TWI392193B - 電池充電器及充電方法 - Google Patents

Description

電池充電器及充電方法

本發明係關於一種用於二次電池的充電電池組之電池充電器。

本申請案主張在2007年6月25日，在日本專利局申請的日本專利申請案第2007-193327號的優先權之權利，其在此係以引用方式併入本文。

使用商用電源來充電二次電池之電池充電器係已知。本發明者已提議在日本專利第3430264號(日本未經審查的專利申請公開案(KOKAI)第H6-14473號：專利文件1)中描述的一電池充電器。

圖1顯示類似於在上述專利文件1中顯示的組態之一組態。商用交流(以下為了方便緣故稱為"AC")電源係藉由一輸入濾波器1與一整流器電路2而轉換成一DC電源。一切換電源包括一脈衝寬度調變控制電路3、一電晶體Q1、與一變壓器T1。如同一切換元件的電晶體Q1藉由來自脈衝寬度調變控制電路3的輸出脈衝，以例如100 kHz來執行切換操作。連接至變壓器T1的三次繞組N3之一二極體D1與一電容器C1的整流輸出係如同脈衝寬度調變控制電路3的一電源來供應。

電晶體Q1調整流經一一次繞組N1的電流，且對應的電功率係在一二次繞組N2與三次繞組N3上感應。在二次繞組N2上感應的電壓係藉由一二極體D2與一電容器C2整 流，以獲得一整流輸出Vo。整流輸出Vo係透過在輸出端子5a[正(+)側]和5b[負(-)側]之間的一FET F1、FET F2、與一電晶體Trl及類似物所組成的一切換單元4來擷取。

一二次電池BAT(例如一鋰離子二次電池)係連接在輸出端子5a和5b之間。二次電池BAT係以可附接/可分離方式來連接至該電池充電器/自該電池充電器連接。電池充電器包括一開關SW，用於偵測二次電池BAT的附接/分離。一附接二次電池BAT，即導通開關SW，且一偵測信號BAT係在L處(其表示低位準，以下將同樣應用)，指示二次電池BAT係附接，且係供應給由一微電腦組成的一控制器11。

整流輸出Vo係藉由一電阻器R7與一電阻器R8來劃分，以輸入至一運算放大器AMP1的負(-)端子。另一方面，運算放大器AMP1的正(+)端子係供應一參考電壓REF1。輸出電壓Vo係與該參考電壓REF1相比較，且指示不同於參考電壓的一誤差信號係透過一二極體D3而供應給一光耦合器PH1。

從二次側傳輸給光耦合器PH1的一次側的誤差信號係供應給脈衝寬度調變控制電路3。脈衝寬度調變控制電路3控制來自電晶體Q1的輸出脈衝的接通週期，以便控制供應給二次側的電功率，藉此擷取藉由在二次側上的參考電壓所設定的一輸出電壓。

一輸出(充電)電流Io係藉由一電阻器R2偵測。電阻器R2的負載側(輸出側)之端子係經由一電阻器R5而連接至運算放大器AMP2的負端子。藉由電阻器R4和R6從參考電壓 REF1劃分的電壓係供應給運算放大器AMP2的正端子，藉此提高在運算放大器AMP2的正(+)端子上的電壓位準。

輸出電流Io的流量在可歸於輸出電流Io的電阻器R2上會感應電壓降。結果，藉由電阻器R4和R6劃分的電壓會減少。輸出電流Io的增加進一步造成在運算放大器AMP2的正端子上的電壓降。當在運算放大器AMP2的正(+)端子的電位下降至在負端子的電位或以下時，來自運算放大器AMP2的輸出信號從H(表示高位準，以下同樣應用)轉移至L。

來自運算放大器AMP2的輸出信號係透過一二極體D4與一光耦合器PH1供應給脈衝寬度調變控制電路3，使得電力控制係類似電壓控制而執行。更明確地係，電壓降發生在運算放大器AMP2的正端子，此係取決於流經電阻器R2的電流量，正端子的電位係與負端子的電位相比較，且輸出電流量係受控制，以將在電阻器R2上產生的電壓維持恆定。輸出電流係以此方式而調整在一恆定位準。

藉由整流器12使來自一輸出電壓V₀ 穩定的一預定電壓係供應給作為來源電壓的控制器11。指示充電操作的狀態，作為一顯示元件之LED(發光二極體)13係連接至控制器11。

切換單元4係藉由從控制器11輸出的驅動脈衝信號DR1、DR2和DR3來操作。當控制器11藉由接收偵測信號Batt來偵測二次電池BAT的附接時，開始充電操作，且在電池電壓Vbatt的監控下進行一預定充電操作。

上述電池充電器係基於一CC/CV(恆定電流-恆定電壓)充電系統來充電該二次電池BAT，該充電系統係恆定電流充電與恆定電壓充電的一組合系統。圖2顯示上述電池充電器的輸出特性。橫坐標代表充電電流，而縱坐標代表充電電壓。電池充電器首先在恆定電流控制模式中操作(例如，在1.0 A)，然後在恆定電壓控制模式中操作(例如，在4.2 V)。在充電的較早階段的初始充電模式中，進行在初始充電電流I_f 的充電。當電壓到達一快速切換電壓(例如，在2.7 V)時，充電模式切換至一快速充電模式。

圖3顯示在充電期間的充電電壓與充電電流的時間相依變化(充電曲線)。例如，恆定電流控制在電池電壓係與恆定電壓控制電壓(例如4.2 V)一樣高或更低的區域中進行，藉此在一恆定電流(例如1.0 A)下進行恆定電流充電。當電池電壓(內電動勢)上升至到達4.2 V作為一充電的結果時，電池充電器將操作切換至在恆定電壓控制下的這些，藉此充電電流逐漸減少。當充電電流係偵測以到達充電偵測值I_s 結束時，偵測到充電結束。從此時間點，啟動一浮動計時器，且電池係充電直到逾時以終止電池的充電。充電採用浮動計時器，因為可能略微增加容量，即使在當偵測到充電結束的時間點之後。

在圖1顯示的組態中，在恆定電流充電期間，運算放大器AMP2的輸出係透過二極體D4而供應給光耦合器PH1，且電源係整流以提供恆定輸出電流。在恆定電流充電中，運算放大器AMP2的輸出係低於運算放大器AMP1的輸出， 且電源係藉由運算放大器AMP2的輸出來整流。在恆定電壓充電期間，運算放大器AMP1的輸出係透過二極體D3而供應給光耦合器PH1，且電源係藉由運算放大器AMP1的輸出來整流，以便輸出電壓Vo可帶至一預定電壓。在恆定電壓充電中，運算放大器AMP1的輸出係低於運算放大器AMP2的輸出，且電源係藉由運算放大器AMP1的輸出來整流。

在圖1的組態中的電流偵測電阻器R2的負載側的一端係連接至一比較器6的負端子，且其另一端係連接至一參考電壓REF2的負側，且參考電壓REF2的正側係連接至比較器6的正端子。充電電流係藉由電阻器R2而轉換成一電壓，且電壓係與參考電壓REF2相比較。當充電電流減少時，比較器6的正端子的參考電壓係大於其負端子的偵測電壓，且倒轉該比較器6的輸出Cs。比較器6的輸出Cs然後供應給控制器11，且控制器11偵測充電結束。

然而，在組態成偵測充電結束的上述電池充電器中，除了參考電壓REF1之外，需要提供用於偵測充電結束的參考電壓REF2。作為用於偵測充電結束之比較器6，亦需要使用具有一小偏移電壓的高準確度偏移比較器，其係一昂貴組件。由於用於偵測充電結束的電流值係非常小，所以需要將電流偵測電阻值增加至某種程度。然而，在此情況中，當執行恆定電流充電控制時，偵測電阻損失會發生。

專利文件1進一步描述如下。即，在充電操作中，切換單元4(FET-F1和FET-F2)在一預定循環內會關閉，且一偵 測到在切換單元4的輸入與輸出之間存在一電壓差ΔV(Vo-Vb(二次電池BAT的開啟電壓))，即終止充電，如此關閉係小於一預定電壓差。

在此情況中，當有關二次電池BAT的充電電壓係設定成4.2 V時，有關控制器11的電源供應電壓係2.5 V，其係小於充電電壓。當具有一A/D轉換器的一微電腦係如同控制器11加以使用時，其難以直接測量ΔV，如此需要(例如)藉由電阻的ΔV之劃分。分阻可能造成難以準確測量ΔV值的問題，此係由於電阻值的變化與電源供應電壓的變化。為了避免這類問題，變成需要使用用於產生電源供應電壓的整流器12、與如同電阻器的高準確度組件，藉此增加成本。

因此，意欲提供能以低成本來製造一電池充電器，而不需要在用於偵測充電結束的組態中使用任何昂貴組件。

根據本發明之一具體實施例，提供使用將一AC輸入轉換成一DC輸出的一電源供應電路，用於充電一二次電池的電池充電器，其包括：一鑑別電路，用以鑑別一恆定電流充電模式與一恆定電壓充電模式，及產生一鑑別信號；及一控制器，其受供應一鑑別信號。當恆定電壓的二次電池的一端子電壓到達一預定電壓時，恆定電壓充電模式將二次電池充電在一恆定電壓。當一充電電流係降低至充電偵測電流結束時，恆定電壓充電模式係轉移至充電模式結束。作為恆定電流控制的一電流，控制器產生一控制信號，以在恆定電流充電模式的電流與充電偵測電流結束間 切換。當自鑑別信號判斷為恆定電流充電模式時，控制器藉由使用控制信號來設定在恆定電流充電模式中的電流。當自鑑別信號判斷為恆定電壓充電模式時，控制器藉由使用控制信號來間歇地設定充電偵測電流結束，並設定充電偵測週期結束用於根據該鑑別信號判斷恆定電流充電模式與恆定電壓充電模式。當鑑別信號指示在充電偵測週期結束中的恆定電壓充電模式時，控制器控制以轉移至充電偵測模式結束。

根據本發明之一具體實施例，用於控制恆定電流充電的運算放大器之輸出信號、及用於控制恆定電壓充電的運算放大器之輸出信號相比較，以偵測充電結束。因此，具有一小偏移的任何昂貴比較器不需用來比較這兩個信號，如此達成低成本組態。

本發明的上述發明內容並非要描述每一解說的具體實施例或本發明的每一實施方案。下面的圖示及詳細描述為這些具體實施例提供最詳細的例證。

本發明的一第一具體實施例將在下面參考圖4來描述。圖4的電池充電器在CC-CV(恆定電流-恆定電壓)充電模式(恆定電流充電與恆定電壓充電的組合)中充電一二次電池BAT，其具有改良如圖1所示的已知電池充電器。藉由一二極體D2與一電容器C2整流的輸出電壓Vo係透過一切換單元4而施加於二次電池BAT的兩端。

在切換單元4中包括的電晶體Tr1、FET-F1、和FET-F2 係分別藉由從一控制器11輸出的驅動信號DR1、DR2和DR3而切換。藉由一開關SW產生及指示二次電池BAT是否安裝的一偵測信號Batt係供應給控制器11。一電池電壓Vbatt係從串聯連接的FET-F1和FET-F2的連接點擷取，且電池電壓Vbatt然後供應給控制器11。用於顯示充電狀態的一LED 13係連接至控制器11。

電阻器R7和R8、一運算放大器AMP1、與一參考電壓REF1係用來偵測輸出電壓Vo的變化，且輸出電壓Vo係受到一脈衝寬度調變控制電路3的控制，以便變成所需電壓。

一電阻器R2的負載側(輸出側)端子係經由一電阻器R5而供應給一運算放大器AMP2的負端子，且藉由電阻器R4和R6劃分一參考電壓REF1而獲得之電壓係供應給運算放大器AMP2的正端子，藉此增加運算放大器AMP2的正端子之電壓。在本發明之一第一具體實施例中，電阻器R4和R6(運算放大器AMP2的正端子)之連接點係經由一電阻器R13而連接至控制器11的一控制信號Is/Ic的輸出端子。控制信號Is/Ic可為開啟狀態與L狀態之兩者，稍後將描述。控制信號Is/Ic的開啟狀態與L狀態係藉由在控制器11中的一開關元件示意性顯示。

藉由流動輸出(充電)電流Io，可歸於輸出電流的一電壓降在電阻器R2上發生。結果，藉由使用電阻器R4和R6的分阻電壓係降低。輸出電流Io的任何進一步增加會在運算放大器AMP2的正端子造成一進一步電壓降。當在運算放 大器AMP2的正端子上的電壓變成等於或低於其負端子的電壓時，運算放大器AMP2的輸出信號係從H變成L。

運算放大器AMP2的輸出信號係透過一二極體D4與一光耦合器PH1而供應給脈衝寬度調變控制電路3。類似電壓控制，電功率控制在一次側上係藉由脈衝寬度調變電路3執行。即，由於通過電阻器R2的電流量，所以運算放大器AMP2的正端子係經受一電壓降，並與其負端子相比較。輸出電流量係受控制，以便在電阻器R2上產生的電壓係調整至一恆定值。因此，輸出電流係調整至一恆定值。

因此，在執行恆定電流充電的恆定電流充電模式中，運算放大器AMP2的輸出係透過二極體D4而供應給光耦合器PH1，且電源係調整，以便輸出電流係帶至一恆定電流。在恆定電流充電模式中，運算放大器AMP2的輸出係低於運算放大器AMP1的輸出，且電源係藉由運算放大器AMP2的輸出而調整。在執行恆定電壓充電的恆定電壓充電模式中，運算放大器AMP1的輸出係透過一二極體D3而供應給光耦合器PH1，且電源係調整，以便輸出電壓Vo會被運算放大器AMP1的輸出帶至一預定電壓。在恆定電壓充電模式中，運算放大器AMP1的輸出係低於運算放大器AMP2的輸出，使得電源係藉由運算放大器AMP1的輸出來調整。

在第一具體實施例中，運算放大器AMP1的輸出係供應給一比較器16的負端子，且運算放大器AMP2的輸出係供應給比較器16的正端子。當鑑別信號CC/CV指示恆定電流充電模式與恆定電壓充電模式時，比較器16的輸出係供應 給控制器11。鑑別信號CC/CV將比較器16的正端子改變成"L"，且在恆定電流充電控制期間將其負端子改變成H。另一方面，比較器16的正端子會變成"H"，且其負端子在恆定電壓充電控制期間會變成"L"。

一收到鑑別信號CC/CV，控制器11即確認，當CC/CV=H時，從恆定電流充電控制轉移至恆定電壓充電控制。控制器11在恆定電流充電控制週期期間(例如1安培(A)的恆定電流)會進入開啟狀態，並在恆定電壓充電控制週期期間，在一恆定循環(例如每三分鐘)中產生一控制信號Is/Ic。

當控制信號Is/Ic變成L時，運算放大器AMP2的正端子係經由電阻器R13接地。結果，一電阻器6與電阻器13係並聯連接，藉此進一步減少供應給運算放大器AMP2的正端子的參考電壓。當控制信號Is/Ic係在狀態L時，運算放大器AMP2的正端子之電壓係從下列表達式獲得。

充電電壓Vs之端(在電阻器R2的電壓降)=Is×R2其中Is表示充電電流結束。

運算放大器AMP2的正端子之參考電壓係設定成等於充電電壓Vs之端的電壓值。在此情況中，恆定電流充電控制係從充電電流係控制到一電流Ic(例如1 A)的狀態改變成充電電流係控制到充電電流Is(例如0.1 A)結束之狀態。因此，在第一具體實施例中，恆定電流充電控制狀態包括控制信號Is/Ic係開啟狀態且充電電流係控制到電流Ic(Ic電流控制)的狀態、及控制信號Is/Ic係L，且充電電流係控制到 電流Is(Is電流控制)的狀態。

圖5顯示本發明的一第一具體實施例的輸出特性之範例。電池充電器在恆定電流(CC)(例如1.0 A)的充電控制中首先執行快速充電操作，然後在恆定電壓(CV)(例如4.2 V)中執行充電控制操作。在充電開始的初始充電模式中，充電係使用一初始充電電流I_f 來執行。當電壓到達一快速切換電壓(例如2.7 V)時，充電模式係切換至一快速充電模式。在恆定電流充電控制週期期間恆定電流值係Ic(1.0 A)，且在恆定電壓充電控制週期期間恆定電流值係從Is(0.1 A)與Ic(1.0 A)選擇。

圖6顯示本發明之一第二具體實施例，其係類似於比較器16產生鑑別信號CC/CV的該點中的第一具體實施例。在第二具體實施例中，充電偵測電阻R22的一端係串聯連接至一充電電流偵測電阻R21。一開關SWW係並聯提供於電阻器R22中。開關SWW的一輸入端子a係連接至電阻器R21和R22的連接點。開關SWW的另一輸入端子b係連接至電阻器R22和一二次繞組N2的接地側端子。開關SWW的輸出端子c係連接至運算放大器AMP2的正端子。

開關SWW係藉由從控制器11輸出的一控制信號Is/Ic來切換。類似第一具體實施例，控制信號Is/Ic係基於鑑別信號CC/CV而產生，且在初始充電模式及在恆定電流充電控制週期(1安培的恆定電流Ic)期間，其變成開啟狀態；及在恆定電流充電控制週期(0.1 A的恆定電流Is)期間，其變成L狀態。

當控制信號Is/Ic係在開啟狀態時，在開關SWW的輸入端子a與輸出端子c係彼此連接。在此狀態中，充電電流係藉由電流偵測電阻器R21來偵測。當控制信號Is/Ic是在L狀態，開關SWW的輸入端子b與輸出端子c係彼此連接。在此狀態中，充電電流係藉由串聯連接的偵測電阻器R21和R22的組合電阻來偵測。

在此，將描述電阻器R21和R22的數值之設定。假設快速充電電流Ic係1.0 A，且充電端子電流值Is係0.1 A。例如，當R21係0.1 Ω時，一電壓降(一偵測電壓V21=Ic×R21=1.0 A×0.1 Ω=0.1 V)在快速充電週期期間在電阻器R21發生。上述的偵測電壓V21係透過開關SWW的輸入端子a與輸出端子c而輸入至運算放大器AMP2的正端子。藉由使用一參考電壓REF1與電阻器R4和R6，可加以設定，使得電壓V21變成0.1 V。因此，當充電電流係零時，運算放大器AMP2的正端子係設定成0.1 V。

另一方面，設定電阻器R22，使得在0.1 A的充電端子電流Is，電阻器R21和R22的串聯連接產生的電壓係等於電壓V21。藉由設定電阻器R22，運算放大器AMP2係藉由使用相同的電路組態與相同的參考電壓而控制到充電電流Is結束。

即，V21=0.1 V=0.1 A×(R21+R22)=0.1 A×1 Ω

從R21=0.1 Ω，其遵循R22=1 Ω-R21=1 Ω-0.1 Ω=0.9 Ω。因此，將R21設定成0.1 Ω；而將R22設定成0.9 Ω。

在第二具體實施例中，充電電流Is結束係藉由串聯連接 的電阻器R21和R22來偵測。此會造成的優點係偵測電壓可增加超過只藉由電阻器R21來偵測的情況，即使電流I_s 係較小。

藉由控制器11的充電控制將參考圖7和8的流程圖來描述。雖然流程圖係用於說明一連串處理，流程圖係分成兩個部分，且受限於空間分兩頁來呈現。當二次電池BAT的安裝藉由開關SW來偵測時，偵測信號Batt變成L，且充電操作開始。

在步驟S1中，一驅動信號DR1係帶至H，且一FET-F1係關閉。一驅動信號DR2係帶至L，且一FET-F2係導通。一驅動信號DR3係帶至L，且電晶體Tr1係導通。因此，二次電池BAT初始係透過電晶體Tr1、電阻器R10、和FET-F2進行充電。控制信號Is/Ic在初始充電模式中會變成開啟狀態，且在備用狀態保持不亮的LED 13會亮起。

初始充電電流If係由下列方程式(1)表達：If=(Vo-Vtr)/R10　　　(1)其中Vtr係電晶體Tr1的射極-集極電壓。

在步驟S2中，判斷電池電壓Vbatt是否大於一預定電壓(例如2.7 V)。若是的話，在步驟S3中，程序會轉移至快速充電模式(恆定電流充電模式)。

在快速充電模式(步驟S3)中，驅動信號DR1係帶至L，且FET-F1係導通。驅動信號DR2係帶至L，且FET-F2係導通。驅動信號DR3係帶至H，且電晶體Tr1係關閉。因此，二次電池BAT係透過FET-F1和FET-F2進行充電。在快速充 電模式中，控制信號Is/Ic係在開啟狀態，且LED 13持續保持亮起。快速充電模式的操作係類似於在圖1顯示的已知的電池充電器的操作。

在步驟S4中，判斷在比較器16的輸出中產生的一鑑別信號CC/CV是否為H。當鑑別信號CC/CV變成H時，在圖8顯示的步驟S5中，一充電計時器(一CV計時器)開始(啟動)，以便從恆定電流充電控制轉移至恆定電壓充電控制。CV計時器係用於避免充電時間太長。

在步驟S6的恆定電壓充電模式中，驅動信號DR1係帶至L，且FET-F1係導通。驅動信號DR2係帶至L，且FET-F2係導通。驅動信號DR3係帶至H，且電晶體Tr1係關閉。因此，二次電池BAT係透過FET-F1和FET-F2進行充電。控制信號Is/Ic係在開啟狀態，且LED 13持續保持亮起。一Is計時器亦開始進入等待狀態直到間歇地設定充電偵測週期(一Is偵測週期)結束。

在步驟S7中，判斷Is計時器是否終止。若是的話，在步驟S8中，程序會轉移至一Is偵測模式。在Is偵測模式中，控制信號Is/Ic係L。因此，在圖4的組態中，運算放大器AMP2的正端子係接地。在圖6的組態中，開關SWW的輸入端子b與輸出端子c係彼此連接。一切換時，充電電流係在快速充電週期期間立即從電流Ic切換至充電電流Is結束。

在步驟S9中，判斷CV計時器是否終止。若是的話，儘管在下列步驟S10的判斷結果，程序會轉移至在步驟S11中 的充電偵測模式結束。

若CV計時器未終止，在步驟S10判斷鑑別信號CC/CV是否為H。當判斷的結果係CC/CV=L(恆定電流充電控制)時，程序返回至步驟S6，並執行恆定電壓充電操作。在步驟S11中，當判斷的結果係CC/CV=H(恆定電壓充電控制)時，程序會轉移至充電偵測模式結束。

在充電偵測模式結束中，驅動信號DR1係帶至L，且FET-F1係導通。驅動信號DR2係帶至L，且FET-F2係導通。驅動信號DR3係帶至H，且電晶體Tr1係關閉。浮動充電(一浮動計時器)的計時器會開始。因此，二次電池BAT係透過FET-F1和FET-F2進行充電。在充電偵測模式結束中，控制信號Is/Ic係在開啟狀態，且LED 13變成不亮。不亮的LED 13讓使用者知道充電結束。

在步驟S12中，判斷浮動計時器是否終止(逾時)。若是的話，在步驟S13中，程序進行至一充電停止模式。在充電停止模式中，驅動信號DR1係帶至H，且FET-F1係關閉。驅動信號DR2係帶至H，且FET-F2係關閉。驅動信號DR3係帶至H，且電晶體Tr1係關閉。一關閉切換單元4，即關掉充電電流，且停止二次電池BAT的充電。在充電停止模式中，控制信號Is/Ic係在開啟狀態，且LED 13保持不亮。

本發明之具體實施例的操作將參考圖9的充電曲線來描述。如圖9所示，在充電電壓不超過一恆定電壓充電控制電壓(例如4.2 V)的區域中，恆定電流充電控制係在一恆定 充電電流(例如1.0 A)上執行恆定電流充電控制。當電池電壓(內電動勢)藉由充電而增加及到達4.2 V時，鑑別信號CC/CV變成H，電池充電器係切換至恆定電壓充電控制的操作，且充電電流將逐漸減少。

在恆定電壓充電模式中，控制信號Is/Ic係在一預定循環中(間歇地)藉由控制器11從開啟狀態切換至L狀態，藉此從一Ic控制模式切換至一Is控制模式。當不小於充電偵測電流(0.1A)結束的充電電流在Is控制模式中流動時，運算放大器AMP2的輸出變成低於運算放大器AMP1的輸出，且電流控制係執行，使得充電電流係降低至電流Is。因此，從比較器16輸出的鑑別信號CC/CV亦變成L。控制器11確認充電電流不是充電電流結束，因為在步驟10的判斷結果係負的。返回至步驟S6，恆定電壓充電控制在由Is計時器所定義的時間週期(例如，三分鐘)中會繼續。

圖10係以放大比例來顯示在圖9中的圓圈所指示的範圍。Is控制模式係藉由Is計時器在三分鐘循環內實行。Is控制模式的持續時間係定義為一時間週期，以確保產生一鑑別信號CC/CV，且控制器11判斷鑑別信號CC/CV的H/L。

當前面操作係重複直到充電電流係降低至充電電流Is結束時，運算放大器AMP2的輸出變成高於運算放大器AMP1的輸出，且從比較器16輸出的鑑別信號CC/CV變成H。由於在步驟S10中的判斷結果係正的，所以在步驟S11中，控制器11進行至充電偵測模式結束。即使如此偵測到充電狀 態結束，一些充電量可加以累積，此係取決於電池。在此情況中，浮動計時器會啟動。充電繼續直到其逾時，且電池的充電會完全停止。

圖11顯示鑑別鑑別信號CC/CV的組態的其他範例，其中只顯示相關的電路區段。如上述，在恆定電流充電控制中，運算放大器AMP2的輸出係L，且運算放大器AMP1的輸出係H。一PNP型電晶體Q2的射極係連接至一輸出電壓Vo予以輸出的端子，且該電晶體的基極係連接至運算放大器AMP2的輸出端子。鑑別信號CC/CV係從電晶體Q2的集極擷取，且鑑別信號CC/CV然後供應給控制器11。

在恆定電流充電控制中，當運算放大器AMP2的輸出變成L時，電晶體Q2係導通，且在集極中產生的鑑別信號CC/CV變成H。在恆定電壓充電控制中，運算放大器AMP2的輸出係H，因此，電晶體Q2係關閉。因此，電晶體Q2可取代比較器16用來產生鑑別信號CC/CV，以達成一更低成本電路組態。

如圖4所示的第一具體實施例提供下列優點。即，當充電結束係藉由充電電流係降低至充電電流結束的事實來偵測時，充電電流結束係較小。因此，已知的電池充電器需要具有如同一偵測比較器的一小偏移電壓的高準確度比較器。然而本發明之一具體實施例使用比較器，以將用於恆定電流充電控制的運算放大器AMP2的輸出信號、與用於恆定電壓充電控制的運算放大器AMP1的輸出相比較。此允許具有通常偏移的比較器的使用，以達成低成本組態。 此亦提供不需要額外參考電壓源的優點。

除了上述優點之外，如圖6所示的第二具體實施例提供下列優點。即，電阻器R22係與有關用於恆定電流充電控制的電流偵測電阻器R21串聯連接。使用在串聯電路上的電阻器(R21和R22)產生的電壓，切換可被實現來偵測充電結束。不需要改變內部參考電壓值，允許使用一般參考電壓源。

此外，本發明的第一與第二具體實施例兩者免除切換取決於電池容量的一充電保護計時器(一恆定電壓充電控制計時器)的需要。當充電保護計時器從一充電起點開始時，可能需要根據電池容量的計時器持續時間。然而，根據本發明之一具體實施例，充電保護計時器從恆定電流充電控制切換至恆定電壓充電控制的點來開始。因此，變成不需要改變由計時器所測量的時間，此係取決於電池容量。

雖然已在此顯示及描述本發明的具體實施例，但是應可瞭解，可達成的許多變化及修改係不違背本發明之宗旨。例如，可充電複數個二次電池。除了在第一與第二具體實施例中描述的這些之外的任何組態係可用作一電源供應電路，用於輸出一充電電壓與一充電電流。

1‧‧‧輸入濾波器

2‧‧‧整流器電路

3‧‧‧脈衝寬度調變控制電路

4‧‧‧切換單元

5a‧‧‧輸出端子[正(+)側]

5b‧‧‧輸出端子[負(-)側]

6‧‧‧比較器

11‧‧‧控制器

12‧‧‧整流器

13‧‧‧LED(發光二極體)

16‧‧‧比較器

a‧‧‧輸入端子

b‧‧‧輸入端子

BAT‧‧‧二次電池

c‧‧‧輸入端子

C1‧‧‧電容器

C2‧‧‧電容器

D1‧‧‧二極體

D2‧‧‧二極體

D3‧‧‧二極體

D4‧‧‧二極體

F1‧‧‧FET

F2‧‧‧FET

N1‧‧‧一次繞組

N2‧‧‧二次繞組

N3‧‧‧三次繞組

PH1‧‧‧光耦合器

Q1‧‧‧電晶體

Q2‧‧‧PNP型電晶體

R2‧‧‧電阻器

R4‧‧‧電阻器

R5‧‧‧電阻器

R6‧‧‧電阻器

R7‧‧‧電阻器

R8‧‧‧電阻器

R10‧‧‧電阻器

R13‧‧‧電阻器

R21‧‧‧電阻器

R22‧‧‧電阻器

SW‧‧‧開關

SWW‧‧‧開關

T1‧‧‧變壓器

Tr1‧‧‧電晶體

圖1係一已知電池充電器的範例之連接圖；圖2係顯示已知電池充電器的輸出特性之圖式；圖3係顯示在已知電池充電器的充電操作期間的電壓與 電流變化之圖式；圖4係根據本發明之第一具體實施例的一電池充電器之連接圖；圖5係用於說明本發明之一具體實施例的輸出特性之示意圖；圖6係根據本發明之第二具體實施例的一電池充電器之連接圖；圖7係說明在本發明的第一與第二具體實施例中操作之流程的流程圖之一部分；圖8係上述流程圖的其餘部分；圖9係用於描述第一具體實施例之操作之目的，顯示在充電操作期間的電壓與電流變化之示意圖；圖10係顯示圖9的一部分特寫之示意圖；及圖11係顯示用於在本發明的一具體實施例中產生一鑑別信號CC/CV的組態之修改之連接圖。

1‧‧‧輸入濾波器

2‧‧‧整流器電路

3‧‧‧脈衝寬度調變控制電路

4‧‧‧切換單元

5a‧‧‧輸出端子[正(+)側]

5b‧‧‧輸出端子[負(-)側]

6‧‧‧比較器

11‧‧‧控制器

12‧‧‧整流器

13‧‧‧LED(發光二極體)

BAT‧‧‧二次電池

C1‧‧‧電容器

C2‧‧‧電容器

D1‧‧‧二極體

D2‧‧‧二極體

D3‧‧‧二極體

D4‧‧‧二極體

F1‧‧‧FET

F2‧‧‧FET

N1‧‧‧一次繞組

N2‧‧‧二次繞組

N3‧‧‧三次繞組

PH1‧‧‧光耦合器

Q1‧‧‧電晶體

R2‧‧‧電阻器

R4‧‧‧電阻器

R5‧‧‧電阻器

R6‧‧‧電阻器

R7‧‧‧電阻器

R8‧‧‧電阻器

R10‧‧‧電阻器

SW‧‧‧開關

T1‧‧‧變壓器

Tr1‧‧‧電晶體

Claims (6)

1. 一種電池充電器，其係在藉由將AC輸入轉換成DC輸出之電源電路對二次電池充電之情況下，轉移至以恆定電流對上述二次電池充電之恆定電流充電模式，及當上述二次電池之端子電壓達到預定電壓時，自上述定電流充電模式轉移至以恆定電壓對上述二次電池充電之恆定電壓充電模式，當充電電流降低至充電結束偵測電流時，自上述恆定電壓充電模式轉移至充電結束偵測模式，該電池充電器包含：鑑別電路，其鑑別上述恆定電流充電模式與上述恆定電壓充電模式，並產生鑑別信號；及控制器，其係被供給上述鑑別信號，並產生切換上述恆定電流充電模式中的電流與上述充電結束偵測電流作為恆定電流控制的電流之控制信號；且上述控制器當自上述鑑別信號判斷為上述恆定電流充電模式時，藉由上述控制信號來設定在上述恆定電流充電模式中的電流；當自上述鑑別信號判斷為上述恆定電壓充電模式時，藉由上述控制信號來間歇地設定上述充電結束偵測電流，並根據上述鑑別信號設定判斷恆定電流充電模式與恆定電壓充電模式之充電結束偵測期間；且控制為當在上述充電結束偵測期間中上述鑑別信號成為表示上述恆定電壓充電模式者時，轉移至上述充電結 束偵測模式。
2. 如請求項1之電池充電器，其中：第一電阻器與第二電阻器係串聯插入在充電電流之電流路徑，上述控制器以如下之方式切換：當在設定上述恆定電流充電模式中的電流時，藉由在上述第一電阻器上產生的第一偵測電壓來執行恆定電流控制；且在上述充電結束偵測週期中，藉由在上述第一電阻器與上述第二電阻器之串聯組合電阻上產生的第二偵測電壓來執行恆定電流控制。
3. 如請求項1之電池充電器，其中上述控制器在轉移至上述恆定電壓充電模式時，開始充電計時器，當上述充電計時器結束時，轉移至上述充電結束偵測模式。
4. 如請求項1之電池充電器，其中上述控制器當上述充電結束偵測週期中上述鑑別信號成為表示上述恆定電壓充電模式者時，轉移至上述充電結束偵測模式，在上述充電結束偵測週期中，開始浮動充電計時器並繼續充電，當上述浮動計時器結束時，完全停止充電。
5. 如請求項1之電池充電器，其進一步包括：第一比較電路，其係在上述恆定電壓充電模式中，產生執行上述電源電路之輸出電壓控制之第一輸出信號；及 第二比較電路，其係在上述恆定電流充電模式中，產生執行上述電源電路之輸出電流控制之第二輸出信號；且於上述上述恆定電壓充電模式及上述恆定電流充電模式之間，上述第一及第二輸出信號之大小關係為相反者；上述鑑別電路係由被輸入第一及第二輸出信號之第三比較電路所構成。
6. 一種充電方法，其係在藉由將AC輸入轉換成DC輸出之電源電路對二次電池充電之情況下，轉移至以恆定電流對上述二次電池充電之恆定電流充電模式，及當上述二次電池之端子電壓達到預定電壓時，自上述定電流充電模式轉移至以恆定電壓對上述二次電池充電之恆定電壓充電模式，當充電電流降低至充電結束偵測電流時，自上述恆定電壓充電模式轉移至充電結束偵測模式；該方法係藉由鑑別電路，形成用於鑑別上述恆定電流充電模式與上述恆定電壓充電模式之鑑別信號；及藉由控制器，形成切換上述恆定電流充電模式中的電流與上述充電結束偵測電流作為恆定電流控制的電流之控制信號；藉由上述鑑別信號判斷為上述恆定電流充電模式時，藉由上述控制信號來設定在上述恆定電流充電模式中的電流；藉由上述鑑別信號判斷為上述恆定電壓充電模式時， 藉由上述控制信號來間歇地設定上述充電結束偵測電流，並根據上述鑑別信號設定判斷上述恆定電流充電模式與上述恆定電壓充電模式之充電結束偵測期間；且控制為當在上述充電結束偵測期間中上述鑑別信號成為表示上述恆定電壓充電模式者時，轉移至上述充電結束偵測模式。