TWI324410B - Charging control system for lithium battery - Google Patents

Description

1324410 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 。本發明係有關一種鋰電池充電系統，特別是一種利用微控 制器控制充電之鋰電池充電系統。 二 【先前技術】 p边者目别無線通§孔的盛行及科技的趨勢，手持式穿置輕 =、便利及高機動性之特色，帶動了手持式裝置之^與流 订，因此，為了因應手持式裝置實用便利性的需求，越來越 多有關手持裝置充電電池之商機日益崛起。為了滿足手持式 裝置待機時間長之使用者需求，大容量之充電電池為一十分 重要之必備配件；又，為了能充分使用充電電池的使用效率， 使用凡全充飽之充電電池相對的較符合經濟效益，然而， 如果無法得知電池是否已經充電完成，且無法自動停止充 電’报容易就會降低電池壽命、損壞電池、或發生危險。因 此’如何自動檢知電池充電狀態以及電池目前電量為一迫切 解決之課題。 ，知手持式裝置之充電方式係於手持式裝置内另增加— 充電曰0片，用以控制並處理充電電池之充電狀態及需求，然 隨著手持式裝置小型化的需求，且因電路板上所固設之 1子組件數量會因手持式設備之高機能而增加，所以對於手 i式裝置之應用電路之佈局及尺寸亦日漸被要求，因此，如 可在自動k知電池充電狀態以及電池目前電量且不影響充電 效能之前提下，料充電系統之尺寸為-當前之要務。 【發明内容】 5 為了解決上述問題，本發明目的之一係在提供一種鋰電池 充電控制系統，將充電線路之控制程式整合在手持式穿置原 本既有之微處理器中，可省略外接充電晶片之費用、達到降 低零件成本之功效。 本發明之又一目的係在提供一種鋰電池充電控制系統，具 有縮短手持式產品開發之時間及大幅降低設計成本之、優點y =發明之又一目的係在提供一種鋰電池充電控制系統，微 地理器係利用一脈波寬度調變之控制方式調變控制單元之作 動週期，可依據不同電池容量之鋰電池彈性調變充電單元所提供之電 力’使之調變成链電池充電所需之定電流或定電壓。 ^為了達到上述目的，本發明之一實施例提供一種鋰電池充 電？制系統’其包含一微處理器；一控制單元，其係與微處 理器，性連接，並接收來自微處理器之一控制信號，控制此 控制單元作動，其中，此控制信號為一脈波寬度調變訊號，用 以控制控制單元週期性之作動；—充電單S，其係與控制單元電 性連接，藉由調變控制單元之作動週期，將充電單元所提供之電源 6周變成鐘電池充電所需之電流或電壓；及-電壓偵測電路，包含 輸入端用以接收一類比電壓值，及一輸出端與微處理器電 !生連接，用以偵測鋰電池目前之電量，並將此電量傳送至微處理器 做判斷’㈣地判斷驗電輯需使狀充電方狀充電過程當中電 池之狀態。 以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本 創作之目的、技術魄、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 以下係以一較佳實施例來說明本發明之鋰電池充電控制系 統。 吻參閱弟i ®，為根據本發明實施之_也充電控制系統方塊示 ，圖。如圖中所示’㈣池充電控㈣統1G包含—微處理器 (mlcroproce肅）刚，用以處理並控制手持式裝置之作動；一輯 ΠΓΓ ’其—端係與一鐘電池20電性連接，另一端與微處理器 ”電性連接’用崎賊電池2G目前之充電狀態及鐘電池2〇内之 電壓’二控制單7L2GG，其電性連接微處理器—充電單元則， ” 4係電f生連接控制單元2gq，另—端與鐘電池2Q電性連接。 於此實施例中，電壓偵測電路在經電池2〇欲充電前， 制鐘電池20内部目前之電量^，透過電壓細電路彻内部之一 (Analog-to-Digital Converter, ADC) 内部之、由-類比（anaI〇g)電紐轉換成一數位（di獅）電壓值， 並透過電性連接將此數位電屋值傳送至微處理器1〇〇進行訊號之判斷 2處理。絲處理器⑽判_電池2Q此時之電量需進行充電之動 。’。則微處理器100送出一作動控制訊號至控制單元·，其中，控 兀2。00為—開關控制線路（如至少—電晶體）或一開關，用以控 ;，單元3〇〇作動，當控制單元2〇〇接收到微處理器励之作動控 ，訊號，要求致能（enable)充電單元300對鐘電池20充電時，控制 早Ί〇0導通以形成一通路並驅動充電單幻〇〇動作，其令，來自微 處理器100之-作動控制訊號係利用微處理器卿内部之一動體 (firmware )(圖中未示）之一脈波寬度調變㈤se Μ〇—， :购)功能以調變控制單元細作動之週期（dutycyde);藉由調變 工制單元2〇〇之作動週期，將充電單元姻所提供之電源調變成兹電 充電所需之電流或電壓；另外，充電單元姻包含一電力輸入 垾（如插頭或電腦之通用序列埠（Universal SeriaiBus，usB))以取得 電力對^池20充電。在充電過程中，糕侧電路同步地偵 、'’池20之狀態及、之大小，且不間斷地將、之值傳送至微處 ™ 00以判斷充電疋否完畢當電遂谓測電路侧伯測到^等於 ’大於4.2伏特之同時’微處理器1〇〇送出一作動控制訊號要求控制 1324410 單兀200控制充電單元30〇使之不繼續對鋰電池2〇進行充電之動作。 可^理解的，链電池充電控㈣統1G係透過不斷地細^及致能充 電單元300而元成链電池2〇充電之過程。又，微處理器1〇〇更包含 -計時電路（timer) 1〇2，用以保護電力模組3〇若在預定時間内仍無 法達到欲充電之電量時，則表示充電過程有錯誤發生導致充電失敗， 則中斷充電之動作。 ' 〜請參嶋2圖，為根據本發明—實施之㈣池充電流程圖。於此 實施=中’當欲對-㈣池進行充電時，電壓侧電路會細此鐘電 池目前之電量^ (步驟500)，用以判斷應對之充電方式（步驟5〇2)， 其充電階段有三：預先充電階段、定電流充電階段、以及定電壓充電 ^段。若偵測到^小於3·〇伏特，則進入預先充電（pre_charge)階

#又（步驟1〇4) ’利用1〇毫安培（^)的電流量對此鐘電池進行預先 充電的動作，若在預先設定之預先充電㈣_( 15分鐘）内將此經 $池充電至％大於3.〇伏特，則預先充電階段完成；若預先充電過 矛。超k 15刀鐘且％仍未大於3 〇伏特，則表示此次充電過程發生錯 =導致充電失敗。若_到^介於3 〇伏特至4」伏特之間，則進入 定電流充電（Constant C_tcharging)卩皆段（步驟則，利用〇 5C ^定電流（K>欲就之㈣池容量/—小時，假設欲充電之鐘電池容 =為500mAh，則1C的充電電流相當於5〇〇mA)對此鐘電池進行定 電流充電’其巾’此定電流翻賴處理器之勒體内—脈波寬度調變 (Pulse Width Modulation，PWM)功能以調變控制單元作動之週期 一(duty cyde)’藉由調變控制單元之作動週期（步驟5〇6)，將充電單 元所提供之電力鐵雜電池充f所需之定電流，若在預先設定:定 電流充電保護時間（9G分鐘）崎此經電池充電至％大於4 i伏特 (步驟叫财電流充鎌段完成；反之，若定電流充電過程超過 90刀鐘且Q仍未大於4.1储’财示此次充電触發生錯誤導致 充電失敗。若_到^大於4]伏特，則進入定電觀電（c咖邮 職峨Charging)階段（步驟則，利用4 2伏特之定電歸此經電 1 1324410 池進行定電壓充電，其中，此定電塵亦係利用微處理器之勒體内之 PWM功能調變控制單元作動之週期（步驟則，藉由調變控制單元 之作動週期將充電單元所提供之電力調變成料池充電所需之定電 壓，進而進行定電壓充電（步驟5〇8)，此時充電電流會慢慢下降，當 充電電流降至G.1C時’且麵先設定之定電縣電健時間（9〇分 釭）内將此經電池充電至、等於4·2伏特（步驟),則定電麼充 電階段完成；反之，若定電觀電棘綱9G分·^仍未大於 4.2伏特，則表示此次充電過程發生錯誤導致充電失敗。

β其中’充電二階段（預先充電階段、定電流充電階段、以及定電 壓充電階段）之充電保護時間長短係於微處理器之減内預先設定， 可根據不_電池之特㈣作輕，搭崎時電路可於充電過程當中 發生錯誤時，停止充電之動作以保護鋰電池。

綜合上述，於此實關巾’㈣池充電難中，麵偵測電路 係不斷地偵測經電池之電量（步驟)以判斷且選_電池所需之 =方，(步驟502、504) ’再透過微處理器内之_工力能致能控 早疋（4 506)，且搭配充電單元將電力調變成合適之定 電壓對鐘電池充電（步驟5〇8);透過不斷重複步驟細 ' 如:、 5〇6、及508直至鋰電池充電完成。 凊參閱第3 ® ’為根據本發明實施之一實施例之手 ^方塊示意圖。如圖所示，手持式裝置丨係包含：一殼體（圖中未示、）; 中央控制模組4G，設置於殼體内且至少包含—微處理器，， 微處·_以㈣域理伟式裝£ i讀有制程序及作動.一 j模組70，其係設置於殼體内，並且與巾央控繼組⑽電性連接 一電力模組30 (如鋰電池），其設置於殼體内用以提供手持式裝置j :乍動所需之電力；-齡模組％，係設置於赌内，且與J .、且4〇電性連接；一充電控制模組6〇，係設置於殼體内且其;盘中 央控制模組4G電性連接，其巾，充電㈣m組6〇包含：—電壓^ 9 2旦其Γ端山與電力模組3G電性連接，細貞測電力模組30目前 送至二處理處接’用以將電力模組30之電量傳 以接收來自賊理^早元’其—端係與微處理器電性連接 术自微處理盗之—脈波寬度調變訊號。 壓債t組3°欲充電時，充電控制模組60之電 内部之-類㈣v: 0内部目前之電量’透過電壓偵測單元 值榦㈣\續換魏將電力触3g内部之電量由—類比電壓 ^換，-數位電壓值，並透過電性連接將此數位電壓值傳送至中央 ^=411财理輯行峨之躺及纽。紐處__ 綠之料，顺處㈣―作動控 控制控制料，其中，控鮮元為一開關 控=路^至少一電晶體）或一開關，用以控制充電器2作動；當 &且tn，爾理11之作動控制職，要求致能充電器2對電力 時’控制單元導通以形成一通路並驅動充電器2動:力 期一ί微處理益之脈波寬度調變訊號用以調變控制單元作動之週 充電所需之電流或電壓；另外，充電器2包含-電力t = 默通物mUniv_l ^㈣卿）以取得

f — i模組％充電。在充電過程中，電壓偵測電路同步地_ 冤力核組30之狀熊及雷吾夕+ , Q :，。可； 不斷地偵測電力模組3G之電量及週雛地致能充電器2而士 成電力模組3〇之充電。又，中本批去丨扠 70 時電路，_“巾之微處理11更包含-計 保4电力桓組3〇若在預定時間内仍無法達到欲充電之

’則中斷充電之動

則表示充電過程有錯誤發生導致充電失敗 期’將充電單元所提供之電賴魏㈣池充賴需之電流或電壓。 透過不間斷地重複偵測鐘電池之電量及調變控制單元 到完成電池充電β ^ ^ 以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特 點，其f的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明2内容 並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍即大凡依 本發明所揭示之精神所作之均錢化或修倚，仍應涵蓋在本 發明之專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖為根據本發明實施之鋰電池充電控制系統方塊示意圖。 第2圖為根據本發明實施之一實施例之鋰電池充電流程圖。 第3圖為根據本發明實施之一實施例之手持式裝置架構之方塊示意圖。 【主要元件符號說明】 1 手持式裝置 2 充電器 10 鋰電池充電控制系統 20 鋰電池 1324410 (

微處理器 計時電路 控制單元 充電單元 電壓偵測電路 電力模組 中央控制模組 顯示模組 充電控制模組 應用模組 步驟 步驟 步驟 步驟 步驟

Claims (1)

1324410 f十· v f讀專利範園： ___ ι· 一種鐘電池充電控㈣統’應用於―手持錢置^^； 一微處理器，用以處理並控制該手持式襄置3 一控制單元，其係與該微處理器電 處理器之-作雜制簡； 電11連接’補收來自該微 一充電單元，其係與該控制單元電性連接；及 :電μ測電路’包含-輸人端用以接收_類 一輸出端與該微處理器電性連接。 電壓值，及 2. 如請求項i所述之鐘電池充電控制系統，其令 路更土含一類比數位轉換電路，其係用以將該類電 =壓值’且該電壓偵測電路係將該數位電壓值= 3. 如請求項]所述之鐘電池充電控制系、统， 係為一脈波寬度調變訊號，用以控制該斤制_ u 控制訊號 4. 如請求項3所述之鐘電池充電控制系統，复中作官 訊號係透過該微處理器内部之一韌體所產生。、以脈波寬度調變 5. 如請求項丨所述之料池充電控制系統， 含-計時電路。 "中該微處理器更包 6. 如請求項丨所述之鋰電池充電控制 開關控制線路或-開關。 -中’該控制單元為- 7. 如請求項6所述之鋰電池充電控制系 為至少-電晶體。 矛、統’其中，該開關控制線路 8. 如請求W所述之鐘電池充電控制系、统， 一電力輸人崞，且該電力輸人埠為-插頭或—通肖含 9‘如請求項丨所述之鋰電池充電控制系统，罝列埠之任y。 鋰電池電性連接，用以對該鐘電池充電。、'、中該充電單元與一 ι〇.如請求項1所述之鋰電池充電控制系 該電壓偵測電路整合成-積體電路。…，、中’該微處理器及 13 1324410 11. 一種鋰電池充電之手持式裝置，包含： 一殼體； 一微處理器，設置於該殼體内； 一應用模組，設置於該殼體内並與該微處理器電性連接； 一電力模組，設置於該殼體内，用以提供一電力； 一顯示模組，設置於該殼體内並與該微處理器電性連接；及 一充電控制模組，設置於該殼體内且其一端與該微處理器電 性連接，該充電控制模組包含： 一電壓偵測單元，其一端與該電力模組電性連接，另一 端與該微處理器電性連接；及 一控制單元，其一端與該微處理器電性連接，以接收來 自該微處理器之一脈波寬度調變訊號。 12. 如請求項11所述之鋰電池充電之手持式裝置，其中，該充電 控制模組之該控制單元之另一端係與一充電器電性連接，且利用該脈波 寬度調變訊號控制該充電器作動之週期。 13. 如請求項12所述之鋰電池充電之手持式裝置，其中，該充電 器之另一端係與該電力模組電性連接，以取得該手持式裝置之該電力來 源。 14. 如請求項11所述之鋰電池充電之手持式裝置，其中，該電壓 偵測單元包含一類比數位轉換電路，其係用以將該電力模組之一類 比電壓值轉換成一數位電壓值，且該電壓偵測單元係將該數位 電壓值傳送至該微處理器。 15. 如請求項11所述之鋰電池充電之手持式裝置，其中，該電力 模組係為一鐘電池。 16. 如請求項11所述之鋰電池充電之手持式裝置，其中，該微處 理器更包含一計時電路。 14