CN1286822A - 电源装置、供电方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种电源装置,该装置即使在用镍镉电池和镍氢电池等二次电池供电给电子电路而电池充电量降低时仍可使用,其中二次电池原来的性能仍然保持。本发明的电源供给电路包括电连接至一个二次电池(3)的连接器(2)、将二次电池(3)的输出电压提升的电压提升电路(4)、以及将该提升的输出电压供给电子电路(7)的电源供给线(5)。

Description

电源装置、供电方法和电子设备

本发明涉及一种电源装置、一种用电池向电子电路供电的方法、以及设有各种电子电路和供电给电子电路的电池的电子设备，具体涉及由充电量降低了的电池给电子电路供电的一种电源装置、供电方法以及电子设备。

通常，电子设备包括用一个电池或其它电源驱动的电子电路。例如，便携式终端机等便携式电子设备便是用一个主电池或一个可充电的二次电池加以驱动的。

二次电池包括镍镉电池和镍氢电池等电池，这类镍镉电池及镍氢电池具有下述优点：实际使用寿命长、高安全性及低成本。基于此，常常使用镍镉电池及镍氢电池等二次电池来驱动电子设备。

然而，镍镉电池及镍氢电池有所谓记忆效应的缺点，其电压按其使用方法不同而下降。该记忆效应是一种充电容量下降的效应，这是一种例如当重覆浅度充放电周期后进行深度放电时所发生的现象，于是该电压在放电之后分两阶段下降。

现在更具体地说明这种记忆效应，该效应特别容易发生在密封的镍镉电池或类似电池中。当重覆浅度放电(在容量完全放空之前便结束放电)和充电周期后，电池容量丧失，导致充放电能力下降。例如，如图1中所示，若重覆进行电池的部分充放电周期，那么电压和容量便随着循环次数(曲线2显示各重覆的周期)而逐渐下降。若此后(曲线3)电池完全放电，与最初该电池完全放电(曲线1)时所获的特性相比，放电电压下降。该放电状况显示出一个两阶段的变化，即使放电至原始的端电压，该电池仍无法重复其最初的容量。

此现象即公知的“电压降低”。有时该电池在浅度放电时可能出现记忆其低容量，所以亦称为“记忆效应”。这种损失随着温度增高而加速。

由这种记忆效应所造成的容量下降不同于实际损坏，其在经过几个完全的放电/充电重建周期后可恢复原来的状态。

因此，针对记忆效应，在产品上刊登不可重复浅度充放电的使用警告，并提供偶尔执行深度放电(至完全放电状态)使电池恢复其初始状态的方法。然而，这些措施对使用者并不方便。

另外，随着以新材料制造的二次电池的出现，例如锂离子电池和锂聚合物电池等，由于这些电池并不使用造成记忆效应主要原因的镍电极，所以它们并没有镍镉电池和镍氢电池出现记忆效应的缺点。然而，这些以新材料制造的二次电池并没有长期实际使用的历史，它们的安全性也未受到充分考验，以及为此需要其他辅助电路，因此它们有许多方面的缺点，诸如封装方面及成本方面的缺点。另外还有一个问题，就是该电池本身的成本高于传统的镍镉电池及镍氢电池的成本。

本发明的一个目的是避免上述缺点并提供一种电源装置、一种供电方法和电子设备，其可实际用于当供电给使用作为二次电池的有充电能力的镍镉电池和镍氢电池等的电子电路时，这些二次电池的最初性能仍可保持。

为解决上述问题并达到上述目的，依据本发明的电源装置包括一个使储电装置的输出电压提升的电压提升装置和一个将提升的输出电压供给电子电路的供电装置。

一个具有这种结构的电源装置借助供电装置将电压提升装置提升了的储电装置的输出电压供给电子电路。

因此，对本发明的电源装置而言，即使在记忆效应发生于储电装置中时，仍可获得一段放电时间，其接近于电子电路工作需要的固定电压的正常放电时间。

此外，为了解决上述问题，在本发明的供电方法中，一个充电容量下降的储电装置的输出电压被提升，该提升的输出电压作为输出供给一个电子电路。

因此，对本发明的供电方法而言，即使在记忆效应发生于储电装置中时，仍可获得一段放电时间，其接近于电子电路工作需要的固定电压的正常放电时间。

另外，为了解决上述问题，依据本发明的电子设备包括一个电压提升装置，该装置提升一个充电容量下降了的储电装置的输出电压，还包括一个电子电路，该电路以提升了的输出电压工作。

具有这种结构的电子设备借助由电压提升装置所提升的储电装置的输出电压使电子电路工作。

因此，对该电子设备而言，即使在记忆效应发生于储电装置中时，仍可获得一段放电时间，其接近于电子电路工作需要的固定电压的正常放电时间。

另外，依据本发明的供电电路包括至少一个具有记忆效应的储电池，以及一个电压提升电路，该电路提升储电池的输出电压并供电给一个电子电路，其特征在于，所述电压提升电路的输入规格的容限较其输出规格的容限宽许多。

因此，由于该电压提升电路的输入规格的容限较其输出规格的容限宽许多，即使因为记忆效应而在储电池中发生电压下降，电子电路的最低工作电压仍可保持，直至该储电池的输出电压恶化至输入规格的低限值。结果，电池寿命显著延长，记忆效应实际上可忽略。

图1是镍基电池记忆效应的说明图；

图2是方块图，显示出本发明一个具体实施例的供电电路的结构；

图3是方块图，示出一个典型的供电电路的结构以说明本发明；

图4是特性曲线图，示出上述典型供电电路的放电特性；

图5是特性曲线图，示出该供电电路的放电特性，此电路为本发明的上述具体实施例。

以下参阅附图所示对本发明的一个具体实施例进行详细说明。该具体实施例示出本发明的一个电源装置，其适用于驱动一个电子电路的供电电路，该电子电路构成电子设备等。作为该具体实施例的供电电路由二次电池供电给电子电路，此二次电池是一个储电装置，其充电容量由于所谓的记忆效应而减少。

如图2所示，该供电电路包括一个连接器2，它是一个电连接至供电电路的连接装置，一个作为储电装置的二次电池3插在其中，该供电电路还包括一个使二次电池3的输出电压提升的电压提升电路4，以及一条将提升的输出电压供给至电子电路7的作为供电装置的电源供给线5。

另外，供电电路1还包括一条电源供给线6，将插有二次电池3的连接器2连接至电压提升电路4，此外，电容器8、9和10也连接至电源供给线5及6。

此处，二次电池3是一个由于记忆效应而使其充电容量下降的二次电池。二次电池3可以是例如镍镉电池。该二次电池3也可以是镍氢电池。在本例中，二次电池3的标准电压是1.2伏。下述为供电电路1的组件的说明。供电电路1以插入的二次电池3给电子电路7供电。

连接器2安装成使二次电池3可拆除。将二次电池3装在连接器2中，便完成了供电电路1的电连接。

电压提升电路(亦称为提升调节器)4构成了将输入电压提升到规定电压的提升电路。即，只要二次电池3的电压处于输入规格范围内，电压提升电路4就依据规定的输出规格提升该电压并将其供给电子电路7。具体例子是，依据电子电路7的规格，电压提升电路4将二次电池3的输出电压提升至2.4伏，并将其供给电子电路7。在此例中，输入规格设定为0.7至1.4伏，对应于二次电池3的标准电压1.2伏。应注意，该电压提升电路4具有2.4伏±10％的提升准确度。

若需要，可以用集成电路来实现电压增高电路4，而且很容易买到，例如由日本千叶市“精工”(Seiko)仪器公司制造的S8321/322型集成电路、日本冈山市“TOREX”半导体有限公司制造的XC3661/6362型集成电路、美国“国际半导体公司”制造的LM2577型集成电路、以及“Mitsumi”电力有限公司、“富士通”电力信息有限公司等制造的产品。此外，这类电压提升电路4的例子实际上备有各式输入/输出规格，可在市面上获得，所以依据电路规格优选此类电路，有把握得到较广的设计自由。

如图2所示，该电压提升电路4通过电源供给线6电连接至连接器2。此处，有一电容器8连接至电源供给线6，以消除射频干扰。

此外，电压提升电路4以一电压(该电压处于电子电路7的V_dd及V_ss之间)供给电子电路7。

电子电路7主要由集成电路组成，也可以是存储器、中央处理单元芯、外围电路等构成的微计算机。此微计算机可以是一电子电路，其组成为例如电子设备的控制器。

电子电路7具有规定的工作电压规格，此例中为2.0至2.7伏。除非供给电子电路7的电压为2.0伏，否则难以保证有正常的工作。此为一个电子电路，其工作所需的最低可工作电压(以下称为“最低工作电压”)为2.0伏或2.0伏以上。

电子电路7通过电源供给线5电连接至连接器2。此处，连接电容器9及10至电源供给线5，以消除射频干扰。电容器9用于电压提升电路4，而电容器10用于电子电路7。

由以上述组件设置的供电电路1，使电子电路7可不受二次电池3的记忆效应影响而工作。因此，即使记忆效应会在二次电池3中发生，供电电路1也可在约等于正常放电的时间内使电子电路7工作。

以下为供电电路1的详细工作说明，但首先，为了易于了解此具体实施例，将用图3及图4简单地说明在本例中记忆效应发生时的工作特性。

图3示出一个没有电压提升电路的典型供电电路101的例子。如图3所示，供电电路101包括两个作为供电装置的二次电池102、一个电子电路103、一条从二次电池102供电给电子电路103的电源供给线104、以及一个连接至电源供给线104的电容器105。

此处，电子电路103可以是上述电子电路7的集成电路。另外，电子电路103有如上述电子电路7的工作电压2.0至2.7伏。

二次电池102为镍镉电池，而且其本身会发生上述记忆效应。此处，每一个二次电池102的标准电压为1.2伏，如此，在标准状况下串联两个二次电池，电压输出为2.4伏。

此外，在供电电路101中，电子电路103和两个二次电池102经电源供给线104连接。此处，有一个电容器105连接至电源供给线104，以消除射频干扰。

在一个具有上述结构的典型供电电路101中，2.4伏的标准电压加于具有2.0至2.7伏的保证工作范围的电子电路103。在这种供电电路101中，因为放电通常是通过消耗电流的电子电路103进行的，所以该系统的放电截止点设定在电子电路103的最低工作电压的2.0伏。

图4示出由于典型的电子电路103的电流消耗造成的供电电路101放电特性的一个特定例子。图4中，纵轴为电池的电压输出值(以下称为“供电电压”)，横轴为放电时间。此外，由实线表示的曲线a示出两个二次电池102、102在正常放电时供电电压的变化，由虚线表示的曲线b则示出在记忆效应发生状态下放电时供电电压的变化。为了以容易理解的方式说明该记忆效应，曲线b以稍微夸张的方式描绘了一个状态，其中重复了多个浅度放电和充电的循环。

如图4中曲线a所示，当正常放电时，供电电压显示出一种趋势，其中在放电起始处看见有一暂时的下降，接着逐渐地减小，然后，看见一个突然的下降。此外，在供电电压快速下降的间隔中，在放电时间T3时达到放电截止点的电压V1。

应注意，虽然靠降低电子电路103的较低工作限度，即降低最低工作电压，可以延长放电时间，但是因为放电曲线在放电时间T3之后快速下降，所以无法大幅延长辅助电池102、102的工作期限。

接着，说明此例中的放电时间，其中发生记忆效应，如曲线b所示。记忆效应是一种在重复浅度放电和充电之后再深度放电所发生的现象，它是一种在放电时电压显示两阶段下降的现象。若在如图4所示的未设电压提升电路情况下对其加以说明，这是一种例如在放电时间T1进行放电并重复进行充电时电压发生下降的现象。如图4所示，在二次电池放电的情况下，放电特性在记忆效应发生的阶段持续存在，显示该供给电压在放电时间T1附近快速下降(例如，下降数十毫伏)，然后以正常放电的相同方式减小，最后变得与最终低电量点(完全放电时间)的正常状况几乎相同。以此方式，虽然由于记忆效应而显现快速的电压下降，但在一个发生记忆效应的电池中，其放电特性以品质而论却与正常放电的放电特性一致。

在此例中，因为供电电压由于记忆效应而快速下降，此后该供电电压立刻到达电子电路的放电截止点电压V1，所以放电时间T2较上述放电时间T3为短，因而显示此例中的电池寿命较供电电压因正常放电而减小的电池寿命短。

此处，虽然该电池寿命可借助降低电子电路103的工作电压低限而获得提升，但一个典型电子电路的电压低限是由下述各因素决定而设定在一个最佳值上，这些因素包括半导体工艺、工作速度、电路特性等，所以不容易大幅降低。上述为供电电路放电特性的说明，其中该供电电路并没有电压提升电路。

以下用图5对适用于本发明的供电电路1的放电特性进行说明。图5中，纵轴表示电压值，横轴表示放电时间。另外，在图5中，由实线表示的曲线c示出正常放电时二次电池3的供电电压变化，而由虚线表示的曲线d示出从记忆效应发生的阶段起二次电池3的供电电压变化。此外，电压范围V2-V3与电压提升电路4的输入规格对应。即，只要二次电池3的供电电压值范围V2-V3位于此输入规格内，便被提升至电压V4(如图5中所示的点划线)，如此电子电路7将工作正常。具体是，因为电压提升电路4的输入规格的最低电压为0.7伏，所以在供电电路1中，电子电路7实际上可正常工作，直至电池电压下降至0.7伏的电压低限。

结果，可发现，即使在记忆效应仍发生的一个放电中，当电池电压到达0.7伏的电压低限的放电时间T4；仍明显地较图3中的时间T2为长，这是电池电压到达2.0伏时，2.0伏为典型的供电电路101中的电子电路103的最低工作电压。

另外，即使我们对放电时间T5与放电时间T4进行比较，也可看出有记忆效应发生情况下的放电时间T4接近有正常放电情况下的放电时间T5；其中在放电时间T5时，电池电压到达0.7伏，0.7伏为正常放电的电压低限值；而在放电时间T4时，电池电压到达0.7伏，0.7伏为记忆效应仍发生情况下的放电的电压低限值。

对供电电路1装配一个电压提升电路4，即使电子电路7的电压低限本身保持在2.0伏不变，亦可以延长发生记忆效应的二次电池3的放电时间，而且放电时间可达到与在正常情况下几乎相同的放电时间。

如上所述，按照本发明，可使用供电电路1而无须担心记忆效应。因此，供电电路1可改善可靠且不贵的镍镉二次电池的效用。另外，若发生记忆效应，设备本身可进行“电量低”的判断，如此它将不会多消耗电流。在此例中，当记忆效应发生时，电池可借完全放电而恢复至正常状态，但设备本身不工作，所以电池无法完全放电，因此需要一个使电池放电特性恢复至正常的装置。这类使电池放电特性回复正常的装置可包括涉及电池充电器或其他设备所需要的一个相应的机构。

然而，如同用图5所做的说明，用于本发明的供电电路1可放电至低电量点附近，即几乎完全放电，因而对使用者来说可改进其方便性。即，一旦记忆效应发生时，供电电路1允许电池通过正常使用而恢复至初始状态，从而改进其方便性。

为了从不同的观点了解本发明，如图2所示，二次电池3的1.2伏标准电压被电压提升电路4提升，并加到电子电路7上。这时，电压提升电路4可具有正常值1.2伏的输入规格和-0.5伏及+0.2伏的容限，以及可具有正常值2.4伏的输出规格和±10％的容限。更明确说，采用电压提升电路4作为电压提升电路可达到宽松(宽)范围的正常值1.2伏的输入规格和+17％及-42％的容限，以及紧(窄)范围的正常值2.4伏的输出规格和±10％的容限，其特征可灵活加以运用。结果，即使二次电池3的输出电压降低0.7伏，电压提升电路的输出电压也至少维持在2.16伏，即2.4伏减10％，此输出电压可满足电子电路103的最低工作电压2.0伏。

以此方法，本发明至少具有一个可能发生记忆效应的二次电池，并具有一个将该二次电池的输出电压提升及将其供给电子电路的电压提升电路，该电压提升电路的特征在于，其输入规格的该容限与其输出规格的容限相比相对较宽。

在此例中，若需要，可用多个电压提升电路串联、并联或串并联，以形成一个多级结构。

另外，市面上有许多不贵的电压提升电路，它们被做成集成电路，并具有各种输入电压和输出电压规格，通过适当地选择，用一定数量的二次电池和采用串联或并联，可达到以较宽的自由度来设计电池结构。即，依据所选用的电压提升电路，供电电路1可改进对于二次电池的选择和结构的自由度。

另外，供电电路1允许使用现有的二次电池，所以可缩短研制设备的时间和降低研究的困难。

应注意，本发明的供电电路1仅装有一个有标准电压1.2伏的二次电池，但也可以串联两个电池，或并联两个或更多个电池。

应注意，作为本发明一个具体实施例的供电电路1被描述为具有一个可拆除的二次电池3，但亦可装有一个永久的不须拆除的二次电池。另外，使电子设备的电子电路7工作的供电电路1被描述为本发明的一个具体实施例，但并不限于此。电子设备本身装有电子电路7，还可装有供电电路1的构件，亦即电压提升电路4，因而二次电池3的输出电压可被提升并供给其本身的电子电路7。

对于本发明的电源装置，通过设置一个电压提升装置，可将储电装置的输出电压提升，并设置一个供电装置，可将已提升的输出电压供给电子电路，于是通过电压提升装置所提升的储电装置的输出电压，便可由供电装置供给电子电路。

因此，对于该电源装置，即使在储电装置发生记忆效应的情况下，对于具有固定工作电压需求的电子电路而言，也可以获得接近正常放电时间的放电时间。

另外，一旦记忆效应发生时，借助允许储电装置通过正常使用而恢复至初始状态，该电源装置可改进方便性。

此外，在本发明的供电方法中，借助使充电容量减小了的一个储电装置的输出电压提升，并提供此提升的输出电压给电子电路，即使在储电装置发生记忆效应的情况下，对于具有固定工作电压需求的电子电路而言，也可以为该储电装置获得接近正常放电时间的放电时间。

借助本发明的供电方法，一旦记忆效应发生时，允许储电装置通过正常使用而恢复至初始状态，该电源装置可改进方便性。

另外，为解决上述问题，在本发明的电子设备中，通过设置一个电压提升装置，可将充电容量减小了的储电装置的输出电压提升，并提供一个用提升的输出电压进行工作的电子电路，因而该电子电路可由电压提升的储电装置的输出电压进行工作。

因此，对于电子设备而言，即使在储电装置发生记忆效应的情况下，对于具有固定工作电压需求的电子电路而言，也可以获得接近正常放电时间的放电时间。

此外，一旦记忆效应发生时，允许储电装置通过正常使用而恢复至初始状态，该电子设备可改进方便性。

Claims (14)

1．一种电源装置，其自一个充电容量减小了的储电装置将电源供给电子电路，该电源装置包括：

一个电压提升装置，用于提升所述储电装置的输出电压；和

一个供电装置，用于将提升了的输出电压提供给所述电子电路。

2．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述储电装置的减小了的充电容量是由记忆效应造成的。

3．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述储电装置是镍基二次电池。

4．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述电子电路具有一个固定的最低工作电压作为工作所需。

5．如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，还包括一个连接装置，由其使所述储电装置可以拆除，而所述电压提升装置经该连接装置提升所述输出电压作为输出。

6．一种供电方法，包括下述步骤：

提升充电容量减小了一个储电装置的输出电压；和

将提升了的输出电压作为输出输给一个电子电路。

7．一种电子设备，包括：

一个电压提升装置，用于提升一个充电容量减小了的储电装置的输出电压；和

一个电子电路，以所述提升了的输出电压进行工作。

8．如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述储电装置的减小了的充电容量是由记忆效应造成的。

9．如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述储电装置是镍基二次电池。

10．如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述电子电路具有一个固定的最低工作电压作为工作所需。

11．如权利要求7所述的电子设备，其特征在于还包括：

一个连接装置，由其使所述储电装置可以拆除，而所述电压提升装置经该连接装置提升所述输出电压作为输出。

12．一种供电电路，包括：

至少一个具有记忆效应的储电池；和

一个电压提升电路，用于提升所述储电池的输出电压并供电给一个电子电路，该电压提升电路具有下述特征，即其输入规格的容限与其输出规格的容限相比较宽。

13．如权利要求12所述的供电电路，其特征在于，所述储电装置是镍基储电池。

14．一种供电电路，包括：

至少一个具有记忆效应的储电池；和

多个电压提升电路，用于提升所述储电池的输出电压并供电给一个电子电路，其中至少一个电压提升电路具有下述特征，即其输入规格的容限与其输出规格的容限相比较宽。

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