CN1293480A - 随***负载改变充电电流的控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种随***负载改变充电电流的控制装置和方法,藉以加速开机状态下的电池充电速度。首先,利用串联于***负载的电阻,检测出负载电流的变动,并转换为一负载电压。接着利用电压调整电路,调整所检测出的负载电压之大小。再将此调整后的负载电压叠加到PWM产生电路的输入端上后,利用具有对应脉宽的脉宽调制信号。控制充电路径上导通状态,藉此调节实际送到充电电池的充电电流,而达到加速充电的目的。
Description
本发明涉及一种充电控制电路以及控制方法，特别是针对使用于电子装置(例如笔记型计算机等等)中的充电电池，能够根据实际***负载所消耗的电流大小，机动性地调整实际充电电流的大小，藉以加快充电电池在***负载变小时的充电速度。
一般笔记型计算机(notebook)以及各式的手提式电子计算机设备，大都是采用电池作为供电的主要来源，以符合便携式(protable)特性的要求。电池由于体积的限制，大都有一定的有效供电时间，但是对于长期操作这类设备的使用者而言，有限供电时间便限制了使用者操作上的自由度。因此，对于便携式产品而言，延长供电时间是非常重要的课题。
目前延长供电时间的方法主要是利用可充电电池来实现。举例来说，一般笔记型计算机中较常使用的电池类型大都是所谓的二次电池，也就是具有可充电特性的电池，像镍氢电池、锂电池等等。不过，由于一般电池组大约只能够维持数小时的供电时间，因此笔记型计算机在某些情况下仍然必须使用一般市电来进行操作。另外，为了方便一般使用者操作上的便利性，因此会在笔记型计算机中同时加入充电电路，可以不需要拆下充电电池组便可以进行充电。
目前附于笔记型计算机上的充电电路，大都是采用固定式电流的充电方式。也就是充电电路会以一固定电流来对充电电池进行充电。根据一般充电电池的特性，充电电流会决定其充电时间，换言之，当充电电流愈大时，所需要的充电时间就会愈短；当充电电流愈小时，所需要的充电时间也就会愈长。根据以上所述，现有笔记型计算机上的充电电路会出现以下的现象。
当笔记型计算机处于关机的状态，也就是***不需要消耗电力时，充电电路可以利用最大的充电电流来进行充电的动作，因此可以达到最快的充电速度。另一方面，当笔记型计算机处于开机的状态时，由于***负载需要消耗电力，所以必须以较小的充电电流来进行充电，也就会延缓了充电的速度。问题在于，即使***负载在操作过程中变小，由于充电电路是以固定方式提供充电电流，所以仍然会以较小的充电电流进行充电。***负载变小的情况可能发生在笔记型计算机处于暂停模式(suspend或standby)下时，或是笔记型计算机某些装置被关闭时。所以，即使***负载仅仅消耗相当低的电力，但是并不会加快在此同时进行充电的充电速度。显然地，如此并没有充分利用到交流变压器(ACadaptor)所提供的所有电力。
为此，本发明的主要目的，在于提供一种随***负载改变充电电流的控制装置和控制方法，可以随时检测***负载的变化而对应地调整所供应的充电电流，以便在开机时加速充电的速度。
根据上述目的，本发明提供一种随***负载改变充电电流的控制装置，用以控制电源对充电电池的充电电流，其包括一电流感测元件(即电阻)，串联于***负载，用来将流过***负载的负载电流转换为一对应的负载电压；一电压转换电路，耦接于电流感测元件并且根据此负载电压产生一控制电压；以及一充电电流调整电路，置于电源对充电电池的充电路径中并且耦接电压转换电路，其根据控制电压，调整电源对充电电池所送出的充电电流。上述的电阻和电压转换电路可视为一负载电流检测电路。
其中，充电电流调整电路包括：一脉宽调制电路，其根据控制电压，产生对应的脉宽调制信号，此脉宽调制信号的脉宽对应于***负载的负载电流；以及一开关元件，耦接于脉宽调制电路并且置于电源对充电电池的充电路径，其根据脉宽调制信号的脉宽，调整充电路径的开关状态，藉以调整充电电流。
另外，本发明的随***负载改变充电电流的控制方法，则包括下列步骤。首先，利用串联于***负载的电流感测元件，将流过***负载的负载电流转换为一负载电压。接着，调整负载电压以产生一控制信号。最后根据此控制信号，控制充电路径的导通状态，藉以随***负载而改变充电电流的大小。在控制充电路径状态的步骤，则可以先根据控制信号，产生具有对应脉宽的脉宽调制信号，再通过置于充电路径的开关元件，利用脉宽调制信号的对应脉宽，控制充电路径的导通状态，藉以调整电源对充电电池所送出的充电电流。
本发明所揭示的充电控制电路和方法，主要是在***(如笔记型计算机)开机时，能够根据***负载的状况来决定实际送出的充电电流大小。藉此，即使***在开机状态下，出现了***负载变小的现象(亦即消耗较低的电力)，仍可以提供较大的充电电流到充电电池中，以加速充电的速度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
图1表示本发明实施例中用以随***负载改变充电电流的充电控制电路的详细电路图。
图2表示本发明实施例中的充电控制方法的流程图。
附图中标号说明：
1～***负载；2～PWM产生电路；3～5V电压调整器；R1-R9～电阻；D1-D4～二极管；OP1～运算放大器；C1～电容器；BATT～充电电池；V1～负载电压；V2～控制电压。
图1表示本发明实施例中用以随***负载改变充电电流的充电控制电路的详细电路图。图中，VIN表示外部直流电源，例如交流市电经过AC-DC转换器(ACadapter)的处理所送到笔记型计算机的直流电源。标号1表示***负载，亦即一般笔记型计算机内部的电子元件和装置。BATT表示充电电池组。充电电池组BATT和***负载1两者为并联关系，并且通过一充电(供电)电路，由外部直流电源VIN进行充电和供电的动作。
如图所示，电容器C1、电感器L1和二极管D4等元件即置于充电(供电)路径上，提供去除电源的高频成分以及防止EMI干扰等功能。二极管D1、D2和D3则是用来控制外部直流电源VIN对充电电池阻BATT和***负载1的充电和供电路径。举例来说，当充电电池组BATT尚未充饱电力时，充电电池组BATT的外部电压会较低，因此，二极管D1和D3都会被导通，此时外部直流电源VIN会一边通过二极管D1对充电电池组BATT进行充电，一边通过二极管D3对***负载1进行供电。而此时二极管D2则为反向偏压，呈现不导通状态。当充电电池组BATT充饱电力后，二极管D1便会关闭而切断充电路径，外部直流电源VIN仍通过二极管D3继续对***负载1进行供电。二极管D2则会在外部直流电源VIN被切断后导通，藉此改由充电电池组BATT继续对***负载1供电。另外，5V电压调节器3则将外部直流电源VIN(一般为12V)转换成5V的电压，用来提供运算放大器OP1(后述)的电力。另外，电阻网路(包括电阻R2、R3、R4、R5、R6)则是用来产生一参考电压，并送到PWM产生电路2(后述)，提供充电电池组BATT的定电流回授。
本实施例的充电控制电路，主要由下列各元件所构成：电阻R7，电压调整电路(包括电阻R8、R9以及运算放大器OP1)，PWM(pulsewidthmodulation，脉宽调制)产生电路2，以及开关元件(包括电阻R1和晶体管Q1)。
电阻R7作为一电流感测元件，其串联于***负载1，亦即耦接于***负载1和接地端的间。通过***负载1的负载电流会流过电阻R7，藉此转换为一对应的负载电压V1。运算放大器OP1的反相端(invertingterminal)和非反相端(non-invertingterminal)则耦接电阻R7的两端，根据电阻R8和R9的电阻比例，调整负载电压V1(控制信号)，再将其叠加到电阻网路(R2-R6)所产生的参考电压上，产生一控制电压V2(由参考电压、负载电压V1和电阻R8、R9的电阻比例所决定)，送到PWM产生电路。PWM产生电路2根据此控制电压V2(或控制信号)，则产生一脉宽调制信号，其脉宽对应于此控制电压的值。最后此脉宽调制信号被送到晶体管Q1的基极，使得充电路径间续性地开启和关闭，以调整送出的充电电流大小。
以下详细说明此电路如何随着***负载，调整送到充电电池组BATT的充电电流。首先，假设***负载1处于高负载状态(正常状态)，此时负载电压V1为一稳定值，并且在通过运算放大器OP1和电阻R8、R9进行调整后，叠加在参考电压上，作为控制电压V2。而PWM产生电路2则根据此控制电压V2，产生具有既定脉宽的脉宽调制信号，藉以控制晶体管Q1的开关状态。此时，供电和充电***系处于稳定的状态，亦即，***负载1会消耗较大电流，而充电电池组BATT则是以较低的充电电流进行充电。
当***负载1下降，亦即其负载电流降低时，此时流过电阻R7的电流也会变小，使得负载电压V1下降。经过运算放大器OP1和电阻R8、R9的调整，会以具有较低电压值的控制信号叠加在参考电压上(此时，考参电压也会变动，以维持充电电池组BATT的定电流特性，亦即参考电压的变动是对应于***负载1的负载电流变动，故在后述说明中省略其说明)。因此，PWM产生电路2会对应于此负载电压V1，而改变其输出的脉宽调制信号的脉宽。最后，此脉宽的变化会增加充电路径导通的时间，亦即从外部直流电源VIN流出更多的电流。由于***负载1只消耗其所需的电流，所以大部分的电流(充电电流)即会流向充电电池组BATT，加速其充电的速度，藉此即可达到本发明的目的。
在本实施例中，电阻R7和电压转换电路(包括运算放大器OP1、电阻R8、R9)也可以由其他的负载电流检测电路来实施，另外，PWM产生电路2以及开关元件(包括晶体管Q1和电阻R1)也可以由其他的充电电流调整电路来加以实施，因此图1所示的电路结构并非用以限定本发明。
图2即表示本发明实施例中所对应的充电控制方法的流程图。如图所示，首先，利用串联于***负载的电阻(如图1所示的电阻R7)，检测出负载电流的变动(S1)。接着将所检测出的负载电压(或电流)，调整其大小，以便适用于PWM调制器中(S2)。再将此调整后的负载电压(电流)叠加到PWM产生电路的输入端上(S3)。最后，利用PWM信号和在充电路径上晶体管开关动作，调节实际送到充电电池的充电电流(S4)。如此，即可达到本发明所要求的目的。
本发明虽以一较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域的熟练人员在不脱离本发明的精神和范围内，还可作出许多变换和修改，因此本发明的保护范围由所附权利要求书所限定。
Claims (19)
1．一种随***负载改变充电电流的控制装置，用以控制一电源对一充电电池的充电电流，其包括：
一电流感测元件，串联于该***负载，用以转换流过一***负载的负载电流为一负载电压；
一电压转换电路，耦接于该电流感测元件，用以接收该负载电压，并产生一控制信号；以及
一充电电流调整电路，置于该电源对该充电电池的充电路径中并且耦接该电压转换电路，其根据该控制信号，调整该电源对该充电电池所送出的充电电流。
2．如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该充电电流调整电路包括：
脉宽调制电路，其根据该控制信号，产生对应的一脉宽调制信号，该脉宽调制信号的脉宽对应于该***负载的负载电流；以及
一开关元件，耦接于该脉宽调制电路并且置于该电源对该充电电池的充电路径，其根据该脉宽调制信号的脉宽，调整该充电路径的开关状态，藉以调整充电电流。
3．如权利要求2所述的控制装置，其特征在于，该开关元件为一晶体管，其基极接收该脉宽调制信号，其集电极和发射极分别耦接至该充电电池和该电源。
4．如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该充电电池并联于该***负载。
5．如权利要求4所述的控制装置，其特征在于，该充电电流调整电路包括：
脉宽调制电路，其根据该控制信号，产生对应的一脉宽调制信号，该脉宽调制信号的脉宽对应于该***负载的负载电流；以及
一开关元件，耦接于该脉宽调制电路并且置于该电源对该充电电池的充电路径，其根据该脉宽调制信号的脉宽，调整该充电路径的开关状态，藉以调整充电电流。
6．如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，该开关元件为一晶体管，其基极接收该脉宽调制信号，其集电极和发射极分别耦接至该充电电池和该电源。
7．如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该电流感测元件为一电阻。
8．如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该电压转换电路由运算放大器所构成。
9．一种随***负载改变充电电流的控制装置，用以控制一电源对一充电电池的充电电流，其包括：
一负载电流检测电路，用以检测流过一***负载的负载电流，并且产生对应的控制信号；以及
一充电电流调整电路，置于该电源对该充电电池的充电路径中并且耦接该负载电流检测电路，其根据该控制信号，调整该电源对该充电电池所送出的充电电流。
10．如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，该充电电流调整电路包括：
脉宽调制电路，其根据该控制信号，产生对应的一脉宽调制信号，该脉宽调制信号的脉宽对应于该***负载的负载电流；以及
一开关元件，耦接于该脉宽调制电路并且置于该电源对该充电电池的充电路径，其根据该脉宽调制信号的脉宽，调整该充电路径的开关状态，藉以调整充电电流。
11．如权利要求10所述的控制装置，其特征在于，该开关元件为一晶体管，其基极接收该脉宽调制信号，其集电极和发射极分别耦接至该充电电池和该电源。
12．如权利要求9所述的控制装置，其特征在于，该充电电池并联于该***负载。
13．如权利要求12所述的控制装置，其特征在于，该充电电流调整电路包括：
脉宽调制电路，其根据该控制信号，产生对应的一脉宽调制信号，该脉宽调制信号的脉宽对应于该***负载的负载电流；以及
一开关元件，耦接于该脉宽调制电路并且置于该电源对该充电电池的充电路径，其根据该脉宽调制信号的脉宽，调整该充电路径的开关状态，藉以调整充电电流。
14．如权利要求13所述的控制装置，其特征在于，该开关元件为一晶体管，其基极接收该脉宽调制信号，其集电极和发射极分别耦接至该充电电池和该电源。
15．一种随***负载改变充电电流的控制装置，用以控制一电源对一充电电池的充电电流，该***负载并联于该充电电池，并且该***负载和该充电电池通过一充电路径耦接至该电源，其包括：
一电阻，耦接于该***负载和接地端的间，用以转换流过该***负载的负载电流，并在该电阻的两端点上产生一对应的负载电压；
一运算放大器电路，其反相端和非反相端分别耦接于该电阻的两端点，用以接收该负载电压，并产生一控制信号；
一脉宽调制电路，耦接于该运算放大器电路，其根据该控制电压，产生对应的一脉宽调制信号，该脉宽调制信号的脉宽对应于该***负载的负载电流；以及
一开关元件，耦接于该脉宽调制电路并且置于该充电路径中，其根据该脉宽调制信号的脉宽，调整该充电路径的开关状态，藉以调整充电电流的部分。
16．如权利要求15所述的控制装置，其特征在于，该开关元件为一晶体管，其基极接收该脉宽调制信号，其集电极和发射极分别耦接至该充电电池和该电源。
17．一种随***负载改变充电电流的控制方法，用以控制一电源对一充电电池的充电电流，该***负载并联于该充电电池，并且该***负载和该充电电池通过一充电路径耦接至该电源，该控制方法包括下列步骤：
利用串联于该***负载的电流感测元件，将流过该***负载的负载电流转换为一负载电压；
调整该负载电压以产生一控制信号；以及
根据该控制信号，控制该充电路径的导通状态，藉以随该***负载改变该充电电流的大小。
18．如权利要求17所述的控制方法，其特征在于，在控制该充电路径的导通状态的步骤中包括：
根据该控制信号，产生具有对应脉宽的脉宽调制信号；以及
通过置于该充电路径的开关元件，利用该脉宽调制信号的对应脉宽，控制该充电路径的导通状态，藉以调整该电源对该充电电池所送出的充电电流。
19．如权利要求18所述的控制方法，其特征在于，该开关元件为一晶体管，其基极接收该脉宽调制信号，其集电极和发射极分别耦接至该充电电池和该电源。
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