TW201332246A - 充／放電控制裝置及將微處理器用於充／放電控制之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種充/放電控制裝置，其包含有：一微處理器，用來進行充/放電控制運作，其中該微處理器於進行充電控制運作時產生一第一脈衝調變控制訊號，以控制一降壓運作，以及該微處理器於進行放電控制運作時產生一第二脈衝調變控制訊號，以控制一升壓運作。該充/放電控制裝置可包含一降壓電路及/或一升壓電路。該第一脈衝調變控制訊號與該第二脈衝調變控制訊號中之至少一者可為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。本發明另提供一種將微處理器用於充/放電控制之方法。本發明可減少系統內晶片使用數目、簡化設計、降低成本。
Description
本發明係有關於電池之充/放電控制，尤指一種充/放電控制裝置以及將一微處理器用於充/放電控制之方法。
近年來由於電子電路的技術不斷地發展，各種相關產品諸如隨身電子裝置有如雨後春筍一般地出現並且十分普及。為了便於終端使用者隨身攜帶、使用，這些隨身電子裝置當中往往設置有可重複使用的充電電池諸如鋰電池。因此，這些隨身電子裝置中之充電電池的充/放電控制遂成為相當熱門的議題。
由於充電電池的特性相當複雜，不當的控制運作往往會造成電池壽命過短、充電效能不佳、不適當的輸出電源等問題。依據相關技術，為了克服這些問題，傳統的充/放電控制裝置通常設置有複雜的電路。然而，這些傳統的充/放電控制裝置還是有不足之處。例如：傳統的充/放電控制裝置當中的元件數量很多，會導致隨身電子裝置的製造商必須分別從許多不同類型的供應商取得各個元件；於是，相關成本最終便轉嫁至終端使用者。又例如：在隨身電子裝置的研發階段，複雜的電路通常隱藏著待解決的問題諸如編碼、元件特性匹配、及/或邏輯上的錯誤等，如此便浪費額外的人力，而且這些額外的人力所對應的人力成本最終仍然會轉嫁至終端使用者。
由以上可知，相關技術針對充/放電控制所提供的解決方案並不完善。如此，需要一種新穎的方法來改善充/放電控制架構。
因此本發明之目的之一在於提供一種充/放電控制裝置以及將一微處理器用於充/放電控制之方法，以解決上述問題。
本發明之另一目的在於提供一種充/放電控制裝置以及將一微處理器用於充/放電控制之方法，以減少系統內晶片使用數目、簡化電路設計、並且降低成本。
本發明之較佳實施例中提供一種充/放電控制裝置，其包含有：一微處理器，用來進行一電池之充/放電控制運作。尤其是，該微處理器於進行該電池之充電控制運作時產生一第一脈衝調變(Pulse Modulation)控制訊號，以控制一降壓運作，以及該微處理器於進行該電池之放電控制運作時產生一第二脈衝調變控制訊號，以控制一升壓運作。另外，於該電池的充電過程中，該降壓運作係用來取得輸入至該電池之電源。此外，於該電池的放電過程中，該升壓運作係用來將該電池所儲存之電能提供予一負載。
本發明於提供上述充/放電控制裝置之同時，亦對應地提供一種將一微處理器用於充/放電控制之方法，其包含有下列步驟：利用該微處理器進行一電池之充/放電控制運作。尤其是，利用該微處理器進行該電池之充/放電控制運作之步驟包含：於進行該電池之充電控制運作時，利用該微處理器產生一第一脈衝調變控制訊號，以控制一降壓運作；以及於進行該電池之放電控制運作時，利用該微處理器產生一第二脈衝調變控制訊號，以控制一升壓運作。另外，於該電池的充電過程中，該降壓運作係用來取得輸入至該電池之電源。此外，於該電池的放電過程中，該升壓運作係用來將該電池所儲存之電能提供予一負載。
本發明之一實施例中提供一種充/放電控制裝置，其包含有：一微處理器，用來進行一電池之放電控制運作，其中該微處理器於進行該電池之放電控制運作時產生一第二脈衝調變控制訊號，以控制一升壓運作。此外，於該電池的放電過程中，該升壓運作係用來將該電池所儲存之電能提供予一負載。
本發明的好處之一是，上述之充/放電控制裝置及將一微處理器用於充/放電控制之方法可避免元件數量過多的問題，並可緩和隨身電子裝置的製造商必須分別從許多不同類型的供應商取得各個元件之問題，且可減少編碼、元件特性匹配、及/或邏輯上的錯誤等問題。另外，轉嫁至終端使用者之相關成本可以對應地減少。
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種充/放電控制裝置。如第1圖所示，該充/放電控制裝置包含一微處理器200。尤其是，本實施例之充/放電控制裝置另包含一降壓電路110與一升壓電路140。微處理器200係用來進行一電池130之充/放電控制運作。例如：微處理器200於進行電池130之充電控制運作時產生一第一脈衝調變(Pulse Modulation)控制訊號諸如脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)控制訊號PWM_190，以控制一降壓運作。又例如：微處理器200於進行電池130之放電控制運作時產生一第二脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_170，以控制一升壓運作。另外，於電池130的充電過程中，該降壓運作係用來取得輸入至電池130之電源，其中該降壓運作可包含降低並穩定輸入電池130之電壓。此外，於電池130的放電過程中，該升壓運作係用來將電池130所儲存之電能提供予一負載，其中該升壓運作可包含提升電池130所輸出之電壓以及將電池130所輸出之電能轉換為穩定之輸出電流/電壓。
於本實施例中，符號DC_100、DC_120、DC_130、DC_150均代表與電池130的充/放電相關之直流電源。降壓電路110接收該第一脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_190，並依據該第一脈衝調變控制訊號進行該降壓運作。尤其是，降壓電路110依據該第一脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_190，將輸入至降壓電路110之電源諸如直流電源DC_100調整為與電池130的充電狀態相對應之穩壓電源諸如直流電源DC_120，以供輸入至電池130。另外，升壓電路140接收該第二脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_170，並依據該第二脈衝調變控制訊號進行該升壓運作。尤其是，升壓電路140依據該第二脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_170，將電池130所輸出之電源諸如直流電源DC_130調整為與電池130的放電狀態相對應之穩壓電源諸如直流電源DC_150，以供輸出至該負載。
依據本實施例，符號VIT_160代表至少一偵測訊號。於電池130的充電過程中，微處理器200偵測電池130之至少一充電狀態。尤其是，於電池130的充電過程中，偵測訊號VIT_160載有上述之至少一充電狀態。微處理器200可依據上述之至少一充電狀態產生該第一脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_190，以調整該降壓運作提供予電池130之電流/電壓。另外，於電池130的放電過程中，微處理器200偵測電池130之至少一放電狀態。尤其是，於電池130的放電過程中，偵測訊號VIT_160載有上述之至少一放電狀態。微處理器200可依據上述之至少一放電狀態產生該第二脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_170，以動態地調整該升壓運作所產生之直流電源DC_150。
實作上，上述之至少一充電狀態可包含電池130的電壓狀態、電流狀態、及/或溫度狀態，且上述之至少一放電狀態可包含電池130的電壓狀態、電流狀態、及/或溫度狀態。例如：上述之至少一充電狀態可包含電池130的電壓狀態、電流狀態、以及溫度狀態。又例如：上述之至少一放電狀態可包含電池130的電壓狀態、電流狀態、以及溫度狀態。於本實施例中，一偵測模組(未顯示)可設置於電池130中，其中該偵測模組可用來於電池130的充電過程中偵測上述之至少一充電狀態，且可用來於電池130的放電過程中偵測上述之至少一放電狀態。另外，該偵測模組可包含一電阻，並可將該電阻之兩個端子個別的電壓輸出至微處理器200；藉由將該電阻之兩個端子個別的電壓之間的差值除以該電阻的電阻值，微處理器200可計算電池130於充電過程中之電流狀態(即電池130的輸入電流)或計算電池130於放電過程中之電流狀態(即電池130的輸出電流)。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之某些變化例，該偵測模組可設置於電池130之外。例如：該偵測模組可設置於電池130與微處理器200之間。
如以上所揭露，該第一脈衝調變控制訊號可為脈衝寬度調變控制訊號PWM_190，且該第二脈衝調變控制訊號可為脈衝寬度調變控制訊號PWM_170。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據本實施例之一變化例，微處理器200可將該第一脈衝調變控制訊號與該第二脈衝調變控制訊號均控制成為脈衝頻率調變(Pulse Frequency Modulation,PFM)控制訊號。
依據本實施例之某些變化例，該第二脈衝調變控制訊號可為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。尤其是，基於該負載是否達到一預定門檻或落入一預定區間，微處理器200可適應性地(Adaptively)將該第二脈衝調變控制訊號控制成為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。例如：當偵測到該負載達到該預定門檻時，該負載可視為重負載，則微處理器200可適應性地將該第二脈衝調變控制訊號控制成為脈衝寬度調變控制訊號。又例如：當偵測到該負載未達到該預定門檻時，該負載可視為輕負載，則微處理器200可適應性地將該第二脈衝調變控制訊號控制成為脈衝頻率調變控制訊號。相仿地，該第一脈衝調變控制訊號可為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。尤其是，微處理器200可適應性地將該第一脈衝調變控制訊號控制成為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。
依據某些實施例，諸如該第一實施例及其某些變化例，一種將一微處理器諸如微處理器200用於充/放電控制之方法包含有下列步驟：利用該微處理器諸如微處理器200進行一電池諸如電池130之充/放電控制運作。尤其是，利用該微處理器進行該電池之充/放電控制運作之步驟包含：於進行該電池諸如電池130之充電控制運作時，利用該微處理器諸如微處理器200產生一第一脈衝調變控制訊號諸如上述之第一脈衝調變控制訊號，以控制一降壓運作諸如上述之降壓運作；以及於進行該電池諸如電池130之放電控制運作時，利用該微處理器諸如微處理器200產生一第二脈衝調變控制訊號諸如上述之第二脈衝調變控制訊號，以控制一升壓運作諸如上述之升壓運作。依據這些實施例，於該電池諸如電池130的充電過程中，該降壓運作係用來取得輸入至該電池之電源；以及於該電池諸如電池130的放電過程中，該升壓運作係用來將該電池所儲存之電能提供予一負載諸如上述之負載。針對上述將一微處理器諸如微處理器200用於充/放電控制之方法，各種運作的細節及變化均已揭露於該第一實施例及其變化例，故該些運作的細節及變化不再重複贅述。
如該第一實施例所揭露，微處理器200可於進行電池130之充電控制運作時產生該第一脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_190，以控制該降壓運作。這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。依據該第一實施例之一變化例，該第一脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_190可由一降壓晶片(Buck IC)來產生，其中本變化例之微處理器200可依據偵測訊號VIT_160控制該降壓晶片之運作，並依據偵測訊號VIT_160產生該第二脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_170。本變化例與該第一實施例相仿之處不再重複贅述。
第2圖繪示第1圖所示之降壓電路110於一實施例中所涉及之實施細節。依據不同的實施例，降壓電路110可包含被動元件諸如電阻、電容器、二極體、電晶體等。如第2圖所示，本實施例之降壓電路110包含一金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，可簡稱為「MOSFET」)M1，其閘極接收該第一脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_190。本實施例之降壓電路110另包含二極體D1、電感器L1、與電容器C1。依據本實施例之一變化例，金屬氧化物半導體場效電晶體M1可代換為一雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)。
第3圖繪示第1圖所示之升壓電路140於一實施例中所涉及之實施細節。依據不同的實施例，升壓電路140可包含被動元件諸如電阻、電容器、二極體、電晶體等。如第3圖所示，本實施例之升壓電路140可包含二極體D4、電感器L4、電容器C4、與金屬氧化物半導體場效電晶體M4。依據本實施例之一變化例，金屬氧化物半導體場效電晶體M4可代換為一雙極性接面電晶體。
綜合以上所述，本發明於某些實施例中提供以微處理器控制電池充電、放電功能之方法，尤其是以單一顆微處理器依其可程式化之特性，來控制電池充電、放電功能之方法。另外，降壓電路由被動元件如電阻、電容、二極體、電晶體等組成，而升壓電路則由被動元件如電阻、電容、二極體、電晶體等組成。實作上，上述之微處理器及其周邊被動元件組成微處理器模組。
例如，電池充電時，降壓電路接收自微處理器傳送之脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號，並將其輸入電源依此控制訊號調整為與電池充電狀態相對應之穩壓電源，供應電池可靠的電力來源。電池放電時，升壓電路負責接收自同一顆微處理器傳送之脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號，並將其輸出電源依此控制訊號調整為與電池放電狀態相對應之穩壓電源，控制電池放電功能。在某些實施例中，微處理器負責偵測電池狀態訊號，如於電池充電時，依電池充電狀態，量測其電壓或溫度等狀態訊號，並根據此狀態訊號，調整及送出脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號至降壓電路，以控制電池充電；電池放電時，仍以同一顆微處理負責偵測電池放電狀態，量測其電壓或溫度等狀態訊號，並根據此狀態訊號，發出脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號至升壓電路，以控制電池放電。
本發明之重點在於依電池充電或放電特性之不同，由同一顆微處理器，以其可程式化之特性，於電池充電時，提供降壓電路控制訊號(例如：該第一脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_190)，控制電池充電功能；於電池放電時，提供升壓電路控制訊號(例如：該第二脈衝調變控制訊號諸如脈衝寬度調變控制訊號PWM_170)，控制電池放電功能，可減少系統內晶片使用數目，簡化電路設計，降低電源成本。本發明適用於各種充電系統，如行動電源、電池充電器、電動遊樂器及筆記型電腦之電池系統裝置。
本發明的好處之一是，上述之充/放電控制裝置及將一微處理器用於充/放電控制之方法可避免元件數量過多的問題，並可緩和隨身電子裝置的製造商必須分別從許多不同類型的供應商取得各個元件之問題，且可減少編碼、元件特性匹配、及/或邏輯上的錯誤等問題。另外，轉嫁至終端使用者之相關成本可以對應地減少。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
110．．．降壓電路
130．．．電池
140．．．升壓電路
200．．．微處理器
C1,C4．．．電容器
D1,D4．．．二極體
DC_100,DC_120,DC_130,DC_150．．．直流電源
L1,L4．．．電感器
M1,M4．．．金屬氧化物半導體場效電晶體
PWM_170,PWM_190．．．脈衝寬度調變控制訊號
VIT_160．．．偵測訊號
第1圖為依據本發明一第一實施例之一種充/放電控制裝置。
第2圖繪示第1圖所示之降壓電路於一實施例中所涉及之實施細節。
第3圖繪示第1圖所示之升壓電路於一實施例中所涉及之實施細節。
110．．．降壓電路
130．．．電池
140．．．升壓電路
200．．．微處理器
DC_100,DC_120,DC_130,DC_150．．．直流電源
PWM_170,PWM_190．．．脈衝寬度調變控制訊號
VIT_160．．．偵測訊號
Claims (17)
- 一種充/放電控制裝置，其包含有：一微處理器，用來進行一電池之充/放電控制運作，其中該微處理器於進行該電池之充電控制運作時產生一第一脈衝調變(Pulse Modulation)控制訊號，以控制一降壓運作，以及該微處理器於進行該電池之放電控制運作時產生一第二脈衝調變控制訊號，以控制一升壓運作；其中於該電池的充電過程中，該降壓運作係用來取得輸入至該電池之電源；以及於該電池的放電過程中，該升壓運作係用來將該電池所儲存之電能提供予一負載。
- 如申請專利範圍第1項所述之充/放電控制裝置，其另包含：一降壓電路，用來接收該第一脈衝調變控制訊號，並依據該第一脈衝調變控制訊號進行該降壓運作，其中該降壓電路依據該第一脈衝調變控制訊號，將輸入至該降壓電路之電源調整為與該電池的充電狀態相對應之穩壓電源，以供輸入至該電池。
- 如申請專利範圍第1項所述之充/放電控制裝置，其另包含：一升壓電路，用來接收該第二脈衝調變控制訊號，並依據該第二脈衝調變控制訊號進行該升壓運作，其中該升壓電路依據該第二脈衝調變控制訊號，將該電池所輸出之電源調整為與該電池的放電狀態相對應之穩壓電源，以供輸出至該負載。
- 如申請專利範圍第1項所述之充/放電控制裝置，其中於該電池的充電過程中，該微處理器偵測該電池之至少一充電狀態；該微處理器依據該至少一充電狀態產生該第一脈衝調變控制訊號，以調整該降壓運作提供予該電池之電流/電壓；以及該至少一充電狀態包含該電池的電壓狀態、電流狀態、及/或溫度狀態。
- 如申請專利範圍第1項所述之充/放電控制裝置，其中於該電池的放電過程中，該微處理器偵測該電池之至少一放電狀態；該微處理器依據該至少一放電狀態產生該第二脈衝調變控制訊號，以調整該升壓運作所產生之直流電源；以及該至少一放電狀態包含該電池的電壓狀態、電流狀態、及/或溫度狀態。
- 如申請專利範圍第1項所述之充/放電控制裝置，其中該第二脈衝調變控制訊號係為脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)控制訊號或脈衝頻率調變(Pulse Frequency Modulation,PFM)控制訊號；以及基於該負載是否達到一預定門檻或落入一預定區間，該微處理器適應性地(Adaptively)將該第二脈衝調變控制訊號控制成為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之充/放電控制裝置，其中該第一脈衝調變控制訊號係為脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)控制訊號或脈衝頻率調變(Pulse Frequency Modulation,PFM)控制訊號；以及該微處理器適應性地(Adaptively)將該第一脈衝調變控制訊號控制成為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之充/放電控制裝置，其中該降壓運作包含降低並穩定輸入該電池之電壓；以及該升壓運作包含提升該電池所輸出之電壓以及將該電池所輸出之電能轉換為穩定之輸出電流/電壓。
- 一種將一微處理器用於充/放電控制之方法，其包含有下列步驟：利用該微處理器進行一電池之充/放電控制運作，其中利用該微處理器進行該電池之充/放電控制運作之步驟包含：於進行該電池之充電控制運作時，利用該微處理器產生一第一脈衝調變(Pulse Modulation)控制訊號，以控制一降壓運作；以及於進行該電池之放電控制運作時，利用該微處理器產生一第二脈衝調變控制訊號，以控制一升壓運作；其中於該電池的充電過程中，該降壓運作係用來取得輸入至該電池之電源；以及於該電池的放電過程中，該升壓運作係用來將該電池所儲存之電能提供予一負載。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其另包含：接收該第一脈衝調變控制訊號；以及依據該第一脈衝調變控制訊號，將輸入至該降壓電路之電源調整為與該電池的充電狀態相對應之穩壓電源，以供輸入至該電池。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其另包含：接收該第二脈衝調變控制訊號；以及依據該第二脈衝調變控制訊號，將該電池所輸出之電源調整為與該電池的放電狀態相對應之穩壓電源，以供輸出至該負載。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其另包含：於該電池的充電過程中，利用該微處理器偵測該電池之至少一充電狀態；以及利用該微處理器依據該至少一充電狀態產生該第一脈衝調變控制訊號，以調整該降壓運作提供予該電池之電流/電壓；其中該至少一充電狀態包含該電池的電壓狀態、電流狀態、及/或溫度狀態。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其另包含：於該電池的放電過程中，利用該微處理器偵測該電池之至少一放電狀態；以及利用該微處理器依據該至少一放電狀態產生該第二脈衝調變控制訊號，以調整該升壓運作所產生之直流電源；其中該至少一充電狀態包含該電池的電壓狀態、電流狀態、及/或溫度狀態。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該第二脈衝調變控制訊號係為脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)控制訊號或脈衝頻率調變(Pulse Frequency Modulation,PFM)控制訊號；以及該方法另包含：基於該負載是否達到一預定門檻或落入一預定區間，利用該微處理器適應性地(Adaptively)將該第二脈衝調變控制訊號控制成為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該第一脈衝調變控制訊號係為脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)控制訊號或脈衝頻率調變(Pulse Frequency Modulation,PFM)控制訊號；以及該方法另包含：利用該微處理器適應性地(Adaptively)將該第一脈衝調變控制訊號控制成為脈衝寬度調變控制訊號或脈衝頻率調變控制訊號。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該降壓運作包含降低並穩定輸入該電池之電壓；以及該升壓運作包含提升該電池所輸出之電壓以及將該電池所輸出之電能轉換為穩定之輸出電流/電壓。
- 一種充/放電控制裝置，其包含有：一微處理器，用來進行一電池之放電控制運作，其中該微處理器於進行該電池之放電控制運作時產生一第二脈衝調變(Pulse Modulation)控制訊號，以控制一升壓運作；其中於該電池的放電過程中，該升壓運作係用來將該電池所儲存之電能提供予一負載。
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