CN101051762B - 使用开关调节器对电池进行充电的系统和方法 - Google Patents

使用开关调节器对电池进行充电的系统和方法 Download PDF

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Abstract

在本发明的一个实施例中包含一种使用一开关调节器对一电池进行充电的系统和方法。在一个实施例中，一开关调节器接收一输入电压和输入电流。所述开关调节器的输出耦合到一待充电的电池。所述开关调节器提供一进入所述电池中的电流，所述电流大于进入所述开关调节器中的所述电流。随着所述电池上的所述电压增加，减少由所述开关调节器所提供的所述电流。本发明还可使用模拟或数字技术来实施以便随着所述电池电压增加而减少进入所述电池中的所述电流。

Description

使用开关调节器对电池进行充电的系统和方法
技术领域
本发明涉及开关电池充电器，且尤其涉及开关电池充电系统和方法。
背景技术
电池已长时间被用作移动电子装置的电力来源。电池提供允许电路运作的电流和电压形式的能量。然而，储存在电池中的能量的量有限，且当电子装置在使用时电池损失电力。当电池的能量供应被耗尽时，电池的电压将开始从其额定电压下降，且依赖于电池来获得电力的电子装置将不再适当运作。对于不同类型的电子装置来说，这些阈值将不同。
许多类型的电池是针对单一用途而设计的。这些电池在电荷耗尽之后被丢弃。然而，一些电池设计成可再充电的。可再充电电池通常需要某种形式的电池充电系统。典型的电池充电系统将电力从电源(例如AC壁式插座)转移到电池中。再充电过程通常包含处理并调节来自电源的电压和电流，使得供应到电池的电压和电流满足特定电池的充电规格。举例来说，如果供应到电池的电压或电流过大，那么电池可能会损坏或甚至会爆炸。另一方面，如果供应到电池的电压或电流过小，那么充电过程可能效率非常低或完全无效。电池的充电规格的低效使用可导致(例如)非常长的充电时间。另外，如果充电过程未有效地进行，那么电池的电池容量(即，电池可保持的能量的量)可能不会最优化。此外，低效充电可影响电池的有效寿命(即，从特定电池可利用的充电/放电循环的次数)。此外，低效充电可能由于电池的特性随着时间变化的缘故。使这些问题复杂的是以下事实：不同电池的电池特性(包含电池的指定电压和再充电电流)可能不同。
现有电池充电器通常是静态系统。充电器经配置以从特定电源接收电力，并基于电池的充电规格将电压和电流提供给特定电池。然而，现有充电器的不灵活性导致上文描述的许多低效性和问题。拥有比现有系统更灵活或甚至可适于特定电池或变化的电池充电环境的电池充电系统和方法将是有利的。因此，需要改进电池充电过程的效率的改进的电池充电器系统和方法。本发明通过提供使用开关调节器来对电池进行充电的系统和方法来解决这些和其它问题。
发明内容
在一个实施例中，本发明包含一种对一电池进行充电的方法，所述方法包括：在开关调节器的输入处接收第一输入电压和第一输入电流；将开关调节器的输出耦合到电池的端子；在电池的端子处产生第一输出电压和第一输出电流，其中开关调节器控制第一输出电流，且其中到电池的第一输出电流大于第一输入电流，且第一输入电压大于第一输出电压；和随着电池上的第一输出电压增加而减少第一输出电流。
在一个实施例中，本发明进一步包括感测电池上的第一输出电压，且据此来调节第一输出电流，使得第一输入电流在第一值以下。
在一个实施例中，本发明进一步包括感测到开关调节器第一输入电流，且据此来调节第一输出电流，使得第一输入电流在第一值以下。
在一个实施例中，本发明进一步包括将开关调节器的开关输出电流和开关输出电压经由滤波器而耦合到电池的端子。
在一个实施例中，第一输出电流随着电池上的第一输出电压增加而减少越过复数个电流值。
在一个实施例中，第一输出电流随着电池上的第一输出电压增加而持续减少。
在一个实施例中，第一输出电流随着电池上的第一输出电压增加而递增减少。
在一个实施例中，第一输出电流持续减少以维持到开关调节器的恒定第一输入电流。
在一个实施例中，如果到开关调节器的第一输入电流增加到阈值以上，那么第一输出电流递增减少。
在一个实施例中，本发明进一步包括：感测电池上的第一输出电压，；和如果所感测的第一输出电压大于第一阈值，那么将可编程数据存储元件中的充电参数从对应于第一恒定输出电流的第一值改变为对应于第二恒定输出电流的第二值，其中第一恒定输出电流大于第二恒定输出电流。
在一个实施例中，本发明进一步包括响应于所感测的第一输出电压的增加，而在对应于复数个连续降低的恒定输出电流的值范围内改变充电参数。
在一个实施例中，本发明进一步包括：感测到开关调节器的第一输入电流；和如果所感测的第一输入电流大于第一阈值，那么将可编程数据存储元件中的充电参数从对应于第一恒定输出电流的第一值改变为对应于第二恒定输出电流的第二值，其中第一恒定输出电流大于第二恒定输出电流。
在一个实施例中，本发明进一步包括响应于所感测的第一输入电流，而在对应于复数个连续降低的恒定输出电流的值范围内改变充电参数。
在一个实施例中，开关调节器的输入耦合到通用串行总线端口。
在一个实施例中，开关调节器的输出耦合到锂离子电池、镍氢电池(nickel metalhydride battery)或镍镉电池。
在一个实施例中，第一输出电流根据预定义的软件算法减少。
在另一实施例中，本发明包含一种对电池进行充电的方法，所述方法包括：在开关调节器的输入处接收第一输入电压和第一输入电流；从开关调节器产生第一受控输出电流到电池中，所述电流大于到开关调节器的第一输入电流；感测电池上的电压或到开关调节器的第一输入电流；和随着电池上的电压增加而减少第一受控输出电流。
在一个实施例中，开关调节器在电流控制模式下运作。
在一个实施例中，感测电池上的电压，并响应于感测到电池上的电压增加而持续减少第一受控输出电流。
在一个实施例中，感测电池上的电压，并响应于感测到电池上的电压增加而将第一受控输出电流递增设定为较低值。
在一个实施例中，感测第一输入电流，并持续减少第一受控输出电流以维持到开关调节器的恒定的第一输入电流。
在一个实施例中，感测第一输入电流，且如果到开关调节器的第一输入电流增加到阈值以上，那么递增减少第一受控输出电流。
在一个实施例中，所述方法进一步包括将可编程数据存储元件中的充电参数从对应于第一恒定输出电流的第一值改变为对应于第二恒定输出电流的第二值，其中所述第一恒定输出电流大于第二恒定输出电流。
在一个实施例中，所述方法进一步包括响应于电池上的电压增加，而在对应于连续降低的恒定输出电流的值范围内改变可编程数据存储元件中的充电参数。
在一个实施例中，所述方法进一步包括如果所述第一输入电流增加到阈值以上，那么将可编程数据存储元件中的充电参数从对应于第一恒定输出电流的第一值改变为对应于第二恒定输出电流的第二值，所述第二恒定输出电流小于第一输出电流。
在另一实施例中，本发明包含电池充电器，所述电池充电器包括：开关调节器，其具有第一输入、第一输出和控制输入，其中第一输入接收第一输入电压和第一输入电流，且第一输出耦合到电池以提供第一输出电压和第一输出电流；可调节电流控制器，其具有经耦合以感测第一输出电流的至少一个输入、经耦合以控制开关调节器的控制输入的至少一个输出，和第二输入，所述第二输入耦合到开关调节器的第一输入以便检测输入电流的变化，或耦合到电池以便检测第一输出电压的变化，其中第二输入响应于第一输入电流或第一输出电压的变化而改变到电池的第一输出电流，其中开关调节器向电池提供第一输出电流，所述第一输出电流大于第一输入电流，且其中第一输出电流随着电池上的电压增加而减少。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括感测电阻器，其耦合在开关调节器的第一输出与电池之间以便感测第一输出电流，其中可调节电流控制器的至少一个输入包括耦合到感测电阻器的第一端子的第一输入和耦合到感测电阻器的第二端子的第二输入。
在一个实施例中，所述开关调节器在电流控制模式下运作。
在一个实施例中，所述第一输出电流经调节使得第一输入电流保持在第一值以下。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括感测电路(sense circuit)，其感测第一输入电流，且可调节电流控制器的第二输入耦合到所述感测电路以便检测输入电流的变化。
在一个实施例中，所述感测电路包括第一电阻器，其耦合到开关调节器的输入。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括模拟或数字控制器，其耦合在感测电路与可调节电流控制器之间，其中如果第一输入电流增加到第一阈值以上，那么模拟或数字控制器改变可调节电流控制器的第二输入处的控制电压。
在一个实施例中，所述控制器是数字控制器，且如果第一输入电流增加到第一阈值以上，那么所述数字控制器改变至少一个可编程存储元件中的数字位。
在一个实施例中，所述控制器是模拟控制器，且所述模拟控制器具有耦合到感测电路的至少一个输入和耦合到可调节电流控制器的至少一个输出，且其中如果第一输入电流增加到第一阈值以上，那么模拟控制器改变可调节电流控制器的第二输入处的电压。
在一个实施例中，所述可调节电流控制器的第二输入耦合到电池以便检测第一输出电压的变化。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括数字控制器，所述数字控制器具有耦合到电池的至少一个输入和耦合到可调节电流控制器的第二输入的输出，其中如果第一输出电压增加到第一阈值以上，那么数字控制器改变至少一个可编程数据存储元件中的数字位，且据此改变可调节电流控制器的第二输入处的电压以便减少第一输出电流。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括：模拟-数字转换器，其耦合在电池与数字控制器的至少一个输入之间；和数字-模拟转换器，其耦合在可编程数据存储元件与可调节电流控制器的第二输入之间。
在一个实施例中，所述可编程数据存储元件是寄存器。
在一个实施例中，所述可编程数据存储元件是寄存器，且所述数字控制器通过将数字位从易失性存储器加载到寄存器中而改变寄存器中的数字位。
在一个实施例中，所述可编程数据存储元件是寄存器，且所述数字控制器通过将数字位从非易失性存储器加载到寄存器中而改变寄存器中的数字位。
在一个实施例中，所述开关调节器进一步包括开关晶体管、误差放大器和开关电路，且可调节电流控制器的至少一个输出经由误差放大器和切换电路而耦合到开关晶体管的控制端子。
在一个实施例中，所述开关调节器包括脉宽调制电路。
在一个实施例中，所述可调节电流控制器向开关调节器产生第一控制信号以产生进入电池的恒定的第一输出电流，且可调节电流控制器随着电池上电压的增加而改变第一控制信号以持续减少恒定的第一输出电流。
在一个实施例中，可调节电流控制器向开关调节器产生第一控制信号以产生进入电池的恒定的第一输出电流，且控制器响应于第一输入电流或第一输出电压的增加而重新编程耦合到可调节电流控制器的至少一个数据存储元件，且据此可调节电流控制器改变第一控制信号以递增地减少恒定的第一输出电流。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括寄存器，其耦合到可调节电流控制器的第二输入，其中响应于第一输入电流或第一输出电压的增加而将寄存器中的数字位从第一值改变为第二值，且据此减少第一输出电流。
在另一实施例中，本发明包括一种对电池进行充电的方法，所述方法包括：在开关晶体管的第一端子处接收第一电压和第一电流，其中第一电压和第一电流从电源耦合到开关晶体管的第一端子；在开关晶体管的控制输入处接收开关信号；且据此在开关晶体管的第二端子处产生第二电压和第二电流；对第二电压和第二电流进行滤波以产生经滤波的电压和经滤波的电流；将经滤波的电压和经滤波的电流耦合到电池的端子，其中电池的端子处的经滤波的电压小于开关晶体管的第一端子处的第一电压，且其中到达电池的端子中的经滤波的电流大于到达开关晶体管的第一端子中的第一电流；和随着电池上的电压在小于第一电压的对应值范围内增加而在大于第一电流的一值的电流值范围内减少经滤波的电流。
在一个实施例中，滤波包括经由至少一个电感器将第二电流耦合到电池端子。
在一个实施例中，调节经滤波的电流使得第一电流保持在第一值以下。
在一个实施例中，所述方法进一步包括感测电池上的所述经滤波的电流和所述电压，且据此控制经滤波的电流。
在一个实施例中，所述方法进一步包括感测第一电流和经滤波的电流，且据此控制经滤波的电流。
在一个实施例中，所述电源是通用串行总线端口。
在另一实施例中，本发明包含电池充电器，其包括：开关调节器，所述开关调节器包含至少一个开关晶体管，所述开关晶体管具有第一输入以接收第一输入电压和第一输入电流，和第一输出，其耦合到电池以提供第一输出电压和第一输出电流；电流控制器，其用于控制到电池的第一输出电流，电流控制器具有用于感测到电池的第一输出电流的至少一个输入、用于响应于控制信号而调节第一输出电流的第二输入，和耦合到开关晶体管的第一输出；和控制器，其具有耦合到开关调节器的第一输入或电池的第一输入，和耦合到电流控制器的第二输入的至少一个输出，其中控制器响应第一输入电流或第一输出电压的增加，且其中如果第一输入电流或第一输出电压增加，那么控制器改变电流控制器的第二输入处的控制信号以减少第一输出电流，其中开关调节器向电池提供第一输出电流，所述第一输出电流大于第一输入电流，且其中第一输出电流随着电池上的第一输出电压增加而减少。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括输出感测电阻器，其耦合到开关晶体管的第一输出以便感测第一输出电流，且电流控制器耦合到输出感测电阻器的第一和第二端子以便控制第一输出电流。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括输入感测电阻器，其耦合到开关晶体管的第一输入以便感测第一输入电流，且所述控制器耦合到输入感测电阻器的第一和第二端子。
在一个实施例中，控制器包括模拟控制器，且所述模拟控制器在电流控制器的第二输入处产生控制电压，以便响应于第一输入电流而减少第一输出电流。
在一个实施例中，控制器包括数字控制器，所述电路进一步包括：模拟-数字转换器，其具有耦合在输入感测电阻器上的输入和耦合到数字控制器的输出；耦合到数字控制器的寄存器；和数字-模拟转换器，其具有耦合到寄存器的输入和耦合到电流控制器第二输入的输出，其中数字控制器响应于第一输入电流的增加，而重新编程寄存器，且据此减少第一输出电流。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括非易失性存储器，且数字控制器利用存储在非易失性存储器中的参数而重新编程寄存器。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括易失性存储器，且数字控制器利用存储在易失性存储器中的参数而重新编程寄存器。
在一个实施例中，所述控制器的第一输入耦合到电池。
在一个实施例中，所述控制器包括模拟控制器，其中模拟控制器在电流控制器的第二输入处产生控制电压，以便响应于第一输出电压而减少第一输出电流。
在一个实施例中，所述控制器包括数字控制器，所述电路进一步包括：模拟-数字转换器，其具有耦合到电池的输入和耦合到数字控制器的输出；耦合到数字控制器的寄存器；和数字-模拟转换器，其具有耦合到寄存器的输入和耦合到电流控制器的第二输入的输出，其中数字控制器响应于第一输出电压的增加而重新编程寄存器，且据此减少第一输出电流。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括非易失性存储器，且数字控制器利用存储在非易失性存储器中的参数而重新编程寄存器。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括易失性存储器，且数字控制器利用存储在易失性存储器中的参数而重新编程寄存器。
在一个实施例中，所述控制器和电流控制器在同一集成电路上。
在一个实施例中，所述控制器和电流控制器在不同的集成电路上。
在另一实施例中，本发明包含电池充电器，其包括：开关调节器，所述开关调节器包含至少一个开关晶体管，所述开关晶体管具有第一输入以接收第一输入电压和第一输入电流，和第一输出，其耦合到电池以提供第一输出电压和第一输出电流；电流控制器构件，其耦合到开关调节器，以便感测和控制到电池的输出电流，且响应于控制信号而改变到电池的第一输出电流；和控制器构件，其用于响应于第一输入电流或第一输出电压而产生控制信号到电流控制器构件，其中开关调节器向电池提供第一输出电流，所述第一输出电流大于第一输入电流，且其中随着电池上的电压增加而调节第一输出电流。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括用于感测第一输入电流的感测电路构件。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括用于感测第一输出电流的感测电路构件。
在一个实施例中，所述控制器构件包括模拟电路。
在一个实施例中，所述控制器构件包括数字电路。
在一个实施例中，所述电流控制器构件包括用于接收对应于第一输出电流的电压的第一和第二输入，和用于接收控制信号以随着电池上的电压增加而减少第一输出电流的第二输入。
在一个实施例中，所述电池充电器进一步包括用于控制第一输出电压的电压控制构件。
在一个实施例中，所述开关调节器进一步包括用于将开关信号提供到开关晶体管的控制端子的开关电路构件。
以下实施方式和附图提供对本发明的性质和优点的更好的理解。
附图说明
图1说明包含根据本发明一个实施例的开关电池充电器的电子装置。
图2说明包含根据本发明一个实施例的开关调节器的开关电池充电器。
图3说明使用根据本发明一个实施例的开关调节器对电池进行充电。
图4A-B说明使用根据本发明实施例的开关调节器对电池进行充电。
图5说明根据本发明一个实施例的电池充电系统的示范性实施方案。
图6说明根据本发明一个实施例的电池充电系统的示范性实施方案。
图7为根据本发明一个实施例的电池充电器的实例。
图8为根据本发明一个实施例的电压控制器的实例。
图9为根据本发明一个实施例的电流控制器的实例。
图10为根据本发明一个实施例的模拟控制器的实例。
具体实施方式
本文描述开关电池充电系统和方法的技术。以下描述内容中，为了解释的目的，陈述大量实例和特定细节以便提供对本发明的详尽理解。然而，所属领域的技术人员将明显可见，如权利要求书界定的本发明可单独地或与下文描述的其它特征组合而包含这些实例中的一些或全部特征，且可进一步包含本文描述的特征和概念的明显修改和等效形式。
图1说明系统100，其包含含有根据本发明一个实施例的开关电池充电器的电子装置101。电子装置101包含由电池150供电的装置电子元件102。可使用开关电池充电器103对电池进行再充电。开关电池充电器103具有耦合到第一电源110的第一输入(例如，来自通用串行总线“USB”端口的电源线的输入电压Vin)和将经调节的输出经由下文更详细描述的滤波器提供到至少一个电池的第一输出。提供到滤波器的输出电压和电流将为切换的波形。为了此描述的目的，开关调节器的输出将为滤波器的输出，其包含到电池的经滤波的输出电流(即，电池充电电流)和电池端子处的经滤波的输出电压。充电器103可进一步包含内部电路以便感测(例如)输入电流、电池电流和/或电压。充电器103可使用这些信息来控制电压和电流从电源110传递到电池150的端子。
在一个实施例中，在充电循环中的第一时间周期期间，开关电池充电器103在电流控制模式下运作以将受控的电流提供到电池150。在充电循环中的第二时间周期期间，电池充电器103在电压控制模式下运作以将受控的电压提供到电池150。在电流控制模式下，开关充电器的输出电流(即，进入电池中的电流)用作电路的控制参数(例如，进入电池中的电流可用于控制一控制开关的反馈回路)。类似地，在电压控制模式下，开关充电器的输出电压(即，电池上的电压)用作电路的控制参数(例如，电池上的电压可用于控制一控制开关的反馈回路)。举例来说，当充电器处于电流控制模式时(例如，当电池电压在某一阈值以下时)，开关调节器可控制供给到电池中的输出电流。如果电池上的电压增加到指定阈值以上，那么系统接着可从电流控制模式切换为电压控制模式。如果电池上的电压升高到特定电平，那么随着未受控制的电流递减直至消失，系统接着可控制电池上的电压(例如，通过维持恒定电池电压)。在一个实施例中，随着电池进行充电(例如，随着电池电压增加)，可修改通过开关调节器103供给到电池150的电流。在一个特定实例中，通过数字控制器来改变所供给的电流，所述数字控制器改变存储在可编程数据存储元件(例如，寄存器或存储器)中的所存储的充电参数。在另一特定实例中，通过模拟控制器来改变所供给的电流，所述模拟控制器改变电流控制器的控制输入处的控制信号，所述电流控制器控制输出电流。
本发明的实施例可用在各种电子装置中，且可用于对各种电池类型和配置进行充电。为了说明本发明某些方面的优点，将在对锂离子(“Li+”)电池进行充电的情形下描述一实例。然而，应了解，以下实例仅用于说明性目的，且其它类型的(例如)具有不同电压和充电规格的电池(例如锂聚合物电池、镍氢电池或镍镉电池)也可使用本文所述的技术进行有利的充电。
图2说明包含根据本发明一个实施例的开关调节器203的开关电池充电器201。装置电子元件202包含电源端子(“Vcc”)，所述电源端子从电池250接收电力。当电池250耗尽时，可通过将电压和电流从电源210经由开关调节器203和滤波器204而耦合到电池250来对其进行再充电。举例来说，电源可为DC电源。应了解，本文所述的技术也可应用于AC电源。因此，图2是使用DC电源的一个示范性系统。开关调节器203可包含开关装置221、开关电路(“切换器”)222、可调节电流控制器223、输出感测电路225和输入感测电路224。开关调节器203区别于线性调节器，因为开关调节器203包含开关电路222，所述开关电路222在晶体管221的控制端子处产生开关控制信号222A。举例来说，开关装置221可为PMOS晶体管。然而，应了解，可使用(例如)其它类型的装置(例如，一个或一个以上双极或MOS晶体管)来构建所述开关装置。
在电流控制模式下，输出感测电路225感测进入到电池中的输出电流。电流控制器223耦合到输出感测电流225以便控制输出电流。电流控制器223从输出感测电路接收对应于输出电流的输入。电流控制器223使用这些输入来控制开关电路222，开关电路222又向开关装置221的控制端子提供修改输出电流的信号。示范性开关控制方案可包含对开关装置221的控制端子进行脉宽调制。开关调节器203的输出经由滤波器204而耦合到电池250的一端子。通过感测电池电压或进入电池的电流可控制电池端子处的电压或电流。在电流控制模式下，电流控制器223可接收所感测的电池电流并修改控制信号222A以改变开关电路222和开关装置221的行为来将电池电流维持在一受控值。类似地，在电压控制模式下，电压控制器(下文描述)可接收所感测的电池电压，并修改控制信号222A以改变开关电路222和开关装置221的行为来将电池电压维持在一受控值。因此，可将进入电池的电压或电流维持在受控值。如下文将更详细描述，电流控制器223可包含耦合到电池上的电压或到开关调节器的输入电流的另一输入，以随着电池上的电压的增加而控制对电池电流的修改。因为电池电压或输入电流可用于此目的，所以系统可包含输入感测电路224或可不包含输入感测电路224。
在一个实施例中，开关调节器203从电源210接收电压和电流，并向电池提供充电电流，所述充电电流大于从电源接收的电流。举例来说，如果从电源接收的电压大于电池电压，那么开关调节器可将大于到达开关调节器的输入电流的充电电流提供到电池中。当开关调节器的输入处的电压大于电池上的电压时(有时称为“补偿(Buck)”配置)，开关调节器的“理想”电压-电流关系给定如下：
Vout＝C*Vin；和
Iout＝Iin/C，
其中C是常数。举例来说，在脉宽调制的开关调节器中，C是开关装置的控制输入处的开关波形的“工作循环”D。以上等式说明输出电流是输入电流、输入电压和输出电压的函数，如下：
Iout＝Iin*(Vin/Vout)。
应了解，以上等式适用于“理想”补偿调节器。在实际实施方案中，输出由于非理想性(即，效率损失)而降级，降级量可约为10％(即，效率η＝90％)。以上等式说明进入电池250中的充电电流可能大于输入电流(即，输入电压Vin大于输出电压的情况)。此外，在充电循环开始时，电池电压比在充电循环中稍后的时间点小。因此，在充电循环开始时，进入电池中的电流可能大于(即，当Vin/Vbatt较大时，其中Vbatt＝Vout)在充电循环中稍后的时间点处(即，当Vin/Vbatt较小时)进入电池中的电流。在一个实施例中，控制进入电池中的电流(即，开关调节器的输出电流)并将其设定为初始值，且随着电池电压增加，输出电流减小。以上等式说明随着电池电压增加，进入开关调节器中的电流将开始增加以获得开关调节器的输出处的给定电流。此效果是由于以上展示的开关调节器上的电压-电流关系的缘故。举例来说，如果Iout和Vin是固定的，那么Iin必须随着Vout增加而增加。因此，不同实施例可感测输出电压或输入电流，并随着电池电压增加而减小进入电池中的电流。
举例来说，开关调节器203可在电流控制模式下运作，其中输出感测电路225感测开关调节器的输出电流(即，电池输入电流)，且电流控制器223随着电池上的电压增加而控制进入电池中的电流减小。在一个实施例中，电流控制器223可响应于对应于不断增加的电池电压的控制信号而减小电池电流，所述控制信号以信号通知电流控制器223减小电池电流。在另一实施例中，输入感测电路224感测到达开关调节器的输入电流，且电流控制器223响应于对应于不断增加的输入电流的控制信号而减小进入电池中的电流。同等地，可监控与输入电流或电池电压有关的其它参数以获得期望的信息来调节进入电池中的电流。在一个实施例中，使用控制器(下文更详细描述)来响应于第一输入电流或第一输出电压而产生到达电流控制器的一个或一个以上控制信号。控制器是接收所感测的参数(例如，作为模拟或数字信号的输入电流或电池电压)并向电流控制器223产生一个或一个以上控制信号以调节输出处的电流的电路。感测电路、控制器和电流控制器可实施为模拟电路(整体或部分地)，使得随着电池上的开关调节器输出电压增加而持续减小开关调节器输出电流(即，电池充电电流)。在另一实施例中，控制器和/或电流控制器可实施为数字电路(整体或部分地)，使得随着电池电压增加而递增减小电池充电电流。下文描述这些电路的实例。
图3说明使用根据本发明一个实施例的开关调节器对电池进行充电。在301处，在开关调节器的输入处接收输入电压和输入电流。在302处，将开关调节器的输出处的开关输出电流和电压耦合到电池的端子。举例来说，可经由滤波器将开关晶体管的输出端子耦合到电池端子。在303处，在开关调节器的输出处产生输出电压(即，电池电压)和输出电流(即，电池输入电流)。在304处，随着电池上的输出电压增加而减小进入电池中的电流。如上文所提及，开关调节器可通过直接感测电池电压、输入电流或其它相关参数来检测电池电压的升高。
图4A-B说明使用根据本发明实施例的开关调节器对电池进行充电。图4A中的曲线图展示描绘在右侧垂直轴上的电流和左侧垂直轴上的电池上的电压与水平轴上的时间。线401展示随着时间的过去电池上的电压，线402展示进入电池中的电流，且线403展示进入开关调节器中的电流。此实例说明对深度耗尽的Li+电池进行充电的充电循环。以两种基本模式对电池进行充电：电流控制模式(t＝0、t2)和电压控制模式(t＝t2、t3)。在此实例中，电池上的电压初始地在某一特定阈值(例如，3伏)以下，从而指示电池被深度耗尽。因此，电流控制模式可初始地产生恒定预充电电流410(例如，100mA)。恒定预充电电流410将使电池电压开始增加。当电池电压增加到预充电阈值420(例如，3伏)以上时，系统将增加供给到电池的电流。第二电流有时称为“快速充电”电流。
如图4A中所示，进入电池中的电流可能大于由开关调节器接收的电流。举例来说，在快速充电循环开始时，进入电池中的电流可初始地设定为750mA，而进入开关调节器中的电流为500mA。因此，随着电池被充电，电池上的电压将开始增加。随着电池电压增加，进入电池中的电流可减小使得输入电流保持近似恒定。如上文所提及，如果电池上的电压增加，且如果由开关调节器供应的电流保持恒定，那么进入开关调节器中的电流将开始增加。在一些应用中，可能需要将输入电流保持在某些阈值以下，使得进入开关调节器中的总电力不会超过电源处可用的总电力。在此实例中，输入电流维持近似恒定，且进入电池中的电流随着电池电压增加而减小。举例来说，当电池电压增加到420B处的3伏以上时，进入电池中的电流减小到约700mA。从图4A可看出，电流随着电池上的电压增加而连续减小以维持输入电流近似恒定。如上文所提及，可使用模拟或数字技术来控制电池电流。或者，系统可感测到达开关调节器的输入电流或电池电压以实施电池电流控制。
当在时间t2处电池上的电压增加到阈值430A以上时，系统可自动地变换以将向电池提供恒定电压(即，“浮动”电压)。当电流控制模式期间电池增加到浮动电压时，系统将变换到电压控制模式并维持电池处的浮动电压。当系统处于电压控制模式时，进入电池中的电流430将开始减小(即，“逐渐衰减”或“下降”)。在一些实施例中，可能需要在电流到达某一最小阈值440之后切断充电器。因此，当电池电流下降到最小值以下时，在时间t3处系统可自动停闭充电器并结束充电循环。
图4B说明到达开关调节器的输入电流和由开关调节器提供的电池电流与电池电压。图4B中的曲线图展示描绘在左侧垂直轴上的电流和水平轴上的电池电压。初始地，电池电压在某一阈值(例如，3伏)以下，系统处于预充电模式，且开关调节器经设定以向电池提供恒定预充电电流410A(例如，100mA)。因此，输入电流410B小于电池电流(例如，<100mA)。当系统变换到快速充电模式(例如，由于电池电压增加到某一阈值(例如，3伏)以上的缘故)时，电池电流可从预充电值复位为最大值402A(例如，700mA)。当从开关调节器供应到电池的电流增加时，输入电流类似地增加到新的值403A(例如，约475mA)。然而，随着电池电压增加到阈值以上，如果输出电流保持恒定，那么输入电流将增加。在一些应用中，电源(例如，USB电源)可能不能够将某一最大值(例如，对于USB来说为500mA)以上的输入电流供应到开关调节器。在设定进入电池中的电流时可考虑所述最大输入值。因此，当输入电流增加到某一阈值(如，例如500mA的最大容许电平)时，系统可将电池电流复位为小于先前值的新的值402B，使得输入电流相应地减小到403B处的阈值(例如，约450mA)以下。进入电池中的输出电流可随着电池上的输出电压增加而递增减小，使得输入电流保持在如图4B中所示的阈值以下。在一个实施例中，输出电流响应于感测到达开关调节器的输入电流和确定输入电流已增加到阈值以上而递增减小。在另一实施例中，输出电流响应于感测电池电压而递增减小。
图5说明根据本发明一个实施例的电池充电系统500的示范性实施方案。此实例说明一个可能的实施方案，其使用数字控制器545和可编程存储器来随着电池电压增加而调节电池电流。电池充电器500包含开关调节器510，其具有用于从电源接收输入电压和电流的输入。开关调节器510的输出经由包括电感器503和电容器504的滤波器而耦合到电池550。电流感测电阻器501也可包含在到达电池的电流路径中。电流控制器520具有用于感测电池电流的耦合到电流感测电阻器501的第一端子的第一输入，和耦合到电流感测电阻器501的第二端子的第二输入。在电流控制模式下，电流控制器520接收所感测的电池电流并向开关调节器510的控制输入提供控制信号。在此实例中，电流控制器520是可调节的电流控制器，且包含接收控制信号以便调节由开关调节器产生的输出电流的控制输入520A。系统500进一步包含用于充电循环的电压控制模式的电压控制器530。电压控制器530包含耦合到电池端子以便感测电池电压的第一输入。在电压控制模式下，电压控制器530的输出向开关调节器510产生控制信号。在此实例中，电压控制器530是可调节的电压控制器，且包含控制输入530A以便调节由开关调节器产生的输出电流。
充电系统500进一步包含数据存储器，其耦合到电流控制器520和电压控制器530以在电流控制模式和电压控制模式下配置开关调节器。可编程数据存储元件(例如寄存器或存储器)可存储复数个充电参数，以便在电池550的充电期间控制开关调节器510。可将参数重新编程以改变电压和/或电流或其它用来对电池进行充电的参数，且从而改进电池充电效率。数据存储器可为(例如)易失性或非易失性存储器，且可在不同的充电循环内或单个充电循环期间(当电池正充电时)重新编程充电参数。
在此实例中，数字控制器545用于修改电流控制器520的控制输入以随着电池上的电压增加而改变电池电流。在一个实施例中，可使用感测电路(例如，输入感测电阻器502)来感测开关调节器的输入电流。在此实例中，输入感测电阻器502是用于感测由开关调节器接收的第一输入电流的构件。等效感测构件可包含(例如)晶体管或感应感测技术。电阻器502的端子经由模拟-数字(“A/D”)转换器548耦合到数字控制器545。在另一实施例中，电池上的电压可经由A/D549耦合到数字控制器545。控制器545接收所感测的输入电流或输出电压并调节电流控制器520以如上所述控制电池电流。举例来说，数字控制器545可用于利用充电参数来编程数据存储元件，所述充电参数又转换成模拟信号并耦合到电流控制器520的控制输入520A。例如，可使用数字总线541(例如，串行或并行总线)经由控制器545来编程数据存储器中的充电参数。因此，可在预定义的软件算法的控制下改变充电参数。控制器545可与开关调节器和开关电池充电器电路包含在同一集成电路上，或控制器545可包含在电子装置中的另一集成电路上。在一个实施例中，数字总线可(例如)耦合到I2C总线或通用串行总线(“USB”)或使用I2C总线或通用串行总线(“USB”)而实施。
在一个实施例中，充电参数可各存储作为复数个数字位，且不同充电参数可在寄存器522中从易失性存储器546或非易失性存储器547被编程，所述易失性存储器546或非易失性存储器547可为本地或远程的(例如，在同一集成电路或系统上，或在另一集成电流或系统上)。对应于复数个充电参数的数字位接着可转换成模拟参数，例如电压或电流。模拟参数又可耦合到电流控制器520的控制输入，且又可耦合到开关调节器510的控制输入以改变电池电流。在一个实施例中，可使用(例如)数字-模拟转换器(“DAC”)524将数字位转换成模拟参数。多种技术可用于A/D和DAC。在此实例中，DAC524、寄存器522、数字控制器545和A/D548或A/D549包括用于响应于第一输入电流或第一输出电压而向电流控制器产生控制信号的构件。应了解，可使用其它感测和控制电流技术，且电阻器感测、A/D、寄存器和DAC仅为实例。
在一个实施例中，充电循环包含预充电和快速充电电流控制模式和电压控制模式。举例来说，可通过存储作为寄存器521和522中的数字值的参数来编程到达电池的电流。寄存器521可存储数字预充电参数值，且寄存器522可存储一个或一个以上快速充电参数值。不同的快速充电参数值可选择性耦合到电流控制器520，以基于所感测到的电池电压或所感测到的电池电流而设定供应到电池的电流。在此实例中，寄存器525可保持数字值以便设定预充电阈值。寄存器525的位可以是对于数字-模拟转换器(“DAC”)526的输入，所述数字-模拟转换器(“DAC”)526可将位解译成(例如)模拟参数，例如电压。DAC526的电压输出可用作参考，且可与比较器527中的电池电压相比较。当电池电压在经编程的预充电阈值以下时，比较器可使用选择电路523(例如，多路复用器)将寄存器521中的所存储的预充电电流值耦合到DAC524。DAC524又接收对应于预充电电流的数字值，并产生模拟参数以便控制调节器传送经编程的电流值。当电池电压增加到在寄存器525中编程的值以上时，比较器改变状态，且选择电路523将寄存器522中的所存储的快速充电电流值耦合到DAC524。DAC524又接收对应于快速充电电流的新的数字值，并产生模拟参数以便控制开关调节器传递新的经编程的电流值。应了解，以上电路仅为一个示范性实施方案。在另一实例中，可使用电池电压控制预充电阈值以驱动分压器。可通过可编程寄存器来以数字方式选择分压器的特定分接头(tap)。接着，选定的分接头可耦合到比较器，并与(例如)参考电压相比较。
随着电池电压增加，数字控制器545可重新编程寄存器522以改变电池电流。举例来说，数字控制器545可将电池电压与阈值相比较(在软件中或在硬件中)，且如果电池电压在阈值以上，那么重新编程寄存器522。随着电池电压增加，控制器545可将电池电压与不同的阈值相比较以改变输出电流。所述阈值可(例如)线性间隔开，或可根据特定系统要求来确定。或者，数字控制器545可将调节器输入电流与阈值相比较(在软件中或在硬件中)，且如果输入电流在阈值以上，那么重新编程寄存器522。
对于电压控制模式而言，电压控制器530耦合到用于存储阈值的寄存器531，以便从电流控制改变为电压控制。寄存器531存储阈值作为数字值。寄存器531的数字位输入到DAC532并转换成模拟参数，以便维持电池上的恒定的经编程电压。当电池电压增加到在寄存器531中编程的电压以上时，系统将变换成电压控制模式，且调节器的输出处将维持恒定的经编程电压，且电流逐渐减少。
数字控制器545也可用来操控系统中的其它数字信息。控制器可包含(例如)用于对存储器或寄存器进行读取和写入的电路，以及其它系统控制功能，例如通过串行或并行总线与其它电子元件介接。如上文所提及，充电参数可存储在(例如)非易失性存储器547(例如，EEPROM)或易失性存储器546中。因为开关调节器或存储器可在外部，所以非易失性或易失性存储器可在同一集成电路上。如果存储器在外部，那么系统可进一步包含接口(未图示)以便存取外部资源。在此实例中，参数可存储在非易失性存储器546中并传递到寄存器521、522、525和531。
本发明的实施例进一步包含根据预定义的软件算法来重新编程一个或一个以上充电参数。用于控制充电过程的软件可提前写入或加载到电子装置上以动态地控制充电过程。举例来说，电子装置可包含处理器，所述处理器可为(例如)微处理器或微控制器。所述处理器可存取易失性或非易失性存储器中的充电控制软件，且可执行用于重新编程充电参数的算法。所述算法可(例如)在电池充电时改变一个或一个以上充电参数，或所述算法可在多个充电循环内改变一个或一个以上充电参数。所述算法可改变寄存器(例如，针对动态编程)或非易失性存储器(例如，针对静态编程)中的参数值。举例来说，所述算法可被接收作为输入感测的电池状况，且所述算法可基于这些状况而修改经编程的快速充电电流。从图5所示的实例可见，在系统中包含数字控制允许多种参数(包含在预充电期间传送到电池的电流，或与电池电压或输入电流相比较以控制输出电流的变化的阈值)的灵活可编程性。这些阈值可在多个充电循环内被修改或甚至在单个充电循环内被修改。
图6说明根据本发明一个实施例的电池充电系统600的示范性实施方案。此实例说明使用模拟控制器645随着电池电压增加而调节电池电流的一个可能的实施方案。电池充电器600包含开关调节器610，其具有用于从电源接收电压和电流的输入。开关调节器610的输出经由包括电感器603和电容器604的滤波器而耦合到电池650。如针对图5的电池充电系统500所描述，在电流控制模式下，电流控制器620感测输出电流，并向开关调节器610的控制输入提供控制信号，以便控制供给到电池的电流。在此实例中，电流感测电阻器601包含在通往电池的电流路径中，且电流控制器620具有耦合到电流感测电阻器601的第一端子的第一输入和耦合到电流感测电阻器601的第二端子的第二输入，以便感测电池电流。与在图5中的充电器500中一样，电流控制器620是可调节电流控制器，且包含接收控制信号以便调节由开关调节器产生的输出电流的控制输入646。系统600进一步包含用于充电循环的电压控制模式的电压控制器630。电压控制器630包含耦合到电池端子以便感测电池电压的第一输入。在电压控制模式下，电压控制器630的输出向开关调节器610产生控制信号。
在此实例中，模拟控制器645提供用于响应于第一输入电流或第一输出电压而向电流控制器产生控制信号的构件。模拟控制器645可耦合到电池端子以便感测电池电压或可耦合到输入电流感测电路以便感测到达开关调节器的输入电流。在此实例中，输入电流感测电路是耦合到开关调节器610的输入的电流感测电阻器602。在此实例中，模拟控制器645可具有耦合到电池的输入，或模拟控制器645可包含耦合在感测电阻器601上的两个输入。响应于感测输入电流或电池电压，模拟控制器修改电流控制器620的控制输入646上的一个或一个以上控制信号，以改变电池电流。模拟控制器645可使用多种不同的输入或输出电路技术来感测输入电流或电池电压，并根据电流控制器620的特定实施方案来产生合适的信号或多个信号。举例来说，模拟控制器645可包含(例如)放大器、电流源、限制器和/或比较电路，以便处理所感测的电压或电流，并向电流控制器620在控制输入646上产生一个或一个以上控制信号以调节电池电流。应了解，可使用多种感测电路和模拟电路。因此，可通过模拟控制器645响应于所感测的电池电压输入或所感测的输入电流来调节在电流模式下产生的电池电流。因此，电流控制器620可产生进入电池的电流，所述电流大于如上所述进入开关调节器的电流。电流控制器620可感测到达电池的输入电流和来自模拟控制器645的控制信号，且电池电流可随着电池上的电压增加而减少。
图7为根据本发明一个实施例的电池充电器的实例。电池充电器700包含电压控制器701、电流控制器702和耦合到晶体管707(例如，PMOS晶体管)的开关调节器703，以便控制耦合在输入端子708与输出端子709之间的电压和电流。电流控制器702包含第一输入端子710和第二输入端子711以便感测通过输出电流感测电阻器(例如，0.1欧姆电阻器)的电流。端子710耦合到电阻器的正端子，所述正端子耦合到晶体管707的端子709，且端子711耦合到电阻器的负端子，所述负端子耦合到电池(在开关调节器中，端子709耦合到电感器，且电感器的另一端子可耦合到端子710)。电流控制器702进一步包含控制输入750，以便响应于在端子710与711之间所感测的电流来控制由开关调节器产生的电流量。电流控制器702的输出耦合到调节器703的输入。电压控制器701包含(例如)耦合到电池的电池感测输入端子712，和可耦合到DAC的控制输入751。电压控制器701的输出也耦合到开关调节器703的输入。开关调节器703可包含误差放大器704，其具有耦合到参考电压714(例如，1伏)的第一输入和耦合到电压控制器701和电流控制器702的输出的第二输入端子。误差放大器704的输出(例如)耦合到开关电路705的输入，例如脉宽调制(“PWM”)电路的工作循环控制输入。应了解，可使用多种开关技术来实践本发明。节点713是调节器的负反馈节点。因此，在电流控制或电压控制下，回路将把节点713驱动为与误差放大器的参考电压(例如，1伏)相同的电压。
图8是根据本发明一个实施例的电压控制器的实例。电压控制器800仅是可用于实践本发明不同实施例的控制电路的一个实例。在此实例中，电池感测端子801耦合到待充电的电池。第二输入端子802耦合到数字-模拟转换器(“VDAC”)的输出以便将电池端子处的电压设定为经编程电压值。端子802可经由VDAC耦合到存储充电参数的寄存器或存储器以设定电池处的电压。可通过改变充电参数来调节电池电压，藉此在不同值的范围内改变端子1402处的电压。可通过改变充电参数来调节电池电压，从而在不同值范围内改变端子802处的电压。举例来说，如上文所提及，电压控制器800的输出DIFF将被驱动为与误差放大器参考相同的电压(其在此实例中为1伏)。包含放大器804和805的差分求和网络和电阻器806-812的网络在输出处的电压DIFF、电池电压BSENSE和DAC电压VDAC(V)之间建立以下关系：
DIFF＝BSENSE-(2.45V+VDAC(V))。
因此，当反馈回路将DIFF驱动为1伏时，电池电压是DAC的输出上的电压的函数。
当DIFF＝1伏时；BSENSE＝3.45+VDAC(V)。
因此，可通过改变耦合到DAC的输入的位的数字值来编程电池电压。
图9是根据本发明一个实施例的电流控制器的实例。电流控制器900仅是可用于实践本发明不同实施例的控制电路的一个实例。在此实例中，正和负电流感测端子902-903耦合在待充电的电池的输入处的感测电阻器上。控制输入端子901耦合到控制电压(“Vctrl”)以便响应于数字或模拟控制器来设定进入电池中的受控电流。举例来说，Vctrl可从模拟电路接收响应于输出电压或输入电流的模拟电压以便随着电池电压增加而减小电池电流。或者，端子901可经由数字-模拟转换器(“DAC”)耦合到存储充电参数的寄存器或存储器以设定进入电池中的电流。数字控制器可通过改变充电参数来响应于电池电压或输入电流而调节电池电流，藉此在不同值的范围内改变端子901处的电压。作为实例，如上文所提及，电流控制器900的输出DIFF将被驱动为与误差放大器参考相同的电压(其在此实例中为1伏)。包含放大器905和906的差分求和网络和电阻器907-914的网络在输出处的电压DIFF、由电压测量到的电池电流CSENSE+和CSENSE-与控制电压之间建立以下关系：
DIFF＝R2/R1(CSENSE+-CSENSE-)+Vctrl。
因此，当反馈回路将DIFF驱动为1伏时，电池电流是Vctrl上的电压的函数。
当DIFF＝1伏且R2/R1＝5时；(CSENSE+-CSENSE-)＝(1V-Vctrl)/5。
因此，可通过改变控制电压(例如，通过改变耦合到DAC的输入的位的数字值)来改变由开关调节器供应到电池的电流。虽然图7-8中的以上电路使用差分求和技术，但应了解，可使用其它电流和/或电压求和技术来感测输出电池电流和电压并产生控制信号以驱动开关调节器的控制输入。
参看图7-9，本发明的一个特征可包含使用“有线-或(wired-OR)”配置将电流控制器和电压控制器的输出连接到调节器。举例来说，在一个实施例中，电压控制器800中的放大器805的输出下拉晶体管(output pull-down transistor)和电流控制器900中的放大器906的输出下拉晶体管是“弱”装置。举例来说，用于从DIFF节点汲取电流的装置远小于放大器805和906中的用于将电流供给到DIFF节点中的装置。在电流控制模式期间，当电池电压在由VDAC(V)编程的值以下时，放大器805的正输入(BSENSE)在负输入以下，且放大器805的输出将试图从DIFF汲取电流。然而，电流控制器放大器906的输出将在正方向上驱动DIFF节点。因此，因为放大器805的下拉输出弱于放大器906的上拉输出，所以系统将由恒定电流控制器900支配。类似地，当电池上的电压(BSENSE)增加到放大器805的正输入与负输入相等的点时，电压控制器将起支配作用。在此点处，通过感测电阻器的电流将开始减小，且放大器906的输出将开始下拉。然而，因为放大器906的下拉输出弱于放大器805的上拉输出，所以系统将由恒定电压控制器800支配。
图10说明根据本发明一个实施例的示范性模拟控制器。电流控制器1020包含耦合到“Csense+”的第一输入和耦合到“Csense-”的第二输入。此处，Csense+耦合到输出电流感测电阻器的正端子，且Csense-耦合到输出电流感测电阻器的负端子。电流控制器1020将向开关调节器1001的控制输入1004产生控制信号。开关调节器1001包含开关电路1003，开关电路1003又向开关晶体管1002的栅极产生开关信号(例如，脉宽调制信号)(开关调节器1001也可包含已为了说明性目的而省略的误差放大器)。电流控制器1020进一步包含控制输入Vctrl。Vctrl处的电压可用于控制电池电流。在此实例中，电流控制器1620的控制输入处的电压由电流源1045设定到电阻器1046(“R1”)中。当系统处于预充电模式时，由电流源1045提供的电流可能小于当系统处于快速充电模式时所提供的电流。当系统初始地进入快速充电模式时，进入电阻器1046中的电流可对应于最大期望输出电流来设定Vctrl处的最大电压。快速充电循环开始时的最大输出电流可通过设计选择以多种方式设定，包含通过选择电阻器1046。电压Vsense源自开关调节器输入电流或电池电压。初始地，当快速充电模式开始时，电压Vsense偏置晶体管1048濒临于传导。随着电池上的电压增加，或随着到达开关调节器的输入电流增加，Vsense将增加。随着Vsense增加，晶体管1048将接通并传导电流(即，Vsense/R2)，这将从电阻器1046窃取电流，藉此促使电流控制器1020的控制输入处的电压减小。因此，随着Vctrl减小，电流控制器1020减小由开关调节器1001产生的输出电流。因此，随着电池电压增加，或随着输入电流增加，Vsense将促使电流控制器1020减小输出电池电流。
以上描述说明本发明各种实施例连同关于可如何实施本发明各方面的实例。以上实例和实施例不应认为是仅有的实施例，且其被提供以说明如由所附权利要求书界定的本发明的灵活性和优点。基于以上揭示内容和所附权利要求书，所属领域的技术人员将了解其它配置、实施例、实施方案和等效形式，且可在不脱离由权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下使用所述其它配置、实施例、实施方案和等效形式。本文已使用的术语和表达用于描述各种实施例和实例。不应将这些术语和表达解释为排除所展示和描述的特征或其部分的等效形式，认为可能在所附权利要求书的范围内作出各种修改。

Claims (22)

1.一种对一电池进行充电的方法，其包括：
在一开关调节器的输入处接收一第一输入电压和一第一输入电流；
将所述开关调节器的一输出耦合到一电池的一端子；
在所述电池的所述端子处产生一第一输出电压和一第一输出电流，其中所述开关调节器控制所述第一输出电流，且其中到达所述电池的所述第一输出电流大于所述第一输入电流且所述第一输入电压大于所述第一输出电压；和
随着所述电池上的所述第一输出电压的增加而在复数个电流值范围内减少所述第一输出电流，其中，所述电池上的所述第一输出电压在所述第一输出电流减少时而同时增加，
其中如果到达所述开关调节器的所述第一输入电流增加到一阈值以上，那么递增地减少所述第一输出电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括感测到达所述开关调节器的所述第一输入电流，且据此调节所述第一输出电流，使得所述第一输入电流在所述阈值以下。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括经由一滤波器将所述开关调节器的一开关输出电流和一开关输出电压耦合到一电池的一端子。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述开关调节器的所述输入耦合到一通用串行总线端口。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述开关调节器的所述输出耦合到一锂离子电池、一镍氢电池或一镍镉电池。
6.根据权利要求1所述的方法，其中根据一预定义的软件算法减少所述第一输出电流。
7.一种对一电池进行充电的方法，其包括：
在一开关调节器的输入处接收一第一输入电压和一第一输入电流；
将所述开关调节器的一输出耦合到一电池的一端子；
在所述电池的所述端子处产生一第一输出电压和一第一输出电流，其中所述开关调节器控制所述第一输出电流，且其中到达所述电池的所述第一输出电流大于所述第一输入电流且所述第一输入电压大于所述第一输出电压；和
随着所述电池上的所述第一输出电压的增加而在复数个电流值范围内减少所述第一输出电流，其中，所述电池上的所述第一输出电压在所述第一输出电流减少时而同时增加；
感测到达所述开关调节器的所述第一输入电流；和
如果所述所感测的第一输入电流大于一第一阈值，那么将一可编程数据存储元件中的一充电参数从一对应于一第一恒定输出电流的第一值改变为一对应于一第二恒定输出电流的第二值，其中所述第一恒定输出电流大于所述第二恒定输出电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括响应于所述所感测的第一输入电流，在对应于复数个连续降低的恒定输出电流的值的一范围内改变所述充电参数。
9.一种电池充电器，其包括：
一开关调节器，其具有一第一输入、一第一输出和一控制输入，其中所述第一输入接收一第一输入电压和一第一输入电流，且所述第一输出耦合到一电池以提供一第一输出电压和一第一输出电流；
一可调节电流控制器，其具有经耦合以感测所述第一输出电流的至少一个输入、耦合到所述开关调节器的所述控制输入的至少一个输出、和一第二输入，所述第二输入耦合到所述开关调节器的所述第一输入以便检测所述第一输入电流的变化，或耦合到所述电池以便检测所述第一输出电压的变化，其中，如果所述第二输入是耦接至所述开关调节器的所述第一输入以检测所述第一输入电流的变化，那么所述第二输入就改变至所述电池的所述第一输出电流，以响应于所述第一输入电流的变化；如果所述第二输入是耦接至所述电池以检测所述第一输出电压的变化，那么所述第二输入就改变至所述电池的所述第一输出电流，以响应于所述第一输出电压；
其中所述开关调节器向所述电池提供所述第一输出电流，所述第一输出电流大于所述第一输入电流，且其中所述第一输出电流随着所述电池上的电压的增加而在复数个电流值范围内减少，所述电池上的所述第一输出电压在所述第一输出电流减少时而同时增加，且其中如果到达所述开关调节器的所述第一输入电流增加到第一阈值以上，那么递增地减少所述第一输出电流。
10.根据权利要求9所述的电池充电器，其进一步包括一感测电阻器，所述感测电阻器耦合在所述开关调节器的所述第一输出与所述电池之间以便感测所述第一输出电流，其中所述可调节电流控制器的所述至少一个输入包括一耦合到所述感测电阻器的一第一端子的第一输入和一耦合到所述感测电阻器的一第二端子的第二输入。
11.根据权利要求9所述的电池充电器，其中所述开关调节器在一电流控制模式下运作。
12.根据权利要求9所述的电池充电器，其中所述第一输出电流经调节使得所述第一输入电流保持在所述第一阈值以下。
13.根据权利要求9所述的电池充电器，其进一步包括一感测电路，所述感测电路感测所述第一输入电流，其中所述可调节电流控制器的所述第二输入耦合到所述感测电路以便检测所述第一输入电流的变化。
14.根据权利要求13所述的电池充电器，其中所述感测电路包括一耦合到所述开关调节器的所述第一输入的第一电阻器。
15.根据权利要求13所述的电池充电器，其进一步包括一模拟或数字控制器，所述模拟或数字控制器耦合在所述感测电路与所述可调节电流控制器之间，其中如果所述第一输入电流增加到所述第一阈值以上，那么所述模拟或数字控制器改变所述可调节电流控制器的所述第二输入处的一控制电压。
16.根据权利要求15所述的电池充电器，其中所述模拟或数字控制器是一数字控制器，且其中如果所述第一输入电流增加到所述第一阈值以上，那么所述数字控制器改变至少一个可编程存储元件中的数字位。
17.根据权利要求15所述的电池充电器，其中所述模拟或数字控制器是一模拟控制器，且其中所述模拟控制器具有耦合到所述感测电路的至少一个输入和耦合到所述可调节电流控制器的至少一个输出，且其中如果所述第一输入电流增加到所述第一阈值以上，那么所述模拟控制器改变所述可调节电流控制器的所述第二输入处的一电压。
18.根据权利要求9所述的电池充电器，其中所述可调节电流控制器的第二输入耦合到所述电池以便检测所述第一输出电压的变化。
19.根据权利要求9所述的电池充电器，其中所述开关调节器进一步包括一开关晶体管、一误差放大器和一开关电路，且其中所述可调节电流控制器的所述至少一个输出经由所述误差放大器和开关电路耦合到所述开关晶体管的一控制端子。
20.根据权利要求9所述的电池充电器，其中所述开关调节器包括一脉宽调制电路。
21.根据权利要求9所述的电池充电器，其中所述可调节电流控制器向所述开关调节器产生一第一控制信号以产生一进入所述电池的恒定的第一输出电流，且其中一控制器响应于所述第一输入电流或第一输出电压的一增加而重新编程耦合到所述可调节电流控制器的至少一个数据存储元件，且据此所述可调节电流控制器改变所述第一控制信号以递增地减少所述恒定的第一输出电流。
22.根据权利要求9所述的电池充电器，其进一步包括一寄存器，所述寄存器耦合到所述可调节电流控制器的所述第二输入，其中响应于所述第一输入电流或第一输出电压的一增加将所述寄存器中的数字位从一第一值改变为一第二值，且据此减少所述第一输出电流。
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