專利名稱：家用裝置電池充電器的制作方法
家用裝置電池充電器
背景技術：
家用裝置例如無繩真空吸塵器使用嵌入電池和外部交流/直流電源/電池充電器單元。通常，對電池充電器的輸入電壓是不調(diào)節(jié)的并且其高于電池充電電壓。在可再充電 電池的充電期間，電池充電器中的充電電流隨著電池充電電壓的升高而下降。然而，在完全 充電時，電池充電器繼續(xù)向可再充電電池提供涓流充電電流。很多家用裝置使用NiCd電池或NiMH電池，它們可處理最大約C/50 (50小時充電 速率)的涓流充電電流，其中IC速率為對應于可導致特定可再充電電池在1小時內(nèi)充電完 畢的充電電流的充電速率。然而，由于成本的限制，很多電池充電器不符合此要求而在進行 連續(xù)充電時使電池被過量充電，因此會縮短電池壽命。這在短期的使用之后就會顯著地導 致家用裝置的工作時間減少。發(fā)明_既述本發(fā)明公開了一種用于對至少一個可再充電電池進行充電的電池充電器裝置，該 電池充電器裝置可使涓流充電電流下降至預定限值以下。一方面，一種用以對至少一個可再充電電池進行充電的電池充電器裝置包括調(diào)壓 電路，所述電路被配置成接收直流電壓并以預定充電電流和涓流充電電流提供大體上恒定 的調(diào)節(jié)過的輸出電壓，該涓流充電電流要低于第一預定值；和電阻器，所述電阻器與調(diào)壓電 路的輸出和所述至少一個可再充電電池耦接以將充電電流限制在第一預定值以下。以下為在此方面的范圍內(nèi)的實施方案。電池充電器裝置還包括交流/直流適配電路以向調(diào)壓電路提供直流電壓。該交流 /直流適配電路包括變壓器，所述變壓器具有次級電路和初級電路；和耦接到變壓器的次 級電路上的整流電路，該整流電路用以提供直流電壓。調(diào)壓電路包括晶體管，所述晶體管具 有控制端子、電流源和電流吸收端子；和連接到晶體管的控制端子上的二極管，該二極管具 有選定的電壓特性以將所述大體上恒定的調(diào)節(jié)過的直流電壓限制在第三預定值以下。第二 預定值低于在充電循環(huán)結束時達到的第一預定值。晶體管為雙極結晶體管，并且二極管為 齊納二極管。電阻值與所述至少一個可再充電電池兩端的電壓值和所述大體上恒定的調(diào)節(jié) 過的直流電壓之間的平均差值相關。所述大體上恒定的調(diào)節(jié)過的輸出電壓與所述至少一個可再充電電池兩端的最大 連續(xù)充電電壓相關。該電池充電器裝置還包括連接到所述至少一個可再充電電池上的負 載。負載為便攜式電氣裝置的直流馬達。所述至少一個可再充電電池還包括至少一個或多 個NiCd電池或NiMH電池。在一個附加方面，用以對至少一個可再充電電池進行充電的電池充電器裝置包括 具有次級電路和初級電路的變壓器；耦接到變壓器的次級電路上的整流電路，該整流電路 用以提供直流電壓；調(diào)壓電路，所述電路耦接到整流電路上以向所述至少一個可再充電電 池提供大體上恒定的調(diào)節(jié)過的直流電壓和充電電流，該充電電流的值與所述大體上恒定的 調(diào)節(jié)過的輸出電壓和所述至少一個可再充電電池兩端的電壓值相關；和耦接在調(diào)壓電路的 輸出和所述至少一個可再充電電池之間的電阻器，該電阻器具有所提供的電阻值以將充電電流限制在第一預定值以下。 以下為在此方面的范圍內(nèi)的實施方案。調(diào)壓電路還將涓流充電電流限制在第二預定值以下。第二預定值低于第一預定 值。調(diào)壓電路包括晶體管，所述晶體管具有控制端子、電流源和電流吸收端子；和連接到晶 體管的控制端子上的二極管，該二極管具有選定的電壓特性以將所述大體上恒定的調(diào)節(jié)過 的直流電壓限制在第三預定值以下。晶體管為雙極結晶體管，并且二極管為齊納二極管。
電阻值與所述至少一個可再充電電池兩端的電壓值和所述大體上恒定的調(diào)節(jié)過 的直流電壓之間的平均差值相關。所述大體上恒定的調(diào)節(jié)過的輸出電壓與所述至少一個可 再充電電池兩端的最大連續(xù)充電電壓相關。該電池充電器裝置還包括連接到所述至少一個 可再充電電池上的負載。負載為便攜式電氣裝置的直流馬達。所述至少一個可再充電電池 還包括至少一個或多個NiCd電池或NiMH電池。在一個附加方面，用以對至少一個可再充電電池進行充電的電池充電器裝置包括 用以提供直流電壓的整流電路、耦接到該整流電路上以接收直流電壓并以預定值的充電電 流向所述至少一個可再充電電池提供大體上恒定的調(diào)節(jié)過的直流電壓的電路，該預定值與 所述至少一個可再充電電池兩端的電壓值和涓流充電電流的預定值相關，該預定值旨在在 預定限值以下。在一些實施方案中，該電路通過開關模式交流/直流適配電路來實施。一個或多個方面可提供一個或多個優(yōu)點。本發(fā)明一個或多個實施方案的細節(jié)闡述 于附圖和以下說明中。通過閱讀說明書、附圖以及權利要求書，本發(fā)明的其它特征、目的和 優(yōu)點將變得顯而易見。附圖概述

圖1為家用裝置電池充電器的電路示意圖。圖2為使用開關模式交流/直流適配電路來實施的一種可供選擇的家用裝置電池 充電器的電路示意圖。圖3A至C為一系列曲線圖，它們分別示出了使用常規(guī)充電器電路時的7. 2V的鎳 鎘可再充電電池的示例性電池充電電壓的行為、電池充電電流的行為和涓流充電電流的行 為。圖4A至B為一系列曲線圖，它們分別示出了使用該家用裝置電池充電器的一個示 例性實施方案和常規(guī)充電器電路時的示例性電池充電電壓的行為和電池充電電流的行為。發(fā)明詳述參見圖1，其顯示了一種用以對至少一個可再充電電池12進行充電的示例性家用 裝置充電器或可再充電電池充電器裝置10，所述電池具有至少一個可再充電電池?？稍俪?電電池12通常用于家用或便攜式電子裝置例如無線真空吸塵器、無繩電話和可再充電手 電筒。在一些實施方案中，可再充電電池12包括NiCd電池或NiMH電池，所述電池具有用 于陽極的鎘或吸氫合金和用于陰極的鎳。雖然圖1顯示的是單一可再充電電池12，但可再 充電電池充電器裝置10可適于同時接納并充電兩個或更多個可再充電電池。此外，可再充 電電池充電器裝置10還可充電不同的電池類型，包括例如圓柱電池或棱柱電池。可再充電電池充電器裝置10電耦接到外部交流電源14，諸如以額定的85V至 265V的電壓和50Hz至60Hz的頻率提供功率的電源。如圖所示，交流電源14耦接到可再充 電電池裝置10中的變壓器16上。在一些實施方案中，變壓器16為限流的線性變壓器，所述變壓器具有初級線圈16a和次級線圈16b。可再充電電池充電器裝置10包括整流電路，例如耦接到變壓器16的次級線圈16b上的全波整流電路18。降低的交流電壓在次級線圈16b處從耦接到變壓器16的初級線圈 16a上的交流電源14感應產(chǎn)生。全波整流電路18將降低的交流電壓轉(zhuǎn)換為處于適用于充電可再充電電池12水平 的低直流電壓(例如，1. 5V至14V)，例如，針對上述每個NiCd電池或NiMH電池的處于大約 1.0V至1.5V水平的直流電壓。其它類型的電池可具有不同的電壓水平。濾波電容器20耦接在全波整流電路18的輸出的兩端。這種濾波電容器20兩端 的開路電壓將會高于可再充電電池12兩端的電壓約50%。當電池充電電壓增大時，在提供 標稱充電電流的同時，濾波電容器20和可再充電電池12之間的電壓差會減小。全波整流電路18耦接到調(diào)壓電路22上，所述調(diào)壓電路繼而連接到限流電阻器24 上。調(diào)壓電路22包括電阻器26 ；晶體管例如雙極結晶體管28，所述晶體管具有電流吸收端 子例如集電極28a、控制端子例如基極28b、和電流源端子例如發(fā)射器28c ；和二極管例如齊 納二極管30，所述二極管以反向偏壓耦接在晶體管28的控制端子28b和接地端子32之間。 作為另外一種選擇，晶體管28為場效應晶體管。作為另外一種選擇，調(diào)壓電路22通過集成 調(diào)壓器芯片例如三端子可調(diào)線性調(diào)壓器芯片(LM 317)來實施。調(diào)壓電路22的輸出電壓值隨可再充電電池12兩端所容許的最大連續(xù)充電電壓而 變化。例如，為了操作典型的便攜式真空吸塵器，需要使用具有六個串聯(lián)的可再充電MCd 電池的7. 2V的電池。因此，選擇可再充電電池12兩端的最大充電電壓并且因此選擇調(diào)壓 電路22的端子之間的輸出電壓值高于7. 2V(例如，8. 4V)。對于雙極結晶體管(晶體管28)來講，控制端子28b與電流源端子28c之間的電 壓降通常為約0. 6V。因此，在最大充電電壓為8. 4V的實施方案中，可提供在9V(0. 6V加上 8. 4V)下具有反向擊穿電壓特性的齊納二極管作為二極管30以補償電壓降。限流電阻器24的電阻值與所需的充電電流、可再充電電池12兩端的充電電壓 和調(diào)壓電路22的輸出電壓值之間的平均差值相關。如上所述，在一個實例中，將調(diào)壓電 路22的輸出電壓值選擇為8. 4V(可再充電電池12兩端的最大充電電壓)。因此，如果平 均電池充電電壓為7. 8V，并且所需的充電電流為150mA，則限流電阻器24的電阻值為約 (8. 4V-7. 8V)/0. 15A 4Ω?？稍俪潆婋姵爻潆娖餮b置10所需的充電電流是基于可用于充電的時間來選擇 的。例如，在一些實施方案中，將旨在用于可再充電電池充電器裝置10的充電電流選擇為 C/10(10小時充電速率)的平均值。也選擇可再充電電池充電器裝置10中的限流電阻器24的電阻值以將涓流充電電 流限制在預定限值以下。因此，當可再充電電池12兩端的電壓接近調(diào)壓電路22的端子之 間的輸出電壓值例如8. 4V(1.4V/可再充電電池)時，充電電流降至在預定限值以下的涓流 充電值。例如，在第一 10小時的充電(例如，以C/10充電速率的平均值進行的完全充電循 環(huán))之后，當可再充電電池12兩端的電壓接近8. 4V時，由可再充電電池充電器裝置10提 供的充電電流自動地降至C/50或更低。因此，可再充電電池12可保持在正常狀態(tài)，而與使 用方式或充電方式無關。
可再充電電池12通過開關34連接到負載上，例如連接到典型的家用裝置例如便攜式真空吸塵器的負載馬達36上。如圖所示，通常將熔斷器38包括在可再充電電池充電 器裝置10中以保護可再充電電池12和負載馬達36免受大于預定額定值(例如， 20A) 的負載電流。在一些實施方案中，變壓器16和全波整流電路18設置在交流電源適配器(未示 出)內(nèi)，而不是設置在可再充電電池充電器裝置10內(nèi)(圖1)。因此，交流/直流適配器將 接收交流電壓并且提供直流電壓。在其它實施方案中，變壓器16設置在交流電源適配器 (未示出)中，并且全波整流電路18為類似于圖1所示的可再充電電池充電器裝置的一部 分?，F(xiàn)在參見圖2，可再充電電池充電器裝置的一種可供選擇的布置為如圖所示的開 關模式交流/直流適配電路40。此布置40包括變壓器42的初級側上的全波整流器41，并 且具有使用集成控制器裝置來實施的調(diào)壓器。如圖所示，至少一個可再充電電池12連接在 開關模式交流/直流適配電路40的輸出端子之間。如上所述，開關模式交流/直流適配電 路40同時接納并充電一個以上的可再充電電池。此外，開關模式交流/直流適配電路40 還可充電不同的電池類型，包括例如圓柱電池或棱柱電池?？稍俪潆婋姵?2通過開關34和熔斷器38連接到負載例如真空吸塵器的負載馬 達36上。開關模式交流/直流適配電路40包括具有初級線圈42a和次級線圈42b的變壓 器42。因此，開關模式交流/直流適配電路40具有初級側40a和次級側40b。開關模式交流/直流適配電路40的初級側40a包括耦接到交流電源14上的全波 整流電路42和耦接在全波整流電路42的輸出端子之間的電容器44。開關晶體管46也與 變壓器42的初級線圈42a串聯(lián)連接。在一些實施方案中，開關晶體管46使用-金屬氧化 物-半導體場效應晶體管(MOSFET)來實施。初級控制器50控制開關晶體管46的開關循環(huán)。因此，初級控制器50用反饋控制 的占空比來接通和斷開開關晶體管46。開關模式交流/直流適配電路40的次級側40b包括與變壓器42的次級線圈42B 串聯(lián)連接的整流二極管52和連接到整流二極管52的陽極端子上的濾波電容器54。濾波電 容器54的端子還耦接到具有電阻器56a和56b的分壓器電路56上。次級側控制器58耦接在分壓器電路56的電阻器56b兩端。在一些實施方案中， 次級側控制器58具有控制回路以執(zhí)行電流調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)。次級側控制器58通過集成控 制器芯片例如源自STMicroelectronics，Geneva，Switzerland的TSM1052來實施。次級側 控制器58還通過隔離光傳輸通路60將反饋信號Vfl^和Ifl^傳輸給初級控制器50。圖3A至C分別示出了使用常規(guī)充電器電路(未示出)時的7. 2V的鎳鎘可再充電 電池的示例性電池充電電壓62的行為、電池充電電流64的行為、以及涓流充電電流66的 行為。如圖3B所示，雖然電池充電電流64下降了一點，但即使在可再充電電池完全充電 (大約10小時)之后，涓流充電電流66也能顯著地保持。如圖3C所示，48小時的充電之 后的瞬時涓流充電電流66是漲落的以致峰值為約330mA。如上所述，對于7. 2V的NiCd電 池，所推薦的涓流充電限值為約30mA，例如一小時充電速率下的C/50或6X1500/50。因此，以此方式連續(xù)地過量充電可再充電電池12會縮短可再充電電池12的壽命，因而減少了家 用裝置的工作時間。
圖4A至B分別示出了六個串聯(lián)的1500mAh的NiCd電池的示例性電池充電電壓 68(圖1中的所述至少一個可再充電電池12兩端的電壓)的行為和電池充電電流70的行 為，使用圖1或圖2所示類型的可再充電電池充電器以8. 4V的恒定電壓和最大500mA的 受限電流使所述電池經(jīng)受了超過24小時的充電。也分別顯示了這六個串聯(lián)的1500mAh的 NiCd電池的示例性電池充電電壓72的行為和電池充電電流74的行為，使用常規(guī)可再充電 電池充電器電路以8. 4V的恒定電壓使所述電池經(jīng)受了超過24小時的充電。在約500mA的 最大充電電流下，初始時大體上完全耗盡的MCd電池可在大約10小時內(nèi)被完全充電。當將電池充電電流例如示例性電池充電電流70、74施加到可再充電電池12上時， 可再充電電池充電器裝置10的輸出端子處的電池充電電壓例如示例性電池充電電壓68、 72會增大并且達到8. 2V至8.6V(8.4V加/減0. 2V)的平均電壓水平。此后，對應于可再 充電電池充電器裝置10的實施方案例如圖1所示電路的電池充電電壓68保持在恒定的電 壓水平。為比較起見，圖4A也顯示了對應于常規(guī)可再充電電池充電器電路的電池充電電壓 72。如圖所示，常規(guī)可再充電電池充電器電路表現(xiàn)出了不均勻的輸出電壓。在實現(xiàn)了完全充電之后，可再充電電池充電器裝置10會導致漲落例如示例性電 池充電電流70中所顯現(xiàn)的尖峰平均至極低預定涓流充電值以下，例如低于C/50。例如，電 池充電電流70的平均值降至30mA以下，即，IC = 1500mAh ；C/50 = 30mAh。隨后，電池充電 電流70繼續(xù)保持在該極低預定涓流充電值直到可再充電電池12被從可再充電電池充電器 裝置10中移除。其它實施方案現(xiàn)在已描述了本發(fā)明的一些實施方案。但是應當理解，在不背離本發(fā)明精神和范 圍的條件下可以進行各種修改。因此，其它實施方案也在以下權利要求的范圍之內(nèi)。
權利要求
一種被配置成對至少一個可再充電電池進行充電的電池充電器裝置，所述裝置包括調(diào)壓電路，所述調(diào)壓電路被配置成接收電壓并以充電電流和涓流充電電流提供大體上恒定的調(diào)節(jié)過的輸出電壓，所述涓流充電電流要低于第一預定值；和電阻器，所述電阻器與所述調(diào)壓電路的輸出和所述至少一個可再充電電池耦接以將所述充電電流限制在第二預定值以下。
2.如權利要求1所述的裝置，所述裝置還包括交流/直流適配電路以向所述調(diào)壓電路 提供直流電壓。
3.如權利要求2所述的裝置，其中所述交流/直流適配電路包括 變壓器，所述變壓器具有次級電路和初級電路；和耦接到所述變壓器的次級電路上的整流電路，所述整流電路用以提供所述直流電壓。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)壓電路包括 晶體管，所述晶體管具有控制端子、電流源和電流吸收端子；和連接到所述晶體管的控制端子上的二極管，所述二極管具有選定的電壓特性以將所述 大體上恒定的調(diào)節(jié)過的直流電壓限制在第三預定值以下。
5.如權利要求4所述的裝置，其中所述晶體管為雙極結晶體管，并且所述二極管為齊 納二極管。
6.如權利要求1所述的裝置，其中所述電阻值與所述至少一個可再充電電池兩端的電 壓值和所述大體上恒定的調(diào)節(jié)過的直流電壓之間的平均差值相關。
7.如權利要求1所述的裝置，其中所述大體上恒定的調(diào)節(jié)過的輸出電壓與所述至少一 個可再充電電池兩端的最大連續(xù)充電電壓相關。
8.如權利要求1所述的裝置，所述裝置還包括連接到所述至少一個可再充電電池上的 負載。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述負載為便攜式電氣裝置的直流馬達。
10.如權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個可再充電電池還包括至少一個或多 個NiCd電池或NiMH電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及對至少一個可再充電電池(12)進行充電，所述充電包括通過將電路(22)耦接在整流電路(18)的輸出和所述至少一個可再充電電池(12)之間來調(diào)節(jié)施加到所述至少一個可再充電電池(12)上的電壓；將充電電流限制在第一預定范圍內(nèi)；并且當達到預定電池充電電壓時將充電電流降低至第二預定范圍內(nèi)。
文檔編號H02J7/00GK101816111SQ200880110013
公開日2010年8月25日 申請日期2008年10月1日 優(yōu)先權日2007年10月4日
發(fā)明者D·N·克萊恩, G·M·辛德拉, I·T·比, J·T·鮑里科夫 申請人:吉列公司