CN1249877C - 可动态调整充电功率的充电装置 - Google Patents

Abstract

一种可动态调整充电功率的充电装置，包括：直流对直流转换器功率转换级：用以供应充电电流；电流误差放大器：设定电流充电调整信号，并将之馈入直流对直流转换器功率转换级，用以调整充电电流；第一电量检测装置：设定充电电流信号，并将之馈入电流误差放大器，同时输出充电电流至充电电池；电量检测运算装置，设定并输出工作电流运算信号。该充电装置通过动态调整充电功率，以提高外接电源输出功率的使用效率，并缩短充电时间。

Description

可动态调整充电功率 的充电装置

技术领域

本发明涉及一种充电装置，特别是涉及一种适用于便携式装置的电池充电装置。

背景技术

科技的发展日新月异，数字电子产品的问世，带给人类更便利的生活。而各种便携式数字装置，例如：移动电话、笔记本电脑或个人数字助理(Personal Digital Assistance)……等等的快速发展，更大大地提高人类生活的便利以及工作的效率。对笔记本电脑而言，由于笔记本电脑具有可携性，在不外接电源的情况之下，整台笔记本电脑就靠其所安装的专用电池来提供电力，所以维持电池电源持续而稳定的电力供应，对整个笔记本电脑系统的运作非常重要。而电池充电功能的好坏与充电时间的长短往往也被列为评估笔记本电脑功能的重要参考依据之一。

请参照图1，其所绘示的是传统笔记本电脑的系统装置100的电路方块图。传统系统装置100与外接电源102耦接。其中包括充电装置103以及主功能装置104。传统充电装置103利用外接电源102所提供的电力为充电电池106进行充电。传统充电装置103具有一电量检测装置108，用以检测馈入充电电池106的充电电流的大小，并且依据充电电流的大小输出充电电流信号。请参照图2，其所绘示的是传统充电装置中电量检测装置200的电路方块图。电量检测装置200由电流检测电阻202以及电流对电压转换电路(current to voltage convert circuit)204所组成，其耦接关系如图2所示。当传统充电装置103开始进行充电时，充电电流流经电流检测电阻202，并在电流检测电阻202上产生电压。当充电电流越大时，其在电流检测电阻202所产生的电压会越大。因此，电流对电压转换电路204通过检测电流检测电阻202上的电压得知充电电流的大小。并且依据充电电流的大小输出适当的电压值，该电压值定义为一充电电流信号，其所代表的是传统充电装置103中充电电流的大小。

请再参照图1，电量检测装置108所输出的充电电流信号会馈入至电流误差放大器(error amplifier)110中。电流误差放大器110与电量检测装置108耦接，分别接收来自电量检测装置108的充电电流信号以及传统充电装置103预设的设定充电电流信号Cs。电流误差放大器110会比较这两个信号值产生充电电流调节信号，用以设定并调整传统充电装置103的充电状况。直流对直流转换器功率转换级(DC-DC Converter Power Stage)112与电流误差放大器110耦接，依据充电调节信号去调整馈入电量检测装置108的充电电流的大小，用以调整传统充电装置103的充电状况。此外，充电电池106的电压也会回授至电压误差放大器114中。电压误差放大器114会分别接收充电电池的充电电压信号以及传统充电装置103预设的设定充电电压信号Vs，依据这两个信号产生充电电压调节信号，馈入直流对直流转换器功率转换级112中。直流对直流转换器功率转换级112依据分别来自电流误差放大器110以及电压误差放大器114的充电调节信号来调整输出的充电电量的大小。换言之，传统充电装置103可分别依据输入充电电池106的充电电池以及充电电池106本身的充电电压来调整与决定充电期间的充电状况。

请参照图3A～图3C，其所绘示的是当传统充电装置103设定满载电流进行充电时，充电电压与充电电流随充电时间而改变的时序图。假设充电电池106的初始电压为Vi，其值小于充电电池106的满载电压Vs。其中，传统充电装置103通过预先设定输入电压误差放大器114的设定充电电压信号的大小，来决定充电电池106的满载电压Vs的大小。当开始进行充电时，电流误差放大器110所输出的充电电流调节信号与电压误差放大器114所输出的充电电压调节信号都同时馈入至直流对直流转换器功率转换级112中。需注意的是，此两种信号都以电压值的大小来代表信号的大小。由此充电电池106的电压Vi小于其满载电压Vs，故电压误差放大器114所输出的充电电压调节信号其电压小于电流误差放大器110所输出的充电电流调节信号。故直流对直流转换器功率调整级112会依据所接收的充电电流调节信号来调整充电状况。传统充电装置103就会以一满载电流Is，对充电电池106进行充电。其中，传统充电装置103通过预先设定输入电流误差放大器110的设定充电电流信号的大小，来决定输入充电电池106的满载电流Is的大小。例如：如图3A所示，设定输入充电电池106的满载电流信号为Is1。

请再参照图3A，随着充电时间的增加，充电电池106的电压逐渐升高。此时，电压误差放大器114所输出的充电电压调节信号其电压也会随充电电池106的电压的增加而升高，但仍小于电流误差放大器110所输出的充电电流调节信号的信号强度。故直流对直流转换器功率调整级112会依据所接收的充电电流调节信号来调整充电状况。其充电电流的大小一直维持的是充电装置103预先设定的满载电流Is1。

以图3A为例，当充电进行到时间t3时，充电电池106的充电电压值等于预先设定的充电电池106的满载电压Vs。之后，电压误差放大器114所输出的充电电压调节信号其电压值会大于电流误差放大器110所输出的充电电流调节信号。故直流对直流转换器功率调整级112会变成依据所接收的充电电压调节信号来调整充电状况。此时，充电电池106的充电电流大小将随时间的增加而减少。且充电电池106的电压大小将维持为满载电压值Vs。

由前文所述，输入充电电池106的满载电流Is的大小是由传统充电装置103预先的设定来决定。其所设定满载电流Is的大小，可决定充电效率的好坏，即充电过程所需花费的时间长短。请参照图3B，当设定输入充电电池106的满载电流为Is2时，在充电过程中，充电电池106的充电电压随时增加的情形如图3B所示。请同时参照图3C与图3B，由于其所设定输入充电电池106的满载电流Is2其值大于满载电流Is1，故以满载电流Is2进行充电所需花费的时间t2要比以满载电流Is1进行充电所需花费的时间t1要少。同理，请同时参照图3A、图3B以及图3C，当设定以比满载电流Is1、Is2其值还要大的满载电流Is3对充电电池106进行充电时，其所需的时间t3也会比以满载电流Is2进行充电所需花费的时间t2，以及以满载电流Is1进行充电所需花费的时间t1都要小。换言之，当预先设定满载电流Is其值越大，则充电装置103的充电效率越佳，即充电过程所需花费的时间越短。

综上所述，传统充电装置103是以预先设定充电电流信号以及充电电压信号的方式，来决定充电时的满载电流Is与满载电压Vs的大小，故传统充电装置103在进行充电的过程中，满载电流Is与满载电压Vs的值都是固定的。换言之，传统充电装置103进行充电时，其最大功率损耗可视为一固定值。

在传统充电装置103进行充电的同时，外接电源102也供应部分电力给笔记本电脑的主功能装置104。其中，电源混合电路(power source mixcircuit)116分别与外接电源102以及充电电池106耦接，用以提供笔记本电脑的主功能装置104的电源供应，以维持其主功能装置104的正常运作。

由前文所述可知，传统充电装置与外接电源耦接。外接电源除了必须随时供应笔记本电脑的主功能装置工作所需的能量(称之为工作功率)之外，也要随时供应传统充电装置充电时所需的能量(称之为充电功率)。外接电源所能提供的电源功率大小是固定的，故笔记本电脑在进行工作时，必须对电源功率作适当的分配，一方面可以维持主功能装置的正常运作，另一方面又可以有效率地进行充电电池的充电动作。传统充电装置是以预先设定充电电流以及充电电压的方式，来决定充电时的满载电流与满载电压的大小。换言之，预先分配与保留给传统充电装置对充电电池进行充电的功率是固定的。但是，笔记本电脑的主功能装置在运作时所消耗的功率大小是随着执行动作的不同而随时变动的，并没有一固定的值。故必须适当地设定传统充电装置的满载电流与满载电压的大小，以避免充电时损耗的充电功率加上主功能装置运作时损耗的工作功率之和大于外接电源的输出功率，也就是过负载(overloading)的情况发生。一般传统作法是依据笔记本电脑的主功能装置工作时的最大工作功率，来决定传统充电装置所设定的充电功率的大小。也就是说，把可利用的外接电源输出功率减去主功能装置工作时的最大工作功率，所得之差即为传统充电装置所能使用的最大充电功率大小。如此，即使笔记本电脑以最大工作功率进行工作，外接电源也不会有过负载的情形发生。

传统充电装置会遭遇到的问题是：传统充电装置是依据笔记本电脑工作时的最大工作功率大小来设定其充电功率的大小。请参照图4，其所绘示的是外接电源的输出功率分配给充电装置的充电功率、主功能装置的工作功率以及无效功率的时序图。外接电源的可利用输出功率分配给传统充电装置的充电功率以及主功能装置的工作功率的时序图。横轴代表时间，纵轴代表当外接电源的输出功率大小设定为100％的情况下，传统充电装置所花费的充电功率以及主功能装置的工作功率所占外接电源的输出功率的百分比。需注意的是，外接电源的输出功率并不会百分之百地提供给主功能装置或充电装置，而会有少部分的功率损耗。故传统充电装置所花费的充电功率以及主功能装置的工作功率之和，小于外接电源的输出功率的大小，如图4所示。由于笔记本电脑在工作时，其工作功率并不会时常处于最大功率的状态。因此，若固定传统充电装置的充电功率，则当笔记本电脑不以其最大工作功率进行工作时，就会有部分外接电源的输出功率，如图4中的斜线阴影的部分，未被系统利用而白白浪费掉，称之为无效功率。换言之，外接电源的可利用输出功率并没有被完全地利用。如此，就传统充电装置而言，其充电电池就需要较长的时间进行充电，故充电效率也变得较差。

综上所述，传统充电装置会有以下的问题：

1.外接电源的输出功率并没有完全被利用。

2.充电时间较长，充电效率较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可动态调整充电功率的充电装置，以达到提高外接电源输出功率的利用率、缩短充电时间、提高充电效率的目的。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种可动态调整充电功率的充电装置，位于便携式系统的一个系统装置中，其中，该系统装置是由该充电装置及一个主功能装置所构成，且该系统装置与一个外接电源耦接，其中，该外接电源用以提供该主功能装置运作所需的一个工作电流，并且为该充电装置中的一个充电电池进行充电，该充电装置包括：

一个直流对直流转换器功率转换级，与该外接电源耦接，用以供应该充电电池充电所需的一个充电电流；

一个电流误差放大器，与该直流对直流转换器功率转换级耦接，用以依据一个充电电流信号以及一个工作电流运算信号设定一个电流充电调整信号，并将该电流充电调整信号馈入该直流对直流转换器功率转换级，以调整该充电电流的大小；

一个第一电量检测装置，分别与该直流对直流转换器功率转换级、该误差放大器以及该充电电池耦接，用以依据该充电电流输出该充电电流信号，并且将该充电电流馈入该充电电池，用以对该充电电池进行充电；以及

一个电量检测运算装置，与该外接电源及该误差放大器耦接，用以依据该工作电流以及一个设定工作电流信号输出该工作电流运算信号。

进一步说，该第一电量检测装置，分别与直流对直流转换器功率转换级、误差放大器以及充电电池耦接，用以检测充电电流大小并转换成充电电流信号，并将充电电流信号馈入电流误差放大器。此外，第一电量检测装置也可将充电电流馈入充电电池，用以对充电电池充电。电量检测运算装置，与外接电源及误差放大器耦接，用以依据将工作电流以及设定工作电流信号作比较与运算，并将工作电流运算信号输出，耦接到电流误差放大器。

附图说明

图1为笔记本电脑的传统系统装置的电路方块图；

图2为传统充电装置中电量检测装置的电路方块图；

图3A为当传统充电装置设定满载电流为IS1来进行充电时，充电电压与充电电流随充电时间而改变的时序图；

图3B为当传统充电装置设定满载电流为IS2来进行充电时，充电电压与充电电流随充电时间而改变的时序图；

图3C为当传统充电装置设定满载电流为IS3来进行充电时，充电电压与充电电流随充电时间而改变的时序图；

图4为外接电源的输出功率分配给充电装置的充电功率、主功能装置的工作功率以及无效功率的时序图；

图5为本发明提出的可动态调整充电功率的系统装置的电路方块图。

具体实施方式

本发明所提出的可动态调整充电功率的充电装置，其精神在于在外接电源的输出功率固定的情况下，可视笔记本电脑的工作功率动态地调整充电装置的充电功率，使得外接电源的输出功率能够更有效率地被利用。同时，也可缩短充电电池的充电时间以及提高充电效率。

请参照图5，其所绘示的是本发明所提的一种可动态调整充电功率的系统装置500的电路方块图。本发明的系统装置500与外接电源502耦接。其中包括本发明的充电装置503以及主功能装置504。本发明的充电装置503用以利用外接电源502所提供的电力为充电电池506充电。本发明的充电装置503中各电路元件的耦接关系如图5所示。请同时参照图1及图5，本发明与传统充电装置不同之处在于，本发明的充电装置503增加了电量检测运算装置507。其中，电量检测运算装置507包括有电量检测装置508以及电量运算装置512。此外，本发明的充电装置503具有电量检测装置508以及电量检测装置510两个电量检测装置，如图5所示。

电量检测装置508与外接电源502耦接，外接电源502会输出一工作电流至电量检测装置508。该工作电流将会输入笔记本电脑的主功能装置504，用以维持主功能装置504的正常运作。电量检测装置508其电路元件的操作原理与传统充电装置103的电量检测装置108相同，详细内容请参照图2及前文的说明。电量检测装置508用以检测输入笔记本电脑的主功能装置504的工作电流的大小，即主功能装置504的工作功率的大小，并依据工作电流的大小输出一工作电流信号。

电量运算装置512与电量检测装置508耦接，自电量检测装置508输出的工作电流信号会馈入电量运算装置512中。电量运算装置512分别接收来自电量检测装置508的工作电流信号以及本发明的充电装置503预设的设定工作电流信号Ct。由前文所述，主功能装置504的工作功率会随着工作状态的不同而有所变化，故电量检测装置508所检测到的工作电流、输出的工作电流信号其信号大小都会随之改变。电量运算装置512以系统预先设定的设定工作电流信号Ct为基准，与工作电流信号作比较与运算，用以得知当时主功能装置504的工作功率的大小。电量运算装置512依据这二个信号输出一工作电流运算信号到电流误差放大器514。

电流误差放大器514与电量运算装置512耦接，除了接收工作电流运算信号以外。电量检测装置510也输出一充电电流信号至电流误差放大器514中。其中，电量检测装置510的电路元件运作原理与传统充电装置103的电量检测装置108相同，都用以检测流经电量检测装置510的充电电流大小，在此不再赘述。电量检测装置510输出的充电电流信号值代表充电装置503充电功率的大小，而电量运算装置512输出的工作电流运算信号代表笔记本电离的主功能装置504工作功率的大小。电流误差放大器514用以决定在目前主功能装置504工作功率的条件下，充电装置503进行充电工作时充电功率的大小。在已知外接电源502的输出功率固定的情况下，电流误差放大器514可依据主功能装置504的工作功率动态地决定充电装置503充电功率的大小。由前文所述，在外接电源502的输出功率固定的情况下，若主功能装置504的工作功率可以随时被检测到，且充电装置503可动态地调整对充电电池506充电的充电功率大小的话，则充电装置503可随时依据主功能装置504工作功率的不同来调整充电电池506充电功率的大小。为使外接电源502的输出功率得到最有效的利用，将功率浪费降至最低，充电装置503可设定输入充电电池506的充电功率为外接电源502的可利用输出功率与主功能装置504的工作功率之差。如此，外接电源502的可利用输出功率即可百分之百地被利用，而不会因为充电装置503的充电功率固定，若主功能装置504的工作功率降低，则会造成部分外接电源的输出功率的功率损失。

电流误差放大器514对这两个信号进行运算比较后，输出一电流充电调整信号至直流对直流转换器功率转换级516，以调整充电电流的大小。

直流对直流转换器功率转换级516分别接收电流误差放大器514馈入的电流充电调整信号、电压误差放大器518馈入的电压充电调整信号，并且与外接电源502耦接。直流对直流转换器功率转换级516可选择依据电流充电调整信号或电压充电调整信号来调整自外接电源502经直流对直流转换器功率转换级516输出的充电电流的大小。输出直流转换器功率转换级516的充电电流会经由电量检测装置510对充电电池506进行充电。由于本发明的充电装置503可将扣除主功能装置504的工作功率后，其余外接电源502的可利用输出功率都拿来作充电电池506充电之用。故此时充电电流应比传统系统装置100的充电电流要大。如此，也使得充电电池506所需的充电时间比传统充电装置103所需的充电时间要短。需注意的是，本发明的充电装置503中，电压误差放大器518、直流对直流转换器功率转换级516以及电源混合电路520的工作原理及用途都与传统充电装置103的电压误差放大器114与直流对直流转换器功率转换级112以及电源混合电路116相同，请自行参照前文的说明，在此处不再赘述。

电量检测运算装置508更与主功能装置504耦接，当电量检测运算装置508检测(侦测)到自外接电源502输出的工作电流有异常时，电量检测运算装置508会输出一警告信号至主功能装置504，用以通知主功能装置504有一异常电流输入。主功能装置504可另外设置保护装置，以防止异常工作电流输入，对主功能装置504的电路元件造成损害，影响其正常工作。

本发明的充电装置503除了适用于笔记本电脑以外，其他便携式装置，包括：移动电话、个人数字助理器(Personal Digital Assistance，PDA)都可适用。

本发明上述实施例所揭露的一种可动态调整充电功率的充电装置，其优点及效果在于：

1.提高外接电源输出功率的利用率：本发明的充电装置可动态地调整输入充电电池的充电功率，故可在外接电源的输出功率固定，且主功能装置的工作功率可以随时被检测到的情况下，随时依据主功能装置工作功率的不同来调整充电电池充电功率的大小。为使外接电源的输出功率得到最有效的利用，将功率浪费降至最低，充电装置可设定输入充电电池的充电功率为外接电源的可利用输出功率与主功能装置的工作功率之差。如此，外接电源的可利用输出功率即可百分之百地被利用，而不会因为充电装置的充电功率固定，若主功能装置的工作功率降低，则会造成部分外接电源的输出功率的功率损失。

2.缩短充电时间，提高充电效率：本发明的充电装置可动态地调整充电装置的充电功率，在外接电源的可利用输出功率固定的情况下，可视主功能装置的工作功率动态地调整充电装置的充电功率，使得外接电源的可利用输出功率能够更有效率地被利用。本发明的充电装置可将扣除主功能装置的工作功率后，其余外接电源的可利用输出功率都拿来作充电电池充电之用。故此时充电电流会比传统充电装置的充电电流要大。如此，也使得充电电池所需的充电时间比传统充电装置所需的充电时间要短。充电效率也较高。

3.避免异常工作电流输入主功能装置：本发明的充电装置，其电量检测运算装置更与主功能装置耦接，当电量检测运算装置检测到自外接电源输出的工作电流有异常时，电量检测运算装置会输出一警告信号至主功能装置，用以通知主功能装置有异常电流输入。主功能装置可另外设置保护措施，防止异常工作电流输入，对主功能装置的电路元件造成损害，影响其正常工作。

综上所述，虽然结合以上一较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的为准。

Claims (6)

1.一种可动态调整充电功率的充电装置，位于便携式系统的一个系统装置中，其中，该系统装置是由该充电装置及一个主功能装置所构成，且该系统装置与一个外接电源耦接，其中，该外接电源用以提供该主功能装置运作所需的一个工作电流，并且为该充电装置中的一个充电电池进行充电，该充电装置包括：

一个直流对直流转换器功率转换级，与该外接电源耦接，用以供应该充电电池充电所需的一个充电电流；

一个电流误差放大器，与该直流对直流转换器功率转换级耦接，用以依据一个充电电流信号以及一个工作电流运算信号设定一个电流充电调整信号，并将该电流充电调整信号馈入该直流对直流转换器功率转换级，以调整该充电电流的大小；

一个第一电量检测装置，分别与该直流对直流转换器功率转换级、该误差放大器以及该充电电池耦接，用以依据该充电电流输出该充电电流信号，并且将该充电电流馈入该充电电池，用以对该充电电池进行充电；以及

一个电量检测运算装置，与该外接电源及该误差放大器耦接，用以依据该工作电流以及一个设定工作电流信号输出该工作电流运算信号。

2.如权利要求1所述的充电装置，其中该电量检测运算装置还包括：

一个第二电量检测装置，与该外接电源耦接，依据该工作电流输出一个工作电流信号，用以检测输入该便携式装置的该工作电流；以及

一个电量运算装置，与该第二电量检测装置耦接，用以依据该工作电流信号以及该设定工作电流信号设定该工作电流运算信号，并将该工作电流运算信号输出。

3.如权利要求1所述的充电装置，其中，该电量检测运算装置还与该主功能装置耦接，当该电量检测运算装置检测到一个异常工作电流时，该电量检测运算装置输出一个警告信号至该便携式设备的该主功能装置，用以通知该主功能装置有一个异常工作电流输入。

4.如权利要求1所述的充电装置，其中，该便携式装置为一个笔记本电脑。

5.如权利要求1所述的充电装置，其中，该便携式装置为一个移动电话。

6.如权利要求1所述的充电装置，其中，该便携式装置为一个个人数字助理器。

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