专利名称：控制电池放电用的方法和电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制电池放电用的方法和电路，并涉及按照本方法运行的设备，具体地，但不是排他地，涉及诸如无线电寻呼机的便携通信装置和遥测模块的应用。
背景技术：
为了便于说明，将参考无线电寻呼机来叙述本发明。无线电寻呼机电路都设计成低功耗的，以使电池寿命较长。此外，无线电寻呼机可依照诸如CCIR无线电寻呼码No.1的协议(又称为POCSAG)工作，它包括有省电特性，使得寻呼机在大部分时间内关断其电路的大部分。例如，寻呼机中的无线电接收机周期性地工作以对信道上的呼叫采样，只在这个时间内它消耗电源，比如5mA的电流，而在其余时间内它是关断的。无线电寻呼机中也包括某些消耗较大电流的电路，例如声音报示器消耗大约100mA电流，振动报示器消耗大约30mA电流，但这些电路只是不常地启动的。
在电池技术的开发中已经生产出功率容量增大了的一些电池，例如某些新的AAA规格的电池达到2AHr(安时)，而常规的AAA电池为1AHr。然而，对这类新电池技术为了获得充分的功率得益，由于在电池内部发生的化学能量转换过程的关系，必需使该种电池工作在比较高的电流水平上。所以，当此类电池应用于低电流场合中时，并不能获得其电池有增强的功率容量的充分得益，从而电池寿命过早地缩短。
本发明公开的内容本发明的一个目的是增强电池寿命。
按照本发明的一个方面，提供出一种方法来控制电池中电能的放电进入一个应用电路中，其过程包括a)使电池能量间断地传递到一个电能存储器上；b)使电能存储器中的能量传递到一个电压调节器上；以及c)使电压调节器上的能量传递到一个应用电路中，这里，流过电压调节器的峰值电流要小于流过电池的峰值电流。
于是，从电池中抽取出比较高的脉冲电流将转变成自电压调节器和应用电路中抽取出的比较低的电流。
按照本发明的第二方面，提供出一种方法来控制电池中电能的放电进入一个应用电路中，它包含有一个使电池能量传递到一个电能存储器中的装置；一个使电能存储器中的能量传递到一个电压调节器上的装置；以及一个使电压调节器上的能量传递到一个应用电路中的装置；这里，流过电压调节器的峰值电流要小于流过电池的峰值电流。
本发明的一个实施例中，提供出一个装置使电池能量周期性地传递到电能存储器中。这样，电能存储器可保持在充电状态下，准备好为电压调节器和应用电路供给电流。
本发明的另一个实施例中，提供出一个装置，当电压调节器输入端上的电压跌落到一个预定电平之下时，使电池能量传递到电能存储器中。这样，只当电能存储器被电压调节器和应用电路抽取电流而能量要耗尽时，才从电池中抽取电流。
如果需要，可以提供出一种装置用于测量在电压调节器输入端上的电压于两个预定电压电平之间变化所经历的时间，当所述时间符合于一个预定的准则时，便使电池中抽取出的电流旁通到电能存储器上。
按照本发明的第三方面，提供出一个电路来控制电池电能的放电进入一个应用电路，它包含有一个与电池连接的装置；与该电池连接装置相耦合的一个第一切换装置，使得电池给出的电流能流动或不能流动；一个控制该第一切换装置之工作的控制装置，使电池给出的电流间断地流通；一个与第一切换装置相连接的电能存储器，用于存储由电池传递来的能量；一个与电能存储器相连接的电压调节器，用于从电能存储器中抽取电流，所述电流其峰值小于从电池上流通至电能存储器中之电流的峰值；以及一个使电压调节器的输出端连接至一个应用电路上的装置，由它从电压调节器上抽取电流。
附图的简要说明现在，参考附图，借助于示例来说明本发明，其中，
图1是一个方框图，示明一个无线电寻呼机的实施例，它包括有一个按照本发明制作的电池放电控制电路；
图2A和图2B分别示明在电能存储器充电和放电工作期间作为时间t之函数的电流I的波形和电压V的波形。
实现本发明的模式在图1中，为明晰起见，携载信息信号或控制信号的连接线以点划线表示，携载电功率的连接线以实线表示。
参考图1，无线电寻呼机中包括有连接在无线电接收机2(例如是菲利浦的UAA3500型集成电路)上的天线1，无线电接收机2连接至处理器4上。处理器4与下列电路相连接可编程存储器(ROM)5，易失性存储器(RAM)6，电压调节器7，消息存储器(EEPROM)8，LCD显示器驱动器9，声音报警发生器10，振动报警器11，LCD显示器用的背景照明器12，用户界面用的键钮13，充电控制开关14，低电压电平检测器15，高电压电平检测器16，以及旁通转接开关17。这些电路方框中的某一些包含在诸如是菲利浦PCD5007型微控制器的集成电路3内，它们有处理器4、可编程存储器5、易失性存储器6和电压调节器7。电压调节器是一个直流-直流变换器，它提供出多种输出电压，包括一个升压电压。工作中，处理器4控制充电控制开关14的断开或闭合，并控制旁通转接开关17之两个输入端的哪一个连接至该旁通转接开关17的输出端上。
无线电寻呼机由电池18供电。该无线电寻呼机的某些部件也即是声音报警发生器10、振动报警器11和背景照明器12，直接连接至电池18上。另外一些寻呼机部件也即是无线电接收机2、消息存储器8、LCD显示器驱动器9、处理器4、可编程存储器5和易失性存储器6，通过电压调节器7得到供电。
此外，充电控制开关14连接至电池18上。当受到处理器4的控制而充电控制开关14处于闭合位置时，电流可通过此开关流动。充电控制开关14的输出端连接至低电压电平检测器15、高电压电平检测器16、电能存储器19(图1中由一个电容器来表示)和旁通转接开关17的一个输入端17A上。旁通转接开关17的第二输入端17B连接至电池18上。旁通转接开关17的输出端连接至电压调节器7的输入端上。
图1中概略地示出的充电控制开关14是一个简单的机械开关，但实际上可以应用一个电子开关电路(例如是摩托罗拉的MOSFET晶体管MTD3302)来实现，它能够省电地进行切换。类似地，旁通转接开关17可以由一个电子开关电路来实现。
可以合适地将充电控制开关14、低电压电平检测器15、高电压电平检测器16、电能存储器19和旁通转接开关17组合起来，定义为一个预调节器电路20。虽然，为了简明起见在图1中未示明，但预调节器电路20的部件是由电压调节器7供电的。
参考图2A，电流IB是从电池中抽取出的、比较高的脉冲电流，电流IA是由寻呼机电路2、4、5、6、8和9从电压调节器7中并因而是由电压调节器7从电能存储器19中抽取出的、比较低的连续电流。(实际上，如上面所述，无线电寻呼机中的接收机是周期性地启动的，这使得电流IA有变化。然而，为了简明起见，本发明的说明中假定无线电寻呼机是连续地运行的，就象它在接收消息期间的情况那样，在此场合下，电流IA实质上是恒定的。)参考图2B，电能存储器19上的电压V在由电池18抽取出的电流向该电能存储器19充电的时间期TC内快速地增大，而在电压调节器7和各应用电路从电能存储器19中抽取电流也即使电能存储器19放电的时间期TD内，电压V是缓慢地减小的。
现在，参考图1、图2A和图2B说明预调节器电路20的工作。假定初始状态中充电控制开关14是闭合的，电能存储器19未充电，而旁通转接开关17设定为电能存储器19是连接到电压调节器7上的。电能存储器19将开始被电池18充电。由于充电电路电阻低而充电快速进行，将有一个比较大的电流流动，例如100mA。当电能存储器19上的电压高到足够驱动寻呼机电路2、3、8、9时，寻呼机电路将从电能存储器19中抽取电流。由于寻呼机电路是优化地工作于低功耗状态的，所以寻呼机电路抽取的电流是比较小的，例如5mA。
电能存储器19的充电继续进行，直至高电压电平检测器16检测到电能存储器19上的电压超过一个预定的高电压电平LU，这时它通知处理器4，由处理器4施加控制来断开充电控制开关14，该动作将结束充电过程。
在充电结束后，寻呼机电路2、3、8、9通过从电能存储器19中抽取电流而将继续工作，由此使电能存储器19放电。
由于寻呼机电路2、3、8、9抽取电流，电能存储19上的电压将比较慢地降低。当低电压电平检测器15检测到该电压跌落至一个预定的低电压电平LL之下时，它通知处理器4，处理器4将施加控制来闭合充电控制开关14，该动作便重新启动充电过程。
如图2A和图2B中所示，在寻呼机电路抽取电流的同时，再充电和放电过程反复进行。
在一种未示例出的预调节器电路20的变型中，不采用低电压电平检测器15来启动电能存储器19的再充电，可以省略掉低电压电平检测器15，而是由处理器4周期性地闭合充电控制开关14。
在另一种未示例出的预调节器电路20的变型中，不采用高电压电平检测器16来结束电能存储器19的再充电，可以省略掉高电压电平检测器16，而是由处理器14周期性地断开充电控制开关14。
当电池接近其可用寿命的终点时，其电压下降，且其内阻增加。结果，对电能存储器19再充电所用的时间加长。如果需要，通过监测高、低电压电平检测器15和16(或者另一种方法是未示例出的两个附加的电压电平检测器)输出端上的电压，由处理器4检知这种再充电时间的劣化变长，当电能存储器19在两个预定的电平(这种电平可以不同于电平LU和LL)之间进行再充电经历的时间符合于一个预定的准则时，处理器4便对旁通转接开关17施加控制，使得寻呼机电路2、3、8、9直接从电池18中抽取电流，旁通掉电能存储器19，由此回复到电池18的常规运行状态。(取决于应用电路，处理器4可能需要选取对再充电时间进行测量的时间，以保证应用电路的抽取电流并不显著影响再充电时间。)如果一种特定的实施例中不要求旁通功能，则旁通转接开关17可以省略。此外，作为另一种对于电能存储器19的旁通做法，处理器4可以保持充电控制开关14于闭合位置上，在此场合下，旁通转接开关14可以省略。
在另一种未示出的预调节器电路20的变型中，当应用传统类型的电池向本实施例供电、并若在使用电能存储器19中得不到什么益处时，可以应用旁通转接开关17来旁通掉电能存储器19。
普通技术人员将知道，可以应用另外的电子电路布置来实现本发明所需求的功能。例如，并不是必需应用一个处理器来对充电控制开关14和旁通转接开关17施加控制的，又例如，电能存储器可以用其他布置方式。再有，例如是不实施多个电压电平检测器电路，可以应用单一个模-数变换器，而电平检测在处理器内实现。设计人员对于一个实施例选择的先进程度是要在成本、复杂性和电源效率之间作出兼顾。
虽然，已经参考无线电寻呼机说明了本发明，但本发明也同等地能够应用于其他的由低功率电池运行的电子设备上，诸如蜂窝电话和无绳电话以及遥测块等。
本说明书和权利要求书中，位于各个单元前的名词“一个”并不排除可能存在多个此类单元。此外，名词“包含”并不排除在所列出单元之外的其他单元或步骤的存在。
阅读本发明，本技术领域内的普通技术人员显然知道别的修改。此类修改可包罗及在设计、制造和使用低电流电源和部件中已知的其他特性，并应用来对这里已经说明的特性作出取代或附加。
工业应用性便携式电池供电的装置，诸如无线电寻呼机或遥测模块。
权利要求
1.一种对将电池电能放电到一个应用电路进行控制的方法，包含有步骤a)使电池能量间断地传递到一个电能存储器上；b)使电能存储器中的能量传递到一个电压调节器上； 以及c)使电压调节器上的能量传递到一个应用电路中，这里，从电池流出的峰值电流要大于流入电压调节器的峰值电流。
2.权利要求1的方法，其特征是使电池周期性地将能量传递给电能存储器。
3.权利要求1的方法，其特征是检测到当电压调节器输入端上的电压跌落至一个预定电平之下时，响应于这一电压跌落至该预定电平之下，使电池能量传递到电能存储器上。
4.权利要求1、2或3的方法，其特征是测量在电压调节器输入端上的电压于两个预定电压电平之间变化所经历的时间，并对所述时间符合于一个预定的准则起响应，使得从电池中抽取出的电流旁通到电能存储器上。
5. 一种使电池电能的放电进入一个应用电路进行控制的控制电路， 包含有一个使电池能量传递给一个电能存储器的装置；一个使电能存储器中的能量传递给一个电压调节器的装置；一个使电压调节器的能量传递给一个应用电路的装置；这里，流入电压调节器的峰值电流要小于从电池中抽取出的峰值电流。
6.一种对使电池电能放电进入一个应用电路进行控制的控制电路，包含有一个与电池连接的装置；与该电池连接装置相耦合的一个第一切换装置，使得电池给出的电流能流动或不能流动；一个控制该第一切换装置之工作的控制装置，使电池给出的电流间断地流通；一个与第一切换装置相连接的电能存储器，用于存储由电池传递来的能量；一个与电能存储器相连接的电压调节器，用于从电能存储器中抽取电流，所述电流其峰值小于从电池流通至电能存储器中之电流的峰值；以及一个使电压调节器的输出端连接至一个应用电路上的装置，由它从电压调节器上抽取电流。
7.权利要求5或6的电路，其特征在于，间断电流的流动是周期性的。
8.权利要求5或6的电路，其特征是连接上电压检测装置来监测电压调节器的输入端，所述电压检测装置的输出端连接至控制装置上，控制装置借此确定出，所监测的电压是否高于或低于一个预定的低电平以及是否高于或低于一个预定的高电平，对此起响应，由控制装置操纵第一切换装置，当所述监测的电压跌落至预定的低电平之下时使电池能量传递到电能存储器中，而当所述监测的电压增大至预定的高电平之上时使电池能量不传递到电能存储器中。
9.权利要求5、6、7或8的电路，其特征是有一个转接电路用的第二切换装置，它包含一个连接至电能存储器输出端上的第一输入端，一个连接至电池上的第二输入端、以及一个连接至电压调节器输入端上的输出端；并包含一个用于控制该转接用第二切换装置之工作的控制装置，所述控制装置中具有一个装置来测量电压调节器输入端上的电压在两个预定电压电平之间变化所经历的时间，并对所述时间符合于一个预定的准则起响应，所述控制装置操纵转接用第二切换装置使其输出从其第一输入端切换至其第二输入端上。
10.一种装置，它具有由电池供电的一个应用电路，所述装置的特征是具有按照本发明权利要求书1至4任一方法控制电池电能的放电的装置。
全文摘要
一种电源电路,包含有一个预调节器电路(20),其中包括一个电能存储器(19)。一个控制电路(4),控制电池(18)上流出的电流,向电能存储器(19)提供一个间断电流的电源,再从电能存储器(19)上向电压调节器(7)和应用电路(2、4、5、6、8和9)供给电流。当需要时,例如当电池趋近其可用寿命的终点时,为使电池效率最大化,可以旁通掉该电能存储器。
文档编号H02J7/34GK1337080SQ00802678
公开日2002年2月20日 申请日期2000年10月19日 优先权日1999年11月11日
发明者D·R·S·阿尔特哈姆 申请人:皇家菲利浦电子有限公司