TWI237433B - Electric charging system - Google Patents

Description

1237433 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域： 本發明之充電系統，其設有一個以上以串、並聯方式 連接在一起之可充電電池，該每一可充電電池上分別以並 之並聯之可充電電池充電狀態，而能達到每個可充電電池 局部電性平衡，使每一可充電電池可均衡充電，並可藉由 限流裝置控制過電流充電者，於放電期間，並聯之電容又 可承受放電初始階段之大功率放電而使充電電池壽命增 長。 先前技術： 按，一般充電系統對於複數個可充電電池充電方式， 有將複數個可充電電池串聯充電之方式，以及並聯充電之 方式，或事先串聯後，及先並聯後串聯之方式。 串聯之方式係對所有可充電電池流入相同之充電電 流，因此，開始進行充電時，如果可充電電池殘存容量或 可充電電池内電阻有所不同，便無法使所有可充電電池同 樣充滿電，因為殘存容量大或内阻小之可充電電池會過度 充電，殘存容量小或内阻大之可充電電池則無法充滿電。 將複數個可充電電池以並聯方式與一電源相連接，則 無法以理想狀均勻地對所有可充電電池分配充電電流以進 行充電。例如内阻低的可充電電池所流動之電流會比内阻 高之可充電電池更大，而無法均勻地分配電流，因此無法 以理想狀態使所有可充電電池充滿電。

1237433 五、發明說明（2) 為消除以上之缺點，所以，即有人利用切換控制方 式，使附屬在每個可充電電池的充電系統對每個可充電電 池進行個別充雷，並及時調整充電可充電電池直到所有可 充電電池充滿電為止，如此，雖可確保每個可充電電池充 滿電’但成本卻很南。 發明内容： 發明人有鑑上 究，再進 本發 電流充電 並可承受 可確保可 加每個充電電池的 本發明之另一 述裝置 出之充 的，在 電壓電 I C，而 ，該等 體，如 由差動 電壓平 電壓波 能達到 可均衡 電期間 下大功 及電容 使用壽 目的， 提供一 源裝置 充電電 可充電 此，事 程序控 均分配 形分別 每個可 充電， ，每個 率放電 在安全 命。 在提供 之於實施時之缺失，爰精心研 電系統。 種充電 ，其中 源裝置上設有 電池上 先設定 制I C與 至每一 來調節 充電電 並可藉 與可充 ，而並 負載電 一充電電 有一差動 聯之可充 之電容及 流電源電 聯之每一 電容一設 電池充電 使每一可 一步發展 明之一目 源裝置及 程序控制 電電電池 稽納二極 壓，可藉 電容，使 定之直流 狀態，而 充電電池 量，於放 初使狀態 充電電池 系統，該 電壓電源 分別設有 之隨時間 該等可充 個電容， 與之並聯 池局部電 由限流裝 電電池並 聯之稽納 壓下工作 系統具有 裝置上設 個以上串 與之並聯 變化之直 電電池並 而由每個 之可充電 性平衡， 置控制過 聯的電容 二極體則 ，因而增 種充電系統，其電壓電

1237433 五、發明說明（3) 源裝置之稽納一極體串接有一功率電阻，以作為分壓及消 耗功率用。 實施方式： ~ 一^一^- 本發明係一種充電系統，請參照第1、2圖所示，該充 電系統上設有一電壓電源裝置20及可充電電源裝置其 中’電壓電源裝置20係供應充電電源裝置iq所需之電能， 且該電壓電源裝置20上設有差動程序控制IC3〇，俾透過該 差動程序控制IC30之比對功能，將直流輸出端之輸出電壓 與一預先設定之電壓/時間V(t)波形相比對，而能提供預 先設定之程序控制穩定電壓之輸出，而該可充電電源裝置 10上設有一個以上之可充電電池110，該等可充電電池110 係以串聯或並聯方式串接而成，且該等可充電電池上 分別連接有一電容120及稽納二極體130，該等電容120及 稽納二極體130係以並聯方式與每一可充電電池11〇相連 接’再者’該等稽納二極體130上分別串接有一功率電阻 150，該功率電阻150係用來作為分壓及消耗功率用。 請參照第1圖所示，為第一實施例，其主要令電源經 由電壓電源裝置2 0整流及控制後，而成為一隨時間變化之 直流電會流入可充電電源裝置丨〇，該可充電電源裝置丨〇上 lx有一個以上藉由串聯之方式而連接在一起之可充電電池 110 ’該等可充電電池110以並聯方式分別與一電容120及 一稽納一極體13〇連接一起，且該等串聯在一起之可充電 電池11 0上串接有一限流電路丨4 〇，如此，可使一組以上串

1237433 五、發明說明（4) 接在一起之可充電電池110藉由上述連接之方式並連在 起。 ^一Ljt參照第2圖二實施例，其主要令電 源經由電壓電源裝置20整流及差動程序控制1(：3〇控制後， 而成為一隨時間變化之直流電會流入可充電電源裝置1 〇， 該可充電電源裝置10上設有一個以上藉由並聯之方式而連 接在一起之可充電電池110，該等可充電電池11〇以並聯方 式與一電容120及一稽納二極體130連接一起，且該等並聯 在一起之可充電電池110上分別串接有一限流電路丨40,如 此，可使一組以上並聯在一起之可充電電池11Q藉由上述 串接之方式，而串接在一起。 、 請參照第3圖所示，其電壓電源裝置2〇可為迴授型電 原裝置’其主要係令N通道MOS電晶體903、904成為差動電 偶’其源極共同連接後連接到電源9 〇 5之一端，其閉極分 別連接到輸入端子1及輸出端子2 ; p通道m〇S電晶體9 〇 1 (電 流電路之電流輸出側電晶體），其源極連接到高電位電源 VDD ’閘極連接到p通道M〇s電晶體9〇2之閘極，汲極與閘極 八同連接後連接到p通道MOS電晶體904之沒極；p通道m〇S 電晶體9 0 6在閘極被輸入有差動對偶之輸出，其源極 (Source)連接到高電位電源VDI)，汲極（Drain)連接到輸出 端子2及電流源9 〇 7之連接點，當輸出/入電壓大於或小於 輸入由電壓波形程控產生器所產生之程控電壓V(t)時， 可即時利用P通道M0S電晶體9〇6之充、放電作用，以高速 將輸出電壓調整至輸入電壓相等之電壓。

第8頁 1237433 請參照第4圖所示，其電壓電源裝置2〇可 (Forward)電源裝置，該裝置卜於古 、為i向式 之電容C i，以作為濾波之用，該雷交r*電命源曰輪入端相接 T 1之初級繞組Ni並與一 電晶體Q1之基極並與一脈&寬度；變(PWM晶體：串接，該 相連接’且該初級繞㈣與回復繞組N3 )二】，電路 次級 極體 且該回復繞組N3與電容Ci穿接有一二極體⑽ 2今C3， 繞組N2並分別與一二極體D1、電感 ：者： D2與一電容C0相連接，如此♦晰祕皆I筏以及一一極j 驅動電路將電晶體Q1導通時，:調變（PffM IC)與 級=上，並順向移轉至次：二電2源：：會=初 電感L0傳送致負載端，同時二 、'生由一極體D1、 當電晶體Q1被截止時，變壓= :壓狀態， 轉’使得二極體D2變成逆向偏壓而不導二的：壓：性會反 處於導通狀態，此時負載端 而一極體D3則 能量經由二極體D2來供給，同篁’=由L〇和C0所儲存的 經過回復繞組N3來作控制， 集極逆向電壓大小則 1C)來控制輸出之電壓大小"/脈波寬度調變（PWM 電壓變化的控制功能。 、、、又^預設充電時原來進行 請參照第5圖所示，其雷厭 (Flyback)電源裝置，該裝 =置2〇可為返馳式 之電容Ci，該電容Ci並斑目 又有一與電源輸入端相接 壓器T1並聯，該變壓器初級植次級繞組（Nl、N2)之變 變壓㈣之初級繞組N1並與一電晶體g

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接’該電晶體Q1之某極並盘—尬、念 勒雷& 脈波寬度調變（PWM 1C)與驅 再者，次級繞組N2並分別與-二極體D1及 如此，於其變壓器τι又兼 作輸出儲能電感，而^ _ 文⑺ 土11乐用來调整電源供應器的 功率因數；再者’由PWMIC 、電晶體…、變麼器^组成 ^Power stage，主要係藉由PWM控制電晶體…電子開關 的導通與否，再配合次級繞組N2的二極體〇1和電容c〇，而 得到直流電壓的輸出，惟因電晶體Q1導通時，變壓器以之 初級繞組N 1會有初級電流流過。 α 請參照第6' 7圖所示，其電壓電源裝置2〇可為程控電 源裝置’該裝置上設有主要包括有一整流/濾波電路21、 一變壓|§22、一《一次滤波電路23及一直流變動電壓y(t) 輸出端24 ’其中該整流/滤波電路21連接至一市電之交流 (AC)電源31，利用其電容C2、C3、電感U及橋式二極體 (BD)構成之全波整流/濾波電路，將AC電源3 1整流及滤 波，而獲得一較穩定之直流電源，而該變壓器2 2連接至該 整流/濾波電路2 1，令其將整流及濾波後，並程控切換電 路調變之交流電源降低其電壓值，經該二次濾波電路2 3之 二次濾波，由該直流電壓輸出端24輸出程控直流電壓。 另，請參閱第6、7圖所示，該電源供應器20之直流輸 出端24與二次濾波電路23之間設有一光藕合器（〇Pto Coupler)26，該光藕合器26係作為隔離用，並將與預設之 參考時序變動電壓V ( t )經差動程控1 c比對後之訊號經光 藕合器26來控制脈波寬度調變（PWM 1C)負載週期’使輸出

第10頁 1237433 五、發明說明（7) 電壓V0與參考時序電壓V(t) —致。 在本發明中，復請參閱第6、7圖所示，該變壓器22之 初級側之a端接到該整流/濾波電路2 1之後的正端，而整流 後之負端接到共同地端。 ^ 在本發明中，復請參閱第6、7圖所示，該變壓器22之 初級側之b端接到金氧半場效電晶體（M0SFET) 28之沒 極，而金氧半場效電晶體28主要作用在於將直流電壓載 波。 在本發明中，復請參閱第6、7圖所示，該變壓器22之 次級側接到該二次濾波電路23，該二次濾波電路23包含_ 二極體30及一濾波電容32。 在本發明中，復請參閱第6圖所示，該脈波寬度調節 控制晶片2 7之驅動電力，是由該整流/濾波電路2 1透過降 壓及穩壓電路電阻R12、電容C7及積納二極體Z1所提供， 使輸入該脈波寬度調節控制晶片（PWM IC)27之驅動電力的 電壓Vcc保持恆定並持續。 ^ 在本發明中，復請參閱第6、7圖所示，該脈波寬度調 節控制晶片27係藉由電阻R5固定其頻率。 、 在本發明中，復請參閱第6、7圖所示，輸入AC電壓之 過電廢保護是經電阻Rlla' Rllb之連接點之電壓接至該脈 波寬度調節器27之OVRV所控制，俾當〇VRV之電壓因AC電源 31過高而超過設定值時，〇VRV可使金氧半場效電晶體28關 閉（of f )，而使該電源供應器2〇獲得保護。 在本發明中，復請參閱第6、7圖所示，脈波寬度調節

1237433 五、發明說明（8) 控制晶片27上之PDRV及NDRV透過電阻Rl〇a、R10b將脈波寬 度調節控制晶片27之ON、OFF電壓波形上升及下降斜率控 制，並將脈波寬度調節器2 7訊號輸出至金氧半場效電晶體 2 8之閘極，使通過源極到汲極及該變壓器2 2初級側之電流 受到閘極電壓信號之控制。 在本發明中，復請參閱第6、7圖所示，通過金氧半場 效電晶體2 8之電流，流經電阻R4產生之偏壓輸入至脈波寬 度調節控制晶片27之電流偵測端ILMT，由ILMT預設之容許 電壓值使脈波寬度調節控制晶片2 7產生過電流保護之功 能，以避免金氧半場效電晶體28及變壓器22負載電流過 大。 請參照第1、2、3、4 ' 5、6圖所示，令電壓電源裝置 經差動控制IC25調變後之隨時間變化之直流電源電壓輸入 可充電電源裝置10中，藉由與該等可充電電池11〇並聯之 每一電容120，使電壓平均分配至每一個電容12〇，而由每 個電谷120—設定之直流電壓波形分別來調節與之並聯之 可充電電池110充電狀態，而能達到可充電電池11〇局部電 性平衡，使每一可充電電池110可均衡充電，於放電期 間，每個與可充電電池110並聯的電容120並可承受初始狀 態下大功率放電，而並聯之稽納二極體13〇則可確保可充 電電池及電容在安全負載電壓下充放電，另外，限流電路 140更可確保進入串接電池之電流保持在額定範圍内，並 可控制過電流充電量。 綜上所述，本發明之一種「充電系統」，在產業上具

第12頁 1237433 五、發明說明（9) 有很大之利用價值，且可改良習用技術之各種缺點，在使 用上能增進功效，合於實用，充份符合發明專利之要件， 實為一理想之創作，故申請人爰依專利法之規定，向 鈞 局提出發明專利申請，並懇請早日賜准本案專利，至感德 便0

第13頁 1237433 圖式簡單說明 第 1圖 * 為 本 發 明 充電 系 統 第 一一 實施例 之 電 路 方 塊 示 意 圖 〇 第 2圖 ·· 為 本 發 明 充電 系 統 第 二 實施例 之 電 路 方 塊 示 意 圖 〇 第 3圖 • 為 本 發 明 程控 電 壓 電 源 電路第 實 施 例 之 電 路 示 意 圖。 第 4圖 • 為 本 發 明 程控 電 壓 電 源 電路第 二 貫 施 例 之 電 路 示 意 圖。 第 5圖 m 秦 為 本 發 明 程控 電 壓 電 源 電路第 三 實 施 例 之 電 路 示 意 圖。 第 6圖 ·· 為 本 發 明 程控 電 壓 電 源 電路第 三 實 施 例 之 電 路 方 塊 示意圖< 3 第 7圖 ·· 為 本 發 明 程控 電 壓 電 源 電路第 四 實 施 例 之 電 路 示 意 圖。 主要元 件 圖 號 說 明 充 電 電 源 裝 置 10 可 充 電 電 池 110 電 容 120 稽 納 極 體 (Zener Diode) 130 限 流 電 路 140 功 率 電 阻 150 電 壓 電 源 裝 置 20 差 動 程 序 控 制 1C 30

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Claims (1)

1237433 六、申請專利範圍 1. 一種充電系統，其包括： 一電壓電源裝置，其係供應充電電路在進行充電時所 需之電源，且該電壓電源裝置上設有一差動程序控制I C ; 一充電電源裝置，其設有一個以上連接在一起之可充 電電池，該等可充電電池上分別設有與之並聯之電容及稽 納二極體； 俾充電時，可藉由差動程序控制1C與該等可充電電池 並聯之每一電容，使充電電壓依預先設定之程序與時序電 壓平均分配至每一個電容，而由每個電容一設定之直流電 壓波形分別來調節與之並聯之可充電電池充電狀態，而能 達到每個可充電電池局部電性平衡，使每一可充電電池可 均衡充電，並藉由限流裝置可控制過電流充電量，於放電 期間，每個與可充電電池並聯的電容並可承受初始狀態下 大功率放電，而並聯之稽納二極體則可確保可充電電池及 電容於充電時在安全負載電壓下工作。 2. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其可充電電池 可以串聯方式連接在一起。 3. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其可充電電池 可以並聯方式連接在一起。 4. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其可充電電池 上串接有一限流裝置。 5. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其稽納二極體 串接有功率電阻。 6. 如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其電壓電源裝

第15頁 1237433 六、申請專利範圍 置可為迴授”6 6心&〇1〇型電源電路，其係令]^通道1^03電晶 體成為差動電偶，其源極共同連接後連接到定電源之一 端，其閘極分別連接到輸入端子及輸出端子；P通道MOS電 晶體，其源極連接到高電位電源V D D，閘極連接到P通道 MOS電晶體之閘極，汲極與閘極共同連接後連接到p通道 MOS電晶體之汲極；P通道MOS電晶體在閘極被輸入有差動 對偶之輸出，其源極連接到高電位電源V D D，汲極連接到 輸出端子及電流源之連接點，當輸入大於或小於輸出時， 利用P通道MOS電晶體之充、放電作用，可以以高速將輸出 電壓調整至輸入電壓相等之電壓。 7·如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其電壓電源裝 置可為順向式電源裝置，該裝置上設有一與電源輸入端相 接之電容C i，以作為濾波之用，該電容c i並與具初級、次 級及回復三組繞組（N1、N2、N3)之變壓器T1並聯，該變壓 器T1之初級繞組N1並與一作為功率開關之電晶體q丨串接， 該電晶體Q1之基極並與一脈波寬度調變（PWM IC)與驅動電 路相連接，且該初級繞組N1與回復繞組n 3間設有一電容 C3’且該回復繞組N3與電容Ci串接有一二極體D3，再者， 次級繞組N2並分別與一二極體D1、電感L〇串接，以及一二 極體D2與一電容C0相連接。 8·如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其電壓電源裝_ 置可為返驰式電源裝置，該裝置上設有一與電源輸入端相 接之電谷C i，該電容C i並與具初級、次級繞組（N 1、n 2 )之 變壓器T1並聯，該變壓器T1之初級繞組N1並與一電晶體Q1

1237433 六、申請專利範圍 串接，該電晶體Q1之基極並與一脈波寬度調變晶片與驅動 電路相連接，再者，次級繞組N 2並分別與一二極體D1及一 電容C0相連接，如此，在使用時，由於其變壓器T1又兼作 輸出儲能電感使用，而C i主要係用來調整電源供應器的功 率因數；再者，由PWM 、電晶體Q1、變壓器T1組成之 Power stage，主要係藉由脈波寬度調變晶片控電晶體Q1 電子開關的導通與否，再配合次級繞組N2的二極體D1和電 容C 0，而得到直流電壓的輸出。 9.如申請專利範圍第1項所述之充電系統，其電壓電源裝 置可為程控電壓電源裝置，該裝置上設有一整流/濾波電 路、一變壓器、一二次濾波電路及一直流輸出端，其中該 整流/濾波電路連接至一市電之交流（AC )電源，利用其 電容C2、C3、電感L1及橋式二極體構成之全波整流/濾波 電路，將AC電源整流及濾波，而獲得一較穩定之直流電 源，而該變壓器連接至該整流/濾波電路，令其將整流及 濾波後，並程控切換電路調變之交流電源降低其電壓值， 經該二次濾波電路之二次濾波，由該直流輸出端輸出直流 電0

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