專利名稱：控制電池放電用的方法和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制電池放電用的方法和電路，并涉及按照本方法運(yùn)行的設(shè)備，具體地，但不是排他地，涉及諸如無線電尋呼機(jī)的便攜通信裝置和遙測(cè)模塊的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
為了便于說明，將參考無線電尋呼機(jī)來敘述本發(fā)明。無線電尋呼機(jī)電路都設(shè)計(jì)成低功耗的，以使電池壽命較長(zhǎng)。此外，無線電尋呼機(jī)可依照諸如CCIR無線電尋呼碼No.1的協(xié)議(又稱為POCSAG)工作，它包括有省電特性，使得尋呼機(jī)在大部分時(shí)間內(nèi)關(guān)斷其電路的大部分。例如，尋呼機(jī)中的無線電接收機(jī)周期性地工作以對(duì)信道上的呼叫采樣，只在這個(gè)時(shí)間內(nèi)它消耗電源，比如5mA的電流，而在其余時(shí)間內(nèi)它是關(guān)斷的。無線電尋呼機(jī)中也包括某些消耗較大電流的電路，例如聲音報(bào)示器消耗大約100mA電流，振動(dòng)報(bào)示器消耗大約30mA電流，但這些電路只是不常地啟動(dòng)的。
在電池技術(shù)的開發(fā)中已經(jīng)生產(chǎn)出功率容量增大了的一些電池，例如某些新的AAA規(guī)格的電池達(dá)到2AHr(安時(shí))，而常規(guī)的AAA電池為1AHr。然而，對(duì)這類新電池技術(shù)為了獲得充分的功率得益，由于在電池內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)能量轉(zhuǎn)換過程的關(guān)系，必需使該種電池工作在比較高的電流水平上。所以，當(dāng)此類電池應(yīng)用于低電流場(chǎng)合中時(shí)，并不能獲得其電池有增強(qiáng)的功率容量的充分得益，從而電池壽命過早地縮短。
本發(fā)明公開的內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是增強(qiáng)電池壽命。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供出一種方法來控制電池中電能的放電進(jìn)入一個(gè)應(yīng)用電路中，其過程包括a)使電池能量間斷地傳遞到一個(gè)電能存儲(chǔ)器上；b)使電能存儲(chǔ)器中的能量傳遞到一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器上；以及c)使電壓調(diào)節(jié)器上的能量傳遞到一個(gè)應(yīng)用電路中，這里，流過電壓調(diào)節(jié)器的峰值電流要小于流過電池的峰值電流。
于是，從電池中抽取出比較高的脈沖電流將轉(zhuǎn)變成自電壓調(diào)節(jié)器和應(yīng)用電路中抽取出的比較低的電流。
按照本發(fā)明的第二方面，提供出一種方法來控制電池中電能的放電進(jìn)入一個(gè)應(yīng)用電路中，它包含有一個(gè)使電池能量傳遞到一個(gè)電能存儲(chǔ)器中的裝置；一個(gè)使電能存儲(chǔ)器中的能量傳遞到一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器上的裝置；以及一個(gè)使電壓調(diào)節(jié)器上的能量傳遞到一個(gè)應(yīng)用電路中的裝置；這里，流過電壓調(diào)節(jié)器的峰值電流要小于流過電池的峰值電流。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供出一個(gè)裝置使電池能量周期性地傳遞到電能存儲(chǔ)器中。這樣，電能存儲(chǔ)器可保持在充電狀態(tài)下，準(zhǔn)備好為電壓調(diào)節(jié)器和應(yīng)用電路供給電流。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供出一個(gè)裝置，當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器輸入端上的電壓跌落到一個(gè)預(yù)定電平之下時(shí)，使電池能量傳遞到電能存儲(chǔ)器中。這樣，只當(dāng)電能存儲(chǔ)器被電壓調(diào)節(jié)器和應(yīng)用電路抽取電流而能量要耗盡時(shí)，才從電池中抽取電流。
如果需要，可以提供出一種裝置用于測(cè)量在電壓調(diào)節(jié)器輸入端上的電壓于兩個(gè)預(yù)定電壓電平之間變化所經(jīng)歷的時(shí)間，當(dāng)所述時(shí)間符合于一個(gè)預(yù)定的準(zhǔn)則時(shí)，便使電池中抽取出的電流旁通到電能存儲(chǔ)器上。
按照本發(fā)明的第三方面，提供出一個(gè)電路來控制電池電能的放電進(jìn)入一個(gè)應(yīng)用電路，它包含有一個(gè)與電池連接的裝置；與該電池連接裝置相耦合的一個(gè)第一切換裝置，使得電池給出的電流能流動(dòng)或不能流動(dòng)；一個(gè)控制該第一切換裝置之工作的控制裝置，使電池給出的電流間斷地流通；一個(gè)與第一切換裝置相連接的電能存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)由電池傳遞來的能量；一個(gè)與電能存儲(chǔ)器相連接的電壓調(diào)節(jié)器，用于從電能存儲(chǔ)器中抽取電流，所述電流其峰值小于從電池上流通至電能存儲(chǔ)器中之電流的峰值；以及一個(gè)使電壓調(diào)節(jié)器的輸出端連接至一個(gè)應(yīng)用電路上的裝置，由它從電壓調(diào)節(jié)器上抽取電流。
附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)在，參考附圖，借助于示例來說明本發(fā)明，其中，

圖1是一個(gè)方框圖，示明一個(gè)無線電尋呼機(jī)的實(shí)施例，它包括有一個(gè)按照本發(fā)明制作的電池放電控制電路；
圖2A和圖2B分別示明在電能存儲(chǔ)器充電和放電工作期間作為時(shí)間t之函數(shù)的電流I的波形和電壓V的波形。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的模式在圖1中，為明晰起見，攜載信息信號(hào)或控制信號(hào)的連接線以點(diǎn)劃線表示，攜載電功率的連接線以實(shí)線表示。
參考圖1，無線電尋呼機(jī)中包括有連接在無線電接收機(jī)2(例如是菲利浦的UAA3500型集成電路)上的天線1，無線電接收機(jī)2連接至處理器4上。處理器4與下列電路相連接可編程存儲(chǔ)器(ROM)5，易失性存儲(chǔ)器(RAM)6，電壓調(diào)節(jié)器7，消息存儲(chǔ)器(EEPROM)8，LCD顯示器驅(qū)動(dòng)器9，聲音報(bào)警發(fā)生器10，振動(dòng)報(bào)警器11，LCD顯示器用的背景照明器12，用戶界面用的鍵鈕13，充電控制開關(guān)14，低電壓電平檢測(cè)器15，高電壓電平檢測(cè)器16，以及旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17。這些電路方框中的某一些包含在諸如是菲利浦PCD5007型微控制器的集成電路3內(nèi)，它們有處理器4、可編程存儲(chǔ)器5、易失性存儲(chǔ)器6和電壓調(diào)節(jié)器7。電壓調(diào)節(jié)器是一個(gè)直流-直流變換器，它提供出多種輸出電壓，包括一個(gè)升壓電壓。工作中，處理器4控制充電控制開關(guān)14的斷開或閉合，并控制旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17之兩個(gè)輸入端的哪一個(gè)連接至該旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17的輸出端上。
無線電尋呼機(jī)由電池18供電。該無線電尋呼機(jī)的某些部件也即是聲音報(bào)警發(fā)生器10、振動(dòng)報(bào)警器11和背景照明器12，直接連接至電池18上。另外一些尋呼機(jī)部件也即是無線電接收機(jī)2、消息存儲(chǔ)器8、LCD顯示器驅(qū)動(dòng)器9、處理器4、可編程存儲(chǔ)器5和易失性存儲(chǔ)器6，通過電壓調(diào)節(jié)器7得到供電。
此外，充電控制開關(guān)14連接至電池18上。當(dāng)受到處理器4的控制而充電控制開關(guān)14處于閉合位置時(shí)，電流可通過此開關(guān)流動(dòng)。充電控制開關(guān)14的輸出端連接至低電壓電平檢測(cè)器15、高電壓電平檢測(cè)器16、電能存儲(chǔ)器19(圖1中由一個(gè)電容器來表示)和旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17的一個(gè)輸入端17A上。旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17的第二輸入端17B連接至電池18上。旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17的輸出端連接至電壓調(diào)節(jié)器7的輸入端上。
圖1中概略地示出的充電控制開關(guān)14是一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械開關(guān)，但實(shí)際上可以應(yīng)用一個(gè)電子開關(guān)電路(例如是摩托羅拉的MOSFET晶體管MTD3302)來實(shí)現(xiàn)，它能夠省電地進(jìn)行切換。類似地，旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17可以由一個(gè)電子開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)。
可以合適地將充電控制開關(guān)14、低電壓電平檢測(cè)器15、高電壓電平檢測(cè)器16、電能存儲(chǔ)器19和旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17組合起來，定義為一個(gè)預(yù)調(diào)節(jié)器電路20。雖然，為了簡(jiǎn)明起見在圖1中未示明，但預(yù)調(diào)節(jié)器電路20的部件是由電壓調(diào)節(jié)器7供電的。
參考圖2A，電流IB是從電池中抽取出的、比較高的脈沖電流，電流IA是由尋呼機(jī)電路2、4、5、6、8和9從電壓調(diào)節(jié)器7中并因而是由電壓調(diào)節(jié)器7從電能存儲(chǔ)器19中抽取出的、比較低的連續(xù)電流。(實(shí)際上，如上面所述，無線電尋呼機(jī)中的接收機(jī)是周期性地啟動(dòng)的，這使得電流IA有變化。然而，為了簡(jiǎn)明起見，本發(fā)明的說明中假定無線電尋呼機(jī)是連續(xù)地運(yùn)行的，就象它在接收消息期間的情況那樣，在此場(chǎng)合下，電流IA實(shí)質(zhì)上是恒定的。)參考圖2B，電能存儲(chǔ)器19上的電壓V在由電池18抽取出的電流向該電能存儲(chǔ)器19充電的時(shí)間期TC內(nèi)快速地增大，而在電壓調(diào)節(jié)器7和各應(yīng)用電路從電能存儲(chǔ)器19中抽取電流也即使電能存儲(chǔ)器19放電的時(shí)間期TD內(nèi)，電壓V是緩慢地減小的。
現(xiàn)在，參考圖1、圖2A和圖2B說明預(yù)調(diào)節(jié)器電路20的工作。假定初始狀態(tài)中充電控制開關(guān)14是閉合的，電能存儲(chǔ)器19未充電，而旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17設(shè)定為電能存儲(chǔ)器19是連接到電壓調(diào)節(jié)器7上的。電能存儲(chǔ)器19將開始被電池18充電。由于充電電路電阻低而充電快速進(jìn)行，將有一個(gè)比較大的電流流動(dòng)，例如100mA。當(dāng)電能存儲(chǔ)器19上的電壓高到足夠驅(qū)動(dòng)尋呼機(jī)電路2、3、8、9時(shí)，尋呼機(jī)電路將從電能存儲(chǔ)器19中抽取電流。由于尋呼機(jī)電路是優(yōu)化地工作于低功耗狀態(tài)的，所以尋呼機(jī)電路抽取的電流是比較小的，例如5mA。
電能存儲(chǔ)器19的充電繼續(xù)進(jìn)行，直至高電壓電平檢測(cè)器16檢測(cè)到電能存儲(chǔ)器19上的電壓超過一個(gè)預(yù)定的高電壓電平LU，這時(shí)它通知處理器4，由處理器4施加控制來斷開充電控制開關(guān)14，該動(dòng)作將結(jié)束充電過程。
在充電結(jié)束后，尋呼機(jī)電路2、3、8、9通過從電能存儲(chǔ)器19中抽取電流而將繼續(xù)工作，由此使電能存儲(chǔ)器19放電。
由于尋呼機(jī)電路2、3、8、9抽取電流，電能存儲(chǔ)19上的電壓將比較慢地降低。當(dāng)?shù)碗妷弘娖綑z測(cè)器15檢測(cè)到該電壓跌落至一個(gè)預(yù)定的低電壓電平LL之下時(shí)，它通知處理器4，處理器4將施加控制來閉合充電控制開關(guān)14，該動(dòng)作便重新啟動(dòng)充電過程。
如圖2A和圖2B中所示，在尋呼機(jī)電路抽取電流的同時(shí)，再充電和放電過程反復(fù)進(jìn)行。
在一種未示例出的預(yù)調(diào)節(jié)器電路20的變型中，不采用低電壓電平檢測(cè)器15來啟動(dòng)電能存儲(chǔ)器19的再充電，可以省略掉低電壓電平檢測(cè)器15，而是由處理器4周期性地閉合充電控制開關(guān)14。
在另一種未示例出的預(yù)調(diào)節(jié)器電路20的變型中，不采用高電壓電平檢測(cè)器16來結(jié)束電能存儲(chǔ)器19的再充電，可以省略掉高電壓電平檢測(cè)器16，而是由處理器14周期性地?cái)嚅_充電控制開關(guān)14。
當(dāng)電池接近其可用壽命的終點(diǎn)時(shí)，其電壓下降，且其內(nèi)阻增加。結(jié)果，對(duì)電能存儲(chǔ)器19再充電所用的時(shí)間加長(zhǎng)。如果需要，通過監(jiān)測(cè)高、低電壓電平檢測(cè)器15和16(或者另一種方法是未示例出的兩個(gè)附加的電壓電平檢測(cè)器)輸出端上的電壓，由處理器4檢知這種再充電時(shí)間的劣化變長(zhǎng)，當(dāng)電能存儲(chǔ)器19在兩個(gè)預(yù)定的電平(這種電平可以不同于電平LU和LL)之間進(jìn)行再充電經(jīng)歷的時(shí)間符合于一個(gè)預(yù)定的準(zhǔn)則時(shí)，處理器4便對(duì)旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17施加控制，使得尋呼機(jī)電路2、3、8、9直接從電池18中抽取電流，旁通掉電能存儲(chǔ)器19，由此回復(fù)到電池18的常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)。(取決于應(yīng)用電路，處理器4可能需要選取對(duì)再充電時(shí)間進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間，以保證應(yīng)用電路的抽取電流并不顯著影響再充電時(shí)間。)如果一種特定的實(shí)施例中不要求旁通功能，則旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17可以省略。此外，作為另一種對(duì)于電能存儲(chǔ)器19的旁通做法，處理器4可以保持充電控制開關(guān)14于閉合位置上，在此場(chǎng)合下，旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)14可以省略。
在另一種未示出的預(yù)調(diào)節(jié)器電路20的變型中，當(dāng)應(yīng)用傳統(tǒng)類型的電池向本實(shí)施例供電、并若在使用電能存儲(chǔ)器19中得不到什么益處時(shí)，可以應(yīng)用旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17來旁通掉電能存儲(chǔ)器19。
普通技術(shù)人員將知道，可以應(yīng)用另外的電子電路布置來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所需求的功能。例如，并不是必需應(yīng)用一個(gè)處理器來對(duì)充電控制開關(guān)14和旁通轉(zhuǎn)接開關(guān)17施加控制的，又例如，電能存儲(chǔ)器可以用其他布置方式。再有，例如是不實(shí)施多個(gè)電壓電平檢測(cè)器電路，可以應(yīng)用單一個(gè)模-數(shù)變換器，而電平檢測(cè)在處理器內(nèi)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員對(duì)于一個(gè)實(shí)施例選擇的先進(jìn)程度是要在成本、復(fù)雜性和電源效率之間作出兼顧。
雖然，已經(jīng)參考無線電尋呼機(jī)說明了本發(fā)明，但本發(fā)明也同等地能夠應(yīng)用于其他的由低功率電池運(yùn)行的電子設(shè)備上，諸如蜂窩電話和無繩電話以及遙測(cè)塊等。
本說明書和權(quán)利要求書中，位于各個(gè)單元前的名詞“一個(gè)”并不排除可能存在多個(gè)此類單元。此外，名詞“包含”并不排除在所列出單元之外的其他單元或步驟的存在。
閱讀本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員顯然知道別的修改。此類修改可包羅及在設(shè)計(jì)、制造和使用低電流電源和部件中已知的其他特性，并應(yīng)用來對(duì)這里已經(jīng)說明的特性作出取代或附加。
工業(yè)應(yīng)用性便攜式電池供電的裝置，諸如無線電尋呼機(jī)或遙測(cè)模塊。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)將電池電能放電到一個(gè)應(yīng)用電路進(jìn)行控制的方法，包含有步驟a)使電池能量間斷地傳遞到一個(gè)電能存儲(chǔ)器上；b)使電能存儲(chǔ)器中的能量傳遞到一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器上； 以及c)使電壓調(diào)節(jié)器上的能量傳遞到一個(gè)應(yīng)用電路中，這里，從電池流出的峰值電流要大于流入電壓調(diào)節(jié)器的峰值電流。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征是使電池周期性地將能量傳遞給電能存儲(chǔ)器。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征是檢測(cè)到當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器輸入端上的電壓跌落至一個(gè)預(yù)定電平之下時(shí)，響應(yīng)于這一電壓跌落至該預(yù)定電平之下，使電池能量傳遞到電能存儲(chǔ)器上。
4.權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征是測(cè)量在電壓調(diào)節(jié)器輸入端上的電壓于兩個(gè)預(yù)定電壓電平之間變化所經(jīng)歷的時(shí)間，并對(duì)所述時(shí)間符合于一個(gè)預(yù)定的準(zhǔn)則起響應(yīng)，使得從電池中抽取出的電流旁通到電能存儲(chǔ)器上。
5. 一種使電池電能的放電進(jìn)入一個(gè)應(yīng)用電路進(jìn)行控制的控制電路， 包含有一個(gè)使電池能量傳遞給一個(gè)電能存儲(chǔ)器的裝置；一個(gè)使電能存儲(chǔ)器中的能量傳遞給一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的裝置；一個(gè)使電壓調(diào)節(jié)器的能量傳遞給一個(gè)應(yīng)用電路的裝置；這里，流入電壓調(diào)節(jié)器的峰值電流要小于從電池中抽取出的峰值電流。
6.一種對(duì)使電池電能放電進(jìn)入一個(gè)應(yīng)用電路進(jìn)行控制的控制電路，包含有一個(gè)與電池連接的裝置；與該電池連接裝置相耦合的一個(gè)第一切換裝置，使得電池給出的電流能流動(dòng)或不能流動(dòng)；一個(gè)控制該第一切換裝置之工作的控制裝置，使電池給出的電流間斷地流通；一個(gè)與第一切換裝置相連接的電能存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)由電池傳遞來的能量；一個(gè)與電能存儲(chǔ)器相連接的電壓調(diào)節(jié)器，用于從電能存儲(chǔ)器中抽取電流，所述電流其峰值小于從電池流通至電能存儲(chǔ)器中之電流的峰值；以及一個(gè)使電壓調(diào)節(jié)器的輸出端連接至一個(gè)應(yīng)用電路上的裝置，由它從電壓調(diào)節(jié)器上抽取電流。
7.權(quán)利要求5或6的電路，其特征在于，間斷電流的流動(dòng)是周期性的。
8.權(quán)利要求5或6的電路，其特征是連接上電壓檢測(cè)裝置來監(jiān)測(cè)電壓調(diào)節(jié)器的輸入端，所述電壓檢測(cè)裝置的輸出端連接至控制裝置上，控制裝置借此確定出，所監(jiān)測(cè)的電壓是否高于或低于一個(gè)預(yù)定的低電平以及是否高于或低于一個(gè)預(yù)定的高電平，對(duì)此起響應(yīng)，由控制裝置操縱第一切換裝置，當(dāng)所述監(jiān)測(cè)的電壓跌落至預(yù)定的低電平之下時(shí)使電池能量傳遞到電能存儲(chǔ)器中，而當(dāng)所述監(jiān)測(cè)的電壓增大至預(yù)定的高電平之上時(shí)使電池能量不傳遞到電能存儲(chǔ)器中。
9.權(quán)利要求5、6、7或8的電路，其特征是有一個(gè)轉(zhuǎn)接電路用的第二切換裝置，它包含一個(gè)連接至電能存儲(chǔ)器輸出端上的第一輸入端，一個(gè)連接至電池上的第二輸入端、以及一個(gè)連接至電壓調(diào)節(jié)器輸入端上的輸出端；并包含一個(gè)用于控制該轉(zhuǎn)接用第二切換裝置之工作的控制裝置，所述控制裝置中具有一個(gè)裝置來測(cè)量電壓調(diào)節(jié)器輸入端上的電壓在兩個(gè)預(yù)定電壓電平之間變化所經(jīng)歷的時(shí)間，并對(duì)所述時(shí)間符合于一個(gè)預(yù)定的準(zhǔn)則起響應(yīng)，所述控制裝置操縱轉(zhuǎn)接用第二切換裝置使其輸出從其第一輸入端切換至其第二輸入端上。
10.一種裝置，它具有由電池供電的一個(gè)應(yīng)用電路，所述裝置的特征是具有按照本發(fā)明權(quán)利要求書1至4任一方法控制電池電能的放電的裝置。
全文摘要
一種電源電路,包含有一個(gè)預(yù)調(diào)節(jié)器電路(20),其中包括一個(gè)電能存儲(chǔ)器(19)。一個(gè)控制電路(4),控制電池(18)上流出的電流,向電能存儲(chǔ)器(19)提供一個(gè)間斷電流的電源,再?gòu)碾娔艽鎯?chǔ)器(19)上向電壓調(diào)節(jié)器(7)和應(yīng)用電路(2、4、5、6、8和9)供給電流。當(dāng)需要時(shí),例如當(dāng)電池趨近其可用壽命的終點(diǎn)時(shí),為使電池效率最大化,可以旁通掉該電能存儲(chǔ)器。
文檔編號(hào)H02J7/34GK1337080SQ00802678
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2000年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月11日
發(fā)明者D·R·S·阿爾特哈姆 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司