CN102801311A - 电源路径管理电路与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种电源路径管理电路以及相关方法，用以管理一电源对一系统供电与对一电池充电：检测该电源所汲取的供应电流；控制该供应电流，使其不大于一供应电流限定值；检测对该电池充电的充电电流；控制该供应电流，使其不大于一充电电流限定值；以及，当该供应电流约略大于该供应电流限定值时，降低该充电电流限定值。

Description

电源路径管理电路与方法
技术领域
本发明是有关于一种电源路径管理方法与相关的电路。
背景技术
可携式电子产品(譬如说手机)多半具有电池，作为其电能的储存与供应。为了对电池充电，在贩卖每个可携式电子产品时，多会一起贩卖一相对应的充电器。
为了让不同款式的手机，可以共享一种充电器，以避免旧充电器随着手机款式的创新而成为电子垃圾，因此，目前市场上的趋势是让手机通过计算机公共规格的万用串行总线(universal system bus，USB)传输端口(port)来充电。这样，使用者只要有USB供电器或是USB主机(host)，以及USB传输线，就可以对自己的手机充电，不再受限于单一款式的充电器。相信在不久的将来，不只是手机，其它的可携式电子产品的电池也多会通过USB接孔来充电。
图1显示了一个电源路径管理控制器100，可以决定从USB接孔抽取多少的电流，同时可以管理通往系统以及通往电池的电流路径中的电流量。一种已知的管理方法是检测系统电压，且当系统电压偏低时，就减少对电池的充电电流。
发明内容
本发明实施例提供一种电源路径管理电路，用以管理一电源对一系统供电与对一电池充电。该电源路径管理电路包括一第一管理器、一第二管理器、以及一调整器。该第一管理器耦接至该电源，可控制从该电源所汲取的供应电流。该第一管理器包含有一第一限流控制回馈电路，检测该供应电流，使该供应电流大致不大于一供应电流限定值。该第二管理器耦接至该电池，可控制对该电池充电的充电电流。该第二管理器包含有一第二限流控制回馈电路，用以使该充电电流大致不大于一充电电流限定值。该调整器耦接至该第一限流控制回馈电路，依据该供应电流，调整该充电电流限定值。
本发明实施例还提供一种电源路径管理方法，用以管理一电源对一系统供电与对一电池充电：检测该电源所汲取的供应电流；控制该供应电流，使其不大于一供应电流限定值；检测对该电池充电的充电电流；控制该供应电流，使其不大于一充电电流限定值；以及，当该供应电流约略大于该供应电流限定值时，降低该充电电流限定值。
附图说明
图1显示了一个电源路径管理控制器。
图2为一依据本发明实施的电源路径管理电路。
图3显示图2中的管理器110。
图4显示图2中的管理器120。
图5示例参考电压产生器130。
[主要元件标号说明]
100、108                             电源路径管理控制器
110、120                             管理器
112、116、118、122、126、128、138    PMOS
114                                  电阻
119、129                             电压调控器
130                                  参考电压产生器
CC1、CC2                             限流控制回馈
CV1、CV2                             定电压控制回馈
GM1、GM2、GM3、GM4                   转导器
ICHG                                 充电电流
ISYS                                 系统电流
IUSB                                 USB电流
IUSB-LIMIT、ICHG-LIMIT               电流限定值
VMOD                                 调整信号
VSYS、VUSB、VBAT                     电源线
具体实施方式
图2为一依据本发明实施的电源路径管理控制器(power pathmanagement circuit)108，可以取代图1中的电源路径管理电路100。
在图2中，管理器110接收USB传输端口中的电源线VUSB与接地线(没有显示)，负责管理USB传输端口到系统端的供电。管理器120决定从系统电源对对电池系统端的充电。
管理器110中PMOS 112控制电源线VUSB到电源线VSYS之间的连接。定电压控制回馈CV1检测电源线VSYS的电压，控制PMOS 112的栅极，目标是使电源线VSYS的电压大约不超过VREF-SYS-V。限流控制回馈CC1检测从电源线VUSB所抽的USB电流IUSB，并控制PMOS 112的栅极，目标是使USB电流不超过VREF-USB-C所对应的电流限定值IUSB-LIMIT。简单来说，当系统电流ISYS很小时，定电压控制回馈CV1会使电源线VSYS的电压大约维持在VREF-SYS-V；当系统电流ISYS超过电流限定值IUSB-LIMIT时，电源线VSYS的电压会比VREF-SYS-V低，且限流控制回馈CC1使USB电流IUSB维持在大约电流限定值IUSB-LIMIT。
类似管理器110，管理器120中PMOS 122控制电源线VSYS到电源线VBAT之间的连接。定电压控制回馈CV2的目标是使电池电源线VBAT的电压不超过VREF-BAT-V。限流控制回馈CC2的目标是使对电池的充电电流ICHG不超过VREF-BAT-C所对应的另一电流限定值ICHG-LIMIT。换言之，当电池还没有充饱，电池电源线VBAT的电压会低于VREF-SYS-V，限流控制回馈CC2将使充电电流ICHG大约等于ICHG-LIMIT，来对电池充电；当电池充饱时，电池电压大约会等于VREF-BAT-V，而充电电流ICHG会低于电流限定值ICHG-LIMIT。
参考电压产生器130受控于定电流控制回馈CC1，依据USB电流IUSB，用以控制调整VREF-BAT-C。只要限流控制回馈CC1发现USB电流IUSB超过电流限定值IUSB-LIMIT时，VREF-BAT-C就会持续减小，相对的电流限定值ICHG-LIMIT就会减小，所以充电电流ICHG与USB电流IUSB就会一起减小，直到USB电流IUSB不超过电流限定值IUSB-LIMIT为止。
当系统负载很小或是没有，系统电流ISYS很小时。此时，定电压控制回馈CV1可以稳定电源线VSYS的电压于VREF-SYS-V。如果电池还没有充饱，也就是电池电源线VBAT的电压小于VREF-BAT-V时，则充电电流ICHG可以以最大值电流限定值ICHG-LIMIT对电池充电。
当系统负载很大时，系统电流ISYS跟充电电流ICHG的总和(也就是USB电流IUSB)可能达到了电流限定值IUSB-LIMIT。此时，如果系统电流ISYS继续增大的话，因为VREF-BAT-C被参考电压产生器130减小，所以充电电流ICHG会被迫下降，直到系统电流ISYS跟充电电流ICHG的总和等于电流限定值IUSB-LIMIT。
当系统负载更大时，需要的系统电流ISYS就可能大于电流限定值IUSB-LIMIT了。此时，USB电流IUSB会被限制在电流限定值IUSB-LIMIT。充电电流ICHG会因为定电压控制回馈CV2的作用，使得PMOS 122维持连接的状态。因此，充电电流ICHG反向，电池会对电源线VSYS供电，弥补USB电流IUSB对于需要的系统电流ISYS不足的部份。
图3显示图2中的管理器110。定电压控制回馈CV1以一转导器(transconductor)GM1所构成。定电压控制回馈CV1与PMOS 112一起可以视为一业界所熟知的LDO(linear dropout)，所以其操作与功能就不再累述。限流控制回馈CC1中，电压调控器119控制PMOS 116至电阻114之间的阻抗，使PMOS 116的一端的电压与电源线VSYS的电压大约相等。因此，PMOS 116大致映射了流经PMOS 112的电流(IUSB)，因此，电阻114上的电压大致就正比于USB电流IUSB。而转导器GM2跟PMOS 118可以一起视为一单方向的转导器，只能对PMOS 112的栅极充电。当转导器GM2发现电阻114的跨压高过电压VREF-USB-C时，PMOS 118对PMOS 112的栅极的充电电流，需要大于转导器(transconductor)GM1所产生的放电电流；也就是限流控制回馈CC1对于PMOS112的控制，优先于定电压控制回馈CV1。对于电子电路稍有概念者便可知，图3中的限流控制回馈CC1可以限制USB电流IUSB，使其不大于电压VREF-USB-C所对应的电流限定值IUSB-LIMIT。转导器GM2的输出标示为调整信号VMOD。只要USB电流IUSB高过电流限定值IUSB-LIMIT，调整信号VMOD的电压就会一直下降。USB电流IUSB低于电流限定值IUSB-LIMIT时，调整信号VMOD的电压大约会是电源线VUSB的电压。
图4显示图2中的管理器120。比较图4与图3可以发现，图4几乎跟图3一样，只是所接收/输出的信号不同而已。因此，图4的操作与功能就跟图3一样，不再累述。特别需要注意的，图3中用来限制电流的电压VREF-USB-C大约是一个常数；而图4中用来限制电流的电压VREF-BAT-C被参考电压产生器130所控制。管理器120不必然需要跟管理器110有一样的电路架构，可以视设计者喜好而有变化。譬如说，在另一实施例中，管理器120可以用跟管理器110完全不一样的电路架构。
图5示例参考电压产生器130。当调整信号VMOD的电压是电源线VUSB的电压时，PMOS 138关闭，所以电压VREF-BAT-C将会是预设的电压VDEF-BAT-C。当调整信号VMOD下降时，PMOS 138开始导通，电压VREF-BAT-C也随之下降，所以会导致电流限定值ICHG-LIMIT下降而降低充电电流ICHG。
以上实施例虽然以USB接孔所提供的USB电源为例，但是，本发明并不限于此，也可以适用于其它输入电源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种电源路径管理电路，用以管理一电源对一系统供电与对一电池充电，该电源路径管理电路包括：
一第一管理器，耦接至该电源，控制从该电源所汲取的供应电流，该第一管理器包含有一第一限流控制回馈电路，检测该供应电流，使该供应电流大致不大于一供应电流限定值；
一第二管理器，耦接至该电池，控制对该电池充电的充电电流，该第二管理器包含有一第二限流控制回馈电路，用以使该充电电流大致不大于一充电电流限定值；以及
一调整器，耦接至该第一限流控制回馈电路，依据该供应电流，调整该充电电流限定值。
2.根据权利要求1所述的电源路径管理电路，其中，
该第一管理器具有：
一输出端，耦接至该系统，以提供对该系统供电的一系统电流与对该电池充电的该充电电流；以及
一第一功率开关，受控于该第一限流控制回馈电路；
该第二管理器具有：
一充电端，耦接至该电池，用以提供该充电电流，该第二管理器调整该充电电流的大小与方向；以及
一第二功率开关，受控于该第二限流控制回馈电路；以及，
当该供应电流大于该供应电流限定值时，该调整器减小该充电电流限定值，进而使该供应电流大致不大于该供应电流限定值。
3.根据权利要求2所述的电源路径管理电路，其中该第一限流控制回馈电路包括：
一第一转导器，用以比较相对应于该供应电流的一供应电压信号与相对应于该供应电流限定值的一供应电压参考信号后，输出一调整信号至该调整器。
4.根据权利要求3所述的电源路径管理电路，其中该第一限流控制回馈电路依据该第一转导器的比较结果，输出一第一控制信号来控制该第一功率开关，进而调整该供应电流，使其不大于该供应电流限定值。
5.根据权利要求2所述的电源路径管理电路，其中该第一管理器还包括有一第一定电压控制回馈电路，用以控制该第一功率开关，使该第一管理器的该输出端的电压大约不大于一电压限定值。
6.根据权利要求5所述的电源路径管理电路，其中该第一定电压控制回馈电路包括有一转导器，用以比较该输出端的电压与该电压限定值后，输出一控制信号以控制该第一功率开关，进而调整该输出端的电压，使其大约不大于该电压限定值，其中该第一限流控制回馈电路对该第一功率开关的控制优先于该第一定电压控制回馈电路。
7.根据权利要求2所述的电源路径管理电路，其中该第二限流控制回馈电路包括：
一转导器，用以比较一充电参考信号与相对应于该充电电流的一充电电压信号；
其中，该充电参考信号相对应于该充电电流限定值，由该调整器所提供与调整；且该第二限流控制回馈电路依据该转导器的比较结果，来控制该第二功率开关，进而调整该充电电流，使其不大于该充电电流限定值。
8.根据权利要求7所述的电源路径管理电路，其中该第二管理器还包括有：
一定电压控制回馈电路，用以使该第二管理器的该充电端的电压不大于一电池电压限定值。
9.根据权利要求8所述的电源路径管理电路，其中，该第二定电压控制回馈电路包括有另一转导器，用以比较该充电端的电压与该电池电压限定值后，以控制该第二功率开关，进而调整该充电端的电压，使其不大于该电池电压限定值，且该第二限流控制回馈电路对该第二功率开关的控制优先于该第二定电压控制回馈电路。
10.根据权利要求1所述的电源路径管理电路，其中该系统所消耗的系统电流大于该供应电流限定值时，该第二管理器改变该充电电流的方向，使该电池进行放电。
11.一种电源路径管理方法，用以管理一电源对一系统供电与对一电池充电，该方法包括：
检测该电源所汲取的供应电流；
控制该供应电流，使其不大于一供应电流限定值；
检测对该电池充电的充电电流；
控制该供应电流，使其不大于一充电电流限定值；以及
当该供应电流约略大于该供应电流限定值时，降低该充电电流限定值。
12.根据权利要求10所述的电源路径管理方法，还包括：
使对该系统供电的系统电压不大于一电压限定值；以及
使对该电池充电的充电电压不大于一电池电压限定值。
13.根据权利要求12所述的电源路径管理方法，其中当该充电电压低于该电池电压限定值，且该供应电流小于该供应电流限定值时，该充电电流以该充电电流限定值对该电池充电。
14.根据权利要求10所述的电源路径管理方法，其中当该系统电流超过该供应电流限定值时，使该充电电流反向，使该电池放电，以供应该系统电流。
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