TWI505600B - 充電控制電路 - Google Patents

Description

充電控制電路

本發明係關於一種充電控制電路，尤其係關於對設置於電子裝置中之可充電電池充電之充電控制電路。

電腦裝置已是現代化社會中不可或缺的設備，而電腦裝置之電腦週邊電子裝置例如滑鼠、鍵盤等輸入裝置更是操作電腦裝置之必備設備。該些電子裝置之運作係藉由一連接線插接於電腦裝置而獲得電力，以進行運作。由於連接線之設置，使得電子裝置必須被限制於電腦裝置之鄰近處之運作，才得以獲得來自電腦裝置之電力，故市面上推出一種無線的電子裝置，而可不需位於電腦裝置之鄰近處運作。

無線電子裝置內部必須設置有一電池，一般係為可充電電池，以供應電力至無線電子裝置，使無線電子裝置得以獲得電力而運作，且不需受限於連接線。當可充電電池之電量消耗殆盡或消耗至低電量之程度時，必須對可充電電池進行充電，以繼續使用無線電子裝置。因此，無 線電子裝置內必須設置有一充電模組，以對可充電電池充電，其中，習知可充電模組係利用傳輸固定大小的充電電流至可充電電池，以進行充電，當充電電流越大時，其所需要之充電時間越短，反之，當充電電流越小時，其所需要之充電時間則越長。

台灣公告號TW440760號專利案提供一種隨系統負載改變 充電電流之控制裝置，以控制電源對充電電池之充電電流，其控制裝置包括一電流感測元件、一電壓轉換電路以及一充電電流調整電路。電流感測元件(亦即電阻)串聯於系統負載，用來將流過系統負載之負載電流轉換為一對應的負載電壓。電壓轉換電路耦接於電流感測元件且根據此負載電壓而產生一控制電壓。充電電流調整電路設置於電源對於充電電池之充電路徑中且耦接電壓轉換電路，用以根據控制電壓，調整電源對充電電池所送出之充電電流。因此，台灣公告號TW440760號可隨時檢測系統負載之變化而對應地調整所供應的充電電流，以便加速其充電速度。

舉例說明，當其系統負載較大時，其充電調整電路輸出較小 之充電電流，以對充電電池進行充電。反之，當其系統負載較小時，其充電調整電路輸出較大之充電電流，以對充電電池進行充電，而可提升其充電速度。

然而，為了進行充電電流之調整工作，必須於電子裝置內部 額外設置有電流感測元件、電壓轉換電路以及充電電流調整電路，其不但佔用電子裝置之內部空間，且會增加零件成本。

因此，需要一種具有經濟效應之可調整充電電流大小之充電控制電路。

本發明之目的在於提供一種具有經濟效應之可調整充電電流大小之充電控制電路。

於一較佳實施例中，本發明提供一種充電控制電路，設置於一電子裝置中且連接於該電子裝置之一可充電電池，用以對該可充電電池充電，該充電控制電路包括一充電模組、一開關元件、一負載偵測元件以及一調整元件。該充電模組連接於該可充電電池，用以提供一充電電流至該可充電電池而進行充電，而該開關元件連接於該充電模組，用以於被啟動時輸出一控制電流至該充電模組。該負載偵測元件連接於該可充電電池，用以根據該可充電電池所輸出之一電壓降值而輸出一負載範圍訊號。該調整元件連接於該開關元件以及該負載偵測元件，用以根據該負載範圍訊號而輸出一控制電壓至該開關元件，以控制該開關元件輸出該控制電流之大小；其中該充電電流因應該電壓降值之增加而變大。

1、2‧‧‧電子裝置

10、20‧‧‧可充電電池

11、21‧‧‧充電控制電路

111、211‧‧‧充電模組

112、212‧‧‧開關元件

113、213‧‧‧負載偵測元件

114、214‧‧‧調整元件

1111、2111‧‧‧充電控制元件

Ib‧‧‧充電電流

Id‧‧‧控制電流

Vd‧‧‧電壓降值

Vt‧‧‧控制電壓

R‧‧‧固定電阻

Rv1~Rv16‧‧‧電壓範圍

S‧‧‧負載範圍訊號

圖1係本發明充電控制電路於第一較佳實施例中之電路示意圖。

圖2係本發明充電控制電路於第二較佳實施例中之電路示意圖。

鑑於習知技術之問題，本發明提供一種可降低成本之充電控 制電路，以解決習知技術之缺點。首先說明本發明充電控制電路，請參閱圖1，其為本發明充電控制電路於第一較佳實施例中之電路示意圖。圖1顯示一電子裝置1，且電子裝置1包括一可充電電池10以及一充電控制電路11，可充電電池10用以提供一電力，使電子裝置1運作。充電控制電路11設置於電子裝置1中且連接於可充電電池10，用以對可充電電池10充電，其中可充電電池10因應該電子裝置1之運作而輸出一電壓降值Vd，電壓降值Vd表示可充電電池10所輸出之電壓差值。當電子裝置1處於激烈的運作狀態時，其電壓降值Vd(例如由5伏特下降至3伏特)較大，表示電子裝置1之耗電量大，而當電子裝置1處於關機狀態時，其電壓降值Vd(例如由4伏特下降至3.9伏特)則最小，表示電子裝置1之耗電量為最小。充電控制電路11可根據電壓降值Vd之大小而控制對可充電電池10之充電速度，其詳細說明如下。

充電控制電路11包括一充電模組111、一開關元件112、一 負載偵測元件113以及一調整元件114，充電模組111連接於該可充電電池，用以提供一充電電流Ib至可充電電池10而進行充電。開關元件112連接於充電模組111，用以於開關元件112被啟動時輸出一控制電流Id至充電模組111。負載偵測元件113係藉由一接腳(圖1中以adc表示)而連接於可充電電池10，用以根據可充電電池10之電壓降值Vd而輸出一負載範圍訊號S。調整元件114連接於開關元件112以及負載偵測元件113，用以根據負載範圍訊號S而輸出一控制電壓Vt至開關元件112，以控制開關元件112輸出控制電流Id之大小，其中，當控制電流Id越大時，充電模組111所輸出之充電電流Ib越大。

充電模組111包括一固定電阻R以及一充電控制元件 1111，固定電阻R與調整元件114串聯，用以供控制電流Id通過，而充電 控制元件1111藉由一第三接腳(圖1中以3表示)而連接於可充電電池10，且藉由一第五接腳(圖1中以5表示)而連接於固定電阻R，用以根據控制電流Id而產生充電電流Ib，且傳輸充電電流Ib至可充電電池10。其中，充電控制元件1111係藉由一第四接腳(圖1中以4表示)而連接於一電壓源(圖1中以VCC表示)，使充電控制元件1111得以運作。開關元件112之一閘極(圖1中以g表示)連接於調整元件114，且開關元件112之一汲極(圖1中以d表示)連接於固定電阻R，而源極(圖1中以s表示)接地。於本較佳實施例中，充電控制元件1111係為一充電積體電路，而開關元件112係為一N型金氧半場效電晶體(NMOSFET)。

負載偵測元件113預設有複數電壓範圍，於本較佳實施例 中，負載偵測元件113預設有16個電壓範圍Rv1~Rv16。當負載偵測元件113接收到電壓降值Vd時，判斷電壓降值Vd係位於複數電壓範圍Rv1~Rv16中之一目標電壓範圍，且輸出對應於目標電壓範圍之負載範圍訊號S。圖1中，負載偵測元件113具有複數接腳(圖1中以1~4表示)，於本較佳實施例中，負載偵測元件113係藉由4支接腳而連接於調整元件114。每一接腳連接於調整元件114，用以根據目標電壓範圍而輸出一邏輯準位訊號，其中複數接腳所輸出之複數邏輯準位訊號形成負載範圍訊號S。舉例說明，當接收到接近於0之電壓降值Vd時，因應電壓降值Vd，負載偵測元件113之接腳1~接腳4分別輸出一低邏輯準位訊號(亦即邏輯0)，使調整元件114接收到由複數低邏輯準位訊號所形成之負載範圍訊號S。

接下來說明電壓降值Vd與複數電壓範圍Rv1~Rv16，舉例 說明：例如可充電電池10所產生之電壓降值Vd之範圍為0伏特至4伏特之間，且將0伏特至4伏特之間分隔為16個範圍：0~0.25伏特為電壓範圍Rv1、0.25伏特~0.5伏特為電壓範圍Rv2、0.5伏特~0.75伏特為電壓範 圍Rv3、0.75伏特~1伏特為電壓範圍Rv4、1~1.25伏特為電壓範圍Rv5、1.25伏特~1.5伏特為電壓範圍Rv6、1.5伏特~1.75伏特為電壓範圍Rv7、1.75伏特~2伏特為電壓範圍Rv8、2伏特~2.25伏特為電壓範圍Rv9、2.25伏特~2.5伏特為電壓範圍Rv10、2.5伏特~2.75伏特為電壓範圍Rv11、2.75伏特~3伏特為電壓範圍Rv12、3伏特~3.25伏特為電壓範圍Rv13、3.25伏特~3.5伏特為電壓範圍Rv14、3.5伏特~3.75伏特為電壓範圍Rv15、3.75伏特~4伏特為電壓範圍Rv16。

以下表說明由複數準位訊號所形成之負載範圍訊號S與複 數電壓範圍Rv1~Rv16之間的關係。

需特別說明的是，本較佳實施例中，複數電壓範圍Rv1~Rv16分別對應於負載偵測元件113之4支接腳所產生之16種負載範圍訊號S，且負載範圍訊號S係為4個位元，但非以此為限，負載偵測元件亦可採用2支接腳而產生4種2個位元之負載範圍訊號，以對應於4個電壓範圍。也就是說，負載偵測元件可根據需求，採用n支接腳而產生2ⁿ 種n個位元之負載範圍訊號，以對應於2ⁿ 個電壓範圍。

圖1中，當負載偵測元件113輸出負載範圍訊號S至調整元件114時，調整元件114根據負載範圍訊號S而產生控制電壓Vt予開關元件112而調整開關元件112中之一通道之一開放寬度，使控制電流Id通過通道而輸出至充電模組111。其中，控制電壓Vt越大，通道之開放寬度越大，且控制電流Id越大。本較佳實施例中，負載偵測元件113係一類比數位轉換器，調整元件114係一數位類比轉換器，而負載偵測元件113係設置於一微處理器中，調整元件114設置於微處理器之外且連接於微處理器。

接下來說明本發明充電控制電路之運作情形。當電子裝置1運作且可充電電池10輸出較小的電壓降值Vd時，負載偵測元件113接收到較小的電壓降值Vd，例如電壓降值Vd為0.2伏特，根據上表可知，負載偵測元件113判斷電壓降值Vd係對應於電壓範圍Rv1，亦即目標電壓範圍即為電壓範圍Rv1。此時，負載偵測元件113藉由接腳1~接腳4皆輸出低邏輯準位訊號(亦即邏輯0)，使得負載偵測元件113所輸出之負載範圍訊號S為由邏輯0000這4個位元的邏輯準位訊號而組成。

當調整元件114接收到負載範圍訊號S(亦即邏輯0000)時， 調整元件114輸出對應於負載範圍訊號S之控制電壓Vt至開關元件112，使開關元件112之閘極電壓等於控制電壓Vt。因應開關元件112之特性，控制電壓Vt越大，開關元件112之通道的開放寬度越大，故開關元件112之通道的開放寬度為最小，使得可通過通道之一通道電流最小，以輸出最小的控制電流Id經過固定電阻R，且進入充電控制元件1111。最後，充電控制元件1111根據控制電流Id之大小而藉由接腳(圖1以3表示)輸出相對應之充電電流Ib，以利用最小的充電電流Ib對可充電電池10充電。

需特別說明的是，本發明充電控制元件1111預設最小的充 電電流Ib為一初始電流，且該初始電流之大小至少大於或等於100毫安培(mA)，以避免充電控制元件1111以過小的電流(例如80毫安培或以下)進行充電，而造成充電效果不彰。

當電子裝置1處於激烈的運作狀態，使可充電電池10因耗 電量增大而輸出較大的電壓降值Vd時，負載偵測元件113接收到較大的電壓降值Vd，例如電壓降值Vd為3.2伏特，根據上表可知，負載偵測元件113判斷電壓降值Vd係對應於電壓範圍Rv13，亦即目標電壓範圍即為電壓範圍Rv13。此時，負載偵測元件113藉由接腳1以及接腳2分別輸出高邏輯準位訊號(亦即邏輯1)，而藉由接腳3以及接腳4分別輸出低邏輯準位訊號(亦即邏輯0)，使得負載偵測元件113所輸出之負載範圍訊號S為由邏輯1100這4個位元的邏輯準位訊號而組成。

當調整元件114接收到負載範圍訊號S(亦即邏輯1100)時， 調整元件114輸出對應於負載範圍訊號S之控制電壓Vt至開關元件112，使開關元件112之通道的開放寬度變大，且可通過通道之通道電流增大，以輸出較大的控制電流Id經過固定電阻R，且進入充電控制元件1111。最後，充電控制元件1111根據控制電流Id之大小而藉由接腳(圖1以3表示) 輸出相對應之充電電流Ib，以利用較大的充電電流Ib(例如450毫安培)對可充電電池10充電。

需特別說明的是，本發明充電控制元件1111預設最大的充 電電流Ib為500毫安培，假設當可充電電池10所輸出之電壓降值Vd大於4伏特時，充電控制元件1仍然以最大的500毫安培進行充電，以避免電子裝置1承載過大的電流而發生燒毀或故障之情形。

根據上述可知，本發明充電控制電路預設有複數電壓範圍， 使得負載偵測元件可根據可充電電池之電壓降值而判斷其電壓降值介於哪一電壓範圍中，且輸出相對應之負載範圍訊號至調整元件。調整元件輸出對應於負載範圍訊號之控制電壓，使開關元件被啟動且控制開關元件所輸出之控制電流之大小。最後，利用充電模組以對應於控制電流之充電電流對可充電電池充電，以便於因應電子裝置之運作情形而控制其充電電流之大小，而變更其充電速度。另外，由於一般可充電的電子裝置中皆已設置有充電模組，而其電子裝置之微處理器中皆包含有類比數位轉換器，故僅需額外設置調整元件以及開關元件於電子裝置內部即可形成本發明充電控制電路。由於調整元件以及開關元件之零件成本低廉，因此，本發明充電控制電路具有低成本的優點，以符合經濟效應。

此外，本發明更提供一與前述較佳實施例不同之另一較佳實 施例。請參閱圖2，其為本發明充電控制電路於第二較佳實施例中之電路示意圖。圖2顯示一電子裝置2，且電子裝置2包括一可充電電池20以及一充電控制電路21，且充電控制電路21包括一充電模組211、一開關元件212、一負載偵測元件213以及一調整元件214，且充電模組211包括一固定電阻R以及一充電控制元件2111，本較佳實施例之可充電電池20之結構以及運作情形係與前述第一較佳實施例相同，而不再贅述。而本較佳實施 例與第一較佳實施例不同之處在於，充電控制電路21之結構，詳細說明如下。

本較佳實施例之充電模組211、開關元件212、負載偵測元 件213以及調整元件214之運作情形大致上與前述較佳實施例相同，而不再贅述，其不同之處有二，第一，開關元件212之一閘極(圖2中以g表示)連接於調整元件214，且開關元件212之一汲極(圖2中以d表示)連接於固定電阻R，而源極(圖2中以s表示)接地。於本較佳實施例中，開關元件212係為一P型金氧半場效電晶體(PMOSFET)。雖然開關元件212採用P型金氧半場效電晶體，但開關元件212之運作情形與前述第一較佳實施例相同。 第二，負載偵測元件213係一類比數位轉換器，調整元件214係一數位類比轉換器，而負載偵測元件213以及調整元件214係整合於一高階的微處理器中。至於本較佳實施例之充電控制電路21的運作情形係與第一較佳實施例相同，而不再多加說明。

根據上述可知，本發明充電控制電路可因應電子裝置之運作 情形而控制其充電電流之大小，而調整其充電速度。另外，由於一般可充電的電子裝置中皆已設置有充電模組，且當電子裝置採用高階的微處理器，亦即包含有類比數位轉換器以及數位類比轉換器之微處理器時，僅需額外設置開關元件於電子裝置內部即可形成本發明充電控制電路，使得本發明充電控制電路具有便於組裝之優點。

綜言之，根據上述可知，本發明充電控制電路可根據電子裝 置之可充電電池所產生之電壓降值而控制充電電流之大小，其中充電電流因應電壓降值之增加而變大。因此，本發明充電控制電路可調整其充電速度，以確保可產生良好的充電效率。由於形成本發明充電控制電路之大部份電路元件皆已包含於電子裝置內部，故僅需額外設置開關元件以及調整 元件或額外設置開關元件於電子裝置中，即可形成本發明充電控制電路。由於需要額外設置之元件少，使得本發明充電控制電路具有易於組裝之優點，且元件成本低廉，以符合經濟效應。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。

1‧‧‧電子裝置

10‧‧‧可充電電池

11‧‧‧充電控制電路

111‧‧‧充電模組

112‧‧‧開關元件

113‧‧‧負載偵測元件

114‧‧‧調整元件

1111‧‧‧充電控制元件

Ib‧‧‧充電電流

Id‧‧‧控制電流

Vd‧‧‧電壓降值

Vt‧‧‧控制電壓

R‧‧‧固定電阻

Rv1~Rv16‧‧‧電壓範圍

S‧‧‧負載範圍訊號

Claims (7)

1. 一種充電控制電路，設置於一電子裝置中且連接於該電子裝置之一可充電電池，用以對該可充電電池充電，該充電控制電路包括：一充電模組，連接於該可充電電池，用以提供一充電電流至該可充電電池而進行充電；一開關元件，連接於該充電模組，用以於被啟動時輸出一控制電流至該充電模組；一負載偵測元件，連接於該可充電電池，用以根據該可充電電池所輸出之一電壓降值而輸出一負載範圍訊號；以及一調整元件，連接於該開關元件以及該負載偵測元件，用以根據該負載範圍訊號而輸出一控制電壓至該開關元件，以控制該開關元件輸出該控制電流之大小；其中該充電電流因應該電壓降值之增加而變大；其中該負載偵測元件預設有複數電壓範圍，當該負載偵測元件接收到該電壓降值時，判斷該電壓降值係位於該複數電壓範圍中之一目標電壓範圍，且輸出對應於該目標電壓範圍之該負載範圍訊號，以及當該負載偵測元件輸出該負載範圍訊號至該調整元件時，該調整元件輸出對應於該負載範圍訊號之該控制電壓而調整該開關元件中之一通道之一開放寬度，使該通道之一通道電流通過該通道而輸出該控制電流至該充電模組；其中該控制電壓越大，該通道之開放寬度越大，通過該通道之該通道電流越大，且該控制電流越大。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充電控制電路，其中該負載偵測元件具有複數接腳，每一該接腳連接於該調整元件，用以根據該目標電壓範圍而 輸出一邏輯準位訊號；其中該複數接腳所輸出之該複數邏輯準位訊號形成該負載範圍訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之充電控制電路，其中該充電模組包括：一固定電阻，與該調整元件串聯，用以供該控制電流通過；以及一充電控制元件，連接於該可充電電池以及該固定電阻，用以根據該控制電流而產生該充電電流，且傳輸該充電電流至該可充電電池。
4. 如申請專利範圍第3項所述之充電控制電路，其中該開關元件之一閘極連接於該調整元件，且該開關元件之一汲極連接於該固定電阻，而該源極接地；其中該開關元件係一N型金氧半場效電晶體。
5. 如申請專利範圍第3項所述之充電控制電路，其中該開關元件之一閘極連接於該調整元件，且該開關元件之一汲極連接於該固定電阻，而該源極接地；其中該開關元件係一P型金氧半場效電晶體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之充電控制電路，其中該負載偵測元件係一類比數位轉換器，該調整元件係一數位類比轉換器，而該負載偵測元件以及該調整元件係整合於一微處理器中。
7. 如申請專利範圍第1項所述之充電控制電路，其中該負載偵測元件係一類比數位轉換器，該調整元件係一數位類比轉換器，而該負載偵測元件係設置於一微處理器中，且該調整元件設置於該微處理器之外且連接於該微處理器。