專(zhuān)利名稱：避免電容器過(guò)度充電的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種充電器，尤其指一種避免充電器對(duì)電容器過(guò)度充電的裝置及方法。

背景技術(shù)：
請(qǐng)參照?qǐng)D1，其為公知充電器的電路示意圖。充電器100包括充電電路110、分壓器120、電容器130、比較器140及控制器150。請(qǐng)注意，分壓器120并非一定要連接至整流二極管118的陰極，其亦可連接至整流二極管118的陽(yáng)極。充電電路110包括變壓器112，其用來(lái)接收輸入電壓Vin，并將輸入電壓Vin由低電壓電平升至高電壓電平；然后，該高電平電壓會(huì)通過(guò)整流二極管118并對(duì)電容器130進(jìn)行充電，其中電容器130的端點(diǎn)電壓即為充電器100的輸出電壓。驅(qū)動(dòng)器114接收由控制器150所送出的控制信號(hào)，并提供驅(qū)動(dòng)電壓至金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal oxide semiconductorfield effect transistor，MOSFET)116，如此一來(lái)，驅(qū)動(dòng)器114便可以驅(qū)動(dòng)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管116并進(jìn)而控制變壓器112的開(kāi)關(guān)狀態(tài)(on/off state)。充電電路110的電路結(jié)構(gòu)為回掃式結(jié)構(gòu)(Flybackconfiguration)。分壓器120包括兩個(gè)串聯(lián)的電阻器R1及R2，因此落在電阻器R2兩端的壓降小于輸出電壓Vout并與輸出電壓Vout成一比例，且用來(lái)作為反饋電壓VFB。比較器140用來(lái)比較反饋電壓VFB與預(yù)定參考電壓Vref，當(dāng)VFB達(dá)到預(yù)定參考電壓Vref時(shí)，控制器150將送出控制信號(hào)使充電電路110停止充電。
下述范例將進(jìn)一步解釋充電器100的功能。一般而言，當(dāng)照相機(jī)在執(zhí)行閃光(flash)功能時(shí)，會(huì)先由輸入電壓(一般使用電池，其工作電壓范圍約為1.8V-5V)轉(zhuǎn)換為高電平電壓以對(duì)電容器130進(jìn)行充電，由于執(zhí)行閃光所需要的電容器電壓高達(dá)300V，因此電容器130的目標(biāo)電壓便被設(shè)定為300V，亦即若參考電壓Vref被設(shè)定為1V，則R2對(duì)R1的比值被設(shè)定為1/299。控制器150在接收啟動(dòng)信號(hào)(enable signal)后會(huì)送出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)器114，進(jìn)而使得充電電路110開(kāi)始對(duì)電容器130進(jìn)行充電，而隨著電容器130的電壓值逐漸上升至目標(biāo)電壓300V，反饋電壓VFB也將逐漸達(dá)到參考電壓Vref(即電壓值1V)。當(dāng)電容器130經(jīng)由充電而使其電壓值達(dá)到300V時(shí)，反饋電壓VFB將會(huì)等于300*[1/(1+299)]＝1V，而一旦反饋電壓VFB達(dá)到參考電壓Vref，比較器140便將送出指示信號(hào)至控制器150，因此當(dāng)控制器150接收到指示信號(hào)時(shí)，將會(huì)送出控制信號(hào)以停止驅(qū)動(dòng)器114，并將充電電路110關(guān)斷(turned off)；同時(shí)，就緒信號(hào)(ready signal)亦會(huì)被送出以用來(lái)告知電容器130已完成充電(full charge)。以該作法，電容器130將可以被充電至適當(dāng)電量；然而，假使電阻器R1為開(kāi)路狀態(tài)(open-circuited)或電阻器R2為短路狀態(tài)(shorted)，則由于此時(shí)反饋電壓VFB無(wú)法達(dá)到1V，會(huì)使得控制器150無(wú)法接收到由比較器140所送出的指示信號(hào)，如此一來(lái)，電容器130將會(huì)被持續(xù)充電，而當(dāng)電容器電壓超出電容器額定值(一般約為330V)時(shí)會(huì)損毀電容器，進(jìn)而可能導(dǎo)致其他元件損害以及無(wú)法符合安全規(guī)范而產(chǎn)生危險(xiǎn)。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的的一在于提供一種控制一充電電路的裝置及方法，以解決上述問(wèn)題。
本發(fā)明的一實(shí)施例公開(kāi)一種控制一充電電路的裝置，包括一第一比較器、一第二比較器以及一控制器。該第一比較器耦接至該充電電路，用以接收一電壓電平，并比較該電壓電平與一參考電壓電平以產(chǎn)生一第一指示信號(hào)。該電壓電平對(duì)應(yīng)于該充電電路的一輸出電壓。該第二比較器用以接收一控制值，并比較該控制值與一閥值以產(chǎn)生一第二指示信號(hào)。該控制器耦接至該充電電路、該第一比較器及該第二比較器，用以根據(jù)該第一指示信號(hào)及該第二指示信號(hào)以產(chǎn)生一控制信號(hào)，以此將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷，還用以根據(jù)該控制信號(hào)以產(chǎn)生該控制值。
本發(fā)明的一實(shí)施例還公開(kāi)一種控制一充電電路的方法，包括比較一電壓電平與一參考電壓電平以產(chǎn)生一第一指示信號(hào)；比較一控制值與一閥值以產(chǎn)生一第二指示信號(hào)；根據(jù)該第一指示信號(hào)及該第二指示信號(hào)以產(chǎn)生一控制信號(hào)，用以將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷；以及根據(jù)該控制信號(hào)以產(chǎn)生該控制值。該電壓電平對(duì)應(yīng)于該充電電路的一輸出電壓。
本發(fā)明的一實(shí)施例還公開(kāi)一種控制一充電電路的裝置，包括一第一檢測(cè)器、一第二檢測(cè)器以及一控制器。該第一檢測(cè)器耦接至該充電電路，用以于一第一時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)一電壓電平，并產(chǎn)生與該第一時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第一指示值。該電壓電平對(duì)應(yīng)于該充電電路的一輸出電壓。該第二檢測(cè)器耦接至該充電電路，用以于該第一時(shí)間點(diǎn)后的一第二時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)該電壓電平，并產(chǎn)生與該第二時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第二指示值。該控制器耦接至該充電電路、該第一檢測(cè)器及該第二檢測(cè)器，用以接收該第一指示值及該第二指示值，還用以根據(jù)該第一指示值及該第二指示值以產(chǎn)生一控制信號(hào)，以此將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷。
本發(fā)明的一實(shí)施例另公開(kāi)一種控制一充電電路的方法，包括于一第一時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)一電壓電平，并產(chǎn)生與該第一時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第一指示值；于該第一時(shí)間點(diǎn)后的一第二時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)該電壓電平，并產(chǎn)生與該第二時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第二指示值；以及根據(jù)該第一指示值及該第二指示值以產(chǎn)生一控制信號(hào)，以此將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷。該電壓電平對(duì)應(yīng)于該充電電路的一輸出電壓。
本發(fā)明的一實(shí)施例另公開(kāi)一種控制一充電電路的裝置，包括一第一檢測(cè)器，耦接至該充電電路，用以于一第一時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)一反饋電壓的電壓電平，并產(chǎn)生與該第一時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第一指示信號(hào)，其中該反饋電壓代表該充電電路的一輸出電壓；一比較器，將該反饋電壓與一目標(biāo)電平相比較，并從而輸出一端點(diǎn)信號(hào)；以及一控制器，耦接至該充電電路、該第一檢測(cè)器及該第二檢測(cè)器，該控制器用以接收該第一指示信號(hào)及該端點(diǎn)信號(hào)，以產(chǎn)生一控制信號(hào)，以此將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷。



圖1為公知充電器的電路示意圖。
圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的充電器的電路示意圖。
圖3為控制信號(hào)在一周期內(nèi)的波形圖。
圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的充電器的電路示意圖。
圖5為就緒信號(hào)、啟動(dòng)信號(hào)及輸出電壓Vout于充電期間的波形圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明 100、200、400充電器 110 充電電路 112 變壓器 114 驅(qū)動(dòng)器 116 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 118 整流二極管 120 分壓器 130 電容器 140 第一比較器 150、210、410控制器 220 第二比較器 230 第三比較器 420 第一檢測(cè)器 430 第二檢測(cè)器
具體實(shí)施例方式 請(qǐng)參照?qǐng)D2，其為本發(fā)明第一實(shí)施例的充電器200的電路示意圖。充電器200包括充電電路110、分壓器120、電容器130、第一比較器140、控制器210、第二比較器220及第三比較器230。以功能上而言，圖2的充電電路110、分壓器120、電容器130及第一比較器140與圖1中相對(duì)應(yīng)的元件完全相同。第二比較器220及第三比較器230可由運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該實(shí)施例中，控制器210不僅可產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制充電電路110，還可提供控制值DM，其中控制值DM經(jīng)由監(jiān)控控制信號(hào)的工作周期(duty cycle)而產(chǎn)生。指示信號(hào)S1由第一比較器140所產(chǎn)生；第二比較器220比較控制值DM與預(yù)定閥值(threshold value)DS以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的指示信號(hào)S2；以及第三比較器230比較反饋電壓VFB與預(yù)定電壓電平閥值VS以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的指示信號(hào)S3。而后，控制器210便根據(jù)指示信號(hào)S1、S2及S3來(lái)送出控制信號(hào)以控制充電電路110的運(yùn)作。
接下來(lái)將解釋控制器210的功能。由于充電器200的電路結(jié)構(gòu)為回掃式結(jié)構(gòu)(Flyback configuration)，因此當(dāng)電路穩(wěn)定地工作時(shí)，變壓器112在一完整周期的時(shí)間中的平均電壓將等于零。請(qǐng)參照?qǐng)D3，其為控制信號(hào)在一周期(T)內(nèi)的波形圖。又，輸出電壓Vout及輸入電壓Vin滿足如下所示的方程式[1]方程式[1] 方程式[2] 其中Vd1為落在整流二極管118的壓降，N為變壓器的圈數(shù)比(turnratio)，而Ton及Toff則分別為控制信號(hào)在一周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間(on time)及關(guān)斷時(shí)間(off time)，其中N＝Ns/Np，Ns為二次線圈數(shù)(secondary turns)，而Np為一次線圈數(shù)(primary turns)，而于Vd1通常約為0.5V-1V，因此可以被忽略不計(jì)。由方程式[1]、[2]可明顯看出，當(dāng)輸出電壓Vout增加時(shí)，控制信號(hào)的工作周期亦隨的增加。再者，由圖3可知，導(dǎo)通時(shí)間Ton與電壓Vin的乘積(即區(qū)域A1)必須等于關(guān)斷時(shí)間Toff與電壓(Vout+Vd1)/N的乘積(即區(qū)域A2)。假設(shè)N＝20、Vin＝3V且Ton＝3.3μs，當(dāng)輸出電壓Vout充電至100V時(shí)，關(guān)斷時(shí)間Toff將等于1.98μs，這表示控制信號(hào)的工作周期(即控制值DM)將等于62.5％。換言的假使控制值DM等于62.5％，則反饋電壓VFB必須等于100*[1/(1+299)]＝0.333V，其中電阻器R2對(duì)電阻器R1的電阻值比為1/299，此時(shí)，電壓電平閥值VS被設(shè)定為0.333V，因此，當(dāng)?shù)诙容^器220所產(chǎn)生的指示信號(hào)S2顯示控制值DM達(dá)到閥值DS且第三比較器230所產(chǎn)生的指示信號(hào)S3顯示反饋電壓VFB未達(dá)到電壓電平閥值VS時(shí)，控制器210將會(huì)送出控制信號(hào)以使充電電路110禁用(disable)。然而，由于輸入電壓Vin一般由電池所提供，因此需考慮電池的最低工作電壓Vin(min)，此時(shí)電壓電平閥值VS必須加以調(diào)整。又，電壓電平閥值VS必須遵循下述方程式方程式[3] 其中Vin(min)為輸入電壓Vin的最小可能電壓(possible minimumvoltage)。假使Vin(min)等于1.8V、N＝20、R2/R1＝1/299且閥值DS被設(shè)定為62.5％，則根據(jù)方程式[3]，VS必須被設(shè)定為小于0.2V，因此我們可以選用丨個(gè)適合的電壓電平閥值VS，例如0.075V。如此實(shí)施例所述，一旦控制值DM達(dá)到閥值DS(即62.5％)，而反饋電壓VFB仍小于電壓電平閥值VS(即0.075V)，分壓器120將被視為功能異常，且此時(shí)充電電路110會(huì)切入禁用狀態(tài)，因此，通過(guò)監(jiān)控反饋電壓VFB及驅(qū)動(dòng)信號(hào)的工作周期DM，可以在電阻器R1為開(kāi)路狀態(tài)(open-circuited)、電阻器R2為短路狀態(tài)(shorted)或兩種情形同時(shí)發(fā)生時(shí)，避免電容器130被過(guò)度充電。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，其為本發(fā)明第二實(shí)施例的充電器400的電路示意圖。除了充電電路110、分壓器120、電容器130及比較器140(以功能上而言，這些元件類(lèi)似于圖1中相對(duì)應(yīng)的元件)以外，充電器400還包括控制器410、第一檢測(cè)器420及第二檢測(cè)器430。請(qǐng)參照?qǐng)D5，其為就緒信號(hào)(ready signal)、啟動(dòng)信號(hào)(enable signal)及輸出電壓Vout于充電期間的波形圖。在時(shí)間點(diǎn)t1時(shí)，控制器410所接收到的啟動(dòng)信號(hào)(如虛線所示)會(huì)升高，此時(shí)控制器410所輸出的控制信號(hào)會(huì)將充電電路110導(dǎo)通(turned on)。接著，輸出電壓Vout(如細(xì)實(shí)線所示)會(huì)開(kāi)始增加，而在時(shí)間點(diǎn)t2時(shí)，輸出電壓Vout會(huì)達(dá)到目標(biāo)電平，此時(shí)就緒信號(hào)(如粗實(shí)線所示)將由低邏輯電平升至高邏輯電平，而控制器410將根據(jù)比較器140所產(chǎn)生的指示信號(hào)S1來(lái)送出控制信號(hào)以使充電電路110禁用。
觀察輸出電壓Vout后可明顯看出，其曲線呈現(xiàn)出單一方向增加的形態(tài)，代表對(duì)輸出電壓Vout進(jìn)行取樣時(shí)，時(shí)間較晚的取樣值必然會(huì)大于時(shí)間較早的取樣值，所以根據(jù)該特性，便可以經(jīng)由監(jiān)控輸出電壓Vout來(lái)檢測(cè)出異常的充電程序。請(qǐng)回到圖4，其中反饋電壓VFB反饋至第一檢測(cè)器420及第二檢測(cè)器430，第一檢測(cè)器420于第一時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)反饋電壓VFB以產(chǎn)生第一指示值，其中第一指示值顯示于第一時(shí)間點(diǎn)所檢測(cè)到的反饋電壓VFB；接著，第二檢測(cè)器430于第一時(shí)間點(diǎn)后的第二時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)反饋電壓VFB以產(chǎn)生第二指示值，其中第二指示值顯示于第二時(shí)間點(diǎn)所檢測(cè)到的反饋電壓VFB。而后，第一指示值及第二指示值將會(huì)被傳送至控制器410，控制器410進(jìn)一步比較這兩個(gè)指示值并據(jù)以產(chǎn)生控制信號(hào)。又，根據(jù)上述輸出電壓Vout的特性，第二指示值基本上必須大于第一指示值，因此，當(dāng)?shù)诙甘局敌∮诘谝恢甘局禃r(shí)，控制器410會(huì)送出控制信號(hào)以使充電電路110禁用。如此一來(lái)，通過(guò)檢測(cè)并比較不同時(shí)間點(diǎn)的反饋電壓VFB，可以在電阻器R1為開(kāi)路狀態(tài)、電阻器R2為短路狀態(tài)或兩種情形同時(shí)發(fā)生時(shí)，避免電容器130被過(guò)度充電。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所進(jìn)行的等效變化與修改，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制一充電電路的裝置，包括
一第一檢測(cè)器，耦接至該充電電路，用以于一第一時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)一電壓電平，并產(chǎn)生與該第一時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第一指示值，其中該電壓電平對(duì)應(yīng)于該充電電路的一輸出電壓；
一第二檢測(cè)器，耦接至該充電電路，用以于該第一時(shí)間點(diǎn)后的一第二時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)該電壓電平，并產(chǎn)生與該第二時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第二指示值；以及
一控制器，耦接至該充電電路、該第一檢測(cè)器及該第二檢測(cè)器，用以接收該第一指示值及該第二指示值，還用以根據(jù)該第一指示值及該第二指示值以產(chǎn)生一控制信號(hào)，以此將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中每一電壓電平小于該充電電路的該輸出電壓并與該充電電路的該輸出電壓成一比例。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中當(dāng)該第一指示值大于該第二指示值時(shí)，該控制器產(chǎn)生該控制信號(hào)以使該充電電路禁用。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該充電電路具有一回掃式結(jié)構(gòu)。
5.一種控制一充電電路的方法，包括
于一第一時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)一電壓電平，并產(chǎn)生與該第一時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第一指示值，其中該電壓電平對(duì)應(yīng)于該充電電路的一輸出電壓；
于該第一時(shí)間點(diǎn)后的一第二時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)該電壓電平，并產(chǎn)生與該第二時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第二指示值；以及
根據(jù)該第一指示值及該第二指示值以產(chǎn)生一控制信號(hào)，以此將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中每一電壓電平小于該充電電路的該輸出電壓并與為該充電電路的該輸出電壓成一比例。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中當(dāng)該第一指示值大于該第二指示值時(shí)，該控制信號(hào)使該充電電路禁用。
8.一種控制一充電電路的裝置，包括
一第一檢測(cè)器，耦接至該充電電路，用以于一第一時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)一反饋電壓的電壓電平，并產(chǎn)生與該第一時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第一指示信號(hào)，其中該反饋電壓代表該充電電路的一輸出電壓；
一比較器，將該反饋電壓與一目標(biāo)電平相比較，并從而輸出一端點(diǎn)信號(hào)；以及
一控制器，耦接至該充電電路、該第一檢測(cè)器及該第二檢測(cè)器，該控制器用以接收該第一指示信號(hào)及該端點(diǎn)信號(hào)，以產(chǎn)生一控制信號(hào)，以此將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，包括
一第二檢測(cè)器，耦接至該充電電路，用以于該第一時(shí)間點(diǎn)后的一第二時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)該電壓電平，并產(chǎn)生與該第二時(shí)間點(diǎn)的該電壓電平相對(duì)應(yīng)的一第二指示信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，如果由該第一指示信號(hào)代表的電壓電平小于由該第二指示信號(hào)代表的電壓電平，則該控制器使該充電電路禁用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制應(yīng)用于一電容器的一充電電路的裝置及方法。該裝置包括一第一比較器、一第二比較器及一控制器。該第一比較器耦接至該充電電路，用以接收一電壓電平，并比較該電壓電平與一參考電壓電平以產(chǎn)生一第一指示信號(hào)。該電壓電平對(duì)應(yīng)于該充電電路的一輸出電壓。該第二比較器用以接收一控制值，并比較該控制值與一閥值以產(chǎn)生一第二指示信號(hào)。該控制器耦接至該充電電路、該第一比較器及該第二比較器，用以根據(jù)該第一指示信號(hào)及該第二指示信號(hào)以產(chǎn)生一控制信號(hào)，以此將該充電電路導(dǎo)通及關(guān)斷，還用以根據(jù)該控制信號(hào)以產(chǎn)生該控制值。
文檔編號(hào)H02M3/04GK101394133SQ20081016198
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2006年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者莊明男, 朱益杉 申請(qǐng)人:通嘉科技股份有限公司