TWI663809B - 具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器 - Google Patents

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Abstract

充電器包含電源供應模組、輸出模組、偵測模組、微控制器，及重啟模組。偵測模組包含分壓電阻和負溫度係數熱敏電阻。分壓電阻之第一端耦接於電源供應模組提供之輔助電壓，負溫度係數熱敏電阻之第一端耦接於分壓電阻之第二端，負溫度係數熱敏電阻之第二端耦接於偏壓。微控制器之腳位耦接於分壓電阻和負溫度係數熱敏電阻之間，用來在腳位電位低於參考電壓時關閉微控制器。重啟模組包含比較器，其正輸入端耦接於腳位，負輸入端耦接於重啟電壓，而其輸出端用來在正輸入端之電位高於重啟電壓時輸出致能訊號，進而啟動輸出模組以提供輸出電壓。

Description

具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器
本發明相關於一種充電器，尤指一種具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器。
隨著科技發展，市面上的3C產品種類繁多，手機、筆記型電腦或數位相機等可攜式電子產品多半是由電池來供電。由於一次電池在用完後所製造出的大量廢電池會產生環保問題，現今消費者多半會使用二次電池，例如可重複充電的鋰電池。
充電器一般會設計防止過度充電保護電路、防止過度放電保護電路、防止過流保護電路，以及防止過溫度保護電路，進而避免電池因為過度充電、過度放電、過流短路，以及溫度過高而造成危險或永久地損壞電池結構。針對市面上充電器的過溫度保護機制大多為自動恢復模式，意思是當充電器發生過溫度保護時，充電器控制器會關閉，讓充電器停止輸出，直到充電器降溫後，在恢復控制器來讓充電器重新運作。
然而，當先前技術之充電器啟動過溫度保護時，並無法得知是內部哪個零件發生過熱的狀態，因此無法進行相對應的分析或除錯。因此，需要一種具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器。
本發明提供一種具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器，其包含一電源供應模組、一輸出模組、一偵測模組、一微控制器，以及一重啟模組。該電源供應模組用來提供一輔助電壓，而該輸出模組用來提供一輸出電壓。該偵測模組包含一分壓電阻和一負溫度係數熱敏電阻。該分壓電阻之第一端耦接於該輔助電壓，該負溫度係數熱敏電阻之第一端耦接於該分壓電阻之第二端，該負溫度係數熱敏電阻之第二端耦接於一偏壓。該微控制器之腳位耦接於該分壓電阻和該負溫度係數熱敏電阻之間，用來在該腳位之電位低於一參考電壓時關閉該微控制器。該重啟模組包含一比較器，其正輸入端耦接於該腳位，其負輸入端耦接於一重啟電壓，而其輸出端用來在該正輸入端之電位高於該重啟電壓時輸出一致能訊號，進而啟動該輸出模組以提供該輸出電壓。
10‧‧‧電源供應模組
20‧‧‧輸出模組
22‧‧‧電晶體驅動器
24‧‧‧輸出負載
30‧‧‧偵測模組
40‧‧‧微控制器
50‧‧‧重啟模組
100‧‧‧充電器
TR‧‧‧輔助繞組
P1~PN‧‧‧腳位
CP1~CPN‧‧‧比較器
D0‧‧‧輔助二極體
A1~AN、B1~BN‧‧‧二極體
C0‧‧‧輔助電容
Co‧‧‧輸出電容
V0‧‧‧輔助電壓
VT1~VTN‧‧‧感測電壓
V1~VN‧‧‧重啟電壓
VGND1、VGND2‧‧‧偏壓
Qo‧‧‧輸出開關
R1~RN‧‧‧分壓電阻
NTC1~NTCN‧‧‧負溫度係數熱敏電阻
第1圖為本發明實施例中一種具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器的示意圖。
第2圖為本發明實施例中充電器運作時的示意圖。
第1圖為本發明實施例中一種具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器100的示意圖。充電器100包含一電源供應模組10、一輸出模組20、一偵測模組30、一微控制器40，以及一重啟模組50。
電源供應模組10包含一輔助繞組TR、一輔助二極體D0，以及一輔助電容C0，可提供一輔助電壓V0至偵測模組30。然而，電源供應模組10之結構並不限定本發明之範疇。
輸出模組20包含一電晶體驅動器22、一輸出開關Qo、一輸出電容Co，以及一輸出負載24。電晶體驅動器22可依據一致能訊號S1來導通輸出開關Qo，進而提供一輸出電壓Vo來對電池充電。然而，輸出模組20之結構並不限定本發明之範疇。
偵測模組30包含N組分壓迴路和(N-1)組二極體電路，其中N為大於1的整數。每一分壓迴路各包含一分壓電阻(分別由R1~RN來代表)和一負溫度係數(negative temperature coefficient,NTC)熱敏電阻(分別由NTC1~NTCN來代表)，串聯於輔助電壓V0和一偏壓VGND1之間。
在本發明實施例中，負溫度係數熱敏電阻NTC1~NTCN可分別設置於充電器100內之不同零件附近，以提供相關於相對應零件運作溫度之感測電壓VT1~VTN，進而判斷相對應零件是否發生過溫度的現象。舉例來說，針對N=3時之實施例，負溫度係數熱敏電阻NTC1可設 置於充電器100之主變壓器(未顯示)以感測主變壓器之溫度(感測電壓VT1)，負溫度係數熱敏電阻NTC2可設置於充電器100之輸出二極體(未顯示)以感測輸出二極體之溫度(感測電壓VT2)，而負溫度係數熱敏電阻NTC3可設置於充電器100之主開關(未顯示)以感測主開關之溫度(感測電壓VT3)。其中，VT1=(V0-VGND1)*NTC1/(R1+NTC1)，VT2=(V0-VGND1)*NTC2/(R2+NTC2)，而VT3=(V0-VGND1)*NTC3/(R3+NTC3)。
另一方面，每一組二極體電路各包含兩個單向二極體(分別由A1和B1、A2和B2、…、AN和BN來代表)，彼此陰極互接地串聯於兩相鄰分壓迴路之間。(N-1)組二極體電路之作用是為了避免相鄰分壓迴路之負溫度係數熱敏電阻因不理想特性或是零件內熱阻變動的關係，導致負溫度係數熱敏電阻之電阻值誤差過大而失去其原有的穩定性，故加入一組串聯之兩個單向導通二極體來隔絕以避免誤動作的發生。
微控制器40包含N個腳位P1~PN，分別耦接至N組分壓迴路所提供之感測電壓VT1~VTN，再分別和微控制器40之內建參考電壓VREF1~VREFN做比較，以決定是否關閉微控制器40以讓充電器100停止輸出，或開啟微控制器40。舉例來說，針對上述N=3時之實施例，當負溫度係數熱敏電阻NTC1感應到充電器100之主變壓器(未顯示)溫度上升時，會因其負溫度係數的特性使其電阻值下降，而經由輔助電壓V0分壓至負溫度係數熱敏電阻NTC1上的感測電壓VT1也會跟著下降。一旦感測電壓VT1低於微控制器40之內建參考電壓VREF1時，微控制器40會關閉而停止充電器100之輸出。同理，當負溫度係數熱敏電阻NTC2感應到充電器100之輸出二極體(未顯示)溫度上升時，會因其負溫度係數的 特性使其電阻值下降，而經由輔助電壓V0分壓至負溫度係數熱敏電阻NTC2上的感測電壓VT2也會跟著下降。一旦感測電壓VT2低於微控制器40之內建參考電壓VREF2時，微控制器40會關閉而停止充電器100之輸出。同理，當負溫度係數熱敏電阻NTC3感應到充電器100之主開關(未顯示)溫度上升時，會因其負溫度係數的特性使其電阻值下降，而經由輔助電壓V0分壓至負溫度係數熱敏電阻NTC3上的感測電壓VT3也會跟著下降。一旦感測電壓VT3低於微控制器40之內建參考電壓VREF3時，微控制器40會關閉而停止充電器100之輸出。換句話說，只要負溫度係數熱敏電阻NTC1~NTCN其中之一感測到充電器100內之特定零件發生過溫度的情況，微控制器40就會關閉而停止充電器100之輸出。
重啟模組50包含N個比較器CP1~CPN，其正輸入端分別耦接於微控制器40之腳位P1~PN，負輸入端分別耦接於重啟電壓V1~VN，而輸出端耦接於輸出模組20。舉例來說，針對上述N=3時之實施例，當充電器100因主變壓器(未顯示)過熱而關閉一陣子後，過熱主變壓器溫度下降，相對應負溫度係數熱敏電阻NTC1也因負溫度係數的特性使其電阻值上升，而經由輔助電壓V0分壓至相對應負溫度係數熱敏電阻NTC1上的感測電壓VT1也隨之上升。一旦感測電壓VT1高於微控制器40之內建參考電壓VREF1時，微控制器40會再次開啟；一旦耦接至感測電壓VT1之比較器CP1正輸入端高於內建重啟電壓V1時，比較器CP1會輸出致能訊號S1給輸出模組20之電晶體驅動器22，使輸出開關Qo導通而讓充電器100恢復輸出。同理，當充電器100因輸出二極體(未顯示)過熱而關閉一陣子後，過熱輸出二極體溫度下降，相對應負溫度係數熱敏電阻NTC2也因負溫度係數的特性使其電阻值上升，而經由輔助電壓V0分壓 至相對應負溫度係數熱敏電阻NTC2上的感測電壓VT2也隨之上升。一旦感測電壓VT2高於微控制器40之內建參考電壓VREF2時，微控制器40會再次開啟；一旦耦接至感測電壓VT2之比較器CP2正輸入端高於內建重啟電壓V2時，比較器CP2會輸出致能訊號S1給輸出模組20之電晶體驅動器22，使輸出開關Qo導通而讓充電器100恢復輸出。同理，當充電器100因主開關(未顯示)過熱而關閉一陣子後，過熱主開關溫度下降，相對應負溫度係數熱敏電阻NTC3也因負溫度係數的特性使其電阻值上升，而經由輔助電壓V0分壓至相對應負溫度係數熱敏電阻NTC3上的感測電壓VT3也隨之上升。一旦感測電壓VT3高於微控制器40之內建參考電壓VREF3時，微控制器40會再次開啟；一旦耦接至感測電壓VT3之比較器CP3正輸入端高於內建重啟電壓V3時，比較器CP3會輸出致能訊號S1給輸出模組20之電晶體驅動器22，使輸出開關Qo導通而讓充電器100恢復輸出。
另一方面，本發明之變壓器10可利用微控制器40來記錄是哪個零件發生過熱狀態，以及記錄零件發生過溫度時的溫度，以利於後續分析或除錯以找到真正發生過溫度之原因。以充電器內部三個最易發生過熱的主變壓器、輸出二極體及主開關為例，此三個零件在過溫度上的定義不相同，也就是說這三個零件發生過溫度保護時的溫度不一樣，因此本發明利用三個不同阻值的負溫度係數熱敏電阻NTC1~NTC3來做進一步的偵測，將偵測模組30中3組分壓迴路以區塊性來做劃分，彼此之間透過各組二極體電路而不會相互影響，因此能同時達到保護紀錄及互不干涉的效果。
第2圖為本發明實施例中充電器100運作時的示意圖。針對上述N=3時之實施例，假設電源供應模組10所提供之輔助電壓V0為20V，偵測模組30中分壓電組R1~R3之值皆為5KΩ，第2圖顯示了主變壓器、輸出二極體及主開關分別被設定零件過溫度之溫度值、零件發生過溫度時之NTC阻值、零件發生過溫度時之NTC分壓電壓，以及零件被設定之重啟電壓。因此，微控制器40可以根據NTC分壓後的電壓值，進而得知是哪個零件發生過熱，並且清楚地知道發生過溫度時的確實溫度。此外，針對特定零件，其重啟電壓和零件發生過溫度時之NTC分壓電壓之值可採用磁滯(hysteresis)設計，亦即使V1>VT1，V2>VT2，…，VN>VN1以使微控制器40具有相異的開啟和關閉點，以避免過於頻繁地開啟/關閉動作。
綜上所述，本發明提供一種具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器，使用不同阻值之負溫度係數熱敏電阻來偵測不同元件是否過熱，因此能判斷是哪個零件發生過熱，並記錄發生過溫度時的確實溫度，以利於後續進行相對應的分析或除錯。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (10)

  1. 一種具過溫度保護並記錄過溫資訊之充電器，其包含：一電源供應模組，用來提供一輔助電壓；一輸出模組，用來提供一輸出電壓；一偵測模組，其包含：一第一分壓電阻，其包含：一第一端，耦接於該輔助電壓；以及一第二端；以及一第一負溫度係數熱敏電阻，其包含：一第一端，耦接於該第一分壓電阻之該第二端；以及一第二端，耦接於一第一偏壓；一微控制器，其包含一第一腳位，耦接於該第一分壓電阻和該第一負溫度係數熱敏電阻之間，用來在該第一腳位之電位低於一第一參考電壓時關閉該微控制器；以及一重啟模組，其包含：一第一比較器，其包含：一第一正輸入端，耦接於該第一腳位；一第一負輸入端，耦接於一第一重啟電壓；以及一第一輸出端，用來在該第一正輸入端之電位高於該第一重啟電壓時輸出一致能訊號，進而啟動該輸出模組以提供該輸出電壓。
  2. 如請求項1所述之充電器，其中該微控制器另用來在該第一腳位之電位高於該第一參考電壓時開啟該微控制器。
  3. 如請求項1所述之充電器，其中該第一負溫度係數熱敏電阻設置於該充電器內部之一零件旁以感測該零件之運作溫度。
  4. 如請求項3所述之充電器，其中該微控制器另用來在該第一腳位之電位低於該第一參考電壓時，紀錄該零件發生一過溫現象以及紀錄該零件發生該過溫現象時之溫度。
  5. 如請求項3所述之充電器，其中該零件係為該充電器內部之一主變壓器、一輸出二極體或一主開關。
  6. 如請求項1所述之充電器，其中該重啟電壓之值大於該第一參考電壓之值。
  7. 如請求項1所述之充電器，其中：該偵測模組另包含：一第二分壓電阻，其包含：一第一端，耦接於該輔助電壓；以及一第二端；以及一第二負溫度係數熱敏電阻，其包含：一第一端，耦接於該第二分壓電阻之該第二端；以及一第二端，耦接於該第一偏壓；該微控制器另包含一第二腳位，耦接於該第二分壓電阻和該第二負溫度係數熱敏電阻之間，用來在該第二腳位之電位低於一第二參考電壓時關閉該微控制器；且該重啟模組另包含：一第二比較器，其包含：一第二正輸入端，耦接於該第二腳位；一第二負輸入端，耦接於一第二重啟電壓；以及一第二輸出端，用來在該第二正輸入端之電位高於該第二重啟電壓時輸出該致能訊號，進而啟動該輸出模組以提供該輸出電壓。
  8. 如請求項7所述之充電器，其中：該第一負溫度係數熱敏電阻設置於該充電器內部之一第一零件旁以感測該第一零件之運作溫度；以及該第二負溫度係數熱敏電阻設置於該充電器內部之一第二零件旁以感測該第二零件之運作溫度。
  9. 如請求項8所述之充電器，其中該微控制器另用來：在該第一腳位之電位低於該第一參考電壓時，紀錄該第一零件發生一第一過溫現象以及紀錄該第一零件發生該第一過溫現象時之溫度；或在該第二腳位之電位低於該第二參考電壓時，紀錄該第二零件發生一第二過溫現象以及紀錄該第二零件發生該第二過溫現象時之溫度。
  10. 如請求項7所述之充電器，其另包含：一第一二極體，其包含：一陽極，耦接於該第一分壓電阻和該第一負溫度係數熱敏電阻之間；以及一陰極；以及一第二一二極體，其包含：一陽極，耦接於該第二分壓電阻和該第二負溫度係數熱敏電阻之間；以及一陰極，耦接於該第一二極體之該陰極。
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