT大于3.0伏特，则预先充电阶段完成；若预先充电过程超过15分钟且VBAT仍未大于3.0伏特，则表示此次充电过程发生错误导致充电失败。若侦测到VBAT介于3.0伏特至4.1伏特之间，则进入定电流充电(Constant Current Charging)阶段(步骤504)，利用0.5C的定电流(1C＝欲充电的锂电池容量/一小时，假设欲充电的锂电池容量为500mAh，则1C的充电电流相当于500mA)对此锂电池进行定电流充电，其中，此定电流利用微处理器的程序内一脉波宽度调变(Pulse WidthModulation，PWM)功能以调变控制单元作动的周期(duty cycle)，藉由调变控制单元的作动周期(步骤506)，将充电单元所提供的电力调变成锂电池充电所需的定电流，若在预先设定的定电流充电保护时间(90分钟)内将此锂电池充电至VBAT大于4.1伏特(步骤508)，则定电流充电阶段完成；反之，若定电流充电过程超过90分钟且VBAT仍未大于4.1伏特，则表示此次充电过程发生错误导致充电失败。若侦测到VBAT大于4.1伏特，则进入定电压充电(Constant Voltage Charging)阶段(步骤504)，利用4.2伏特的定电压对此锂电池进行定电压充电，其中，此定电压亦利用微处理器的程序内的PWM功能调变控制单元作动的周期(步骤506)，藉由调变控制单元的作动周期将充电单元所提供的电力调变成锂电池充电所需的定电压，进而进行定电压充电(步骤508)，此时充电电流会慢慢下降，当充电电流降至0.1C时，且在预先设定的定电压充电保护时间(90分钟)内将此锂电池充电至VBAT等于4.2伏特(步骤508)，则定电压充电阶段完成；反之，若定电压充电过程超过90分钟且VBAT仍未大于4.2伏特，则表示此次充电过程发生错误导致充电失败。
其中，充电三阶段(预先充电阶段、定电流充电阶段、以及定电压充电阶段)的充电保护时间长短于微处理器的程序内预先设定，可根据不同锂电池的特性而作调整，搭配计时电路可于充电过程当中发生错误时，停止充电的动作以保护锂电池。
综合上述，于此实施例中，锂电池充电过程中，电压侦测电路不断地侦测锂电池的电量(步骤500)以判断且选择锂电池所需的充电方式(步骤502、504)，再通过微处理器内的PWM功能致能控制单元(步骤506)，且搭配充电单元将电力调变成合适的定电流或定电压对锂电池充电(步骤508)；通过不断重复步骤500、502、504、506、及508直至锂电池充电完成。
请参阅图3，为根据本发明实施的一实施例的手持式装置架构的方块示意图。如图所示，手持式装置1包含：一壳体(图中未示)；一中央控制模块40，设置于壳体内且至少包含一微处理器，其中，此微处理器用以控制且处理手持式装置1的所有应用程序及作动；一应用模块70，其设置于壳体内，并且与中央控制模块40电性连接；一电力模块30(如锂电池)，其设置于壳体内用以提供手持式装置1作动所需的电力；一显示模块50，设置于壳体内，且与中央控制模块40电性连接；一充电控制模块60，设置于壳体内且其一端与中央控制模块40电性连接，其中，充电控制模块60包含：一电压侦测单元，其一端与电力模块30电性连接，用以侦测电力模块30目前的电量，另一端与微处理器电性连接，用以将电力模块30的电量传送至微处理器做判断；及一控制单元，其一端与微处理器电性连接以接收来自微处理器的一脉波宽度调变讯号。
当手持式装置1的电力模块30欲充电时，充电控制模块60的电压侦测单元会侦测电力模块30内部目前的电量，通过电压侦测单元内部的一模拟数字转换电路将电力模块30内部的电量由一模拟电压值转换成一数字电压值，并通过电性连接将此数字电压值传送至中央控制模块40的微处理器进行讯号的判断及处理。若微处理器判断电力模块30此时的电量需进行充电的动作，则微处理器送出一作动控制讯号至充电控制模块60的一控制单元，其中，控制单元为一开关控制线路(如至少一晶体管)或一开关，用以控制充电器2作动；当控制单元接收到微处理器的作动控制讯号，要求致能充电器2对电力模块30充电时，控制单元导通以形成一通路并驱动充电器2动作，其中，来自微处理器的脉波宽度调变讯号用以调变控制单元作动的周期；藉由调变控制单元的作动周期，将充电器所提供的电源调变成电力模块30充电所需的电流或电压；另外，充电器2包含一电力输入端口(如插头或计算机的通用串行端口(Universal Serial Bus，USB)以取得电力对电力模块30充电。在充电过程中，电压侦测电路同步地侦测电力模块30的状态及电量的大小，且不间断地将电量讯号传送至微处理器以判断充电是否完毕；当电压侦测电路侦测到电力模块30的电量等于或大于4.2伏特的同时，中央控制模块40的微处理器送出一作动控制讯号要求控制单元控制充电器2使之不继续对电力模块30进行充电的动作。可以理解的，充电控制模块60及中央控制模块40通过不断地侦测电力模块30的电量及周期性地致能充电器2而完成电力模块30的充电。又，中央控制模块40的微处理器更包含一计时电路，用以保护电力模块30若在预定时间内仍无法达到欲充电的电量时，则表示充电过程有错误发生导致充电失败，则中断充电的动作。
综合上述，本发明的一实施例提出一种锂电池充电控制系统，其利用一电压侦测电路侦测锂电池目前的电量，并将此电量传送至手持式装置既有的微处理器做判断，即时地判断此锂电池所需使用的充电方式及充电过程当中电池的状态，再通过一脉波宽度调变讯号控制一控制单元周期性的作动；藉由调变控制单元的作动周期，将充电单元所提供的电源调变成锂电池充电所需的电流或电压。通过不间断地重复侦测锂电池的电量及调变控制单元的作动周期，达到完成电池充电。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (16)
1.一种锂电池充电控制系统，应用于一手持式装置，包含：
一微处理器，用以处理并控制该手持式装置的作动；
一控制单元，其与该微处理器电性连接，并接收来自该微处理器的一作动控制讯号；
一充电单元，其与该控制单元电性连接；及
一电压侦测电路，包含一输入端用以接收一模拟电压值，及一输出端与该微处理器电性连接。
2.如权利要求1所述的锂电池充电控制系统，其中该电压侦测电路更包含一模拟数字转换电路，其用以将该模拟电压值转换成一数字电压值，且该电压侦测电路将该数字电压值传送至该微处理器。
3.如权利要求1所述的锂电池充电控制系统，其中，该作动控制讯号为一脉波宽度调变讯号，用以控制该控制单元的一作动周期。
4.如权利要求3所述的锂电池充电控制系统，其中，该脉波宽度调变讯号通过该微处理器内部的一程序所产生。
5.如权利要求1所述的锂电池充电控制系统，其中，该微处理器更包含一计时电路。
6.如权利要求1所述的锂电池充电控制系统，其中，该控制单元为一开关控制线路或一开关。
7.如权利要求6所述的锂电池充电控制系统，其中，该开关控制线路为至少一晶体管。
8.如权利要求1所述的锂电池充电控制系统，其中，该充电单元包含一电力输入端口，且该电力输入端口为一插头或一通用串行端口之任一。
9.如权利要求1所述的锂电池充电控制系统，其中，该充电单元与一锂电池电性连接，用以对该锂电池充电。
10.如权利要求1所述的锂电池充电控制系统，其中，该微处理器及该电压侦测电路整合成一集成电路。
11.一种手持式装置，包含：
一壳体；
一中央控制模块，设置于该壳体内，且至少包含一微处理器；
一应用模块，设置于该壳体内并与该中央控制模块电性连接；
一电力模块，设置于该壳体内，用以提供一电力；
一显示模块，设置于该壳体内并与该中央控制模块电性连接；及
一充电控制模块，设置于该壳体内且其一端与该中央控制模块电性连接，该充电控制模块包含：
一电压侦测单元，其一端与该电力模块电性连接，另一端与该微处理器电性连接；及
一控制单元，其一端与该微处理器电性连接，以接收来自该微处理器的一脉波宽度调变讯号。
12.如权利要求11所述的手持式装置，其中，该充电控制模块的该控制单元的另一端与一充电器电性连接，且利用该脉波宽度调变讯号控制该充电器作动的周期。
13.如权利要求12所述的手持式装置，其中，该充电器的另一端与该电力模块电性连接，以取得该手持式装置的该电力来源。
14.如权利要求11所述的手持式装置，其中，该电压侦测单元包含一模拟数字转换电路，其用以将该电力模块的一模拟电压值转换成一数字电压值，且该电压侦测单元将该数字电压值传送至该微处理器。
15.如权利要求11所述的手持式装置，其中，该电力模块为一锂电池。
16.如权利要求11所述的锂电池充电控制系统，其中，该微处理器更包含一计时电路。
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2006
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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