TWI414137B - 用以降低閃光燈充電器之輸入電流之系統及方法 - Google Patents

Description

用以降低閃光燈充電器之輸入電流之系統及方法

本發明係關於閃光燈充電器。更特定而言，本發明係關於降低閃光燈充電器中之輸入電流。

在當充電器並不需要相對較快之充電時的週期期間，降低之平均輸入模式可為有益的，該降低之平均輸入模式即為其中自電池(例如)流入充電電路(例如開關調節器)接著經由充電電路被轉移至負載之電流係處於一低於流入充電電路之典型電流的位準之模式。可使用降低之平均輸入模式之情形的一實例為：在電池充電結束時，在電池完全喪失電荷之前，使用者可能想要從電池中"擠壓出"再多一些之循環。雖然以比標準輸入電流模式低之速度進行，但降低之平均輸入模式可藉由擠壓出另外的少許充電循環而有助於實現此需求。降低閃光燈充電器之平均輸入電流的習知方法為僅降低充電設備之電流限值。

圖1中展示了一標準模式及一降低模式。鋸齒圖110展示在閃光燈充電器中之電感器之初級繞組中的標準充電電流之狀態。鋸齒圖120展示降低之平均輸入電流。

降低充電設備之電流限值的此技術降低了平均輸入電流。然而，為保持恆定的輸出負載位準，增大充電設備之操作頻率。充電設備之電源開關的斷開時間(圖1中之T_{O F F} )因此亦更小。此較短之斷開時間可引發某些問題。

舉例而言，一些閃光燈充電器(諸如由California之Linear Technology Corporation of Milpitas生產的LTC 3468及LTC 3484)使用一跨過開關調節器中之變壓器之初級繞組的返馳波形以進行對V_{O U T} 之間接偵測。當降低電流限值時，返馳波形之脈衝寬度亦得以降低。在此等設備中，諸如比較器之V_{O U T} 偵測設備具有較少的時間來偵測V_{O U T} 何時達到目標輸出電壓。此可能需要增大變壓器之初級電感，以便當電路處於降低之輸入電流模式時保持預定最小之T_{O F F} 。增大初級繞組之電感為不良的結果，此至少係因為其通常需要在印刷電路板上為較大之電感器留出額外空間。

圖2圖解說明在降低之輸入電流模式期間出現的降低之斷開時間。在區域212中展示了鋸齒圖210之標準模式。在區域214中展示了降低之輸入電流模式。T_{O F F} 216之圖清晰地指示在降低之輸入電流模式214期間的降低之T_{O F F} 時間。

將需要提供一閃光燈充電器，其包括一能保持足夠大之T_{O F F} 週期的降低之平均輸入電流模式。增大之T_{O F F} 週期使得對初級繞組之量測成為可能而不會增大初級繞組電感。

本發明之一目標為提供一閃光燈充電器，其包括一能保持足夠大之T_{O F F} 週期的經降低之平均輸入電流模式。增大之T_{O F F} 週期使得對初級繞組之量測成為可能而不會增大初級繞組電感。

在根據該實施例之開關調節器之一實施例中，在切換循環之第一部分期間，電流建立於開關調節器中之變壓器的初級繞組中，且在該循環之第二部分期間，電流自次級繞組釋放至負載中。開關調節器亦包括一開關，其在切換循環之第一部分開始時閉合。該開關經調適以當其閉合時允許電流建立於初級繞組中。開關較佳在切換循環之第一部分結束時斷開。開關調節器亦可包括一鎖存器，該鎖存器經耦接以控制開關之操作且其可對負載處之條件作出回應。開關調節器亦可包括一延遲電路，其在該循環之第二部分結束與下一切換循環之第一部分開始之間引入延遲。該循環之此延遲部分可被看作充電循環之一人工引入、較佳可獨立調節之第三部分。下一循環之此第三部分可導致下一循環之第一部分的開始比其通常之表現將延遲得更長。切換循環之第一部分之開始通常係在電流自次級繞組大體上完全釋放至負載中之後。或者，可在切換循環期間的任一適當點處引入延遲。

當降低平均輸入電流時，根據本發明之系統及方法較佳將閃光燈充電器之電流限值保持為相同。此方法較佳藉由在變壓器之次級繞組中之電流達到零之後的時刻與在下一循環中初級側開關被接通之前的時刻之間引入一有意延遲來實現。雖然此專利申請案係針對一關於開關調節器之返馳組態的實施例，但應瞭解其可適用於所有開關調節器，例如，電流反饋或電壓反饋或該等兩個系統之某一組合、降壓式或升壓式系統或某一其他適當之開關調節器。

圖3較佳說明了根據本發明之方法之一實施例的效應。鋸齒310與鋸齒波形110、120及210(展示於圖1及圖2中)的區別在於延長之延遲時間312，而鋸齒310之振幅則被保持。當比較T_{O F F} 圖316與先前技術之T_{O F F} 圖216(展示於圖2中)時，該差異更加明顯。可看到，儘管T_{O F F} 216進行延伸直至鋸齒210斜線上升為止，根據本發明之T_{O F F} 316在鋸齒310之下一斜線上升很早之前便結束。較佳在不減小鋸齒310中之返馳脈衝之寬度的情況下向較低平均輸入電流引入T_{d e l a y} 312。

可將根據本發明之方法的用於攜帶型電子應用中的一例示性實施例實施於攜帶型電池供電式閃光燈充電器中。隨著電池電壓減小，或電池在減小之位準下操作，可增大T_{d e l a y} 之量值。可能與電池的持續減小的位準成反比之此增大較佳地使降低之輸入電流之位準保持於恆定的降低之位準處(較佳獨立於電池電壓位準之改變)。或者，T_{d e l a y} 可以一甚至比V_{b a t t e r y} 之下降比率更大的比率增大，從而甚至進一步減少平均輸入電流。平均輸入電流之此進一步減少可延長電池壽命。

圖4展示了與電池耗電相關聯之各種情況的圖。第一線410展示當電池正在耗電或者正在充電量減少的條件下操作時，T_{d e l a y} 之同比例之增大較佳向開關調節器提供用於轉移至負載(在此情況下為一閃光燈)之相同平均輸入電流。因此，在此實施例中，可較佳地將減少之平均輸入電流保持於一穩定值，大體上不隨電池電壓之改變而變化，亦即獨立於電池電壓之改變。

或者，線412展示使T_{d e l a y} 甚至比線410中所展示之比例大以隨著V_{b a t t e r y} 下降而進一步降低平均輸入電流。此可進一步延長電池壽命。最後，線414展示藉由隨著V_{b a t t e r y} 下降而保持平均輸入電流，可增大平均輸入。

應注意，使平均輸入電流稍微變化同時添加一可變延遲亦可為本發明之另一實施例。因此，在此實施例中，可變延遲之添加可獨立於平均輸入電流是否為恆定的。

圖5展示了根據本發明之用於產生並保持圖3中之鋸齒310或某一其他適當充電輸出且用於獲得圖4中所展示之結果的充電電路500之實施例。應注意，圖5中所展示之所有值皆僅為例示性且並不意謂將本發明限制於任一特定值或值之範圍。

電路500如下操作。當回應於電路條件而將CHRG/IADJ插腳502驅動得高於較佳預定電壓時，激發單觸發電路504且設定主鎖存器506。設定主鎖存器506使得充電電路500能夠如下向閃光燈電容器508傳遞功率。

當電源開關電晶體510接通時，電流建立於變壓器512之初級繞組中。當達到所要之電流位準時，比較器514之輸出變高，其重設控制電晶體510之操作狀態(如上所述，一旦電晶體510已由鎖存器506賦能)的開關鎖存器516(在此實施例中，其較佳係重設占支配地位)且比較器518之輸出變低。電晶體510現切斷。在此點上，SW節點520上之返馳波形(諸如在圖3中展示之方形波316，其接近與V_{O U T} /N及V_battery 之和成比例之位準(N為變壓器之匝比))快速上升至與V_OUT 成比例之位準。次級電流流過高壓二極體522且進入閃光燈電容器508中。

當次級電流衰減至零時，SW節點520上之電壓同樣下跌。在此實施例中，當此電壓達到比V_battery 約高120毫伏特時，比較器518之輸出變高。此設定開關鎖存器516且電晶體510返回接通。此循環重複直至達到臨限V_OUT 位準為止。當達到臨限V_OUT 位準時，主鎖存器506重設，且經由電晶體511將DONE插腳推動至低。由比較器528或其他適當比較電路進行之與臨限值的比較的輸出位準經由電阻器522、電阻器524、電晶體526來感測。

在本發明之一例示性實施例中，電路500之輸入電流可藉由如下改變CHRG/IADJ插腳502之電壓而得以降低。在此實施例中，當CHRG/IADJ插腳502在1伏特與1.25伏特之間時，在當比較器518變高時與當開關鎖存器516被設定時之間添加時間延遲。此延遲藉由展示可使用任一適當技術建構而成之可變延遲電路530而建構於示意圖中，該技術用於提供在此項技術中眾所周知的基於電壓之可變延遲電路。

圖6及圖7展示了根據本發明之可使用的延遲電路之一例示性實施例。圖6展示了電路600，其包括比較器602、電晶體604、電晶體606、電晶體608、電晶體610、電晶體612及電晶體614、電阻器616、電阻器618、電阻器620、電阻器622及電阻器624、電容器626及開關628。圖7展示了時序圖700，其說明了圖6中所展示之電路600的操作。

圖6中所展示之電路如下操作。當開關628斷開時，T_{d e l a y} 與V_{b a t t e r y} 位準成反比。當開關628閉合時，電阻器620處於支配地位，因此可將T_{d e l a y} 設定為非常小，且實際上相對於圖5中之電路500的操作而言其可以忽略。開關628較佳可由CHRG/IADJ插腳502(見圖5)上之訊號來控制。在本發明之一實施例中，當CHRG/IADJ插腳502高於1.6伏特時，開關628閉合且可忽略延遲。當CHRG/IADJ插腳502在1.0伏特與1.2伏特之間時，開關628斷開，且延遲與V_{b a t t e r y} 位準成反比。延遲電路之其他組態以及延遲電路600之其他實施例是可能的，且實際上，本發明並不受限於圖6中所展示之例示性實施例。

在本發明之此實施例中，若賦能可變延遲電路530，且允許CHRG/IADJ插腳502浮動，則內部電路(未圖示)將插腳上之電壓驅動至1.2伏特。此較佳允許一較佳可為三態之單一I/O埠插腳來賦能或禁用可變延遲電路530以及將可變延遲電路530置於上文中詳細描述的降低之平均輸入電流模式中。此特徵降低了至返馳變壓器512中之平均輸入電流。電容器532及534用以使個別電池訊號及V_{I N} 穩定。最終，或閘536用以允許來自單觸發電路504或比較器518之訊號設定開關鎖存器516。

在本發明之一實施例中，延遲量值可較佳隨著V_{b a t t e r y} 增大而減小。此可導致降低之平均輸入電流相對於V_{b a t t e r y} 之變化而保持相對平坦(見圖4中之線410)。在此例示性實施例中，當使CHRG/IADJ插腳502高於1.6伏特時，無延遲添加。

將瞭解，前述僅說明本發明之原理，且可藉由除所述實施例之外的實施例來實踐本發明，所述實施例係為說明之目的而非限制之目的而呈現的。

110．．．鋸齒圖/鋸齒波型

120．．．鋸齒波形

210．．．鋸齒圖/鋸齒波形

212．．．區域

214．．．區域

216．．．T_{O F F} 圖

310．．．鋸齒

312．．．延長之延遲時間

316．．．T_{O F F} 圖

410‧‧‧線

412‧‧‧線

414‧‧‧線

500‧‧‧充電電路

502‧‧‧CHRG/IADJ插腳

504‧‧‧單觸發電路

506‧‧‧主鎖存器

508‧‧‧閃光燈電容器

510‧‧‧電源開關電晶體

511‧‧‧電晶體

512‧‧‧變壓器

514‧‧‧比較器

516‧‧‧開關鎖存器

518‧‧‧比較器

520‧‧‧SW節點

522‧‧‧高壓二極體/電阻器

524‧‧‧電阻器

526‧‧‧電晶體

528‧‧‧比較器

530‧‧‧可變延遲電路

532‧‧‧電容器

534‧‧‧電容器

536‧‧‧或閘

600‧‧‧電路

602．．．比較器

604．．．電晶體

606．．．電晶體

608．．．電晶體

610．．．電晶體

612．．．電晶體

614．．．電晶體

616．．．電阻器

618．．．電阻器

620．．．電阻器

622．．．電阻器

624．．．電阻器

628．．．開關

700．．．時序圖

圖1為兩個先前技術之鋸齒訊號之示意圖；圖2為另一先前技術之鋸齒訊號之示意圖；圖3為根據本發明之鋸齒訊號之示意圖；圖4為不同T_{O F F} 週期對根據本發明之平均輸入電流之影響的圖；圖5為實施根據本發明之方法之電路的示意圖；圖6為延遲電路；及圖7為圖6中之電路之操作的時序圖。

500‧‧‧充電電路

502‧‧‧CHRG/IADJ插腳

504‧‧‧單觸發電路

506‧‧‧主鎖存器

508‧‧‧閃光燈電容器

510‧‧‧電源開關電晶體

511‧‧‧電晶體

512‧‧‧變壓器

514‧‧‧比較器

516‧‧‧開關鎖存器

518‧‧‧比較器

520‧‧‧SW節點

522‧‧‧高壓二極體/電阻器

524‧‧‧電阻器

526‧‧‧電晶體

528‧‧‧比較器

530‧‧‧可變延遲電路

532‧‧‧電容器

534‧‧‧電容器

536‧‧‧或閘

Claims (26)

1. 一種向一負載傳遞電流之開關調節器，該調節器包含：一變壓器，該變壓器包含：一初級繞組；及一次級繞組，其中在一切換循環之一第一部分期間電流建立於該初級繞組中，且在該循環之一第二部分期間電流自該次級繞組釋放至該負載中；及一延遲電路，其至少部分地基於供應電流至該開關調節器的一電池的一電壓，引入一延遲於該循環之該第二部分之結束與一直接相繼之切換循環之該第一部分之開始之間。
2. 如請求項1之開關調節器，其中該延遲電路係一可變延遲電路。
3. 如請求項1之開關調節器，其中該延遲電路係一電壓相依之可變延遲電路。
4. 如請求項1之開關調節器，其中該延遲電路引入反比於該電池的該電壓之該延遲。
5. 如請求項1之開關調節器，其中當一至該開關調節器之輸入電壓高於一第一臨限值時，該延遲電路被禁用。
6. 如請求項1之開關調節器，其中該延遲經調適以1)增大，2)減小，或3)保持一自該開關調節器傳遞至該負載之平均電流。
7. 一種用於向一負載提供功率之方法，該方法使用一向一負載傳遞電流之開關調節器，該方法包含： 在一切換循環之一第一部分期間，在一變壓器之一初級繞組中建立電流；在該循環之一第二部分期間，將電流自一次級繞組釋放至該負載中；及至少部分地基於供應電流至該開關調節器的一電池的一電壓，在該循環之該第二部分之結束之後，延遲下一切換循環之該第一部分之開始。
8. 如請求項7之方法，其進一步包含改變該延遲之長度。
9. 如請求項7之方法，其中該延遲係反比於該電池的該電壓。
10. 如請求項7之方法，其進一步包含當一至該開關調節器之輸入電壓高於一第一臨限值時禁用一延遲電路，該延遲電路提供該延遲。
11. 如請求項7之方法，其中該延遲經調適以1)增大，2)減小，或3)保持一自該開關調節器傳遞至該負載之平均電流。
12. 一種向一負載傳遞電流之開關調節器，該調節器包含：一變壓器，該變壓器包含：一初級繞組；及一次級繞組，其中在一切換循環之一第一部分期間，電流建立於該初級繞組中，且在該循環之一第二部分期間，電流自該次級繞組釋放至該負載中；一開關，其在該切換循環之該第一部分之開始時閉合(close)，該開關經調適以當該開關閉合時允許該電流建 立於該初級繞組中，該開關在該切換循環之該第一部分之結束時斷開(open)；一鎖存器，其經耦接以控制該開關之操作且其可對該負載處之條件作出回應；及一延遲電路，其至少部分地基於供應電流至該開關調節器的一電池的一電壓，引入一延遲於該切換循環之該第二部分之結束與下一切換循環之該第一部分之開始之間。
13. 如請求項12之開關調節器，其中該延遲電路引入一延遲該鎖存器電路與該開關之通信的延遲。
14. 如請求項12之開關調節器，其中該延遲電路引入一延遲該電路之輸出條件至該鎖存器電路之通信的延遲。
15. 如請求項12之開關調節器，其中該延遲電路引入反比於該電池的該電壓之該延遲。
16. 一種用於向一負載傳遞電流之方法，該方法包含：在一切換循環之一第一部分期間，在一初級繞組中建立電流，且在該循環之一第二部分期間，將電流自一次級繞組釋放至該負載中；在一切換循環之該第一部分之開始時閉合一開關且在該切換循環之該第一部分之結束時斷開該開關，該開關經調適以當該開關閉合時允許該電流建立於該初級繞組中；使用一鎖存器以控制該開關之操作且該鎖存器可對該負載處之條件作出回應；及 至少部分地基於供應該電流至該負載的一電池的一電壓，在該循環之該第二部分之結束與下一切換循環之該第一部分之開始之間引入一延遲。
17. 如請求項16之方法，其中引入該延遲的步驟延遲該鎖存器電路與該開關之通信。
18. 如請求項16之方法，其中引入該延遲的步驟延遲該電路之輸出條件至該鎖存器電路之通信。
19. 如請求項16之方法，其中該延遲係反比於該電池的該電壓。
20. 一種用於將電流傳遞至一負載中之開關調節器，其包含：一變壓器，包含一初級繞組及一次級繞組；及用於控制該開關調節器的一切換循環之電路，該切換循環包含：一第一部分，用於在該初級繞組中建立電流；一第二部分，用於將電流自該次級繞組釋放至該負載中；及一第三部分，其包含在該第二部分之完成與下一循環之一第一部分之開始之間的一電壓相依之時間延遲，該電壓相依之時間延遲係至少部分地基於一向該開關調節器供應電流之電池中的一電壓。
21. 一種用於向一負載提供功率之方法，該方法使用一向一負載傳遞一電流之開關調節器，該方法包含：在一切換循環之一第一部分期間，在一變壓器之一初 級繞組中建立一電流；在該循環之一第二部分期間，將電流自一次級繞組釋放至該負載中；在該循環之該第二部分之結束之後，延遲下一切換循環之該第一部分之開始；及當一至該開關調節器之輸入電壓高於一第一臨限值時，禁用一延遲電路，該延遲電路控制該延遲，使得一與該初級繞組中之該電流成比例之平均輸入電流實質上獨立於該延遲之變化。
22. 一種開關調節器，其包含：一第一電路，經組態以用於控制該開關調節器的一切換循環，該切換循環包含第一部分及第二部分，該循環的該第二部分允許該開關調節器將電流傳遞至一負載；及一第二電路，經組態以至少部分地基於供應電流至該開關調節器的一電池的一電壓，引入一延遲於該循環的該第二部分之結束與一直接相繼之切換循環之該第一部分之開始之間。
23. 如請求項22之開關調節器，其中該第二電路係一可變延遲電路。
24. 如請求項22之開關調節器，其中該第二電路係一電壓相依的可變延遲電路。
25. 如請求項22之開關調節器，其中該第二電路經組態以引入反比於該電池的該電壓之該延遲。
26. 如請求項22之開關調節器，其中該延遲1)增大，2)減小，或3)保持一自該開關調節器傳遞至該負載之平均電流。