專利名稱：使用充/放電復(fù)制電流的直接模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量電池充放電電流的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電池充電電路和方法且特別涉及用于測(cè)量電池充電電流和電池放電電流的方法及裝置。
背景技術(shù)：
這些技術(shù)中最感興趣的電池充電電路是用于無(wú)線終端的，又被稱作移動(dòng)站或者個(gè)人通信器。在充電操作期間需要測(cè)量和監(jiān)控一個(gè)較高電流，典型地在幾百毫安(mA)范圍或更高。參照

圖1，傳統(tǒng)的做法是在表示為充電器1的充電電流源和相關(guān)聯(lián)的充電器開(kāi)關(guān)(Msw)2之間放一個(gè)串聯(lián)電阻(Rmeas)。Msw被耦合到電池3再充電。電池充電電流(Ich)流過(guò)Rmeas，檢測(cè)由此產(chǎn)生的電壓降(Vmeas)，用以控制充電循環(huán)。例如，一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)4可被用以轉(zhuǎn)換Vmeas成一個(gè)數(shù)字表示，其依次可被用以調(diào)制輸出于脈寬調(diào)制器(PWM)5的信號(hào)的脈寬。Vmeas也用作電池電壓的測(cè)量。PWM5的輸出能直接使用，或者可進(jìn)一步被充電控制器6修正，從而提供開(kāi)關(guān)信號(hào)(Vcntrl)給Msw。以此方式改變Msw的導(dǎo)通，因而隨著電池3充滿電，Msw的接通時(shí)間逐漸減少，直至最后Msw僅提供維護(hù)(滴流)電荷給電池3。在另一實(shí)施例中，從Rmeas到Vcntrl的反饋環(huán)路能以一種完全模擬的方式或以混合模/數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)。
使用及操作這一傳統(tǒng)類型充電電路的一個(gè)重要缺陷是Rmeas需要低歐姆值、高精度的電阻。由于流過(guò)Rmeas的電流較大，電阻本身也必須很大，才可以消散由此產(chǎn)生的熱量。使用本身很大的電阻意味著使用分開(kāi)、離散的元件，而不是集成元件，這就增加了成本和制造及測(cè)試操作的復(fù)雜性。并且，必須小心地放置Rmeas，以防過(guò)份加熱相鄰的電路元件。另外，因?yàn)镽meas的低歐姆值，由此產(chǎn)生的電壓降Vmeas也小，可能需要使用高分辨率的ADC4以獲得準(zhǔn)確的Ich測(cè)量值。
Antti Ruha的序列號(hào)為09/772249的美國(guó)專利申請(qǐng)，申請(qǐng)日2001年1月29日，題為“測(cè)量電池充電及放電電流的方法和裝置”(Method and Apparatus forMeasuring Battery Charge and Discharge Current)(全文合并在此作為參考，下文簡(jiǎn)稱為母案申請(qǐng))，公開(kāi)了電路的多種實(shí)施例，能去除電阻Rmeas并放寬ADC的轉(zhuǎn)換范圍。這樣，就希望提供進(jìn)一步的改進(jìn)，以簡(jiǎn)化電流測(cè)量和轉(zhuǎn)換功能。
發(fā)明目的和優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的第一個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)是提供一種改進(jìn)的電池能量管理電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)是提供一種改進(jìn)的用在無(wú)線終端中的電池充電電路，克服前述及其它問(wèn)題，并且提供一種直接的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，而充/放電電流值能以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)是提供一種改進(jìn)的電池放電電路，用以發(fā)展電池容量和其它測(cè)量類型。
發(fā)明概要按照本發(fā)明實(shí)施例的方法和裝置，前述及其它問(wèn)題會(huì)解決，上述目的和優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量電池充電電流且將測(cè)量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的電路。由于電流被直接數(shù)字化成數(shù)字值，不需要分離的電流-電壓及電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換級(jí)或者處理，從而保存了集成電路區(qū)域，未增加成本及復(fù)雜性。另外的節(jié)約也能夠達(dá)到，因?yàn)殡娏?數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以不使用外部(高功率)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且，電路不須使用準(zhǔn)確的(精度)集成電阻或電容，使用較低成本的集成電路處理就可以。
在本發(fā)明中，除了測(cè)量和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換在電流范圍內(nèi)進(jìn)行以外，轉(zhuǎn)換基于西格瑪-德?tīng)査D(zhuǎn)換原理。在本發(fā)明中，一個(gè)鏡像的及比例縮小的復(fù)制充電電流(在平均檢測(cè)中)產(chǎn)生于(西格瑪-德?tīng)査?反饋環(huán)路。同時(shí)，作為西格瑪-德?tīng)査答伃h(huán)路的作用結(jié)果，產(chǎn)生了一個(gè)電池充電電流值的過(guò)抽樣的近似數(shù)字表示。該電池充電電流的數(shù)字表示可被低通濾波和抽選以增加整體測(cè)量的精確度。
使用本發(fā)明的教導(dǎo)會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)比現(xiàn)有應(yīng)用更簡(jiǎn)單、更小型化和成本更有效的電池電流測(cè)量解決方案。元件精確度要求放寬了，且沒(méi)有高精確度的外部或集成電阻(或電容)需要或者用在測(cè)量電路中。外部元件的免除降低了材料和裝配成本。通過(guò)減少所需集成電路處理的復(fù)雜性(不需電阻處理步驟)，電阻(或電容)精確度放寬，又減少了成本。其中，不需要精確電阻，由于西格瑪-德?tīng)査瓦^(guò)抽樣原理，電池充電電流測(cè)量電路更多地依賴于來(lái)自傳統(tǒng)集成元件固有的、適度的元件匹配。當(dāng)比較于，例如使用10比特ADC與10比特精確度的電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方案時(shí)，使用本發(fā)明可能得到硅區(qū)域全面、顯著的節(jié)約。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面在于避免將被測(cè)量的電流中間轉(zhuǎn)換成電壓(由流過(guò)電阻的電流實(shí)現(xiàn))，因?yàn)楸粶y(cè)量的電流直接轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字值。這一方案明顯削減了電路數(shù)量及需要的電路區(qū)域。
這里揭示了一種給電池充電的方法和實(shí)施該方法的電路。該方法包括步驟(A)在第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)用于給電池充電的電池充電電流(Icharge)；(B)在第二節(jié)點(diǎn)從Icharge產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制電流(Irep)，其中Irep＜Icharge；和(C)操作一個(gè)閉合的環(huán)路電流散熱器以吸收Irep，其中所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出是Icharge大小的一個(gè)量度。在優(yōu)選實(shí)施例中該數(shù)字輸出被輸入到控制電路以控制Icharge的產(chǎn)生。
且在優(yōu)選實(shí)施例中，閉合環(huán)路電流散熱器由多級(jí)DAC構(gòu)成，多級(jí)DAC由一個(gè)n級(jí)數(shù)字環(huán)路濾波器的輸出驅(qū)動(dòng)，該濾波器具有的值為第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間電壓差的一個(gè)函數(shù)。目前數(shù)字環(huán)路濾波器的最佳實(shí)現(xiàn)使用了一個(gè)n級(jí)向上/向下計(jì)數(shù)器，按第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間電壓差的一個(gè)函數(shù)向上或向下計(jì)數(shù)。更適宜地，多級(jí)DAC是一個(gè)多級(jí)電流導(dǎo)引DAC。由插入到計(jì)數(shù)器輸出和多級(jí)DAC之間的DEM邏輯塊進(jìn)行多級(jí)DAC關(guān)閉和打開(kāi)的級(jí)的選擇。
所揭示的電路和方法可以擴(kuò)充，提供電池放電測(cè)量電路，進(jìn)行電池容量測(cè)試。
附圖簡(jiǎn)述結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明，其上述和其它特征可以看得更清楚，其中圖1是一個(gè)電路圖，部分以框圖形式，描繪了傳統(tǒng)的電池充電器結(jié)構(gòu)；圖2是一個(gè)電路圖，部分以框圖形式，描繪了按照母案申請(qǐng)教導(dǎo)的電池充電器電路；圖3表示圖2中測(cè)量電阻和伺服環(huán)路晶體管Mctl的一個(gè)替換結(jié)構(gòu)；圖4是一個(gè)電路圖，部分以框圖形式，描繪了按照母案申請(qǐng)教導(dǎo)的電池放電器電路；圖5是按照本發(fā)明電流測(cè)量電路的框圖，其中被測(cè)量電流的復(fù)制電流被直接數(shù)字化；
圖6A、6B和6C每個(gè)描繪了圖5中低通濾波器方框的一個(gè)實(shí)施例，分別是最簡(jiǎn)單的電阻/電容(RC)形式、有源RC形式和開(kāi)關(guān)電容(SC)形式；圖7表示圖5中電流導(dǎo)引DAC的一個(gè)實(shí)施例；和圖8表示圖5中數(shù)字濾波器的一個(gè)實(shí)施例。
優(yōu)選實(shí)施例詳述經(jīng)過(guò)介紹，首先參考圖2，部分以框圖形式，表示了按照母案申請(qǐng)教導(dǎo)的電池充電器電路的電路圖。圖1中的元件號(hào)碼也相應(yīng)一致地標(biāo)出。
在圖2中，充電電流Ich的一個(gè)按比例縮小的復(fù)制電流，表示為Irep，由包含元件Mrep10、Adiff12及Mctl14的伺服控制電路產(chǎn)生。電流Irep，而非Ich，通過(guò)測(cè)量電阻Rmeas2。充電電流Irep的復(fù)制電流是實(shí)際充電電流Ich的一個(gè)精確表達(dá)，因?yàn)镸sw2和Mrep10在它們各自的輸入節(jié)點(diǎn)以及在它們各自的輸出節(jié)點(diǎn)(N1和N2)具有相同的端子電位。也就是，電阻Msw2和Mrep10二者在其輸入端子和在其門(G)端子(或Vcntl)可看到相同的電壓，并且由于伺服電路形成的反饋，它們各自的輸出(N1和N2)處于相同的電壓電位。更特別地，差分放大器Adiff12，輸出一個(gè)表示出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)N1和N2的電位之間差異的差分信號(hào)，結(jié)合晶體管Mctl14，使得節(jié)點(diǎn)N2的電位等于節(jié)點(diǎn)N1的電位。結(jié)果，Irep等于Ich/N，這里N是下一步描述的比例因子或比率。
電流縮放比例通過(guò)按相應(yīng)于充電晶體管或裝置Msw2的寬度/長(zhǎng)度比的縮放比例因子或比率N減小電流復(fù)制晶體管或裝置Mrep10的尺寸(MOS晶體管信道寬度/長(zhǎng)度的比)獲得。一般而言，N比一大。更適宜地，N大于10，更優(yōu)選地大于100。最好的縮放比例因子或比率(N)的范圍階數(shù)，例如，是大約100至大約1000。
因?yàn)殡娏魇且勒站w管溝道幾何尺寸線性比例縮放的，假定，比如縮放比例因子是500，對(duì)于200mA充電電流Ich來(lái)說(shuō)，復(fù)制電流Irep僅有400微安(400μA)。這一流過(guò)測(cè)量或檢測(cè)電阻Rmras2的電流的明顯減小使得顯著增大的歐姆值能用于Rmeas2(相對(duì)于圖1的現(xiàn)有技術(shù)電路)，且進(jìn)一步提供了顯著減小的功耗。例如，Rmeas2的值為1.5KΩ，產(chǎn)生Vmeas2的值為600mV，假定Irep的值是400μA。因此，一個(gè)10比特ADC4無(wú)疑適于準(zhǔn)確地?cái)?shù)字化Vmeas2的大小，并且其應(yīng)用由于增加了測(cè)量電壓而便利了。
這一過(guò)程也使得物理尺寸明顯更小的電阻元件能被使用。使用物理尺寸更小的電阻元件使電阻能集成化(例如能量管理集成電路)，從而消除了提供物理分離電阻的需要。當(dāng)使用集成電阻Rmeas2時(shí)，它可提供理想的ADC4輸出的模擬/電阻標(biāo)度或數(shù)字標(biāo)度。
在多種實(shí)施例中，充電晶體管Msw、電流復(fù)制晶體管Mrep和控制裝置Mctl可以是NMOS型裝置或PMOS型裝置，且可以進(jìn)一步是NPN或PNP裝置。通過(guò)雙極型結(jié)晶體管(BJTs)復(fù)制電流縮放比例以充電晶體管Msw和電流復(fù)制晶體管Mrep發(fā)射區(qū)域的合適比率獲得。所有這些變化都能夠按照為差分放大器Adiff12提供相應(yīng)合適的極性這些教導(dǎo)操作進(jìn)行。裝置類型的最佳選擇一般為應(yīng)用系統(tǒng)和相關(guān)的半導(dǎo)體技術(shù)。
在圖2所示實(shí)施例中，最佳地使用了一個(gè)浮動(dòng)檢測(cè)放大器(未示)，在應(yīng)用之前將Vmeas2緩沖到ADC4(圖1所示)。
測(cè)量電阻Rmeas2和控制裝置Mctl的位置也可以互換以實(shí)現(xiàn)Vmeas2的單端測(cè)量，如圖3實(shí)施例所示。
下表有效說(shuō)明了圖1所示傳統(tǒng)充電器結(jié)構(gòu)與圖2所示充電器結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別。
表測(cè)量電阻中的功耗和AD轉(zhuǎn)換電壓范圍(圖1)Rmeas中的功耗Pdis＝Ich×Ich×Rmeas電壓范圍 Vrange＝Ich×Rmeas測(cè)量電阻中的功耗和AD轉(zhuǎn)換電壓范圍(圖2)Rmeas2中的功耗Pdis＝Ich/N×Ich/N×Rmeas×M＝Irep×Irep×Rmeas2電壓范圍Vrange＝Ich/N×Rmeas×M＝Irep×Rmeas2在目前的優(yōu)選實(shí)施例中測(cè)量電阻(Rmeas2)的功耗和電壓范圍能夠使用電流復(fù)制晶體管Mrep10(N)和測(cè)量電阻Rmeas2(M)的縮放比例獨(dú)立地選擇。由此可能通過(guò)選擇相應(yīng)的縮放比例因子同時(shí)實(shí)現(xiàn)低功耗和寬電壓范圍。Rmeas2中的低功耗使得外部物理尺寸更小或能使用集成電阻，而增加的測(cè)量電壓范圍緩解了檢測(cè)放大器和ADC4轉(zhuǎn)換器的偏移及精度要求。一個(gè)用于ADC4的合適的分辨率比特?cái)?shù)是10，盡管能使用的比特?cái)?shù)可以比10更大或更小。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到這些技術(shù)也適于在電池3上進(jìn)行放電測(cè)試，其中電池3源電流流向接收電力的電路20，其作為電池3電流源的電流散熱器。在所有其它方面，放電電路可按照?qǐng)D2所示實(shí)施例或按照?qǐng)D3所示單端測(cè)量實(shí)施例構(gòu)造。放電測(cè)試期間，測(cè)量電阻Rmeas2用以檢測(cè)電池放電電流(Idisch)，該電流反映Vmeas2的大小。放電電流，結(jié)合通過(guò)電池3的電壓測(cè)量，有效地預(yù)示電池剩余容量。本實(shí)施例中，如果需要，可以在放電測(cè)試期間減小電池放電電流。
要指出充電器晶體管或裝置Msw以及復(fù)制晶體管或裝置Mrep可以開(kāi)關(guān)形式由Vcntrl操作，被Vcntrl打開(kāi)或關(guān)閉。但是它仍在這些技術(shù)范圍之內(nèi)以它們的線性方式(即，不是開(kāi)關(guān)方式)操作充電器晶體管或裝置Msw以及復(fù)制晶體管或裝置Mrep。本例中Vcntrl以可調(diào)節(jié)電壓值作為DC電壓產(chǎn)生，從而改變Msw和Mrep的導(dǎo)通。然而，這后一選擇對(duì)某些應(yīng)用可能不合用，因?yàn)槿缢熘哪菢樱€性方式中的操作一般會(huì)比開(kāi)關(guān)方式中的操作消耗更多功率并產(chǎn)生更多熱量。
至此回顧了母案申請(qǐng)揭示的內(nèi)容，現(xiàn)在描述按照本發(fā)明教導(dǎo)的另外的實(shí)施例。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，部分以框圖形式，表示出按照本發(fā)明教導(dǎo)的電池充電器電路圖。圖1、2、3和4中的元件號(hào)碼也相應(yīng)一致地標(biāo)出。
在目前充電電流測(cè)量電路的最佳實(shí)施例中，充電電流的一個(gè)比例縮小的復(fù)制電流產(chǎn)生于西格瑪—德?tīng)査h(huán)路28，該環(huán)路包含電流復(fù)制或拷貝晶體管Mrep10、從求和連接點(diǎn)30饋送的低通濾波器(lpf)32、比較器34、數(shù)字濾波器36、編碼器/動(dòng)態(tài)元件匹配(DEM)塊40，以及電流導(dǎo)引DAC42。當(dāng)裝置Msw2和Mrep10具有相同端子電位的時(shí)候，一個(gè)準(zhǔn)確的(按比例縮小的)充電電流Irep的復(fù)制電流產(chǎn)生并流過(guò)電流拷貝晶體管(Mrep)10。兩個(gè)裝置在輸入端子和門端子具有相同的電壓，并且使Mrep10的輸出端子與Msw2(在平均檢測(cè)中)的輸出端子具有相同的電位。
如上所述，電流縮放比例通過(guò)由相應(yīng)于充電開(kāi)關(guān)Msw2的因子N按比例縮小Mrep10的尺寸(W/L比)來(lái)獲得。充電開(kāi)關(guān)Msw2和電流拷貝晶體管Mrep10可以是NMOS或PMOS(NPN或PNP)型的。反饋DAC42可使用NMOS或PMOS(NPN或PNP)裝置來(lái)進(jìn)行，例如，圖7中所示的電流導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。所有這些設(shè)計(jì)上的變化能夠按照這些技術(shù)起作用提供合適的信號(hào)電壓和電流的極性。如同本領(lǐng)域那些技術(shù)人員所知的，裝置類型的最佳選擇為應(yīng)用系統(tǒng)和相關(guān)的半導(dǎo)體技術(shù)。
低通濾波器(lpf)32平滑及平均Msw2和Mrep10的輸出端子(N1和N2)之間的電壓差異(Udiff)，產(chǎn)生濾波的Udiff＿。lpf32可以是單端或差分結(jié)構(gòu)。lpf32可以是如圖6A所示的簡(jiǎn)單差分有源RC網(wǎng)絡(luò)，由求和節(jié)點(diǎn)30、電阻RA和RB結(jié)合電容CA組成，或者它可以由第一或更高階(以改善測(cè)量西格瑪-德?tīng)査h(huán)路的性能)的有源RC濾波器實(shí)現(xiàn)，如圖6B所示。在圖6B中差分RC lpf32包括放大器32A、32B，結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)RC、CB和CC。在圖6C所示本發(fā)明的又一實(shí)施例中，求和節(jié)點(diǎn)30和lpf32完全不是RC結(jié)構(gòu)，而被開(kāi)關(guān)電容(SC)所取代，由相位時(shí)鐘a(clk＿a)開(kāi)關(guān)S1和S4、相位時(shí)鐘b(clk＿b)開(kāi)關(guān)S2和S3、電容CB和CC，以及放大器32A構(gòu)成。這一基于低通濾波器的有源RC和SC的結(jié)構(gòu)與操作，二者都是單端和差分布局技術(shù)，為本領(lǐng)域所熟知。
對(duì)于圖6A和6B的RC lpf實(shí)施例，電阻精確度不需要很高，但電阻最好匹配在幾個(gè)百分比內(nèi)(取決于所期望的測(cè)量精度)。匹配于幾個(gè)百分比之內(nèi)的電阻當(dāng)使用典型的集成電路布局技術(shù)集成時(shí)很容易獲得。若需要高精度，不匹配所導(dǎo)致的增益誤差能在模擬或數(shù)字范圍內(nèi)被校正。不需要硅處理中的特殊電阻層，傳統(tǒng)阱型或擴(kuò)散型電阻足以用于多數(shù)場(chǎng)合。除了圖6C的SC實(shí)施例，低通濾波器32還能用跨導(dǎo)(gm-C技術(shù))或者SI(開(kāi)關(guān)電流)電路構(gòu)造，以完全避免使用電阻。
比較器34在輸出端以過(guò)抽樣形式檢測(cè)相對(duì)幅度的符號(hào)，產(chǎn)生的一比特比較器輸出信號(hào)增加或減少數(shù)字環(huán)路濾波器36的輸出值。一般而言，環(huán)路濾波器36輸出一個(gè)值，作為節(jié)點(diǎn)N1和N2間電壓差的一個(gè)函數(shù)的增量或減量。在目前的優(yōu)選實(shí)施例中數(shù)字環(huán)路濾波器36用一個(gè)向上/向下計(jì)數(shù)器36A構(gòu)成，如圖8所示。從比較器34輸出的值控制向上/向下計(jì)數(shù)器36A的計(jì)數(shù)方向(向上或向下)，從數(shù)字環(huán)路濾波器36輸出的值用于開(kāi)關(guān)DAC42的相應(yīng)級(jí)數(shù)以吸收來(lái)自復(fù)制晶體管Mrep10的電流，使節(jié)點(diǎn)N1和N2之間的電壓差減至最小。
再參照?qǐng)D7，操作中DAC42的輸出電流值等于計(jì)數(shù)器36的輸出值乘上Iref除以n(級(jí)數(shù))。DAC42優(yōu)選地包含多個(gè)電流導(dǎo)引DAC級(jí)。準(zhǔn)確的級(jí)數(shù)是應(yīng)用細(xì)節(jié)。作為一例，16 DAC級(jí)(-4比特)獲得好于10％的附加抽樣分辨率。參考電流Iref確定測(cè)量范圍，且被限定大小以使DAC42的總吸收容量等于最大充電電流(Ich＿max)被鏡像比率N除(即，Iref等于Ich＿max除以Msw2和Mrep10之間的縮放比例因子)。
編碼器/DEM塊42將數(shù)字濾波器36的輸出字格式轉(zhuǎn)換為溫度格式，且DEM(動(dòng)態(tài)元件匹配)邏輯選擇吸收電流的DAC級(jí)。DEM的目的在于平均DAC42級(jí)可能出現(xiàn)的不匹配以提高線性。
已知在西格瑪-德?tīng)査D(zhuǎn)換器的上下文中使用DEM技術(shù)。這里可作參考的，例如，F(xiàn)ujimori的美國(guó)專利5990819，“D/A轉(zhuǎn)換器和德?tīng)査?西格瑪D/A轉(zhuǎn)換器”(D/A converter and delta-sigma D/A converter)以及Gong等人的美國(guó)專利6011501，“用于處理一比特格式數(shù)據(jù)的電路、系統(tǒng)和方法”(Circuits，systems and methods for processing data in a one-bit format)。DEM技術(shù)可參考S.Norsworthy、R.Scherier和G.Temes的“德?tīng)査?西格瑪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器”(Delta-Sigma Data Converter)8.3.3章節(jié)，IEEE Press(1997)，在此合并參照。動(dòng)態(tài)元件匹配和西格瑪-德?tīng)査{(diào)制器技術(shù)都是本領(lǐng)域眾所周知的。DEM的功能是在隨機(jī)(或偽隨機(jī))選擇的基礎(chǔ)上操作電流導(dǎo)引DAC42的開(kāi)關(guān)從而隨機(jī)地分布信號(hào)，從電流導(dǎo)引DAC42的n級(jí)中的編碼器元件形成溫度計(jì)編碼。
(可選)抽選濾波器38的作用是平滑西格瑪-德?tīng)査h(huán)路28的“粗糙”量化，并通過(guò)平均若干量化結(jié)果提高測(cè)量精度。抽選一般用在西格瑪-德?tīng)査{(diào)制器和過(guò)抽樣的連接處。本申請(qǐng)中抽選(或更通常地是平均)功能可以相同集成電路上集成的硬件或能量管理及充電軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖5所示電路操作的至少一端結(jié)果是產(chǎn)生控制信號(hào)(Vcntrl)以成為脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。這個(gè)信號(hào)具有的脈寬被作為閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出的函數(shù)來(lái)控制(除了特定的電池充電算法外)，或者成為DC電壓，其具有的可調(diào)節(jié)電壓值被作為閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出的函數(shù)來(lái)控制(除了特定的電池充電算法外)。以此方式Ich的值被設(shè)定在適于為電池3充電的值上。
應(yīng)該懂得這些教導(dǎo)也適用于在電池3上執(zhí)行放電測(cè)試的技術(shù)，其中電池3源電流流向接收電力的電路20，其作為電池3電流源的電流散熱器。也就是，按照本發(fā)明的電流測(cè)量技術(shù)亦能夠用在圖4所示的電路中。
當(dāng)已經(jīng)在上下文中描述的本發(fā)明電池充電電路的教導(dǎo)用于無(wú)線終端，諸如蜂窩電話或個(gè)人通信器時(shí)，那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)知道，這些技術(shù)不限于這一重要應(yīng)用，還能用于大范圍內(nèi)由可再充電電池供電的裝置，諸如個(gè)人數(shù)字輔助器、膝上型電腦及筆記本計(jì)算機(jī)，和多種類型的玩具。
更一般地，這些教導(dǎo)在電流測(cè)量和被測(cè)量的電流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示的領(lǐng)域里具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明能用于任何所測(cè)電流流過(guò)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用中，例如晶體管，并且，在諸如移動(dòng)電話的無(wú)線終端電池充電電流的測(cè)量中特別有用。但是，按照本發(fā)明的教導(dǎo)能夠用在其它電流和功率測(cè)量應(yīng)用當(dāng)中，諸如電源穩(wěn)壓器、功率放大器和電動(dòng)機(jī)控制，不需要在電流路徑中加入電阻。這些教導(dǎo)也用于阻抗測(cè)量，例如高電流及短路情況的檢測(cè)。因此，當(dāng)這些教導(dǎo)在上下文中描述進(jìn)行電池充電電流測(cè)量時(shí)，這一實(shí)施例應(yīng)被認(rèn)為是示意性的，不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明教導(dǎo)的實(shí)際應(yīng)用的限制。
這樣，當(dāng)本發(fā)明用最佳實(shí)施例特別表示及描述時(shí)，那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以作出形式和細(xì)節(jié)的改變。
權(quán)利要求
1.一種給電池充電的方法，包括在第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)給電池充電的電池充電電流Icharge；在第二節(jié)點(diǎn)從Icharge產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制電流Irep，其中Irep＜Icharge；以及操作吸收Irep的一個(gè)閉合環(huán)路電流散熱器，其中所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出是Icharge大小的一個(gè)量度。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述數(shù)字輸出被輸入到用于控制Icharge產(chǎn)生的控制電路。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述閉合環(huán)路電流散熱器由一個(gè)多級(jí)DAC構(gòu)成，多級(jí)DAC由一個(gè)數(shù)字環(huán)路濾波器的輸出驅(qū)動(dòng)，該濾波器將所述第一節(jié)點(diǎn)和所述第二節(jié)點(diǎn)之間的電壓差作為遞增或遞減函數(shù)。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中通過(guò)插入到所述數(shù)字環(huán)路濾波器的輸出與所述多級(jí)DAC之間的動(dòng)態(tài)元件匹配DEM邏輯塊進(jìn)行多級(jí)DAC關(guān)閉和打開(kāi)的級(jí)的選擇。
5.如權(quán)利要求3的方法，其中所述數(shù)字環(huán)路濾波器由一個(gè)向上/向下計(jì)數(shù)器構(gòu)成，且其中所述多級(jí)DAC由一個(gè)多級(jí)電流導(dǎo)引DAC構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1的方法，還包括步驟抽選所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出。
7.一種用在向電池充電的電路，包括一個(gè)晶體管，用于在第一節(jié)點(diǎn)提供電池充電電流Icharge以給電池充電；一個(gè)復(fù)制電路，用于在第二節(jié)點(diǎn)從Icharge產(chǎn)生復(fù)制電流Irep，其中Irep＜Icharge；以及一個(gè)閉合環(huán)路電流散熱器，用于吸收Irep，其中所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出是Icharge大小的一個(gè)量度。
8.如權(quán)利要求7的電路，其中所述數(shù)字輸出被輸入到用于控制Icharge產(chǎn)生的控制電路。
9.如權(quán)利要求7的電路，其中所述閉合環(huán)路電流散熱器由一個(gè)多級(jí)DAC構(gòu)成，多級(jí)DAC由一個(gè)數(shù)字環(huán)路濾波器的輸出驅(qū)動(dòng)，該濾波器將所述第一節(jié)點(diǎn)和所述第二節(jié)點(diǎn)之間的電壓差作為遞增或遞減函數(shù)。
10.如權(quán)利要求9的電路，其中通過(guò)插入到所述數(shù)字環(huán)路濾波器的輸出與所述多級(jí)DAC之間的動(dòng)態(tài)元件匹配DEM邏輯塊進(jìn)行多級(jí)DAC關(guān)閉和打開(kāi)的級(jí)的選擇。
11.如權(quán)利要求9的電路，其中所述數(shù)字環(huán)路濾波器由一個(gè)向上/向下計(jì)數(shù)器構(gòu)成，其中所述多級(jí)DAC由一個(gè)多級(jí)電流導(dǎo)引DAC構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求7的電路，還包括一個(gè)耦合到所述閉合環(huán)路電流散熱器的所述數(shù)字輸出的抽選濾波器。
13.如權(quán)利要求9的電路，還包括一個(gè)具有耦合到所述第一和第二節(jié)點(diǎn)的差分輸入的濾波器，所述濾波器包括耦合到一個(gè)比較器輸入的單端輸出或差分輸出之一，所述比較器具有耦合到所述數(shù)字環(huán)路濾波器輸入的一個(gè)輸出。
14.一種給電池充電的方法，包括產(chǎn)生一個(gè)用于電池的充電電流Ich；產(chǎn)生一個(gè)Ich的復(fù)制電流Irep，其中Irep＝Ich/N，這里N＞1；操作一個(gè)閉合環(huán)路電流散熱器以吸收Irep，其中所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出是Ich大小的一個(gè)量度；以及使用被測(cè)量的Ich大小控制Ich的大小。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中N約大于10。
16.如權(quán)利要求14的方法，其中N約大于100。
17.如權(quán)利要求14的方法，其中N的范圍是大約100至大約1000。
18.如權(quán)利要求14的方法，其中產(chǎn)生充電電流Ich的步驟包括步驟操作具有耦合到充電電流源的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)的第一裝置，其中產(chǎn)生復(fù)制電流Irep的步驟包括步驟操作具有耦合到充電電流源的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)的第二裝置；且其中第一裝置和第二裝置都由相同的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中控制信號(hào)是脈寬調(diào)制信號(hào)，其具有的脈寬被作為所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出的函數(shù)來(lái)控制，或者是DC電壓，其具有的可調(diào)節(jié)電壓值被作為所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出的函數(shù)來(lái)控制。
20.如權(quán)利要求18的方法，其中操作閉合環(huán)路電流散熱器的步驟包括步驟操作一個(gè)閉合環(huán)路西格瑪-德?tīng)査D(zhuǎn)換器以使出現(xiàn)在第二裝置輸出節(jié)點(diǎn)的電壓等于出現(xiàn)在第一裝置輸出節(jié)點(diǎn)的電壓。
21.一種測(cè)量電池放電電流的電路，包括一個(gè)由控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)的第一裝置，并具有耦合到放電電池的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和用于將電池放電電流Idisch耦合到電流散熱器的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)；以及一個(gè)由所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)的第二裝置，并具有耦合到所述電池的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)和提供Idisch的復(fù)制電流Irep的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，其中Irep＝Idisch/N，這里N＞1，所述第二裝置的所述輸出節(jié)點(diǎn)被耦合到一個(gè)測(cè)量電路，該電路由一個(gè)吸收Irep的閉合環(huán)路電流散熱器構(gòu)成，其中所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出是Idisch大小的一個(gè)量度。
全文摘要
揭示了一種給電池充電的方法和實(shí)施該方法的電路。該方法包括步驟:(A)在第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)用以給電池充電的電池充電電流(Icharge);(B)在第二節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)來(lái)自Icharge的復(fù)制電流(Irep),其中Irep<Icharge;和(C)操作一個(gè)閉合的環(huán)路電流散熱器以吸收Irep,其中所述閉合環(huán)路電流散熱器的數(shù)字輸出是Icharge大小的一個(gè)量度。在優(yōu)選實(shí)施例中該數(shù)字輸出被輸入到控制電路以控制Icharge的產(chǎn)生。并且在優(yōu)選實(shí)施例中閉合環(huán)路電流散熱器構(gòu)成于多級(jí)DAC,多級(jí)DAC由一個(gè)n級(jí)數(shù)字濾波器的輸出驅(qū)動(dòng),該濾波器具有的值為第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間電壓差的一個(gè)遞增或遞減的函數(shù)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1374729SQ0114573
公開(kāi)日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2001年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者A·魯哈, T·羅特薩萊寧, J·P·特爾瓦洛托, J·考皮寧 申請(qǐng)人:諾基亞有限公司