電源電路、具有該電源電路的充電單元和電源方法

文檔序號：7303293閱讀：109來源：國知局

導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>發(fā)電;變電;配電裝置的制造技術(shù)

專利名稱：電源電路、具有該電源電路的充電單元和電源方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般涉及向為蓄電池充電的充電控制電路供應(yīng)電源的電源電路、具有該電源電路的充電單元、以及向充電控制電路供應(yīng)電源的方法，更具體地，涉及向即使在使用諸如燃料電池或太陽能電池的電源產(chǎn)生元件作為電源的情況下也能夠以高效率進(jìn)行充電的充電控制電路供應(yīng)電源的電源電路、具有該電源電路的充電單元、以及向該充電控制電路供應(yīng)電源的方法。
背景技術(shù)：
近來，由于經(jīng)濟(jì)、方便和功率輸出密度的原因，蓄電池，特別是鋰離子電池經(jīng)常用于便攜式電子裝置中。
而且，便攜式電子裝置的應(yīng)用正日益增加，并且近來已經(jīng)開始了陸地數(shù)
字廣播，即所謂的一段廣播(one-segment broadcasting),使得通過便攜式電子裝置觀看電視變得普通。結(jié)果，便攜式電子裝置的功耗急劇增加。另一方面，使用在輸出(功率)密度方面滿足卻在能量密度方面不足的鋰離子電池的便攜式電子裝置僅能操作很短的時間段。此外，電池性能的改進(jìn)不能保持與便攜式電子裝置的功耗增加同步，因此便攜式電子裝置的操作時間不能達(dá) 到用戶要求。
為了解決此情況，期望使用燃料電池用于電源。具體地，使用曱醇作為燃料而不使用諸如泵的輔助機(jī)器的被動式DMFC (直接曱醇燃料電池)可以降低尺寸并且被認(rèn)為有希望作為對于諸如蜂窩電話的小尺寸便攜式電子裝置的電源。
每單位重量的燃料電池的能量密度大約是鋰離子電池的十倍，并且甚至其每單位體積的能量密度是鋰離子電池的三倍。另外，通過添加曱醇使能夠連續(xù)供應(yīng)功率的燃料電池可以滿足便攜式電子裝置的揭:作時間的要求。然而，燃料電池的輸出密度太低以至于不能滿足當(dāng)前便攜式電子裝置的要求。
因此，使用當(dāng)前的燃料電池向蓄電池充電的充電單元是可能的。在使用燃料電池向蓄電池充電的情況下，非常重要的是，提高充電效率以便使得盡可能有效使用有限的燃料。然而，更關(guān)注縮短充電時間而不是充電效率的、
使用AC適配器的傳統(tǒng)充電單元不具有良好的充電效率。
圖1是示出了傳統(tǒng)充電單元的方框圖。在途1的充電單元中，基于DC-DC 轉(zhuǎn)換器130的輸出電壓Voutl與蓄電池120的電壓Vout2之間的差生成的功率損耗全部由充電控制電路140消耗。
DC-DC轉(zhuǎn)換器130的輸出電壓Voutl與蓄電池120的電壓Vout2之間的較小的差以及較小的充電電流更好地降低充電控制電路140的功耗。然而，傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器130的輸出電壓Voutl是恒定的，此外，進(jìn)行恒流充電，直到蓄電池120充滿電。結(jié)果，如果蓄電池120的電壓Vout2很低，則與傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器130的輸出電壓Voutl存在#>大的差，并且充電電流也4艮大。這導(dǎo)致充電控制電路140中的極大功率損耗。這種功率損耗完全供應(yīng)自直流(DC)電源110。因此，傳統(tǒng)充電單元的充電效率不好。
圖2是示出了使用燃料電池的傳統(tǒng)充電單元的方框圖。(例如見PCT國際申請的日文翻譯No.2006-501798。)
在圖2中，運(yùn)算放大器電路163根據(jù)燃料電池161的輸出電壓與開關(guān)控制器164的參考電壓Vref之間的差輸出信號，以便控制DC-DC轉(zhuǎn)換器162 的開關(guān)元件的占空因凄t(duty cycle)。
現(xiàn)在參考圖2,通過將蓄電池165直接連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器162的輸出端而使DC-DC轉(zhuǎn)換器162的輸出電壓等于蓄電池165的電壓，使得DC-DC 轉(zhuǎn)換器162操作為未穩(wěn)壓的電源。因此，在圖2的充電單元中，由于圖l所示的充電控制電路140引起的功率損耗被消除，使得充電效率提高。此外，在圖2的充電單元中，動態(tài)控制燃料電池161的輸出電壓或輸出電流以便作其是期望的值，由此最優(yōu)化燃料電池161的功率輸出和燃料效率。在圖2中，參考標(biāo)記166表示負(fù)載。
然而，在圖2的充電單元中，提供電流旁路(圖沒有圖形示出)以便防止DC-DC轉(zhuǎn)換器162的輸出電壓超過蓄電池165的可允許電壓，以便在蓄電池165充滿電后該電流旁路可以旁引(bypass)DC-DC轉(zhuǎn)換器162的輸出電流。因此，問題是，在蓄電池165充滿電后，電流旁路浪費(fèi)功率。
此外，圖2的充電單元不能進(jìn)行恒流、恒壓充電(這通常被實踐為鋰離子電池充電方法)，并因此不能以高效率進(jìn)行充電。因此，問題是，如果蓄電池165的電壓很低，則可能過分供應(yīng)充電電流，并且可能不能準(zhǔn)確確定充滿電的蓄電池165的電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例可以解決或簡化上述問題中的一個或多個。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了向充電控制電路供應(yīng)電源的電源電路、
具有該電源電路的充電單元以及向充電控制電路供應(yīng)電源的方法，其中可以
解決或筒化上述問題中的一個或多個。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種電源電路，其向能夠進(jìn)行恒流恒壓充電并提高充電效率的充電控制電路供應(yīng)電源；具有該電源電路的
充電單元；以及向該充電控制電路供應(yīng)電源的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了向?qū)π铍姵爻潆姷某潆娍刂齐娐饭?yīng)
電源的電源電路，該電源電路包括直流電源，被配置用于生成并輸出預(yù)定
電壓；以及DC-DC轉(zhuǎn)換器，被配置用于檢測蓄電池的電壓，將從直流電源輸
入的預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的電壓輸出
到充電控制電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種對蓄電池充電的充電單元，該充電單元包括充電控制電路，被配置用于對蓄電池充電；以及電源電路，被配置用于向充電控制電路供應(yīng)電源，其中，電源電路包括直流電源，帔配置用于生成并輸出預(yù)定電壓；以及DC-DC轉(zhuǎn)換器，被配置用于檢測蓄電池的電壓，將從直流電源輸入的預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的電壓輸出到充電控制電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種向?qū)π铍姵爻潆姷某潆娍刂齐娐?供應(yīng)電源的方法，該方法包括4全測蓄電池的電壓；以及將從直流電源輸入的預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的電壓輸出到充電控制電路。
在根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的向充電控制電路供應(yīng)電源的電源電
測蓄電池的電壓，并將從第一直流電源輸入的預(yù)定第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將其輸出到充電控制電路。這使得能夠?qū)π铍姵?進(jìn)行一般的恒流、恒壓充電。因此，能夠以高準(zhǔn)確性對充電條件很嚴(yán)格的鋰離子電池充電，使得能夠使用燃料電池或太陽能電池向充電控制電路供應(yīng)蓄電池電壓加上在充電時所需的加上最小電壓的電壓。結(jié)果，充電控制電路中的功率損耗顯著降低，使得能夠提高充電效率。

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，從以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)
將變得更明顯，其中
圖l是示出了傳統(tǒng)充電單元的方框圖2是示出了使用燃料電池的傳統(tǒng)充電單元的方框圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的充電單元的示意框圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例在充電時DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電
壓和蓄電池的電池電壓中的變化的圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的充電單元的電路圖；以及圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的充電單元的電路圖。
具體實施例方式
下面參考附圖給出本發(fā)明的實施例的描述。 [第一實施例]
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的充電單元1的示意框圖。
參考圖3，向諸如鋰離子電池的蓄電池10充電的充電單元1包括諸如升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的DC-DC轉(zhuǎn)換器2、使用從DC-DC轉(zhuǎn)換器2輸出的輸出電壓Voutl對蓄電池10進(jìn)行預(yù)定的恒流、恒壓充電的充電控制電路3、以及由諸如燃料電池或太陽能電池的電池形成的第一直流(DC)電源11。下文中，術(shù)語"燃料電池"也可以指一堆燃料電池。
從第一 DC電源11將第一電壓VI輸入到DC-DC轉(zhuǎn)換器2。 DC-DC轉(zhuǎn) ^:器2增加第一電壓VI以^t第一電壓VI與電池電壓Vbat成比例，例如比電池電壓Vbat大預(yù)定值，并將增加后的第一電壓VI輸出到充電控制電路3, 作為輸出電壓Voutl。電池電壓Vbat是蓄電池10的電壓。DC-DC轉(zhuǎn)換器2 和第一DC電源11可以形成電源電路。
圖4是示出了在充電時DC-DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓Voutl和蓄電池10 的電池電壓Vbat的變化的圖。在圖4中，水平軸表示時間。參考圖4,實線指示DC-DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓Voutl，虛線指示蓄電池10的電池電壓Vbat，并且點(diǎn)劃線指示傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。
傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓固定在大于5.4V,而DC-DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓Voutl大約比蓄電池10的電池電壓Vbat大了 0.2V。作為DC-DC轉(zhuǎn) 換器2的輸出電壓Voutl與蓄電池10的電池電壓Vbat之間的差的0.2V的差是充電控制電路3的操作所需的電壓差，并且由形成充電控制電路3的元件和對蓄電池10的充電電流的值確定。因此，DC-DC轉(zhuǎn)換器2^4居蓄電池10 的電池電壓Vbat來改變輸出電壓Voutl。
另外，存在對于DC-DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓Voutl的下限值的限制。 DC-DC轉(zhuǎn)換器2控制輸出電壓Voutl，以便如果蓄電池10的電池電壓Vbat 小于或等于預(yù)定電壓，則防止輸出電壓Voutl小于或等于例如2.5V。這是因為如果DC-DC轉(zhuǎn)換器2的輸出電壓Voutl低于充電控制電路3的最小操作電壓，則充電控制電路3不能開始對蓄電池10充電。因此，DC-DC轉(zhuǎn)換器2 將輸出電壓Voutl的下限限制在略大于或等于充電控制電路3的最小操作電壓的值。
用作DC電源11的燃料電池或太陽能電池的每個電池的電壓低到為IV 或更低，并且將多個電池串聯(lián)以輸出大約2V的電壓。例如，如果從第一DC 電源ll供應(yīng)的第一電壓V1是2V,則如上所述將升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器用作DC-DC 轉(zhuǎn)換器2。已知隨著輸出電壓與輸入電壓的比率越小，開關(guān)調(diào)節(jié)器的效率越好。因此，如果DC-DC轉(zhuǎn)換器2輸出接近于電池電壓Vbat的電壓，同時來自第一DC電源11的第一電壓VI很低，則DC-DC轉(zhuǎn)換器2本身的效率好于恒定輸出5.4V的傳統(tǒng)情況，因此能夠以高效率進(jìn)行充電。
例如，假設(shè)第一電壓V1是2V，充電期間蓄電池10的平均電壓是3V, 充電電流是500mA，充電控制電路3的自消耗電流是3mA，并且DC-DC轉(zhuǎn) 換器2的輸出電壓Voutl是蓄電池電壓Vbat加上0.2V。此外，假設(shè)如果輸入電壓Vin是2V并且輸出電壓Voutl是5.4V，則DC-DC轉(zhuǎn)換器2的效率是 81.8%,并且如果輸入單元是2V并且輸出電壓Voutl是3.2V，則該效率是 93.6%。在此情況下，傳統(tǒng)方法的充電效率是0.818 x (3.0x0.5) / (5.4 x (0.5+0.003 )) xi00 45.2%，而本發(fā)明的充電效率是0. 936 x ( 3.0 x 0.5 ) /( 3.2 x ( 0.5+0.003 )) xi00 87.2%。因此，效率接近傳統(tǒng)的兩倍。
因此，根據(jù)第一實施例的充電單元1, DC-DC轉(zhuǎn)換器2增加第一電壓V1，以便第一電壓VI與蓄電池10的電池電壓Vbat成比例，例如，比電池電壓 Vbat大預(yù)定值，并將增加后的第一電壓Vl輸出到充電控制電路3，作為輸出電壓Voutl;并且充電控制電路3使用輸出電壓Voutl作為電源對蓄電池10 進(jìn)行預(yù)定的恒流、恒壓充電。這使得能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行恒流、恒壓充電。因此，能夠以高精確度對充電條件很嚴(yán)格的鋰離子電池充電，以便能夠使用燃料電池或太陽能電池向充電控制電路3供應(yīng)蓄電池10的電池電壓Vbat加上對蓄電池充電時所需的最小電壓的電壓。結(jié)果，充電控制電路3中的功率損耗顯著降低，因此能夠提高充電效率。此外，由于DC-DC轉(zhuǎn)換器2的電壓增加率可以很低，因此DC-DC轉(zhuǎn)換器2可以以高效率操作，使得能夠進(jìn)一步增力口充電效率。
在第一實施例中，僅從第一DC電源11將功率供應(yīng)至DC-DC轉(zhuǎn)換器2。可替換地，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，可以從兩個DC電流源即第一DC電流源和第二DC電流源將功率供應(yīng)至DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且當(dāng)來自第二DC電源的供應(yīng)電壓變得低于預(yù)定值時，可以增加來自第一DC電源的供應(yīng)電壓并將其供應(yīng)至充電控制電路。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的充電單元la的電路圖。在圖5 中，由相同的參考標(biāo)記表示與圖3相同的元件。
參考圖5，對諸如鋰離子電池的蓄電池10充電的充電單元la包括形成升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器的DC-DC轉(zhuǎn)換器2a、使用從DC-DC轉(zhuǎn)換器2a輸出的輸出電壓Voutl對蓄電池10進(jìn)行預(yù)定的恒流、恒壓充電的充電控制電路3a、由諸如燃料電池或太陽能電池的電池形成的第一DC電源11、以及基于外部供應(yīng) 的功率生成并輸出預(yù)定電壓的第二DC電源12,比如AC適配器。DC-DC轉(zhuǎn) 換器2a、第一DC電源11和第二DC電源12可以形成電源電路。將第一電壓VI從第一 DC電源11輸入到DC-DC轉(zhuǎn)換器2a,并且將預(yù)定第二電壓從第二 DC電源12輸入到DC-DC轉(zhuǎn)換器2a。
示出了在第二DC電源12未連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的情況下在充電時 DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出電壓Voutl和蓄電池10的電池電壓Vbat中的變化的圖與圖4相同，因此省略。
DC-DC轉(zhuǎn)換器2a檢測第一電壓VI和第二電壓V2,并且如果第二電壓 V2小于第二預(yù)定值(也包括未輸入第二電壓V2的情況)，則DC-DC轉(zhuǎn)換2a增加如圖4所示的第一電壓VI并將增加的第一電壓VI輸出到充電控制電路3a作為輸出電壓Voutl。此外，如果第二電壓V2大于或等于第二預(yù)定電壓，則DC-DC轉(zhuǎn)換器2a停止增加第一電壓VI,由此將第二電壓V2輸出到充電控制電路3a作為輸出電壓Voutl 。充電控制電路3a使用從DC-DC轉(zhuǎn)換器2a輸入的電壓Voutl作為電源而操作，以便對蓄電池IO進(jìn)行預(yù)定的恒流、恒壓充電。
DC-DC轉(zhuǎn)換器2a包括由NMOS晶體管形成的開關(guān)晶體管M21 、由PMOS 晶體管形成的用于同步整流的晶體管(同步整流晶體管)M22、用于防止反向電流的二極管D21和D22、感應(yīng)器L21、電阻器21和用于平滑的輸出電容器Co、檢測第一電壓VI的第一電壓檢測器電路21、檢測第二電壓V2的第二電壓檢測器電路22、以及控制開關(guān)晶體管M21和同步整流晶體管M22的操作的控制電路23。
此外，充電控制電路3a包括由PMOS晶體管形成的用于充電的晶體管 (充電晶體管)M31，其為蓄電池10供應(yīng)根據(jù)輸入到其柵極的信號的電流；電阻器R31和R32，其對蓄電池10的電池電壓Vbat分壓，并輸出分壓Vd; 電阻器R33,形成上^f立電阻；電阻器Rs，用于充電電流4企測；充電電流感測電路31,其從經(jīng)過電阻器Rs的電壓來檢測對蓄電池10的充電電流ich;運(yùn) 算放大器電路32和33;笫一參考電壓發(fā)生器電路34,其生成并輸出預(yù)定第一參考電壓Vrl;第二參考電壓發(fā)生器電路35,其生成并輸出預(yù)定第二參考電壓Vr2;以及NMOS晶體管M32和M33。
在DC-DC轉(zhuǎn)換器2a中，第一電壓VI被輸入到二極管D21的陽極，并且感應(yīng)器L21和兩個晶體管M21串聯(lián)連接在二極管D21的陰極和地之間。第二電壓V2被輸入到二極管D22的陽極，并且二極管D22的陰極連接到充電晶體管M31的源極。同步整流晶體管M22連接在二極管D22與充電晶體管M31的連接點(diǎn)與感應(yīng)器L21與開關(guān)晶體管M21的連接點(diǎn)之間。
二極管D22和同步整流晶體管M22的連接形成DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出，并且DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出電壓Voutl ——它是在該DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出處的電壓一一被輸入到控制電路23。電阻器R21和輸出電容器Co串聯(lián) 連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出與地之間。此外，第一電壓VI和第二電壓 V2被分別輸入到第一電壓檢測器電路21和第二電壓檢測器電路22,并且第一電壓檢測器電路21和第二電壓檢測器電路22的每個的檢測結(jié)果被輸出到控制電路23。
在充電控制電路3a中，電阻器R33連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出與充電晶體管M31的柵極之間，并且DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出電壓Voutl被輸入到充電晶體管M31的源極。電阻器Rs連接在充電晶體管M31的漏極與蓄電池10的正極之間，并且蓄電池10的負(fù)極接地。電阻器R31和電阻器R32串聯(lián)連接在晶體管Rs與蓄電池10的連接點(diǎn)與地之間，并且將通過劃分電池電
23和運(yùn)算放大器電路32的反相輸入。
跨越電阻器Rs的電壓4皮輸入到充電電流感測電路31，并且充電電流感測電路31將指示所檢測的充電電流ich的電流值的信號Vsen輸出到控制電路23和運(yùn)算放大器電路33的反相輸入。NMOS晶體管M32和M33串聯(lián)連接在充電晶體管M31的柵極和地之間。第一參考電壓Vrl被輸入到運(yùn)算放大器電路32的非反相輸入，并且運(yùn)算放大器電路32的輸出連接點(diǎn)NMOS晶體管M32的柵極。此外，第二參考電壓Vr2被輸入到運(yùn)算放大器電路33的非反相輸入，并且運(yùn)算放大器電路33的輸出連接到NMOS晶體管M33的柵極。
第一電壓檢測器電路21和控制電路23使用第一電壓VI作為電源而操作,第二電壓檢測器電路22使用第二電壓V2作為電源而操作，并且充電控制電路3a使用DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出電壓Voutl作為電源而操作。
根據(jù)此配置，第一電壓檢測器電路21將指示來自第一 DC電源11的第一電壓VI是否大于或等于第一預(yù)定值的信號輸出到控制電路23。同樣地，第二電壓檢測器電路22將指示來自第二DC電源12的第二電壓V2是否大于或等于第二預(yù)定值的信號輸出到控制電路23。如果第二電壓檢測器電路22 檢測來自第二DC電源12的第二電壓V2大于或等于第二預(yù)定值，則控制電路23通過截止開關(guān)晶體管M21和同步整流晶體管M22兩者以便它們處于非傳導(dǎo)狀態(tài)來停止增加電壓。在此狀態(tài)下，來自第二 DC電源12的第二電壓 V2經(jīng)由二極管D22被輸入到充電控制電路3a，以便充電控制電路3a使用第二電壓V2作為電源對蓄電池10充電。在此情況下，即使第一電壓檢測器電路21檢測來自第一DC電源11的第一電壓VI大于或等于第一預(yù)定值，控制電路23也可以忽略從第一電壓檢測器電路21輸入到其處的檢測結(jié)果。
如果第二電壓檢測器電路22檢測第二電壓V2小于第二預(yù)定值，并且第一電壓檢測器電路21檢測第一電壓VI大于或等于第一預(yù)定值，則控制電路23通過例如進(jìn)行PWM控制對開關(guān)晶體管M21和同步整流晶體管M22互補(bǔ) 地進(jìn)行導(dǎo)通截止控制來增加第一電壓VI，以便與輸出電壓Voutl成比例的電壓Vfb等于設(shè)置的參考電壓Vref。增加后的電壓被輸出到充電控制電路3作為輸出電壓Voutl。結(jié)果，使用第一DC電源11作為電源對蓄電池10充電。
在此，通過劃分電池電壓Vbat獲得的分壓Vd被輸入到控制電路23?？?制電路23根據(jù)分壓Vd改變參考電壓Vref的值，以便DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出電壓Voutl例如比蓄電池10的電池電壓Vbat大0.2V。輸出電壓Voutl比蓄電池10的電池電壓Vbat大多少依賴于電阻器Rs和充電控制電路3a的充電晶體管M31的特性而變化。此外，如以上參考圖4所述，如果蓄電池10 的電池電壓Vbat小于或等于預(yù)定電壓，則控制電路23確定參考電壓Vref使得防止輸出電壓Voutl變成例如2.5V或更小。
此外，如果第一電壓檢測器電路21檢測第一電壓VI小于第一預(yù)定值，并且第二電壓檢測器電路22檢測第二電壓V2小于第二預(yù)定值，則控制電路 23通過截止開關(guān)晶體管M21和同步整流晶體管M22兩者以便它們處于非傳導(dǎo)狀態(tài)而停止增加電壓它們處于非傳導(dǎo)狀態(tài)。在此狀態(tài)下，來自第二DC電源12的第二電壓V2經(jīng)由二極管D22被輸入到充電控制電路3a。然而，充電控制電路3a不能保證足夠的電源用于對蓄電池10充電，以便基本停止對蓄電池10充電。
接下來，給出充電控制電路3a的操作的描述。
如果蓄電池20的電池電壓Vbat很低使得分壓Vd小于第一參考電壓 Vrl ，則運(yùn)算放大器電路32的輸出信號CV變成高(高電平信號)，使得NMOS 晶體管M32導(dǎo)通。運(yùn)算放大器電路33通過控制NMOS晶體管M33的操作來控制作為充電晶體管M31的漏極電流的充電電流ich,以便使得充電電流感測電路31的輸出信號Vsen等于第二參考電壓Vr2。即，對蓄電池10進(jìn)行利用充電晶體管M31的漏極電流的恒流充電。
如果分壓Vd大于或等于第一參考電壓Vrl,則運(yùn)算放大器電路32的輸出信號CV的電壓降低，使得運(yùn)算放大器電路32經(jīng)由NMOS晶體管M32控制充電晶體管M31,以便使得分壓Vd等于第一參考電壓Vrl。結(jié)果，進(jìn)行恒流充電。在恒壓充電的狀態(tài)下，與恒流充電時相比，充電晶體管M31的漏4 l 電流降低。因此。來自充電電流感測電路31的信號Vsen小于第二參考電壓 Vr2。結(jié)果，運(yùn)算放大器電路33的輸出信號CC變成高(高電平信號)，使得NMOS晶體管M33導(dǎo)通以處于傳導(dǎo)狀態(tài)。結(jié)果，結(jié)束了恒流充電，并進(jìn)行利用充電晶體管M31的漏極電流的恒壓充電。
如果在恒流充電期間控制電路23根據(jù)來自充電電流感測電路31的輸出信號Vsen，檢測到充電電流ich小于或等于預(yù)定值，則控制電路23通過截止開關(guān)晶體管M21和同步整流晶體管M22兩者而停止增加電壓。因此，如圖4 所示，如果未連接第二 DC電源12,則DC-DC轉(zhuǎn)換器2a的輸出電壓Voutl 變?yōu)镺V，使得停止通過充電控制電路3a對蓄電池10的充電。參考圖4，在恒壓充電時，充電電流ich變得小于或等于預(yù)定值，使得在輸出電壓Voutl 變成OV之前，NMOS晶體管M33截止而不傳導(dǎo)，并且充電晶體管M31截止而不傳導(dǎo)。此外，在連接了第二DC電源12并且第二電壓V2小于第二預(yù)定值的情況下，與第一電壓VI的值無關(guān)地，也停止對蓄電池10的充電。
因此，根據(jù)第二實施例的充電單元la，在并行使用第一DC電源11和由 AC適配器等形成的第二DC電源12的情況下，優(yōu)先使用來自第二DC電源 12的第二電壓V2來對蓄電池10充電。結(jié)果，能夠產(chǎn)生與上述第一實施例相同的效果，并且在使用燃料電池用于第一DC電源11的情況下，能夠降低燃料消耗。
在上述第二實施例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器2a不進(jìn)行第二電壓V2的輸出控制，并且僅控制增加第一電壓VI的操作?？商鎿Q地，根據(jù)本發(fā)明的第三實施例， DC-DC轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)第二電壓V2的值控制對充電控制電路3a的第二電壓 V2的l命出。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的充電單元lb的電路圖。在圖6 中，由相同的參考標(biāo)記表示與圖5相同的元件，并且省略其描述。
圖5與圖6之間的差別在于，在圖6中添加了 PMOS晶體管M41,其根據(jù)第二電壓檢測器電路22的第二電壓V2的檢測結(jié)果來控制對于充電控制電路3a的第二電壓V2的輸出。
參考圖6,對蓄電池10充電的充電單元lb包括形成升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器 (step-up switching regulator)的DC-DC轉(zhuǎn)換器2b;充電控制電路3a，其使用從DC-DC轉(zhuǎn)換器2b輸出的輸出電壓Voutl對蓄電池10進(jìn)行恒流、恒壓充電；第一DC電源11;以及第二DC電源12。 DC-DC轉(zhuǎn)換器2b、第一 DC 電源11和第二DC電源12可以形成電源電路。將第一電壓VI從第一 DC電源11輸入到DC-DC轉(zhuǎn)換器2b,并將第二電壓V2從第二 DC電源12輸入到DC-DC轉(zhuǎn)換器2b。
示出了在第二DC電源12未連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器2b的情況下在充電時 DC-DC轉(zhuǎn)換器2b的輸出電壓Voutl和蓄電池10的電池電壓Vbat中的變化的圖與圖4相同，因此省略。
DC-DC轉(zhuǎn)換器2b檢測第一電壓VI和第二電壓V2，并且如果第二電壓 V2小于預(yù)定值(也包括未輸入第二電壓V2的情況)，則DC-DC轉(zhuǎn)換器2b 中斷向充電控制電路3a輸出第二電壓V2,并如圖4所示增加第一電壓VI，并將增加的第一電壓VI輸出到充電控制電路3a,作為輸出電壓Voutl。此夕卜，如果第二電壓V2大于或等于第二預(yù)定值，則DC-DC轉(zhuǎn)換器2b停止增加第一電壓VI,并將第二電壓V2輸出到充電控制電路3a作為輸出電壓Voutl。充電控制電路3a使用從DC-DC轉(zhuǎn)換器2b輸入的電壓Voutl作為電源來操作，以便對蓄電池IO進(jìn)行預(yù)定的恒流、恒壓充電。
DC-DC轉(zhuǎn)換器2b包括開關(guān)晶體管M21、同步整流晶體管M22、用于反向電流保護(hù)的二極管D21和D22、感應(yīng)器L21、用于平滑的電阻器R21和輸出電容器Co、第一電壓檢測器電路21、第二電壓檢測器電路22、控制電路 23和PMOS晶體管M41。第一電壓檢測器電路21和控制電路23使用第一電壓VI作為電源而操作，第二電壓檢測器電路22使用第二電壓V2作為電源而操作，并且充電控制電路3a使用DC-DC轉(zhuǎn)換器2b的輸出電壓Voutl作為電源而操作。
只有在第二電壓V2小于第二預(yù)定值時，第二電壓檢測器電路22截止 PMOS晶體管M41，使得PMOS晶體管M41是非傳導(dǎo)的，并且如果第二電壓V2大于或等于第二預(yù)定值，則導(dǎo)通PMOS晶體管M41,使得PMOS晶體管M41傳導(dǎo)。其他操作與圖5的情況相同，因此省略其描述。
因此，^4居第三實施例的充電單元lb，在并行使用第一DC電源11和由 AC適配器等形成的第二DC電源12的情況下，優(yōu)先使用來自第二DC電源 12的第二電壓V2來對蓄電池10充電，并且如果第二電壓V2小于第二預(yù)定值(也包括未輸入第二電壓V2的情況)，則中斷向充電控制電路3a輸出第二電壓V2。結(jié)果，能夠產(chǎn)生與上述第二實施例相同的效果。
可以確定上述第二和第三實施例中的第二預(yù)定值以便是充電晶體管M31 的導(dǎo)通時電壓降、電阻器Rs的電壓降和充滿電的蓄電池10的電池電壓Vbat的和。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了向?qū)π铍姵爻潆姷某潆娍刂齐娐饭?yīng)
電源的電源電路，該電源電路包括第一直流電源，被配置用于生成并輸出預(yù)定第一電壓；以及DC-DC轉(zhuǎn)換器，被配置用于檢測蓄電池的電壓，將從第一直流電源輸入的第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池的電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的第一電壓輸出到充電控制電路。
另外，在該電源電路中，DC-DC轉(zhuǎn)換器可以是升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器。另外，該電源電路還可以包括第二直流電源，其被配置用于生成預(yù)定第二電壓，其中該DC-DC轉(zhuǎn)換器可以被配置用于如果第二電壓大于或等于預(yù)定值，則僅將第二電壓輸出到充電控制電路作為電源，并且用于如果第二電壓小于第二預(yù)定值，則將來自第一直流電源的第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的第一電壓和第二電壓輸出到充電控制電路作為電源。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種對蓄電池充電的充電單元，該充電單元包括充電控制電路，被配置用于對蓄電池充電；以及電源電路，被配置用于向充電控制電路供應(yīng)電源，其中，電源電路包括第一直流電源，被配置用于生成并輸出第一預(yù)定電壓；以及DC-DC轉(zhuǎn)換器，被配置用于檢測蓄電池的電壓，將從第一直流電源輸入的第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所;險測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的第一電壓輸出到充電控制電路。
另外，在充電單元中，該電源電路還可以包括第二直流電源，被配置用于生成預(yù)定第二電壓，其中該DC-DC轉(zhuǎn)換器可以被配置用于如果第二電壓大于或等于預(yù)定值，則僅將第二電壓輸出到充電控制電路作為電源，并且用于如果第二電壓小于第二預(yù)定值，則將來自第一直流電源的第一電壓轉(zhuǎn)換成根
據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的第一電壓和第二電壓輸出到充電控制電路作為電源。
另外，在該充電單元中，DC-DC轉(zhuǎn)換器可以是升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器。另外，在充電單元中，該電源電路還可以包括第二直流電源，被配置用于生成預(yù)定第二電壓，其中該DC-DC轉(zhuǎn)換器可以被配置用于如果第二電壓大于或等于預(yù)定值，則僅將第二電壓輸出到充電控制電路作為電源，并用于如果第二電壓小于第二預(yù)定值，則將來自第一直流電源的第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù) 所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的第一電壓和第二電壓輸出到充電控制電路作為電源。
另外，在充電單元中，該電源電路還可以包括第二直流電源，被配置用
于生成預(yù)定第二電壓，其中該DC-DC轉(zhuǎn)換器可以被配置用于如果第二電壓大于或等于預(yù)定值，則將第二電壓輸出到充電控制電路作為電源，并用于如果第二電壓小于第二預(yù)定值，則將來自笫一直流電源的第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的第一電壓輸出到充電控制電路作為電源。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種向?qū)π铍姵爻潆姷某潆娍刂齐娐?供應(yīng)電源的方法，該方法包括檢測蓄電池的電壓；以及將乂人第一直流電源輸入的第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換的第一電壓輸出到充電控制電路。
另外，在該方法中，如果來自生成和輸出第二電壓的第二直流電源的預(yù) 定第二電壓大于或等于第二預(yù)定值則可以僅將第二電壓輸出到充電控制電路作為電源，并且如果第二電壓小于第二預(yù)定值，則可以將來自第一直流電源的第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并可以將其與第二電壓一起輸出到充電控制電路作為電源。
另外，在該方法中，如果來自生成和輸出第二電壓的第二直流電源的預(yù) 定第二電壓大于或等于預(yù)定值，則可以將第二電壓輸出到充電控制電路作為電源，并且如果第二電壓小于第二預(yù)定值，則可以將來自第一直流電源的第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并可以將其輸出到充電控制電路作為電源。
因此，依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的向充電控制電路供應(yīng)電源的電源電路、具有該電源電路的充電單元以及向充電控制電路供應(yīng)電源的方法，檢測蓄電池的電壓，并將從第一直流電源輸入的預(yù)定第一電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將其輸出到充電控制電路。這使得能夠?qū)?蓄電池進(jìn)行恒流、恒壓充電。因此，能夠以高準(zhǔn)確性對充電條件很嚴(yán)格的鋰離子電池充電，使得能夠使用燃料電池或太陽能電池向充電控制電路供應(yīng)蓄電池電壓加上在充電時所需的最小電壓的電壓。結(jié)果，充電控制電路中的功率損耗顯著降低，使得能夠提高充電效率。
此外，在使用AC適配器等用于第二直流電源的情況下，在充電中優(yōu)選 AC適配器。因此，在使用燃料電池用于第一直流電源的情況下，能夠降低燃料電池的燃料消耗。
此外，根據(jù)向充電控制電路供應(yīng)電源的電源電路和具有該電源電路的充
電單元，在使用升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器用于DC-DC轉(zhuǎn)換器的情況下，能夠降低 DC-DC轉(zhuǎn)換器的電壓增加率，使得能夠致使DC-DC轉(zhuǎn)換器以高效率操作。因此，能夠進(jìn)一步增加充電效率。
本發(fā)明不限于具體公開的實施例，并且不脫離本發(fā)明的范圍可以做出變更和修改。
相關(guān)申請的交叉引用
本申請基于2007年2月14日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請No. 2007-033061，通過引用將其全部內(nèi)容合并于此。
權(quán)利要求
1. 一種電源電路，向?qū)π铍姵爻潆姷某潆娍刂齐娐饭?yīng)電源，所述電源電路包括直流電源，被配置用于生成并輸出預(yù)定電壓；以及DC-DC轉(zhuǎn)換器，被配置用于檢測所述蓄電池的電壓，將從所述直流電源輸入的所述預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到所述充電控制電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的電源電路，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于轉(zhuǎn)換從所述直流電源輸入的預(yù)定電壓并將其輸出，以便所述轉(zhuǎn)換后的電壓和所述所檢測的蓄電池電壓之間的差是預(yù)定值。
3. 如權(quán)利要求1所述的電源電路，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于響應(yīng)于所述蓄電池的電壓小于或等于預(yù)定值，與所述蓄電池的電壓無關(guān)地生成所述充電控制電路操作所需的預(yù)定最小電壓，并用于將生成的預(yù)定最小電壓輸出到所述充電控制電路。
4. 如權(quán)利要求1所述的電源電路，其中所述直流電源是生成并輸出所述預(yù)定電壓的燃料電池。
5. 如權(quán)利要求1所述的電源電路，其中所述直流電源是生成并輸出所述預(yù)定電壓的太陽能電池。
6. 如權(quán)利要求1所述的電源電路，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器是升壓開關(guān) 調(diào)節(jié)器。
7. 如權(quán)利要求1所述的電源電路，還包括附加直流電源，被配置用于生成預(yù)定附加電壓，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于響應(yīng)于所述附加電壓大于或等于預(yù) 定值，僅將所述附加電壓輸出到所述充電控制電路作為電源，并用于響應(yīng)于所述附加電壓小于相應(yīng)的預(yù)定值，將來自所述直流電源的所述預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓和所述附加電壓輸出到所述充電控制電路作為電源。
8. 如權(quán)利要求1所述的電源電路，還包括附加直流電源，被配置用于生成預(yù)定附加電壓，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于響應(yīng)于所述附加電壓大于或等于預(yù)定值，將所述附加電壓輸出到所述充電控制電路作為電源，并用于響應(yīng)于所述附加電壓小于相應(yīng)的預(yù)定值，將來自所述直流電源的所述預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到所述充電控制電路作為電源。
9. 如權(quán)利要求1所述的電源電路，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于響應(yīng)于從所述蓄電池的電壓檢測到所述蓄電池充滿電，停止轉(zhuǎn)換和輸出所述預(yù)定電壓。
10. —種充電單元，對蓄電池充電，所述充電單元包括充電控制電路，被配置用于對所述蓄電池充電；以及電源電路，被配置用于向所述充電控制電路供應(yīng)電源，其中，所述電源電路包括直流電源，被配置用于生成并輸出預(yù)定電壓；以及DC-DC轉(zhuǎn)換器，被配置用于檢測所述蓄電池的電壓，將從所述直流電源輸入的所述預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到所述充電控制電路
11. 如權(quán)利要求IO所述的充電單元，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于轉(zhuǎn)換并輸出從所述直流電源輸入的預(yù)定電壓，以便所述轉(zhuǎn)換后的電壓和所述所檢測的蓄電池電壓之間的差是預(yù)定值。
12. 如權(quán)利要求10所述的充電單元，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于響應(yīng)于所述蓄電池的電壓小于或等于預(yù)定值，與所述蓄電池的電壓無關(guān)地生成所述充電控制電路操作所需的預(yù)定最小電壓，并用于將生成的預(yù)定最小電壓輸出到所述充電控制電路。
13. 如權(quán)利要求IO所述的充電單元，其中所述直流電源是生成并輸出所述預(yù)定電壓的燃料電池。
14. 如權(quán)利要求IO所述的充電單元，其中所述直流電源是生成并輸出所述預(yù)定電壓的太陽能電池。
15. 如權(quán)利要求IO所述的充電單元，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器是升壓開關(guān)調(diào)節(jié)器。
16. 如權(quán)利要求IO所述的充電單元，其中所述電源電路還包括附加直流電源，被配置用于生成預(yù)定附加電壓，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于響應(yīng)于所述附加電壓大于或等于預(yù)定值，僅將所述附加電壓輸出到所述充電控制電路作為電源，并用于響應(yīng)于所述附加電壓小于相應(yīng)的預(yù)定值，將來自所述直流電源的所述預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù) 所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓和所述附加電壓輸出到所述充電控制電路作為電源。
17. 如權(quán)利要求IO所述的充電單元，其中所述電源電路還包括附加直流電源，被配置用于生成預(yù)定附加電壓，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于響應(yīng)于所述附加電壓大于或等于預(yù)定值，將所述附加電壓輸出到所述充電控制電路作為電源，并用于響應(yīng)于所述附加電壓小于相應(yīng)的預(yù)定值，將來自所述直流電源的所述預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到所述充電控制電路作為電源。
18. 如權(quán)利要求IO所述的充電單元，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置用于響應(yīng)于>^人所述蓄電池的電壓^r測到所述蓄電池充滿電，停止轉(zhuǎn)換和輸出所述預(yù)定電壓。
19. 如權(quán)利要求IO所述的充電單元，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器和所述充電控制電路被集成在單一 IC中。
20. —種向?qū)π铍姵爻潆姷某潆娍刂齐娐饭?yīng)電源的方法，所述方法包括..-險測所述蓄電池的電壓；以及將從直流電源輸入的預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到所述充電控制電路。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中轉(zhuǎn)換從所述直流電源輸入的預(yù)定電壓，以便所述轉(zhuǎn)換后的電壓和所述所檢測的蓄電池電壓之間的差是預(yù)定值，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到所述充電控制電路。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中響應(yīng)于所述蓄電池的電壓小于或等于預(yù)定值，與所述蓄電池的電壓無關(guān)地生成所述充電控制電路操作所需的預(yù) 定最小電壓，并將該預(yù)定最小電壓輸出到所述充電控制電路。
23. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中響應(yīng)于從生成并輸出預(yù)定附加電壓的附加直流電源輸入的附加電壓大于或等于預(yù)定值，僅將所述附加電壓輸出到所述充電控制電路作為電源，以及響應(yīng)于所述附加電壓小于相應(yīng)的預(yù)定值，將來自所述直流電源的所述預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將其與所述附加電壓一起輸出到所述充電控制電路作為電源。
24. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中響應(yīng)于從生成并輸出預(yù)定附加電壓的附加直流電源輸入的附加電壓大于或等于預(yù)定值，將所述附加電壓輸出到所述充電控制電路作為電源，以及響應(yīng)于所述附加電壓小于相應(yīng)的預(yù)定值，將來自所述直流電源的所述預(yù) 定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將其輸出到所述充電控制電路作為電源。
25. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中響應(yīng)于從所述蓄電池的電壓檢測到所述蓄電池充滿電，停止轉(zhuǎn)換和輸出所述預(yù)定電壓。
全文摘要
公開了一種向?qū)π铍姵爻潆姷某潆娍刂齐娐饭?yīng)電源的電源電路。所述電源電路包括直流電源，被配置用于生成并輸出預(yù)定電壓；以及DC-DC轉(zhuǎn)換器，被配置用于檢測所述蓄電池的電壓，將從所述直流電源輸入的所述預(yù)定電壓轉(zhuǎn)換成根據(jù)所檢測的蓄電池電壓的電壓，并將轉(zhuǎn)換后的電壓輸出到所述充電控制電路。
文檔編號H02M3/155GK101421901SQ200780012968
公開日2009年4月29日申請日期2007年12月4日優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者野田一平申請人:株式會社理光

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