电子式负载切换架构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型是有关于一种电子式负载切换架构，尤其是利用多个晶体管及/或多个二极管取代继电器以实现不同电气回路的电子切换功能。
【背景技术】
[0002]随着各种可携式电子装置的日益普遍，比如手机、平板电脑、笔记本电脑、电动游戏器、蓝牙耳机、影音播放机、遥控器、无线鼠标、无线键盘等等，提供电力来源的电池也愈为重要，尤其是需要能长时间工作且充放电次数愈多的高性能二次电池，比如轻、薄、短、小的高容量二次锂电池。
[0003]二次电池的充放电特性非常重要，包括充电的电流、电压及时间，放电的电流、电压及时间，通常是在放电能力下降到默认值时启动充电程序，并在充电达到饱合时启动放电程序。由于电池本身的电化学特性，常常需要在充电启始阶段使用较大的充电电压或较大的充电电流，直到电池稳定后，以定电压或定电流充电，等到接近饱合时，需要以较低的电流进行最后的充电步骤。对于放电程序，一般为定电流、定电压或定电阻放电，视实际需求而定。因此，整个充放电过程中，电池本身所感测到的外部电阻会随着时间而适当变化，亦即电池的负载为变动值，而非固定值。
[0004]实务上，业界测试二次电池的充放电是使用具有主动改变负载的负载切换架构，其主要架构可参考图1，为现有技术负载切换架构的示意图。在图1中，现有技术的负载切换架构包括输入整流单元QR、控制器11、控制晶体管13、分流元件15、第一继电器G1、第二继电器G2、第三继电器G3、第四继电器G4、保护元件FU，并由控制器11控制输入整流单元QR、控制晶体管13、分流元件15、第一继电器G1、第二继电器G2、第三继电器G3、第四继电器G4为导通或关闭，进而形成充电回路及放电回路。
[0005]具体而言，充电回路包含依序相互连接的输入整流单元QR、控制晶体管13、分流元件15、第一继电器G1、保护元件FU、电池BTT及第四继电器G4，并由控制器11控制成导通，如图中的充电方向Dl所示，同时第二继电器G2、第三继电器G3为关闭，使得外部电源单元20提供外部电源PWR而对电池BTT进行充电。
[0006]此外，放电回路包含依序相互连接的第二继电器G2、控制晶体管13、分流元件15、第三继电器G3及电池BTT，如图中的放电方向D2所示，并由控制器11控制成导通，同时第一继电器Gl及第四继电器G4为关闭，提供放电路径给电池BTT。
[0007]上述第一继电器G1、第二继电器G2、第三继电器G3、第四继电器G4—般为继电器，主要是藉切换不同机械式的接触点而达到导通或关闭。
[0008]然而，现有技术继电器的主要缺点为机械接点的使用次数有限制，且机械接点的切换速度相当低，尤其是，充电及放电回路在瞬间断路时，常常会发生危险的高压电弧，影响操作的安全性。
[0009]因此，很需要一种电子式负载切换架构，利用晶体管实现切换元件，解决传统式继电器机械接点的使用次数限制，并可避免在瞬间切断充电回路或放电回路时发生高压电弧，改善电气操作的安全性，藉以解决上述现有技术的问题。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型的主要目的在于提供一种电子式负载切换架构，包括输入整流单元、控制单元、第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第四切换元件、第五切换元件、第一保护元件以及第二保护元件，用以形成充电回路及放电回路，其中输入整流单元、第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第四切换元件、第五切换元件是由控制单元控制，藉以切换充电回路、放电回路，且充电回路是提供外部电源单元对电池进行充电，而且电池可利用放电回路进行放电，其中外部电源单元、输入整流单元、控制单元、第一切换元件、第二切换元件、第一保护元件、电池、第四切换元件形成充电回路，而第二保护元件、第五切换元件、控制单元、第三切换元件、电池形成放电回路。
[0011]上述第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、第四切换元件、第五切换元件是由晶体管实现，比如金氧半(MOS)晶体管，因而解决传统式继电器机械接点的使用次数限制，并提高切换速度，同时可避免在瞬间切断充电回路或放电回路时发生高压电弧，改善电气操作的安全性。
【附图说明】
[0012]图1为显示现有技术负载切换架构的示意图；
[0013]图2为显示本实用新型第一实施例电子式负载切换架构的系统示意图；
[0014]图3为显示本实用新型第一实施例电子式负载切换架构的另一示范性系统示意图；
[0015]图4为显示本实用新型第二实施例电子式负载切换架构的系统示意图；以及
[0016]图5为显示本实用新型第二实施例电子式负载切换架构的另一示范性系统示意图。
[0017]其中，附图标记说明如下:
[0018]10控制单元
[0019]11控制器
[0020]13控制晶体管
[0021]15 分流元件(SHUNT)
[0022]20外部电源单元
[0023]BTT 电池
[0024]Dl充电方向
[0025]D2 放电方向
[0026]Fl第一保护元件
[0027]F2第二保护元件
[0028]FU保护元件
[0029]Gl第一继电器
[0030]G2第二继电器
[0031]G3第三继电器
[0032]G4第四继电器
[0033]PffR外部电源
[0034]QR输入整流单元
[0035]Sffl第一切换元件
[0036]SW2第二切换元件
[0037]SW3第三切换元件
[0038]SM第四切换元件
[0039]SW5第五切换元件
【具体实施方式】
[0040]以下配合图式及元件符号对本实用新型的实施方式做更详细的说明，以使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
[0041]首先，请参考图2，为本实用新型第一实施例电子式负载切换架构的系统示意图。如图2所示，依据本实用新型第一实施例的电子式负载切换架构主要是包括输入整流单元QR、控制单元10、第一切换元件SW1、第二切换元件SW2、第三切换元件SW3、第四切换元件SW4、第五切换元件SW5、第一保护元件Fl以及第二保护元件F2，用以提供电池BTT进行放电，或由外部电源单元20对电池BTT进行充电，亦即等效上是以动态切换方式提供电子式负载给电池BTT。进一步，控制单元10包括控制器11、控制晶体管13以及分流元件(SHUNT) 15，且输入整流单元QR、第一切换元件SW1、第二切换元件SW2、第三切换元件SW3、第四切换元件SW4、第五切换元件SW5的闸极是由控制器11所控制，且控制器11进一步控制控制晶体管13的闸极以及分流元件15，藉以提供充电回路及放电回路。
[0042]上述输入整流单元QR、第一切换元件SW1、第二切换元件SW2、第三切换元件SW3、第四切换元件SW4、第五切换元件SW5可由晶体管实现，比如具有较快切换速度及较低消耗功率的金氧半(MOS)晶体管，或者输入整流单元QR、第二切换元件SW2及第五切换元件SW5可为二极管，其中要注意的是，图2的实施例是使用晶体管以构成输入整流单元QR、第一切换元件SW1、第二切换元件SW2、第三切换元件SW3、第四切换元件SW4、第五切换元件SW5。
[0043]此外，电池BTT为可多次充放电的二次电池。
[0044]具体而言，外部电源单元20的正极、输入整流单元QR、控制晶体管13、分流元件15、第一切换元件SWl、第二切换元件SW2、第一保护元件F1、电池BTT的正极、电池BTT的负极、第四切换元件SW4及外部电源单元20的负极是依序连接而形成充电回路，如图中的充电方向Dl所示，其中输入整流单元QR、控制晶体管13、分流元件15、第一切换元件SW1、第二切换元件SW2、第四切换元件SW4是由控制器11控制成导通，同时第三切换元件SW3及第五切换元件SW5为关闭。因此，外部电源单元20可提供外部电源PWR，并利用充电回路而对电池BTT充电。
[0045]此外，电池BTT的正极、第二保护元件F2、第五切换元件SW5、控制晶体管13、分流元件15、第三切换元件SW3及电池BTT的负极是依序连接而形成放电回路，如图中的放电方向D2所示，并由控制器11将第五切换元件SW5、控制晶体管13、分流元件15、第三切换元件SW3控制成导通，且第一切换元件SW1、第二切换元件SW2、第四切换元件SW4为关闭，使得电池BTT可利用放电回路而放电，亦即放电回路当作电池BTT的负载回路。
[0046]本实用新型的电子式负载切换架构可利用适当切换充电回路及放电回路，藉以测试电池BTT的充电、放电特性，或检验电池BTT的电