CN103887831B - 电流调节系统 - Google Patents

Abstract

一种电流调节系统，用以调节出对一充电电池进行充电的一充电电流曲线，其包含一电流调节模块、一电压转电流调节模块、一温度转电流调节模块与一电阻。电流调节模块耦接于功率转换器，用以在定电流模式与定电压模式时输出一转换电流。电压转电流调节模块耦接于充电电池，用以在定电压模式时输出一电压转换电流。温度转电流调节模块用以在定电压模式时输出一温度转换电流。电阻耦接于电流调节模块、电压转电流调节模块与温度转电流调节模块，用以调节电压转换电流与温度转换电流中的至少一者，利用维持定值使转换电流逐渐变小，藉以在充电电池的电力充满下，调节出充电电流曲线。

Description

电流调节系统

技术领域

本发明涉及一种电流调节系统，尤指一种利用维持电阻的电压为定值，进而调节出充电电池的充电电流曲线的电流调节系统。

背景技术

随着科技的发展与时代的进步，电子装置的快速发展使得人们生活水准普遍提高，而现今随着电子装置的大量发展，充电电池也因而大量使用于电子装置中，例如笔记型计算机、个人数字助理（PersonalDigitalAssistant;PDA）或手机等，其可再充电而重复使用的特性，使得人们在使用电子装置更为方便，其中，在现有技术中，利用充电装置对充电电池、或直接对装设有充电电池的电子装置进行充电。

请参阅图1，图1显示现有技术充电装置对充电电池与对电子装置的充电示意图。如图1所示，充电装置PA10耦接于开关PA20以及充电控制电路PA30，充电电池PA40耦接于开关PA20、充电控制电路PA30以及电子装置PA50。其中，当充电装置PA10以充电路径L1对电子装置PA50进行充电时，可视为充电路径L1上具有开关PA20，而由于现有技术中，充电装置PA10对电子装置PA50直接进行充电的转换效率仍有待改进（例如是现有的移动电源对智能型手机的充电效率仍不佳的问题），因此以改善此问题的技术解决方案因而被提出，例如是是中国台湾专利公告号第I221692号的「具有电流调节及温度调节的充电系统」，其提出的「线性调节器」即为对开关PA20进行改良的方案。

另外，充电装置PA10以充电路径L2对充电电池PA40进行充电时，其是经由充电控制电路PA30针对充电电池PA40的状况进行充电控制，藉以达到良好的充电效率，其中，为了达到更佳的充电效率，对于改进充电控制电路PA30的相关技术方案亦被提出，例如是美国专利公告号第7,161,393号，然而，其主要是利用电压判别进行输出电流调节而达到提升充电效率的目的，但上述现有技术仍存在有定电压充电模式以及定电流充电模式不能顺畅地配合温度的调节，因而具有回路不稳的问题而使其仍有改善的空间。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题与目的：

有鉴于在现有技术中，由于仍具有回路不稳的问题，缘此，本发明的主要目的是提供一种电流调节系统，其是利用将电阻的电压维持为定值，藉以调节电压转换电流以及温度转换电流，进而调节出充电电池的充电电流曲线，藉以降低回路不稳的问题。

本发明解决问题的技术手段：

本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段系提供一种电流调节系统，是用以调节出对一充电电池进行充电的一充电电流曲线，并耦接于一功率转换器以及充电电池，用以接收功率转换器的一输入电压，并用以输出一输出电压至充电电池。电流调节系统包含一电流调节模块、一电压转电流调节模块、一温度转电流调节模块以及一电阻。电流调节模块耦接于功率转换器，用以在一定电流模式以及一定电压模式时输出一转换电流，电压转电流调节模块耦接于充电电池，用以在定电压模式时，依据输出电压以及一第一参考电压，产生并输出一电压转换电流。

温度转电流调节模块是用以在该定电压模式时，依据充电电池或充电系统的一温度，产生并输出一温度转换电流。电阻耦接于电流调节模块、电压转电流调节模块以及温度转电流调节模块，用以接收转换电流、电压转换电流以及温度转换电流，且电阻的一电阻电压于回路锁定时为一定值，据以在定电流模式以及定电压模式下，调节电压转换电流与温度转换电流中的至少一者时，利用维持定值使转换电流逐渐变小，藉以在充电电池的电力充满下，调节出充电电流曲线。

较佳者，上述的电流调节系统中，电流调节模块还包含一差动运算放大器以及一晶体管，差动运算放大器用以依据输入电压以及输出电压，输出一控制电压，而晶体管耦接于差动运算放大器，用以依据控制电压感测并控制流过功率转换器所产生的转换电流。另外，电流调节系统还耦接于一补偿电路，并且还包含一误差放大器（ErrorAmplifier;EA），误差放大器耦接于电流调节模块、电压转电流调节模块、温度转电流调节模块、电阻以及补偿电路，并且具有一第二参考电压，用以依据第二参考电压以及电阻电压，输出一误差电压至补偿电路以进行补偿。

较佳者，上述的电流调节系统中，在定电流模式对充电电池充电时，转换电流是完全流经电阻，而在输出电压达一第一阈值时，对充电电池以定电压模式进行充电，使电压转换电流流经电阻并逐渐放大而使转换电流逐渐变小，在转换电流流经电阻的值达一第二阈值时，充电电池的电力充满而调节出充电电流曲线。另外，电阻为一电流电压转换器，电压转电流调节模块是为线性放大器（LinearAmplifier）、电压电流转换（VoltagetoCurrent;VIC）电路以及运算互导放大器（OperationalTransconductanceAmplifiers;OTA）中的其中一者，而温度转电流调节模块是为正比绝对温度（ProportionalToAbsoluteTemperature;PTAT）电路以及反比绝对温度（ComplimentaryToAbsoluteTemperature;CTAT）电路中的至少一者组合而成，藉以产生并输出该温度转换电流。

较佳者，上述的电流调节系统的另一实施例中，在定电流模式对充电电池充电时，转换电流是完全流经电阻，而在输出电压达一第一阈值时，是对充电电池以定电压模式进行充电时，电压转换电流流经电阻并渐渐放大，且温度转电流调节模块同时依据温度而使温度转换电流渐渐放大，藉以使转换电流渐渐变小，当转换电流流经电阻的值达一第二阈值时，充电电池的电力是充满而调节出充电电流曲线。

本发明对照现有技术的功效：

相较于现有技术，利用本发明所提供的电流调节系统，利用将电阻的电压维持为定值，藉以调节电压转换电流以及温度转换电流达到调节出充电电池的充电电流曲线之效，因此定电流模式、定电压模式以及温度调节模式可顺利地同时发挥调节作用，且其不会彼此干扰或是彼此相互抑制而有回路不稳的现象发生，藉以降低回路不稳的问题而提升充电效率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1显示现有技术充电装置对充电电池与对电子装置的充电示意图；

图2显示本发明电流调节系统的方框电路示意图；

图3显示本发明充电电池电流曲线以及电流电压曲线示意图；

图4显示本发明电压转电流调节模块的曲线示意图；以及

图5显示本发明温度转电流调节模块的曲线示意图。

其中，附图标记

PA10充电装置

PA20开关

PA30充电控制电路

PA40充电电池

PA50电子装置

1电流调节系统

11电流调节模块

111差动运算放大器

112晶体管

113电阻

114电阻

12电压转电流调节模块

13电阻

14电阻

15温度转电流调节模块

16误差放大器

17电阻

2功率转换器

21感测模块

3补偿电路

4充电电池

100充电电流曲线

200电流电压曲线

300电压转换电流曲线

400温度转换电流曲线

I1转换电流

I2电压转换电流

I3温度转换电流

VIN功率输入电压

Vin输入电压

Vout输出电压

Vc控制电压

Vref1第一参考电压

Vref2第二参考电压

VFB分压

A阈值电压

L1、L2充电路径

具体实施方式

由于本发明所提供的电流调节系统中，其组合实施方式不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举较佳实施例来加以具体说明。

请一并参阅图2至图5，图2显示本发明电流调节系统的方框电路示意图，图3显示本发明充电电池电流曲线以及电流电压曲线示意图，图4显示本发明电压转电流调节模块的曲线示意图。图5显示本发明温度转电流调节模块的曲线示意图。如图所示，电流调节系统1耦接于一功率转换器（powerconverter）2、一补偿电路3以及一充电电池4，用以接收功率转换器2的一输入电压Vin，并用以输出一输出电压Vout至充电电池4（输出电压Vout同时也为充电电池4的电池电压），并且用以调节出对充电电池4进行充电的一充电电流曲线100。具体而言，输入电压Vin是由功率转换器2接收一电路（此电路为现有技术，不再予以赘述）所输出的功率输入电压VIN而输出至电流调节系统1，而充电电池4可为市面上可进行充电的充电电池，在本发明较佳实施例中，充电电池4是为锂电池。

电流调节系统1包含一电流调节模块11、一电压转电流调节模块12、电阻13、电阻14、一温度转电流调节模块15、一误差放大器（ErrorAmplifier;EA）16以及一电阻17，电流调节模块11耦接于功率转换器2，并且包含一差动运算放大器111、一晶体管112、一电阻113以及一电阻114。差动运算放大器111耦接于晶体管112（的控制端）、电阻113以及电阻114，电阻113耦接于电阻114，并且形成类似差动输入的模式，也就是说，在本发明较佳实施例中，输入电压Vin是位于电阻113以及电阻114的耦接处，并利用分压作为差动运算放大器111的其中的一输入电压（图未示），而输出电压Vout是作为差动运算放大器111的另一输入电压（图未示）。

电压转电流调节模块12耦接于电阻13、电阻14以及充电电池4，而电阻13耦接于电流调节模块11的电阻113，其中，在本发明较佳实施例中，电压转电流调节模块12接收有一可调整大小的第一参考电压Vref1以及输出电压Vout于电阻13以及电阻14的分压VFB。其中，电压转电流调节模块12是为线性放大器（LinearAmplifier）、电压电流转换（VoltagetoCurrent;VIC）电路以及运算互导放大器（OperationalTransconductanceAmplifiers;OTA）中的其中一者，但不限于上述，任何可将电压转换为电流的电路均不脱离本发明的精神。

温度转电流调节模块15是耦接于电流调节模块11的晶体管112、以及电压转电流调节模块12，且温度转电流调节模块15可为正比绝对温度（ProportionalToAbsoluteTemperature;PTAT）电路以及反比绝对温度（ComplimentaryToAbsoluteTemperature;CTAT）电路中的至少一者组合而成，也就是说，其是可经由正温度系数的电路以及负温度系数的电路组合而成。

误差放大器16耦接于温度转电流调节模块15、电流调节模块11的晶体管112、电压转电流调节模块12以及补偿电路3。电阻17耦接于电流调节模块11的晶体管112、电压转电流调节模块12、温度转电流调节模块15以及误差放大器16，且电阻17的电阻电压（图未示）为一定值，而误差放大器16是接收有一可调整大小的第二参考电压Vref2以及电阻17的电阻电压，另外，在此值得一提的是，电阻17是为一电流电压转换器，也就是说，在本发明较佳实施例中，电阻17是由电流电压转换器所构成，而在其他实施例中，电阻17可由其他电路所构成。功率转换器2包含有一感测模块21，而补偿电路3电性连接于功率转换器2，其中，补偿电路3为现有技术，在此不再予以赘述。

其中，电流调节模块11用以在一定电流模式充电以及一定电压模式充电时输出一转换电流I1，具体而言，差动运算放大器111用以依据输入电压Vin以及输出电压Vout（具体而言是依据输入电压Vin的分压以及输出电压Vout），输出一控制电压Vc，而晶体管112是依据控制电压Vc控制流过晶体管112的功率转换器2所产生的转换电流I1，其中，其是依据控制电压Vc而控制转换电流I1流过晶体管112的大小。而电压转电流调节模块12用以在定电压模式时，依据输出电压Vout以及第一参考电压Vref1，产生并输出电压转换电流I2。

而温度转电流调节模块15是用以产生并输出温度转换电流I3；误差放大器16是用以依据第二参考电压Vref2以及电阻电压，输出一误差电压（图未示）至补偿电路3以进行补偿，其如何补偿非本专利欲讨论的范围，且其是为现有技术，在此不再予以赘述。另外，电阻17的电阻电压于回路锁定时为定值，是用以在定电流模式以及定电压模式下，利用调节电压转换电流I2与温度转换电流I3中的至少一者（亦即可同时调整二者或其中一者）时，并利用维持此定值而使转换电流I1逐渐变小，藉以在充电电池4的电力充满下，调节出充电电流曲线100，其中，充电电力4的电力充满可利用功率转换器2的感测模块21的感测，而决定充电电池4的电力是为充满而关闭定电压模式，例如是感测转换电流I1为初始的五分之一或十分之一，但不限于此。

具体而言，以仅调节电压转换电流I2为例，请进一步参阅图3，本发明较佳实施例的主要目的在于调节出充电电流曲线100，其初始对充电电池4进行充电时，是以定电流模式进行充电，在定电流模式对充电电池4充电时，转换电流I1是完全流经电阻17，而在输出电压Vout达一第一阈值（例如是图3电流电压曲线200所示的阈值电压A，大约为4.10V，在4.10V前是为定电流模式，在4.10V后是为定电压模式，阈值之值不限于上述）时，是对充电电池4以定电压模式进行充电，利用电压转电流调节模块12的调节，逐渐放大流经电阻17的电压转换电流I2（如图4所示的电压转换电流曲线300，图4所示仅为举例，其并没有与图3相匹配，且并非用以限定电压转换电流曲线300，其是视实务上的使用而有相对应的调整，且图4的横轴是为输出电压Vout，在其他实施例中可为分压VFB，特此叙明），而由于电阻17的电阻电压需维持定值，因此使得转换电流I1逐渐变小，在转换电流I1流经电阻17的值达一第二阈值（例如是转换电流I1的值为0或是为初始转换电流I1的五分之一或十分之一，但不限于上述）时，充电电池4的电力是充满而调节出充电电流曲线100。

另外，再以同时调节电压转换电流I2以及温度转换电流I3为例，请进一步参阅图3以及图5，在初始以定电流模式对充电电池4充电时，转换电流I1完全流经电阻17，而在输出电压Vout达一第一阈值（即图3电流电压曲线200所示的阈值电压A，大约为4.10V，在4.10V前是为定电流模式，在4.10V后是为定电压模式，但不限于上述）时，是对充电电池4以定电压模式进行充电时，利用电压转电流调节模块12的调节，渐渐放大流经电阻17的电压转换电流I2（如图4所示的电压转换电流曲线300），且温度转电流调节模块12同时依据充电电池4（其他实施例可为充电系统）的温度，使温度转换电流I3流经电阻17并使其渐渐放大（如图5所示的温度转换电流曲线400，图5所示仅为举例，并非用以限定温度转换电流曲线400，其是视实务上的使用而有相对应的调整，特此叙明），而为了使电阻17的电阻电压维持定值，因而随着电压转换电流I2以及温度转换电流I3的放大，使得转换电流I1渐渐变小，而当转换电流I1流经电阻17的值达一第二阈值（例如是转换电流I1的值为0或是为初始转换电流I1的五分之一或十分之一，但不限于上述）时，充电电池4的电力是充满而调节出还依据充电电池4的温度而充电的充电电流曲线100（即可建构出包含有电流、电压以及温度的三维曲线图，而图3所示的充电电流曲线100并未绘示包含有温度）。

综合以上所述，利用本发明所提供的电流调节系统1，利用将电阻17的电阻电压维持为定值，藉以调节电压转换电流I2以及温度转换电流I3达到调节出充电电池4的充电电流曲线100之效，因此定电流模式、定电压模式以及温度调节模式可顺利地同时发挥调节作用，且其不会彼此干扰或是彼此相互抑制而有回路不稳的现象发生，藉以降低回路不稳的问题而提升充电效率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种电流调节系统，用以调节出对一充电电池进行充电的一充电电流曲线，并耦接于一功率转换器以及该充电电池，用以接收该功率转换器的一输入电压，并用以输出一输出电压至该充电电池，其特征在于，该电流调节系统包含：

一电流调节模块，耦接于该功率转换器，用以在一定电流模式以及一定电压模式时输出一转换电流；

一电压转电流调节模块，耦接于该充电电池，用以在该定电压模式时，依据该输出电压以及一第一参考电压，产生并输出一电压转换电流；

一温度转电流调节模块，用以在该定电压模式时，依据该充电电池的一温度，产生并输出一温度转换电流；以及

一电阻，耦接于该电流调节模块、该电压转电流调节模块以及该温度转电流调节模块，用以接收该转换电流、该电压转换电流以及该温度转换电流，且该电阻的一电阻电压为一定值，据以在该定电压模式下，调节该电压转换电流或调节该电压转换电流与该温度转换电流时，利用维持该定值使该转换电流逐渐变小，藉以在该充电电池的电力充满下，调节出该充电电流曲线。

2.根据权利要求1所述的电流调节系统，其特征在于，该电流调节模块还包含一差动运算放大器以及一晶体管，该差动运算放大器用以依据该输入电压以及该输出电压，输出一控制电压，而该晶体管耦接于该差动运算放大器，用以依据该控制电压控制流过该晶体管的该功率转换器所产生的该转换电流。

3.根据权利要求1所述的电流调节系统，其特征在于，该电流调节系统还耦接于一补偿电路。

4.根据权利要求3所述的电流调节系统，其特征在于，还包含一误差放大器，耦接于该电流调节模块、该电压转电流调节模块、该温度转电流调节模块、该电阻以及该补偿电路，并且具有一第二参考电压，用以依据该第二参考电压以及该电阻电压，输出一误差电压至该补偿电路以进行补偿。

5.根据权利要求1所述的电流调节系统，其特征在于，在该定电流模式对该充电电池充电时，该转换电流完全流经该电阻，而在该输出电压达一第一阈值时，对该充电电池以定电压模式进行充电，使该电压转换电流流经该电阻并逐渐放大而使该转换电流逐渐变小，在该转换电流流经该电阻的值达一第二阈值时，该充电电池的电力充满而调节出该充电电流曲线。

6.根据权利要求1所述的电流调节系统，其特征在于，在该定电流模式对该充电电池充电时，该转换电流完全流经该电阻，而在该输出电压达一第一阈值时，对该充电电池以定电压模式进行充电时，该电压转换电流流经该电阻并渐渐放大，且该温度转电流调节模块同时依据该温度而使该温度转换电流渐渐放大，藉以使该转换电流渐渐变小，当该转换电流流经该电阻的值达一第二阈值时，该充电电池的电力充满而调节出该充电电流曲线。

7.根据权利要求1所述的电流调节系统，其特征在于，该电阻为一电流电压转换器。

8.根据权利要求1所述的电流调节系统，其特征在于，该电压转电流调节模块为线性放大器、电压电流转换电路以及运算互导放大器中的其中一者。

9.根据权利要求1所述的电流调节系统，其特征在于，该温度转电流调节模块为正比绝对温度电路以及反比绝对温度电路中的至少一者组合而成，藉以产生并输出该温度转换电流。