CN103384071A - 电池充电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池充电电路，适用于对可充电电池充电。所述电池充电电路包括温度感测单元、电流控制单元以及充电单元。温度感测单元耦接于可充电电池的温度输出接脚，并根据可充电电池的温度输出温度信号。电流控制单元耦接温度感测单元，并依据温度信号输出控制电压。充电单元耦接于电流控制单元，根据控制电压输出充电电流至可充电电池充电。当可充电电池的温度超过预设温度范围时，充电单元停止输出充电电流。藉此，此电池充电电路可全面性地满足可充电电池的充电需求，进而提升可充电电池的充电效益。

Description

电池充电电路
技术领域
本发明有关于一种充电电路，且特别是一种可根据可充电电池的温度调整配置充电电流的电池充电电路。
背景技术
随着科技的发展，可携式电子装置，例如手机、笔记型电脑、数码相机、摄影机或MPS播放器等已广泛地使用于日常生活中。可携式电子装置为方便使用者携带，通常会配备充电电池，以供应电子装置所需电力。
充电电池为一种可重复进行充、放电的能量储存装置。进一步地说，可通过充电器来对充电电池进行充电。而充电电池的使用寿命取决于使用的材质、工作环境(例如环境温度)及使用时间等。在现有技术中，为了延长充电电池的使用寿命，通常会通过进行完整的充、放电程序、避免充电至电池容量或是限定充电的温度范围等方式。现有技术基于充电电池的使用寿命考量，于不同的电池温度下，一般会需要搭配不同充电电流，然而一般充电器的设计上，仅能选择一种充电电流来对充电电池充电，因此不能适时地依据充电电池的运作状态来进行配合，进而无法全面性的满足充电电池的充电需求，降低充电电池的充电效益，从而降低产品的竞争力。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种电池充电电路可主动检测电池的温度，并依据电池的温度调整配置适当的充电电流以对一可充电电池进行充电，藉此可保护电池并延长电池使用寿命，同时有效节省电池充电时间，增加充电效益。
本发明实施例提供一种电池充电电路，适用于对可充电电池充电。此电池充电电路包括温度感测单元、电流控制单元以及充电单元。温度感测单元耦接于可充电电池的一输出接脚，并根据可充电电池的温度输出温度信号。电流控制单元耦接温度感测单元，并依据温度信号输出控制电压。充电单元耦接于电流控制单元，并根据控制电压输出充电电流至可充电电池进行充电。当可充电电池的温度超过预设温度范围时，充电单元停止输出充电电流。
在本发明其中一个实施例中，上述预设温度范围的下限值为摄氏0度，而预设温度范围的上限值为摄氏60度。
在本发明其中一个实施例中，当可充电电池的温度大于预设温度范围的下限值时，所述充电单元根据可充电电池的温度逐步提高充电电流；当可充电电池的温度大于门槛值时，所述充电单元根据可充电电池的温度逐步降低充电电流；当可充电电池的温度大于预设温度范围的上限值时，所述充电单元停止输出充电电流，其中门槛值大于下限值并小于上限值。
在本发明其中一个实施例中，上述温度感测单元包括第一电阻以及缓冲器。第一电阻耦接电源端与温度输出接脚之间。缓冲器的正向输入端通过第二电阻耦接温度输出接脚。缓冲器的反向输入端耦接缓冲器的输出端，且缓冲器的输出端用以输出温度信号至电流控制单元。
在本发明其中一个实施例中，上述电流控制单元包括第一比较器、第一二极管、第二比较器、第二二极管、第三电阻以及第一功率晶体管。第一比较器的正向输入端耦接于下限参考电压，而第一比较器的反向输入端耦接于缓冲器的输出端。第一二极管的阳极耦接第一比较器的输出端。第二比较器的正向输入端耦接于缓冲器的输出端，而第二比较器的反向输入端耦接于上限参考电压。第二二极管的阳极耦接第二比较器的输出端。第三电阻的第一端耦接于电源端，且第三电阻的第二端耦接充电单元。第一功率晶体管的漏极耦接于第三电阻的第二端。第一功率晶体管的源极耦接接地端。第一功率晶体管的栅极分别耦接第一二极管的阴极与第二二极管的阴极。其中下限参考电压对应于预设温度范围的上限值，而上限参考电压对应于预设温度范围的下限值，并下限参考电压小于上限参考电压。
当温度信号的电压位准小于下限参考电压时，第一功率晶体管导通以停止充电单元输出充电电流。当温度信号的电压位准大于上限参考电压时，第一功率晶体管导通以停止充电单元输出充电电流。
在本发明其中一个实施例中，上述充电单元包括充电晶片，且充电晶片接收控制电压，并对应输出充电电流，以对可充电电池充电。
在本发明其中一个实施例中，上述电流控制单元可由可程序化微处理控制器来实现。
综上所述，本发明实施例所提供的电池充电电路，此电池充电电路可主动依据可充电电池的温度，即时地调整配置适当的充电电流，有效地对可充电电池进行充电。所述电池充电电路并可于可充电电池的温度超出预设温度范围，适时地停止对可充电电池充电。据此，所述电池充电电路可有效地保护可充电电池，且同时可全面性地配合可充电电池的充电需求，进而提高可充电电池的充电效率，延长可充电电池充电的使用寿命。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
附图说明
图1是本发明第一实施例提供的电池充电电路的功能方块图。
图2是本发明第一实施例提供的电池充电电路的电路示意图。
图3是本发明第一实施例提供的可充电电池温度、热敏电阻值以及温度信号之间的相对关系的曲线示意图。
图4是本发明第一实施例提供的电池充电电路的电路运作波形示意图。
图5是本发明第二实施例提供的电池充电电路的电路示意图。
附图标号：
10：可充电电池
20、40：电池充电电路
210、410：温度感测单元
220、420：电流控制单元
230：充电单元
231：充电晶片
421：微处理控制器
R1~R11：电阻
D1~D4：二极管
R_TS：热敏电阻
Q1~Q6：功率晶体管
BUF1:缓冲器
COMP1~COMP6：比较器
VCC：电源端
Vref_min、Vref_max、Vref1~Vref_4：参考电压
TS：温度信号
Vc：控制电压
GND：接地端
ISET：充电晶片的电流控制接脚
C10、C20、C30、C40：曲线
具体实施方式
〔第一实施例〕
请参照图1，图1绘示本发明第一实施例提供的电池充电电路的功能方块图。电池充电电路20耦接于可充电电池10，用以依据可充电电池10的温度，对应产生适当的充电电流，以对可充电电池10进行充电。可充电电池10用以储存电力。于此实施例中，可充电电池10可为单一充电电池，例如锂离子电池(Lithium-Ion)、镍镉电池(Ni-Cd)、镍氢电池(Ni-MH)或是由多个充电电池组成的充电电池组(rechargeable battery pack)，是依据实际应用的电子装置至种类而定，本实施例并不限制。
此外，可充电电池10内设有热敏电阻(Thermistor)(未绘示于图1)，所述热敏电阻可用以感测可充电电池10的温度。进一步地说，热敏电阻依据可充电电池10的温度改变其电阻值。热敏电阻可具有负温度系数(negativetemperature coefficient，NTC)或正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)。具有负温度系数的热敏电阻的电阻值与温度成反比，而具有正温度系数的热敏电阻的电阻值则与温度成正比。于本实施例中是以具有负温度系数的热敏电阻来实现，但本实施例并不限制。
电池充电电路20包括温度感测单元210、电流控制单元220以及充电单元230。温度感测单元210耦接于可充电电池10的温度输出接脚，并根据可充电电池10的温度输出温度信号TS。电流控制单元220耦接温度感测单元210，并依据温度信号TS对应输出控制电压Vc。充电单元230耦接于电流控制单元220与可充电电池10。充电单元230并根据控制电压Vc输出充电电流至可充电电池10进行充电。其中，当可充电电池10的温度超过预设温度范围时，充电单元230停止输出充电电流，以停止对可充电电池10充电，藉以保护可充电电池10，延长可充电电池10的使用寿命。
上述可充电电池10的预设温度范围可以是依据可充电电池10的种类或实际充电条件来设置。于此实施例中，所述预设温度范围的下限值可为摄氏0度，而预设温度范围的上限值可为摄氏60度。从而，当可充电电池10的温度小于摄氏0度或大于摄氏60度时，充电单元230随即停止输出充电电流，以停止对可充电电池10充电。
进一步地说，当温度感测单元210感测可充电电池10的温度大于摄氏0度时，电流控制单元220会驱动充电单元230根据可充电电池10的温度，逐步提高充电电流的电流值。接着，当温度感测单元210感测可充电电池10的温度大于预设的门槛值时，电流控制单元220会驱动充电单元230根据可充电电池10的温度，逐步降低充电电流的电流值。所述的门槛值是大于摄氏0度，且小于摄氏60度。换言之，所述的门槛值是介于摄氏0度至摄氏60度之间，并可依据实际充电需求来设置，例如为摄氏30度。但本实施例并不以此为限。
附带一提的是，充电电流的电流值大小是充电单元230依据可充电电池10的电容量来进行定义，并且于此实施例中是以C(capacity)作为充电电流的衡量单位。举例来说，若可充电电池10的电容量为600毫安培/时(mAh)，即若充电电流为600毫安培(mA)，此可充电电池10仅需1小时即可被充至饱和，而C则为600毫安培。也就是说，当充电单元230输出具1C电流值的充电电流，即是以600毫安培对可充电电池10进行充电；若充电单元230依据可充电电池10的温度输出具0.5C电流值的充电电流，即便是以300毫安培(mA)对可充电电池10进行充电，以此类推。
以下举电池充电电路20的一实际电路架构来做电池充电电路20电路的运作方式说明。请参照图2，图2绘示本发明第一实施例提供的电池充电电路20的电路示意图。于本实施例中，温度感测单元210包括电阻R1、R2以及缓冲器BUF1；电流控制单元220包括多个比较器COMP1~COMP6、多个电阻R3~R9、多个功率半导体Q1~Q6以及二极管D1~D4；充电单元230包括一充电晶片231。
于本实施例中，功率晶体管Q1~Q6可以是由NMOS功率金氧化半导体场效晶体管来实现，当然本发明并不以此为限，于本发明所属技术领域技术人员可自由选择适当的功率晶体管Q1~Q6的类型或规格。
具体地说，可充电电池10内可设有上述的具负温度系数的热敏电阻R_TS。热敏电阻R_TS的第一端耦接可充电电池10的温度输出接脚，而热敏电阻R_TS的第二端耦接接地端GND。热敏电阻R_TS会依据可充电电池10的温度，改变其电阻值，且热敏电阻R_TS的电阻值与可充电电池10的温度成反比。换言之，当可充电电池10的温度越高，热敏电阻R_TS的电阻值越低。
接者，电阻R1的第一端耦接电源端VCC，其中电源端VCC的电压可例如为3.3伏特(V)。电阻R1的第二端耦接于可充电电池10的温度输出接脚。据此，电阻R1与热敏电阻R_TS形成分压电路。于本实施例中，电阻R1可设定为具固定电阻值，例如10千欧姆(KΩ)。进一步地说，电阻R1与热敏电阻R_TS的分压电路可依据热敏电阻R_TS的电阻变化，于电阻R1的第二端产生对应的电压。
电阻R2的第一端耦接电阻R1的第二端。电阻R2的第一端亦耦接于可充电电池10的温度输出接脚。于此实施例中，缓冲器BUF1是由一运算放大器来实现，但本发明并不限制缓冲器BUF1的类型。缓冲器BUF1的正向输入端(non-inverting terminal)耦接电阻R2的第二端。据此，电阻R2可用以避免电源端VCC的电流流入缓冲器BUF1的正向输入端。缓冲器BUF1的反向输入端(inverting terminal)耦接缓冲器BUF1的输出端。简单来说，缓冲器BUF1可用以接收由电阻R1与热敏电阻R_TS之间的接点所产生的电压，并对应产生温度信号TS。换言之，温度信号TS的电压位准是对应于电阻R1与热敏电阻R_TS之间接点的电压位准。
请参照图3，图3绘示是本发明第一实施例提供的可充电电池温度、热敏电阻值以及温度信号之间的相对关系的曲线示意图。曲线C10(以实线表示)用以表示可充电电池温度与热敏电阻值之间的关系。曲线C20(以虚线表示)则用以表示可充电电池温度与温度信号电压之间的关系。值的一提的是，曲线C10与C20是参照选定的热敏电阻R_TS规格表中感测温度与电阻值的相对值以及热敏电阻R_TS与电阻R1形成的分压电路来产生的，其中电阻R1的电阻值是设定为10千欧姆(KΩ)。可充电电池10的预设温度范围如先前所述为摄氏0度至摄氏60度之间。如曲线C10所示，热敏电阻R_TS的电阻值会随者可充电电池10的温度的升高而逐渐降低，同一时间，如曲线C20所示，温度信号TS的电压位准也会随者可充电电池10的温度的升高而逐渐降低。从而，温度信号TS的电压位准可用以判断可充电电池10的温度变化。
请复参考图2，进一步地说，当缓冲器BUF1输出温度信号TS至电流控制单元220时，电流控制单元220随即可依据温度信号TS的电压位准对应输出控制电压Vc，以控制充电单元230中充电晶片231输出的充电电流量。更进一步地说，电流控制单元220内的比较器COMP1~COMP6会分别比较温度信号TS的电压位准，以判断可充电电池10的温度。值得一提的是，比较器COMP1~COMP6分别可例如由运算放大器(operational amplifier)来实现，但本发明并不限制比较器COMP1~COMP6的类型与实体架构。
具体地说，比较器COMP1的正向输入端耦接下限参考电压Vref_min。比较器COMP1的反向输入端耦接缓冲器BUF1的输出端。比较器COMP1的输出端耦接二极管D1的阳极。比较器COMP2的正向输入端耦接缓冲器BUF1的输出端。比较器COMP2的反向输入端耦接上限参考电压Vref_max。比较器COMP2的输出端耦接二极管D2的阳极。
电阻R3的第一端耦接电源端VCC，而电阻R3的第二端耦接充电晶片231的电流控制接脚ISET。功率晶体管Q1的漏极(drain)耦接电阻R3的第二端。功率晶体管Q1的源极(source)耦接接地端GND。功率晶体管Q1的栅极(gate)耦接功率晶体管Q1的源极。另外，功率晶体管Q1的栅极更耦接二极管D1的阴极及二极管D2的阴极。据此，比较器COMP1、COMP2可控制功率晶体管Q1的导通与截止运作，进而驱动充电晶片231的运作。
更进一步地说，所述下限参考电压Vref_min与上限参考电压Vref_max分别是参照图3的曲线C20来设置，以界定预设温度范围。例如下限参考电压Vref_min可以是依据预设温度范围的上限值(即摄氏60度)所对应的电压值(如0.77伏特)而设定。上限参考电压Vref_max可以是依据预设温度范围的下限值(即摄氏0度)所对应的电压值(如2.41伏特)而设定。其中，下限参考电压Vref_min小于上限参考电压Vref_max。
当温度信号TS的电压位准小于下限参考电压Vref_min时，亦即当可充电电池10的温度高大于摄氏60度时，比较器COMP1会输出高电压位准信号经由二极管D1至功率晶体管Q1的栅极，导通功率晶体管Q1，以使充电晶片231停止输出充电电流。换言之，当功率晶体管Q1导通时，会于电阻R3的第二端输出零电压位准的控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，停止充电晶片231输出充电电流至可充电电池10。于此同时，因温度信号TS的电压位准小于下限参考电压Vref_min，亦即小于上限参考电压Vref_max，因此比较器COMP2会输出低电压位准信号，使得二极管D2因处于逆向偏压而形成开路，从而不会影响功率晶体管Q1的运作。
同样地，当温度信号TS的电压位准大于上限参考电压Vref_max时，亦即当可充电电池10的温度小于摄氏0度时，比较器COMP2会输出高电压位准信号经由二极管D2至功率晶体管Q1的栅极，导通功率晶体管Q1，以使充电晶片231停止输出充电电流。而于此同时，因温度信号TS的电压位准并不小于下限参考电压Vref_min，因此此时比较器COMP1会输出低电压位准信号，使二极管D1因处于逆向偏压而形成开路，从而不会影响功率晶体管Q1的运作。
换句话说，比较器COMP1与比较器COMP2可分别是用以界定预设温度范围的上限值(摄氏60度)与下限值(摄氏0度)，并于温度信号TS超出预设温度范围时，停止充电晶片231输出充电电流，进而停止对可充电电池10充电。藉此保护可充电电池10，避免于极限温度时进行充电，从而可延长可充电电池10的使用寿命。
接着，比较器COMP3~COMP6分别用以界定于预设温度范围内，不同的可充电电池10的温度，所需的充电电流。例如当可充电电池10的温度过高或过低时，使用较小C数的充电电流来对可充电电池10进行充电，以保护可充电电池10；当可充电电池10的温度正常时，使用较大C数的充电电流来对可充电电池10进行充电，以节省可充电电池10的充电时间。
更具体来说，比较器COMP3的正向输入端耦接缓冲器BUF1的输出端。比较器COMP3的反向输入端耦接第一参考电压Vref_1。电阻R4的第一端耦接比较器COMP3的输出端。二极管D3的阳极耦接电阻R4的第二端。二极管D3的阴极耦接于功率晶体管Q3的栅极及功率晶体管Q5的栅极。比较器COMP4的正向输入端耦接缓冲器BUF1的输出端。比较器COMP4的反向输入端耦接第二参考电压Vref_2。电阻R6的第一端耦接比较器COMP4的输出端。比较器COMP5的正向输入端耦接缓冲器BUF1的输出端。比较器COMP5的反向输入端耦接第三参考电压Vref_3。电阻R8的第一端耦接比较器COMP5的输出端。电阻R8的第二端耦接比较器二极管D4的阳极。二极管D4的阴极耦接功率晶体管Q3的栅极及功率晶体管Q5的栅极。比较器COMP6的正向输入端耦接缓冲器BUF1的输出端。比较器COMP6的反向输入端耦接第四参考电压Vref_4。其中，第一参考电压Vref_1大于或等于下限参考电压Vref_min，且小于第二参考电压Vref_2。第二参考电压Vref_2小于第三参考电压Vref_3。第三参考电压Vref_3小于第四参考电压Vref_4，而第四参考电压Vref_4小于上限参考电压Vref_max。
功率晶体管Q2的漏极耦接比较器COMP3的输出端，其中功率晶体管Q2的漏极亦耦接电阻R4的第一端。功率晶体管Q2的源极耦接接地端GND。功率晶体管Q2的栅极耦接比较器COMP4的输出端。功率晶体管Q2的栅极另耦接功率晶体管Q2的源极。
功率晶体管Q3的漏极耦接电阻R6的第二端。同时，功率晶体管Q3的漏极并耦接于功率晶体管Q4的栅极。功率晶体管Q3的源极耦接接地端GND。功率晶体管Q3的栅极耦接二极管D3的阴极及二极管D4的阴极。功率晶体管Q3的栅极另耦接功率晶体管Q3的源极。电阻R5的第一端耦接电阻R3的第二端。也就是说，电阻R5的第一端耦接充电晶片231的电流控制接脚ISET。电阻R5的第二端耦接功率晶体管Q4的漏极。功率晶体管Q4的源极耦接接地端GND。功率晶体管Q4的栅极耦接于电阻R6的第二端与功率晶体管Q3的漏极。功率晶体管Q4的栅极另耦接功率晶体管Q4的源极。
电阻R7的第一端耦接电阻R3的第二端。也就是说，电阻R7的第一端耦接充电晶片231的电流控制接脚ISET。电阻R7的第二端耦接功率晶体管Q5的漏极。功率晶体管Q5的源极耦接接地端GND。功率晶体管Q5的栅极耦接于二极管D3的阴极及二极管D4的阴极。功率晶体管Q5的栅极另耦接功率晶体管Q5的源极。
电阻R9的第一端耦接电阻R3的第二端。也就是说，电阻R9的第一端耦接充电晶片231的电流控制接脚ISET。电阻R9的第二端耦接功率晶体管Q6的漏极。功率晶体管Q6的源极耦接接地端GND。功率晶体管Q6的栅极耦接于比较器COMP6的输出端。功率晶体管Q6的栅极另耦接功率晶体管Q6的源极。
更详细地说，当温度信号TS的电压位准大于第一参考电压Vref_1且小于第二参考电压Vref_2时，比较器COMP3输出高电压位准信号经由电阻R4与二极管D3分别至功率晶体管Q3的栅极与功率晶体管Q5的栅极，以同步导通功率晶体管Q3与功率晶体管Q5。此时，比较器COMP5因温度信号TS小于第三参考电压Vref_3而输出低电压位准信号，使得二极管D4处于逆向偏压，进而形开路而不会影响功率晶体管Q3与功率晶体管Q5的运作。同时，当功率晶体管Q3与功率晶体管Q5导通时，会使电阻R3与电阻R7串联形成分压电路，并于电阻R3的第二端输出控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，以驱动充电晶片231输出第一预设充电电流。
当温度信号TS的电压位准大于第二参考电压Vref_2且小于第三参考电压Vref_3时，比较器COMP4输出高电压位准信号，导通功率晶体管Q2，以下拉功率晶体管Q3、Q5的栅极电压，以截止功率晶体管Q3、Q5的运作。同时，比较器COMP4导通功率晶体管Q4，使电阻R3与电阻R5串联形成分压电路，并于电阻R3的第二端输出控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，以驱动充电晶片231输出第二预设充电电流。
当温度信号TS的电压位准大于第三参考电压Vref_3且小于第四参考电压Vref_4时，比较器COMP5输出高电压位准信号，经由电阻R8、二极管D4输出至功率晶体管Q3、Q5的栅极，导通功率晶体管Q3、Q5。此时，比较器COMP4仍然导通功率晶体管Q2与功率晶体管Q4，进而下拉比较器COMP3的输出端电压，使得二极管D3处于逆向偏压，进而COMP3的输出端电压不会影响功率晶体管Q3与功率晶体管Q5的运作。此外，当功率晶体管Q3与功率晶体管Q5导通时，功率晶体管Q3下拉功率晶体管Q4栅极端的电压，从而截止功率晶体管Q4的运作，使电阻R3仅与电阻R7串联形成分压电路，并于电阻R3的第二端输出控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，以驱动充电晶片231输出第一预设充电电流。
当温度信号TS的电压位准大于第四参考电压Vref_4且小于上限参考电压Vref_max时，比较器COMP6输出高电压位准信号导通功率晶体管Q6，使电阻R9与电阻R7相并联。电阻R9与电阻R7的并联电路再与电阻R3串联形成分压电路，并于电阻R3的第二端输出控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，以驱动充电晶片231输出第三预设充电电流。
值得注意的是，所述第三预设充电电流小于第一预设充电电流，而第一预设充电电流小于第二预设充电电流。所需控制电压Vc的电压位准可依据电阻R3的电阻值，藉由设置电阻R5、R7、R9的电阻值来产生。充电晶片231可依据控制电压Vc的电压位准来输出第一预设充电电流、第二预设充电电流以及第三预设充电电流，以满足可充电电池于不同温度的充电需求，以提升充电效益。
于实务上，电阻R4、R6、R8的电阻值可依据实际电路运作需求而设置，例如为10千欧姆的电阻。所述比较器COMP1~COMP6所输出的高、低电压位准信号会依据比较器COMP1~COMP6的正、负电源端的供应电压而设定。比较器COMP1~COMP6所输出的高电压位准信号应大于功率晶体管Q1~Q6的导通电压，藉以控制功率晶体管Q1~Q6的导通运作。要说明的是，本发明技术领域技术人员应可推知比较器COMP1~COMP6输出的高、低电压位准信号的设定与实施方式，故在此不再赘述。
实际实施时，所述第一参考电压Vref_1、第二参考电压Vref_2、第三参考电压Vref_3以及第四参考电压Vref_4分别可参考图3中曲线C20来设置，以界定不同充电温度等级。从而，可依据不同充电温度范围，控制充电晶片231输出对应适当的充电电流，提升充电效益。于本实施例中，可将摄氏45度到摄氏60度作为第一高温范围，并使用第一预设充电电流，例如0.5C；摄氏23度到摄氏45度作为正常温度范围，并使用第二预设充电电流，例如0.7C；摄氏14度到摄氏23度作为第一低温范围，并使用第一预设充电电流(即0.5C)；摄氏0度到摄氏14度作为第二低温范围，并使用第三预设充电电流，例如0.15C。
举例来说，第一参考电压Vref_1可例如设定为0.77伏特，亦即对应第一高温范围的上限值(即摄氏60度)。第二参考电压Vref_2可被设定为1.09伏特，对应正常温度范围的上限值(即摄氏45度)。第三参考电压Vref_3可被设定为1.71伏特，对应第二低温范围的上限值(即摄氏23度)。第四参考电压Vref_4可被设定为2伏特，对应第一低温范围的上限值(即摄氏14度)。
如前述，控制电压Vc的电压位准可通过设置R5、R7、R9的电阻值来进行配置。控制电压Vc的一种设定方式可为，将对应第三预设充电电流的控制电压Vc的电压位准设为0.132伏特；对应第一预设充电电流的控制电压Vc的电压位准设为0.44伏特，对应第二预设充电电流的控制电压Vc设为0.616伏特。但控制电压Vc可依据电池充电电路20的实际运作需求而设置，本实施例并不以此为限。
具体来说，请参照图4并同时参照图2，图4绘示本发明第一实施例提供的电池充电电路的电路运作波形示意图。曲线C30表示于上述电池充电电路20中控制电压Vc的电压位准与温度之间的关系。曲线C40表示上述电池充电电路20中充电电流值与温度之间的关系。
如曲线C30及C40所示，当可充电电池10的温度大于摄氏60度或小于摄氏0度时，电流控制单元20可输出零电压位准的控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，从而使充电晶片231停止输出充电电流至可充电电池10。
当可充电电池10的温度是介于摄氏0度至摄氏14度之间时，可充电电池10是介于第一低温范围内，电流控制单元20则会输出0.132伏特的控制电压Vc的至充电晶片231的电流控制接脚ISET，从而驱动充电晶片231输出0.15C安培的充电电流(第三预设充电电流)对可充电电池10充电。
当可充电电池10的温度是介于摄氏14度至摄氏23度之间时，可充电电池10是介于第二低温范围内，电流控制单元20会输出的0.44伏特的控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，从而使充电晶片231输出0.5C安培的充电电流(第一预设充电电流)对可充电电池10充电。
当可充电电池10的温度是介于摄氏23度至摄氏45度之间时，可充电电池10是介于正常温度范围内，电流控制单元20输出0.616伏特的控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，从而使充电晶片231以0.7C安培的充电电流(第二预设充电电流)对可充电电池10充电。
当可充电电池10的温度是介于摄氏45度至摄氏60度之间时，可充电电池10是介于第一高温范围内，电流控制单元20输出0.44伏特控制电压Vc至充电晶片231的电流控制接脚ISET，从而使充电晶片231以0.5C安培的充电电流(第一预设充电电流)对可充电电池10充电。
换句话说，当可充电电池10的温度大于摄氏0度时，电流控制单元220可根据可充电电池10的温度逐步提高控制电压Vc的电压位准，控制充电晶片331逐步提高充电电流的电流值。接着，当可充电电池10的温度大于预设的门槛值，例如摄氏45度时，电流控制单元220降低控制电压Vc的电压位准，以控制充电晶片331逐步降低充电电流的电流值。上述的电池充电电路20于预设温度范围内的运作方式还可被整合于下表：
Figure BDA00001614551400151
据此，所述的电池充电电路20可依据可充电电池10的温度变化，分段式调整配置适当充电电流大小，藉以有效地保护可充电电池10，同时节省相对应的充电时间。
值得一提的是，于实务上，上述上限参考电压Vref_max、下限参考电压Vref_min、第一参考电压Vref_1~第四参考电压Vref_4分别可通过设置电阻分压电路或是电压恒定元件，例如齐纳二极管来实施。上述的控制电压Vc与对应的充电电流的相对关系以及充电电流的大小可通过对充电晶片231的设计来实现，本实施例并不限制。同样地，实际预设温度范围可依据可充电电池10的种类与实体架构来设定，而充电电流的分段方法亦可依据实际充电需求来设定。此外，于实务上，上述上限参考电压Vref_max、下限参考电压Vref_min、第一参考电压Vref_1~第四参考电压Vref_4分别可依据热敏电阻的规格以及电池充电电路20的实际实施方式来设定，如前述图3仅为对应一热敏电阻的规格，且用以作为电池充电电路20的运作说明，并非用以限定本发明。同理，图4仅为本发明实施例提供驱动电路的运作波形示意图，并非用以限定本发明。
要说明的是，本发明并不限定可充电电池10、温度感测单元210、电流控制单元220以及充电单元230的种类、实体架构、实施方式及/或连接方式。
〔第二实施例〕
上述第一实施例中的温度感测单元210以及电流控制单元220可由不同方式实施，请参照图5，其绘示本发明第二实施例的电池充电电路示意图。于本实施例中，电池充电电路40耦接可充电电池10，并可依据可充电电池10的温度，对应输出适当的充电电流来对可充电电池10充电。电池充电电路40可于可充电电池10的温度超过预设温度范围(例如摄氏0度至摄氏60度)时，停止对可充电电池10充电，藉此以保护可充电电池10，延长可充电电池10的使用寿命。
图5与图2的差异处在于电池充电电路40的电路架构。于本实施例中，电池充电电路40的温度感测单元410包括电阻R10、R11；电池充电电路40的电流控制单元420包括可程序化微处理控制器(programmable microcontroller)421。
可充电电池10内设有负温度系数的热敏电阻R_TS，热敏电阻R_TS耦接于可充电电池10的温度输出接脚与接地端GND之间。电阻R10的第一端耦接电源端VCC。电阻R10的第二端耦接可充电电池10的温度输出接脚。电阻R11的第一端耦接可充电电池10的温度输出接脚，而电阻R11的第二端耦接接地端GND。电阻R11与热敏电阻R TS相并联，再与电阻R10串联。据此，温度感测单元410可依据热敏电阻R TS的变化于电阻R10的第二端对应产生温度信号TS输入可程序化微处理控制器421。电阻R11可用以限定流入可程序化微处理控制器421接脚的电流。
更进一步地说，电阻R10的第二端可耦接于可程序化微处理控制器421例如通过可程序化微处理控制器421的通用输入接脚(General Purpose Input，GPI)，以输入温度信号TS至可程序化微处理控制器421。可程序化微处理控制器421亦可例如通过通用输出接脚(General Purpose Output，GPO)耦接于充电晶片231的电流控制接脚ISET，以输出对应的控制电压Vc至充电晶片231，进而控制充电晶片231输出的充电电流。简单来说，可程序化微处理控制器421可通过软件程序设计方式建立前述的温度信号TS比较方式，进而可依据可充电电池10温度的变化对应输出控制电压Vc驱动充电晶片231产生相应的充电电流以对可充电电池10进行充电。据此，可程序化微处理控制器421可用以实现第一实施例中比较器、电阻、二极管以及功率晶体管的硬体电路组合的电流控制单元220，以节省电池充电电路40所需面积。
值得一提的是，电池充电电路40的其他电路架构类似于图2的电池充电电路20，且本发明技术领域技术人员应可上述说明推知过电池充电电路40的运作以及实际操作方式，故在此不再赘述。要说明的是，图5仅为本发明实施例提供电池充电电路的示意图，并非用以限定本发明。同样地，本发明亦不限定电池充电电路40、温度感测单元410、电流控制单元420、充电单元230的种类、实体架构、实施方式及/或连接方式。
〔实施例的可能功效〕
综上所述，本发明实施例所提供的电池充电电路，此电池充电电路可主动依据可充电电池的温度，即时的调整配置适当的充电电流，有效地对可充电电池进行充电，藉以，节省可充电电池的充电时间，进而提高可充电电池的充电效率。所述电池充电电路并可于可充电电池的温度超出预设温度范围，适时地停止对可充电电池充电，藉以有效地保护可充电电池，提高可充电电池的充电效率，进而延长可充电电池的使用寿命。
此外，电池充电电路可依据可充电电池的种类来配置对应的电路架构，以设置对应的预设温度范围以及相应的充电电流大小，例如通过比较器、电阻与功率晶体管组合电路，或是利用可程序化微处理控制器来实现，藉以增加电池充电电路的实用性。
以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (10)

1.一种电池充电电路，适用于对一可充电电池充电，其特征在于，所述电池充电电路包括：
一温度感测单元，耦接于所述可充电电池的一温度输出接脚，根据所述可充电电池的温度输出一温度信号；
一电流控制单元，耦接所述温度感测单元，并依据所述温度信号输出一控制电压；以及
一充电单元，耦接于所述电流控制单元，根据所述控制电压输出一充电电流至所述可充电电池充电；
其中，当所述可充电电池的温度超过一预设温度范围时，所述充电单元停止输出所述充电电流。
2.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，所述预设温度范围的一下限值为摄氏0度，所述预设温度范围的一上限值为摄氏60度。
3.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，当所述可充电电池的温度大于所述预设温度范围的一下限值时，所述充电单元根据所述可充电电池的温度逐步提高所述充电电流；当可充电电池的温度大于一门槛值时，所述充电单元根据所述可充电电池的温度逐步降低所述充电电流；当可充电电池的温度大于所述预设温度范围的一上限值时，所述充电单元停止输出所述充电电流，其中所述门槛值大于所述下限值并小于所述上限值。
4.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，所述温度感测单元包括：
一第一电阻，耦接一电源端与所述温度输出接脚之间；以及
一缓冲器，所述缓冲器的正向输入端通过一第二电阻耦接所述温度输出接脚，所述缓冲器的反向输入端耦接所述缓冲器的输出端，且所述缓冲器的输出端用以输出所述温度信号至所述电流控制单元。
5.如权利要求4所述的电池充电电路，其特征在于，所述电流控制单元包括：
一第一比较器，所述第一比较器的正向输入端耦接于一下限参考电压，所述第一比较器的反向输入端耦接于所述缓冲器的输出端；
一第一二极管，其阳极耦接所述第一比较器的输出端；
一第二比较器，所述第二比较器的正向输入端耦接于所述缓冲器的输出端，所述第二比较器的反向输入端耦接于一上限参考电压；
一第二二极管，其阳极耦接所述第二比较器的输出端；
一第三电阻，其第一端耦接于所述电源端，且所述第三电阻的第二端耦接所述充电单元；以及
一第一功率晶体管，所述第一功率晶体管的漏极耦接于所述第三电阻的第二端，所述第一功率晶体管的源极耦接一接地端，所述第一功率晶体管的栅极耦接所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极；
其中所述下限参考电压对应于所述预设温度范围的一上限值，所述上限参考电压对应于所述预设温度范围的一下限值，并所述下限参考电压小于所述上限参考电压；当所述温度信号的电压位准小于所述下限参考电压时，所述第一功率晶体管导通以停止所述充电单元输出所述充电电流；当所述温度信号的电压位准大于所述上限参考电压时，所述第一功率晶体管导通以停止所述充电单元输出所述充电电流。
6.如权利要求5所述的电池充电电路，其特征在于，所述电流控制单元还包括：
一第三比较器，所述第三比较器的正向输入端耦接于所述缓冲器的输出端，所述第三比较器的反向输入端耦接于一第一参考电压；
一第四电阻，其第一端耦接所述第三比较器的输出端；
一第三二极管，其阳极耦接所述第四电阻的第二端；
一第四比较器，所述第四比较器的正向输入端耦接于所述缓冲器的输出端，所述第四比较器的反向输入端耦接于一第二参考电压；
一第六电阻，其第一端耦接所述第四比较器的输出端；
一第五比较器，所述第五比较器的正向输入端耦接于所述缓冲器的输出端，所述第五比较器的反向输入端耦接于一第三参考电压；
一第八电阻，其第一端耦接所述第五比较器的输出端；
一第四二极管，其阳极耦接所述第八电阻的第二端；
一第六比较器，所述第六比较器的正向输入端耦接于所述缓冲器的输出端，所述第六比较器的反向输入端耦接于一第四参考电压；
一第二功率晶体管，所述第二功率晶体管的漏极耦接所述第三比较器的输出端，所述第二功率晶体管的源极耦接所述接地端，所述第二功率晶体管的栅极耦接所述第四比较器的输出端；
一第三功率晶体管，所述第三功率晶体管的漏极耦接所述第六电阻的第二端，所述第三功率晶体管的源极耦接所述接地端，所述第三功率晶体管的栅极耦接所述第三二极管的阴极与所述第四二极管的阴极；
一第五电阻，其第一端耦接所述第三电阻的第二端；
一第四功率晶体管，所述第四功率晶体管的漏极耦接所述第五电阻的第二端，所述第四功率晶体管的源极耦接所述接地端，所述第四功率晶体管的栅极耦接所述第六电阻的第二端及所述第三功率晶体管的漏极；
一第七电阻，其第一端耦接所述第三电阻的第二端；
一第五功率晶体管，所述第五功率晶体管的漏极耦接所述第七电阻的第二端，所述第五功率晶体管的源极耦接所述接地端，所述第五功率晶体管的栅极耦接所述第三二极管的阴极与所述第四二极管的阴极；
一第九电阻，其第一端耦接所述第三电阻的第二端；以及
一第六功率晶体管，所述第六功率晶体管的漏极耦接所述第九电阻的第二端，所述第六功率晶体管的源极耦接所述接地端，所述第六功率晶体管的栅极耦接所述第六比较器的输出端；
其中所述第一参考电压等于所述下限参考电压且所述第一参考电压小于所述第二参考电压，所述第二参考电压小于所述第三参考电压，所述第三参考电压小于所述第四参考电压，而所述第四参考电压小于所述上限参考电压。
7.如权利要求6所述的电池充电电路，其特征在于，当所述温度信号大于所述第一参考电压，所述第三功率晶体管与所述第五功率晶体管同步导通，使所述第七电阻与所述第三电阻形成串联，并依据所述电源端的电压于所述第三电阻的第二端输出所述控制信号至所述充电单元，以输出具一第一预设充电电流值的所述充电电流；当所述温度信号大于所述第二参考电压，导通所述第二功率晶体管与所述第四功率晶体管，以同时截止所述第三功率晶体管与所述第五功率晶体管，使所述第五电阻与所述第三电阻形成串联，并依据所述电源端的电压于所述第三电阻的第二端输出所述控制信号至所述充电单元，以输出具一第二预设充电电流值的所述充电电流；当所述温度信号大于所述第三参考电压，导通所述第三功率晶体管与所述第五功率晶体管，并截止所述第四功率晶体管，使所述第七电阻与所述第三电阻形成串联，并依据所述电源端的电压于所述第三电阻的第二端输出所述控制信号至所述充电单元，以输出具所述第一预设充电电流值的所述充电电流；当所述温度信号大于所述第四参考电压，导通所述第六功率晶体管，使所述第七电阻与所述第九电阻形成并联，并所述七电阻与所述第九电阻的并联电路与所述第三电阻形成串联，并依据所述电源端的电压于所述第三电阻的第二端输出所述控制信号至所述充电单元，以输出具一第三预设充电电流值的所述充电电流；其中所述第三预设充电电流值小于所述第一预设充电电流值，而所述第一预设充电电流值小于所述第二预设充电电流值。
8.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，所述温度感测单元包括：
一第十电阻，耦接一电源端与所述温度输出接脚之间；以及
一第十一电阻，耦接所述温度输出接脚与一接地端之间；
其中所述温度信号由所述第七电阻与所述第八电阻之间的接点产生。
9.如权利要求8所述的电池充电电路，其特征在于，所述电流控制单元包括：
一可程序化微处理控制器，耦接于所述第十电阻与所述第十一电阻之间的接点及所述充电单元之间，且是依据所述温度信号，对应输出所述控制电压至所述充电单元。
10.如权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，所述充电单元包括一充电晶片，且所述充电晶片通过一电流控制接脚接收所述控制电压，并对应输出所述充电电流，以对所述可充电电池充电。
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