本发明涉及一种电池充电电流的控制方法及充电系统，其中所述控制方法是由充电系统中的控制电路来执行，充电系统包含电池，控制方法包含：检测到装置耦接于充电系统；以及调节充电电流至一电平；其中，充电电流是由耦接至充电系统的装置产生。本发明揭示的利用具有控制机制的充电系统与传统的充电器相比能够减少充电时间，并且避免过量的充电电流引起的损害。
1.一种电池充电电流的控制方法，所述控制方法是由充电系统中的控制电路来执行，所述充电系统包含电池，所述控制方法包含：检测到一装置耦接于所述充电系统，
决定所述装置是否包含具有两条相连数据线的通用串行总线接口；
当所述装置包含具有两条相连数据线的所述通用串行总线接口时，调节充电电流至第一电平；以及当所述装置包含具有两条不相连数据线的所述通用串行总线接口时，调节所述充电电流至第二电平；
其中，所述充电电流是由耦接至所述充电系统的所述装置产生，所述装置通过所述通用串行总线接口提供所述充电电流。
2.如权利要求1所述的电池充电电流的控制方法，其特征在于，所述第一电平是介于
300mA至1800mA之间，及所述第二电平是低于500mA。
3.如权利要求1所述的电池充电电流的控制方法，其特征在于，所述充电系统包含电流控制装置，用以调节所述电池的所述充电电流，所述调节充电电流至一电平的步骤还包含：当所述装置包含具有两条相连数据线的所述通用串行总线接口时，通过控制所述电流控制装置从所述第一电平增加所述充电电流，直至所述电流控制装置的温度超出预设值。
4.如权利要求1所述的电池充电电流的控制方法，其特征在于，所述充电系统包含电流控制装置，用以调节所述电池的所述充电电流，所述调节充电电流至一电平的步骤还包含：当所述装置包含具有两条相连数据线的所述通用串行总线接口时，通过控制所述电流控制装置从所述第一电平增加所述充电电流，直至所述充电电流超出最大充电电流限制。
5.如权利要求1所述的电池充电电流的控制方法，其特征在于，所述充电系统包含电流控制装置，用以调节所述电池的所述充电电流，所述调节所述充电电流至一电平的步骤还包含：当所述装置包含具有两条相连数据线的所述通用串行总线接口时，通过控制所述电流控制装置从所述第一电平增加所述充电电流，直至侦测到所述装置提供的电压降。
6.如权利要求5所述的电池充电电流的控制方法，其特征在于，所述充电电流是逐步增加。
7.如权利要求5所述的电池充电电流的控制方法，其特征在于，所述充电电流是线性地增加。
控制电路，耦接所述电池，用以侦测耦接至所述充电系统的装置，并调节所述电池的充电电流；以及侦测电路，所述装置是通过通用串行总线接口提供所述充电电流，所述侦测电路在所述装置包含具有两条相连数据线的所述通用串行总线接口时，产生第一电压；在所述装置包含具有两条不相连数据线的所述通用串行总线接口时，产生第二电压，以及所述控制电路在侦测到来自侦测电路的所述第一电压时，调节所述充电电流至第一电平；在侦测到来自侦测电路的所述第二电压时，调节所述充电电流至第二电平；
9.如权利要求8所述的充电系统，其特征在于，还包含电流控制装置与温度传感器，所述温度传感器用于感测所述电流控制装置的温度，其中所述控制电路在侦测到来自侦测电路的所述第一电压时，通过控制所述电流控制装置从所述第一电平增加所述充电电流，直至所述温度传感器所感测的温度超出预设电平。
10.如权利要求8所述的充电系统，其特征在于，还包含电流控制装置与辨识单元，其中所述控制电路在侦测到来自所述侦测电路的所述第一电压时，依据所述辨识单元提供的身份信息来决定所述电池的最大充电电流限制，并且通过控制所述电流控制装置从所述第一电平增加所述充电电流，直至所述充电电流超出最大充电电流限制。
11.如权利要求8所述的充电系统，其特征在于，包含电流控制装置，所述控制电路在侦测到来自所述侦测电路的所述第一电压时，通过控制所述电流控制装置从所述第一电平增加所述充电电流，直至侦测到所述装置提供的电压降。
12.如权利要求11所述的充电系统，其特征在于，所述充电电流是被增加，直至侦测到所述装置提供的所述电压降为预设值。
侦测电路，当所述装置包含具有两条相连数据线的通用串行总线接口时，产生第一电压；以及当所述装置包含具有两条不相连数据线的所述通用串行总线接口时，产生第二电压；
控制电路，耦接所述侦测电路与所述电池，用以依据所述第一电压或第二电压来调节所述电池的充电电流，所述充电电流是由所述装置产生。
14.如权利要求13所述的充电系统，其特征在于，所述侦测电路包含：第一接线端；
其中，所述第一电源是耦接于所述第一接线端与所述第二接线端之间，所述第五接线端是耦接于所述第二电源与所述二极管的阳极之间，所述二极管的阴极是耦接于所述第三接线端、所述第四接线端，以及所述第一电源提供的第一电压是高于所述第二电源提供的第二电压。
15.如权利要求14所述的充电系统，其特征在于，所述第一电压大致为3.3伏特。
16.如权利要求14所述的充电系统，其特征在于，所述装置包含耦接至所述第二接线端的第一数据线，以及耦接至所述第四接线端的第二数据线，所述第一数据线与所述第二数据线是相连的，以及所述第五接线端的电压大致等于所述第一电压。
17.如权利要求14所述的充电系统，其特征在于，所述装置包含耦接至所述第二接线端的第一数据线，以及耦接至所述第四接线端的第二数据线，所述第一数据线与所述第二数据线是不相连的，以及所述第五接线端的电压大致等于所述第二电压的一半。
电池充电电流的控制方法及充电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种充电系统(charging system)与相关方法，尤其是电池的充电电流的控制方法及充电系统，其中充电电流是通过外部装置产生的。
背景技术
[0002] 通常，便携式电性装置包含电池与电池充电电路，各种类型的充电器(charger)通过电池充电电路用来对内部的电池进行充电。例如，支持USB(Universal SerialBus)规范的充电器可产生并提供具有5V±5％电压、500mA电流，以及支持USB接口的中国移动通信手机规范的充电器具有5V电压、介于300mA至1800mA的电流，并通过充电器的USB类型A连接器来对便携式电子装置充电。不论充电器类型以及充电器能够提供电流的大小，传统的电池充电电路将所提供的电流限定在一个固定的电平。
[0003] 因此，需要提供能够依据充电器类型以及充电器能够提供电流的大小动态调节充电电流的充电系统及相关的方法。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供以下技术方案：
[0005] 本发明揭示一种电池充电电流的控制方法，控制方法是由充电系统中的控制电路来执行，充电系统包含电池，控制方法包含：检测到装置耦接于充电系统，决定所述装置是否包含具有两条相连数据线的通用串行总线接口；当所述装置包含具有两条相连数据线的所述通用串行总线接口时，调节充电电流至第一电平；以及当所述装置包含具有两条不相连数据线的所述通用串行总线接口时，调节所述充电电流至第二电平；其中，充电电流是由耦接至充电系统的装置产生，所述装置通过所述通用串行总线接口提供所述充电电流。
[0006] 本发明揭示一种充电系统，包含：电池；控制电路，耦接电池，用以侦测耦接至充电系统的装置，并调节电池的充电电流；以及侦测电路，所述装置是通过通用串行总线接口提供所述充电电流，所述侦测电路在所述装置包含具有两条相连数据线的所述通用串行总线接口时，产生第一电压；在所述装置包含具有两条不相连数据线的所述通用串行总线接口时，产生第二电压，以及所述控制电路在侦测到来自侦测电路的所述第一电压时，调节所述充电电流至第一电平；在侦测到来自侦测电路的所述第二电压时，调节所述充电电流至第二电平；其中，充电电流是由装置产生。
[0007] 本发明揭示一种充电系统，耦接一装置，包含：侦测电路，当装置包含具有两条相连数据线的USB接口时，产生第一电压；以及当装置包含具有两条不相连数据线的USB接口时，产生第二电压；电池；以及控制电路，耦接所述侦测电路与所述电池，用以依据所述第一电压或第二电压来调节所述电池的充电电流，所述充电电流是由所述装置产生。
[0008] 本发明揭示的利用具有控制机制的充电系统与传统的充电器相比能够减少充电时间，并且避免过量的充电电流引起的损害。
附图说明
[0009] 图1是根据本发明一实施例充电系统的示意图。
[0010] 图2是根据本发明一实施例侦测电路的示意图。
[0011] 图3是根据本发明控制电池充电电流的控制方法的流程图。
[0012] 图4是根据图3所示实施例的调节方法中充电电流控制的充电时间示意图。
[0013] 图5是根据本发明实施例的调节方法中充电电流控制的电池电流电压的曲线示意图。
具体实施方式
[0014] 在说明书及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属技术领域中的技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的基准。在通篇说明书及后续的权利要求中当中所提及的“包含”为一开放式的用语，应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接第二装置。
[0015] 图1是根据本发明一实施例充电系统100的示意图。如图1所示，充电系统100主要包含：充电电路102，控制电路103，电池组109，连接器(如：USB连接器)111与侦测电路113。充电电路102包含：电流控制装置101(如：P-MOS、N-MOS、BJT等晶体管)，温度传感器104用以测量电流控制装置101的温度，二极管105与电阻器107。当充电器或计算装置(如：个人计算器、笔记本计算机、工作站等)经连接器111耦接至充电系统100，由充电器或计算装置提供的具有5V+-5％电压的电流是通过电流控制装置101、二极管105及电阻器107流向电池组109中的电池。电阻器107耦接于节点A与节点B之间。控制电路103可测量节点A处的电流及节点B处的电压。二极管105耦接于电流控制装置101与电阻器107之间。电流控制装置101耦接于电压Vin与二极管105之间。控制电路103依据传感电压Vin、参考电压Vref、节点A处的电流、经温度传感器104测量电流控制装置101的温度或以上的组合，发出控制信号CS来控制电流控制装置101来调节流向电池的电流。电池组
109还包含用以测量电池温度的温度传感器(未标示)，以及提供有关电池身份(Identity)信息的识别单元(未标示)。后文将对侦测电路113以及控制电路103实施的调节方法作详细说明。
[0016] 图2是根据本发明一实施例侦测电路113的示意图，其并非是对本发明范围的限制，执行相同功能并且具有不同但类似结构的侦测电路应当属于本发明的范围。请一并参阅图1，在本实施例中，侦测电路113包含电阻器605、电阻器609、电阻器611、电阻器613与电阻器615，以及二极管607。当充电器或计算装置耦接至充电系统(如：充电系统100)，充电器或计算装置是通过USB接口提供充电电流，两条数据线通过电阻器613与电阻器615耦接于控制单元(如：控制电路103)与充电器或计算装置之间以用来匹配特性阻抗。接线端D+与接线端D-是耦接至相连的充电器或计算装置。所属技术领域的技术人员应当了解接线端USB_DP(BB)与接线端USB_DM(BB)是耦接至控制电路，用以传送数据。电阻器605与二极管607之间节点处的电压Vref是提供至控制电路。电阻器611耦接于电源电压Vusb与接线端USB_DP(BB)之间，电源电压Vusb可为3.3V以符合USB规范。电阻器605耦接于二极管607与电源电压VDD之间。电源电压VDD，如：2.8V，是低于电源电压Vusb。二极管607耦接于电阻器605与电阻器609之间。电阻器609耦接接线端D-、二极管607及接地电压。电压Vref是随两条耦接至接线端D+与接线端D-的数据线而变化。需要了解的是，USB接口还包含一电源线。
[0017] 耦接充电系统的充电器或计算装置的类型可参照电压Vref来决定。例如，计算装置包含两条数据线，其中一条数据线是耦接于接地电压与接线端D-，另一条数据线是经由连接器(如：连接器111)耦接至接线端D+。随后，电压Vref是大致处于接地电压电平。因此，当侦测到电压Vref低于第一门限值(如：1V)，控制电路决定计算装置耦接于充电系统。需要了解的是，可设定第一门限值，且所设定第一门限值低于电源电压VDD的一半。在另一实施例中，第一类型的充电器可包含两条分别耦接至接线端D+与接线端D-的数据线，并且两条数据线是相连的。随后，因为电源电压Vusb高于电源电压VDD，所以电压Vref是大致等于电源电压VDD。电流不会流通至二极管607。因此，当侦测到电压Vref超出第二门限值(如：
2V)，控制电路决定第一类型的充电器耦接于充电系统。需要了解的是可设定第二门限值，且所设定第二门限值高于电源电压VDD的一半。在又一实施例中，第二类型的充电器可包含两条分别耦接至接线端D+与接线端D-的数据线，并且两条数据线是不相连的。随后，因为电流可通过二极管607分流至电阻器609与电阻器615，电压Vref是大致等于电源电压VDD的一半。因此，当侦测到电压Vref位于第一门限值与第二门限值之间时，控制电路决定第二类型的充电器耦接于充电系统。在某些实施例中，还可将电压Vref输入至控制电路的模拟转数字转换器(ADC)，以作为调节方法的参考信号。
[0018] 在本发明的实施例中，充电器或计算装置是通过USB接口提供充电电流，侦测电路113在充电器或计算装置包含具有两条相连数据线的USB接口时，产生第一电压；在充电器或计算装置包含具有两条不相连数据线的USB接口时，产生第二电压。控制电路103在侦测到来自侦测电路的第一电压时，调节充电电流至第一电平；在侦测到来自侦测电路的第二电压时，调节充电电流至第二电平。温度传感器104用以感测电流控制装置的温度，控制电路103在侦测到来自侦测电路的第一电压时，通过控制电流控制装置从第一电平增加充电电流直至温度传感器所传感的温度超出预设电平。同样地，控制电路103也可依据识别单元提供的电池身份信息来决定电池的最大充电电流限制，通过控制电流控制装置从第一电平增加充电电流直至充电电流超出最大充电电流限制。在本发明中，其中控制电路在侦测到来自侦测电路的第一电压时，通过控制电流控制装置从第一电平增加充电电流直至侦测到充电器或计算装置提供的一电压降。图3是根据本发明控制电池充电电流的控制方法的流程图。如图3所示，此控制方法包含：
[0019] 步骤200：侦测一装置，例如充电器或计算装置，耦接至充电系统中。
[0020] 步骤201：决定所耦接的充电器或计算装置是否为第一类型的充电器。若所耦接的充电器或计算装置是为第一类型的充电器，执行步骤205；若否，则执行步骤203。可通过侦测自侦测电路输出的电压(如：图2所示的电压Vref)来完成决定。
[0021] 步骤203：通过控制电流控制装置(如：电流控制装置101)将充电电流设定至第一电平。
[0022] 步骤205：通过控制电流控制装置将充电电流设定至第二电平。
[0023] 例如，当所耦接的充电器或计算装置为第一类型的充电器，则所耦接的充电器或计算装置输出至电池的充电电流是被调节限制在300mA至1800mA之间。当所耦接的充电器或计算装置不是第一类型的充电器，则所耦接的充电器或计算装置输出至电池的充电电流是被调节限制在500mA之内。因此，第一电平是低于500mA，第二电平是介于300mA至1800mA之间。
[0024] 步骤207：通过控制电流控制装置增加充电电流。即，当充电器或计算装置包含具有两条相连数据线的USB接口时，通过控制电流控制装置从第一预设值增加充电电流直至充电电流超出最大充电电流限制。
[0025] 步骤209：决定充电电流是否超出最大充电电流限制，若是，则执行步骤211；若否，则执行步骤213。
[0026] 步骤211：通过控制电流控制装置减小充电电流。
[0027] 步骤213：决定电流控制装置的温度是否超出预设值。若是，执行步骤211，减少充电电流，以使电流控制装置的温度降低；若否，执行步骤215。
[0028] 利用温度传感器(如：传感器104)来测量电流控制装置的温度。当充电器或计算装置包含具有两条相连数据线的USB接口时，通过控制电流控制装置从第一预设值增加充电电流直至电流控制装置的温度超出预设值。
[0029] 当充电器或计算装置包含具有两条相连数据线的USB接口时，通过控制电流控制装置从第一预设值增加充电电流直至侦测到该装置提供的一电压降。
[0030] 步骤215：决定来自所耦接的充电器或计算装置提供的电压降(输入电流的电压Vin的降低)是否超出一预设电平，如：0.5V。若否，返回步骤207，增大充电电流；若是，执行步骤217，以维持充电电流，特别地，在步骤217中，控制电路并不调节充电电流。
[0031] 经过步骤207至217，电流被动态地增加，因此减少了充电时间。同样地，图3所示的流程仅为一范例，并非对本发明范围的限制。如同步骤209、步骤213与步骤215的顺序可随进程的变动而相应变动，以及步骤207至217中的部分或全部是可从图3所示的控制电池的充电电流的控制方法中去除。
[0032] 另外，如所属技术领域中的技术人员所了解，电流控制装置，如：P-MOS、N-MOS、BJT等晶体管均具有一饱和区，在饱和区中电流控制装置能提供最大电流。导电装置在饱和区中也具有一较小的电阻值。因此，依据本发明提供的实施例调节方法还可控制电流控制装置在饱和区中操作，以使可控导电装置提供最大电流。
[0033] 图4是根据图3所示实施例的调节方法中充电电流控制的充电时间示意图。如图4所示，充电电流可逐步增加，或者线性地增加，图中以步进式(step-wise)与实线，或直线与虚线表示。存在两个充电电流的界限：充电器最大输出电流与最大充电电流限制。充电器最大输出电流指示充电器能够输出的最大电流，最大充电电流限制是指示在步骤209中的最大值。最大充电电流限制是可根据电池的识别信息来决定。如图4所示，当侦测到输入电流的电压(如：图1所示的Vin)是依据一预设电平(如：0.5V)而下降，即可决定充电电流是达到充电器最大输出电流，结果充电电流应当被减少。需要了解的是，当侦测到充电电路消耗的电流大于充电器最大输出电流时，第一类型的充电器将使得输入电流的电压下降。
[0034] 图5是根据本发明实施例的调节方法中充电电流控制的电池电流电压的曲线示意图。参考上述方法，充电电流被增大，直到电池几乎达到一预设电压电平(即，电池已经充满电)，如图中所示的粗线。然而，现有技术中的充电系统是将充电电流保持在一恒定值，如图中所示的虚线。所以，依据本发明实施例利用控制机制的充电系统与传统的充电器相比能够减少充电时间。
[0035] 依据以上述方法和电路，充电器的充电电流是可依据充电器的类型来调节。在充电期间，充电器的充电电流也可依据一控制电路所传感的其它特性而作进一步的调节。因此，充电系统不但调节不同类型充电器的充电电流，而且将充电电流调节尽可能的高些，以减少充电时间，并且避免过量的充电电流引起的损害。
[0036] 已参照较佳实施例在上文对本发明进行详细说明。然而，本技术领域中技术人员应了解，本发明要求保护的范围并不限于所揭露较佳实施例。相反地，其涵盖权利要求书所定义的范围内的不同修改与均等例。应给予权利要求最宽广的阐释，以包含所有的修改与均等的安排。
