專利名稱：用于配備多電池的電子裝置的供電控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種電力供應(yīng)控制裝置，特別是有關(guān)一種用于配備多電池的電子裝置的供電控制裝置。
(2)背景技術(shù)科技發(fā)展的日新月異，數(shù)字電子產(chǎn)品的問世，帶給人類更便利的生活。而各種可攜式裝置，例如移動電話、筆記本電腦或個人數(shù)字助理(Personal DigitalAssistance，PDA)等的快速發(fā)展，更大大地提升人類生活的便利以及工作的效率。
可攜式裝置可以在不外接電源的情況下，完全依賴其所配備的電池作為電力來源，提供需要的電力。不外接電源的可攜式裝置工作時間的長短，取決于電池能夠持續(xù)而穩(wěn)定地供應(yīng)電力的供電時間長短。目前一般都是以多個電池組同時或輪流供電的方式，來延長不外接電源的可攜式裝置的工作時間。這樣，則需要一個供電控制裝置來控制每一個電池組的供電狀況。
請參照圖1，它是傳統(tǒng)配備雙電池的可攜式裝置所使用的供電控制裝置的電路方塊圖。傳統(tǒng)作法是利用兩個二極管D1、D2來控制第一電池102與第二電池104的供電狀況。二極管D1、D2分別與第一電池102與第二電池104耦接，并且與負(fù)載106一起耦接于節(jié)點(diǎn)a。其中，負(fù)載106可以是任何需要電池提供電力的可攜式裝置。這樣，相當(dāng)于把第一電池102與第二電池104并聯(lián)，若第一電池102的供電電壓VB1大于第二電池104的供電電壓VB2，則二極管D1導(dǎo)通且二極管D2關(guān)閉，負(fù)載106所需的電力完全由第一電池102供應(yīng)。反之，若第一電池102的供電電壓VB1小于第二電池104的供電電壓VB2，則二極管D2導(dǎo)通且二極管D1關(guān)閉，負(fù)載106所需的電力完全由第二電池104供應(yīng)。換言之，本裝置是通過比較第一電池102與第二電池104的供電電壓VB1與VB2的大小來決定二極管D1、D2的導(dǎo)通與關(guān)閉，進(jìn)而控制由何者供應(yīng)負(fù)載106所需的電力。
上述的供電控制裝置的缺點(diǎn)是二極管導(dǎo)通時，二極管的兩極會具有一個大小約是0.35~0.7伏特的電壓壓降。換言之，電池的供電電壓必須比負(fù)載電壓高0.35~0.7伏特，二極管才會導(dǎo)通。這樣，使得電池所儲存的電力無法完全供應(yīng)給負(fù)載，因而降低電池的供電能力及供電時間。尤其電池的電壓原本就不高時，上述作法所造成電池供電能力的損失會變得相當(dāng)嚴(yán)重。
請參照圖2，它是傳統(tǒng)配備雙電池的可攜式裝置所使用的另一個供電控制裝置的電路方塊圖。與上述作法不同的是，本作法是以兩個晶體管M1、M2來取代上述作法中的二極管D1、D2，控制第一電池202與第二電池204的供電狀況。其中，晶體管M1、M2的導(dǎo)通與關(guān)閉是由微控制單元(micro control unit，MCU)208所控制。微控制單元208可檢測第一電池202、第二電池204是否存在，以及第一電池202、第二電池204的供電電壓，以輸出控制信號至晶體管M1、M2，控制晶體管M1、M2的導(dǎo)通與關(guān)閉。當(dāng)晶體管M1導(dǎo)通，且晶體管M2關(guān)閉時，負(fù)載206所需的電力完全由第一電池202供應(yīng)。反之，當(dāng)功率晶體管M2導(dǎo)通，且功率晶體管M1關(guān)閉時，負(fù)載206所需的電力完全由第二電池204供應(yīng)。換言之，本供電控制裝置是通過控制晶體管M1、M2的導(dǎo)通與關(guān)閉，進(jìn)而控制由第一電池202或第二電池204供應(yīng)負(fù)載206所需的電力。
上述的供電控制裝置雖然可解決二極管導(dǎo)通時兩極的壓降的問題，提高電池的供電能力及供電時間。但是缺點(diǎn)是需要微控制單元來檢測并控制電池的供電狀況，增加控制電路及控制方法的復(fù)雜度以及控制電路的制造成本。此外，微控制單元進(jìn)行檢測并控制電池的動作需要一段反應(yīng)時間。如果正在供電的電池突然被取走，或是因?yàn)槠渌蛲蝗粺o法正常供電，需要經(jīng)過一段時間后，微控制單元才會檢測到此情況。在這段時間，雖然與另一個電池耦接的晶體管是處于關(guān)閉狀態(tài)，但另一個電池的供電電壓會強(qiáng)迫導(dǎo)通該晶體管的內(nèi)部二極管(body diode)，通過該內(nèi)部二極管輸出電力至負(fù)載，直到該晶體管導(dǎo)通為止。二極管導(dǎo)通時，兩極具有順向電壓(Forward voltage)，大小約為0.7伏特。對負(fù)載而言，當(dāng)正在供電的電池突然無法正常供電時，輸入負(fù)載的供電電壓會瞬間下降約0.7伏特。這個大小約0.7伏特的瞬間電壓壓降，對負(fù)載，尤其是低操作電壓的負(fù)載的工作狀況影響很大。此外，如果當(dāng)時電池的供電電壓不高，上述作法有可能會使得負(fù)載誤認(rèn)為電池的電力不足，甚至強(qiáng)行關(guān)機(jī)，造成使用者資料的遺失及使用的不便。還有，如果加入新的電池作為該負(fù)載新的供電來源的話，就需要使用軟件程序去重新設(shè)定微控制器的動作，困難度較高。
(3)發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于配備多電池的電子裝置的供電控制裝置，以實(shí)現(xiàn)降低電池至負(fù)載的壓差；降低電路的復(fù)雜度及制造成本；可任意增加或減少配置的電池數(shù)目以及在電子裝置操作時可自由地插拔電池。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種用于配備多電池的電子裝置的供電控制裝置，用以控制該些電池的供電狀況，其中每個電池是通過獨(dú)立的供電控制裝置與電子裝置耦接，電池具有供電電壓且負(fù)載具有負(fù)載電壓；每個供電控制裝置是由晶體管、參考電壓電路以及電壓比較電路所組成；其中，晶體管的汲極與電池耦接，源極與電子裝置耦接；參考電壓電路分別與電子裝置以及電壓比較電路耦接，依據(jù)負(fù)載電壓輸出調(diào)整負(fù)載電壓，其值為負(fù)載電壓減參考電壓的差值；電壓比較裝置具有第一信號輸入端與參考電壓電路耦接，第二信號輸入端與電池耦接，以及信號輸出端與晶體管的閘極耦接，依據(jù)供電電壓以及調(diào)整負(fù)載電壓的大小輸出比較信號，以控制晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉當(dāng)供電電壓大于調(diào)整負(fù)載電壓時，晶體管即導(dǎo)通，電池與電子裝置電性耦接；當(dāng)供電電壓小于調(diào)整負(fù)載電壓時，晶體管即關(guān)閉，電池與電子裝置電性不耦接。
本發(fā)明由于利用硬件電路來控制并切換電池的供電狀況，可避免使用二極管所造成的壓降問題。此外，本發(fā)明由于不使用微控制單元，可減小電路的復(fù)雜度以及降低制造成本。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1是傳統(tǒng)配備雙電池的可攜式裝置所使用的供電控制裝置的電路方塊圖。
圖2是傳統(tǒng)配備雙電池的可攜式裝置所使用的另一個供電控制裝置的電路方塊圖。
圖3是本發(fā)明所提出用于配備雙電池的可攜式裝置的供電控制裝置的電路方塊圖。
(5)具體實(shí)施方式
本發(fā)明所提出的供電控制裝置是將每一個電池皆配備一個獨(dú)立的供電控制裝置以控制該電池的供電狀況，而不是像傳統(tǒng)作法通過一個微控制單元(Micro Control Unit，MCU)去控制所有電池的供電狀況。這樣，當(dāng)負(fù)載需要加入新的電池作為新的電源時，只需要將一個新的供電控制裝置分別與新的電池以及負(fù)載耦接即可，不需要以軟件程序去重新設(shè)定微控制單元的動作，較為簡便。
請參照圖3，它是本發(fā)明所提出的用于配備雙電池的可攜式裝置的供電控制裝置的電路方塊圖。以下是以與第一電池302耦接的供電控制裝置300(1)為例，說明供電控制裝置的組成元件的耦接關(guān)系及工作原理。供電控制裝置300(1)是由晶體管M1、參考電壓電路310(1)以及電壓比較器308(1)所組成。在本實(shí)施例中，晶體管M1為P通道(P-channel)的功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，Power MOSFET)，其汲極(drain)與第一電池302耦接，源極(source)與負(fù)載306耦接。晶體管M1的作用相當(dāng)于一個開關(guān)，用以控制負(fù)載306與第一電池302的電性耦接狀況。而電壓比較器308(1)的正輸入端(+)與參考電壓電路310(1)耦接，負(fù)輸入端(-)與電池302耦接，且輸出端與晶體管M1的閘極(gate)耦接，如圖3所示。需注意的是，在圖3中的負(fù)載可以是任何需要電池提供電力的可攜式裝置，例如移動電話、筆記本電腦或是個人數(shù)字助理器(Personal Digital Assistance，PDA)。
參考電壓電路310(1)的正端(+)是與負(fù)載306耦接，且其負(fù)端(-)是與電壓比較器308(1)耦接。參考電壓電路310(1)具有參考電壓VCAL1，其電壓值遠(yuǎn)小于供電電壓VB1及負(fù)載電壓VL，約為10毫伏特(mV)。參考電壓電路310(1)的負(fù)端(-)會輸出一調(diào)整參考電壓VL’，其值為負(fù)載電壓VL減去參考電壓VCAL1所得的差。參考電壓電路310(1)的目的在于消除電壓比較器308(1)由于元件的物理特性的差異所造成的偏移電壓(offset voltage)(通常其值為+-5mV)所造成電壓比較器308(1)輸出的不確定性，以保證當(dāng)供電電壓VB1等于負(fù)載電壓VL時，晶體管M1一定導(dǎo)通。
電壓比較器308(1)是比較第一電池302的供電電壓VB1以及調(diào)整負(fù)載電壓VL’的大小，輸出控制信號去控制晶體管M1的動作。其中，輸入電壓比較器308(1)的正輸入端的調(diào)整負(fù)載電壓VL’，其值為負(fù)載電壓VL減去參考電壓VCAL1所得的差。在本實(shí)施例中，當(dāng)供電電壓VB1大于或等于調(diào)整負(fù)載電壓VL’時，電壓比較器308(1)會輸出一低位準(zhǔn)的控制電壓VCL至晶體管M1的閘極。由于本實(shí)施例的晶體管M1為p通道的晶體管，低位準(zhǔn)的控制信號VCL可將晶體管M1導(dǎo)通。反之，當(dāng)供電電壓VB1小于調(diào)整負(fù)載電壓VL’時，電壓比較器308(1)會輸出一高位準(zhǔn)的控制電壓VCH至晶體管M1的閘極，將晶體管M1關(guān)閉。由于有參考電壓VCAL1的加入，在供電電壓VB1與負(fù)載電壓VL的值相等時，調(diào)整參考電壓VL’一定小于電池302的供電電壓VB1，故晶體管M1一定導(dǎo)通。因此電壓比較器308(1)只會在供電電壓VB1小于負(fù)載電壓VL時才使晶體管M1關(guān)閉。
以下說明在圖3中，與第一電池302耦接的供電控制裝置300(1)以及與第二電池304耦接的供電控制裝置300(2)的工作原理及電路動作。
假設(shè)負(fù)載306只配備有第一電池302。對供電控制裝置300(1)而言，無論晶體管M1是否導(dǎo)通，供電電壓VB1必定大于或等于負(fù)載電壓VL。故輸入電壓比較器308(1)的正輸入端(+)的輸入電壓必定小于輸入負(fù)輸入端(-)的供電電壓VB1。因此電壓比較器308(1)輸出低位準(zhǔn)的控制電壓VCL至晶體管M1的閘極，將晶體管M1導(dǎo)通。而對供電控制裝置300(2)而言，晶體管M2會保持上次狀態(tài)可能是導(dǎo)通也可能是關(guān)閉。
假設(shè)此時將第二電池304與晶體管M2及電壓比較器308(2)的負(fù)輸入端(-)耦接。此時當(dāng)?shù)诙姵?04的供電電壓VB2大于第一電池302的供電電壓VB1時，由于第二電池304的供電電壓VB2大于負(fù)載電壓VL，故電壓比較器308(2)輸出低位準(zhǔn)的控制電壓VCL至晶體管M2的閘極，將晶體管M2導(dǎo)通。此時，由于晶體管M1、M2皆為導(dǎo)通，且第二電池304的供電電壓VB2大于此時第一電池302的供電電壓VB1，故對晶體管M1而言，是處于反相偏壓(reverse bias)狀態(tài)。此時會有一由源極流向汲極的逆向電流對第一電池302充電，晶體管M1受到逆向電流的影響，在源極與汲極之間產(chǎn)生一電壓壓降，其大小當(dāng)大于參考電壓V-CAL1時，電壓比較器308(1)的正輸入端(+)的輸入電壓必定大于負(fù)輸入端(-)的輸入電壓。因此電壓比較器308(1)會輸出控制電壓VCH將晶體管M1關(guān)閉。此時，改由第二電池304完全供應(yīng)負(fù)載306所需的電力。需注意的是，上文所述的第一電池302及第二電池304分別切換其供電狀況，以及負(fù)載306切換其電力來源的動作是完全由硬件電路來實(shí)現(xiàn)。而不是由軟件程序控制的微控制單元來執(zhí)行。與軟件程序控制的微控制單元相比，硬件電路的啟動與切換速度快，所需要的反應(yīng)時間短。這樣，則不會有兩個電池在做切換時，由于微控制單元的反應(yīng)時間過長所造成的暫態(tài)電壓不足的現(xiàn)象發(fā)生。
假設(shè)此時第二電池304被拔出，負(fù)載306的負(fù)載電壓VL降至負(fù)載電壓VL減去參考電壓VCAL1小于第一電池302的供電電壓VB1時，電壓比較器308(1)會將晶體管M1導(dǎo)通。此時，改由第一電池302完全供應(yīng)負(fù)載306所需的電力。
故供電控制裝置300(1)及300(2)，其等效電路特性近似為一理想二極管，順向時由晶體管導(dǎo)通，逆向時檢測一逆向電流使得晶體管關(guān)閉。因此當(dāng)兩個電池供電至負(fù)載時，會由電壓高的電池先行供電，供應(yīng)至兩個電池電壓相等時，再由兩個電池一起并聯(lián)供電。
需注意的是，本發(fā)明的控制供電裝置可以無預(yù)警地加入或拔走任一電池，無論該電池當(dāng)時是否為負(fù)載306的電源，而不會造成負(fù)載電壓VL瞬間電壓的遽降，因此不會有斷電或是停機(jī)的情況發(fā)生。本發(fā)明上述實(shí)施例所揭示的一種用于配備多電池的電子裝置的供電控制裝置是利用硬件電路來控制并切換電池的供電狀況，硬件電路的動作速度快，反應(yīng)時間短，在切換電池的供電狀況時不會發(fā)生暫態(tài)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
本發(fā)明的控制供電裝置使用場效應(yīng)晶體管，故可減輕電壓壓降的問題。并且本發(fā)明不使用微控制單元，可以減低電路的復(fù)雜度以及制造成本。
此外，本發(fā)明是把每個電池皆通過一個獨(dú)立的供電控制裝置以控制電池的供電狀況，而不需與其他電池供電控制裝置作信號的溝通，故可無限制地自由增加或減少可攜式裝置所配備的電池數(shù)目。而且在插拔電池時不會造成瞬間負(fù)載電壓的遽降，此時不會有斷電、停機(jī)的情況發(fā)生。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于配備多電池的電子裝置的供電控制裝置，用以控制數(shù)個電池的供電狀況，其中，該電子裝置具有一負(fù)載電壓，且該電池具有一供電電壓，其特征在于，該供電控制裝置至少包括一晶體管，分別與該電池及該電子裝置耦接；以及一電壓比較電路，具有一第一信號輸入端與該電子裝置耦接、一第二信號輸入端與該電池耦接以及一信號輸出端與該晶體管耦接，該電壓比較電路是依據(jù)該供電電壓以及該負(fù)載電壓的大小輸出一比較信號，以控制該晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉；其中，各電池是通過獨(dú)立的供電控制裝置與該電子裝置耦接，當(dāng)該供電電壓大于或等于該負(fù)載電壓，該晶體管即導(dǎo)通，該電池與該電子裝置電性耦接，當(dāng)該供電電壓小于該負(fù)載電壓，該晶體管即關(guān)閉，該電池與該電子裝置電性不耦接。
2.如權(quán)利要求1所述的供電控制裝置，其特征在于，該供電控制裝置還包括一參考電壓電路，分別與該電子裝置以及該電壓比較電路的該第一信號輸入端耦接，該參考電壓電路具有一參考電壓，用以依據(jù)該負(fù)載電壓輸出一調(diào)整負(fù)載電壓至該電壓比較電路，該調(diào)整負(fù)載電壓的大小為該負(fù)載電壓減去該參考電壓之值，該電壓比較電路是依據(jù)該供電電壓以及該調(diào)整負(fù)載電壓兩者的大小控制該晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉，當(dāng)該供電電壓大于該調(diào)整負(fù)載電壓時，則將該晶體管導(dǎo)通，當(dāng)該供電電壓小于該調(diào)整負(fù)載電壓時，則將該晶體管關(guān)閉。
3.如權(quán)利要求2所述的供電控制裝置，其特征在于，該參考電壓是大于該電壓比較電路的偏移電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的供電控制裝置，其特征在于，該電壓比較電路為一比較器，該電壓比較電路的該第一信號輸入端為該比較器的正輸入端，且該電壓比較電路的該第二信號輸入端為該比較器的負(fù)輸入端。
5.如權(quán)利要求1所述的供電控制裝置，其特征在于，該晶體管為一功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
6.如權(quán)利要求5所述的供電控制裝置，其特征在于，該功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管為一P通道功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其汲極是與該電池耦接，其源極是與該電子裝置耦接，其閘極是與該電壓比較電路的該信號輸出端耦接。
7.如權(quán)利要求4或6所述的供電控制裝置，其特征在于，當(dāng)該供電電壓大于或等于該負(fù)載電壓，該比較器即輸出一低電位控制信號，使該P(yáng)通道功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通，該當(dāng)該供電電壓小于該負(fù)載電壓，該比較器即輸出一高電位控制信號，使該P(yáng)通道功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管關(guān)閉。
8.如權(quán)利要求5所述的供電控制裝置，其特征在于，該功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管為一N通道功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其源極是與該電池耦接，其汲極是與該電子裝置耦接，其閘極是與該電壓比較電路的該信號輸出端耦接。
9.如權(quán)利要求4或8所述的供電控制裝置，其特征在于，當(dāng)該供電電壓大于或等于該負(fù)載電壓，該比較器即輸出一高電位控制信號，使該N通道功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管導(dǎo)通，當(dāng)該供電電壓小于該負(fù)載電壓，該比較器即輸出一低電位控制信號，使該N通道功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管關(guān)閉。
10.如權(quán)利要求1所述的供電控制裝置，其特征在于，該電子裝置為一可攜式電子裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的供電控制裝置，其特征在于，該可攜式電子裝置為一移動電話。
12.如權(quán)利要求10所述的供電控制裝置，其特征在于，該可攜式電子裝置為一筆記本電腦。
13.如權(quán)利要求10所述的供電控制裝置，其特征在于，該可攜式電子裝置為一個人數(shù)字助理器。
全文摘要
一種用于配備多電池的電子裝置的供電控制裝置，它由晶體管、參考電壓電路以及電壓比較電路所組成。晶體管分別與電池及電子裝置耦接。參考電壓電路分別與電子裝置及電壓比較電路耦接，用以輸出調(diào)整負(fù)載電壓，其值為負(fù)載電壓減去參考電壓，以消除電壓比較電路的偏移電壓所造成輸出的不確定性。電壓比較電路分別與參考電壓電路、電池及晶體管耦接，當(dāng)供電電壓大于調(diào)整負(fù)載電壓即控制晶體管導(dǎo)通，反之，則控制晶體管關(guān)閉。其目的在于制造一近似理想的二極管，串接于電池與電子裝置之間。
文檔編號H02J7/34GK1449084SQ0210603
公開日2003年10月15日 申請日期2002年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月4日
發(fā)明者陳升峰 申請人:廣達(dá)電腦股份有限公司