TWI525330B - 電池模擬裝置 - Google Patents

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Description

電池模擬裝置
本發明是有關於一種模擬裝置，且特別是有關於一種電池模擬裝置。
隨著科技的進步，各類電子產品皆朝向高速度、高效能、且輕薄短小的趨勢去發展。於是，各種可攜式電子裝置逐漸成為主流，例如筆記型電腦(Notebook)等。為了便利於使用者攜帶和使用，通常都會在可攜式電子裝置中配置一充電電池，以增加可攜式電子裝置的實用性。由於筆記型電腦強調的就是可攜性，因此可攜式電子裝置的電池介面的測試是一門重點的項目。傳統的測試方式是安裝真正的充電電池，而充電電池的插拔可能會損壞電池介面，並且充電電池也會因為使用過度而耗損。因此，如何有效且不損害電池介面的情況下測試電池介面則成為一個重點的課題。
本發明提供一種電池模擬裝置，可透過簡單的電路模擬 電池的運作方式，以降低測試電子裝置的硬體成本。
本發明的電池模擬裝置，包括一電源供應單元、一狀態調整單元及一阻抗單元。電源供應單元耦接一電池介面的一電源端點，以依據電源端點提供的一裝置電壓決定是否提供一操作電壓至電源端點。狀態調整單元耦接電源端點，以依據裝置電壓提供一阻抗調整信號。阻抗單元耦接於電源端點與一接地電壓之間，且耦接狀態調整單元以接收阻抗調整信號，阻抗單元依據阻抗調整信號調整其阻抗值。
在本發明的一實施例中，阻抗單元包括一導通元件、一儲能元件。導通元件耦接於電源端點與接地電壓之間，且接收阻抗調整信號以調整其阻抗值。儲能元件耦接於電源端點與接地電壓之間。
在本發明的一實施例中，導通元件包括一壓控導通元件。
在本發明的一實施例中，儲能元件包括一電容。
在本發明的一實施例中，狀態調整單元包括一誤差控制單元，用以接收裝置電壓及一第一參考電壓，且依據裝置電壓與第一參考電壓的誤差值提供阻抗調整信號，其中第一參考電壓大於電池介面的一額定電壓。
在本發明的一實施例中，當裝置電壓小於第一參考電壓時，導通元件呈現斷路狀態。
阻抗單元更包括一第一電阻，與導通元件串接於電源端點與接地電壓之間。
在本發明的一實施例中，誤差控制單元包括一誤差放大器、一第一電容、一第二電容、一第二電阻、一第三電阻及一第四電阻。誤差放大器具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中第二輸入端接收一比較電壓，輸出端提供阻抗調整信號。第一電容耦接於第一電阻及壓控導通元件的連接處與第一輸入端之間。第二電容及第二電阻串接於第一電阻及壓控導通元件的連接處與第一輸入端之間。第三電阻耦接於裝置電壓與第一輸入端之間。第四電阻耦接於第一輸入端與接地電壓之間。比較電壓對應於第一參考電壓乘以第三電阻與第四電阻的一分壓比值。
在本發明的一實施例中，電源供應單元於裝置電壓小於一第二參考電壓時提供操作電壓至電源端點。
在本發明的一實施例中，電源供應單元包括一電源供應器、一電壓開關及一比較器。電源供應器用以提供操作電壓。電壓開關耦接於電源端點與電源供應器之間，且接收一電壓提供信號。比較器接收裝置電壓及第二參考電壓，以提供電壓提供信號。
第二參考電壓小於電池介面的一額定電壓。
基於上述，本發明實施例的電池模擬裝置，其電源供應單元、阻抗單元及狀態調整單元會反應於電子裝置對電池的充放電動作提供操作電壓或調整阻抗單元的阻抗，以使電子裝置可正常運作。藉此，可透過簡單的電路模擬電池的運作方式，以降低測試電子裝置的硬體成本。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧電子裝置
11‧‧‧電池介面
100‧‧‧電池模擬裝置
110、110a‧‧‧電源供應單元
120、120a、120b‧‧‧阻抗單元
130、130a‧‧‧狀態調整單元
210、210a‧‧‧儲能元件
220、220a‧‧‧導通元件
230‧‧‧誤差控制單元
240‧‧‧電源供應器
250‧‧‧電源開關
260‧‧‧比較器
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
CA‧‧‧電容
EAP‧‧‧誤差放大器
GND‧‧‧接地電壓
M1‧‧‧電晶體
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
SRI‧‧‧阻抗調整信號
SSP‧‧‧電壓提供信號
TG‧‧‧接地端點
TP‧‧‧電源端點
VCP‧‧‧比較電壓
VDE‧‧‧裝置電壓
VOP‧‧‧操作電壓
Vref1‧‧‧第一參考電壓
Vref2‧‧‧第二參考電壓
圖1為依據本發明一實施例的電池模擬裝置耦接電子裝置的系統示意圖。
圖2為依據本發明的一實施例的電池模擬裝置的系統示意圖。
圖3為依據本發明的一實施例的狀態調整單元及阻抗單元的電路示意圖。
圖1為依據本發明一實施例的電池模擬裝置耦接電子裝置的系統示意圖。請參照圖1，在本實施例中，電池模擬裝置100耦接至電子裝置10的電池介面11，並且從電池介面11的電源端點TP接收裝置電壓VDE，從電池介面11的接地端點TG接收接地電壓GND。電池模擬裝置100包括電源供應單元110、阻抗單元120及狀態調整單元130。
電源供應單元110耦接電池介面11的電源端點TP，以依據電源端點TP提供的裝置電壓VDE決定是否提供操作電壓VOP至電源端點TP。
換言之，當裝置電壓VDE小於電池介面11的額定電壓 (例如19伏)時，代表電子裝置10是從電池介面11汲取電源，亦即電子裝置10是處於使用電池的狀態。此時，電源供應單元110需要提供操作電壓VOP至電源端點TP，以使電子裝置10可正常運作。其中，操作電壓VOP可相同於或接近電池介面11的額定電壓。當裝置電壓VDE大於電池介面11的額定電壓(例如19伏)時，代表電子裝置10不是從電池介面11汲取電源，亦即電子裝置10可處於使用變壓器的狀態，因此電源供應單元110會停止提供操作電壓VOP至電源端點TP，以避免影響電子裝置10的運作。
阻抗單元120耦接於電源端點TP與接地電壓GND之間，且耦接狀態調整單元130以接收阻抗調整信號SRI，其中阻抗單元120依據阻抗調整信號SRI調整其阻抗值。狀態調整單元130耦接電源端點TP，以依據裝置電壓VDE提供阻抗調整信號SRI。其中，阻抗調整信號SRI可以是電壓信號或脈波調變信號，此可依據阻抗單元120的設計而定。
換言之，當裝置電壓VDE大於電池介面11的額定電壓(例如19伏)時，代表裝置電壓VDE是對電池模擬裝置100進行充電(視同對電池進行充電)，此時狀態調整單元130會調整阻抗單元120的阻抗值，以使裝置電壓VDE大致維持於電池介面11的額定電壓(例如19伏)。當裝置電壓VDE小於電池介面11的額定電壓(例如19伏)時，代表電子裝置10已不提供電源至電池模擬裝置100，因此狀態調整單元130可調整阻抗單元120呈現斷路狀態，以降低阻抗單元120的電力消耗。
依據上述，本實施例的電源供應單元110、阻抗單元120及狀態調整單元130可反應於電子裝置10對電池的充放電而提供操作電壓VOP或調整阻抗單元120的阻抗，以使電子裝置10可正常運作。並且，由於電池模擬裝置100是由電路所構成，而不是真正的電池，因此不會有電池耗損的問題。
圖2為依據本發明的一實施例的電池模擬裝置的系統示意圖。請參照圖1及圖2，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，阻抗單元120a例如包括導通元件(pass element)220及儲能元件210。儲能元件210例如電容器或電感器，並且耦接於電源端點TP與接地電壓GND之間。導通元件220耦接於電源端點TP與接地電壓GND之間，且接收阻抗調整信號SRI以調整其阻抗值。
狀態調整單元130a例如包括誤差控制單元230。誤差控制單元230接收裝置電壓VDE及第一參考電壓Vref1，且依據裝置電壓VDE與第一參考電壓Vref1的誤差值(亦即壓差)提供阻抗調整信號SRI，例如阻抗調整信號SRI的電壓準位對應裝置電壓VDE與第一參考電壓Vref1的壓差，或者阻抗調整信號SRI的脈波寬度對應裝置電壓VDE與第一參考電壓Vref1的壓差。並且，當裝置電壓VDE小於第一參考電壓Vref1時，誤差控制單元230可控制導通元件220呈現斷路狀態。其中，第一參考電壓Vref1大於電池介面11的額定電壓，以避免誤判電子裝置10的狀態。
電源供應單元110a例如包括電源供應器240、電源開關 250及比較器260。電源供應器240用以提供操作電壓VOP。電源開關250耦接於電源端點TP與電源供應器240之間，且接收一電壓提供信號SSP，以依據電壓提供信號SSP決定是否提供操作電壓VOP至電源端點TP。
比較器260接收裝置電壓VDE及第二參考電壓Vref2，以依據裝置電壓VDE及第二參考電壓Vref2的比較結果提供電壓提供信號SSP。換言之，當裝置電壓VDE大於第二參考電壓Vref2時，比較器260透過電壓提供信號SSP關閉電源開關250，亦即電源供應單元110a於裝置電壓VDE大於等於第二參考電壓Vref2時不提供操作電壓VOP至電源端點TP；當裝置電壓VDE小於第二參考電壓Vref2時，比較器260透過電壓提供信號SSP導通電源開關250，亦即電源供應單元110a於裝置電壓VDE小於第二參考電壓Vref2時提供操作電壓VOP至電源端點TP。其中，第二參考電壓Vref2小於電池介面11的額定電壓，以避免誤判電子裝置10的狀態。
圖3為依據本發明的一實施例的狀態調整單元及阻抗單元的電路示意圖。請參照圖2及圖3，其中相同或相似元件使用相同或相似標號。在本實施例中，阻抗單元120b包括第一電阻R1、儲能元件210a及導通元件220a，其中第一電阻R1與導通元件220a串接於電源端點(即圖1所示TP)與接地電壓GND之間。並且，儲能元件210a例如包括電容CA，導通元件220a包括壓控導通元件(在此以電晶體M1為例)。電晶體M1的閘極接收阻抗調整信 號SRI。
誤差控制單元230a例如包括第一電容C1、第二電容C2、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4及誤差放大器EAP。誤差放大器EAP的負輸入端(對應第二輸入端)接收比較電壓VCP，誤差放大器EAP的輸出端提供阻抗調整信號SRI。第一電容C1耦接於第一電阻R1與電晶體M1(亦即壓控導通元件)的連接處與誤差放大器EAP的正輸入端(對應第一輸入端)之間。第二電容C2及第二電阻R2串接於第一電阻R1與電晶體M1的連接處與誤差放大器EAP的正輸入端之間。第三電阻R3耦接於裝置電壓VDE與誤差放大器EAP的正輸入端之間。第四電阻R4耦接於誤差放大器EAP的正輸入端與接地電壓GND之間。比較電壓VCP對應於第一參考電壓Vref1乘以第三電阻R3與第四電阻R4的一分壓比值，亦即VCP=Vref1×R4/(R3+R4)。
依據上述，當裝置電壓VDE上升時，阻抗調整信號SRI會降低電晶體M1的阻抗值，以使裝置電壓VDE下降至接近第一參考電壓Vref1；當裝置電壓VDE下降時，阻抗調整信號SRI會提高電晶體M1的阻抗值，以使裝置電壓VDE可能上升至接近第一參考電壓Vref1。然而，當電子裝置10未提供電源至電池模擬裝置100時，電晶體M1的阻抗值的調整無法使裝置電壓VDE上升。
此外，電晶體M1的開關可能會導致裝置電壓VDE產生漣波，進而可能影響誤差放大器EAP的運作，但第一電容C1、第 二電容C2及第二電阻R2會回授電晶體M1的汲極的暫態(亦即回授交流信號)，進而降低裝置電壓VDE產生漣波的可能，以及加速電壓收斂。
綜上所述，本發明實施例的電池模擬裝置，其電源供應單元、阻抗單元及狀態調整單元會反應於電子裝置對電池的充放電動作提供操作電壓或調整阻抗單元的阻抗，以使電子裝置可正常運作。藉此，可透過簡單的電路模擬電池的運作方式，以降低測試電子裝置的硬體成本。並且，由於電池模擬裝置是由電路所構成，因此不會有電池耗損的問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧電子裝置
11‧‧‧電池介面
100‧‧‧電池模擬裝置
110‧‧‧電源供應單元
120‧‧‧阻抗單元
130‧‧‧狀態調整單元
GND‧‧‧接地電壓
SRI‧‧‧阻抗調整信號
TG‧‧‧接地端點
TP‧‧‧電源端點
VDE‧‧‧裝置電壓
VOP‧‧‧操作電壓

Claims (10)

  1. 一種電池模擬裝置，包括：一電源供應單元，耦接一電池介面的一電源端點，以依據該電源端點提供的一裝置電壓決定是否提供一操作電壓至該電源端點；一狀態調整單元，耦接該電源端點，以依據該裝置電壓提供一阻抗調整信號，其中該狀態調整單元包括一誤差控制單元，用以接收該裝置電壓及一第一參考電壓，且依據該裝置電壓與該第一參考電壓的誤差值提供該阻抗調整信號，其中該第一參考電壓大於該電池介面的一額定電壓；以及一阻抗單元，耦接於該電源端點與一接地電壓之間，且耦接該狀態調整單元以接收該阻抗調整信號，該阻抗單元依據該阻抗調整信號調整其阻抗值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電池模擬裝置，其中該阻抗單元包括：一導通元件，耦接於該電源端點與該接地電壓之間，且接收該阻抗調整信號以調整其阻抗值；以及一儲能元件，耦接於該電源端點與該接地電壓之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電池模擬裝置，其中該導通元件包括一壓控導通元件。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的電池模擬裝置，其中該儲能元件包括一電容。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電池模擬裝置，其中當該裝置電壓小於該第一參考電壓時，該導通元件呈現斷路狀態。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電池模擬裝置，其中該阻抗單元更包括一第一電阻，與該導通元件串接於該電源端點與該接地電壓之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電池模擬裝置，其中該誤差控制單元包括：一誤差放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中該第二輸入端接收一比較電壓，該輸出端提供該阻抗調整信號；一第一電容，耦接於該第一電阻及該壓控導通元件的連接處與該第一輸入端之間；一第二電容及一第二電阻，串接於該第一電阻及該壓控導通元件的連接處與該第一輸入端之間；一第三電阻，耦接於該裝置電壓與該第一輸入端之間；以及一第四電阻，耦接於該第一輸入端與該接地電壓之間；其中，該比較電壓對應於該第一參考電壓乘以該第三電阻與該第四電阻的一分壓比值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電池模擬裝置，其中該電源供應單元於該裝置電壓小於一第二參考電壓時提供該操作電壓至該電源端點。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電池模擬裝置，其中該該電 源供應單元包括：一電源供應器，用以提供該操作電壓；一電壓開關，耦接於該電源端點與該電源供應器之間，且接收一電壓提供信號；以及一比較器，接收該裝置電壓及該第二參考電壓，以提供該電壓提供信號。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的電池模擬裝置，其中該第二參考電壓小於該電池介面的一額定電壓。
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