复合电源制造技术

一种复合电源包括一开关型ＤＣ／ＤＣ增压转换器，它从原电池接收能量并安排将所接收的能量输送到可充电电池中，并设置上述转换器提供一个小于可充电电池满负荷电压的一个固定的输出电压。该复合电源包括一个电路，该电路包含原电池电流控制器，它检测原电池电流并部分控制所述转换器的操作来为该复合电源的原电池一侧提供恒定电流的放电。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及便携式电子设备的供电。通常，便携式电子设备是由原电池或者可充电电池来供电的。但便携式电子设备市场的发展，以及使用方式的变革为整合原电源和可充电电源来为电子设备供电提供了前景。虽然原电池具备更大的能量密度，但其内阻却很大，因此原电池不适于高耗电(＞0.2C的放电率)的电子设备。可充电电池可以支持较大负载，但是在许多应用领域中却显得容量不足。根据本专利技术的一个方面，一种复合电源包含一个开关型DC/DC增压转换器，用于从一个原电池接收能量并安排将所接收的能量输送到一个可充电电池中，并设置上述转换器提供一个小于可充电电池满负荷电压的一个固定的输出电压。根据本专利技术的另一个方面，一种复合电源包含一个开关型DC/DC增压转换器，用于从一个原电池接收能量并安排将所接收的能量输送到一个可充电电池，以及一个控制该开关型DC/DC转换器的控制电路。所述电路包含一个耦合于上述转换器反馈输入上的电阻分压器，被选择用于提供小于该可充电电池满负荷电压的一个固定的输出电压。根据本专利技术的另一个方面，一种操作复合电源的方法包括通过一个开关型DC/DC增压转换器将能量从一个原电池以小于可充电电池满负荷电压的一个固定电压输送到一个可充电电池。本专利技术的一个或更多的方面将带来如下一个或更多的优点。所述电路可以利用锂离子或锂聚合物可充电电池的充电电压的特性。例如，锂离子电池的充电电压通常在很宽的幅度内与其充电状态有关。这就允许电路以相应于所需的充电状态的电平由DC/DC转换器12产生一个输出电压。电路并不将可充电电池充满，牺牲了一定比例的设备最大连续运行时间。然而，非饱和充电的方案具备如下的优点。电路能够提供更高能量效率的可充电电池。在为可充电电池充电的最后阶段将会产生热损失。通过避免满负荷充电，这样的热损失能被避免。同时，可充电电池自身也有一个较低的自放电比率(由于较低的充电电压)。另外，对于电池的长期保存而言也只有最小限度的损害。如果可充电电池被充满电保存，锂离子电池的部分容量将永远地丧失。同时所述电路简化对了充电控制器和保护电路的需要。此外，该电路也放宽了对DC/DC转换器电路精确性的要求。锂离子充电器在输出电压上一般具有高于0.5％的精确度。通常这就要求在DC/DC转换器后再附加一个第二充电设备。不满负荷对锂离子电池充电允许有+/-电压容差，使得使用简单和廉价的DC/DC转换器成为可能。电路可以为设备电源终端提供窄电压范围(这使得设备内部电压的调节更有效)。电路将自动补偿可充电电池所消耗的能量并且提供一个具有非常低的静态电流特征的电路。该电路有效的利用了原电池的能量，具备低EMI水平并且可被整合到现有的锂离子供电的设备上。本专利技术的一个或更多的具体实施例细节将结合附图在下文进行描述。本专利技术的其它特征，目的以及有益效果将在下文的描述、附图，以及权利要求中显现出来。 附图说明图1为一个复合电源的方框图。图2为一个复合DC电源的控制电路的原理图。图3为复合DC电源的一个可替换控制电路的原理图。参考图1，一个复合电源10包含一个开关型DC/DC增压转换器12，它接收来自原电池14的能量并将能量传送至二次例如可充电电池16。所述可充电电池16在需要的时候将电能传送至设备20。设备20可以是任何类型的电子设备，特别是便携设备，例如蜂窝式移动电话、个人数字助理、数码相机等无线设备。开关型DC/DC增压转换器12被配置用于提供小于所述可充电电池16充电电压的一个固定的输出电压，且电流被限于可充电电池的一部分充电电流之内。在此配置下，开关型DC/DC增压转换器12同时充当二次电池的充电器。可充电电池16可以是可充电锂离子型。优选实施方式包含锂离子或锂聚合物可充电电池。这些可充电电池可以为设备18提供比其它潜在的可充电电池相对更长时间的电能，并且对于长时间的连续使用也非常有效。原电源14可以为碱性，锌-空气或是燃料电池，但也不仅限于此。通过使用锂离子或锂聚合物可充电电池，电路10可以利用这些电池的充电电压特性。例如，可方便地使锂离子电池的充电电压在很大幅度内与其充电状态有关。这就允许电路10以相应于所需的充电状态的电平由DC/DC转换器12产生一个输出电压。举例来说，在约4V的电压时，电平是充电电压的约90％。电路10并不将可充电电池16充满电，这牺牲了设备20的10％的最大连续运行时间。但是非饱和充电的方案提供了如下的优点。电路10能够提供更高能量效率的可充电电池16。在为可充电电池16充电的最后阶段将会产生热损失。通过避免满负荷充电，这样的热损失能被避免。同时，可充电电池16也有一个较低的自放电比率(由于较低的充电电压)。另外，对于电池的长期保存而言也只有最小限度的损害。如果可充电电池16被充满电保存，锂离子电池的部分容量将永远地丧失。同时电路10还简化对了充电控制器和保护电路的需要。此外，电路10也放宽了对DC/DC转换器电路12精确性的要求。锂离子充电器在输出电压上一般具有高于0.5％的精确度。通常这就要求在DC/DC转换器后再附加一个第二充电设备。不满负荷对锂离子电池充电允许有+/-2.5％的电压容差，从3.9V至4.1V，这是典型的简单和廉价的DC/DC转换器的输出电压精确度。电路12消除了锂离子电池过充电的可能，导致保护电路(未示出)的简化。电路10也可以为设备电源终端提供窄电压范围(这使得设备内部电压的调节更有效)。电路10自动补偿可充电电池所消耗的能量并且提供一个具有非常低的静态电流特征的电路。电路10有效的利用了原电池的能量，具备低EMI水平并且可被整合到现有的锂离子供电的设备上。锂离子电池的充电要求是要限制充电电流。转换器自身可以限制充电电流。这样，这个逐步增压的转换器同时作为锂电池的充电器和恒定电流电源直到可充电电池的电压达到转换器的输出电压为止，并在此后作为一个恒压电源。当达到输出电压后，电流会在几个小时内指数降低至实际上为零。系统在此状态下只消耗可以忽略不计的低静态电流(数十μA)。通常的转换器控制二次(充电)电流并且将充电电流保持在一个恒定水平上；而其它的转换器不提供电流控制。二次侧的恒定电流导致原电池电流的变化，并且随着原电池电压的降低而升高。这是一种功率恒定型的放电，而这对于原电池而言是最不利的。为了避免这些情况，电路包含一个原电池电流控制器，它检测原电池电流并参与DC/DC转换器的闭合反馈环路，以保证在原电池一端低恒流放电，显著提高原电池的效率。存在的缺陷是为锂离子电池充电到足以驱动用电设备之前的初始延迟，特别是在原电池被更换之后。一个好的解决方案是在设备端监控原电池的电压(通过一个燃料标尺，低电量时警告和切断)以阻止二次电池更多的放电。这样，当原电池的电量耗完而可充电电池仍然保持在几乎满负载状态时，设备就提示用户并最终断电，在更换了原电池后设备就可以立即使用了。可充电电池可以是与设备一体化的而不必单独提供给用户。参考图2，电路30用于控制逐步增压的(boost)DC/DC转换器12来实现最佳效果。电路30包含用于DC/DC转换器12的偏压控制电路32，一个原电流检测放大器和一个电源开关34以及一个充电切断开关36。另外，还包含一个保险丝38。逐步压型(boost)DC/DC转换器12例如可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合电源，包括：　　　　开关型ＤＣ／ＤＣ增压转换器，它从原电池接收能量并安排将所接收的能量输送到可充电电池中，并设置上述转换器提供一个小于可充电电池满负荷电压的一个固定的输出电压。

【技术特征摘要】
US 2002-2-15 10/077,1911.一种复合电源，包括开关型DC/DC增压转换器，它从原电池接收能量并安排将所接收的能量输送到可充电电池中，并设置上述转换器提供一个小于可充电电池满负荷电压的一个固定的输出电压。2.根据权利要求1所述的复合电源，还包括一个电路，该电路包含原电池电流控制器，用于检测原电池电流并部分控制所述转换器的操作，使得该复合电源的原电池一侧提供恒定电流的放电。3.根据权利要求1所述的复合电源，其中所述电路还包括原电流检测放大器/比较器以及电源关断电路，所述电源关断电路用于关闭原电流检测放大器/比较器。4.根据权利要求1所述的复合电源，其中所述控制电路还包括一对外部电阻，所述电阻耦合于转换器反馈输入上，用于将所述固定输出电压调节为小于可充电电池满负荷电压。5.根据权利要求1所述的复合电源，其中所述原电池为碱性电池，锌-空气电池，燃料电池，太阳能电池，或者其它电流受限电源。6.根据权利要求1所述的复合电源，其中所述可充电电池为锂离子或锂聚合物可充电电池。7.根据权利要求1所述的复合电源，其中所述原电池控制器包括运算放大器，该放大器具有一原电池电流检测电阻，用于提供原电池电流控制，该放大器的输出耦合于所述转换器的闭合反馈环路上。8.根据权利要求9所述的复合电源，其中所述转换器的闭合反馈环路还包括一个电阻器，该电阻器耦合于转换器的输出和反馈端之间。9.根据权利要求1所述的复合电源，其中所述电路提供相应于可充电电池约90％的负荷量的输出电压。10.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔丹T鲍瑞库夫，戴维N克莱恩，约翰罗腾杜，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]