TW201304351A - 雙模式充電器及其充電方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種對電池充電的雙模式充電器及其充電方法。雙模式充電器包括控制電路、與控制電路耦接的升壓電路和與控制電路以及升壓電路耦接的低壓差電路。升壓電路接收來自輸入源的輸入電流，並控制雙模式充電器工作於升壓模式。低壓差電壓調整器為電池提供充電電流，並控制雙模式充電器工作於低壓差模式。控制電路監測輸入電流和充電電流，同時控制升壓電路和低壓差穩定電路，並在雙模式充電器從低壓差模式切換到升壓模式時保持充電電流實質恆定。

Description

雙模式充電器及其充電方法
本發明係有關一種電池充電裝置，特別是一種雙模式充電器及充電方法。
近年來，對於高性能供電電路的需求使得電壓調整設備不斷發展。許多要求低壓供電的設備，如行動電話、攜帶型傳呼機、可攜式電腦、攝影機等，皆需使用到低壓差(low drop-out，LDO)電壓調整器。
低壓差電壓調整器能夠提供穩定的直流電壓，其輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差相對較小。低壓差電壓調整器一般具有誤差放大器和與其串聯相耦接的功率輸出元件(例如功率電晶體)，並為電路供電。誤差放大器與低壓差電壓調整器的輸入埠耦接，功率輸出元件與低壓差電壓調整器的輸出埠耦接，並驅動外部的負載。隨著充電過程中電池電壓的上升，低壓差電壓調整器的輸入電壓和輸出電壓的電壓差減小，低壓差電壓調整器的效率會降低。
另外一種為電子設備提供直流電源的是升壓型電壓調整器。升壓型調整器是一種開關電源，包括至少兩個半導體開關以及至少一個儲能單元。升壓型電壓調整器能夠提供比其輸入電壓更高的輸出電壓，因此特別適用於對電壓較高的電池充電。
本發明想要解決的技術問題是提供一種結合了低壓差電壓調整器和升壓型電壓調整器的充電設備，能夠提供 比輸入電壓更高的輸出電壓，且能夠在兩種調整器之間無縫轉換。
本發明提供了一種雙模式充電器，能夠在兩種不同模式下對電池充電，且在維持充電電流恒定的情況下在兩種模式下轉換。該雙模式充電器包括控制電路、升壓電路和低壓差電路。該升壓電路與該控制電路耦接，接收來自一輸入源的一輸入電流，並控制該雙模式充電器工作於一升壓模式；該低壓差電路與該控制電路和該升壓電路耦接，為該電池提供一充電電流，並控制該雙模式充電器工作於一低壓差模式，其中，該控制電路監測該輸入電流和該充電電流，同時控制該升壓電路和該低壓差電路，並在該雙模式充電器從該低壓差模式切換到該升壓模式時，保持該充電電流實質恒定。
本發明還提供了一種雙模式充電器，包括一控制電路；一升壓電路，與該控制電路耦接；以及一低壓差電路，與該控制電路和該升壓電路耦接，為該電池提供一充電電流，其中，該控制電路同時控制該升壓電路和該低壓差電路，在該升壓電路和該低壓差電路之間切換充電操作時，保持該充電電流實質恒定。
本發明還提供了一種利用雙模式充電器對電池進行充電的充電方法，包括：使該雙模式充電器工作於一低壓差模式；輸出一充電電流至該電池；將該電池的一電壓與一適配器的一電壓進行比較；以及如果該電池的該電壓接 近該適配器的該電壓，該雙模式充電器從該低壓差模式切換一升壓模式，且保持該充電電流實質恒定。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。
本發明提供了一種雙模式充電器，能夠根據電池電壓在兩種不同的模式下對電池充電，並在維持充電電流相對恒定的同時，在兩種模式間轉換。若電池電壓較低，該雙模式充電器作為低壓差充電器以為電池充電；當電池電壓上升至非常接近適配器電壓時，該雙模式充電器從低壓差模式轉換為升壓模式，並作為升壓型充電器以為電池充電。該雙模式充電器利用一個共同的控制電路同時控制低壓差充電器和升壓型充電器，而非利用兩個不同的控制電路分別控制低壓差充電器和升壓型充電器。因為根據共同的控制電路，該雙模式充電器在兩種模式之間的轉換是平 滑和漸進的。轉換操作是由適配器電壓和電池電壓之間的電壓差自動觸發的。
圖1所示為根據本發明一個實施例的雙模式充電器100的方塊圖。該雙模式充電器包括升壓型充電器(即升壓型電壓調整器)102、低壓差充電器104、以及控制單元106。雙模式充電器100還包括量測輸入電流的第一電阻Rsadp 112，和量測充電電流的第二電阻Rsbat 114。控制單元106控制升壓型充電器102和低壓差充電器104的運作。控制單元106也監測來自電流源(例如適配器110)的充電電流，和流向電池108的充電電流。升壓型充電器102接收輸入電壓，低壓差充電器104輸出充電電流至電池108。初始情況下，雙模式充電器100在低壓差充電模式下對電池108充電。當電池108的電壓上升，控制單元106增加低壓差充電器104的導通能力以維持充電電流的恒定。隨著電池108的電壓繼續上升，控制單元106啟動升壓型充電器102，以升壓模式對電池108充電。控制單元106透過監測埠ichm來監測電池108的電壓，透過監測埠iacp監測適配器110提供的輸入電壓。
圖2所示為根據本發明一個實施例的雙模式充電器100的電路圖200。控制器202控制低壓差電路206和升壓電路204。低壓差電路206對應低壓差充電器104，升壓電路204對應升壓型充電器102。低壓差電路206和升壓電路204分別由不同的虛線標識，控制器202與低壓差電路206和升壓電路204分別有部分重疊，表明控制器202同時控制兩種充電器。控制器202可以是單獨的一塊晶片， 也可以與低壓差充電器104和升壓型充電器102整合於同一塊晶片上。控制器202透過致能埠EN啟動，並同時控制低壓差電路206和升電路204。控制器202透過埠pb之電壓Vpb控制低壓差充電器104內的功率電晶體。控制器202透過埠LX控制升壓型充電器102的轉換。
圖3所示為根據本發明一個實施例的雙模式充電器100的詳盡電路圖300。埠enb 302(對應圖2中的埠EN)控制雙模式充電器100的啟動。在雙模式充電器100啟動之前，埠pb 320與埠iacp 318短接，低壓差充電器104關閉，流向電池108的充電電流Icharge為0，如圖圖4所示。
雙模式充電器100啟動後，輸入電流流經第一電阻Rsadp 112，第一電流取樣放大器304根據第一電阻Rsadp 112兩端的電壓差V(iacp，iacm)監測流經第一電阻Rsadp 112的電流。誤差放大器308將第一電流取樣放大器304的輸出電壓與預設適配器電流值328進行比較，誤差放大器308的輸出電壓影響埠pb 320的電壓Vpb。而Vpb透過埠pb 320控制圖2中的PMOSFET MP1。
電壓Vpb同時也受到誤差放大器310輸出的影響。第二電流取樣放大器306監測流經第二電阻Rsbat 114的電流。誤差放大器310將第二電流取樣放大器306的輸出電壓與預設充電電流值330比較。如圖4、5與6所示，在充電過程中，電池電壓Vichm增大(圖5)，電壓Vpb減小(圖6)，充電電流Icharge(圖4)保持實質恒定。
當電池充電一段時間後，電池電壓Vichm上升到接近適 配器電壓Viacp，Vpb持續下降，不足以對電池108充電。此時，雙模式充電器100的升壓模式開始佔主導地位。當Vpb小於預設值時，比如0.8伏，比較器314的輸出變為脈衝寬度調變信號324，且該脈衝寬度調變信號324控制NMOSFET 326，致動升壓型充電器102的一開關。比較器314接收Vpb和鋸齒波信號產生器312產生的鋸齒波信號。
當電池電壓Vichm增大到預設充電截止電壓值332時，Vpb開始增大，直到超過鋸齒波信號的電壓範圍(即大於0.8伏)(圖6)。而充電電流Icharge開始減小(圖4)。
圖7所示為根據本發明一個實施例對電池充電的方法流程圖700。在步驟702中，當電池與本發明的雙模式充電器耦接後，該雙模式充電器在低壓差模式下對電池充電。在步驟704中，持續監測電池的電壓是否接近適配器電壓。在步驟706中，當電池電壓接近適配器電壓時，雙模式充電器轉換到升壓模式對電池充電。在從低壓差模式到升壓模式的轉變過程中，充電電流保持恒定。在步驟708中，電池在升壓模式下充電。在步驟710中，電池電壓與預設電壓值(如預設充電截止電壓值)比較。若電池電壓低於該預設電壓值，則回到步驟708，繼續以升壓模式對電池充電。若電池電壓達到預設電壓值，則進入步驟712，停止對電池充電。
在使用過程中，用戶可以將適配器110與雙模式充電器100相連，用雙模式充電器100對耗盡電量的電池進行充電。雙模式充電器100最初作為低壓差充電器104對電池充電，直到電池電壓上升到接近適配器110電壓。之後 雙模式充電器100作為升壓型充電器102對電池充電，直到電池電壓達到預設充電截止電壓值332。因為本發明根據一個共同的控制電路，使雙模式充電器100從低壓差充電器104到升壓型充電器104的轉換是漸進和自動的。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附權利要求及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。
100‧‧‧雙模式充電器
102‧‧‧升壓型充電器
104‧‧‧低壓差充電器
106‧‧‧控制單元
108‧‧‧電池
110‧‧‧適配器
112‧‧‧第一電阻Rsadp
114‧‧‧第二電阻Rsbat
200‧‧‧雙模式充電器電路圖
202‧‧‧控制器
204‧‧‧升壓電路
206‧‧‧低壓差電路
300‧‧‧雙模式充電器詳盡電路圖
302‧‧‧埠enb
304‧‧‧第一電流取樣放大器
306‧‧‧第二電流取樣放大器
308、310、316‧‧‧誤差放大器
312‧‧‧鋸齒波產生器
314‧‧‧比較器
318‧‧‧埠iacp
320‧‧‧埠pb
322‧‧‧埠LX
324‧‧‧脈衝寬度調變信號
326‧‧‧NMOSFET
328‧‧‧預設適配器電流值
330‧‧‧預設充電電流值
332‧‧‧預設充電截止電壓值
700‧‧‧方法流程圖
702~712‧‧‧步驟
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：
圖1：根據發明一實施例的雙模式充電器方塊圖。
圖2：根據本發明一實施例的雙模式充電器電路圖。
圖3：根據本發明一實施例的雙模式充電器詳盡電路圖。
圖4：根據本發明一實施例的雙模式充電器工作過程中充電電流Icharge變化波形圖。
圖5：根據本發明一實施例的雙模式充電器工作過程中電池電壓Vichm變化波形圖。
圖6：根據本發明一實施例的雙模式充電器工作過程中電壓Vpb變化波形圖。
圖7：根據本發明一實施例的雙模式充電器對電池充電的方法流程圖。
100‧‧‧雙模式充電器
102‧‧‧升壓型充電器
104‧‧‧低壓差充電器
106‧‧‧控制單元
108‧‧‧電池
110‧‧‧適配器
112‧‧‧第一電阻Rsadp
114‧‧‧第二電阻Rsbat

Claims (13)

  1. 一種對一電池進行充電的雙模式充電器，包括：一控制電路；一升壓電路，與該控制電路耦接，接收來自一輸入源的一輸入電流，並控制該雙模式充電器工作於一升壓模式；以及一低壓差電路，與該控制電路和該升壓電路耦接，為該電池提供一充電電流，並控制該雙模式充電器工作於一低壓差模式，其中，該控制電路監測該輸入電流和該充電電流，同時控制該升壓電路和該低壓差電路，並在該雙模式充電器從該低壓差模式切換到該升壓模式時，保持該充電電流實質恒定。
  2. 如申請專利範圍第1項的雙模式充電器，還包括：位於該輸入源和該升壓電路之間的一第一電阻；以及 位於該電池和該低壓差電路之間的一第二電阻。
  3. 如申請專利範圍第1項的雙模式充電器，其中，該控制電路還包括：一第一電流取樣放大器，監測該輸入電流；以及一第二電流取樣放大器，監測該充電電流。
  4. 如申請專利範圍第1項的雙模式充電器，其中，該控制電路還包括：一鋸齒波信號產生器，產生一鋸齒波信號；以及一比較器，將該鋸齒波信號與一內部電壓值進行比較以產生一脈衝寬度調變信號。
  5. 一種對一電池進行充電的雙模式充電器，包括：一控制電路；一升壓電路，與該控制電路耦接；以及一低壓差電路，與該控制電路和該升壓電路耦接，為該電池提供一充電電流，其中，該控制電路同時控制該升壓電路和該低壓差電路，在該升壓電路和該低壓差電路之間切換充電操作時，保持該充電電流實質恒定。
  6. 如申請專利範圍第5項的雙模式充電器，其中，該升壓電路接收來自一輸入電壓源的一輸入電流。
  7. 如申請專利範圍第5項的雙模式充電器，其中，該控制電路產生一內部電壓值以控制該升壓電路和該低壓差電路同時操作。
  8. 如申請專利範圍第5項的雙模式充電器，其中，該控制電路產生一脈衝寬度調變信號以控制該升壓電路。
  9. 如申請專利範圍第8項的雙模式充電器，其中，當一內部電壓值低於一預設電壓值時，該控制電路產生該脈衝寬度調變信號。
  10. 如申請專利範圍第5項的雙模式充電器，其中，當該電池的一電壓與一輸入電壓接近時，該控制電路將該充電操作切換至該升壓電路。
  11. 一種利用雙模式充電器對一電池進行充電的充電方法，包括：使該雙模式充電器工作於一低壓差模式；輸出一充電電流至該電池；將該電池的一電壓與一適配器的一電壓進行比較；以及如果該電池的該電壓接近該適配器的該電壓，該雙模式充電器從該低壓差模式切換至一升壓模式，且保持該充電電流實質恒定。
  12. 如申請專利範圍第11項的充電方法，還包括從該適配器接收一輸入電流。
  13. 如申請專利範圍第11項的充電方法，還包括：將該電池的一電壓與一充電截止電壓比較；以及使該雙模式充電器停止對該電池進行充電。
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