CN101478144A

CN101478144A - 充电装置的自动保护电路与其方法

Info

Publication number: CN101478144A
Application number: CNA2009100051905A
Authority: CN
Inventors: 李永胜; 朱光达
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2009-07-08

Abstract

一种充电装置的自动保护电路与其方法，特别涉及一种充电装置的自动保护电路，包括电压侦测装置以及第一与第二开关电路。第一开关电路耦接于第一电压供应源与电子装置的主系统之间，用以根据指示信号的第一状态导通，以提供第一供应电压至主系统。电压侦测装置用以侦测第一供应电压的电压值以产生一侦测结果，并根据侦测结果输出指示信号。第二开关电路耦接于第二电压供应源与主系统之间，用以根据指示信号的第二状态导通，以提供第二电压供应源所供应的第二供应电压至主系统，其中第一电压供应源为电子装置的一外部电压供应源，并且第二电压供应源为电子装置的一内部电压供应源。本发明可预防使用者因使用错误的变压器而导致计算机损坏。

Description

充电装置的自动保护电路与其方法

技术领域

本发明关于一种充电装置的自动保护电路，特别关于一种适用于单一电池单元(single cell battery)的充电装置的自动保护电路。

背景技术

传统笔记型计算机通常设计为使用4个电池单元(4cell)或6个电池单元(6cell)的充电电池，因此其供应电压通常为19伏特甚至更高。然而，由于近年来笔记型计算机的轻便性逐渐受到重视，因此迷你型笔记型计算机(通常具有小于或等于10英寸的面板或2公斤以下的重量)的需求也开始快速成长。为了节省笔记型计算机的体积与重量，充电电池的设计成为一大考虑因素。一般而言，当使用单一个充电电池单元时，笔记型计算机所需的供应电压约为4伏特，其小于传统笔记型计算机的19伏特。一但使用者将适用于接收19伏特的传统笔记型计算机的变压器耦接至使用单一个充电电池单元笔记型计算机时，过高的电压会造成计算机内部元件的毁损。另一方面，若使用者将供应电压低于4伏特的变压器耦接至使用单一个充电电池单元笔记型计算机时，过低的电压也可能造成电路短路，同样会造成计算机内部元件的毁损。

因此，需要一种适用于单一电池单元(single cell battery)充电装置的自动保护电路，用以预防使用者因使用错误的变压器而导致计算机损坏。

发明内容

本发明提供一种充电装置的自动保护电路，包括第一开关电路、电压侦测装置以及第二开关电路。第一开关电路耦接于第一电压供应源与电子装置的主系统之间，用以根据指示信号的第一状态导通，以提供第一电压供应源所供应的第一供应电压至主系统。电压侦测装置用以侦测第一供应电压的电压范围以产生一侦测结果，并根据侦测结果输出指示信号。第二开关电路，耦接于第二电压供应源与主系统之间，用以根据指示信号的第二状态导通，以提供第二电压供应源所供应的第二供应电压至主系统，其中第一电压供应源为电子装置的一外部电压供应源，并且第二电压供应源为电子装置的一内部电压供应源。

本发明还提供一种充电装置的自动保护方法，用以保护一电子装置的充电装置，其中该电子装置选择性地耦接至一第一电压供应源或一第二电压供应源，该第一电压供应源为该电子装置的一外部电压供应源，并且该第二电压供应源为该电子装置的一内部电压供应源。充电装置的自动保护方法包括：自该第一电压供应源接收一第一供应电压；判断该第一供应电压是否介于一电压范围之间；以及当该第一供应电压介于该电压范围之间时，提供该第一供应电压至该电子装置，并且当该第一供应电压不介于该电压范围之间时，不提供该第一供应电压至该电子装置。

本发明可预防使用者因使用错误的变压器而导致计算机损坏。

附图说明

图1显示根据本发明的一实施例所述的充电装置的自动保护电路。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的充电装置的自动保护电路的内部电路图。

图3是显示根据本发明的一实施例所述的电压侦测电路的内部电路图。

图4是显示根据本发明的一实施例所述的用以保护一电子装置的充电装置的自动保护方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的制造、操作方法、目标和优点能更明显易懂，下文特举几个较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

实施例

图1是显示根据本发明的一实施例所述的充电装置的自动保护电路。一电子装置100包括一充电装置的自动保护电路101(以下简称自动保护电路101)、一主系统102、一电池装置103以及一充电装置104。电子装置可以是计算机装置，例如一笔记型计算机，主系统102可以是包含电子装置内部的芯片与电路的一系统，例如包含南桥芯片、北桥芯片、中央处理器等，并且电池装置103可以是电子装置内部具有单一电池单元(singlecell)的一电池装置。充电装置104则用以控制电池装置103根据外部供应电压源充电。自动保护电路101可侦测供应至电子装置100的外部供应电压的电压值，以避免提供过高或过低的供应电源至电子装置而导致电子装置损坏。自动保护电路101包括开关电路111、113以及电压侦测装置112。开关电路111耦接于外部电压供应源(例如，一电源线、一变压器等装置)与电子装置的主系统102之间，用以根据一指示信号S_IND的一第一状态导通，以提供外部电压供应源所供应的供应电压V_ADP至主系统102。电压侦测装置112用以侦测供应电压V_ADP的电压值以产生一侦测结果，并根据侦测结果输出指示信号S_IND。开关电路113耦接于电池装置103与主系统102之间，用以根据指示信号S_IND的一第二状态导通，以提供电池装置103所供应的供应电压V_BAT至主系统102。此外，电压侦测装置112也可对应产生一充电信号S_{AC_IN}至充电装置104，用以控制电池装置103同时根据外部供应电压源充电。

根据本发明的一实施例，电压侦测装置112包括稳压装置201与电压侦测电路202。稳压装置201用以接收供应电压V_ADP，并对应产生一输出电压V_Z。电压侦测电路202用以根据输出电压V_Z产生两转换电压V₁与V₂，并且根据转换电压V₁与V₂以及一参考电压V_REF产生该侦测结果。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的充电装置的自动保护电路的内部电路图。自动保护电路101A包括开关电路111A、113A与电压侦测装置112A。电压侦测装置112A包括稳压装置201A与电压侦测电路202A。根据本发明的一实施例，稳压装置201A可以是一二极管211，例如一齐纳(Zener)二极管，逆接至外部电压供应源，如图所示，二极管211具有一阴极耦接至外部电压供应源以及一阳极耦接至接地点。开关电路111A包括开关装置203A耦接于外部电压供应源与主系统102(参考图1)之间，以及开关装置204A耦接于开关装置203A与电压侦测电路202A之间。而开关电路113A包括一开关装置205A耦接于主系统102与电池装置103之间(参考图1)。

根据本发明的一实施例，开关装置203A可以是PMOS晶体管213，具有两端点分别用以耦接外部电压供应源与主系统102，而开关204A为NMOS晶体管214，平行耦接一电阻R于PMOS晶体管213的栅极与接地点之间，用以根据指示信号控制PMOS晶体管213的导通状态。而开关装置205A可以是PMOS晶体管215。值得注意的是，以上所述的晶体管与晶体管种类仅用以说明本发明的一较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，如同任何熟习此项技艺者所共知，开关装置也可以是其它元件或根据任何逻辑电路设计，因此在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。此外，值得注意的是，由于开关电路111A与113A实际上可使用任意逻辑电路设计，因此根据本发明的另一实施例，电压侦测电路202A可针对不同的开关电路111A与113A的导通逻辑需求，根据指示信号S_IND对应产生两控制信号S_ACG、S_BTG用以分别控制开关电路111A与113A，因此本发明并不限于使用一个或多个指示/控制信号。

根据本发明的一实施例，由二极管211逆接至外部电压供应源，当供应电压V_ADP小于二极管211的击穿电压时，输出电压V_Z会大体相等于供应电压V_ADP。例如，当供应电压V_ADP的电压值符合电子装置100的操作电压时(例如，V_ADP＝5伏特)，输出电压V_Z会大体相等于5伏特。此时，电压侦测电路202A侦测到输出电压V_Z介于电子装置100的既定操作电压范围内(例如，4～6伏特)，因此输出具有高信号电平的指示信号S_IND，或具有高信号电平的两控制信号S_ACG与S_BTG。具有高信号电平的控制信号S_ACG可导通晶体管214，并进而通过晶体管214导通晶体管213。因此，当自动保护电路101侦测到供应电压V_ADP的电压值介于电子装置100的既定操作电压范围之间时，自动保护电路101提供供应电压V_ADP至电子装置。此时，由于控制信号S_BTG同样具有高信号电平，因此不会导通晶体管215，于是电池装置103的供应电压V_BAT-不会供应至电子装置。此外，电压侦测电路202A也可对应产生一充电信号S_{AC_IN}至电子装置的充电装置104，用以指示系统目前有正确的外部供应电压源，以控制电池装置103同时根据外部供应电压源充电。

当供应电压V_ADP的电压值小于电子装置100的操作电压时(例如，V_ADP＝3伏特)，输出电压V_Z会大体相等于3伏特。此时，电压侦测电路202A侦测到输出电压V_Z不介于一电子装置100的既定操作电压范围内(例如，4～6伏特)，因此输出具有低信号电平的指示信号S_IND，或具有低信号电平的两控制信号S_ACG与S_BTG。具有低信号电平的控制信号S_ACG不会导通晶体管214与213。因此，当自动保护电路101侦测到供应电压V_ADP的电压值小于电子装置100的既定操作电压时，自动保护电路101不提供供应电压V_ADP至电子装置，用以保护电子装置的内部元件不会因过低的供应电压而造成短路，进而导致电子装置的坏损。此时，由于控制信号S_BTG同样具有低信号电平，因此晶体管215会被导通，于是将电池装置103的供应电压V_BAT-供应至电子装置。同时，充电信号S_{AC_IN-}同样具有一对应的信号电平，用以指示系统目前没有正确的外部供应电压源，控制电池装置103此时将不会充电。

另一方面，由二极管211逆接至外部电压供应源，当供应电压V_ADP的电压值大于二极管211的击穿电压时，逆接的二极管211会击穿，并产生对应的输出电压值。例如，当供应电压V_ADP为高于电子装置100的操作电压时(例如，V_ADP＝19伏特)，输出电压Vz会因击穿的二极管211而大体介于7～8伏特之间。此时，电压侦测电路202A侦测到输出电压V_Z的电压值不介于电子装置100的既定操作电压范围内(例如，4～6伏特)，因此输出具有低信号电平的指示信号S_IND，或具有低信号电平的两控制信号S_ACG与S_BTG。具有低信号电平的控制信号S_ACG不会导通晶体管214与213。因此，当自动保护电路101侦测到供应电压V_ADP的电压值大于电子装置100的既定操作电压时，自动保护电路101同样不提供供应电压V_ADP至电子装置，用以保护电子装置的内部元件不会因过高的供应电压而造成内部元件的烧毁。此时，由于控制信号S_BTG同样具有低信号电平，因此晶体管215会被导通，于是将电池装置103的供应电压V_BAT-供应至电子装置。同时，充电信号S_{AC_IN-}同样具有一对应的信号电平，用以指示系统目前没有正确的外部供应电压源，因此，控制电池装置103此时将不会充电。

图3是显示根据本发明的一实施例所述的电压侦测电路的内部电路图。电压侦测电路202A包括电压转换电路301、比较器302与303以及逻辑电路304。电压转换电路301可为，例如一分压器，用以根据稳压装置201A的输出电压V_Z产生转换电压V₁与V₂。比较器302与303耦接至电压转换电路301与一参考电压产生装置(图未示)，参考电压产生装置可以是一带通参考电压(bandgap reference voltage)产生装置，用以产生稳定的一低参考电压VREF，例如1.2伏特。比较器302与303分别用以比较转换电压V₁、V₂以及该参考电压V_REF的电压大小，并分别输出对应的比较结果。逻辑电路304自比较器302与303接收比较结果，并将比较结果进行逻辑运算，用以根据比较结果输出具有对应的信号电平(状态)的指示信号S_IND，或控制信号S_ACG与S_BTG。根据本发明的一实施例，逻辑电路304可根据比较器302与303的输入信号耦接方式弹性设计，例如，当比较器302输出具有一高信号电平的一比较结果用以代表转换电压V₁大于参考电压V_REF，并且当比较器303输出具有一高信号电平的一比较结果用以代表转换电压V₂小于参考电压V_REF-时，逻辑电路304可为一与逻辑门(AND gate)，用以将两比较结果进行与运算，以输出对应的指示信号S_IND，或控制信号S_ACG与S_BTG。此外，根据本发明的另一实施例，电压转换电路301的电阻R₁、R₂、R₃也可经由特殊设计，使得定义出电子装置的既定操作电压范围的两临界电压(例如，4伏特与6伏特)经由电压转换电路301转换后可分别逼近参考电压的电压值(例如，1.2伏特)。如此一来，电压侦测电路202A可设计为当输出电压V_Z经转换过后的转换电压V₁大于参考电压V_REF，并且转换电压V₂小于参考电压V_REF时(假设转换电压V₁>V₂)，逻辑电路304可输出具有第一状态(例如以上实施例所述的高信号电平)的指示信号S_IND，或具有对应信号电平的控制信号S_ACG与S_BTG，用以提供适当的供应电压至电子装置。同样地，当输出电压V_Z经转换过后的转换电压V₁与V₂皆大于参考电压V_REF，或转换电压V₁与V₂皆小于参考电压V_REF-时，逻辑电路304可输出具有第二状态(例如以上实施例所述的低信号电平)的指示信号S_IND，或具有对应信号电平的控制信号S_ACG与S_BTG，用以防止错误的供应电压供应至电子装置。

图4是显示根据本发明的一实施例所述的用以保护一电子装置的充电装置的自动保护方法流程图。首先，自一外部电压供应源接收一供应电压(步骤S401)。接着，判断供应电压的电压值是否介于一电压范围之间(步骤S402)，此电压范围可设计为介于该电子装置的既定操作范围内。最后，当供应电压介于该电压范围之间时，提供该供应电压至电子装置，并且当供应电压不介于该电压范围之间时，不提供该供应电压至电子装置(步骤S403)。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

100：电子装置；

101、101A：自动保护电路；

102：主系统；

103：电池装置；

104：充电装置；

111、111A、113、113A：开关电路；

112、112A：电压侦测装置；

201、201A：稳压装置；

202、202A：电压侦测电路；

203A、204A、205A：开关装置；

211：二极管；

213、214、215：晶体管；

301：电压转换电路；

302、303：比较器；

304：逻辑电路；

R、R₁、R₂、R₃：电阻；

S_ACG、S_BTG、S_IND、S_{AC_IN}：信号；

V₁、V₂、V_ADP、V_BAT、V_REF、V_Z：电压。

Claims

1.一种充电装置的自动保护电路，其特征在于，包括：

一第一开关电路，耦接于一第一电压供应源与一电子装置的一主系统之间，用以根据一指示信号的一第一状态导通，以提供该第一电压供应源所供应的一第一供应电压至该主系统；

一电压侦测装置，用以侦测该第一供应电压的电压值以产生一侦测结果，并根据该侦测结果输出该指示信号；以及

一第二开关电路，耦接于一第二电压供应源与该主系统之间，用以根据该指示信号的一第二状态导通，以提供该第二电压供应源所供应的一第二供应电压至该主系统，其中该第一电压供应源为该电子装置的一外部电压供应源，并且该第二电压供应源为该电子装置的一内部电压供应源。

2.根据权利要求1所述的充电装置的自动保护电路，其特征在于，该电压侦测装置包括：

一稳压装置，用以接收该第一供应电压，并对应产生一输出电压；以及

一电压侦测电路，包括一电压转换电路，用以根据该输出电压产生一第一转换电压与一第二转换电压，并且该电压侦测电路根据该第一转换电压、该第二转换电压以及一参考电压产生该侦测结果；

其中该第一转换电压大于该第二转换电压。

3.根据权利要求2所述的充电装置的自动保护电路，其特征在于，该稳压装置为一齐纳二极管，其中该齐纳二极管具有一阴极耦接至该第一电压供应源以及一阳极耦接至一接地点。

4.根据权利要求1所述的充电装置的自动保护电路，其特征在于，该第一开关电路包括：

一第一开关，耦接于该第一电压供应源与该主系统之间；以及

一第二开关，耦接于该第一开关与该电压侦测装置之间，其中当该指示信号具有该第一状态时，该第一开关与该第二开关导通。

5.根据权利要求4所述的充电装置的自动保护电路，其特征在于，该第一开关为一第一晶体管，该第一晶体管具有一第一端点与一第二端点分别用以耦接该第一电压供应源与该主系统，并且该第二开关为一第二晶体管，该第二晶体管平行耦接一第一电阻于该第一晶体管的一第三端点与该接地点之间，该第二开关还具有一第四端点耦接至该电压侦测装置，其中该第二开关电路包括一晶体管。

6.根据权利要求1所述的充电装置的自动保护电路，其特征在于，该电子装置为一笔记型计算机，并且其中该第二电压供应源为具有单一电池单元的一电池装置。

7.根据权利要求1所述的充电装置的自动保护电路，其特征在于，当该第一供应电压大于一第一临界电压或小于一第二临界电压时，该指示信号具有该第二状态，以及当该第一供应电压介于上述第一临界电压与上述第二临界电压之间时，该指示信号具有该第一状态，其中上述第一临界电压大于上述第二临界电压，该第一临界电压与该第二临界电压介于该电子装置的一既定操作电压范围内。

8.根据权利要求2所述的充电装置的自动保护电路，其特征在于，该电压侦测电路还包括：

一第一比较器，耦接至该电压转换电路，用以比较该第一转换电压与该参考电压的电压大小，并输出一第一比较结果；

一第二比较器，耦接至该电压转换电路，用以比较该第二转换电压与该参考电压的电压大小，并输出一第二比较结果；以及

一逻辑电路，耦接至该第一比较器与该第二比较器，用以根据该第一比较结果与该第二比较结果输出该指示信号，其中当该参考电压小于该第一转换电压，并且当该参考电压大于该第二转换电压时，该逻辑电路输出具有该第一状态的该指示信号，其中当该参考电压大于该第一转换电压，或者当该参考电压小于该第二转换电压时，该逻辑电路输出具有该第二状态的该指示信号。

9.根据权利要求1所述的充电装置的自动保护电路，其特征在于，当该第一供应电压供应至该电子装置时，该第二电压供应源能够根据该第一供应电压充电。

10.一种充电装置的自动保护方法，其特征在于，用以保护一电子装置的充电装置，其中该电子装置选择性地耦接至一第一电压供应源或一第二电压供应源，该第一电压供应源为该电子装置的一外部电压供应源，并且该第二电压供应源为该电子装置的一内部电压供应源，该充电装置的自动保护方法包括：

自该第一电压供应源接收一第一供应电压；

判断该第一供应电压的电压值是否介于一电压范围之间；以及

当该第一供应电压介于该电压范围之间时，提供该第一供应电压至该电子装置，并且当该第一供应电压不介于该电压范围之间时，不提供该第一供应电压至该电子装置。

11.根据权利要求10所述的充电装置的自动保护方法，其特征在于，该电压范围为该电子装置的一既定操作电压范围，其中该既定操作电压范围介于4伏特至6伏特之间。

12.根据权利要求10所述的充电装置的自动保护方法，其特征在于，该电子装置为一笔记型计算机，并且其中该第二电压供应源为具有单一电池单元的一电池装置。

13.根据权利要求10所述的充电装置的自动保护方法，其特征在于，还包括：

根据该第一供应电压使用一电压转换电路产生一第一转换电压与一第二转换电压，其中该第一转换电压大于该第二转换电压；

比较该第一转换电压、该第二转换电压与一参考电压的电压大小，以产生一比较结果；以及

根据该比较结果产生一指示信号，其中当该参考电压小于该第一转换电压，并且当该参考电压大于该第二转换电压时，一逻辑电路输出具有一第一状态的该指示信号，以提供该第一供应电压至该电子装置，当该参考电压大于该第一转换电压与该第二转换电压，或者当该参考电压小于该第一转换电压与该第二转换电压时，该逻辑电路输出具有一第二状态的该指示信号，以不提供该第一供应电压至该电子装置。

14.根据权利要求13所述的充电装置的自动保护方法，其特征在于，该电压范围由一第一临界电压与一第二临界电压所定义，其中上述第一临界电压大于上述第二临界电压。

15.根据权利要求14所述的充电装置的自动保护方法，其特征在于，当该第一供应电压介于该第一临界电压与该第二临界电压之间时，该指示信号具有该第一状态，用以提供该第一供应电压至该电子装置，以及当该第一供应电压大于上述第一临界电压或小于上述第二临界电压时，该指示信号具有该第二状态，用以不提供该第一供应电压至该电子装置。