TW200847579A - Cradle charger controller with below ground level biasing - Google Patents

Description

200847579 九、發明說明： 【相關申請案之對照】 此申請案主張2007年4月13曰所申請，標題為“ Cradle

Charger Controller With Below Ground Level Biasing” (代 理人檔案編號第INTS-28,271號）之專利審查中的美國臨 時申請案序號60/911，696之優先權，該臨時申請案將結合 於本文以供參考。 (' 【發明所屬之技術領域】 ； 本發明有關座式充電控制器，且更特別地有關一種提 供低於接地電位之偏壓的座式充電控制器。 【先前技術】

近年來，在用於諸如數位相機，數位攝錄影機，pDA， MP3播放器等之手持式電子裝置的電池充電器之中，已有 2成長之需求。由於該等電子裝置之漸增的功能，電池 '里亦已-致地漸增。可攜式電子裝置的急增已大大地增 對於可充電该等可攜式電子裝置之各式各樣類型之充電 .、的而要&於咼充電電流之要求，其中使用 =緊㈣後之隔離〇CiDC轉換器（常稱為雙行程 ”）以充電可攜式電子裝置之電池的線性充電技術之使 2㈣難以適應。在心沉轉換器中，係將電源轉 充;f入至可攜式電子裝置之中’以使電池能在該處之中 6 200847579 另一類型之充電裝置已使用單行程之充電方案，其中 AC至DC轉換器直接充電該電池，而無需線性調整器。在 此組態中，係將可攜式電子裝置放置於組構以接納可攜式 電子裝置的座之内，且經由某一煩型之電感耦合來充電電 池。在單行程之充電組態中，變壓器的初級側係包含於座 式充電器之内，而變壓器之次級側則通常與包含即將被充 電之笔池的可攜式電子袭置相關聯。選擇性地，充電電路 可包含於該座之中，且電池係放於該處之中。 在座式充電路的次級側上或在線性充電技術中之充電 電流要件常藉由在該AC至DC轉換器之次級側上的直接 控制方法而獲益，此係由於此控制方法並未受限於充電電 流且能提供更低成本之故。可使用次級側1C控制以控制 一些可攜式電子裝置之充電操作。目前，該次級側1C控 制正貫用於市場内，但無法解決未充電或完全放電之電池 的充電之問題。此係由於IC控制器需要最小的偏壓以便 作用之故’而該偏壓係由可攜式電子裝置之電池充電電壓 所決定；因此，當電池完全放電且意圖將其充電時，IC控 制裔將不能獲得足夠的偏壓且將無法以正常的方式來作 用；所以，用於當可攜式電子裝置之電池完全放電時使座 式充電裔之控制器的次級側上能較佳充電之一些方式將大 大地有所助益。 【發明内容】 本發明，如本文中所揭示及敘述地，在其一觀點中， 7 200847579 包含一種座式充電系統，該座式充電系統包含界定用以接 納電子裝置之電池的空間之充電座，用以充電該電子裝置 之電池的變壓器電路包含接收主要充電電壓之初級側電 路，次級侧電路電感地耦合該充電電壓至電池，該次級侧 電路依據恆定電壓控制或恆定電流控制而提供控制之輸出 信號，以回應於電池的充電電位。 【實施方式】 現請參閱圖式，其中在全部本文中係使用相同的參考 符號來指示相同的元件，將描繪及敘述具有低於接地電位 之偏壓的座式充電器之控制器的各種視圖及實施例，且將 描述其他可行之實施例。該等圖式無需按尺寸比例地繪 製’且在若干情況中，該等圖式已被多處擴大及/或簡化 以用於描繪性之目的。依據下文可行實施例之實例，熟習 於本項技藝之一般人士將理解許多可行的應用及變化。 現請參閱該等圖式，且更特別地請參閱第1圖，第1 圖描繪有線性AC/DA電池充電器之方塊圖，其中輸入電 壓VIN係施加於對AC至Dc轉換器電路1〇4之輸入1〇2處， 該輸入電壓係由例如AC插座所提供。該AC至DC轉換器 1〇4提供輸入電壓至電池充電器電路1〇6，以產生用於施 加至可攜式電子裝置之電池1〇8的電池電壓，該電池充電 為106係透過介面110而與電池1〇8互連，該電池ι〇8則 可與该充電器分離地設置或設置成為該可攜式電子裝置之 部件。 8 200847579

現请茶閱第2圖’弟2圖描纟會有座式電池充電器之組 態的方塊圖。在座式電池充電器之内，充電電路包含兩部 件，初級變壓器側電路206產生耦合電壓以回應於經由輸 入208所施加之輸入電壓VIN，該初級變壓器電路2〇6經 由電感性鏈路212而電感地耦合至次級變壓器電路21〇。 可攜式電子裝置204之電池204被充電以回應於施加於輸 入208處而電感地耦合於初級變壓器電路2〇6與次級變壓 器電路2 1 〇之間的輸入電壓viN。 如先前所述地，存在有若干產品用以提供次級側控制 於座式充電器的AC至DC轉換器之内；然而，當電池並 未被充電或該電池被放電至低於次級側控制器Ic之最小 知作電壓時，該等產品並不能提供充電控制之調整。第3 圖描繪Renesas M62237之此一應用，此電路需要最小2·5 伙特之輸出電壓以便作用。該電路結合適用於充電器及切 換式電源供應器之次級侧控制的高精準參考電壓源，該電 路包：用於電流及電壓控制之内建的運算放大器。電流控 :運异放大H的輸出係連接至允許在單獨模式中補償之外

出接腳、’而該電路之操作的電源供應電壓範圍係U 1〇^至15伏特。内建的高精準參考電壓源提供1.25伏特± Ζ ’接腳輸出雷户炎。山 帝哭， 爪為2〇耄女培。該電路可使用於電池充 切換式電源供應器，以次級變壓器側控制之内。 現請參閱第4芬< ® ^ . 及5圖，描繪有當完全放電電池時用以 如供次級側Ic控制 才用以 含額外的整用之所提㈣解決方法。電路包 瓜電路402，其係使用來產生相對於連接至 9 200847579 相關聯之電池的負端子査 、鳊于之負電池端子404的負電壓。該負 電池端子404將包含栌制51 Tr 、 匕S徑制态IC 406的VCC，以及負電壓 將包含控制器IC 406的接地電位。

現請更特別地參閱第4圖，電池（未顯示）係連接於 9包池喊點連接408與負的電池節點連接4〇4之間，電 *感測私阻态41〇係連接於正的電池端子與節點‘η 之間’即點412連接至次級側控制器心⑽的isen+接腳， 正肌的4 1 4具有其陽極在節點4丨8處被連接至變壓器4 μ 的次級側，整流器4丨4之陰極連接至節點412，變壓器416 之另側則在谛點404處被連接至電池的負端子，電容器 420連接於節點412與電池的負端子4〇4之間，整流器4〇2 的陰極在節點418處連接至變壓器，以及整流器4〇2的陽 極在節點424處連接至電阻器422。如先前所述地，整流 杰402係使用以產生相對於負的電池端子4〇4之負電壓， 電阻恭422之另一端連接至接地，電容器426連接於負端 子404與接地之間，電阻器428則連接於電池之負端子4〇4 與光隔離器427内之LED的陽極之間。在該光隔離器427 内之LED的陰極連接至次級側控制器ic 406的OUT接腳， 狀態指示LED 430具有其陽極被連接至電池的負端子，且 δ亥L E D 4 3 0之陰極係在節點4 3 4處被連接至電阻器4 3 2， 而该電阻器4 3 2之另一側則連接至該次級側控制器4 〇 6的 狀態接腳。 該次級側控制器406包含含有ISEN-接腳之若干額外 的接觸’該ISEN-接腳係連接至所連接之電池的正端子 200847579 408 ;次級侧控制器4〇6之NCELL接腳係連接以接收控制 信號’該控制信號指示是否一胞格或二胞格之電池分別連 接至輸入端子404及408 ;次級側控制器406之VCC/VB· 接腳係連接至電池的負端子404 ;次級側控制器406之VB + 接腳係連接至電池的正端子4 0 8 ;次級側控制器4 0 6之 ICOMP接腳係連接至電容器436與電阻器438的串聯組 合，而該串聯組合係連至接地；次級側控制器406之VCOMP 接腳係透過電容器440與電阻器442之另一串聯電容器組 合而連接至接地；以及次級侧控制器496之GND接腳係 連接至接地。該次級側控制器406之VCC/VB-接腳係透過 電容器444而連接至接地，且連接至電池的負端子404。 光隔離器427係由次級侧控制器406的OUTPUT接腳 所驅動，光隔離器427係耦合至初級側控制器450的FB 接腳以提供電壓或電流之調整。該光隔離器427係在節點 448處連接至第一電阻器446，該電阻器446係連接至初 級側控制器450的COMP接腳，且在節點454處連接至電 阻器452 。 變壓器416的初級側係分裂變壓器，其具有第一節點 456被連接至並聯連接之整流器458及460,該等整流器458 及460具有其陰極被連接至節點456，整流器458的陽極 係連接至AC輸入的第一端子462，以及第二整流器460 之陽極係連接至AC輸入電壓的第二輸入節點。第二對之 整流器466及468具有其陰極分別被連接至AC輸入電壓 462及464的輸入端子，且其陽極均連接至接地。電容器 11 200847579 470係連接於節點456的陽極，整流器474的陰極係連接 至連接於郎點4 8 0與節點4 5 6之間的電容器4 7 6與電阻器 478的串聯組合。第三節點482係連接至整流器484的陽 極，該整流器484之陰極係在節點488處連接至電容器 486’電容器486的另一侧係在節點49〇處連接至變壓器416 之初級側的第四節點。切換電晶體492具有其閘極透過電 阻為493而連接至初級侧控制器45〇的〇υτ接腳，電晶體 492係連接於節點472與節點494之間，而電阻器則 連接於節點494與接地之間。附加的偏壓電路係包含於如 第4圖中所描繪之初級側之上。 現請參閱第5圖，將更完全地描繪次級側控制器4〇6 之方塊圖於該處。該次級側控制器4〇6使用兩個差動放大 器以轉換電壓信號及電流信號成為IC接地參考之信號， 其中第一差動放大器504係用於輸出電壓之感測，以及第 一差動放大器506係用於輸出電流之感測。控制邏輯器5〇2 係連接以自NCELL接腳503 3M妾收控制信號，該等控制 2號指示是否一胞格或二胞袼之電池係在其中結合次級側 電路的可攜式電子裝置之内。該控制邏輯器5〇2包含多工 °亥夕工裔可依據電壓及電流信號之輸入而致能輸出緩

5亥充電器之控制邏輯器502 或致能輸出緩衝器5 14於電流調整。 匕’首先使用恆定的電流，直至電池 ’然後’將充電器切換至恆定的電 壓中’直至充電結束為止。因此， 502調整恆定的電流輸出（514)以供 12 200847579 小於4.2伏特之任一電池電壓用。當電池電壓上升至4.2 伏特時，該充電器之控制邏輯器502將改變以調整恆定電 壓於4.2伏特（512);因此，控制邏輯器5〇2接收電池電壓 乜號’且使用4 · 2伏特之臨限值而致能5 12或5 1 4。該控 制邏輯器502亦監測電壓差動放大器5〇4的輸出以及電流 差動放大器506的輸出，該控制邏輯器5〇2根據來自NCELl 輸入503之電池胞格的數目而在控制線5〇8上提供增益控 『 制^號至差動放大器504，以設定適當的增益。控制信號 係經由控制線510而提供以致能輸出緩衝器512及514之 控制，該控制邏輯器502亦施加控制輸出至電晶體516的 閘極，該電晶體5 16係連接於狀態接腳5丨7與接地之間的 開路汲極之FET (場效電晶體），該狀態接腳517可提供 該電子裝置t之電池充電完成的指示。 〃 電壓差動放大器504具有連接至節點518的正相輸入， 電阻器526係連接於節點518與VB +接腳519之間，電阻 I 器524係連接於節點518與節點528之間，該節點528係 連接至VCC/VB•接腳529。VREF及偏壓電路53〇係連接 至節點528，且提供參考及差動電壓至電壓差動放大器5〇4 之反相輸入。然納二極體532係連接於節點528與接地之 間，電壓差動放大器504之輸出係連接至電壓誤差放大器 534的反相輸入，該電壓誤差放大器534之正相輸入係連 接至L22伏特帶隙參考電壓，電壓誤差放大器534之輸出 係在節點536處連接至緩衝器512的輸入，且亦連接至 VCOM接腳537以供外部補償網路的連接用。 13 200847579 電流差動放大器506具有連接至ISEN+接腳541的反 相輸入，該電流差動放大器5〇6的正相輸入係連接至isen_ 接腳539,該電流差動放大器5〇6的輸出係連接至電流誤 差放大器538的反相輸入，電流誤差放大器538之正相輸 入係連接至1_22伏特帶隙參考電壓，電流誤差放大器 之輸出係在節點540處連接至緩衝器514的輸入，且亦連 接至ICOM接腳543以供外部補償網路之連接用。 < - 第5圖之次級側1C控制器406可由板動NCELL接腳 503成為高或底而適應一或二個胞格之電池的應用，控制 邏輯器502將根據施加至NCELl接腳5〇3之邏輯值而調 整電壓差動放大器504的增益’最終的充電電壓將分別調 整於4.2伏特或8·4伏特以供一胞格或二胞格之電池的應 用。電流差動放大器506具有固定之增益，且充電電流係 由外部感測電阻器41〇 (第4圖）所程式化。次級侧控制 器1C 406使用兩個GM放大器512及514, 一用於電壓調 ( 郎⑺以及另一用於電流調整⑴十而需兩個個別的補償 網路以提供恆定電流模式及恆定電壓模式二者之穩定操 ^ " 次級側控制器IC 406之0UTPU (輸出）接腳551係 依據是否需要恆定電流或恆定電壓而由電壓誤差放大器 534或電流誤差放大器538所驅動，此係選擇緩衝器5 = (若該OUTPUT接腳551即將由電壓誤差放大器534所驅 動時）或選擇緩衝器514 (若該0UTPUt接腳551即將由 電流誤差放大器538所驅動時）所達成。緩衝器512或緩 14 200847579

衝器514之選擇係回應於來自控制邏輯器5〇2而提供於線 510上之控制信號而取得，〇υτρυτ接腳551驅動耦接至 初級側1C控制器450 (第4圖）的FB接腳之光隔離器427 (第4圖）的LED而提供電壓或電流之調整。STATUS (狀 L )接腳5 1 7依據充電電流以指示次級側控制器IC 4〇6的 充电狀悲，當充電電流係高於充電電流（固定於快速充電 電流的百分之十）結束時，開路汲極FET 516將導通，否 則將關閉而指示充電情形之結束。 上述電路提供目前之電路組態無效的未充電或深度放 電之電/也的充電能力。當可攜式電子裝置常在操作期間完 全放電且需從完全未充電之電池狀態重新充電時，此電路 狀大大地有益於各式各樣的應用之内。 ；…、白於本項技藝而具有此揭示之助益的該等人士 解^纟發明提供具有低於接地電位之偏壓的座式 二：：制器。應瞭解的是，本文中之該等圖式及詳細 。等視為描繪性而非限制性之 發明㈣且並未思圖限利本 „5 寺开y式及貝例。相反地，本發明包含明 顯於熟習本項技藝 匕3月 變，重配置，替二/…任何進-步之修正，改 背離如下文申过、擇…十選取，及實施例，而不會 因此，所打^料定之本發明的精神及範鳴。 所有該等H二下文巾請專利範圍應予以解讀為包含 _ V之4正，改變，重配置，麸代，iP摆 ^ 計選取，及實施例。 罝，代，選擇，设 15 200847579 【圖式簡單說明】 現將參照結合附圖所獲得之下文說明，以針對本發明 及其優點之更完整的瞭解，其中： 第1圖係線性AC至DC轉換器之充電器的方塊圖； 弟2圖係座式電池充電器之方塊圖； 第3圖係描繪用以自次級側來控制座式電池充電器之 先前技術的實施例； 第4圖描繪包含次級側充電控制電路之電池充電電 路；以及 第5圖係用於如第！圖中所描繪之次級側充電控制電 路的控制器1C之方塊圖。 【主要元件符號說明】 102, 208 104 106 108 110 204 206 210 212 402 404 輸入 AC至DC轉換器電路 電池充電器電路 電池 介面 可攜式電子裝置 初級變壓器侧電路 次級變壓器電路 電感性鏈路 整流器電路 負的電池端子 16 200847579 406 控制器IC 408 正的電池節點連接 410 電流感測電阻器 412, 418, 424, 434, 448, 454， 456, 472, 480, 482, 488, 490， 494, 518, 528, 540 節點 414, 458, 460, 466, 468, 474， 484 整流器 ( 416 變壓器 420, 426, 436, 440, 444, 470， 476, 486 電容器 422, 428, 432, 438, 442, 446， 452, 478, 493, 495, 526 電阻器 427 光隔離器 430 狀態指示LEC 450 初級側控制器 / \ 462, 464 AC輸入電壓 492, 516 電晶體 502 控制邏輯器 503 NCELL輸入 504 電壓差動放大器 506 電流差動放大器 508, 510 控制線 512, 514 緩衝器 17 200847579 517 狀態接腳 530 VREF及偏壓電路 532 然納二極體 534 電壓誤差放大器 537 VCOM接腳 539 ISEN-接腳 541 ISEN+接腳 543 ICOM接腳 538 電流誤差放大器 551 OUTPUT (輸出）接腳

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Claims (1)

1. 200847579 十、申請專利範固： 1 . 一種座式充電系統，包含： 一充電座’用以界定一空間，以供接納一電子裝置之 電池用； 一變壓器充電電路，用以充電該電子裝置中之電池， 該變壓器充電電路進一步包含·· 初級側電路，用以接收一充電電壓； 〔次級侧電路，用以電感地耦合該充電電壓至該電 池’其中該次級側電路依據恆定電壓控制或恆定電流 控制而長:供一控制之輸出信號，以回應於該電池之一 充私電位，其中該次級側電路具有一負電壓以供接地 參考用。 2 ·如申明專利範圍第1項之座式充電系統，其中該次 級側電路進-步包含一控制電路，用以產生該控制之輸出 L 5虎，以回應於該電池之所監測的充電電壓或該電池之所 (監測的充電電流。 項之座式充電系統，其中該控

   或二胞格之電池。 3 ·如申請專利範圍第2 制電路進一步產生該控制之

   5.如申請專利範圍第2 項之座式充電系統，其中該控 19 200847579 制電路進一步產生一狀態信號，用以指示該電池之一充電 狀態。 6·如申請專利範圍第2項之座式充電系統，其中該控 制電路進一步控制所監測的充電電壓之增益。 7·如申請專利範圍第丨項之座式充電系統，其中該次 級側電路進一步包含一整流器電路，以產生相對於該次級 側電路之一負電池端子的負電壓，而提供該負電壓以供接 地參考用。 8·—種座式充電系統，包含： 充黾座，用以界定一空間，以供接納一電子裝置之 電池用； 一變壓器充電電路，用以充電該電子裝置中之電池， 該變壓器充電電路進一步包含： 初級側電路，用以接收一充電電壓； 次級側電路，用以電感地耦合該充電電壓至該電 池，其中該次級側電路依據恆定電壓控制或恆定電流 控制而提供一控制之輸出信號，以回應於該電池之一 充電電位，其中該次級側電路具有一負電壓以供接地 參考用；以及 一控制電路，用以產生該控制之輸出信號，以回 應於一電池控制信號，該電池控制信號係用以指示該 電池是否為一胞格或二胞格之電池，且回應於該電池 之所監測的充電電壓或該電池之所監測的充電電流。 9·如申請專利範圍第8項之座式充電系統，進一步，包 20 200847579 a光隔離器電路，用以自該次級側電路鏈接該控制之信 號至該初級側電路。 ίο·如申請專利範圍第8項之座式充電系統，其中該控 制電路進一步產生一狀態信號，用以指示該電池之一充電 狀態。 11 ·如申請專利範圍第8項之座式充電系統，其中該控 制電路進一步控制所監測的充電電壓之增益。 12·如申請專利範圍第8項之座式充電系統，其中該次 級側電路進一步包含一整流器電路，以產生相對於該次級 側電路之一負電壓端子的負電壓，而提供該負電壓以供接 地參考用。 13·一種用以使用座式充電電路來充電電池之方法，包 含以下步驟： 監测所施加至該電池之一充電電壓； i测所施加至該電池之一充電電流； 述擇一控制信號以回應於該電池之一充電電位，該控 制b號包含一恆定電流信號或一恆定電壓信號之任一信 万虎，以及 控制該電池之充電以回應於該控制信號。 14 ·如申請專利範圍第13項之方法，其中該選擇之步 驟進一步包含選擇一控制信號以回應於該電池之所監測的 充电電壓或該電池之所監測的充電電流之步驟，該控制信 號包含該恆定電流信號或該恆定電壓信號之任一信號。 15·如申請專利範圍第14項之方法，其中該選擇之步 21 200847579 驟進一步包含選擇一控制信號以回應於一電池控制信號之 步驟，該電池控制信號係用以指示該電池是否為一胞格或 二胞格之電池，且該控制信號包含該恆定電流信號或該怔 定電壓信號之任一信號。 16·如申請專利範圍第π項之方法，其中該控制之步 驟進一步包含自一變壓器的一次級側電路鍵接該控制作發 至該變壓器的一初級侧電路之步驟。 17·如申請專利範圍第π項之方法，進一步包含產生 一狀態信號以指示該電池之一充電狀態的步驟。 18·如申請專利範圍第13項之方法，進一步包含控制 所監測的充電電壓之增益的步驟。 19.如申請專利範圍第13項之方法，進一步包含產生 相對於一變壓态電路之一次級侧電路的一負電池端子的負 電壓以供接地參考用之步驟。 十一、圖式： 如次頁 22