TWI628896B - 具有寬範圍輸出電壓之充電器 - Google Patents
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Abstract
一種具有寬範圍輸出電壓之充電器,包含一電壓輸出端、一第一固定電壓輸出單元、一電壓調變單元及一負載電壓偵測單元;該第一固定電壓輸出單元產生一第一固定電壓;該負載電壓偵測單元偵測負載電壓並傳送至該電壓調變單元;該電壓調變單元根據負載電壓及負載充電電壓需求產生一調變電壓並傳送該調變電壓至該第一固定電壓輸出單元;該第一固定電壓輸出單元將該第一固定電壓及該調變電壓傳送至該電壓輸出端;其中,該調變電壓為一第二固定電壓的n倍,n為正數。
Description
本發明係有關於一種充電器,特別是一種具有寬範圍輸出電壓之充電器。
請參考圖7,其係為相關技術之充電器之一實施例局部電路圖。相關技術之充電器係用以對一負載20進行充電;該負載20可為例如但不限定為一電池模組。前述該充電器係接收交流電壓並轉換成為一輸出直流電壓202,並接著透過一電壓輸出端102傳送該輸出直流電壓202至該負載20以對該負載20進行充電。
其中,交流電壓係首先由橋式整流器對其進行整流;如果前述該充電器的輸出功率大於例如75瓦特,則由功率因數校正電路對整流後的交流電壓進行處理;最後,由主隔離變壓器輸出該輸出直流電壓202至該負載20以對該負載20進行充電。
其中,該輸出直流電壓202的範圍係介於電池最低電壓與設計固定電壓之間;例如,如果電池的電壓規格為9伏特,則該輸出直流電壓202的範圍將介於6伏特至9伏特之間。前述充電器的缺點為該輸出直流電壓202的範圍過小,以至於製作完成後的充電器的應用範圍變小;例如,前述充電器即無法對低電壓規格電池或高電壓規格電池進行充電。
為改善上述習知技術之缺點,本發明之目的在於提供一種具有寬範圍輸出電壓之充電器。
為達成本發明之上述目的,本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器包含:一電壓輸出端;一第一固定電壓輸出單元,電性連接至該電壓輸出端,該第一固定電壓輸出單元產生一第一固定電壓;一電壓調變單元,電性連接至該第一固定電壓輸出單元;及一負載電壓偵測單元,電性連接至該電壓輸出端、該第一固定電壓輸出單元及該電壓調變單元,該負載電壓偵測單元偵測負載電壓並傳送至該電壓調變單元;其中,該電壓調變單元根據負載電壓及負載充電電壓需求產生一調變電壓並傳送至該第一固定電壓輸出單元,該第一固定電壓輸出單元將該第一固定電壓及該調變電壓傳送至該電壓輸出端;其中,該調變電壓為一第二固定電壓的n倍,n為正數。
再者,如上所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中更包含與該電壓調變單元電性連接的一第二固定電壓輸出單元,以供應該第二固定電壓至該電壓調變單元。
再者,如上所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中該第二固定電壓輸出單元為由外部提供交流電源的AC/DC電源轉換電路或外接的DC電源。
再者,如上所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中該第二固定電壓輸出單元為由內部提供交流電源的電源轉換電路。
再者,如上所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中該電壓調變單元為一升降壓電路。
再者,如上所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中該負載電壓偵測單元包含一控制單元,該控制單元根據負載充電電壓需求控制該電壓調變單元產生該調變電壓。
再者,如上所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,更包含一控制單元,電性連接至該電壓調變單元及該負載電壓偵測單元,其中,負載透過該負載電壓偵測單元通知該控制單元負載充電電壓需求;該控制單元根據負載充電電壓需求控制該電壓調變單元產生該調變電壓。
再者,如上所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中n範圍介於0.1至10。
本發明之功效在於充電器之輸出電壓係為寬範圍的電壓,使得充電器的應用範圍變大。
10‧‧‧充電器
20‧‧‧負載
30‧‧‧交流電源供應裝置
32‧‧‧交流電源
34‧‧‧直流電源
36‧‧‧輔助電源
102‧‧‧電壓輸出端
104‧‧‧第一固定電壓輸出單元
105‧‧‧第二固定電壓輸出單元
106‧‧‧電壓調變單元
108‧‧‧負載電壓偵測單元
110‧‧‧控制單元
112‧‧‧功率因數校正電路
114‧‧‧主電路
116‧‧‧回授補償電路
118‧‧‧主隔離變壓器
120‧‧‧整流電路
122‧‧‧開關模組
124‧‧‧降壓電路
126‧‧‧升壓電路
202‧‧‧輸出直流電壓
10402‧‧‧第一固定電壓
10502‧‧‧第二固定電壓
10602‧‧‧調變電壓
P1‧‧‧第一接點
P2‧‧‧第二接點
P3‧‧‧第三接點
P4‧‧‧第四接點
P5‧‧‧第五接點
P6‧‧‧第六接點
P7‧‧‧第七接點
P8‧‧‧第八接點
P9‧‧‧第九接點
P10‧‧‧第十接點
P11‧‧‧第十一接點
P12‧‧‧第十二接點
R1‧‧‧電流偵測電阻
圖1為本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器之第一實施例方塊圖。
圖2為本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器之第二實施例方塊圖。
圖3為本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器之一實施例局部大略電路圖。
圖4為本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器之一實施例局部電路方塊圖。
圖5為本發明之電壓調變單元之一實施例方塊圖。
圖6為本發明之控制單元及其週邊之一實施例電路圖。
圖7為相關技術之充電器之一實施例局部電路圖。
有關本發明的詳細說明及技術內容,請參閱以下的詳細說明和附圖說明如下,而附圖與詳細說明僅作為說明之用,並非用於限制本發明。
請參考圖1,其係為本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器之第一實施例方塊圖。本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器10(以下簡稱為充電器10)係用以對一負載20進行充電;該充電器10包含一電壓輸出端102、一第一固定電壓輸出單元104、一電壓調變單元106、一第二固定電壓輸出單元105及一負載電壓偵測單元108;該負載電壓偵測單元108包含一控制單元110。該電壓調變單元106電性連接至該第一固定電壓輸出單元104、該第二固定電壓輸出單元105、該負載電壓偵測單元108及該控制單元110;該電壓輸出端102電性連接至該第一固定電壓輸出單元104、該負載電壓偵測單元108、該控制單元110及該負載20;該負載20還電性連接至該負載電壓偵測單元108及該控制單元110。在圖1當中,該負載20與該負載電壓偵測單元108之間的虛線為訊號線。
以下內容介紹本案圖1之主要技術特徵:首先,該負載電壓偵測單元108偵測該負載20之一負載電壓並傳送該負載20之該負載電壓至該電壓調變單元106(即,該負載電壓偵測單元108通知該電壓調變單元106該負載20之該負載電壓),且該負載20透過該負載電壓偵測單元108通知該控制單元110該負載20之一負載充電電壓需求;至此,該電壓調變單元106已知悉該負載20之該負載電壓,且該控制單元110已知悉該負載20之該負載充電電壓需求。
該第二固定電壓輸出單元105係供應一第二固定電壓10502至該電壓調變單元106,而根據該負載20之該負載電壓及該負載20之該負載充電電壓需求,該控制單元110控制該電壓調變單元106利用該第二固定電壓10502產生一調變電壓10602並傳送該調變電壓10602至該第一固定電壓輸出單元104。
而該第一固定電壓輸出單元104係用以產生一第一固定電壓10402;最後,該第一固定電壓輸出單元104將該第一固定電壓10402串加(即疊加,利用重疊定理superposition theorem)該調變電壓10602傳送至該電壓輸出端102,藉以對該負載20進行充電。
其中,該調變電壓10602係為該第二固定電壓10502的n倍,而n為正數,例如但不限定其範圍為介於0.1至10。該第二固定電壓輸出單元105可為例如但本發明不限定為由外部提供交流電源的AC/DC(交流轉直流)電源轉換電路、外接的DC(直流)電源或由內部提供交流電源的電源轉換電路;而該電壓調變單元106可為例如但本發明不限定為一升降壓電路,該負載20可為例如但本發明不限定為一電池模組。
請參考圖2,其係為本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器之第二實施例方塊圖。本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器10(以下簡稱為充電器10)係用以對一負載20進行充電;該充電器10包含一電壓輸出端102、一第一固定電壓輸出單元104、一電壓調變單元106、一第二固定電壓輸出單元105、一負載電壓偵測單元108及一控制單元110。該電壓調變單元106電性連接至該第一固定電壓輸出單元104、該第二固定電壓輸出單元105及該控制單元110;該電壓輸出端102電性連接至該第一固定電壓輸出單元104、該負載電壓偵測單元108及該負載20;該負載電壓偵測單元108還電性連接至該負載20及該控制單元110。在圖2當中,該負載20與該負載電壓偵測單元108之間的虛線為訊號線。
本案圖2之主要技術特徵與圖1相似,故於此不再贅述,不同處在於:該負載電壓偵測單元108偵測該負載20之一負載電壓並透過該控制單元110傳送該負載20之該負載電壓至該電壓調變單元106(即,該負載電壓偵測單元108透過該控制單元110通知該電壓調變單元106該負載20之該負載電壓)且該負載20透過該負載電壓偵測單元108通知該控制單元110該負載20之一負載充電電壓需求。
請參考圖3,其係為本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器之一實施例局部大略電路圖,其並非用以限制本發明;如圖3所示,該第一固定電壓輸出單元104係為一變壓器之一次級側第一繞組;該第二固定電壓輸出單元105係為該變壓器之一次級側第二繞組。在一具體實施例,該第一固定電壓10402為4.5伏特,該第二固定電壓10502為4.5伏特,該調變電壓10602為0.45伏特~9伏特(即,在此具體實施例當中,該調變電壓10602為該第二固定電壓10502的0.1~2倍),則該電壓輸出端102的電壓(即該第一固定電壓10402加上該調變電壓10602的電壓)為4.95伏特~13.5伏特,比起前述相關技術之充電器的輸出電壓範圍(6伏特~9伏特)為寬。
請參考圖4,其係為本發明之具有寬範圍輸出電壓之充電器之一實施例局部電路方塊圖;請復參考圖1~3。再者,該充電器10係連接至一交流電源供應裝置30以接收一交流電源32;該充電器10至少更包含一整流電路120、一功率因數校正電路112、一主電路114、一開關模組122、一第一接點P1、一第二接點P2及一第三接點P3;該主電路114至少包含一回授補償電路116、一主隔離變壓器118、一第四接點P4、一第五接點P5、一第六接點P6及一第七接點P7。
該整流電路120係用以整流該交流電源32以得到一直流電源34,接著該功率因數校正電路112補償該直流電源34之電壓相位及電流相位。在該主
隔離變壓器118之初級側,該主隔離變壓器118透過該第四接點P4輸出一輔助電源36以提供該主電路114的積體電路工作電壓,而在該主隔離變壓器118之次級側,該第一固定電壓輸出單元104輸出該第一固定電壓10402,該第二固定電壓輸出單元105輸出該第二固定電壓10502至該第七接點P7(接續圖5,容後詳述)。當該開關模組122導通時(導通時機容後詳述),該充電器10利用該第一固定電壓10402加上該調變電壓10602對該負載20進行充電。圖4所示之該主電路114為Flyback架構,但當該充電器10之輸出功率大於75W時,該主電路114則常用LLC諧振架構、全橋式架構或順向式架構取代。
請參考圖5,其係為本發明之電壓調變單元之一實施例方塊圖;請復參考圖1~4。該電壓調變單元106包含一降壓電路124、一升壓電路126、一第八接點P8及一第九接點P9。接續圖4的說明,該降壓電路124係透過該第七接點P7接收該第二固定電壓10502,並協同該升壓電路126對該第二固定電壓10502進行升降壓之處理以得到該調變電壓10602,接著透過該第六接點P6輸出該調變電壓10602(如圖4所示)。
請參考圖6,其係為本發明之控制單元及其週邊之一實施例電路圖;請復參考圖1~5。該控制單元110至少包含一電流偵測電阻R1、一第十接點P10、一第十一接點P11及一第十二接點P12。當該負載20(例如為該電池模組)連接該充電器10時,首先該控制單元110讀取該電池模組之複數之電池芯的各別的電壓,而該電池模組提供一電壓訊號給該控制單元110以透過如圖4所示之該第三接點控制導通充電電源至該電池模組。在該電池模組利用內部的積體電路偵測該些電池芯為正常之後,該電池模組送出一對應的數值給該控制單元110,使得該控制單元110分別透過如圖5所示之該第八接點P8和該第九接點P9傳送控制訊號至該降壓電路124及該升壓電路126以控制該降壓電路124及該升壓電路126調整該第二固定電壓10502為該調變電壓10602。該控制單元110及其週邊
電路係透過如圖6所示之該第十二接點P12偵測該電壓輸出端102的電壓數值並傳送該電壓輸出端102的電壓數值至該控制單元110,接著該控制單元110透過如圖4所示之該第二接點P2控制如圖4所示之該開關模組122導通,藉以對該負載20進行充電。
其中,透過如圖6所示之該第十接點P10,該控制單元110控制充電電流的大小初始值;而在該電池模組的充電過程中,下列數據會即時回傳給該控制單元110判斷,以控制充電電流的大小與監視該些電池芯的狀態:
1.各電池芯的電壓值。
2.透過如圖6所示之該電流偵測電阻R1偵測充電電流並回授給該控制單元110,並透過如圖6所示之該第十一接點P11調整控制充電電流大小的脈波寬度調變訊號。
本發明之功效在於充電器之輸出電壓係為寬範圍的電壓,使得充電器的應用範圍變大。
然以上所述者,僅為本發明之較佳實施例,當不能限定本發明實施之範圍,即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等,皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。本發明還可有其它多種實施例,在不背離本發明精神及其實質的情況下,熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形,但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。綜上所述,當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性,又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用,完全符合發明專利申請要件,爰依專利法提出申請。
Claims (7)
- 一種具有寬範圍輸出電壓之充電器,包含:一電壓輸出端;一第一固定電壓輸出單元,電性連接至該電壓輸出端,該第一固定電壓輸出單元產生一第一固定電壓;一電壓調變單元,電性連接至該第一固定電壓輸出單元;一第二固定電壓輸出單元,電性連接至該電壓調變單元,以供應一第二固定電壓至該電壓調變單元;及一負載電壓偵測單元,電性連接至該電壓輸出端、該第一固定電壓輸出單元及該電壓調變單元,該負載電壓偵測單元偵測負載電壓並傳送至該電壓調變單元;其中,該電壓調變單元根據負載電壓及負載充電電壓需求產生一調變電壓並傳送至該第一固定電壓輸出單元,該第一固定電壓輸出單元將該第一固定電壓及該調變電壓傳送至該電壓輸出端;其中,該調變電壓為該第二固定電壓的n倍,n為正數。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中該第二固定電壓輸出單元為由外部提供交流電源的AC/DC電源轉換電路或外接的DC電源。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中該第二固定電壓輸出單元為由內部提供交流電源的電源轉換電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中該電壓調變單元為一升降壓電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中該負載電壓偵測單元包含一控制單元,該控制單元根據負載充電電壓需求控制該電壓調變單元產生該調變電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,更包含一控制單元,電性連接至該電壓調變單元及該負載電壓偵測單元,其中,負載透過該負載電壓偵測單元通知該控制單元負載充電電壓需求;該控制單元根據負載充電電壓需求控制該電壓調變單元產生該調變電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有寬範圍輸出電壓之充電器,其中n範圍介於0.1至10。
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