TWI464997B - 電池充電電路 - Google Patents

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Description

電池充電電路
本發明有關於一種充電電路，且特別是一種可根據可充電電池的溫度調整配置充電電流之電池充電電路。
隨著科技的發展，可攜式電子裝置，例如手機、筆記型電腦、數位相機、攝影機或MPS播放器等已廣泛地使用於日常生活中。可攜式電子裝置為方便使用者攜帶，通常會配備充電電池，以供應電子裝置所需電力。
充電電池為一種可重複進行充、放電之能量儲存裝置。進一步地說，可透過充電器來對充電電池進行充電。而充電電池的使用壽命取決於使用的材質、工作環境(例如環境溫度)及使用時間等。在習知技術中，為了延長充電電池的使用壽命，通常會透過進行完整的充、放電程序、避免充電至電池容量或是限定充電的溫度範圍等方式。習知基於充電電池的使用壽命考量，於不同的電池溫度下，一般會需要搭配不同充電電流，然而一般充電器的設計上，僅能選擇一種充電電流來對充電電池充電，因此不能適時地依據充電電池的運作狀態來進行配合，進而無法全面性的滿足充電電池的充電需求，降低充電電池的充電效益，從而降低產品的競爭力，
有鑑於此，本發明實施例提供一種電池充電電路可主動偵測電池的溫度，並依據電池的溫度調整配置適當的充電電流以對一可充電電池進行充電，藉此可保護電池並延長電池使用壽命，同時有效節省電池充電時間，增加充電效益。
本發明實施例提供一種電池充電電路，適用於對可充電電池充電。此電池充電電路包括溫度感測單元、電流控制單元以及充電單元。溫度感測單元耦接於可充電電池的一輸出接腳，並根據可充電電池的溫度輸出溫度信號。電流控制單元耦接溫度感測單元，並依據溫度信號輸出控制電壓。充電單元耦接於電流控制單元，並根據控制電壓輸出充電電流至可充電電池進行充電。當可充電電池的溫度超過預設溫度範圍時，充電單元停止輸出充電電流。
在本發明其中一個實施例中，上述預設溫度範圍的下限值為攝氏0度，而預設溫度範圍的上限值為攝氏60度。
在本發明其中一個實施例中，當可充電電池的溫度大於預設溫度範圍的下限值時，所述充電單元根據可充電電池的溫度逐步提高充電電流；當可充電電池的溫度大於門檻值時，所述充電單元根據可充電電池的溫度逐步降低充電電流；當可充電電池的溫度大於預設溫度範圍的上限值時，所述充電單元停止輸出充電電流，其中門檻值大於下限值並小於上限值。
在本發明其中一個實施例中，上述溫度感測單元包括第一電阻以及緩衝器。第一電阻耦接電源端與溫度輸出接腳之間。緩衝器之正向輸入端透過第二電阻耦接溫度輸出接腳。緩衝器之反向輸入端耦接緩衝器之輸出端，且緩衝器之輸出端用以輸出溫度信號至電流控制單元。
在本發明其中一個實施例中，上述電流控制單元包括第一比較器、第一二極體、第二比較器、第二二極體、第三電阻以及第一功率電晶體。第一比較器之正向輸入端耦接於下限參考電壓，而第一比較器之反向輸入端耦接於緩衝器之輸出端。第一二極體的陽極耦接第一比較器的輸出端。第二比較器之正向輸入端耦接於緩衝器之輸出端，而第二比較器之反向輸入端耦接於上限參考電壓。第二二極體的陽極耦接第二比較器的輸出端。第三電阻的第一端耦接於電源端，且第三電阻之第二端耦接充電單元。第一功率電晶體之汲極耦接於第三電阻之第二端。第一功率電晶體之源極耦接接地端。第一功率電晶體之閘極分別耦接第一二極體之陰極與第二二極體之陰極。其中下限參考電壓對應於預設溫度範圍的上限值，而上限參考電壓對應於預設溫度範圍的下限值，並下限參考電壓小於上限參考電壓。
當溫度信號的電壓位準小於下限參考電壓時，第一功率電晶體導通以停止充電單元輸出充電電流。當溫度信號的電壓位準大於上限參考電壓時，第一功率電晶體導通以停止充電單元輸出充電電流。
在本發明其中一個實施例中，上述充電單元包括充電晶片，且充電晶片接收控制電壓，並對應輸出充電電流，以對可充電電池充電。
在本發明其中一個實施例中，上述電流控制單元可由可程式化微處理控制器來實現。
綜上所述，本發明實施例所提供的電池充電電路，此電池充電電路可主動依據可充電電池的溫度，即時地調整配置適當的充電電流，有效地對可充電電池進行充電。所述電池充電電路並可於可充電電池的溫度超出預設溫度範圍，適時地停止對可充電電池充電。據此，所述電池充電電路可有效地保護可充電電池，且同時可全面性地配合可充電電池的充電需求，進而提高可充電電池的充電效率，延長可充電電池充電的使用壽命。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
 [第一實施例]
請參照圖1，圖1繪示本發明第一實施例提供的電池充電電路之功能方塊圖。電池充電電路20耦接於可充電電池10，用以依據可充電電池10的溫度，對應產生適當的充電電流，以對可充電電池10進行充電。可充電電池10用以儲存電力。於此實施例中，可充電電池10可為單一充電電池，例如鋰離子電池(Lithium-Ion)、鎳鎘電池(Ni-Cd)、鎳氫電池(Ni-MH)或是由多個充電電池組成的充電電池組(rechargeable battery pack)，是依據實際應用的電子裝置至種類而定，本實施例並不限制。
此外，可充電電池10內設有熱敏電阻(Thermistor)(未繪示於圖1)，所述熱敏電阻可用以感測可充電電池10的溫度。進一步地說，熱敏電阻依據可充電電池10的溫度改變其電阻值。熱敏電阻可具有負溫度係數(negative temperature coefficient，NTC)或正溫度係數(positive temperature coefficient，PTC)。具有負溫度係數的熱敏電阻之電阻值與溫度成反比，而具有正溫度係數的熱敏電阻之電阻值則與溫度成正比。於本實施例中是以具有負溫度係數的熱敏電阻來實現，但本實施例並不限制。
電池充電電路20包括溫度感測單元210、電流控制單元220以及充電單元230。溫度感測單元210耦接於可充電電池10的溫度輸出接腳，並根據可充電電池10的溫度輸出溫度信號TS。電流控制單元220耦接溫度感測單元210，並依據溫度信號TS對應輸出控制電壓Vc。充電單元230耦接於電流控制單元220與可充電電池10。充電單元230並根據控制電壓Vc輸出充電電流至可充電電池10進行充電。其中，當可充電電池10的溫度超過預設溫度範圍時，充電單元230停止輸出充電電流，以停止對可充電電池10充電，藉以保護可充電電池10，延長可充電電池10的使用壽命。
上述可充電電池10的預設溫度範圍可以是依據可充電電池10的種類或實際充電條件來設置。於此實施例中，所述預設溫度範圍的下限值可為攝氏0度，而預設溫度範圍的上限值可為攝氏60度。從而，當可充電電池10的溫度小於攝氏0度或大於攝氏60度時，充電單元230隨即停止輸出充電電流，以停止對可充電電池10充電。
進一步地說，當溫度感測單元210感測可充電電池10的溫度大於攝氏0度時，電流控制單元220會驅動充電單元230根據可充電電池10的溫度，逐步提高充電電流的電流值。接著，當溫度感測單元210感測可充電電池10的溫度大於預設的門檻值時，電流控制單元220會驅動充電單元230根據可充電電池10的溫度，逐步降低充電電流的電流值。所述的門檻值是大於攝氏0度，且小於攝氏60度。換言之，所述的門檻值是介於攝氏0度至攝氏60度之間，並可依據實際充電需求來設置，例如為攝氏30度。但本實施例並不以此為限。
附帶一提的是，充電電流的電流值大小是充電單元230依據可充電電池10的電容量來進行定義，並且於此實施例中是以C(capacity)作為充電電流的衡量單位。舉例來說，若可充電電池10的電容量為600毫安培/時(mAh)，即若充電電流為600毫安培(mA)，此可充電電池10僅需1小時即可被充至飽和，而C則為600毫安培。也就是說，當充電單元230輸出具1C電流值的充電電流，即是以600毫安培對可充電電池10進行充電；若充電單元230依據可充電電池10的溫度輸出具0.5C電流值的充電電流，即便是以300毫安培(mA)對可充電電池10進行充電，以此類推。
以下舉電池充電電路20的一實際電路架構來做電池充電電路20電路的運作方式說明。請參照圖2，圖2繪示本發明第一實施例提供的電池充電電路20之電路示意圖。於本實施例中，溫度感測單元210包括電阻R1、R2以及緩衝器BUF1；電流控制單元220包括多個比較器COMP1~COMP6、多個電阻R3~R9、多個功率半導體Q1~Q6以及二極體D1~D4；充電單元230包括一充電晶片231。
於本實施例中，功率電晶體Q1~Q6可以是由NMOS功率金氧化半導體場效電晶體來實現，當然本發明並不以此為限，於本發明所屬技術領域具有通常知識者可自由選擇適當的功率電晶體Q1~Q6之類型或規格。
具體地說，可充電電池10內可設有上述之具負溫度係數之熱敏電阻R_TS。熱敏電阻R_TS的第一端耦接可充電電池10的溫度輸出接腳，而熱敏電阻R_TS的第二端耦接接地端GND。熱敏電阻R_TS會依據可充電電池10的溫度，改變其電阻值，且熱敏電阻R_TS的電阻值與可充電電池10的溫度成反比。換言之，當可充電電池10的溫度越高，熱敏電阻R_TS的電阻值越低。
接者，電阻R1的第一端耦接電源端VCC，其中電源端VCC的電壓可例如為3.3伏特(V)。電阻R1的第二端耦接於可充電電池10的溫度輸出接腳。據此，電阻R1與熱敏電阻R_TS形成分壓電路。於本實施例中，電阻R1可設定為具固定電阻值，例如10千歐姆(KΩ)。進一步地說，電阻R1與熱敏電阻R_TS的分壓電路可依據熱敏電阻R_TS的電阻變化，於電阻R1的第二端產生對應的電壓。
電阻R2的第一端耦接電阻R1的第二端。電阻R2的第一端亦耦接於可充電電池10的溫度輸出接腳。於此實施例中，緩衝器BUF1是由一運算放大器來實現，但本發明並不限制緩衝器BUF1的類型。緩衝器BUF1的正向輸入端(non-inverting terminal)耦接電阻R2的第二端。據此，電阻R2可用以避免電源端VCC的電流流入緩衝器BUF1的正向輸入端。緩衝器BUF1的反向輸入端(inverting terminal)耦接緩衝器BUF1的輸出端。簡單來說，緩衝器BUF1可用以接收由電阻R1與熱敏電阻R_TS之間的接點所產生的電壓，並對應產生溫度信號TS。換言之，溫度信號TS的電壓位準是對應於電阻R1與熱敏電阻R_TS之間接點的電壓位準。
請參照圖3，圖3繪示是本發明第一實施例提供的可充電電池溫度、熱敏電阻值以及溫度信號之間的相對關係之曲線示意圖。曲線C10(以實線表示)用以表示可充電電池溫度與熱敏電阻值之間的關係。曲線C20(以虛線表示)則用以表示可充電電池溫度與溫度信號電壓之間的關係。值的一提的是，曲線C10與C20是參照選定的熱敏電阻R_TS規格表中感測溫度與電阻值的相對值以及熱敏電阻R_TS與電阻R1形成的分壓電路來產生的，其中電阻R1的電阻值是設定為10千歐姆(KΩ)。可充電電池10的預設溫度範圍如先前所述為攝氏0度至攝氏60度之間。如曲線C10所示，熱敏電阻R_TS的電阻值會隨者可充電電池10的溫度的升高而逐漸降低，同一時間，如曲線C20所示，溫度信號TS的電壓位準也會隨者可充電電池10的溫度的升高而逐漸降低。從而，溫度信號TS的電壓位準可用以判斷可充電電池10的溫度變化。
請複參考圖2，進一步地說，當緩衝器BUF1輸出溫度信號TS至電流控制單元220時，電流控制單元220隨即可依據溫度信號TS的電壓位準對應輸出控制電壓Vc，以控制充電單元230中充電晶片231輸出的充電電流量。更進一步地說，電流控制單元220內的比較器COMP1~COMP6會分別比較溫度信號TS的電壓位準，以判斷可充電電池10的溫度。值得一提的是，比較器COMP1~COMP6分別可例如由運算放大器(operational amplifier)來實現，但本發明並不限制比較器COMP1~COMP6的類型與實體架構。
具體地說，比較器COMP1的正向輸入端耦接下限參考電壓Vref_min。比較器COMP1的反向輸入端耦接緩衝器BUF1的輸出端。比較器COMP1的輸出端耦接二極體D1的陽極。比較器COMP2的正向輸入端耦接緩衝器BUF1的輸出端。比較器COMP2的反向輸入端耦接上限參考電壓Vref_max。比較器COMP2的輸出端耦接二極體D2的陽極。
電阻R3的第一端耦接電源端VCC，而電阻R3的第二端耦接充電晶片231的電流控制接腳ISET。功率電晶體Q1的汲極(drain)耦接電阻R3的第二端。功率電晶體Q1的源極(source)耦接接地端GND。功率電晶體Q1的閘極(gate)耦接功率電晶體Q1的源極。另外，功率電晶體Q1的閘極更耦接二極體D1的陰極及二極體D2的陰極。據此，比較器COMP1、COMP2可控制功率電晶體Q1的導通與截止運作，進而驅動充電晶片231的運作。
更進一步地說，所述下限參考電壓Vref_min與上限參考電壓Vref_max分別是參照圖3之曲線C20來設置，以界定預設溫度範圍。例如下限參考電壓Vref_min可以是依據預設溫度範圍的上限值(即攝氏60度)所對應的電壓值(如0.77伏特)而設定。上限參考電壓Vref_max可以是依據預設溫度範圍的下限值(即攝氏0度)所對應的電壓值(如2.41伏特)而設定。其中，下限參考電壓Vref_min小於上限參考電壓Vref_max。
當溫度信號TS的電壓位準小於下限參考電壓Vref_min時，亦即當可充電電池10的溫度高大於攝氏60度時，比較器COMP1會輸出高電壓位準信號經由二極體D1至功率電晶體Q1的閘極，導通功率電晶體Q1，以使充電晶片231停止輸出充電電流。換言之，當功率電晶體Q1導通時，會於電阻R3的第二端輸出零電壓位準的控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，停止充電晶片231輸出充電電流至可充電電池10。於此同時，因溫度信號TS的電壓位準小於下限參考電壓Vref_min，亦即小於上限參考電壓Vref_max，因此比較器COMP2會輸出低電壓位準信號，使得二極體D2因處於逆向偏壓而形成開路，從而不會影響功率電晶體Q1的運作。
同樣地，當溫度信號TS的電壓位準大於上限參考電壓Vref_max時，亦即當可充電電池10的溫度小於攝氏0度時，比較器COMP2會輸出高電壓位準信號經由二極體D2至功率電晶體Q1的閘極，導通功率電晶體Q1，以使充電晶片231停止輸出充電電流。而於此同時，因溫度信號TS的電壓位準並不小於下限參考電壓Vref_min，因此此時比較器COMP1會輸出低電壓位準信號，使二極體D1因處於逆向偏壓而形成開路，從而不會影響功率電晶體Q1的運作。
換句話說，比較器COMP1與比較器COMP2可分別是用以界定預設溫度範圍的上限值(攝氏60度)與下限值(攝氏0度)，並於溫度信號TS超出預設溫度範圍時，停止充電晶片231輸出充電電流，進而停止對可充電電池10充電。藉此保護可充電電池10，避免於極限溫度時進行充電，從而可延長可充電電池10的使用壽命。
接著，比較器COMP3~COMP6分別用以界定於預設溫度範圍內，不同的可充電電池10的溫度，所需的充電電流。例如當可充電電池10的溫度過高或過低時，使用較小C數的充電電流來對可充電電池10進行充電，以保護可充電電池10；當可充電電池10的溫度正常時，使用較大C數的充電電流來對可充電電池10進行充電，以節省可充電電池10的充電時間。
更具體來說，比較器COMP3的正向輸入端耦接緩衝器BUF1的輸出端。比較器COMP3的反向輸入端耦接第一參考電壓Vref_1。電阻R4的第一端耦接比較器COMP3的輸出端。二極體D3的陽極耦接電阻R4的第二端。二極體D3的陰極耦接於功率電晶體Q3的閘極及功率電晶體Q5的閘極。比較器COMP4的正向輸入端耦接緩衝器BUF1的輸出端。比較器COMP4的反向輸入端耦接第二參考電壓Vref_2。電阻R6的第一端耦接比較器COMP4的輸出端。比較器COMP5的正向輸入端耦接緩衝器BUF1的輸出端。比較器COMP5的反向輸入端耦接第三參考電壓Vref_3。電阻R8的第一端耦接比較器COMP5的輸出端。電阻R8的第二端耦接比較器二極體D4的陽極。二極體D4的陰極耦接功率電晶體Q3的閘極及功率電晶體Q5的閘極。比較器COMP6的正向輸入端耦接緩衝器BUF1的輸出端。比較器COMP6的反向輸入端耦接第四參考電壓Vref_4。其中，第一參考電壓Vref_1大於或等於下限參考電壓Vref_min，且小於第二參考電壓Vref_2。第二參考電壓Vref_2小於第三參考電壓Vref_3。第三參考電壓Vref_3小於第四參考電壓Vref_4，而第四參考電壓Vref_4小於上限參考電壓Vref_max。
功率電晶體Q2的汲極耦接比較器COMP3的輸出端，，其中功率電晶體Q2的汲極亦耦接電阻R4的第一端。功率電晶體Q2的源極耦接接地端GND。功率電晶體Q2的閘極耦接比較器COMP4的輸出端。功率電晶體Q2的閘極另耦接功率電晶體Q2的源極。
功率電晶體Q3的汲極耦接電阻R6的第二端。同時，功率電晶體Q3的汲極並耦接於功率電晶體Q4的閘極。功率電晶體Q3的源極耦接接地端GND。功率電晶體Q3的閘極耦接二極體D3的陰極及二極體D4的陰極。功率電晶體Q3的閘極另耦接功率電晶體Q3的源極。電阻R5的第一端耦接電阻R3的第二端。也就是說，電阻R5的第一端耦接充電晶片231的電流控制接腳ISET。電阻R5的第二端耦接功率電晶體Q4的汲極。功率電晶體Q4的源極耦接接地端GND。功率電晶體Q4的閘極耦接於電阻R6的第二端與功率電晶體Q3的汲極。功率電晶體Q4的閘極另耦接功率電晶體Q4的源極。
電阻R7的第一端耦接電阻R3的第二端。也就是說，電阻R7的第一端耦接充電晶片231的電流控制接腳ISET。電阻R7的第二端耦接功率電晶體Q5的汲極。功率電晶體Q5的源極耦接接地端GND。功率電晶體Q5的閘極耦接於二極體D3的陰極及二極體D4的陰極。功率電晶體Q5的閘極另耦接功率電晶體Q5的源極。
電阻R9的第一端耦接電阻R3的第二端。也就是說，電阻R9的第一端耦接充電晶片231的電流控制接腳ISET。電阻R9的第二端耦接功率電晶體Q6的汲極。功率電晶體Q6的源極耦接接地端GND。功率電晶體Q6的閘極耦接於比較器COMP6的輸出端。功率電晶體Q6的閘極另耦接功率電晶體Q6的源極。
更詳細地說，當溫度信號TS的電壓位準大於第一參考電壓Vref_1且小於第二參考電壓Vref_2時，比較器COMP3輸出高電壓位準信號經由電阻R4與二極體D3分別至功率電晶體Q3的閘極與功率電晶體Q5的閘極，以同步導通功率電晶體Q3與功率電晶體Q5。此時，比較器COMP5因溫度信號TS小於第三參考電壓Vref_3而輸出低電壓位準信號，使得二極體D4處於逆向偏壓，進而形開路而不會影響功率電晶體Q3與功率電晶體Q5的運作。同時，當功率電晶體Q3與功率電晶體Q5導通時，會使電阻R3與電阻R7串聯形成分壓電路，並於電阻R3的第二端輸出控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，以驅動充電晶片231輸出第一預設充電電流。
當溫度信號TS的電壓位準大於第二參考電壓Vref_2且小於第三參考電壓Vref_3時，比較器COMP4輸出高電壓位準信號，導通功率電晶體Q2，以下拉功率電晶體Q3、Q5的閘極電壓，以截止功率電晶體Q3、Q5的運作。同時，比較器COMP4導通功率電晶體Q4，使電阻R3與電阻R5串聯形成分壓電路，並於電阻R3的第二端輸出控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，以驅動充電晶片231輸出第二預設充電電流。
當溫度信號TS的電壓位準大於第三參考電壓Vref_3且小於第四參考電壓Vref_4時，比較器COMP5輸出高電壓位準信號，經由電阻R8、二極體D4輸出至功率電晶體Q3、Q5的閘極，導通功率電晶體Q3、Q5。此時，比較器COMP4仍然導通功率電晶體Q2與功率電晶體Q4，進而下拉比較器COMP3之輸出端電壓，使得二極體D3處於逆向偏壓，進而COMP3之輸出端電壓不會影響功率電晶體Q3與功率電晶體Q5的運作。此外，當功率電晶體Q3與功率電晶體Q5導通時，功率電晶體Q3下拉功率電晶體Q4閘極端的電壓，從而截止功率電晶體Q4的運作，使電阻R3僅與電阻R7串聯形成分壓電路，並於電阻R3的第二端輸出控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，以驅動充電晶片231輸出第一預設充電電流。
當溫度信號TS的電壓位準大於第四參考電壓Vref_4且小於上限參考電壓Vref_max時，比較器COMP6輸出高電壓位準信號導通功率電晶體Q6，使電阻R9與電阻R7相並聯。電阻R9與電阻R7的並聯電路再與電阻R3串聯形成分壓電路，並於電阻R3的第二端輸出控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，以驅動充電晶片231輸出第三預設充電電流。
值得注意的是，所述第三預設充電電流小於第一預設充電電流，而第一預設充電電流小於第二預設充電電流。所需控制電壓Vc的電壓位準可依據電阻R3的電阻值，藉由設置電阻R5、R7、R9的電阻值來產生。充電晶片231可依據控制電壓Vc的電壓位準來輸出第一預設充電電流、第二預設充電電流以及第三預設充電電流，以滿足可充電電池於不同溫度的充電需求，以提升充電效益。
於實務上，電阻R4、R6、R8的電阻值可依據實際電路運作需求而設置，例如為10千歐姆的電阻。所述比較器COMP1~COMP6所輸出的高、低電壓位準信號會依據比較器COMP1~COMP6的正、負電源端的供應電壓而設定。比較器COMP1~COMP6所輸出的高電壓位準信號應大於功率電晶體Q1~Q6的導通電壓，藉以控制功率電晶體Q1~Q6的導通運作。要說明的是，本發明技術領域具有通常知識者應可推知比較器COMP1~COMP6輸出的高、低電壓位準信號的設定與實施方式，故在此不再贅述。
實際實施時，所述第一參考電壓Vref_1、第二參考電壓Vref_2、第三參考電壓Vref_3以及第四參考電壓Vref_4分別可參考圖3中曲線C20來設置，以界定不同充電溫度等級。從而，可依據不同充電溫度範圍，控制充電晶片231輸出對應適當的充電電流，提升充電效益。於本實施例中，可將攝氏45度到攝氏60度作為第一高溫範圍，並使用第一預設充電電流，例如0.5C；攝氏23度到攝氏45度作為正常溫度範圍，並使用第二預設充電電流，例如0.7C；攝氏14度到攝氏23度作為第一低溫範圍，並使用第一預設充電電流(即0.5C)；攝氏0度到攝氏14度作為第二低溫範圍，並使用第三預設充電電流，例如0.15C。
舉例來說，第一參考電壓Vref_1可例如設定為0.77伏特，亦即對應第一高溫範圍的上限值(即攝氏60度)。第二參考電壓Vref_2可被設定為1.09伏特，對應正常溫度範圍的上限值(即攝氏45度)。第三參考電壓Vref_3可被設定為1.71伏特，對應第二低溫範圍的上限值(即攝氏23度)。第四參考電壓Vref_4可被設定為2伏特，對應第一低溫範圍的上限值(即攝氏14度)。
如前述，控制電壓Vc的電壓位準可透過設置R5、R7、R9的電阻值來進行配置。控制電壓Vc的一種設定方式可為，將對應第三預設充電電流之控制電壓Vc的電壓位準設為0.132伏特；對應第一預設充電電流之控制電壓Vc的電壓位準設為0.44伏特，對應第二預設充電電流之控制電壓Vc設為0.616伏特。但控制電壓Vc可依據電池充電電路20的實際運作需求而設置，本實施例並不以此為限。
具體來說，請參照圖4並同時參照圖2，圖4繪示本發明第一實施例提供的電池充電電路之電路運作波形示意圖。曲線C30表示於上述電池充電電路20中控制電壓Vc的電壓位準與溫度之間的關係。曲線C40表示上述電池充電電路20中充電電流值與溫度之間的關係。
如曲線C30及C40所示，當可充電電池10的溫度大於攝氏60度或小於攝氏0度時，電流控制單元20可輸出零電壓位準的控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，從而使充電晶片231停止輸出充電電流至可充電電池10。
當可充電電池10的溫度是介於攝氏0度至攝氏14度之間時，可充電電池10是介於第一低溫範圍內，電流控制單元20則會輸出0.132伏特的控制電壓Vc的至充電晶片231的電流控制接腳ISET，從而驅動充電晶片231輸出0.15C安培的充電電流(第三預設充電電流)對可充電電池10充電。
當可充電電池10的溫度是介於攝氏14度至攝氏23度之間時，可充電電池10是介於第二低溫範圍內，電流控制單元20會輸出的0.44伏特之控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，從而使充電晶片231輸出0.5C安培的充電電流(第一預設充電電流)對可充電電池10充電。
當可充電電池10的溫度是介於攝氏23度至攝氏45度之間時，可充電電池10是介於正常溫度範圍內，電流控制單元20輸出0.616伏特的控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，從而使充電晶片231以0.7C安培的充電電流(第二預設充電電流)對可充電電池10充電。
當可充電電池10的溫度是介於攝氏45度至攝氏60度之間時，可充電電池10是介於第一高溫範圍內，電流控制單元20輸出0.44伏特控制電壓Vc至充電晶片231的電流控制接腳ISET，從而使充電晶片231以0.5C安培的充電電流(第一預設充電電流)對可充電電池10充電。
換句話說，當可充電電池10的溫度大於攝氏0度時，電流控制單元220可根據可充電電池10的溫度逐步提高控制電壓Vc的電壓位準，控制充電晶片331逐步提高充電電流的電流值。接著，當可充電電池10的溫度大於預設的門檻值，例如攝氏45度時，電流控制單元220降低控制電壓Vc的電壓位準，以控制充電晶片331逐步降低充電電流的電流值。上述的電池充電電路20於預設溫度範圍內的運作方式還可被整合於下表，
據此，所述的電池充電電路20可依據可充電電池10的溫度變化，分段式調整配置適當充電電流大小，藉以有效地保護可充電電池10，同時節省相對應的充電時間。
值得一提的是，於實務上，上述上限參考電壓Vref_max、下限參考電壓Vref_min、第一參考電壓Vref_1~第四參考電壓Vref_4分別可透過設置電阻分壓電路或是電壓恆定元件，例如齊納二極體來實施。上述的控制電壓Vc與對應的充電電流的相對關係以及充電電流的大小可透過對充電晶片231的設計來實現，本實施例並不限制。同樣地，實際預設溫度範圍可依據可充電電池10的種類與實體架構來設定，而充電電流的分段方法亦可依據實際充電需求來設定。此外，於實務上，上述上限參考電壓Vref_max、下限參考電壓Vref_min、第一參考電壓Vref_1~第四參考電壓Vref_4分別可依據熱敏電阻的規格以及電池充電電路20的實際實施方式來設定，如前述圖3僅為對應一熱敏電阻的規格，且用以作為電池充電電路20的運作說明，並非用以限定本發明。同理，圖4僅為本發明實施例提供驅動電路的運作波形示意圖，並非用以限定本發明。
要說明的是，本發明並不限定可充電電池10、溫度感測單元210、電流控制單元220以及充電單元230的種類、實體架構、實施方式及/或連接方式。
[第二實施例]
上述第一實施例中的溫度感測單元210以及電流控制單元220可由不同方式實施，請參照圖5，其繪示本發明第二實施例的電池充電電路示意圖。於本實施例中，電池充電電路40耦接可充電電池10，並可依據可充電電池10的溫度，對應輸出適當的充電電流來對可充電電池10充電。電池充電電路40可於可充電電池10的溫度超過預設溫度範圍(例如攝氏0度至攝氏60度)時，停止對可充電電池10充電，藉此以保護可充電電池10，延長可充電電池10的使用壽命。
圖5與圖2的差異處在於電池充電電路40的電路架構。於本實施例中，電池充電電路40的溫度感測單元410包括電阻R10、R11；電池充電電路40的電流控制單元420包括可程式化微處理控制器(programmable microcontroller)421。
可充電電池10內設有負溫度係數之熱敏電阻R_TS，熱敏電阻R_TS耦接於可充電電池10的溫度輸出接腳與接地端GND之間。電阻R10的第一端耦接電源端VCC。電阻R10的第二端耦接可充電電池10的溫度輸出接腳。電阻R11的第一端耦接可充電電池10的溫度輸出接腳，而電阻R11的第二端耦接接地端GND。電阻R11與熱敏電阻R_TS相並聯，再與電阻R10串聯。據此，溫度感測單元410可依據熱敏電阻R_TS的變化於電阻R10的第二端對應產生溫度信號TS輸入可程式化微處理控制器421。電阻R11可用以限定流入可程式化微處理控制器421接腳的電流。
更進一步地說，電阻R10的第二端可耦接於可程式化微處理控制器421例如透過可程式化微處理控制器421的通用輸入接腳(General Purpose Input，GPI)，以輸入溫度信號TS至可程式化微處理控制器421。可程式化微處理控制器421亦可例如透過通用輸出接腳(General Purpose Output，GPO)耦接於充電晶片231的電流控制接腳ISET，以輸出對應的控制電壓Vc至充電晶片231，進而控制充電晶片231輸出的充電電流。簡單來說，可程式化微處理控制器421可透過軟體程式設計方式建立前述的溫度信號TS比較方式，進而可依據可充電電池10溫度的變化對應輸出控制電壓Vc驅動充電晶片231產生相應的充電電流以對可充電電池10進行充電。據此，可程式化微處理控制器421可用以實現第一實施例中比較器、電阻、二極體以及功率電晶體的硬體電路組合的電流控制單元220，以節省電池充電電路40所需面積。
值得一提的是，電池充電電路40的其他電路架構類似於圖2之電池充電電路20，且本發明技術領域具有通常知識者應可上述說明推知過電池充電電路40的運作以及實際操作方式，故在此不再贅述。要說明的是，圖5僅為本發明實施例提供電池充電電路的示意圖，並非用以限定本發明。同樣地，本發明亦不限定電池充電電路40、溫度感測單元410、電流控制單元420、充電單元230的種類、實體架構、實施方式及/或連接方式。
[實施例的可能功效]
綜上所述，本發明實施例所提供的電池充電電路，此電池充電電路可主動依據可充電電池的溫度，即時的調整配置適當的充電電流，有效地對可充電電池進行充電，藉以，節省可充電電池的充電時間，進而提高可充電電池的充電效率。所述電池充電電路並可於可充電電池的溫度超出預設溫度範圍，適時地停止對可充電電池充電，藉以有效地保護可充電電池，提高可充電電池的充電效率，進而延長可充電電池的使用壽命。
此外，電池充電電路可依據可充電電池的種類來配置對應的電路架構，以設置對應的預設溫度範圍以及相應的充電電流大小，例如透過比較器、電阻與功率電晶體組合電路，或是利用可程式化微處理控制器來實現，藉以增加電池充電電路的實用性。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
10．．．可充電電池
20、40．．．電池充電電路
210、410．．．溫度感測單元
220、420．．．電流控制單元
230．．．充電單元
231．．．充電晶片
421．．．微處理控制器
R1~R11．．．電阻
D1~D4．．．二極體
R_TS．．．熱敏電阻
Q1~Q6‧‧‧功率電晶體
BUF1‧‧‧緩衝器
COMP1~COMP6‧‧‧比較器
VCC‧‧‧電源端
Vref_min、Vref_max、Vref1~Vref_4‧‧‧參考電壓
TS‧‧‧溫度信號
Vc‧‧‧控制電壓
GND‧‧‧接地端
ISET‧‧‧充電晶片之電流控制接腳
C10、C20、C30、C40‧‧‧曲線
圖1是本發明第一實施例提供的電池充電電路之功能方塊圖。
圖2是本發明第一實施例提供的電池充電電路之電路示意圖。
圖3是本發明第一實施例提供的可充電電池溫度、熱敏電阻值以及溫度信號之間的相對關係之曲線示意圖。
圖4是本發明第一實施例提供的電池充電電路之電路運作波形示意圖。
圖5是本發明第二實施例提供的電池充電電路之電路示意圖。
10．．．可充電電池
20．．．電池充電電路
210．．．溫度感測單元
220．．．電流控制單元
230．．．充電單元
TS．．．溫度信號
Vc．．．控制電壓

Claims (10)

  1. 一種電池充電電路，適用於對一可充電電池充電，該電池充電電路包括：一溫度感測單元，耦接於該可充電電池的一溫度輸出接腳，根據該可充電電池的溫度輸出一溫度信號；一電流控制單元，耦接該溫度感測單元，並依據該溫度信號輸出一控制電壓；以及一充電單元，耦接於該電流控制單元，根據該控制電壓輸出一充電電流至該可充電電池充電；其中，當該可充電電池的溫度超過一預設溫度範圍時，該充電單元停止輸出該充電電流；當該可充電電池的溫度大於該預設溫度範圍的一下限值時，該充電單元根據該可充電電池的溫度逐步提高該充電電流；當可充電電池的溫度大於該預設溫度範圍的一上限值時，該充電單元停止輸出該充電電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電電路，其中該預設溫度範圍的一下限值為攝氏0度，該預設溫度範圍的一上限值為攝氏60度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電電路，其中當可充電電池的溫度大於一門檻值時，該充電單元根據該可充電電池的溫度逐步降低該充電電流，其中該門檻值大於該下限值並小於該上限值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電電路，其中該 溫度感測單元包括：一第一電阻，耦接一電源端與該溫度輸出接腳之間；以及一緩衝器，該緩衝器之正向輸入端透過一第二電阻耦接該溫度輸出接腳，該緩衝器之反向輸入端耦接該緩衝器之輸出端，且該緩衝器之輸出端用以輸出該溫度信號至該電流控制單元。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電池充電電路，其中該電流控制單元包括：一第一比較器，該第一比較器之正向輸入端耦接於一下限參考電壓，該第一比較器之反向輸入端耦接於該緩衝器之輸出端；一第一二極體，其陽極耦接該第一比較器的輸出端；一第二比較器，該第二比較器之正向輸入端耦接於該緩衝器之輸出端，該第二比較器之反向輸入端耦接於一上限參考電壓；一第二二極體，其陽極耦接該第二比較器的輸出端；一第三電阻，其第一端耦接於該電源端，且該第三電阻之第二端耦接該充電單元；以及一第一功率電晶體，該第一功率電晶體之汲極耦接於該第三電阻之第二端，該第一功率電晶體之源極耦接一接地端，該第一功率電晶體之閘極耦接該第一二極體之陰極與該第二 二極體之陰極；其中該下限參考電壓對應於該預設溫度範圍的一上限值，該上限參考電壓對應於該預設溫度範圍的一下限值，並該下限參考電壓小於該上限參考電壓；當該溫度信號的電壓位準小於該下限參考電壓時，該第一功率電晶體導通以停止該充電單元輸出該充電電流；當該溫度信號的電壓位準大於該上限參考電壓時，該第一功率電晶體導通以停止該充電單元輸出該充電電流。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電池充電電路，其中該電流控制單元還包括：一第三比較器，該第三比較器之正向輸入端耦接於該緩衝器之輸出端，該第三比較器之反向輸入端耦接於一第一參考電壓；一第四電阻，其第一端耦接該第三比較器之輸出端；一第三二極體，其陽極耦接該第四電阻之第二端；一第四比較器，該第四比較器之正向輸入端耦接於該緩衝器之輸出端，該第四比較器之反向輸入端耦接於一第二參考電壓；一第六電阻，其第一端耦接該第四比較器之輸出端；一第五比較器，該第五比較器之正向輸入端耦接於該緩衝器之輸出端，該第五比較器之反向輸入端耦接於一第三參考電壓；一第八電阻，其第一端耦接該第五比較器之輸出端；一第四二極體，其陽極耦接該第八電阻之第二端；一第六比較器，該第六比較器之正向輸入端耦接於該緩衝器之輸出端，該第六比較器之反向輸入端耦接於一第四參考電壓；一第二功率電晶體，該第二功率電晶體之汲極耦接該第三比較器之輸出端，該第二功率電晶體之源極耦接該接地端，該第二功率電晶體之閘極耦接該第四比較器之輸出端；一第三功率電晶體，該第三功率電晶體之汲極耦接該第六電阻之第二端，該第三功率電晶體之源極耦接該接地端，該第三功率電晶體之閘極耦接該第三二極體之陰極與該第四二極體之陰極；一第五電阻，其第一端耦接該第三電阻之第二端；一第四功率電晶體，該第四功率電晶體之汲極耦接該第五電阻之第二端，該第四功率電晶體之源極耦接該接地端，該第四功率電晶體之閘極耦接該第六電阻之第二端及該第三功率電晶體之汲極；一第七電阻，其第一端耦接該第三電阻之第二端；一第五功率電晶體，該第五功率電晶體之汲極耦接該第七電阻之第二端，該第五功率電晶體之源極耦接該接地端，該第五功率電晶體之閘極耦接該第三二極體之陰極與該第四二極體之陰極；一第九電阻，其第一端耦接該第三電阻之第二端；以及一第六功率電晶體，該第六功率電晶體之汲極耦接該第九電阻之第二端，該第六功率電晶體之源極耦接該接地端，該第六功率電晶體之閘極耦接該第六比較器之輸出端；其中該第一參考電壓等於該下限參考電壓且該第一參考電壓小於該第二參考電壓，該第二參考電壓小於該第三參考電壓，該第三參考電壓小於該第四參考電壓，而該第四參考電壓小於該上限參考電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電池充電電路，其中當該溫度信號大於該第一參考電壓，該第三功率電晶體與該第五功率電晶體同步導通，使該第七電阻與該第三電阻形成串聯，並依據該電源端之電壓於該第三電阻之第二端輸出該控制信號至該充電單元，以輸出具一第一預設充電電流值之該充電電流；當該溫度信號大於該第二參考電壓，導通該第二功率電晶體與該第四功率電晶體，以同時截止該第三功率電晶體與該第五功率電晶體，使該第五電阻與該第三電阻形成串聯，並依據該電源端之電壓於該第三電阻之第二端輸出該控制信號至該充電單元，以輸出具一第二預設充電電流值之該充電電流；當該溫度信號大於該第三參考電壓，導通該第三功率電晶體與該第五功率電晶體，並截止該第四功率電晶體，使該第七電阻與該第三電阻形成串聯，並依據該電源端之電壓於該第三電阻之第二端輸出該控制信號至該充電單元，以輸出具該第一預設充電電流值之該充電電流；當該溫度信號大於該第四參考電壓，導通該第六功率電晶體，使該第七電阻與該第九電阻形成並聯，並該七電阻與該第九電阻之並聯電路與該第三電阻形成串聯，並依據該電源端之電壓於該第三電阻之第二端輸出該控制信號至該充電單元，以輸出具一第三預設充電電流值之該充電電流；其中該第三預設充電電流值小於該第一預設充電電流值，而該第一預設充電電流值小於該第二預設充電電流值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電電路，其中該溫度感測單元包括：一第十電阻，耦接一電源端與該溫度輸出接腳之間；以及一第十一電阻，耦接該溫度輸出接腳與一接地端之間；其中該溫度信號係由該第十電阻與該第十一電阻之間的接點產生。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電池充電電路，其中該電流控制單元包括：一可程式化微處理控制器，耦接於該第十電阻與該第十一電阻之間的接點及該充電單元之間，且是依據該溫度信號，對應輸出該控制電壓至該充電單元。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的電池充電電路，其中該充電單元包括一充電晶片，且該充電晶片透過一電流控制接腳接收該控制電壓，並對應輸出該充電電流，以對該可充電電池充電。
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