本發(fā)明涉及一種模擬裝置，特別是關(guān)于一種電池模擬裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在一般的電子裝置于測(cè)試時(shí)，將待測(cè)電子裝置連接于一個(gè)電源供應(yīng)器。電源供應(yīng)器會(huì)對(duì)待測(cè)電子裝置提供所設(shè)定的電壓或是電流。然而，實(shí)際的電池具有內(nèi)電阻，因此當(dāng)一個(gè)負(fù)載元件從電池抽取電流時(shí)，負(fù)載元件兩端的電壓差與電池的額定電流以及被抽取的電流相關(guān)。因此僅以電源供應(yīng)器來(lái)對(duì)電子裝置供電以測(cè)試并不足夠。往往必須將待測(cè)電子裝置實(shí)際連接于電池以確認(rèn)實(shí)際使用的狀況。如此一來(lái)，對(duì)于不同的待測(cè)電子裝置往往必須準(zhǔn)備不同的電池，而對(duì)同一種待測(cè)電子裝置又必須準(zhǔn)備多顆相同的電池方能完成測(cè)試，殊為不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由于僅以電源供應(yīng)器來(lái)對(duì)電子裝置供電以測(cè)試并不足夠，而以實(shí)際電池來(lái)對(duì)待測(cè)電子裝置供電以測(cè)試又不方便。因此本發(fā)明提供一種電池模擬裝置，用來(lái)模擬實(shí)際電池對(duì)負(fù)載元件(待測(cè)電子裝置)供電的狀況。

依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種電池模擬裝置，用以模擬電池用于負(fù)載元件的狀態(tài)，所述電池模擬裝置包含受控電流源、電壓感測(cè)模組與增益控制模組。受控電流源用以依據(jù)電流控制信號(hào)對(duì)負(fù)載元件提供輸出電流。電壓感測(cè)模組用以量測(cè)該輸出電流流經(jīng)該負(fù)載元件而產(chǎn)生感測(cè)電壓。增益控制模組電性連接于受控電流源與電壓感測(cè)模組，用以依據(jù)電壓控制信號(hào)、增益控制信號(hào)與感測(cè)電壓，產(chǎn)生電流控制信號(hào)。

由于電池模擬裝置對(duì)負(fù)載元件所提供的輸出電流是由負(fù)載元件所得到的輸出電壓、電壓控制信號(hào)所定義的額定電壓以及用來(lái)定義被模擬的電池的內(nèi)電阻的增益控制信號(hào)所決定。因此本發(fā)明所提出的電池模擬裝置可以模擬電池對(duì)負(fù)載元件供電時(shí)輸出電流與負(fù)載電壓的狀況。

以上的關(guān)于本發(fā)明內(nèi)容的說(shuō)明及以下的實(shí)施方式的說(shuō)明是用以示范與解釋本發(fā)明的精神與原理，并且提供本發(fā)明的權(quán)利要求書更進(jìn)一步的解釋。

附圖說(shuō)明

圖1為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電池模擬裝置與負(fù)載元件功能框圖。

圖2為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電池模擬裝置與負(fù)載元件功能框圖。

圖3為對(duì)應(yīng)于圖1或圖2的等效電路圖。

符號(hào)說(shuō)明：

100、100’ 電池模擬裝置

110、110’ 電壓感測(cè)模組

120、120’ 增益控制模組

130 受控電流源

200 負(fù)載元件

R_eq 內(nèi)電阻

G_CV-R 增益控制信號(hào)

I_SET 電流控制信號(hào)

I_O 輸出電流

V_diff 電壓差異信號(hào)

V_SET 電壓控制信號(hào)

V_SENSE 感測(cè)電壓

V_O 輸出電壓

具體實(shí)施方式

以下在實(shí)施方式中詳細(xì)敘述本發(fā)明的詳細(xì)特征以及優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)容足以使任何熟習(xí)相關(guān)技藝者了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，且根據(jù)本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容、權(quán)利要求書及圖式，任何熟習(xí)相關(guān)技藝者可輕易地理解本發(fā)明相關(guān)的目的及優(yōu)點(diǎn)。以下的實(shí)施例是進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的觀點(diǎn)，但非以任何觀點(diǎn)限制本發(fā)明的范疇。

依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種電池模擬裝置，用以模擬電池用于負(fù)載元件的狀態(tài)，請(qǐng)參照?qǐng)D1，其是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電池模擬裝置與負(fù)載元件功能框圖。如圖1所示，所述電池模擬裝置100具有電壓感測(cè)模組110、增益控制模組120與受控電流源130。增益控制模組120電性連接于電壓感測(cè)模組110，而受控電流源130電性連接于增益控制模組120。

電壓感測(cè)模組110用以量測(cè)輸出電流I_O流經(jīng)負(fù)載元件200所對(duì)應(yīng)的感測(cè)電壓V_SENSE。于一實(shí)施例中，電壓感測(cè)模組110，用來(lái)將輸出電流I_O流經(jīng)負(fù)載元件200時(shí)，負(fù)載元 件200的兩端的電壓差(voltage difference between the two nodes of the load 200)，也就是輸出電壓V_O，轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)位信號(hào)：感測(cè)電壓V_SENSE。

增益控制模組120用以依據(jù)電壓控制信號(hào)V_SET、感測(cè)電壓V_SENSE與增益控制信號(hào)G_CV-R，產(chǎn)生電流控制信號(hào)I_SET。于一實(shí)施例中，增益控制模組120的直流增益G_DC受控于增益控制信號(hào)G_CV-R。并且增益控制信號(hào)G_CV-R是由電池模擬裝置100所欲模擬的電池的內(nèi)電阻所決定。舉例來(lái)說(shuō)，如果所欲模擬的電池的內(nèi)電阻為10歐姆，則增益控制信號(hào)G_CV-R所指示的直流增益G_DC會(huì)是0.1安培/伏特。而電流控制信號(hào)I_SET是由感測(cè)電壓V_SENSE、電壓控制信號(hào)V_SET與增益控制信號(hào)G_CV-R所決定。更具體來(lái)說(shuō)，于一個(gè)實(shí)施例中電流控制信號(hào)I_SET所對(duì)應(yīng)的輸出電流I_O可以由下列方程式(1)來(lái)描述：

I_O＝G_DC×(V_SET-V_SENSE) (1)

于方程式(1)所對(duì)應(yīng)的實(shí)施例中，電流控制信號(hào)I_SET是由當(dāng)前的電壓控制信號(hào)V_SET以及當(dāng)前的感測(cè)電壓V_SENSE來(lái)決定。然而于另一個(gè)實(shí)施例中，增益控制模組120的增益頻率響G(f)是由電池的電化學(xué)特性所決定。換句話說(shuō)，增益頻率響應(yīng)G(f)是用來(lái)描述當(dāng)所欲模擬的電池連接到一個(gè)數(shù)位電路時(shí)，電池被抽取的電流快速的變化時(shí)，電池的內(nèi)部阻抗的等效電路。而電流控制信號(hào)I_SET所對(duì)應(yīng)的輸出電流I_O可以由下列方程式(2)來(lái)描述：

I_O＝G(f)×(V_SET-V_SENSE) (2)

也就是說(shuō)，于某些實(shí)施例中，電流控制信號(hào)I_SET更關(guān)系于感測(cè)電壓V_SENSE過(guò)去的變化以及電壓控制信號(hào)V_SET過(guò)去的變化。其中，于前述實(shí)施例中，電壓控制信號(hào)V_SET與電流控制信號(hào)I_SET均為數(shù)位信號(hào)，且增益控制模組120包含數(shù)位信號(hào)處理器(digital signal processor,DSP)。此處所指的數(shù)位信號(hào)處理器泛指如復(fù)雜可程式邏輯裝置(complex programmable logic device,CPLD)、現(xiàn)場(chǎng)可程式邏輯閘陣列(field programmable gate array,FPGA)、8051單晶片或是其他可以用來(lái)進(jìn)行數(shù)位信號(hào)處理的電子電路元件。然而，于另外的實(shí)施例中，電壓控制信號(hào)V_SET與電流控制信號(hào)I_SET也可以是類比信號(hào)。則增益控制模組120可以是一個(gè)類比的增益可控電路，受控于增益控制信號(hào)。

受控電流源130用以依據(jù)電流控制信號(hào)I_SET對(duì)負(fù)載元件200提供輸出電流IO。于一實(shí)施例中，所謂的輸出電流IO可以是經(jīng)由受控電流源130流向負(fù)載元件200，也可以是從負(fù)載元件200經(jīng)由受控電流源130流向電源源頭。更具體來(lái)說(shuō)，于一實(shí)施例中，當(dāng)電池模擬裝置100僅要被用來(lái)模擬電池供電時(shí)的表現(xiàn)，則受控電流源130具有一組電流源(current source)。此組電流源可由多個(gè)定電流源或單一雙向的電流源所組成，本發(fā)明并不加以限定。

于另一實(shí)施例中，當(dāng)電池模擬裝置100要被用來(lái)模擬電池被充電時(shí)的表現(xiàn)，則受控電流源130具有一組電流槽(current sink)。此組電流槽可由單一個(gè)雙向電流槽或由多個(gè)定電流槽所組成。當(dāng)為多個(gè)定電流槽所組成時(shí)，每一個(gè)定電流槽被電流控制信號(hào)I_SET選擇性地致能(enable)或停能(disable)。當(dāng)受控電流源130被連接于負(fù)載元件200時(shí)，每一個(gè)定電流槽于被致能時(shí)從負(fù)載元件200抽取一定量的電流。其中，任意兩個(gè)定電流源于被致能時(shí)所抽取的電流可以相同，也可以不同，本發(fā)明并不加以限定。其中，于一實(shí)施例中，電流源是用以從外接的電源(例如市電或其他電源供應(yīng)器)抽取電流提供給負(fù)載單元200，而電流槽是用以從負(fù)載單元200抽取電流回收到外接的電源。

于再一實(shí)施例中，受控電流源130同時(shí)具有一組數(shù)位電流源與一組數(shù)位電流槽，則可以用來(lái)模擬電池供電與被充電的狀況。也就是說(shuō)受控電流源130是一個(gè)雙向電流源，具有向負(fù)載元件200提供電流以及從負(fù)載元件200汲取電流的能力。

于另一實(shí)施例中，請(qǐng)參照?qǐng)D2，其是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電池模擬裝置與負(fù)載元件功能框圖。如圖2所示，電池模擬裝置100’相較于圖1的電池模擬裝置100，其差異在于電壓感測(cè)模組110’是依據(jù)輸出電流I_O流經(jīng)負(fù)載元件200所產(chǎn)生輸出電壓V_O，以及電壓控制信號(hào)V_SET，來(lái)產(chǎn)生電壓差異信號(hào)V_diff。而增益控制模組120’是依據(jù)電壓差異信號(hào)V_diff與增益控制信號(hào)G_CV-R來(lái)產(chǎn)生電流控制信號(hào)I_SET。其中，電流控制信號(hào)I_SET所對(duì)應(yīng)的輸出電流I_O可以由下列方程式(3)來(lái)描述：

I_O＝G_CV-R×V_diff (3)

于此一實(shí)施例中，電壓控制信號(hào)V_SET是一個(gè)給定的電壓值。換句話說(shuō)，于此一實(shí)施例中，是假定負(fù)載元件200的負(fù)端與欲模擬的電池的負(fù)端等電位，而以電壓感測(cè)模組110量測(cè)欲模擬的電池中的理想直流電壓源輸出的電壓控制信號(hào)V_SET與負(fù)載的正端的輸出電壓V_O來(lái)產(chǎn)生電壓差異信號(hào)V_diff。

由于輸出電流I_O是由增益控制信號(hào)G_CV-R、輸出電壓V_O與電壓控制信號(hào)V_SET來(lái)決定，所以依據(jù)本發(fā)明前述多個(gè)實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的電池模擬裝置在使用中的時(shí)候，其等效電路可以參照?qǐng)D3，其對(duì)應(yīng)于圖1或圖2的等效電路圖。如圖3所示，依據(jù)本發(fā)明前述實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的電池模擬裝置100等效于具有電流控制信號(hào)V_SET的電流源與內(nèi)電阻R_eq串連的電池。其中內(nèi)電阻R_eq等于增益控制信號(hào)G_CV-R的倒數(shù)。

具體來(lái)說(shuō)，于一個(gè)模擬環(huán)境中，電路設(shè)計(jì)者欲模擬一個(gè)額定電壓為25伏特、內(nèi)電阻為0.2歐姆的電池對(duì)負(fù)載元件200供電的狀況。則電壓控制信號(hào)V_SET所對(duì)應(yīng)的電壓值為25伏特，而增益控制信號(hào)G_CV-R所對(duì)應(yīng)的增益為5安培/伏特。當(dāng)負(fù)載元件200需要從電池模擬裝置100抽取1安培的電流，而電池對(duì)負(fù)載元件200供應(yīng)的輸出電流I_O小 于1安培時(shí)，則輸出電壓V_O會(huì)被拉低，使得輸出電流I_O上升。直到輸出電壓V_O實(shí)質(zhì)等于24.8伏特時(shí)，輸出電流I_O為1安培，整個(gè)模擬系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。

如果接著負(fù)載元件200要從電池模擬裝置100抽取10安培的電流，由于此時(shí)的輸出電流I_O僅為1安培，因此輸出電壓V_O也會(huì)被瞬間拉低，而使輸出電流I_O上升，直到輸出電壓V_O實(shí)質(zhì)等于23伏特時(shí)，輸出電流I_O為10安培，整個(gè)模擬系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。于另一實(shí)施例中，如果電池模擬裝置100中的增益控制模組120有定義不是常數(shù)的增益頻率響應(yīng)G(f)，并且增益頻率響應(yīng)G(f)是一個(gè)低通頻率響應(yīng)(low-pass frequency response)，則電池模擬裝置100可以被用來(lái)模擬內(nèi)嵌有電感性元件的電池。

另一方面，于一個(gè)模擬環(huán)境中，電路設(shè)計(jì)者欲模擬一個(gè)額定電壓為25伏特、內(nèi)電阻為0.2歐姆的電池被充電的狀況。并且，電壓控制信號(hào)V_SET所對(duì)應(yīng)的電壓值為25伏特，而增益控制信號(hào)G_CV-R所對(duì)應(yīng)的增益為5安培/伏特。當(dāng)對(duì)電池模擬裝置100提供的充電電壓(也就是輸出電壓V_O)為26伏特時(shí)，電流控制信號(hào)I_SET所對(duì)應(yīng)的輸出電流I_O為負(fù)5安培，也就是說(shuō)電池模擬裝置100會(huì)從對(duì)其充電的裝置抽取5安培的電流。

而如果對(duì)電池模擬裝置100提供的充電電壓(也就是輸出電壓V_O)為30伏特時(shí)，電流控制信號(hào)I_SET所對(duì)應(yīng)的輸出電流I_O為負(fù)25安培，也就是說(shuō)電池模擬裝置100會(huì)從對(duì)其充電的裝置抽取25安培的電流。

綜上所述，由于電池模擬裝置對(duì)負(fù)載元件所提供的輸出電流是由負(fù)載元件所得到的輸出電壓、電壓控制信號(hào)所定義的額定電壓以及用來(lái)定義被模擬的電池的內(nèi)電阻的增益控制信號(hào)所決定。因此本發(fā)明前述多個(gè)實(shí)施例所提出的電池模擬裝置可以用來(lái)模擬電池對(duì)負(fù)載元件供電及/或充電裝置對(duì)電池充電時(shí)，電池的電流與電壓的狀況。

雖然本發(fā)明以前述的實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所為的更動(dòng)與潤(rùn)飾，均屬本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。關(guān)于本發(fā)明所界定的保護(hù)范圍請(qǐng)參考所附的權(quán)利要求書。