電池充電電路和電池充電裝置的製作方法
2023-05-26 11:42:16
專利名稱：電池充電電路和電池充電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及蓄電池充電電路和充電裝置，具體講，涉及鋰離子型蓄電池的蓄電池充電電路，其中因產生用於對充電電路或充電裝置進行充電控制所測出的充電電流值的離散性得到抑制，並實現了最佳的充電效果。
假定蓄電池是在放過電之後，對諸如鋰電池的充電首先是以諸如300mA的恆定電流充電，隨後，在充電進入實質階段後，充電操作就切換到恆壓充電。隨後，在恆定充電電壓下，當充電電流降至低於30mA以下時或充電電壓高於預定值時，就確定電池充滿且結束充電。
圖2為常規的電池充電電路。標號8為充電裝置，其中標號1為由諸如微機構成的控制電路，標號2為充電電流饋給電路，它根據來自控制電路1的控制信號開始充電操作，執行恆流操作，並根據控制信號進行恆壓充電和結束充電，它是由驅動電路2a和以MOS場效應電晶體形式的充電電流的輸出電晶體2b構成的。標號3為鋰蓄電池(以下簡稱電池)，它經檢測電阻R從充電電流饋給電路2接收充電電流並由此而被充電，標號4為包括上述檢測器電阻R的充電電流檢測電路，而標號5為一個模/數轉換器(A/D)。D為充電電流饋送電路2的輸出電晶體2b和電阻R之間的用於防止過充的二極體。
上述電路的充電是如下進行的，當由開關(未示出)測出電池3裝在了電路上時，控制電路1向充電電流饋送電路2送出控制信號以根據此控制信號啟動充電操作並控制驅動電路2a。這樣，充電電流饋送電路2工作以對電池3充電。在此充電過程中，由充電電流檢測電路4測出恆定充電電流值。由A/D轉換器5將所測出的值A/D轉換，並送到控制電路1上。控制電路1將恆流值與基準值比較並判定電流充電狀態，根據判定後的充電狀態，將恆流充電操作改變為恆壓充電操作，隨後，當狀態達到充完電的狀態後，控制電路1就結束充電電流饋送電路2的工作。
充電電流檢測電路4通常是由減法電路構成，它在檢測器電阻R的兩端接收端子電壓。此減法電路是由運算放大器或差分放大電路4a構成，在其(+)端有一個由分壓電阻R1和R2構成的分壓電路，而在(-)端則有一個由分壓電阻R3和R4構成的分壓電路。各分壓電路具有相同的分壓比。因此，由充電電流檢測電路產生一個代表檢測電阻R的兩端6和7處的電壓V1和V2之間電壓差的輸出電壓V0。
在分壓電阻R3和R4中，分壓電阻R4用作反饋電阻，而分壓電阻R3用作差分放大器電路4a的基準電阻在此例中，差分放大電路4a用作反相和非反相操作的電路，且在其輸出端的檢測電壓V0由下式表示V0=V1(R3+R4)R2/(R1+R2)R3-V2(R4/R3)當R1=R2=R3=R4時，V0=V1-V2關係成立，其中R1、R2、R3和R4分別為分壓電阻R1、R2、R3和R4的電阻值。
但當使用了上述充電電流檢測電路後，檢測電壓V0=V1-V2的關係就不能再保持，因為每次製造出的充電電路或充電裝置的電阻R1、R2、R3和R4是離散的，從而因各電阻值的離散性使表示充電改變完成的檢測電壓也不同。
結果，所測出的充電電流值會依各充電電路和充電裝置而有所不同。在此例中，對於其中的電流值離散性趨向較低值時的電路和裝置，對電池的充電會在實際充電完之前完結，由於此種不完全的充電使其可用時間被縮短。在另一種離散性趨向較高值時的情況，儘管有防過充二極體，電池仍會輕微過充，過充電池的工作時間反過來會受影響。
本發明的一個目的在於解決上述問題，並為諸如鋰蓄電池的電池提供充電電路，其中在充電電路中充電電流值的離散性受到抑制並實現最佳充電。
本發明的另一個目的在於提供一種諸如鋰蓄電池的電池充電電路，其中檢測電路中充電電流值的離散性受到抑制並實現最佳充電。
根據本發明的蓄電池充電電路和電池充電裝置包括充電電流饋送電路，用於經檢測充電電流值的電阻將充電電流饋到蓄電池上，並且根據經電阻所測出的充電電流值對蓄電池充電；電壓跟隨器，其中在電源測的基準線被接到所述充電電流饋送電路側的電阻的第一端上以接收電源，從而參照基準線而工作，其輸入端還接到蓄電池側的電阻的第二端上；以及具有一個電阻的轉換器電路，它根據基準線與所述電壓跟隨器輸出間的電壓差接收電流值，並且通過將接地端作為基準端而將其轉換為電壓信號，該電壓信號被用作充電電流值的檢測信號。
根據本發明所進行的說明，電壓跟隨器以電源的基準線作為工作基準而工作，並且還連接到檢測電阻的第二端子上以接收輸入信號，在其下遊用於測充電電流值的檢測電阻的第二端子可以獲得與電壓跟隨器的輸出電壓相同的電壓值。另外，在電源上的電壓跟隨器的基準線接其上遊的檢測電阻的第一端，並從其上接收電源而工作。因此在電源上的基準線上的和電壓跟隨器輸出端上的各電壓與檢測電阻兩端的電壓相等。由於電壓的相等而由轉換器電路以地為基準轉換成電壓，從而可以獲得檢測電阻的原電壓或成一定比例的電壓。此外，在此例中由於轉換電路具有電阻，因此具有一個電阻或兩個電阻就足夠了，從而可以減少由電阻的離散性而引起的充電電流檢測值的離散性。
以此電路，可以方便地實現諸如鋰離子型蓄電池的二次電池的電池充電裝置，其中可以減小檢測電流離散性並實現最佳的充電。
圖1為代表一個實施例的電流充電裝置的方框圖，其中利用了根據本發明的電池充電電路；
圖2為常規電池充電裝置的方框圖。
圖1中的電池充電裝置10包括一個代替圖2中的充電電流檢測電路4的充電電流檢測電路9。圖1的其它結構與圖2的基本相同。在圖1中，與圖2相同的部分標以相同的標號並省略相應的描述。
充電電流檢測電路9是由差分放大器11和射極跟隨器12構成，對射隨器12輸出的全反饋的電路以其整體形成一個電壓跟隨器。另外，由於電源端的電壓跟隨器的基準線+Vc接檢測器電阻R上遊處的端子6，則從充電電流饋送電路2的一側接收電源。此外，射隨器12的輸出信號的基準線使用接地線之外的電源一側的基準線+Vc。
差分放大器電路11包括NPN型差分電晶體Q4和Q5，在電流鏡電路中的有源負載PNP型電晶體Q6和Q7，電晶體Q6和Q7被設在NPN型差分電晶體Q4和Q5的上遊並在電源側的基準線+Vc與電晶體Q4和Q5的公共射極與地GND之間設置的電阻之間。從電晶體Q7和Q5的集電極的連接點取出差分放大電路11的輸出並送到射極跟隨器12中的電晶體Q1的基極。此外，連在電晶體Q4和Q5的集電極之間連接的電容C用於消除噪聲。
差分放大器電路11在電晶體Q4的前級設有用作小電流放大電路的電晶體Q2，而Q2的基極接用作電池3的充電端的檢測器電阻R的端子7，其集電極接電源基準線+Vc，發射極經也用於電晶體Q4基極的電阻Rb接地GND。另外，在電晶體Q5前設電晶體Q3以形成與電晶體Q2對稱的結構。電晶體Q3的基極接射隨器12的電晶體Q1的射極(換言之，為插入到其射極一側的負載電阻R5的輸出)，集電極接電源基準線+Vc，射極經也用於電晶體Q5基極的電阻Rc接地GND。
作為上述電路的變型，包括電阻Ra和電阻Rb和Rc的差分放大電路11的接地GND端的電阻可分別用作恆流源。
如之前所解釋的，電源線+Vc接連在充電電流饋送電路2輸出端的檢測電阻R的端子6上，並經此端子6接收電源。結果，插在前級和差分放大電路11的電晶體Q1和Q2由充電電流饋送電路2上接收的電源驅動。
射隨器12的射極經負載電阻R5接電源線+Vc，而其集電極經電阻R6接地GND。另外，由於其射極還接電晶體Q3的基極，射隨器12就由充電電流饋送電路2接收的電源驅動，且以+Vc作基準電源的射極上的輸出被全反饋到差分放大器電路11上。經此全反饋，形成一個電壓跟隨器，它由用+Vc作為基準電源情況下從充電電流饋送電路2接收的電源驅動的，並且還包括電晶體Q1和Q2，差分放大器11和射隨器12。
在電壓跟隨器中，在電晶體Q3的基極產生與電晶體Q2的基極電壓相同的電壓。結果，電晶體Q3基極的電位等於端子7處的電壓，在負載電阻R5產生的輸出電壓以相同量跟隨於檢測電阻R的端子7的電壓。另外，在電壓跟隨器中，電源基準線+Vc接端子6。因此，+Vc的電壓與檢測電阻R的端子6上的電壓相對應。在電源基準線+Vc和電阻R5射極上獲得與檢測電阻R的兩端6和7上的電壓V1和V2相同的電壓。當然，在此實例中，與將被充電的電池3相類似，經充電電流檢測用電阻R的端子6從充電電流饋送電路2上接收加給充電電流檢測電阻9的電源。
由流經電阻R5的電流而測出與產生電壓V1和V2相同的電壓的電阻R5的端電壓。因此，下遊電阻R6的電壓是與上述電壓V1和V2的差對應的電壓。在電阻R6上的端電壓為以接地GND端為基準的電壓值。也就是說，在此例中，射隨器12的射極將接其集電極的電阻R6測出的電壓轉換成以地GND為基準的電壓值。由電阻R6測出的電壓根據電阻R5和R6的比值而用作電壓值，它形成了充電電流檢測電路9的輸出電壓V0並輸出到A/D轉換器電路5上。
由於此時從A/D轉換器電路5中所獲的信號其值與電阻R5和R6的比值對應，如果R5和R6值相同而使其比值為1∶1，則可獲得V0=V1-V2的關係。如果比值不為1∶1，在從A/D轉換電路5接收檢測電壓V0的數字值之後，控制電路執行相應的控制。
在此例中，檢測電壓V0的離散性是由電阻R5和R6的值決定的。此外，由於信號是依比例取出的，如果電阻R5和R6同時集成起來，所測出的電壓的離散可被抑制到單一電阻R5離散的程度加另一輕微離散的程度。另外，由於檢測電路形成電壓跟隨器，可根據電阻的離散性來確定輸出電壓的離散性。因此，所測電流值的離散性可被限制到大約一個電阻的電阻值離散性的程度。
此外，在本實施例中由於充電電流檢測電路9之外的電路以如圖2的方式形成，因而省略對其進行的描述。
現在，根據本實施例的射極跟隨器構造成一個能產生與作為全反饋放大器的電壓跟隨器的輸出電壓與電源基準線的電壓之間的電壓差對應的電流值的電路，且在本實施例中，由射隨器集電極的電阻將此電流值轉換成以地GND為基準的電壓值。
在本發明的實施例中，電壓跟隨器和轉換器電路是由具有負載電阻的轉換器電路和全反饋放大器構成的，但本發明並不局限於此，任何包括能將電壓跟隨器與電源端之間的電壓差對應的電流轉換成以地為基準的電壓的電阻的轉換器電路都可利用。
此外，在實施例中，將由轉換器電路進行轉換的檢測電壓值是以地線GND為基準的，但本發明並不局限於以GND線為基準，與地線有預定電壓的任何線都可用作基準線。
權利要求
1．一種蓄電池充電電路，包括充電電流饋送電路，用於經檢測充電電流值的電阻將充電電流饋到蓄電池上，並且根據經電阻所測出的充電電流值對蓄電池充電；電壓跟隨器，其中在電源側的基準線被接到所述充電電流饋送電路側的電阻的第一端上以接收電源，從而參照基準線而工作，其輸入端還接到蓄電池側的電阻的第二端上；以及具有一個電阻器的轉換器電路，它根據基準線與所述電壓跟隨器輸出間的電壓差接收電流值，並且通過將接地端作為基準端而將其轉換為電壓信號，該電壓信號被用作充電電流值的檢測信號。
2．如權利要求1的蓄電池充電電路，其中所述電壓跟隨器包括差分放大器電路和射極跟隨器電路，其中差分放大器電路的輸入端之一接收與來自第二端的電壓信號對應的信號，而射極跟隨器接收所述差分放大器電路的輸出，參照基準線工作並在插在其射極的負載電阻上產生輸出，所述射極跟隨器的輸出全反饋至所述差分放大器電路的其它輸入端上，所述轉換器電路包括所述射極跟隨器和在所述射極跟隨器的集電極與以地為基準的線之間的電阻，並轉換電壓信號。
3．如權利要求2的蓄電池充電電路，其中在電源側的基準線為電源線，所述差分放大器電路包括一對在用於執行差分的電晶體前級的作為信號放大級的對稱的一對電晶體，在前級的電晶體之一從在其基極的第二端上接收電壓信號，而在前級的其它電晶體則接收在其基極的所述射極跟隨器的輸出信號。
4．如權利要求3的蓄電池充電電路，其中插在所述射極跟隨器射極上的負載電阻和用於轉換電壓信號之用的電阻的阻值基本相同。
5．如權利要求2的蓄電池充電電路，其中所述差分放大器電路為運算放大器。
6．一種電池充電裝置，包括充電電流饋送電路，用於經檢測充電電流值用的電阻將充電電流饋送到蓄電池上；檢測電路，用於經電阻產生充電電流值的檢測信號；以及控制電路，用於根據來自所述檢測電路的檢測電壓信號，控制所述充電電流饋送電路；其中，所述檢測器電路包括電壓跟隨器和轉換器電路，其電壓跟隨器在電源側的基準線接所述充電電流饋送電路側的電阻的第一端以接收電源，從而參照基準線而工作，其輸入端接蓄電池側的電阻的第二端，而轉換器電路具有一個電阻，該轉換器根據基準線與所述電壓跟隨器之間的電壓差而接收電流值，並通過以地為基準而將其轉換成電壓信號，該電壓信號被用作充電電流值的檢測信號。
7．如權利要求6的電池充電裝置，其中所述電壓跟隨器包括一個差分放大器電路和一個射極跟隨器，差分放大電路輸入端之一接收與第二端上的電壓信號對應的信號，而射隨器則接收所述差分放大器電路的輸出以參照基準線工作並在插在射極的負載電阻上產生輸出，所述射隨器的輸出全反饋到所述差分放大器電路的其它輸入上，所述轉換器電路包括所述射極跟隨器和所述射極跟隨器的集電極與用作基準的接地端的線之間的電阻，並轉換電壓信號。
8．如權利要求7的電池充電裝置，其中在電源側的基準線為電源線，所述差分放大器電路包括在用作差分運算的一對電晶體前級的作為信號放大級的對稱的一對電晶體，在前級提供的電晶體之一從其基極的第二端上接收電壓信號，而在前級提供的其它電晶體則接收在其基極的所述射極跟隨器的輸出信號。
9．如權利要求7的電池充電裝置，其中所述差分放大電路為運算放大器。
10．如權利要求8的電池充電裝置，其中還包括一個模/數轉換器電路，它從所述檢測器電路接收所測出的電壓信號，模/數轉換器將所測出的電壓信號進行轉換並將轉換後的信號送到所述控制電路。
全文摘要
一種蓄電池充電電路和電池充電裝置,它包括電壓跟隨器和具有電阻的轉換器電路,電壓跟隨器電源的基準線接用於測充電電流值的電阻的第一端以接收電源,從而相對於基準線而工作,其輸入端接蓄電池側的電阻的第二端,轉換電路根據基準線與電壓跟隨器的輸出之間的電壓差而接收電流值並將其轉換成以地為基準的電壓信號,而該電壓信號即用作充電電流值的檢測信號。
文檔編號H02J7/10GK1218322SQ9812302
公開日1999年6月2日 申請日期1998年11月25日 優先權日1997年11月25日
發明者橫溝伊知郎, 中川英二 申請人:羅姆股份有限公司