CN102447142A - 断续负载装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可降低一具有断续负载的电子装置中滤波电容器电容值需求的方法；断续负载是指一种得以脉冲开启或关闭一段时间后，仍不影响负载运作的负载。此方法包括了根据一输入交流电压的波形设定多个时间戳记，该时间戳记同步于该交流电压且包括有多个开启时间和多个关闭时间以开启或关闭该断续负载；以及，在该开启时间内对该断续负载进行充电的步骤。因此，本发明通过应用断续负载关闭的期间不会产生压降的现象，以有效降低具有断续负载的电子装置中滤波电容器的电容值需求。

Description

断续负载装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电源管理方法，特别有关于一种对断续负载充电的方法，以及一种对应一交流电源的断续负载充电装置。

背景技术

有许多电器装置都是利用交流电(例如：市电)来驱动，一般来说，利用交流电驱动的装置会具有一个包括整流器和滤波电容器的滤波整流电路。整流器是将交流电压转换为一脉冲直流电压，而滤波电容器除了需要有能力承受(充电)高电压外，当输入的电压趋近于零伏特时，亦需维持(放电)足够的电压，以供给负载所需的电流。然而，大部分上述装置都采用电解式电容器当成滤波电容器，主要原因在于电解式电容器具有较高的额定电压和高电容值等特性，以及合理的成本。

请参见图1所示，图1揭示一种一次侧(primary side)电池充电架构，其用于将一具有大电容值之电解式电容的锂离子电池充电器。此锂电池充电器包括有一滤波整流电路10、一一次侧控制器11和一返驰式转换器12。滤波整流电路10包括有一整流器101和一滤波电容器102，整流器101连接于一交流电压电源13，以将一交流电压转化为一脉冲直流电压，滤波电容器102系一电解式电容器，并连接于整流器101，用以当脉冲直流电压值趋近为零时得以继续维持电压稳定。一次侧控制器11系连接于滤波电容器102。返驰式转换器12系连接于滤波电容器102、一次侧控制器11和一锂电池14，并根据一次侧控制器11的充电控制规则来对锂电池14进行充电。

然而，电解式电容器具有使用寿命较短的缺点，特别是在高温的状态下，这样的缺点会更加明显，实际上，造成许多电子装置使用寿命受到限制的主要原因，便是此电解式滤波电容器使用寿命的问题，如果电解式滤波电容器可以被使用寿命较长的电容技术(例如聚酯薄膜(Polyester Film)、陶瓷或是MYLAR聚酯薄膜)所取代，那么电子装置便能有效地延长其使用寿命，更因为少了许多电子产品损耗而有助于降低地球的负担。

不过，现有使用寿命较长的电容器通常具有无法提供足够的电容值或是成本过高的缺点，

因此，有必要开发出一种方法并利用此方法产生一装置或设备以应用于电子装置中，来降低电子装置对滤波电容器电容值的需求，使其可以舍弃使用类似电解式滤波电容器等低使用寿命的电容器。

发明内容

本发明提供一种降低一充电装置中一滤波电容器(消除一电解式电容器需求)的电容需求，以将此充电装置应用于一断续负载装置的方法。

本发明的一范畴是提供一种对一断续负载进行充电的方法。断续负载是指可通过脉冲开启或关闭一段时间，而不影响断续负载的正常运作的负载。本方法包括在相对一交流电压的波形上设定多个时间戳记，以及根据时间戳记对断续负载进行充电，其中，此时间戳记系同步于交流电压且包括有多个开启时间和多个关闭时间。

本发明的另一范畴在于提供一种锂电池充电的方法，此方法包括有在相对于一输入交流电压的波形上，设置多个时间戳记，此时间戳记同步于交流电压的波形且具有多个开启时间和多个关闭时间。该方法另包括有在开启时间内对锂电池充电，和在关闭时间停止对锂电池充电的步骤。在开启时间内对锂电池充电的步骤中更包括有提供一恒流电流脉冲并让其中的电压逐次上升至一预定临界电压值，以及提供一恒压电压脉冲并让其中的电流逐次减弱至一预定之低电流值。

本发明的又一范畴在于提供一种断续负载充电装置，此装置包括有一滤波整流电路、一转换器、一断续控制器和一充电控制器。此滤波整流电路包括有一整流器和一滤波电容器。整流器连接于一交流电电源并且将一交流电转换为一脉冲直流电。滤波电容器系连接于整流器，其可在脉冲直流电压趋近于零的时候，维持足够的电压。转换器系连接于滤波电容器和一断续负载，用以对断续负载进行充电。断续控制器连接于交流电电源和整流器，并发出一同步于该交流电压的中断信号。充电控制器则连接于滤波电容器、转换器和断续控制器，其提供一控制规则让转换器对断续负载进行充电，并接受来自断续控制器的中断信号来开启或开关断续负载。

其中，上述断续负载可为一锂电池或是其它可以被脉冲开启或关闭一段时间，却不会影响其运作性能的负载。

附图说明

图1为一现有一次侧电池充电电路，其用于将一具有高电容电解电容器的锂电池进行充电。

图2A为本发明之将一断续负载装置进行充电的方法流程图。

图2B图2A中步骤S201的流程图。

图3为本发明之一断续负载对应一整流交流电压及其电流的波形示意图。

图4A为本发明之将一锂电池进行充电的方法流程图。

图4B为图4A中步骤S402的流程图。

图5为一锂电池的充电特性曲线示意图。

图6为一种适用断续负载的充电装置的电路结构图。

具体实施方式

以下为以实施例说明断续负载的充电方法及其装置。

请参见图2A、2B和图3，图2A和2B为说明一断续负载进行充电的方法流程图，图3则为一断续负载对应一整流交流电压及其电流的波形示意图。本实施例中所述的断续负载为一种可以因电流可以被暂时中断，于连续开启或关闭一段时间仍不会影响其运作的负载电子装置。

于本实施例中，将断续负载进行充电的方法包括有步骤S201，根据一输入交流电压的波形设置一时间戳记(timestamp)，此一时间戳记同步于交流电压，并具有一开启时间和一关闭时间。此方法更包括有一步骤S202，在开启时间下将断续负载进行充电。

此同步于交流电压的时间戳记是可以经由量测实时所得；举例来说，通过一控制器来测量与经整流器整流后的交流电压(也就是脉冲直流电压)，或是直接以差动方式测量未整流之交流电压。因此，步骤S201更包括有步骤S2011感测交流电压的零点、步骤S2012将交流电压整流为一脉冲直流电压、步骤S2013对交流电压同步、步骤S2014设定多个脉冲期间和步骤S2015关闭或开启断续负载。

根据上述之步骤，本发明之方法在交流电压或是脉冲直流电压在零交点时(也就是电压为零伏特时)后，可以藉由该零交点及交流电压的频率(美国的市电规格为120V/60Hz，澳洲的市电规格为240-250V/50Hz)提供至少一下落时间点和至少一上升时间点来设定控制器的脉冲期间。而开启或关闭时间为由上升时间点与下落时间点来决定，以供后续由控制器根据该些开启时间和关闭时间发送一中断信号(interrupt signal)以开启或关闭断续负载。

如同先前技术中所述，电子装置常见一当电压趋近零时，可用来维持负载所需电压之滤波电容器，如图3所示，当断续负载被关闭且脉冲直流电压30数值为零时，由于没有电流31会通过断续负载，关闭期间301内断续负载不会产生压降(voltage drop)32的状况，因为，滤波电容器的电容值需求会比以往更少，进而达到有效降低电容值的目的。

值得注意的是，使用体积较小的滤波电容器也具有可以增加功率因素的优点，因为，一般电子装置内设置有较大型的电容器时，其电流波形并不会以线性的方式对应输入电压的波形(常见的电流波形为一种突波)，功率因素也会因此而相当不良。

请参考图4A、4B、5和6所示，图4A和4B为本发明之对锂电池充电方法的流程图，图5为一锂电池的充电特性曲线示意图，图6则为本发明之一充电装置的电路结构示意图。由于锂电池系可进行脉冲充电且证实以脉冲充电可有助于提升锂电池的操作效率和使用寿命，换言之，上述图2A和2B所提供的方法亦适用于对锂电池的充电。

图5显示了锂电池充电时电压和电流的变化，其中包含有两部分，第一部分P1显示当电压51持续增加时，充电电流50会保持在一稳定的状态，而第二部分P2则显示当电压维持在一稳定电压值时，电流会以非线性关系的方式减少至一预定的低电流值。

在本实施例中，图4A说明了锂电池的充电方法，包括有步骤S401，在一输入交流电压的电压波形上设定多个时间戳记，此时间戳记同步于交流电电压且具有多个开启时间和多个关闭时间。此充电方法更包括步骤S402在开启时间内对锂电池进行充电和步骤S403在关闭期间停止对锂电池的充电。为了要符合图5所示的锂电池充电特性，步骤S402更包括有步骤S4021提供一恒流脉冲电流，但是脉冲电流的电压值会逐次上升至一预定的临界电压值为止。步骤S4022则提供一恒压脉冲电压，但该脉冲电压的电流值会逐次减弱至一预定的低电流值。

此外，本实施例的锂电池充电方法更具有可以在锂电池充电电流达到低电流值时，选择性地由一脉冲模式(脉冲模式即为本发明如上所述之步骤S4021和S4022)切换为一连续模式，于此，连续模式为定义为一种没有与交流电压同步之充电方法。在这样的状态下，由于充电电流已经为低电流值，即便充电模式为连续模式(亦即传统方式)，对于滤波电容器的电容值需求也已变小，当输入电压趋近于零时，较小电容值之电容器就已足够供给较小的放电电流。

因此，在步骤S4022之后，此锂电池充电方法更包括有步骤S4023当电流达到低电流值时，改以一连续模式对锂电池进行充电。然而，必须要注意的是，本发明只要是在控制器可以接受电压，且不会造成错误触发而产生故障的范围内，便可以在于任一时点进行前述的脉冲模式操作。

请参见图6所示，提供一种适用断续负载的充电装置的电路结构图，在此实施例中，充电装置包括有一滤波整流电路60、一转换器61、一断续控制器62和一充电控制器63。滤波整流电路60系包括有一整流器601和一滤波电容器602，其中，整流器601系连接于一交流电源64，并将一交流电压转换为一脉冲直流电压，滤波电容器602系连接于整流器601，用以在脉冲直流电压趋近于零时，仍然能保持足够稳定的电压。

转换器61连接于滤波电容器602和一断续负载66，以对断续负载66进行充电，于本实施例，断续负载66可为一锂电池，转换器61则可为一返驰式变压器。

断续控制器62连接于交流电源64和整流器601，断续控制器62会产生一与交流电压同步的中断信号，断续控制器62包括有一零点传感器621(例如：差动放大器(differential amplifier))、一锁相回路电路(PLL)622和一工作周期选取器623，断续控制器62的作动可参考上述之步骤S401和S403，于此不在累述。

零点传感器621连接于交流电电源64和整流器601，用以感测交流电电压的零点位置(零伏特(volts))。锁相回路电路(PLL)622连接于零点传感器621，并产生一与交流电压同步的频率信号。工作周期选取器623连结于锁相回路电路(PLL)622和充电控制器63，通过设定频率信号的脉冲期间(工作周期)，以输出一中断信号。其中，中断信号可为一种脉冲宽带调变信号(Pulse-WidthModulation(PWM)signal)。

充电控制器63连接于滤波电容器602、转换器61和断续控制器62，并提供一控制规则让转换器61对断续负载66进行充电，并接收来自断续控制器62之中断信号来开启或关闭断续负载66。于本实施例，充电控制器63为一一次侧返驰式控制器，一次侧返驰式控制器可以使得所有的充电运作都能在转换器61的一次侧控制与完成，因此不需要再从二次侧(secondary side)进行信号反馈。然而，本实施例仅作为例示，关于需要由二次侧反馈的离线方案(solution)亦可适用于本发明。其中，该控制规则之一实施例于上述之步骤S4021和S4023已做了详尽的说明，特别是指利用控制充电电流和充电电压以符合断续负载66的充电特性(如同图5所示的锂电池充电特性)。

以上所述者，仅为本发明之较佳实施例，当不能用以限定本发明可实施之范围，凡知悉本案领域具有通常技艺人士所明显可作的变化与修饰，皆应视为不悖离本发明之实质内容。

Claims (10)

1.一种断续负载的充电方法，包括有：

根据一输入交流电压的波形设定多个时间戳记，其中该时间戳记同步于该交流电压，并包括有多个开启时间和多个关闭时间，以开启或关闭该断续负载；及

在该开启时间内对该断续负载进行充电。

2.如权利要求1所述的方法，其中该设定时间戳记的步骤更包括有：

感测该交流电压中的零点；

将该交流电压整流为一脉冲直流电压；

对该交流电压进行同步；

设定多个脉冲期间；及

开启或关闭该断续负载。

3.如权利要求2所述的方法，其中该脉冲期间是由根据该交流电压的一频率与至少一下落时间点和至少一上升时间点所设定，以供决定该断续负载的该开启时间和该关闭时间。

4.一种断续负载的充电方法，该断续负载为一锂电池，该方法包括有：

根据一输入交流电压的波形设定多个时间戳记，其中该些时间戳记同步于该交流电压并包括有多个开启时间和多个关闭时间，用以开启或关闭该锂电池；

在该开启时间内对该锂电池进行充电；及

在该关闭时间内停止对该锂电池充电。

5.如权利要求4所述的方法，其中在该开启时间内对该锂电池进行充电的步骤，包括有：

提供一恒流脉冲电流，该些脉冲电流的电压值会逐次上升至一预定的电压值；及

提供稳定一恒压脉冲电压，该些脉冲电压第电流逐次下降至一预定的低电流值。

6.如权利要求5所述的方法，其中在该开启时间内对该锂电池进行充电的步骤，更包括有：

当该电流减弱至该低电流值时，以一连续模式对该锂电池进行充电。

7.一种对断续负载的充电装置，包括有：

一滤波整流电路，包括有：

一整流器，连接于一交流电源，并转换一交流电压为一脉冲直流电压；及

一滤波电容器，连接于该整流器，当该脉冲直流电电压趋近于零时，用以维持供应电压的稳定；

一转换器，连接于该滤波电容器和一待充电的断续负载装置，用以对该断续负载进行充电；

一断续控制器，连接于该交流电电压和该整流器，并产生一与该交流电压同步的中断信号；及

一充电控制器，连接于该滤波电容器、该转换器和该断续控制器，并提供一控制规则令该转换器对该断续负载进行充电，并接受来自该断续控制器的该中断信号，以开启或关闭该断续负载。

8.如权利要求7所述的充电装置，其中该断续负载为一锂电池。

9.如权利要求7所述的充电装置，其中该转换器为一返驰式变压器，且该充电控制器为一一次侧返驰式控制器。

10.如权利要求7所述的充电装置，其中该断续控制器包括有

一零点传感器，用以感测该交流电压的零点位置；

一锁相回路电路，用以产生一与该交流电压同步的频率信号；及

一工作周期选取器，输出该中断信号至该充电控制器，其中，该中断信号由该频率信号中的脉冲期间所形成。

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