CN101252287A - 用于电池组的电源管理电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管理充、放电及保护可充电电池的电源系统。该电源系统主要包括一电源系统。所述电源系统包括耦合于可充电电池并为该可充电电池充、放电的开关电路。该电源系统包括用于控制该开关电路的电源管理单元。该电源系统包括监测电池温度的温度感应电路、监测电池电压的电压检测器，以及监测电池电流的电流检测器。当该电源系统工作于一种操作模式时，如果该电源管理单元感应到异常状况的发生，该电源管理单元将通过关闭所述开关电路中止所述操作模式以保护电池和该电源系统。

Description

用于电池组的电源管理电路

技术领域

本发明涉及一种供电系统，特别是电源管理系统的拓扑结构。

背景技术

可充电电池通常用于为便携式电子装置供电，例如收音机、笔记本电脑、摄像机等等。如果充电电池经电源，例如适配器，充电，该可充电电池能够被充电至满容量。电池管理系统可用于实现该充电功能，并且能够同时提供保护功能以保护该电池避免由于一些异常状况的发生，例如过电压、过温度等等，而导致的损害。传统的解决方案中，电池管理系统的充电功能和保护功能通常由独立的电路完成，用于充电功能的电路和用于保护功能的电路。

上述电池管理系统通常包含用于监测可充电电池容量的检测电路，例如可充电电池的电压值。当电池容量未满时，电池管理系统将为该电池充电。当电池满充电时，该充电过程将被终止。

可充电电池的充电过程中，如果发生一些异常状况，例如过电压、过电流或异常温度，这些异常状况将相当大地恶化电池性能。所以需要保护功能以避免损害电池的异常状况。当检测到异常状况时，保护操作，例如中止充电过程，被激活以保护该电池。

传统的电池管理系统中，被设计为充电和保护功能的电路位于不同的芯片上。用于充电功能的电路可集成于一个芯片上并被封装为电池组以外的装置。用于保护功能的电路可集成于另一芯片上并位于电池组内部与电池封装在一起。在这些传统的应用方式中，由于需要两个独立的组件为可充电电池充电，特别是对于使用便携式的电子装置来说是极为不便的。一些设计人员试图整和充电与保护功能于一块芯片中并封装该芯片于电池组内部。

但是，简单合并两电路使得芯片体积较大。结合充电与保护功能的芯片相较于仅有一种功能的芯片更大以及更为复杂。封装合并后的芯片于电池组内部更加增大了电池组的体积。因此，需要一种高效系统为便携式电子装置提供充电和保护功能，并且本发明首先关注于上述系统。

发明内容

在一实施例中，揭示了一种耦合于至少一个电池的电源系统。该电源系统包括耦合于至少一个电池的开关电路和用于感应所述至少一个电池温度的感应电路。该感应电路生成基于温度的信号。该电源系统包括电源管理单元。该电源管理单元能够监测所述至少一个电池的电压和电流，接收来自感应电路的信号并且当电源管理单元感应到异常状况时关闭开关电路。

在另一实施例中，揭示了一种保护处于一种操作模式中的电池的方法。该电池具有温度、电压和电流。该方法包括生成多个参考电压的步骤、基于电池温度生成一第一信号的步骤、基于电池电压生成一第二信号的步骤和基于流经电池电流生成一第三信号的步骤。所述方法还包括基于所述第一、第二、和第三信号生成一控制信号并且根据该控制信号停止该电池的操作模式的步骤。

在另一实施例中，揭示了一种便携式计算机。该便携式计算机包括用于接收用户输入的输入装置、用于基于用户的输入执行操作的微控制器、用于为便携式计算机供电的至少一个电池和用于管理该至少一个电池的电源系统。该电源系统包括耦合于所述至少一个电池的开关电路、感应电路和电源管理单元。该感应电路用于感应所述至少一个电池的温度并且根据该温度生成一信号。该电源管理单元监测该至少一个电池的电压和电流，接收来自所述感应电路的信号并且当电源管理单元感应到异常状况时关闭该开关电路。

附图说明

由对典型实施例的详细描述中，本发明的优点是显而易见的，该描述应当结合随附附图，其中：

附图1为根据本发明一实施例优选的典型电路的简图；

附图2为根据本发明一实施例的另一优选典型电路的简图；

附图3为与附图1所示实施例相一致的一典型电源管理单元的示意图；

附图4为与附图1所示实施例相一致的另一典型电源管理单元的示意图；

附图5为与附图3和4所示实施例相一致的一微调平移单元的结构框图；

附图6示出了与附图5所示实施例相一致的微调平移单元在ZAPPING模式下的波形；

附图7示出了与附图3所示实施例相一致的微调平移单元在READ模式下的波形；

附图8示出了与附图3所示实施例相一致的微调平移单元在QUSAI-ZAPPING模式下的波形；和

附图9为使用如附图1和2所示电源系统的便携式计算机的结构框图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于管理可充电电池的充电、放电和保护功能的电源管理系统。由于附图中所示实施例仅为解释性目的，一些惯常结合于电源管理系统的子组件和/或外围组件在此被省略。为清楚起见在描述较佳的实施例时使用了一些特别的术语。但是，本专利说明书所揭示的内容并不仅限于所选择的术语和特定的实施例。可以理解，每一特定元件包括所有在技术上具有相似工作方式的等价物。

附图1给出了典型电路100的示意性框图。该电路100主要包括一电源系统120。电路100包括输入端口102、104和106及一输出端口110。输入端口102用于连接至一外部电源，例如适配器(插座)。该输出端口110用于连接至一系统负载(附图1中未示出)。该适配器为系统负载和电源系统120提供电源。输入端口104为电路100的负极端并通常接地。通过输入端口106控制信号可施加于所述电源系统120用于控制电源系统120的充电过程。

二极管108耦合于输入端口102和电源系统120之间。该二极管108允许电流从适配器流向电源系统120并且阻止从电源120至适配器的反向电流流向。开关电路145耦合至二极管108。该开关电路145包括放电开关140和充电开关150。所述开关电路145的放电开关140可以被构造成并联连接的晶体管142和二极管144。该二极管144可以为晶体管142的寄生二极管(体内二极管)。类似地，充电开关150可以被构造成并联连接的晶体管152和二极管154。该二极管154可以为晶体管152的寄生二极管(体内二极管)。

电感124、电阻126、电池112和114串联于开关电路145和接地之间。电池112和114为可充电电池。本发明中，一个或更多的可充电电池能够通过相互间连接关系的调整耦合于电源系统120。当所述适配器耦合至输入端口102，该适配器提供电力以通过输出端口110驱动系统负载。如果电池112和114为非满容量状态时，该适配器同样能够通过开关电路145、电感124和电阻126为电池112和114充电。此时，电源系统120将工作于充电模式。如果没有连接电池，该适配器仅为系统负载提供电力。如果没有适配器耦合至电路100，电池112和114在需要时为系统负载提供电力。此时，电源系统将工作于放电模式。

该电源系统120包括用于管理电池112和114的充、放电及保护功能的电源管理单元130。该电源管理单元130可一体形成于集成电路芯片(IC)中。电源管理单元130的DO端连接于晶体管142的栅极引出线(控制极端子)用于控制放电开关140的状态。如果DO端被设置成ON状态(逻辑0)，晶体管142被接通以接通放电开关140。如果DO端被设置成OFF状态(逻辑1)，晶体管142被关闭以关闭放电开关140。类似地，电源管理单元的HDR端连接于晶体管152的栅极引出线(控制极端子)用于控制充电开关150的状态。如果HDR端被设置成ON状态(逻辑0)，晶体管152被接通以接通充电开关150。如果HDR端被设置成OFF状态(逻辑1)，晶体管152被关闭以关闭充电开关150。该HDR端能够被设置成脉宽调制(PWM)信号用以周期性地接通和关闭充电开关150。

如果所述适配器耦合至电路100，该适配器经放电开关140的二极管144同样为电源管理单元130供电。如果没有适配器，所述电池112和114将经充电开关150的二极管150为VCC端供电。

如果所述适配器耦合至电路100，电源管理单元的HDR端被设置成PWM信号以周期性地接通和关闭充电开关150。此时，电源系统120工作于充电模式。充电电流从适配器经二极管144、晶体管152、电感124和电阻126为电池112和114充电。所述电源管理单元130监测电池112和114的电压。当电池112和114满充电时，电源管理单元130设置HDR端为OFF状态以关闭充电开关150。由此，开关电路145关闭，此时充电模式停止并且没有电流从适配器流向电池112和114。

晶体管166耦合于电源管理单元130的THM端与接地之间。晶体管166的栅极引出线(控制极端子)耦合至输入端口106，由此，输入端口106的信号控制晶体管166的状态。如果输入端口106的信号为逻辑1，晶体管被接通。因此，如果电源系统120工作于充电模式，THM端被拉至接地电压。电源管理单元130随之设置HDR端为OFF状态以关闭充电开关150从而终止充电过程。

如果没有适配器，电源管理单元130的DO端被设置成ON状态以接通放电开关140。随后电源系统120将工作于放电模式。电池112和114经二极管154和晶体管142为系统负载供电。电源管理单元130监测电池112和114的电压。如果电池112和/或114的电压低于预设的低阈值，电源管理单元130能够设置DO端为OFF状态以关闭放电开关140。从而，开关电路145被关闭并且放电模式停止。

电源管理130的BAT端耦合至电池112的阳极端并且BAT2端耦合至电池114的阳极端。当电源系统120工作时，BAT和BAT2持续监测电池112和114的电压。充电过程中，如果电池112和/或114的电压高于预设的高限值，电源管理130设置HDR端为OFF状态以关闭充电开关150。充电过程通过关闭开关电路145而终止。这种操作保护电池112和114以避免充电过程中的过电压。在放电过程中，如果电池112和/或114的电压低于所预设的低限值(低阈值)，电源管理单元130设置DO端为OFF状态以关闭放电开关140。放电过程通过关闭开关电路145而终止。这种操作保护电池112和114以避免放电过程中的过放电。

电阻126耦合于电源管理单元130的SNS和BAT端之间。电源管理单元130通过SNS和BAT端监测流经126的电流。当电流增加时，电阻126(两端)的电压相应增加。在充电过程中当所述电压高于一预设值时，HDR端被设为OFF状态以关闭充电开关150。从而充电模式终止。类似地，在放电过程中当所述电压高于所述预设值时，DO端被设为OFF状态以关闭放电开关140。从而放电模式终止。这种电流检测功能保护电池112和114以及整个电路100以避免由于过电流而导致的任何损害。

电源系统120中，一个用于感应电池112和114表面温度的温度感应电路121耦合于电源管理单元130的THM端。该温度感应电路121主要包括一热敏电阻122。当所述电源系统120工作于充电模式，所述电源管理单元130经THM端为热敏电阻122提供电流。随着电池112和114的温度变化，热敏电阻的阻值也随之变化。热敏电阻122(两端)的电压相应地随着热敏电阻122的阻值变化而变化。热敏电阻122的电压通过电源管理单元130在THM端被感应。如果该电压超出了一预设的电压范围，电源管理单元130的HDR端被设为OFF状态以中止充电模式。这种保护操作能够避免可能为电池112和114的性能及使用寿命带来影响的任何过高/低的温度环境。根据预设的高/低温度阈值调整电压范围并且嵌入的电池能够在所述预设的高/低温度阈值内有效地工作。

电源系统120中，一LED显示灯162与晶体管164串联位于二极管108和接地之间。所述电源管理单元130控制晶体管164的状态。当电源系统120正常工作时，晶体管164通过来自于THM端的一信号被设置为ON状态。此时，LED显示灯被接通并持续发光。如果异常状况发生，例如电池过热、流经电阻126的电流过大或者电池过电压，在THM端的信号被设置为周期脉冲信号以周期性改变晶体管164的状态。因此LED显示灯162相应于周期脉冲信号处于闪烁状态。这意味着(如果)LED显示灯162持续发光将提示使用者该电源系统120工作正常。(如果)LED显示灯162闪烁将提示使用者该电源系统120的工作模式响应异常状况而被终止。

本发明中，充电电流在电源管理单元130控制下为可调的。二极管128可耦合于电感124与接地之间。当电源系统120工作于充电模式，电源管理单元130设置HDR端为PWM信号以周期性改变充电开关150的状态。不连续的电流从充电开关150流入电感124。如果充电开关为ON，充电电流从适配器流入电感124。适配器的部分电能被转移至电池112和114，同时其它部分电能存储至电感124中。电感124转移所存储的电能至电池112和114。由此，电感124产生一持续电流为电池112和114充电。通过调整位于HDR端的PWM信号中的处于ON的时间间隔，充电电流能够被调整至所期望的值。PWM信号中的处于ON的周期越长，充电电流越大。

附图2示出了根据本发明另一实施例的示范性电路。附图2中，与附图1相同的组件被表示为相同的附图标记并且此处被省略的部分相同电路能够在附图1中找到。附图2中的电源系统200与附图1中的电源系统120的主要差别在于开关电路245和开关电路145。此处没有被提及的其它组件的布置与其在附图1中相同，例如电源管理单元130、电池112和114等等。

附图2中，二极管202和204顺序地耦合于输入端口102和电池112和114之间。如果一外接电源例如一适配器耦合至输入端口102，所述适配器经二极管202为电源管理单元130的VCC端供电。如果没有适配器，电池112和114经二极管204为电源管理单元130的VCC端供电。开关电路245包括充电开关150和放电开关140。所述充电开关150、放电开关140和电感124串行连接于输入端口102和电池112的阳极之间。当HDR端被设为ON状态以接通充电开关150，充电电流流经晶体管152、二极管144和电感124为电池112和114充电。当HDR端被设为OFF状态，充电开关150被关闭以阻止充电电流流经该充电开关150。当DO端被设为ON状态以接通放电开关140，放电电流从电池112和114经电感124、晶体管142和二极管154至系统负载。当DO端被设为OFF状态，放电开关140被关闭以阻止放电电流流经放电开关至系统负载。

众所周知，如果二极管/晶体管具有反向偏置电压则存在漏电流。电源系统120中，当放电模式由于关闭放电开关140而终止，一漏电流流经放电开关140并且另一漏电流流经二极管128。从电池112和114流出的总的漏电流为流经放电开关140和二极管128的电流总和。电源系统200中，当放电模式由于关闭放电开关140而被终止，从电池112和114流出的漏电流经放电开关140和二极管228至电源系统200的负极端。由此，附图2所示电源系统200的漏电流远小于附图1所示电源系统120的漏电流。因此，漏电流的减少进一步提高了电路100的性能并且能够更有效地防止电池112和114的过充电。

附图3为附图1中根据本发明一实施例的电源管理单元130的示意图。电源管理单元130A用于控制电源系统120的充、放电及保护功能。该电源管理单元130A包括供电单元310、保护控制器302和充电控制器306。该供电单元310为保护控制器302和充电控制器306提供一信号用以指示适配器是否存在。如果存在适配器，充电控制器306设置HDR端为PWM信号以启用充电功能。同样，保护控制器302设置DO端为OFF状态以禁用放电功能。如果不存在适配器，保护控制器302设置DO端为ON状态以启用放电功能并且充电控制器306设置HDR端为OFF状态以禁用充电功能。AD端和VCC端为供电单元310提供电压。随后供电单元310产生电压并为电源管理单元130A的LV端提供该电压。

电源管理单元130A还包含调整器(Regulator)380和驱动器(Driver)382和384。调整器380和驱动器382和384从VCC端获得供电电压。调整器380将从VCC端获得的电压转换为低电压并将该低电压提供至驱动器382和384以及CL端。驱动器382受控于保护控制器302的控制信号。驱动器384受控于充电控制器306的控制信号。通过设置驱动器382在VCC/CL端的电压值，DO端能够被设置为ON/OFF状态。类似地，通过设置驱动器384在VCC/CL端的电压值，HDR端能够被设置为ON/OFF状态。

由于电池112连接于BAT和BAT2端之间，电压检测器330耦合于BAT和BAT2之间以检测电池112的电压。电压检测器330发送指示电池112电压的信号至保护控制器302。电压检测器340耦合于BAT2端与接地之间用以检测电池114的电压。该电压检测器340发送指示电池114电压的信号至保护控制器302。

所述电压检测器330包括参考电压源332和334以及比较器336和338。该参考电压源332和334用于产生一允许的最高电压和一允许的最低电压以调整(regulate)一预设定的电压范围。所述比较器336和338用于比较电池112的电压与所述预设定的电压范围。如果电池电压处于所述预设定的电压范围内，电池电压检测器330发送一信号(逻辑0)至保护控制器302。如果电池电压超出了所述预设定的电压范围，例如高于所允许的最高电压或低于所允许的最低电压，另一信号(逻辑1)将施加于保护控制器302用以指示电池112的异常电压。放电过程中，如果保护控制器302接收到指示异常电压的信号，该保护控制器302发送控制信号至驱动器382用以设置DO端为OFF状态。由此，放电过程将被终止。充电过程中，如果保护控制器302接收到指示异常电压的信号，该保护控制器302发送信号至充电控制器306。随后该充电控制器306对驱动器384施加控制信号以设定HDR端为OFF状态从而终止充电过程。

电池114的电压被电压检测器340以相同的方式同时检测。电压检测器340与电压检测器330具有相似的拓扑结构(topology)，包括参考电压342和344用以调整一预设定的电压范围。该电压检测器340同样包括比较器346和348用以比较电池电压和所述预设定的电压范围。如果电池114的电压超出了该预设定的电压范围，电源系统120的工作模式将被终止。电池112与114的预设定的电压范围可不相同，这是由于预设定的电压范围能够基于电池112和114的不同性能而独立设定。因而，我们能够保护电池112和114以避免过高/低电压。

延迟单元304可耦合于保护控制器302与电压检测器330和340之间。通过延迟单元304，电压检测器330和340的信号经过一定时间的延迟方发送至保护控制器302。假如(出现)一些不影响电池性能(performance)的短时异常电压，延迟单元304延迟由保护控制器302激活的保护操作。延迟时间应当设置为恰当的值。如果异常电压的状况所持续的时间超过延迟时间，例如终止电源系统120工作模式的保护操作将被激活。

当电源系统120工作时，流经电池的电流同样被监测以防止损坏电池112和114或者电源系统120的过大电流(的出现)。电源管理单元130A在SNS和BAT端监测电阻126两端的电压。所述电流能够从所述电压和电阻126的阻值中获得。电流检测器320用于检测电阻126的电压是否过大。

所述电流检测器320包括参考电压源Vref、放大器322和324以及比较器326和328。当电源系统120工作于放电模式，如果电阻126两端电压大于参考电压Vref，比较器328发送一信号(逻辑1)至保护控制器302。随后该保护控制器302将发送一控制信号至驱动器382以设置DO端为OFF状态。从而放电模式被终止。

当电源系统120工作于充电模式，电阻126两端的电压同样被传送至耦合于充电控制器306的电流检测器350。该电流检测器350包括参考电压源352、放大器354以及比较器356和358。如果电阻126的电压高于参考电压352，电流检测器350输出一控制信号至充电控制器306。充电控制器随即设置HDR端为OFF状态以终止充电模式。上述操作中，如果流经电池的电流高于预设定的值，工作模式即刻被终止以避免电源系统120由于过电流而导致的损害。

如果电池在电池温度过高/低时进行充电，那么可充电电池的效率和使用寿命可能会受到影响。所以保护可充电电池112和114以避免在过高/低的温度下进行充电过程是至关重要的。管理单元130A提供了一种保护电池112和114免于过高/低温的功能。温度检测器360耦合于充电控制器306与电源管理单元130A的THM端之间。热敏电阻122(附图1中所示)的电压指示了电池112和114的表面温度。该电压通过THM端被传送至温度检测器360。随后，温度检测器360施加一信号于充电控制器306以控制充电过程。

所述温度检测器360包括电流源362、参考电压源Vref、电阻364、366和368、比较器370和372以及OR门电路374。电流源362耦合于THM端与电阻364之间。充电控制器306控制电流源362的状态。当电源系统120工作于充电模式，通过充电控制器306发送的一信号电流源362被接通。所述电流源362经THM端为热敏电阻122提供电流。热敏电阻122的电压经THM端传至比较器370和372。电阻364、366和368串行连接用于获得分段参考电压(divided reference voltage)以调整允许电压范围。如果热敏电阻122的电压超出该允许电压范围，比较器370和372中的一个施加逻辑1的信号于OR门电路374。由此，OR门电路374发送逻辑1的信号至充电控制器306。随后，该充电控制器将发送一控制信号至驱动器384以设置HDR端为OFF状态。由此，充电模式将停止。对于本领域技术人员来说可以理解的是，在充电过程中，如果电池温度过高/低，充电过程将被终止以保护电池免于损害。当电池温度回复至允许值时，通过设定HDR端为PWM信号充电过程能够被再次激活。

附图4描述了电源管理单元130的另一实施例。在本图中，为清楚起见，与附图3中相同的组件被表示为相同的附图标记。本实施例中，可充电电池112被设计为位于BAT端与接地之间而连接于电源系统120。所有的功能，例如电压检测、电流检测以及电池温度感应，都与其在附图3中具有相同方式的应用。因此，为清楚起见在此将简化相似的描述。

电池电压检测器330耦合于BAT端与保护控制器302之间。该电压检测器330监测电池112(附图1中所示)的电压。如果电池电压超出预设定范围，保护控制器302设定DO端为OFF状态以停止电源系统120的工作模式。电流检测器350检测电池112的电流并且保护电源系统120免于过大电流。温度检测器360防止电源系统120在过高/低的温度条件下为电池112充电。

本发明中，需要多个参考电压。电源管理单元130包括微调平移单元500(trim translation unit)(附图3、4中未示出)和微调单元(附图中未示出)用以产生多个参考电压。该微调平移单元500接收适配器的电压并产生标准微调信号至微调单元。该微调单元随之基于从微调平移单元来的微调信号产生多个参考电压。该微调单元同时提供信号用以调整延迟单元304的延迟时间以及内部振荡器频率。

附图5描述了该微调平移单元500的框图。该微调平移单元500包括一耦合至THM端用以接收CLK信号的输入端口502、耦合至AD端用以接收DATA信号的输入端口504、用于接收控制信号的输入端口506以及用于接收PDB信号的输入端口508。该微调平移单元500包括一通常为RS触发器510的锁存电路、多个D触发器512、514、516、518和520以及选择器(selector)522。该微调平移单元500包括用于输出PW1信号的端口582、用于输出RESETN信号的端口584、用于输出CLK2信号的端口586以及用于输出CLK1信号的端口588。

输入的CLK和DATA信号提供至NAND门电路530。一NAND门电路532接收来自输入端口506的信号和所述NAND门电路530的输出信号以产生RSTN信号。所述RSTN信号提供至D触发器512、514、516、518和520。如果在输入端口506的信号被设置为逻辑1，该微调平移单元500由RSTN信号激活并工作。如果该输入端口506的信号被设置为逻辑0，该微调平移单元500停止工作。

当微调平移单元500开始工作，所述信号DATA和CLK在CLK信号的第一个任务周期用于决定操作模式。该输入信号CLK和DATA分别经反相器反相后供给RS触发器510。该RS触发器510输出一信号DATA1。如果在第一工作循环期间(during the first duty cycle)信号CLK为逻辑1并且信号DATA为逻辑1，则该信号DATA1被设置为逻辑0。该信号DATA1施加于D触发器516以生成逻辑0的信号MODE。逻辑0的信号MODE施加于AND门电路542以生成逻辑0的信号READ。由于信号CLK为逻辑1，该D触发器518生成逻辑1的信号ZAP。由此，第一任务周期结束后微调平移单元500将工作于ZAPPING模式下。

当微调平移单元500工作于ZAPPING模式，信号MODE和信号READ被设置为逻辑0。AND门电路544接收信号MODE以生成逻辑0的信号至OR门电路546。该OR门电路546还有一输入信号CLK。由此，OR门电路生成与信号CLK具有相同波形的信号。由于信号ZAP为逻辑1，OR门电路548在输入信号ZAP和READ下生成逻辑1的信号。AND门电路550接收来自OR门电路546和548的信号并在端口588生成信号CLK1。由此，信号CLK1具有与信号CLK相同的波形。AND门电路540具有两个输入信号，一为DATA1，另一个为D触发器516的输出信号。由于信号MODE为逻辑0，当信号DATA具有负脉冲时，AND门电路540的输出信号PW1为具有正脉冲的脉(冲)波。在信号CLK的第一任务周期的下降沿，D触发器512设置输出信号RESET为逻辑1。

第一任务周期期间，如果输入信号DATA具有负脉冲，RS触发器510的输出信号DATA1具有正脉冲。由此，D触发器516设置信号MODE为逻辑1。AND门电路542设置信号READ为逻辑1。微调平移单元500将工作于READ模式。

当该微调平移单元500  作于READ模式，D触发器516的输出信号MODE和信号READ均被设置为逻辑1。AND门电路540的输出信号PW1被设为逻辑0。由于在READ模式中位于端口508的输入信号PDB被设置为逻辑1，AND门电路544接收信号MODE和PDB以生成具有与信号MODE相同波形的一信号。信号MODE在输入信号DATA的下降沿被设为逻辑1。随后，OR门电路546设置其输出信号为具有与信号MODE相同的波形并输入至AND门电路550。OR门电路548发送逻辑1的信号至AND门电路550。由此，AND门电路550在第一任务周期中在输入信号DATA的下降沿设置信号CLK1为逻辑1。选择器522耦合于D触发器520以在端口582输出信号CLK2。选择器522具有一控制信号PDB和两个输入信号-CLK及D触发器520的输出信号。由于信号PDB在READ模式中被设为逻辑1，选择器522在IN0端选择输入信号CLK为输出信号。由此，第一任务周期后，信号CLK2具有与信号CLK相同的波形。

当READ模式结束时，微调平移单元500自动启动QUASI-ZAPPING模式。D触发器516的输出信号MODE被设为逻辑0。OR门电路546的输出信号被设置成具有与信号CLK相同的波形。由此，在QUASI-ZAPPING模式中，输出信号CLK1具有与信号CLK相同的波形。PDB信号被设为逻辑0以驱动选择器522在IN1端选择一输入信号作为输出信号CLK2。由此，如果在一个任务周期信号CLK为逻辑1时信号DATA具有负脉冲，那么信号CLK2将在下一个任务周期中被设为逻辑1。

附图6描述了当微调平移单元500工作于ZAPPING模式时的波形。波形610、620、630、640、650、和660分别指示了信号CLK、DATA、PROG、RESETN、CLK1以及PW1。信号CLK610的第一任务周期、0周期的波形用于决定模式。由于信号CLK610和DATA620在0周期为逻辑1，微调平移单元500工作于ZAPPING模式。0周期后，信号PROG630被设为逻辑1。信号RESETN640在CLK信号610的0周期的下降沿被设为逻辑1。信号CLK1650从周期2开始具有与信号CLK610相同的波形。如果信号DATA620有负脉冲，则信号PW1660具有正脉冲。

附图7描述了当微调平移单元500工作于READ模式时的波形700。波形710、720、730、740、750、760和770分别指示了信号CLK、DATA、PROG、RESETN、CLK1以及PW1。信号CLK710的第一任务周期、0周期的波形用于决定模式。0周期时，信号CLK710为逻辑1并且信号DATA720具有负脉冲，微调平移单元500工作于READ模式。信号PROG730被设置为逻辑1。在信号CLK710的0周期的下降沿信号RESETN740被设置为逻辑1。在0周期中的信号DATA720的负脉冲的下降沿信号CLK1750被设置为逻辑1。信号CLK2760具有与信号710相同的波形。信号PW1660被设置为逻辑0。

附图8描述了当微调平移单元500工作于READ模式并随后工作于QUASI-ZAPPING模式的波形800。波形810、820、830、840、850、860、870、880分别指示了信号CLK、DATA、PROG、PDB、RESETN、CLK1、CLK2及PW1。当READ模式在信号CLK810的N周期停止时，微调平移单元500自动进入QUASI-ZAPPING模式。QUASI-ZAPPING模式中，信号PDB840被设置为0。在N周期后，信号CLK1860具有与信号CLK810相同的波形。如果信号DATA具有负脉冲，信号CLK2870在一个任务周期内被设置为逻辑1。信号PW1880被设置为逻辑0。

附图9描述了使用如附图1所示电源系统120的便携式计算机900。该便携式计算机900包括输入端口902、电源系统920、可充电电池912、输入装置930和微控制器940。该输入端口902用于连接至外部电源例如一适配器。该电源系统920为根据本发明电源系统的一典型实施例。该电源系统920连接至电池912用以管理该电池912的充、放电以及保护功能。该输入装置930接受用户的输入并且将该输入提供至微控制器940。该微控制器940基于用户的输入执行操作。

如果适配器耦合至电源系统920，电源系统920工作于充电模式。适配器为便携式计算机900供电。该适配器同时在电源系统920的控制下为电池912充电。如果没有适配器，该电源系统920工作于放电模式。电池912为输入装置930和微控制器940供电。在包含充电模式和放电模式的操作模式中，电源系统920监测温度、电压和电池912的电流。如果异常状况发，例如温度过高/低、电压过高/低或电流过高，电源系统920将停止该操作模式以保护便携式计算机900。

操作时，适配器耦合至电源系统120。电源管理单元130设置HDR端为脉宽调制(PWM)信号。电路100工作于充电模式。充电过程中，电源管理单元130通过温度检测器360、电流检测器320和350以及电压检测器330和340分别监测电池温度、电池电流以及电池电压。

当电源系统120工作于充电模式，电源管理单元130监测电池温度以保护电源系统120免于在过高/低的温度下为电池112和114充电。热敏电阻122的电压指示该电池的温度。电源管理单元130感应该电压。温度检测器360比较该电压与所预选定的电压范围。如果热敏电阻122的电压位于该预选定的电压范围，温度检测器360施加逻辑0的信号于充电控制器306。如果热敏电阻122的电压超出该预选定的电压范围，温度检测器360施加逻辑1的信号于充电控制器306。随后，充电控制器306设置HDR端为OFF状态以关闭充电开关150。因此，充电模式被终止以保护该电源系统120。

如果电源系统120工作于正常状况下，适配器持续为电池112和114充电。电压检测器330和340监测电池112和114的电压。如果电池112和/或114已被充电至预定值，电压检测器330施加一信号至保护控制器302。该保护控制器302发送一信号至充电控制器306以设定HDR端为OFF状态。随后，充电开关150被关闭以终止充电过程。充电过程中，电源管理单元130同时监测电池电流。如果电流超出了预定值，充电控制器306将设置HDR端为OFF状态以终止充电过程。

如果没有适配器，电路100工作于放电模式下。DO端被设置为ON状态并且HDR端被设置为OFF状态。电池112和114经开关电路145为系统负载供电。放电过程中，电源管理单元130通过电流检测器320和350、电压检测器330和340分别监测电池电流和电池电压。如果异常状况发生，例如电流高于预定值，电流检测器320施加逻辑1的信号于保护控制器302。该保护控制器302随之设定DO端为OFF状态以关闭开关电路145。由此，放电过程被终止。

本文所描述的实施例仅为示例性的阐述本发明的部分实施方式，而并非对本发明的限定。对于被领域技术人员来说，在本质上不脱离随附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，其它多种实施方式是显而易见的。并且，尽管本发明中的元件可被描述或限定为单个，多个是预期的，除非该单数被明确描述。

Claims (19)

1.一种耦合于至少一块电池的电源系统，其特征在于，包括：

开关电路，耦合于所述至少一块电池；

感应电路，用于感应所述至少一块电池的温度并且基于所述温度生成信号；和

电源管理单元，能够监测所述至少一块电池的电压和电流、接收来自所述感应电路的信号以及当所述电源管理单元感应到异常状况时关闭所述开关电路。

2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述电源管理单元进一步包括：

温度检测器，用于接收来自所述感应电路的信号并且基于来自所述感应电路的信号生成一信号；

保护控制器，能够监测所述至少一块电池的电压和电流并且生成在所述电源管理单元感应到异常状况时能够关闭所述开关电路的信号；和

充电控制器，能够监测所述至少一块电池的电压和电流并且接收来所述温度检测器的信号，以及生成在所述电源管理单元感应到异常状况时能够关闭所述开关电路的信号。

3.根据权利要求2所述的电源系统，其特征在于，所述开关电路进一步包括：

第一开关，耦合于至少一块电池；和

第二开关，耦合于所述第一开关，

其中所述第一开关能够由来自所述充电控制器的信号关闭和所述第二开关能够由来自所述保护控制器的信号关闭。

4.根据权利要求2所述的电源系统，其特征在于，所述开关电路进一步包括：

第一开关，耦合于所述至少一块电池；和

第二开关，耦合于所述第一开关，

其中所述第一开关能够由来自所述保护控制器的信号关闭和所述第二开关能够由来自所述充电控制器的信号关闭。

5.根据权利要求2所述的电源系统，其特征在于，所述电源管理单元进一步包括用于耦合至外部电源的供电单元，所述供电单元生成一指示存在或不存在外部电源的信号至所述保护控制器和充电控制器。

6.根据权利要求2所述的电源系统，其特征在于，所述电源管理单元进一步包括参考电压生成器。

7.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，所述参考电源生成器进一步包括：

微调平移单元，接收来自所述外部电源的电压并且生成多个信号；和

微调单元，调整所述多个信号并且输出多个电压。

8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述微调平移单元进一步包括：

第一触发器，接收外部电源电压并输出信号；

第二触发器，接收来自所述第一触发器的信号并生成所述多个信号中的一个信号；

第三触发器，接收来自所述第一触发器的信号并输出信号；

选择器，接收来自所述第三触发器的信号并生成所述多个信号中的一个信号；

第四触发器，接收控制信号并生成所述多个信号中的一个信号；

第五触发器，接收来自所述第四触发器的信号并输出信号；和

第六触发器，接收来自所述第五触发器的信号并生成所述多个信号中的一个信号。

9.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述异常状况进一步包括超出预定电压范围的电压、大于预定值的电流以及超出预定温度范围的温度。

10.一种保护工作于一操作模式的电池的方法，所述电池具有温度、电压和电流，其特征在于，包括步骤：

(a)生成多个参考电压；

(b)生成基于所述电池温度的一第一信号；

(c)生成基于所述电池电压的一第二信号；

(d)生成基于所述电池电流的一第三信号；

(e)生成基于所述第一、第二和第三信号的一控制信号；

(f)根据所述控制信号中止所述操作模式。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(b)进一步包括：

监测所述电池温度；

生成指示所述电池温度的电压；

比较所述电压与所述多个参考电压的电压；和

基于比较结果生成所述第一信号。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(c)进一步包括：

监测所述电池电压；

比较所述电池电压与由多个参考电压校准的电压范围；和

基于比较结果生成所述第二信号。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(d)进一步包括：

监测流经所述电池的电流；

生成指示所述电池电流的电压；

比较所述电压与多个参考电压的电压；和

基于比较结果生成所述第三信号。

14.一种便携式计算机，其特征在于，包括：

输入装置，接受用户的输入；

微控制器，基于用户的输入执行操作；

至少一块电池，为所述便携式计算机供电；和

电源系统，管理所述至少一块电池，所述电源系统包括：

开关电路，耦合于所述至少一块电池；

感应电路，感应所述至少一块电池的温度并基于温度生成一信号；和

电源管理单元，能够监测所述至少一块电池的电压和电流、接收来自所述感应电路的信号并且当所述电源管理单元感应到异常状况时关闭所述开关电路。

15.根据权利要求14所述的便携式计算机，其特征在于，所述电源管理单元进一步包括：

温度检测器，接收来自所述感应电路的信号并生成反映所述至少一块电池的温度的信号；

保护控制器，能够监测所述至少一块电池的电压和电流并且当所述电源管理单元感应到异常状况时生成一信号能够关闭所述开关电路；

充电控制器，能够监测所述至少一块电池的电压和电流并且接收来自所述温度检测器的信号，并且当所述电源管理单元感应到异常状况时生成一信号能够关闭所述开关电路。

16.根据权利要求15所述的便携式计算机，其特征在于，所述开关电路进一步包括：

一第一开关；和

一第二开关，耦合至所述第一开关，

其中所述第一开关能够由来自所述保护控制器的信号关闭并且所述第二开关能够由来自所述充电控制器的信号关闭。

17.根据权利要求15所述的便携式计算机，其特征在于，所述电源管理单元进一步包括参考电压生成器。

18.根据权利要求17所述的便携式计算机，其特征在于，所述参考电压生成器进一步包括：

微调平移单元，接收外部电源电压并生成多个信号；和

微调单元，调整所述多个信号并输出多个电压。

19.根据权利要求18所述的便携式计算机，其特征在于，所述微调平移单元进一步包括：

第一触发器，接收所述外部电源电压并生成一信号；

第二触发器，接收来自所述第一触发器的信号并生成所述多个信号中的一个信号；

第三触发器，接收来自所述第一触发器的信号并生成一信号；

选择器，接收来自所述第三触发器的信号并生成所述多个信号中的一个信号；

第四触发器，接收一控制信号并生成所述多个信号中的一个信号；

第五触发器，接收来自所述第四触发器的信号并生成一信号；和第六触发器，接收来自所述第五触发器的信号并生成所述多个信号中的一个信号。

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