CN101989756B - 改善充电器待机时效率的装置及方法,以及超低待机功率充电器 - Google Patents

Abstract

一种改善充电器待机时效率的装置，所述充电器包含二接脚供连接电池，以及电压转换器藉电源控制器切换功率开关，其特征在于所述装置包括：电源监控电路连接所述二接脚，根据从其检测到的电压及电流产生控制信号；以及光耦合器连接所述电源监控电路，将所述控制信号转换为致能信号给所述电源控制器，以致能或关闭所述电源控制器。本发明的改善充电器待机时效率的装置及方法，以及超低待机功率充电器具有以减少待机期间的功率消耗的优点。

Description

改善充电器待机时效率的装置及方法,以及超低待机功率充电器

技术领域

本发明涉及一种充电器，具体地说，是一种改善充电器待机时效率的装置及方法。 

背景技术

近年来，为了因应能源短缺与环保意识的高涨，电源供应器的节能省电功能越来越受到重视，其中，电源供应器待机时的功率消耗亦是相当重要的一环。如图1所示，典型的充电器10具有两支接脚VCC和IS供连接电池12，以及驰返式(flyback)电压转换器14用来对电池12充电。在电压转换器14中，变压器Tx具有一次侧线圈Lp连接在电力输入端Vin及功率开关Qsw之间，以及二次侧线圈L s连接在二极管Do及接地端GND之间；电源控制器16从接脚GATE提供脉宽调变(PWM)信号Vgs切换功率开关Qsw，以控制变压器Tx的电力传递。变压器Tx还具有辅助线圈Laux连接在接地端GND及二极管Daux之间，供应电流Iaux对电容Cvdd充电，以提供电力给电源控制器16的电源接脚VDD。恒流恒压控制器18监视接脚VCC的电压及接脚IS的电流，利用光耦合器20产生回授信号FB给电源控制器16的接脚COMP。电流感测电阻Rcs串联功率开关Qsw，感测一次侧线圈Lp的电流，产生电流感测信号VCS给电源控制器16的电流感测接脚CS。电源控制器16根据回授信号FB及电流感测信号VCS调变功率开关Qsw的工作周期(duty)。 

在充电器10对电池12充电的过程中，恒流恒压控制器18利用光耦合器20控制驰返式电压转换器14，使充电器10操作在恒 定电流充电模式或恒定电压充电模式。恒定电流充电模式以高于电池电压Vb的电压VCC维持固定电流IS对电池12充电。在此模式下，随着充电时间的增加，电池12进行逆化学反应而储存能量，电池电压Vb逐渐上升。为能持续对电池12充电，充电器10保持电压VCC高于电池电压Vb。但是在电池12逐渐充电饱和的过程中，电池电压Vb逐渐上升，若不进行有效的上限控制，电池电压Vb过高将造成电池12永久的损坏。因此恒流恒压控制器18便于电池电压Vb达到默认值时，将充电器10切换到恒定电压充电模式。恒定电压充电模式以高于电池电压Vb的固定电压VCC对电池12充电。在此模式下，电压VCC与电池电压Vb的差值逐渐减小，充电的速度会逐渐驱缓，最终电池电压Vb逼近电压VCC。当电池电压Vb达到电压VCC时，代表电池12已充电饱和，充电器10便进入待机模式。若在电池12尚未达到充电饱和以前便将电池12拔离充电器10，充电器10也会进入待机模式。在待机模式时，若提供电力给驰返式电压转换器14的电力输入端Vin，则电压转换器14将持续运作，因而产生某些损失，例如切换损失、导通损失等，这会导致充电器10具有很大的待机功率消耗。 

因此已知的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，在于提出一种降低充电器待机时功率消耗的装置及方法。 

本发明的另一目的，在于提出一种在充电器待机时降低电压转换器的切换损失及导通损失的装置及方法。 

本发明的又一目的，在于提出一种改善充电器待机时的效率的装置及方法。 

本发明的再一目的，在于提出一种一种超低待机功率的充电 器。 

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是： 

一种改善充电器待机时效率的装置，所述充电器包含二接脚供连接电池，以及电压转换器藉电源控制器切换功率开关，其特征在于所述装置包括： 

电源监控电路连接所述二接脚，根据从其检测到的电压及电流产生控制信号；以及 

光耦合器连接所述电源监控电路，将所述控制信号转换为致能信号给所述电源控制器，以致能或关闭所述电源控制器。 

本发明的改善充电器待机时效率的装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。 

前述的装置，其中所述电源监控电路在充电模式时致能所述电源控制器，以及在待机模式时关闭所述电源控制器。 

前述的装置，其中所述电源监控电路包括： 

第一比较器，比较所述电压及第一临界值而产生第一信号； 

磁滞比较器，比较所述电压及第二临界值而产生第二信号； 

第二比较器，比较所述电流及第三临界值而产生第三信号； 

逻辑电路，连接所述第一比较器、磁滞比较器及第二比较器，根据所述第一、第二及第三信号决定所述控制信号。 

前述的装置，其中所述逻辑电路包括： 

反相器连接所述磁滞比较器，将所述第二信号反相而产生第四信号； 

与门连接所述第一比较器及反相器，根据所述第一及第四信号产生第五信号； 

或门连接所述磁滞比较器及第二比较器，根据所述第二及第三信号产生第六信号；以及 

正反器，具有设置输入端接受所述第五信号，重置输入端接受 所述第六信号，以及输出端产生所述控制信号。 

前述的装置，其中所述电源监控电路在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电压却未达到某一临界值时，切换所述控制信号以关闭所述电源控制器。 

前述的装置，其中所述电源监控电路在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电流却未低于某一临界值时，切换所述控制信号以关闭所述电源控制器。 

一种改善充电器待机时效率的方法，所述充电器包含二接脚供连接电池，其特征在于所述方法包括以下步骤： 

(A)、从所述二接脚检测电压及电流； 

(B)、根据所述电压及电流产生控制信号； 

(C)、在充电模式时，藉所述控制信号致能所述充电器；以及 

(D)、在待机模式时，藉所述控制信号关闭所述充电器。 

前述的方法，其中所述步骤B包括： 

比较所述电压及第一临界值而产生第一信号； 

磁滞地比较所述电压及第二临界值而产生第二信号； 

比较所述电流及第三临界值而产生第三信号；以及 

根据所述第一、第二及第三信号决定所述控制信号。 

前述的方法，其中所述步骤B包括在所述电流于所述充电模式下低于某一临界值时，切换所述控制信号以关闭所述充电器。 

前述的方法，其中所述步骤B包括在所述电压于所述待机模式下低于某一临界值时，切换所述控制信号以致能所述充电器。 

前述的方法，其中所述步骤B包括在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电压却未达到某一临界值时，切换所述控制信号以关闭所述充电器。 

前述的方法，其中所述步骤B包括在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电流却未达到某一临界值时，切换所述控制信 号以关闭所述充电器。 

一种超低待机功率充电器，其特征在于包括： 

二接脚，供连接电池； 

电压转换器，用以提供电力对电池充电；以及 

电源监控电路连接所述二接脚，根据从其检测到的电压及电流产生控制信号，以致能或关闭所述电压转换器。 

前述的充电器，其中所述电源监控电路在充电模式时致能所述电压转换器，以及在待机模式时关闭所述电压转换器。 

前述的充电器，其中更包括光耦合器连接所述电源监控电路，将所述控制信号转换为致能信号给所述电压转换器。 

前述的充电器，其中所述电源监控电路在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电压却未达到某一临界值时，切换所述控制信号以关闭所述电压转换器。 

前述的充电器，其中所述电源监控电路在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电流却未低于某一临界值时，切换所述控制信号以关闭所述电压转换器。 

采用上述技术方案后，本发明的改善充电器待机时效率的装置及方法，以及超低待机功率充电器具有以减少待机期间的功率消耗的优点。 

附图说明

图1为已知的充电器的示意图； 

图2为根据本发明的充电器的示意图； 

图3是图2中的电源监控电路的实施例的示意图；以及 

图4是根据本发明的电池充电流程的示意图。 

图中，10、充电器12、电池14、驰返式电压转换器16、电源控制器18、恒流恒压控制器20、光耦合器22、充电器24、驰返式电压转换器26、电源控制器28、 电源监控电路30、光耦合器32、比较器34、磁滞比较器36、比较器38、逻辑电路40、反相器42、与门44、或门46、正反器48、电压VCC的波形50、电流IS的波形52、电池容量QC的波形。 

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。 

现请参阅图2，图2为根据本发明的充电器的示意图。如图所示，所述充电器22和图1的充电器10大致相同，具有两支接脚VCC和I S供连接电池12，驰返式电压转换器24具有电源控制器26藉脉宽调变信号Vgs切换功率开关Qsw，以控制从其电力传递，恒流恒压控制器18控制充电器22操作在恒定电流模式或恒定电压模式，光耦合器20提供回授信号FB给电源控制器26的接脚COMP，电源控制器26根据回授信号FB与电流感测信号VCS调变功率开关Qsw的工作周期。不过，充电器22增加了电源监控电路28连接接脚VCC和IS，根据从其测得的电压VCC及电流IS产生控制信号SIGN，以及光耦合器30将控制信号SIGN转换成致能信号Sen给电源控制器26的接脚EN/DIS。 

不论全新或电力已不足的电池，由于电池化学反应的关系，其仍残存有一定的电压。当电池12插入充电器22时，电压转换器24尚未运作，接脚VCC的电压即为电池电压Vb，电源监控电路28从接脚VCC检测电池12残存的电池电压Vb，若电池电压Vb低于第一临界值V_{CC_L}，则判定电池12已损毁，充电器22将不对电池12充电。若电池电压Vb介于第一临界值V_{CC_L}及第二临界值V_{CC_H}之间，电源监控电路28将会唤醒充电器22。在此状况下，控制信号SIGN是低准位，因此在光耦合器30中没有电流流过发光二极管D2，晶体管Q2为截止状态，所以致能信号Sen为高准位，充电器22对电池12充电。 

当充电器22在充电模式时，接脚VCC的电压约等于电压转换器24的输出电压Vo，电源监控电路30根据接脚VCC的电压及接脚IS的电流，保持控制信号SIGN为低准位，使电源控制器26持续切换功率开关Qsw。恒流恒压控制器18仍然如已知技术一般，控制充电器22在恒定电流充电模式或恒定电压充电模式操作。当电池12充电至额定电压时，接脚VCC的电压高于第二临界值V_{CC_H}，且接脚IS的电流低于第三临界值V_{IS_L}，电源监控电路28便关闭充电器22，使其进入待机模式。在此状况下，控制信号SIGN是高准位，因此光耦合器30产生的致能信号Sen是低准位，使得电源控制器26失能，不再切换功率开关Qsw。在另一种状况下，若充电器22对电池12充电达到一段预设时间，接脚VCC的电压却未达到第二临界值V_{CC_H}或接脚IS的电流未低于第三临界值V_{IS_L}，电源监控电路28也会拉高控制信号SIGN的准位，关闭电源控制器26，达到节能省电目的，同时作为避免电池12充电过久过热的保护。此功能只要在电源监控电路28中设置定时器即可达成。 

若电池12拔离充电器22，电源监控电路28可立即检测到接脚IS的电流低于第三临界值V_{IS_L}，进而拉高控制信号SIGN的准位，以关闭电源控制器26，达到节能省电目的。 

在充电器22待机时，恒流恒压控制器18通过电池12提供的电池电压Vb待机，同时关闭其内部不必要的功能，使功率消耗达到最低。当电池12的电量被消耗到电池电压Vb低于第四临界值V_{CC_H_hys}，控制信号SIGN又变成低准位，因此再次启动充电器22。在待机期间，由于电源控制器26关闭，功率开关Qsw不动作，因此切换损失和导通损失皆不发生，充电器22的效率提高了。 

充电器22在待机模式时，电压转换器24被电源监控电路28关闭了，因此免除切换损失和导通损失，降低了功率消耗。 

电源监控电路28也可与恒流恒压控制器18整合于同一集成 电路中。 

图3是图2中的电源监控电路28的实施例。比较器32比较电压VCC和第一临界值V_{CC_L}而产生信号S1，迟滞比较器34比较电压VCC和第二临界值V_{CC_H}而产生信号S2，比较器36比较电流IS和第三临界值V_{IS_L}而产生信号S3，逻辑电路38根据信号S1、S2和S3产生控制信号SIGN。在此实施例中，反相器40将信号S2反相成为信号S4，与门42根据信号S1和S4产生信号S5，与门44根据信号S2和S3产生信号S6，信号S5和S6分别提供给正反器46的设置输入端S和重置输入端R，正反器46的输出Q为控制信号SIGN。若电压VCC低于第一临界值V_{CC_L}，则信号S1为低准位，控制信号SIGN将不会被触发。当电压VCC上升至高于第二临界值V_{CC_H}时，信号S2转为高准位，这会重置控制信号SIGN。在信号S2转为高准位以后，由于磁滞比较器34的磁滞，在电压VCC下降至低于第四临界值V_{CC_H_hys}，信号S2才会转为低准位，进而触发控制信号SIGN。在充电期间，若电流IS下降至低于第三临界值V_{IS_L}，信号S3将转为高准位，因而重置控制信号SIGN。 

图4是电池充电流程的示意图，其中波形48表示电压VCC，波形50表示电流IS，波形62表示电池容量QC。在电池12插入充电器22时，电压VCC等于电池电压Vb，此电压高于第一临界值V_{CC_L}，代表电池12为正常，此电压亦低于第二临界值V_{CC_H}，因此在时间t1进入充电模式，电压VCC快速上升，电流IS为固定值，电池容量QC线性地增加；直到时间t2，电压VCC上升至第二临界值V_{CC_H}，充电器22从恒定电流模式切换到恒定电压模式，电压VCC保持为固定值，电流IS逐渐下降，电池容量QC增加的速度趋缓；直到时间t3，电流IS下降至第三临界值V_{IS_L}，充电器22进入待机模式，电流IS继续下降；在待机模式期间，因为电池12提供电力支持恒流恒压控制器18及电源监控电路28，因此被消耗部份 电能，造成电池容量QC略为减少，电压VCC也略为降低；在时间t4时，电压VCC下降至第四临界值V_{CC_H_hys}，充电器22又被启动进入恒定电流模式；在时间t5，充电器22从恒定电流模式切换到恒定电压模式。在待机模式期间，即时间t3到t4，不论电池12已经被充电饱和或被拔离充电器22，充电器22都会被关闭，只有恒流恒压控制器18及电源监控电路28消耗很低的功率，因此充电器22的待机功率极低。 

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。 

Claims (16)

1.一种改善充电器待机时效率的装置，所述充电器包含二接脚供连接电池，以及电压转换器藉电源控制器切换功率开关，其特征在于所述装置包括：

电源监控电路连接所述二接脚，根据从其检测到的电压及电流产生控制信号；以及

光耦合器连接所述电源监控电路，将所述控制信号转换为致能信号给所述电源控制器，以致能或关闭所述电源控制器；

其中，在所述电压介于第一临界值及第二临界值之间时，致能所述电源控制器；在所述电压高于所述第二临界值且所述电流低于第三临界值时，关闭所述电源控制器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源监控电路在充电模式时致能所述电源控制器，以及在待机模式时关闭所述电源控制器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源监控电路包括：

第一比较器，比较所述电压及所述第一临界值而产生第一信号；

磁滞比较器，比较所述电压及所述第二临界值而产生第二信号；

第二比较器，比较所述电流及所述第三临界值而产生第三信号；

逻辑电路，连接所述第一比较器、磁滞比较器及第二比较器，根据所述第一、第二及第二信号决定所述控制信号。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述逻辑电路包括：

反相器连接所述磁滞比较器，将所述第二信号反相而产生第四信号；

与门连接所述第一比较器及反相器，根据所述第一及第四信号产生第五信号；

或门连接所述磁滞比较器及第二比较器，根据所述第二及第三信号产生第六信号；以及

正反器，具有设置输入端接受所述第五信号，重置输入端接受所述第六信号，以及输出端产生所述控制信号。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源监控电路在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电压却未达到所述第二临界值时，切换所述控制信号以关闭所述电源控制器。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源监控电路在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电流却未低于所述第三临界值时，切换所述控制信号以关闭所述电源控制器。

7.一种改善充电器待机时效率的方法，所述充电器包含二接脚供连接电池，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(A)、从所述二接脚检测电压及电流；

(B)、根据所述电压及电流产生控制信号；

(C)、在所述电压介于第一临界值及第二临界值之间时，藉所述控制信号致能所述充电器以进入充电模式；以及

(D)、在所述电压高于所述第二临界值且所述电流低于第三临界值时，藉所述控制信号关闭所述充电器以进入待机模式。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(B)包括：

比较所述电压及所述第一临界值而产生第一信号；

磁滞地比较所述电压及所述第二临界值而产生第二信号；

比较所述电流及所述第三临界值而产生第三信号；以及

根据所述第一信号、所述第二信号及所述第三信号决定所述控制信号。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(B)包括在所述电压于所述待机模式下低于第四临界值时，切换所述控制信号以致能所述充电器。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(B)包括在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电压却未达到所述第二临界值时，切换所述控制信号以关闭所述充电器。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(B)包括在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电流却未低于所述第三临界值时，切换所述控制信号以关闭所述充电器。

12.一种超低待机功率充电器，其特征在于包括：

二接脚，供连接电池；

电压转换器，用以提供电力对电池充电；以及

电源监控电路连接所述二接脚，根据从其检测到的电压及电流产生控制信号，以致能或关闭所述电压转换器；

其中，在所述电压介于第一临界值及第二临界值之间时，致能所述电压转换器；在所述电压高于所述第二临界值且所述电流低于第三临界值时，关闭所述电压转换器。

13.如权利要求12所述的充电器，其特征在于，所述电源监控电路在充电模式时致能所述电压转换器，以及在待机模式时关闭所述电压转换器。

14.如权利要求12所述的充电器，其特征在于，更包括光耦合器连接所述电源监控电路，将所述控制信号转换为致能信号给所述电压转换器。

15.如权利要求13所述的充电器，其特征在于，所述电源监控电路在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电压却未达到所述第二临界值时，切换所述控制信号以关闭所述电压转换器。

16.如权利要求13所述的充电器，其特征在于，所述电源监控电路在所述充电模式维持达到一段预设时间，所述电流却未低于所述第三临界值时，切换所述控制信号以关闭所述电压转换器。