專利名稱：使用開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器對(duì)電池進(jìn)行充電的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電池充電器，且尤其涉及開(kāi)關(guān)電池充電系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電池已長(zhǎng)時(shí)間被用作移動(dòng)電子裝置的電力來(lái)源。電池提供允許電路運(yùn)作的電流和電壓形式的能量。然而，儲(chǔ)存在電池中的能量的量有限，且當(dāng)電子裝置在使用時(shí)電池?fù)p失電力。當(dāng)電池的能量供應(yīng)被耗盡時(shí)，電池的電壓將開(kāi)始從其額定電壓下降，且依賴于電池來(lái)獲得電力的電子裝置將不再適當(dāng)運(yùn)作。對(duì)于不同類型的電子裝置來(lái)說(shuō)，這些閾值將不同。
許多類型的電池是針對(duì)單一用途而設(shè)計(jì)的。這些電池在電荷耗盡之后被丟棄。然而，一些電池設(shè)計(jì)成可再充電的。可再充電電池通常需要某種形式的電池充電系統(tǒng)。典型的電池充電系統(tǒng)將電力從電源(例如AC壁式插座)轉(zhuǎn)移到電池中。再充電過(guò)程通常包含處理并調(diào)節(jié)來(lái)自電源的電壓和電流，使得供應(yīng)到電池的電壓和電流滿足特定電池的充電規(guī)格。舉例來(lái)說(shuō)，如果供應(yīng)到電池的電壓或電流過(guò)大，那么電池可能會(huì)損壞或甚至?xí)āＡ硪环矫?，如果供?yīng)到電池的電壓或電流過(guò)小，那么充電過(guò)程可能效率非常低或完全無(wú)效。電池的充電規(guī)格的低效使用可導(dǎo)致(例如)非常長(zhǎng)的充電時(shí)間。另外，如果充電過(guò)程未有效地進(jìn)行，那么電池的電池容量(即，電池可保持的能量的量)可能不會(huì)最優(yōu)化。此外，低效充電可影響電池的有效壽命(即，從特定電池可利用的充電/放電循環(huán)的次數(shù))。此外，低效充電可能由于電池的特性隨著時(shí)間變化的緣故。使這些問(wèn)題復(fù)雜的是以下事實(shí)不同電池的電池特性(包含電池的指定電壓和再充電電流)可能不同。
現(xiàn)有電池充電器通常是靜態(tài)系統(tǒng)。充電器經(jīng)配置以從特定電源接收電力，并基于電池的充電規(guī)格將電壓和電流提供給特定電池。然而，現(xiàn)有充電器的不靈活性導(dǎo)致上文描述的許多低效性和問(wèn)題。擁有比現(xiàn)有系統(tǒng)更靈活或甚至可適于特定電池或變化的電池充電環(huán)境的電池充電系統(tǒng)和方法將是有利的。因此，需要改進(jìn)電池充電過(guò)程的效率的改進(jìn)的電池充電器系統(tǒng)和方法。本發(fā)明通過(guò)提供使用開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器來(lái)對(duì)電池進(jìn)行充電的系統(tǒng)和方法來(lái)解決這些和其它問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包含一種對(duì)一電池進(jìn)行充電的方法，所述方法包括在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入處接收第一輸入電壓和第一輸入電流；將開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出耦合到電池的端子；在電池的端子處產(chǎn)生第一輸出電壓和第一輸出電流，其中開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制第一輸出電流，且其中到電池的第一輸出電流大于第一輸入電流，且第一輸入電壓大于第一輸出電壓；和隨著電池上的第一輸出電壓增加而減少第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括感測(cè)電池上的第一輸出電壓，且據(jù)此來(lái)調(diào)節(jié)第一輸出電流，使得第一輸入電流在第一值以下。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括感測(cè)到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器第一輸入電流，且據(jù)此來(lái)調(diào)節(jié)第一輸出電流，使得第一輸入電流在第一值以下。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括將開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)輸出電流和開(kāi)關(guān)輸出電壓經(jīng)由濾波器而耦合到電池的端子。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一輸出電流隨著電池上的第一輸出電壓增加而減少越過(guò)復(fù)數(shù)個(gè)電流值。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一輸出電流隨著電池上的第一輸出電壓增加而持續(xù)減少。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一輸出電流隨著電池上的第一輸出電壓增加而遞增減少。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一輸出電流持續(xù)減少以維持到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的恒定第一輸入電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第一輸入電流增加到閾值以上，那么第一輸出電流遞增減少。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括感測(cè)電池上的第一輸出電壓，；和如果所感測(cè)的第一輸出電壓大于第一閾值，那么將可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的充電參數(shù)從對(duì)應(yīng)于第一恒定輸出電流的第一值改變?yōu)閷?duì)應(yīng)于第二恒定輸出電流的第二值，其中第一恒定輸出電流大于第二恒定輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括響應(yīng)于所感測(cè)的第一輸出電壓的增加，而在對(duì)應(yīng)于復(fù)數(shù)個(gè)連續(xù)降低的恒定輸出電流的值范圍內(nèi)改變充電參數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括感測(cè)到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第一輸入電流；和如果所感測(cè)的第一輸入電流大于第一閾值，那么將可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的充電參數(shù)從對(duì)應(yīng)于第一恒定輸出電流的第一值改變?yōu)閷?duì)應(yīng)于第二恒定輸出電流的第二值，其中第一恒定輸出電流大于第二恒定輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明進(jìn)一步包括響應(yīng)于所感測(cè)的第一輸入電流，而在對(duì)應(yīng)于復(fù)數(shù)個(gè)連續(xù)降低的恒定輸出電流的值范圍內(nèi)改變充電參數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入耦合到通用串行總線端口。
在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出耦合到鋰離子電池、鎳氫電池(nickel metalhydride battery)或鎳鎘電池。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一輸出電流根據(jù)預(yù)定義的軟件算法減少。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包含一種對(duì)電池進(jìn)行充電的方法，所述方法包括在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入處接收第一輸入電壓和第一輸入電流；從開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生第一受控輸出電流到電池中，所述電流大于到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第一輸入電流；感測(cè)電池上的電壓或到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第一輸入電流；和隨著電池上的電壓增加而減少第一受控輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器在電流控制模式下運(yùn)作。
在一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)電池上的電壓，并響應(yīng)于感測(cè)到電池上的電壓增加而持續(xù)減少第一受控輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)電池上的電壓，并響應(yīng)于感測(cè)到電池上的電壓增加而將第一受控輸出電流遞增設(shè)定為較低值。
在一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)第一輸入電流，并持續(xù)減少第一受控輸出電流以維持到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的恒定的第一輸入電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)第一輸入電流，且如果到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第一輸入電流增加到閾值以上，那么遞增減少第一受控輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的充電參數(shù)從對(duì)應(yīng)于第一恒定輸出電流的第一值改變?yōu)閷?duì)應(yīng)于第二恒定輸出電流的第二值，其中所述第一恒定輸出電流大于第二恒定輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括響應(yīng)于電池上的電壓增加，而在對(duì)應(yīng)于連續(xù)降低的恒定輸出電流的值范圍內(nèi)改變可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的充電參數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括如果所述第一輸入電流增加到閾值以上，那么將可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的充電參數(shù)從對(duì)應(yīng)于第一恒定輸出電流的第一值改變?yōu)閷?duì)應(yīng)于第二恒定輸出電流的第二值，所述第二恒定輸出電流小于第一輸出電流。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包含電池充電器，所述電池充電器包括開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，其具有第一輸入、第一輸出和控制輸入，其中第一輸入接收第一輸入電壓和第一輸入電流，且第一輸出耦合到電池以提供第一輸出電壓和第一輸出電流；可調(diào)節(jié)電流控制器，其具有經(jīng)耦合以感測(cè)第一輸出電流的至少一個(gè)輸入、經(jīng)耦合以控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的控制輸入的至少一個(gè)輸出，和第二輸入，所述第二輸入耦合到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第一輸入以便檢測(cè)輸入電流的變化，或耦合到電池以便檢測(cè)第一輸出電壓的變化，其中第二輸入響應(yīng)于第一輸入電流或第一輸出電壓的變化而改變到電池的第一輸出電流，其中開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器向電池提供第一輸出電流，所述第一輸出電流大于第一輸入電流，且其中第一輸出電流隨著電池上的電壓增加而減少。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括感測(cè)電阻器，其耦合在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第一輸出與電池之間以便感測(cè)第一輸出電流，其中可調(diào)節(jié)電流控制器的至少一個(gè)輸入包括耦合到感測(cè)電阻器的第一端子的第一輸入和耦合到感測(cè)電阻器的第二端子的第二輸入。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器在電流控制模式下運(yùn)作。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一輸出電流經(jīng)調(diào)節(jié)使得第一輸入電流保持在第一值以下。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括感測(cè)電路(sense circuit)，其感測(cè)第一輸入電流，且可調(diào)節(jié)電流控制器的第二輸入耦合到所述感測(cè)電路以便檢測(cè)輸入電流的變化。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述感測(cè)電路包括第一電阻器，其耦合到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括模擬或數(shù)字控制器，其耦合在感測(cè)電路與可調(diào)節(jié)電流控制器之間，其中如果第一輸入電流增加到第一閾值以上，那么模擬或數(shù)字控制器改變可調(diào)節(jié)電流控制器的第二輸入處的控制電壓。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器是數(shù)字控制器，且如果第一輸入電流增加到第一閾值以上，那么所述數(shù)字控制器改變至少一個(gè)可編程存儲(chǔ)元件中的數(shù)字位。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器是模擬控制器，且所述模擬控制器具有耦合到感測(cè)電路的至少一個(gè)輸入和耦合到可調(diào)節(jié)電流控制器的至少一個(gè)輸出，且其中如果第一輸入電流增加到第一閾值以上，那么模擬控制器改變可調(diào)節(jié)電流控制器的第二輸入處的電壓。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述可調(diào)節(jié)電流控制器的第二輸入耦合到電池以便檢測(cè)第一輸出電壓的變化。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器具有耦合到電池的至少一個(gè)輸入和耦合到可調(diào)節(jié)電流控制器的第二輸入的輸出，其中如果第一輸出電壓增加到第一閾值以上，那么數(shù)字控制器改變至少一個(gè)可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的數(shù)字位，且據(jù)此改變可調(diào)節(jié)電流控制器的第二輸入處的電壓以便減少第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其耦合在電池與數(shù)字控制器的至少一個(gè)輸入之間；和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，其耦合在可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件與可調(diào)節(jié)電流控制器的第二輸入之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件是寄存器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件是寄存器，且所述數(shù)字控制器通過(guò)將數(shù)字位從易失性存儲(chǔ)器加載到寄存器中而改變寄存器中的數(shù)字位。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件是寄存器，且所述數(shù)字控制器通過(guò)將數(shù)字位從非易失性存儲(chǔ)器加載到寄存器中而改變寄存器中的數(shù)字位。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括開(kāi)關(guān)晶體管、誤差放大器和開(kāi)關(guān)電路，且可調(diào)節(jié)電流控制器的至少一個(gè)輸出經(jīng)由誤差放大器和切換電路而耦合到開(kāi)關(guān)晶體管的控制端子。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器包括脈寬調(diào)制電路。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述可調(diào)節(jié)電流控制器向開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生第一控制信號(hào)以產(chǎn)生進(jìn)入電池的恒定的第一輸出電流，且可調(diào)節(jié)電流控制器隨著電池上電壓的增加而改變第一控制信號(hào)以持續(xù)減少恒定的第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)節(jié)電流控制器向開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生第一控制信號(hào)以產(chǎn)生進(jìn)入電池的恒定的第一輸出電流，且控制器響應(yīng)于第一輸入電流或第一輸出電壓的增加而重新編程耦合到可調(diào)節(jié)電流控制器的至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件，且據(jù)此可調(diào)節(jié)電流控制器改變第一控制信號(hào)以遞增地減少恒定的第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括寄存器，其耦合到可調(diào)節(jié)電流控制器的第二輸入，其中響應(yīng)于第一輸入電流或第一輸出電壓的增加而將寄存器中的數(shù)字位從第一值改變?yōu)榈诙?，且?jù)此減少第一輸出電流。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種對(duì)電池進(jìn)行充電的方法，所述方法包括在開(kāi)關(guān)晶體管的第一端子處接收第一電壓和第一電流，其中第一電壓和第一電流從電源耦合到開(kāi)關(guān)晶體管的第一端子；在開(kāi)關(guān)晶體管的控制輸入處接收開(kāi)關(guān)信號(hào)；且據(jù)此在開(kāi)關(guān)晶體管的第二端子處產(chǎn)生第二電壓和第二電流；對(duì)第二電壓和第二電流進(jìn)行濾波以產(chǎn)生經(jīng)濾波的電壓和經(jīng)濾波的電流；將經(jīng)濾波的電壓和經(jīng)濾波的電流耦合到電池的端子，其中電池的端子處的經(jīng)濾波的電壓小于開(kāi)關(guān)晶體管的第一端子處的第一電壓，且其中到達(dá)電池的端子中的經(jīng)濾波的電流大于到達(dá)開(kāi)關(guān)晶體管的第一端子中的第一電流；和隨著電池上的電壓在小于第一電壓的對(duì)應(yīng)值范圍內(nèi)增加而在大于第一電流的一值的電流值范圍內(nèi)減少經(jīng)濾波的電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，濾波包括經(jīng)由至少一個(gè)電感器將第二電流耦合到電池端子。
在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)節(jié)經(jīng)濾波的電流使得第一電流保持在第一值以下。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括感測(cè)電池上的所述經(jīng)濾波的電流和所述電壓，且據(jù)此控制經(jīng)濾波的電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括感測(cè)第一電流和經(jīng)濾波的電流，且據(jù)此控制經(jīng)濾波的電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電源是通用串行總線端口。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包含電池充電器，其包括開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器包含至少一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，所述開(kāi)關(guān)晶體管具有第一輸入以接收第一輸入電壓和第一輸入電流，和第一輸出，其耦合到電池以提供第一輸出電壓和第一輸出電流；電流控制器，其用于控制到電池的第一輸出電流，電流控制器具有用于感測(cè)到電池的第一輸出電流的至少一個(gè)輸入、用于響應(yīng)于控制信號(hào)而調(diào)節(jié)第一輸出電流的第二輸入，和耦合到開(kāi)關(guān)晶體管的第一輸出；和控制器，其具有耦合到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第一輸入或電池的第一輸入，和耦合到電流控制器的第二輸入的至少一個(gè)輸出，其中控制器響應(yīng)第一輸入電流或第一輸出電壓的增加，且其中如果第一輸入電流或第一輸出電壓增加，那么控制器改變電流控制器的第二輸入處的控制信號(hào)以減少第一輸出電流，其中開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器向電池提供第一輸出電流，所述第一輸出電流大于第一輸入電流，且其中第一輸出電流隨著電池上的第一輸出電壓增加而減少。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括輸出感測(cè)電阻器，其耦合到開(kāi)關(guān)晶體管的第一輸出以便感測(cè)第一輸出電流，且電流控制器耦合到輸出感測(cè)電阻器的第一和第二端子以便控制第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括輸入感測(cè)電阻器，其耦合到開(kāi)關(guān)晶體管的第一輸入以便感測(cè)第一輸入電流，且所述控制器耦合到輸入感測(cè)電阻器的第一和第二端子。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制器包括模擬控制器，且所述模擬控制器在電流控制器的第二輸入處產(chǎn)生控制電壓，以便響應(yīng)于第一輸入電流而減少第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制器包括數(shù)字控制器，所述電路進(jìn)一步包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其具有耦合在輸入感測(cè)電阻器上的輸入和耦合到數(shù)字控制器的輸出；耦合到數(shù)字控制器的寄存器；和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，其具有耦合到寄存器的輸入和耦合到電流控制器第二輸入的輸出，其中數(shù)字控制器響應(yīng)于第一輸入電流的增加，而重新編程寄存器，且據(jù)此減少第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括非易失性存儲(chǔ)器，且數(shù)字控制器利用存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的參數(shù)而重新編程寄存器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括易失性存儲(chǔ)器，且數(shù)字控制器利用存儲(chǔ)在易失性存儲(chǔ)器中的參數(shù)而重新編程寄存器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器的第一輸入耦合到電池。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器包括模擬控制器，其中模擬控制器在電流控制器的第二輸入處產(chǎn)生控制電壓，以便響應(yīng)于第一輸出電壓而減少第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器包括數(shù)字控制器，所述電路進(jìn)一步包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其具有耦合到電池的輸入和耦合到數(shù)字控制器的輸出；耦合到數(shù)字控制器的寄存器；和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，其具有耦合到寄存器的輸入和耦合到電流控制器的第二輸入的輸出，其中數(shù)字控制器響應(yīng)于第一輸出電壓的增加而重新編程寄存器，且據(jù)此減少第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括非易失性存儲(chǔ)器，且數(shù)字控制器利用存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的參數(shù)而重新編程寄存器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括易失性存儲(chǔ)器，且數(shù)字控制器利用存儲(chǔ)在易失性存儲(chǔ)器中的參數(shù)而重新編程寄存器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器和電流控制器在同一集成電路上。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器和電流控制器在不同的集成電路上。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包含電池充電器，其包括開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器包含至少一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，所述開(kāi)關(guān)晶體管具有第一輸入以接收第一輸入電壓和第一輸入電流，和第一輸出，其耦合到電池以提供第一輸出電壓和第一輸出電流；電流控制器構(gòu)件，其耦合到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，以便感測(cè)和控制到電池的輸出電流，且響應(yīng)于控制信號(hào)而改變到電池的第一輸出電流；和控制器構(gòu)件，其用于響應(yīng)于第一輸入電流或第一輸出電壓而產(chǎn)生控制信號(hào)到電流控制器構(gòu)件，其中開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器向電池提供第一輸出電流，所述第一輸出電流大于第一輸入電流，且其中隨著電池上的電壓增加而調(diào)節(jié)第一輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括用于感測(cè)第一輸入電流的感測(cè)電路構(gòu)件。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括用于感測(cè)第一輸出電流的感測(cè)電路構(gòu)件。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器構(gòu)件包括模擬電路。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器構(gòu)件包括數(shù)字電路。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流控制器構(gòu)件包括用于接收對(duì)應(yīng)于第一輸出電流的電壓的第一和第二輸入，和用于接收控制信號(hào)以隨著電池上的電壓增加而減少第一輸出電流的第二輸入。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池充電器進(jìn)一步包括用于控制第一輸出電壓的電壓控制構(gòu)件。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括用于將開(kāi)關(guān)信號(hào)提供到開(kāi)關(guān)晶體管的控制端子的開(kāi)關(guān)電路構(gòu)件。
以下實(shí)施方式和附圖提供對(duì)本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的更好的理解。


圖1說(shuō)明包含根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電池充電器的電子裝置。
圖2說(shuō)明包含根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的開(kāi)關(guān)電池充電器。
圖3說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器對(duì)電池進(jìn)行充電。
圖4A-B說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器對(duì)電池進(jìn)行充電。
圖5說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)的示范性實(shí)施方案。
圖6說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)的示范性實(shí)施方案。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池充電器的實(shí)例。
圖8為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電壓控制器的實(shí)例。
圖9為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電流控制器的實(shí)例。
圖10為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的模擬控制器的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
本文描述開(kāi)關(guān)電池充電系統(tǒng)和方法的技術(shù)。以下描述內(nèi)容中，為了解釋的目的，陳述大量實(shí)例和特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的詳盡理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明顯可見(jiàn)，如權(quán)利要求書(shū)界定的本發(fā)明可單獨(dú)地或與下文描述的其它特征組合而包含這些實(shí)例中的一些或全部特征，且可進(jìn)一步包含本文描述的特征和概念的明顯修改和等效形式。
圖1說(shuō)明系統(tǒng)100，其包含含有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電池充電器的電子裝置101。電子裝置101包含由電池150供電的裝置電子元件102?？墒褂瞄_(kāi)關(guān)電池充電器103對(duì)電池進(jìn)行再充電。開(kāi)關(guān)電池充電器103具有耦合到第一電源110的第一輸入(例如，來(lái)自通用串行總線“USB”端口的電源線的輸入電壓Vin)和將經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出經(jīng)由下文更詳細(xì)描述的濾波器提供到至少一個(gè)電池的第一輸出。提供到濾波器的輸出電壓和電流將為切換的波形。為了此描述的目的，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出將為濾波器的輸出，其包含到電池的經(jīng)濾波的輸出電流(即，電池充電電流)和電池端子處的經(jīng)濾波的輸出電壓。充電器103可進(jìn)一步包含內(nèi)部電路以便感測(cè)(例如)輸入電流、電池電流和/或電壓。充電器103可使用這些信息來(lái)控制電壓和電流從電源110傳遞到電池150的端子。
在一個(gè)實(shí)施例中，在充電循環(huán)中的第一時(shí)間周期期間，開(kāi)關(guān)電池充電器103在電流控制模式下運(yùn)作以將受控的電流提供到電池150。在充電循環(huán)中的第二時(shí)間周期期間，電池充電器103在電壓控制模式下運(yùn)作以將受控的電壓提供到電池150。在電流控制模式下，開(kāi)關(guān)充電器的輸出電流(即，進(jìn)入電池中的電流)用作電路的控制參數(shù)(例如，進(jìn)入電池中的電流可用于控制一控制開(kāi)關(guān)的反饋回路)。類似地，在電壓控制模式下，開(kāi)關(guān)充電器的輸出電壓(即，電池上的電壓)用作電路的控制參數(shù)(例如，電池上的電壓可用于控制一控制開(kāi)關(guān)的反饋回路)。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)充電器處于電流控制模式時(shí)(例如，當(dāng)電池電壓在某一閾值以下時(shí))，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可控制供給到電池中的輸出電流。如果電池上的電壓增加到指定閾值以上，那么系統(tǒng)接著可從電流控制模式切換為電壓控制模式。如果電池上的電壓升高到特定電平，那么隨著未受控制的電流遞減直至消失，系統(tǒng)接著可控制電池上的電壓(例如，通過(guò)維持恒定電池電壓)。在一個(gè)實(shí)施例中，隨著電池進(jìn)行充電(例如，隨著電池電壓增加)，可修改通過(guò)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器103供給到電池150的電流。在一個(gè)特定實(shí)例中，通過(guò)數(shù)字控制器來(lái)改變所供給的電流，所述數(shù)字控制器改變存儲(chǔ)在可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件(例如，寄存器或存儲(chǔ)器)中的所存儲(chǔ)的充電參數(shù)。在另一特定實(shí)例中，通過(guò)模擬控制器來(lái)改變所供給的電流，所述模擬控制器改變電流控制器的控制輸入處的控制信號(hào)，所述電流控制器控制輸出電流。
本發(fā)明的實(shí)施例可用在各種電子裝置中，且可用于對(duì)各種電池類型和配置進(jìn)行充電。為了說(shuō)明本發(fā)明某些方面的優(yōu)點(diǎn)，將在對(duì)鋰離子(“Li+”)電池進(jìn)行充電的情形下描述一實(shí)例。然而，應(yīng)了解，以下實(shí)例僅用于說(shuō)明性目的，且其它類型的(例如)具有不同電壓和充電規(guī)格的電池(例如鋰聚合物電池、鎳氫電池或鎳鎘電池)也可使用本文所述的技術(shù)進(jìn)行有利的充電。
圖2說(shuō)明包含根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器203的開(kāi)關(guān)電池充電器201。裝置電子元件202包含電源端子(“Vcc”)，所述電源端子從電池250接收電力。當(dāng)電池250耗盡時(shí)，可通過(guò)將電壓和電流從電源210經(jīng)由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器203和濾波器204而耦合到電池250來(lái)對(duì)其進(jìn)行再充電。舉例來(lái)說(shuō)，電源可為DC電源。應(yīng)了解，本文所述的技術(shù)也可應(yīng)用于AC電源。因此，圖2是使用DC電源的一個(gè)示范性系統(tǒng)。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器203可包含開(kāi)關(guān)裝置221、開(kāi)關(guān)電路(“切換器”)222、可調(diào)節(jié)電流控制器223、輸出感測(cè)電路225和輸入感測(cè)電路224。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器203區(qū)別于線性調(diào)節(jié)器，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器203包含開(kāi)關(guān)電路222，所述開(kāi)關(guān)電路222在晶體管221的控制端子處產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)222A。舉例來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)裝置221可為PMOS晶體管。然而，應(yīng)了解，可使用(例如)其它類型的裝置(例如，一個(gè)或一個(gè)以上雙極或MOS晶體管)來(lái)構(gòu)建所述開(kāi)關(guān)裝置。
在電流控制模式下，輸出感測(cè)電路225感測(cè)進(jìn)入到電池中的輸出電流。電流控制器223耦合到輸出感測(cè)電流225以便控制輸出電流。電流控制器223從輸出感測(cè)電路接收對(duì)應(yīng)于輸出電流的輸入。電流控制器223使用這些輸入來(lái)控制開(kāi)關(guān)電路222，開(kāi)關(guān)電路222又向開(kāi)關(guān)裝置221的控制端子提供修改輸出電流的信號(hào)。示范性開(kāi)關(guān)控制方案可包含對(duì)開(kāi)關(guān)裝置221的控制端子進(jìn)行脈寬調(diào)制。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器203的輸出經(jīng)由濾波器204而耦合到電池250的一端子。通過(guò)感測(cè)電池電壓或進(jìn)入電池的電流可控制電池端子處的電壓或電流。在電流控制模式下，電流控制器223可接收所感測(cè)的電池電流并修改控制信號(hào)222A以改變開(kāi)關(guān)電路222和開(kāi)關(guān)裝置221的行為來(lái)將電池電流維持在一受控值。類似地，在電壓控制模式下，電壓控制器(下文描述)可接收所感測(cè)的電池電壓，并修改控制信號(hào)222A以改變開(kāi)關(guān)電路222和開(kāi)關(guān)裝置221的行為來(lái)將電池電壓維持在一受控值。因此，可將進(jìn)入電池的電壓或電流維持在受控值。如下文將更詳細(xì)描述，電流控制器223可包含耦合到電池上的電壓或到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流的另一輸入，以隨著電池上的電壓的增加而控制對(duì)電池電流的修改。因?yàn)殡姵仉妷夯蜉斎腚娏骺捎糜诖四康?，所以系統(tǒng)可包含輸入感測(cè)電路224或可不包含輸入感測(cè)電路224。
在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器203從電源210接收電壓和電流，并向電池提供充電電流，所述充電電流大于從電源接收的電流。舉例來(lái)說(shuō)，如果從電源接收的電壓大于電池電壓，那么開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可將大于到達(dá)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流的充電電流提供到電池中。當(dāng)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入處的電壓大于電池上的電壓時(shí)(有時(shí)稱為“補(bǔ)償(Buck)”配置)，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的“理想”電壓-電流關(guān)系給定如下Vout＝C*Vin；和Iout＝Iin/C，其中C是常數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，在脈寬調(diào)制的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中，C是開(kāi)關(guān)裝置的控制輸入處的開(kāi)關(guān)波形的“工作循環(huán)”D。以上等式說(shuō)明輸出電流是輸入電流、輸入電壓和輸出電壓的函數(shù)，如下
Iout＝Iin*(Vin/Vout)。
應(yīng)了解，以上等式適用于“理想”補(bǔ)償調(diào)節(jié)器。在實(shí)際實(shí)施方案中，輸出由于非理想性(即，效率損失)而降級(jí)，降級(jí)量可約為10％(即，效率η＝90％)。以上等式說(shuō)明進(jìn)入電池250中的充電電流可能大于輸入電流(即，輸入電壓Vin大于輸出電壓的情況)。此外，在充電循環(huán)開(kāi)始時(shí)，電池電壓比在充電循環(huán)中稍后的時(shí)間點(diǎn)小。因此，在充電循環(huán)開(kāi)始時(shí)，進(jìn)入電池中的電流可能大于(即，當(dāng)Vin/Vbatt較大時(shí)，其中Vbatt＝Vout)在充電循環(huán)中稍后的時(shí)間點(diǎn)處(即，當(dāng)Vin/Vbatt較小時(shí))進(jìn)入電池中的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，控制進(jìn)入電池中的電流(即，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電流)并將其設(shè)定為初始值，且隨著電池電壓增加，輸出電流減小。以上等式說(shuō)明隨著電池電壓增加，進(jìn)入開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的電流將開(kāi)始增加以獲得開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出處的給定電流。此效果是由于以上展示的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器上的電壓-電流關(guān)系的緣故。舉例來(lái)說(shuō)，如果Iout和Vin是固定的，那么Iin必須隨著Vout增加而增加。因此，不同實(shí)施例可感測(cè)輸出電壓或輸入電流，并隨著電池電壓增加而減小進(jìn)入電池中的電流。
舉例來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器203可在電流控制模式下運(yùn)作，其中輸出感測(cè)電路225感測(cè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出電流(即，電池輸入電流)，且電流控制器223隨著電池上的電壓增加而控制進(jìn)入電池中的電流減小。在一個(gè)實(shí)施例中，電流控制器223可響應(yīng)于對(duì)應(yīng)于不斷增加的電池電壓的控制信號(hào)而減小電池電流，所述控制信號(hào)以信號(hào)通知電流控制器223減小電池電流。在另一實(shí)施例中，輸入感測(cè)電路224感測(cè)到達(dá)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流，且電流控制器223響應(yīng)于對(duì)應(yīng)于不斷增加的輸入電流的控制信號(hào)而減小進(jìn)入電池中的電流。同等地，可監(jiān)控與輸入電流或電池電壓有關(guān)的其它參數(shù)以獲得期望的信息來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入電池中的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，使用控制器(下文更詳細(xì)描述)來(lái)響應(yīng)于第一輸入電流或第一輸出電壓而產(chǎn)生到達(dá)電流控制器的一個(gè)或一個(gè)以上控制信號(hào)?？刂破魇墙邮账袦y(cè)的參數(shù)(例如，作為模擬或數(shù)字信號(hào)的輸入電流或電池電壓)并向電流控制器223產(chǎn)生一個(gè)或一個(gè)以上控制信號(hào)以調(diào)節(jié)輸出處的電流的電路。感測(cè)電路、控制器和電流控制器可實(shí)施為模擬電路(整體或部分地)，使得隨著電池上的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電壓增加而持續(xù)減小開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出電流(即，電池充電電流)。在另一實(shí)施例中，控制器和/或電流控制器可實(shí)施為數(shù)字電路(整體或部分地)，使得隨著電池電壓增加而遞增減小電池充電電流。下文描述這些電路的實(shí)例。
圖3說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器對(duì)電池進(jìn)行充電。在301處，在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入處接收輸入電壓和輸入電流。在302處，將開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出處的開(kāi)關(guān)輸出電流和電壓耦合到電池的端子。舉例來(lái)說(shuō)，可經(jīng)由濾波器將開(kāi)關(guān)晶體管的輸出端子耦合到電池端子。在303處，在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出處產(chǎn)生輸出電壓(即，電池電壓)和輸出電流(即，電池輸入電流)。在304處，隨著電池上的輸出電壓增加而減小進(jìn)入電池中的電流。如上文所提及，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可通過(guò)直接感測(cè)電池電壓、輸入電流或其它相關(guān)參數(shù)來(lái)檢測(cè)電池電壓的升高。
圖4A-B說(shuō)明使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器對(duì)電池進(jìn)行充電。圖4A中的曲線圖展示描繪在右側(cè)垂直軸上的電流和左側(cè)垂直軸上的電池上的電壓與水平軸上的時(shí)間。線401展示隨著時(shí)間的過(guò)去電池上的電壓，線402展示進(jìn)入電池中的電流，且線403展示進(jìn)入開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的電流。此實(shí)例說(shuō)明對(duì)深度耗盡的Li+電池進(jìn)行充電的充電循環(huán)。以兩種基本模式對(duì)電池進(jìn)行充電電流控制模式(t＝0、t2)和電壓控制模式(t＝t2、t3)。在此實(shí)例中，電池上的電壓初始地在某一特定閾值(例如，3伏)以下，從而指示電池被深度耗盡。因此，電流控制模式可初始地產(chǎn)生恒定預(yù)充電電流410(例如，100mA)。恒定預(yù)充電電流410將使電池電壓開(kāi)始增加。當(dāng)電池電壓增加到預(yù)充電閾值420(例如，3伏)以上時(shí)，系統(tǒng)將增加供給到電池的電流。第二電流有時(shí)稱為“快速充電”電流。
如圖4A中所示，進(jìn)入電池中的電流可能大于由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器接收的電流。舉例來(lái)說(shuō)，在快速充電循環(huán)開(kāi)始時(shí)，進(jìn)入電池中的電流可初始地設(shè)定為750mA，而進(jìn)入開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的電流為500mA。因此，隨著電池被充電，電池上的電壓將開(kāi)始增加。隨著電池電壓增加，進(jìn)入電池中的電流可減小使得輸入電流保持近似恒定。如上文所提及，如果電池上的電壓增加，且如果由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器供應(yīng)的電流保持恒定，那么進(jìn)入開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的電流將開(kāi)始增加。在一些應(yīng)用中，可能需要將輸入電流保持在某些閾值以下，使得進(jìn)入開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的總電力不會(huì)超過(guò)電源處可用的總電力。在此實(shí)例中，輸入電流維持近似恒定，且進(jìn)入電池中的電流隨著電池電壓增加而減小。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)電池電壓增加到420B處的3伏以上時(shí)，進(jìn)入電池中的電流減小到約700mA。從圖4A可看出，電流隨著電池上的電壓增加而連續(xù)減小以維持輸入電流近似恒定。如上文所提及，可使用模擬或數(shù)字技術(shù)來(lái)控制電池電流?；蛘?，系統(tǒng)可感測(cè)到達(dá)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流或電池電壓以實(shí)施電池電流控制。
當(dāng)在時(shí)間t2處電池上的電壓增加到閾值430A以上時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)地變換以將向電池提供恒定電壓(即，“浮動(dòng)”電壓)。當(dāng)電流控制模式期間電池增加到浮動(dòng)電壓時(shí)，系統(tǒng)將變換到電壓控制模式并維持電池處的浮動(dòng)電壓。當(dāng)系統(tǒng)處于電壓控制模式時(shí)，進(jìn)入電池中的電流430將開(kāi)始減小(即，“逐漸衰減”或“下降”)。在一些實(shí)施例中，可能需要在電流到達(dá)某一最小閾值440之后切斷充電器。因此，當(dāng)電池電流下降到最小值以下時(shí)，在時(shí)間t3處系統(tǒng)可自動(dòng)停閉充電器并結(jié)束充電循環(huán)。
圖4B說(shuō)明到達(dá)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流和由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器提供的電池電流與電池電壓。圖4B中的曲線圖展示描繪在左側(cè)垂直軸上的電流和水平軸上的電池電壓。初始地，電池電壓在某一閾值(例如，3伏)以下，系統(tǒng)處于預(yù)充電模式，且開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器經(jīng)設(shè)定以向電池提供恒定預(yù)充電電流410A(例如，100mA)。因此，輸入電流410B小于電池電流(例如，＜100mA)。當(dāng)系統(tǒng)變換到快速充電模式(例如，由于電池電壓增加到某一閾值(例如，3伏)以上的緣故)時(shí)，電池電流可從預(yù)充電值復(fù)位為最大值402A(例如，700mA)。當(dāng)從開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器供應(yīng)到電池的電流增加時(shí)，輸入電流類似地增加到新的值403A(例如，約475mA)。然而，隨著電池電壓增加到閾值以上，如果輸出電流保持恒定，那么輸入電流將增加。在一些應(yīng)用中，電源(例如，USB電源)可能不能夠?qū)⒛骋蛔畲笾?例如，對(duì)于USB來(lái)說(shuō)為500mA)以上的輸入電流供應(yīng)到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。在設(shè)定進(jìn)入電池中的電流時(shí)可考慮所述最大輸入值。因此，當(dāng)輸入電流增加到某一閾值(如，例如500mA的最大容許電平)時(shí)，系統(tǒng)可將電池電流復(fù)位為小于先前值的新的值402B，使得輸入電流相應(yīng)地減小到403B處的閾值(例如，約450mA)以下。進(jìn)入電池中的輸出電流可隨著電池上的輸出電壓增加而遞增減小，使得輸入電流保持在如圖4B中所示的閾值以下。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出電流響應(yīng)于感測(cè)到達(dá)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流和確定輸入電流已增加到閾值以上而遞增減小。在另一實(shí)施例中，輸出電流響應(yīng)于感測(cè)電池電壓而遞增減小。
圖5說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)500的示范性實(shí)施方案。此實(shí)例說(shuō)明一個(gè)可能的實(shí)施方案，其使用數(shù)字控制器545和可編程存儲(chǔ)器來(lái)隨著電池電壓增加而調(diào)節(jié)電池電流。電池充電器500包含開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器510，其具有用于從電源接收輸入電壓和電流的輸入。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器510的輸出經(jīng)由包括電感器503和電容器504的濾波器而耦合到電池550。電流感測(cè)電阻器501也可包含在到達(dá)電池的電流路徑中。電流控制器520具有用于感測(cè)電池電流的耦合到電流感測(cè)電阻器501的第一端子的第一輸入，和耦合到電流感測(cè)電阻器501的第二端子的第二輸入。在電流控制模式下，電流控制器520接收所感測(cè)的電池電流并向開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器510的控制輸入提供控制信號(hào)。在此實(shí)例中，電流控制器520是可調(diào)節(jié)的電流控制器，且包含接收控制信號(hào)以便調(diào)節(jié)由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的輸出電流的控制輸入520A。系統(tǒng)500進(jìn)一步包含用于充電循環(huán)的電壓控制模式的電壓控制器530。電壓控制器530包含耦合到電池端子以便感測(cè)電池電壓的第一輸入。在電壓控制模式下，電壓控制器530的輸出向開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器510產(chǎn)生控制信號(hào)。在此實(shí)例中，電壓控制器530是可調(diào)節(jié)的電壓控制器，且包含控制輸入530A以便調(diào)節(jié)由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的輸出電流。
充電系統(tǒng)500進(jìn)一步包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其耦合到電流控制器520和電壓控制器530以在電流控制模式和電壓控制模式下配置開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器?？删幊虜?shù)據(jù)存儲(chǔ)元件(例如寄存器或存儲(chǔ)器)可存儲(chǔ)復(fù)數(shù)個(gè)充電參數(shù)，以便在電池550的充電期間控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器510。可將參數(shù)重新編程以改變電壓和/或電流或其它用來(lái)對(duì)電池進(jìn)行充電的參數(shù)，且從而改進(jìn)電池充電效率。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可為(例如)易失性或非易失性存儲(chǔ)器，且可在不同的充電循環(huán)內(nèi)或單個(gè)充電循環(huán)期間(當(dāng)電池正充電時(shí))重新編程充電參數(shù)。
在此實(shí)例中，數(shù)字控制器545用于修改電流控制器520的控制輸入以隨著電池上的電壓增加而改變電池電流。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用感測(cè)電路(例如，輸入感測(cè)電阻器502)來(lái)感測(cè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流。在此實(shí)例中，輸入感測(cè)電阻器502是用于感測(cè)由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器接收的第一輸入電流的構(gòu)件。等效感測(cè)構(gòu)件可包含(例如)晶體管或感應(yīng)感測(cè)技術(shù)。電阻器502的端子經(jīng)由模擬-數(shù)字(“A/D”)轉(zhuǎn)換器548耦合到數(shù)字控制器545。在另一實(shí)施例中，電池上的電壓可經(jīng)由A/D 549耦合到數(shù)字控制器545?？刂破?45接收所感測(cè)的輸入電流或輸出電壓并調(diào)節(jié)電流控制器520以如上所述控制電池電流。舉例來(lái)說(shuō)，數(shù)字控制器545可用于利用充電參數(shù)來(lái)編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件，所述充電參數(shù)又轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)并耦合到電流控制器520的控制輸入520A。例如，可使用數(shù)字總線541(例如，串行或并行總線)經(jīng)由控制器545來(lái)編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的充電參數(shù)。因此，可在預(yù)定義的軟件算法的控制下改變充電參數(shù)?？刂破?45可與開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器和開(kāi)關(guān)電池充電器電路包含在同一集成電路上，或控制器545可包含在電子裝置中的另一集成電路上。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字總線可(例如)耦合到I2C總線或通用串行總線(“USB”)或使用I2C總線或通用串行總線(“USB”)而實(shí)施。
在一個(gè)實(shí)施例中，充電參數(shù)可各存儲(chǔ)作為復(fù)數(shù)個(gè)數(shù)字位，且不同充電參數(shù)可在寄存器522中從易失性存儲(chǔ)器546或非易失性存儲(chǔ)器547被編程，所述易失性存儲(chǔ)器546或非易失性存儲(chǔ)器547可為本地或遠(yuǎn)程的(例如，在同一集成電路或系統(tǒng)上，或在另一集成電流或系統(tǒng)上)。對(duì)應(yīng)于復(fù)數(shù)個(gè)充電參數(shù)的數(shù)字位接著可轉(zhuǎn)換成模擬參數(shù)，例如電壓或電流。模擬參數(shù)又可耦合到電流控制器520的控制輸入，且又可耦合到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器510的控制輸入以改變電池電流。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用(例如)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(“DAC”)524將數(shù)字位轉(zhuǎn)換成模擬參數(shù)。多種技術(shù)可用于A/D和DAC。在此實(shí)例中，DAC 524、寄存器522、數(shù)字控制器545和A/D 548或A/D 549包括用于響應(yīng)于第一輸入電流或第一輸出電壓而向電流控制器產(chǎn)生控制信號(hào)的構(gòu)件。應(yīng)了解，可使用其它感測(cè)和控制電流技術(shù)，且電阻器感測(cè)、A/D、寄存器和DAC僅為實(shí)例。
在一個(gè)實(shí)施例中，充電循環(huán)包含預(yù)充電和快速充電電流控制模式和電壓控制模式。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)存儲(chǔ)作為寄存器521和522中的數(shù)字值的參數(shù)來(lái)編程到達(dá)電池的電流。寄存器521可存儲(chǔ)數(shù)字預(yù)充電參數(shù)值，且寄存器522可存儲(chǔ)一個(gè)或一個(gè)以上快速充電參數(shù)值。不同的快速充電參數(shù)值可選擇性耦合到電流控制器520，以基于所感測(cè)到的電池電壓或所感測(cè)到的電池電流而設(shè)定供應(yīng)到電池的電流。在此實(shí)例中，寄存器525可保持?jǐn)?shù)字值以便設(shè)定預(yù)充電閾值。寄存器525的位可以是對(duì)于數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(“DAC”)526的輸入，所述數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(“DAC”)526可將位解譯成(例如)模擬參數(shù)，例如電壓。DAC 526的電壓輸出可用作參考，且可與比較器527中的電池電壓相比較。當(dāng)電池電壓在經(jīng)編程的預(yù)充電閾值以下時(shí)，比較器可使用選擇電路523(例如，多路復(fù)用器)將寄存器521中的所存儲(chǔ)的預(yù)充電電流值耦合到DAC 524。DAC 524又接收對(duì)應(yīng)于預(yù)充電電流的數(shù)字值，并產(chǎn)生模擬參數(shù)以便控制調(diào)節(jié)器傳送經(jīng)編程的電流值。當(dāng)電池電壓增加到在寄存器525中編程的值以上時(shí)，比較器改變狀態(tài)，且選擇電路523將寄存器522中的所存儲(chǔ)的快速充電電流值耦合到DAC 524。DAC 524又接收對(duì)應(yīng)于快速充電電流的新的數(shù)字值，并產(chǎn)生模擬參數(shù)以便控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器傳遞新的經(jīng)編程的電流值。應(yīng)了解，以上電路僅為一個(gè)示范性實(shí)施方案。在另一實(shí)例中，可使用電池電壓控制預(yù)充電閾值以驅(qū)動(dòng)分壓器?？赏ㄟ^(guò)可編程寄存器來(lái)以數(shù)字方式選擇分壓器的特定分接頭(tap)。接著，選定的分接頭可耦合到比較器，并與(例如)參考電壓相比較。
隨著電池電壓增加，數(shù)字控制器545可重新編程寄存器522以改變電池電流。舉例來(lái)說(shuō)，數(shù)字控制器545可將電池電壓與閾值相比較(在軟件中或在硬件中)，且如果電池電壓在閾值以上，那么重新編程寄存器522。隨著電池電壓增加，控制器545可將電池電壓與不同的閾值相比較以改變輸出電流。所述閾值可(例如)線性間隔開(kāi)，或可根據(jù)特定系統(tǒng)要求來(lái)確定。或者，數(shù)字控制器545可將調(diào)節(jié)器輸入電流與閾值相比較(在軟件中或在硬件中)，且如果輸入電流在閾值以上，那么重新編程寄存器522。
對(duì)于電壓控制模式而言，電壓控制器530耦合到用于存儲(chǔ)閾值的寄存器531，以便從電流控制改變?yōu)殡妷嚎刂?。寄存?31存儲(chǔ)閾值作為數(shù)字值。寄存器531的數(shù)字位輸入到DAC 532并轉(zhuǎn)換成模擬參數(shù)，以便維持電池上的恒定的經(jīng)編程電壓。當(dāng)電池電壓增加到在寄存器531中編程的電壓以上時(shí)，系統(tǒng)將變換成電壓控制模式，且調(diào)節(jié)器的輸出處將維持恒定的經(jīng)編程電壓，且電流逐漸減少。
數(shù)字控制器545也可用來(lái)操控系統(tǒng)中的其它數(shù)字信息。控制器可包含(例如)用于對(duì)存儲(chǔ)器或寄存器進(jìn)行讀取和寫(xiě)入的電路，以及其它系統(tǒng)控制功能，例如通過(guò)串行或并行總線與其它電子元件介接。如上文所提及，充電參數(shù)可存儲(chǔ)在(例如)非易失性存儲(chǔ)器547(例如，EEPROM)或易失性存儲(chǔ)器546中。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器或存儲(chǔ)器可在外部，所以非易失性或易失性存儲(chǔ)器可在同一集成電路上。如果存儲(chǔ)器在外部，那么系統(tǒng)可進(jìn)一步包含接口(未圖示)以便存取外部資源。在此實(shí)例中，參數(shù)可存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器546中并傳遞到寄存器521、522、525和531。
本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步包含根據(jù)預(yù)定義的軟件算法來(lái)重新編程一個(gè)或一個(gè)以上充電參數(shù)。用于控制充電過(guò)程的軟件可提前寫(xiě)入或加載到電子裝置上以動(dòng)態(tài)地控制充電過(guò)程。舉例來(lái)說(shuō)，電子裝置可包含處理器，所述處理器可為(例如)微處理器或微控制器。所述處理器可存取易失性或非易失性存儲(chǔ)器中的充電控制軟件，且可執(zhí)行用于重新編程充電參數(shù)的算法。所述算法可(例如)在電池充電時(shí)改變一個(gè)或一個(gè)以上充電參數(shù)，或所述算法可在多個(gè)充電循環(huán)內(nèi)改變一個(gè)或一個(gè)以上充電參數(shù)。所述算法可改變寄存器(例如，針對(duì)動(dòng)態(tài)編程)或非易失性存儲(chǔ)器(例如，針對(duì)靜態(tài)編程)中的參數(shù)值。舉例來(lái)說(shuō)，所述算法可被接收作為輸入感測(cè)的電池狀況，且所述算法可基于這些狀況而修改經(jīng)編程的快速充電電流。從圖5所示的實(shí)例可見(jiàn)，在系統(tǒng)中包含數(shù)字控制允許多種參數(shù)(包含在預(yù)充電期間傳送到電池的電流，或與電池電壓或輸入電流相比較以控制輸出電流的變化的閾值)的靈活可編程性。這些閾值可在多個(gè)充電循環(huán)內(nèi)被修改或甚至在單個(gè)充電循環(huán)內(nèi)被修改。
圖6說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)600的示范性實(shí)施方案。此實(shí)例說(shuō)明使用模擬控制器645隨著電池電壓增加而調(diào)節(jié)電池電流的一個(gè)可能的實(shí)施方案。電池充電器600包含開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器610，其具有用于從電源接收電壓和電流的輸入。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器610的輸出經(jīng)由包括電感器603和電容器604的濾波器而耦合到電池650。如針對(duì)圖5的電池充電系統(tǒng)500所描述，在電流控制模式下，電流控制器620感測(cè)輸出電流，并向開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器610的控制輸入提供控制信號(hào)，以便控制供給到電池的電流。在此實(shí)例中，電流感測(cè)電阻器601包含在通往電池的電流路徑中，且電流控制器620具有耦合到電流感測(cè)電阻器601的第一端子的第一輸入和耦合到電流感測(cè)電阻器601的第二端子的第二輸入，以便感測(cè)電池電流。與在圖5中的充電器500中一樣，電流控制器620是可調(diào)節(jié)電流控制器，且包含接收控制信號(hào)以便調(diào)節(jié)由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的輸出電流的控制輸入646。系統(tǒng)600進(jìn)一步包含用于充電循環(huán)的電壓控制模式的電壓控制器630。電壓控制器630包含耦合到電池端子以便感測(cè)電池電壓的第一輸入。在電壓控制模式下，電壓控制器630的輸出向開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器610產(chǎn)生控制信號(hào)。
在此實(shí)例中，模擬控制器645提供用于響應(yīng)于第一輸入電流或第一輸出電壓而向電流控制器產(chǎn)生控制信號(hào)的構(gòu)件。模擬控制器645可耦合到電池端子以便感測(cè)電池電壓或可耦合到輸入電流感測(cè)電路以便感測(cè)到達(dá)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流。在此實(shí)例中，輸入電流感測(cè)電路是耦合到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器610的輸入的電流感測(cè)電阻器602。在此實(shí)例中，模擬控制器645可具有耦合到電池的輸入，或模擬控制器645可包含耦合在感測(cè)電阻器601上的兩個(gè)輸入。響應(yīng)于感測(cè)輸入電流或電池電壓，模擬控制器修改電流控制器620的控制輸入646上的一個(gè)或一個(gè)以上控制信號(hào)，以改變電池電流。模擬控制器645可使用多種不同的輸入或輸出電路技術(shù)來(lái)感測(cè)輸入電流或電池電壓，并根據(jù)電流控制器620的特定實(shí)施方案來(lái)產(chǎn)生合適的信號(hào)或多個(gè)信號(hào)。舉例來(lái)說(shuō)，模擬控制器645可包含(例如)放大器、電流源、限制器和/或比較電路，以便處理所感測(cè)的電壓或電流，并向電流控制器620在控制輸入646上產(chǎn)生一個(gè)或一個(gè)以上控制信號(hào)以調(diào)節(jié)電池電流。應(yīng)了解，可使用多種感測(cè)電路和模擬電路。因此，可通過(guò)模擬控制器645響應(yīng)于所感測(cè)的電池電壓輸入或所感測(cè)的輸入電流來(lái)調(diào)節(jié)在電流模式下產(chǎn)生的電池電流。因此，電流控制器620可產(chǎn)生進(jìn)入電池的電流，所述電流大于如上所述進(jìn)入開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電流。電流控制器620可感測(cè)到達(dá)電池的輸入電流和來(lái)自模擬控制器645的控制信號(hào)，且電池電流可隨著電池上的電壓增加而減少。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電池充電器的實(shí)例。電池充電器700包含電壓控制器701、電流控制器702和耦合到晶體管707(例如，PMOS晶體管)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器703，以便控制耦合在輸入端子708與輸出端子709之間的電壓和電流。電流控制器702包含第一輸入端子710和第二輸入端子711以便感測(cè)通過(guò)輸出電流感測(cè)電阻器(例如，0.1歐姆電阻器)的電流。端子710耦合到電阻器的正端子，所述正端子耦合到晶體管707的端子709，且端子711耦合到電阻器的負(fù)端子，所述負(fù)端子耦合到電池(在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中，端子709耦合到電感器，且電感器的另一端子可耦合到端子710)。電流控制器702進(jìn)一步包含控制輸入750，以便響應(yīng)于在端子710與711之間所感測(cè)的電流來(lái)控制由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的電流量。電流控制器702的輸出耦合到調(diào)節(jié)器703的輸入。電壓控制器701包含(例如)耦合到電池的電池感測(cè)輸入端子712，和可耦合到DAC的控制輸入751。電壓控制器701的輸出也耦合到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器703的輸入。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器703可包含誤差放大器704，其具有耦合到參考電壓714(例如，1伏)的第一輸入和耦合到電壓控制器701和電流控制器702的輸出的第二輸入端子。誤差放大器704的輸出(例如)耦合到開(kāi)關(guān)電路705的輸入，例如脈寬調(diào)制(“PWM”)電路的工作循環(huán)控制輸入。應(yīng)了解，可使用多種開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。節(jié)點(diǎn)713是調(diào)節(jié)器的負(fù)反饋節(jié)點(diǎn)。因此，在電流控制或電壓控制下，回路將把節(jié)點(diǎn)713驅(qū)動(dòng)為與誤差放大器的參考電壓(例如，1伏)相同的電壓。
圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電壓控制器的實(shí)例。電壓控制器800僅是可用于實(shí)踐本發(fā)明不同實(shí)施例的控制電路的一個(gè)實(shí)例。在此實(shí)例中，電池感測(cè)端子801耦合到待充電的電池。第二輸入端子802耦合到數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(“VDAC”)的輸出以便將電池端子處的電壓設(shè)定為經(jīng)編程電壓值。端子802可經(jīng)由VDAC耦合到存儲(chǔ)充電參數(shù)的寄存器或存儲(chǔ)器以設(shè)定電池處的電壓?？赏ㄟ^(guò)改變充電參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電池電壓，藉此在不同值的范圍內(nèi)改變端子1402處的電壓?？赏ㄟ^(guò)改變充電參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電池電壓，從而在不同值范圍內(nèi)改變端子802處的電壓。舉例來(lái)說(shuō)，如上文所提及，電壓控制器800的輸出DIFF將被驅(qū)動(dòng)為與誤差放大器參考相同的電壓(其在此實(shí)例中為1伏)。包含放大器804和805的差分求和網(wǎng)絡(luò)和電阻器806-812的網(wǎng)絡(luò)在輸出處的電壓DIFF、電池電壓BSENSE和DAC電壓VDAC(V)之間建立以下關(guān)系DIFF＝BSENSE-(2.45V+VDAC(V))。
因此，當(dāng)反饋回路將DIFF驅(qū)動(dòng)為1伏時(shí)，電池電壓是DAC的輸出上的電壓的函數(shù)。
當(dāng)DIFF＝1伏時(shí)；BSENSE＝3.45+VDAC(V)。
因此，可通過(guò)改變耦合到DAC的輸入的位的數(shù)字值來(lái)編程電池電壓。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電流控制器的實(shí)例。電流控制器900僅是可用于實(shí)踐本發(fā)明不同實(shí)施例的控制電路的一個(gè)實(shí)例。在此實(shí)例中，正和負(fù)電流感測(cè)端子902-903耦合在待充電的電池的輸入處的感測(cè)電阻器上?？刂戚斎攵俗?01耦合到控制電壓(“Vctrl”)以便響應(yīng)于數(shù)字或模擬控制器來(lái)設(shè)定進(jìn)入電池中的受控電流。舉例來(lái)說(shuō)，Vctrl可從模擬電路接收響應(yīng)于輸出電壓或輸入電流的模擬電壓以便隨著電池電壓增加而減小電池電流?；蛘撸俗?01可經(jīng)由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(“DAC”)耦合到存儲(chǔ)充電參數(shù)的寄存器或存儲(chǔ)器以設(shè)定進(jìn)入電池中的電流。數(shù)字控制器可通過(guò)改變充電參數(shù)來(lái)響應(yīng)于電池電壓或輸入電流而調(diào)節(jié)電池電流，藉此在不同值的范圍內(nèi)改變端子901處的電壓。作為實(shí)例，如上文所提及，電流控制器900的輸出DIFF將被驅(qū)動(dòng)為與誤差放大器參考相同的電壓(其在此實(shí)例中為1伏)。包含放大器905和906的差分求和網(wǎng)絡(luò)和電阻器907-914的網(wǎng)絡(luò)在輸出處的電壓DIFF、由電壓測(cè)量到的電池電流CSENSE+和CSENSE-與控制電壓之間建立以下關(guān)系DIFF＝R2/R1(CSENSE+-CSENSE-)+Vctrl。
因此，當(dāng)反饋回路將DIFF驅(qū)動(dòng)為1伏時(shí)，電池電流是Vctrl上的電壓的函數(shù)。
當(dāng)DIFF＝1伏且R2/R1＝5時(shí)；(CSENSE+-CSENSE-)＝(1V-Vctrl)/5。
因此，可通過(guò)改變控制電壓(例如，通過(guò)改變耦合到DAC的輸入的位的數(shù)字值)來(lái)改變由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器供應(yīng)到電池的電流。雖然圖7-8中的以上電路使用差分求和技術(shù)，但應(yīng)了解，可使用其它電流和/或電壓求和技術(shù)來(lái)感測(cè)輸出電池電流和電壓并產(chǎn)生控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的控制輸入。
參看圖7-9，本發(fā)明的一個(gè)特征可包含使用“有線-或(wired-OR)”配置將電流控制器和電壓控制器的輸出連接到調(diào)節(jié)器。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，電壓控制器800中的放大器805的輸出下拉晶體管(output pull-down transistor)和電流控制器900中的放大器906的輸出下拉晶體管是“弱”裝置。舉例來(lái)說(shuō)，用于從DIFF節(jié)點(diǎn)汲取電流的裝置遠(yuǎn)小于放大器805和906中的用于將電流供給到DIFF節(jié)點(diǎn)中的裝置。在電流控制模式期間，當(dāng)電池電壓在由VDAC(V)編程的值以下時(shí)，放大器805的正輸入(BSENSE)在負(fù)輸入以下，且放大器805的輸出將試圖從DIFF汲取電流。然而，電流控制器放大器906的輸出將在正方向上驅(qū)動(dòng)DIFF節(jié)點(diǎn)。因此，因?yàn)榉糯笃?05的下拉輸出弱于放大器906的上拉輸出，所以系統(tǒng)將由恒定電流控制器900支配。類似地，當(dāng)電池上的電壓(BSENSE)增加到放大器805的正輸入與負(fù)輸入相等的點(diǎn)時(shí)，電壓控制器將起支配作用。在此點(diǎn)處，通過(guò)感測(cè)電阻器的電流將開(kāi)始減小，且放大器906的輸出將開(kāi)始下拉。然而，因?yàn)榉糯笃?06的下拉輸出弱于放大器805的上拉輸出，所以系統(tǒng)將由恒定電壓控制器800支配。
圖10說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示范性模擬控制器。電流控制器1020包含耦合到“Csense+”的第一輸入和耦合到“Csense-”的第二輸入。此處，Csense+耦合到輸出電流感測(cè)電阻器的正端子，且Csense-耦合到輸出電流感測(cè)電阻器的負(fù)端子。電流控制器1020將向開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器1001的控制輸入1004產(chǎn)生控制信號(hào)。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器1001包含開(kāi)關(guān)電路1003，開(kāi)關(guān)電路1003又向開(kāi)關(guān)晶體管1002的柵極產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)(例如，脈寬調(diào)制信號(hào))(開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器1001也可包含已為了說(shuō)明性目的而省略的誤差放大器)。電流控制器1020進(jìn)一步包含控制輸入Vctrl。Vctrl處的電壓可用于控制電池電流。在此實(shí)例中，電流控制器1620的控制輸入處的電壓由電流源1045設(shè)定到電阻器1046(“R1”)中。當(dāng)系統(tǒng)處于預(yù)充電模式時(shí)，由電流源1045提供的電流可能小于當(dāng)系統(tǒng)處于快速充電模式時(shí)所提供的電流。當(dāng)系統(tǒng)初始地進(jìn)入快速充電模式時(shí)，進(jìn)入電阻器1046中的電流可對(duì)應(yīng)于最大期望輸出電流來(lái)設(shè)定Vctrl處的最大電壓?？焖俪潆娧h(huán)開(kāi)始時(shí)的最大輸出電流可通過(guò)設(shè)計(jì)選擇以多種方式設(shè)定，包含通過(guò)選擇電阻器1046。電壓Vsense源自開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸入電流或電池電壓。初始地，當(dāng)快速充電模式開(kāi)始時(shí)，電壓Vsense偏置晶體管1048瀕臨于傳導(dǎo)。隨著電池上的電壓增加，或隨著到達(dá)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入電流增加，Vsense將增加。隨著Vsense增加，晶體管1048將接通并傳導(dǎo)電流(即，Vsense/R2)，這將從電阻器1046竊取電流，藉此促使電流控制器1020的控制輸入處的電壓減小。因此，隨著Vctrl減小，電流控制器1020減小由開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器1001產(chǎn)生的輸出電流。因此，隨著電池電壓增加，或隨著輸入電流增加，Vsense將促使電流控制器1020減小輸出電池電流。
以上描述說(shuō)明本發(fā)明各種實(shí)施例連同關(guān)于可如何實(shí)施本發(fā)明各方面的實(shí)例。以上實(shí)例和實(shí)施例不應(yīng)認(rèn)為是僅有的實(shí)施例，且其被提供以說(shuō)明如由所附權(quán)利要求書(shū)界定的本發(fā)明的靈活性和優(yōu)點(diǎn)。基于以上揭示內(nèi)容和所附權(quán)利要求書(shū)，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解其它配置、實(shí)施例、實(shí)施方案和等效形式，且可在不脫離由權(quán)利要求書(shū)界定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下使用所述其它配置、實(shí)施例、實(shí)施方案和等效形式。本文已使用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)用于描述各種實(shí)施例和實(shí)例。不應(yīng)將這些術(shù)語(yǔ)和表達(dá)解釋為排除所展示和描述的特征或其部分的等效形式，認(rèn)為可能在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)作出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)一電池進(jìn)行充電的方法，其包括在一開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入處接收一第一輸入電壓和一第一輸入電流；將所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的一輸出耦合到一電池的一端子；在所述電池的所述端子處產(chǎn)生一第一輸出電壓和一第一輸出電流，其中所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器控制所述第一輸出電流，且其中到達(dá)所述電池的所述第一輸出電流大于所述第一輸入電流且所述第一輸入電壓大于所述第一輸出電壓；和隨著所述電池上的所述第一輸出電壓的增加而減少所述第一輸出電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括感測(cè)所述電池上的所述第一輸出電壓，且據(jù)此調(diào)節(jié)所述第一輸出電流，使得所述第一輸入電流在一第一值以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括感測(cè)到達(dá)所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述第一輸入電流，且據(jù)此調(diào)節(jié)所述第一輸出電流，使得所述第一輸入電流在一第一值以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括經(jīng)由一濾波器將所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的一開(kāi)關(guān)輸出電流和一開(kāi)關(guān)輸出電壓耦合到一電池的一端子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中隨著所述電池上的所述第一輸出電壓的增加而在復(fù)數(shù)個(gè)電流值范圍內(nèi)減少所述第一輸出電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中隨著所述電池上的所述第一輸出電壓的增加而持續(xù)減少所述第一輸出電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中隨著所述電池上的所述第一輸出電壓的增加而遞增地減少所述第一輸出電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中持續(xù)減少所述第一輸出電流以維持到達(dá)所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的一恒定的第一輸入電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中如果到達(dá)所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述第一輸入電流增加到一閾值以上，那么遞增地減少所述第一輸出電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括感測(cè)所述電池上的所述第一輸出電壓；和如果所述所感測(cè)的第一輸出電壓大于一第一閾值，那么將一可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的一充電參數(shù)從一對(duì)應(yīng)于一第一恒定輸出電流的第一值改變?yōu)橐粚?duì)應(yīng)于一第二恒定輸出電流的第二值，其中所述第一恒定輸出電流大于所述第二恒定輸出電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述所感測(cè)的第一輸出電壓的增加，在對(duì)應(yīng)于復(fù)數(shù)個(gè)連續(xù)降低的恒定輸出電流的值的一范圍內(nèi)改變所述充電參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括感測(cè)到達(dá)所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述第一輸入電流；和如果所述所感測(cè)的第一輸入電流大于一第一閾值，那么將一可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的一充電參數(shù)從一對(duì)應(yīng)于一第一恒定輸出電流的第一值改變?yōu)橐粚?duì)應(yīng)于一第二恒定輸出電流的第二值，其中所述第一恒定輸出電流大于所述第二恒定輸出電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述所感測(cè)的第一輸入電流，在對(duì)應(yīng)于復(fù)數(shù)個(gè)連續(xù)降低的恒定輸出電流的值的一范圍內(nèi)改變所述充電參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述輸入耦合到一通用串行總線端口。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述輸出耦合到一鋰離子電池、一鎳氫電池或一鎳鎘電池。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)一預(yù)定義的軟件算法減少所述第一輸出電流。
17.一種電池充電器，其包括一開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，其具有一第一輸入、一第一輸出和一控制輸入，其中所述第一輸入接收一第一輸入電壓和一第一輸入電流，且所述第一輸出耦合到一電池以提供一第一輸出電壓和一第一輸出電流；一可調(diào)節(jié)電流控制器，其具有經(jīng)耦合以感測(cè)所述第一輸出電流的至少一個(gè)輸入、耦合到所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的一控制輸入的至少一個(gè)輸出、和一第二輸入，所述第二輸入耦合到所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述第一輸入以便檢測(cè)所述輸入電流的變化，或耦合到所述電池以便檢測(cè)所述第一輸出電壓的變化，其中所述第二輸入響應(yīng)于所述第一輸入電流或第一輸出電壓的變化而改變到達(dá)所述電池的所述第一輸出電流，其中所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器向所述電池提供一第一輸出電流，所述第一輸出電流大于所述第一輸入電流，且其中所述第一輸出電流隨著所述電池上的所述電壓的增加而減少。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其進(jìn)一步包括一感測(cè)電阻器，所述感測(cè)電阻器耦合在所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述第一輸出與所述電池之間以便感測(cè)所述第一輸出電流，其中所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述至少一個(gè)輸入包括一耦合到所述感測(cè)電阻器的一第一端子的第一輸入和一耦合到所述感測(cè)電阻器的一第二端子的第二輸入。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其中所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器在一電流控制模式下運(yùn)作。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其中所述第一輸出電流經(jīng)調(diào)節(jié)使得所述第一輸入電流保持在一第一值以下。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其進(jìn)一步包括一感測(cè)電路，所述感測(cè)電路感測(cè)所述第一輸入電流，其中所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述第二輸入耦合到所述感測(cè)電路以便檢測(cè)所述輸入電流的變化。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池充電器，其中所述感測(cè)電路包括一耦合到所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述輸入的第一電阻器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電池充電器，其進(jìn)一步包括一模擬或數(shù)字控制器，所述模擬或數(shù)字控制器耦合在所述感測(cè)電路與所述可調(diào)節(jié)電流控制器之間，其中如果所述第一輸入電流增加到一第一閾值以上，那么所述模擬或數(shù)字控制器改變所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述第二輸入處的一控制電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電池充電器，其中所述控制器是一數(shù)字控制器，且其中如果所述第一輸入電流增加到一第一閾值以上，那么所述數(shù)字控制器改變至少一個(gè)可編程存儲(chǔ)元件中的數(shù)字位。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電池充電器，其中所述控制器是一模擬控制器，且其中所述模擬控制器具有耦合到所述感測(cè)電路的至少一個(gè)輸入和耦合到所述可調(diào)節(jié)電流控制器的至少一個(gè)輸出，且其中如果所述第一輸入電流增加到一第一閾值以上，那么所述模擬控制器改變所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述第二輸入處的一電壓。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其中所述可調(diào)節(jié)電流控制器的一第二輸入耦合到所述電池以便檢測(cè)所述第一輸出電壓的變化。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電池充電器，其進(jìn)一步包括一數(shù)字控制器，所述數(shù)字控制器具有耦合到所述電池的至少一個(gè)輸入和一耦合到所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述第二輸入的輸出，其中如果所述第一輸出電壓增加到一第一閾值以上，那么所述數(shù)字控制器改變至少一個(gè)可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件中的數(shù)字位，且據(jù)此改變所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述第二輸入處的一電壓以便減少所述第一輸出電流。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電池充電器，其進(jìn)一步包括一模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器耦合在所述電池與所述數(shù)字控制器的所述至少一個(gè)輸入之間；和一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器耦合在所述可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件與所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述第二輸入之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電池充電器，其中所述可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件是一寄存器。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電池充電器，其中所述可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件是一寄存器，且其中所述數(shù)字控制器通過(guò)將數(shù)字位從一易失性存儲(chǔ)器加載到所述寄存器中而改變所述寄存器中的數(shù)字位。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的電池充電器，其中所述可編程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件是一寄存器，且其中所述數(shù)字控制器通過(guò)將數(shù)字位從一非易失性存儲(chǔ)器加載到所述寄存器中而改變所述寄存器中的數(shù)字位。
32.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其中所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括一開(kāi)關(guān)晶體管、一誤差放大器和開(kāi)關(guān)電路，且其中所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述至少一個(gè)輸出經(jīng)由所述誤差放大器和開(kāi)關(guān)電路耦合到所述開(kāi)關(guān)晶體管的一控制端子。
33.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其中所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器包括一脈寬調(diào)制電路。
34.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其中所述可調(diào)節(jié)電流控制器向所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一第一控制信號(hào)以產(chǎn)生一進(jìn)入所述電池的恒定的第一輸出電流，且其中所述可調(diào)節(jié)電流控制器改變所述第一控制信號(hào)以隨著所述電池上的所述電壓的增加而持續(xù)減少所述恒定的第一輸出電流。
35.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其中所述可調(diào)節(jié)電流控制器向所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一第一控制信號(hào)以產(chǎn)生一進(jìn)入所述電池的恒定的第一輸出電流，且其中一控制器響應(yīng)于所述第一輸入電流或第一輸出電壓的一增加而重新編程耦合到所述可調(diào)節(jié)電流控制器的至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件，且據(jù)此所述可調(diào)節(jié)電流控制器改變所述第一控制信號(hào)以遞增地減少所述恒定的第一輸出電流。
36.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池充電器，其進(jìn)一步包括一寄存器，所述寄存器耦合到所述可調(diào)節(jié)電流控制器的所述第二輸入，其中響應(yīng)于所述第一輸入電流或第一輸出電壓的一增加將所述寄存器中的數(shù)字位從一第一值改變?yōu)橐坏诙担覔?jù)此減少所述第一輸出電流。
全文摘要
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中包含一種使用一開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器對(duì)一電池進(jìn)行充電的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器接收一輸入電壓和輸入電流。所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出耦合到一待充電的電池。所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器提供一進(jìn)入所述電池中的電流，所述電流大于進(jìn)入所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的所述電流。隨著所述電池上的所述電壓增加，減少由所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器所提供的所述電流。本發(fā)明還可使用模擬或數(shù)字技術(shù)來(lái)實(shí)施以便隨著所述電池電壓增加而減少進(jìn)入所述電池中的所述電流。
文檔編號(hào)H02J7/04GK101051762SQ20071008021
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者M·阿比德·侯賽因, 肯尼思·C·阿德金斯, 喬治斯·康斯坦丁諾斯·帕帕里佐斯 申請(qǐng)人:舒米特微電子公司