專利名稱：充電保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充電保護電路，特別是涉及一種能以電子電路加強保險絲過流保護機制的充電保護電路。
背景技術(shù)：
隨著電機電子技術(shù)的進步，許多電子裝置的體積重量都大幅縮減至能隨身攜帶的程度。像是手機、個人隨身助理器(PDA，personal digitalassistant)、數(shù)字相機、隨身影音播放裝置(像是隨身聽)以及可攜式計算機等等電子裝置，都已為社會大眾所普遍運用。為了實現(xiàn)可移植性，這些隨身電子裝置多半需以電池等儲電組件來供應(yīng)電力；而要維持這些電子裝置的持續(xù)運作，就要對電子裝置中的電池進行充電。舉例來說，手機常可搭配一充電座來對手機中的電池充電；充電座可將家用交流電源轉(zhuǎn)換為直流的充電電源，而此直流充電電源的充電電流就可經(jīng)由手機而傳輸至手機內(nèi)的電池，對電池充電。
然而，在對電子裝置的電池充電的過程中，其電池常會因種種因素造成故障及短路，進而向充電電源漏取極大量的充電電流，而此過量的充電電流就極易造成電池熔損燒毀，甚至爆炸；輕則損毀電子裝置，嚴重的話還會傷及使用者。舉例來說，手機中的電池就可能會因金屬導(dǎo)電部分銹蝕潮濕、電池不符規(guī)格、使用者誤接電池極性、電池內(nèi)部電路損毀等因素而造成電池短路，使得使用者在對手機充電時，危及手機及使用者的使用安全。
在現(xiàn)行的現(xiàn)有技術(shù)中，手機內(nèi)是以保險絲來實現(xiàn)充電期間的過流保護(over current protection)機制，以防止上述的電池故障/短路所導(dǎo)致的危險。在此種現(xiàn)有技術(shù)下，手機內(nèi)部設(shè)有保險絲，在充電時此保險絲就電連于充電電源與電池之間以向電池傳輸充電電流。當(dāng)充電電流過大(大于額定的充電電流)時，就會使保險絲開始逐漸熔毀；等保險絲燒斷，電池也就會與充電電源分離、斷路。
然而，上述現(xiàn)有技術(shù)也有缺點；主要缺點之一，就是保險絲熔毀需要相當(dāng)?shù)臅r間，不能在充電電流過大時立刻進行快速的反應(yīng)，也就無法在無電電流過大時馬上將電池與充電電源斷路。在保險絲開始熔毀但未燒斷期間，電池還是會于充電電源處導(dǎo)通大量的電流，無法完全避免電池短路導(dǎo)致的危險。另外，為了節(jié)省功率消耗，現(xiàn)代的電子裝置都運作于較低的電壓/電流，其所能承受的電流也隨之降低，對電子裝置充電的額定充電電流也比較低。在此情況下，一個相當(dāng)大小的充電電流很可能已經(jīng)超越了額定充電電流的大小，但還不足以引發(fā)保險絲開始熔毀；這樣一來，保險絲的過流保護機制就無法避免電池短路的危險。換句話說，因應(yīng)較低的額定充電電流，過流保護機制也應(yīng)該更加敏感，而現(xiàn)有的保險絲過流保護機制就較難提升其敏感度。
另外，現(xiàn)有技術(shù)中也會以電子裝置中的軟件來實現(xiàn)充電期間的保護機制。舉例來說，手機中的處理器會在充電期間接收充電電流、電壓的檢測訊息，并執(zhí)行特定的軟件來判斷此充電電流、電壓是否過大，以監(jiān)控充電情形。然而，軟件保護機制涉及各種高階的運作(像是軟件的執(zhí)行)，僅依賴軟件保護機制，其可靠程度稍嫌不足，也可能無法及時反應(yīng)充電期間的過流、過壓現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的，在于提供一種充電保護電路來輔助保險絲的運作，以便在硬件階層實現(xiàn)一種可快速反應(yīng)、具有高敏感度的充電保護機制，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，在充電期間完善地維護各種電子裝置(像是手機)及其使用者的安全。
本發(fā)明充電保護電路包括有一保險絲、一電流檢測器、一限流器、一限壓器、一過流保護器、一轉(zhuǎn)接器、一充電控制器、一輔助轉(zhuǎn)接器、一輔助充電控制器及一輔助保險絲。保險絲的一端作為輸入端，用來由充電電源接收充電的電力，保險絲的另一端則為一分流端，分支出兩個電路分支(branch)。在其中一電路分支上串接有過流保護器及輔助轉(zhuǎn)接器。在另一電路分支上則串接有電流檢測器、轉(zhuǎn)接器及輔助保險絲，輔助保險絲之后即為充電電力的輸出端，可將充電電力輸出于一電池。換句話說，此一「電流檢測器-轉(zhuǎn)接器-輔助保險絲」的電路分支就是將充電電力由充電電源傳輸至電池的路徑，負責(zé)導(dǎo)通充電電流。其中，電流檢測器即用來檢測充電電流的大小，并將檢測結(jié)果反映至限流器，限流器則進一步將電流檢測結(jié)果反映至充電控制器；而充電控制器則可據(jù)此來控制轉(zhuǎn)接器，由轉(zhuǎn)接器來實際控制此一電路分支上所導(dǎo)通的充電電流。另外，轉(zhuǎn)接器對充電電流的導(dǎo)通控制情形會反映至另一電路分支上的過流保護器。
在充電時，當(dāng)充電電流開始變大而接近或超越額定的充電電流時，電流檢測器會將充電電流增大的情形經(jīng)由限流器、充電控制器而反映至轉(zhuǎn)接器，使轉(zhuǎn)接器減少其導(dǎo)通的程度，限制充電電流的大??；這也就實現(xiàn)了限流保護的功能。若充電電流仍然持續(xù)增大，轉(zhuǎn)接器會加強限流的程度，而此加強限流的情形會反映至過流保護器；一旦充電電流大于一臨限電流，轉(zhuǎn)接器加強限流的程度就會使另一電路分支上的過流保護器開始啟動而導(dǎo)通一輔助電流。由于保險絲上的電流主要為兩電路分支電流之和，故此一輔助電流的導(dǎo)通，就會使保險絲上的總和電流大于充電電流，以快速地觸發(fā)保險絲熔毀，讓充電電源與電池能迅速地斷路，達到過流保護的目的。
換句話說，在本發(fā)明中，過流保護器可視為一受控的電流源，一旦充電電流大于臨限電流，過流保護器就會受控啟動而在保險絲上額外導(dǎo)通一輔助電流，以加速保險絲的熔毀。這使得保險絲的熔毀不再完全依賴充電電流的大小；只要使過流保護器導(dǎo)通的輔助電流較大，就能更快地熔毀保險絲。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整此一過流保護器的啟動條件與輔助電流的大小，就能實現(xiàn)出高敏感度、反應(yīng)快速的過流保護機制。
除了接收充電電力的保險絲外，本發(fā)明充電保護電路中還可設(shè)置一輔助保險絲，作為過流保護的另一道防線。當(dāng)「電流檢測器-轉(zhuǎn)接器-輔助保險絲」此一電路分支上的充電電流過大時，轉(zhuǎn)接器本身會因為限流而散發(fā)較多熱量，而輔助保險絲可和轉(zhuǎn)接器熱耦合，利用轉(zhuǎn)接器的熱量來加速此一輔助保險絲的熔毀。一旦充電電流增至極大，轉(zhuǎn)接器本身可能因限流而過熱，輔助保險絲就能快速的熔毀、燒斷，使充電電源和電池斷路，實現(xiàn)另一重的過流保護機制。
另外，在本發(fā)明充電保護電路中，限壓器則電連于分流端，以檢測分流端的電壓，并將檢測結(jié)果反映于充電控制器及輔助充電控制器。而充電控制器、輔助充電控制器就能依據(jù)限壓器的檢測結(jié)果分別控制轉(zhuǎn)接器及輔助轉(zhuǎn)接器。當(dāng)充電電源提供的充電電壓過大(大于一臨限電壓)時，限壓器就會將此情形反映至兩電路分支上的轉(zhuǎn)接器及輔助轉(zhuǎn)接器，使這兩轉(zhuǎn)接器皆停止導(dǎo)通，讓過大的充電電壓不至于輸入至電池。而這也就實現(xiàn)了過壓保護的功能。
本發(fā)明的充電保護電路因為可在電路設(shè)計上充分地調(diào)整各種保護機制的參數(shù)(像是臨限電壓、臨限電流、輔助電流的大小)，故可普遍適用于各種需要充電的電子裝置，在各種電子裝置中實現(xiàn)完善的過流、限流及限壓保護。


圖1為本發(fā)明充電保護電路的功能方塊示意圖。
圖2是以電子電路來實現(xiàn)圖1中充電保護電路的示意圖。
圖3為本發(fā)明充電保護電路進行過壓保護的示意圖。
圖4為本發(fā)明充電保護電路進行限流/過流保護的示意圖。
圖5為本發(fā)明充電保護電路運用于電子裝置中的示意圖。
附圖符號說明1、5、6、14-15(雙載流子結(jié)型)晶體管2齊納二極管3、8、9、11-13、16、18、19電阻4、17二極管7電容21保險絲22輔助保險絲Q1-Q2(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管30充電保護電路32轉(zhuǎn)接器34輔助轉(zhuǎn)接器 36電流檢測器38限流器 40過流保護器42限壓器 46充電控制器48輔助充電控制器 50電子裝置52處理電路54電池56充電電源201-207路徑Ic充電電流Ioc輔助充電電流Na-Ne節(jié)點 Vin、Vout電壓
具體實施例方式
請參考圖1；圖1為本發(fā)明充電保護電路30的功能方塊示意圖。充電保護電路30中設(shè)有一保險絲21、一電流檢測器36、一轉(zhuǎn)接器32、一輔助保險絲22、一限流器38、一充電控制器46、一輔助轉(zhuǎn)接器34、一過流保護器40、一限壓器42及一輔助充電控制器48。保險絲21于節(jié)點Na的一端為輸入端，用來由充電電源接收充電的電力(也就是輸入電壓Vin)；在節(jié)點Nb的另一端則可視為一分流端，以經(jīng)由兩路徑203及205而分出兩電路分支。路徑203上串連有電流檢測器36、轉(zhuǎn)接器32、輔助保險絲22；此一路徑203主要用來導(dǎo)通充電電流Ic，而節(jié)點Nc就做為充電保護電路30的輸出端，以將充電電流Ic(輸出電壓Vout)輸出至電池。在路徑203上，轉(zhuǎn)接器32用來控制路徑203的導(dǎo)通程度，也就是說，轉(zhuǎn)接器32可控制充電電流Ic的大小。而電流檢測器36即用來檢測充電電流Ic的大小，并將其檢測結(jié)果反映至限流器38。限流器38則進一步將電流檢測的結(jié)果反映至充電控制器46，由充電控制器46來控制轉(zhuǎn)接器32的導(dǎo)通程度；等效上來說，充電控制器46就是以一限流訊號來控制轉(zhuǎn)接器32的導(dǎo)通程度。經(jīng)由電流檢測器36、限流器38、充電控制器46、轉(zhuǎn)接器32的協(xié)調(diào)運作，就可實現(xiàn)本發(fā)明的限流保護。
在充電時，當(dāng)充電電流Ic的電流大小增加而趨近或超越額定充電電流時，電流檢測器36會將充電電流增加的情形反映至限流器38，限流器38則將電流檢測的結(jié)果反映至充電控制器46，而充電控制器46就會控制轉(zhuǎn)接器32開始限流，也就是使轉(zhuǎn)接器32減少其導(dǎo)通程度，限制充電電流Ic的電流大小，使其不再增大；這也就實現(xiàn)了限流保護的功能。
另一方面，輔助轉(zhuǎn)接器34則可控制路徑205是否導(dǎo)通，而過流保護器40則可根據(jù)轉(zhuǎn)接器32限流的程度而決定是否要在路徑205上導(dǎo)通一輔助電流Ioc；等效上來說，轉(zhuǎn)接器32的導(dǎo)通程度(也就是其進行限流的程度)就形成一過流訊號，以控制過流保護器40是否要開始導(dǎo)通輔助電流Ioc。在充電時，當(dāng)充電電流Ic的電流大小還在額定的正常范圍中時，過流保護器40不會導(dǎo)通輔助電流Ioc；也就是說，由充電電源輸入的充電電力會由保險絲21直接經(jīng)路徑203而傳輸至節(jié)點Nc的輸出端。然而，如前所述，當(dāng)充電電流Ic(路徑203)的電流大小增加而趨近或超越額定充電電流時，轉(zhuǎn)接器32會根據(jù)限流器38、充電控制器46的反饋而增加其限流的程度(也就是減少其導(dǎo)通的程度)，進行限流保護。若充電電源持續(xù)要于路徑203上傳輸更高電流的充電電力(像是當(dāng)電池短路時)，轉(zhuǎn)接器32勢必要進一步減少其導(dǎo)通程度而持續(xù)增加其限流程度；當(dāng)轉(zhuǎn)接器32的限流程度增加至某一臨限值時(也就是充電電流Ic將要超越一臨限電流時)，過流保護器40就會開始啟動而導(dǎo)通輔助電流Ioc。由圖1可看出，一旦過流保護器40開始在節(jié)點Nb導(dǎo)通輔助電流Ioc，流經(jīng)保險絲21的電流就會增加，不僅會導(dǎo)通充電電流Ic，還會額外地導(dǎo)通輔助電流Ioc。當(dāng)保險絲21上的電流增加，就能加速其熔毀/燒斷，進而使充電電源與電池能快速地間斷電，防止過大的充電電流導(dǎo)致電池爆炸；而這也就實現(xiàn)了本發(fā)明的過流保護。
由以上描述可知，在本發(fā)明的充電保護電路30中，能在必要時以過流保護器40額外導(dǎo)通的輔助電流來加速保險絲21的熔毀/燒斷。而這也使得本發(fā)明能容易地實現(xiàn)出高敏感度、反應(yīng)快速的過流保護機制。只要改變過流保護器的設(shè)計參數(shù)，就能改變其啟動的時機與條件，進而調(diào)整過流保護機制的敏感程度。改變過流保護器40所能導(dǎo)通的電流大小，就能調(diào)整過流保護機制的反應(yīng)速度；過流保護器40啟動后所能導(dǎo)通的電流越高，就能越快地使保險絲21燒斷，實現(xiàn)出快速反應(yīng)的過流保護機制。
另外，本發(fā)明充電保護電路30還可利用另一輔助保險絲22來實現(xiàn)另一重的備援過流保護。在實際實現(xiàn)充電保護電路30時，輔助保險絲22可和轉(zhuǎn)接器32熱耦合(像是布局在相近的位置)。當(dāng)轉(zhuǎn)接器32增加其限流程度時，轉(zhuǎn)接器32本身會散發(fā)較多的熱量或甚至燒毀，此時轉(zhuǎn)接器32本身的熱量就可使保險絲22加速熔毀燒斷，形成備援的過流保護機制。
除了上述的限流及過流保護，在本發(fā)明充電保護電路30中，還可以利用限壓器42來進行過壓保護。限壓器42可檢測節(jié)點Nb的電壓大小，并將檢測結(jié)果反映于充電控制器46以及輔助充電控制器，并使充電控制器46、輔助充電控制器48能分別以對應(yīng)的限壓訊號、輔助限壓訊號來控制轉(zhuǎn)接器32、輔助轉(zhuǎn)接器34。當(dāng)節(jié)點Nb的電壓超過一臨限電壓時，限壓器42就會使充電控制器46將轉(zhuǎn)接器32關(guān)閉、并使輔助充電控制器48將輔助轉(zhuǎn)接器34關(guān)閉，讓路徑203、205皆停止導(dǎo)通，使過大的電壓不至于傳輸至輸出端的電池，也就能實現(xiàn)過壓保護的目的。
為進一步說明本發(fā)明以電子電路來實際實現(xiàn)的情形，請參考圖2(并一并參考圖1)。圖2即為本發(fā)明以實際的電路配置來實現(xiàn)圖1中充電保護電路30的一個實施例。如圖2所示，電流檢測器36中可包含有一或多個并聯(lián)的電阻(圖2中以三個電阻11-13做為代表)；由于電流檢測器是串接于無電電力主要的傳輸路徑203上，若單一電阻能導(dǎo)通的額定電流量有限，就可如圖2般以并聯(lián)的電阻(阻值可相等)來增加電流檢測器36本身可導(dǎo)通的電流。限流器38中可設(shè)有兩個雙載流子結(jié)型晶體管5及6；晶體管5的基極-發(fā)射極跨壓即由電流檢測器中的各電阻來控制，晶體管5的集電極電流則會饋入晶體管6的基極，由晶體管6將其基極電流放大為集電極、發(fā)射極間的較大電流，并經(jīng)由路徑204傳輸至充電控制器46。充電控制器46中可設(shè)有一電容7及一電阻9；其于節(jié)點Nd建立的電壓就可視為限流訊號/限壓訊號。轉(zhuǎn)接器32則可用一功率金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管Q1來實現(xiàn)，其源極、漏極串接于路徑203上，柵極則連接于節(jié)點Nd，以根據(jù)充電控制器46的在節(jié)點Nd的電壓來調(diào)整其漏極、源極間導(dǎo)通的程度。另外，晶體管Q1可進一步和保險絲22熱耦合(像是布局在相近的位置)。
另一方面，在路徑205上，過流保護器40中可由一或多組的受控電流源來實現(xiàn)；像在圖2中，過流保護器40即設(shè)有兩組受控電流源。其中一組由雙載流子結(jié)型晶體管14及電阻18(路徑206)形成，另一組則由雙載流子結(jié)型晶體管15及電阻19形成(路徑207)。在各組受控電流源中，總和各個雙載流子結(jié)型晶體管于發(fā)射極、集電極間導(dǎo)通的電流就可形成過流保護器40的輔助電流Ioc。而受控電流源中各雙載流子結(jié)型晶體管的基極則可統(tǒng)一經(jīng)由二極管17、電阻16而連接于晶體管Q1的漏極，以晶體管Q1的漏極電壓作為過流訊號，控制各個受控電流源是否要開始導(dǎo)通。路徑205上的輔助轉(zhuǎn)接器34則可用一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管Q2來實現(xiàn)；晶體管Q2的源極、集電極控制路徑205的導(dǎo)通，而其柵極電壓則受控于電阻8。此電阻8也就是輔助充電控制器48；其在節(jié)點Ne所建立的電壓也就可視為對輔助轉(zhuǎn)接器34的輔助限壓訊號。
本發(fā)明充電保護電路的限壓器42則可用一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管1、一齊納二極管2及一電阻3來實現(xiàn)。齊納二極管2、電阻3串連于晶體管1的基極，晶體管1的發(fā)射極連接于節(jié)點Nb，集電極一方面在節(jié)點Ne連接于輔助充電控制器48的電阻8以建立輔助限壓訊號，另一方面則經(jīng)由一二極管4而在節(jié)點Nd連接于充電控制器46，以在節(jié)點Nd建立限壓訊號。由于限流器38也會在節(jié)點Nd建立限流訊號，故二極管4可防止限流器38在路徑204上的電流經(jīng)由路徑201逆流至限壓器42。
圖2中的各電路協(xié)同運作的情形可描述如下。路徑203上的充電電流Ic會在電流檢測器36的各電阻上建立電壓，進而控制晶體管5的基極-發(fā)射極跨壓，等效上就是根據(jù)充電電流Ic的大小來控制晶體管5的導(dǎo)通程度。晶體管5在其集電極、發(fā)射極間導(dǎo)通的電流會經(jīng)由晶體管6放大，并注入至充電控制器46，以便在節(jié)點Nd建立電壓作為限流訊號，控制轉(zhuǎn)接器32(晶體管Q1)的導(dǎo)通程度。也就是說，在充電時，當(dāng)充電電流Ic增大，電流檢測器36中各電阻的跨壓也就隨之增大，這也就會使晶體管5的導(dǎo)通程度增加(也就是增加其導(dǎo)通的電流)，而晶體管6也就會以更大的電流注入至充電控制器46，使節(jié)點Nd的電壓快速地升高，讓晶體管Q1的源極-柵極跨壓減少，并使晶體管Q1的導(dǎo)通程度減少，這樣就可反向控制而將充電電流Ic減少。換句話說，經(jīng)由電流檢測器36、限流器38、充電控制器46及轉(zhuǎn)接器32的負回饋運作，路徑203上的充電電流Ic就會受限于一定的電流值大小。這也就實現(xiàn)了本發(fā)明的限流功能。
在充電時，當(dāng)充電電源提供的充電電力還在額定值的內(nèi)的正常狀況下，晶體管14、15的集電極電壓(反映節(jié)點Nc的電壓)與發(fā)射極電壓(反映節(jié)點Nb的電壓)相差不大，使得晶體管14、15不導(dǎo)通；充電電力主要從路經(jīng)203傳輸。當(dāng)轉(zhuǎn)接器32中的晶體管Q1進行限流時，其集電極-源極間跨壓就會反映其進行限流的程度。隨著路徑203上的充電電流Ic增加，晶體管5、6的導(dǎo)通程度也增加，讓節(jié)點Nd的電壓增高，并使晶體管Q1的柵極-源極間跨壓減少而減少其導(dǎo)通程度；連帶地，晶體管Q1的漏極-源極間跨壓也就會隨之增加，并使晶體管Q1在節(jié)點Nc的漏極電壓下降。這樣一來，也會連帶使晶體管14、15的基極電壓下降。當(dāng)充電電源由路徑203傳輸?shù)碾娏Υ笤鲋脸筋~定值時，晶體管Q1勢必要進行強力的限壓，這會使晶體管Q1的漏極電壓下降至某一臨限值，連帶地就會使晶體管14、15的基極電壓下降，使晶體管14、15于發(fā)射極-集電極間的跨壓增大至可使晶體管14、15導(dǎo)通的程度。如此一來，晶體管14、15就會快速地分別在路徑206、207上導(dǎo)通電流；此時，過流保護器40也就開始啟動而在路徑205上導(dǎo)通額外的輔助電流Ioc。此額外導(dǎo)通的輔助電流Ioc會和充電電流Ic一起以加總的高電流快速地熔毀/燒斷保險絲21，實現(xiàn)本發(fā)明的過流保護機制。在充電時，當(dāng)充電電源提供過大的充電電力而要由晶體管Q1開始限流時，晶體管Q1會消耗多余的充電電力來使路徑203上的電流維持恒定；若充電電力真的極大時，晶體管Q1可能熔毀，此時，晶體管Q1散發(fā)的熱量就會促使保險絲22快速地?zé)龜?，實現(xiàn)備援的過流保護機制。
以圖2中的電路來實現(xiàn)過壓保護機制的原理則可描述如下。在限壓器42中，齊納二極管2/電阻3可建立一參考電壓；當(dāng)節(jié)點Nb的電壓在額定的正常范圍內(nèi)，晶體管1的發(fā)射極-基極間跨壓不大，晶體管1不導(dǎo)通，輔助充電控制器48的電阻8不會建立電壓，這樣就使晶體管Q2正常導(dǎo)通，而充電控制器46于節(jié)點Nd的電壓會由限流器46主控。當(dāng)節(jié)點Nb的電壓增加而超越正常范圍時，晶體管1的發(fā)射極-基極跨壓就會增大而使晶體管1開始導(dǎo)通；晶體管1導(dǎo)通的電流會注入至輔助充電控制器48及充電控制器46。注入至輔助充電控制器48的電流會在電阻8上建立電壓，這樣就會使晶體管Q2的柵極電壓升高，并使源極-柵極間跨壓減少，將晶體管Q2關(guān)閉。同樣地，注入至充電控制器46的電壓會使晶體管Q1的柵極電壓升高，連帶地使晶體管Q1的源極-柵極跨壓減少，將晶體管Q1關(guān)閉。這樣一來，節(jié)點Nb的高電壓就無法經(jīng)由路徑203、205而傳導(dǎo)至輸出端，也就實現(xiàn)了限壓保護功能。
由圖2可知，本發(fā)明可經(jīng)由電路參數(shù)的改變簡單地調(diào)整限流、過流及過壓保護機制啟動的條件與反應(yīng)的速度，使得本發(fā)明的充電保護電路可廣泛運用于各種需要充電的電子裝置。舉例來說，調(diào)整電阻3的阻值、選用不同崩潰電壓的齊納二極管2，就可調(diào)整限壓保護機制的啟動條件與敏感程度。調(diào)整電阻11-13的阻值或是晶體管5、6的驅(qū)動能力，則可調(diào)整限流器的運作情形及反應(yīng)速度。改變電阻16的阻值，選用不同的二極管17，則可調(diào)整過流保護機制會在何種條件下啟動。要增加過流保護機制的反應(yīng)速度，可以選用電流驅(qū)動能力較佳的晶體管14、15，或是在過流保護器40中增設(shè)更多組的受控電流源。在此要強調(diào)的是，圖2僅為本發(fā)明一實施例的示意圖，本發(fā)明于圖1中的充電保護電路還可用其它種類的電路配置來實現(xiàn)。舉例來說，在圖2中，過流保護器40中的受控電流源可以改用其它種類的受控電流源/電流鏡來實現(xiàn)。限壓器42可用一比較器及一受控電流源來實現(xiàn)；其中，比較器用來比較節(jié)點Nb的電壓是否大于正常值，并控制受控電流源將比較結(jié)果以電流形式反映至充電控制器46(圖2的例子中，晶體管1整合了比較器與受控電流源的功能)。限流器38本身也是一受控電流源，也可采用其它種類的電路設(shè)計；舉例來說，限流器38可采用過流保護器40中的受控電流源來實現(xiàn)，而過流保護器40中也可采用限流器38中的受控電流源來實現(xiàn)。
請參考圖3、圖4(并一并參考圖2)。圖3、圖4是以圖2電路配置的實際實施例來示意本發(fā)明充電保護電路的運作情形；圖3、圖4的橫軸為電壓(以伏特為單位)，縱軸為電流(以微安培為單位)。首先，圖3顯示的是過壓保護機制實現(xiàn)的情形；當(dāng)充電電源輸入的電壓Vin(圖2)超越一臨限電壓(譬如說是6.8伏特)時，晶體管1、2(也就是轉(zhuǎn)接器、輔助轉(zhuǎn)接器)都會停止導(dǎo)通，使電池與充電電源斷路，提供限壓保護。圖4顯示的則是本發(fā)明限流/過流保護的情形；在圖4的點Pa，充電電源提供的充電電力開始增加趨近/超越額定的正常值(譬如說是460微安培)，而限流器38(圖2)就會經(jīng)由充電控制器46而使晶體管Q1開始減少其導(dǎo)通程度，使得充電電流維持為定值，發(fā)揮限流保護的作用。在圖4的點Pb，充電電源提供的充電電力大幅增加，此時過流保護電路就會啟動，以額外導(dǎo)通的輔助電流加速保險絲21的熔毀/燒斷，使得電池與充電電源間快速地斷路，達到過流保護的目的。
請參考圖5(并一并參考圖1、圖2)。圖5即為本發(fā)明充電保護電路30運用于一電子裝置50中的示意圖。電子裝置50中的處理電路52用來主控電子裝置50的運作，電池54(或儲電裝置)用來供應(yīng)處理電路52所需的電力，而本發(fā)明的充電保護電路30就可設(shè)置于電池的電力輸入端；當(dāng)電子裝置50與一充電電源56連接而要充電時，本發(fā)明的充電保護電路30就可在電源供應(yīng)的充電電源56與電池54之間控制充電電力的傳輸路徑，發(fā)揮限流、過流及過壓保護的功能。電子裝置50可以是一手機，而處理電路52就可包括天線、無線通訊線路、麥克風(fēng)、揚聲器、人機接口(man-machine interface，像是鍵盤、屏幕)、手機處理器、存儲裝置等等。當(dāng)然，電子裝置50也可以是數(shù)字相機(處理電路包括鏡頭驅(qū)動電路、處理器、儲存裝置、光學(xué)控制電路等等)、個人隨身助理器或可攜式計算機(處理電路包括中央處理器、隨機存取內(nèi)存、非易失性存儲裝置、硬盤、光盤、鍵盤、屏幕等等)以及隨身影音播放裝置(處理電路包括影音處理、播放電路)等等。
總的來說，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可在硬件階層以電子電路來輔助保險絲的過流保護機制，以實現(xiàn)出具有高敏感度、反應(yīng)快速、可廣泛運用的充電保護機制，在充電期間對電子裝置與使用者提供完善的限流/過流及過壓保護機制。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明的權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種充電保護電路，其包含有一保險絲，其兩端分別為一輸入端及一分流端；該保險絲經(jīng)由該輸入端接收一電源供應(yīng)的一電流，并將該電流由該分流端輸出；一輸出端，電連于該分流端，用來由該分流端接收一充電電流并將該充電電流輸出；以及一過流保護器，電耦接連于該分流端；當(dāng)該充電電流未高于一臨限電流時，該過流保護器不會導(dǎo)通電流；而當(dāng)該充電電流高于該臨限電流時，該過流保護電路會于該分流端額外導(dǎo)通一輔助電流，使該保險絲兩端間的電流過大而熔毀該保險絲。
2.如權(quán)利要求1所述的充電保護電路，其還包含有一轉(zhuǎn)接器，電連于該輸出端及該分流端之間；該轉(zhuǎn)接器可傳輸該充電電流，并可根據(jù)該充電電流的大小產(chǎn)生一對應(yīng)的過流訊號；而該過流保護器即根據(jù)該過流訊號來判斷是否要導(dǎo)通該輔助電流。
3.如權(quán)利要求2所述的充電保護電路，其中該轉(zhuǎn)接器包含有一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極電連于該分流端，該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極電連于該輸出端，而該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極電壓即為該過流訊號。
4.如權(quán)利要求3所述的充電保護電路，其中該過流保護器包含有至少一雙載流子結(jié)型晶體管，各雙載流子結(jié)型晶體管的基極電壓受控于該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極電壓，以根據(jù)該過流訊號而判斷是否要于各雙載流子結(jié)型晶體管的發(fā)射極與集電極間導(dǎo)通電流。
5.如權(quán)利要求2所述的充電保護電路，其還包含有一充電控制器，電連于該轉(zhuǎn)接器；該充電控制器可根據(jù)該充電電流的大小產(chǎn)生一對應(yīng)的限流訊號，而該轉(zhuǎn)接器還可根據(jù)該限流訊號來控制其所傳輸?shù)某潆婋娏鞯拇笮?；?dāng)該限流訊號顯示該充電電流增大時，該轉(zhuǎn)接器可減少其所導(dǎo)通的充電電流。
6.如權(quán)利要求5所述的充電保護電路，其還包含有一電流檢測器，電連于該分流端與該輸出端之間，用來檢測該充電電流的大??；以及一限流器，電連于該電流檢測器與該充電控制器之間，該限流器可將該電流檢測器的檢測結(jié)果反映至該充電控制器，使該充電控制器可對應(yīng)地產(chǎn)生該限流訊號。
7.如權(quán)利要求6所述的充電保護電路，其中該轉(zhuǎn)接器包含有一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極電連于該分流端，該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極電連于該輸出端，該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極電連于該充電控制器，而該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的漏極電壓即為該過流訊號。
8.如權(quán)利要求7所述的充電保護電路，其中該電流檢測器包含有至少一電阻，電連于該分流端與該輸出端之間；而該限流器包含有至少一雙載流子結(jié)型晶體管，該雙載流子結(jié)型晶體管的基極與發(fā)射極跨接于該電流檢測器的電阻的兩端，使該雙載子晶體管發(fā)射極與集電極之間導(dǎo)通的電流可反映該分流端與該輸出端間的電流大小
9.如權(quán)利要求7所述的充電保護電路，其中該充電控制器包含有一電阻及一電容，該限流器可根據(jù)該電流檢測器的檢測結(jié)果產(chǎn)生一對應(yīng)的電流并傳輸至該充電控制器，以在該充電控制器的電阻及電容上建立跨壓，而該跨壓即為該充電控制器產(chǎn)生的限流訊號。
10.如權(quán)利要求2所述的充電保護電路，其還包含有一限壓器，電連于該分流端，用來檢測該分流端的電壓；以及一充電控制器，電連于該限壓器及該轉(zhuǎn)接器，該充電控制器可根據(jù)該限壓器的檢測結(jié)果產(chǎn)生一對應(yīng)的限壓訊號，并將該限壓訊號傳輸至該轉(zhuǎn)接器；當(dāng)該限壓訊號顯示該分流端的電壓已經(jīng)大于一電壓臨限值時，該轉(zhuǎn)接器會停止在該分流端與該輸出端間傳輸電流。
11.如權(quán)利要求10所述的充電保護電路，其還包含有一輔助轉(zhuǎn)接器，電連于該分流端及該過流保護器之間，用來控制該分流端及該過流保護器間的電連；以及一輔助充電控制器，電連于該限壓器；該輔助充電控制器可根據(jù)該限壓器的檢測結(jié)果產(chǎn)生一對應(yīng)的輔助限壓訊號，并將該輔助限壓訊號傳輸至該輔助轉(zhuǎn)接器；當(dāng)該輔助限壓訊號顯示該分流端的電壓已經(jīng)大于一臨限電壓時，該輔助轉(zhuǎn)接器會停止該分流端與該過流保輔助護器間的電連。
12.如權(quán)利要求11所述的充電保護電路，其中該輔助轉(zhuǎn)接器包含有一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，該金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的源極與漏極分別電連于該分流端及該過流保護器之間；該輔助充電控制器中包含有一電阻；該限壓器可根據(jù)該分流端的電壓而將對應(yīng)的電流傳輸至該輔助充電器上，以便于該輔助充電控制器的電阻上建立一跨壓作為該輔助限壓訊號；而該輔助轉(zhuǎn)接器中金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極即受控于輔助充電控制器的電阻跨壓。
13.如權(quán)利要求2所述的充電保護電路，其還包含有一輔助保險絲，電連于該轉(zhuǎn)接器與該輸出端之間。
14.如權(quán)利要求13所述的充電保護電路，其中該輔助保險絲熱耦合于該轉(zhuǎn)接器，使得當(dāng)該轉(zhuǎn)接器導(dǎo)通的充電電流升高時，該轉(zhuǎn)接器升高的溫度可加速該輔助保險絲的熔毀。
15.如權(quán)利要求1所述的充電保護電路，其輸入端用來由一充電電源接收電流，而該輸出端用來向一電池輸出該充電電流以對該電池充電。
16.如權(quán)利要求13所述的充電保護電路，其設(shè)立于一電子裝置中，而該電池即用來提供該電子裝置運作所需的電力。
全文摘要
本發(fā)明提供一種連接于充電電源及電池間的充電保護電路，以在對電池充電時進行限流、過流及過壓的多重保護。本發(fā)明的充電保護電路中設(shè)有一保險絲、一轉(zhuǎn)接器及一過流保護器，保險絲用來傳輸向電池充電的電流，轉(zhuǎn)接器可根據(jù)充電電流的大小控制該過流保護器，如電池短路而使充電電流過大，轉(zhuǎn)接器就能使過流保護器啟動，而過流保護器就會在保險絲上導(dǎo)通一額外的電流，加速保險絲的熔毀，使電池與充電電源間可迅速的斷路，讓過大的充電電流不至于饋入電池中。配合相關(guān)的限壓器、限流器配置，本發(fā)明的充電保護電路還可實現(xiàn)限流及過壓保護。
文檔編號H02H7/18GK1972066SQ200510124869
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者黃軍維, 林堅棠, 楊順全 申請人:明基電通股份有限公司