TWI739363B - 定電流充電裝置 - Google Patents

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Abstract

一種定電流充電裝置，用於對一待充電裝置充電並包括：一電流調節單元，電性耦接至該待充電裝置，並根據一參考電壓提供一調節電流以及一充電電流；一電流轉電壓單元，電性耦接至該電流調節單元，並根據該調節電流輸出一調節電壓；以及一第一運算放大器，電性耦接至該電流調節單元、該電流轉電壓單元及該待充電裝置，係用以調節該調節電流。

Description

定電流充電裝置
本揭示關於充電技術領域，特別是關於一種定電流充電裝置。
習知的充電裝置包括一定電流充電模式以及一定電壓充電模式。當電池剛開始被充電時，充電裝置以定電流充電模式對電池充電。當電池被充電至一電壓之後，充電裝置以定電壓充電模式對電池充電。
然而，習知的充電裝置所提供的電流及電壓有時候並不穩定，不穩定的電流或電壓不僅會影響電池的充電效率，還會降低電池的使用壽命。
因此需要針對上述習知技術的問題提出一種解決方法。
本揭示提供一種定電流充電裝置，其能解決習知技術中的問題。
本揭示之定電流充電裝置包括：一電流調節單元，電性耦接至該待充電裝置並根據一參考電壓提供一調節電流以及一充電電流；一電流轉電壓單元，電性耦接至該電流調節單元並根據該調節電流輸出一調節電壓；以及一第一運算放大器，電性耦接至該電流調節單元、該電流轉電壓單元及該待充電裝置，係用以調節該調節電流。
本揭示之定電流充電裝置可以通過該電流調節單元、該電流轉電壓單元及該第一運算放大器提供具有高電流值且可控制的充電電流。再者，本揭 示之定電流充電裝置可以根據該電流調節單元之電晶體的通道寬長比設計該充電電流。最後，本揭示之定電流充電裝置可以通過該電流調節單元、該電流轉電壓單元及該第一運算放大器提供穩定的充電電流。
10:電流調節單元
20:電流轉電壓單元
30:待充電裝置
40:電壓調節單元
50:電壓偵測單元
G:接地端
IB:調節電流
IC:充電電流
OPA1:第一運算放大器
OPA2:第二運算放大器
O1:第一OPA輸出端
O2:第二OPA輸出端
R:電阻
T1:第一電晶體
T2:第二電晶體
T3:第三電晶體
VDD:電源
VB:調節電壓
VREF:參考電壓
VC:充電電壓
+:非反相輸入端
-:反相輸入端
[第1圖]顯示根據本揭示一實施例之定電流充電裝置的方塊圖。
[第2圖]顯示第1圖之定電流充電裝置的詳細電路圖。
[第3圖]第3圖顯示第2圖中充電電流IC與充電電壓VC的模擬圖。
[第4圖]顯示第2圖中調節電壓VB與第一OPA輸出端O1的電壓的模擬圖。
[第5圖]顯示根據本揭示另一實施例之定電流充電裝置的方塊圖。
[第6圖]顯示根據本揭示又一實施例之定電流充電裝置的方塊圖。
為使本揭示的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照圖式並舉實施例對本揭示進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本揭示，本揭示說明書所使用的詞語“實施例”意指用作實例、示例或例證，並不用於限定本揭示。此外，本揭示說明書和所附申請專利範圍中所使用的冠詞「一」一般地可以被解釋為意指「一個或多個」，除非另外指定或從上下文可以清楚確定單數形式。並且，在所附圖式中，結構、功能相似或相同的元件是以相同元件標號來表示。
請參閱第1圖以及第2圖，第1圖顯示根據本揭示一實施例之定電流充電裝置的方塊圖。第2圖顯示第1圖之定電流充電裝置的詳細電路圖。
該定電流充電裝置用於對一待充電裝置30充電且包括一電流調節單元10、一電流轉電壓單元20以及一第一運算放大器OPA1。
本揭示之該待充電裝置30可以為但不限於一需要充電的電路或一可充電電池。
該電流調節單元10電性耦接至一電源VDD及該待充電裝置30，並根據一參考電壓VREF提供一調節電流IB以及一充電電流IC，其中該充電電流IC對該待充電裝置30充電且該充電電流IC可以為該調節電流IB的M倍。M為正數。更明確地說，該電流調節單元10可以控制以增加或減少該充電電流IC。此外，該電流調節單元10進一步調整輸入至該待充電裝置30之一充電電壓VC。更明確地說，該電流調節單元10可以控制以增加或減少該充電電壓VC。該電源VDD可以為一直流電源。該參考電壓VREF可以根據需求調整。
該電流轉電壓單元20電性耦接至該電流調節單元10，並根據該調節電流IB輸出一調節電壓VB。
該第一運算放大器OPA1電性耦接至該電流調節單元10、該電流轉電壓單元20及該待充電裝置30，係用以根據輸入至該待充電裝置30之該充電電壓VC調節該調節電流IB。該第一運算放大器OPA1包括一反相輸入端-、一非反相輸入端+以及一第一OPA(Operational Amplifier，運算放大器)輸出端O1。該第一運算放大器OPA1之反相輸入端-電性耦接至該電流調節單元10及該電流轉電壓單元20。該第一運算放大器OPA1之非反相輸入端+電性耦接至該電流調節單元10及該待充電裝置30。該第一運算放大器OPA1之第一OPA輸出端O1電性耦接至該電流轉電壓單元20。
如第2圖所示，該電流調節單元10包括一第一電晶體T1、一第二電晶體T2以及一第二運算放大器OPA2。
該第一電晶體T1包括一第一控制端、一第一輸入端以及一第一輸出端。該第二電晶體T2包括一第二控制端、一第二輸入端以及一第二輸出端。該第二運算放大器OPA2包括一反相輸入端-、一非反相輸入端+以及一第二OPA輸出端O2。
該第一控制端電性耦接至該第二控制端。該第一輸入端電性耦接至該電源VDD。該第一輸出端電性耦接至該電流轉電壓單元20及該第一運算放大器OPA1。該第二輸入端電性耦接至該電源VDD。該第二輸出端電性耦接至該第一運算放大器OPA1及該待充電裝置30。該第二運算放大器OPA2之反相輸入端-電性耦接至該參考電壓VREF。該第二運算放大器OPA2之非反相輸入端+電性耦接至該調節電壓VB。該第二運算放大器OPA2之第二OPA輸出端O2電性耦接至該第一控制端及該第二控制端。
於本實施例中，該第一電晶體T1及該第二電晶體T2可以為P型金屬氧化物半導體場效電晶體(P-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，PMOSFET)。
該電流轉電壓單元20包括一第三電晶體T3以及一電阻R。該第三電晶體T3包括一第三控制端、一第三輸入端以及一第三輸出端。該第三控制端電性耦接至該第一運算放大器OPA1之第一OPA輸出端O1。該第三輸入端電性耦接至該第一運算放大器OPA1之反相輸入端-。該電阻R之一端電性耦接至該第三輸出端。該電阻R之另一端電性耦接至一接地端G。
於本實施例中，該第三電晶體T3可以為P型金屬氧化物半導體場效電晶體。
以下將詳述本揭示之定電流充電裝置的工作原理。
首先，該調節電壓VB於初始狀態為零，該第二運算放大器OPA2之非反相輸入端+的電壓(即等於零)小於該參考電壓VREF，該第二運算放大器OPA2輸出一低電壓準位。該充電電壓VC於初始狀態為零，使得輸入至該第一運算放大器OPA1之反相輸入端-的電壓大於該充電電壓VC，該第一運算放大器OPA1輸出一低電壓準位，該第一電晶體T1及該第三電晶體T3導通並產生該調節電流IB。
該充電電流IC可以為該調節電流IB的M倍。更明確地說，該充電電流IC與該第一電晶體T1的通道寬長比(W1/L1)及該第二電晶體T2的通道寬長比(W2/L2)有關，M為該第一電晶體T1的通道寬長比(W1/L1)及該第二電晶體T2的通道寬長比(W2/L2)的比值。W1為該第一電晶體T1的通道寬度，L1為第一電晶體T1的通道長度。W2為該第二電晶體T2的通道寬度，L2為第二電晶體T2的通道長度。該充電電流IC與該調節電流IB的關係如下：
Figure 109110628-A0305-02-0007-1
當該充電電流IC上升且該充電電壓VC大於輸入至該第一運算放大器OPA1之反相輸入端-時，該第一運算放大器OPA1輸出一高電壓準位以降低該調節電流IB。當該調節電壓VB接近該參考電壓VREF時，該第二運算放大器OPA2輸出一高電壓準位以降低該充電電流IC。當該調節電壓VB上升至該參考電壓VREF時，該第二電晶體T2停止提供該充電電流IC。也就是說，當該調節電壓VB等於該參考電壓VREF時，該充電電流IC為零。
綜上，本揭示之定電流充電裝置可以通過該電流調節單元10、該電流轉電壓單元20及該第一運算放大器OPA1控制以增加或減少該充電電流IC並控制以增加或減少該充電電壓VC，進而達到提供穩定的充電電流IC及充電電壓VC。再者，本揭示之定電流充電裝置可以通過該電流調節單元10提供具有高電流值且為可控制的充電電流IC。
請參閱第3圖，第3圖顯示第2圖中充電電流IC與充電電壓VC的模擬圖。
於第3圖的模擬圖中，電源VDD為4伏特，參考電壓VREF為1伏特，參考電流IREF的100微安培，充電電流IC為200毫安培，待充電裝置50為1法拉電容。
從第3圖可知，充電電流IC可快速(約在2秒時)提供穩定的電流(200毫安培)，當充電電壓VC逐漸上升時，充電電流IC逐漸下降。當充電電壓VC上升至電源VDD(4伏特)時，充電電流IC下降歸零。
要說明的是，第3圖中充電電流IC以負值表示是指電流方向的定義。
請參閱第4圖，第4圖顯示第2圖中調節電壓VB與第一OPA輸出端O1的電壓的模擬圖。
從第4圖可知，當第一OPA輸出端O1的電壓逐漸上升至電源VDD(4伏特)時，調節電壓VB從參考電壓VREF(1伏特)逐漸下降至0伏特。
請參閱第5圖，第5圖顯示根據本揭示另一實施例之定電流充電裝置的方塊圖。
第5圖之定電流充電裝置與第1圖之定電流充電裝置的差異在於第5圖之定電流充電裝置進一步包括一電壓調節單元40。該電壓調節單元40電性 耦接至於該電源VDD及該電流調節單元10之間並調節該充電電壓VC。更明確地說，該電壓調節單元40可以控制該待充電裝置之該充電電壓VC為該電源VDD以外的任一電壓。該電壓調節單元40可以為但不限於一低壓差穩壓器(Low-Dropout Regulator，LDO)或一升壓器(booster)。
請參閱第6圖，第6圖顯示根據本揭示又一實施例之定電流充電裝置的方塊圖。
第6圖之定電流充電裝置與第1圖之定電流充電裝置的差異在於第6圖之定電流充電裝置進一步包括一電壓偵測單元50。該電壓偵測單元50電性耦接至於該電源VDD及該電流調節單元10之間並調節該充電電壓VC。更明確地說，該電壓偵測單元50可以控制該待充電裝置之該充電電壓VC為該電源VDD以外的任一電壓。該電壓偵測單元50可以為但不限於一比較器。
本揭示之定電流充電裝置可以通過該電流調節單元、該電流轉電壓單元及該第一運算放大器提供具有高電流值且可控制的充電電流(如第3圖所示)。再者，本揭示之定電流充電裝置可以根據該電流調節單元之電晶體的通道寬長比設計該充電電流。最後，本揭示之定電流充電裝置可以通過該電流調節單元、該電流轉電壓單元及該第一運算放大器提供穩定的充電電流(如第3圖所示)。
雖然本揭示已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭示，本揭示所屬技術領域中具有通常知識者在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:電流調節單元
20:電流轉電壓單元
30:待充電裝置
IB:調節電流
IC:充電電流
OPA1:第一運算放大器
O1:第一OPA輸出端
VDD:電源
+:非反相輸入端
-:反相輸入端

Claims (9)

  1. 一種定電流充電裝置，用於對一待充電裝置充電，該定電流充電裝置包括：一電流調節單元，電性耦接至該待充電裝置，並根據一參考電壓提供一調節電流以及一充電電流；一電流轉電壓單元，電性耦接至該電流調節單元，並根據該調節電流輸出一調節電壓；一第一運算放大器，電性耦接至該電流調節單元、該電流轉電壓單元及該待充電裝置，係用以調節該調節電流；以及一電壓調節單元，電性耦接於一電源及該電流調節單元之間並用以調節輸入至該待充電裝置之一充電電壓。
  2. 如請求項1之定電流充電裝置，其中該充電電流為該調節電流的M倍，M為正數。
  3. 如請求項2之定電流充電裝置，其中該第一運算放大器包括：一反相輸入端，電性耦接至該電流調節單元及該電流轉電壓單元；一非反相輸入端，電性耦接至該電流調節單元及該待充電裝置；以及一第一OPA(Operational Amplifier，運算放大器)輸出端，電性耦接至該電流轉電壓單元。
  4. 如請求項3之定電流充電裝置，其中該電流調節單元包括：一第一電晶體，包括一第一控制端、一第一輸入端以及一第一輸出端；一第二電晶體，包括一第二控制端、一第二輸入端以及一第二輸出端；以及 一第二運算放大器，包括一反相輸入端、一非反相輸入端以及一第二OPA輸出端，其中該第一控制端電性耦接至該第二控制端，該第一輸入端電性耦接至該電源，該第一輸出端電性耦接至該電流轉電壓單元及該第一運算放大器，該第二輸入端電性耦接至該電源，該第二輸出端電性耦接至該第一運算放大器及該待充電裝置，該第二運算放大器之反相輸入端電性耦接至該參考電壓，該第二運算放大器之非反相輸入端電性耦接至該調節電壓，該第二運算放大器之第二OPA輸出端電性耦接至該第一控制端及該第二控制端。
  5. 如請求項4之定電流充電裝置，其中該電流轉電壓單元包括：一第三電晶體，包括一第三控制端、一第三輸入端以及一第三輸出端；以及一電阻，其中該第三控制端電性耦接至該第一運算放大器之該第一OPA輸出端，該第三輸入端電性耦接至該第一運算放大器之該反相輸入端，該電阻之一端電性耦接至該第三輸出端，該電阻之另一端電性耦接至一接地端。
  6. 如請求項4之定電流充電裝置，其中M為該第一電晶體的通道寬長比及該第二電晶體的通道寬長比的比值。
  7. 如請求項1之定電流充電裝置，其中該電流調節單元進一步調整輸入至該待充電裝置之該充電電壓，該第一運算放大器根據該充電電壓調節該調節電流。
  8. 如請求項1之定電流充電裝置，其中當該調節電壓等於該參考電壓時，該充電電流為零。
  9. 一種定電流充電裝置，用於對一待充電裝置充電，該定電流充電裝置包括：一電流調節單元，電性耦接至該待充電裝置，並根據一參考電壓提供一調節電流以及一充電電流；一電流轉電壓單元，電性耦接至該電流調節單元，並根據該調節電流輸出一調節電壓；一第一運算放大器，電性耦接至該電流調節單元、該電流轉電壓單元及該待充電裝置，係用以調節該調節電流；以及一電壓偵測單元，電性耦接於一電源及該電流調節單元之間並用以調節輸入至該待充電裝置之一充電電壓。
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