CN101546916B - 电池充电器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电池充电器及其控制方法，其使用单一回路来控制对电池充电的充电电流，故无需回路转换器，由于该电池充电路为单一回路，因而可以降低电路的复杂度。

Description

电池充电器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电池充电器，具体地说，是一种单回路的电池充电器及其控制方法。 

背景技术

传统的电池充电器普遍使用多回路(multi loop)控制器来控制对电池充电的充电电流及充电电压，然而，多回路控制器需要回路转换器而且设计较复杂，再者多回路的边界值将使电池的电压过高(overshoot)或过低(undershoot)。一般来说，当电池的电压达到一边界值时，电池充电器便停止对该电池充电，假设边界值为4.2V，但是，由于电池具有内阻，因此该电池能提供的电压并非4.2V，假设电池具有100mΩ的内阻，并提供1A的电流，在使用该电池时，电流通过内阻产生约0.1V的电压，因此，实际上，该电池只提供4.1V的电压，故电池的效能降低，如果要该电池提供4.2V的电压则要提高该边界值，但提高该边界值可能使该电池的电压过高而损毁。 

为了改善上述问题，Barcelo等人分别在美国专利第6,522,118号及第6,700,364号提出一种电池充电器及方法，两者皆利用两个回路分别提供一定电流及一可变电流，在电池的电压低于一临界值时，提供该定电流对电池充电，在电池的电压高于该临界值时，提供该可变电流对电池充电，以避免电池的电压出现过高或过低的情况。然而，Barcelo等人提出的电池充器仍为多回路，故在设计上较复杂。 

因此已知的电池充电器存在着上述种种不便和问题。 

发明内容

本发明的目的，在于提出一种单一回路的电池充电器及其控制方法。 

本发明的又一目的，在于提出一种使用单一回路控制一可变充电电流对电池充电的电池充电器及其控制方法。 

本发明的再一目的，在于提出一种使用单一回路控制一固定充电电流对电池充电的电池充电器及其控制方法。 

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是： 

一种电池充电器的控制方法，所述电池充电器用以对电池充电，其特征在于，包括下列步骤： 

检测所述电池上的电池电压； 

提供一随所述电池电压改变的充电电流对所述电池充电。 

本发明的电池充电器的控制方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。 

前述的电池充电器的控制方法，其中提供所述充电电流的步骤包括： 

镜射一参考电流产生所述充电电流； 

根据一与所述参考电流相关的可变电压及所述电池电压改变所述参考电流。 

前述的电池充电器的控制方法，其中改变所述参考电流的步骤包括： 

提供一增益电压，所述增益电压为所述电池电压的函数； 

比较所述可变电压及增益电压以决定所述参考电流。 

前述的电池充电器的控制方法，其中改变所述参考电流的步骤包括根据所述电池电压与一参考电压的差值以及所述可变电压与所述参考电压的差值调节所述参考电流。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述电池电压低于一第一临界值时，所述充电电流具有一第一斜率，在所述电池电压高于所述第一临界值而低于一第二临界值时，所述充电电流具有一第二斜率，在所述电池电压高于所述第二临界值而低于一第三临界值时，所述充电电流具有一第三斜率，在所述电池电压高于所述第三临界值而低于一边界值时，所述充电电流具有一第四斜率。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述电池电压低于所述第二临界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而上升。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述电池电压高于所述第二临界 值而低于所述边界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而下降。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述第一、第二、第三及第四斜率都不为0。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述电池电压低于一临界值时，所述充电电流与所述电池电压具有一第一斜率，在所述电池电压高于所述临界值而低于一边界值时，所述充电电流具有一第二斜率。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述电池电压高于所述临界值而低于所述边界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而下降。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述第一及第二斜率都不为0。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述充电流具有多个斜率。 

前述的电池充电器的控制方法，其中所述多个斜率都不为0。 

一种电池充电器的控制方法，所述电池充电器用以对电池充电，其特征在于，包括下列步骤： 

检测所述电池上的电池电压； 

在所述电池电压低于一临界值时，连续的提供一固定的充电电流对所述电池充电； 

在所述电池电压高于所述临界值时，不连续的提供该充电电流对所述电池充电。 

一种电池充电器，用以对电池充电，包括一开关和一回路控制器，其特征在于： 

所述开关，连接在一输入电压及所述电池之间； 

所述回路控制器，根据所述电池的电池电压调节通过所述开关的充电电流，所述充电电流随所述电池电压改变。 

本发明的电池充电器还可以采用以下的技术措施来进一步实现。 

前述的电池充电器，其中所述回路控制器包括一可变电流控制器检测所述电池电压据以改变所述充电电流。 

前述的电池充电器，其中所述回路控制器包括： 

一晶体管，与所述开关组成一电流镜镜射一参考电流产生所述充电电流； 

一电压控制电压源控制器，根据所述电池电压以及一与所述参考 电流相关的可变电压改变所述参考电流。 

前述的电池充电器，其中所述电压控制电压源控制器包括： 

一增益电路，用以放大一第一电压产生一第二电压，所述增益电路的增益随所述电池电压改变； 

一电流放大器，根据所述第二电压及可变电压产生一第三电压至所述晶体管的闸极以改变所述参考电流。 

前述的电池充电器，其中所述回路控制器包括： 

一晶体管，与所述开关组成一电流镜镜射一参考电流产生所述充电电流； 

一可变电流控制器，根据所述电池电压、一与所述参考电流相关的可变电压以及一参考电压改变所述参考电流。 

前述的电池充电器，其中所述可变电流控制器包括一电流放大器根据所述电池电压与所述参考电压的差值以及所述可变电压与所述参考电压的差值决定所述晶体管闸极上的电压，进而改变所述参考电流。 

前述的电池充电器，其中所述电池电压低于一第一临界值时，所述充电电流具有一第一斜率，在所述电池电压高于所述第一临界值而低于一第二临界值时，所述充电电流具有一第二斜率，在所述电池电压高于所述第二临界值而低于一第三临界值时，所述充电电流具有一第三斜率，在所述电池电压高于所述第三临界值而低于一边界值时，所述充电电流具有一第四斜率。 

前述的电池充电器，其中所述电池电压低于所述第二临界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而上升。 

前述的电池充电器，其中所述电池电压高于所述第二临界值而低于所述边界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而下降。 

前述的电池充电器，其中所述第一、第二、第三及第四斜率都不为0。 

前述的电池充电器，其中所述电池电压低于一临界值时，所述充电电流与所述电池电压具有一第一斜率，在所述电池电压高于所述临界值而低于一边界值时，所述充电电流具有一第二斜率。 

前述的电池充电器，其中所述电池电压高于所述临界值而低于所述边界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而下降。 

前述的电池充电器，其中所述第一及第二斜率都不为0。 

前述的电池充电器，其中所述充电电流具有多个斜率。 

前述的电池充电器，其中所述多个斜率都不为0。 

一种电池充电器用以对电池充电，包括一开关和一回路控制器，其特征在于： 

所述开关，用以控制一固定的充电电流对所述电池充电； 

所述回路控制器，在所述电池上的电池电压低于一临界值时打开所述开关，在所述电池电压高于该临界值时，以一切换频率切换所述开关。 

前述的电池充电器，其中所述回路控制器包括一可变电流控制器检测所述电池电压以控制所述开关。 

前述的电池充电器，其中所述切换频率随所述电池电压改变。 

采用上述技术方案后，本发明的电池充电器具有降低电路复杂度的优点。 

附图说明

图1是本发明的第一实施例示意图； 

图2是图1中电池充电器的控制方法的实施例示意图； 

图3是图1中电池充电器的另一种控制方法的实施例示意图； 

图4是本发明的第二实施例示意图； 

图5是图4中VCVS控制器的实施例示意图； 

图6是图4中电池充电器的控制方法的实施例示意图； 

图7是本发明的第三实施例示意图； 

图8是图7中可变电流控制器的实施例示意图； 

图9是图8中电流放大器的实施例示意图。 

具体实施方式

现请参阅图1，图1是本发明的第一实施例示意图，在所述电池充电器10中，晶体管Q1连接在输入电压VIN及电池16之间，所述回路控制器12包括一可变电流控制器14检测电池16上的电池电压Vb控制晶体管Q1 以提供充电电流Ic对电池充电。 

再请参阅图2，图2是电池充电器10的控制方法的实施例示意图，所述控制方法是提供一可变的充电电流Ic对电池16充电，所述回路控制器12根据电池电压Vb来控制通过晶体管Q1的充电电流Ic，在对电池16充电的期间，充电电流Ic不为定值，其随电池电压Vb的增加而改变。参照图1及图2，可变电流控制器14根据电池电压Vb控制晶体管Q1闸极上的电压，进而控制通过晶体管Q1的充电电流Ic，使所述充电电流Ic随电池电压Vb改变。当可变电流控制器14检测到电池电压Vb低于一第一临界值时，可变电流控制器14将使充电电流Ic具有第一斜率，如时间t0至t1所示，此时，充电电流Ic随电池电压Vb的增加而上升。当可变电流控制器14检测到电池电压Vb高于所述第一临界值而低于一第二临界值时，可变电流控制器14将使充电电流Ic具有第二斜率，如时间t1至t2，此时，充电电流Ic还是随电池电压Vb的增加而上升。当可变电流控制器14检测到电池电压Vb高于所述第二临界值而低于一第三临界值时，可变电流控制器14将使充电电流Ic具有第三斜率，如时间t2至t3，此时，充电电流Ic随电池电压Vb的增加而下降。当可变电流控制器14检测到电池电压Vb高于所述第三临界值而低于边界值时，可变电流控制器14将使充电电流Ic具有第四斜率，如时间t3至t4，此时，充电电流Ic还是随电池电压Vb的增加而下降，进而避免使电池16的电池电压Vb出现过高或过低的情况。在其它实施例中，充电电流Ic可以具有多个斜率，而每一个斜率都不为0。 

图3是电池充电器10的另一种控制方法的实施例示意图，所述控制方法是提供固定的充电电流Ic对电池充电，并在电池电压Vb接近边界值时，不连续的提供所述充电电流Ic。参照图1及图3，当可变电流控制器14检测到电池电压Vb低于一临界值时，如图3的时间t0至t1所示，可变电流控制器14打开(turn on)晶体管Q 1以连续提供一固定的充电电流Ic对电池16充电。当可变电流控制器14检测到电池电压Vb高于所述临界值时，如时间t1至t2所示，可变电流控制器14以一切换频率切换晶体管Q1以不连续的提供固定的充电电流Ic对电池16充电，其中，所述切换频率可以是定值，也可以是非定值，例如，所述切换频率可以随电池电压Vb改变。 

图4是本发明的第二实施例示意图，在电池充电器20中，晶体管Q1 连接在输入电压VIN及电池26之间，回路控制器22根据电池电压Vb控制晶体管Q1闸极上的电压Vc，进而调节通过晶体管Q1的充电电流Ic。回路控制器22包括电阻RS因应可变电压Va产生参考电流Iref，在其它实施例中，可以用受控于电池电压Vb的电流源取代电阻RS，电压控制电压源(Voltage Control Voltage Source；VCVS)控制器24连接电压Va、Vb及Vref，并输出电压Vc至晶体管Q1及Q2的闸极，晶体管Q1及Q2组成一电流镜以镜射参考电流Iref产生充电电流 

Ic＝K×(Va/RS)                             公式1 

其中，K为晶体管Q1及Q2的尺寸比。图5是VCVS控制器24的实施例示意图，其包括一增益级30放大参考电压Vref产生参考电压Vrefx，所述增益级30的增益随电池电压Vb改变，故电压Vrefx将因电池电压Vb而成为一可变电压，电流放大器28将根据电压Va及Vrefx产生电压Vc至晶体管Q2的闸极，进而使电压Va等于电压Vrefx，由于参考电流Iref随电压Va变化，而电压Vrefx受控于电池电压Vb，因此，参考电流Iref随电池电压Vb改变。此外，电压Vrefx可以由更多数据来控制，例如，接面温度。图6是电池充电器20的控制方法的实施例示意图。参照图4、图5及图6，当电池电压Vb低于临界值Y时，电压Vrefx等于(S1×Vref)，如图6中的时间t0至t1所示，其中，参数S1随电压Vb改变，进而使充电电流Ic具有一第一斜率。当电池电压Vb低于临界值Y而高于临界值X时，电压Vrefx等于(S2×Vref)，如图6中的时间t1至t2所示，参数S2将随电池电压Vb变化，进而使充电电流Ic具有一第二斜率。当电池电压Vb高于临界值X时，电压Vrefx等于0，故晶体管Q1关闭(turn off)，因此停止对电池26充电。在此实施例中，充电电流Ic具有二种斜率且随电池电压Vb的增加而下降，在其它实施例中，充电电流Ic可以有二种以上的斜率，而且可以随电池电压Vb的增加而上升或下降，如图2所示的充电电流Ic波形。 

图7是本发明的第三实施例示意图，在电池充电器40中，晶体管Q1连接在输入电压VIN及电池46之间，所述回路控制器42根据电池电压Vb控制晶体管Q1闸极上的电压Vc，进而调节通过晶体管Q1的充电电流Ic。 所述回路控制器42包括电阻RS因应可变电压Va产生参考电流Iref，电阻RS也可以用受控于电池电压Vb的电流源取代，所述可变电流控制器44连接电压Va、Vb及Vref，并输出电压Vc至晶体管Q1及Q2的闸极，晶体管Q1及Q2组成一电流镜以镜射参考电流Iref产生充电电流Ic，充电电流Ic的波形如图2及图6所示。图8是可变电流控制器44的实施例示意图，其包括一多输入(multi-input)的电流放大器48，所述电流放大器48具有二非反相输入分别连接电压Va及Vb，以及一反相输入连接固定的参考电压Vref。图9是电流放大器48的实施例示意图，其中差动输入对50根据电压Va及Vref的差值产生电流I1及I2，差动输入对52根据电压Vb及Vref的差值产生电流I3及I4，电流镜54镜射电流I1产生电流I5，电流I2与电流I3结合产生电流I6，电流镜56镜射电流I6产生电流I8，电流镜58镜射电流I5产生电流I7，根据电流I7及I8的差值产生电压Vc，随着电池电压Vb的改变，电流I3将跟着变化，进而改变电压Vc以改变充电电流Ic。在其它实施例中，电流放大器48可以有更多的输入用以加入其它参数，例如，接面温度。 

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。 

组件符号说明 

10    电池充电器 

12    回路控制器 

14    可变电流控制器 

16    电池 

20    电池充电器 

22    回路控制器 

24    VCVS控制器 

26    电池 

28    电流放大器 

30            增益级 

40            电池充电器 

42            回路控制器 

44            可变电流控制器 

46            电池 

48            电流放大器 

50            差动输入对 

52            差动输入对 

54            电流镜 

56            电流镜 

58            电流镜。 

Claims (20)

1.一种电池充电器的控制方法，所述电池充电器用以对电池充电，其特征在于，包括下列步骤：

检测所述电池上的电池电压；

镜射一参考电流产生一随所述电池电压改变的充电电流对所述电池充电；

提供一增益电压，所述增益电压为所述电池电压的函数；

比较一与所述参考电流相关的可变电压及所述增益电压改变所述参考电流；

其中，在该电池电压低于一第一临界值时，该充电电流是随该电池电压的增加而上升或下降。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述充电电流具有多个斜率。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述多个斜率都不为0。

4.一种电池充电器的控制方法，所述电池充电器用以对电池充电，其特征在于，包括下列步骤：

检测所述电池上的电池电压；

镜射一参考电流产生一随所述电池电压改变的充电电流对所述电池充电；

提供一增益电压，所述增益电压为所述电池电压的函数；

比较一与所述参考电流相关的可变电压及所述增益电压改变所述参考电流；

其中，在该电池电压低于一第一临界值时，该充电电流是随该电池电压的增加而上升；

其中，所述电池电压低于一第一临界值时，所述充电电流具有一第一斜率，在所述电池电压高于所述第一临界值而低于一第二临界值时，所述充电电流具有一第二斜率，在所述电池电压高于所述第二临界值而低于一第三临界值时，所述充电电流具有一第三斜率，在所述电池电压高于所述第三临界值而低于一边界值时，所述充电电流具有一第四斜率。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述电池电压低于所述第二临界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而上升。

6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述电池电压高于所述第二临界值而低于所述边界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而下降。

7.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第一、第二、第三及第四斜率都不为0。

8.一种电池充电器的控制方法，所述电池充电器用以对电池充电，其特征在于，包括下列步骤：

检测所述电池上的电池电压；

镜射一参考电流产生一随所述电池电压改变的充电电流对所述电池充电；

提供一增益电压，所述增益电压为所述电池电压的函数；

比较一与所述参考电流相关的可变电压及所述增益电压改变所述参考电流；

其中，在该电池电压低于一第一临界值时，该充电电流是随该电池电压的增加而下降；

其中，所述电池电压低于一临界值时，所述充电电流具有一第一斜率，在所述电池电压高于所述临界值而低于一边界值时，所述充电电流具有一第二斜率。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述电池电压高于所述临界值而低于所述边界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而下降。

10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第一及第二斜率都不为0。

11.一种电池充电器，用以对电池充电，包括一开关和一回路控制器，其特征在于：

所述开关，连接在一输入电压及所述电池之间；

所述回路控制器，包括一晶体管，与所述开关组成一电流镜镜射一参考电流产生一充电电流，以及一电压控制电压源控制器，包括：

一增益电路，用以放大一参考电压产生一第一电压，所述增益电路的增益随所述电池的电池电压改变；

一电流放大器，根据所述第一电压及一与所述参考电流相关的可变电压产生一第二电压至所述晶体管的闸极以改变所述参考电流；

其中，在该电池电压低于一第一临界值时，该充电电流是随该电池电压的增加而上升或下降。

12.如权利要求11所述的电池充电器，其特征在于，所述充电电流具有多个斜率。

13.如权利要求12所述的电池充电器，其特征在于，所述多个斜率都不为0。

14.一种电池充电器，用以对电池充电，包括一开关和一回路控制器，其特征在于：

所述开关，连接在一输入电压及所述电池之间；

所述回路控制器，包括一晶体管，与所述开关组成一电流镜镜射一参考电流产生一充电电流，以及一电压控制电压源控制器，包括：

一增益电路，用以放大一参考电压产生一第一电压，所述增益电路的增益随所述电池的电池电压改变；

一电流放大器，根据所述第一电压及一与所述参考电流相关的可变电压产生一第二电压至所述晶体管的闸极以改变所述参考电流；

其中，在该电池电压低于一第一临界值时，该充电电流是随该电池电压的增加而上升；

其中，所述电池电压低于一第一临界值时，所述充电电流具有一第一斜率，在所述电池电压高于所述第一临界值而低于一第二临界值时，所述充电电流具有一第二斜率，在所述电池电压高于所述第二临界值而低于一第三临界值时，所述充电电流具有一第三斜率，在所述电池电压高于所述第三临界值而低于一边界值时，所述充电电流具有一第四斜率。

15.如权利要求14所述的电池充电器，其特征在于，所述电池电压低于所述第二临界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而上升。

16.如权利要求14所述的电池充电器，其特征在于，所述电池电压高于所述第二临界值而低于所述边界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而下降。

17.如权利要求14所述的电池充电器，其特征在于，所述第一、第二、第三及第四斜率都不为0。

18.一种电池充电器，用以对电池充电，包括一开关和一回路控制器，其特征在于：

所述开关，连接在一输入电压及所述电池之间；

所述回路控制器，包括一晶体管，与所述开关组成一电流镜镜射一参考电流产生一充电电流，以及一电压控制电压源控制器，包括：

一增益电路，用以放大一参考电压产生一第一电压，所述增益电路的增益随所述电池的电池电压改变；

一电流放大器，根据所述第一电压及一与所述参考电流相关的可变电压产生一第二电压至所述晶体管的闸极以改变所述参考电流；

其中，在该电池电压低于一第一临界值时，该充电电流是随该电池电压的增加而下降；

其中，所述电池电压低于一临界值时，所述充电电流具有一第一斜率，在所述电池电压高于所述临界值而低于一边界值时，所述充电电流具有一第二斜率。

19.如权利要求18所述的电池充电器，其特征在于，所述电池电压高于所述临界值而低于所述边界值时，所述充电电流随所述电池电压的增加而下降。

20.如权利要求18所述的电池充电器，其特征在于，所述第一及第二斜率都不为0。

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