CN1622419A - 充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的充电系统，具有一充电电源装置及电压电源装置，其中电压电源装置上设一差动过程控制IC，而充电电源装置上设有一个以上串、并联的可充电电池，这些可充电电池上分别设有与之并联的电容及稽纳二极管，则随时间变化的直流电源电压，可由差动过程控制IC与这些可充电电池并联的每一电容，使电压平均分配至每一个电容，而由每个电容依设定的直流电压波形分别来调节与之并联的可充电电池充电状态，而能达到每个可充电电池局部电性平衡，使每一可充电电池可均衡充电，并可由限流装置控制过电流充电量，于放电期间，每个与可充电电池并联的电容可承受初始状态下大功率放电，而并联的稽纳二极管则可确保可充电电池及电容在安全负载电压下工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种充电系统，尤其是指一种可使每一可充电电池均衡充电，并可延长充电电池寿命的充电系统。
技术背景
按，一般充电系统对于复数个可充电电池充电方式，有将复数个可充电电池串联充电的方式，以及并联充电的方式，或事先串联后，及先并联后串联的方式。
串联的方式是对所有可充电电池流入相同的充电电流，因此，开始进行充电时，如果可充电电池残存容量或可充电电池内电阻有所不同，便无法使所有可充电电池同样充满电，因为残存容量大或内阻小的可充电电池会过度充电，残存容量小或内阻大的可充电电池则无法充满电。
将复数个可充电电池以并联方式与一电源相连接，则无法以理想状态均匀地对所有可充电电池分配充电电流以进行充电。例如内阻低的可充电电池所流动的电流会比内阻高的可充电电池更大，而无法均匀地分配电流，因此无法以理想状态使所有可充电电池充满电。
为消除以上的缺点，所以，即有人利用切换控制方式，使附属在每个可充电电池的充电系统对每个可充电电池进行个别充电，并及时调整充电可充电电池直到所有可充电电池充满电为止，如此，虽可确保每个可充电电池充满电，但成本却很高。
发明内容
本发明的一目的，在提供一种充电系统，该系统具有一充电电源装置及电压电源装置，其中电压电源装置上设有一差动过程控制IC，而充电电源装置上设有一个以上串联的可充电电电池，这些可充电电池上分别设有与之并联的电容及稽纳二极管(Zener Diode)，如此，事先设定的随时间变化的直流电源电压，可藉由差动过程控制IC与这些可充电电池并联的每一电容，使电压平均分配至每一个电容，而由每个电容一设定的直流电压波形分别来调节与之并联的可充电电池充电状态，而能达到每个可充电电池局部电性平衡，使每一可充电电池可均衡充电，并可藉由限流装置控制过电流充电量，于放电期间，每个与可充电电池并联的电容并可承受初使状态下大功率放电，而并联的稽纳二极管则可确保可充电电池及电容在安全负载电压下工作，因而增加每个充电电池的使用寿命。
本发明的另一目的，在提供一种充电系统，其电压电源装置的稽纳二极管串接有一功率电阻，以作为分压及消耗功率用。
一种充电系统，其中包括：
一电压电源装置，其是供应充电电路在进行充电时所需的电源，且该电压电源装置上设有一差动过程控制IC；
一充电电源装置，其设有一个以上连接在一起的可充电电池，这些可充电电池上分别设有与之并联的电容及稽纳二极管；
在充电时，可藉由差动过程控制IC与这些可充电电池并联的每一电容，使充电电压依预先设定的程序与时序电压平均分配至每一个电容，而由每个电容一设定的直流电压波形分别来调节与之并联的可充电电池充电状态，而能达到每个可充电电池局部电性平衡，使每一可充电电池可均衡充电，并藉由限流装置可控制过电流充电量，于放电期间，每个与可充电电池并联的电容并可承受初始状态下大功率放电，而并联的稽纳二极管则可确保可充电电池及电容于充电时在安全负载电压下工作。
所述的可充电电池可以串联方式连接在一起。
所述的可充电电池可以并联方式连接在一起。
所述的可无电电池上串接有一限流装置。
所述的稽纳二极管串接有功率电阻。
所述的电压电源装置可为回授型电源电路，其是令N信道MOS晶体管成为差动电偶，其源极共同连接后连接到定电源的一端，其闸极分别连接到输入端子及输出端子；P信道MOS晶体管，其源极连接到高电位电源VDD，闸极连接到P信道MOS晶体管的闸极，汲极与闸极共同连接后连接到P信道MOS晶体管的汲极；P信道MOS晶体管在闸极被输入有差动对偶的输出，其源极连接到高电位电源VDD，汲极连接到输出端子及电流源的连接点，当输入大于或小于输出时，利用P信道MOS晶体管的充、放电作用，可以以高速将输出电压调整至输入电压相等的电压。
所述的电压电源装置可为顺向式电源装置，该装置上设有一与电源输入端相接的电容(C1)，以作为滤波之用，该电容(C1)并与具初级、次级及回复三组绕组(N1、N2、N3)的变压器(T1)并联，该变压器(T1)的初级绕组(N1)并与一作为功率开关的晶体管(Q1)串接，该晶体管(Q1)的基极并与一脉波宽度调变芯片(PWM IC)与驱动电路相连接，且该初级绕组(N1)与回复绕组(N3)间设有一电容(C3)，且该回复绕组(N3)与电容(C1)串接有一二极管(D3)，再者，次级绕组(N2)并分别与一二极管(D1)、电感(L0)串接，以及一二极管(D2)与一电容(C0)相连接。
所述的电压电源装置可为返驰式电源装置，该装置上设有一与电源输入端相接的电容(C1)，该电容(C1)并与具初级、次级绕组(N1、N2)的变压器(T1)并联，该变压器(T1)的初级绕组(N1)并与一晶体管(Q1)串接，该晶体管(Q1)的基极并与一脉波宽度调变芯片与驱动电路相连接，再者，次级绕组(N2)并分别与一二极管(D1)及一电容(C0)相连接，如此，在使用时，由于其变压器(T1)又兼作输出储能电感使用，而(C1)主要是用来调整电源供应器的功率因子；再者，由脉波宽度调变芯片(PWM IC)、晶体管(Q1)、变压器(T1)组成的电源供应平台(Power stage)，主要是藉由脉波宽度调变芯片控晶体管(Q1)电子开关的导通与否，再配合次级绕组(N2)的二极管(D1)和电容(C0)，而得到直流电压的输出。
所述的电压电源装置可为程控电压电源装置，该装置上设有一整流/滤波电路、一变压器、一二次滤波电路及一直流输出端，其中该整流/滤波电路连接至一市电的交流(AC)电源，利用其电容(C2、C3)、电感(L1)及桥式二极管构成的全波整流/滤波电路，将AC电源整流及滤波，而获得一较稳定的直流电源，而该变压器连接至该整流/滤波电路，令其将整流及滤波后，并程控切换电路调变的交流电源降低其电压值，经该二次滤波电路的二次滤波，由该直流输出端输出直流电。
综上，本发明的充电系统，其设有一个以上以串、并联方式连接在一起的可充电电池，该每一可充电电池上分别以并联方式连接一电容，如此，可藉由每个电容分别来调节与之并联的可充电电池充电状态，而能达到使每个可充电电池局部电性平衡的目的，使每一可充电电池可均衡充电，并可藉由限流装置控制过电流充电，于放电期间，并联的电容又可承受放电初始阶段的大功率放电而使充电电池寿命增长。
附图说明
图1为本发明充电系统第一实施例的电路方块示意图。
图2为本发明充电系统第二实施例的电路方块示意图。
图3为本发明程控电压电源电路第一实施例的电路示意图。
图4为本发明程控电压电源电路第二实施例的电路示意图。
图5为本发明程控电压电源电路第三实施例的电路示意图。
图6为本发明程控电压电源电路第三实施例的电路方块示意图。
图7为本发明程控电压电源电路第四实施例的电路示意图。
图号说明：
充电电源装置 10
可充电电池 110
电容 120
稽纳二极管(Zener Diode) 130
限流电路 140
功率电阻 150
电压电源装置 20
差动过程控制IC 30
具体实施方式
本发明是一种充电系统，请参照图1、2所示，该充电系统上设有一电压电源装置20及可充电电源装置10，其中，电压电源装置20是供应充电电源装置10所需的电能，且该电压电源装置20上设有差动过程控制IC30，通过该差动过程控制IC30的比对功能，将直流输出端的输出电压与一预先设定的电压/时间V(t)波形相比对，而能提供预先设定的过程控制稳定电压的输出，而该可充电电源装置10上设有一个以上的可充电电池110，这些可充电电池110是以串联或并联方式串接而成，且这些可充电电池110上分别连接有一电容120及稽纳二极管130，这些电容120及稽纳二极管130是以并联方式与每一可充电电池110相连接，再者，这些稽纳二极管130上分别串接有一功率电阻150，该功率电阻150是用来作为分压及消耗功率用。
为了使审查员能进一步了解本案的发明，现举实施例并配合附图进行说明如下：
请参照图1所示，为第一实施例，其主要令电源经由电压电源装置20整流及控制后，而成为一随时间变化的直流电会流入可充电电源装置10，该可充电电源装置10上设有一个以上藉由串联的方式而连接在一起的可充电电池110，这些可充电电池110以并联方式分别与一电容120及一稽纳二极管130连接一起，且这些串联在一起的可充电电池110上串接有一限流电路140，如此，可使一组以上串接在一起的可充电电池110藉由上述连接的方式并联在一起。
另，请参照图2所示，为第二实施例，其主要令电源经由电压电源装置20整流及差动过程控制IC30控制后，而成为一随时间变化的直流电会流入可充电电源装置10，该可充电电源装置10上设有一个以上藉由并联的方式而连接在一起的可充电电池110，这些可充电电池110以并联方式与一电容120及一稽纳二极管130连接一起，且这些并联在一起的可充电电池110上分别串接有一限流电路140，如此，可使一组以上并联在一起的可充电电池110藉由上述串接的方式，而串接在一起。
请参照图3所示，其电压电源装置20可为回授(Feedback)型电源装置，其主要是令N信道MOS晶体管903、904成为差动电偶，其源极共同连接后连接到电源905的一端，其闸极分别连接到输入端子1及输出端子2；P信道MOS晶体管901(电流电路的电流输出侧晶体管)，其源极连接到高电位电源VDD，闸极连接到P信道MOS晶体管902的闸极，汲极与闸极共同连接后连接到P信道MOS晶体管904的汲极；P信道MOS晶体管906在闸极被输入有差动对偶的输出，其源极(Source)连接到高电位电源VDD，汲极(Drain)连接到输出端子2及电流源907的连接点，当输出/入电压大于或小于输入由电压波形程控产生器所产生的程控电压V(t)时，可实时利用P信道MOS晶体管906的充、放电作用，以高速将输出电压调整至输入电压相等的电压。
请参照图4所示，其电压电源装置20可为顺向式(Forward)电源装置，该装置上设有一与电源输入端相接的电容C1，以作为滤波之用，该电容C1并与具初级、次级及回复三组绕组(N1、N2、N3)的变压器T1并联，该变压器T1的初级绕组N1并与一作为功率开关的晶体管Q1串接，该晶体管Q1的基极并与一脉波宽度调变芯片(PWM IC)与驱动电路相连接，且该初级绕组N1与回复绕组N3间设有一电容C3，且该回复绕组N3与电容C1穿接有一二极管D3，再者，次级绕组N2并分别与一二极管D1、电感L0串接，以及一二极管D2与一电容C0相连接，如此当脉波宽度调变芯片(PWM IC)与驱动电路将晶体管Q1导通时，输入的电源电压会供应至初级绕组N1上，并顺向移转至次级绕组N2，经由二极管D1、电感L0传送至负载端，同时二极管D2处于逆向偏压状态，当晶体管Q1被截止时，变压器T1的绕组上的电压极性会反转，使得二极管D2变成逆向偏压而不导通，而二极管D3则处于导通状态，此时负载端的能量，则由L0和C0所储存的能量经由二极管D2来供给，同时，Q1集极逆向电压大小则经过回复绕组N3来作控制，同样，经脉波宽度调变芯片(PWM IC)来控制输出的电压大小并无依循预设充电时原来进行电压变化的控制功能。
请参照图5所示，其电压电源装置20可为返驰式(Flyback)电源装置，该装置上设有一与电源输入端相接的电容C1，该电容C1并与具初级、次级绕组(N1、N2)的变压器T1并联，该变压器T1的初级绕组N1并与一晶体管Q1串接，该晶体管Q1的基极并与一脉波宽度调变芯片(PWM IC)与驱动电路相连接，再者，次级绕组N2并分别与一二极管D1及一电容C0相连接，如此，在使用时，由于其变压器T1又兼作输出储能电感使用，而C1主要是用来调整电源供应器的功率因子；再者，由PWM IC、晶体管Q1、变压器T1组成的电源供应平台(Power stage)，主要是藉由PWM IC控制晶体管Q1电子开关的导通与否，再配合次级绕组N2的二极管D1和电容C0，而得到直流电压的输出，惟因晶体管Q1导通时，变压器T1的初级绕组N1会有初级电流流过。
请参照图6、7所示，其电压电源装置20可为程控电源装置，该装置上设有主要包括有一整流/滤波电路21、一变压器22、一二次滤波电路23及一直流变动电压V(t)输出端24，其中该整流/滤波电路21连接至一市电的交流(AC)电源31，利用其电容C2、C3、电感L1及桥式二极管(BD)构成的全波整流/滤波电路，将AC电源31整流及滤波，而获得一较稳定的直流电源，而该变压器22连接至该整流/滤波电路21，令其将整流及滤波后，并程控切换电路调变的交流电源降低其电压值，经该二次滤波电路23的二次滤波，由该直流电压输出端24输出程控直流电压。
另，请参阅图6、7所示，该电源供应器20的直流输出端24与二次滤波电路23之间设有一光耦合器(Opto Coupler)26，该光耦合器26是作为隔离用，并将与预设的参考时序变动电压V(t)经差动程控IC比对后的讯号经光耦合器26来控制脉波宽度调变芯片(PWM IC)负载周期，使输出电压V0与参考时序电压V(t)一致。
在本发明中，复请参阅图6、7所示，该变压器22的初级侧的a端接到该整流/滤波电路21之后的正端，而整流后的负端接到共同地端。
在本发明中，复请参阅图6、7所示，该变压器22的初级侧的b端接到金氧半场效晶体管(MOSFET)28的汲极，而金氧半场效晶体管28主要作用在于将直流电压截波。
在本发明中，复请参阅图6、7所示，该变压器22的次级侧接到该二次滤波电路23，该二次滤波电路23包含一二极管30及一滤波电容32。
在本发明中，复请参阅图6所示，该脉波宽度调节控制芯片27的驱动电力，是由该整流/滤波电路21通过降压及稳压电路电阻R12、电容C7及积纳二极管Z1所提供，使输入该脉波宽度调节控制芯片(PWM IC)27的驱动电力的电压Vcc保持恒定并持续。
在本发明中，复请参阅图6、7所示，该脉波宽度调节控制芯片27是藉由电阻R5固定其频率。
在本发明中，复请参阅图6、7所示，输入AC电压的过电压保护是经电阻R11a、R11b的连接点的电压接至该脉波宽度调节器27的OVRV所控制，俾当OVRV的电压因AC电源31过高而超过设定值时，OVRV可使金氧半场效晶体管28关闭(off)，而使该电源供应器20获得保护。
在本发明中，复请参阅图6、7所示，脉波宽度调节控制芯片27上的PDRV及NDRV通过电阻R10a、R10b将脉波宽度调节控制芯片27的ON、OFF电压波形上升及下降斜率控制，并将脉波宽度调节器27讯号输出至金氧半场效晶体管28的闸极，使通过源极到汲极及该变压器22初级侧的电流受到闸极电压信号的控制。
在本发明中，复请参阅图6、7所示，通过金氧半场效晶体管28的电流，流经电阻R4产生的偏压输入至脉波宽度调节控制芯片27的电流侦测端ILMT，由ILMT预设的容许电压值使脉波宽度调节控制芯片27产生过电流保护的功能，以避免金氧半场效晶体管28及变压器22负载电流过大。
其中上述的差动过程控制IC可采用HT46R47(HOLTEK)或SH69P42M(SINOWEALTH)，其功能为可事先预定程序控制输出电压，大约五年前上市。
请参照第1、2、3、4、5、6图所示，令电压电源装置经差动控制IC25调变后的随时间变化的直流电源电压输入可充电电源装置10中，藉由与这些可充电电池110并联的每一电容120，使电压平均分配至每一个电容120，而由每个电容120一设定的直流电压波形分别来调节与之并联的可充电电池110充电状态，而能达到可充电电池110局部电性平衡，使每一可充电电池110可均衡充电，于放电期间，每个与可充电电池110并联的电容120并可承受初始状态下大功率放电，而并联的稽纳二极管130则可确保可充电电池及电容在安全负载电压下充放电，另外，限流电路140更可确保进入串接电池的电流保持在额定范围内，并可控制过电流充电量。
发明人有鉴于习知装置于实施时的缺失，爰精心研究，再进一步发展出本发明的充电系统。
综上所述，本发明的一种充电系统，在产业上具有很大的利用价值，且可改良习用技术的各种缺点，在使用上能增进功效，合于实用，充份符合发明专利的要件，实为一理想的创作，故申请人爰依专利法的规定，向钧局提出发明专利申请，并恳请早日赐准本案专利，至感德便。
Claims (9)
1、一种充电系统，其特征在于包括：
一电压电源装置，其是供应充电电路在进行充电时所需的电源，且该电压电源装置上设有一差动过程控制IC；
一充电电源装置，其设有一个以上连接在一起的可充电电池，这些可充电电池上分别设有与之并联的电容及稽纳二极管；
在充电时，可藉由差动过程控制IC与这些可充电电池并联的每一电容，使充电电压依预先设定的程序与时序电压平均分配至每一个电容，而由每个电容一设定的直流电压波形分别来调节与之并联的可充电电池充电状态，而能达到每个可充电电池局部电性平衡，使每一可充电电池可均衡充电，并藉由限流装置可控制过电流充电量，于放电期间，每个与可充电电池并联的电容并可承受初始状态下大功率放电，而并联的稽纳二极管则可确保可充电电池及电容于充电时在安全负载电压下工作。
2、如权利要求1所述的充电系统，其特征在于：所述的可充电电池可以串联方式连接在一起。
3、如权利要求1所述的充电系统，其特征在于：所述的可充电电池可以并联方式连接在一起。
4、如权利要求1所述的充电系统，其特征在于：所述的可充电电池上串接有一限流装置。
5、如权利要求1所述的充电系统，其特征在于：所述的稽纳二极管串接有功率电阻。
6、如权利要求1所述的充电系统，其特征在于：所述的电压电源装置可为回授型电源电路，其是令N信道MOS晶体管成为差动电偶，其源极共同连接后连接到定电源的一端，其闸极分别连接到输入端子及输出端子；P信道MOS晶体管，其源极连接到高电位电源VDD，闸极连接到P信道MOS晶体管的闸极，汲极与闸极共同连接后连接到P信道MOS晶体管的汲极；P信道MOS晶体管在闸极被输入有差动对偶的输出，其源极连接到高电位电源VDD，汲极连接到输出端子及电流源的连接点，当输入大于或小于输出时，利用P信道MOS晶体管的充、放电作用，可以以高速将输出电压调整至输入电压相等的电压。
7、如权利要求1所述的充电系统，其特征在于：所述的电压电源装置可为顺向式电源装置，该装置上设有一与电源输入端相接的电容(C1)，以作为滤波之用，该电容(C1)并与具初级、次级及回复三组绕组(N1、N2、N3)的变压器(T1)并联，该变压器(T1)的初级绕组(N1)并与一作为功率开关的晶体管(Q1)串接，该晶体管(Q1)的基极并与一脉波宽度调变芯片(PWM IC)与驱动电路相连接，且该初级绕组(N1)与回复绕组(N3)间设有一电容(C3)，且该回复绕组(N3)与电容(C1)串接有一二极管(D3)，再者，次级绕组(N2)并分别与一二极管(D1)、电感(L0)串接，以及一二极管(D2)与一电容(C0)相连接。
8、如权利要求1所述的充电系统，其特征在于：所述的电压电源装置可为返驰式电源装置，该装置上设有一与电源输入端相接的电容(C1)，该电容(C1)并与具初级、次级绕组(N1、N2)的变压器(T1)并联，该变压器(T1)的初级绕组(N1)并与一晶体管(Q1)串接，该晶体管(Q1)的基极并与一脉波宽度调变芯片与驱动电路相连接，再者，次级绕组(N2)并分别与一二极管(D1)及一电容(C0)相连接，如此，在使用时，由于其变压器(T1)又兼作输出储能电感使用，而(C1)主要是用来调整电源供应器的功率因子；再者，由脉波宽度调变芯片(PWM IC)、晶体管(Q1)、变压器(T1)组成的电源供应平台(Powerstage)，主要是藉由脉波宽度调变芯片控晶体管(Q1)电子开关的导通与否，再配合次级绕组(N2)的二极管(D1)和电容(C0)，而得到直流电压的输出。
9、如权利要求1所述的充电系统，其特征在于：所述的电压电源装置可为程控电压电源装置，该装置上设有一整流/滤波电路、一变压器、一二次滤波电路及一直流输出端，其中该整流/滤波电路连接至一市电的交流(AC)电源，利用其电容(C2、C3)、电感(L1)及桥式二极管构成的全波整流/滤波电路，将AC电源整流及滤波，而获得一较稳定的直流电源，而该变压器连接至该整流/滤波电路，令其将整流及滤波后，并程控切换电路调变的交流电源降低其电压值，经该二次滤波电路的二次滤波，由该直流输出端输出直流电。
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