使用恆流/恆壓模式的電池充電電路及運行該電路的方法
2023-09-19 04:20:15 1
專利名稱：使用恆流/恆壓模式的電池充電電路及運行該電路的方法
技術領域：
本申請一般地涉及電子領域，尤其是涉及電池充電電路及運行該電路的方法。
背景技術：
採用一般稱為恆流/恆壓充電的方法對某些類型的電池例如鋰離子電池充電是公知的。恆流/恆壓充電典型地包括首先施加恆流給電池充電然後通過施加恆壓給電池充電。
採用恆流/恆壓方法的一個原因是在電池儲存的電荷接近全容量時，當電池吸收電流的容量減小時繼續施加恆流可能是有問題的。例如，如果施加給的電池的恆流超過了安全極限，電池可能會損壞，或者換句話說，可能會破壞充電電路。
例如，在Barcelo等人的美國專利No.6,522,118中，討論了一種恆流/恆壓電池充電器電路。Barcelo討論的電路包括連接到優先電路的恆流迴路和恆壓迴路，優先電路決定在給電池充電時使用兩個迴路中其中一個。例如，Barcelo的圖3示出了帶有第一放大器和與負載電阻器耦合的第一壓控電流源的恆流迴路。圖3的電路還包括帶有第二放大器和與電池耦合的第二壓控電流源的恆壓迴路。兩個迴路都連接到優先電路，優先電路例如選擇將兩個放大器電壓較低者施加給壓控電流源。
發明內容
根據本發明的實施例可以提供採用保持電流的電池充電電路及運行電池充電電路的方法。例如，在根據本發明的一些實施例中，電池充電迴路能夠從利用放大器電路輸出控制壓控電流源以給電池施加基本恆流的恆流模式給電池充電變化到利用放大器電路輸出控制壓控電流源以給電池施加可變電流的恆壓模式給電池充電。
在本發明的一些實施例中，可以通過給電池施加基本恆流的恆流模式給電池充電。電池輸入端的電壓可以和預定閾值電壓比較，超過該預定閾值電壓則利用恆壓模式給電池充電。以恆流模式給電池充電可以在確定了電池輸入端的電壓等於預定閾值電壓時終止，因此然後以恆壓模式通過給電池施加變化的電流給電池充電。
圖1是根據本發明的一些實施例的恆流/恆壓電池充電電路的原理圖。
圖2是根據本發明的一些實施例的電壓保持電路的原理圖。
圖3是根據本發明的一些實施例的圖1所示的以恆流模式運行的電池充電電路的原理圖。
圖4是根據本發明的一些實施例的圖1所示的以恆壓模式運行的電池充電電路的原理圖。
圖5是描述了根據本發明的一些實施例以恆流和恆壓模式運行的曲線圖。
圖6是描述了根據本發明的一些實施例電池充電電路的運行流程圖。
具體實施例方式
現在將參考附圖更全面地描述本發明，附圖中示出了本發明的實施例。然而本發明可以很多方式實現不應當解釋為僅限定在這裡所列舉的實施例之中。而且，提供這些實施例將使得本發明徹底和完全的公開並且向本領域技術人員完全地傳授本發明的思想。全文中相同的標號指代相同的部件。
圖1是描述了根據本發明的一些實施例的恆流/恆壓電池充電電路100的原理圖。尤其是，電池充電電路100包括響應施加到其上的電壓分別產生電流IVCCS1和IVCCS2的第一和第二壓控電流源112、110。如圖1所示，第一和第二電流源112和110並聯以響應所施加電壓起到鏡像電流源的作用。換句話說，第一和第二電流源112和110分別響應施加到各自上的同樣電壓產生基本相等的電流IVCCS1和IVCCS2。
放大器120的輸入端子電耦接到負載R和電壓Vstart(V開始)。尤其是，放大器120的正端子耦接到負載R的輸入端而放大器120的負端子耦接預定電壓Vstart。在根據本發明的一些實施例中，電壓Vstart與電壓源(VDD)一致。可以理解的是，也可以使用其它結構的放大器以提供這裡所述的基本相同的運行方式。例如，在根據本發明的一些實施例中，上面所描述的電壓可以施加於和正極和負端子相反的端子上。而且，在根據本發明的一些實施例中，將預定電壓Vstart施加到負端子以及負載電阻的輸入端的電壓施加到正端子。
如圖1所示，放大器120耦接到第一和第二壓控電流源112、110，因此放大器120可以以恆流模式和恆壓模式兩種模式控制第一和二電流源112、110。電流IVCCS1和IVCCS2分別提供到負載R和電池105。
根據本發明的一些實施例電池充電電路100還包括耦接在負載R的輸入端和電池105的輸入端之間的電壓保持電路140。在運行中，設置電壓保持電路140以與預定閾值電壓VCHG進行比較地監視在電池105的輸入端的電壓電平。在根據本發明的一些x實施例中，預定電壓VCHG表示一個電壓電平，低於其時電路100採用恆流模式給電池105充電，高於其時電路100採用恆壓模式給電池105充電。
如果電壓保持電路140檢測出電池105的輸入端的電壓電平低於預定閾值電壓VCHG，電壓保持電路140被延遲(hold off)因此從那裡沒有輸出可變的保持電流。因此，給負載R施加來自電流源112的第一電流IVCCS1，它對應於利用電源110的電流輸出給電池105充電的恆流模式。在恆流模式充電期間，可以提高電池105的電壓。
當電壓保持電路140檢測出電池105輸入端的電壓電平已經升高到大約等於預定閾值電壓VCHG時，電壓保持電路140開始產生可變的保持電流IMAINTAIN(I保持)，除了第一電流IVCCS1之外將它施加給負載R，這反過來引起來自電源112的第一電流IVCCS1同步降低，使得到達負載R的總電流保持恆定。此外，隨著來自電源112的第一電流IVCCS1的降低，來自電源110的第二電流IVCCS2也同時降低，這表明對電池105從恆流模式充電(上述的)向恆壓模式充電的轉換。
在恆壓模式的運行中，施加給電池105的電流是變化的然而施加給電池105輸入端的電壓是保持基本恆定的。例如，如上所述，電池充電電路100最初可以以恆流模式運行因此施加給電池105輸入端的電流基本上是恆定的。然而，隨著電池105的輸入端的電壓電平升高到等於預定閾值電壓VCHG時，電池充電電路100開始以(也就是轉換到)恆壓模式運行。在恆壓模式中，施加給電池105的電流IVCCS2可以變化同時施加給電池105輸入端的電壓能保持基本恆定。
隨著電池105的電壓相對於預定閾值電壓VCHG繼續增加，電流保持電路140增加到負載R的可變保持電流。隨著可變保持電流增加，由第一壓控電流源112施加的電流IVCCS1降低，因此在恆壓模式中，通過負載R的總電流(IMAINTAIN+IVCCS1)保持基本恆定。因為第一和第二壓控電流源112、110以電流鏡像結構耦接在一起，所以第二壓控電流源隨著IVCCS1降低而降低IVCCS2。因此，以恆壓模式由第二壓控電流源110施加給電池105的電流在同時施加給電池的電壓保持基本恆定時可以改變。
如圖1所示，根據本發明的一些實施例的電池充電電路100還包括能夠運行以對施加到負載R的總電流進行微調的電流調整電路150。因此，放大器輸出120用於控制第一和第二電流源112、110以在恆流模式中提供基本恆定的電流以及在恆壓模式中提供變化的電流。
圖2是描述了根據本發明的一些實施例的圖1所示的電壓保持電路的原理圖。如圖2所示，電壓保持電路140包括具有監測電池105輸入端電壓的放大器200的電壓電平檢測器級。放大器200根據包括電阻R3和R2的負反饋迴路放大電池105輸入端的檢測電壓。
可以理解的是，負反饋可以有效地消除否則可能包括在電池105輸入端電壓中的偏置部分。電壓電平檢測器級還包括比較放大器200的輸出和預定閾值電壓VCHG的比較器210。如上論述，當檢測到電池105(具有任意可消除的偏置)的輸入端的電壓超過預定閾值電壓VCHG時，如圖2所示比較器通過產生相應的信號指出用於給電池充電的模式應當從恆流模式轉換為恆壓模式。
電壓保持電路140還包括可以運行以提供從放大器200輸出的穩定型式(也就是，在具有被消除偏置的電池105的輸入端檢測到的放大電壓)的緩衝器220。放大器200的穩定輸出施加到負載R4的第一端子。負載R4的第二端子連接到給R4施加預定閾值電壓VCHG的穩定型式的緩衝器230。當電池105輸入端的電壓低於預定閾值電壓VCHG時，電流通過負載R4流向緩衝器220。然而，當電池105輸入端的電壓高於預定閾值電壓VCHG時，電流通過負載R4流向緩衝器230。當電流通過負載R4流向緩衝器230時，電流源240施加可變保持電流的初級型式給電流放大器250。電流源240基於電池105輸入端的電壓和預定閾值電壓VCHG之間的差施加可變保持電流的初級型式。
將可變保持電流的初級型式施加給電流放大器250，其能被通過從能夠指示電池充電電路以恆壓模式運行的來自比較器210的信號激活。因此，當電池充電電路100以恆壓模式運行時，參見圖1初級可變保持電流由放大器250放大以施加上面所描述的可變保持電流。
圖3是描述了根據本發明的一些實施例的圖1所示的電池充電電路100以恆流模式運行的原理圖。尤其是，當電池充電電路100以恆流模式運行時，圖2所示的放大器230的輸出大於緩衝器220的輸出(也就是，反映出電池105的輸入端電壓小於預定閾值電壓VCHG)。因此，電流源240產生的初級可變保持電流基本為0.0。而且，比較器210指示電池充電電路100當前以恆流模式運行由此禁用將可變保持電流保持在大約0.0安培的電流放大器250。如圖3所示，以恆流模式給負載R施加的單一電流組分是那些第一壓控電流源112提供的電流和電流調整電路150提供的任何調整電流。因此，由於和第一壓控電流源的電流鏡像結構在恆流模式期間施加給電池105的電流是由第二壓控電流源110產生的。
圖4是描述了根據本發明的一些實施例以恆壓模式運行的圖1所示的電池充電電路100的原理圖。尤其是，當電壓保持電路140檢測到電池105的輸入電壓等於預定閾值電壓VCHG時，給圖2所示的電流放大器250施加恆壓模式激活信號。此外緩衝器220的輸出和放大器230穿過負載R4施加偏置，使得初級可變保持電流由電流源240產生，並且提供給電流放大器250，而電流放大器250產生施加給圖4的負載的可變保持電流。偏置電流電路140所提供的可變保持電流的附加量導致第一壓控電流源112提供的電流IVCCS1降低，結果施加到負載R1的總電流基本保持恆定。此外，隨著電流IVCCS1降低由於電流鏡像結構第二壓控電流源110產生的電流IVCCS2也降低。
當電池105繼續以恆壓模式充電時，在電池105輸入端測量的電壓繼續增加，這進一步增加了在電壓保持電路140中的電平檢測器級檢測到的電池電壓和預定閾值電壓VCHG之間的電壓差。當壓差增加時，施加給負載R的可變保持電流也增加。當可變保持電流繼續增加時，第一壓控電流源112提供的電流IVCCS1繼續降低使得施加到負載R的總電流繼續保持基本恆定。而且，當第一壓控電流源112提供的電流IVCCS1繼續降低時，第二壓控電流源110提供的電流IVCCS2也繼續降低。而且，如上所述，附加的調整電流能通過電流調整電路150施加給負載R。
圖5是描述了根據本發明的一些實施例以恆流和恆壓模式的電池充電電路運行的曲線圖。尤其是，在恆流模式中，第一壓控電流源112提供的電流保持基本恆定直到電池105的輸入端電壓被確定為至少等於預定閾值電壓VCHG。在這點上，電池充電器的運行轉換到恆壓模式，其中電壓保持電路140給負載R施加可變保持電流。隨著電池輸入端電壓繼續增加，施加到負載R的可變保持電流量也增加。當電壓保持電路140提供的可變保持電流增加時，第一和第二電流源112和110提供的電流(IVCCS1/IVCCS2)減小以保持電池輸入端的恆壓。
圖6是描述了根據本發明的一些實施例電池充電電路的運行流程圖。通過以恆流模式對電池充電電池充電電路開始運行(塊605)。電壓保持電路140的電壓電平檢測器級監視電池輸入端的電壓(塊610)。如果確定電池輸入端電壓低於預定閾值電壓VCHG(塊615)，電池充電電路繼續以恆流模式運行並監視電池輸入端電壓。
然而，如果確定電池輸入端電壓變為大約等於預定閾值電壓VCHG(塊615)，電池充電電路停止以恆流模式運行並開始以恆壓模式運行(塊620)。在恆壓模式中，電壓保持電路140產生和第一壓控電流源產生的電流一起施加給負載R的可變保持電流。
如上所述，隨著可變保持電流增加，第一和第二壓控電流源112、110提供的電流減少(塊625)。尤其是，當將可變保持電流引入到負載R時，第一壓控電流源112提供的電流IVCCS1減小(這也導致第二壓控電流源112提供的電流IVCCS2減小)從而在恆壓模式中，電池充電電路改變第一和第二電流源提供的電流從而以恆壓模式給電池提供變化的電流和在輸入端向其提供恆定的電壓(塊630)。
藉助本發明，對本領域普通技術人員不脫離本發明精神和範圍可以作出許多變更和修改。因此應當理解的是所描述的已經列出的實施例僅僅視舉例的目的，並且它不應當被認為是用於限定所附權利要求所限定的本發明。因此將下面的權利要求解釋為不僅包括字面意思所列舉的部件的組成，而且包括所有的以相同方式用於實現基本相同的功能達到基本相同的結果的等價部件。因此將權利要求理解為包括那些上面明確舉例說明和描述的、概念等價物和那些還有具體表現本發明基本精神的。
本申請要求2003年6月19日在韓國知識產權局申請的韓國專利申請No.P2003-0039648的優先權，其內容通過引用併入與此。
權利要求
1.一種給電池充電的方法，包括從利用放大器電路輸出控制壓控電流源以給電池提供基本恆定電流以恆流模式給電池充電，轉換到用放大器電路輸出控制壓控電流源以給電池提供變化的電流以恆壓模式給電池充電。
2.根據權利要求1的方法，其中轉換進一步包括通過給電池提供基本恆定的電流以恆流模式給電池充電；比較電池輸入端電壓和預定閾值電壓，超過預定閾值電壓時採用恆壓模式給電池充電；在確定了電池輸入端電壓等於預定閾值電壓時停止以恆流模式給電池充電；以及通過給電池施加變化的電流以恆壓模式給電池充電。
3.根據權利要求2的方法，其中比較包括給負載的第一端施加預定閾值電壓；將電池輸入端的電壓施加到負載的第二端子以形成負載的第一和第二端子之間的電壓差從而在第一和第二端子之間施加電流。
4.根據權利要求2的方法，其中以恆流模式給電池充電包括利用放大器電路向響應通過負載的電壓的壓控電流源的輸出產生基本恆定的電流，所述負載在放大器電路的輸入端與電池隔開。
5.根據權利要求4的方法，其中響應於壓控電流源提供的基本恆定的電流形成負載兩端的電壓。
6.根據權利要求2的方法，其中以恆壓模式給電池充電包括利用放大器電路向響應通過負載的電壓的壓控電流源的輸出產生基本恆定的電壓，所述負載在放大器電路的輸入端與電池隔開。
7.根據權利要求6的方法，其中響應於分別施加到放大器輸入端的負載的壓控電流源提供的電流和電壓保持電路提供的可變保持電流、給負載兩端施加電壓。
8.根據權利要求7的方法，其中可變保持電流基於預定閾值電壓和電池輸入端電壓之間的差。
9.根據權利要求2的方法，其中以恆流模式給電池充電包括，利用放大器電路向響應通過負載的電壓的壓控電流源的輸出產生基本恆定的電流，所述負載在放大器電路的輸入端與電池分開；以及其中以恆壓模式給電池充電包括利用放大器電路向響應通過負載的電壓的壓控電流源產生基本恆定的電壓，所述負載在放大器電路的輸入端與電池隔開。
10.根據權利要求2的方法，其中將電池輸入端的電壓與閾值電壓比較進一步包括通過由電壓增益放大電壓減小在電池輸入端的電壓偏置；以及然後將所述電壓與預定極限值比較。
11.一種用於給電池充電的電路，包括放大器電路，所述放大器電路設置成利用其輸出以控制耦接到其上的壓控電流源以給電池提供基本恆定的電流以恆流模式給電池充電和設置成利用其輸出以控制壓控電流源以給電池提供可變的電流以恆壓模式給電池充電。
12.根據權利要求11的電路，進一步包括耦接在電池輸入端和負載之間的電壓保持電路，該負載耦接到放大器輸入端，其中電壓保持電路設置成給負載的第一端子施加預定閾值電壓且設置成將電池輸入端的電壓施加到負載的第二端子。
13.根據權利要求11的電路，其中電壓保持電路進一步包括耦接到負載第一端子的第一緩衝電路，以基於預定閾值電壓向第一端子施加穩定預定閾值電壓，以及藕接到負載第二端子的第二緩衝電路，以基於電池輸入端電壓向第二端子施加穩定的輸入電池電壓。
14.根據權利要求13的電路，其中基於穩定的預定閾值電壓和穩定的輸入電池電壓之間的差在負載的第一和第二端子之間形成初級保持電路。
15.根據權利要求13的電路，進一步包括電壓檢測器電路，耦接到第二緩衝電路的輸入端，並且設置成提供具有包括在在穩定輸入電池電壓中減少的電池輸入端電壓中的偏置的穩定的輸入電池電壓。
16.根據權利要求15的電路，其中電壓檢測器電路包括耦接到電池輸入端並設置成減少包括在電池輸入端電壓中的偏置電壓的偏置放大器電路。
17.根據權利要求16的電路，其中電壓檢測器電路包括耦接到偏置放大器電路輸出端並且設置成將穩定的輸入電池電壓和預定閾值電壓作比較以提供預示將利用恆壓模式給電池充電的信號的比較電路。
18.根據權利要求17的電路，其中電流放大器電路，耦接到比較電路輸出端，並且設置成當信號作用時放大初級保持電路以給耦接到放大器輸入端的負載提供可變保持電流。
19.一種用於給電池充電的電路，包括用於從利用放大器電路輸出控制壓控電流源以給電池提供基本恆定電流以恆流模式給電池充電轉換到利用放大器電路輸出控制壓控電流源以給電池提供可變電流恆壓模式給電池充電的裝置。
20.根據權利要求19的電路，其中用於轉換的裝置包括用於通過給電池施加基本恆定的電流以恆流模式給電池充電的裝置；用於將電池輸入端電壓與預定閾值電壓作比較的裝置，高於預定閾值電壓時採用恆壓模式給電池充電；在確定電池輸入端電壓等於預定閾值電壓時用於終止以恆定模式給電池充電的裝置；和用於通過給電池施加可變的電流以恆壓模式給電池充電的裝置。
21.根據權利要求20的電路，其中用於比較的裝置包括用於給負載的第一端子提供預定閾值電壓的裝置；用於給負載的第二端子施加電池輸入端的電壓以在負載的第一和第二端子之間形成電壓差從而在第一和二端子之間提供電流的裝置。
22.根據權利要求20的電路，其中用於以恆流模式充電的裝置包括用於利用放大器電路向響應通過負載的電壓的壓控電流源的輸出產生基本恆定的電流的裝置，所述負載在放大器電路的輸入端與電池隔開。
23.根據權利要求22的電路，其中響應於壓控電流源提供的基本恆定的電流形成通過負載的電壓。
24.根據權利要求20的電路，其中用於以恆壓模式給電池充電的裝置包括用於利用放大器電路向響應通過負載的電壓的壓控電流源產生基本恆定的電壓的裝置，所述負載在放大器電路的輸入端與電池隔開。
25.根據權利要求24的電路，其中響應於在放大器輸入端分別施加到負載的壓控電流源提供的電流和電壓保持電路提供的可變保持電流提供通過負載的電壓。
26.根據權利要求25的電路，其中可變保持電流基於預定閾值電壓和電池輸入端電壓之間的差。
27.根據權利要求20的電路，其中用於以恆流模式給電池充電的裝置包括利用放大器電路向響應通過負載的電壓的壓控電流源的輸出產生基本恆流的裝置，所述負載在放大器電路的輸入端與電池隔開，其中用於以恆壓模式給電池充電的裝置包括利用放大器電路向響應通過負載的電壓的壓控電流源的輸出產生基本恆壓的裝置，所述負載在放大器電路的輸入端與電池隔開。
28.根據權利要求20的電路，其中將電池輸入端電壓與預定閾值電壓作比較的裝置進一步包括通過電壓增益放大電壓來減少電池輸入端的電壓中的偏置的裝置；以及之後將該電壓和預定閾值電壓值比較的裝置。
全文摘要
電池充電電路，所述電路可以從利用放大器電路輸出控制壓控電流源以給電池提供基本恆定電流以恆流模式給電池充電、轉換到利用放大器電路輸出控制壓控電流源以給電池提供可變電流以恆壓模式給電池充電。公開了相關的方法。
文檔編號H02J7/00GK1578051SQ200410076618
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月21日 優先權日2003年6月19日
發明者李元雨, 崔振燮 申請人:三星電子株式會社