數字電子裝置的供電控制電路及供電控制方法
2023-05-31 04:46:41 2
專利名稱：數字電子裝置的供電控制電路及供電控制方法
技術領域：
本發明涉及電池驅動的數字電子裝置的供電裝置，具體涉及用於向需要脈衝型電力的數字電子裝置提供合適電源的供電控制電路及其方法。
近來，隨著技術進步，可在室外攜帶和搬運的小型輕巧可攜式裝置廣泛普及，這類可攜式電子裝置包括峰窩式行動電話的移動終端、筆記本型個人計算機、可攜式攝像機、MP3等。
目前銷售的可攜式電子裝置幾乎都使用封裝的電池(下文稱為電池組)作為電源。內設該電池組的可攜式電子裝置在不用市電的地方也可驅動。
主要使用NiCd、NiMH、鋰離子電池等通過充電可重複使用的充電式電池(即二次電池)作為這類可攜式電子裝置的內設電池。因而，上述內設電池可在電池組安裝在系統(可攜式電子裝置)中的狀態下從外部提供交流電源進行充電。
上述可攜式電子裝置的特點是內設數字電路構成的數字負荷。
圖1表示具有數字負荷的可攜式電子裝置的電力供給系統的構成。如圖所示，在充電式電池11與負荷15之間介入向可攜式電子裝置的各部分供電的電源供給部13。其中，負荷15是數字負荷，需要圖2a所示的脈衝型電力。
如圖2a所示，數字負荷具有在一定周期中產生脈衝波的電流消耗特性。但是，目前銷售的充電式電池(二次電池)難於急速放電，因而如圖2b所示，不能快速跟蹤脈衝型電流特性。由此，如圖2b畫斜線的部分所示，把充電式電池用作電源的數字負荷會導致電力的浪費。
這樣，在以往具有數字負荷的供電系統中，由於電池不能迅速跟蹤負荷的電流消耗特性，電力使用效率極低。
本申請的發明人知道，作為需要周期脈衝電力(下文稱為「脈衝電力」)的數字負荷的主電源，使用已有一次電池與二次電池時，供電系統的電力消耗增大，電力使用效率降低。
在為快速跟蹤脈衝電力而僅使用可快速放電的蓄電元件作為數字負荷主電源時，不能防止系統過負荷時產生的急劇的壓降。
因而，本申請的發明人發明了把已有電池作為輔助電源的應用方式，以便使用可快速放電的蓄電元件作數字負荷的主電源，在過負荷時，防止該蓄電元件產生的急劇的電壓降。
本發明根據上述背景技術，其目的在於提供一種可快速響應數字負荷電力特性的供電控制電路。
本發明的另一目的在於提供一種供電控制電路及其控制方法，可根本解決妨害對負荷穩定供電的急劇的電壓降，而且即使在主電源完全放電的狀態下也可用應急電源供電。
為了達到上述目的，本發明的供電控制電路包含需要脈衝型電力的可變負荷，可超急速放電且可快速跟蹤上述可變負荷的周期性脈衝電力的第1蓄電元件，儲存向上述第1蓄電元件提供的電力使第1蓄電元件的電壓電平不急劇降低的第2蓄電元件，檢測第1蓄電元件的電壓電平且在該電平降低至預定電平以下時向第1蓄電元件提供第2蓄電元件的存儲電力的控制單元。從而，在通常負荷條件下僅第1蓄電元件放電，而在過負荷時，上述第1和第2蓄電元件均放電，不僅可使脈衝型電力消耗最低，且可防止急劇的電壓降低。
上述第1蓄電元件是雙電層電容器EDLC(Electric Double LayerCapacitor)，第2蓄電元件是可再充電的二次電池。不言而喻，上述第2蓄電元件是一次電池也不脫離本發明技術思想的範圍。
本發明的供電控制電路，在第1蓄電元件和第2蓄電元件之間包含至少一條以上供電線路，在上述供電線路中至少配置一個以上開關元件，控制單元通過對該開關元件進行開關控制使第1蓄電元件與第2蓄電元件電氣上互連。
本發明可在第1蓄電元件與第2蓄電元件間介入第1和第2供電線路，第1和第2蓄電元件直接連接第1供電線路，第1和第2蓄電元件經控制單元的內部開關模塊連接第2供電線路。這種情況下，經第1供電線路流過比第2供電線路更大的電流，從而可對負荷大小進行適當處理。
本發明的供電控制電路還可包含第3蓄電元件，儲存在第1和第2蓄電元件完全放電狀態下上述負荷要求應急電力時提供至第2蓄電元件的應急電力。
這時，第3蓄電元件是其容量比第1蓄電元件相對小的雙電層電容器(EDLC)，經開關元件與第2蓄電元件連接。
本發明另一實施形態的一種供電控制電路中的供電控制方法，該供電控制電路包含要求脈衝型電力的數字可變負荷、可良好跟蹤所述可變負荷脈衝型電力的第1蓄電元件、向所述第1蓄電元件提供補償電力的第2蓄電元件，以及在所述第1和第2蓄電元件間設置第1和第2供電線路；該供電控制方法包括下述步驟檢測所述第2蓄電元件的電壓電平，在該電壓電平下降至必須充電的電平以下時，連接外部電源與第2蓄電元件進行充電的充電步驟；檢測所述第1蓄電元件的電壓電平判斷電壓是否降低的電壓降低判別步驟；如果在所述判別步驟中所述第1蓄電元件電壓降低，則判定該電壓降低值的電壓降低值判定步驟；根據判定的電壓降低值，使第1和第2供電線路中的一條通電，補償第1蓄電元件的電壓降低的補償步驟。
本發明的其它目的與優點通過後述的實施例將會明白。本發明的目的及優點可通過示於權利要求範圍的手段及其組合加以實現。
圖1是已有技術供電系統的簡略構成框圖。
圖2a是以往供電系統中其數字負荷相對於時間的電流消耗特性的示圖。
圖2b是相對於時間的電池輸出的電流特性示圖。
圖3是本發明供電控制電路的整體構成框圖。
圖4a是數字負荷相對於時間的電流消耗特性示圖。
圖4b是本發明相對於時間的主電源輸出的電流特性示圖。
圖5a表示數字電子裝置從待機方式轉換為動作方式在負荷側產生大的過負荷狀態；圖5b表示過負荷時主電源中產生的急劇壓降。
圖6是本發明的供電控制電路通過改變負荷確定提供至負荷側的最佳輸出電力的流程圖。
以下，參照附圖詳述本發明的較佳實施例。
參照圖3，該圖示出本發明一較佳實施例的供電控制電路的構成，該供電控制電路包含電池50、控制單元60、保護電路70、EDLC190、EDLC280及多個開關元件51、52、53、54、55。
在上述保護電路70上連接具有圖4a所示電流消耗特性的數字可變負荷40及例如交流市電之類的外部電源30。
電池50是儲存電能進行放電的一種蓄電元件，一次電池、可再充電的二次電池及太陽能電池均可使用。在本實施例中使用可再充電的二次電池作為電池。
上述DELC280是蓄電元件中的一種雙電層電容器，與一次電池與二次電池相比，它可超速充、放電。從而EDLC280適於用作要求脈衝型電力的數字負荷的主電源。
EDLC190僅電容量與EDLC280不同，也同樣為雙電層電容器。因EDLC190的電容量比電池50與EDLC280的小，在本實施例中用作應急電源。
控制單元60由檢測電池50、EDLC190、EDLC280的電平的電壓檢測部63，控制多個開關元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5通斷的開關控制部61及內部開關模塊62構成。
開關元件51-55，根據開關控制部61的開關控制信號使供電線路開路或短路。希望該開關元件由耗電較少的MOS-FET(Metal-Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)(金屬氧化物半導體型場效應電晶體)之類的半導體元件構成。
保護電路70用於保護蓄電元件免受該蓄電元件EDLC1、EDLC2充放電時產生的過充電與過放電影響。在本發明用於鋰離子電池時，該保護電路70是必須的。根據使用本發明的電池種類，上述保護有時可省略。
負荷40是可攜式電子裝置中具有的數字負荷，尤其是具有圖4a所示脈衝電力特性的可變負荷。
外部電源30通常指交流市電。該交流市電包括本申請發明人提出的韓國發明專利申請第98-43924及99-43024號所公開的自用發電機。
如圖3所示，電池50與EDLC280由兩條供電線路56、57連接。該供電線路56、57各備有兩個開關元件。在第1供電線路56上設置SW353、SW454，在第2供電線路57上設置SW1 51、SW2 52。
控制單元60介於第2供電線路57的SW1 51與SW2 52之間。該供電線路57經兩個開關元件SW1、SW2與控制單元的內部開關模塊62連接電池50與EDLC2 80。
控制單元60的內部開關模塊62用於限制經電池50放電的放電電流的臨界值。因而與流經第1供電線路56的電流相比，流經第2供電線路57的電流其大小受到限制。
第1供電線路56的SW454配置在電池50與EDLC2 80之間，SW3 53配置在電池50與保護電路70之間。
用於應急供電的備用電源的EDLC1 90通過開關元件SW5 55連接電池50。因而在作為主電源的電池與EDLC2 80完全放電時，可提供負荷要求的應急電力。
如圖3虛線(控制線)所示，多個開關元件51～55由控制單元的開關控制部61控制。控制單元的電壓檢測部63，經圖3所示的檢測線頻繁檢查蓄電元件50、80、90的電壓電平。
由電池50、EDLC1 90、EDLC2 80放電或由外部電源30充電的電力經示於圖3的供電線路56、57、58提供。
下面，詳細說明具有上述構成的本發明供電控制電路的作用。下文中，開關元件關斷是指供電線路開路的狀態。
在所有開關元件51～55全關斷的狀態，即在通常負荷條件下，如果數字可變負荷40要求圖4a所示的脈衝電力，則可超急速放電的EDLC2 80，如圖4b所示，產生放電電流IEDLC2，快速跟蹤可變負荷的脈衝電力。
如果對圖2b與圖4b進行比較可知，與以往的電池相比，EDLC可更好地跟蹤脈衝電力。這一點從圖4b的τ2比圖2b的τ1小得多這一事實即易於理解。因而，對要求脈衝電力的數字負荷採用EDLC作為主電源時，與已有的電池相比其電力損失可成為最小。
另一方面，在EDLC2的場合，如圖5a所示，在負荷突然要求高電流的過負荷狀態下，會如圖5b所示產生急劇的壓降。尤其，在該壓降值Vdrop比電壓閾值Vth低時，有時會導致供電系統發生嚴重的問題。
因而，本發明的控制單元60，通過圖6所示的順序，對主電源EDLC2產生的急劇壓降進行補償。
參照圖6詳細說明本發明的控制單元，通常改變負荷提供最佳電力的過程。為易於理解，下面簡單說明示於圖6的用語。
VBATT表示電池的輸出電壓，VE2表示EDLC2的輸出電壓，V1、V2、V3、V4表示控制單元60的內部存儲器(未圖示)中所存儲的設定電壓。該設定電壓可根據負荷的種類作多種變化。
圖6中，控制單元60進行的切換控制過程大致上分為完成充電模式階段(步驟S20)及完成放電模式階段(步驟S30)。
在切換控制開始時，SW1 51與SW2 52導通，SW3 53與SW4 54關斷(步驟S11)。
在該狀態下，控制單元60的電壓檢測部63檢測電池50的電壓電平VBATT(步驟S12)，該檢測的電壓電平與設定電壓V1(例如蜂窩式行動電話時為3.0V)進行比較(步驟S13)。A．充電模式在步驟13中，當電池的電壓電平VBATT比設定電壓V1小時，控制單元60導通SW3 53，而其餘開關元件SW2、SW3、SW4、SW5保持關斷狀態，對電池50充電(步驟S20)。
如果在步驟S13中電池50的電壓電平VBATT比設定電壓V1大，則判斷為電池充滿電，流程進至下一步驟S30的完成放電模式階段。B．放電模式控制單元60檢測EDLC280的電壓VE2進行放電模式控制動作(步驟S31)。
若這時設定電壓存在V2＞V3＞V4的關係，隨著負荷變化，控制單元60的開關控制過程大致分為下述四種。
①VE2＞V2在步驟S31中檢測的EDLC2的電壓電平VE2比設定電壓V2(例如蜂窩式行動電話為3.8V)大時，控制單元判定為不產生電壓降低的通常放電模式(步驟S32)。從而，控制單元60的開關控制部61關斷全部開關元件SW1 51、SW2 52、SW3 53、SW4 54、SW5 55(步驟S37)，流程返回步驟S12。
②V3＜VE2＜V2在步驟S31檢測的EDLC280的電壓電平VE2比設定電壓V2小，比V3(例如在蜂窩式行動電話時為3.1V)大時，控制單元60判斷為EDLC2 80中雖有某種程度的電壓降低，但仍處於即使單獨用EDLC2 80也可向負荷40提供足夠電源的狀態(步驟S33)。因而，控制單元60的開關控制部61關斷所有開關元件SW1 51、SW2 52、SW3 53、SW4 54、SW5 55(步驟S38)，流程返回步驟S12。
③V4＜VE2＜V3在步驟S31中EDLC2 80的電壓電平比設定電壓V3小，比V4(例如在蜂窩式行動電話時為3.05V)大時，控制單元60判斷因過負荷EDLC2 80中有輕微電壓降低(步驟S34)。因而，控制單元60的開關控制部61使開關元件SW1 51與SW2 52導通，SW3 53與SW4 54關斷，第1供電線路57開路(步驟S35)。
④VE2＜V4在步驟S31中EDLC2 80的電壓電平比設定電壓V4(例如蜂窩式行動電話時為3.05V)小時，控制單元60判斷為向EDLC2 80施加極大過負荷，存在急劇電壓降低(步驟S34)。因而，控制單元60的開關控制部61關斷開關SW1 51、SW2 52，導通SW3 53、SW4 54，使第2供電線路56開路(步驟S36)。
經上述第1供電線路57提供的電池放電電流，在流經控制單元60的內部開關模塊62的過程中，其電流上限值限定為恆定的臨界值，因而，其流過的電流比第2供電線路更小。
控制單元60，在EDLC2 80中存在緩慢電壓降低時，使第1供電線路57開路，而在存在急劇電壓降低時，使第2供電線路開路，從而消除了電壓降低使系統產生的問題。
如上所述，本發明的供電控制電路及供電控制方法，可快速跟蹤數字負荷的周期性脈衝電力。本發明對負荷改變而產生的主電源電壓降低可有效進行處理。尤其，本發明根據緩慢電壓降低和急劇電壓降低調節電池放電電流的大小，最大限度提高電力的使用效率。即使在主電源的EDLC與電池均完全放電的狀態，本發明也能對負荷要求的緊急電力作出響應。
本發明不限於上述實施例，不言而喻，本發明所屬技術領域中具有一般技藝的技術人員，在本發明技術思想與權利要求的範圍及等同範圍中，可對本發明作出各種修改和變形。
權利要求
1．一種數字電子裝置的供電控制電路，該供電控制電路連接要求周期性電力的數字可變負荷，用於控制向該可變負荷提供的電力，其特徵在於，所述供電控制電路包括作為向所述可變負荷提供周期性脈衝電力的主電源的第1蓄電元件，該第1蓄電元件可超急速放電，從而可快速跟蹤所述可變負荷的周期性脈衝電力；在過負荷使所述第1蓄電元件中產生急劇電壓降低時，向所述第1蓄電元件提供電力以補償該電壓降低的第2蓄電元件；位於所述第1和第2蓄電元件間的多條供電線路；控制單元，檢測所述第1蓄電元件的輸出電壓，對所述多條供電線路進行開關控制，使該檢測電壓在基準電壓電平以下時，可向所述第1蓄電元件提供所述第2蓄電元件儲存的電力；由此，在通常負荷條件下，僅第1蓄電元件放電，而在過負荷時，所述第1和第2蓄電元件均放電。
2．如權利要求1所述的數字電子裝置的供電控制電路，其特徵在於，所述第1蓄電元件是雙電層電容器EDLC，所述第2蓄電元件是可再充電的二次電池或一次電池。
3．如權利要求2所述的數字電子裝置的供電控制電路，其特徵在於，在所述第1蓄電元件與第2蓄電元件之間至少配置一條以上供電線路，在該供電線路中至少配置一個以上開關元件；所述控制單元通過對該開關元件進行開關控制而使所述1蓄電元件與第2蓄電元件互連。
4．如權利要求3所述的數字電子裝置的供電控制電路，其特徵在於，第1和第2供電線路介於所述第1蓄電元件與第2蓄電元件之間，所述第1供電線路直接連接所述第1與第2蓄電元件，所述第2供電線路經控制單元連接所述第1與第2蓄電元件；把流過所述控制單元的電流限制為一定臨界值，由第2供電線路進行調節使在第1供電線路中流過更大的電流。
5．如權利要求4所述的數字電子裝置的供電控制電路，其特徵在於，在所述第1和第2供電線路中至少包含一個以上的開關元件。
6．如權利要求5所述的數字電子裝置的供電控制電路，其特徵在於，所述控制單元包括開關控制部，用於對設置在所述第1和第2供電線路中的開關元件進行控制；用於檢測所述第1和第2蓄電元件的電壓電平的電壓檢測部；用於限制流經所述第2供電線路的電流上限值的內部開關模塊。
7．如權利要求1所述的數字電子裝置的供電控制電路，其特徵在於，還包括第3蓄電元件，在所述第1和第2蓄電元件完全放電狀態下，出現所述負荷要求應急電力，即向所述第2蓄電元件提供應急電力。
8．如權利要求7所述的數字電子裝置的供電控制電路，其特徵在於，所述第3蓄電元件是比所述第1蓄電元件容量相對小的雙電層電容器EDLC，經開關元件與所述第2蓄電元件連接。
9．如權利要求8所述的數字電子裝置的供電控制電路，其特徵在於，所述控制單元檢測所述第1和第2蓄電元件的電壓電平，在該第1和第2蓄電元件完全放電的狀態下如果負荷要求緊急電力，則導通所述開關元件，向第2蓄電元件提供所述第3蓄電元件的電力。
10．一種供電控制電路中的數字電子裝置供電控制方法，該供電控制電路包含要求脈衝型電力的數字可變負荷、可良好跟蹤所述可變負荷脈衝型電力的第1蓄電元件、向所述第1蓄電元件提供補償電力的第2蓄電元件，在所述第1和第2蓄電元件間設置第1和第2供電線路；其特徵在於，該供電控制方法包括下述步驟檢測所述第2蓄電元件的電壓電平，在該電壓電平下降至必須充電的電平以下時，連接外部電源與第2蓄電元件進行充電的充電步驟；檢測所述第1蓄電元件的電壓電平，判斷電壓是否降低的電壓降低判別步驟；如果在所述判別步驟中所述第1蓄電元件電壓降低，則判定該電壓降低值的電壓降低值判定步驟；根據判定的電壓降低值，使第1和第2供電線路中的一條通電，補償第1蓄電元件的電壓降低的補償步驟。
11．如權利要求10所述的數字電子裝置供電控制方法，其特徵在於，流經所述第1供電線路的補償電流比流經所述第2供電線路的補償電流大。
全文摘要
本發明提供一種電源供電控制電路及其控制方法。該供電控制電路包括:需要脈衝型電力的可變負荷、可超急速放電且可良好跟蹤可變負荷的周期脈衝電力的第1蓄電元件、存儲向第1蓄電元件提供的電力使第1蓄電元件的電壓電平不急劇降低的第2蓄電元件、檢測第1蓄電元件的電壓電平且在該電平在預定電平以下時,向第1蓄電元件提供第2蓄電元件的儲存電力的控制單元。本發明可快速跟蹤數字負荷的周期性脈衝電力,有效處理負荷改變產生的主電源電壓降低,根據緩慢與急劇電壓降低調節電池放電電流的大小,最大限度提高電力使用效率。
文檔編號H02J7/34GK1305255SQ0013508
公開日2001年7月25日 申請日期2000年11月30日 優先權日1999年12月3日
發明者金鍾哲, 李承曄 申請人:再一呼株式會社