專利名稱：用于低電壓能量采集裝置的電池充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池充電器并更具體地涉及使用低電壓能量采集裝置的電池充電器。背景利用諸如太陽能電池、壓電裝置的能量采集裝置的電池充電集成電路可用來對便攜式電子裝置中的關(guān)聯(lián)電池進行充電。在最常見的應(yīng)用中，電池充電IC由能量采集裝置供電，該能量采集裝置提供能量以對電池充電。在一些情況下，能量采集裝置將不提供足夠的能量以對電池充電集成電路的充電電路供電，由此引起故障。因此，需要一種用于向電池充電器IC供電的系統(tǒng)和方法，該電池充電器IC利用允許電池充電IC在所有條件下都能工作的低電壓能量采集裝置。概述如這里公開和描述的,本發(fā)明在ー個方面包括ー種電池充電器集成電路，該電池充電器集成電路包括用于從低電壓能量采集裝置接收充電輸入的第一輸入。輸出向相關(guān)電池提供充電電流。控制器控制充電操作以響應(yīng)來自能量采集裝置的充電輸入而通過第一輸出對電池充電?？刂破鞴ぷ髟谝还ぷ麟妷弘娖较拢摴ぷ麟妷弘娖礁哂诘碗妷耗芰坎杉b置的最小電壓輸出。電池充電集成電路由連接于其第一輸出的電池供電。


為了更全面地理解，現(xiàn)參照以下結(jié)合附圖進行的描述，在附圖中圖1是用于低電壓能量采集裝置的供電電池充電器的一個實施例的方框圖；圖2是具有低電壓太陽能電池的供電電池充電器的一個實施例的方框圖；圖3示出具有多個可選源的電池充電器的更詳細圖解；圖4是圖2的供電電池充電器的一個實施例的詳細示意圖；圖5示出圖2的充電器的一個替代實施例；圖6示出根據(jù)ー個實施例包括具有圖1-4的充電電路的電路的電子/電氣系統(tǒng)；圖7示出升壓調(diào)節(jié)器的簡化圖；圖8示出圖7的升壓調(diào)節(jié)器的時序圖；圖9示出升壓調(diào)節(jié)器的操作的流程圖10-14示出圖5的實施例的操作的流程圖；圖15和圖16示出在集成電路上的電池充電器的實現(xiàn)的兩個替代實施例；圖17和圖18示出具有片載CPU的供電裝置的示意圖；圖19示出自給式(self-contained)供電單元的示意圖；以及圖20示出利用多個采集裝置的手持裝置的示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中在全部附圖中相同的附圖標記用來指代相同的元件，解說和描述了用于低電壓太陽能電池的供電電池充電器的多個視圖和實施例，還描述了其它可能的實施例。這些附圖不一定是按比例繪制的，而且僅為說明目的，在某些情形下有幾個地方已將附圖放大和/或簡化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以基于以下可能實施例的示例意識到許多可能的應(yīng)用和變型。
現(xiàn)在參見圖I和圖2，圖中示出與電池充電器104和電池106相連的能量采集裝置102的結(jié)構(gòu)的方框圖以及使用電池充電器204對電池206充電的太陽能電池202的方框圖，這是整個充電操作的“內(nèi)核”。在圖I中，電池充電器104由所連接的電池106供電，該電池106由電池充電器104充電。在所披露的實施例中，電池106包括鋰離子電池。來自電池106的電池電壓的使用允許電池充電器104從可靠的供電源被供電，由此能維持足夠的工作電壓。例如圖2所示的單個太陽能電池輸出電壓是不足以在電池充電器204中運行標準CMOS進程的。通過使用關(guān)聯(lián)電池106對電池充電器104供電，電池充電器104可使用標準CMOS進程來形成，因為電池將提供其工作所需的2. 5伏最小電壓(也可使用其它電壓電平)。除了圖2所示的太陽能電池202，能量采集裝置102可包括例如熱電裝置之類的其它類型裝置、例如感性耦合或壓電裝置之類的低電源等。該配置將與相對于圖I和圖2描述的配置相同，其中電池充電器104由電池106而不是任何具體類型的能量采集裝置供電，由此能量采集裝置可具有低于電池充電器204工作電壓的電壓，且其中能量采集裝置的最低電壓低于該工作電壓。能量采集裝置102作為可再生能量裝置并由于例如對于太陽能電池缺乏太陽光而輸出“不連續(xù)”電壓。能量采集裝置102/太陽能電池202響應(yīng)一輸入(例如太陽能的接收)產(chǎn)生充電能量，并將能量提供給電池充電器104/204。電池充電器104/204將接收的充電能量轉(zhuǎn)換成充電信號，該充電信號被提供給電池106/206。電池106/206除了對關(guān)聯(lián)電子裝置供電，還對電池充電器104供電。進一步參照附圖，尤其是參照圖3，圖3示出圖I和圖2所示圖的更詳細示圖。在圖3中，電池充電器一般由與圖I和圖2的電池充電器104/204對應(yīng)的電池充電器集成電路(IC)302例示。在該實施例中，電池充電器被實現(xiàn)在單片集成電路上。電池充電器包括用于從與圖I和圖2中的電池106/206對應(yīng)的儲能元件或電池306接收功率的VCC或儲能元件輸入節(jié)點304。電池充電器302在線路308上提供充電輸出以將電荷轉(zhuǎn)移輸出提供給電池306。這里還在線路310上提供一種感測輸入，用于接收與電池306的操作有關(guān)的參數(shù)。這可以是電池的溫度參數(shù)、被驅(qū)動至電池的電流、電池的電壓電平等。在本實施例中，電池306也將功率傳遞至供電裝置312。應(yīng)當理解，電池充電器IC 302可以是僅用于對電池306充電的獨立充電器。電池306是在完全充電時從最小值至最大值的電壓范圍內(nèi)運作的裝置。在低于最小電壓值時，使電池工作或甚至是對電池充電均是不安全的。然而，在最小電池電壓電平下，電池將傳遞足夠的電壓電平以向電池充電器IC 302提供VCC電壓電平，從而向工作在最小工作約束條件下的電池充電器IC 302供電。電池充電器IC 302具有多個外部電源輸入320，每個外部電源輸入320用于從相應(yīng)的電源322、324和326接收功率，要理解可以僅存在ー個源或多個源。這些源中的至少ー個，要不就是全部三個，是例如太陽能電池、壓電裝置等的低電壓能量采集裝置。由該至少一個低電壓源輸出的電壓不足以向電池充電器IC302供電，并因此，至少用作電池充電器IC 302啟動功率的基本功率是從電池306接收的。電池充電器IC 302充當電池充電內(nèi)核，該電池充電內(nèi)核提供所有必要的操作從而以受控制的方式將電荷從電源傳遞至電池，并包含充電控制部作為其整體部分，該充電控制部包括用于由VCC輸入供電并用于執(zhí)行多種控制功能的電池充電控制器330。該電池 充電控制器330可用組合邏輯實現(xiàn)或可用微控制器或處理器來實現(xiàn)。來自電源322-326中選定ー個的功率輸出由開關(guān)332選擇，該開關(guān)332可經(jīng)由控制線334受電池充電控制器330控制。即使電源322-326中的每ー個圖示為具有針對電池充電器IC 302的單獨引腳，然而開關(guān)332也可能是外部實現(xiàn)的并且控制線是以控制線334形式的輸出。功率轉(zhuǎn)換器336設(shè)置在電池充電器IC 302中以接收開關(guān)332的輸出并將電荷轉(zhuǎn)移至電池306。為了利于這種轉(zhuǎn)換/充電操作，功率轉(zhuǎn)換器336將確保在例如太陽能電池的低電壓采集設(shè)備的情形下，輸入電壓轉(zhuǎn)換成比儲能元件/電池的電壓更高的電壓，從而將電荷傳遞至儲能元件/電池306，或者在電源電壓高于儲能元件/電池306的電壓的情形下，將功率調(diào)整至足以對儲能元件/電池306充電的電壓，如下文所述。電池充電控制器330工作在多種充電模式下。當附連在輸入節(jié)點304上的VCC和節(jié)點307上的VSS之間時，電池充電控制器330 —開始通過儲能元件/電池306加電，隨后電池充電控制器330 —開始進入確保存儲兀件/電池306處于安全工作模式的模式并隨后進入用于檢測各充電電源中的ー個或多個存在的模式。如果沒有充電源可用，則電池充電控制器330維持在低功率或睡眠模式，直到檢測到該電源為止。一旦檢測到電源，則可作出存在什么類型的源以及如何控制功率轉(zhuǎn)換器336的判斷。電池充電控制器330經(jīng)由控制線340控制功率轉(zhuǎn)換器并經(jīng)由線342接收來自功率轉(zhuǎn)換器336的反饋信息。一旦已判斷出電源被附連以及該功率目前可傳遞至儲能元件，電池充電控制器330被加電至ー控制模式，其中功率轉(zhuǎn)換器336受到控制以將電荷轉(zhuǎn)移至儲能元件/電池306。監(jiān)視該操作并當儲能元件/電池處于完全充電水平時，電池充電控制器330將中斷充電操作并回到睡眠模式，直到需要再次對儲能元件/電池充電為止。進ー步參照附圖，更具體地參見圖4，更具體地示出參考圖2、圖3示出的電池太陽能充電器電路的實現(xiàn)。盡管下列實施例是針對鋰離子電池416和太陽能電池/能量采集裝置402描述的，然而本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將理解，在這種實現(xiàn)中可利用許多類型的電池416并也可使用例如前面描述的許多其它不同類型低電壓能量采集裝置。太陽能電池/能量采集裝置402連接在節(jié)點404和例如地電位的基準節(jié)點400之間。太陽能電池402可包括單個電池或并聯(lián)的數(shù)個電池。相比串聯(lián)，并聯(lián)配置因為沒有單個電池斷電而允許更有用的輸出。外部電感器406連接在節(jié)點404和電池充電器412的第一輸入節(jié)點410之間。電池充電器412具有提供給鋰離子電池416的一個端子的輸出節(jié)點414。鋰離子電池416連接在輸出節(jié)點414和基準節(jié)點400之間。在由太陽能電池402形成并通過電感器406在節(jié)點410處提供給電池充電器412的輸入的輸入電壓和通過η溝道MOS開關(guān)晶體管418在輸出節(jié)點414處提供給鋰離子電池416的輸出電壓之間提供連接。開關(guān)晶體管418具有連接在輸入節(jié)點410和輸出節(jié)點414之間的源極/漏極路徑。第二 η溝道MOS開關(guān)晶體管420具有連接在輸入節(jié)點410和節(jié)點400之間的源極/漏極路徑，節(jié)點400是電池充電器412的VSS連接。每個晶體管418、420的柵極被連接以從控制器422接收控制信號。晶體管418、420與電感器406 —起提供同步電壓升壓電路?？刂破?22從最大功率點轉(zhuǎn)移電路424 (MPPT)、電壓檢測器426和充電控制電路428接收控制信號輸入。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424的輸入連接于輸入節(jié)點410，且其輸出連接于控制器422。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424包括前饋電路，用于當太陽能電池包括能量采集裝置時控制電池416的最大充電功率。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424提供充電進程的高效率滯后控制。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424也可選擇地連接以直接測量能量采集裝置(太陽能電池402)的開路電池電壓電平，而不是通過間接連接(這可能包含錯誤)。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424監(jiān)視來自太陽能電池的預(yù)定最大功率點電平的出現(xiàn)并當檢測到預(yù)定最大功率點電平時產(chǎn)生至控制器422的輸出。電壓檢測器426的輸出連接于控制器422，且其一個輸入連接于輸入節(jié)點410。電阻器430連接在電壓檢測器426輸入處的輸入節(jié)點410和基準節(jié)點400之間。功率檢測器426的另一輸入被連接以接收基準電壓432 (Veef)。電壓檢測器426將輸入節(jié)點410處的輸入電壓與基準電壓432比較以確定提供至電池充電器412的輸入電壓，并響應(yīng)于此將控制信號提供給控制器422。如下文中描述的，該電壓檢測器426能夠檢測多個電壓并在它們之間作出區(qū)分。最后，充電控制電路428的輸出連接于控制器422并且其一個輸入連接于輸出節(jié)點414。充電控制電路428的另一電壓輸入連接于基準電壓434Vkef。充電控制電路428將輸出節(jié)點414處的電壓與基準電壓434相比以在一種模式中確定鋰離子電池316的充電電平，并響應(yīng)于此產(chǎn)生至控制器422的控制信號。在另一模式中，充電控制用作電壓檢測器以確定電池416是否落在安全的充電工作范圍內(nèi)。圖4的控制器422響應(yīng)來自MPPT 324、電壓檢測器426、充電控制器422和充電控制電路428中每一個的控制信號而為電池充電器412提供多種工作模式。這些工作模式包括暗(睡眠)工作模式和活動工作模式。這些模式通過提供過電壓切斷和抑制落在選定的溫度范圍之外的充電而為連接的電池416提供電池保護。在暗工作模式下，電池充電器412提供超低靜態(tài)，這種超低靜態(tài)將最小化電池416中的自放電并提供最大電池待機壽命。在暗工作模式中，控制器422使用功率檢測器426監(jiān)視至電池充電器412的功率輸入以確定是否存在啟動電池充電器412的充足功率。如果從太陽能電池402提供的功率低于由基準電壓Vkef432定義的必需最小工作電平，電池充電器412的充電操作被禁用。在圖4所示實施例中，電池充電器412具有不同的充電模式。當電池充電器412處于活動充電工作模式時，電池充電器412控制晶體管418、420的操作以經(jīng)由從太陽能電 池402提供的接近由MPPT電路424確定的太陽能電池的最大功率點轉(zhuǎn)移的功率提供電池416的同步升壓充電?？刂破?22控制晶體管418的操作以維持提供給電池416的功率，使之接近最大功率點轉(zhuǎn)移電平。電池充電器412的活動待機工作模式當電池416達到由充電控制電路428確定的充電閾值(大約為85% SOC)時包括“不作為”功能。在活動待機模式下，充電被控制器422禁止。如果外部NTC 436感測到電池工作范圍之外的溫度(一般為0°C <電池< 50°C )，則待機模式也可禁用電池416的充電?？蛇x用的NTC 436響應(yīng)感測到的溫度將信號提供給充電控制器422。 超低靜態(tài)電流將最小化電池416內(nèi)的自放電并提供最大電池待機壽命。并聯(lián)配置允許使用較低成本、高輸出的并聯(lián)太陽能電池402。相比串聯(lián)，并聯(lián)配置由于沒有單個電池斷電而允許更有用的輸出。電池充電器412提供過電壓切斷，其中控制器422將充電調(diào)節(jié)至充電終止電壓(在一個實施例中為4. 15伏)。控制器422在同步升壓操作中調(diào)整晶體管420的“導(dǎo)通”電壓，并通過控制晶體管418、420的操作而經(jīng)由電感器電流進行充電。可選用的內(nèi)部過電壓鉗位為了安全將電池電壓鉗位至4. 3伏。理想地，可使用簡單的齊納鉗位結(jié)構(gòu)。電池充電器412也提供欠電壓鎖閉，欠電壓鎖閉為了安全經(jīng)由充電控制電路428禁止低于2. 8伏的操作，充電控制電路428提供電壓比較器，該電壓比較器將電池電壓與通過電壓基準434提供的電壓基準值相比。如果在這個電平下充電，倘若是單個Li離子電池，電池416可能是危險的。電池充電器412提供充電溫度控制，該充電溫度控制響應(yīng)來自NTC436的控制信號在低于0°C或高于50°C下抑制鋰離子充電以避免電池的損壞。盡管前面的討論涉及鋰鈷電池，但本發(fā)明適用于任何鋰電池或其它電池化學(xué)性質(zhì)/電壓。圖5示出一替代實施例。圖4和圖5的實施例之間的主要差異是在節(jié)點502處增加了 USB/AC適配器/外部功率充電輸入，它相比諸如太陽能電池、壓電裝置等低電壓電源是高電壓電源。另外，該實施例有納入其它低電壓(低于電池電壓(Vbat))電源，例如増加了電池單元/電池/電感耦合器504。例如熱電源等其它類型低電壓源也可用作附加的電源以對電池充電。電池單元/電池/電感耦合器504不一定要在節(jié)點502提供外部功率充電輸入。如果使用電感耦合器，則該耦合器可包括用于將外部電池或電池單元連接于電路的電感耦合電路。太陽能電池402連接在節(jié)點404和基準節(jié)點400之間。太陽能電池402可包括單個電池或數(shù)個電池的并聯(lián)。電感器406連接在節(jié)點404和電池充電器412的第一輸入節(jié)點410之間。節(jié)點404可通過受線路507上來自控制器422的信號控制的開關(guān)506選擇地連接于要么太陽能電池402的ー個節(jié)點，要么電池単元/電池/電感耦合器504的ー個節(jié)點。電池充電器412具有作為輸出提供至鋰離子電池416的ー個端子的輸出節(jié)點414。鋰離子電池416連接在通過開關(guān)506、電感器406的輸出節(jié)點414和通過晶體管508的源極-漏極路徑的基準節(jié)點400之間。當選擇時，在由太陽能電池402形成并在輸入節(jié)點410被提供給電池充電器412的輸入的輸入電壓和通過開關(guān)晶體管418在輸出節(jié)點414處提供給鋰離子電池416的輸出電壓之間提供連接。開關(guān)晶體管418具有連接在輸入節(jié)點410和輸出節(jié)點414之間的源極/漏極路徑。第二開關(guān)晶體管420的源極/漏極路徑連接在輸入節(jié)點410和節(jié)點400之間。每個晶體管418、420的柵極被連接以從控制器422接收控制信號?？刂破?22從最大功率點轉(zhuǎn)移電路424 (MPPT)、電壓檢測器426和充電控制電路428接收控制信號輸入。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424的輸入連接于輸入節(jié)點410，且其輸出連接于控制器422。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424包括前饋電路，用于控制電池416的最大充電功率。該最大功率點轉(zhuǎn)移電路提供對充電過程的高效率滯后控制。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424也可選擇地被連接以直接測量能量采集裝置的開路電池電壓電平，而不是通過間接連接(這可能包含錯誤)。最大功率點轉(zhuǎn)移電路424監(jiān)視來自太陽能電池的預(yù)定最大功率電平的出現(xiàn)并當檢測到預(yù)定最大功率點電平時產(chǎn)生至控制器422的輸出。電壓檢測器426的輸出連接于控制器422，且其一個輸入連接于輸入節(jié)點410。電阻器430連接在電壓檢測器426輸入處的輸入節(jié)點410和基準節(jié)點400之間。功率檢測器426的另一輸入被連接以接收基準電壓432 (Veef)。電壓檢測器426將輸入節(jié)點410處的輸入電壓與基準電壓432比較以確定提供至電池充電器412的輸入電壓，并響應(yīng)于此將控制信號提供給控制器422。最后，充電控制電路428的輸出連接于控制器422并且其一個輸入連接于輸出節(jié)點414。充電控制電路428的另一電壓輸入連接于基準電壓434Vkef。充電控制電路428將輸出節(jié)點414處的電壓與基準電壓434比較以確定鋰離子電池416的充電電平并響應(yīng)于此產(chǎn)生至控制器422的控制信號。電池充電器412提供過電壓切斷，其中控制器422響應(yīng)于來自充電控制器422的控制信號將充電電壓調(diào)整至4. 15伏(可使用其它電壓電平)?？刂破?22在同步升壓操作中調(diào)整晶體管420的“導(dǎo)通”電壓以對電感器406充電并隨后將存儲的電荷轉(zhuǎn)移至電池416?？蛇x用的內(nèi)部過電壓鉗位為了安全將電池電壓鉗位至4. 3伏。理想地，可使用一種簡單的齊納鉗位結(jié)構(gòu)。電池充電器412還提供欠電壓鎖閉，欠電壓鎖閉為了安全經(jīng)由充電控制電路428禁止低于2. 8伏的操作，其中充電電路配置成比較器，用于將電池電壓Vbat與通過電壓基準434產(chǎn)生的基準電壓作比較。如果在這個電平下充電，電池416可能是危險的。電池充電器412提供充電溫度控制，該充電溫度控制禁止低于最低充電溫度(在一個實施例中為0°C )或高于最大充電溫度(在一個實施例中為45°C或50°C )的鋰離子充電，以避免對電池造成損害。增設(shè)外部USB/外部功率輸入連接節(jié)點502以使USB或其它類型的外部功率連接器連接于電池充電器512，這是在比電池電壓更高的電壓下，因此不需要任何電壓升壓。通過USB或外部電源連接，電池416可使用USB或外部電源被充電。通過將節(jié)點502處的USB連接器與太陽能充電電路集成在一個裝置中，電路的太陽能效率由于直接功率轉(zhuǎn)移而被最大化。當控制器422在節(jié)點502處檢測到USB或外部電源的連接時，連接在基準節(jié)點400和太陽能電池402與電池單元/電池/電感耦合器504兩者的低電壓側(cè)之間的晶體管508被截止以使太陽能電池402或電池單元/電池/電感耦合器504從電池充電器412斷開?？刂破?22用電壓檢測器426檢測USB連接。如下文中更詳細描述的那樣，當經(jīng)由工作在恒流/恒壓模式下的晶體管418利用USB外部電源連接時，電路額外地消除了同步升壓操作的轉(zhuǎn)換/充電級。由于USB充電器用于許多便攜式裝置，因此這種設(shè)計是容易實現(xiàn)的。晶體管508的柵極連接于控制器522以當經(jīng)由USB/外部功率輸入連接502連接高電源時連接和斷開太陽能電池402和電池504。開關(guān)506使要么電池或電池單元504 (例如AA電池)要么太陽能電池402通過電感器406連接于電池充電器512的輸入。這種配置允許單個部分具有三種或更多種充電選擇，或者使用低電壓電池/電池單元504、低電壓太陽能電池402或者在連接點502使用高功率USB或者高功率外部電源。這通過連接其中一個替代性電源而允許關(guān)聯(lián)的便攜式裝置延長其運行時間，由此如果電池充電下降很慢，用戶將能夠完成例如在移動媒體電話上觀看電影。前述實現(xiàn)為功率采集裝置的電池充電器提供眾多優(yōu)勢。采用電池電壓對電池充電器供電通過提供更小、更低成本的IC簡化了電路設(shè)計的復(fù)雜性。該配置允許不需要低閾值電壓裝置而是需要較低晶片成本的普通ICエ藝。該配置還通過提高柵極-源極電壓而提供更高的太陽能效率。由于直接功率轉(zhuǎn)移，將USB和太陽能充電連同備用電池集成入單個裝置中使太陽能效率最大化。這種實現(xiàn)消除了附加的轉(zhuǎn)換/充電級并允許去除多余的電路。由于USB充電器用于當今的許多便攜式裝置，因此將USB和太陽能充電集成入單個裝置允許更快的設(shè)計。額外的低功率輸入以適應(yīng)例如AA電池或電感耦合的附加電源的靈活性使得單個部件以低成本允許三個或更多個充電選擇，井延長與電子設(shè)備關(guān)聯(lián)的運行時間。根據(jù)本公開實施例的電池充電器和關(guān)聯(lián)電路可嵌入到多個不同電子裝置和系統(tǒng)中，例如計算機、蜂窩電話、個人數(shù)字助理、エ業(yè)系統(tǒng)、藍牙裝置、媒體播放器、自動調(diào)光鏡、能量清除裝置、無線電、發(fā)射機、照明、太陽景觀照明、標志圖、水/氣量表等。圖6是包括電池供電的充電電路604的電子/電氣系統(tǒng)600的方框圖。電池供電的充電電路604提供電池充電器，該電池充電器響應(yīng)來自例如太陽能電池的能量采集裝置的輸入來對電池605充 電，但充電電路由電池供電，所述電池例如結(jié)合圖1-5描述的那樣被充電，以對電池605充電。盡管電池供電的充電電路604和電池605圖示為位于電子/電氣電路/裝置602中，然而應(yīng)當意識到，這兩個組件中的一者或兩者可位于電子/電氣電路/裝置602外部。電子/電氣電路/裝置602包括執(zhí)行給定系統(tǒng)所需的各種功能的電路，例如在電子系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的情形下執(zhí)行特定軟件以執(zhí)行特定計算或任務(wù)。另外，電子/電氣系統(tǒng)600可包括耦合于電子電路/裝置602的ー個或多個輸入設(shè)備602，例如鍵盤、鼠標或觸摸墊，以使操作員與系統(tǒng)交互。典型地，電子/電氣系統(tǒng)600可包括耦合于電子/電氣電路/裝置602的一個或多個輸出設(shè)備608,該輸出設(shè)備一般包括例如IXD顯不器的視頻顯不器。ー個或多個數(shù)據(jù)存儲設(shè)備610也通常耦合于電子/電氣電路/裝置602以存儲數(shù)據(jù)或從所需的存儲介質(zhì)檢索數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備610的示例包括磁盤驅(qū)動器、磁帶盒、緊湊盤只讀(CD-ROMS)和緊湊盤(CD R/W)、存儲器以及數(shù)字視頻盤(DVD)、閃存驅(qū)動器等等?，F(xiàn)參見圖7，其示出同步升壓所需的電路的簡化示意圖。這涉及兩個晶體管420、418和電感器406,晶體管420標記為Ql而晶體管418標記為Q2。晶體管420工作導(dǎo)通以將為當前說明目的被稱為輸入節(jié)點410或節(jié)點410的輸入節(jié)點410連接于節(jié)點400上的基準電壓。該晶體管420是η溝道晶體管且該晶體管圖示為具有體ニ極管702,該體ニ極管702被配置成當輸入節(jié)點410上的電壓高于節(jié)點400處的電壓時反偏。在這種配置中，除了當輸入節(jié)點410上的電壓落在節(jié)點400之下吋，晶體管420在截止時不傳導(dǎo)。晶體管418用于將節(jié)點連接于輸出節(jié)點414以對電池416充電。然而，當晶體管420導(dǎo)通吋，晶體管418截止并應(yīng)配置成阻擋從輸出節(jié)點414至輸入節(jié)點410的任何電流。這是ー種同步升壓電路，但可以理解，晶體管418可由單個ニ極管替代以提供非同步升壓電路。然而，所披露的實施例在單片IC上實現(xiàn)電池充電器，并因此難以實現(xiàn)表現(xiàn)令人滿意的ニ極管。可能需要雙極エ藝，或甚至需要雙CMOSエ藝。MOS晶體管中的體ニ極管尚未快到足以在同步升壓電路中起作用的程度?，F(xiàn)在參見圖8，其示出圖7的同步升壓電路的操作的時序圖。一開始，與例如圖3-5的太陽能電池402之類的低電壓采集裝置對應(yīng)的能量源706將在低于電池416電壓的電壓下提供能量。當晶體管420導(dǎo)通時，電流流入電感器406以對電感器406充電。當晶體管420截止且晶體管418導(dǎo)通時，流過晶體管418的電流Iq2増加以將電荷從電感器406轉(zhuǎn)移至電池。能量源上的電壓處于開路電池電壓電平VDC。這是開路電池電壓。一開始，在點802，晶體管418和晶體管420是開路的，以使開路電池電壓能被測得。這是為了保護電壓的目的。這將結(jié)合所描述的流程圖在下面更詳細地說明。在點804，當晶體管420導(dǎo)通時，輸入節(jié)點410上的電壓將被拉低，隨后在點806，晶體管420截止且晶體管418導(dǎo)通以將電壓拉高至電壓升壓電平％0^。虛線在圖中表示電池電壓，在點806，由于電荷被轉(zhuǎn)移至此，電池電壓將開始增大。當晶體管418再次截止并且晶體管420再次導(dǎo)通時，Vbtost的電平將向下減小直到點810為止。這將導(dǎo)致Λ電荷被加至電池并且電壓略為改變。這個操作將繼續(xù)，直到電池416已被充電為止。應(yīng)當理解，在截止晶體管420和導(dǎo)通晶體管418之間可提供略微的延時，從而提供一定空載時間以防止傳導(dǎo)通過晶體管418，直到晶體管420完全截止為止。對于截止晶體管418并在導(dǎo)通晶體管420之前等待一預(yù)定量的空載時間，也是這種情況。現(xiàn)在參見圖9，圖中示出用于升壓操作的流程圖。這開始于起始框902，且隨后程序進至方框904以檢測輸入節(jié)點410上的開路電池電壓VDC，該開路電池電壓用Vdc標示。圖9的流程圖針對一種操作，其中不提供USB輸入并且所有要檢測的是是否有連接于Vds節(jié)點的低功率采集裝置。程序經(jīng)過判斷框906以確定Vdc的電壓電平是否大于由電壓檢測器426設(shè)定的閾值電壓。該電壓檢測器426通常為窗電壓檢測器，該窗電壓檢測器具有與之關(guān)聯(lián)的電阻串，由此它能通過將Vds上的電壓與多個基準比較而檢測多個電壓的存在。然而，電壓檢測器426以簡圖示出。如果電壓低于閾值，這表示要么沒有能量源存在，要么來自其中的能量輸出低于可接受的充電電平。在這種情形下，程序可沿“否”路徑回溯至功能框904的輸入。當電壓超出該閾值時，程序沿“是”路徑流至功能框908以檢測電池上的電壓VBATT。如果該電壓低于最大充電電壓，程序?qū)⑷ネ潆姴僮鞑⒒厮葜凉δ芸?04的輸入。當指示充電操作時，電池高于安全電平或低于完全充電電平，程序?qū)⒀亍笆恰甭窂綇呐袛嗫?10流至功能框912，該判斷框910確定電壓Vbatt是否處于適當電平以發(fā)起升壓操作。程序隨后流至判斷框914以確定升壓電壓是否大于電池電壓VBATT。如果不是，程序沿“否”路徑流至功能框916以改變升壓操作的占空比。當在判斷框914確定升壓電壓Vbmbt高于電壓Vbatt并大于VBATT_MX值時，這表示電池處于完全充電電平并且程序進至方框916以終止升壓并隨后進至方框918以進入睡眠模式。否則，程序流回到功能框912的輸入以繼續(xù)升壓操作?，F(xiàn)在參見圖10，其中示出主要針對圖5實施例在本文中公開的電池充電器的一般操作的流程圖。在圖5的實施例中，這里提供USB外部輸入或外部電壓輸入，其中該輸入的電壓高于電池電壓。如上文中提到的，該電壓不需要同步升壓操作，并因此該操作將被終止并可利用不同的充電算法。如果外部電壓未找到，則將嘗試低電壓能量采集源的檢測，該低電壓能量采集源或者是太陽能電池、單個AA電池單元或其它這類低電壓采集源。當然，當確定外部電源與之相連時晶體管508用來將低能量采集源從電路斷開。一旦作出外部電源不存在的檢測，晶體管508可將能量采集源的下側(cè)連接于基準節(jié)點400，然而要注意，外部功率可作為獨立電壓提供并且實際上可存在專門針對外部功率電路的獨立充電電路，由此 不需要晶體管508。回來參見圖10的流程圖，要注意無法從低電壓能量采集源對電池充電器IC412供電，因為如前所述，電池充電器IC 412上的電路與能量采集源最低值的電壓電平不相容。因此，需要電池對Vrc輸入供電以將供電電壓提供給電池充電器412。當連接電池416時，控制器422將進入上電復(fù)位操作。在該上電復(fù)位操作中，實現(xiàn)數(shù)個控制功能，其中首要的是確定電池充電器是否能進入ー工作模式。在流程10中的程序確定電池高于安全值還是低于安全值。在判斷框1006，對于電池電壓是否低于或等于最低電池電壓作出判斷。對于最低電壓，閾值將在2. 5V-2. 9V范圍內(nèi)，這取決于鋰離子電池的化學(xué)性質(zhì)和/或制造。這是通過充電控制電路428促成的。這是比較器和電壓基準。該充電控制電路428是通過這種功能的窗比較器實現(xiàn)的，該窗比較器需要低值的閾值電壓和高值的閾值電壓。一旦已由充電控制電路428確定電池電壓高于最小電壓,程序流至判斷框1008以確定其是否高于最大電壓，例如高于4. 2V。如果不大于該電壓,則確定電池處于安全工作范圍內(nèi)，并能被充電。程序隨后將流至功能框1010以使充電器處于睡眠模式。因此，在該初始上電操作中，充電控制電路428將是唯一工作的裝置，而一旦通過測試，則它可進入睡眠模式并且除電壓基準434外充電控制電路428也將截止。除電壓基準432タト，電壓檢測器426將隨后被激活。如上面描述的那樣，電壓檢測器426具有相對不同閾值電壓或基準電壓測量不同電壓電平存在的能力。因此，當部件ー開始上電時，它將工作在多個且不同的狀態(tài)，這取決于其工作的特殊環(huán)境。第一狀態(tài)是確定連接于該部件的電池是否具有充足功率以允許部件工作在電池充電模式。如果不是，電池充電器將因而被禁止運作，直到電池進入安全模式。一旦確定電池能工作在充電模式，則使控制器422處于睡眠模式，并且諸如電壓檢測器等的某些外圍電路被激活以監(jiān)視允許電池充電的各種狀態(tài)，如下文中描述的那樣。現(xiàn)在參見圖11，其中示出描述為充電目的檢測能量源存在的操作的流程圖，這主要針對圖5具有外部USB輸入的實施例。程序開始在起始框1102井隨后進至功能框1104以檢測電壓，該電壓主要是在圖5的節(jié)點502上測得的電壓。在該時間點電池充電器412處于低功率睡眠模式，只有充電控制電路428及其相關(guān)的電壓基準432在工作。如上文中描述的，該電壓檢測器426具有相對于多個且不同的閾值測量節(jié)點502上的輸入電壓并產(chǎn)生將電池充電器412的模式改變至充電工作的輸出以通過不同方法和不同充電算法充電的能力程序從功能框1104流至功能框1106,功能框1106指示升壓最初是斷開的。這是確保晶體管420不傳導(dǎo)且晶體管418不傳導(dǎo)所必需的。這基本上隔絕了節(jié)點502。程序隨后進至判斷框1108以確定節(jié)點502上的電壓是否為USB電壓。由于該電壓將高于電池電壓，因此一般利用電阻串來將該電壓向下分壓至低于電池電壓的電壓，這是為了與比較器比較以將經(jīng)向下分壓的電壓與USB基準電壓作比較。如果確定節(jié)點502上的電壓處于表征USB輸入的電平，則程序?qū)⒀亍笆恰甭窂搅髦凉δ芸?110以執(zhí)行USB充電算法，如下文中將要描述的那樣。如果確定電壓不存在于節(jié)點502上，則系統(tǒng)的狀態(tài)將作出沒有外部電壓施加于此的判斷(如果低于電池電壓的電壓出現(xiàn)在節(jié)點502上，這將表現(xiàn)出錯誤)。當檢測到電壓電平缺失時，程序?qū)⒀亍胺瘛甭窂綇呐袛嗫?108流至功能框1112以選擇采集模式，即晶體管508處于導(dǎo)電模式且能量采集源的低電壓側(cè)連接于基準節(jié)點400的模式。當然，晶體管420、418仍然處于開路模式。程序隨后將流至判斷框1114以確定通過開關(guān)506選擇哪個能量采集裝置。相比另ー個選擇ー低電壓采集裝置有很多且不同的理由。例如，可能選擇作為可再生能源的太陽能電池來替代電池用于第一可得能源。然而，選擇電池還有其它原因。如果選擇電池或電池單元，程序?qū)⒘髦凉δ芸?116以通過偽恒定電流模式從太陽能電池406對電池416充電，如果選擇了太陽能電池，程序?qū)⒘髦凉δ芸?118以允許利用MPPT 424來對太陽能電池充電。在作出選擇之前，程序?qū)⒀匾宦窂搅髦脸瑫r判斷框1120并再次返回判斷框1114。其原因是對電池504或太陽能電池402的選擇可能導(dǎo)致為充電目的而檢測不足電壓電平。如果是這種情況并且超時判斷框1120中的時限屆滿，則該部件將回到睡眠模式?；蛘?，該部件可永久地附連于太陽能電池并且電壓檢測電路保持與之附連，直到檢測到電壓為止。然而，通過進入睡眠模式，電壓檢測電路(電壓檢測器426)再次尋找外部USB電壓的存在，并隨后切換以尋找低功率能量采集裝置。 現(xiàn)在參見圖12，圖中示出USB充電操作的流程圖，流程開始于方框1202。在USB充電操作中，處在比電池電壓更高的電壓電平的DC電壓變得可用。由此，可利用數(shù)個不同的充電算法。一旦USB充電已開始，程序?qū)⒘髦凉δ芸?204以喚醒電池充電器412并使其處于電池充電模式，即從USB源充電的模式。鋰離子電池的算法將一開始趨于恒流模式，這基本上意味著通過晶體管418連接節(jié)點502上的USB源，所述晶體管418處于完全傳導(dǎo)模式，從而將節(jié)點502直接連接于電池416的正極端。因此，恒電流將被傳遞至電池。之后，當電池在電壓上接近完全充電模式時，該模式將被切換至電壓控制模式，此時充電控制電路428將檢測與基準作比較的電壓并且控制晶體管418以充當線性調(diào)節(jié)器。這示出于流程圖中，其中在該部件在方框1204被喚醒之后，程序流至功能框1206以確保升壓旁路開關(guān)(即晶體管420)斷開，并隨后流至功能框1208以閉合流過晶體管418。這將導(dǎo)致恒流驅(qū)動模式，如功能框1210所示。然后充電控制電路428將該電壓與標示為νωΜΤ_ΤΗ的閾值作比較，VroMT-TH表示恒流模式下的設(shè)定閾值，高于該閾值時部件將切換至恒壓模式。恒流模式將保持在這個狀態(tài)，直到判斷框1212確定已超出該閾值。一旦超出，程序?qū)⒀亍笆恰甭窂搅髦凉δ芸?214以使該模式處于恒壓模式，作為經(jīng)線性調(diào)節(jié)的模式。程序隨后流至判斷框1216以在維持恒壓模式下的充電模式，直到已獲得完全充電為止。這可能是非?？斓某潆?，或根據(jù)可附連于電池的負載類型，這可維持在經(jīng)線性調(diào)節(jié)的恒壓模式下。一旦電壓被確定為處于完全充電電平，程序?qū)⒘髦凉δ芸?220以使部件處于睡眠模式。應(yīng)當理解，只要電池處于完全充電，部件將處于睡眠模式且電壓檢測器426的電壓檢測電路不被激活。充電控制電路428將工作作為電池電壓檢測電路以確定電池是否低于完全充電電平并需要更多充電。因此，存在兩種監(jiān)視操作，一種是監(jiān)視電池的狀態(tài)目的是判斷其是否處于需要充電的模式，如果是，則電池充電器412將被置于一種模式以確定是否存在足夠能量以對電池充電。因此，當控制器422保持在低電流工作模式時，檢測操作將從電池的檢測跳到采集源的檢測。現(xiàn)在參見圖13，圖中示出描述從太陽能電池對部件充電的操作的流程圖，所述太陽能電池被選擇為低電壓能量采集源，流程開始于起始框1302并隨后進至功能框1304以喚醒控制器422。程序隨后流至功能框1306以啟用MPPT 424。MPPT 424是用來修正太陽能電池402能產(chǎn)生最大功率的電氣工作點的裝置。由于由任何光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能量是太陽輻射(太陽能電池表面的太陽能輻射面積)以及例如溫度和云層的其它條件的函數(shù)，因此要求確定太陽能電池/模塊產(chǎn)生最大功率的電流和電壓，即最大功率點。然而，最大功率點事先是未知的并且必須被確定。存在許多可利用的不同MPPT算法，一些需要復(fù)雜電路。一種MPPT節(jié)奏(rhythm)是“干擾和觀察”方法，在該方法中太陽能電池的工作電壓或電流被修改，直到獲得最大功率為止。這是一種迭代過程。存在遞增傳導(dǎo)過程或技術(shù)，它們利用功率電壓曲線的斜率在最大功率點為零并且功率-電壓曲線的斜率在MPP左側(cè)為正而在MPP右面為負這一事實。還存在許多其它技木。對于本公開的實施例，所利用的技術(shù)在從中提取電荷之前在升壓操作開始時測量并斷開單元電壓，并且在升壓操作中，使電平維持在高于一任意值，該任意值在ー個示例中為76%。通過確保從太陽能電池402提取的能量在升壓低于例如76%的設(shè)定值的過程中不便電壓下降，這導(dǎo)致來自太陽能電池的更高效的能量轉(zhuǎn)移操作，這取決于電池的輻射。功能框1308示出第一步驟，其中測量開路電池電壓。這是通過在晶體管420、418兩處斷開兩個開關(guān)來促成的。一旦確定開路電池電壓，則設(shè)定占空比以將X%的百分比提供給開路電池電壓。這最初是默認值，該默認值可設(shè)定在某些類型的查找表中，該查找表為特定開路單元電壓設(shè)定占空比?；蛘?，可在充電元件開始時設(shè)定固定電壓值。這示出于功能框1310。程序隨后流至功能框1312以發(fā)起同步升壓操作，這是在該特定占空比下發(fā)起的。晶體管420 —開始導(dǎo)通而晶體管418開路以對電感器406向上充電達ー預(yù)定量的時間，其目的是將該時間設(shè)定至ー時長，該時長不會將太陽能電池402的開路電池電壓拉至低于X% 的水平。程序隨后流至功能框1314以確定何時將再次檢查開路電池電壓。這可發(fā)生在每個周期或可以在多個周期之后。同步升壓繼續(xù)ー個或多個周期，直到需要另ー開路電池電壓檢測為止。這可使程序沿“是”路徑流至功能框1316以暫停同步升壓操作，井隨后流至功能框1318以再次測量開路電池電壓。如果開路電池電壓高于最小電壓，則判斷框1320將沿“是”路徑將流程引導(dǎo)至功能框1322，以遞減晶體管420的導(dǎo)通時間并隨后返回到功能框的輸入以繼續(xù)同步升壓操作。如果不高于最小開路電池電壓電平，即X%電平，則沿“否”路徑流至功能框1324以判斷是否存在完全充電，此時流程流至睡眠模式功能框1326。然而，如果電池不處于完全充電電平，則程序沿“否”路徑流至功能框1330以遞增晶體管420的導(dǎo)通時間并隨后返回到功能框1312的輸入以運行同步升壓操作。該迭代過程以將開路電池電壓設(shè)定在Vcemn為目的而繼續(xù)，VCELL_MIN是開路電池電壓的X%。如前面提到的，為了ー個目的，76%左右的值是理想的?？衫闷渌怠４送?，可利用實際測量太陽能電池輸出的實際功率以確定最大電壓的其它技木。當然，這可能需要ー些類型的電流傳感器。該電流傳感器將在晶體管420和基準節(jié)點400之間的晶體管420的返回分支(return leg)中促成。這未被示出，就像特定MPPT算法未被示出那樣?，F(xiàn)在參見圖14，圖中示出其中選擇電池的來自低電壓能量源的充電操作的流程圖，該流程開始于功能框1402。程序繼續(xù)至功能框1406以喚醒部件并使其處于輔助電池充電模式，這是從例如電池的已知固定能量源充電的模式。程序隨后流至功能框1408以測量輔助電池的電池電壓，且隨后在功能框1410設(shè)定同步升壓的占空比，要理解輔助電池的電壓將僅改變很少的量。當然，在放電時，電壓將改變并且同步的占空比將根據(jù)控制器422中的查找表之類而改變。程序隨后流至功能框1412以確定完全充電是否已存在，如果不存在，則維持同步升壓。一旦達到完全充電，則程序流至睡眠模式框1414?，F(xiàn)在參見圖15，圖15示出電池在集成電路上的一種實現(xiàn)的示意圖。集成電路圖示為單片芯片1502，其中控制器422和晶體管418、420是通過同一 CMOSエ藝制造的。作為電池充電器412的一部分的另一電路未被不出，但要理解它也可制造在同一芯片1502上。該圖示的目的是示出晶體管418、420制造在ー芯片上，并通過相關(guān)氧化物等的擊穿電壓受到控制。因此，處在遠高于電池電壓的電平的輸入節(jié)點410上的電壓必須保持在低于晶體管418,420上的氧化物的擊穿電壓，因為它們可能暴露于來自電感器406 (圖15未示出)或來自例如USB電壓的外部電壓的聞電壓輸出。圖16示出又一實施例，其中設(shè)置單片芯片1602，在該單片芯片1602上控制器422和除晶體管418、420之外的所有其余電路被形成在單片電路上。這樣做的目的是希望在輸入節(jié)點410上具有更高的電壓電平，該電壓是與標準CMOS工藝不相容的。此外，可能需要較高的電流電平，這可能不適用于標準芯片。此外，可能希望得到可應(yīng)對多個電流的更通用1C。這可通過利用具有除晶體管418、420外的所有電路的單片芯片1602并隨后在同一封裝件中利用獨立工藝在獨立芯片上提供晶體管418、420來實現(xiàn)。這一般被稱為混合式封裝器件。
現(xiàn)在參見圖17，圖中示出前面披露的電池充電器412的一種應(yīng)用的示意圖。在手持單元或自封閉單元1702中，提供實現(xiàn)某些專用功能的CPU 1704。該CPU1704可以是由電池供電的任何功能性器件。這是通過可再充電電池1706供電的，其中電池基本上是用于運作CPU 1704的源。CPU可驅(qū)動顯示器，可受鍵盤等的控制。然而，在該實施例中，只有CPU被圖示為由電池1706供電。電池1706也從電池充電器IC 412充電，該電池充電器IC 412既對電池1706充電又從中接收功率以供其操作。在該實施例中，只提供太陽能電池1708，即低能量采集裝置，該太陽能電池1708經(jīng)由電感器1710連接于電池充電器IC 412。該太陽能電池圖示為設(shè)置在自封閉單元1702“中”，但可能從外側(cè)連接于單元或以與之封閉關(guān)聯(lián)地設(shè)置在單元附近。因此，正常的CPU操作將獨立于充電操作而繼續(xù)。整個充電操作是經(jīng)由電池充電器IC 412促成的。唯一需要的組件是電感器1710和太陽能電池1708。這可以是如有必要對電池連續(xù)充電的自給式單元?，F(xiàn)在參見圖18，圖中示出圖17的一個替代實施例，用于自給式手持固定單元1802。在該實施例中，提供單芯片CPU 1804。該單芯片上的CPU 1804還在同一芯片上包括電池充電部1806，該電池充電部1806包含電池充電器412的所有功能。這基本上是CPU/充電1C。所需要做的只是使與之相聯(lián)的電池1806既經(jīng)由功率線1811向CPU供電又經(jīng)由功率線1813向電池充電電路供電。與電池接口所需的線可以是單根線或多根線，這取決于操作。然而，電池充電操作可由電池供電，就像CPU 1804的功能操作那樣。裝置同樣可以是根據(jù)前面結(jié)合圖2-5描述的實施例的太陽能電池1810和電感器1812。太陽能電池1810可由任何類型的能量采集裝置取代或可利用多個能量采集裝置。另外，盡管未示出，然而可將外部充電電壓施加于電池充電部以從例如USB源的外部源對電池充電。現(xiàn)在參見圖19，圖中示出解說基本類似于圖18的自給式功率單元的另一實施例，它具有外殼1902，其中包含一些類型的控制裝置1904。例如，控制裝置可以是汽車上的電鍍鉻鏡。電鍍鉻鏡的操作是其操作需要電池1906的受控操作。這允許系統(tǒng)成為不需要對汽車電池的連接的獨立系統(tǒng)，對汽車電池的連接需要對它的線連接。因此，需要電池1906的控制裝置1904將具有與之關(guān)聯(lián)的電池充電器IC 1907，用于向充電電池1906供電、從中接收功率并經(jīng)由電感器1910與太陽能電池1908交互。通過自包含有設(shè)置在外側(cè)的太陽能電池，不再需要系統(tǒng)的主電池?，F(xiàn)在參見圖20，圖中示出具有與之關(guān)聯(lián)的多個能量采集裝置的裝置的立體圖。該裝置包含在外殼2002中并與圖19中的裝置類似，其中控制裝置具有與例如智能電話等裝置關(guān)聯(lián)的所有智能，并具有與之關(guān)聯(lián)的顯示器2004。在裝置中包含電池和太陽能電池充電IC 1907。與之關(guān)聯(lián)地設(shè)置的是太陽能電池2006、壓電裝置2008以及被稱為“硅整流ニ極管天線”的可能的RF采集裝置2010。所有這些裝置可從環(huán)境產(chǎn)生能量，并且它們可由電池充電器IC 1907選擇以從中采集能量。
應(yīng)當理解的是，本文中的附圖和詳細描述應(yīng)被認為是說明性而非限制性的，并且不旨在受限于所公開的特定形式和示例。相反，如所附權(quán)利要求所限定的，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，包括了對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言顯而易見的任何進ー步修改、變化、重排、替換、替代、設(shè)計選擇以及實施例。因此，g在使所附權(quán)利要求被解釋為涵蓋所有這些進一歩修改、變化、重排、替換、替代、設(shè)計選擇以及實施例。
權(quán)利要求
1.一種電池充電器集成電路,包括 第一輸入，用于從低電壓能量采集裝置接收充電輸入； 第一輸出，用于將充電電流提供給電池； 控制器，用于響應(yīng)來自所述能量采集裝置的充電輸入控制充電操作以通過所述第一輸出向電池充電，所述控制器工作在一工作電壓電平，所述工作電壓電平高于由所述低電壓能量采集裝置輸出的最小電壓；以及 其中所述電池充電集成電路由連接于所述第一輸出的電池供電。
2.如權(quán)利要求I所述的電池充電器集成電路，其特征在于，還包括外部電源連接，用來將外部電源與所述電池充電器集成電路連接以對連接于所述第一輸出的電池充電。
3.如權(quán)利要求I所述的電池充電器集成電路，其特征在于，所述控制器是使用CMOS半導(dǎo)體工藝實現(xiàn)的，所述工藝得到具有形成在其上的2. 5V閾值電壓器件的半導(dǎo)體。
4.如權(quán)利要求I所述的電池充電器集成電路，其特征在于，所述第一輸入可進一步從第二電池接收第二充電輸入。
5.如權(quán)利要求I所述的電池充電器集成電路，其特征在于，所述控制器還包括最大功率點轉(zhuǎn)移電路，用來監(jiān)視輸入功率并響應(yīng)于此提供第一控制信號。
6.如權(quán)利要求5所述的電池充電器集成電路，其特征在于，所述控制器還包括電壓檢測器，用于檢測輸入電壓電平并響應(yīng)于此產(chǎn)生第二控制信號。
7.如權(quán)利要求6所述的電池充電器集成電路，其特征在于，所述控制器還包括充電控制電路，用來檢測連接于所述第一輸出的電池的電壓電平并響應(yīng)于此產(chǎn)生第三控制信號并響應(yīng)所述第一、第二和第三控制信號使所述電池充電器集成電路處于睡眠工作模式或活動工作模式之一。
8.一種用于對電池充電的電池充電器,包括 輸入，用于耦合于低電壓能量采集裝置，所述低電壓能量采集裝置能工作在比所述電池更低的電壓下； 電池充電內(nèi)核，所述電池充電內(nèi)核工作在多個充電模式下以接收經(jīng)耦合的能量采集裝置的輸出并使電荷從中轉(zhuǎn)移至電池；以及 其中所述電池充電內(nèi)核在高于所述能量采集裝置的最低可能輸出電壓的工作電壓下從所述電池供電。
9.如權(quán)利要求8所述的電池充電器，其特征在于，所述電池內(nèi)核包括電池電壓檢測電路，所述電池電壓檢測電路相對于至少一個或多個電壓基準監(jiān)視所述電池的電壓，并且所述模式中的至少一個是電池監(jiān)視模式，所述電池監(jiān)視模式通過所述電池電壓檢測電路將電池電壓與至少一個或多個電壓基準中的一個進行比較，并當檢測到電池電壓落在安全充電范圍之外時，禁止電池內(nèi)核將電荷轉(zhuǎn)移至電池的操作。
10.如權(quán)利要求9所述的電池充電器，其特征在于，所述模式中的至少一個是針對電池內(nèi)核的低功率工作模式，而其中電池電壓落在安全充電范圍外的檢測以電池電壓檢測電路保持在從電池供電的模式的方式造成該低工作功率模式的激活。
11.如權(quán)利要求8所述的電池充電器，其特征在于，所述電池內(nèi)核包括輸入電壓檢測電路，所述輸入電壓檢測電路相對于至少一個或多個電壓基準來監(jiān)視輸入電壓，并且所述模式中的至少一個是輸入電壓監(jiān)視模式，所述輸入電壓監(jiān)視模式通過所述輸入電壓檢測電路將所述輸入電壓與所述至少一個或多個電壓基準中的一者進行比較，并當檢測到輸入電壓存在時發(fā)起所述電池內(nèi)核的操作以將電荷轉(zhuǎn)移至電池。
12.如權(quán)利要求11所述的電池充電器，其特征在于，所述模式中的至少一個是所述電池內(nèi)核的低功率工作模式，其中通過所述輸入電壓檢測電路檢測到?jīng)]有用于電池充電的電壓或者檢測到不足以用于電池充電的電平的電壓致使以所述輸入電壓檢測電路保持在從電池供電的模式下的方式激活該低功率模式。
13.一種從低功率能量采集裝置對電池充電的方法，所述低功率能量采集裝置能輸出比電池電壓更低的電壓，所述方法包括以下步驟 從低功率能量采集裝置接收功率； 當連接時從所述電池接收工作功率；以及 通過由所接收的工作功率供電的電池充電控制器將電荷從低功率能量采集裝置轉(zhuǎn)移至電池； 其中所述低功率能量采集的輸出不足以對通過所述電池充電控制器將電荷轉(zhuǎn)移至所述電池的任何工作部分供電。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述電池控制器具有啟動模式并進一步包括當電池連接時使所述電池控制器進入啟動模式的步驟，其中在電池連接之前不允許任何電池控制器的操作。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟 檢測不適于電池充電的電池不安全電壓電平；以及 迫使所述電池控制器進入低功率工作模式，直到檢測步驟確定所述電池電壓處于安全工作電平為止，之后所述電池控制器工作在完全功率模式，從所述電池汲取其全部功率。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟 接收由外部電源產(chǎn)生并具有高于所述電池的電壓電平的電壓的外部電壓輸入信號； 檢測所述外部電壓輸入信號的存在；以及 通過所述電池充電控制器將電荷從所述外部電壓源轉(zhuǎn)移至電池，其具有與將電荷從所述低電壓能量采集裝置轉(zhuǎn)移的充電過程不同的充電過程。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述電池控制器工作在多個工作模式下，其中一個是工作在至少電壓檢測模式以檢測所述外部電壓源和所述低電壓能量采集裝置的電壓電平的低功率模式，并且所述電池控制器響應(yīng)一電壓電平的檢測工作在完全功率模式下以將電荷從所述低電壓能量采集裝置或外部電源轉(zhuǎn)移至電池。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，如果優(yōu)先于所述低電壓能量采集裝置從外部電源檢測到電壓信號，所述電池控制器從所述外部電源轉(zhuǎn)移電荷，并且如果沒有檢測到來自所述外部電源的電壓信號，則如果所述低電壓能量采集裝置被檢測到，則從所述低電壓能量采集裝置轉(zhuǎn)移電荷。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述從外部電壓源轉(zhuǎn)移電荷的步驟包括通過所述電池控制器用從包括恒壓過程或恒流過程的組中選擇的用于充電的充電過程從中對電池充電。
20.一種自給式供電裝置，包括 夕卜殼;由設(shè)置在所述外殼中的電池供電的功能裝置，所述功能裝置執(zhí)行一預(yù)定功能； 設(shè)置在所述外殼內(nèi)的可再充電電池； 設(shè)置成與所述外殼緊密聯(lián)系的至少一個低電壓能量采集裝置；以及電池充電器，所述電池充電器由所述電池供電，并用于從低于所述電池的電壓電平的所述低電壓能量采集裝置的電壓電平將電荷從所述低電壓能量采集裝置轉(zhuǎn)移至電池。
21.如權(quán)利要求20所述的供電裝置，其特征在于，所述低電壓能量采集裝置提供不連 續(xù)的功率。
22.如權(quán)利要求21所述的供電裝置，其特征在于，所述低電壓能量采集裝置是太陽能電池。
23.如權(quán)利要求21所述的供電裝置，其特征在于，所述電池充電器工作在完全功率模式以轉(zhuǎn)移電荷，并當電池處于完全充電電平或由所述低電壓能量采集裝置輸出的功率不足以對所述電池充電時工作在低功率模式。
24.如權(quán)利要求20所述的供電裝置，其特征在于，所述電池充電器包括 功率轉(zhuǎn)換器，用來將來自所述低電壓能量采集裝置的電壓轉(zhuǎn)換成能對電池充電的電壓電平；以及 控制器，用來控制所述功率轉(zhuǎn)換器的操作以將電荷轉(zhuǎn)移至所述電池，直到所述電池處于完全充電電平為止。
25.如權(quán)利要求24所述的供電裝置，其特征在于，還包括用來與外部電源形成接口的接口，所述外部電源具有比所述電池的電壓更高的工作電壓，其中所述電池充電器包括 輸入電壓檢測器，用來檢測所述低電壓功率能量采集裝置和接口上的電壓； 所述控制器用于選擇外部電源或低功率能量采集裝置中的一者以輸入至功率轉(zhuǎn)換器；以及 所述功率轉(zhuǎn)換器具有與之關(guān)聯(lián)的多個電池充電過程，一個用來將所述低電壓能量采集裝置和外部電源中的選定一個的電壓轉(zhuǎn)換成能對所述電池充電的電壓，直到所述控制器確定所述電池處于完全充電電平為止。
26.一種用于對可再充電存儲元件充電的單片集成電路電壓升壓電池充電器，包括 存儲元件輸入，用于與所述存儲元件的電壓端子形成接口 ； 外部電源輸入，用于與外部電源形成接口，其中所述外部電源工作在比所述存儲元件的電壓電平更低的電壓電平下； 功率轉(zhuǎn)換器，所述功率轉(zhuǎn)換器包括電壓升壓電路，所述電壓升壓電路用于對比所述存儲元件的電壓電平更高的外部電源輸入上的電壓電平進行升壓； 充電控制部，所述充電控制部控制所述功率轉(zhuǎn)換器以將經(jīng)升壓的電壓維持在足以對所述存儲元件充電的電平，直到所述存儲元件處于完全充電電平為止；并且所述功率轉(zhuǎn)換器和充電控制部從所述存儲元件供電以實現(xiàn)其全部操作。
27.如權(quán)利要求26所述的集成電路，其特征在于，所述外部電源是從由太陽能電池和壓電傳感器構(gòu)成的組中選取的低電壓能量采集裝置。
28.如權(quán)利要求26所述的集成電路，其特征在于，所述充電控制部包括感測子部，用來使每個感測子部與用于感測所述集成電路外的參數(shù)的多個感測輸入中的一個形成接口；以及控制器子部，用來與所述功率轉(zhuǎn)換器和所述感測子部形成接口以控制所述存儲元件的電池充電，其中所述充電控制部工作在多個功率模式以消耗來自所述存儲元件的工作功率的不同電平，所述多個功率模式中的一個包括低功率模式，其中至少一個或多個子部處于完全功率模式以下。
29.如權(quán)利要求28所述的集成電路，其特征在于，所述控制器子部的功率模式是所述感測子部和感測參數(shù)的狀態(tài)的函數(shù)。
30.如權(quán)利要求29所述的集成電路，其特征在于，所述感測子部中的一個包括存儲元件電壓檢測器，以確定所述存儲元件輸入上的電壓電平是否滿足某個標準。
31.如權(quán)利要求30所述的集成電路，其特征在于，如果所述存儲元件電壓檢測器確定所述存儲元件處于對電荷轉(zhuǎn)移至此不傳導(dǎo)的狀態(tài)，則所述控制器子部處于低功率模式，但在低電壓工作模式下至所述充電控制部的工作功率是從所述存儲元件接收的。
全文摘要
電池充電集成電路包括連接于能量采集裝置的第一輸入以及向電池提供充電電壓的第一輸出。控制電路響應(yīng)來自能量采集裝置的輸入通過第一輸出對電池充電。電池充電集成電路由連接于第一輸出的電池供電。
文檔編號H02J7/00GK102624044SQ20121002900
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者A·索菲婭, K·L·蘭科 申請人:英特賽爾美國股份有限公司