TWI450474B - 電池管理電路 - Google Patents

Description

電池管理電路

本發明係有關於一種電池管理電路，且特別有關於一種可攜式電子裝置之電池管理電路。

隨著科技進步，可攜式電子裝置的功能與性能不斷增進，以致於增加了電力的消耗。可攜式電子裝置的發展趨勢朝向輕薄短小來設計，以行動裝置為例，行動裝置包括顯示器、硬體線路板、電池、天線…等。為了延長可攜式電子裝置的使用時間，在硬體上會選用更節能的零組件、使用大容量的電池或是提高電源的轉換效率以及電池的使用效率。

因此，需要一種電池管理電路來提升電池之使用效率，以延長可攜式電子裝置的使用時間。

本發明提供一種電池管理電路，用以提供複數工作電壓。上述電池管理電路包括：一第一電池模組，用以提供一第一電池電壓；一第二電池模組，用以提供一第二電池電壓，其中上述第一電池電壓大於上述第二電池電壓；一升壓轉換器，耦接於上述第一電池模組，用以對上述第一電池電壓進行轉換，以產生大於上述第一電池電壓之一第一工作電壓；以及一降壓轉換器，耦接於上述第二電池模組，用以對上述第二電池電壓進行轉換，以產生小於上述第二電池電壓之一第二工作電壓。

為讓本發明之該和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

實施例：

可攜式電子裝置以電池作為電源。電池的種類很多，例如鹼性電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及鋰電池等，其中鋰電池之單位重量或是單位體積的能量比其它種類的電池高。此外，鋰電池亦具有放電電壓穩定、工作溫度範圍較寬、自放電率低、儲存壽命較長以及無記憶效應等優點。因此，鋰電池被廣泛使用於各種可攜式電子裝置中，例如手機、筆記型電腦、平板電腦等。根據不同電子產品的需求，鋰電池可以做成扁平長方形或是圓柱形等，並可由多個電池組合成一電池模組。一般而言，鋰電池的額定電壓為3.6V至3.7V，而鋰電池充滿電時的電壓約為4.1V至4.2V，其與不同陽極材料有關。

在可攜式電子裝置內，由於各積體電路及模組可能具有不同的工作電壓，因此需要不同種類的電壓轉換器來完成電源供應。積體電路的工作電壓大多為3.3V、1.8V或是1.2V，其低於一般鋰電池的額定電壓。因此，可使用降壓轉換器來得到積體電路的工作電壓。一般來說，電壓轉換器的工作電壓越接近輸入電壓，則轉換效率越高。另一方面，可攜式電子裝置之液晶顯示器(LCD)係使用具有發光二極體(LED)之背光模組，其中液晶顯示器的尺寸係與發光二極體的顆數相關。舉例來說，10吋液晶顯示器的背光模組需要並聯之複數組二極體串，其中每一二極體串包括7顆串聯之發光二極體。由於每一發光二極體通常需要3V的順向偏壓，所以需要21V的電源才能夠驅動7顆串聯的發光二極體。因此，需要使用升壓轉換器來提供電源給液晶顯示器之背光模組。此外，大尺寸的顯示裝置若需要較高的工作電壓，亦可由升壓轉換器來提供。不論是降壓轉換器或是升壓轉換器，當輸入電壓愈接近工作電壓時，轉換效率愈高。

第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之可攜式電子裝置10A。可攜式電子裝置10A包括電池管理電路20A、背光模組30、顯示裝置40、中央處理器50、記憶體模組60以及輸入/輸出模組70。在可攜式電子裝置10A中，電池管理電路20A可提供較高的工作電壓VH1與VH2給背光模組30以及顯示裝置40，並同時提供較低的工作電壓VL1、VL2與VL3給中央處理器50、記憶體模組60以及輸入/輸出模組70。電池管理電路20A包括電池模組120、電池模組130、升壓轉換器140及降壓轉換器150。電池模組120包括以串聯方式連接之兩電池122與124，而電池模組130包括以並聯方式連接之兩電池132與134，其中電池122、124、132與134具有相同的額定電壓。因此，電池模組120所提供的電壓VBAT1會大於電池模組130所提供的電壓VBAT2。在一實施例中，電池模組120包括以並聯方式連接之複數電池單元，其中每一電池單元包括以串聯方式連接之兩電池122與124。升壓轉換器140係用以對電池模組120所提供的電壓VBAT1進行轉換，以產生工作電壓VH1與VH2，其中工作電壓VH1與VH2係大於電壓VBAT1。而降壓轉換器150係用以對電池模組130所提供的電壓VBAT2進行轉換，以產生工作電壓VL1、VL2與VL3，其中工作電壓VL1、VL2與VL3係小於電壓VBAT1。對升壓轉換器140以及降壓轉換器150而言，由於輸入電壓會接近工作電壓，因此可提高轉換效率，以增加可攜式電子裝置10A的使用時間。

第2圖係顯示根據本發明第二實施例所述之可攜式電子裝置10B。可攜式電子裝置10B包括電池管理電路20B、背光模組30、顯示裝置40、中央處理器50、記憶體模組60以及輸入/輸出模組70。在可攜式電子裝置10B中，電池管理電路20B可提供較高的工作電壓VH1與VH2給背光模組30以及顯示裝置40，並同時提供較低的工作電壓VL1、VL2與VL3給中央處理器50、記憶體模組60以及輸入/輸出模組70。電池管理電路20B包括控制器110、電池模組120、電池模組130、升壓轉換器140、降壓轉換器150以及三開關SW1-SW3。電池模組120包括以串聯方式連接之兩電池122與124，而電池模組130包括以並聯方式連接之兩電池132與134，其中電池122、124、132與134具有相同的額定電壓。因此，電池模組120所提供的電壓VBAT1會大於電池模組130所提供的電壓VBAT2。在一實施例中，電池模組120包括以並聯方式連接之複數電池單元，其中每一電池單元包括以串聯方式連接之兩電池122與124。升壓轉換器140係用以對電池模組120所提供的電壓VBAT1進行轉換，以產生工作電壓VH1與VH2，其中工作電壓VH1與VH2係大於電壓VBAT1。而降壓轉換器150係用以對電池模組130所提供的電壓VBAT2進行轉換，以產生工作電壓VL1、VL2與VL3，其中工作電壓VL1、VL2與VL3係小於電壓VBAT1。對升壓轉換器140以及降壓轉換器150而言，由於輸入電壓會接近工作電壓，因此可提高轉換效率，以增加可攜式電子裝置10B的使用時間。

在電池管理電路20B中，根據電池模組120的電壓VBAT1以及電池模組130的電壓VBAT2，控制器110會提供控制信號Ctrl1、Ctrl2與Ctrl3來控制開關SW1、SW2與SW3的切換。當控制器110偵測到電池模組120以及電池模組130的電量正常時，即電壓VBAT1大於或等於臨界電壓Vth1且電壓VBAT2大於或等於臨界電壓Vth2，控制器110會控制開關SW3為不導通而開關SW1與SW2為導通。於是，升壓轉換器140會根據電池模組120的電壓VBAT1產生工作電壓VH1與VH2，而降壓轉換器150會根據電池模組130的電壓VBAT2產生工作電壓VL1、VL2與VL3。當控制器110偵測到兩電池模組中之一者的電量用盡時，控制器110會控制所對應之開關為不導通，改由另一電池模組提供電力。舉例來說，當電池模組120的電量用盡(電壓VBAT1小於臨界電壓Vth1)時，控制器110會控制開關SW1為不導通而開關SW2與SW3為導通。於是，電池模組130會同時提供電壓VBAT2至升壓轉換器140以及降壓轉換器150。當控制器110控制開關SW1、SW2與SW3時，控制器110亦會提供控制信號Info1至升壓轉換器140，以便控制升壓轉換器140對電池模組130所提供的電壓VBAT2進行轉換，以產生工作電壓VH1與VH2給背光模組30以及顯示裝置40。反之，當電池模組130的電量用盡(電壓VBAT2小於臨界電壓Vth2)時，控制器110會控制開關SW2為不導通而開關SW1與SW3為導通。於是，電池模組120會同時提供電壓VBAT1至升壓轉換器140以及降壓轉換器150。同樣地，當控制器110控制開關SW1、SW2與SW3時，控制器110亦會提供控制信號Info2至降壓轉換器150，以便控制降壓轉換器150對電池模組120所提供的電壓VBAT1進行轉換，以產生工作電壓VL1、VL2與VL3給中央處理器50、記憶體模組60以及輸入/輸出模組70。

第3圖係顯示根據本發明第三實施例所述之可攜式電子裝置10C。可攜式電子裝置10C包括電池管理電路20C、背光模組30、顯示裝置40、中央處理器50、記憶體模組60以及輸入/輸出模組70。在可攜式電子裝置10C中，電池管理電路20C可提供較高的工作電壓VH1與VH2給背光模組30以及顯示裝置40，並同時提供較低的工作電壓VL1、VL2與VL3給中央處理器50、記憶體模組60以及輸入/輸出模組70。電池管理電路20C包括控制器110、電池模組120、電池模組130、升壓轉換器140、降壓轉換器150、三開關SW1-SW3以及充電模組160與170。控制器110會提供控制信號Ctrl1、Ctrl2與Ctrl3來分別控制開關SW1、SW2與SW3，其中開關SW1係耦接於電池模組120以及升壓轉換器140之間、開關SW2係耦接於電池模組130以及降壓轉換器150之間而開關SW3係耦接於升壓轉換器140以及降壓轉換器150之間。電池模組120包括以串聯方式連接之兩電池122與124，而電池模組130包括以並聯方式連接之兩電池132與134，其中電池122、124、132與134具有相同的額定電壓。因此，電池模組120所提供的電壓VBAT1會大於電池模組130所提供的電壓VBAT2。在一實施例中，電池模組120包括以並聯方式連接之複數電池單元，其中每一電池單元包括以串聯方式連接之兩電池122與124。升壓轉換器140係用以對電池模組120所提供的電壓VBAT1進行轉換，以產生工作電壓VH1與VH2，其中工作電壓VH1與VH2係大於電壓VBAT1。而降壓轉換器150係用以對電池模組130所提供的電壓VBAT2進行轉換，以產生工作電壓VL1、VL2與VL3，其中工作電壓VL1、VL2與VL3係小於電壓VBAT1。對升壓轉換器140以及降壓轉換器150而言，由於輸入電壓會接近工作電壓，因此可提高轉換效率，以增加可攜式電子裝置10C的使用時間。

在電池管理電路20C中，根據電池模組120的電壓VBAT1以及電池模組130的電壓VBAT2，控制器110會提供控制信號Ctrl1、Ctrl2與Ctrl3來控制開關SW1、SW2與SW3的切換。當控制器110偵測到電池模組120以及電池模組130的電量正常時，即電壓VBAT1大於或等於臨界電壓Vth1且電壓VBAT2大於或等於臨界電壓Vth2，控制器110會控制開關SW3為不導通而開關SW1與SW2為導通。於是，升壓轉換器140會根據電池模組120的電壓VBAT1產生工作電壓VH1與VH2，而降壓轉換器150會根據電池模組130的電壓VBAT2產生工作電壓VL1、VL2與VL3。當控制器110偵測到兩電池模組中之一者的電量用盡時，控制器110會控制所對應之開關為不導通，改由另一電池模組提供電力。舉例來說，當電池模組120的電量用盡(電壓VBAT1小於臨界電壓Vth1)時，控制器110會控制開關SW1為不導通而開關SW2與SW3為導通。於是，電池模組130會同時提供電壓VBAT2至升壓轉換器140以及降壓轉換器150。當控制器110控制開關SW1、SW2與SW3時，控制器110亦會提供控制信號Info1至升壓轉換器140，以便控制升壓轉換器140對電池模組130所提供的電壓VBAT2進行轉換，以產生工作電壓VH1與VH2給背光模組30以及顯示裝置40。反之，當電池模組130的電量用盡(電壓VBAT2小於臨界電壓Vth2)時，控制器110會控制開關SW2為不導通而開關SW1與SW3為導通。於是，電池模組120會同時提供電壓VBAT1至升壓轉換器140以及降壓轉換器150。同樣地，當控制器110控制開關SW1、SW2與SW3時，控制器110亦會提供控制信號Info2至降壓轉換器150，以便控制降壓轉換器150對電池模組120所提供的電壓VBAT1進行轉換，以產生工作電壓VL1、VL2與VL3給中央處理器50、記憶體模組60以及輸入/輸出模組70。

此外，當一充電器或變壓器對可攜式電子裝置10C進行充電時，控制器110會根據電池模組120的電壓VBAT1以及電池模組130的電壓VBAT2來判斷是否對電池模組120以及電池模組130進行充電。舉例來說，當電池模組120的電壓VBAT1小於飽和電壓Vsat1時，控制器110會控制充電模組160來根據充電器或變壓器所提供之電源PWR對電池模組120進行充電。另一方面，當電池模組130的電壓VBAT2小於飽和電壓Vsat2時，控制器110會控制充電模組170來根據電源PWR對電池模組130進行充電。具體而言，由於電池模組120以及電池模組130所提供的電壓為不同，因此需使用充電模組160與170分別對電池模組120以及電池模組130內的電池進行充電。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

10A、10B、10C．．．可攜式電子裝置

110．．．控制器

120、130．．．電池模組

122、124、132、134．．．電池

140．．．升壓轉換器

150．．．降壓轉換器

160、170．．．充電模組

20A、20B、20C．．．電池管理電路

30．．．背光模組

40．．．顯示裝置

50．．．中央處理器

60．．．記憶體模組

70．．．輸入/輸出模組

Ctrl1、Ctrl2、Ctrl3、Info1、Info2．．．控制信號

PWR．．．電源

SW1、SW2、SW3．．．開關

VBAT1、VBAT2．．．電壓

以及

VH1、VH2、VL1、VL2、VL3．．．工作電壓

第1圖係顯示根據本發明第一實施例所述之可攜式電子裝置。

第2圖係顯示根據本發明第二實施例所述之可攜式電子裝置。

第3圖係顯示根據本發明第三實施例所述之可攜式電子裝置。

10A．．．可攜式電子裝置

120、130．．．電池模組

122、124、132、134．．．電池

140．．．升壓轉換器

150．．．降壓轉換器

20A．．．電池管理電路

30．．．背光模組

40．．．顯示裝置

50．．．中央處理器

60．．．記憶體模組

70．．．輸入/輸出模組

VBAT1、VBAT2．．．電壓

以及

VH1、VH2、VL1、VL2、VL3．．．工作電壓

Claims (7)

1. 一種電池管理電路，用以提供複數工作電壓，包括：一第一電池模組，用以提供一第一電池電壓；一第二電池模組，用以提供一第二電池電壓，其中上述第一電池電壓大於上述第二電池電壓；一升壓轉換器，耦接於上述第一電池模組，用以對上述第一電池電壓進行轉換，以產生大於上述第一電池電壓之一第一工作電壓；一降壓轉換器，耦接於上述第二電池模組，用以對上述第二電池電壓進行轉換，以產生小於上述第二電池電壓之一第二工作電壓；一第一開關，耦接於上述第一電池模組以及上述升壓轉換器之間；一第二開關，耦接於上述第二電池模組以及上述降壓轉換器之間；一第三開關，耦接於上述升壓轉換器以及上述降壓轉換器之間；以及一控制器，用以根據上述第一電池電壓以及上述第二電池電壓來控制上述第一、第二及第三開關，其中當上述第一電池電壓大於或等於一第一臨界電壓且上述第二電池電壓大於或等於一第二臨界電壓時，上述控制器控制上述第三開關為不導通而上述第一及第二開關為導通。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理電路，其中上述第一電池模組包括以串聯方式連接之至少兩第一電 池，以及上述第二電池模組包括以並聯方式連接之至少兩第二電池，其中上述第一電池與上述第二電池具有相同的額定電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理電路，其中上述第一電池模組包括以並聯方式連接之複數電池單元，其中每一上述電池單元包括以串聯方式連接之複數第一電池，以及上述第二電池模組包括以並聯方式連接之複數第二電池，其中上述第一電池與上述第二電池具有相同的額定電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理電路，其中當上述第一電池電壓小於上述第一臨界電壓時，上述控制器控制上述第一開關為不導通而上述第二及第三開關為導通，以及上述升壓轉換器係對上述第二電池電壓進行轉換，以產生上述第一工作電壓。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理電路，其中當上述第二電池電壓小於上述第二臨界電壓時，上述控制器控制上述第二開關為不導通而上述第一及第三開關為導通，以及上述降壓轉換器係對上述第二電池電壓進行轉換，以產生上述第二工作電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理電路，更包括：一第一充電模組，耦接於上述第一電池模組；一第二充電模組，耦接於上述第二電池模組；以及一控制器；其中當上述第一電池電壓小於一第一飽和電壓時， 上述控制器控制上述第一充電模組根據一電源對上述第一電池模組進行充電，以及當上述第二電池電壓小於一第二飽和電壓時，上述控制器控制上述第二充電模組根據上述電源對上述第二電池模組進行充電。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電池管理電路，其中上述電池管理電路係設置於一可攜式電子裝置中。