CN104078943B - 过充电保护装置及防止手机过充电的方法 - Google Patents
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Abstract
一种过充电保护装置，耦接于一充电设备与一手机的电池组之间，包括电压侦测单元、控制单元及由继电器构成的开关电路；藉由电压侦测单元感测充电设备与电池组之间的电压，并输出一对应的电流讯号至控制单元，控制单元根据该电流讯号而输出一电源启闭讯号至开关电路，进而驱动其继电器断开或导通充电设备与手机的电池组，达到电池组的过电流保护。本发明另提供一种防止手机过充电的方法。
Description
技术领域
本发明有关于一种保护装置，特别是指一种使用于充电设备与电池组之间的过充电保护装置。
背景技术
请参考图1，为习用手机充电的架构图，手机1’一般是透过电源传输线(如USBcable)2’连接电源供应3’充电，此电源供应3’通常为+5伏输出的变压器或计算机上USB接口的+5伏电源，当手机1’的电源充饱后，使用者需主动拔下电源传输线2’始可令电源供应3’停止对手机1’充电。
惟，习用充电电池(如锂电池)在进行充电时，往往会因为过度充电而使得电池芯温度升高，除了会有缩短电池寿命或提早损坏的情形外，电池芯本身亦可能产生自燃、爆炸等危安情事。
为了避免手机1’过度充电，习用手机1’可加装一保护电路4’(如图2所示)，该保护电路4’包含有一用以侦测电量的侦测单元40’，当其侦测到手机1’的电池电量已达到高点时即会停止充电动作。然而，为令保护电路4’产生效用，传统作法是利用侦测单元40’常态连接于手机1’的电池以测得其电量多寡，即便侦测单元40’一般耗电较少，长时间累积下来仍可消耗相当电量。
因此，如何进一步针对电池保护电路进行改良，自是本业界人士亟欲解决的课题。
发明内容
本发明之主要目的，在于提供一种过充电保护装置，其通过一开关电路配合电压侦测单元及控制单元，可对电池进行安全可靠的过充电保护。
根据本发明之一实施例，所述过充电保护装置连接于一充电设备的一供电端与一手机的一电池组之间，包括一控制单元、包含一继电器的一开关电路及一电压侦测单元。
其中，该继电器具有一开关部及一线圈部，该开关部耦接该充电设备的供电端，并经由一串联电阻耦接该手机的电池组，该线圈部耦接该充电设备的供电端与该开关部之间，并经由一驱动电路耦接该控制单元；该电压侦测单元具有一第一侦测端、一第二侦测端及一讯号输出端，该第一侦测端与该第二侦测端分别耦接该串联电阻的两端，该讯号输出端通过一传输接口耦接该控制单元，用以侦测该串联电阻两端的电压差，并根据该电压差输出一数字电流讯号至该控制单元；并且，该控制单元根据该数字电流讯号输出一电源启闭讯号至该开关电路，进而该开关电路的继电器根据该电源启闭讯号断开或导通该充电设备的供电端与该手机的电池组；该控制单元为一微处理器，该微处理器具有一第一端，该第一端连接该驱动电路；该驱动电路包括一双极性接面型晶体管及一保护电阻，该双极性接面型晶体管具有一射极、一基极接面及一集极，该集极耦接该继电器的线圈部，该基极接面经由该保护电阻连接该控制单元的第一端，该射极耦接至一接地电位；该开关电路更包括一二极管，该二极管连接至该双极性接面型晶体管的集极与该继电器的线圈部之间。
本发明另提供一种防止手机过充的方法，包括以下步骤：
首先，将一手机的一电池组经由一如权利要求1所述的过充电保护装置耦接一充电设备的一供电端；
接着，该控制单元输出一高准位讯号至该开关电路，使该继电器呈闭合状态以导通该供电端与该电池组；
随后，该电压侦测单元感测该串联电阻两端的电压差并输出一对应该电压差的数字电流讯号，以及控制单元经由该传输接口接收该数字电流讯号；
之后，该控制单元判断该数字电流讯号是否小于一预定数值；
若否，重新执行步骤(C)；以及若是，该控制单元输出一低准位讯号至该开关电路，使该继电器呈断开状态以切断该供电端与该电池组之间的连结。
在本发明的一实施例中，该开关部具有一第一受控端及一第二受控端，该第一受控端经由该串联电阻连接至该手机的电池组与该电压侦测单元之间，该第二受控端连接该充电设备的供电端。
在本发明的一实施例中，该线圈部具有一第一控制端及一第二控制端，该第一控制端连接至该充电设备的供电端与该开关部的第二受控端之间，该第二控制端经由该驱动电路连接该控制单元。
在本发明的一实施例中，该传输接口为I2C总线，该微处理器具有一第二端，该第二端经由该I2C总线连接该电压侦测单元的讯号输出端。
本发明具有下列有益效果：
利用本发明过充电保护装置进行充电的手机，于充饱电后即可自动断开电源，除了可达到省电功效之外，还可防止手机过度充电而缩短电池寿命或提早损坏，更可避免因电池电量达到高点后仍持续充电，造成电池芯本身的温度升高而发生自燃、爆炸等危安情事。
为了让本发明之上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明的较佳实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为习用的手机充电架构的示意图；
图2为习用的手机充电架构的变化实施态样的示意图；
图3为本发明的手机充电架构的示意图；
图4为本发明的过电流保护装电置的电路图；以及
图5为本发明的防止手机过充的方法的流程示意图。
主要组件符号说明
(先前技术)
1’ 手机
2’ 电源传输线
3’ 电源供应
4’ 保护电路
40’ 侦测单元
(本发明)
1 手机
11 电池组
2 充电设备
21 供电端
3 过充电保护装置
31 开关电路
311 继电器
312 线圈部
3121 第一控制端
3122 第二控制端
313 开关部
3131 第一受控端
3132 第二受控端
314 串联电阻
315 二极管
32电压侦测单元
21 第一侦测端
322 第二侦测端
323 讯号输出端
33 控制单元
331 第一端
332 第二端
34 驱动电路
341 双极性接面型晶体管
3411 射极
3412 基极接面
3413 集极
342 保护电阻
35 I2C总线
4 电源传输线
具体实施方式
请参考图3，本发明主要是在一手机1的USB接口与一充电设备2的USB接口之间加设一过充电保护装置3，当其侦测到电流变得很小时即自动断开充电设备2与手机1的电池组11之间的导通，除非是重新插入供应电源的一电源传输线4才会再次对手机1的电池组11进行充电。以下，将详细描述本发明过充电保护装置3的具体实施架构。
请参考图4，为本发明较佳实施例之过充电保护装置3之电路图。所述过充电保护装置3包括一开关电路31、一电压侦测单元32、一控制单元33及一驱动电路34。
在本发明的较佳实施例中，充电设备2可以是+5伏输出的变压器或是可通过USB接口输出+5伏电源的计算机，本发明非对此限制；开关电路31包含有一继电器311，所述继电器311包含有一线圈部312及一开关部313，其中开关部313耦接充电设备2的一供电端21，并经由一串联电阻314耦接该手机1的电池组11，线圈部312则耦接至充电设备2的供电端21与开关部之间，并经由驱动电路34耦接控制单元33。
更具体地说，所述线圈部312具有一第一控制端3121及一第二控制端3122，其中第一控制端3121连接至充电设备2的供电端21与开关部313之间，第二控制端3122经由驱动电路34耦接控制单元33；换言之，第二控制端3122系连接驱动电路34的一端，而驱动电路34的另一端进一步连接控制单元。所述开关部313具有一第一受控端3131及一第二受控端3132，其中第一受控端3131经由串联电阻314连接至手机1的电池组11与电压侦测单元32之间，第二受控端3132则连接充电设备2的供电端21。
电压侦测单元32可以是电流/电压监视电路(current/power monitor)，但非限制于此；所述电压侦测单元32具有一第一侦测端321、一第二侦测端322及一讯号输出端323，其中第一侦测端321与第二侦测端322系分别耦接至串联电阻314的两端，用于测得两端电压差，进而得知电流大小(因为电阻值为定值，如0.02Ω)，讯号输出端323则经由I2C总线35耦接控制单元33。
控制单元33可以是一微处理器(如microchip PIC12LF1552)，但非限制于此；所述控制单元33具有一第一端331及一第二端332，其中第一端331连接驱动电路34，第二端332经由I2C总线35耦接电压侦测单元32，亦即电压侦测单元32的讯号输出端323系经由所述I2C总线35而与控制单元33的第二端相连接。
驱动电路34包含有一双极性接面型晶体管(bipolar junction transistor,BJT)341及一保护电阻342，可用于放大电流，而其中的保护电阻342可限流以保护双极性接面型晶体管341；所述双极性接面型晶体管341具有一射极(Emitter)3411、一基极接面(Base)3412及一集极(Collector)3413。详细而言，集极3413耦接继电器311的线圈部312，基极接面3412经由保护电阻342连接控制单元33的第一端331，而射极3411耦接至接地电位。
如此，电压侦测单元32可测得串联电阻314两端的电压差，并根据该电压差输出一电流讯号至控制单元33；再者，控制单元33可进一步根据该电流讯号而输出一电源启闭讯号至开关电路31。当所述电源启闭讯号为一高准位讯号时，继电器311的线圈部312可供电流流通以产生电磁效应，使得开关部313受到线圈部312的磁吸而呈闭合状态，进而充电设备2的供电端21可持续对手机1的电池组11进行充电；若所述电源启闭讯号为一低准位讯号时，继电器311的开关部313由于线圈部312停止驱动而呈断开状态，进而切断充电设备2与手机1的电池组11之间的连结。
此外，本实施例的开关电路31可进一步包含有一二极管315，所述二极管315连接至双极性接面型晶体管341的集极3413与继电器311的线圈部312之间，可防止继电器311关闭时产生的反动电势对双极性接面型晶体管341造成影响。
请参阅图5，为本发明防止手机过充电的方法之流程示意图。所述防止手机的电池组过充的方法包括以下步骤：
首先如方块S1所示，一手机1的电池组11经由本发明的过充电保护装置3耦接至一充电设备2的一供电端21；接着如方块S2所示，控制单元33输出一高准位讯号至开关电路31，使得继电器311呈闭合状态以导通供电端21与电池组11；随后如方块S3所示，电压侦测单元32感测串联电阻314两端的电压差并输出一对应该电压差的数字电流讯号，以及控制单元33经由I2C总线35接收该数字电流讯号。
之后如方块S4所示，控制单元33判别该数字电流讯号是否小于一预定数值(如10)；若否即重新执行方块S3，此时充电设备2持续对手机1的电池组11充电；若是则执行方块S5，控制单元33输出一低准位讯号至开关电路31，使得继电器311呈断开状态以切断供电端21与电池组11之间的连结。
综上所述，相较于传统手机的充电架构，利用本发明过充电保护装置进行充电的手机，除了可达到省电功效之外，还可于充饱电后即可自动断开电源，以防止手机过度充电而缩短电池寿命或提早损坏，更可避免因电池电量达到高点后仍持续充电，造成电池芯本身的温度升高而发生自燃、爆炸等危安情事。
本发明虽以较佳实施例方式揭露，然其并非用以限制本发明，任何熟习此项技艺人士，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种更动与修饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。
Claims (5)
1.一种过充电保护装置，连接于一充电设备的一供电端与一手机的一电池组之间，其特征在于，所述过充电保护装置包括：
一控制单元；
一开关电路，该开关电路包含有一继电器，该继电器具有一开关部及一线圈部，该开关部耦接该充电设备的供电端，并经由一串联电阻耦接该手机的电池组，该线圈部耦接该充电设备的供电端与该开关部之间，并经由一驱动电路耦接该控制单元；以及
一电压侦测单元，具有一第一侦测端、一第二侦测端及一讯号输出端，该第一侦测端与该第二侦测端分别耦接该串联电阻的两端，该讯号输出端通过一传输接口耦接该控制单元，用以侦测该串联电阻两端的电压差，并根据该电压差输出一数字电流讯号至该控制单元；
其中，该控制单元根据该数字电流讯号输出一电源启闭讯号至该开关电路，进而该开关电路的继电器根据该电源启闭讯号断开或导通该充电设备的供电端与该手机的电池组；该控制单元为一微处理器，该微处理器具有一第一端，该第一端连接该驱动电路；该驱动电路包括一双极性接面型晶体管及一保护电阻，该双极性接面型晶体管具有一射极、一基极接面及一集极，该集极耦接该继电器的线圈部，该基极接面经由该保护电阻连接该控制单元的第一端，该射极耦接至一接地电位；该开关电路更包括一二极管，该二极管连接至该双极性接面型晶体管的集极与该继电器的线圈部之间。
2.如权利要求1所述的过充电保护装置，其特征在于，该开关部具有一第一受控端及一第二受控端，该第一受控端经由该串联电阻连接至该手机的电池组与该电压侦测单元之间，该第二受控端连接该充电设备的供电端。
3.如权利要求2所述的过充电保护装置，其特征在于，该线圈部具有一第一控制端及一第二控制端，该第一控制端连接至该充电设备的供电端与该开关部的第二受控端之间，该第二控制端经由该驱动电路连接该控制单元。
4.如权利要求3所述的过充电保护装置，其特征在于，该传输接口为I2C总线，该微处理器具有一第二端，该第二端经由该I2C总线连接该电压侦测单元的讯号输出端。
5.一种防止手机过充电的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A) 将一手机的一电池组经由一如权利要求1所述的过充电保护装置耦接一充电设备的一供电端；
(B) 该控制单元输出一高准位讯号至该开关电路，使该继电器呈闭合状态以导通该供电端与该电池组；
(C) 该电压侦测单元感测该串联电阻两端的电压差并输出一对应该电压差的数字电流讯号，以及控制单元经由该传输接口接收该数字电流讯号；
(D) 该控制单元判断该数字电流讯号是否小于一预定数值；
若否，重新执行步骤(C)；以及
若是，该控制单元输出一低准位讯号至该开关电路，使该继电器呈断开状态以切断该供电端与该电池组之间的连结。
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