CN113448371A - 定电流充电装置 - Google Patents

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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

一种定电流充电装置，用于对一待充电装置充电并包括：一电流调节单元，电性耦接至该待充电装置，并根据一参考电压提供一调节电流以及一充电电流；一电流转电压单元，电性耦接至该电流调节单元，并根据该调节电流输出一调节电压；以及一第一运算放大器，电性耦接至该电流调节单元、该电流转电压单元及该待充电装置，用以调节该调节电流。

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包括：一电流调节单元，电性耦接至该待充电装置并根据一参考电压提供一调节电流以及一充电电流；一电流转电压单元，电性耦接至该电流调节单元并根据该调节电流输出一调节电压；以及一第一运算放大器，电性耦接至该电流调节单元、该电流转电压单元及该待充电装置，用以调节该调节电流。
本揭示之定电流充电装置可以通过该电流调节单元、该电流转电压单元及该第一运算放大器提供具有高电流值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调节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调节单元、该电流转电压单元及该第一运算放大器提供稳定的充电电流。
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的仿真图。
图4显示图2中调节电压VB与第一运算放大器输出端O1的电压的仿真图。
图5显示根据本揭示另一实施例之定电流充电装置的方块图。
图6显示根据本揭示又一实施例之定电流充电装置的方块图。
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30充电且包括一电流调节单元10、一电流转电压单元20以及一第一运算放大器(Operational Amplifier)OPA1。
本揭示之该待充电装置30可以为但不限于一需要充电的电路或一可充电电池。
该电流调节单元10电性耦接至一电源VDD及该待充电装置30，并根据一参考电压VREF提供一调节电流IB以及一充电电流IC，其中该充电电流IC对该待充电装置30充电且该充电电流IC可以为该调节电流IB的M倍。M为正数。更明确地说，该电流调节单元10可以控制以增加或减少该充电电流IC。此外，该电流调节单元10进一步调整输入至该待充电装置30之一充电电压VC。更明确地说，该电流调节单元10可以控制以增加或减少该充电电压VC。该电源VDD可以为一直流电源。该参考电压VREF可以根据需求调整。
该电流转电压单元20电性耦接至该电流调节单元10，并根据该调节电流IB输出一调节电压VB。
该第一运算放大器OPA1电性耦接至该电流调节单元10、该电流转电压单元20及该待充电装置30，用以根据输入至该待充电装置30之该充电电压VC调节该调节电流IB。该第一运算放大器OPA1包括一反相输入端－、一非反相输入端+以及一第一运算放大器输出端O1。该第一运算放大器OPA1之反相输入端－电性耦接至该电流调节单元10及该电流转电压单元20。该第一运算放大器OPA1之非反相输入端+电性耦接至该电流调节单元10及该待充电装置30。该第一运算放大器OPA1之第一运算放大器输出端O1电性耦接至该电流转电压单元20。
如图2所示，该电流调节单元10包括一第一晶体管T1、一第二晶体管T2以及一第二运算放大器OPA2。
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。该第二运算放大器OPA2包括一反相输入端－、一非反相输入端+以及一第二运算放大器输出端O2。
该第一控制端电性耦接至该第二控制端。该第一输入端电性耦接至该电源VDD。该第一输出端电性耦接至该电流转电压单元20及该第一运算放大器OPA1。该第二输入端电性耦接至该电源VDD。该第二输出端电性耦接至该第一运算放大器OPA1及该待充电装置30。该第二运算放大器OPA2之反相输入端－电性耦接至该参考电压VREF。该第二运算放大器OPA2之非反相输入端+电性耦接至该调节电压VB。该第二运算放大器OPA2之第二运算放大器输出端O2电性耦接至该第一控制端及该第二控制端。
于本实施例中，该第一晶体管T1及该第二晶体管T2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)。
该电流转电压单元20包括一第三晶体管T3以及一电阻R。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。该第三控制端电性耦接至该第一运算放大器OPA1之第一运算放大器输出端O1。该第三输入端电性耦接至该第一运算放大器OPA1之反相输入端－。该第三输出端电性耦接至一接地端G。该电阻R之一端电性耦接至该第三输出端。该电阻R之另一端电性耦接至该接地端G。
于本实施例中，该第三晶体管T3可以为P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，该调节电压VB于初始状态为零，该第二运算放大器OPA2之非反相输入端+的电压(即等于零)小于该参考电压VREF，该第二运算放大器OPA2输出一低电压准位。该充电电压VC于初始状态为零，使得输入至该第一运算放大器OPA1之反相输入端－的电压大于该充电电压VC，该第一运算放大器OPA1输出一低电压准位，该第一晶体管T1及该第三晶体管T3导通并产生该调节电流IB。
该充电电流IC可以为该调节电流IB的M倍。更明确地说，该充电电流IC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。该充电电流IC与该调节电流IB的关系如下：
Figure BDA0002428694610000061
当该充电电流IC上升且该充电电压VC大于输入至该第一运算放大器OPA1之反相输入端－时，该第一运算放大器OPA1输出一高电压准位以降低该调节电流IB。当该调节电压VB接近该参考电压VREF时，该第二运算放大器OPA2输出一高电压准位以降低该充电电流IC。当该调节电压VB上升至该参考电压VREF时，该第二晶体管T2停止提供该充电电流IC。也就是说，当该调节电压VB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调节单元10、该电流转电压单元20及该第一运算放大器OPA1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调节单元10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的仿真图。
于图3的模拟图中，电源VDD为4伏特，参考电压VREF为1伏特，参考电流IREF的100微安培，充电电流IC为200毫安，待充电装置30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上升至电源VDD(4伏特)时，充电电流IC下降归零。
要说明的是，图3中充电电流IC以负值表示是指电流方向的定义。
请参阅图4，图4显示图2中调节电压VB与第一运算放大器输出端O1的电压的仿真图。
从图4可知，当第一运算放大器输出端O1的电压逐渐上升至电源VDD(4伏特)时，调节电压VB从参考电压VREF(1伏特)逐渐下降至0伏特。
请参阅图5，图5显示根据本揭示另一实施例之定电流充电装置的方块图。
图5之定电流充电装置与图1之定电流充电装置的差异在于图5之定电流充电装置进一步包括一电压调节单元40。该电压调节单元40电性耦接至于该电源VDD及该电流调节单元10之间并调节该充电电压VC。更明确地说，该电压调节单元40可以控制该待充电装置之该充电电压VC为该电源VDD以外的任一电压。该电压调节单元40可以为但不限于一低压差稳压器(Low-Dropout Regulator，LDO)或一升压器(booster)。
请参阅图6，图6显示根据本揭示又一实施例之定电流充电装置的方块图。
图6之定电流充电装置与图1之定电流充电装置的差异在于图6之定电流充电装置进一步包括一电压侦测单元50。该电压侦测单元50电性耦接至于该电源VDD及该电流调节单元10之间并调节该充电电压VC。更明确地说，该电压侦测单元50可以控制该待充电装置之该充电电压VC为该电源VDD以外的任一电压。该电压侦测单元50可以为但不限于一比较器。
本揭示之定电流充电装置可以通过该电流调节单元、该电流转电压单元及该第一运算放大器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调节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调节单元、该电流转电压单元及该第一运算放大器提供稳定的充电电流(如图3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 (10)

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：
一电流调节单元，电性耦接至该待充电装置，并根据一参考电压提供一调节电流以及一充电电流；
一电流转电压单元，电性耦接至该电流调节单元，并根据该调节电流输出一调节电压；以及
一第一运算放大器，电性耦接至该电流调节单元、该电流转电压单元及该待充电装置，用以调节该调节电流。
2.根据权利要求1所述的定电流充电装置，其特征在于，该充电电流为该调节电流的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，该第一运算放大器包括：
一反相输入端，电性耦接至该电流调节单元及该电流转电压单元；
一非反相输入端，电性耦接至该电流调节单元及该待充电装置；以及
一第一运算放大器输出端，电性耦接至该电流转电压单元。
4.根据权利要求3所述的定电流充电装置，其特征在于，该电流调节单元包括：
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；
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；以及
一第二运算放大器，包括一反相输入端、一非反相输入端以及一第二运算放大器输出端，
其中该第一控制端电性耦接至该第二控制端，该第一输入端电性耦接至一电源，该第一输出端电性耦接至该电流转电压单元及该第一运算放大器，该第二输入端电性耦接至该电源，该第二输出端电性耦接至该第一运算放大器及该待充电装置，该第二运算放大器之反相输入端电性耦接至该参考电压，该第二运算放大器之非反相输入端电性耦接至该调节电压，该第二运算放大器之第二运算放大器输出端电性耦接至该第一控制端及该第二控制端。
5.根据权利要求4所述的定电流充电装置，其特征在于，该电流转电压单元包括：
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
一电阻，
其中该第三控制端电性耦接至该第一运算放大器之该第一运算放大器输出端，该第三输入端电性耦接至该第一运算放大器之该反相输入端，该第三输出端电性耦接至一接地端，该电阻之一端电性耦接至该第三输出端，该电阻之另一端电性耦接至该接地端。
6.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。
7.根据权利要求1所述的定电流充电装置，其特征在于，该电流调节单元进一步调整输入至该待充电装置之一充电电压，该第一运算放大器根据该充电电压调节该调节电流。
8.根据权利要求7所述的定电流充电装置，其特征在于，进一步包括一电压调节单元，该电压调节单元电性耦接至于一电源及该电流调节单元之间并调节该充电电压。
9.根据权利要求7所述的定电流充电装置，其特征在于，进一步包括一电压侦测单元，该电压调节单元电性耦接至于一电源及该电流调节单元之间并调节该充电电压。
10.根据权利要求1所述的定电流充电装置，其特征在于，当该调节电压等于该参考电压时，该充电电流为零。
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