CN102882261B - 充电系统、数字接口电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电系统及其数字接口电路和控制方法。在一个实施例中，充电系统包含交流-直流转换电路，负载，电池，系统管理总线主机，控制电路，第一开关和第二开关。其中控制电路包含一数字接口电路，所述数字接口电路包含一个控制寄存器，该控制寄存器为一个N位寄存器。N位寄存器包含位于第一部分位，指示系统管理总线主机工作状态的主状态机，和位于第二部分位，指示系统管理总线主机的控制指令的数据传输位数的从状态机。本发明所公开的充电系统及其数字接口电路减少了数字接口电路中控制寄存器的数量，降低了成本，提高了集成度。

Description

充电系统、数字接口电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电池充电领域，具体但不限于涉及一种使用智能电池管理总线(SMBus)进行数字控制电池充电的系统和方法。

背景技术

电子设备所具备的功能越多、性能越高，其结构、技术、系统就越复杂。在智能电池管理系统中，接口电路常采用两种方法。一种是搭建传统的模拟电路作为接口电路，但传统的模拟技术电源管理难以满足电源管理智能化带来的复杂度的需求，同时价格也很昂贵。另一种方法是采用数字代码编程实现全数字控制，数字接口电路简单并且易于扩展，是目前智能化电源管理领域的发展趋势，具有快速响应、高集成以及高可控的巨大优势。

在数字控制智能电池管理系统中，通常会使用系统管理总线(SMBus)对电源进行控制，其中，数字接口电路位于控制电路前端，用于从系统管理总线SMBus接收并传递电池的相关信息信号。然而，当采用数字代码编程时，在数字接口电路中，通常包含多个寄存器，例如控制寄存器、缓冲寄存器、数据存储寄存器等等等。其中，控制寄存器中的状态机控制、协调其他寄存器完成传输过程，例如确定智能充电状态个数，以及确定每一个状态对应的数据位数。

图1所示为现有技术中数字接口电路的控制寄存器示意图。如图1所示，数字接口电路110位于控制电路100前端，包含寄存器111和寄存器112。其中寄存器111为传输状态寄存器，包含一个第一状态机，用于确定系统管理总线SMBus传输状态数。寄存器112为状态计数寄存器，包含一个第二状态机，用于确定在每一个传输状态下，对应的控制指令数据传输的位数，与外部智能电池管理系统的一时钟线SCL同步。传输状态寄存器111和状态计数寄存器112一起组成控制寄存器，向控制电路110的指令总线113输出控制信号。寄存器的数量过多，会使得电路成本增加，并且不利于集成。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本发明提供了含智能电源管理的供电系统、数字接口电路及其管理方法。

在本发明的一个方面，提出了一种充电系统，包含电源电路，负载，电池，系统管理总线主机，控制电路，第一开关，第二开关，其特征在于所述控制电路包含一数字接口电路，所述数字接口电路包含一个控制寄存器，其中所述控制寄存器为一个N位寄存器，N为大于等于2的正整数，所述控制寄存器包含主状态机，位于所述控制寄存器的第一部分位，用于指示系统管理总线主机工作状态；从状态机，位于所述控制寄存器的第二部分位，用于指示系统管理总线主机的每一个工作状态下，对应的控制指令数据传输的位数。

在本发明的另一方面，提出了一种数字接口电路，包含一个控制寄存器，其特征在于，所述控制寄存器为一个N位寄存器，N为大于等于2的正整数，所述控制寄存器包含主状态机，位于所述控制寄存器的第一部分位，用于指示一个系统管理总线主机的工作状态；从状态机，位于所述控制寄存器的第二部分位，用于指示所述系统管理总线主机的每一个工作状态下所对应的控制指令数据的传输位数。

在本发明的又一方面，提出了一种控制充电系统中数字接口电路的方法，包含所述数字接口电路通过一时钟线和一数据线，接收来自于一系统管理总线主机的电池信息，其特征在于在所述数字接口电路中使用一个N位的寄存器作为控制寄存器，其中：使用所述控制寄存器的第一部分位作为主状态机，指示所述系统管理总线主机的工作状态；使用所述控制寄存器的第二部分位作为从状态机，指示所述系统管理总线主机的每一个工作状态下所对应的控制指令数据的传输位数。

利用本发明实施例，减少了数字接口电路中，控制寄存器的数量，降低了成本，提高了集成度。

附图说明

下列附图涉及有关本发明非限制性和非穷举性的实施例的描述。除非另有说明，否则同样的数字和符号在整个附图中代表同样或相似的部分。附图无需按比例画出。另外，图中所示相关部分尺寸可能不同于说明书中叙述的尺寸。为更好地理解本发明，下述细节描述以及附图将被提供以作为参考。

图1所示为现有技术中数字接口电路的控制寄存器示意图；

图2所示为依据本发明的一个实施例，采用智能电池管理总线的充电系统200的电路模块示意图；

图3所示为根据本发明一具体实施例中数字接口电路251示意图；

图4所示为根据本发明一具体实施中主状态机和从状态机工作状态示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

图2所示为依据本发明的一个实施例，采用智能电池管理总线的充电系统200的电路模块示意图。充电系统200包含电源电路210，负载220，电池230，系统管理总线主机SMBus240，控制电路250，电流通路开关S1和S2。其中，控制电路250包含数字接口电路251，位于控制电路250前端。充电系统200还包含数据线SDA和时钟线SCL。电源电路210与开关S1的一端相连，开关S1的另一端与开关S2的一端以及负载220相连，开关S2的另一端与电池230相连，电池的另一端通过数据线SDA和时钟线SCL与系统管理总线SMBus主机240相连，系统管理总线SMBus位于系统管理总线主机240中，通过数据线SDA和时钟链接SCL输出电池信息信号至控制电路250，控制电路250输出控制信号控制开关S1和开关S2的导通和关断。

当开关S1和S2导通时，输入电压经电源电路210给负载220供电，同时给电池230充电，当开关S1断开，S2导通时，电池给负载供电。控制电路250通过数字接口电路251，接收来自系统管理总线SMBus主机240的电池信息信号，控制开关S1和开关S2的导通和关断。根据系统管理总线SMBus读写协议，当数据线SDA处于由逻辑高到逻辑低的跳变状态，同时时钟线SCL处于逻辑高时，系统管理总线SMBus主机占用总线，当系统管理总线SMBus主机完成数据传输后，数据线SDA由逻辑低跳变为逻辑高，时钟线SCL也处于逻辑高时，总线释放。除开始连接和结束连接状态，其他状态仅在时钟线SCL为逻辑低时，数据线SDA才可以改变。

本领域内具有一般水平的技术人员能够理解，在本发明的其它实施例中，除开关S1和S2之外，还可能包含一个或多个其它电流通路开关。

图3所示为根据本发明一具体实施例中数字接口电路251示意图。如图3所示，数字接口电路251包含一个控制寄存器252，在一个实施例中，控制寄存器252为一个N位寄存器，包含两个状态机：主状态机2521和从状态机2522。N为一个大于等于2的正整数。主状态机2521位于控制寄存器252的第一部分位，从状态机2522位于控制寄存器252的第二部分位。在一个实施例中，上述第一部分位为控制寄存器252的第一位至第M位，上述第二部分位为控制寄存器的第M+1位到第N位，其中M为正整数，M＜N，其中N为大于等于3的正整数。主状态机2521指示系统管理总线SMBus主机工作状态，在一个实施例中，系统管理总线SMBus主机的工作状态包括开机状态、读状态、写状态、关机状态等等。从状态机2522指示在每一个工作状态下，对应的控制指令数据传输的位数，与时钟线SCL同步。例如，系统管理总线SMBus主机工作有23个状态，则主状态机2521为三位二进制数计数器，在控制寄存器252中M＝3，位于控制寄存器252中的前三位；从状态机2522为四位二进制数计数器，位于控制寄存器252中的第四位至第七位，因此系统管理总线SMBus主机每个状态对应的最高指令传输数据位数为24-1位。

本领域内普通技术人员可以理解，位于控制寄存器252中的上述第一部分位和第二部分位可能有不同于上述实施例的排列方式。例如，在一个实施例中，第一部分位为控制寄存器252的奇数位，第二部分位为控制寄存器252的偶数位。在另一实施例中，第一部分位为控制寄存器252的第一位至第K位，第二部分位为第M位至第N位，其中K，M为正整数，K＞M，其中N为大于等于3的正整数，即控制寄存器的一部分为主状态机和从状态机共用。

本领域内普通技术人员可以理解，在其它实施例中，除控制寄存器252外，数字接口电路251还可能包含控制总线253、数据寄存器254和数据总线255。控制寄存器252接收时钟线SCL的信息，向控制电路250中的控制总线253输出根据主状态机2521和从状态机2522确定的控制指令，控制总线250耦接数据总线255使得控制指令控制数据寄存器254通过数据总线255，与数据线SDA交换数据，并决定开关S1，S2的开通和关断状态。在某些实施例中，充电系统200中的数据寄存器254可能包含多个类型的寄存器，例如地址数据寄存器，充电电压数据寄存器，充电电流数据寄存器，输入电流数据寄存器，输入缓冲器，输出缓冲器等等。

本领域内普通技术人员还可以理解，在其它实施例中，控制寄存器252可能包含两个或两个以上的寄存器，例如，除上文所述的包含主状态机和从状态机的N位寄存器之外，控制寄存器252还可能包含使能寄存器，启动-停止检测寄存器，等等。

与图1所示的现有技术数字接口电路相比较，在一个实施例中，图3所示控制寄存器252只需一个N位寄存器可完成系统管理总线SMBus主机的控制工作，在该控制寄存器252中，包括两个状态机，即主状态机2521和从状态机2522，分别确定系统管理总线SMBus主机工作状态以及系统管理总线SMBus主机每个状态对应的指令数据传输的位数。

图4所示为根据本发明一具体实施中主从状态机工作状态示意图。在图4所示实施例中，控制寄存器包含主状态机410和从状态机420，其中主状态机的指示代码从小到大依次对应系统管理总线的工作状态顺序。在一个实施例中，系统管理总线SMBus主机具有八个工作状态，正常工作时，这八个工作状态依次为：空闲位、启动从机、命令、写高位、写低位、重启从机、读高位、读低位等。因此，指示系统管理总线SMBus主机工作状态的主状态机为一个三位二进制数状态机(M＝3)，分别以二进制数000代表空闲状态、以二进制数001代表启动从机状态、以二进制数010代表命令状态、以二进制数011代表写高位状态、以二进制数100代表写低位状态、以二进制数101代表重启从机状态、以二进制数110代表读高位状态、以二进制数111代表读低位状态。在图4所示实施例中，从状态机420与时钟线SCL同步，需要串行传输的数据位数为八位二进制数数据，因此，需要四位二进制代码来表示串行传输的数据位数，从状态机420为四位二进制数状态机。系统管理总线SMBus主机的每一个工作状态下所对应的控制指令数据的传输位数等于从状态机420的二进制数代码，即以二进制数1000表示系统管理总线SMBus主机传输数据位为八位，以二进制数0111表示系统管理总线SMBus主机的传输数据位为七位，以此类推。本领域内一般技术人员可以理解，在其它实施例中，使用四位二进制数从状态机最高可以表示24-1位系统管理总线SMBus主机传输数据位。因此在图4所示实施例中，控制寄存器向控制总线传输的二进制数共计七位，其中前三位指示系统管理总线SMBus主机的工作状态，后四位指示串行传输的数据位数。

特别需要说明的是，图4所示实施例仅为本发明一个具体实施例，主状态机410和从状态机420的二进制位数可根据系统需要任意扩展。例如，在一个实施例中，控制寄存器需要增加误差检测和寻址功能，则主状态机410需要增加两个状态，使得主状态机410二进制位数由三位变为四位。例如，分别以二进制数0000代表空闲状态、以二进制数0001代表启动从机状态、以二进制数0010代表命令状态、以二进制数0011代表写高位状态、以二进制数0100代表写低位状态、以二进制数0101代表重启从机状态、以二进制数0110代表读高位状态、以二进制数0111代表读低位状态、以二进制数1000代表误差检测，以二进制数1001代表寻址。四位二进制数主状态机最多可表示24个状态。在一个实施例中，需要串行传输十六位二进制数据，从状态机则需要扩展为五位二进制数状态机，以二进制数10000表示系统管理总线SMBus主机传输数据为十六位二进制数据，以二进制数01111表示系统管理总线SMBus主机的传输数据位为十五位，以此类推。五位二进制数从状态机最高可以表示25-1位系统管理总线SMBus主机传输数据位。需要扩展的其他情况依次类推。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种充电系统，包含电源电路、负载、电池、系统管理总线主机、控制电路、第一开关和第二开关，其特征在于，所述控制电路包含一数字接口电路，所述数字接口电路包含一个控制寄存器，其中所述控制寄存器为一个N位寄存器，N为大于等于2的正整数，所述N位寄存器包含：

主状态机，位于所述控制寄存器的第一部分位，用于指示所述系统管理总线主机的工作状态；和

从状态机，位于所述控制寄存器的第二部分位，用于指示所述系统管理总线主机的每一个工作状态下，对应的控制指令数据传输的位数

所述充电系统还包括一条数据线和一条时钟线，其中所述电源电路与所述第一开关的一端相连，所述第一开关的另一端与所述第二开关的一端以及所述负载相连，所述第二开关的另一端与所述电池相连，所述电池的另一端通过所述数据线和所述时钟线与所述系统管理总线主机相连，所述系统管理总线主机进一步通过所述数据线和所述时钟线输出电池信息信号至所述控制电路，所述控制电路输出控制信号控制所述第一开关和所述第二开关的导通和关断；

所述数字接口电路还包含控制总线、数据寄存器和数据总线，其中所述控制寄存器接收所述时钟线的信息，向所述控制总线输出根据所述主状态机和所述从状态机确定的控制指令，所述控制总线进一步耦接所述数据总线，所述数据寄存器通过所述数据总线，根据控制指令与所述数据线交换数据，并决定所述第一开关和所述第二开关的开通和关断状态；以及

所述控制寄存器进一步包含使能寄存器和启动-停止检测寄存器。

2.如权利要求1所述的充电系统，其中，所述第一部分位为所述N位寄存器的第一到第M位，所述第二部分位为所述N位寄存器的第M+1位到第N位，其中M为正整数，M<N，其中N为大于等于3的正整数。

3.如权利要求1所述的充电系统，其中所述第一部分位为所述N位寄存器的奇数位，所述第二部分位为所述N位寄存器的偶数位。

4.如权利要求1所述的充电系统，其中所述第一部分位为所述N位寄存器的第一到第K位，所述第二部分位为所述N位寄存器的第M位到第N位，其中K，M为正整数，K>M，其中N为大于等于3的正整数。

5.如权利要求2所述的充电系统，其中M等于3，N等于7。

6.一种用于充电系统管理的数字接口电路，其中所述数字接口电路通过一时钟线和一数据线，接收来自于一系统管理总线主机的电池信息，所述充电系统包含第一开关和第二开关，所述数字接口电路包含一个控制寄存器，其特征在于，所述控制寄存器为一个N位寄存器，N为大于等于2的整数，所述N位寄存器包含：

主状态机，位于所述控制寄存器的第一部分位，用于指示一个系统管理总线主机的工作状态；和

从状态机，位于所述控制寄存器的第二部分位，用于指示所述系统管理总线主机的每一个工作状态下所对应的控制指令数据的传输位数；

所述数字接口电路还包含控制总线、数据寄存器和数据总线，其中所述控制寄存器接收一时钟线的信息，向所述控制总线输出根据所述主状态机和所述从状态机确定的控制指令，所述控制总线进一步耦接所述数据总线，所述数据寄存器通过所述数据总线，根据控制指令与一数据线交换数据，并决定所述第一开关和所述第二开关的开通和关断状态。

7.一种控制充电系统中的数字接口电路的方法，其中所述数字接口电路通过一时钟线和一数据线，接收来自于一系统管理总线主机的电池信息，其特征在于在所述数字接口电路中使用一个N位的寄存器作为控制寄存器，N为大于等于2的正整数，其中：

使用所述控制寄存器的第一部分位作为主状态机，指示所述系统管理总线主机的工作状态；和

使用所述控制寄存器的第二部分位作为从状态机，指示所述系统管理总线主机的每一个工作状态下所对应的控制指令数据的传输位数；

其中所述数字接口电路还包含控制总线、数据寄存器、数据总线，所述充电系统包含第一开关和第二开关，所述控制方法还包括：

所述控制寄存器根据所述主状态机和所述从状态机的指示，向所述控制总线输出根据所述主状态机和所述从状态机确定的控制指令；和

根据所述控制指令，令所述数据寄存器与所述数据线通过所述数据总线交换数据，并决定所述充电系统中第一开关和第二开关的开通和关断状态；

当所述第一开关和所述第二开关导通时，所述充电系统向一负载供电，同时向一电池充电，当所述第一开关断开，所述第二开关导通时，所述电池给所述负载供电。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述控制方法还包括使所述主状态机的指示代码从小到大依次对应所述系统管理总线的工作状态顺序，以及使所述从状态机的指示代码从小到大依次等于所述系统管理总线主机每一工作状态下所对应的控制指令数据的传输位数。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述主状态机为三位二进制状态机，所述主状态机代码以二进制数000代表空闲状态、以二进制数001代表启动从机状态、以二进制数010代表命令状态、以二进制数011代表写高位状态、以二进制数100代表写低位状态、以二进制数101代表重启从机状态、以二进制数110代表读高位状态和以二进制数111代表读低位状态。