CN102104268A - 手持式装置的充电电路及其相关控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式装置的充电电路及其相关控制电路，其系以一电流调节电路接收一外部电源所供应的电流以提供给手持式装置的一电池进行充电，以一感测电路感测该电池的充电状态以产生一感测结果，以一充电控制电路根据感测结果调节提供至该电池的电流量，并以一电压限压电路限制该外部电源输入充电控制电路的电压值，以及一限流电路来限制流至该电压限压组件的电流值。由于电压限压电路及充电控制电路均可为常压制程组件，有助于降低手持式装置的生产成本与复杂度。

Description

手持式装置的充电电路及其相关控制电路

技术领域

本发明涉及一种手持式装置的充电电路，特别是关于一种可省去高压稳压组件的充电电路。

背景技术

手持式装置(例如手机)需要具备限压功能，以避免不稳定的充电器产生过高的电压伤害手持式装置的内部控制芯片，例如当使用者误使用不同规格的充电器来对手持式装置充电时，若该充电器提供的电压高于控制芯片的操作电压，而手持式装置又没有对接收到的电压进行限压时，控制芯片容易因此烧毁。一般的解决方法是外接一高压稳压器(high voltage regulator)于控制芯片，或是采用特殊的高压制程(high voltage process)来设计控制芯片，以使控制芯片可耐高压。然而，无论是高压稳压器或高压制程的成本都不低，均会提高手持式装置的生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种手持式装置的充电电路及其相关控制电路，可省去高压稳压组件，降低手持式装置的生产成本与复杂度。

为了解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种手持式装置的充电电路。该充电电路用来提供一外部电源所供应的电流以提供给该手持式装置的电池进行充电，该充电电路并包含有一电流调节电路、一感测电路、一充电控制电路、一电压限压电路以及一限流电路。电流调节电路系用来接收外部电源所供应的电流并调整该电流以对电池进行充电，感测电路系感测该电池的充电状态以产生一感测结果，而充电控制电路则根据感测结果产生一电流调节信号，电压限压电路系限制输入充电控制电路的电压值，限流电路系限制输入该电压限压组件的电流值。

本发明还提供了一种手持式装置的充电电路的控制电路。该控制电路用于依据一外部电源的电压及该手持式装置的一电池的充电状态，控制一电流调节电路调整对该电池充电的电流，该控制电路并包含有一过电压保护电路、一充电控制电路及一电压限压电路，过电压保护电路系根据该侦测值以决定是否产生一过电压保护讯号，充电控制电路系根据电池的充电状态及该过电压保护讯号，产生一电流调节信号，电压限压电路系限制输入该充电控制电路的电压值。

本发明采用的手持式装置的充电电路及其相关控制电路，使用常压制程组件来保护手持式装置的控制芯片不受过高的充电电压影响而损毁，可省去高压稳压组件或高压制程，进而降低手持式装置的生产成本与复杂度。

附图说明

图1为本发明充电电路的一实施例的示意图。

图2为图1中电压限压电路以及限流电路的一实施例的示意图。

图3为图1的电压限压电路将充电器输入充电控制电路的电压Vc控制于箝位电压Vp内的示意图。

图4为图1中电压限压电路以及限流电路的另一实施例的示意图。

图5为本发明充电电路的另一实施例的示意图。

图6为图5的电压限压电路以及过电压保护电路运作的示意图。

【主要组件符号说明】

100    充电电路        110    电流调节电路

120    感测电路        130    充电控制电路

135    驱动电路        140    电压限压电路

150    限流电路        160    高压封锁电路

170    充电埠          180    电池

190    芯片            210    电压侦测电路

220    过电压保护电路

具体实施方式

请参考图1，其系本发明充电电路的一实施例的示意图。充电电路100包含有一电流调节电路110、一感测电路120、一充电控制电路130、一电压限压电路140、一限流电路150，以及一充电埠170。充电电路100可应用于一手持式装置，例如手机、个人数字助理(PDA)，以提供充电管理功能。当该手持式装置的充电器(图中未显示)插入充电端口170时，其系透过充电端口170、电流调节电路110及感测电路120所形成的充电路径对手持式装置的一电池180充电，其中感测电路120可藉由感测电池180的电压值或感测充电路径上的电流值来侦测电池180的充电状态，并将感测结果回授给充电控制电路130的一驱动电路135，再由驱动电路135依据感测结果控制电流调节电路110，以调节提供至电池180的电流大小。在一实施例中，感测电路120系包含一电阻，电流调节电路110系包含一晶体管，而驱动电路135系依据电阻的端电压(其系对应于电池180的电压值)或电阻上的跨压(其系对应于充电路径上的电流值)来控制晶体管的开关程度，以控制充电器提供至电池180的电流大小。

充电控制电路130也会接受来自充电器提供的电源，如同先前技术中所述，不稳定的充电器产生的过高电压可能使充电控制电路130受到损害，例如使用者误使用不同规格的充电器插入充电埠170，而该充电器提供的电压高于充电控制电路130的操作电压。为了使充电控制电路130不受上述情况影响，电压限压电路140系用来限制充电器输入充电控制电路130的电压值Vc，而限流电路150系用来限制流至电压限压电路140的电流值Ir。

请参考图2，其系显示电压限压电路140以及限流电路150的一实施例，电压限压电路140可以齐纳二极管(Ziener diode)、并联稳压器(shuntregulator)或其它主动或被动的箝位(clamp)组件来加以实作，而限流电路150在本实施例中系一被动组件，例如图标的电阻。当充电器提供的电压Vin低于电压限压电路140的箝位电压(clamp voltage)时，如图3所示，流过电压限压电路140的电流Ir几乎为零，而电压限压电路140几乎不动作，此时输入充电控制电路130的电压Vc约略等同于输入的电压Vin；然而，当充电器提供的电压Vin高于电压限压电路140的箝位电压值Vp时，电压限压电路140导通，流过电压限压电路140的电流量Ir增大，使流向充电控制电路130的电流Ic维持定值，此时限流电路150上跨有压降，使输入充电控制电路130的电压Vc维持在电压限压电路140的箝位电压值Vp，其中电压Vc系提供充电控制电路130正常工作用，若超过箝位电压值Vp，可能造成充电控制电路130过电压烧毁。限流电路150提供了限流功用，使电流Ir不会急遽上升，电压限压电路140不需汲入大量的电流Ir即可将电压Vc限制在其箝位电压值Vp内，使充电控制电路130不因输入电压Vin无法正常运作。

图4为电压限压电路140以及限流电路150的另一实施例的示意图。在本实施例中，限流电路150更包含一主动组件，例如图标的晶体管，当电压Vc超过箝位电压值Vp时(电流Ic不变，电流Ir增加)，电压限压电路140会降低限流电路150中晶体管的基极电压，使通过晶体管的射、集极电流下降，使压Vc降低，且不超过箝位电压值Vp。上述设计亦可避免电压Vc超过箝位电压值Vp，而使充电控制电路130不因输入电压Vin无法正常运作。

电压限压电路140的箝位电压值系依据充电控制电路130的可操作电压范围或最高耐电压值而设计，如此可确保充电控制电路130不会因为充电器的过电压而损毁。在一实施例中，充电控制电路130及电压限压电路140系整合于手持式装置的一芯片190内，藉由电压限压电路140将电压Vc控制在低压/常压组件可操作的电压范围内，例如设计箝位电压值为6V，芯片190不需采用特殊的高压制程也可具备高压防护的功能。

充电电路100更可包含一高压封锁(blocking)电路160，耦接于电流调节电路110、限流电路150以及驱动电路135之间，在一实施例中，高压封锁电路160系包含一NMOS晶体管，闸极端耦接于限流电路150，源极端耦接于电流调节电路110，而汲极端耦接于驱动电路135，故NMOS晶体管的汲极电压可被闸极电压所控制。因此，当充电器所提供的电压Vin过高时，高压封锁电路160可隔离输入电压Vin及驱动电路135，避免驱动电路135因过电压而烧毁，以确保驱动电路135仍然能正常运作。

此外，如图5所示，充电电路100更可包含一电压侦测电路210以及一过电压保护(over voltage protection，OVP)电路220，其中电压侦测电路210系用来侦测充电器的输出电压值Vin以产生一侦测值，而过电压保护电路220则根据该侦测值判断是否启动过电压保护功能，通知驱动电路135关闭电流调节电路110以停止对电池180充电。在一实施例中，电压侦测电路210系一分压电路(voltage divider)，用来侦测电压Vin并对芯片190的接口提供限压保护，而分压的系数则可依据芯片190的操作电压来设计，举例来说，当分压系数为4，而充电器提供的最高电压为24V时，经过分压而输入过电压保护电路220的最高电压为6V，并不会超出芯片190的耐电压范围。

电压侦测电路210的侦测值接着输入过电压保护电路220，过电压保护电路220系比较该侦测值与一参考值来判断是否启动过电压保护功能，且参考值系依据电流调节电路110的操作功率而设定。在一实施例中，当过电压保护电路220判断充电器的电压Vin高于参考值时，为避免过热损伤充电路径上的组件，驱动电路135系将电流调节电路110完全关闭，使流经电流调节电路110的电流量为0，否则因为电压Vin很高，只要稍微有电流流过，还是会在电流调节电路110上产生相当大的功率消耗，使电流调节电路110烧毁。

如图所示，充电控制电路130、电压限压电路140以及过电压保护电路220可整合于手持式装置的芯片190内，由相同的常压半导体制程所制成，例如：标准互补金属氧化物半导体(CMOS)制程，如此一来，芯片190无需外接高压稳压器或是采用特殊的高压制程，即可忍受充电器的过电压，可降低手持式装置的生产成本。

接下来将以图6为例说明电压限压电路140与过电压保护电路220的运作。当充电器插入充电埠170时，若充电器提供的电压Vin维持在正常操作电压V_normal，例如5V，电压限压电路140与过电压保护电路220不会运作，而充电控制电路130依据感测电路120的感测结果调整电流调节电路110的开关程度以使电池180稳定的充电，直到电池180达到饱合状态为止。当充电器的电压Vin不稳定，高于箝位电压Vp(例如6V)时，电压限压电路140将输入充电控制电路130的电压值Vc箝制在6V，而(Vin-Vp)的电压差则跨在限流电路150上，使充电控制电路130可在正常操作电压范围内工作，此时过电压保护电路220仍然不运作。而当充电器的电压Vin持续升高，并高于过电压保护点V_ovp时，过电压保护电路220启动过电压保护功能，控制驱动电路130将电流调节电路110关闭并停止对电池180充电，以保护充电路径上的组件不因过热而损毁。

充电电路100系利用将电压限压组件(例如并联稳压器)运用于手持式装置中，实现过电压的保护，由于电压限压电路140、充电控制电路130及过电压保护电路220均可为常压制程组件，故芯片190可采用常压制程，有助于降低手持式装置的生产成本与复杂度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种手持式装置的充电电路，用来接收一外部电源所供应的电流以提供给该手持式装置的一电池进行充电，其特征在于，该充电电路包含有：

一电流调节电路，耦接于该外部电源及该电池，用来接收该外部电源所供应的电流，并调整该电流以对电池进行充电；

一感测电路，耦接于该电池，用来感测该电池的充电状态以产生一感测结果；

一充电控制电路，耦接于该感测电路以及该电流调节电路，用来根据该感测结果，产生一电流调节信号；

一电压限压电路，耦接于该充电控制电路，用来限制输入该充电控制电路的电压值；以及

一限流电路，耦接于该电压限压电路及该外部电源，用来限制输入该电压限压电路的电流值；

其中该电流调节电路依据该电流调节信号，调整该电流以对电池进行充电。

2.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，更包含有：

一电压侦测电路，耦接于该外部电源，用来侦测该外部电源的输出电压值以产生一侦测值；以及

一过电压保护电路，耦接于该电压侦测电路以及该充电控制电路，用来根据该侦测值以决定是否产生一过电压保护讯号；

其中该充电控制电路根据该过电压保护讯号启动过电压保护功能。

3.如权利要求2所述的充电电压，其特征在于，该过电压保护电路系比较该侦测值与一参考值来以决定是否产生过电压保护讯号，且该参考值系依据该电流调节电路的操作电压范围而设定。

4.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，该电压限压电路与该充电控制电路整合在同一集成电路中，并由标准互补金属氧化物半导体(CMOS)制程所制成。

5.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，该限流电路包含有一被动组件。

6.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，该限流电路包含有一主动组件。

7.如权利要求1所述的充电电路，其特征在于，该电压限压电路、该充电控制电路及该电压限压电路整合在同一集成电路中，并标准互补金属氧化物半导体制程所制成。

8.一种手持式装置的充电电路的控制电路，用于依据一外部电源的电压及该手持式装置的一电池的充电状态，控制一电流调节电路调整对该电池充电的电流，其特征在于，该控制电路包含有：

一过电压保护电路，耦接于该外部电源，用来根据该侦测值以决定是否产生一过电压保护讯号；

一充电控制电路，耦接于该电池、该电流调节电路及该过电压保护电路，用来根据该电池的充电状态及该过电压保护讯号，产生一电流调节信号；以及

一电压限压电路，耦接于该外部电压，用来限制输入该充电控制电路的电压值。

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