CN103219755A - 充／放电控制装置及将微处理器用于充／放电控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充/放电控制装置，其包含有：一微处理器，用来进行充/放电控制运作，其中该微处理器于进行充电控制运作时产生一第一脉冲调制控制信号，以控制一降压运作，以及该微处理器于进行放电控制运作时产生一第二脉冲调制控制信号，以控制一升压运作。该充/放电控制装置可包含一降压电路及/或一升压电路。该第一脉冲调制控制信号与该第二脉冲调制控制信号中的至少一可为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。本发明另提供一种将微处理器用于充/放电控制的方法。本发明可减少系统内芯片使用数目、简化设计、降低成本。
Description
技术领域
本发明有关于电池的充/放电控制，尤指一种充/放电控制装置以及将一微处理器用于充/放电控制的方法。
背景技术
近年来由于电子电路的技术不断地发展，各种相关产品诸如便携电子装置有如雨后春笋一般地出现并且十分普及。为了便于终端使用者随身携带、使用，这些便携电子装置当中往往设置有可重复使用的充电电池诸如锂电池。因此，这些便携电子装置中的充电电池的充/放电控制遂成为相当热门的议题。
由于充电电池的特性相当复杂，不当的控制运作往往会造成电池寿命过短、充电效能不佳、不适当的输出电源等问题。依据相关技术，为了克服这些问题，传统的充/放电控制装置通常设置有复杂的电路。然而，这些传统的充/放电控制装置还是有不足之处。例如：传统的充/放电控制装置当中的元件数量很多，会导致便携电子装置的制造商必须分别从许多不同类型的供应商取得各个元件；于是，相关成本最终便转嫁至终端使用者。又例如：在便携电子装置的研发阶段，复杂的电路通常隐藏着待解决的问题诸如编码、元件特性匹配、及/或逻辑上的错误等，如此便浪费额外的人力，而且这些额外的人力所对应的人力成本最终仍然会转嫁至终端使用者。
由以上可知，相关技术针对充/放电控制所提供的解决方案并不完善。如此，需要一种新颖的方法来改善充/放电控制架构。
发明内容
因此本发明的目的之一在于提供一种充/放电控制装置以及将一微处理器用于充/放电控制的方法，以解决上述问题。
本发明的另一目的在于提供一种充/放电控制装置以及将一微处理器用于充/放电控制的方法，以减少系统内芯片使用数目、简化电路设计、并且降低成本。
本发明的较佳实施例中提供一种充/放电控制装置，其包含有：一微处理器，用来进行一电池的充/放电控制运作。尤其是，该微处理器于进行该电池的充电控制运作时产生一第一脉冲调制(Pulse Modulation)控制信号，以控制一降压运作，以及该微处理器于进行该电池的放电控制运作时产生一第二脉冲调制控制信号，以控制一升压运作。另外，于该电池的充电过程中，该降压运作用来取得输入至该电池的电源。此外，于该电池的放电过程中，该升压运作用来将该电池所储存的电能提供予一负载。
本发明于提供上述充/放电控制装置的同时，亦对应地提供一种将一微处理器用于充/放电控制的方法，其包含有下列步骤：利用该微处理器进行一电池的充/放电控制运作。尤其是，利用该微处理器进行该电池的充/放电控制运作的步骤包含：于进行该电池的充电控制运作时，利用该微处理器产生一第一脉冲调制控制信号，以控制一降压运作；以及于进行该电池的放电控制运作时，利用该微处理器产生一第二脉冲调制控制信号，以控制一升压运作。另外，于该电池的充电过程中，该降压运作用来取得输入至该电池的电源。此外，于该电池的放电过程中，该升压运作用来将该电池所储存的电能提供予一负载。
本发明的一实施例中提供一种充/放电控制装置，其包含有：一微处理器，用来进行一电池的放电控制运作，其中该微处理器于进行该电池的放电控制运作时产生一第二脉冲调制控制信号，以控制一升压运作。此外，于该电池的放电过程中，该升压运作用来将该电池所储存的电能提供予一负载。
本发明的好处之一是，上述的充/放电控制装置及将一微处理器用于充/放电控制的方法可避免元件数量过多的问题，并可缓和便携电子装置的制造商必须分别从许多不同类型的供应商取得各个元件的问题，且可减少编码、元件特性匹配、及/或逻辑上的错误等问题。另外，转嫁至终端使用者的相关成本可以对应地减少。
附图说明
图1为依据本发明一第一实施例的一种充/放电控制装置。
图2绘示图1所示的降压电路于一实施例中所涉及的实施细节。
图3绘示图1所示的升压电路于一实施例中所涉及的实施细节。
其中，附图标记说明如下：
110 降压电路
130 电池
140 升压电路
200 微处理器
C1，C4 电容
D1，D4 二极管
DC_100，DC_120，DC_130，DC_150 直流电源
L1，L4 电感
M1，M4 金属氧化物半导体场效应管
PWM_170，PWM_190 脉冲宽度调制控制信号
VIT_160 检测信号
具体实施方式
图1为依据本发明一第一实施例的一种充/放电控制装置。如图1所示，该充/放电控制装置包含一微处理器200。尤其是，本实施例的充/放电控制装置另包含一降压电路110与一升压电路140。微处理器200用来进行一电池130的充/放电控制运作。例如：微处理器200于进行电池130的充电控制运作时产生一第一脉冲调制(Pulse Modulation)控制信号诸如脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制信号PWM_190，以控制一降压运作。又例如：微处理器200于进行电池130的放电控制运作时产生一第二脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_170，以控制一升压运作。另外，于电池130的充电过程中，该降压运作用来取得输入至电池130的电源，其中该降压运作可包含降低并稳定输入电池130的电压。此外，于电池130的放电过程中，该升压运作用来将电池130所储存的电能提供予一负载，其中该升压运作可包含提升电池130所输出的电压以及将电池130所输出的电能转换为稳定的输出电流/电压。
于本实施例中，符号DC_100、DC_120、DC_130、DC_150均代表与电池130的充/放电相关的直流电源。降压电路110接收该第一脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_190，并依据该第一脉冲调制控制信号进行该降压运作。尤其是，降压电路110依据该第一脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_190，将输入至降压电路110的电源诸如直流电源DC_100调整为与电池130的充电状态相对应的稳压电源诸如直流电源DC_120，以供输入至电池130。另外，升压电路140接收该第二脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_170，并依据该第二脉冲调制控制信号进行该升压运作。尤其是，升压电路140依据该第二脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_170，将电池130所输出的电源诸如直流电源DC_130调整为与电池130的放电状态相对应的稳压电源诸如直流电源DC_150，以供输出至该负载。
依据本实施例，符号VIT_160代表至少一检测信号。于电池130的充电过程中，微处理器200检测电池130的至少一充电状态。尤其是，于电池130的充电过程中，检测信号VIT_160载有上述的至少一充电状态。微处理器200可依据上述的至少一充电状态产生该第一脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_190，以调整该降压运作提供予电池130的电流/电压。另外，于电池130的放电过程中，微处理器200检测电池130的至少一放电状态。尤其是，于电池130的放电过程中，检测信号VIT_160载有上述的至少一放电状态。微处理器200可依据上述的至少一放电状态产生该第二脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_170，以动态地调整该升压运作所产生的直流电源DC_150。
实作上，上述的至少一充电状态可包含电池130的电压状态、电流状态、及/或温度状态，且上述的至少一放电状态可包含电池130的电压状态、电流状态、及/或温度状态。例如：上述的至少一充电状态可包含电池130的电压状态、电流状态、以及温度状态。又例如：上述的至少一放电状态可包含电池130的电压状态、电流状态、以及温度状态。于本实施例中，一检测模块(未显示)可设置于电池130中，其中该检测模块可用来于电池130的充电过程中检测上述的至少一充电状态，且可用来于电池130的放电过程中检测上述的至少一放电状态。另外，该检测模块可包含一电阻，并可将该电阻的两个端子个别的电压输出至微处理器200；通过将该电阻的两个端子个别的电压之间的差值除以该电阻的电阻值，微处理器200可计算电池130于充电过程中的电流状态(即电池130的输入电流)或计算电池130于放电过程中的电流状态(即电池130的输出电流)。这只是为了说明的目的而已，并非对本发明的限制。依据本实施例的某些变化例，该检测模块可设置于电池130之外。例如：该检测模块可设置于电池130与微处理器200之间。
如以上所揭露，该第一脉冲调制控制信号可为脉冲宽度调制控制信号PWM_190，且该第二脉冲调制控制信号可为脉冲宽度调制控制信号PWM_170。这只是为了说明的目的而已，并非对本发明的限制。依据本实施例的一变化例，微处理器200可将该第一脉冲调制控制信号与该第二脉冲调制控制信号均控制成为脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，PFM)控制信号。
依据本实施例的某些变化例，该第二脉冲调制控制信号可为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。尤其是，基于该负载是否达到一预定门槛或落入一预定区间，微处理器200可适应性地(Adaptively)将该第二脉冲调制控制信号控制成为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。例如：当检测到该负载达到该预定门槛时，该负载可视为重负载，则微处理器200可适应性地将该第二脉冲调制控制信号控制成为脉冲宽度调制控制信号。又例如：当检测到该负载未达到该预定门槛时，该负载可视为轻负载，则微处理器200可适应性地将该第二脉冲调制控制信号控制成为脉冲频率调制控制信号。相仿地，该第一脉冲调制控制信号可为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。尤其是，微处理器200可适应性地将该第一脉冲调制控制信号控制成为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。
依据某些实施例，诸如该第一实施例及其某些变化例，一种将一微处理器诸如微处理器200用于充/放电控制的方法包含有下列步骤：利用该微处理器诸如微处理器200进行一电池诸如电池130的充/放电控制运作。尤其是，利用该微处理器进行该电池的充/放电控制运作的步骤包含：于进行该电池诸如电池130的充电控制运作时，利用该微处理器诸如微处理器200产生一第一脉冲调制控制信号诸如上述的第一脉冲调制控制信号，以控制一降压运作诸如上述的降压运作；以及于进行该电池诸如电池130的放电控制运作时，利用该微处理器诸如微处理器200产生一第二脉冲调制控制信号诸如上述的第二脉冲调制控制信号，以控制一升压运作诸如上述的升压运作。依据这些实施例，于该电池诸如电池130的充电过程中，该降压运作用来取得输入至该电池的电源；以及于该电池诸如电池130的放电过程中，该升压运作用来将该电池所储存的电能提供予一负载诸如上述的负载。针对上述将一微处理器诸如微处理器200用于充/放电控制的方法，各种运作的细节及变化均已揭露于该第一实施例及其变化例，故该些运作的细节及变化不再重复赘述。
如该第一实施例所揭露，微处理器200可于进行电池130的充电控制运作时产生该第一脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_190，以控制该降压运作。这只是为了说明的目的而已，并非对本发明的限制。依据该第一实施例的一变化例，该第一脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_190可由一降压芯片(Buck IC)来产生，其中本变化例的微处理器200可依据检测信号VIT_160控制该降压芯片的运作，并依据检测信号VIT_160产生该第二脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_170。本变化例与该第一实施例相仿之处不再重复赘述。
图2绘示图1所示的降压电路110于一实施例中所涉及的实施细节。依据不同的实施例，降压电路110可包含被动元件诸如电阻、电容、二极管、三极管等。如图2所示，本实施例的降压电路110包含一金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，可简称为「MOSFET」)M1，其栅极接收该第一脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_190。本实施例的降压电路110另包含二极管D1、电感L1、与电容C1。依据本实施例的一变化例，金属氧化物半导体场效应管M1可代换为一双极晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)。
图3绘示图1所示的升压电路140于一实施例中所涉及的实施细节。依据不同的实施例，升压电路140可包含被动元件诸如电阻、电容、二极管、三极管等。如图3所示，本实施例的升压电路140可包含二极管D4、电感L4、电容C4、与金属氧化物半导体场效应管M4。依据本实施例的一变化例，金属氧化物半导体场效应管M4可代换为一双极性接面晶体管。
综合以上所述，本发明于某些实施例中提供以微处理器控制电池充电、放电功能的方法，尤其是以单一颗微处理器依其可编程的特性，来控制电池充电、放电功能的方法。另外，降压电路由被动元件如电阻、电容、二极管、三极管等组成，而升压电路则由被动元件如电阻、电容、二极管、三极管等组成。实作上，上述的微处理器及其周边被动元件组成微处理器模块。
例如，电池充电时，降压电路接收自微处理器传送的脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号，并将其输入电源依此控制信号调整为与电池充电状态相对应的稳压电源，供应电池可靠的电力来源。电池放电时，升压电路负责接收自同一颗微处理器传送的脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号，并将其输出电源依此控制信号调整为与电池放电状态相对应的稳压电源，控制电池放电功能。在某些实施例中，微处理器负责检测电池状态信号，如于电池充电时，依电池充电状态，测量其电压或温度等状态信号，并根据此状态信号，调整及送出脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号至降压电路，以控制电池充电；电池放电时，仍以同一颗微处理负责检测电池放电状态，测量其电压或温度等状态信号，并根据此状态信号，发出脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号至升压电路，以控制电池放电。
本发明的重点在于依电池充电或放电特性的不同，由同一颗微处理器，以其可编程的特性，于电池充电时，提供降压电路控制信号(例如：该第一脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_190)，控制电池充电功能；于电池放电时，提供升压电路控制信号(例如：该第二脉冲调制控制信号诸如脉冲宽度调制控制信号PWM_170)，控制电池放电功能，可减少系统内芯片使用数目，简化电路设计，降低电源成本。本发明适用于各种充电系统，如移动电源、电池充电器、电动游乐器及笔记本电脑的电池系统装置。
本发明的好处之一是，上述的充/放电控制装置及将一微处理器用于充/放电控制的方法可避免元件数量过多的问题，并可缓和便携电子装置的制造商必须分别从许多不同类型的供应商取得各个元件的问题，且可减少编码、元件特性匹配、及/或逻辑上的错误等问题。另外，转嫁至终端使用者的相关成本可以对应地减少。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种充/放电控制装置，其特征是，包含有：
一微处理器，用来进行一电池的充/放电控制运作，其中该微处理器于进行该电池的充电控制运作时产生一第一脉冲调制控制信号，以控制一降压运作，以及该微处理器于进行该电池的放电控制运作时产生一第二脉冲调制控制信号，以控制一升压运作；
其中于该电池的充电过程中，该降压运作用来取得输入至该电池的电源；以及于该电池的放电过程中，该升压运作用来将该电池所储存的电能提供予一负载。
2.如权利要求1所述的充/放电控制装置，其特征是，另包含：
一降压电路，用来接收该第一脉冲调制控制信号，并依据该第一脉冲调制控制信号进行该降压运作，其中该降压电路依据该第一脉冲调制控制信号，将输入至该降压电路的电源调整为与该电池的充电状态相对应的稳压电源，以供输入至该电池。
3.如权利要求1所述的充/放电控制装置，其特征是，另包含：
一升压电路，用来接收该第二脉冲调制控制信号，并依据该第二脉冲调制控制信号进行该升压运作，其中该升压电路依据该第二脉冲调制控制信号，将该电池所输出的电源调整为与该电池的放电状态相对应的稳压电源，以供输出至该负载。
4.如权利要求1所述的充/放电控制装置，其特征是，于该电池的充电过程中，该微处理器检测该电池的至少一充电状态；该微处理器依据该至少一充电状态产生该第一脉冲调制控制信号，以调整该降压运作提供予该电池的电流/电压；以及该至少一充电状态包含该电池的电压状态、电流状态、及/或温度状态。
5.如权利要求1所述的充/放电控制装置，其特征是，于该电池的放电过程中，该微处理器检测该电池的至少一放电状态；该微处理器依据该至少一放电状态产生该第二脉冲调制控制信号，以调整该升压运作所产生的直流电源；以及该至少一放电状态包含该电池的电压状态、电流状态、及/或温度状态。
6.如权利要求1所述的充/放电控制装置，其特征是，该第二脉冲调制控制信号为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制(控制信号；以及基于该负载是否达到一预定门槛或落入一预定区间，该微处理器适应性地将该第二脉冲调制控制信号控制成为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。
7.如权利要求1所述的充/放电控制装置，其特征是，该第一脉冲调制控制信号为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号；以及该微处理器适应性地将该第一脉冲调制控制信号控制成为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。
8.如权利要求1所述的充/放电控制装置，其特征是，该降压运作包含降低并稳定输入该电池的电压；以及该升压运作包含提升该电池所输出的电压以及将该电池所输出的电能转换为稳定的输出电流/电压。
9.一种将一微处理器用于充/放电控制的方法，其特征是，包含有下列步骤：
利用该微处理器进行一电池的充/放电控制运作，其中利用该微处理器进行该电池的充/放电控制运作的步骤包含：
于进行该电池的充电控制运作时，利用该微处理器产生一第一脉冲调制控制信号，以控制一降压运作；以及
于进行该电池的放电控制运作时，利用该微处理器产生一第二脉冲调制控制信号，以控制一升压运作；
其中于该电池的充电过程中，该降压运作用来取得输入至该电池的电源；以及于该电池的放电过程中，该升压运作用来将该电池所储存的电能提供予一负载。
10.如权利要求9所述的方法，其特征是，另包含：
接收该第一脉冲调制控制信号；以及
依据该第一脉冲调制控制信号，将输入至该降压电路的电源调整为与该电池的充电状态相对应的稳压电源，以供输入至该电池。
11.如权利要求9所述的方法，其特征是，另包含：
接收该第二脉冲调制控制信号；以及
依据该第二脉冲调制控制信号，将该电池所输出的电源调整为与该电池的放电状态相对应的稳压电源，以供输出至该负载。
12.如权利要求9所述的方法，其特征是，另包含：
于该电池的充电过程中，利用该微处理器检测该电池的至少一充电状态；以及
利用该微处理器依据该至少一充电状态产生该第一脉冲调制控制信号，以调整该降压运作提供予该电池的电流/电压；
其中该至少一充电状态包含该电池的电压状态、电流状态、及/或温度状态。
13.如权利要求9所述的方法，其特征是，另包含：
于该电池的放电过程中，利用该微处理器检测该电池的至少一放电状态；以及
利用该微处理器依据该至少一放电状态产生该第二脉冲调制控制信号，以调整该升压运作所产生的直流电源；
其中该至少一充电状态包含该电池的电压状态、电流状态、及/或温度状态。
14.如权利要求9所述的方法，其特征是，该第二脉冲调制控制信号为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号；以及该方法另包含：
基于该负载是否达到一预定门槛或落入一预定区间，利用该微处理器适应性地将该第二脉冲调制控制信号控制成为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。
15.如权利要求9所述的方法，其特征是，该第一脉冲调制控制信号为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号；以及该方法另包含：
利用该微处理器适应性地将该第一脉冲调制控制信号控制成为脉冲宽度调制控制信号或脉冲频率调制控制信号。
16.如权利要求9所述的方法，其特征是，该降压运作包含降低并稳定输入该电池的电压；以及该升压运作包含提升该电池所输出的电压以及将该电池所输出的电能转换为稳定的输出电流/电压。
17.一种充/放电控制装置，其特征是，包含有：
一微处理器，用来进行一电池的放电控制运作，其中该微处理器于进行该电池的放电控制运作时产生一第二脉冲调制控制信号，以控制一升压运作；
其中于该电池的放电过程中，该升压运作用来将该电池所储存的电能提供予一负载。
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