CN1528041A

CN1528041A - 电池放电器

Info

Publication number: CN1528041A
Application number: CNA028141490A
Authority: CN
Inventors: Сɽ��ʷ; 小山裕史
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: EP1280252A3; CN1326305C; EP1280252A2; JP2004536547A; WO2003010870A2; WO2003010870A3; EP1280252B1; JP4191029B2

Abstract

本发明涉及一种电池放电器，包括受控开关(46)，当电池电压大于第一参考电压(Vr1)时，此开关导通，对电池进行放电。由于表示用于控制开关的电池电压的电压在开关为“断”时具有比开关为“通”时更大的数值的事实，周期性地断开或闭合所述受控开关。提供了至少一个电路元件(44)，以便延长在表示了电池电压的电压高于第一参考电压(Vr1)时，所述开关(46)的导通周期。

Description

电池放电器

技术领域

本发明涉及一种电池放电器。

背景技术

已知如果在没有充分放电的情况下重复对镍-镉可充电电池进行充电，则不能达到其完全容量。为了避免这个问题，至少在每次对电池进行充电之前必须对电池进行放电。

还已知如果在大约两个月或更长一段时间内未使用镍-锰电池，则该电池不能工作在最适宜的条件下。为了避免此问题，有必要使这种电池经历二个或三个充电-放电周期。

更一般地，为了使这种电池工作在最适宜的条件下，更具体地，为了延长使用时间并增加了两次充电之间存储在电池中的电量，必须周期性地对电池进行放电。特别对于诸如CD播放器、照相机、可携式摄像机、MD记录器、便携式电话之类便携式装置来说，解决这个问题尤为重要。这是因为这些装置通常不包括任何放电功能。

本发明的目的是提供一种安全、快速工作并以较低成本制造的电池放电器。

为了更好地理解本发明所提出的改进，将参考图1，对传统的电池放电器进行说明。

这种已知的电池放电器具有两个用于电池的输入端，即接地输入端10和电压输入端12。电压输入端12通过限流器16与开关14的第一接线端14₁相连。接线端12与具有接收信号Vr的第二输入端18₂的电压比较器18的第一输入端18₁相连，所述信号Vr是由参考电压产生器20提供的参考电压。

开关的第二接线端14₂与接地端10相连。

电压比较器的输出端18₃提供了施加在开关14的控制输入端14₃上的信号。

为了提供指示放电操作是否正在进行的信号，LED(发光二极管)驱动电路22接收开关14中电流的电流表示。

通常，由外部电压源通过接线端24向包括如晶体管等不同元件在内的参考电压产生器20、比较器18和开关14、以及LED驱动电路22供电。

可以看出，电池接线端与接线端12和10之间的接触电阻增加了放电时间，这是因为这种电阻产生了具有高放电电流强度的高频放电操作的高频周期性中断。实际上当电池放电时，在放电过程中，接触电阻产生了压降，并且这种压降的结果是，比较器18输入端18₁的电压低于Vr，所以断开了开关14。但是当断开开关14时，流经接触电阻的电流为零，结果输入18₁的电压升高并变得大于Vr。于是闭合开关14，并以高频的周期方式重复这种现象。这种振荡增加了放电时间。

发明内容

根据本发明的电池放电器减少了放电时间。

这种电池放电器至少包括如电容器等在代表了电池电压的电压变得低于参考电压之前，将放电开关的导通延长给定的时间的电路元件。

换句话说，本发明的电池放大器具有用于控制在放电过程中出现的振荡的占空比的装置。

根据实施例，由对电池和接触电阻所提供的HF信号进行整流的整流器装置的时间常数提供了放电开关导通时间的延长。在这种情况下，将已整流HF信号与参考信号相比较，只要所述已整流HF信号大于参考信号，则受控开关处于放电状态。

在实施例中，该电池放大器至少包括如电阻器等用于控制放电过程中所出现的振荡的频率的第二电路元件。该第二电路元件可以是与电池串联的电阻器。利用这种电路元件，可以得到低于传统电池放电器的振荡频率，从而实现了更为简单和便宜的电路。

根据本发明的另一方面，本发明消除了传统电池放电器的另一缺点：

当施加在比较器18的输入端18₁上的电池电压高于参考电压Vr时，比较器18在开关14的输入端14₃上设置控制信号，以便使该开关处于“通”(导通)，从而，电池通过此开关14进行放电。相反地，当电池电压低于参考电压Vr时，施加在输入端14₃上的控制信号控制开关14断开，停止放电。

但是，当施加在输入端18₁上的电池电压接近参考电压Vr时，电压比较器提供具有介于一方面能够完全闭合开关的信号值而另一方面能够完全断开开关14的信号值之间的中间值的控制信号。导致开关处于中间位置，即用于减小放电电流强度的位置。这种开关的中间位置也增加了放电时间。

解决这个问题的方法在于提供实际上没有中间状态的更为精确的电压比较器，但是对于这种类型的设备来说，这种解决方案过于昂贵，而且还需要用于精确比较器的特定电源电压。

所以，根据本发明的另一方面(可以结合其他方面使用)，电池放电器包括电流控制器，用于在表示了平均电池电压的电压高于第二参考电压时，减小放电开关的电阻。

这种特征也使放电时间减少。

对电流控制器的操作进行控制的第二参考电压可以与所述第一电路元件协同使用的参考电压不同。

简要地说，本发明涉及一种电池放电器，包括受控开关，当电池的电压大于第一参考电压时，此受控开关导通，对电池进行放电，其中由于表示用于控制开关的电池电压的电压在开关为“断”时具有比开关为“通”时更大的数值的事实，周期性地断开或闭合所述受控开关，而且提供了至少一个电路元件，以便延长在表示了电池电压的电压高于第一参考电压时，所述开关的导通时间。

在一个实施例中，该电路元件至少包括电容器。

在另一实施例中，该电路元件包括用于对表示了电池电压的交替电压进行整流的整流器。

所述电池放电器可以包括用于控制开关交替导通和断开的频率的第二电路元件。在这种情况下，在实施例中，当电池容量减小时，第二电路元件减小了开关交替导通和断开的频率。根据实施例，提供了以代表了导通和断开切换的频率闪烁的显示器。

在另一实施例中，所述开关的传导状态取决于控制电压值，在表示了电池电压的电压接近于第一参考电压时，所述开关处于中间传导状态，而且所述电池放电器包括电流控制器，在表示了电池电压的电压大于第二参考电压时，使所述开关进入完全导通状态。该电流控制器可以包括整流器。在这种情况下，为了检查电池电压，该电池放电可以包括用于测量整流器所提供的电压的接线端。

所述开关可以包括晶体管。

可以设置降压器，用于创建压降，以便产生所述开关的振荡。

本发明还涉及用于对镍-锰和/或镍-镉电池进行放电的电池放电器的应用。

本发明还可用于对电子便携式设备的电池进行放电。

附图说明

通过结合以下附图，对本发明实施例的特定描述，本发明的其他特征和优点将更为清楚，其中：

图1所示为传统的电池放电器，已对其进行了说明；

图2所示为根据本发明的放电器的实施例的示意图，

图3所示为图2所示放电器的详细实施例，

图4所示为与图3所示的相类似的放电器，但具有补充功能，

图5所示为与图2相类似的示意图，但针对另一个实施例，

图6所示为图5所示放电器的详细实施例，以及

图7为示出了图5或图6所示实施例的操作的一个方面的示意图。

具体实施方式

在图2所示的电池放电器中，将要进行放电的电池(未示出)连接在接线端32和34之间，接线端34为接地端。

电压端32与如电阻器等压降器36的输入端相连，而此压降器的输出端与比较器或电流控制器38的第一输入端38₁相连，其中38具有将由参考电压产生器40的输出端40₂提供的参考电压Vr2施加在其上的第二输入端38₂。

压降器36的输出端还与第二电压比较器42的第一输入端42₁相连，该第二电压比较器42包括将由参考电压产生器40的输出端40₁提供的参考电压Vr1施加在其上的第二输入端42₂。

压降器36的输出端与时间常数元件44相连，该时间常数元件44也与电压比较器42的输出端相连。

最后，压降器36的输出端通过具有与图1所示限流器16相同功能的限流器48与开关电路46的接线端46₁相连。开关电路的第二接线端46₂与接地端34相连。开关电路46的控制接线端46₃与电压比较器42的输出端相连，而且也与电流控制器38的输出端38₃相连。

电路50为与图1所示的LED驱动和显示电路22相类似的LED驱动和显示电路。

压降器或电阻器36具有与时间常数元件44一起、将给定频率强加于参考图1所述的振荡的功能，即由于位于压降器的输出端的电压或位于接线端32的电压(当存在较大的接触电阻时)取决于电流强度，即取决于开关电路46的状态(导通或未导通)的事实而引起的振荡。

当在电池和接线端32、34之间存在较大的接触电阻时，可以省略压降器或电阻器36。

压降器36或只是接触电阻(当省略压降器36时)与时间常数元件44一起确定与电池电压成正比的振荡频率。

在图3所示的实施例中，电流控制器38包括晶体管Ti，该晶体管Ti的发射极与包括两个电阻器R2和R3的分压器的接线端相连。这些电阻器也是参考电压产生器40的组件。

参考电压产生器40具有与接线端51相连的输入端，将电池放电器的直流(DC)电源施加在接线端51上。在此示例中，该DC电压源为1.6V。

产生器40包括位于接线端51和接地端34之间的PNP晶体管Q1，该晶体管Q1的发射极通过电阻器R4与接线端51相连，其集电极与接地端34相连。晶体管Q1的基极通过电阻器R1与接线端51相连，并通过串联电阻器R2和R3接地。晶体管Q1的基极还通过二极管D1与接地端34相连。

第一参考电压Vr1出现在晶体管Q1的发射极，而第二参考电压Vr2出现在电阻器R2和R3之间的连接端，即电流控制器38的晶体管Ti的发射极。

为了滤去来自电源的任何高频噪声，在电池放电器的输入端，将电容器C1连接在接线端51和34之间。

电压比较器42包括两个NPN晶体管52和54。这些晶体管52和54的发射极通过电阻器51接地。晶体管52的集电极与接线端51相连。晶体管54的集电极通过电阻器R6与电源接线端51相连。比较器42的输出端为晶体管54的集电极。该晶体管54的基极通过电阻器R7与电阻器36相连。与电阻器36相连的电阻器R7的接线端与时间常数电路44的输入端相连。该时间常数电路44包括连接在电阻器36和开关电路46的控制输入端46₃之间的电容器C3。

为了使晶体管52不受噪声的影响，将电容器C2设置在晶体管52的基极和地之间。

开关电路46包括PNP型控制晶体管TS1，其发射极与电压端51相连，其集电极通过电容器R9与此电路46的主晶体管TS2的基极相连。晶体管TS2为NPN型，其发射极接地，而集电极通过组成了限流器48的另一个电阻器R15与电阻器36相连。

LED(发光二极管)60的阳极与接线端51相连且阴极通过电阻器R12与LED驱动电路50中的晶体管TL的集电极相连。该晶体管TL的基极通过电阻器R10与晶体管TS1的集电极相连，并通过电阻器R11接地。

位于地和开关电路46中的晶体管TS1的集电极之间的电容器C5滤除当晶体管TS1的状态从断变为通时可能会出现的杂散脉冲。

电流控制器38包括二极管D3，该二极管的阳极与电阻器32相对的电阻器36的接线端相连，其阴极通过电阻器R13与接地端34相连；此阴极还与晶体管Ti的基极相连，而且电容器C6连接在晶体管Ti的基极和地之间。电流控制器38的二极管D3、电容器C6以及电阻器13将振荡周期内由电池提供的电压转换为在晶体管Ti的基极提供的DC电压。

图3所示电路的操作如下：

在此示例中，在参考产生器40的晶体管Q1的发射极处所提供的电压Vr1为1.25V。此数值由二极管D1的阳极电压加上晶体管Q1的基极/发射极的结电压确定。

出现在电阻器R2和R3之间的第二参考电压Vr2由这些电阻器的数值和D1的导通电压值确定。在此示例中，此电压Vr2为0.23V。

当电池电压为1.05V时，放电器为断开。

电压比较器42的操作如下：当晶体管54的基极电压低于Vr1(施加在晶体管52的基极上的电压)时，使此晶体管54截止。当此晶体管54的基极电压大于Vr1时，使晶体管54导通，其集电极电压下降。结果，开关电路46的晶体管TS1的基极电压变得低于同一晶体管的发射极减去发射极/基极的电压，因此，该晶体管导通。结果，晶体管TS2(开关电路46的主晶体管)的基极电压增加，该晶体管TS2导通。所以，当电池电压实际上高于参考电压Vr1时，电池通过晶体管TS2进行放电。

当开关电路46的晶体管TS1和TS2为通(导通)时，电路50的晶体管TL为“通”。在这种情况下，LED(发光二极管)60产生表示电池正在放电的光信号。

当电池电压高于参考电压Vr1时，时间常数电路44的电容器C3增加了开关电路46中的开关TS1和TS2的导通时间。在这种情况下，比较器42输出端的电压，即晶体管54的集电极上的电压下降。没有电容器C3，则立刻使晶体管TS1和TS2截止。但是，在晶体管TS1导通和晶体管54导通期间，加载了电容器C3。事实上，在TS1的导通时间期间，根据以下路径对电容器C3进行充电：TS1发射极和基极、电容器C3、电阻器R7、晶体管54的基极-发射极以及电阻器R5。

在充电期间，C3的电压增加，并且当TS1的基极电压达到其截止电压(TS1的发射极减去TS1发射极/基极的电压)时，使TS1截止。由于晶体管Ti在高于Vr2的平均电池电压(随后进行解释)获得TS1的基极电流，并且晶体管54在高于Vr1的电池电压(随后进行解释)获得TS1的基极电流，C3的充电时间比放电时间长，即TS1和TS2的导通持续时间较长。

在使晶体管TS1截止之后，由于电阻器36的压降消失，TS1的基极电压立刻被上拉到接线端51的电压，并且根据下述路径对C3上的电压进行放电：包括晶体管54的集电极-发射极在内的第一路径，以及包括R14、Ti和R3在内的第二路径。

重复C3的充电、放电，直到电池电压变得小于Vr1。

此外，当电池电压实质上高于参考电压Vr1时，振荡频率由电容器C3的时间常数、晶体管54和电阻器R5的等效电阻确定；还由晶体管Ti和电阻器R3的等效电阻确定。

由电流控制器38的二极管D3、电阻器R13和电容器C6提供的已整流电压实际上等于平均电池电压。当出现在晶体管Ti基极上的已整流电压大于参考电压Vr2加上晶体管Ti的基极/发射极的结电压时，使晶体管Ti导通。因此，晶体管TS1的集电极上的电压减小。结果，晶体管TS1的基极上的电压减小，这使得晶体管TS1和TS2整体导通。

该电流控制器还有助于使振荡占空比的导通持续时间更长并减少电池的放电时间。

但是，当平均电池电压变得低于Vr1时，晶体管Ti保持截止，并不再具有使晶体管TS1和TS2饱和(置于导通状态)的功能。

选择电阻器R14的数值以限制TS1的基极电流。

在实施例中，只有当电池电压接近完全放电且断开LED(发光二极管)时，才停止振荡。

此外，LED(发光二极管)可以用于表示放电过程即将结束，从而，当LED(发光二极管)变暗时，就可以将电池移去了。

利用适当数值的电容器C3，可以按照以下方式选择二极管的闪烁频率：当电池完全充满时，看不到闪烁，而一旦电池的电量减少闪烁就变得可见，而且当电池接近于完全放电时，以非常低的频率闪烁。

所述电池放电器非常简单。不需要使用如微处理器等复杂IC。减少了放电时间并精确地控制了放电和电压。

这种电池放电器还可用于检查电池的残余电量，例如通过二极管的闪烁频率来检查。

图4所示为一种具有检查功能的电池放电器。在此实施例中，设置开关S1，以便将电路放置在精确对应着图3中电池放电器功能的第一位置(如图4所示)或者放置在其中电容器C4与电容器C3并联且断开电流控制器38的接线端38₃的第二位置。

当断开电流控制器38时，来自要放电的电池的电流最小，且由于C4增大了时间常数，使振荡频率非常低。

在实施例中，当电池被完全充满时，振荡频率最大，而当电池被放电时，振荡频率最小。例如，可以在完全电量1.25V时，将此频率选择为43Hz、1.2V时为17Hz、1.15V时为5Hz且1.10V时停止。

可以将该电池放电器与传统的电池充电器相结合。即传统的连续补充电池充电器(慢速充电器)向被充电的电池提供1.6V到1.8V之间的电压，此电压可用于驱动放电器(包括电池检查器)，这是因为在电池没有被放电器完全放电之前，并不会使用该充电器。

当在电池充电器上具有用于接收充电电压的接触点的印刷电路板上构建如图3和图4所示的电路，并将所述接触点与接线端51和34相连时，可以实现一个完整而廉价的充电/放电结合系统。

在图5中，与图2中的相应元件功能相同的元件用相同的参考号表示。

在此实施例中，电压比较器82包括接收参考电压Vr1的输入端82₂和接收对由压降器36所提供的电压进行整流的整流器84的输出的另一个输入端82₁。

在压降器36的输出端和开关46的控制输入端46₃之间提供了滤波器86。

本实施例与图2所示实施例的不同之处在于比较器82提供了实际上没有中间状态的二状态输出信号。因此，开关46实际上也没有中间状态。

此外，并未提供第二参考Vr2且不能对振荡频率进行修改。正如此后所解释的那样，整流器84的时间常数确定了在每个HF周期中开关46接通的时间。

在图6所示的实施例中，比较器86包括以集成电路形式给出的运算放大器90，而且整流器84包括并联的电容器C₁₃和电阻器R₁₃以及二极管D₁₃。电阻器R₅连接在运算放大器的输出端与其一个输入端之间。

如图7所示，整流器84提供了锯齿信号92，在HF信号的每个周期的实质部分t₁期间，该信号的值高于参考电压Vr1。因此，在HF信号的每个周期的实质部分t₁期间，开关46接通。持续时间t₁主要由C₁₃和R’₁₃的数值确定。

滤波器86包括实际上不会影响持续时间t₁的电容器C₁₄。

Claims

1.一种电池放电器，包括受控开关(46)，当电池电压大于第一参考电压(Vr1)时，此开关导通，对电池进行放电，其中由于表示用于控制开关的电池电压的电压在开关为“断”时具有比开关为“通”时更大的数值的事实，周期性地断开或闭合所述受控开关，而且提供了至少一个电路元件(44；84)，以便延长在表示了电池电压的电压高于第一参考电压(Vr1)时，所述开关(46)的导通周期。

2.根据权利要求1所述的电池放电器，其特征在于所述电路元件至少包括电容器(C3)。

3.根据权利要求1所述的电池放电器，其特征在于所述电路元件包括用于对表示了电池电压的交替电压进行整流的整流器(84)。

4.根据权利要求1、2或3所述的电池放电器，其特征在于包括第二电路元件(C3，54，R5，Ti，R3)，用于控制开关交替接通和断开的频率。

5.根据权利要求4所述的电池放电器，其特征在于当电池容量减小时，所述第二电路元件减小开关交替接通和断开的频率。

6.根据权利要求4或5所述的电池放电器，其特征在于设置了以代表开关(46)接通和断开的频率的频率闪烁的显示器(60)。

7.根据前述权利要求之一所述的电池放电器，其特征在于所述开关(46)的传导状态取决于控制电压值，在表示了电池电压的电压接近于第一参考电压(Vr1)时，所述开关处于中间传导状态，而且所述电池放电器包括电流控制器(38)，在表示了电池电压的电压大于第二参考电压(Vr2)时，使所述开关(46)进入完全导通状态。

8.根据权利要求7所述的电池放电器，其特征在于所述电流控制器(38)包括整流器。

9.根据权利要求8所述的电池放电器，其特征在于包括用于测量由整流器提供的电压的接线端，以便检查电池电压。

10.根据前述权利要求之一所述的电池放电器，其特征在于所述开关包括晶体管(TS2)。

11.根据前述权利要求之一所述的电池放电器，其特征在于包括压降器(36)以创建压降，产生所述开关的振荡。

12.将根据前述权利要求之一所述的电池放电器应用于镍-锰和/或镍-镉电池的放电。

13.将根据权利要求1-11之一所述的电池放电器应用于电子便携式设备电池的放电。