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    本發明係揭露一種以脈寬調制方式控制充電電流的充電方法及充電系統，以控制充電集成電路供應充電電流至一電池，利用控制單元產生具有一工作週期的脈寬調制訊號，並利用濾波單元轉換成提供至充電集成電路的電壓訊號，該控制單元並用以判斷電池狀態偵測單元取得之電池的電流偵測值是否達到電流量規格值，以於該電池的電流偵測值未達到該電流量規格值時提供比前一工作週期還高一預設調升週期值的脈寬調制訊號，進而利用脈寬調制訊號的特性而可針對不同電池的容量輕易地自動設定出充電電流的大小。
    公开号:TW201315089A
    申请号:TW100134447
    申请日:2011-09-23
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Jui-Chuan Huang；Ching-Feng Hsieh
    申请人:Askey Technology Jiangsu Ltd；Askey Computer Corp；
    IPC主号:H02J7-00
    专利说明:
    充電電流控制方法及充電系統
    本發明係關於一種充電方法及系統，更特別的是關於一種以脈寬調制方式控制充電電流的充電方法及充電系統。
    對於電池的充電來說係透過充電集成電路(充電IC)來供應充電電流予待充電之電池，且一般係使用電阻來提供一設定電壓值以對充電集成電路設定所需的充電電流，因此，當有不同需求的充電電流下就必須使用多個的電阻來提供不同的設定電壓值。
    請參閱第1圖，係習知充電裝置與電池間之電路方塊圖。習知充電裝置包含控制單元10、設定電壓值提供電路20、及充電集成電路30。控制單元10與充電集成電路30間連接有設定電壓值提供電路20。該設定電壓值提供電路20受控於控制單元10，並根據所接收之控制訊號個別控制開關電晶體T1、T2的開啟與關閉，以提供電阻R1~R3間的不同組合，進而提供不同的設定電壓值至充電集成電路30的電流設定端Iset，以使充電集成電路30根據電流設定端Iset的設定電壓值自電流輸出端Out輸出充電電流Io予電池40。
    由第1圖可知，一般的充電系統會隨著不同大小之充電電流的需求越多，而增加連接至集成電路的電阻與開關電晶體的數量，進而增加了成本也加大了設定電壓值提供電路20的電路面積。習知另有一種可程式化的特定充電集成電路來根據控制單元10的控制訊號直接提供各種的充電電流，例如：I2C高效能充電裝置，然而此種充電裝置的成本則更是高昂。
    本發明之一目的在於使充電電流的調整更具彈性且佔用電路面積小。
    為達上述目的及其他目的，本發明提出一種充電電流的控制方法，係用於控制充電集成電路以供應對應之充電電流至電池，包含以下步驟：(A)提供具有一工作週期的脈寬調制訊號；(B)將具有該工作週期的脈寬調制訊號轉換為對應的一電壓值並提供予該充電集成電路，使該充電集成電路根據該電壓值提供對應之充電電流予該電池；(C)取得該電池的電流偵測值及電流量規格值；(D)判斷該電池的電流偵測值是否達到該電流量規格值，若是，結束充電電流的調整；若否，則進入步驟(E)；及(E)回到步驟(A)，且於步驟(A)中係提供比該工作週期高一預設調升週期值的脈寬調制訊號。
    於一實施例中，為了對電池進行充電保護更可包含以下步驟：(a)取得該電池的溫度偵測值；(b)判斷該溫度偵測值是否達到第一門檻值，若否，則回到步驟(a)；若是，則進入步驟(c)；(c)將該脈寬調制訊號PWM目前的工作週期降低一預設調降週期值；(d)取得該電池目前的溫度偵測值，並判斷該溫度偵測值是否達到第一門檻值且大於該第一門檻值一預設溫度值，若否，則回到步驟(a)；若是，則進入步驟(e)；以及(e)相較於該第一門檻值，每上升該預設溫度值就將該脈寬調制訊號目前的工作週期降低該預設調降週期值，直至該脈寬調制訊號PWM目前的工作週期降至0%。
    於一實施例中，於步驟(B)中，係使用一RC濾波電路將具有該工作週期的脈寬調制訊號積分為對應的該電壓值。
    於一實施例中，於步驟(A)中係提供具有10%工作週期的脈寬調制訊號；該預設調降週期值係設定為目前工作週期的20%，該預設溫度值係設定為1(℃)；該第一門檻值係設定為40(℃)，該第二門檻值係設定為45(℃)。
    於一實施例中，於步驟(e)中，於該溫度偵測值上升至第二門檻值時係使該脈寬調制訊號目前的工作週期降為0%。本發明復提出一種充電系統，用以使一充電集成電路供應對應之充電電流至一電池，包含：一電池狀態偵測單元，係連接該電池，用以產生該電池的一電流偵測值及一電流量規格值；一控制單元，係連接該電池狀態偵測單元，用以接收該電流偵測值及該電流量規格值，且該控制單元用以產生具有一工作週期的脈寬調制訊號，以供該控制單元判斷該電池的電流偵測值未達到該電流量規格值時，提供比前一工作週期還高一預設調升週期值的脈寬調制訊號；以及一濾波單元，係與該充電集成電路及該控制單元連接，用以接收該控制單元產生的脈寬調制訊號，並將該脈寬調制訊號轉換為對應的一電壓值並提供至該充電集成電路。
    於一實施例中，該濾波單元包含：一電阻，其第一端係連接該控制單元，第二端係連接該充電集成電路；及一電容，其係連接於該第二端與接地間。
    藉此，本發明僅利用一RC濾波電路及脈寬調制訊號的產生，即可針對不同電池的容量輕易地自動設定出充電電流的大小，進一步的更可對電池的充電溫度進行監控與保護。
    為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：本發明實施例係藉由對充電系統的調控，使連接至充電系統的充電集成電路可依據調控動作進行對應之充電電流的供應，並供應至待充電之電池。
    首先請參閱第2圖，係本發明於一實施例中充電系統、充電集成電路與電池間之電路方塊圖。充電系統600包含：控制單元100、濾波單元200、電池狀態偵測單元500。
    該濾波單元200係連接該充電集成電路300及該控制單元100，用以將該控制單元100所產生的一脈寬調制訊號PWM(Pulse Width Modulation,PWM)轉換為對應的一電壓值訊號V，並將該電壓值訊號V提供至該充電集成電路300的電流設定端Iset，使該充電集成電路300可根據所接收的電壓值訊號V對應地輸出特定的充電電流Io予電池400。其中，該充電集成電路300可根據該電壓值訊號V進行不同充電電流的輸出係為習知技術手段，於此不在贅述。
    於一實施例中，該濾波單元200包含：電阻r及電容c。該電阻r的第一端係連接該控制單元100，以接收該脈寬調制訊號PWM，該電阻r的第二端則連接該充電集成電路300的電流設定端Iset，以將所轉換之電壓值訊號V傳送至該充電集成電路300。該電容c則連接於該電阻r之第二端與接地之間。藉由該電阻r及該電容c的配置可將脈寬調制訊號PWM積分為電壓值訊號V。
    該電池狀態偵測單元500係連接該電池400及該控制單元100，用以產生該電池400的電流偵測值及電流量規格值。該電池狀態偵測單元500為一種電池計量偵測器(gas gauge)，其係普遍地與電池搭配在一起以提供電池狀態的各項訊息，本發明之實施例中即利用此等電池訊息來進行充電電流的調控。
    該控制單元100係連接該濾波單元200及該電池狀態偵測單元500，以接收該電流偵測值及該電流量規格值。於充電開始時，該控制單元100產生具有一工作週期(Duty cycle)的脈寬調制訊號PWM，且該脈寬調制訊號PWM提供予該濾波單元200，該控制單元100並藉由該電池狀態偵測單元500提供之資訊判斷該電池400的電流偵測值是否達到該電池400的電流量規格值，例如：4000mA的電池，當該電池400的電流偵測值未達到該電流量規格值時，該控制單元100提供比前一工作週期還高一預設調升週期值的脈寬調制訊號PWM。據此，本發明之實施例中，於初始時係提供較低脈寬調制訊號PWM以利用較低的充電電流對該電池400充電，再利用脈寬調制訊號PWM的特性逐漸調高工作週期(Duty cycle)的比率，使得轉換後的電壓值訊號V逐漸升高，進而逐漸提高充電電流，並於最後達到適當的充電電流(即待充電電池的電流偵測值達到電流量規格值)。
    進一步地，該控制單元100更用於從該電池狀態偵測單元500取得該電池400的溫度偵測值，並判斷該溫度偵測值是否達到第一門檻值，以於該溫度偵測值達到該第一門檻值時降低該脈寬調制訊號PWM目前的工作週期一預設調降週期值。此外，該控制單元100更用以於當該溫度偵測值大於該第一門檻值時，相較於該第一門檻值，每上升一預設溫度值就將該脈寬調制訊號PWM目前的工作週期降低該預設調降週期值，其中，當該溫度偵測值上升至第二門檻值時係使該脈寬調制訊號PWM目前的工作週期降為0%。
    舉例來說，一開始係提供10%工作週期的脈寬調制訊號PWM。於充電電流達到該待充電池400的電流量規格值前通常電池溫度不會異常，因此當該溫度偵測值達到第一門檻值(例如：40(℃))時，充電電流通常已達到電流量規格值。此時，因該溫度偵測值已達到40(℃)，該脈寬調制訊號PWM會被調降目前工作週期的20%。若該溫度偵測值仍持續上升，則該脈寬調制訊號PWM會被持續調降。相較於該第一門檻值(40(℃))，溫度每上升1(℃)，該脈寬調制訊號PWM就會被調降20%，並於溫度到達45(℃)時，該脈寬調制訊號PWM會被調降至0%。
    接著請參閱第3圖，係本發明實施例中具工作週期之脈寬調制訊號PWM轉換成電壓值之示意圖。tw表示一個完整的脈波週期，ton表示高邏輯(Hi)的時間，toff表示低邏輯(low)的時間，Vhi為高邏輯(Hi)的電位。因此，將一固定週期比例的方波經由濾波單元200的轉換後即可獲得為常數值的一輸出電壓Vo。若要改變輸出電壓Vo，只要改變ton/toff的比率即可。第3圖所示之工作週期係以80%作為示例。
    接著請參閱第4圖，係本發明於一實施例中充電電流之控制方法的流程圖。首先，步驟(S101)：提供具有一工作週期(Duty cycle)的脈寬調制訊號PWM。
    步驟(S103)：將具有該工作週期的脈寬調制訊號PWM轉換為對應的一電壓值並提供予充電集成電路。
    步驟(S105)：取得電池的電流偵測值Idet及電流量規格值Ireg。
    步驟(S107)：判斷該電池的電流偵測值Idet是否達到該電流量規格值Ireg，若是，則結束充電電流的調整；若否，則進入步驟(S109)。
    步驟(S109)：提供比前一工作週期還高一預設調升週期值的脈寬調制訊號PWM，接著回到步驟(S103)。
    接著請參閱第5圖，係本發明於另一實施例中充電電流之控制方法的流程圖。此方法係加入對電池溫度的監控，其可適用於第4圖所述之方法中的任何階段。首先，步驟(S201)：取得該電池目前的溫度偵測值。
    步驟(S203)：判斷該溫度偵測值是否達到第一門檻值，若否，則回到步驟(S201)；若是，則進入步驟(S205)。
    步驟(S205)：將脈寬調制訊號PWM目前的工作週期降低一預設調降週期值。
    步驟(S207)：取得該電池目前的溫度偵測值。
    步驟(S209)：判斷該溫度偵測值是否達到第一門檻值且大於該第一門檻值一預設溫度值，若否，則回到步驟(S201)；若是，則進入步驟(S211)。
    步驟(S211)：相較於該第一門檻值，每上升該預設溫度值就將該脈寬調制訊號目前的工作週期降低該預設調降週期值，直至該脈寬調制訊號PWM目前的工作週期降至0%。
    其中，於步驟(e)中，於該溫度偵測值上升至第二門檻值時係使該脈寬調制訊號目前的工作週期降為0%。
    綜上所述，利用脈寬調制訊號可調變的特性，再搭配RC濾波電路，即可產生所需的各種電壓位準，進而可控制充電集成電路，並針對不同電池的容量輕易地自動設定出充電電流的大小，而不若習知技術般需要較大的電路占用面積或使用成本高昂之可程式化的特定充電集成電路。進一步地，本發明更可對電池的充電溫度進行監控與保護。
    本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
    10．．．控制單元
    20．．．設定電壓值提供電路
    30．．．充電集成電路
    40．．．電池
    100．．．控制單元
    200．．．濾波單元
    300．．．充電集成電路
    400．．．電池
    500．．．電池狀態偵測單元
    600．．．充電系統
    T1．．．開關電晶體
    T2．．．開關電晶體
    R1．．．電阻
    R2．．．電阻
    R3．．．電阻
    Io．．．充電電流
    Iset．．．電流設定端
    Out．．．電流輸出端
    PWM．．．脈寬調制訊號
    V．．．電壓值訊號
    S101~S109．．．步驟
    S201~S213．．．步驟
    第1圖為習知充電系統與電池之電路方塊圖。
    第2圖為本發明於一實施例中充電系統、充電集成電路與電池間之電路方塊圖。
    第3圖為本發明實施例中具工作週期之脈寬調制訊號PWM轉換成電壓值之示意圖。
    第4圖為本發明於一實施例中充電電流之控制方法的流程圖。
    第5圖為本發明於另一實施例中充電電流之控制方法的流程圖。
    100．．．控制單元
    200．．．濾波單元
    300．．．充電集成電路
    400．．．電池
    500．．．電池狀態偵測單元
    600．．．充電系統
    Io．．．充電電流
    Iset．．．電流設定端
    Out．．．電流輸出端
    PWM．．．脈寬調制訊號
    V．．．電壓值訊號
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] 一種充電電流的控制方法，係用於控制充電集成電路以供應對應之充電電流至電池，包含以下步驟：(A)　提供具有一工作週期的脈寬調制訊號；(B)　將具有該工作週期的脈寬調制訊號轉換為對應的一電壓值並提供予該充電集成電路，使該充電集成電路根據該電壓值提供對應之充電電流予該電池；(C)　取得該電池的電流偵測值及電流量規格值；(D)　判斷該電池的電流偵測值是否達到該電流量規格值，若是，結束充電電流的調整；若否，則進入步驟(E)；以及(E)　回到步驟(A)，且於步驟(A)中係提供比該工作週期高一預設調升週期值的脈寬調制訊號。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中更包含以下步驟：(a)　取得該電池的溫度偵測值；(b)　判斷該溫度偵測值是否達到第一門檻值，若否，則回到步驟(a)；若是，則進入步驟(c)；(c)　將該脈寬調制訊號PWM目前的工作週期降低一預設調降週期值；(d)　取得該電池目前的溫度偵測值，並判斷該溫度偵測值是否達到第一門檻值且大於該第一門檻值一預設溫度值，若否，則回到步驟(a)；若是，則進入步驟(e)；以及(e)　相較於該第一門檻值，每上升該預設溫度值就將該脈寬調制訊號目前的工作週期降低該預設調降週期值，直至該脈寬調制訊號PWM目前的工作週期降至0%。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中於步驟(B)中，係使用一RC濾波電路將具有該工作週期的脈寬調制訊號積分為對應的該電壓值。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中於步驟(A)中係提供具有10%工作週期的脈寬調制訊號。
    [5] 如申請專利範圍第2項所述之控制方法，其中該預設調降週期值係設定為目前工作週期的20%，該預設溫度值係設定為1(℃)。
    [6] 如申請專利範圍第2項所述之控制方法，其中於步驟(e)中，於該溫度偵測值上升至第二門檻值時係使該脈寬調制訊號目前的工作週期降為0%。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之控制方法，其中該第一門檻值係設定為40(℃)，該第二門檻值係設定為45(℃)。
    [8] 一種充電系統，用以使一充電集成電路供應對應之充電電流至一電池，包含：一電池狀態偵測單元，係連接該電池，用以產生該電池的一電流偵測值及一電流量規格值；一控制單元，係連接該電池狀態偵測單元，用以接收該電流偵測值及該電流量規格值，且該控制單元用以產生具有一工作週期的脈寬調制訊號，以供該控制單元判斷該電池的電流偵測值未達到該電流量規格值時，提供比前一工作週期還高一預設調升週期值的脈寬調制訊號；以及一濾波單元，係與該充電集成電路及該控制單元連接，用以接收該控制單元產生的脈寬調制訊號，並將該脈寬調制訊號轉換為對應的一電壓值並提供至該充電集成電路。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之充電系統，其中該濾波單元包含：一電阻，其第一端係連接該控制單元，第二端係連接該充電集成電路；及一電容，其係連接於該第二端與接地間。
    [10] 如申請專利範圍第8項所述之充電系統，其中該電池狀態偵測單元係用以取得該電池的溫度偵測值；該控制單元判斷該溫度偵測值是否達到第一門檻值，以於該溫度偵測值達到該第一門檻值時降低該脈寬調制訊號目前的工作週期一預設調降週期值。
    [11] 如申請專利範圍第10項所述之充電系統，其中該控制單元係用以判斷該溫度偵測值大於該第一門檻值時，每上升一預設溫度值就將該脈寬調制訊號目前的工作週期降低該預設調降週期值。
    [12] 如申請專利範圍第11項所述之充電系統，其中，該控制單元係用以判斷該溫度偵測值上升至第二門檻值時，使該脈寬調制訊號目前的工作週期降為0%。
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