電源供應裝置的製作方法
2023-07-26 23:18:36
專利名稱：電源供應裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源供應裝置，特別是涉及具有自我學習程序的電池的電源供應裝置。
背景技術：
請參照圖1，其示出了第一例的傳統電源供應裝置的方塊圖。電源供應裝置100包括交流-直流電源轉換器102、連結器104、充電電路106、第一開關108、電池組110、微控制器112與負載裝置114。電源供應裝置100用以提供負載裝置114所需的電源，負載裝置114例如為筆記型計算機。交流-直流電源轉換器102接收交流電源AC並轉換為直流電源DC。其中，交流電源AC例如為市電AC110/220V。直流電源DC直接經由連接器104提供給筆記型計算機114所需的電源，或經由充電電路106對電池組110內的電池充電，此時，電池不提供電源給筆記型計算機114。當交流-直流電源轉換器102接收不到交流電源AC，微控制器將第一開關108導通，才使電池的輸出電壓經由第一開關108提供給筆記型計算機114。
電池110具有電流流量晶片(Gauge)IC，此電流流量晶片IC(未繪於圖1中)用以計數電池110流入流出的電流量，以計算出電池110的電量。但由於電池110經過不斷地重複充放電後，會有記憶效應的產生，使得電池110的電量越來越少。所以在使用一段時間後，為了得知目前電池110的電量，電池110必須執行自我學習的程序。此程序即是當電池110完全充滿電後，接著完全放電，並且在放電的時候經由電流流量晶片IC計數流出電池110的電流量，以計算出目前電池110所能儲存的電量。但在這種電池自我學習的程序中，所謂的完全放電指的是需使電池110的電壓放電至低於一終止電壓(End voltage)以下，才代表所謂的完全放電。終止電壓為電流流量晶片IC的廠商所定義的一電壓值，當晶片IC測量電池110的電壓低於終止電壓時，代表電池110的電量不足。因此使用者必須配合電池自我學習的程序將電池110完全放電，才能使電流流量晶片IC能夠在長時間使用後，仍可準確地得知電池110目前的容量。
當需要執行電池自我學習的程序時，電源供應裝置100先將電池110藉由充電電路106充滿電後，再完全放電。當要放電時，因為交流-直流電源轉換器102無法自行關掉，故會持續輸出直流電源DC至筆記型計算機114。所以電源供應裝置100會要求使用者拔掉插頭，以切斷交流-直流電源轉換器102與市電的電性連接，以使電池110能對筆記型計算機114放電。例如電源供應器100使用在筆記型計算機114上時，經由程序會有一畫面告知使用者將交流-直流電源轉換器102拔離市電。接著，微控制器112控制第一開關108導通，讓電池110經由第一開關108對筆記型計算機114放電，使電池110的電壓放電至低於終止電壓，以達到所謂的完全放電。但這種做法必須要人為操作，增加使用者的負擔並造成使用者的不便。
故已知另有一種作法產生。請參照圖2，其示出了第二例的傳統電源供應裝置的方塊圖。於此電源供應裝置110』中，增加第二開關116在電源供應裝置內，其耦接於交流-直流電源轉換器102與筆記型計算機114之間。利用微控制器112控制第二開關116截止，使得第二開關116隔離交流-直流電源轉換器102所提供的直流電源DC。讓電池110可以經由第一開關108對筆記型計算機放電，而不須要人為操作將交流-直流電源轉換器102拔離市電。但這樣的作法將造成交流-直流電源轉換器102所提供的直流電源DC完全的被隔離。此時，若使用者拔離電池110時，筆記型計算機114將會突然的失去電源，將造成計算機的內部數據的損壞。故此種做法不但另外需要第二開關116的成本，也可能造成使用者更大的損失。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種電源供應器，以解決自我學習的程序中需將電池完全放電時的問題。
根據本發明的目的，提出一種電源供應裝置，用以提供一負載裝置所需的電源，該電源供應裝置包括一電池，用以選擇性地輸出該負載裝置所需的電源，該電池具有一電流流量計，用以測量該電池流入或流出的電流量，以計算該電池的電量；一可調整式電源轉換器，用以接收一交流電壓，以轉換為一第一直流電壓或一第二直流電壓，該可調整式電源轉換器更用以接收一調整訊號，當該調整訊號為致能時，該可調整式電源轉換器便輸出該第二直流電壓，該第二直流電壓的大小系低於該電池的輸出電壓；以及一控制電路，耦接至該電池與該可調整式電源轉換器，當要計算該電池的電量時，該控制電路使該調整訊號為致能，該可調整式電源轉換器便輸出該第二直流電壓，並且該控制電路使該電池對該負載裝置放電，以使該電流流量計可以重新計算該電池的電量。
本發明還提出一種電源供應裝置，用以提供一負載裝置所需的電源，該電源供應裝置包括一電池，用以選擇性地輸出該負載裝置所需的電源，該電池具有一電流流量計，用以測量該電池流入或流出的電流量，以計算該電池的電量，該電流流量計並依據該電池的電量輸出一電量指示訊號；一可調整式電源轉換器，用以接收一交流電壓，以轉換為一第一直流電壓或一第二直流電壓，該可調整式電源轉換器更用以接收一調整訊號，當該調整訊號為致能時，該可調整式電源轉換器便輸出該第二直流電壓，該可調整式電源轉換器包括一轉換器主要電路，具有一電壓輸出端與一電壓回授端，該轉換器主要電路用以將該交流電壓轉換為一第一直流電壓或該第二直流電壓後，於該電壓輸出端輸出；一第一阻抗，該第一阻抗的一端系耦接至該電壓輸出端，該第一阻抗的另一端耦接至該電壓回授端；一第二阻抗，該第二阻抗的一端耦接至該電壓回授端，以輸出一回授電壓至該電壓回授端，該第二阻抗的另一端耦接至一固定電壓；一第三阻抗，繫於該調整訊號為致能時，該第三阻抗系與該第一阻抗並聯；一第一電晶體，具有一第一發射極、一第一基極與一第一集電極，該第一集電極耦接至該電壓回授端，該第一基極接收該調整訊號，該第三阻抗的一端耦接至該電壓輸出端，該第三阻抗的另一端耦接至該第一發射極；及一第四阻抗，該第四阻抗的一端耦接至該電壓輸出端，該第四阻抗的另一端耦接至該第一基極；以及一控制電路，系耦接至該電池與該可調整式電源轉換器，當要計算該電池的電量時，該控制電路使該調整訊號為致能以使該第一電晶體導通，該第一電晶體導通後，該第三阻抗系與該第二阻抗並聯，該電壓輸出端輸出該第二直流電壓，並且該控制電路使該電池對該負載裝置放電，以使該電流流量計可以重新計算該電池的電量；其中，該可調整式電源轉換器根據該回授電壓的大小調整該電壓輸出端的電壓，當該調整訊號為致能時，該第三阻抗系與該第二阻抗並聯，該電壓輸出端輸出該第二直流電壓，否則，該電壓輸出端輸出該第一直流電壓。
為使本發明的上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並結合附圖詳細說明如下。
圖1為第一例的傳統電源供應器的方塊圖。
圖2為第二例的傳統電源供應器的方塊圖。
圖3為依照本發明一較佳實施例的電源供應裝置的方塊圖。
圖4為部份電源轉換器的電路圖。
圖5為圖3的電壓控制器216的電路圖。
附圖符號說明100、100』電源供應裝置102交流-直流電源轉換器104連接器106充電電路108第一開關110電池112微控制器114負載裝置116第二開關200電源供應裝置202電源轉換器204控制電路206負載裝置208充電電路210開關212電池214微控制器216電壓控制器218轉換器主要電路220調整電路
具體實施例方式
請參照圖3，其示出了依照本發明一較佳實施例的一種電源供應裝置的方塊圖。電源供應裝置200包括一可調整式電源轉換器202、一控制電路204、一電池212與負載裝置206，負載裝置206例如為筆記型計算機。電源供應裝置200用以提供筆記型計算機所需的電源。可調整式電源轉換器202接收交流電壓AC以轉換為第一直流電壓DC1或第二直流電壓DC2，交流電源AC例如市電AC110/220V。可調整式電源轉換器202還用以接收一調整訊號ADJ，當調整訊號ADJ為致能時，可調整式電源轉換器202便輸出第二直流電壓DC2，否則，可調整式電源轉換器202輸出第一直流電壓DC1。控制電路204包括開關210、充電電路208、電壓控制器216與微控制器214。電池212包括電流流量計(未於圖3中)，用以測量電池212流入或流出的電流量，以計算電池212的電量，並依據電池212的電量輸出一電量指示訊號ID。微控制器214用以輸出控制訊號Ctrl 1、開關訊號Ctrl 2及充電信號CS。充電電路208耦接至電源轉換器202，當充電電路208接收到由微控制器214所輸出的充電信號CS時，對電池212充電。電壓控制器216依據控制訊號Ctrl1，以輸出調整訊號ADJ。開關210耦接於電池212與筆記型計算機206之間，並依據開關訊號Ctrl 2以導通。
在一般情況下，電源供應裝置200接收到交流電壓AC，電源供應裝置200將直接提供第一直流電壓DC1給筆記型計算機206，而不會由電池212來提供筆記型計算機206所需的電源。或者，當電量指示訊號ID表示電池212的電量為不足時，微控制器214輸出充電信號CS。充電電路208依據充電信號CS對電池212充電。
另一種情況，當電源轉換器202拔離市電時，或者控制電路接收不到電源轉換器202所供應的電源時，微控制器214便輸出開關訊號Ctrl 2以使開關210導通。開關210導通時，電池212便可以提供筆記型計算機206所需的電源。
當執行電池自我學習的程序時，先將電池212充滿電後，再完全放電。故微控制器214先輸出充電信號CS，以使充電電路208對電池212充電。當電池212充滿電，例如電量指示訊號ID指示電池212的電量為充滿，接著要讓電池212完全放電。由於電源轉換器202還是持續提供第一直流電源DC1給筆記型計算機206使用，為了要讓電池212能夠對筆記型計算機206放電。必須電源轉換器202輸出電壓低於一終止電壓(End voltage)，才能讓電池212對筆記型計算機206放電。故微控制器214接著輸出控制訊號Ctrl 1與開關訊號Ctrl 2。電壓控制器216便依據控制訊號Ctrl 1使調整訊號ADJ為致能。電源轉換器202接收調整訊號ADJ，當調整訊號ADJ為致能，便改輸出第二直流電壓DC2。而開關210也依據開關訊號Ctrl 2導通，由於此時電池212的輸出電壓高於第二直流電壓DC2，電源供應裝置200將不提供第二直流電壓DC2至負載裝置206，而控制電路204僅使電池212對負載裝置206放電。此時，電池212將持續對負載裝置206放電，至電量指示訊號ID表示電池212的電量為不足時，電流流量計停止計數，並重新計算出電池212的電量。如此便不需要使用者自行將電源轉換器202切斷與市電的連接以讓電池能夠放電。
進一步來說，本發明的精神在於控制可調整式電源轉換器202輸出電壓大小，使其低於電池212的終止電壓，也就是讓第二直流電壓DC2小於終止電壓。請參照圖4，其示出了部份的電源轉換器202的電路圖。電源轉換器202包括轉換器主要電路218、第一阻抗R1、第二阻抗R2與調整電路220，阻抗R1、R2例如為電阻。轉換器主要電路218具有一電壓輸出端Vout與一電壓回授端FB。轉換器主要電路218用以將交流電壓AC(未於圖4)轉換為直流電壓DC1或DC2，並於電壓輸出端Vout輸出。第一阻抗R1的一端耦接至電壓輸出端Vout，其另一端耦接至電壓回授端FB。第二阻抗R2的一端耦接至電壓回授端FB，以輸出回授電壓VF至電壓回授端FB，第二阻抗R2的另一端耦接至一固定電壓，此固定電壓例如為接地電壓。當第一直流電壓DC1經由R1與R2所組成的分壓電路，以於節點N產生回授電壓VF時，轉換器主要電路218將回授電壓VF與內部參考電壓作比較，以控制第一直流電壓DC1的大小。當回授電壓VF改變時，轉換器主要電路218便調整其於電壓輸出端Vout所輸出的電壓的大小，以使回授電壓VF保持一定值。因此藉由改變回授電壓VF的大小，就可以達到調整轉換器主要電路218的輸出電壓。
電源轉換器202具有一調整電路220，此調整電路220用以當調整訊號ADJ為致能時，改變回授電壓VF的大小，以使電源轉換器202輸出第二直流電壓DC2。第二直流電壓DC2定義為小於一終止電壓，而終止電壓為電流流量晶片IC的廠商所定義的一電壓值，當電池212的輸出電壓低於終止電壓(End voltage)時代表電池電量不足，也才代表電池已完全放電。
調整電路220包括第一電晶體Q1、第三阻抗R3與第四阻抗R4。阻抗R3、R4例如為電阻。第一電晶體Q1例如為PNP型雙載流子接面電晶體(BJT)，其具有第一發射極E1、第一基極B1及第一集電極C1。第一集電極C1耦接至電壓回授端FB。第一基極B1接收調整訊號ADJ。第三阻抗R3的一端耦接至電壓輸出端Vout，其另一端耦接至第一發射極E1。第四阻抗的一端耦接至電壓輸出端Vout，其另一端耦接至第一基極B1。於調整訊號ADJ致能時，第一電晶體Q1導通，第三阻抗R3便與第一阻抗R1並聯，使直流電壓DC1經由並聯的R1及R3與R2所組成的分壓電路來產生回授電壓VF。由於並聯的R1及R3的等效電阻小於R1的電阻值，故轉換器主要電路218為了將回授電壓VF保持在一定值，其輸出電壓將被調降為第二直流電壓DC2。
請參照圖5，其示出了圖3的電壓控制器216的電路圖。電壓控制器216依據控制訊號Ctrl 1輸出調整訊號ADJ，電壓控制器216包括有第二電晶體Q2及第五阻抗R5。第二電晶體Q2例如為NPN型雙載流子接面電晶體(BJT)，其具有第二發射極E2、第二基極B2及第二集電極C2。第二集電極C2輸出調整訊號ADJ。第二基極B2接收控制訊號Ctrl 1。第五阻抗R5的一端耦接至第二發射極E2，第五阻抗的另一端耦接至地電壓。當微控制器214送出控制訊號Ctrl 1為高電壓電平時，例如高電壓電平為3.3V，第二電晶體Q2導通，一電流I將會流過第二電晶體Q2，即為第二集電極C2輸出調整訊號ADJ的電流I為(3.3-VBE2)/R7＝2.5mA。
藉由調整訊號ADJ的電流I為2.5mA時，將使第一電晶體Q1導通，使得電源轉換器202輸出第二直流電壓DC2。請同時參照圖4與圖5，例如，當回授電壓VF為2.5V、終止電壓為9V、第一阻抗R1為61.9K歐姆、第二阻抗R2為10K歐姆、第三阻抗R3為21.5K歐姆與第四阻抗R4為1.5K歐姆時，分下列兩種情況討論第一種情況假設調整訊號ADJ為非致能時，電流I為0mA，第一電晶體Q1的集電極電流IC1約等於(0mA×R4-VEB1)/R3＝(0mA×1.5KΩ-0.6V)/21KΩ＝-27.6μA，VEB1為第一電晶體Q1的第一發射極E1與第一基極B1間的電壓差，集電極電流IC1為負值代表第一電晶體Q1並沒有導通，此時於電壓輸出端Vout輸出第一直流電壓DC1，其電壓約等於(VF/R2-IC1)×R1+VF＝(2.5V/10KΩ-0)×61.9K+2.5V＝18V。
第二種情況當調整訊號ADJ為致能時，電流I增加至2.5mA，IC1約等於＝(2.5mA×1.5KΩ-0.6V)/21KΩ＝0.145mA，而此時於電壓輸出端Vout輸出第二直流電壓DC2，其電壓約等於(VF/R2-IC1)×R1+VF＝(2.5V/10KΩ-0.145mA)×61.9K+2.5V＝9V，約等於電池的終止電壓。故當第二基極B2接收的電壓為0V時(控制訊號Ctrl 1為非致能時)，電源轉換器202的輸出電壓為第一直流電壓DC1為18V，當第二基極B2接收的電壓為3.3V時(控制訊號Ctrl 1為致能時)，電源轉換器202的輸出電壓為第二直流電壓DC2為9V。
除此之外，當電池212放電過程中發生故障時，使電源轉換器202瞬間由第二直流電壓DC2供應，以繼續提供給筆記型計算機206所需的電源。
本發明上述實施例所披露的電源供應裝置，藉由調整電源轉換器的輸出電壓大小，使其低於電池的終止電壓。故使電池能對筆記型計算機放電，讓電池的輸出電壓放電至終止電壓的大小。以解決電池自我學習程序中需要完全放電的問題，更解決當放電過程中發生電池故障時，可以讓電源轉換器馬上提供電源，避免計算機的內部數據的損壞。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例披露如上，然其並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍以本發明的權利要求為準。
權利要求
1.一種電源供應裝置，用以提供一負載裝置所需的電源，該電源供應裝置包括一電池，用以選擇性地輸出該負載裝置所需的電源，該電池具有一電流流量計，用以測量該電池流入或流出的電流量，以計算該電池的電量；一可調整式電源轉換器，用以接收一交流電壓，以轉換為一第一直流電壓或一第二直流電壓，該可調整式電源轉換器還用以接收一調整訊號，當該調整訊號為致能時，該可調整式電源轉換器便輸出該第二直流電壓，該第二直流電壓的大小低於該電池的輸出電壓；以及一控制電路，耦接至該電池與該可調整式電源轉換器，當要計算該電池的電量時，該控制電路使該調整訊號為致能，該可調整式電源轉換器便輸出該第二直流電壓，並且該控制電路使該電池對該負載裝置放電，以使該電流流量計可以重新計算該電池的電量。
2.如權利要求1所述的電源供應器，其中，該電流流量計並依據該電池的電量輸出一電量指示訊號，該控制電路包括一微控制器，於該電量指示訊號指示該電池的電量為不足時，輸出一充電信號；以及一充電電路，耦接至該可調整式電源轉換器，當該充電電路接收到該充電信號時，對該電池充電。
3.如權利要求2所述的電源供應裝置，其中該可調整式電源轉換器包括一轉換器主要電路，具有一電壓輸出端與一電壓回授端，該轉換器主要電路用以將該交流電壓轉換為該第一直流電壓或該第二直流電壓後，於該電壓輸出端輸出；一第一阻抗，該第一阻抗的一端耦接至該電壓輸出端，該第一阻抗的另一端耦接至該電壓回授端；一第二阻抗，該第二阻抗的一端耦接至該電壓回授端，以輸出一回授電壓至該電壓回授端，該第二阻抗的另一端耦接至一固定電壓；以及一第三阻抗，於該調整訊號為致能時，該第三阻抗與該第一阻抗並聯；其中，該可調整式電源轉換器根據該回授電壓的大小調整該電壓輸出端的電壓，當該調整訊號為致能時，該第三阻抗與該第二阻抗並聯，該電壓輸出端輸出該第二直流電壓，否則，該電壓輸出端輸出該第一直流電壓。
4.如權利要求3所述的電源供應裝置，其中該可調整式電源轉換器還包括一第一電晶體，具有一第一發射極、一第一基極與一第一集電極，該第一集電極耦接至該電壓回授端，該第一基極接收該調整訊號，該第三阻抗的一端耦接至該電壓輸出端，該第三阻抗的另一端耦接至該第一發射極；以及一第四阻抗，該第四阻抗的一端耦接至該電壓輸出端，該第四阻抗的另一端耦接至該第一基極。
5.如權利要求4所述的電源供應裝置，其中該控制電路包括一第二電晶體，具有一第二發射極、一第二基極與一第二集電極，該第二集電極用以輸出該調整訊號，該第二基極接收一控制訊號；以及一第五阻抗，該第五阻抗的一端耦接至該第二發射極，該第五阻抗的另一端耦接至該固定電壓；其中，當該控制訊號為致能時，該第二電晶體導通，一第一電流流過該第四阻抗、該第二電晶體及該第五阻抗，使得該調整訊號轉為致能，如此，該第一電晶體導通，使該第三阻抗與該第一阻抗實質上並聯。
6.一種電源供應裝置，用以提供一負載裝置所需的電源，該電源供應裝置包括一電池，用以選擇性地輸出該負載裝置所需的電源，該電池具有一電流流量計，用以測量該電池流入或流出的電流量，以計算該電池的電量，該電流流量計並依據該電池的電量輸出一電量指示訊號；一可調整式電源轉換器，用以接收一交流電壓，以轉換為一第一直流電壓或一第二直流電壓，該可調整式電源轉換器還用以接收一調整訊號，當該調整訊號為致能時，該可調整式電源轉換器便輸出該第二直流電壓，該可調整式電源轉換器包括一轉換器主要電路，具有一電壓輸出端與一電壓回授端，該轉換器主要電路用以將該交流電壓轉換為一第一直流電壓或該第二直流電壓後，於該電壓輸出端輸出；一第一阻抗，該第一阻抗的一端耦接至該電壓輸出端，該第一阻抗的另一端耦接至該電壓回授端；一第二阻抗，該第二阻抗的一端耦接至該電壓回授端，以輸出一回授電壓至該電壓回授端，該第二阻抗的另一端耦接至一固定電壓；一第三阻抗，於該調整訊號為致能時，該第三阻抗與該第一阻抗並聯；一第一電晶體，具有一第一發射極、一第一基極與一第一集電極，該第一集電極耦接至該電壓回授端，該第一基極接收該調整訊號，該第三阻抗的一端耦接至該電壓輸出端，該第三阻抗的另一端耦接至該第一發射極；及一第四阻抗，該第四阻抗的一端耦接至該電壓輸出端，該第四阻抗的另一端耦接至該第一基極；以及一控制電路，耦接至該電池與該可調整式電源轉換器，當要計算該電池的電量時，該控制電路使該調整訊號為致能以使該第一電晶體導通，該第一電晶體導通後，該第三阻抗與該第二阻抗並聯，該電壓輸出端輸出該第二直流電壓，並且該控制電路使該電池對該負載裝置放電，以使該電流流量計可以重新計算該電池的電量；其中，該可調整式電源轉換器根據該回授電壓的大小調整該電壓輸出端的電壓，當該調整訊號為致能時，該第三阻抗與該第二阻抗並聯，該電壓輸出端輸出該第二直流電壓，否則，該電壓輸出端輸出該第一直流電壓。
7.如權利要求6所述的電源供應器，其中，該電流流量計並依據該電池的電量輸出一電量指示訊號，該控制電路包括一微控制器，於該電量指示訊號指示該電池的電量為不足時，輸出一充電信號；以及一充電電路，耦接至該可調整式電源轉換器，當該充電電路接收到該充電信號時，對該電池充電。
8.如權利要求6所述的電源供應裝置，其中該控制電路包括一第二電晶體，具有一第二發射極、一第二基極與一第二集電極，該第二集電極用以輸出該調整訊號，該第二基極接收一控制訊號；以及一第五阻抗，該第五阻抗的一端耦接至該第二發射極，該第五阻抗的另一端耦接至該固定電壓；其中，當該控制訊號為致能時，該第二電晶體導通，一第一電流流過該第四阻抗、該第二電晶體及該第五阻抗，使得該調整訊號轉為致能，如此，該第一電晶體導通，使該第三阻抗與該第一阻抗實質上並聯。
全文摘要
一種電源供應裝置，用以提供負載裝置所需的電源，其包括電池、可調整式電源轉換器與控制電路。電池用以選擇性地輸出負載裝置所需的電源，並具有一電流流量計。電源轉換器用以接收交流電壓，以轉換為第一直流電壓或第二直流電壓，其更用以接收一調整訊號。當調整訊號為致能時，電源轉換器便輸出第二直流電壓。第二直流電壓的大小系低於電池的輸出電壓。控制電路系耦接至電池與電源轉換器。當要計算電池的電量時，控制電路使調整訊號為致能，電源轉換器便輸出第二直流電壓，使電池對負載裝置放電，以使電流流量計可以重新計算該電池的電量。
文檔編號H02J7/02GK1780084SQ20041009477
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月18日 優先權日2004年11月18日
發明者陳昇峰 申請人:廣達電腦股份有限公司