CN113448370B - 定电流充电装置 - Google Patents

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

一种定电流充电装置，用于对一待充电装置充电并包括：一参考电流源，提供一参考电流；一电流镜，电性耦接至该参考电流源并输出一镜像电流；一电流调整单元，电性耦接至该电流镜及该待充电装置并根据该镜像电流输出一充电电流以对该待充电装置充电；以及一电流补偿单元，电性耦接至该电流镜及该电流调整单元并根据一参考电压调整该充电电流。

Description

定电流充电装置
技术领域
本揭示涉及充电技术领域，特别是涉及一种定电流充电装置。
背景技术
现有的充电装置包括一定电流充电模式以及一定电压充电模式。当电池刚开始被充电时，充电装置以定电流充电模式对电池充电。当电池被充电至一电压之后，充电装置以定电压充电模式对电池充电。
然而，现有的充电装置所提供的电流及电压有时候并不稳定，不稳定的电流或电压不仅会影响电池的充电效率，还会降低电池的使用寿命。
因此需要针对上述现有技术的问题提出一种解决方法。
发明内容
本揭示提供一种定电流充电装置，其能解决现有技术中的问题。
本揭示之定电流充电装置，用于对一待充电装置充电，该定电流充电装置包括：一参考电流源，提供一参考电流；一电流镜，电性耦接至该参考电流源并输出一镜像电流；一电流调整单元，电性耦接至该电流镜及该待充电装置，该电流调整单元根据该镜像电流输出一充电电流以对该待充电装置充电；以及一电流补偿单元，电性耦接至该电流镜及该电流调整单元，该电流补偿单元根据一参考电压调整该充电电流。
本揭示之定电流充电装置可以通过该电流调整单元及该电流补偿单元提供稳定且可控制的充电电流。再者，本揭示之定电流充电装置可以根据该电流镜之晶体管的通道宽长比及该电流调整单元之晶体管的信道宽长比设计该充电电流。最后，本揭示之定电流充电装置可以通过该电流补偿单元提供稳定的充电电流及充电电压。
为让本揭示的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1显示根据本揭示一实施例之定电流充电装置的方块图。
图2显示图1之定电流充电装置的详细电路图。
图3显示图2中充电电流IC与充电电压VC的模拟图。
图4显示图2中充电电压VC与输出端O的电压的模拟图。
具体实施方式
为使本揭示的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照图式并举实施例对本揭示进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本揭示，本揭示说明书所使用的词语“实施例”意指用作实例、示例或例证，并不用于限定本揭示。此外，本揭示说明书和所附申请专利范围中所使用的冠词「一」一般地可以被解释为意指「一个或多个」，除非另外指定或从上下文可以清楚确定单数形式。并且，在所附图式中，结构、功能相似或相同的组件是以相同组件标号来表示。
请参阅图1以及图2，图1显示根据本揭示一实施例之定电流充电装置的方块图。图2显示图1之定电流充电装置的详细电路图。
该定电流充电装置用于对一待充电装置50充电且包括一参考电流源10、一电流镜20、一电流调整单元30以及一电流补偿单元40。
本揭示之该待充电装置50可以为但不限于一需要充电的电路或一可充电电池。
该参考电流源10电性耦接至一电源VDD并提供一参考电流IREF。该电源VDD可以为一直流电源。该参考电流IREF可以根据需求调整。
该电流镜20电性耦接至该参考电流源10并输出一镜像电流IB，其中该镜像电流IB可以为该参考电流IREF的M倍。
该电流调整单元30电性耦接至该电源VDD、该电流镜20及该待充电装置50。该电流调整单元30根据该镜像电流IB输出一充电电流IC以对该待充电装置50充电，其中该充电电流IC可以为该镜像电流IB的N倍。也就是说，该充电电流IC可以为该参考电流IREF的M×N倍。M及N为正数。
该电流补偿单元40电性耦接至该电源VDD、该电流镜20及该电流调整单元30。该电流补偿单元40根据一参考电压VREF补偿该充电电流IC以调整该充电电流IC。更明确地说，该电流补偿单元40可以控制以增加或减少该充电电流IC。此外，该电流补偿单元40进一步调整输入至该待充电装置50之一充电电压VC。更明确地说，该电流补偿单元40可以控制以增加或减少该充电电压VC。该参考电压VREF可以根据需求调整。
如图2所示，该电流镜20包括一第一晶体管T1以及一第二晶体管T2。该第一晶体管T1包括一第一控制端、一第一输入端以及一第一输出端。该第二晶体管T2包括一第二控制端、一第二输入端以及一第二输出端。
该第一控制端电性耦接至该参考电流源10及该第二控制端。该第一输入端电性耦接至该电流调整单元30及该电流补偿单元40。该第一输出端电性耦接至一接地端G。该第二输入端电性耦接至该参考电流源10。该第二输出端电性耦接至该接地端G。
于本实施例中，该第一晶体管T1及该第二晶体管T2可以为N型金属氧化物半导体场效晶体管(N-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOSFET)。
该电流调整单元30包括一运算放大器OPA、一第三晶体管T3以及一第四晶体管T4。该运算放大器OPA包括一反相输入端－、一非反相输入端+以及一输出端O。该第三晶体管T3包括一第三控制端、一第三输入端以及一第三输出端。该第四晶体管T4包括一第四控制端、一第四输入端以及一第四输出端。
该反相输入端－电性耦接至该参考电压VREF，该非反相输入端+电性耦接至该待充电装置50及该第三输出端。该输出端O电性耦接至该电流补偿单元40。该第三控制端电性耦接至该第四控制端及该电流补偿单元40。该第三输入端电性耦接至该电源VDD。该第四输入端电性耦接至该电源VDD。该第四输出端电性耦接至该第一输入端。
于本实施例中，该第三晶体管T3及该第四晶体管T4可以为P型金属氧化物半导体场效晶体管(P-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，PMOSFET)。
该电流补偿单元40包括一第五晶体管T5一第六晶体管T6以及一第七晶体管T7。该第五晶体管T5包括一第五控制端、一第五输入端以及一第五输出端。该第六晶体管T6包括一第六控制端、一第六输入端以及一第六输出端。该第七晶体管T7包括一第七控制端、一第七输入端以及一第七输出端。
该第五控制端电性耦接至该第六控制端、该第六输出端及该第七输入端。该第五输入端电性耦接至该电源VDD。该第五输出端电性耦接至该第三控制端。该第六输入端电性耦接至该电源VDD。该第七控制端电性耦接至该第一输入端。该第七输出端电性耦接至该接地端G。
于本实施例中，该第五晶体管T5及该第六晶体管T6可以为P型金属氧化物半导体场效晶体管，该第七晶体管T7可以为N型金属氧化物半导体场效晶体管。
以下将详述本揭示之定电流充电装置的工作原理。
首先，该充电电压VC于初始状态为零，该非反相输入端+的电压(即等于零)小于该参考电压VREF，该输出端O输出一低电压准位。该第三晶体管T3及该第四晶体管T4导通，使得该第七晶体管T7导通。当该第七晶体管T7导通时，该第五晶体管T5以及该第六晶体管T6导通。流经该第五晶体管T5的电流会影响该第三控制端的电压及该第四控制端的电压，进而影响该充电电流IC。
更明确地说，该镜像电流IB与该第一晶体管T1的通道宽长比(W1/L1)及该第二晶体管T2的通道宽长比(W2/L2)有关，M为该第一晶体管T1的通道宽长比(W1/L1)及该第二晶体管T2的通道宽长比(W2/L2)的比值。W1为该第一晶体管T1的通道宽度，L1为第一晶体管T1的通道长度。W2为该第二晶体管T2的通道宽度，L2为第二晶体管T2的通道长度。该镜像电流IB与该参考电流IREF的关系如下：
Figure GDA0003768611250000061
该充电电流IC与该第三晶体管T3的通道宽长比(W3/L3)及该第四晶体管T4的通道宽长比(W4/L4)有关，N为该第三晶体管T3的通道宽长比(W3/L3)及该第四晶体管T4的通道宽长比(W4/L4)的比值。W3为该第三晶体管T3的通道宽度，L3为第三晶体管T3的通道长度。W4为该第四晶体管T4的通道宽度，L4为第四晶体管T4的通道长度。该充电电流IC与该镜像电流IB的关系如下：
Figure GDA0003768611250000071
从上述可知，本揭示之定电流充电装置可以通过该第一晶体管T1的通道宽长比(W1/L 1)、该第二晶体管T2的通道宽长比(W2/L2)、该第三晶体管T3的通道宽长比(W3/L3)及该第四晶体管T4的通道宽长比的设计提供稳定的充电电流IC。因此，该充电电流IC可设计为高电流值且为可控制。
当该充电电压VC上升并接近该参考电压VREF时，该输出端O输出一高电压准位，进而使流经该第四晶体管T4的电流下降。当流经该第四晶体管T4的电流下降时，该镜像电流IB及该充电电流IC也随之下降。
当该充电电压VC上升至该参考电压VREF时，该第一晶体管T1停止提供该充电电流IC。也就是说，当该充电电压等于该参考电压VREF时，该充电电流IC为零。
综上，本揭示之定电流充电装置可以通过该电流补偿单元40控制以增加或减少该充电电流IC并控制以增加或减少该充电电压VC，进而达到提供稳定的充电电流IC及充电电压VC。再者，本揭示之定电流充电装置可以通过该电流镜20及该电流调整单元30提供具有高电流值且为可控制的充电电流IC。
请参阅图3，图3显示图2中充电电流IC与充电电压VC的模拟图。
于图3的模拟图中，电源VDD为4伏特，参考电压VREF为2伏特，参考电流IREF为100微安培，充电电流IC为200毫安，待充电装置50为1法拉电容。
从图3可知，充电电流IC可快速(约在2秒时)提供稳定的电流(200毫安)，当充电电压VC逐渐上升时，充电电流IC逐渐下降。当充电电压VC上升至参考电压VREF(2伏特)时，充电电流IC急速下降归零。
请参阅图4，图4显示图2中充电电压VC与输出端O的电压的模拟图。
从图4可知，输出端O的电压(即等于该第一晶体管T1的控制端的电压与该第二晶体管T2的控制端的电压)于初始状态为零。当输出端O的电压上升时，充电电压VC也稳定上升。当充电电压VC上升至参考电压VREF(2伏特)时，输出端O的电压为高电压准位，该第一晶体管T1及该第二晶体管T2不导通，充电电流为零。
本揭示之定电流充电装置可以通过该电流调整单元及该电流补偿单元提供具有高电流值且可控制的充电电流(如图3所示)。再者，本揭示之定电流充电装置可以根据该电流镜之晶体管的通道宽长比及该电流调整单元之晶体管的信道宽长比设计该充电电流。最后，本揭示之定电流充电装置可以通过该电流补偿单元提供稳定的充电电流(如图3所示)及充电电压(如图4所示)。
综上所述，虽然本揭示已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本揭示，本领域的普通技术人员在不脱离本揭示的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本揭示的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种定电流充电装置，用于对一待充电装置充电，其特征在于，该定电流充电装置包括：
一参考电流源，提供一参考电流；
一电流镜，电性耦接至该参考电流源并输出一镜像电流；
一电流调整单元，电性耦接至该电流镜及该待充电装置，该电流调整单元根据该镜像电流输出一充电电流以对该待充电装置充电；以及
一电流补偿单元，电性耦接至该电流镜及该电流调整单元，该电流补偿单元直接根据一参考电压以及一充电电压的比较结果调整该充电电流，其中该参考电压以及该充电电压输入至该电流调整单元，
其中当该充电电压上升时，该充电电流下降，当该充电电压上升至该参考电压时，该充电电流为零。
2.根据权利要求1所述的定电流充电装置，其特征在于，该镜像电流为该参考电流的M倍，M为正数。
3.根据权利要求2所述的定电流充电装置，其特征在于，该充电电流为该镜像电流的N倍，N为正数。
4.根据权利要求3所述的定电流充电装置，其特征在于，该电流镜包括：
一第一晶体管，包括一第一控制端、一第一输入端以及一第一输出端；以及
一第二晶体管，包括一第二控制端、一第二输入端以及一第二输出端，
其中该第一控制端电性耦接至该参考电流源及该第二控制端，该第一输入端电性耦接至该电流调整单元及该电流补偿单元，该第一输出端电性耦接至一接地端，该第二输入端电性耦接至该参考电流源，该第二输出端电性耦接至该接地端。
5.根据权利要求4所述的定电流充电装置，其特征在于，该电流调整单元包括：
一运算放大器，包括一反相输入端、一非反相输入端以及一输出端；
一第三晶体管，包括一第三控制端、一第三输入端以及一第三输出端；以及
一第四晶体管，包括一第四控制端、一第四输入端以及一第四输出端，
其中该反相输入端电性耦接至该参考电压，该非反相输入端电性耦接至该待充电装置及该第三输出端，该输出端电性耦接至该电流补偿单元，该第三控制端电性耦接至该第四控制端及该电流补偿单元，该第三输入端电性耦接至一电源，该第四输入端电性耦接至该电源，该第四输出端电性耦接至该第一输入端。
6.根据权利要求5所述的定电流充电装置，其特征在于，该电流补偿单元包括：
一第五晶体管，包括一第五控制端、一第五输入端以及一第五输出端；
一第六晶体管，包括一第六控制端、一第六输入端以及一第六输出端；以及
一第七晶体管，包括一第七控制端、一第七输入端以及一第七输出端，
其中该第五控制端电性耦接至该第六控制端、该第六输出端及该第七输入端，该第五输入端电性耦接至该电源，该第五输出端电性耦接至该第三控制端，该第六输入端电性耦接至该电源，该第七控制端电性耦接至该第一输入端，该第七输出端电性耦接至该接地端。
7.根据权利要求4所述的定电流充电装置，其特征在于，M为该第一晶体管的通道宽长比及该第二晶体管的通道宽长比的比值。
8.根据权利要求5所述的定电流充电装置，其特征在于，N为该第三晶体管的通道宽长比及该第四晶体管的通道宽长比的比值。
9.根据权利要求1所述的定电流充电装置，其特征在于，该电流补偿单元进一步调整输入至该待充电装置之该充电电压。
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