內置充電電池的可攜式充電設備的製作方法
2023-06-05 19:17:31
專利名稱：內置充電電池的可攜式充電設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種手機、個人數字助理(PDA)等等(在下文中稱為「可攜式電子設備」)的可攜式充電器，並尤其涉及一種內置充電電池的可攜式充電器，其可以方便地對可攜式電子設備的充電電池進行充電，即使是在家用AC電源或者汽車電源不能用於電池充電的地方。
背景技術：
對可攜式電子設備的電池進行充電的傳統充電設備包括桌面充電器(DTC)，旅行者使用的可攜式充電器，使用汽車的雪茄插頭電源(cigarjackpower)作為充電電源的汽車充電器等等。在這些充電器當中，可攜式充電器將家用AC110V/220V電源整流為DC電源，並採用開關型電源將其降低為具有適合充電的預定電壓的DC電源，從而對可攜式電子設備的充電電池進行充電。
圖1顯示了傳統可攜式充電器的結構。在圖1中，參考數字1表示其內包含有開關型電源和充電電路的充電器主體，參考數字2表示連接到家用電源輸出6的電源插頭，參考數字3表示連接到手機5的接口連接器上的接口插座，以及參考數字4表示用於連接充電器主體1和接口插座3的電纜。
在這種結構中，當接口插座3耦合到手機5的接口連接器並且電源插頭2連接到電源輸出6時，通過電源插頭2提供給充電器主體1的家用AC電源被轉換為具有預定電壓的DC電源，以對手機5的充電電池進行充電。
然而，前面所述的傳統的可攜式充電器僅僅可以用於具有提供家用AC電源的電源輸出6的地方。因此，這種可攜式充電器不能在沒有電源輸出的地方或者在電源中斷的情況下進行其充電操作。為了解決該問題，提出了用於汽車的充電器。
但是當用戶遠離汽車時，他不能使用這種充電器。而且，當用戶同時需要可攜式充電器和汽車充電器的情況下，他必須攜帶兩個充電器而造成不便，並且花費不必要的金錢購買它們。進一步，傳統充電器僅能用於特定類型的便攜設備並且它們不能用於其它類型的便攜設備。
發明內容
因此，本發明著眼於解決上述問題，並且本發明的一個目的是提供一種內置充電電池的可攜式充電設備，即便是在家用AC電源或者汽車電源不能使用的地方其也可以方便地對手機的充電電池進行充電，並且可以通過使用一個充電器而用於多種便攜設備。
為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種內置充電電池的可攜式充電設備，其包括電連接到家用AC電源的AC電源連接器；用於去除通過AC連接器產生的AC電源的噪聲成分的EMI濾波器；用於將所述EMI濾波器提供的AC電源整流為DC電源的整流器；用於按照預定佔空比對從所述整流器輸入的DC電源進行調控的開關型電源，以輸出降低的充電電流；通過手機的接口連接器電連接到手機的充電電池的外部充電電池連接器；輸出脈衝寬度調製信號的PWM控制器，以控制當前充電電壓的電壓大小，從而使提供給所述外部充電電池連接器的充電電壓能夠達到預定的參考電壓，並在預定的電壓控制信號的基礎上保持該電壓；用於接受來自於所述開關型電源的DC電源作為其充電電流的內部充電電池，以存儲所述DC電源的電能，並提供該電能作為手機的充電電流；根據由所述PWM控制器輸出的脈衝寬度調製信號對所述開關型電源的輸出埠的連接節點和所述內部充電電池以及所述外部充電電池連接器之間的電連接進行切換的電晶體；用於將預定的電流控制信號轉換為光學信號並將該光學信號轉換為電信號的光電耦合器，所述電信號具有一定佔空比，以將其作用到所述開關型電源；以及用於控制所述開關型電源的充電電流控制操作和所述PWM控制器的充電電壓控制操作的微處理器，從而以預定的電壓大小將通過所述開關型電源輸出的充電電流提供給所述外部充電電池連接器和內部充電電池，所述微處理器輸出所述電流控制信號和電壓控制信號以將所述內部充電電池的充電電流提供給所述外部充電電池連接器。
所述充電電池連接器通過手機的接口連接器接收包括關於手機的充電電池的最大充電電壓和最大充電電流等信息在內的標識數據，並將所述標識數據發送給微處理器。微處理器讀取該標識數據以設定充電電池的最大充電電壓值和最大充電電流值，並在該設定的最大充電電壓值和最大充電電流值的基礎上控制所述開關型電源和PWM控制器的操作。
而且，本發明的具有內置充電電池的可攜式充電設備進一步包括汽車電源連接器，其連接到汽車的雪茄插頭連接器上，從而以預定的電壓大小接收DC電源。所述微處理器控制PWM控制器的充電電壓控制操作，以將由所述汽車電源連接器提供的充電電流作用到所述外部充電電池連接器。
根據以上描述的結構，本發明的可攜式充電設備可以方便地對手機的充電電池進行充電，即便是在家用AC電源或者汽車電源很難用於對充電電池進行充電的地方。
本發明的進一步的目的和優點可以從下面的結合附圖的詳細描述中更全面的理解，其中圖1顯示了傳統可攜式充電器的結構；圖2是顯示根據本發明一個實施例的具有內置充電電池的可攜式充電器的內部結構的結構圖；
圖3是顯示圖2中所示的具有內置充電電池的可攜式充電器的外部結構的透視圖；以及圖4是顯示根據本發明另一個實施例的具有內置充電電池的可攜式充電器的內部結構的結構圖。
具體實施例方式
現在結合優選實施例並參考附圖對本發明進行詳細描述。
圖2是顯示根據本發明一個實施例的具有內置充電電池的可攜式充電器的內部結構的結構圖。在圖2中，參考數字11表示電連接到家用AC110V或220V電源的AC電源連接器，參考數字12表示電磁幹擾(EMI)濾波器，用於去除通過AC電源連接器11提供的AC電源的噪聲成分，以及參考數字13表示整流器，用於將通過EMI濾波器提供的AC電源整流為DC電源。另外，參考數字14表示開關型電源，其按照預定的佔空比對從整流器13輸入的DC電源進行調控，以提供降低的充電電流。所述開關型電源包括線圈141，其用於調控輸入的DC電源以產生降低的感應電流，以及開關控制器142，其用於根據所述佔空比控制線圈141，以調節流入充電電池的充電電流量。
參考數字15表示外部充電電池連接器，其通過手機的接口連接器電連接到手機的充電電池。它是使用耦合到手機接口連接器的接口插座(未示出)而連接到充電電池的。外部充電電池連接器15包括正輸入埠(+)，負輸入埠(-)以及標識數據輸入埠IN，這些埠分別電連接到充電埠，接地埠以及充電電池的標識埠(未示出)。外部充電電池連接器通過標識數據輸出埠將由充電電池的標識埠發送的預定標識數據ID應用到微處理器，其將在下面描述。標識數據ID包括特徵信息，如最大充電電壓，最大充電電流或充電電池的類似信息。
在圖2中，參考數字16表示PWM(脈衝寬度調製)控制器，其輸出脈衝寬度調製信號以控制當前充電電壓的電壓大小，從而使提供給外部充電電池連接器的充電電壓能夠達到預定的參考電壓並在微處理器所提供的預定電壓控制信號的基礎上保持該電壓大小。PWM控制器16的輸出埠連接到電晶體Q1的基極，並且開關型電源14的輸出埠通過反向電流限制二極體D1耦合到電晶體Q1的集電極。外部充電電池連接器15的充電電流輸入埠連接到電晶體Q1的發射極，並且該發射極還耦合到PWM控制器16的電壓反饋信號輸入埠。
參考數字17表示內部充電電池，其利用由開關型電源14提供的DC電源作為充電電流而存儲電能。內部充電電池17作為第二充電電源而向外部充電電池連接器15提供電能。內部充電電池17包括預定的過充電保護電路以防止其內部設定的過充電。所述過充電保護電路是本領域所公知的，因此對其的解釋在此省略。
在圖2中，參考數字18表示光電耦合器，其將由微處理器提供的預定的電流控制信號轉換為光學信號，並將該光學信號轉換為具有預定的佔空比的電信號，以將其作用到開關型電源14。開關型電源14的開關控制器142使用由光電耦合器18提供的電信號作為控制信號而控制線圈141的操作。
圖3是顯示圖2中所示的具有內置充電電池的可攜式充電器的外部結構的透視圖；相似的參考字符表示圖2和圖3中對應的部分。
在圖3中，參考數字100表示包含圖2中的內部結構(電子電路)的充電器主體。AC電源連接器11依附於充電器主體100的一側。AC電源連接器11包括電源插頭111，該插頭插入到家用電源輸出中。電源插頭111通過固定在充電器主體100內的旋轉軸112而摺疊為直角，從而當使用時該插頭以直角固定在主體100的表面上(虛線顯示)，而當不使用時則固定在形成在充電器主體100一側的凹槽113中。
而且，外部充電電池連接器15包括電纜151和電連接到手機接口連接器(參考圖1)的接口插座152，外部充電電池連接器15依附於充電器主體100的另一側。手機接口連接器的內部埠(未示出)電連接到外部充電電池連接器15的正輸入埠，負輸入埠和標識數據輸入埠IN，以傳送手機充電電池的標識數據並由本發明充電器提供充電電流。
下面解釋本發明充電器的操作。
在手機充電電池的充電電源為家用AC110V/220V的情況下，需要在家用AC電源不便使用的地方對其手機進行充電的用戶可以將電源插頭111插入到家用電源輸出並將圖3中的接口插座152連接到手機的接口連接器。然後，通過AC電源連接器11輸入充電器的AC電源在通過EMI濾波器12時濾除其噪聲成分，並由整流器13整流為DC電源。整流後的DC電源應用到開關型電源14，從而通過預定的工作電源供應電路(未示出)向本發明的充電器提供工作電源。
本發明的充電器基本上使用通過整流器13應用到開關型電源14的DC電源的一部分作為其工作電源。當內部充電電池17被用作充電電源以向手機充電電池提供充電電源時，該充電器使用一部分內部充電電池的充電電源作為其工作電源。所述工作電源供應電路是本領域所公知的，因此對其的解釋在此省略。
微處理器19按照預定的內部充電電池17的最大充電電壓和最大充電電流將預定的電流控制信號(其為脈衝寬度調製信號)應用到光電耦合器18，並且讀取由外部充電電池連接器15發送的手機充電電池的標識數據ID，以設定充電電池的最大充電電壓和最大充電電流。另外，微處理器將最大充電電壓設定為PWM控制器16的參考電壓。
光電耦合器18響應於由微處理器19發送的電流控制信號以預定的佔空比輸出電信號到開關控制器142。開關控制器142按照該電信號的佔空比控制線圈141的操作，從而調節提供給外部充電電池連接器15和內部充電電池17的充電電流量。
PWM控制器16以預定周期將電晶體Q1的發射極和外部充電電池連接器15的連接節點處的電壓與預定參考電壓進行比較，以控制電晶體Q1的開/關驅動周期，從而使當前充電電壓達到參考電壓並保持該電壓大小。噹噹前充電電壓達到參考電壓時，PWM控制器16通知微處理器19。然後，微處理器19將預定的電流控制信號應用到光電耦合器18，從而減少提供自開關型電源14的充電電流量。
在微處理器19按照內部充電電池17的預定的最大充電電壓和最大充電電流控制開關型電源14的操作的同時，它能夠在手機的當前充電電壓狀態的基礎上調節由開關型電源提供的充電電流量，從而防止連接到開關型電源14的充電電池過充電。當內部充電電池17充滿電後，該內部充電電池通過內部過充電保護電路感測該狀態並自動阻斷流入其中的充電電流。
根據前述操作，由開關型電源14提供的充電電流通過二極體D1對內部充電電池17充電，並且該充電電流被應用到外部充電電池連接器15，以對手機的充電電池進行穩定地充電。
下面解釋內部充電電池17用於對手機充電電池進行充電的情況。
首先，內部充電電池17按照前述操作被充滿電。需要在家用AC電源不能用於充電的地方對其手機進行充電的用戶可以將如圖3所示的接口插座152連接到手機的接口連接器。在這種情況下，內部充電電池17的充電電流的一部分通過工作電源供應電路(未示出)被提供給本發明充電器而作為其工作電源。
然後，微處理器19讀取由外部充電電池連接器15發送的手機充電電池的標識數據ID，以設定充電電池的最大充電電壓和最大充電電流，並將該最大充電電壓設定為PWM控制器16的參考電壓。
PWM控制器16將連接到外部充電電池連接器15的充電電池的當前充電電壓與設定的參考電壓進行比較，以控制電晶體Q1的開/關驅動周期，從而使當前充電電壓達到設定的參考電壓並保持該參考電壓大小，由此對手機的充電電池進行充電。
在該實施例中，內部充電電池17適當地選擇其充電電壓(例如高於8V)以及充電電流，以容納連接到外部充電電池連接器15的各種充電電池的充電容量。
圖4是根據本發明的另一個實施例顯示具有內置充電電池的可攜式充電器的內部結構的結構圖。相似參考字符表示圖2和圖4中的對應部分，並且對這些部分的解釋略去。
在圖4中，參考數字20表示汽車電源連接器，其連接到汽車的雪茄插頭連接終端(未示出)，以接受具有預定電壓大小(例如大約12V)的DC電源(下文中稱為「汽車電源」)。二極體D2連接在汽車電源連接器20和內部充電電池17之間。二極體D2阻止電流從汽車電源連接器20流向內部充電電池17。這是為了防止內部充電電池被毀壞，因為汽車電源的電壓大小一般高於內部充電電池17的最大充電電壓。
因此，在內部充電電池17的最大充電電壓等於或高於汽車電源的電壓大小的情況下，可能將二極體D2除去，並且手機充電電池和內部充電電池可能使用汽車電源充電。採用汽車電源的充電操作與採用內部充電電池17的充電操作等同，因此對於採用汽車電源的充電操作的解釋在此略去。
在圖2中，參考數字19表示微處理器，它控制開關型電源14的充電電流控制操作和PWM控制器16的充電電壓控制操作，以將通過開關型電源14提供的具有預定電壓大小的充電電流應用到外部充電電池連接器15和內部充電電池17。當手機充電電池連接到外部充電電池連接器時，微處理器19讀取由外部充電電池連接器15發送的手機充電電池的標識數據ID，以設定最大充電電壓和最大充電電流，並且在該最大充電電壓和最大充電電流的基礎上控制開關型電源14和PWM控制器16的操作。
工業適用性如上所述，本發明可以使用家用AC電源或者汽車電源對手機充電電池進行充電。而且，本發明充電器利用包含在其中的內部充電電池，可以方便地對例如手機等各種數字行動裝置的充電電池進行充電，即便是在家用電源或者汽車電源不能使用的地方。
儘管本發明參考特定說明性的實施例而描述，但其並不受實施例所限制，而僅由所附權利要求限制。可以理解，本領域技術人員可以改變或修改這些實施例而並不背離本發明的範圍和精神。
權利要求
1.一種具有內置充電電池的可攜式充電設備，包括AC電源連接器，其電連接到家用AC電源上；EMI濾波器，其用於去除通過所述AC電源連接器產生的AC電源的噪聲成分；整流器，其用於將由所述EMI濾波器所提供的AC電源整流為DC電源；開關型電源，其用於按照預定佔空比調控由所述整流器輸入的DC電源，以輸出降低的充電電流；外部充電電池連接器，其通過手機的接口連接器電連接到手機的充電電池上；PWM控制器，其輸出脈衝寬度調製信號用於控制當前充電電壓的電壓大小，從而使提供給所述外部充電電池連接器的充電電壓能夠達到預定的參考電壓並且在預定的電壓控制信號的基礎上保持該電壓；內部充電電池，其用於接受來自於所述開關型電源的DC電源作為其充電電流，以存儲該DC電源的電能並且提供該電能作為手機的充電電流；電晶體，其用於按照由所述PWM控制器輸出的脈衝寬度調製信號對所述開關型電源的輸出埠的連接節點和內部充電電池以及外部充電電池連接器之間的電連接進行切換；光電耦合器，其用於將預定的電流控制信號轉換為光學信號，並將該光學信號轉換為具有一定佔空比的電信號，以將該電信號作用於所述開關型電源；以及微處理器，其用於控制所述開關型電源的充電電流控制操作以及所述PWM控制器的充電電壓控制操作，從而以預定的電壓大小將通過所述開關型電源輸出的充電電流提供給所述外部充電電池連接器和內部充電電池，所述微處理器輸出電流控制信號和電壓控制信號，以將所述內部充電電池的充電電流提供給所述外部充電電池連接器，其中所述充電電池連接器通過手機的接口連接器接收包括關於手機充電電池的最大充電電壓和最大充電電流等信息在內的標識數據，並將該標識數據發送到所述微處理器，以及所述微處理器讀取該標識數據，以設定充電電池的最大充電電壓值和最大充電電流值，並且在該設定的最大充電電壓值和最大充電電流值的基礎上控制所述開關型電源和PWM控制器的操作。
全文摘要
本發明公開了一種具有內置充電電池的可攜式充電設備，即便是在家用AC電源或者汽車電源都不能使用的地方其也可以方便地對手機充電電池進行充電，並且可以通過使用一個充電器而用於各種便攜設備。本發明可以使用家用AC電源或者汽車電源對手機充電電池進行充電。而且，本發明的充電器使用包含在其中的內部充電電池，可以方便地對例如手機等各種數字行動裝置的充電電池進行充電，即便是在家用AC電源或者汽車電源不能使用的地方。
文檔編號H01M10/44GK1620744SQ02828034
公開日2005年5月25日 申請日期2002年12月27日 優先權日2002年2月15日
發明者慎亨範 申請人:慎亨範