通用串行總線接口的行動電話充電裝置的製作方法
2023-06-17 10:59:16
專利名稱：通用串行總線接口的行動電話充電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)接口的行動電話充電裝置，尤其涉及一種可自USB接口中取用電源，具有限流、溫度補償及自動調壓等功效的行動電話充電裝置。
背景技術：
USB近幾年來已成為個人計算機中不可或缺的接口，不僅在個人計算機(PC)架構下的臺式計算機、筆記本型計算機、平板型計算機及掌上型計算機中被普遍採用，甚至在麥金塔(MacIntosh)系統的個人計算機中也被作為標準接口。利用USB接口以樹狀結構連接各種外部設備，不僅可以進行高速的信息傳輸，而且可以提供5伏特直流電源給外部設備使用(不論計算機是否開機皆可)。
隨著可攜式計算機(包括筆記本型計算機、平板型計算機及掌上型計算機等)效能的不斷提高，其普及率也日漸升高，甚至有取代臺式計算機之勢。另一方面，行動電話的使用也幾乎已經達到人手一機甚至數機的程度，而可攜式計算機通過行動電話進行無線上網，可謂突破了空間的限制，隨時隨地皆可漫遊網絡世界。但行動電話的機體非常輕薄短小，電池的電力供應極為有限，如果能以USB接口對行動電話進行充電，對使用者而言，將是一大福音，所以USB接口的行動電話充電器問世了。
行動電話所使用的電池，不論其為鎳氫(Ni-MH)、鋰離子(Li-ion)或鋰聚合物(Li-Polymer)電池，其電壓絕大部份皆為3.6伏特，而USB接口提供5伏特的電源，所以充電器基本上由一降壓電路所構成。公知的USB接口行動電話充電器可分為三大類，第一類為脈衝(pulse)式，以軟體或硬體方式使輸出電壓及電流形成高頻脈波，即對電池形成點放的斷續充電，此種充電方式可對電池形成最佳的充電狀態，充電效率最高，且可使電池的效能及壽命均達到最佳狀態，但缺點是成本過高，故僅見於少數高端產品中，難以普及。第二類為線性式(連續式)，用具有限壓、限流功能的直流電對電池進行連續充電，此種充電器會根據電池在充電過程中的溫度升高而降低輸出電流，可保護電池，不會發生過度充電的情形，並可隨著電池電壓的升高，而自動逐漸升高輸出電壓，雖然效果趕不上述的第一類，但成本可大幅降低，並且其效果尚在可接受的範圍。第三類為簡便型，僅用一個二極體進行降壓並防止反向電流，甚至有連二極體也省略了的所謂充電器，完全沒有任何限壓、限流及溫度補償作用，這種充電器將會大幅縮短電池的壽命。
本實用新型的內容本實用新型的主要目的，在於提供一種USB接口的行動電話充電裝置，以最簡單的電路組件最精煉的電路，實現具有限壓、限流、溫度補償及自動電壓調整等功效的線性充電器，即以最低成本實現最佳效能的線性充電器。
為實現上述目的，本實用新型的USB接口的行動電話充電裝置用一PNP型電晶體、二個具有負溫度係數的二極體、一限流電阻、一偏置電阻及一濾波電容所組成。其中USB接口的電壓源作為輸入電壓端，該輸入電壓端通過限流電阻與電晶體的發射極連接；該輸入電壓端還連接至一第一二極體的正極並通過與所述第一二極體串聯的第二二極體的負極連接至所述電晶體的基極；該電晶體的基極經偏置電阻接地，形成電晶體的共基極的連接方式；該電晶體的集電極作為充電用輸出電壓端。這樣使電晶體的發射極和基極之間電壓與一二極體的電壓相同，限流電阻的電壓與另一二極體的電壓相同，即可起到限流的作用；當電池因充電而升溫時，二極體因其負溫度係數的特性而使其電壓隨溫度升高而下降，所以輸出電流也隨之下降，形成溫度補償作用；當輸出電流隨電池電壓的逐漸升高而下降時，則輸出電壓也會因電晶體的發射極與集電極之間的電壓下降而升高，形成自動調壓作用。
本實用新型使用簡單的元器件，產生了限壓、限流、溫度補償及自動調壓等效果，可以以最低的成本實現最佳的效益。
附圖的簡要說明
圖1是本實用新型的USB接口的行動電話充電裝置及其連接部件的結構方框圖；圖2是本實用新型的USB接口的行動電話充電裝置的電路圖。
具體實施方式
圖1是USB接口的行動電話充電裝置及其連接部件的結構方框圖。如圖1所示，充電器1具有兩個連接器連接器2和連接器3，其中連接器3為USB連接器，用來插接在個人計算機5的USB接口51上；連接器2為行動電話連接器，用來插接在行動電話4的對應連接器41上。該充電器可將來自USB接口51的直流5伏特電源轉換為適合行動電話4的電池的充電電壓及電流，並輸出到行動電話4，以對電池充電。圖2示出了本實用新型的電路圖，其中輸入電壓Vi為來自USB接口51的直流5伏特電壓源，該輸入電壓Vi端分為兩路，其中一路是輸入電壓Vi端通過一第一電阻R1與一PNP型雙極型電晶體(bipolar transistor)Q1的發射極(emitter)連接；另一路為輸入電壓Vi端通過兩串聯的具有負溫度係數特性的第一二極體D1和第二二極體D2與前述電晶體Q1的基極(base)連接，其中第一二極體D1的正極與輸入電壓Vi端連接，而第二二極體D2的負極則連接至電晶體Q1的基極。電晶體Q1的集電極(collector)則引出為充電輸出電壓Vo端，該輸出電壓Vo端並聯一濾波電容C1，以濾除波動(ripple)；另外電晶體Q1的基極經一電阻R2接地，用來為電晶體Q1提供一適當的偏置電壓(bias)，使其處於飽合(saturation)狀態，並形成一種共基極(common base)連接方式(topology)。因為該第一二極體D1和第二二極體D2處於正向偏置(forward bias)狀態，而電晶體Q1的發射極與基極之間(E-B)也會形成如同二極體正向偏置時的電位差(potentialdifference)，其電壓VEB與第二二極體D2的電壓VD2相同(約0.7伏特)，所以第一電阻R1的電壓VR1即與第一二極體D1的電壓VD1相同(VD1＝VD2≈0.7V)，流經第一電阻R1的電流即為VD1/R1，該電流即為電晶體Q1的發射極電流IE，該發射極電流IE的絕大部分會流向集電極IC，少部分流向基極IB，即IC＝αIE，而α趨近於1，該集電極電流IC即為輸出電流IO，由於二極體的正向偏置電壓極為穩定，故可對輸出電流IO產生穩定的抑制作用，即形成限流作用；另外，輸出電壓VO是由輸入電壓Vi減掉第一電阻R1的電壓VR1及電晶體Q1的發射極與集電極之間的電壓VEC所得，可形成限壓作用。
當電池因充電而溫度升高時，則第一二極體D1由於其負溫度係數特性，其電壓VD1隨溫度上升而下降，且第一電阻R1具有正溫度係數特性，其阻值隨溫度升高而增加，使得發射極電流IE即輸出電流IO受這二個特性的影響而隨之下降(因IE＝VD1/R1)，形成溫度補償作用。而當輸出電流IO隨電池電壓的逐漸升高而下降時，則電晶體Q1的發射級與集電極之間的電壓VEC即會隨之下降，輸出電壓VO會因該發射級與集電極之間的電壓VEC的下降而升高，起到自動調整電壓作用。
綜上所述，本實用新型以最簡單的元件，通過精妙的電路，產生了限壓、限流、溫度補償及自動調壓等功效，即以最低的成本實現最佳的效能，實為極其優異的設計。而以上所述是對本實用新型的較佳實施例的舉例說明，不是對本實用新型的專利範圍的限制，任何運用本實用新型所作的等效變化，均屬於本實用新型的專利範圍。
權利要求1.一種USB接口的行動電話充電裝置，將來自USB接口的電壓源作為輸入電壓端，其特徵在於，所述輸入電壓端通過第一電阻與一PNP型電晶體的發射極連接，所述輸入電壓端還連接至一第一二極體的正極並通過與所述第一二極體串聯的第二二極體的負極連接至所述電晶體的基極，所述電晶體的基極經一第二電阻接地，形成電晶體的共基極的連接方式，所述電晶體的集電極作為充電用輸出電壓端。
2.根據權利要求1所述的行動電話充電裝置，其特徵在於，所述輸出電壓端並聯一濾波電容。
3.根據權利要求1所述的行動電話充電裝置，其特徵在於，所述第二電阻的阻值為使所述PNP電晶體在工作時處於飽和狀態。
4.根據權利要求1所述的行動電話充電裝置，其特徵在於，所述來自USB接口的電壓源是直流5伏特電壓源。
5.根據權利要求1所述的行動電話充電裝置，其特徵在於，所述PNP型電晶體的發射極-集電極之間的電壓等於所述第一二極體或第二二極體的正向偏置電壓。
6.根據權利要求1-5任一項所述的行動電話充電裝置，其特徵在於，所述第一和第二二極體具有負溫度特性，所述限流電阻具有正溫度特性。
專利摘要本實用新型涉及一種USB接口的行動電話充電裝置，從USB接口取用直流5V電源，將其分為兩路，一路為串聯的一第一電阻及一PNP型電晶體的發射極，另一路為兩串聯的具有負溫度係數特性的二極體D1和二極體D2，其中二極體D2的負極與所述電晶體的基極連接，電晶體的集電極則引出為充電輸出端。這樣，電晶體的發射極與基極之間的電壓與二極體D2的電壓V
文檔編號H02J7/00GK2641890SQ0320922
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月9日 優先權日2003年9月9日
發明者朱惠民, 劉導洪 申請人:金橋科技股份有限公司