快速充电装置及其方法

专利名称：快速充电装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种快速充电装置及其方法，尤其是利用限流控制单元以提高限流电 压电源对超级电容的充电效率。
背景技术：
超级电容(Supercapacitor或Ultracapacitor)又名法拉电容，具有超高电容值 的特性。与只能提供微法拉(microfarad)范围电容值的传统介电电容比较，超级电容一 般可达数法拉至十几法拉，且具有体积小的优点，因此具有实用性的储能功能，尤其适合提 供瞬时高功率的高电流，以补偿一般电池无法提供瞬间高电流的缺点。此外，超级电容的 工作温度范围可达-40°C 85°C，远大于二次电池约0°C 40°C的使用温度，或一般电池 约-20°C 60°C的使用温度。目前，超级电容被广泛的应用于智能三用电表、摇控发射机、音讯驱动器、太阳能 灯、玩具、电磁阀、发光二极管(LED)显示器、电动车、混合动力车、汽车音响、电动工具、风 力发电设备、不断电系统(Uninterruptible Power Supply，UPS)、峰值功率补偿等设备上。对于储能应用领域，超级电容需与电池配合使用，其中电池提供平均功率给负载， 同时负责对超级电容充电，而超级电容可将所储存的电能瞬间放电至负载，使负载获得瞬 间大电流。比如电池提供手机通信所需的功耗，而超级电容提供手机驱动喇叭所需的电力， 以解决喇叭在被驱动时，因瞬间高功率的功耗所产生的低频噪声而产生杂音，影响手机通 话的播音质量。通用序列总线(USB)是目前相当主流的计算机连接接口，该接口具有5V的电源， 因此常常被利用来当作手机电池的充电电源。且USB的5V电源可经简单的降压电路产生 适当的充电电压，而不需大型的变压器，比如将IlOV的市电转换成低压充电电源，所以利 用USB的5V电源当作充电电源的充电器，可设计得非常轻薄短小而便于携带。在现有技术中，超级电容的充电方式主要是利用线性降压电路，将USB的5V电压 电源调降至适当电压，并依据USB2. O规范可提供最高达500mA的充电电流，用以对超级电 容进行充电。另一方式如图1所示，现有技术的超级电容充电装置的示意图，是利用限流单元 10接收USB电压电源VBUS并提供限流功能，再由降压转换单元20将5V电压电源调降至适 当电压而对超级电容90进行充电，则充电电流可超过500mA，且充电电流的大小随降压转 换单元20的转换效率而变化。上述现有技术的缺点是，经限流单元限流后，降压转换单元的充电电流通常是固 定值，亦即定电流充电。因此虽然充电电流可大于USB电压电源所提供的500mA输出电 流，但是在开始充电时，超级电容的电压较小，所以USB电压电源只需提供较小的输出电流 给限流单元，随着超级电容的电压因充电而上升时，USB的5V电压电源的输出电流才会变 大。因此在整体充电过程中，USB的5V电压电源所提供的输出电流并非一直维持在最大值 500mA，所以现有技术的充电方式并未达成USB电压电源的最佳利用率，且整体充电时间拉长。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种快速充电装置及其方法，是利用限流单元接收限 流电压电源所提供的电压电源，并吸取限流电压电源的最大输出电流，再由降压转换单元 转换成低压定电流电源供给防止逆流单元并产生代表低压定电流电源的显示信号给充电 显示单元，防止逆流单元对超级电容进行充电并防止超级电容对快速充电装置的逆向放 电。同时限流控制单元感测超级电容的电压，产生限流控制信号，以调节限流单元的输出， 并利用充电显示单元显示超级电容的充电状态。本发明的特点在于，整个充电过程中持续吸取限流电压电源的最大输出电流，用 以产生最大充电电流，供超级电容充电用。因此能克服现有技术中一开始充电时无法提高 充电电流的问题，用以缩短整体充电时间实现快速充电，并提高充电效率。


图1是现有技术的超级电容充电装置的示意图。图2是本发明快速充电装置第一实施例的示意图。图3是本发明快速充电装置第一实施例的电路示意图。图4是本发明快速充电装置第二实施例的示意图。图5是本发明快速充电装置第二实施例的电路示意图。图中，10.限流单元，20.降压转换单元，30.防止逆流单元，40.限流控制单元， 50.充电显示单元，90.超级电容，Cl.第一电容，C2.第二电容，C3.第三电容，C4.第四电 容，Dl.第一二极管，Jl. USB接头，Li.第一电感，Ql.第一晶体管，Q2.第二晶体管，Q3.第 三晶体管，Rl.第一电阻，R2.第二电阻，R3.第三电阻，R4.第四电阻，R5.第五电阻，R6.第 六电阻，R7.第七电阻，R8.第八电阻，R9.第九电阻，RF.滤波电阻，Ul.直流至直流转换器， VIN.限流电压电源，VBUS. USB电压电源。
具体实施例方式以下配合图式和组件符号对本实用新型的实施方式做更详细的说明。请参阅图2，其是本发明快速充电装置第一实施例的示意图。如图2所示，本发明 第一实施例快速充电装置包括限流单元10、降压转换单元20、防止逆流单元30、限流控制 单元40以及充电显示单元50，用以利用限流电压电源VIN对超级电容90进行充电。其中 限流电压电源VIN可为USB的5V电压电源，而限流单元10、降压转换单元20、防止逆流单 元30、超级电容90以及限流控制单元40形成反馈控制回路。限流单元10接收限流电压电源VIN产生限流电源信号，降压转换单元20依据限 流电源信号将限流电压电源降压而产生低压电源以及对应到该低压电源的显示信号，防止 逆流单元30将低压电源提供给超级电容90并进行充电，同时防止超级电容90产生逆流放 电，亦即防止超级电容90将所储存的电力以逆向电流的方式流回本发明的快速充电装置。限流控制单元40感测超级电容90的电压，从而产生限流控制信号，而限流单元10 接收该限流控制信号，用以调节限流电源。因此，限流单元10、降压转换单元20、防止逆流单元30、超级电容90以及限流控制单元40所形成的反馈控制回路可依据超级电容90的 电压，动态调节防止逆流单元30对超级电容90的充电电流大小，同时由限流单元10持续 从限流电压电源VIN吸取最大额定电流，比如USB的5V电压电源所能提供的最大输出电流 500mA，从而达到USB电压电源的最佳利用率，并缩短整体充电时间。此外，充电显示单元50接收降压转换单元20的显示信号，从而显示代表充电状 态的充电讯息，该充电状态可为充电进行中/充电已完成、目前充电电压值、目前充电完成 百分率、所需充电时间或总计充电时间，而该充电信息可为数字、文字以及图案的至少其中 之一。例如，利用至少一指示灯显示充电讯息，以指示灯打开时表示充电进行中，并以指示 灯关闭时表示充电已完成。另一方式是，以显示屏显示充电讯息，以至少一数字表示目前充 电电压值、目前充电完成百分率、所需充电时间或总计充电时间，且该显示屏可为液晶显示 屏、发光二极管显示屏、有机发光二极管或电子纸显示屏。也可利用显示屏显示至少一图案 以代表充电讯息，比如以闪烁图案代表充电进行中，而静止图案代表充电完成。或者，利用 显示屏显示文字，比如”充电进行中”或”充电完成”。综上所述，本发明的主要特点是在整个充电期间一直从限流电压电源VIN吸取最 大电流，并在一开始充电时，提供最大充电电流，该最大充电电流的大小取决于降压转换单 元，而随着超级电容的电压因充电而上升，防止逆流单元的充电电流也会下降，但防止逆流 单元的最小充电电流是不低于降压转换单元所能提供的最大输出电流。以下将以示范性的实例详细说明本发明第一实施的特征。请参阅图3，其是本发明第一实施例快速充电装置的电路示意图。如图3所示，限 流电压电源VIN可由USB接头Jl的第1脚所提供，且与一端为接地的第一电容Cl、第二电 容C2与滤波电阻RF的另一端并联连接后，供电给限流单元10与降压转换单元20。限流单元10包括串接的第一电阻Rl和第二电阻R2，第一电阻Rl的未串接的一 端连接限流电压电源VIN，第一电阻Rl与第二电阻R2的串接点为第一输入端，第二电阻R2 的未串接的一端为第一输出端，第一输入端连接限流控制单元40，而第一输出端连接降压 转换单元20与限流控制单元40。降压转换单元20包括直流至直流转换器(DC-DC ConverteiOUl、第三电容C3、第 四电容C4、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一二极管D1、第一晶体 管Ql以及第一电感Li，其中第一晶体管Ql具有雪崩二极管，且雪崩二极管的正极连接第一 晶体管Ql的漏极，雪崩二极管的负极连接第一晶体管Ql的源极，用以导通大电流以保护第
一晶体管Ql。直流至直流转换器Ul可使用摩托摩拉公司(Motorola)的产品MC34063A、富微科 技公司的产品AMC34063A、快捷半导体公司(FAIRCHILD)的产品MC34063A、安森美半导体公 司(ON Semiconductor)的产品 MC34063A 或意法半导体公司(STMicroelectronics)的产 品 MC34063A。直流至直流转换器Ul具有八接脚，分别为第一脚至第八脚，用以提供降压转换功 能，其中第二脚与第四脚为接地，第六脚为直流至直流转换器Ul的电源输入端且连接至限 流电压电源VIN，第七脚连接限流单元10的第一输出端。第三电阻R3与第四电阻R4串接， 且串接点连接第一晶体管Ql的栅极，第三电阻R3的未串接之一端连接第一晶体管Ql的源 极，第四电阻R4的未串接的一端连接直流转换器Ul的第一脚与第八脚，第一晶体管Ql的漏极连接第一二极管Dl的负极与第一电感Ll的一端，并提供显示信号给充电显示单元50。 第五脚连接串接的第五电阻R5与第六电阻R6的串接点，第五电阻R5的未串接的一端为接 地，而第六电阻R6的未串接的一端连接第一电感Ll的另一端与第三电容C3的一端，并提 供低压电源给防止逆流单元30。第三电容C3的另一端为接地，第三脚连接第四电容C4的 一端，且第四电容C4的另一端为接地。防止逆流单元30包括第七电阻R7与第二晶体管Q2，其中第二晶体管Q2具有雪崩 二极管，其功能是与第一晶体管Ql的雪崩二极管相同。第七电阻R7的一端连接限流电压 电源VIN，第七电阻R7的另一端连接第二晶体管Q2的栅极，第二晶体管Q2的源极连接降压 转换单元20所提供的低压电源。第二晶体管Q2的漏极提供充电电流，并连接超级电容90 的正端及限流控制单元40。超级电容90的负端接地。限流控制单元40包括第三晶体管Q3以及串接的第八电阻R8与第九电阻R9，其 中第三晶体管Q3具有雪崩二极管，其功能与第一晶体管Ql的雪崩二极管相同。第三晶体 管Q3的栅极连接第八电阻R8与第九电阻R9的串接点，第八电阻R8的未串接的一端连接 限流电压电源VIN，第九电阻R9的未串接的一端连接超级电容90的正端。第三晶体管Q3 的源极为限流控制单元40的第一输出端，并连接限流单元10的第一输入端，而第三晶体管 Q3的漏极为限流控制单元40的第二输出端，并连接降压转换单元20中第一晶体管Ql的源 极以及限流单元10的第一输出端。要注意的是，图3的实例只是用以说明本发明特点的实例，并非用以限制本发明 的范围，因此具有相同功能的不同电路，皆应包含于本发明的范围内，即直流至直流转换器 Ul可选用其它具相同降压功能的整合芯片或数个分立的组件，或限流控制单元40的第八 电阻R8与第九电阻R9可以用多个晶体管取代，以实现相同功能。以下将说明本发明快速充电方法的处理流程。本发明的快速充电方法是利用限流单元接收限流电压电源，并产生限流电源信 号；利用降压转换单元将限流电源降压而产生低压电源，以及产生对应到低压电源的显示 信号；利用充电显示单元接收显示信号，以显示代表超级电容的充电状态的充电讯息；利 用防止逆流单元接收低压电源，并提供充电电流对超级电容进行充电，同时防止超级电容 产生逆向放电；利用限流控制单元感测超级电容的电压，并产生产生限流控制信号；以及 利用限流单元接收该限流控制信号，用以调节供应给降压转换单元的限流电源。如果超级电容在完成充电后可与充电装置分离，则可不需要防止超级电容将所储 存的电力以逆向电流的方式流回本发明，即不需要防止逆流单元，而可直接由降压转换单 元的低压电源对超级电容进行充电，从而简化电路设计，进一步提升充电的可靠度。本发明 的第二实施例即用以实现上述充电功能。请参阅图4，本发明第二实施例快速充电装置的示意图。如图2所示，除不包括图 2的防止逆流单元30外，其它部分都与图2的第一实施例相同，主要差别在于本发明的第二 实施例是由降压转换单元20所产生的低压电源直接对超级电容90充电，不提供防止逆流 的功能，且限流单元10、降压转换单元20、超级电容90以及限流控制单元40形成反馈控制 回路。请参阅图5，本发明第二实施快速充电装置的电路示意图。除不包括图3的防止逆 流单元30外，其它部分都与图3的第一实施例相同，亦即超级电容90的正端是连接降压转换单元20所提供的低压电源以获得充电。以下将说明本发明另一快速充电方法的处理流程。本发明的另一快速充电方法是利用限流单元接收限流电压电源，并产生限流电源 信号；利用降压转换单元将限流电源降压而产生低压电源，以及产生对应到低压电源的显 示信号；利用充电显示单元接收显示信号，以显示代表超级电容的充电状态的充电讯息； 利用低压电源提供充电电流而对超级电容进行充电；利用限流控制单元感测超级电容的电 压，并产生限流控制信号；利用限流单元接收该限流控制信号，用以调节供应给降压转换单 元的限流电源；以及完成充电后将超级电容脱离开。以上所述者仅为用以解释本创作的较佳实施例，并非企图据以对本创作做任何形 式上的限制。因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本创作的任何修饰或变更，都仍应包 括在本创作意图保护的范畴。
权利要求
一种快速充电装置，用以通过一限流电压电源对一超级电容进行快速充电，其特征在于该快速充电装置包括一限流单元，接收该限流电压电源，并经限流以产生一限流电源信号，且该限流单元具一第一输入端与一第一输出端；一降压转换单元，接收该限流电源信号，并将限流电压电源降压而产生一低压电源，以及产生对应到该低压电源的一显示信号；一充电显示单元，接收该显示信号，以显示代表该超级电容的充电状态的一充电讯息；一防止逆流单元，接收该低压电源，并提供一充电电流给该超级电容以进行充电，且防止该超级电容逆流放电；以及一限流控制单元，感测该超级电容的电压，从而产生一限流控制信号，该限流控制单元并具有一第一输出端与一第二输出端，分别连接该限流单元的第一输入端与第一输出端；其中该限流单元接收该限流控制信号，用以调节该限流电源信号，该限流电压电源具有一最大输出电流，该快速充电装置在对该超级电容进行充电的过程中，持续吸取该限流电压电源的最大输出电流。
2.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该充电状态包括充电进行中/充 电已完成、目前充电电压值、目前充电完成百分率、所需充电时间以及总计充电时间的至少 其中之一。
3.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该充电讯息包括数字、文字以及图 案的至少其中之一。
4.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该充电显示单元包括至少一指示 灯，以代表该充电讯息，该充电讯息包括该指示灯打开时表示充电进行中，而该指示灯关闭 时表示充电已完成。
5.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该充电显示单元包括一显示屏， 显示至少一数字，以代表该充电讯息，该充电讯息包括目前充电电压值、目前充电完成百分 率、所需充电时间及总计充电时间的至少其中一。
6.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该充电显示单元包括一显示屏，显 示至少一图案，以代表该充电讯息，该充电讯息包括在该图案为一闪烁图案时代表充电进 行中，而该图案为一静止图案时代表充电完成。
7.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该充电显示单元包括一显示屏，显 示至少一文字，以代表该充电讯息。
8.如权利要求5至7中任一项所述的快速充电装置，其特征在于该显示屏为液晶显 示屏，或发光二极管显示屏，或有机发光二极管，或电子纸显示屏。
9.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该限流电压电源为序列总线(USB) 的电压电源，且与一端为接地的一第一电容、一第二电容与一滤波电阻的另一端并联连接。
10.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该限流单元包括串接的一第一电 阻与一第二电阻，该第一电阻的未串接的一端连接该限流电压电源，该第一电阻与该第二 电阻的一串接点为该第一输入端，该第二电阻的未串接的一端为该第一输出端。
11.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该降压转换单元包括一直流至直流转换器(DC-DC Converter)、一第三电容、一第四电容、一第三电阻、一第四电阻、一第五 电阻、一第六电阻、一第一二极管、一第一晶体管以及一第一电感，该第一晶体管具有一雪 崩二极管，该雪崩二极管的正极连接该第一晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该第 一晶体管的源极，用以导通大电流以保护该第一晶体管，该直流至直流转换器具有降压转 换功能且具有八接脚，分别为一第一脚至一第八脚，该降压转换单元的连接方式包括 该直流至直流转换器的第二脚与第四脚接地；该直流至直流转换器的第六脚为直流至直流转换器的电源输入端且连接至限流电压 电源；该直流至直流转换器的第七脚连接该限流单元的第一输出端； 该第三电阻与该第四电阻串接，且该第三电阻与该第四电阻的一串接点连接该第一晶 体管的栅极，该第三电阻的未串接的一端连接该第一晶体管的源极，该第四电阻的未串接 的一端连接该直流转换器的第一脚与第八脚；该第一晶体管的漏极连接该第一二极管的负极与该第一电感的一端，并提供该显示信 号给该充电显示单元；该直流至直流转换器的第五脚连接串接的该第五电阻与该第六电阻的一串接点，该第 五电阻的未串接的一端为接地，而该第六电阻的未串接的一端连接该第一电感的另一端与 该第三电容的一端，并提供该低压电源给该防止逆流单元；以及该第三电容的另一端为接地，该直流至直流转换器的第三脚连接该第四电容的一端， 且该第四电容的另一端为接地。
12.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该防止逆流单元包括一第七电阻 与一第二晶体管，该第二晶体管具有一雪崩二极管，该雪崩二极管的正极连接该第二晶体 管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该第二晶体管的源极，用以导通大电流以保护该第二 晶体管，该第七电阻的一端连接该限流电压电源，该第七电阻的另一端连接该第二晶体管 的栅极，该第二晶体管的源极连接该降压转换单元所提供的低压电源，该第二晶体管的漏 极提供该充电电流，并连接该超级电容的正端及该限流控制单元，而该超级电容的负端为 接地。
13.如权利要求1所述的快速充电装置，其特征在于该限流控制单元包括一第三晶体 管以及串接的一第八电阻与一第九电阻，该第三晶体管具有一雪崩二极管，该雪崩二极管 的正极连接该第三晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该第三晶体管的源极，用以导 通大电流以保护该第三晶体管，该第三晶体管的栅极连接该第八电阻与该第九电阻的一串 接点，该第八电阻的未串接的一端连接该限流电压电源，该第九电阻的未串接的一端连接 该超级电容的正端，该第三晶体管的源极为该限流控制单元的第一输出端，并连接该限流 单元的第一输入端，而该第三晶体管的漏极为该限流控制单元的第二输出端，并连接该降 压转换单元中该第一晶体管的源极以及该限流单元的第一输出端。
14.一种快速充电方法，用以通过一限流电压电源对一超级电容进行充电，其特征在 于该方法包括利用一限流单元以接收该限流电压电源，并产生一限流电源信号，且该限流单元具一 第一输入端与一第一输出端；利用一降压转换单元将该限流电电压源降压而产生一低压电源，以及产生对应到该低压电源的一显示信号；利用一充电显示单元，接收该显示信号，以显示代表该超级电容之充电状态的一充电 讯息；利用一防止逆流单元以接收该低压电源，并提供充一电电流对该超级电容进行充电， 同时防止该超级电容产生逆流放电；利用一限流控制单元以感测该超级电容的电压，并产生产生一限流控制信号；以及 利用该限流单元以接收该限流控制信号，用以调节供应给该降压转换单元的限流电源 信号，该限流控制单元并具有一第一输出端与一第二输出端，分别连接该限流单元的第一 输入端与第一输出端；其中该限流电压电源具有一最大输出电流，该快速充电方法在对该超级电容进行充电 的过程中，持续吸取该限流电压电源的最大输出电流。
15.如权利要求14所述的快速充电方法，其特征在于该限流电压电源为序列总线 (USB)的电压电源，且与一端为接地的一第一电容、一第二电容与一滤波电阻的另一端并联 连接。
16.如权利要求14所述的快速充电方法，其特征在于该限流单元包括串接的一第一 电阻与一第二电阻，该第一电阻的未串接的一端连接该限流电压电源，该第一电阻与该第 二电阻的一串接点为该第一输入端，该第二电阻的未串接的一端为该第一输出端。
17.如权利要求14所述的快速充电方法，其特征在于该降压转换单元包括一直流至 直流转换器(DC-DC Converter)、一第三电容、一第四电容、一第三电阻、一第四电阻、一第 五电阻、一第六电阻、一第一二极管、一第一晶体管以及一第一电感，该第一晶体管具有一 雪崩二极管，该雪崩二极管的正极连接该第一晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该 第一晶体管的源极，用以导通大电流以保护该第一晶体管，该直流至直流转换器具有降压 转换功能且具有八接脚，分别为一第一脚至一第八脚，该降压转换单元的连接方式包括该直流至直流转换器的第二脚与第四脚为接地；该直流至直流转换器的第六脚为直流至直流转换器的电源输入端且连接至限流电压 电源；该直流至直流转换器的第七脚连接该限流单元的第一输出端； 该第三电阻与该第四电阻串接，且该第三电阻与该第四电阻的一串接点连接该第一晶 体管的栅极，该第三电阻的未串接的一端连接该第一晶体管的源极，该第四电阻的未串接 的一端连接该直流转换器的第一脚与第八脚；该第一晶体管的漏极连接该第一二极管的负极与该第一电感的一端，并提供该显示信 号给该充电显示单元；该直流至直流转换器的第五脚连接串接的该第五电阻与该第六电阻的一串接点，该第 五电阻的未串接的一端为接地，而该第六电阻的未串接的一端连接该第一电感的另一端与 该第三电容的一端，并提供该低压电源给该防止逆流单元；以及该第三电容的另一端为接地，该直流至直流转换器的第三脚连接该第四电容的一端， 且该第四电容的另一端为接地。
18.如权利要求14所述的快速充电方法，其特征在于该防止逆流单元包括一第七电 阻与一第二晶体管，该第二晶体管具有一雪崩二极管，该雪崩二极管的正极连接该第二晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该第二晶体管的源极，用以导通大电流以保护该第 二晶体管，该第七电阻的一端连接该限流电压电源，该第七电阻的另一端连接该第二晶体 管的栅极，该第二晶体管的源极连接该降压转换单元所提供的低压电源，该第二晶体管的 漏极提供该充电电流，并连接该超级电容的正端及该限流控制单元，而该超级电容的负端 为接地。
19.如权利要求14所述的快速充电方法，其特征在于该限流控制单元包括一第三晶 体管以及串接的一第八电阻与一第九电阻，该第三晶体管具有一雪崩二极管，该雪崩二极 管的正极连接该第三晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该第三晶体管的源极，用以 导通大电流以保护该第三晶体管；该第三晶体管的栅极连接该第八电阻与该第九电阻的一 串接点，该第八电阻的未串接的一端连接该限流电压电源，该第九电阻的未串接的一端连 接该超级电容的正端，该第三晶体管的源极为该限流控制单元的第一输出端，并连接该限 流单元的第一输入端，而该第三晶体管的漏极为该限流控制单元的第二输出端，并连接该 降压转换单元中该第一晶体管的源极以及该限流单元的第一输出端。
20.一种快速充电装置，用以通过一限流电压电源对一超级电容进行快速充电，其特征 在于该快速充电装置包括一限流单元，接收该限流电压电源，并经限流以产生一限流电源信号，且该限流单元具 一第一输入端与一第一输出端；一降压转换单元，接收该限流电源信号，并将限流电压电源降压而产生一低压电源，以 及产生对应到该低压电源的一显示信号，该低压电源连接该超级电容，用以提供一充电电 流而对该超级电容进行快速充电；一充电显示单元，接收该显示信号，以显示代表该超级电容的充电状态的一充电讯息；以及一限流控制单元，感测该超级电容的电压，从而产生一限流控制信号，该限流控制单元 并具有一第一输出端与一第二输出端，分别连接该限流单元的第一输入端与第一输出端；其中该限流单元接收该限流控制信号，用以调节该限流电源信号，该限流电压电源具 有一最大输出电流，该快速充电装置在对该超级电容进行充电的过程中，持续吸取该限流 电压电源的最大输出电流。
21.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该充电状态包括充电进行中/ 充电已完成、目前充电电压值、目前充电完成百分率、所需充电时间以及总计充电时间的至 少其中之一。
22.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该充电讯息包括数字、文字以及 图案的至少其中之一。
23.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该充电显示单元包括至少一指 示灯，以代表该充电讯息，该充电讯息包括该指示灯打开时表示充电进行中，而该指示灯关 闭时表示充电已完成。
24.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该充电显示单元包括一显示屏， 显示至少一数字，以代表该充电讯息，该充电讯息包括目前充电电压值、目前充电完成百分 率、所需充电时间及总计充电时间的至少其中一。
25.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该充电显示单元包括一显示屏，显示至少一图案，以代表该充电讯息，该充电讯息包括在该图案为一闪烁图案时代表充电 进行中，而该图案为一静止图案时代表充电完成。
26.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该充电显示单元包括一显示屏， 显示至少一文字，以代表该充电讯息。
27.如权利要求24-26项中任一项所述的快速充电装置，其特征在于该显示屏为液晶 显示屏、或发光二极管显示屏、或有机发光二极管或电子纸显示屏。
28.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该限流电压电源为序列总线 (USB)的电压电源，且与一端为接地的一第一电容、一第二电容与一滤波电阻的另一端并联 连接。
29.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该限流单元包括串接的一第一 电阻与一第二电阻，该第一电阻的未串接的一端连接该限流电压电源，该第一电阻与该第 二电阻的一串接点为该第一输入端，该第二电阻的未串接的一端为该第一输出端。
30.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该降压转换单元包括一直流至 直流转换器(DC-DC Converter)、一第三电容、一第四电容、一第三电阻、一第四电阻、一第 五电阻、一第六电阻、一第一二极管、一第一晶体管以及一第一电感，该第一晶体管具有一 雪崩二极管，该雪崩二极管的正极连接该第一晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该 第一晶体管的源极，用以导通大电流以保护该第一晶体管，该直流至直流转换器具有降压 转换功能且具有八接脚，分别为一第一脚至一第八脚，该降压转换单元的连接方式包括该直流至直流转换器的第二脚与第四脚为接地；该直流至直流转换器的第六脚为直流至直流转换器的电源输入端且连接至限流电压 电源；该直流至直流转换器的第七脚连接该限流单元的第一输出端；该第三电阻与该第四电阻串接，且该第三电阻与该第四电阻的一串接点连接该第一晶 体管的栅极，该第三电阻的未串接的一端连接该第一晶体管的源极，该第四电阻的未串接 的一端连接该直流转换器的第一脚与第八脚；该第一晶体管的漏极连接该第一二极管的负极与该第一电感的一端，并提供该显示信 号给该充电显示单元；该直流至直流转换器的第五脚连接串接的该第五电阻与该第六电阻的一串接点，该第 五电阻的未串接的一端为接地，而该第六电阻的未串接的一端连接该第一电感的另一端与 该第三电容的一端，并提供该低压电源给该超极电容；以及该第三电容的另一端为接地，该直流至直流转换器的第三脚连接该第四电容的一端， 且该第四电容的另一端为接地。
31.如权利要求20所述的快速充电装置，其特征在于该限流控制单元包括一第三晶 体管以及串接的一第八电阻与一第九电阻，该第三晶体管具有一雪崩二极管，该雪崩二极 管的正极连接该第三晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该第三晶体管的源极，用以 导通大电流以保护该第三晶体管；该第三晶体管的栅极连接该第八电阻与该第九电阻的一 串接点，该第八电阻的未串接的一端连接该限流电压电源，该第九电阻的未串接的一端连 接该超级电容的正端，该第三晶体管的源极为该限流控制单元的第一输出端，并连接该限 流单元的第一输入端，而该第三晶体管的漏极为该限流控制单元的第二输出端，并连接该降压转换单元中该第一晶体管的源极以及该限流单元的第一输出端。
32.一种快速充电方法，用以通过一限流电压电源对一超级电容进行充电，其特征在 于该方法包括利用一限流单元以接收该限流电压电源，并产生一限流电源信号，且该限流单元具一 第一输入端与一第一输出端；利用一降压转换单元将该限流电电压源降压而产生一低压电源，以及产生对应到该低 压电源的一显示信号，该低压电源连接该超级电容，用以提供一充电电流而对该超级电容 进行快速充电；利用一充电显示单元，接收该显示信号，以显示代表该超级电容的充电状态的一充电 信息；利用一限流控制单元以感测该超级电容的电压，并产生产生一限流控制信号；利用该限流单元以接收该限流控制信号，用以调节供应给该降压转换单元的限流电源 信号，该限流控制单元并具有一第一输出端与一第二输出端，分别连接该限流单元的第一 输入端与第一输出端；以及完成充电后将超级电容脱离开；其中该限流电压电源具有一最大输出电流，该快速充电方法在对该超级电容进行充电 的过程中，持续吸取该限流电压电源的最大输出电流。
33.如权利要求32所述的快速充电方法，其特征在于该限流电压电源为序列总线 (USB)的电压电源，且与一端为接地的一第一电容、一第二电容与一滤波电阻的另一端并联 连接。
34.如权利要求32所述的快速充电方法，其特征在于该限流单元包括串接的一第一 电阻与一第二电阻，该第一电阻的未串接的一端连接该限流电压电源，该第一电阻与该第 二电阻的一串接点为该第一输入端，该第二电阻的未串接的一端为该第一输出端。
35.如权利要求32所述的快速充电方法，其特征在于该降压转换单元包括一直流至 直流转换器(DC-DC Converter)、一第三电容、一第四电容、一第三电阻、一第四电阻、一第 五电阻、一第六电阻、一第一二极管、一第一晶体管以及一第一电感，该第一晶体管具有一 雪崩二极管，该雪崩二极管的正极连接该第一晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该 第一晶体管的源极，用以导通大电流以保护该第一晶体管，该直流至直流转换器具有降压 转换功能且具有八接脚，分别为一第一脚至一第八脚，该降压转换单元的连接方式包括该直流至直流转换器的第二脚与第四脚为接地；该直流至直流转换器的第六脚为直流至直流转换器的电源输入端且连接至限流电压 电源；该直流至直流转换器的第七脚连接该限流单元的第一输出端；该第三电阻与该第四电阻串接，且该第三电阻与该第四电阻的一串接点连接该第一晶 体管的栅极，该第三电阻的未串接的一端连接该第一晶体管的源极，该第四电阻的未串接 的一端连接该直流转换器的第一脚与第八脚；该第一晶体管的漏极连接该第一二极管的负极与该第一电感的一端，并提供该显示信 号给该充电显示单元；该直流至直流转换器的第五脚连接串接的该第五电阻与该第六电阻之一串接点，该第五电阻的未串接的一端为接地，而该第六电阻的未串接的一端连接该第一电感的另一端与 该第三电容的一端，并提供该低压电源给该超级电容；以及该第三电容的另一端为接地，该直流至直流转换器的第三脚连接该第四电容的一端， 且该第四电容的另一端为接地。
36.如权利要求32所述的快速充电方法，其特征在于该限流控制单元包括一第三晶 体管以及串接的一第八电阻与一第九电阻，该第三晶体管具有一雪崩二极管，该雪崩二极 管的正极连接该第三晶体管的漏极，该雪崩二极管的负极连接该第三晶体管的源极，用以 导通大电流以保护该第三晶体管；该第三晶体管的栅极连接该第八电阻与该第九电阻的一 串接点，该第八电阻的未串接的一端连接该限流电压电源，该第九电阻的未串接的一端连 接该超级电容的正端，该第三晶体管的源极为该限流控制单元的第一输出端，并连接该限 流单元的第一输入端，而该第三晶体管的漏极为该限流控制单元的第二输出端，并连接该 降压转换单元中该第一晶体管的源极以及该限流单元的第一输出端。
全文摘要
本发明涉及一种快速充电装置及其方法，是利用限流单元接收限流电压电源所提供的电压电源，并吸取限流电压电源的最大输出电流，再由降压转换单元转换成低压定电流电源供给防止逆流单元并产生代表低压定电流电源的显示信号给充电显示单元，防止逆流单元对超级电容进行充电并防止超级电容对快速充电装置的逆向放电。同时限流控制单元感测超级电容的电压，产生限流控制信号，以调节限流单元的输出，提高对超级电容的充电电流并缩短充电时间，实现快速充电功能，并利用充电显示单元显示超级电容的充电状态。
文档编号H02J15/00GK101997342SQ20091004194
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者郑国书 申请人:郑国书