專利名稱：帶有簡(jiǎn)化電路的電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源裝置，更具體地說，涉及用于帶有電池的設(shè)備的電源裝置。
這種帶有電池的設(shè)備例如筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)通常采用一個(gè)將商用交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的交流適配器或采用內(nèi)裝式電池，這種設(shè)備一般還配有一個(gè)充電器，以便當(dāng)交流適配器工作時(shí)為電池充電。


圖1是一個(gè)常規(guī)的電源裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖1，該電源裝置包括一個(gè)交流適配器111，一個(gè)電池112，一個(gè)充電器113，一個(gè)電流感應(yīng)電路114，一個(gè)直流/直流變換器115，一個(gè)交流/直流變換器117，一個(gè)微處理器118，一個(gè)放電控制電路119和對(duì)接二極管D1-D3。
在正常情況下，交流適配器111向該設(shè)備提供比電池112(例如一個(gè)鋰電池)電壓高的電壓。
充電器113用交流適配器111所饋給的電能為電池112充電。
電流傳感電路114檢測(cè)電池112的充電電流和放電電流。
直流/直流變換器115將交流適配器11 1或電池112的輸出電壓變換為適宜于負(fù)載116的電壓。
交流/直流變換器117將由電流感應(yīng)電路114感應(yīng)的模擬電流值變換成數(shù)字電流值。
微處理器118的作用是控制電池112的充電和放電電平。
放電控制電路119控制電池112的放電電平。
對(duì)接二極管D1用于防止使用中的電池112的電能漏到交流適配器111中。
對(duì)接二極管D2用于防止使用中的電池112的電能漏到充電器113中。
對(duì)接二極管D3用于防止交流適配器111中的電能漏到電流感應(yīng)電路114中。
現(xiàn)在描述圖1所述的電路結(jié)構(gòu)的工作過程。
當(dāng)交流適配器111工作時(shí)，電能通過二極管D1供給直流/直流變換器115。這個(gè)直流/直流變換器115根據(jù)所提供的電源產(chǎn)生適宜負(fù)載116用的電壓。如上所述，二極管D3用于防止交流適配器111中的電能漏到電流感應(yīng)電路114中。
交流適配器的電能也提供給處于充電控制下的充電器113。充電電流通過二極管D2提供給電流感應(yīng)電路114的輸入端，充電功率從電流感應(yīng)電路114傳輸給電池112。由電流感應(yīng)電路114感應(yīng)的模擬電流供給交流/直流變換器117，交流/直流變換器117將這個(gè)模擬電流變換成數(shù)字值，并且通知MPU118這個(gè)數(shù)字電流的電平。MPU118根據(jù)交流/直流變換器117的輸出電流計(jì)算出充電電平。當(dāng)檢測(cè)出存在過充電時(shí)，MPU118通知充電器113已過充電。
現(xiàn)在說明電能是如何從電池112供給負(fù)載116的。
當(dāng)交流適配器111不工作時(shí)，二極管D1-D3的陰極電壓下降到低于電池112的電壓，這時(shí)電池112開始向負(fù)載116供電(此后，我們將視為這樣的狀態(tài)電源未與交流適配器111相連接，和當(dāng)電源故障時(shí)輸出電壓下降到異常低的水平，通常低于電池電壓)。
電池112的電能的放電受到放電控制電路119的控制，然后通過電流感應(yīng)電路114和二極管D3供給直流/直流變換器115。這個(gè)直流/直流變換器115根據(jù)所提供的電壓產(chǎn)生一個(gè)適宜負(fù)載116用的電壓。如上所述，二極管D1用于防止電池112的電能漏到交流適配器111中，二極管D2用于防止電池112的電能漏到充電器113中。
電流感應(yīng)電路114檢測(cè)出電池112的放電電流和將檢測(cè)出的模擬電流供給交流/直流變換器117。交流/直流變換器117將模擬電流變換成數(shù)字電流值，并且傳送給MPU118。MPU118根據(jù)由交流/直流變換器117產(chǎn)生的放電電流的數(shù)字值監(jiān)控這個(gè)放電電流。當(dāng)發(fā)生過放電現(xiàn)象時(shí)，由MPU118通知放電控制電路119。放電控制電路119根據(jù)MPU118發(fā)出的有關(guān)指令停止放電操作。
圖2表示一個(gè)常規(guī)的充電器的電路結(jié)構(gòu)。圖2特別展示了鋰電池的恒壓及恒流結(jié)構(gòu)。
在圖2中，充電器113包括一個(gè)由一個(gè)線圈L，一個(gè)電阻R，一個(gè)電容C和一個(gè)二極管D4構(gòu)成的回掃電路；一個(gè)開關(guān)電路121；一個(gè)柵極控制電路122；和一個(gè)充電控制信號(hào)發(fā)生器120。充電控制信號(hào)發(fā)生器120包括PWM比較器123，誤差放大器124、125和一個(gè)振蕩器126。
開關(guān)電路121作為控制交流適配器電壓Vin的輸入的開關(guān)，從而控制充電器113的輸出電壓Vout。
柵極控制電路122控制開關(guān)電路121的閉合及斷開。
PWM比較器123接收誤差放大器124、125的輸出，并且將已接收的輸出與來自振蕩器126的參考電壓相比較，以便產(chǎn)生控制柵極控制電路122的工作的控制信號(hào)。
誤差放大器124接收電壓感應(yīng)電阻R上的電壓，檢測(cè)充電器113的輸出電流電平。
放大器125檢測(cè)輸出電壓Vout。
振蕩器126產(chǎn)生用于PWM比較器123的參考電壓。
由一個(gè)線圈L，一個(gè)電阻R，一個(gè)電容C和一個(gè)二極管D4構(gòu)成的回掃電路根據(jù)由開關(guān)電路121控制的輸入電壓Vin產(chǎn)生一個(gè)振蕩電流。這個(gè)振蕩電流通過二極管D4的整流，提供一個(gè)直流輸出電壓。
現(xiàn)在說明充電器113的工作特性。
圖3A和3B表示在PWM比較器123的輸入和輸出之間的關(guān)系，PWM比較器123的輸入是由誤差放大器124、125和振蕩器126提供的電壓。
振蕩器126向PWM比較器123提供如圖3A和3B所示的鋸齒波波形電壓，然后，PWM比較器123將誤差放大器124、125的輸出電壓與這個(gè)鋸齒波電壓相比較，當(dāng)鋸齒波電壓電平高于誤差放大器124和125中電壓較高的一個(gè)的電壓電平時(shí)，PWM比較器123輸出一個(gè)信號(hào)，使柵極控制電路122接通。例如，參見圖3A，當(dāng)放大器125的電壓高于誤差放大器124的電壓時(shí)，PWM比較器123輸出一個(gè)信號(hào)，使柵極控制電路122接通，此時(shí)鋸齒波電壓高于放大器125的電壓(恒控制)。參見圖3B，當(dāng)放大器124的電壓高于誤差放大器125的電壓時(shí)，PWM比較器123輸出一個(gè)信號(hào)，使柵極控制電路122接通，此時(shí)誤差放大器124的輸出電壓高于鋸齒波電壓(恒流控制)。
圖3C表示充電器113的輸出電壓和輸出電流之間的關(guān)系。當(dāng)輸出電流小于預(yù)定的電平Ia時(shí)，充電器113輸出一個(gè)恒定電壓Va(恒壓操作)。當(dāng)輸出電流達(dá)到預(yù)定的電平Ia時(shí)，充電器113輸出一個(gè)恒定電流Ia(恒流操作)。
當(dāng)充電器113如圖2所示進(jìn)行恒流/恒壓操作時(shí)，如果是采用鎳鎘電池、NiMH電池或類似的完成恒流充電的電池，充電器113可以實(shí)現(xiàn)恒流操作。在這種情況下，不必用放大器125檢測(cè)充電電壓。PWM比較器123只需比較用于檢測(cè)充電電流的誤差放大器124的輸出和振蕩器126的輸出。
現(xiàn)在描述圖2所示的常規(guī)充電器的工作過程。
開關(guān)電路121控制交流適配器的接通和斷開及輸入電壓Vin的供給，瞬態(tài)電流流過線圈L，電阻R，電容C和二極管D4，產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓Vour。輸出電壓Vout和輸入電壓Vin的關(guān)系是Vout＝Ton*Vin/TsTon當(dāng)開關(guān)電路121中的開關(guān)閉合時(shí)的接通狀態(tài)間隔。
Ts該開關(guān)電路接通一斷開的周期。
開關(guān)電路121中的開關(guān)閉合時(shí)的接通狀態(tài)間隔越長(zhǎng)，該開關(guān)電路接通一斷開的周期越短，輸出電壓Vout越高。
如前所述，誤差放大器124根據(jù)電流感應(yīng)電阻R上的電壓檢測(cè)出充電器113的輸出電流電平。放大器125通過將其輸入電壓與參考電壓相比較得到輸出電壓Vout。PWM比較器123將誤差放大器124和125的輸出電壓和振蕩器126的振蕩電壓相比較。
根據(jù)圖3A和3B所示的條件，PWM比較器123產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)使柵極控制電路122接通，和產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)使柵極控制電路122斷開。柵極控制電路122響應(yīng)PWM比較器123的輸出信號(hào)，控制開關(guān)電路121閉合和斷開。如果放大器125的輸出電壓高于放大器124的電壓，進(jìn)行恒壓控制，因此變換過程只取決于放大器125的輸出電壓的變化。以此方式，充電器的輸出電壓可以維持在常壓Va上。如果放大器124的輸出電壓高于放大器125的電壓，進(jìn)行恒流控制，因此變換過程只取決于放大器124的輸出電壓的變化。以此方式，充電器的輸出電流可以維持在常流Ia上。
圖4A是一個(gè)常規(guī)電流感應(yīng)電路的電路結(jié)構(gòu)圖。圖4B是電流感應(yīng)電阻中流過的電流與電流感應(yīng)電路的輸出電壓對(duì)比的特性曲線圖。
參見圖4A，電流感應(yīng)電路114包括運(yùn)算放大器131，132和133；電阻R’用于檢測(cè)放電電流或充電電流；及電阻r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7；一個(gè)與交流適配器連接的對(duì)接二極管D1；一個(gè)與直流/直流變換器115連接的二極管D3。
在圖4A中，假設(shè)r2＝r3，r4＝r5，r6＝r7，電阻R’中的電流和輸出電壓Voin之間滿足下列等式關(guān)系Voin＝(r7/r4)*(1+(2r2/r1))*R’*Is+Vref圖4B是電阻R’中流過的電流Is與輸出電壓Voin對(duì)比的特性曲線圖。電流Is的大小和方向可以通過檢測(cè)輸出電壓Voin而確定，電流Is的方向取決于流過電阻R’的是放電電流還是充電電流。
常規(guī)的電源要求將二極管D1，D2和D3分別與交流適配器，充電器，直流/直流變換器115連接。這種布置方式導(dǎo)致高成本和需要大的安裝面積。
常規(guī)的電源還要求采用兩個(gè)電流感應(yīng)電阻器，即在充電器中的電阻R和在電流感應(yīng)電路中的電阻R’，電阻R檢測(cè)充電電流，電阻R’檢測(cè)充電和放電電流。為了精確檢測(cè)電流值，電阻R和R’必須具有較大的尺寸，于是提高了安裝所需的成本和面積。還應(yīng)指出，電阻應(yīng)盡可能少，因?yàn)樗鼈兗葻o用又消耗電功率。
本發(fā)明的目的是提供一種已消除了上述缺陷的電源電路。
本發(fā)明的另一目的是提供一種低成本的電源電路，減少了對(duì)接二極管和電流感應(yīng)電阻的數(shù)量和所需安裝面積，也降低了功率消耗。
本發(fā)明的上述目的是通過這樣的電源電路實(shí)現(xiàn)的，它包括一個(gè)外部電源；一個(gè)電池；一個(gè)用外部電源給電池充電的充電器；充電器構(gòu)成一個(gè)充電電流的開關(guān)和一個(gè)根據(jù)充電電流控制該開關(guān)工作的充電控制器，該開關(guān)布置在由充電電流和放電電流共用的通道上，還包括一個(gè)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器，用于檢測(cè)由外部電源饋給的標(biāo)準(zhǔn)電源電壓，外部電源電壓是否供給和外部電源電壓的下降，當(dāng)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器檢測(cè)出外部電源電壓情況后，控制開關(guān)動(dòng)作，即當(dāng)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器測(cè)出外部電源是標(biāo)準(zhǔn)電壓時(shí)，充電控制器使電池充電，當(dāng)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器測(cè)出是沒有電源電壓或電壓下降時(shí)，關(guān)閉開關(guān)，形成連接電池和負(fù)載的放電通路，于是通過開關(guān)形成電池到負(fù)載的通路。
本發(fā)明的電源具有較低的成本，而且比常規(guī)的電源需要較小的安裝空間，因?yàn)樵撾娐穼⒏叱杀镜膶?duì)接二極管減少到一個(gè)和/或?qū)㈦娏鞲袘?yīng)電阻的數(shù)量減少到一個(gè)。而且，本發(fā)明可以保證使二極管和電流感應(yīng)電阻上的無益的壓降降至很小，從而提高了電源裝置的效率。
從下面結(jié)合附圖作出的說明中，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。附圖為圖1是常規(guī)電源電路圖；圖2是常規(guī)充電器的電路圖；圖3A和圖3B是在PWM比較器123的輸入和輸出之間的關(guān)系，PWM比較器123的輸入是由誤差放大器124、125和振蕩器126提供的電壓；圖4A是一個(gè)常規(guī)電流感應(yīng)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4B是電流感應(yīng)電阻中流過的電流與電流感應(yīng)電路的輸出電壓對(duì)比的特性曲線圖；圖5是減少了對(duì)接二極管數(shù)量的第一基本電源電路圖；圖6是減少了與充電器連接的電流感應(yīng)器中的電流感應(yīng)電阻數(shù)量的第二基本電源電路圖；圖7是第一和第二基本電源電路組合的電路圖；圖8是本發(fā)明的第一實(shí)施例的電源電路結(jié)構(gòu)圖；圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施例的電源電路結(jié)構(gòu)圖；圖10A和圖10B是本發(fā)明的功率供給狀態(tài)檢測(cè)器的電路圖；圖11是本發(fā)明的第三實(shí)施例的電源電路結(jié)構(gòu)圖。
圖5是減少了對(duì)接二極管數(shù)量的第一基本電源電路圖。
在圖5中，電源裝置包括外部電源1，充電器3，電池7，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8和對(duì)接二極管D1。負(fù)責(zé)向電池7充電的充電器3包括一個(gè)開關(guān)4和一個(gè)充電控制器5。充電控制器5控制電池7的充電過程。功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8負(fù)責(zé)檢測(cè)外部電源1的故障與否。對(duì)接二極管D1用于防止電池7在使用中其功率漏回外部電源1中。
圖5中的功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8檢測(cè)對(duì)接二極管D1的陰極上的電壓。不過這個(gè)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8也可以用于檢測(cè)對(duì)接二極管D1的陽(yáng)極上的電壓。它也可以通過檢測(cè)出電池7中的電流的方向檢測(cè)外部電源的存在與否。
現(xiàn)在說明圖5的電路的工作過程。
當(dāng)外部電源1工作時(shí)，電功率是從外部電源1通過二極管D1供給負(fù)載2的，同時(shí)，電源還從外部電源1通過充電器3的開關(guān)4供給電池7。功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8檢測(cè)外部電源1的工作情況，隨時(shí)報(bào)告充電控制器5，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果是外部電源1沒有故障時(shí)，例如電源電壓高于電池7的電壓，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8向充電控制器5發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，在此情況下，充電控制器5控制開關(guān)4動(dòng)作，通過例如一個(gè)鋰離子電池實(shí)現(xiàn)電池7充電的恒壓/恒流控制。
當(dāng)檢測(cè)結(jié)果是外部電源1出現(xiàn)故障時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8產(chǎn)生一個(gè)顯示電源故障的信號(hào)，通知充電控制器5，接收到這個(gè)信號(hào)后，充電控制器5使開關(guān)4閉合，于是電池7通過開關(guān)4向負(fù)載2供電。
如前所述，只有二極管D1用于防止電池7在使用中其功率漏回外部電源1中。
圖6是減少了與充電器連接的電流感應(yīng)器中的電流感應(yīng)電阻數(shù)量的第二基本電源電路圖。
在圖6中，電源裝置包括外部電源1，充電器3，電池7和電流感應(yīng)裝置9。負(fù)責(zé)向電池7充電的充電器3包括一個(gè)開關(guān)4，一個(gè)充電控制器5和一個(gè)電流感應(yīng)電阻6。電流感應(yīng)電阻6檢測(cè)電池7的充電和放電電流。電流感應(yīng)裝置9檢測(cè)電池7的放電電流，并且通知另一個(gè)電路(例如電池7的放電控制電路)所測(cè)出的放電電流電平，圖中未示出另一個(gè)電路。
現(xiàn)在說明圖6的電路的工作過程。
當(dāng)外部電源1工作時(shí)，電功率是從外部電源1通過二極管D1供給負(fù)載2的，同時(shí)，電源還從外部電源1通過充電器3的開關(guān)4和電流感應(yīng)電阻6供給電池7。充電控制器5根據(jù)充電電流產(chǎn)生的電流感應(yīng)電阻6上的電壓使開關(guān)4閉合和斷開，以控制電池7的充電，電流感應(yīng)裝置9通過檢測(cè)電流感應(yīng)電阻6上的電壓測(cè)出電流值。電流感應(yīng)裝置9向另一個(gè)圖中未示出的控制過充電的電路發(fā)送測(cè)出的電壓值，當(dāng)出現(xiàn)過充電時(shí)，充電控制器5停止電池7的充電。
當(dāng)檢測(cè)結(jié)果是外部電源1存在故障時(shí)，二極管D3的陰極電壓下降，于是電流從電池7通過電流感應(yīng)電阻6和二極管D3流到負(fù)載2，電流感應(yīng)裝置9檢測(cè)出由于負(fù)載電流引起的電流感應(yīng)電阻6上的電壓，通知另一個(gè)控制所測(cè)電壓電平過放電的電路。其它電路負(fù)責(zé)防止由于負(fù)載電流引起的任何過放電。
根據(jù)圖6的電路結(jié)構(gòu)，只需提供一個(gè)電阻檢測(cè)充電和放電電流，因此減少了電流感應(yīng)電阻的數(shù)量。
附圖7是第一和第二基本電源電路組合的電路圖。根據(jù)圖7的電路，只用一個(gè)二極管D1代替了常規(guī)電路的多個(gè)對(duì)接二極管，然而只需要一個(gè)電流感應(yīng)電阻器。
圖7的電源裝置包括外部電源1，充電器3，電池7，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8和電流感應(yīng)裝置9。充電器3包括一個(gè)開關(guān)4，一個(gè)充電控制器5和一個(gè)電流感應(yīng)電阻6。電流感應(yīng)電阻6檢測(cè)電池7的充電和放電電流。功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8檢測(cè)對(duì)接二極管D1的陰極上的電壓。不過這個(gè)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8也可以用于檢測(cè)二極管D1的陽(yáng)極上的電壓。它也可以通過檢測(cè)出電流感應(yīng)電阻中的電流的方向檢測(cè)電源的故障。
電流感應(yīng)裝置9檢測(cè)電池7的充電和放電電流，并且驅(qū)動(dòng)另一個(gè)電路，用于控制電池7的放電和檢測(cè)及控制過充電，圖中未示出另一個(gè)電路。由于流過電流感應(yīng)電阻6的負(fù)載電流的方向不同于充電電流的方向，電流感應(yīng)裝置9應(yīng)能檢測(cè)出電流的方向。
現(xiàn)在說明圖7的電路的工作過程。
當(dāng)外部電源1工作時(shí)，電功率是從外部電源1通過二極管D1供給負(fù)載2的，同時(shí)，電源還從外部電源1通過開關(guān)4和電流感應(yīng)電阻6供給電池7。功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8檢測(cè)外部電源1的工作情況，產(chǎn)生相關(guān)的信號(hào)并輸出到充電控制器5，充電控制器5根據(jù)接收的信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)根據(jù)電流感應(yīng)電阻6中的充電電流產(chǎn)生的電壓使開關(guān)4閉合和斷開的電壓，以控制電池7的充電，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8檢測(cè)外部電源1的故障情況，隨時(shí)報(bào)告充電控制器5，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果是外部電源1存在故障時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8產(chǎn)生一個(gè)顯示電源故障的信號(hào)，通知充電控制器5，接收到這個(gè)信號(hào)后，充電控制器5使開關(guān)4保持閉合，于是電流從電池7通過電流感應(yīng)電阻6和開關(guān)4流到負(fù)載2，電流感應(yīng)裝置9檢測(cè)出由于放電電流引起的電流感應(yīng)電阻6上的電壓，和電池7的放電電流，通知另一個(gè)控制所測(cè)放電電流電平的放電控制電路。
在圖7中，如果電源開關(guān)是閉合的，而外部電源1存在故障，或者如果外部電源1在正常工作一個(gè)確定的周期后出現(xiàn)故障，電流感應(yīng)電阻6中的電流由于在開關(guān)4中存在一個(gè)寄生二極管與放電電流沿同一方向流動(dòng)，為此，電流感應(yīng)裝置9應(yīng)能檢測(cè)電流的方向，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8應(yīng)能根據(jù)電流感應(yīng)裝置9測(cè)出的電流方向檢測(cè)出外部電源1的故障。
當(dāng)電源存在故障時(shí)，開關(guān)4閉合，電流從電池7流到負(fù)載2中。
當(dāng)外部電源1恢復(fù)正常時(shí)，同時(shí)電池7也在工作時(shí)，由于外部電源1的電壓高于電池7的電壓，充電電流流過電流感應(yīng)電阻6。因此功率供給狀態(tài)檢測(cè)器8能夠根據(jù)在電流感應(yīng)電阻6中流動(dòng)的電流方向確定外部電源1是否工作正常。
根據(jù)圖7的電路結(jié)構(gòu)，在操作中只需要一個(gè)電流感應(yīng)電阻，而且，在電源裝置中只需要一個(gè)對(duì)接二極管D1防止電池7在使用中其功率漏回外部電源1中。
附圖8是本發(fā)明的第一實(shí)施例的電源電路結(jié)構(gòu)圖。
圖8的電源裝置包括一個(gè)交流適配器31(相當(dāng)于圖5，6中的外部電源1)，一個(gè)充電器32(相當(dāng)于充電器3)，一個(gè)電池33(相當(dāng)于電池7)，一個(gè)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34，一個(gè)電流感應(yīng)裝置37，一個(gè)直流/直流變換器44，一個(gè)交流/直流變換器，一個(gè)微處理器39，一個(gè)放電控制開關(guān)電路40和一個(gè)充電柵極控制電路48。
充電器32包括一個(gè)由一個(gè)線圈L，一個(gè)電阻R，一個(gè)電容C和一個(gè)二極管D4構(gòu)成的回掃電路，其中電阻R是用于檢測(cè)充電和放電電流的電流感應(yīng)電阻；一個(gè)開關(guān)電路35；一個(gè)充電控制信號(hào)發(fā)生電路36；一個(gè)柵極控制電路46。
開關(guān)電路35由一個(gè)FET71形成，二極管D11是這個(gè)FET71的寄生二極管。
假設(shè)開關(guān)電路35是由pFET形成，當(dāng)交流適配器31輸出正常電壓(高于電池的電壓)時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)邏輯低信號(hào)(此后簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)信號(hào))。當(dāng)交流適配器31出現(xiàn)故障時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)邏輯高信號(hào)(此后簡(jiǎn)稱為H信號(hào))。
如果電池33是在恒壓/恒流控制下充電的，充電控制信號(hào)發(fā)生電路36可以與圖2中的充電控制信號(hào)發(fā)生電路120相同。采用鋰電池可以實(shí)現(xiàn)恒壓/恒流控制，如果采用NiMH電池或鎳鎘電池，可以實(shí)現(xiàn)恒流控制。
電流感應(yīng)裝置37可以采用與圖4A的電流感應(yīng)裝置114相同的結(jié)構(gòu)。
交流/直流變換器38將由電流感應(yīng)裝置37測(cè)出的模擬電流變換為數(shù)字值。
微處理器39根據(jù)由交流/直流變換器38檢測(cè)的數(shù)字值確定是否存在過充電和過放電，然后控制柵極控制電路46和放電柵極控制電路48。
放電控制開關(guān)電路40與電池33連接，形成FET72，二極管D12是FET72的寄生二極管。
當(dāng)電池33充電時(shí)，柵極控制電路46控制FET71接通和截止。當(dāng)電池33放電時(shí)，柵極控制電路46維持FET71導(dǎo)通。由柵極控制電路46和放電控制信號(hào)發(fā)生電路36構(gòu)成的充電器32的部分對(duì)應(yīng)于圖5和6的充電控制電路5。
圖8還包括一個(gè)由NOR電路和AND電路構(gòu)成的柵極控制電路46’的實(shí)施例，它適用于FET71是由一個(gè)pFET形成的情況。
放電柵極控制電路48接收由MPU39提供的過充電檢測(cè)信號(hào)。
現(xiàn)在說明圖8的電源電路的工作過程，假設(shè)電池33是一個(gè)離子鋰電池。
如果交流適配器31工作，交流電源從交流適配器31通過二極管D1饋送到直流/直流變換器44的輸入端。直流/直流變換器44將接收的電源電壓轉(zhuǎn)變成與負(fù)載43適配的電壓。交流適配器31來的電功率還通過充電器32的開關(guān)電路35供給由L，R，C，D4形成的回掃電路。在充電器32中產(chǎn)生的電流經(jīng)過放電控制開關(guān)電路40為電池33充電。
如果檢測(cè)出的交流適配器31的輸出電壓正常，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)信號(hào)到柵極控制電路46，后者根據(jù)來自充電控制信號(hào)發(fā)生電路36的信號(hào)使FET71接通和截止。如果FET71是由一個(gè)pFET形成的，而且柵極控制電路46’是由NOR電路和AND電路構(gòu)成的，當(dāng)交流適配器31輸出正常電壓時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)L信號(hào)，結(jié)果，如果交流適配器31維持輸出正常電壓，開關(guān)電路35則根據(jù)充電控制信號(hào)發(fā)生電路36的信號(hào)閉合和斷開。以此方式，控制了充電電流。充電控制信號(hào)發(fā)生電路36接收電流感應(yīng)電阻R上的電壓和電池33上的電壓，產(chǎn)生一個(gè)充電控制信號(hào)，用于保持充電器32的輸出的恒壓/恒流特性。充電控制信號(hào)傳送到柵極控制電路46，柵極控制電路46根據(jù)這個(gè)充電控制信號(hào)使開關(guān)電路35閉合和斷開，于是充電器32在恒壓/恒流控制下工作。
交流/直流變換器38將由電流感應(yīng)電路37根據(jù)接收的電流感應(yīng)電阻R上的模擬電壓值感應(yīng)的模擬電流值變換成數(shù)字電流值，傳輸給MPU39。假設(shè)開關(guān)電路35的FET71采用pFET，及柵極控制電路46采用柵極控制電路46’，當(dāng)測(cè)出存在過充電時(shí)，MPU39輸出H信號(hào)，由于這個(gè)H信號(hào)是求反的，并且輸入給AND電路，因此阻斷了來自充電控制信號(hào)發(fā)生電路36的控制信號(hào)，使NOR電路維持在H電平。結(jié)果，F(xiàn)ET71截止，充電器32停止為電池33充電。
現(xiàn)在說明電池33向負(fù)載43供電的工作過程。
如果檢測(cè)出的交流適配器31的輸出電壓異常，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)顯示故障的信號(hào)。例如，假設(shè)FET71采用pFET，及柵極控制電路46采用柵極控制電路46’，當(dāng)交流適配器31的輸出電壓異常，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)H信號(hào)，柵極控制電路46保持輸出L信號(hào)，使開關(guān)電路35的FET71維持導(dǎo)通。當(dāng)檢測(cè)出沒有過充電時(shí)，F(xiàn)ET72導(dǎo)通，于是電池33通過FET72，電流感應(yīng)電阻R，線圈L和FET71及直流/直流變換器44為負(fù)載43供電。電流感應(yīng)電路37根據(jù)接收的電流感應(yīng)電阻R上的電壓檢測(cè)出由電池33提供的負(fù)載電流。交流/直流變換器38將由電流感應(yīng)電路37根據(jù)接收的電流感應(yīng)電阻R上的模擬電壓值感應(yīng)的模擬電流值變換成數(shù)字電流值，傳輸給MPU39。MPU39根據(jù)輸入的數(shù)字量確定是否存在過充電，如果產(chǎn)生了過充電，MPU39輸出一個(gè)使FET72截止的信號(hào)給放電控制柵極控制電路48。
假設(shè)開關(guān)電路35的FET71采用nFET代替上述的pFET，在這種情況下，柵極控制電路46由一個(gè)OR電路和一個(gè)AND電路構(gòu)成，以便實(shí)現(xiàn)與nFET適配的具有上述同樣功能的操作。
附圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施例的電源電路結(jié)構(gòu)圖。
在圖9的電源電路中，F(xiàn)ET73布置在直流/直流變換器44和與線圈L連接的電阻R的一端之間，它的作用是當(dāng)電池33開始向負(fù)載43供電時(shí)消除由于回掃電路的線圈L時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓可能產(chǎn)生的不利影響。
在圖9中，凡是與圖8中的組件相同的組件采用同樣的標(biāo)號(hào)。
當(dāng)電池33開始向負(fù)載43供電時(shí)，開關(guān)電路51接通。當(dāng)交流適配器31向負(fù)載43供電時(shí)，開關(guān)電路51斷開。
當(dāng)電池33放電時(shí)，柵極控制電路52根據(jù)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出的信號(hào)使FET73導(dǎo)通，如果交流適配器31輸出正常電壓，柵極控制電路52使FET73截止。
現(xiàn)在說明圖9的電源電路的工作過程。
如果交流適配器31輸出正常電壓，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)信號(hào)給柵極控制電路52，使FET73截止。例如，如果FET73是一個(gè)pFET，柵極控制電路52可以是一個(gè)NOR電路。當(dāng)交流適配器31的輸出電壓正常，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)L信號(hào)，柵極控制電路52根據(jù)這個(gè)L信號(hào)輸出一個(gè)H信號(hào)，使FET73截止。于是交流適配器31輸出的電功率通過二極管D1和直流/直流變換器44供給負(fù)載43。為電池33充電的充電電流流過開關(guān)電路35，和形成回掃電路的線圈L，電阻R，電容C，二極管D4?；貟唠娐返妮敵鲭妷和ㄟ^放電控制開關(guān)電路40輸出到電池33。根據(jù)充電器32的充電電流和充電電壓，充電控制信號(hào)發(fā)生電路36產(chǎn)生一個(gè)充電控制信號(hào)，用于保持充電器32的輸出的恒壓/恒流特性。類似于圖8的電路，輸入到柵極控制電路46的充電控制信號(hào)用于控制開關(guān)電路35的FET71的導(dǎo)通和截止，電流感應(yīng)電路37根據(jù)電阻R上測(cè)出的電壓檢測(cè)出充電電流。MPU39根據(jù)這個(gè)充電電流電平確定是否存在過充電，如果是，MPU39產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)給柵極控制電路46，使開關(guān)電路35的FET71截止。以此方式，完成與圖8類似的過充電控制過程。
如果檢測(cè)出的交流適配器31的輸出電壓異常，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)信號(hào)到柵極控制電路52，使FET73接通。如果FET73是由一個(gè)pFET形成的，而且柵極控制電路52是由NOR電路構(gòu)成的，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)H信號(hào)。柵極控制電路52輸出L信號(hào)使FET73導(dǎo)通。于是，電池33的電功率通過放電控制開關(guān)電路40，電阻R，開關(guān)電路51和直流/直流變換器44供給負(fù)載43。電流感應(yīng)電路37根據(jù)電阻R上測(cè)出的電壓檢測(cè)出放電電流。MPU39根據(jù)這個(gè)放電電流電平確定是否存在過放電，如果是，MPU39產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)給放電控制柵極控制電路48，使FET72截止。以此方式，完成與圖8類似的過放電控制過程。
圖10A和圖10B是本發(fā)明的功率供給狀態(tài)檢測(cè)器的電路圖。
在圖10A中，給出了第一種功率供給狀態(tài)檢測(cè)器，其中交流適配器31的電壓供給功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34和連接到二極管D1的陽(yáng)極上。
在圖10A中，凡是與圖8中的組件相同的組件采用同樣的標(biāo)號(hào)。
圖10A中的比較器61將交流適配器31的電壓與由參考電壓源62提供的參考電壓Vref比較，產(chǎn)生一個(gè)控制FET71的信號(hào)到柵極控制電路46。參考電壓Vref是這樣確定的，當(dāng)交流適配器31工作異常時(shí)，比較器61輸出一個(gè)H信號(hào)，如果交流適配器31輸出正常電壓，比較器61輸出一個(gè)L信號(hào)。
現(xiàn)在說明圖10A的電源電路的工作過程。比較器61接收對(duì)接二極管D1的陽(yáng)極電壓，將它與參考電壓Vref比較，當(dāng)交流適配器31工作異常時(shí)，比較器61輸出一個(gè)H信號(hào)，如果交流適配器31輸出正常電壓，比較器61輸出一個(gè)L信號(hào)。
如果FET71是pFET，柵極控制電路46的結(jié)構(gòu)可以采用與圖8的柵極控制電路46’相同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)交流適配器31輸出正常電壓時(shí)，比較器61輸出L信號(hào)。FET71根據(jù)充電控制信號(hào)發(fā)生電路36或MPU的信號(hào)接通和斷開。
當(dāng)交流適配器31工作異常時(shí)，比較器61輸出H信號(hào)。此時(shí)，柵極控制電路46輸出L信號(hào)，使FET71維持在導(dǎo)通狀態(tài)，用于傳送電池的放電電流。
在圖10B的結(jié)構(gòu)中，交流適配器31為功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34饋電，并且連接到二極管D1的陰極上，圖10B的另一部分與圖10A的電路相同。在圖10B的電路中，參考電壓Vref必須低于交流適配器31的正常電壓，并且高于電池的電壓。
功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34可以提供信號(hào)到柵極控制電路46，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34還可以提供信號(hào)到柵極控制電路52，如圖9所示。
圖11是本發(fā)明的第三實(shí)施例的電源電路結(jié)構(gòu)圖。
這個(gè)第三實(shí)施例的原理是，通過檢測(cè)流過電流感應(yīng)電阻R的電流的方向檢測(cè)交流適配器31的工作狀態(tài)。當(dāng)充電電流流過時(shí)，電流感應(yīng)裝置37通過輸出一定電平的電壓實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，當(dāng)放電電流流過時(shí)，電流感應(yīng)裝置37通過輸出另一電平的電壓實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。
特別地，在圖11的電源電路中，可以通過檢測(cè)流過電流感應(yīng)電阻R的電流的方向檢測(cè)交流適配器31的故障或再重新恢復(fù)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，柵極控制電路46從充電方式變換到放電方式，或者從放電方式變換到充電方式。
在圖11中，凡是與圖8中的組件相同的組件采用同樣的標(biāo)號(hào)。
在圖11的電路中，交流電源提供正常工作電壓和電池通過放電提供電功率的操作與圖8中的電路相同，在此不再贅述。
圖11的功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34是一個(gè)閂鎖電路。當(dāng)使用交流適配器31時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)信號(hào)，命令柵極控制電路46根據(jù)充電控制信號(hào)發(fā)生電路36和MPU的信號(hào)控制操作。當(dāng)由電池33供電時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)信號(hào)到柵極控制電路46，使FET71維持截止?fàn)顟B(tài)。例如，如果FET71是pFET，柵極控制電路46的結(jié)構(gòu)可以采用與圖8的柵極控制電路46’相同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)交流適配器31提供正常電壓時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出L信號(hào)。當(dāng)使用電池33供電時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)H信號(hào)。
圖11的電流感應(yīng)裝置37是與圖4A的電路相同的，如圖4B所示，電流感應(yīng)裝置37根據(jù)電流感應(yīng)電阻R中的電流的方向提供不同的電壓。
現(xiàn)在說明圖11中的功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34的操作，假設(shè)FET71是一個(gè)pFET。
當(dāng)交流適配器31提供正常電壓時(shí)，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出L信號(hào)。
如果交流適配器31沒有與電源連接，而電源開關(guān)是閉合的，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34首先輸出L信號(hào)，這個(gè)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34的設(shè)計(jì)是只要電源開關(guān)是閉合的，它就輸出L信號(hào)。于是當(dāng)接通電源時(shí)，充電電流流過電流感應(yīng)電阻R。電流感應(yīng)裝置37根據(jù)流過電流感應(yīng)電阻R的電流的方向能夠輸出電壓，然后輸出表示充電電流的電壓。一旦接收到電壓，MPU39確定充電電流流過電流感應(yīng)電阻R和功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34保持輸出L信號(hào)，于是維持從交流適配器31的功率供給和充電。
假設(shè)現(xiàn)在上述交流適配器31存在故障，由于電池33電壓高于二極管D1的陰極電壓，電流從電池33通過FET72，電流感應(yīng)電阻R，線圈L和寄生二極管D11流到直流/直流變換器44。電流感應(yīng)裝置37根據(jù)電流方向輸出一個(gè)電壓。一旦接收到電壓，MPU39確定放電電流流過電流感應(yīng)電阻R和功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34保持輸出H信號(hào)，于是FET71維持導(dǎo)通，電池33維持放電。
如果交流適配器31沒有與電源連接，而電源開關(guān)是閉合的，功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34首先輸出L信號(hào)，可是，由于沒有檢測(cè)二極管D1的陰極電壓，電池33通過FET72，電阻R，線圈L和寄生二極管D11及直流/直流變換器44供給負(fù)載43。電流感應(yīng)裝置37根據(jù)流過電流感應(yīng)電阻R的電流方向輸出一個(gè)電壓。一旦接收到電壓，MPU39確定是放電電流流過電流感應(yīng)電阻R，命令功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)使FET71保持導(dǎo)通的H信號(hào)，以此方式，維持電池33的放電過程。
如果交流適配器31與電源連接，同時(shí)電池33正在放電，充電電流通過電流感應(yīng)電阻R供給電池33，因?yàn)榻涣鬟m配器31的輸出電壓高于電池33的電壓。電流感應(yīng)裝置37根據(jù)流過電流感應(yīng)電阻R的電流方向輸出一個(gè)電壓。一旦接收到電壓，MPU39確定是充電電流流過電流感應(yīng)電阻R，命令功率供給狀態(tài)檢測(cè)器34輸出一個(gè)L信號(hào)，以此方式，控制充電電流根據(jù)充電控制信號(hào)發(fā)生電路36的輸出信號(hào)流動(dòng)。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明作出的多種改進(jìn)和補(bǔ)充方案顯然未超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，包括一個(gè)外部電源(1)；一個(gè)電池(7)；和一個(gè)充電器(3)，用于從外部電源(1)向電池(7)充電；充電器(3)由一個(gè)控制充電電流導(dǎo)通和停止的開關(guān)(4)和一個(gè)根據(jù)充電電流控制開關(guān)(4)操作的充電控制器(5)構(gòu)成，其特征在于該開關(guān)(4)布置在由充電電流和放電電流共用的通道上，還包括一個(gè)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器(8)，用于檢測(cè)由外部電源(1)饋給的標(biāo)準(zhǔn)電源電壓，或沒有外部電源電壓和外部電源(1)電壓下降的狀態(tài)，以及當(dāng)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器(8)測(cè)出外部電源(1)是標(biāo)準(zhǔn)電壓時(shí)，充電控制器(5)通過控制開關(guān)(4)使電池(7)充電，當(dāng)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器(8)測(cè)出是沒有電源電壓或電壓下降時(shí)，關(guān)閉開關(guān)(4)，形成連接電池(7)和負(fù)載(2)的放電通路，于是通過開關(guān)(4)形成電池(7)到負(fù)載(2)的通路。
2.一種電源裝置，包括一個(gè)外部電源(1)；一個(gè)電池(7)；和一個(gè)充電器(3)，用于從外部電源(1)向電池(7)充電；一個(gè)電流感應(yīng)裝置(9)，用于檢測(cè)流過電池(7)的電流；充電器(3)由一個(gè)控制充電電流導(dǎo)通和停止的開關(guān)(4)和一個(gè)根據(jù)充電電流的控制開關(guān)(4)操作的充電控制器(5)構(gòu)成，其特征在于一個(gè)電流感應(yīng)電阻(6)布置在由充電電流和放電電流共用的通道上，所述的充電控制器(5)通過檢測(cè)流過電流感應(yīng)電阻(6)的電流控制電池(7)的充電，以及所述的電流感應(yīng)裝置(9)通過檢測(cè)流過電流感應(yīng)電阻(6)的電流檢測(cè)電池(7)中的電流。
3.如權(quán)利要求1的電源裝置，其特征在于還包括一個(gè)電流感應(yīng)裝置(9)，用于感應(yīng)電池(7)中的電流，其中一個(gè)電流感應(yīng)電阻(6)布置在由充電電流和放電電流共用的通道上，所述的充電控制器(5)通過檢測(cè)流過電流感應(yīng)電阻(6)的電流控制電池(7)的充電，以及所述的電流感應(yīng)裝置(9)通過檢測(cè)流過電流感應(yīng)電阻(6)的電流檢測(cè)電池(7)中的電流。
4.如權(quán)利要求1的電源裝置，特征在于功率供給狀態(tài)檢測(cè)器(8)，用于通過檢測(cè)外部電源(1)輸入的電壓檢測(cè)由外部電源(1)饋給的標(biāo)準(zhǔn)電源電壓，或沒有外部電源電壓和外部電源電壓下降的狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求3的電源裝置，其特征在于所述的電流感應(yīng)裝置(9)根據(jù)檢測(cè)的流過電流感應(yīng)電阻(6)的電流的方向提供不同的輸出，以及所述的功率供給狀態(tài)檢測(cè)器(8)，用于通過檢測(cè)所述電流感應(yīng)裝置(9)的輸出出，檢測(cè)由外部電源(1)饋給的標(biāo)準(zhǔn)電源電壓，或沒有外部電源電壓和外部電源電壓下降的狀態(tài)。
全文摘要
一種電源裝置，包括由一個(gè)控制充電電流導(dǎo)通和停止的開關(guān)(4)和根據(jù)充電電流控制開關(guān)(4)操作的充電控制器(5)構(gòu)成的充電器(3)，該開關(guān)(4)布置在由充電電流和放電電流共用的通道上，還包括一個(gè)功率供給狀態(tài)檢測(cè)器(8)，用于檢測(cè)由外部電源(1)饋給的標(biāo)準(zhǔn)電源電壓，或沒有外部電源電壓和外部電源電壓下降的狀態(tài)，當(dāng)測(cè)出外部電源(1)是標(biāo)準(zhǔn)電壓時(shí)，充電控制器(5)使電池(7)充電，當(dāng)測(cè)出是沒有電源電壓或電壓下降時(shí)，關(guān)閉開關(guān)(4)，通過開關(guān)(4)形成電池(7)到負(fù)載(2)的通路。
文檔編號(hào)H02J1/00GK1167355SQ9611795
公開日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1996年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月31日
發(fā)明者喜多川圣也 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社