充电电路 |
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| 申请号 | CN201510046034.9 | 申请日 | 2015-01-29 | 公开(公告)号 | CN104767236B | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 台湾快捷国际股份有限公司; 快捷半导体(苏州)有限公司; | 发明人 | 杨大勇; | ||||
| 摘要 | 一种充电 电路 ，用来对 电池 进行充电，其包括电源供应器、 控制器 以及 开关 。电源供应器具有通信 接口 ，其耦接电源供应器的缆线以接收指令数据。电源供应器根据指令数据来生成直流 电压 以及直流 电流 。控制器耦接电池以侦测电池电压，且根据电池电压来生成指令数据。开关耦接缆线，以透过连接器接收直流电压以及直流电流。直流电压以及直流电流耦合至 电缆 。直流电压以及直流电流根据指令数据而可编程。由控制器所生成的指令数据透过控制器的通信电路耦合至缆线。控制器耦接连接器来侦测连接器电压且根据连接器电压来控制开关的接通/断开状态。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种充电电路，用来对电池进行充电，包括： |
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| 说明书全文 | 充电电路技术领域背景技术[0002] 传统装置具有装配在电池侧(接近电池)的可编程DC/DC转换器(例如，降压型转换器或升/降压型转换器)，以用于对电池充电。这种可编程DC/DC转换器的输入端透过电源供应器的输出导线到电源供应器的输出端。电源供应器也包括具有定电压输出的DC/DC转换器。这种传统装置的缺点是两个DC/DC转换器的功率消耗所导致的低功效。在电池端的降压型转换器或升/降压型转换器更导致功率的损失。 发明内容[0003] 因此，本发明的目的在于消除在电池侧的DC/DC转换器的需求，并以改善电池充电的效率。 [0004] 本发明提供一种充电电路，用来对电池进行充电。此充电电路包括电源供应器、控制器以及开关。电源供应器具有通信接口。此通信接口耦接电源供应器的缆线以接收指令数据。电源供应器根据指令数据来生成直流电压以及直流电流。控制器耦接电池以侦测电池电压，且根据电池电压来生成指令数据。开关耦接缆线，以透过连接器接收直流电压以及直流电流。由电源供应器所生成的直流电压以及直流电流耦合至电缆。直流电压以及直流电流根据指令数据而可编程。由控制器所生成的指令数据透过控制器的通信电路耦合至缆线。控制器耦接连接器来侦测连接器电压且根据连接器电压来控制开关的接通/断开状态。附图说明 [0005] 图1表示根据本发明实施例的充电电路。 [0006] 图2表示根据本发明实施例，图1中充电电路的控制器。 [0007] 图3表示根据本发明实施例，在图1中充电电路的控制电路。 [0008] 图4表示根据本发明实施例，在图1中充电电路的可编程电源供应电路。 [0009] 图5表示根据本发明实施例，在图4中可编程电源供应电路的切换控制电路。 [0010] 图6表示根据本发明实施例，在图5中切换控制电路的PWM电路的电路架构。 具体实施方式[0012] 为使本发明之上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。 [0013] 图1系表示根据本发明一实施例的电路。电源供应器10具有通信接口CMA，其透过连接器41耦接缆线40以接收指令数据，并根据指令数据来生成输出电压VO以及输出电流IO。缆线40为电源供应器10的输出电缆。电源供应器10所生成的输出电压VO以及输出电流IO被传送至缆线40。控制器(CNTR_B)70耦接电池65以侦测电池65的电池电压VB。控制器70根据侦测到的电池电压VB来生成指令数据。开关60的一端透过连接器42耦接缆线40以接收输出电压VO以及输出电流IO。开关60的另一端耦接电池65以对电池65充电。输出电压VO以及输出电流IO根据指令数据为可编程的。控制器70所生成的指令数据透过控制器70的通信接口CMB来耦接缆线40。控制器70耦接连接器42以侦测控制器电压VA。控制器70根据控制器电压VA来生成控制信号SX，以控制开关60的接通/断开状态。当缆线40与连接器42的电压降较高，开关60将断开。控制器70更具有通信埠(COMM)95，其耦接主机中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，例如手机的CPU或笔记型计算机的CPU等等。 [0014] 电源供应器10包括耦接直流(Direct-Current，DC)电源VDC的输入端，以用于生成输出电压VO的DC电压以及输出电流IO的DC电流。DC电源VDC可以是电池或离线AC/DC电源供应器(或电源转接器)的输出。电源供应器10包括可编程电源供应电路(DC/DC)100，以根据控制电路(CNTR_A)20的控制来生成输出电压VO以及输出电流IO。控制电路20透过通信接口CMA来耦接缆线40，以接收并传送指令数据。控制电路20生成控制信号SZ以及数据总线信号NA，其耦合来控制可编程电源供应电路100。通信接口CMA与CMB的方式的范例可在专利编号US 8,154,153、名称为“Method and apparatus for providing a communication channel through an output cable of a power supply”的美国专利中获得。 [0015] 图2系表示根据本发明实施例的控制器70。控制器70包括模拟数字转换器(ADC)80，其透过多工器(MUX)87、电阻器83与84以及开关85来侦测电池电压VB。模拟数字转换器 80更透过多工器87以及电阻器81与82来耦接连接器42，以侦测连接器电压VA。微控制器(MCU)75包括内存76。内存76包括一程序内存以及一数据存储器(未显示于图式)。微控制器 75生成控制信号SY，以控制开关85的接通/断开状态。微控制器75生成控制信号SX，以控制控制开关60的接通/断开状态。微控制器75更生成数据总线信号NB，其耦合来控制多工器87。 微控制器75也读取来自模拟数字转换器80的数据，且透过通信电路90以及通信接口CMB来读取/写入指令数据。 [0016] 图3系表示根据本发明实施例的控制电路20。控制电路20包括微控制器(MCU)25。微控制器25包括内存26，且内存26包括一程序内存以及一数据存储器。微控制器25生成控制信号SZ以及数据总线信号NA。数据总线信号NA用来透过通信电路30以及通信接口CMA来读取/写入指令数据。 [0017] 图4系表示根据本发明实施例的可编程电源供应电路100。切换控制电路200生成高压侧切换信号SH以及低压侧切换信号SL，其分别耦合至高压侧晶体管110以及低压测晶体管120，以调节输出电压VO以及输出电流IO。晶体管110与120、电容器140与145以及电感器130形成同步降压转换器，以生成来自DC电源VDC的输出电压VO。如此一来，高压侧切换信号SH以及低压侧切换信号SL则用来切换电感器130以生成输出电压VO。电流感测装置，例如电阻器135，用来来侦测输出电流IO以生成电流感测信号DET，其耦合至切换控制电路200。电流感测信号DET与输出电流IO的值相关联。切换控制电路200的一端CLN作为浮接接地端，以驱动高压侧晶体管110。 [0018] 数据总线信号NA以及控制信号SZ耦合来控制切换控制电路200。根据输出电压VO、电流感测信号DET以及微控制器25的控制(透过数据总线信号NA)，切换控制电路200生成高压侧切换信号SH以及低压侧切换信号SL，以调节输出电压VO以及输出电流IO。电容器170耦接电压反馈信号COMV，以用于电压回路补偿。电容器175耦接电流反馈信号COMI，以补偿输出电流IO的电流回路。 [0019] 图5系表示根据本发明实施例的切换控制电路200。数据总线信号NA耦合来控制多工器(MUX)296、模拟数字转换器(ADC)295以及数字模拟转换器(DAC)291与292。数字模拟转换器291与292透过数据总线信号NA以及缓存器(REG)281与282而由微控制器25所控制。电流感测信号DET透过脉宽调变(Pulse Width Modulation，PWM)电路(PWM)300来生成电流信号IFB。电流信号IFB耦合至多工器296。电阻器286与287组成一分压器，以根据输出电压VO来生成反馈信号VFB。反馈信号VFB耦合至多工器296。开关285以及电阻器288与289组成另一个分压器，以根据DC电源VDC的电压来生成位准移位信号。此位准移位信号也耦合至多工器296。开关285系由控制信号SZ所控制，以用于节省功率。多工器296的输出耦接模拟数字转换器295。因此，模拟数字转换器295可侦测输出电流IO、输出电压VO以及DC电源VDC的电压位准。如此一来，经由数据总线信号NA，微控制器25可透过模拟数字转换器295来读取输出电流IO、输出电压VO以及DC电源VDC的电压位准的信息。微控制器25控制数字模拟转换器291与 292的输出。数字模拟转换器291生成可编程电压参考VRV，以控制输出电压VO。数字模拟转换器292生成可编程电流参考VRI，以控制输出电流IO。根据切换控制电路200的电源开启，缓存器281与282将重置为初始值。举例来说，缓存器281的初始值将导致产出可编程电压参考VRV的最小值，其生成了5V的输出电压VO。缓存器282的初始值将导致产出可编程电流参考VRI的最小值，其生成了0.5A的输出电流IO。可编程电压参考VRV以及可编程电流参考VRI系由指令数据所决定。PWM电路300根据可编程电压参考VRV、可编程电流参考VRI、反馈信号VFB以及电流感测信号DET来生成电压反馈信号COMV、电流反馈信号COMI、高压侧切换信号SH以及低压侧切换信号SL。 [0020] 图6系表示根据本发明实施例的PWM电路300的电路架构。运算放大器310系用来驱动晶体管316，并生成流经电阻器315与317的电流I315。生成于电阻器315的电压VR315将被调节，以与电流感测信号DET的电压位准VR135(生成于电阻器135；跨越电流感测信号DET以及输出电压VO的电压)相同。相关算式如下： [0021] VR135＝IO×R135----------------------------------(1) [0022] [0023] VR315＝VR135-------------------------------------(3) [0024] [0025] 生成于电阻器317的电压VR317因此与输出电流IO相关联。电压VR317耦接误差放大器320，以与可编程电流参考VRI进行比较，以在误差放大器320的输出端生成电流反馈信号COMI。电容器175(显示于图4)耦接至误差放大器320的输出端，以用于电流反馈回路的频率补偿。反馈信号VFB耦接至误差放大器330，以与可编程电压参考VRV进行比较，以在误差放大器330的输出端生成电压反馈信号COMV。电容器170(显示于图4)耦接至误差放大器330的输出端，以用于电压反馈回路的频率补偿。电流反馈信号COMI用来调节输出电流IO。而电压反馈信号COMV则用来调节输出电压VO。振荡器(OSC)400生成频率信号PLS以及斜坡信号RMPV与RMPI。频率信号PLS透过触发器345而耦合来启用切换信号SW。 [0026] 斜坡信号RMPV耦接至比较器338，以与电压反馈信号COMV进行比较。而斜坡信号RMPI耦接至比较器328，以与电流反馈信号COMI进行比较。比较器328与338的输出端透过与门340以及触发器345来禁用切换信号SW。切换信号SW透过输出驱动器350来生成切换信号SH与SL。 [0027] 图7系表示根据本发明实施例的输出驱动器350。二极管390以及电容器395形成一个电荷泵电路，其提供电源给高压侧闸极驱动器370。低压侧闸极驱动器375则由电压源VCC来供电。与门351与352以及反向器361、362、与363形成一个互斥电路(exclusive-circuit)，其用来接收切换信号SW，并避免切换信号SH与SL同时接通。 [0028] 本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。 [0029] 符号说明 [0030] 图1： [0031] 10～电源供应器； 20～控制电路(CNTR_A)； [0032] 40～缆线； 41～连接器； [0033] 42～连接器； 60～开关； [0034] 65～电池； 70～控制器(CNTR_B)； [0035] 95～通信埠(COMM)； [0036] 100～可编程电源供应电路(DC/DC)； [0037] CMA～通信接口； CMB～通信接口； [0038] IB～电流； IO～输出电流； [0039] NA～数据总线信号； SX～控制信号； [0040] SZ～控制信号； VA～控制器电压； [0041] VB～电池电压； VDC～DC电源； [0042] VO～输出电压； [0043] 图2： [0044] 70～控制器； 75～微控制器(MCU)； [0045] 76～～内存； [0046] 80～模拟数字转换器(ADC)； [0047] 81…84～电阻器； 85～开关； [0048] 87～多工器(MUX)； 90～通信电路； [0049] CMB～通信接口； COMM～通信埠； [0050] NB～数据总线信号； SX～控制信号； [0051] VA～控制器电压； VB～电池电压； [0052] 图3： [0053] 20～控制电路； 25～微控制器(MCU)； [0054] 26～内存； 30～通信电路； [0055] CMA～通信接口； NA～数据总线信号； [0056] SZ～控制信号； [0057] 图4： [0058] 100～可编程电源供应电路； [0059] 110～高压侧晶体管； 120～低压测晶体管； [0060] 130～电感器； 135～电阻器； [0061] 140、145～电容器； 170、175～电容器； [0062] 200～切换控制电路； [0063] CLN～浮接接地端； [0064] COMI～电流反馈信号； COMV～电压反馈信号； [0065] DET～电流感测信号； IO～输出电流； [0066] NA～数据总线信号； SH～高压侧切换信号； [0067] SL～低压侧切换信号； SZ～控制信号； [0068] VDC～DC电源；VO～输出电压； [0069] 图5： [0070] 200～切换控制电路； 281、282～缓存器(REG)； [0071] 285～开关； 286…289～电阻器； [0072] 291与292～数字模拟转换器(DAC)； [0073] 295～模拟数字转换器(ADC)； [0074] 296～多工器(MUX)； 300～脉宽调变电路(PWM)； [0075] CLN～浮接接地端； [0076] COMI～电流反馈信号； COMV～电压反馈信号； [0077] DET～电流感测信号； IFB～电流信号； [0078] NA～数据总线信号； SH～高压侧切换信号； [0079] SL～低压侧切换信号； SZ～控制信号； [0080] VDC～DC电源； VFB～反馈信号； [0081] VO～输出电压； VRI～可编程电流参考； [0082] VRV～可编程电压参考； [0083] 图6： [0084] 300～脉宽调变电路； 310～运算放大器； [0085] 315～电阻器； 316～晶体管； [0086] 317～电阻器； 320～误差放大器； [0087] 328～比较器； 330～误差放大器； [0088] 338～比较器； 400～振荡器(OSC)； [0089] 345～触发器； 350～输出驱动器； [0090] CLN～浮接接地端； [0091] COMI～电流反馈信号； COMV～电压反馈信号； [0092] DET～电流感测信号； I315～电流； [0093] PLS～频率信号； RMPV、RMPI～斜坡信号； [0094] SW～切换信号； SH～高压侧切换信号； [0095] SL～低压侧切换信号； VCC～电压源； [0096] VR317～电压； VFB～反馈信号； [0097] VO～输出电压； VRI～可编程电流参考； [0098] VRV～可编程电压参考； [0099] 图7： [0100] 350～输出驱动器； 351、352～与门； [0101] 361、362、363～反向器； 370～高压侧闸极驱动器； [0102] 375～低高压侧闸极驱动器； 390～二极管； [0103] 395～电容器； [0104] CLN～切换控制电路的一端； [0105] SW～切换信号； SH～高压侧切换信号； [0106] SL～低压侧切换信号； VCC～电压源。 |
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