TW466397B - Control apparatus and method for charging - Google Patents

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鯉濟部中央標率局貝工消費合作社印製 A7 _____B7五、發明説明（1 ) 本發明係有關於一種充電控制電路以及控制方法，特別是 針對使用於電手裝置（例如筆記型電腦等等）中的充電電池， 能夠根據充電電池的工作溫度，機動性地調整實際充t電淹 的大小’藉以防止充電時溫度過熱所導致的不良結果以及防 止過熱而不得不停止充電的情況。 一般筆記型電腦（notebook)以及各式的手提式電子電腦 設備’大都是採用電池做為供電的主要來源，以符合可攜式 (protable)特性的要求》電池由於體積的限制，大都有一 定的有效供電時間，但是對於長期操作這類設備的使用者而 言’有限供電時間便限制了使用者操作上的自由度。因此， 對於可攜式產品而言’延長供電時間是非常重要的課題。 目前延長供電時間的方法主要是利用可充電電池來達成。 舉例來說’ 一般筆記型電腦中較常使用的電池類型大都是所 謂的二_主_電/池，也就是具有可充電特性的電池，像是鎳氫電 池等等。所以當這些充電電池電力消耗掉後，必須利用直流 電源（一般係透過市電經轉換後獲得）進行充電，才能夠再次 使用。 、在一般充電過程中，溫雇是相當重要的環境參數。當充電 過程的溫度過高，不僅僅會影響到充電的品質，也很容易縮 短電池的壽命。一般進行充電時，充電電池本身即會產生相 當程度的熱量’而導致其周圍環境溫度的上昇。如果將充電 電池置於可攜式電子裝置（如筆記型電腦）中進行充電的話， 溫度效應會變得更為明顯，因為機器本身所產生的熱量會進 一步助長溫度的上昇。 ___ __- 3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公着） __^________--______丁 ______泉， (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 466397 A7 ---- —_ B7 五、發明説明（2 ) 習知充電電路的處理方式，是根據充電電池的 工作溫度， 來決疋疋否繼續充電。也就是說，當充電電池的工作溫度超 過一既定溫度時，充電電路便切斷供電，停止對充電電池的 充電，藉以防止過熱所造成的負面影響。然而，習知技術的 缺點就在於此斷電處理上。當充電電池是在一開機狀態下的 電子裝置（如筆記型電腦）中進行充電時，工作溫度會經常處 於高溫的狀態。所以，充電過程顯得斷斷續續，延長了實際 對充電電池的充電時間。 有鑑於此，本發明的主要目的，在於提供一種充電控制電 路和控制方法’可以隨時檢測充電電池的溫度變化，而赴屬 地調整所供應的瓦電電赛，不需要停止充電，所以不僅可以 防止充電過程中高溫所锋成的負面影響，同時也會加快實際 進行充電的速度。 根據上述之目的’本發明提出一種充電控制裝置，用以控 制一電源對一充電電池進行充電的動作，亦即隨充電電池的 溫度而調整其忘.電_電流《此充電控制裝置包括一溫度'感^元 件’置於充電電池的附近，用來感測工作溫度，此溫度感應 元'件之某一特徵值會對應於充電電池之溫度而變化，例如熱 敏電阻的電阻值；一電[壓轉換電，耦接於溫度感應元件， 其根據溫度感應元件的特徵值變化，產生對應於充電電池溫 度的控制信號：以及一充電:f：流調整電路，置於電源對於充 電電池之充電路徑中並且耦接電壓轉換電路，其根據控制信 號，調整電源對充電電池所送出之充電電流。換言之，當電 池溫度上昇時，此充電控制裝置可以降低充電電流，使溫度 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} --° 線- 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 466397 A7 _____B7___— 五、發明説明（3 ) 下降’籍此防止溫度過高所產生的負面影響，同時也不需要 完全停止充電的動作。 在上述之充電控制裝置的充電電流調整電路中，包括了一 脈波寬度調蠻電路’其可以根據控制信號產生對應之一脈波 寬度調變信號，此脈波寬度調變信號之脈波寬度對應於年電 電池的溫度；以及一開關元件，耦接於脈波寬度調變電路並 且置於電源對於充電電池之充電路徑内，其根據脈波寬度調 變信號的脈波寬度，調整充電路徑之開關狀態，藉以調整充 電電流。 另外’本發明之充電控制方法，包括下列的步驟。首先， 利用溫度感應元件（如熱敏電阻）感測充電電池在充電過程中 的溫度’其特徵值（如電阻值）會隨溫度而變化。接著轉換此 溫度感測元件的特徵值為一控制信號。轉換的方式可以採用 將溫度感應元件的特徵值轉換為對應的第一電壓值後，與一 既定的第二電壓值進行比較並且放大，產生此控制信號。最 後再利用此控制信號’控制電源對於充電電池之充電路徑的 導通狀態’藉此’即可以根據充電電池的溫度機動地調整電 源迖出的充電電流大小，而達到調節溫度的目的。導通狀態 的控制則可以採用下列方式進行。先利用控制信號，產生具 有對應於控制信號之脈波寬度的脈波寬度調蠻信號，再利用 此脈波寬度調變信號，切換置於充電路徑上的開關元件，藉 以控制該充電路徑之導通狀態。 ®式之簡單說明： - 5 -_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210x297公釐） — ' - ------!----- ----I--訂一r------^線- (铕先閲讀背面之注意事項再填寫本萸) 經濟部中央標率局貝工消资合作衽印製 U 6 39 7 A7 ---—_ B7 五、發明説明（4 ) 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文 特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 第1圖表示本發明實施例中用以隨充電電池溫度調整充 電電流之充電控制電路的詳細電路圖。 第2圖表示本發明實施例中之充電控制方法的流程圖。 符號說明： 1〜充電電池模組；la〜充電電池；2〜PWM產生電路；3~5V 電壓調整器；R1〜熱敏電阻；R2-R9〜電阻；D1、02~二極體； 0P卜運算放大器；C1〜電容器；v卜第一分壓電壓；V2〜第 二分壓電壓；V3〜控制電壓。 實施例： 本發明所揭露之充電控制電路和方法，主要是在進行充電 動作時’能夠根據充電電池的;溫彦來決定實際送出的充電電 流大小，藉此調節充電電池的溫度《所以，能夠在不停止充 電過程的情況下，以較快的速度進行充電，同時也避免因為 高溫而產生的負面影響。以下配合圖式，以一實施例說明。 第1圖表示本發明實施例中用以隨充電電池溫度調整充 電電流之充電控制電路的詳細電路圖。圖中，vIN表示外部 直流電源，例如交流市電經過AC - DC轉換器（AC a dap t e r ) 的處理所送到電子裝置的直流電源。1表示充電電池模組， 其内具有實際儲存及供應電力的充電電池la。外部直流電源 vIN透過一充電（供電）電路，對充電電池模組1進行充電的 1---------- 6 —----———----------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210Χ2Μ公釐） n 1 i— In ϋ n n n m an n I X n I, -I If ’V圣 系 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 經濟部中央標準局貝工消費合作社印¾ ^ 639 7 A7 _____B7 五、發明説明（5 ) 動作。 如圖所示’電容器C1、電感器L1和二極體Dl、D2等元 件即置於充電路徑上，提供去除電源的高頻成分以及防止EMI 干擾等功能。另外’ 5 V電壓調節器3則將外部直流電源Vin (一 般為12V)轉換成5V的電壓，用來提供運算放大器〇pl (後 述）的電力以及做為產生第一分壓電壓VI和第二分壓電壓 ▽2 (後述）的分壓電源。另外，電阻網路（包括電阻R8、R9、 RIO、Rll、R12)則是用來產生一參考電壓，並送到PWM產 生電路2 (後述），藉此提供充電電池模組1的定電流回授， 也就是在條件不變的情況下，維持固定的充電電流。 本實施例的充電控制電路，主要係由下列各元件所構成： 熱敏電阻R1，電壓調整電路（包括電阻R2、R3、R4、R5、 R6以及運算放大器 opi) ，pwM(pulse width modulation，脈波寬度調變）產生電路2，以及開關元件（包 括電阻R7和電晶體Q1)。 熱敏電阻R1是做為一溫度感測元件，其一端連接外部直 流電源VIN或充電電池la的負端（即接地端），並且置於充 電電池模組1的内部，緊鄰充電電池la，負責感測充電電 池la的溫度變化。在本實施例中，熱敏電阻la的電阻值會 隨著充電電池la的溫度變化而改變，藉此感測出其溫度的 變化。另外，本發明除了採用熱敏電阻之外，亦可以採用其 他的溫度感測元件來偵測充電電池la的溫度變化，而其某 一特徵值則會隨著溫度而改變，藉由此特徵值變化來推知此 時充電電池la的溫度。 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS > A4C格（210X297公釐） (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線

Vi 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 f~、 Γ' A Λ …1 b b ντ ^ ( A7 _____B7 五、發明説明（6 ) " " 一~ 熱敏電阻R1的電阻變化則是利用電壓轉換電路（包括電 阻R2〜R6以及運算放大器0£>1)加以處理，而產生對應的控 .制信號（控制電壓V3包括電阻網路所產生的參考電壓以及由 電壓轉換電路所產生的控制信號）。如圖所示，電阻R2的― 端接到5V電壓調整器，另一端則是耦接於熱鮮電阻Ri，因 此串聯的電阻R2 '熱敏電阻R1以及5V電壓源即構成分壓 網路，而依據兩電阻間的電阻值比例，在兩者的接點上產生 第一分壓電壓VI。由於熱敏電阻R1的電阻值會受到溫度的 影響而變動’所以第一分壓電壓VI也會反映出此變動值β 另一方面，電阻R4和R3同樣也構成另一分壓網路，而依據 兩電阻間的電阻值比例，在兩者的接點上產生第二分壓電壓 V2。不過’由於電阻R3和R4的電阻值固定，因此第二分 壓電壓V2也視為一固定參考值。接著，利用電阻r5、R6 "以及運算放大器0P1所構成的比較電路，比較出第一分壓電 壓VI和第二分壓電壓V2的電壓差並且加以蜂大，產生所需 的控制信號。此控制信號同樣會反映出充電電池la的溫度 變動。 接著，此控制信號疊加到電阻網路（R8~R12)所產生的參 考電壓上，以控制電壓V3的形式送到PWM產生電路2。而 根據控制信號（或控制電壓V3)所對應於溫度變化的變動值， PWM產生電路2所產生的脈波寬度調變信號，會具有對應於 此溫度變動的脈波寬度。因此，當此脈波寬度調變信號送到 電晶體Q1的基極時，便會改變電晶體Q1的導通（turn-on) 時間，藉此便可以改變充電電流的大小。換言之’當充電電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐>

---^---：------^------訂一>---,—---線· f讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁J 經濟部中央標率局貝工消費合作杜印聚 Λ6 639 7 A7 _____B7 五、發明説明（7 ) ^池la的環境溫度上昇時，熱敏電阻R的電阻值下降，導致 外部直流電源vIN所送出的充電電流下降，藉此抵消溫度上 昇的變化。 在本實施例中，熱敏電阻R1和電壓轉換電路（包括運算 放大器0P1、電阻R2〜R6)也可以由其他的電池溫度偵測電 路來實施，另外，洲Μ產生電路2以及開關元件（包括電晶 體<21和電阻R7)也可以由其他的充電電流調整電路來加以 實施，因此第1圖所示的電路架構並非用以限定本發明^ 第2圖即表示本發明實施例中所對應之充電控制方法的 流程圖。如圖所示，首先，利用熱敏電阻或是其他的溫度感 測元件’檢測出充電電池在充電過程中的溫度（sl)。此時， 其電阻值或其他對應的特徵值會隨溫度改變而變動。接著， 根據熱敏電阻的阻值變化，調整控制電壓v3的大小（s2)， 也就是轉換此熱敏電阻的電阻值變動為控制信號，疊加到參 考電壓上產生控制電壓V3 實際轉換的方式可.以採用將熱敏 電阻的電阻值轉換為對應的第一分壓電壓後，與一既定的第 二分壓電壓進行比較並且放大，藉以產生此控制信號。最後 再利用此控制信號，控制電源對於充電電池之充電路徑的導 通狀態。也就是根據控制電壓V3的大小，PWM產生電路產 生具有對應脈波寬度的PWM信號（S 4 )，再利用此PWM信號， 控制充電路徑的導通狀態，藉此調整充電電流。因此，可以 根據充電電池的溫度機動地調整電源送出的充電電流大小， 而達到調節溫度的目的。由於不會以停止充電的方式處理高 溫的情況，所以可以加快充電電池在機器開機狀態下的充電 ----------—__- 9 ~___ 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS ) A4i_t格（210X297公釐） —-- n 批 I I I 訂I ^ 線· (铕先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7

D D 五、發明説明（8 速度。 本發明雖以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發月洛Γ何熟習此項技藝者，纟不脫離本發明之精神和範圍 内田可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視 後附之申請專利範圍所界定者為準。 ---：-------舛------訂！--;---線-1 {^先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印家 -ίο - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS )八4说格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 466397 A8 Ββ C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 . 一種充電控制裝置，用以控制一電源對一充電電池進 行充電，其包括： 一溫度感應元件’置於該充電電池，該溫度感應元件之一 特徵I對應於該充電電池之(遇度)而變化； 一電壓轉換電路，耦接於該溫度感應元件，其根據該溫度 感應元件的特徵值變化，產生對應於該充電電池溫度的控制 信號；以及 一充電電流調整_電、路，置於該電源對於該充電電池之充電 路徑中並、且轉接該電壓轉換電路’其根據該控制信號，調整 該電源對該充電電池所送出之充電電流。 2 *如申請專利範圍第1項所述之充電控制裝置，其中該 充電電流調整電路包括： 一脈波寬度調變電路’其根據該控制信號，產生對應之一 脈波寬度調變信號，該脈波寬度調變信號冬脈竦寬度對應於 該充電電池的溫度；以及 一開關元件，耦接於該脈波寬度調變電路並且置於該電源 對於該充電電池之充電路徑，其根據該脈波寬度調變信號的 脈波寬度，調整該充電路徑之開關狀態，藉以調整充電電流。 3·如申請專利範圍第2項所述之充電控制裝置，其中該 開關元件係為一電晶體，其基極接收該脈波寬度調變信號， 其集極和射極分別耦接至該充電電池和該電源。 4·如申請專利範圍第1項所述之充電控制裝置，其中該 溫度感應元件係為一熱敏電阻。 5*如申請專利範圍第4項所述之充電控制裝置，其中該 11 本紙張尺度逍用申國國家標率（CNS ) Λ4见格（2丨{JX 297公釐） C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 線 6 39 7 A8 B8 C8 D8 %申壓猜電範路圍包括： 一第一電阻’耦接於該熱敏電阻； 一第二電阻； 一第三電阻，耦接於該第 二電阻； 一分壓電壓源，分別耦接於串聯之該第一電阻和該熱敏電 阻’以及串聯之該第二電阻和該第三電阻，並於該第一電阻 和該熱敏電阻之接點上產生第一分壓電壓，以及於該第二電 阻和該第三電阻之接點上產生第二分壓電壓；以及 一比較電路’分別接收該第一分壓電壓和第二分壓電壓， 用以比較兩者之差並且放大一既定增益，產生該控制信號。 6 . —種充電控制裝置’用以控制一電源對一充電電池進 行充電，其包括： 一電池溫度偵測電路’用以偵測該充電電池在充電過程中 之溫度，並且產生對應之控制信號；以及 一充電電流調整電路，置於該電源對於該充電電池之充電 路徑中並且耦接該電池溫度偵測電路，其根據該控制信號， 調整該電源對該充電電池所送出之充電電流。 7 ·如申請專利範圍第6項所述之充電控制裝置，其中該 充電電流調整電路包括： 一脈波寬度調變電路’其根據該控制信號，產生對應之— 脈波寬度調變信號’該脈波寬度調變信號之脈波寬度對應於 該充電電池的溫度；以及 一開關元件，耦接於該脈波寬度調變電路並且置於該電源 對於該充電電池之充電路徑，其根據該脈波寬度調變信號的 本紙張尺度適用中國囯家標卒（CNS ) Λ4洗格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 ABCD 4 6 6 3 9 六、範圍 脈波寬度，調整該充電路徑之開關狀態，藉以調整充電電流。 (請先閱讀背面之注意事項存填转本頁) 8 .如申請專利範圍第7項所述之充電控制裝置，其中該 開關元件係為-電晶體’其基極接收該脈波寬度調變信號， 其集極和射極分別耦接至該充電電池和該電源。 9.一種充電控制方法，用以控制一電源對一充電電池進 行充電’其包括下列步驟： 利用一溫度感應元件’感測該充電電池在充電過程中的溫 度，該溫度感應元件之一特徵值對應於該充電電池的溫度； 轉換該溫度感測元件之該特徵值為一控制信號； 利用該控制仏號，控制該電源對該充電電池之充電路徑的 導通狀態，藉以根據該充電電池的溫度調整該電源送出之充 電電流大小。 ι〇·如申請專利範圍第9項所述之充電控制方法，其中 該溫度感測元件係為一熱敏電阻。 11·如申請專利範圍第9項所述之充電控制方法，其中 在轉換該控制信號之步驟中包括： 將該溫度感應元件之特徵值轉換為對應的第一電壓值；以 及 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 比較該第一電壓值和既定之第二電壓值並放大產生該控 制信號。 1 2 ·如申請專利範圍第9項所述之充電控制方法，其中 在控制該充電路徑之導通狀態的步驟中包括： 根據該控制信號，產生具有對應於該控制信號之脈波寬度 的脈波寬度調變信號；以及 __ ___~ 13 - 本紙張尺度適用中國國家標iTciisTA4^ ( ?_l〇X2i7^7 6 6 33 7 Α8 BS C8 DS 經濟部中央標準局員工消費合作社印笨 …中猶體1寬 度調變信號’切換置於該充電路徑之一開關 元件’藉以控制該充電路徑之導通狀態。 (請先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 訂 14 - 本紙張尺度適用中國囷家標隼（CNS ) Μ况格（210X 297公釐）