电池充电装置的制作方法

本实用新型涉及一种电池充电装置，尤指一种具零电压启动功能的电池充电装置。

背景技术：

由于现行电子产品内部通常包括电池，在电池没电时，必须对电池充电，以避免电子产品的电力不足而无法使用，因此，电池充电装置越来越被广泛地应用。现行的电池充电装置使用时，当被充电的电池的电压低于电池充电装置内部控制单元的工作电压时，控制单元会因为电池电压过低而导致所接收到运作所需的电压不足，进而因控制单元运作电压不足而使得电池充电装置无法对电池进行充电。

为了解决上述问题，现有的电池充电装置技术中，多半会额外设置一组辅助转换电路，额外给予控制单元运作所需的电压，借此避免因为电池电压过低而导致控制单元无法正常运作的影响。但是，额外增加一组辅助转换电路的设计会导致电池充电装置的电路成本过高，而且体积较为庞大，且电路设计也较为复杂。

因此，如何设计出一种电池充电装置，利用控制充电路径的方式，使电池充电装置能够具有零电压启动功能，乃为本实用新型所欲行研究的重要课题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供一种电池充电装置，以克服现有技术的问题。

因此，本实用新型电池充电装置包括：转换单元，转换单元的初级侧耦接输入电源。第一控制单元，耦接转换单元，且用以控制转换单元转换输入电源为输出电源。主开关，耦接转换单元与电池，且用以提供输出电源对电池充电的第一充电路径。涓流充电单元，并联主开关，且用以提供涓流电流对电池充电的第二充电路径。第二控制单元，耦接主开关与涓流充电单元，且用以根据电池的电池电压低于阈值而导通第二充电路径，以及根据电池电压高于阈值而导通第一充电路径。模式控制单元，耦接第一控制单元、转换单元的次级侧及第二控制单元，且用以根据输出电源控制第一控制单元与第二控制单元。

于一实施例中，涓流充电单元包括：晶体管，耦接输出电源与电池。控制开关，耦接输出电源、第二控制单元及晶体管，且用以在导通时建立晶体管的通道而使涓流充电单元提供第二充电路径。涓流控制单元，耦接控制开关、晶体管与电池，且用以在具有通道时，在第二充电路径产生涓流电流。

于一实施例中，涓流充电单元更包括：限流电阻，耦接输出电源、晶体管及控制开关，且用以限制晶体管的控制端的控制电流。

于一实施例中，涓流控制单元包括：分压单元，耦接晶体管与电池。放大单元，包括第一输入端、第二输入端及输出端，输出端耦接晶体管与控制开关，第一输入端耦接晶体管与分压单元，且第二输入端耦接参考电压；放大单元用以在具有通道时，根据参考电压与分压单元产生涓流电流。

于一实施例中，涓流控制单元包括：稳压单元，耦接晶体管、控制开关与电池，且用以产生参考电源。电阻，耦接晶体管、稳压单元与电池，且用以在具有通道时，根据参考电源产生对应涓流电流的基准电流。

于一实施例中，稳压单元与电阻耦接电池，使基准电流作为涓流电流而通过电阻提供至电池。

于一实施例中，涓流控制单元更包括：比流单元，包括一次侧与二次侧，一次侧耦接稳压单元与电阻，且二次侧耦接电池；比流单元用以将基准电流由一次侧通过匝比耦合至二次侧，使二次侧提供涓流电流至电池。

于一实施例中，涓流控制单元更包括：电流镜电路，耦接稳压单元、电阻及电池，且用以将基准电流进行倍率调整为涓流电流，且将涓流电流提供至电池。

于一实施例中，涓流电流为100毫安至200毫安。

于一实施例中，当电池未耦接电池充电装置时，第二控制单元控制第一充电路径与第二充电路径皆为断路。

为了能更进一步了解本实用新型为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，相信本实用新型的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1为本实用新型电池充电装置的电路方块图；

图2为本实用新型涓流充电单元的电路方块图；

图3a为本实用新型涓流控制单元第一实施例的电路图；

图3b为本实用新型涓流控制单元第二实施例的电路图；

图3c为本实用新型涓流控制单元第三实施例的电路图；及

图3d为本实用新型涓流控制单元第四实施例的电路图。

其中，附图标记：

100…电池充电装置

12…转换单元

12-1…隔离变压器

12-2…初级侧

12-3…次级侧

14…第一控制单元

16…第二控制单元

18…模式控制单元

20-1…主开关

20-2…涓流充电单元

22…晶体管

22-1、262-1…输入端

22-2、262-2…输出端

22-3、262-3…控制端

24…控制开关

rc…限流电阻

26、26-1、26-2、26-3、26-4…涓流控制单元

262…稳压单元

264…电阻

266…比流单元

266-1…一次侧

266-2…二次侧

268…电流镜电路

272…分压单元

r1…第一电阻

274…放大单元

274-1…第一输入端

274-2…第二输入端

274-3…输出端

200…电池

pc1…第一充电路径

pc2…第二充电路径

vin…输入电源

vo…输出电源

vb…电池电压

vref…参考电压

it…涓流电流

ib…基准电流

具体实施方式

兹有关本实用新型的技术内容及详细说明，配合图式说明如下：

请参阅图1为本实用新型电池充电装置的电路方块图。电池充电装置100接收输入电源vin，且将输入电源vin转换为输出电源vo。当电池200耦接电池充电装置100时，电池充电装置100对电池200充电。电池充电装置100包括转换单元12、第一控制单元14、第二控制单元16及模式控制单元18，且包含提供第一充电路径pc1的主开关20-1与提供第二充电路径pc2的涓流充电单元20-2。转换单元12为具有隔离变压器12-1的隔离型切换式转换器(例如，但不限于顺向式转换器、返驰式转换器等)，隔离变压器12-1将转换单元12分为初级侧12-2与次级侧12-3，且转换单元12的初级侧12-2耦接输入电源vin。第一控制单元14耦接转换单元12，且第一控制单元14控制转换单元12转换输入电源vin为输出电源vo。主开关20-1耦接转换单元12的输出端，且涓流充电单元20-2并联主开关20-1，主开关20-1与涓流充电单元20-2分别提供对电池200充电的第一充电路径pc1与第二充电路径pc2。

第二控制单元16耦接主开关20-1、涓流充电单元20-2及电池200，且根据电池200的电池电压vb而决定导通第一充电路径pc1或第二充电路径pc2。当电池200耦接电池充电装置100，且第二控制单元16侦测电池电压vb低于阈值时，第二控制单元16控制涓流充电单元20-2提供第二充电路径pc2，以使涓流充电单元20-2提供涓流电流it对电池200充电。当第二控制单元16侦测电池电压vb高于阈值时，第二控制单元16控制导通主开关20-1以提供第一充电路径pc1，使电池充电装置100提供输出电源vo对电池200充电。其中，第二控制单元16可耦接电池充电装置100输出端的路径或是直接耦接电池200，以侦测电池电压vb(以图1为例为第二控制单元16耦接电池充电装置100输出端的路径)。模式控制单元18耦接第一控制单元14、转换单元12的输出端(意即，转换单元12的次级侧12-3)及第二控制单元16，且模式控制单元18根据输出电源vo，以及电池200的状态(由第二控制单元16提供)而驱动并控制第一控制单元14与第二控制单元16。

具体而言，当转换单元12可将输入电源vin转换为输出电源vo时，模式控制单元18接收输出电源vo，第一控制单元14与第二控制单元16运作所需的电源通过辅助绕组(图未示)耦接隔离变压器12-1而获得。当电池200未耦接电池充电装置100时，第二控制单元16通过侦测而得知电池200未耦接。此时，第二控制单元16控制主开关20-1不导通而不提供第一充电路径pc1，且同时也控制涓流充电单元20-2不提供第二充电路径pc2，以避免电池充电装置100所耦接的非为电池200，而增加电池充电装置100不可预期故障的风险。

当电池200耦接电池充电装置100，且第二控制单元16侦测电池电压vb低于阈值时，第二控制单元16控制涓流充电单元20-2提供第二充电路径pc2且通知模式控制单元18，使得模式控制单元18通知第一控制单元14控制转换单元12以定电压模式提供输出电源vo。此时，涓流充电单元20-2根据输出电源vo而提供涓流电流it对电池200充电。当第二控制单元16侦测电池电压vb高于阈值时，第二控制单元16控制导通主开关20-1以提供第一充电路径pc1且通知模式控制单元18，使得模式控制单元18通知第一控制单元14对电池200进行定电流充电模式或定电压充电模式(根据电池200是否快充饱而决定)。

进一步而言，由于当电池200耦接电池充电装置100，且电池电压vb低于阈值的状态下(意即，电池完全没电为0伏特或电池电压vb极低)，若导通主开关20-1，会使得输出电源vo因主开关20-1导通而被拉低至接近0伏特(意即，转换单元12的次级侧12-3电压被拉低至接近0伏特)。此时，会导致辅助绕组转换出来的电压接近0伏特而无法驱动第一控制单元14与第二控制单元16，使得电池充电装置100瞬间失效。因此本实用新型的主要目的在于，在电池电压vb低于阈值的状态下不导通主开关20-1而是控制涓流充电单元20-2提供涓流电流it对电池200充电(此时，输出电源vo未被拉低至接近0伏特，使得第一控制单元14与第二控制单元16仍可被稳定地驱动)，以避免第一控制单元14与第二控制单元16无法驱动而导致电池充电装置100瞬间失效，并达成电池200零电压时仍然能够启动电池充电装置100的功效。

请参阅图2为本实用新型涓流充电单元的电路方块图，复配合参阅图1。涓流充电单元20-2包括晶体管22、控制开关24及涓流控制单元26，且晶体管22包括输入端22-1、输出端22-2及控制端22-3。输入端22-1耦接输出电源vo，且输出端22-2耦接电池200(通过涓流控制单元26耦接电池200)。控制开关24耦接输出电源vo、第二控制单元16及晶体管22的控制端22-3，且第二控制单元16控制控制开关24导通或关断。当控制开关24导通时，晶体管22导通(工作在奥姆区或饱和区)而建立通道，使得涓流充电单元20-2提供第二充电路径pc2。当控制开关24关断时，晶体管22截止而无法建立通道，使得涓流充电单元20-2无法提供第二充电路径pc2。涓流控制单元26耦接控制开关24、晶体管22与电池200，且在晶体管22建立通道而提供第二充电路径pc2时，在第二充电路径pc2产生涓流电流it。值得一提，本实用新型的一实施例中，晶体管22为双极性接面型晶体管(bjt)。由于晶体管22仅为提供电流可流过的通道而产生第二充电路径pc2，因此可以导通而产生通道的半导体元件皆可适用。例如但不限于，金氧半场效晶体管(mosfet)、绝缘栅双极晶体管(igbt)等半导体元件皆可替换。

涓流充电单元20-2更包括限流电阻rc，限流电阻rc的一端耦接输出电源vo与晶体管22的输入端22-1，且另一端耦接控制开关24。当控制开关24导通时，限流电阻rc限制流至晶体管22控制端22-3的控制电流，以避免控制电流过大而导致晶体管22损坏。值得一提，于本实用新型的一实施例中，由于通常电池200在完全没电时，需要以小电流的预充电方式进行电池200唤醒的动作，因此涓流电流it不宜过大也不宜过小。所以，本实用新型的一实施例中，涓流电流it最佳的电流值设定为100毫安至200毫安，以达到预充电最佳化的功效。

请参阅图3a为本实用新型涓流控制单元第一实施例的电路图，复配合参阅图1～图2。涓流控制单元26-1包括稳压单元262与电阻264，且稳压单元262包括输入端262-1、输出端262-2及控制端262-3。输入端262-1耦接晶体管22的控制端22-3与控制开关24，且输出端262-2耦接电池200。电阻264的一端耦接稳压单元262的控制端262-3与晶体管22的输出端22-2，且电阻264的另一端耦接稳压单元262的输出端262-2与电池200。稳压单元262在晶体管22的通道建立时，于控制端262-3的节点产生固定值的参考电压vref。固定值的参考电压vref通过电阻264，可产生类似于定电流源的基准电流ib。在本实施例为电池200直接耦接电阻264的状况下，基准电流ib即为涓流电流it，使得固定电流值的涓流电流it持续对电池200充电。值得一提，于本实用新型的一实施例中，由于涓流充电单元20-2可以仅使用晶体管22、控制开关24、稳压单元262及电阻264所组成的电路实施而仍然可达成电池200零电压时仍然能够启动电池充电装置100的效果。因此，可以达成涓流充电单元20-2所必须使用的元件极少、结构简单、电路成本低及易于控制的功效。

请参阅图3b为本实用新型涓流控制单元第二实施例的电路图，复配合参阅图1～图3a。本实施例的涓流控制单元26-2与图3a第一实施例的涓流控制单元26-1差异在于，涓流控制单元26-2更包括比流单元266。比流单元266包括一次侧266-1与二次侧266-2。比流单元266的一次侧266-1耦接稳压单元262与电阻264，且比流单元266的二次侧266-2耦接电池200。在具有基准电流ib时，比流单元266将基准电流ib由一次侧266-1与二次侧266-2的匝比耦合至二次侧266-2，使二次侧266-2提供涓流电流it至电池200。由于比流单元266具有一次侧266-1与二次侧266-2，且利用电磁耦合的方式将基准电流ib耦合至二次侧266-2，因此通过比流单元266可达成电气隔离的功效。值得一提，于本实用新型的一实施例中，由于比流单元266并不影响基准电流ib的产生，因此其可耦接于电阻264的前或电阻264之后。此外，本实施例未提及元件的电路耦接方式、控制方式皆与图3a相同，在此不再加以赘述。

请参阅图3c为本实用新型涓流控制单元第三实施例的电路图，复配合参阅图1～图3b。本实施例的涓流控制单元26-3与图3a第一实施例的涓流控制单元26-1差异在于，涓流控制单元26-3更包括电流镜电路268。电流镜电路268耦接稳压单元262、电阻264及电池200，且在具有基准电流ib时，电流镜电路268将基准电流ib进行倍率调整为涓流电流it，以将涓流电流it提供至电池200。其中，所调整的倍率可以大于或小于1。由于电流镜电路268具有将电流放大或缩小的功能，且所提供的涓流电流it可以几乎不受输出端电池电压vb变动的影响，因此可达成易于根据实际需求而调整所需求的电流值的功效。值得一提，于本实用新型的一实施例中，由于电流镜电路268并不影响基准电流ib的产生，因此其可耦接于电阻264的前或电阻264之后。此外，电流镜电路268并不限定仅能由图3c所示的电路结构实施，举凡可构成电流镜效果的电路结构，皆应包含在本实施例的范畴当中。此外，本实施例未提及元件的电路耦接方式、控制方式皆与图3a相同，在此不再加以赘述。

请参阅图3d为本实用新型涓流控制单元第四实施例的电路图，复配合参阅图1～图3c。本实施例的涓流控制单元26-4与图3a第一实施例的涓流控制单元26-1差异在于，涓流控制单元26-4包括分压单元272与放大单元274。分压单元272耦接晶体管22与电池200，且包括耦接晶体管22的输出端22-2与电池200的第一电阻r1。放大单元274包括第一输入端274-1、第二输入端274-2及输出端274-3，输出端274-3耦接晶体管22的控制端22-3与控制开关24，第一输入端274-1耦接晶体管22的输出端22-2与分压单元272，且第二输入端274-2耦接参考电压vref。在控制开关24导通时，涓流控制单元26-4构成放大电路，使得第一输入端274-1与第二输入端274-2具有虚接地的效果。因此，在第一电阻r1与晶体管22的输出端22-2之间的节点产生参考电压vref。参考电压vref通过第一电阻r1而产生涓流电流it，使得涓流电流it能够持续对电池200充电。值得一提，于本实用新型的一实施例中，图3d的涓流控制单元26-4也可应用图3b～图3c的比流单元266与电流镜电路268，其连接结构与控制方式类似于图3b～图3c，在此不再加以赘述。此外，本实施例未提及元件的电路耦接方式、控制方式皆与图3a相同，在此不再加以赘述。

惟，以上所述，仅为本实用新型较佳具体实施例的详细说明与图式，惟本实用新型的特征并不局限于此，并非用以限制本实用新型，本实用新型的所有范围应以权利要求为准，凡合于本实用新型权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包括于本实用新型的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本实用新型的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本案的权利要求。此外，在权利要求和说明书中提到的特征可以分别单独地或按照任何组合方式来实施。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。