CN1860657B - 电源装置 - Google Patents
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Abstract
一种电源装置,特别是便携式无线电通信设备的有源电路。电源施加直流电压给连接到第一端子(3)的负载(2),包括连接到第二端子(5)的可再充电电池(4),以及对电池(4)进行充电并且提供电源给负载(2)的电压发生器(6)。该电源包括第一控制装置(20,16)和第二控制装置(21),第一控制装置(20,16)可控地将来自电压发生器(6)的电流提供给第一端子(3)以便控制从电压发生器(6)到第一端子(3)的电流供给,从而控制从电压发生器(6)到负载(2)的电流供给,并且阻止从第一端子(3)到电压发生器(6)的电流回流,第二控制装置(21)可控地提供第一(3)和第二(5)端子之间的电流以便通过第一控制装置(20,16)控制从电压发生器(6)到电池(4)以及从电池到负载(2)的电流供给。控制装置(20,16;21)选择性地表示一个高阻抗状态(23),一个低阻抗状态(26)或一个可控阻抗状态(29,32)。第一控制装置(20,16)包括串联连接在电压发生器(6)和第一端子(3)之间,用于控制从电压发生器(6)到第一端子(3)的电流供给的第一场效应晶体管(21),以及阻止从第一端子(3)到电压发生器(6)的电流回流的第一端子(3)。
Description
发明领域
本发明涉及提供直流电压给负载的电源装置,其包括对电池进行充电并且提供电源给负载的可再充电电池和电压发生器。
背景技术
在许多环境中使用可再充电电池为用户设备提供电源,例如,特别是诸如便携式电话的无线电通信设备。包含电压发生器的充电器被提供用来对电池进行充电。例如,该充电器可以采用AC/DC转换器或DC/DC变压器的形式。
充电器通常连接到具有电池连接的用户设备,使得不仅能够对电池进行充电,而且在对电池进行充电的同时能够使用该设备。然而,如果电池电量完全耗尽就会产生一个问题,当充电器被连接并且开始对电池进行充电时,出现在用户设备的电源电压太低以至于用户设备不能够运行,直到电池被部分地充电,并且对于长时间运行的电压而言仍旧太低。在便携式电话中这是特别麻烦的,例如,如果当用户要求拨打紧急呼叫电话时而延迟是以分钟为量级的。
提供用于控制电压发生器供给的电压和电流的控制电路,并且提供用于对电池进行充电的并行路径是能够实现的。然而这些控制电路都涉及相当高的额外成本。
需要提供一种具有能够使电压发生器为用户设备提供电源的控制电路的电源,即使在和不存在这种“电池电量耗尽”的电压电源相比具有少量的或无需额外成本的电池的电量完全耗尽的情况中。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供一种用于提供直流电压给连接到第一端子(3)的负载(2)的电源装置,该电源装置包括连接到第二端子(5)的可再充电电池(4),和同时对所述电池(4)进行充电并且提供电源给所述负载(2)的电压发生器(6),
其特征在于:第一控制装置(20,16)可控地将来自所述电压发生器(6)的电流提供给所述第一端子(3)以便控制从所述电压发生器(6)到所述负载(2)的电流供给,并且阻止从所述第一端子(3)到所述电压发生器(6)的电流回流,所述第一控制装置(20,16)被配置为选择地提供高阻抗状态(23)、低阻抗状态(26)或者可控阻抗状态(29,32),所述可控阻抗状态(29,32)控制所述第一控制装置(20,16)向所述负载(2)提供的电流强度,以及
第二控制装置(21)可控地提供所述第一端子(3)和所述第二端子(5)之间的电流以便控制从所述电压发生器(6)通过所述第一控制装置(20,16)到所述电池(4)的电流供给以及从所述电池到所述负载(2)的电流供给。
根据本发明的一个方面,所述第二控制装置(21)配置为选择地提供高阻抗状态(23),低阻抗状态(26)或可控阻抗状态(29,32),所述可控阻抗状态(29,32)控制所述第二控制装置(21)提供的电流强度。
根据本发明的一个方面,所述第二控制装置(21)响应出现在所述第二端子(5)的低电量电池电压来提供所述第一端子(3)和所述第二端子(5)之间的所述可控阻抗状态,以便在所述第一端子(3)施加大于所述低电量电池电压的可控电压。
根据本发明的一个方面,所述第一和第二控制装置(20,16;21)响应低于充满电量的电池电压来提供所述可控阻抗状态,以便所述电压发生器(6)提供电流给所述电池(4)和所述负载(2)。
根据本发明的一个方面,所述第一控制装置(20,16)响应实际等于充满电量的电池电压来提供所述高阻抗状态,以便使所述电压发生器(6)从所述电池(4)和所述负载(2)断开。
根据本发明的一个方面,所述第二控制装置(21)响应实际等于充满电量的电池电压来提供所述高阻抗状态以便使所述电池(4)从所述电压发生器(6)和所述负载(2)断开。
根据本发明的一个方面,所述第一和第二控制装置(20,16;21)包括各自的场效应晶体管和用于控制所述场效应晶体管以可选择地提供所述高阻抗状态,所述低阻抗状态或所述可控阻抗状态的各自的装置(12)。
根据本发明的一个方面,第一控制装置(20,16)包括:串联连接在所述电压发生器(6)和所述第一端子(3)之间的,用于控制从所述电压发生器(6)到所述第一端子(3)的电流供给的场效应晶体管(20),以及串联连接在所述电压发生器(6)和所述第一端子(3)之间的,用于阻止从所述第一端子(3)到所述电压发生器(6)的电流回流的场效应晶体管或者二极管(16)。
根据本发明的另一个方面,提供一种便携式无线电通信装置,包括上述电源装置以及通信模块,所述通信模块形成负载(2)的至少一部分,并且所述电源装置被配置为通过第一端子(3)向所述通信模块供电。
附图说明
图1是便携式无线电话中已知的电源装置的示意图,
图2是根据本发明的一个实施例以举例的方式给出便携式无线电话中的电源装置的示意图,
图3是示出图2的、在不同状态中的电源装置中控制元件的图形表示的图表,和
图4是通过使用电源装置的图形表示示出在装置的不同运行条件中电源装置中的控制元件的功能状态的图表。
具体实施方式
图1示出了便携式无线电通信装置,在这个例子中附图标记1是便携式无线电话。便携式电话1包括具有有源信号处理的通信模块,存储器和构成负载2的音频电路,负载2通过电源施加电压给负载的端子3来加压。该电源包括连接到端子5的可再充电电池4,该可再充电电池4用于在电话1的常规使用期间提供电源给负载2。
该电源还包括电压发生器形式的充电器6,该充电器6连接到电话1的端子7对电池4进行充电,如必要的话,给负载2提供电源。通常,例如,该充电器可以是AC/DC转换器或DC/DC变压器。该充电器6沿着充电路径8到接点9为电池4提供电源,接点9通过电流检测电阻器10连接到电池端子5。接点9通过闭锁控制元件11连接到负载端子3,闭锁控制元件11的功能在下文描述。该控制元件和下文描述的其他控制元件是在微控制器单元12的控制下运行的。
充电器端子7通过箝位控制元件13串联连接到接点14从而连接到充电路径8。该充电路径8包括串联的充电控制元件15,反向电流闭锁控制元件16和电流检测电阻器17。
控制元件是分立式场效应晶体管(“FET”),并且在这个例子中是单向性的FET。如二极管的符号所示,即使当施加以反向电压时,该FET也能够允许寄生电流流动。
在运行中,断开充电器6时,电池4通过电流检测电阻10和闭锁控制元件11提供电源给端子3和负载2,该闭锁控制元件11由MCU12偏压到导电状态。
当连接充电器6时,在常规充电条件中,充电器通过充电路径8提供电源给接点9,该充电电流通过充电控制元件15取决于所检测到的电压和电流被MCU控制。
如果充电器6在端子7通电之前连接到端子7并且随后提供电源,则端子7两端的电压会超负荷。这种情况由MCU12监控并且通过箝位控制元件13调整。
如果充电器被切断电源(断电)的时候仍然连接到具有充电的电池4的端子7,则MCU12开启反向电流使闭锁控制元件16为不导电状态以阻止反向电流流向充电器6。
如果电池4处于低电量的状态,充电器6能够提供足够的电源来运行负载2的有源电路。然而,如果电池4的电量状态太低,则充电器不能够提高端子3两端的电压到适当的水平来运行负载2的有源电路,直到电池4至少部分地充电;这需要几分钟的时间,在此期间,电话是不能使用的。因此,提供和充电路径8并联的电源路径18能够使充电器6直接提供电源给端子3和负载2。闭锁控制元件19串联连接在并行的路径18上,MCU12通常使闭锁控制元件19保持不导电状态而使闭锁控制元件11保持导电状态,以便电源和来自充电器6的充电电流沿着路径8通过,并受控于控制元件15到17。然而,当MCU 12检测到电池电压太低时,MCU12使闭锁控制元件19导电而使闭锁控制元件11不导电,以便充电器6能够沿着路径18提供电源给端子3和负载2,并且电池4和端子3断开以便在电池仍在放电的同时而不会使端子两端的电压衰退。
图1所示的电压电源装置实现了当电池4耗尽或除去电池4时使充电器6提供电源给负载2的基本功能,但是该装置需要5个分立控制元件,这增加了电话的成本,另外,这些元件会占用电路板的空间,进一步增加了确保在电池耗尽时运行的成本。
本发明实施例的电压电源装置和不适用于电池耗尽时运行的电话中的元件的数量相比较,能够提供具有较少的元件的电池耗尽或不存在电池的运行,以便电池耗尽或不存在电池的运行特征实际上不涉及间接成本。
在图2中,与图1的元件相同的元件具有相同的参考标记。充电器端子7通过充电路径8连接到接点9。负载端子3直接连接到接点9。MCU 12控制充电电流,以及通过串联在连接路径8中的箝位和充电控制元件20提供给路径8的电压,反向电流受控于闭锁元件16。在电池端子5和接点9之间的闭锁和充电控制元件21串联连接到电流检测电阻10。
充电箝位和充电控制元件20,电池箝位和充电控制元件21由MCU12控制来提供高阻抗,不导电状态或低阻抗,导电状态或可控阻抗状态,在这些状态中,按照检测到的电流和/或电压变化的函数控制它们的阻抗,以便控制它们所提供的电流强度。
在运行中,断开充电器6时,电池4通过闭锁控制元件21和电流检测电阻10提供电源给端子3和负载2,该闭锁控制元件21由MCU12偏压到导电状态。
当连接充电器6时,在常规充电条件中,充电器通过充电路径8提供电源给接点9,该充电电流通过充电控制元件20和21取决于所检测到的电压和电流被MCU控制。提供给电池4而不是负载2的电流部分受控于充电控制元件21。
如果充电器6在端子7通电之前连接到端子7并且随后提供电源,则端子7两端的电压通过箝位控制元件20被MCU 12调整。
如果充电器被切断电源(断电)的时候仍然连接到具有电量的电池4的端子7,则MCU12开启反向电流使闭锁控制元件16为不导电状态以阻止反向电流流向充电器6。
如果电池4处于低电量状态,充电器6能够提供足够的电源来运行负载2的有源电路。然而,如果电池4的电量状态太低,串联连接在电池端子5和接点9之间的闭锁和充电控制元件21通过MCU 12控制为不导电,以便当电池4和接点9断开时,充电器6提供电源给端子3和负载2,以致于如果电池全部耗尽也不会使端子两端的电压衰退;如果充电器的电源是充足的,即使当充电器6提供电源给负载2时,电池也能够通过路径8进行充电,MCU 12使闭锁和充电控制元件21处于中间阻抗状态,使得接点9和负载端子3两端的电压高于电池端子5的电压。
当电池4被部分地充电到低于充满电量的电池电压时,当电池在进行充电的同时,也能够通过路径8通过充电器6提供的电源使用电话。MCU 12根据电源条件使箝位和充电控制元件20以及闭锁和充电控制元件21处于中间,可控阻抗状态或完全导电状态,以便充电器6提供适当的电流给电池和负载。
在本发明的一个实施例中,当电池4充满电量时,MCU 12使箝位和充电控制元件20处于不导电状态,以便使充电器6从负载2和电池4断开。
在本发明的另一个实施例中,当电池4充满电量并且连接充电器时,MCU 12使闭锁和充电控制元件21处于不导电状态,以便使电池4从负载2和充电器6上断开,从而在使用电话期间使电池4保持在它充满电量的状态。
控制元件16和20优选地为FET和单向性的FET。然而,该控制元件20还可以是双向FET。该闭锁控制元件还可以是一个二极管。该控制元件21优选地是一个单向性的FET。
下面参考图3和图4详细描述本发明实施例的运行。图3示出了图4中所使用的简化标记来表示控制元件16,20和21的不同运行状态,如图3中它们的等效电路图所示。因而,处于不导电状态中的控制元件22表示单个FET 23情况中的单个开路开关或双个FET 24情况中的双开路开关。处于完全导电状态中的控制元件25表示为单个FET26情况中的单个闭合开关或双个FET 27情况中的双闭合开关。由单个FET 29情况中的电压限制标记或双FET 30情况中串联一个闭合开关的电压限制标记表示处于电压调节状态中的控制元件28。由单个FET 32情况中的箭头记号或双FET 33情况中串联一个关闭开关的箭头记号表示处于电流调节状态中的控制元件31。
图4示出了下述不同情况中控制元件20,16和21的运行状态,在没有连接充电器的情况中,在连接低电源充电器的情况中,当负载在低电流消耗的条件中运行时,对电池进行充电的同时能够提供电源给负载;以及连接高电源充电器的情况中,即使当负载在高电流消耗的条件中运行时,对电池进行充电的同时能够提供电源给负载。示出了用于在没有连接电池,电池衰竭(“耗尽”),电池处于低状态但是正常未充电状态,电池接近满电量的条件下的运行状态,其中电池要在充满电量完成(top-off)条件下进行供电,并且具有满电量。
当没有连接充电器6时,MCU 12使控制元件16和20都处于不导电状态,如果不使用负载2则控制元件21处于不导电状态(A),如果使用负载2则控制元件21处于导电状态(B)。
当连接一个低电源或高电源的充电器6时,MCU 12使充电的箝位和充电控制元件20处于电压箝位状态,而闭锁元件16处于导电状态。如果没有连接电池4(C),MCU 12使控制元件21处于不导电状态。如果连接电池4(D),MCU 12使控制元件21处于电流调节状态来传导“少量的”电流,使负载2在满压时运行,尽管仍然对电池4进行充电,虽然很迟缓。
当低电源充电器6连接到所连接的至少部分充电的电池4时,MCU12使控制元件20处于电流调节状态,闭锁元件16处于导电状态,对于通常地低电量电池来说(E),当电池4接近全负荷时(G),在“充满电量完成(top-off)”期间电流通过控制元件20被减少;在每种情况中,控制元件21都是导电地以便当负载2依赖充电器提供的电源运行时电池4也能够充电。当电池4充满电时(I),MCU 12使控制元件20和闭锁元件16处于不导电状态,控制元件21处于导电状态以便电池4提供电源给负载2。
当高电源充电器6连接到所连接的至少部分充电的电池4时,MCU12使控制元件20处于电流调节状态,闭锁元件16处于导电状态,对于通常地低电量电池来说(F),当电池4接近全负荷时(H),在“充满电量完成”期间电流通过控制元件21被减少,在这种情况中,控制元件20处于电压调节状态。当电池4充满电时(J),MCU 12使控制元件21处于不导电状态,控制元件21处于电压调节状态并且闭锁元件16处于导电状态以便充电器6提供电源给负载2并且保护电池4的充电。
Claims (9)
1.一种用于提供直流电压给连接到第一端子(3)的负载(2)的电源装置,该电源装置包括连接到第二端子(5)的可再充电电池(4),和同时对所述电池(4)进行充电并且提供电源给所述负载(2)的电压发生器(6),
其特征在于:第一控制装置(20,16)可控地将来自所述电压发生器(6)的电流提供给所述第一端子(3)以便控制从所述电压发生器(6)到所述负载(2)的电流供给,并且阻止从所述第一端子(3)到所述电压发生器(6)的电流回流,所述第一控制装置(20,16)被配置为选择地提供高阻抗状态(23)、低阻抗状态(26)或者可控阻抗状态(29,32),所述可控阻抗状态(29,32)控制所述第一控制装置(20,16)向所述负载(2)提供的电流强度,以及
第二控制装置(21)可控地提供所述第一端子(3)和所述第二端子(5)之间的电流以便控制从所述电压发生器(6)通过所述第一控制装置(20,16)到所述电池(4)的电流供给以及从所述电池到所述负载(2)的电流供给。
2.如权利要求1所述的电源装置,其中所述第二控制装置(21)配置为选择地提供高阻抗状态(23),低阻抗状态(26)或可控阻抗状态(29,32),所述可控阻抗状态(29,32)控制所述第二控制装置(21)提供的电流强度。
3.如权利要求2所述的电源装置,其中所述第二控制装置(21)响应出现在所述第二端子(5)的低电量电池电压来提供所述第一端子(3)和所述第二端子(5)之间的所述可控阻抗状态,以便在所述第一端子(3)施加大于所述低电量电池电压的可控电压。
4.如权利要求2或3所述的电源装置,其中所述第一和第二控制装置(20,16;21)响应低于充满电量的电池电压来提供所述可控阻抗状态,以便所述电压发生器(6)提供电流给所述电池(4)和所述负载(2)。
5.如权利要求4所述的电源装置,其中所述第一控制装置(20,16)向应实际等于充满电量的电池电压来提供所述高阻抗状态,以便使所述电压发生器(6)从所述电池(4)和所述负载(2)断开。
6.如权利要求4所述的电源装置,其中所述第二控制装置(21)响应实际等于充满电量的电池电压来提供所述高阻抗状态以便使所述电池(4)从所述电压发生器(6)和所述负载(2)断开。
7.如权利要求6所述的电源装置,其中所述第一和第二控制装置(20,16;21)包括各自的场效应晶体管和用于控制所述场效应晶体管以可选择地提供所述高阻抗状态,所述低阻抗状态或所述可控阻抗状态的各自的装置(12)。
8.如权利要求7所述的电源装置,其中所述第一控制装置(20,16)包括:串联连接在所述电压发生器(6)和所述第一端子(3)之间的,用于控制从所述电压发生器(6)到所述第一端子(3)的电流供给的场效应晶体管(20),以及串联连接在所述电压发生器(6)和所述第一端子(3)之间的,用于阻止从所述第一端子(3)到所述电压发生器(6)的电流回流的场效应晶体管或者二极管(16)。
9.一种便携式无线电通信装置,包括前述任一权利要求所述的电源装置以及通信模块,所述通信模块形成负载(2)的至少一部分,并且所述电源装置被配置为通过第一端子(3)向所述通信模块供电。
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