CN1897394A - 交替回路式充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明交替回路式充电装置，包括有：一提供第一参考电压与第二参考电压的控制器；一电压误差放大器，连接于电池与控制器，是取得一电池电压信号与第一参考电压，并进行比较运算，以输出一电压误差信号；一电流误差放大器，连接于电池与控制器，取得一电池电流信号与第二参考电压，并进行比较运算，以输出一电流误差信号；一信号选择器，连接于电压误差放大器与电流误差放大器，接收电压误差信号与电流误差信号，用以选择其中之一输出作为回授信号；及一转换器，连接于市电电源与电池，是根据信号选择器输出的回授信号，将该市电电源转换成为合适的充电电源。

Description

交替回路式充电装置

技术领域

本发明涉及一种交替回路式充电装置，尤指一种利用定电压模式与定电流模式交替对电池充电的充电装置。

背景技术

一般公知锂电池的充电需经过预先充电阶段(precharge)、定电流充电阶段(normal charge)、及定电压充电阶段(top-off)、最后始完成充电而自动结束充电。请参考图1，为公知电池各阶段充电的示意图。当电池曾深度放电时，电池充电应先进入预先充电阶段，在预先充电阶段中，电源部份提供一个小的定电流IP对电池充电，直到电池电压到达一正常电压值Vn。在预先充电阶段后则进入定电流充电阶段，电源部份提供额定的定电流In以快速的对电池充电。在快速充电后，电池达到一临界电压Vc，电源部份停止提供额定的定电流It转成定电压充电(CV)。在定电压充电阶段，充电电流I会逐渐下降，等下降到一充电电流终结值It时，电池电压V已经非常接近电池电压的一充电目标值Vt，始完成充电而自动结束充电。

从上面所述可知，公知电池充电的过程中，需执行以下各功能动作：

1.设定预先充电阶段与定电流充电阶段时的电流值。

2.设定正常电池电压与目标电池电压的电压值。

3.侦测电池电压。

4.侦测充电电流。

请参考图2，为公知电池充电装置示意图。转换单元110将市电电源111转换成为一充电电源112以对电池30进行充电，同时提供辅助电源113提供电源给电路中的各电子组件使用。转换单元110有两个回授输入端点(114、115)，是用来接受回授信号，以调节充电电源112的输出。

电压误差放大器120比较充电电源112与一参考电压121用以输出一电压回授信号，该电压回授信号输入到回授输入端点114以调整稳定充电电源112的电压输出。电流误差放大器130比较电池30的充电电流信号131与一电流参考值132用以输出一电流回授信号，该电流回授信号输入到回授输入端点115，以调整稳定充电电源112的电流输出。电压侦测比较电路150撷取电池30的电压，并且将的与一参考电压151做比较运算，以输出一数字位阶信号152。电流侦测比较电路160撷取电池30的电流信号(131)，并且将的与一参考电压161做比较运算，以输出一数字位阶信号162。控制器170分别提供参考电压151、161到该电压侦测比较电路150与该电流侦测比较电路160，同时提供控制信号143、144给一控制开关组140使用。控制信号143、144分别控制开关141、142互补交替的切换，用以提供充电电源112对电池30充电的不同阻力的充电路径。

公知的电池充电装置所需耗费的电子组件甚多，使其无法有效的缩小封装的尺寸，同时所使用的控制器170其输出/输入接脚也相对的多，使的控制电路更为复杂，所需耗费的价格也昂贵。

发明内容

有鉴于此，本发明使用简易的充电装置拓朴，用以减少公知充电装置架构中复杂的电子组件，是利用定电压模式与定电流模式交替的对电池充电。

本发明交替回路式充电装置，包括有：一个可以提供一第一参考电压与一第二参考电压的控制器；一电压误差放大器，连接于电池与该控制器，是侦测取得一电池电压信号与该第一参考电压，并将该电池电压信号与该第一参考电压进行比较运算，以输出一电压误差信号；一电流误差放大器，连接于该电池与该控制器，是取得一电池电流信号与该第二参考电压，并将该电池电流信号与该第二参考电压进行比较运算，以输出一电流误差信号；一信号选择器，连接于该电压误差放大器与该电流误差放大器，接收该电压误差信号与该电流误差信号，用以选择其中的一输出作为回授信号；及一转换器，连接于市电电源与该电池，是根据该信号选择器输出的回授信号，用以将该市电电源转换成为一合适的充电电源。

以上的概述与接下来的详细说明都为示范性质，是为了进一步说明本发明的保护范围。而有关本发明的其它目的与优点，将在后续的说明与附图加以阐述。

附图说明

图1为公知电池各阶段充电的示意图；

图2为公知电池充电装置示意图；

图3为本发明电路示意图。

图号说明：

公知：

转换单元110                       市电电源111

充电电源112                       辅助电源113

回授输入端点(114、115)            电压误差放大器120

参考电压121                       电流误差放大器130

充电电流信号131                   电流参考值132

控制开关组140                     开关141、142

控制信号143、144                  电压侦测比较电路150

参考电压151                       数字位阶信号152

电流侦测比较电路160               参考电压161

数字位阶信号162                   控制器170

电池30

本发明：

转换器210                         市电电源211

充电电源212                       辅助电源213

回授信号214                       电压误差放大器220

第一参考电压221            电压误差信号222

电池电压信号223            电流误差放大器230

电池电流信号231            第二参考电压232

电流误差信号233            控制器270

信号选择器280              电池40

具体实施方式

请参考图3，为本发明电路示意图。本发明交替回路式充电装置，包括有：一个可以提供一第一参考电压221与一第二参考电压232的控制器270；一电压误差放大器220，连接于电池40与该控制器270，是侦测取得一电池电压信号223与该第一参考电压221，并将该电池电压信号223与该第一参考电压221进行比较运算，以输出一电压误差信号222；一电流误差放大器230，连接于该电池40与该控制器270，是取得一电池电流信号231与该第二参考电压232，并将该电池电流信号231与该第二参考电压232进行比较运算，以输出一电流误差信号233；一信号选择器280，连接于该电压误差放大器220与该电流误差放大器230，接收该电压误差信号222与该电流误差信号233，用以选择其中之一输出作为回授信号214；及一转换器210，连接于市电电源211与该电池40，是根据该信号选择器280输出的回授信号214，用以将该市电电源211转换成为一稳定的充电电源212。

该信号选择器280是由二个二极管D1、D2连接组成，接收该电压误差信号232与该电流误差信号233，并根据该两信号的强度，将较强的误差信号予以输出，成为一回授信号214。

转换器210将市电211转换成为充电电源212，用来对电池40充电，并且同时输出辅助电源213以提供本发明充电装置其它电子组件工作所需的电力。转换器210透过一回授输入端连接该信号选择器280，用来接收该回授信号214。转换器210可根据该回授信号214，用以调整输出充电电源212。

控制器270利用一输入端连接于电压误差放大器220的输出端，用来侦测该电压误差信号222，然后根据该电压误差信号222，以输出并调整该第一参考电压221与第二参考电压232。

请配合图1，再参考图3，在预先充电阶段中，控制器270提供一低的第二参考电压232给该电流误差放大器230，同时提供一正常的第一参考电压221给该电压误差放大器220。当电池40曾深度放电时，电池40的电压小于第一参考电压221，所以电压误差放大器220输出一低电位的电压误差信号222。信号选择器280将选择电位较高、来至电流误差放大器230的误差信号233作为其输出信号214，转换器210会以该信号214为回授信号，把从电池40侦测到的电池电流信号231稳定于第二参考电压232所设定的水平，以固定的低电流对电池40充电。

充电电源对电池40充电，且电池40渐渐地建立起电压，当电池电压到达第一参考电压221时，电压误差放大器220输出的电压误差信号222回升，当控制器270侦测到该信号回升，可得知预先充电阶段已告完成，进而提高第一参考电压221与第二参考电压232、分别至一目标电压值与一额定电流值，以进入定电流充电阶段。在进入定电流充电阶段后，第一参考电压221(即目标电压(cut-off voltage))比电池40电压高，所以在电压误差放大器220输出端的误差信号222回落到低电位。此时，信号选择器会选取电位较高的电流误差信号233，作为回授信号214。转换器210取得该回授信号214，把充电电源稳定于额定的定电流以快速的对电池40充电。

额定的定电流快速对电池40充电，使得电池40电压逐渐上升到目标电压，当电池40电接近目标电压时，电压误差放大器220输出的电压误差信号222回升赶过电流误差放大器230输出的电流误差信号233。所以信号选择器会选取电位较高的电压误差信号222，作为回授信号214。转换器210取得该回授信号214，把充电电源稳定于目标电压对电池40充电。同时，当控制器270侦测到电压误差信号222的回升，可得知定电流充电阶段已告完成，从而开始定电压充电阶段。

在定电压充电阶段，控制器270需不时检测终结电流。为此，控制器270首先把第二参考电压232的值往充电电流终结值(termination level)逐步调低。此时，只要充电电流在终结值以上，电流误差放大器230的输出电位，也即电流误差信号233，将往高电位回升，赶过电压误差信号222，而主导控制回授控制系统，把转换器210的输出电力调低。电压误差放大器220的输出电位，也即电压误差信号222，将往低电位回落。当控制器270捡测到该电位回落，可得知充电电流仍在终结值的上，也即充电过程尚未完成。

注意在此时由于转换器210的输出电力已被调低，充电过程也因而受阻。控制器270在完成电流检测之后，应马上把把第二参考电压232调回高电位(目标电压值)，以便充电过程继续进行。由此捡测过程所引致的充电阻延，因其为时短暂，不会对整体充电过程构成实质的影响。

以上的电流检测过程，可在定电压充电阶段重复施行，直至在控制器270已把第二参考电压232的值往低调至充电电流终结值而还未能够捡测到电压误差信号222往低电位回落时为止。至此，充电过程可视为完成。控制器270得把第一参考电压221调至一较低电位，以降低充电电压，终止充电电流，而结束充电。

综上所述，控制器270根据电压误差放大器220输出的电压误差信号222分别输出并调整第一参考电压221与第二参考电压232到电压误差放大器220与电流误差放大器230。电压误差放大器220与电流误差放大器230分别产生电压误差信号222与电流误差信号233，且由一信号选择器280依据该两信号的强度，将较强的误差信号传送到转换器210，以调节电源，提供各阶段电池充电所需。

按照以上所述的电压跟电流检测原理，控制器270一样可以根据电流误差放大器230输出的电流误差信号233来决定电池的充电状态，从而输出适当的第一参考电压221与第二参考电压232，以达到相同的充电效果。

综上所述，仅为本发明最佳的一的具体实施例的详细说明与附图，但本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以权利要求为准，凡合于本发明保护范围的精神与其类似变化的实施例，都应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技术者在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰都可涵盖在本发明的权利要求中。

Claims (5)

1.一种交替回路式充电装置，是接收一市电电源，用以对一电池充电，包括有：

一控制器，是提供一第一参考电压与一第二参考电压；

一电压误差放大器，连接于该电池与该控制器，是取得一电池电压信号与该第一参考电压，并将该电池电压信号与该第一参考电压进行比较运算，进而输出一电压误差信号；

一电流误差放大器，连接于该电池与该控制器，是取得一电池电流信号与该第二参考电压，并将该电池电流信号与该第二参考电压进行比较运算，进而输出一电流误差信号；

一信号选择器，连接于该电压误差放大器与该电流误差放大器，接收该电压误差信号与该电流误差信号，用以选择其中的一输出，作为回授信号；及

一转换器，连接于该电池与该市电电源，是根据该回授信号，用以将该市电电源转换成为一合适的充电电源；

其特征在于，该控制器提供的该第一参考电压与该第二参考电压，是根据该电压误差信号的位阶而调整。

2.一种交替回路式充电装置，是接收一市电电源，用以对一电池充电，包括有：

一控制器，是提供一第一参考电压与一第二参考电压；

一电压误差放大器，连接于该电池与该控制器，是取得一电池电压信号与该第一参考电压，并将该电池电压信号与该第一参考电压进行比较运算，进而输出一电压误差信号；

一电流误差放大器，连接于该电池与该控制器，是取得一电池电流信号与该第二参考电压，并将该电池电流信号与该第二参考电压进行比较运算，进而输出一电流误差信号；

一信号选择器，连接于该电压误差放大器与该电流误差放大器，接收该电压误差信号与该电流误差信号，用以选择其中的一输出，作为回授信号；及

一转换器，连接于该电池与该市电电源，是根据该回授信号，用以将该市电电源转换成为一合适的充电电源；

其特征在于，该控制器提供的该第一参考电压与该第二参考电压，是根据该电流误差信号的位阶而调整。

3.如权利要求1或2所述的交替回路式充电装置，其特征在于，该转换器进一步将该市电电源转换成为一辅助电源，用以提供该控制器使用。

4.如权利要求1或2所述的交替回路式充电装置，其特征在于，该信号选择器是由二个二极管连接组成。

5.如权利要求1或2所述的交替回路式充电装置，其特征在于，该电池为一锂电池。

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