CN1305255A - 数字电子装置的供电控制电路及供电控制方法 - Google Patents

数字电子装置的供电控制电路及供电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电源供电控制电路及其控制方法。该供电控制电路包括:需要脉冲型电力的可变负荷、可超急速放电且可良好跟踪可变负荷的周期脉冲电力的第1蓄电元件、存储向第1蓄电元件提供的电力使第1蓄电元件的电压电平不急剧降低的第2蓄电元件、检测第1蓄电元件的电压电平且在该电平在预定电平以下时,向第1蓄电元件提供第2蓄电元件的储存电力的控制单元。本发明可快速跟踪数字负荷的周期性脉冲电力,有效处理负荷改变产生的主电源电压降低,根据缓慢与急剧电压降低调节电池放电电流的大小,最大限度提高电力使用效率。

Description

数字电子装置的供电控制电路及供电控制方法
本发明涉及电池驱动的数字电子装置的供电装置，具体涉及用于向需要脉冲型电力的数字电子装置提供合适电源的供电控制电路及其方法。
近来，随着技术进步，可在室外携带和搬运的小型轻巧便携式装置广泛普及，这类便携式电子装置包括峰窝式移动电话的移动终端、笔记本型个人计算机、可携式摄像机、MP3等。
目前销售的便携式电子装置几乎都使用封装的电池(下文称为电池组)作为电源。内设该电池组的便携式电子装置在不用市电的地方也可驱动。
主要使用NiCd、NiMH、锂离子电池等通过充电可重复使用的充电式电池(即二次电池)作为这类便携式电子装置的内设电池。因而，上述内设电池可在电池组安装在系统(便携式电子装置)中的状态下从外部提供交流电源进行充电。
上述便携式电子装置的特点是内设数字电路构成的数字负荷。
图1表示具有数字负荷的便携式电子装置的电力供给系统的构成。如图所示，在充电式电池11与负荷15之间介入向便携式电子装置的各部分供电的电源供给部13。其中，负荷15是数字负荷，需要图2a所示的脉冲型电力。
如图2a所示，数字负荷具有在一定周期中产生脉冲波的电流消耗特性。但是，目前销售的充电式电池(二次电池)难于急速放电，因而如图2b所示，不能快速跟踪脉冲型电流特性。由此，如图2b画斜线的部分所示，把充电式电池用作电源的数字负荷会导致电力的浪费。
这样，在以往具有数字负荷的供电系统中，由于电池不能迅速跟踪负荷的电流消耗特性，电力使用效率极低。
本申请的发明人知道，作为需要周期脉冲电力(下文称为“脉冲电力”)的数字负荷的主电源，使用已有一次电池与二次电池时，供电系统的电力消耗增大，电力使用效率降低。
在为快速跟踪脉冲电力而仅使用可快速放电的蓄电元件作为数字负荷主电源时，不能防止系统过负荷时产生的急剧的压降。
因而，本申请的发明人发明了把已有电池作为辅助电源的应用方式，以便使用可快速放电的蓄电元件作数字负荷的主电源，在过负荷时，防止该蓄电元件产生的急剧的电压降。
本发明根据上述背景技术，其目的在于提供一种可快速响应数字负荷电力特性的供电控制电路。
本发明的另一目的在于提供一种供电控制电路及其控制方法，可根本解决妨害对负荷稳定供电的急剧的电压降，而且即使在主电源完全放电的状态下也可用应急电源供电。
为了达到上述目的，本发明的供电控制电路包含：需要脉冲型电力的可变负荷，可超急速放电且可快速跟踪上述可变负荷的周期性脉冲电力的第1蓄电元件，储存向上述第1蓄电元件提供的电力使第1蓄电元件的电压电平不急剧降低的第2蓄电元件，检测第1蓄电元件的电压电平且在该电平降低至预定电平以下时向第1蓄电元件提供第2蓄电元件的存储电力的控制单元。从而，在通常负荷条件下仅第1蓄电元件放电，而在过负荷时，上述第1和第2蓄电元件均放电，不仅可使脉冲型电力消耗最低，且可防止急剧的电压降低。
上述第1蓄电元件是双电层电容器EDLC(Electric Double LayerCapacitor)，第2蓄电元件是可再充电的二次电池。不言而喻，上述第2蓄电元件是一次电池也不脱离本发明技术思想的范围。
本发明的供电控制电路，在第1蓄电元件和第2蓄电元件之间包含至少一条以上供电线路，在上述供电线路中至少配置一个以上开关元件，控制单元通过对该开关元件进行开关控制使第1蓄电元件与第2蓄电元件电气上互连。
本发明可在第1蓄电元件与第2蓄电元件间介入第1和第2供电线路，第1和第2蓄电元件直接连接第1供电线路，第1和第2蓄电元件经控制单元的内部开关模块连接第2供电线路。这种情况下，经第1供电线路流过比第2供电线路更大的电流，从而可对负荷大小进行适当处理。
本发明的供电控制电路还可包含第3蓄电元件，储存在第1和第2蓄电元件完全放电状态下上述负荷要求应急电力时提供至第2蓄电元件的应急电力。
这时，第3蓄电元件是其容量比第1蓄电元件相对小的双电层电容器(EDLC)，经开关元件与第2蓄电元件连接。
本发明另一实施形态的一种供电控制电路中的供电控制方法，该供电控制电路包含要求脉冲型电力的数字可变负荷、可良好跟踪所述可变负荷脉冲型电力的第1蓄电元件、向所述第1蓄电元件提供补偿电力的第2蓄电元件，以及在所述第1和第2蓄电元件间设置第1和第2供电线路；该供电控制方法包括下述步骤：检测所述第2蓄电元件的电压电平，在该电压电平下降至必须充电的电平以下时，连接外部电源与第2蓄电元件进行充电的充电步骤；检测所述第1蓄电元件的电压电平判断电压是否降低的电压降低判别步骤；如果在所述判别步骤中所述第1蓄电元件电压降低，则判定该电压降低值的电压降低值判定步骤；根据判定的电压降低值，使第1和第2供电线路中的一条通电，补偿第1蓄电元件的电压降低的补偿步骤。
本发明的其它目的与优点通过后述的实施例将会明白。本发明的目的及优点可通过示于权利要求范围的手段及其组合加以实现。
图1是已有技术供电系统的简略构成框图。
图2a是以往供电系统中其数字负荷相对于时间的电流消耗特性的示图。
图2b是相对于时间的电池输出的电流特性示图。
图3是本发明供电控制电路的整体构成框图。
图4a是数字负荷相对于时间的电流消耗特性示图。
图4b是本发明相对于时间的主电源输出的电流特性示图。
图5a表示数字电子装置从待机方式转换为动作方式在负荷侧产生大的过负荷状态；
图5b表示过负荷时主电源中产生的急剧压降。
图6是本发明的供电控制电路通过改变负荷确定提供至负荷侧的最佳输出电力的流程图。
以下，参照附图详述本发明的较佳实施例。
参照图3，该图示出本发明一较佳实施例的供电控制电路的构成，该供电控制电路包含电池50、控制单元60、保护电路70、EDLC190、EDLC280及多个开关元件51、52、53、54、55。
在上述保护电路70上连接具有图4a所示电流消耗特性的数字可变负荷40及例如交流市电之类的外部电源30。
电池50是储存电能进行放电的一种蓄电元件，一次电池、可再充电的二次电池及太阳能电池均可使用。在本实施例中使用可再充电的二次电池作为电池。
上述DELC280是蓄电元件中的一种双电层电容器，与一次电池与二次电池相比，它可超速充、放电。从而EDLC280适于用作要求脉冲型电力的数字负荷的主电源。
EDLC190仅电容量与EDLC280不同，也同样为双电层电容器。因EDLC190的电容量比电池50与EDLC280的小，在本实施例中用作应急电源。
控制单元60由检测电池50、EDLC190、EDLC280的电平的电压检测部63，控制多个开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5通断的开关控制部61及内部开关模块62构成。
开关元件51-55，根据开关控制部61的开关控制信号使供电线路开路或短路。希望该开关元件由耗电较少的MOS-FET(Metal-Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)(金属氧化物半导体型场效应晶体管)之类的半导体元件构成。
保护电路70用于保护蓄电元件免受该蓄电元件EDLC1、EDLC2充放电时产生的过充电与过放电影响。在本发明用于锂离子电池时，该保护电路70是必须的。根据使用本发明的电池种类，上述保护有时可省略。
负荷40是便携式电子装置中具有的数字负荷，尤其是具有图4a所示脉冲电力特性的可变负荷。
外部电源30通常指交流市电。该交流市电包括本申请发明人提出的韩国发明专利申请第98-43924及99-43024号所公开的自用发电机。
如图3所示，电池50与EDLC280由两条供电线路56、57连接。该供电线路56、57各备有两个开关元件。在第1供电线路56上设置SW353、SW454，在第2供电线路57上设置SW1 51、SW2 52。
控制单元60介于第2供电线路57的SW1 51与SW2 52之间。该供电线路57经两个开关元件SW1、SW2与控制单元的内部开关模块62连接电池50与EDLC2 80。
控制单元60的内部开关模块62用于限制经电池50放电的放电电流的临界值。因而与流经第1供电线路56的电流相比，流经第2供电线路57的电流其大小受到限制。
第1供电线路56的SW454配置在电池50与EDLC2 80之间，SW3 53配置在电池50与保护电路70之间。
用于应急供电的备用电源的EDLC1 90通过开关元件SW5 55连接电池50。因而在作为主电源的电池与EDLC2 80完全放电时，可提供负荷要求的应急电力。
如图3虚线(控制线)所示，多个开关元件51～55由控制单元的开关控制部61控制。控制单元的电压检测部63，经图3所示的检测线频繁检查蓄电元件50、80、90的电压电平。
由电池50、EDLC1 90、EDLC2 80放电或由外部电源30充电的电力经示于图3的供电线路56、57、58提供。
下面，详细说明具有上述构成的本发明供电控制电路的作用。下文中，开关元件关断是指供电线路开路的状态。
在所有开关元件51～55全关断的状态，即在通常负荷条件下，如果数字可变负荷40要求图4a所示的脉冲电力，则可超急速放电的EDLC2 80，如图4b所示，产生放电电流IEDLC2，快速跟踪可变负荷的脉冲电力。
如果对图2b与图4b进行比较可知，与以往的电池相比，EDLC可更好地跟踪脉冲电力。这一点从图4b的τ2比图2b的τ1小得多这一事实即易于理解。因而，对要求脉冲电力的数字负荷采用EDLC作为主电源时，与已有的电池相比其电力损失可成为最小。
另一方面，在EDLC2的场合，如图5a所示，在负荷突然要求高电流的过负荷状态下，会如图5b所示产生急剧的压降。尤其，在该压降值Vdrop比电压阈值Vth低时，有时会导致供电系统发生严重的问题。
因而，本发明的控制单元60，通过图6所示的顺序，对主电源EDLC2产生的急剧压降进行补偿。
参照图6详细说明本发明的控制单元，通常改变负荷提供最佳电力的过程。为易于理解，下面简单说明示于图6的用语。
VBATT表示电池的输出电压，VE2表示EDLC2的输出电压，V1、V2、V3、V4表示控制单元60的内部存储器(未图示)中所存储的设定电压。该设定电压可根据负荷的种类作多种变化。
图6中，控制单元60进行的切换控制过程大致上分为完成充电模式阶段(步骤S20)及完成放电模式阶段(步骤S30)。
在切换控制开始时，SW1 51与SW2 52导通，SW3 53与SW4 54关断(步骤S11)。
在该状态下，控制单元60的电压检测部63检测电池50的电压电平VBATT(步骤S12)，该检测的电压电平与设定电压V1(例如蜂窝式移动电话时为3.0V)进行比较(步骤S13)。A．充电模式
在步骤13中，当电池的电压电平VBATT比设定电压V1小时，控制单元60导通SW3 53，而其余开关元件SW2、SW3、SW4、SW5保持关断状态，对电池50充电(步骤S20)。
如果在步骤S13中电池50的电压电平VBATT比设定电压V1大，则判断为电池充满电，流程进至下一步骤S30的完成放电模式阶段。B．放电模式
控制单元60检测EDLC280的电压VE2进行放电模式控制动作(步骤S31)。
若这时设定电压存在V2＞V3＞V4的关系，随着负荷变化，控制单元60的开关控制过程大致分为下述四种。
①VE2＞V2
在步骤S31中检测的EDLC2的电压电平VE2比设定电压V2(例如蜂窝式移动电话为3.8V)大时，控制单元判定为不产生电压降低的通常放电模式(步骤S32)。从而，控制单元60的开关控制部61关断全部开关元件SW1 51、SW2 52、SW3 53、SW4 54、SW5 55(步骤S37)，流程返回步骤S12。
②V3＜VE2＜V2
在步骤S31检测的EDLC280的电压电平VE2比设定电压V2小，比V3(例如在蜂窝式移动电话时为3.1V)大时，控制单元60判断为EDLC2 80中虽有某种程度的电压降低，但仍处于即使单独用EDLC2 80也可向负荷40提供足够电源的状态(步骤S33)。因而，控制单元60的开关控制部61关断所有开关元件SW1 51、SW2 52、SW3 53、SW4 54、SW5 55(步骤S38)，流程返回步骤S12。
③V4＜VE2＜V3
在步骤S31中EDLC2 80的电压电平比设定电压V3小，比V4(例如在蜂窝式移动电话时为3.05V)大时，控制单元60判断因过负荷EDLC2 80中有轻微电压降低(步骤S34)。因而，控制单元60的开关控制部61使开关元件SW1 51与SW2 52导通，SW3 53与SW4 54关断，第1供电线路57开路(步骤S35)。
④VE2＜V4
在步骤S31中EDLC2 80的电压电平比设定电压V4(例如蜂窝式移动电话时为3.05V)小时，控制单元60判断为向EDLC2 80施加极大过负荷，存在急剧电压降低(步骤S34)。因而，控制单元60的开关控制部61关断开关SW1 51、SW2 52，导通SW3 53、SW4 54，使第2供电线路56开路(步骤S36)。
经上述第1供电线路57提供的电池放电电流，在流经控制单元60的内部开关模块62的过程中，其电流上限值限定为恒定的临界值，因而，其流过的电流比第2供电线路更小。
控制单元60，在EDLC2 80中存在缓慢电压降低时，使第1供电线路57开路，而在存在急剧电压降低时，使第2供电线路开路，从而消除了电压降低使系统产生的问题。
如上所述，本发明的供电控制电路及供电控制方法，可快速跟踪数字负荷的周期性脉冲电力。本发明对负荷改变而产生的主电源电压降低可有效进行处理。尤其，本发明根据缓慢电压降低和急剧电压降低调节电池放电电流的大小，最大限度提高电力的使用效率。即使在主电源的EDLC与电池均完全放电的状态，本发明也能对负荷要求的紧急电力作出响应。
本发明不限于上述实施例，不言而喻，本发明所属技术领域中具有一般技艺的技术人员，在本发明技术思想与权利要求的范围及等同范围中，可对本发明作出各种修改和变形。

Claims (11)

1．一种数字电子装置的供电控制电路，该供电控制电路连接要求周期性电力的数字可变负荷，用于控制向该可变负荷提供的电力，其特征在于，所述供电控制电路包括：
作为向所述可变负荷提供周期性脉冲电力的主电源的第1蓄电元件，该第1蓄电元件可超急速放电，从而可快速跟踪所述可变负荷的周期性脉冲电力；
在过负荷使所述第1蓄电元件中产生急剧电压降低时，向所述第1蓄电元件提供电力以补偿该电压降低的第2蓄电元件；
位于所述第1和第2蓄电元件间的多条供电线路；
控制单元，检测所述第1蓄电元件的输出电压，对所述多条供电线路进行开关控制，使该检测电压在基准电压电平以下时，可向所述第1蓄电元件提供所述第2蓄电元件储存的电力；
由此，在通常负荷条件下，仅第1蓄电元件放电，而在过负荷时，所述第1和第2蓄电元件均放电。
2．如权利要求1所述的数字电子装置的供电控制电路，其特征在于，所述第1蓄电元件是双电层电容器EDLC，所述第2蓄电元件是可再充电的二次电池或一次电池。
3．如权利要求2所述的数字电子装置的供电控制电路，其特征在于，在所述第1蓄电元件与第2蓄电元件之间至少配置一条以上供电线路，在该供电线路中至少配置一个以上开关元件；所述控制单元通过对该开关元件进行开关控制而使所述1蓄电元件与第2蓄电元件互连。
4．如权利要求3所述的数字电子装置的供电控制电路，其特征在于，第1和第2供电线路介于所述第1蓄电元件与第2蓄电元件之间，所述第1供电线路直接连接所述第1与第2蓄电元件，所述第2供电线路经控制单元连接所述第1与第2蓄电元件；
把流过所述控制单元的电流限制为一定临界值，由第2供电线路进行调节使在第1供电线路中流过更大的电流。
5．如权利要求4所述的数字电子装置的供电控制电路，其特征在于，在所述第1和第2供电线路中至少包含一个以上的开关元件。
6．如权利要求5所述的数字电子装置的供电控制电路，其特征在于，所述控制单元包括：
开关控制部，用于对设置在所述第1和第2供电线路中的开关元件进行控制；
用于检测所述第1和第2蓄电元件的电压电平的电压检测部；
用于限制流经所述第2供电线路的电流上限值的内部开关模块。
7．如权利要求1所述的数字电子装置的供电控制电路，其特征在于，还包括第3蓄电元件，在所述第1和第2蓄电元件完全放电状态下，出现所述负荷要求应急电力，即向所述第2蓄电元件提供应急电力。
8．如权利要求7所述的数字电子装置的供电控制电路，其特征在于，所述第3蓄电元件是比所述第1蓄电元件容量相对小的双电层电容器EDLC，经开关元件与所述第2蓄电元件连接。
9．如权利要求8所述的数字电子装置的供电控制电路，其特征在于，所述控制单元检测所述第1和第2蓄电元件的电压电平，在该第1和第2蓄电元件完全放电的状态下如果负荷要求紧急电力，则导通所述开关元件，向第2蓄电元件提供所述第3蓄电元件的电力。
10．一种供电控制电路中的数字电子装置供电控制方法，该供电控制电路包含要求脉冲型电力的数字可变负荷、可良好跟踪所述可变负荷脉冲型电力的第1蓄电元件、向所述第1蓄电元件提供补偿电力的第2蓄电元件，在所述第1和第2蓄电元件间设置第1和第2供电线路；其特征在于，该供电控制方法包括下述步骤：
检测所述第2蓄电元件的电压电平，在该电压电平下降至必须充电的电平以下时，连接外部电源与第2蓄电元件进行充电的充电步骤；
检测所述第1蓄电元件的电压电平，判断电压是否降低的电压降低判别步骤；
如果在所述判别步骤中所述第1蓄电元件电压降低，则判定该电压降低值的电压降低值判定步骤；
根据判定的电压降低值，使第1和第2供电线路中的一条通电，补偿第1蓄电元件的电压降低的补偿步骤。
11．如权利要求10所述的数字电子装置供电控制方法，其特征在于，流经所述第1供电线路的补偿电流比流经所述第2供电线路的补偿电流大。
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