CN1112751C

CN1112751C - 充电器

Info

Publication number: CN1112751C
Application number: CN97191503A
Authority: CN
Inventors: 井手雄三; 井上晃一
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2003-06-25
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JPH10108383A; EP0865140A1; WO1998013924A1; KR19990071660A; KR100486017B1; CN1206512A; EP0865140A4; US5949220A; JP3466029B2

Abstract

一种充电器，可以在即使未连接到具有可充电电池的供电单元的情况下输出高电压。因此，充电器可以在供电单元连接到其输出端时，向供电单元提供高电压。该充电器具有周期信号发生装置，向输出端提供周期充电的周期信号，以及检测装置，通过检测输出端上周期信号的办法，判断充电器是否连接到供电单元。充电器甚至可以在没有机械开关的情况下，识别供电单元的连接状态。

Description

无电器

技术领域

本发明涉及用于可充电电池的充电器。

背景技术

一般来说，电池充电器设计成可以向电池充电。当电池两端的电压低于预定值时，它向电池提供电流，随后，由于充电使电池两端的电压达到预定值时，便停止充电。图7所示为一个常规电池充电器如何连接到供电装置(以下称为电池组)的框图。在图7中，数字60代表充电器，61代表被充电的电池组。当电池组61的电压低于预定值时，充电器60向电池组61充电，提供电流Ia，并且同时保持发光二极管(LED)64接通，指示充电过程正在进行(该LED以后将称为‘正在充电LED’)。当电池组61的电压达到前述预定值时，充电器60停止提供电流Ia，并且关闭正在充电LED64，此外，接通LED65，以便指示充电过程已经完成(该LED以后将称为‘充电完成LED’)。

例如，当电池组61为采用锂离子电池的一个供电装置，电池组61包括一个保护回路，由保护电池防止过量放电以及其他危害，保护蓄电池的安全稳定运行。其结果是当检测到过量放电或者类似的情况，它里面的保护电路阻止电池组61放电。在充电和放电都被禁止的状态下，如果不首先取消阻止放电状态，电池组61就不能重新开始充电。因此，充电器60设计成可以在即使未连接到电池组61的情况下，也输出一个几乎高到完全充电状态下电池组61两端的电压，另一方面，电池组61设计成当它连接到充电器60上，并且接受上述高电压时，通过检测流经它的微小电流来取消上述阻止状态。

但是，此时准确地说由于充电器60设计成在它的提供电流侧输出高电压，即使充电器60未连接到电池组61时，也保持充电完成LED65接通，因此虚假地指示充电已经完成。为了克服这个不便，如图7所示，常规充电器60上装有机械开关63，以便检查电池组61是否存在。因此。当未连接到电池组61时，可以保持正在充电LED64和充电完成LED65均断电。此处，机械开关63是有一个触头的开关，它根据电池组61是否存在而机械打开和闭合。

有了机械开关63，常规充电器60容易由于机械开关63中的不良机械接触而误动作，因而不能保证满意的安全性。此外，采用机械开关63提高了充电器60的造价。

发明内容

根据本发明，提供一种充电器，可以在即使未连接到具有可充电电池的供电装置的情况下，也能输出预定电压，因此，当所述供电装置连接到所述充电器的输出端时，所述充电器可以将所述预定电压供给所述供电装置，该充电器包括：将周期变化的周期信号送到所述输出端的周期信号发生装置，所述输出端连接有一个电容；以及包括一个用于比较所述输出端的电压和一个参考电压的比较器的检测装置，用于检测所述供电装置是否连接到所述充电器，并根据结果或者输出一个具有恒定电压的信号，或者输出一个具有与所述周期信号相同频率的信号。

附图说明

图1是实施本发明的充电器框图；

图2是用于本发明充电器中的脉冲电流发生回路的详细电路图；

图3是用于本发明充电器中的高通滤波器的电路图；

图4是电池组未连接到本发明充电器时，在充电器的输出端上出现的电压波形图；

图5是用于本发明充电器中的恒定电压/恒定电流电路的输出特性图；

图6是供电装置中带有充电控制FET以及保护电路的电路图；

图7是常规充电器如何连接到电池组的框图。

具体实施方式

以下将参考附图来叙述本发明的实施例.图1是实施本发明的充电器主要部分的框图。该充电器做成IC(集成电路)1。该集成电路IC1有一个端(OUT)，当电池组2被充电时就连接在该端上。电池组2与IC1外部提供的电容3并联。

该IC1还有一个端(RLED)连接有正在充电LED4，和一个端(GLED)连接有充电完成LED5。如下将要叙述的，当电池组2未连接到端(OUT)时，LED5和LE D5均保持断开状态。另一方面，当电池组2接入时，在充电正在进行中时，只有正在充电LED4保持接通状态，当电池组2的电压达到预定值以后，只有充电完成LED5保持接通状态。

该IC1进一步还有一个端(Vcc)连接到IC1运行的电源电压6，一个端(GND)连接到地电位，和一个端(CT)连接到电容7。电容7的电容值决定了IC1中带有的振荡器(OSC)10的振荡频率f。具有频率f的振荡信号送到脉冲电流发生电路30中的控制电路11。

控制电路11将与振荡频率f同步的信号输入到电流源电路12和13，来接通或者断开电流源电路12和13。当电流源电路12断开时，电路源电路13接通，使得电流I1流动；当电流源电路12接通时，电流源电路13断开，使得电流I2流动。

结果，当电池组2未连接到输出端(OUT)时，连接到输出端(OUT)的输出电容3被充电或者放电，并且引起输出端(OUT)上电压周期性变化，如图4所示，在全充电电压(Ve)和较低的预定电压(Vt)之间变化。这里，设定电压(Vt)为例如全充电电压(Ve)的99％，尽管该比例不限于任何一个特定值。根据实际电路特性以及其他因素，波形可能不一定如示于图4的三角形，也可以是例如矩形或者锯齿形。阈值(Vref)将在后面叙述。

相反地，当电池组2连接到输出端(OUT)时，由于电池组2具有低阻抗，输出端(OUT)的电压不受电流I1或者I2的影响，保持等于电池组2的电压。脉冲驱动起动比较器14检查电池组2上的电压是否等于或者高于电压(Vt)。如果电池组2的电压低于电压(Vt)，控制电路11断开，使得脉冲电流发生电路30停止工作。另一方面，当电池组2的电压等于或者高于电压(Vt)，控制电路11接通，起动脉冲电流发生电路30。

这样使得电池组2被脉冲电流发生电路30充电，并且电压逐渐上升。但是，由于如图2所示脉冲电流发生电路30设计成只有在输出端(OUT)上的电压从电压(Vt)到全充电电压(Ve)之间的范围时才工作，不会出现电池组2在超过全充电电压(Ve)时充电的情况。特别是比较器14比较输出端(OUT)上的电压和电压(Vt)，另一个比较器18比较输出端(OUT)上的电压和全充电电压(Ve)，比较器14和18的输出通过与门27送到控制电路11，使它接通/断开运行。这样，脉冲电流发生电路30只有在输出端(OUT)上的电压从电压(Vt)到全充电电压(Ve)的范围内时才工作。注意到图2中的元件在图1中也可以找到，它们用相同的参考数字和标记识别。

在图1中，当电池组2不连接到端(OUT)上时，过量放电电池恢复电路16将保持端(OUT)上的电压等于电压(Vt)。这样便允许电池组2即使处于由于过量放电而不允许充电的状态时，也能从过量放电电池恢复电路16接收到高电压，一旦它连接到输出端(OUT)，便立即取消该禁止状态。脉冲检测比较器17比较输出端(OUT)上的电压和阈值(Vref)，如图4所示，该阈值设定为全充电电压(Ve)和电压(Vt)之间的数值。

当电池组2未连接到端(OUT)上时，脉冲检测比较器17输出一个信号，信号以周期f振荡，与从脉冲电流发生电路30加入的信号同步。另一方面，当电池组2连接到端(OUT)上时，根据电池组2的电压，脉冲检测比较器17输出一个固定的高或者低电平值。从比较器17输出的信号通过高通滤波器19，仅消除其交流分量。

高通滤波器19的输出信号通过比较器20与参考电压(Vs)相比较。如图3所示，该高通滤波器19由例如电容19a和电阻19b组成。注意，在图3中这些元件可以在图1中找到，都用相同的数字和标记来识别。

回到图1，当电池组2连接到端(OUT)上时，脉冲检测比较器17输出一个固定高电平或者固定低电平，从而使比较器20输出一个低电平。另一方面，当电池组2不连接到端(OUT)上时，比较器20输出一个周期固定为f的振荡信号。比较器20的输出送到延时电路22。延时电路22由开关晶体管23，电容24和电流源电路25组成。电容器24的两端电压由供电装置检测比较器26与参考电压(Vu)比较。

当电池2不连接到端(OUT)上时，从高通滤波器19的输出信号振荡，使晶体管23交替接通和断开，从而引起电容24交替充电和放电。其结果是电容24两端的电压变得非常低，供电装置检测比较器26输出一个低电平值。

另一方面，当电池组2连接到端(OUT)上时，晶体管23保持截止，因此，电容24由电流源电路25充电。当电容24两端之间的电压超过参考电压(Vu)时，供电装置检测比较器26输出一个高电平值。

这样，利用供电装置检测比较器26的输出信号，就可以检查电池组2是否连接。比较器26也能够用完全相反的逻辑构成，当电池组2不连接时，它输出一个高电平值，而当电池组2连接上，输出一个低电平值。

当比较器26向LED驱动电路28输出一个高电平时，LED驱动电路28或者将正在充电LED4接通，或者将充电完成LED5接通，因此指示电池组2连接到端(OUT)。相反，当比较器26输出一个低电平时，LED驱动电路28同时保持LED4和LED5断开，因此指示电池组2不连接到端(OUT)上。

从供电装置检测比较器26输出的信号还供给恒定电压/电流电路29。当电池组2未连接到端(OUT)上时，该恒定电压/恒定电流电路29断开。相反，当电池组2连接时，该恒定电压/恒定电流电路29接通。并且表现出如图5所示的输出特性。如图5所示，该恒定电压/恒定电流电路29在当电池组2的电压低于阻止充电值(Vj)时，它不进行充电。阻止充电值(Vj)是根据使用的电池类型而确定的。

更重要的是由于上述输出特性，在从阻止充电值(Vj)附近到电压(Vt)附近的电压范围55内，进行恒定电流充电；随着充电的进行，当电池的电压达到电压(Vt)时，充电电流降低，使电压保持基本上恒定。同时，在充电过程中，当达到充电完成点54时，恒定电压/恒定电流电路29(见图1)供给LED驱动电路28一个信号，要求它改变指示，从“正在充电”改为“充电完成”。这样，LED驱动电路28断开正在充电LED4，替之以接通充电完成LED5，指示充电已经完成。

当充电继续进行，并且电池电压达到电压(Vt)时，恒定电压/恒定电流电路29停止工作。然后，脉冲驱动开始比较器14启动脉冲电流发生电路30，开始向电池组2供给周期信号。脉冲电流发生电路30输出周期信号，使电池组2被周期信号逐步充电。相应地在图5所示的间隔52的范围内，电池的电压逐渐升高。当电池电压达到全充电电压(Ve)时，脉冲电流发生电路30(见图2)停止工作，因此完成充电。

在图5中，虚线57表示从过量放电电池恢复电路16供给的微弱电流I的负荷特性。线57示出，即使在间隔55中，过量放电电池恢复电路16也供给电池组2电流，但是，该电流远小于从恒定电压/恒定电流电路29供给的充电电流。线57还示出，当电池组2不连接到端(OUT)上时，过量放电电池恢复电路16向输出电容3充电，使端(OUT)上的电压提高到电压(Vt)，并且因此启动脉冲电流发生电路30。

如上所述，IC1在不需要用机械开关的情况下，不但可以给电池组2充电，还可以检查电池组2是否连接，从而正确地将LED4和LED5接通或者断开。此外，防止了由于机械开关所遇到的接触不良产生的误动，实施例的电池充电器提供了较高的安全性。此外，由于取消了机械开关，使充电器的造价降低。

下面将解释电池组2中所带的保护和其他电路。图6给出电池组2的内部电路的一个例子。电池组2主要由诸如锂离子蓄电池的电池本体32，保护电路31，以及用于放电控制的n沟道场效应晶体管(FET)33组成。当电池32在放电过程中，FET33通常保持接通，并且经过正极端(+)35和负极端(-)36放电。

电池32的电压通过电阻R1供给保护电路31的端(V)。当电池32的电压由于电池32的放电而达到阻止放电值(Vg)时，比较器37将其输出从高电平转换为低电平。这样电平的转换是通过或门38供给端(FE)，它的输出又将FET33开断，从而阻止电池组32放电，并且因此防止破坏其特性。

但是，在FET33为开断的状态下，不能立即启动电池32的充电。首先，必须在正(+)端35和负(-)端36之间加一个接近于电池32的全充电电压的电压，造成微弱的电流I流过FET33的体二极管34，并且因此在那里形成一个电压降。该电压降经过电阻R2供给保护电路31的监测端(MO)，在那里比较器39将该电压降与电压(Vf)相比较，并且在此状态下输出一个高电平。该高电平经过或门38供给端(FE)，它的输出又将FET33接通。现在可以开始对电池组32充电。注意到很明显然可以看出，体二极管34仅仅是存在于FET33中的一个寄生性二极管。保护电路31还有一个端(GND)，通过它可以接收参考电压值。

应该理解上述特别叙述的实施例仅是一个如何实施本发明的例子。例如，还可以在高通滤波器1处采用任何可以检测信号中交流分量的电路；还可以将振荡电容7结合到IC1中。

叙述至此，根据本发明，在一个充电器中产生周期信号，并且供给输出端，通过检查输出端是否有周期信号，可以检查电池组是否连接。这样可以不必要采用机械开关来进行检测，就可以检测是否存在电池组。取消机械开关不仅可以避免由于接触不良或者类似原因而造成的误动作，因此提高安全性，而且可以降低造价。特别在对例如采用锂离子蓄电池的电池组的充电器中装入保护电路，用于防止过量放电以及其他危害，并且，即使在输出端不连接电池组的情况下，也能补偿输出电压几乎高到全充电电压，即使在充电器保持输出那样高的电压，也能够检测电池组的存在。

Claims

1.一种充电器，可以在即使未连接到具有可充电电池的供电装置的情况下，也能输出预定电压，因此，当所述供电装置连接到所述充电器的输出端时，所述充电器可以将所述预定电压供给所述供电装置，该充电器包括：

将周期变化的周期信号送到所述输出端的周期信号发生装置，所述输出端连接有一个电容；以及

包括一个用于比较所述输出端的电压和一个参考电压的比较器的检测装置，用于检测所述供电装置是否连接到所述充电器，并根据结果或者输出一个具有恒定电压的信号，或者输出一个具有与所述周期信号相同频率的信号。

2.根据权利要求1的充电器，进一步包括：

恒定电压/恒定电流电路，用于对连接到所述输出端的供电装置充电；

充电状态显示装置，用于当供电装置被充电时指示正在充电状态，并且当供电装置基本上被完全充电时通过从所述恒定电压/恒定电流电路馈送的信号指示充电完成状态；以及

指示终止装置，当所述检测装置产生所述供电装置不连接到所述充电器的输出的指示时，终止使用所述充电状态显示装置。

3.根据权利要求1的充电器，其中，所述电池是锂离子蓄电池。

4.根据权利要求1至3中任何一项的充电器，其中，当所述输出端上的电压在第一电压和第二电压之间的范围内时，所述周期信号发生装置产生所述周期信号，其中在所述第一电压时所述恒定电压/恒定电流电路停止充电，在所述第二电压时，供电装置被完全充电，当连接供电装置时，所述周期信号发生装置对该供电装置充电以便其电压从第一电压上升到第二电压，并且当没有连接该充电装置时，所述周期信号发生装置对所述电容充电和放电。

5.一种充电器，包括：

一个输出端，电流通过它供给有可充电电池的供电装置；

周期信号产生装置，用于当所述输出端的电压在接近所述供电装置的全充电电压的第一电压和所述全充电电压之间的范围内时工作，并且将周期变化的周期信号提供给所述输出端；

连接到所述输出端的第一电容，使所述第一电容与所述供电装置并联；

恒定电压/恒定电流电路，用于将连接到所述输出端的供电装置充电到所述第一电压；

检测比较器，用于比较所述输出端的电压和第一参考电压，当连接供电装置时输出一个具有与所述周期信号相同频率的信号，并且当不连接供电装置时输出一个具有恒定电压的信号；

根据所述检测比较器的输出进行接通和开断的开关装置；

根据所述开关装置的接通或者断开进行充电或者放电的第二电容；

供电装置检测比较器，用于通过将所述第二电容两端的电压与第二参考电压相比较以根据是否连接供电装置而输出不同电压；

显示装置驱动电路，用于驱动充电状态显示装置，以便当连接所述供电装置时，该充电状态显示装置能显示其充电状态；

其中当不连接供电装置时，由从供电装置检测比较器输出的信号来终止使用所述显示装置驱动电路。

6.根据权利要求5的充电器，进一步包括：所述输出端上的电压保持在接近与所述供电装置不连接到所述输出端的全充电状态下的电压的过量放电恢复电路。