一種充電狀態指示裝置和充電器的製作方法

2023-05-24 09:21:46 2

專利名稱：一種充電狀態指示裝置和充電器的製作方法
技術領域：
本發明涉及充電裝置，更具體地說，涉及一種充電器和充電器中使用的充電狀態 指示裝置
背景技術：
目前，一般在充電器上會使用充電狀態指示裝置來指示充電狀態，公知的充電狀 態指示裝置採用的都是次級側控制(SECONDARY CONTROL)模式，通過使用一個紅綠雙色共 陰LED 223、一個PNP三極體222、一個矽整流二極體220、電阻219、221、224來實現的(請 參看圖1)。當VOUT輸出電流Io與電阻219的乘積V 219 (即電阻219上的電壓降)大於三極 管222的VBE (大約是0. 6V)時，即Io*R219 > 0. 6V,三極體222飽和導通，LED亮紅色。由 於三極體222的飽和壓降VCE大約是0. 3V，而LED 223中的紅色LED導通壓降大約是1. 6V, 兩者之和大約是1. 9V，小於電阻219上壓降0. 6V與LED 223中的綠色LED導通壓降1. 7V 之和2. 3V,即VCE+VR < V219+VG，所以綠色不亮。當VOUT輸出電流Io與電阻219的乘積V219 (即電阻219上的電壓降)小於三極 管222的VBE (大約是0. 6V)時，即Io*R219 < 0. 6V，三極體222截止，LED亮綠色。但是此電路有以下缺陷，1、該電路在輸出額定負載時，電容213上的電壓比VOUT高0. 8V_ 1. OV，如果用初級 側控制(PRIMARY CONTROL)模式，會造成輸出端空載電壓比額定負載電壓高0. 8-1V，所以 該電路不能用在初級側控制模式下，只能用在次級側控制模式下；2、由於該電路檢測的是電阻219和二極體220上流過充電電流時產生的壓降，因 此造成電源效率低；3、該電路所用元器件較多，電源的成本較高、可靠性低。因此，需要一種具有可以應用於初級側控制電路且簡單可靠的充電狀態指示裝置 的充電器和這樣的充電狀態指示裝置。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種具有可以應 用於初級側控制電路且簡單可靠的充電狀態指示裝置的充電器和這樣的充電狀態指示裝 置本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種充電器，包括充電電源和充電狀 態指示裝置，所述充電狀態指示裝置包括連接在充電電源的變壓器的初級繞組和地之間的 充電狀態檢測晶片和用於顯示充電狀態的顯示模塊，其中，所述充電狀態檢測晶片包括檢測模塊，用於檢測充電電源的充電情況；比較模塊，用於根據所述檢測到的充電情況判斷當前充電狀態。在本發明所述的充電器中，所述充電狀態檢測晶片進一步包括顯示驅動，用於根據所述當前充電狀態驅動所述顯示模塊顯示所述當前充電狀態。在本發明所述的充電器中，所述檢測模塊包括頻率獲取模塊，用於獲取所述充電狀態檢測晶片的工作頻率，其中所述工作頻率 與所述充電電流成正比；頻率-電信號轉換器，用於所述工作頻率轉換成與所述充電電流成正比的電信號。在本發明所述的充電器中，所述檢測模塊包括採樣保持電路，用於從所述變壓器的初級輔助繞組採樣電信號；誤差放大器，用於將所述採樣電信號與參考值進行比較並輸出與充電電流成正比 的電信號。在本發明所述的充電器中，所述比較模塊包括比較器和濾波器，其中所述比較器 的正向輸入端連接到所述檢測模塊以獲取與所述充電電流成正比的電信號，反向輸入端連 接到基準電信號，輸出端連接到所述濾波器的輸入端，所述濾波器的輸出端連接到所述顯 示驅動以輸出充電狀態。在本發明所述的充電器中，所述顯示驅動包括分別與所述濾波器的輸出端連接的 用於驅動所述顯示模塊顯示第一充電狀態的第一驅動器和用於驅動所述顯示模塊顯示第 二充電狀態的第二驅動器。在本發明所述的充電器中，所述顯示模塊包括受所述第一驅動器驅動的第一 LED、 受所述第二驅動器驅動的第二 LED，以及連接到所述第一和第二 LED的陽極和電源之間的 限流電阻，其中，所述第一和第二 LED為共陽LED。在本發明所述的充電器中，所述顯示模塊包括受所述第一驅動器驅動的第一 LED、 受所述第二驅動器驅動的第二 LED，以及連接到所述第一和第二 LED的陰極和地之間的限 流電阻，其中，所述第一和第二 LED為共陰LED。在本發明所述的充電器中，所述顯示驅動包括與所述濾波器的輸出端連接的用於 驅動所述顯示模塊分別顯示第一充電狀態和第二充電狀態的第三驅動器，所述顯示模塊包 括受所述第三驅動器驅動的第三LED，以及連接到所述第三LED的陽極和電源之間的限流 電阻。本發明解決其技術問題採用的又一技術方案是，構造一種充電狀態指示裝置，包 括連接在變壓器的初級繞組和地之間的充電狀態檢測晶片和用於顯示充電狀態的顯示模 塊，其中，所述充電狀態檢測晶片包括檢測模塊，用於檢測充電電源的充電情況；比較模塊，用於根據所述檢測到的充電情況判斷當前充電狀態。在本發明所述的充電狀態指示裝置，所述充電狀態檢測晶片進一步包括顯示驅動，用於根據所述當前充電狀態驅動所述顯示模塊顯示所述當前充電狀 態。在本發明所述的充電狀態指示裝置，所述檢測模塊包括頻率獲取模塊，用於獲取所述充電狀態檢測晶片的工作頻率，其中所述工作頻率 與所述充電電流成正比；頻率-電信號轉換器，用於所述工作頻率轉換成與所述充電電流成正比的電信號。在本發明所述的充電狀態指示裝置，所述檢測模塊包括採樣保持電路，用於從所述變壓器的初級輔助繞組採樣電信號；誤差放大器，用於將所述採樣電信號與參考值進行比較並輸出與充電電流成正比 的電信號。在本發明所述的充電狀態指示裝置，所述比較模塊包括比較器和濾波器，其中所 述比較器的正向輸入端連接到所述檢測模塊以獲取與所述充電電流成正比的電信號，反向 輸入端連接到基準電信號，輸出端連接到所述濾波器的輸入端，所述濾波器的輸出端連接 到所述顯示驅動以輸出充電狀態。在本發明所述的充電狀態指示裝置，所述顯示驅動包括分別與所述濾波器的輸出 端連接的用於驅動所述顯示模塊顯示第一充電狀態的第一驅動器和用於驅動所述顯示模 塊顯示第二充電狀態的第二驅動器。在本發明所述的充電狀態指示裝置，所述顯示模塊包括受所述第一驅動器驅動的 第一 LED、受所述第二驅動器驅動的第二 LED，以及連接到所述第一和第二 LED的陽極和電 源之間的限流電阻，其中，所述第一和第二 LED為共陽LED。在本發明所述的充電狀態指示裝置，所述顯示模塊包括受所述第一驅動器驅動的 第一 LED、受所述第二驅動器驅動的第二 LED，以及連接到所述第一和第二 LED的陰極和地 之間的限流電阻，其中，所述第一和第二 LED為共陰LED。在本發明所述的充電狀態指示裝置，所述顯示驅動包括與所述濾波器的輸出端連 接的用於驅動所述顯示模塊分別顯示第一充電狀態和第二充電狀態的第三驅動器，所述顯 示模塊包括受所述第三驅動器驅動的第三LED，以及連接到所述第三LED的陽極和電源之 間的限流電阻。實施本發明的充電器和充電器中使用的充電狀態指示裝置，可以使用初級側控制 模式，並且電路簡單可靠，工作效率高、損耗小。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是現有技術的充電器的電路原理圖；圖2是本發明的充電器的第一實施例的電路原理圖；圖3是本發明的充電狀態指示裝置的狀態指示部分的第一實施例的電路原理圖；圖4是本發明的充電狀態指示裝置的狀態指示部分的第二實施例的電路原理圖；圖5是本發明的充電狀態指示裝置的狀態指示部分的第三實施例的電路原理圖；圖6是本發明的充電狀態指示裝置的狀態指示部分的第四實施例的電路原理圖；圖7是適用圖3或4中狀態指示部分的充電狀態指示裝置的第一實施例的原理框 圖；圖8是適用圖3或4中狀態指示部分的充電狀態指示裝置的第二實施例的原理框 圖；圖9是適用圖5或6中狀態指示部分的充電狀態指示裝置的第一實施例的原理框 圖10是適用圖5或6中狀態指示部分的充電狀態指示裝置的第二實施例的原理 框圖。
具體實施例方式如圖2所示，本發明的充電器包括充電電源和充電狀態指示裝置。其中所述充電 狀態指示裝置包括連接在充電電源的變壓器的初級繞組和地之間的充電狀態檢測晶片100 和用於顯示充電狀態的顯示模塊200。其中，所述充電狀態檢測晶片100包括用於檢測充電 電源的充電情況的檢測模塊101和用於根據所述檢測到的充電情況判斷當前充電狀態的 比較模塊102。在圖2示出的實施例中，該充電狀態檢測晶片100的FB端經電阻R217連接到二 極管D206的陽極，所述二極體D206的陰極經電容C205接地。所述二極體D206的陽極同 時連接到變壓器的初級輔助繞組的一端，所述變壓器的初級輔助繞組的另一端接地。該充 電狀態檢測晶片100的CS端連接到開關管209的源極、所述開關管209的門極連接到充電 狀態檢測晶片100的輸出端Gate，所述開關管209的漏極連接到所述變壓器的初級繞組的 一端，所述變壓器的初級繞組的另一端連接到輸入電壓。在圖2示出的實施例中，該充電狀態檢測晶片100還包括顯示驅動103，用於根據 所述當前充電狀態驅動所述顯示模塊200顯示所述當前充電狀態。如圖2所示，該檢測模 塊101可檢測充電電源的輸出電流，從而監控充電電源的充電情況，並把該充電情況反饋 給比較模塊102。比較模塊102是充電情況的信息處理模塊，其可用於將檢測模塊101反饋 的充電情況與標準充電情況進行比較，從而判斷出現在充電器的充電情況，其中該標準充 電情況可以是人為設定的。本領域技術人員可按照實際情況進行設定。譬如，當檢測模塊 101獲取的是次級側輸出電流時，比較模塊將其與額定電流的1-/10-1/8進行比較，當次級 側輸出電流小於額定電流的1-/10-1/8時，判斷當前充電狀態為第一充電狀態。顯示驅動 103接收第一充電狀態信號並驅動所述顯示模塊200顯示第一充電狀態。當次級側輸出電 流大於額定電流的1-/10-1/8時，判斷當前充電狀態為第二充電狀態。顯示驅動103接收 第二充電狀態信號並驅動所述顯示模塊200顯示第二充電狀態。在本發明的又一簡化實施 例中，顯示模塊可以直接接收充電狀態進行顯示，因此無需使用到驅動顯示模塊103。圖3是本發明的充電狀態指示裝置的狀態指示部分的第一實施例的電路原理圖。 如圖3所示，顯示模塊200包括綠LED、紅LED，以及連接到所述綠和紅LED的陽極和電源 Vcc之間的限流電阻R1，其中，紅LED的陽極連接到顯示驅動103的LED_R引腳，綠LED的 陽極連接到顯示驅動103的LEDG引腳，所述紅、綠LED的陽極經電阻R1接地。在該實施例 中，紅、綠LED為共陰LED。在本實施例中，當比較模塊102判斷當前充電狀態為第二充電狀態，顯示驅動103 的LEDR引腳輸出高電平，紅LED發光。當比較模塊102判斷當前充電狀態為第一充電狀態， 顯示驅動103的LED_G引腳輸出高電平，綠LED發光。圖4是本發明的充電狀態指示裝置的狀態指示部分的第二實施例的電路原理圖。 如圖所示，當晶片內部比較模塊102輸出第二充電狀態時，「LED_R」腳輸出低電平，1^_6腳 輸出高電平，所以紅LED亮，綠LED基本不亮或微亮；當晶片比較模塊102輸出第一充電狀 態時，「LED_R」腳輸出低電平，「LED_R」腳輸出高電平，綠LED亮，紅LED基本不亮或微亮。R1是LED的限流電阻，LED為共陽LED。如圖4所示，所述充電狀態指示晶片中進一步包括 用於為共陽LED提供啟動高壓的高壓啟動模塊。圖5是本發明的充電狀態指示裝置的狀態指示部分的第三實施例的電路原理圖。 如圖5所示，當比較模塊102判斷當前充電狀態為第二充電狀態，顯示驅動103的LED_R引 腳輸出低電平，所以紅綠LED—起亮；當晶片比較模塊102輸出第一充電狀態時，「LED_R」 腳輸出高電平，綠LED亮，紅LED基本不亮或微亮，如圖5所示，所述充電狀態指示晶片中進 一步包括用於為共陽LED提供啟動高壓的高壓啟動模塊。圖6是本發明的充電狀態指示裝置的狀態指示部分的第四實施例的電路原理圖。 如圖6所示，顯示模塊200包括一個LED，電阻R1，所述LED的陽極經電阻R1連接到電源 VCC、陰極連接到顯示驅動103的LED腳。當比較模塊102判斷當前充電狀態為第二充電狀 態，顯示驅動103的LED引腳輸出低電平，LED燈亮，當比較模塊102判斷當前充電狀態為第 一充電狀態，顯示驅動103的LED引腳輸出高電平，LED不亮。在本發明的另一實施例中， 也可相反設置。在本發明的其他實施例中，可以是紅綠色分別指示充電輸出大電流(第二充電狀 態)和小電流(第一充電狀態)，也可以是一個單色的LED閃爍和不閃爍分別指示充電輸出 大電流和小電流。圖7是適用圖3或4中狀態指示部分的充電狀態指示裝置的第一實施例的原理框 圖。在該實施例中，該充電狀態指示裝置應用在PWM控制充電系統。如圖7所示，其中，所 述檢測模塊101包括採樣保持電路203和誤差放大器204。所述比較模塊102包括比較器 207和濾波器208。顯示驅動103包括第一驅動器209和第二驅動器210，所述第一驅動器 209連接到所述充電狀態檢測晶片的LED_G，所述第二驅動器210連接到所述充電狀態檢測 晶片的LED_R其中採樣保持電路203用於從充電狀態檢測晶片100的反饋端FB獲取採樣電流。 誤差放大器204用於將所述採樣電流與預設參考值進行比較並輸出與充電電流成正比的 電壓。這是由於在PWM控制系統中，由於晶片的工作頻率是不變的，因此，充電電源的充電 電流與誤差放大器204的輸出電壓大致成正比。比較器207是電壓比較器，其正向輸入端連接到誤差放大器204的輸出端，反向輸 入端連接到基準電壓，進而用來將誤差放大器204的輸出電壓與預設的基準電壓值進行比 較。只要設定準確基準電壓值，那麼比較器207的輸出結果就表示了當前充電狀態。為了 保證比較器207的輸出結果的準確性，濾波器208可用來對該輸出結果進行低通濾波。在本發明的又一實施例中，採樣保持電路203採樣的也可是電壓或是功率信號， 誤差放大器204將其轉換成與充電電流成正比的電壓。本領域技術人員知悉，可以採用不 同的裝置將不同的電信號轉換成與充電電流成正比的電壓、電流或功率信號，再送入比較 器進行比較。而相應的，也可適當選用電壓、電流或其他電信號的比較器。當濾波器208的輸出結果是第一充電狀態時，顯示驅動103的第一驅動器209接 收所述第一狀態信號並驅動綠LED發綠光。當濾波器208的輸出結果是第二充電狀態時， 顯示驅動103的第二驅動器215接收所述第二狀態信號並驅動紅LED發紅光。在該實施例中，所述充電狀態檢測晶片進一步包括PWM控制單元，所述PWM控制單 元包括PWM比較器205和PWM輸出驅動模塊206。該P麗輸出驅動模塊206的輸出端連接到所述開關管的門極，用於控制所述開關管的工作。圖8是適用圖3或4中狀態指示部分的充電狀態指示裝置的第二實施例的原理框 圖。在該實施例中，該充電狀態指示裝置應用在PFM控制充電系統中。其中檢測模塊101 包括頻率獲取模塊213和頻率-電信號轉換器201。其中所述頻率獲取模塊213用於獲取 所述充電狀態檢測晶片100的工作頻率，其中所述工作頻率與所述充電電流成正比。本領 域技術人員熟悉各種可以獲取工作頻率的方法，並且各種方法都可以在此使用。頻率-電 信號轉換器201可用於所述工作頻率轉換成與所述充電電流成正比的電信號。由於在PFM 控制系統中，充電電流的大小與晶片本身的工作頻率成正比的關係，因此，頻率-電壓轉換 器201可用於將晶片的工作頻率轉換成與工作頻率成比例的電壓，而該電壓又與充電電流 成正比，也就是說，頻率-電壓轉換器201的輸出電壓越小代表工作頻率越低，即充電電流 越小。比較器202是電壓比較器，其正向輸入端連接到頻率-電壓轉換器201的輸出端， 反向輸入端連接到基準電壓，進而用來將頻率-電壓轉換器201的輸出電壓與預設的基準 電壓值進行比較。只要設定準確基準電壓值，那麼比較器202的輸出結果就表示了當前充 電狀態。為了保證比較器202的輸出結果的準確性，濾波器208可用來對該輸出結果進行 低通濾波。當濾波器208的輸出結果是第一充電狀態時，顯示驅動103的第一驅動器204接 收所述第一狀態信號並驅動綠LED發綠光。當濾波器208的輸出結果是第二充電狀態時， 顯示驅動103的第二驅動器205接收所述第二狀態信號並驅動紅LED發紅光。雖然在該實施例中，是以紅綠LED來表示第一充電狀態和第二充電狀態。但在本 發明的其他實施例中，可採用一個單色LED散爍和不散爍來表示第一充電狀態和第二充電 狀態。還可採用一個單色LED長亮或散爍來表示第一充電狀態和第二充電狀態。根據本發 明的教導，本領域技術人員還可以採用其他的方法來區分不同的充電狀態，這些都落入本 發明的保護範圍。在本發明的又一實施例中，所述檢測模塊101是頻率_電流轉換器，其可用來將與 充電電流成正比的充電狀態檢測晶片100的工作頻率轉換成與所述充電電流成正比的電 流。而此時，比較器202可相應地採用電流比較器，其正向輸入端連接到頻率-電流轉換器 的輸出端，反向輸入端連接到基準電流，進而用來將頻率_電流轉換器的輸出電流與預設 的基準電流值進行比較。只要設定準確基準電流值，那麼比較器202的輸出結果就表示了 當前充電狀態。為了保證比較器202的輸出結果的準確性，濾波器208可用來對該輸出結 果進行低通濾波。在本發明的一個實施例中，所述基準電流可以是額定電流的1-/10-1/8。雖然，在本發明中的頻率-電信號轉換器分別是以頻率-電壓和頻率-電流轉換 器來進行說明的。但是根據本發明的教導，本領域技術人員可以知悉，也可採用其他的電信 號，比如平均功率、即時功率等與所述充電電流成正比的電信號，並設定相應的基準電信號 來進行判斷。圖9是適用圖5或6中狀態指示部分的充電狀態指示裝置的第一實施例的原理框 圖。圖10是適用圖5或6中狀態指示部分的充電狀態指示裝置的第二實施例的原理框圖。 由圖可見，圖9和圖8基本類似，其區別在於，圖9的顯示驅動中，只包括驅動器214，因此其 適用於圖5或6中，只包括一個LED的顯示模塊。同理，圖10和圖7類似，其區別在於，圖10的顯示驅動中，只包括驅動219，因此其適用於圖5或6中，只包括一個LED的顯示模塊。
根據本發明的教導，本領域技術人員可以將本發明的各個實施例相互組合，以滿 足使用一個或多個LED來指示充電狀態。雖然本發明是通過具體實施例進行說明的，本領 域技術人員應當明白，在不脫離本發明範圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換及等 同替代。因此，本發明不局限於所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍 內的全部實施方式。
權利要求
一種充電器，包括充電電源和充電狀態指示裝置，其特徵在於，所述充電狀態指示裝置包括連接在充電電源的變壓器的初級繞組和地之間的充電狀態檢測晶片(100)和用於顯示充電狀態的顯示模塊(200)，其中，所述充電狀態檢測晶片(100)包括檢測模塊(101)，用於檢測充電電源的充電情況；比較模塊(102)，用於根據所述檢測到的充電情況判斷當前充電狀態。
2.根據權利要求1所述的充電器，其特徵在於，所述充電狀態檢測晶片(100)進一步包括顯示驅動(103)，用於根據所述當前充電狀態驅動所述顯示模塊(200)顯示所述當前 充電狀態。
3.根據權利要求2所述的充電器，其特徵在於，所述檢測模塊(101)包括頻率獲取模塊，用於獲取所述充電狀態檢測晶片(100)的工作頻率，其中所述工作頻 率與所述充電電流成正比；頻率-電信號轉換器，用於所述工作頻率轉換成與所述充電電流成正比的電信號。
4.根據權利要求2所述的充電器，其特徵在於，所述檢測模塊(101)包括 採樣保持電路，用於從所述變壓器的初級輔助繞組採樣電信號；誤差放大器，用於將所述採樣電信號與參考值進行比較並輸出與充電電流成正比的電 信號。
5.根據權利要求3或4所述的充電器，其特徵在於，所述比較模塊(102)包括比較器(202)和濾波器(203)，其中所述比較器(202)的正向輸入端連接到所述檢測模塊(101)以 獲取與所述充電電流成正比的電信號，反向輸入端連接到基準電信號，輸出端連接到所述 濾波器(203)的輸入端，所述濾波器(203)的輸出端連接到所述顯示驅動(103)以輸出充 電狀態。
6.根據權利要求5所述的充電器，其特徵在於，所述顯示驅動(103)包括分別與所述濾 波器(203)的輸出端連接的用於驅動所述顯示模塊(200)顯示第一充電狀態的第一驅動器 和用於驅動所述顯示模塊(200)顯示第二充電狀態的第二驅動器。
7.根據權利要求6所述的充電器，其特徵在於，所述顯示模塊(103)包括受所述第一驅 動器驅動的第一 LED、受所述第二驅動器驅動的第二 LED，以及連接到所述第一和第二 LED 的陽極和電源之間的限流電阻，其中，所述第一和第二 LED為共陽LED。
8.根據權利要求6所述的充電器，其特徵在於，所述顯示模塊(103)包括受所述第一驅 動器驅動的第一 LED、受所述第二驅動器驅動的第二 LED，以及連接到所述第一和第二 LED 的陰極和地之間的限流電阻，其中，所述第一和第二 LED為共陰LED。
9.根據權利要求5所述的充電器，其特徵在於，所述顯示驅動(103)包括與所述濾波器(203)的輸出端連接的用於驅動所述顯示模塊(200)分別顯示第一充電狀態和第二充電狀 態的第三驅動器，所述顯示模塊(103)包括受所述第三驅動器驅動的第三LED，以及連接到 所述第三LED的陽極和電源之間的限流電阻。
10.一種充電狀態指示裝置，其特徵在於，包括連接在變壓器的初級繞組和地之間的充 電狀態檢測晶片(100)和用於顯示充電狀態的顯示模塊(200)，其中，所述充電狀態檢測芯 片(100)包括檢測模塊(101)，用於檢測充電電源的充電情況；比較模塊(102)，用於根據所述檢測到的充電情況判斷當前充電狀態。
全文摘要
本發明涉及一種充電器和充電器中使用的充電狀態指示裝置。所述充電器，包括充電電源和充電狀態指示裝置，其特徵在於，所述充電狀態指示裝置包括連接在充電電源的變壓器的初級繞組和地之間的充電狀態檢測晶片和用於顯示充電狀態的顯示模塊，其中，所述充電狀態檢測晶片包括檢測模塊，用於檢測充電電源的充電情況；比較模塊，用於根據所述檢測到的充電情況判斷當前充電狀態。實施本發明的充電器和充電器中使用的充電狀態指示裝置，可以使用初級側控制模式，並且電路簡單可靠，工作效率高、損耗小。
文檔編號G01R31/40GK101902054SQ20091010753
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月26日 優先權日2009年5月26日
發明者廖偉明, 谷文浩, 鄭曰, 龍波 申請人:輝芒微電子(深圳)有限公司