专利名称：避免电容器过度充电的装置及方法
技术领域：
本发明有关于一种充电器，尤其指一种避免充电器对电容器过度充电的装置及方法。
背景技术：
请参照图1，其为公知充电器的电路示意图。充电器100包括充电电路110、分压器120、电容器130、比较器140及控制器150。请注意，分压器120并非一定要连接至整流二极管118的阴极，其亦可连接至整流二极管118的阳极。充电电路110包括变压器112，其用来接收输入电压Vin，并将输入电压Vin由低电压电平升至高电压电平；然后，该高电平电压会通过整流二极管118并对电容器130进行充电，其中电容器130的端点电压即为充电器100的输出电压。驱动器114接收由控制器150所送出的控制信号，并提供驱动电压至金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductorfield effect transistor，MOSFET)116，如此一来，驱动器114便可以驱动金属氧化物半导体场效应晶体管116并进而控制变压器112的开关状态(on/off state)。充电电路110的电路结构为回扫式结构(Flybackconfiguration)。分压器120包括两个串联的电阻器R1及R2，因此落在电阻器R2两端的压降小于输出电压Vout并与输出电压Vout成一比例，且用来作为反馈电压VFB。比较器140用来比较反馈电压VFB与预定参考电压Vref，当VFB达到预定参考电压Vref时，控制器150将送出控制信号使充电电路110停止充电。
下述范例将进一步解释充电器100的功能。一般而言，当照相机在执行闪光(flash)功能时，会先由输入电压(一般使用电池，其工作电压范围约为1.8V-5V)转换为高电平电压以对电容器130进行充电，由于执行闪光所需要的电容器电压高达300V，因此电容器130的目标电压便被设定为300V，亦即若参考电压Vref被设定为1V，则R2对R1的比值被设定为1/299。控制器150在接收启动信号(enable signal)后会送出控制信号至驱动器114，进而使得充电电路110开始对电容器130进行充电，而随着电容器130的电压值逐渐上升至目标电压300V，反馈电压VFB也将逐渐达到参考电压Vref(即电压值1V)。当电容器130经由充电而使其电压值达到300V时，反馈电压VFB将会等于300*[1/(1+299)]＝1V，而一旦反馈电压VFB达到参考电压Vref，比较器140便将送出指示信号至控制器150，因此当控制器150接收到指示信号时，将会送出控制信号以停止驱动器114，并将充电电路110关断(turned off)；同时，就绪信号(ready signal)亦会被送出以用来告知电容器130已完成充电(full charge)。以该作法，电容器130将可以被充电至适当电量；然而，假使电阻器R1为开路状态(open-circuited)或电阻器R2为短路状态(shorted)，则由于此时反馈电压VFB无法达到1V，会使得控制器150无法接收到由比较器140所送出的指示信号，如此一来，电容器130将会被持续充电，而当电容器电压超出电容器额定值(一般约为330V)时会损毁电容器，进而可能导致其他元件损害以及无法符合安全规范而产生危险。
发明内容
因此，本发明的目的的一在于提供一种控制一充电电路的装置及方法，以解决上述问题。
本发明的一实施例公开一种控制一充电电路的装置，包括一第一比较器、一第二比较器以及一控制器。该第一比较器耦接至该充电电路，用以接收一电压电平，并比较该电压电平与一参考电压电平以产生一第一指示信号。该电压电平对应于该充电电路的一输出电压。该第二比较器用以接收一控制值，并比较该控制值与一阀值以产生一第二指示信号。该控制器耦接至该充电电路、该第一比较器及该第二比较器，用以根据该第一指示信号及该第二指示信号以产生一控制信号，以此将该充电电路导通及关断，还用以根据该控制信号以产生该控制值。
本发明的一实施例还公开一种控制一充电电路的方法，包括比较一电压电平与一参考电压电平以产生一第一指示信号；比较一控制值与一阀值以产生一第二指示信号；根据该第一指示信号及该第二指示信号以产生一控制信号，用以将该充电电路导通及关断；以及根据该控制信号以产生该控制值。该电压电平对应于该充电电路的一输出电压。
本发明的一实施例还公开一种控制一充电电路的装置，包括一第一检测器、一第二检测器以及一控制器。该第一检测器耦接至该充电电路，用以于一第一时间点检测一电压电平，并产生与该第一时间点的该电压电平相对应的一第一指示值。该电压电平对应于该充电电路的一输出电压。该第二检测器耦接至该充电电路，用以于该第一时间点后的一第二时间点检测该电压电平，并产生与该第二时间点的该电压电平相对应的一第二指示值。该控制器耦接至该充电电路、该第一检测器及该第二检测器，用以接收该第一指示值及该第二指示值，还用以根据该第一指示值及该第二指示值以产生一控制信号，以此将该充电电路导通及关断。
本发明的一实施例另公开一种控制一充电电路的方法，包括于一第一时间点检测一电压电平，并产生与该第一时间点的该电压电平相对应的一第一指示值；于该第一时间点后的一第二时间点检测该电压电平，并产生与该第二时间点的该电压电平相对应的一第二指示值；以及根据该第一指示值及该第二指示值以产生一控制信号，以此将该充电电路导通及关断。该电压电平对应于该充电电路的一输出电压。
本发明的一实施例另公开一种控制一充电电路的装置，包括一第一检测器，耦接至该充电电路，用以于一第一时间点检测一反馈电压的电压电平，并产生与该第一时间点的该电压电平相对应的一第一指示信号，其中该反馈电压代表该充电电路的一输出电压；一比较器，将该反馈电压与一目标电平相比较，并从而输出一端点信号；以及一控制器，耦接至该充电电路、该第一检测器及该第二检测器，该控制器用以接收该第一指示信号及该端点信号，以产生一控制信号，以此将该充电电路导通及关断。
图1为公知充电器的电路示意图。
图2为本发明第一实施例的充电器的电路示意图。
图3为控制信号在一周期内的波形图。
图4为本发明第二实施例的充电器的电路示意图。
图5为就绪信号、启动信号及输出电压Vout于充电期间的波形图。
主要元件符号说明 100、200、400充电器 110 充电电路 112 变压器 114 驱动器 116 金属氧化物半导体场效应晶体管 118 整流二极管 120 分压器 130 电容器 140 第一比较器 150、210、410控制器 220 第二比较器 230 第三比较器 420 第一检测器 430 第二检测器
具体实施例方式 请参照图2，其为本发明第一实施例的充电器200的电路示意图。充电器200包括充电电路110、分压器120、电容器130、第一比较器140、控制器210、第二比较器220及第三比较器230。以功能上而言，图2的充电电路110、分压器120、电容器130及第一比较器140与图1中相对应的元件完全相同。第二比较器220及第三比较器230可由运算放大器来实现。在该实施例中，控制器210不仅可产生控制信号来控制充电电路110，还可提供控制值DM，其中控制值DM经由监控控制信号的工作周期(duty cycle)而产生。指示信号S1由第一比较器140所产生；第二比较器220比较控制值DM与预定阀值(threshold value)DS以产生对应的指示信号S2；以及第三比较器230比较反馈电压VFB与预定电压电平阀值VS以产生对应的指示信号S3。而后，控制器210便根据指示信号S1、S2及S3来送出控制信号以控制充电电路110的运作。
接下来将解释控制器210的功能。由于充电器200的电路结构为回扫式结构(Flyback configuration)，因此当电路稳定地工作时，变压器112在一完整周期的时间中的平均电压将等于零。请参照图3，其为控制信号在一周期(T)内的波形图。又，输出电压Vout及输入电压Vin满足如下所示的方程式[1]方程式[1] 方程式[2] 其中Vd1为落在整流二极管118的压降，N为变压器的圈数比(turnratio)，而Ton及Toff则分别为控制信号在一周期内的导通时间(on time)及关断时间(off time)，其中N＝Ns/Np，Ns为二次线圈数(secondary turns)，而Np为一次线圈数(primary turns)，而于Vd1通常约为0.5V-1V，因此可以被忽略不计。由方程式[1]、[2]可明显看出，当输出电压Vout增加时，控制信号的工作周期亦随的增加。再者，由图3可知，导通时间Ton与电压Vin的乘积(即区域A1)必须等于关断时间Toff与电压(Vout+Vd1)/N的乘积(即区域A2)。假设N＝20、Vin＝3V且Ton＝3.3μs，当输出电压Vout充电至100V时，关断时间Toff将等于1.98μs，这表示控制信号的工作周期(即控制值DM)将等于62.5％。换言的假使控制值DM等于62.5％，则反馈电压VFB必须等于100*[1/(1+299)]＝0.333V，其中电阻器R2对电阻器R1的电阻值比为1/299，此时，电压电平阀值VS被设定为0.333V，因此，当第二比较器220所产生的指示信号S2显示控制值DM达到阀值DS且第三比较器230所产生的指示信号S3显示反馈电压VFB未达到电压电平阀值VS时，控制器210将会送出控制信号以使充电电路110禁用(disable)。然而，由于输入电压Vin一般由电池所提供，因此需考虑电池的最低工作电压Vin(min)，此时电压电平阀值VS必须加以调整。又，电压电平阀值VS必须遵循下述方程式方程式[3] 其中Vin(min)为输入电压Vin的最小可能电压(possible minimumvoltage)。假使Vin(min)等于1.8V、N＝20、R2/R1＝1/299且阀值DS被设定为62.5％，则根据方程式[3]，VS必须被设定为小于0.2V，因此我们可以选用丨个适合的电压电平阀值VS，例如0.075V。如此实施例所述，一旦控制值DM达到阀值DS(即62.5％)，而反馈电压VFB仍小于电压电平阀值VS(即0.075V)，分压器120将被视为功能异常，且此时充电电路110会切入禁用状态，因此，通过监控反馈电压VFB及驱动信号的工作周期DM，可以在电阻器R1为开路状态(open-circuited)、电阻器R2为短路状态(shorted)或两种情形同时发生时，避免电容器130被过度充电。
请参照图4，其为本发明第二实施例的充电器400的电路示意图。除了充电电路110、分压器120、电容器130及比较器140(以功能上而言，这些元件类似于图1中相对应的元件)以外，充电器400还包括控制器410、第一检测器420及第二检测器430。请参照图5，其为就绪信号(ready signal)、启动信号(enable signal)及输出电压Vout于充电期间的波形图。在时间点t1时，控制器410所接收到的启动信号(如虚线所示)会升高，此时控制器410所输出的控制信号会将充电电路110导通(turned on)。接着，输出电压Vout(如细实线所示)会开始增加，而在时间点t2时，输出电压Vout会达到目标电平，此时就绪信号(如粗实线所示)将由低逻辑电平升至高逻辑电平，而控制器410将根据比较器140所产生的指示信号S1来送出控制信号以使充电电路110禁用。
观察输出电压Vout后可明显看出，其曲线呈现出单一方向增加的形态，代表对输出电压Vout进行取样时，时间较晚的取样值必然会大于时间较早的取样值，所以根据该特性，便可以经由监控输出电压Vout来检测出异常的充电程序。请回到图4，其中反馈电压VFB反馈至第一检测器420及第二检测器430，第一检测器420于第一时间点检测反馈电压VFB以产生第一指示值，其中第一指示值显示于第一时间点所检测到的反馈电压VFB；接着，第二检测器430于第一时间点后的第二时间点检测反馈电压VFB以产生第二指示值，其中第二指示值显示于第二时间点所检测到的反馈电压VFB。而后，第一指示值及第二指示值将会被传送至控制器410，控制器410进一步比较这两个指示值并据以产生控制信号。又，根据上述输出电压Vout的特性，第二指示值基本上必须大于第一指示值，因此，当第二指示值小于第一指示值时，控制器410会送出控制信号以使充电电路110禁用。如此一来，通过检测并比较不同时间点的反馈电压VFB，可以在电阻器R1为开路状态、电阻器R2为短路状态或两种情形同时发生时，避免电容器130被过度充电。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种控制一充电电路的装置，包括
一第一检测器，耦接至该充电电路，用以于一第一时间点检测一电压电平，并产生与该第一时间点的该电压电平相对应的一第一指示值，其中该电压电平对应于该充电电路的一输出电压；
一第二检测器，耦接至该充电电路，用以于该第一时间点后的一第二时间点检测该电压电平，并产生与该第二时间点的该电压电平相对应的一第二指示值；以及
一控制器，耦接至该充电电路、该第一检测器及该第二检测器，用以接收该第一指示值及该第二指示值，还用以根据该第一指示值及该第二指示值以产生一控制信号，以此将该充电电路导通及关断。
2.如权利要求1所述的装置，其中每一电压电平小于该充电电路的该输出电压并与该充电电路的该输出电压成一比例。
3.如权利要求1所述的装置，其中当该第一指示值大于该第二指示值时，该控制器产生该控制信号以使该充电电路禁用。
4.如权利要求1所述的装置，其中该充电电路具有一回扫式结构。
5.一种控制一充电电路的方法，包括
于一第一时间点检测一电压电平，并产生与该第一时间点的该电压电平相对应的一第一指示值，其中该电压电平对应于该充电电路的一输出电压；
于该第一时间点后的一第二时间点检测该电压电平，并产生与该第二时间点的该电压电平相对应的一第二指示值；以及
根据该第一指示值及该第二指示值以产生一控制信号，以此将该充电电路导通及关断。
6.如权利要求5所述的方法，其中每一电压电平小于该充电电路的该输出电压并与为该充电电路的该输出电压成一比例。
7.如权利要求5所述的方法，其中当该第一指示值大于该第二指示值时，该控制信号使该充电电路禁用。
8.一种控制一充电电路的装置，包括
一第一检测器，耦接至该充电电路，用以于一第一时间点检测一反馈电压的电压电平，并产生与该第一时间点的该电压电平相对应的一第一指示信号，其中该反馈电压代表该充电电路的一输出电压；
一比较器，将该反馈电压与一目标电平相比较，并从而输出一端点信号；以及
一控制器，耦接至该充电电路、该第一检测器及该第二检测器，该控制器用以接收该第一指示信号及该端点信号，以产生一控制信号，以此将该充电电路导通及关断。
9.如权利要求8所述的装置，包括
一第二检测器，耦接至该充电电路，用以于该第一时间点后的一第二时间点检测该电压电平，并产生与该第二时间点的该电压电平相对应的一第二指示信号。
10.如权利要求9所述的装置，其中，如果由该第一指示信号代表的电压电平小于由该第二指示信号代表的电压电平，则该控制器使该充电电路禁用。
全文摘要
本发明提供一种控制应用于一电容器的一充电电路的装置及方法。该装置包括一第一比较器、一第二比较器及一控制器。该第一比较器耦接至该充电电路，用以接收一电压电平，并比较该电压电平与一参考电压电平以产生一第一指示信号。该电压电平对应于该充电电路的一输出电压。该第二比较器用以接收一控制值，并比较该控制值与一阀值以产生一第二指示信号。该控制器耦接至该充电电路、该第一比较器及该第二比较器，用以根据该第一指示信号及该第二指示信号以产生一控制信号，以此将该充电电路导通及关断，还用以根据该控制信号以产生该控制值。
文档编号H02M3/04GK101394133SQ20081016198
公开日2009年3月25日 申请日期2006年7月5日 优先权日2006年1月13日
发明者庄明男, 朱益杉 申请人:通嘉科技股份有限公司