CN105518968A - 通用电源适配器 - Google Patents

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CN105518968A CN201480049337.XA CN201480049337A CN105518968A CN 105518968 A CN105518968 A CN 105518968A CN 201480049337 A CN201480049337 A CN 201480049337A CN 105518968 A CN105518968 A CN 105518968A
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Abstract

本发明公开了一种充电器电路，该充电器电路包括可耦接到用于提供具有输入电压的输入信号的电源适配器的接口连接器，以及可耦接到具有充电电压的电池的升降压转换器电路。在给定时间，升降压转换器电路基于控制信号工作于一组模式中的一种模式中，其中该组模式可包括至少降压模式和升压模式。具体地，充电器电路包括控制逻辑部件，该控制逻辑部件基于充电电压和电源适配器的充电能力来生成控制信号。因此，如果充电电压适当超过输入电压，则升降压转换器电路可工作于升压模式中。然而，如果充电电压近似小于或等于输入电压，则升降压转换器电路可工作于降压模式中。

Description

通用电源适配器
技术领域
所述实施例涉及一种用于控制与电池相关联的充电器电路的工作模式的技术。更具体地，所述实施例涉及一种用于基于电池的充电电压和从电源适配器接收的输入电压来选择升降压转换器电路的工作模式的技术。
背景技术
在充电期间，便携式电子设备通常连接到电源适配器，该电源适配器将AC电力线电压转换成用于为电池充电和/或为便携式电子设备供电的DC输入电压。此外，很多便携式电子设备包括充电器电路，该充电器电路在为电池充电之前进一步转换DC输入电压。
充电器电路的配置及其功能常常取决于电源适配器的DC输入电压和电池的充电电压。然而，存在很多种类的电源适配器(具有不同的DC输入电压)和很多种类的电池(具有不同的充电电压)。这些变化常常需要充电器电路更加复杂(其中尺寸和成本成比例地增大)或者需要与给定的便携式电子设备一起使用特定的电源适配器，这对于用户而言可能是让人沮丧的，并可劣化用户体验。
发明内容
所述实施例包括充电器电路。该充电器电路包括：接口连接器，该接口连接器可耦接到电源适配器；以及升降压转换器电路，该升降压转换器电路耦接到接口连接器并且可耦接到具有充电电压的电池并可向电池提供输出信号。在给定时间，升降压转换器电路基于控制信号而工作于一组模式中的一种模式中，其中该组模式包括：降压模式和升压模式。此外，该充电器电路包括控制逻辑部件，该控制逻辑部件耦接到升降压转换器电路并基于经由接口连接器接收的信息和充电电压来生成控制信号。
如果充电电压超过经由接口连接器从电源适配器接收的输入电压预定义阈值，则升降压转换器电路可工作于升压模式中。例如，输入电压可与通用串行总线兼容(诸如约5V)，并且充电电压可介于6V-20V之间(诸如8V)。然而，如果充电电压近似小于或等于经由接口连接器从电源适配器接收的输入电压，则升降压转换器电路可工作于降压模式中。例如，输入电压和充电电压均可各自介于6V-20V之间。
注意，在没有输入电压时(诸如在接口连接器从电源适配器解耦时)，该升降压转换器电路可默认为升压模式。
在一些实施例中，接口连接器包括电源信号线、至少数据信号线和接地部。在这些实施例中，控制逻辑部件：相对于电源信号线上的接地部来确定来自电源适配器的输入电压；任选地经由至少数据信号线来向电源适配器传送充电电压；任选地从电源适配器接收用于指示电源适配器准备好为电池充电的回复；并向升降压转换器电路提供一个或多个控制信号，以基于输入电压是高于还是低于充电电压来选择一组模式中的一种模式，该组模式可包括降压模式和升压模式。
另一实施例提供了一种电子电路，该电子电路包括：集成电路；上文所述的电池，该电池耦接到集成电路并具有充电电压；以及上文所述的充电器电路，该充电器电路耦接到电池。
另一实施例提供了一种用于为上文所述的电池充电的方法。在该方法期间，从电源适配器接收输入电压。然后，基于输入电压和充电电压来确定为具有充电电压的电池充电的升降压转换器电路的工作模式，其中该工作模式可包括一组模式中的一种模式，该组模式包括降压模式和升压模式。接下来，选择所确定的升降压充电器的工作模式。
另一实施例提供了第二充电器电路。该第二充电器电路包括反馈电路，该反馈电路选择错误信号以用于为电池充电，其中在给定时间，错误信号对应于反馈源，并且其中反馈源是具有多个反馈源的一组反馈源中的一个反馈源。此外，第二充电器电路包括耦接到反馈电路的阻尼电路，其中阻尼电路具有增益和到接地部的与错误信号的阻抗，并且其中反馈电路基于所选择的错误信号来选择阻尼电路的增益和到接地部的阻抗。此外，第二充电器电路包括耦接到阻尼电路的电压钳位电路，其中电压钳位电路具有一个或多个钳位电压，并且其中反馈电路基于所选择的错误信号来选择一个或多个钳位电压。
需注意，所选择的增益、到接地部的阻抗、一个多个或钳位电压减少了与从该组反馈源中的第一反馈源到该组反馈源中的第二反馈源的过渡相关联的瞬态现象。例如，阻尼电路的所选择的增益和到接地部的阻抗可修改阻尼电路的瞬态响应，以被过阻尼和/或临界阻尼。
此外，该组反馈源可包括：输入电流和输入电流基准之间的差异、输出电压和输出电压基准之间的差异、电池充电电流和电池充电电流基准之间的差异、输入电压和输入电压基准之间的差异、温度和温度基准之间的差异和/或输入功率和输入功率基准之间的差异。此外，一个或多个钳位电压可包括：上钳位电压和/或下钳位电压。
在一些实施例中，充电器电路包括耦接到电压钳位电路并被配置为耦接到DC-DC转换器的比较器电路和驱动器电路。例如，比较器可包括脉冲宽度调制比较器。此外，充电器电路可包括耦接到比较器电路和驱动器电路的缓冲电路。
另一实施例提供了一种电子电路，该电子电路包括：集成电路；上文所述的电池，该电池耦接到集成电路并具有充电电压；以及上文所述的耦接到电池的第二充电器电路。
另一个实施例提供了一种用于减少与从第一错误信号到第二错误信号的过渡相关联的瞬态现象的方法。在该方法期间，进行从第一错误信号到第二错误信号的过渡以在为电池充电期间使用，其中第一错误信号和第二错误信号分别对应于该组反馈源中的反馈源。然后，基于所选择的第二错误信号来选择阻尼电路的增益和到接地部的阻抗，其中阻尼电路向第二错误信号应用增益和到接地部的阻抗。接下来，基于所选择的第二错误信号来选择电压钳位电路的一个或多个钳位电压，其中电压钳位电路向来自阻尼电路的输出施加一个或多个钳位电压。
附图说明
图1是示出了根据本公开的实施例的充电器电路的框图。
图2是示出了根据本公开的实施例的图1的充电器电路的接口连接器的框图。
图3为示出了根据本公开的实施例的为电池充电的方法的流程图。
图4是示出了根据本公开的实施例的充电器电路的框图。
图5为示出了根据本公开的实施例的图4的充电器电路中的DC转换器和电池充电器控制器的框图。
图6为示出了根据本公开的实施例的图4的充电器电路中的DC转换器和电池充电器控制器的框图。
图7为示出了根据本公开的实施例的图4的充电器电路中的DC转换器和电池充电器控制器的框图。
图8为示出了根据本公开的实施例的用于减少与从第一错误信号到第二错误信号的过渡相关联的瞬态现象的方法的流程图。
图9为示出了根据本公开的实施例的包括充电器电路的电子设备的框图。
需注意，在整个附图中类似的附图标号是指对应的部件。此外，相同部件的多个实例由公共前缀命名，该公共前缀通过破折线与实例标号分开。
具体实施方式
图1呈现了用于示出电力系统100的框图，该电力系统包括：任选的电源适配器112、充电器电路108、开关124、任选的开关128和任选的电池122。此外，充电器电路108可包括：接口连接器110、升降压转换器电路116和控制逻辑部件118。此外，升降压转换器电路116可包括：开关124和电感器130。开关可包括：可选择性地将电感器130的第一侧耦接到接口连接器110的第一开关124-1、可选择性地将电感器130的第一侧耦接到接地部的第二开关124-2、可选择性地将电感器130的第二侧耦接到接地部的第三开关124-3、以及可选择性地将输出信号126耦合到任选的电池122和/或系统负载的第四开关124-4。例如，第四开关124-4可将电感器130的第二侧选择性地耦接到任选的电池122(尽管应当理解，任选的开关128或另一个元件可选择性地控制到任选的电池122的电感器130的第二侧之间的连接)。需注意，任选的电源适配器112可被配置为通过耦接到由电力网提供的AC电力线来接收AC电力，并可将AC电信号转换成DC电信号。此外，任选的电源适配器112可使用包括全桥整流器、半桥整流器和/或反激转换器电路，以执行转换。此外，需注意，任选的电池122可包括一个或多个单元或一个或多个电池组，并且任选的电池122可具有充电电压(例如，由电力系统100设置的将对任选的电池122充电的电压)。然而，任选的电池122不限于特定构造。
在电力系统100的工作期间，任选的电源适配器112经由具有一个或多个信号线的电缆向接口连接器110提供具有输入电压的输入信号114。然后，接口连接器110向升降压转换器电路116和控制逻辑部件118提供输入信号114。基于输入电压和充电电压，控制逻辑部件118可从一组模式选择升降压转换器电路116的工作模式(或模式)，该组模式可包括(但不限于)：降压模式和升压模式。具体地，控制逻辑部件118可基于以下各项来生成一个或多个控制信号120：输入电压、充电电压、经由接口连接器110接收的信息和/或电池电压。这些控制信号可指定开关(Q)124(诸如场效应晶体管或FET)的开关状态(诸如打开或闭合)，以选择工作模式。此外，升降压转换器电路116可向任选的电池122输出或提供输出信号126(诸如充电信号)，以为任选的电池122和/或设备负载充电，从而为包括电力系统100的电子设备供电。如图1所示，控制逻辑部件118可控制开关128(诸如场效应晶体管或FET)的开关状态，以在为任选的电池122充电时(诸如在任选的电源适配器122和/或升降压转换器电路116被适当配置用于工作时)选通。
因此，在给定时间，升降压转换器电路116在从该组模式中选择的模式中工作。例如，对模式的选择(和所得的能够实施该模式的一个或多个控制信号120)可基于输入电压是高于还是低于充电电压(和/或电池电压)。具体地，在处于升压模式中时，升降压转换器电路116可包括升压电路(或使用开关124，该开关可被配置为作为升压电路来工作)，如果充电电压超过输入电压预先确定的量(诸如在输入电压小于第一电压阈值时)，则升降压转换器电路116可工作于升压模式中，并且升压电路可选择性耦接到任选的电池122。为了在升压模式中操作升降压转换器电路116，一个或多个控制信号120可闭合第一开关124-1并可以、打开第二开关124-2(即，第一开关124-1导通并且第二开关124-2截止)。然后，充电电路108可对输入信号114进行DC/DC电力转换，以生成输出信号126。在这种电力变换期间，第三开关124-3和第四开关124-4可基于一个或多个控制信号120交替进行开关(使得在第四开关124-4截止时，第三开关124-3导通，并且反之亦然)。例如，可以开关频率来切换第三开关124-3和第四开关124-4。在一些实例中，开关频率可介于100KHz和2MHz之间，但应当认识到，可酌情将开关频率设置成任何值。(例如，根据充电电路108中的电感器130的尺寸和/或可接受的开关损耗，开关可处在10kHz和10MHz之间的频率下。)这种开关模式电力转换可允许在任选的电源适配器112提供输入电压小于充电电压的输入信号114时，向任选的电池122提供处于适当充电电压下(并基于任选的电源适配器112的能力)的更多的功率。
此外，在处于降压模式中时，升降压转换器电路116可包括降压电路(或使用开关124，该开关可被配置为作为降压电路来工作)，如果充电电压小于输入电压预先确定的量(诸如在输入电压大于第二电压阈值时，在任选的电源适配器112是所谓的“高压”电源适配器时可能会发生这种情况)，则升降压转换器电路116可工作于降压模式中，并且降压电路可选择性耦接到任选的电池122。为了在降压模式中操作升降压转换器电路116，一个或多个控制信号120可打开第三开关124-3并可闭合第四开关124-4(即，第三开关124-3截止并且第四开关124-4导通)。然后，充电电路108可对输入信号114进行DC/DC电力转换，以生成输出信号126。在这种电力转换期间，第一开关124-1和第二开关124-2可基于一个或多个控制信号120交替开关(使得在第二开关124-2截止时，第一开关124-1导通，并且反之亦然)。例如，可以开关频率来切换第一开关124-1和第二开关124-2。在一些实例中，开关频率可介于100KHz和2MHz之间，但应当认识到，可酌情将开关频率设置成任何值。这种开关模式的电力转换还可允许在任选的电源适配器112受到电流限制时(这继而可促进或使得任选的电源适配器112能够更紧凑)，向任选的电池122提供处于适当充电电压下(并基于任选的电源适配器112的能力)的更多的功率。
尽管可结合上述充电电路使用各种电池类型和配置，但在以下论述中使用锂离子电池作为示例性实例。因为其能量密度高、循环寿命长并且没有记忆效应，锂离子电池广泛用于便携式电子设备中。例如，用于膝上型计算机中的锂离子电池组(即，电池)常常包括串联的两个或三个电池单元。典型地，电源适配器将110V或220VAC电力线电压转换成用于电池充电器的输入源电压(或输入电压)。对于膝上型计算机，从电源适配器到充电电路的输入电压通常在10V-20V的范围中(诸如12V或15V)。作为另外一种选择，因为通用串行总线接口普及，所以输入电压可为5V。需注意，前述数值仅用于例示性目的，并且可为不同类型的电源适配器、电池和/或系统要求使用任何其他值。
对于一些电池(例如，诸如一些二单元配置)，电池组电压可介于6V和8.7V之间(即，电池组可在工作期间经受一定范围的电压)。在一些情况下，充电电路108可被配置为连接到电源适配器，该电源适配器提供小于最低电池组电压(例如，在电池电压介于6V和8.7V之间时为5V)或大于最高电池组电压(例如，在电池电压介于6V和8.7V之间时为12V或15V)的输入电压。(因此，预定量可为至少0.5V。)如前所述，升降压转换器电路116可工作于降压模式和升压模式中。因此，升降压转换器电路116可采用前一实例中的输入电压或使用该输入电压来工作。具体地，在这些实例中，升降压转换器电路116可在降压模式或升压模式中工作，因为6V到8.7V的电池组电压始终小于输入电压(这导致升降压转换器电路116工作于降压模式中)，或者始终高于输入电压(导致升降压转换器电路116工作于升压模式中)。
类似地，对于一些三单元配置，电池组电压可介于9V和13.05V之间(即，电池组可在工作期间经受一定范围的电压)。同样，在一些情况下，充电电路108可被配置为连接到电源适配器，该电源适配器提供小于最低电池组电压(例如，在电池电压介于9V和13.05V之间时为5V)或大于最高电池组电压(例如，在电池电压介于9V和13.05V之间时为12V或15V)的输入电压。如前所述，升降压转换器电路116可工作于降压模式和升压模式中。具体地，在这些实例中，升降压转换器电路116可在降压模式或升压模式中工作，因为9V到13.05V的电池组电压始终小于输入电压(导致升降压转换器电路116工作于降压模式中)，或者始终高于输入电压(导致升降压转换器电路116工作于升压模式中)。
因此，升降压转换器电路116可在输入电压(诸如5V-20V)和充电电压(诸如6V-20V，例如8V)的范围内工作。然而，应当理解，这些数值仅用于例示性目的，并且可使用其他电池配置、输入电压和/或充电电压。
在一些实施例中，在接口连接器110从任选的电源适配器112解耦时，可将升降压转换器电路116置于升压模式配置中。这样可确保如果并且在充电电路108与任选的电源适配器112解耦时，充电电路108返回到初始预期输入信号114具有低输入电压(近似5V)的工作模式。然而，在一些实施例中，在充电电路108默认为升压模式时，在将任选的电源适配器112连接或耦接到接口连接器110之前，其不工作。作为另外一种选择，即使在将任选的电源适配器112连接或耦接到接口连接器110之后，充电电路108也不可工作，直到与任选的电源适配器112进行信息通信。具体地，如下文进一步参考图2所述的，在可配置任选的电源适配器112的实施例中，从任选的电源适配器112接收的信息可包括输入电压，并且在任选的电源适配器112准备好从任选的电源适配器112为任选的电池122充电时，向任选的电源适配器112提供的信息可包括充电电压和/或工作模式。这种信息可允许任选的电源适配器112和/或充电电路108被配置并可同步其操作。然而，任选的电源适配器112和/或充电电路108的操作可涉及或不涉及任选的电源适配器112和/或充电电路108之间的信息通信。
此外，如前所述，对于给定的电池和给定的电源适配器，升降压转换器电路116可工作于从一组模式中选择的模式中，该组模式包括(但不限于)：升压模式和降压模式(例如，在一些范围的输入电压和/或充电电压中，可存在其他类型的模式或工作模式)。因此，在将任选的电源适配器112耦接到接口连接器110或从其解耦时，在输入电压变化和/或达到终端极限时，可能发生上述升降压转换器电路116的配置(例如，如果充电电路108关闭，则可将升降压转换器电路116置于升压模式配置中)。
通过促进升降压转换器电路116的配置，该充电技术可允许更灵活地使用不同的电源适配器，并可允许更紧凑和更低成本的电源适配器。因此，该充电技术可减小用户的受挫感，并在使用包括需要定期充电的电源诸如电池的电子设备时，可改善用户的总体体验。
现在描述控制逻辑部件118用于确定并选择升降压转换器电路116的工作模式(其可包括但不限于升压模式或降压模式)的充电器电路108和任选的电源适配器112之间的通信的实施例。此外，可使用在充电器电路108和任选的电源适配器112之间交换的信息来配置任选的电源适配器112和/或确定任选的电源适配器112何时准备好进行工作。例如，所交换的信息可包括：来自任选的电源适配器112的输入电压、至任选的电源适配器112的充电电压以及任选的电源适配器212何时准备好为任选的电池122充电。需注意，配置充电器电路108和任选的电源适配器112的操作可以是有用的，因为输入电压可能在一定范围内变化，而任选的电池122可能需要特定的充电电压。
图2呈现了用于示出连接或耦接到充电器电路108(图1)中的接口连接器110的信号线的框图。该接口连接器包括：功率信号线210、一个或多个数据信号线212和接地部214。在本实施例中，控制逻辑部件118：确定来自任选的电源适配器112的相对于功率信号线210上和/或一个或多个数据信号线212上的接地部214的输入电压；任选地经由一个或多个数据信号线212来向任选的电源适配器112传送充电电压；任选地从任选的电源适配器112接收用于指示任选的电源适配器212准备好为任选的电池122充电的回复；并向升降压转换器电路116提供一个或多个控制信号120，以在一组模式中选择模式，该组模式可包括降压模式和升压模式。(因此，通信可涉及或不涉及来自任选的电源适配器112的反馈。此外，通信可包括或不包括信息交换，该信息间接指定充电电压，诸如充电器电路108的工作模式和/或除充电电压之外的电压诸如任选的电池122上的电压。这是因为并非所有电源适配器都能够被配置。)例如，一个或多个数据信号线212可以电阻方式终结，这样可允许控制逻辑部件118基于所确定的电压或电阻来确定任选的电源适配器112的充电能力(即，其是否能够提供充电电压)。
现在对方法的实施例进行描述。图3呈现了用于示出为电池充电的方法300的流程图，可使用充电器电路108(图1)来执行该方法。在这种方法期间，从电源适配器接收输入电压(操作310)。然后，基于输入电压和充电电压来确定为具有充电电压的电池充电的升降压转换器电路的工作模式(操作312)，其中该工作模式在一组模式中，该组模式可包括(但不限于)降压模式和升压模式。例如，一个或多个控制信号可基于输入电压是高于还是低于充电电压(和/或电池电压)。接下来，选择所确定的升降压充电器的工作模式(操作314)。
在方法300的一些实施例中，可存在另外的或更少的操作。此外，可改变操作的顺序，和/或将两个或更多个操作合并为单个操作。例如，可基于经由耦接到任选的电源适配器的一个或多个数据信号线接收的充电电压和信息(诸如电压或电阻)，而非基于输入电压或除基于输入电压之外来确定工作模式。这种信息可指定任选的电源适配器是否能够提供充电电压。
现在描述充电器电路的另一个实施例。在本实施例中，使用了具有选择器控制的多环系统。具体地，多环系统监测多个反馈变量，但选择仅仅最相关的变量或环路来调节任何给定时间的多环系统输出。选择环路选择标准以增强系统可靠性并改善系统响应时间。
可结合用于便携式电子设备诸如智能电话、平板电脑和膝上型电脑的电压调节器和电池充电器来使用多环系统。例如，因为其能量密度高、循环寿命长并且没有记忆效应，所以锂离子(Li离子)电池广泛用于便携式电子设备中。然而，Li离子电池对于过充电电压非常敏感并且可能很容易受到过充电电压的损伤。因此，可将充电处理分成两个主要阶段，恒流(CC)模式和恒压(CV)模式，以防止电池被过充电。尽管这里提到Li离子电池作为例示，但需注意，可将充电器电路的实施例用于各种可再充电电池，并且更一般地用于将所存储的化学能转换成电能的一种或多种电化学电池。
在CC模式期间，电池-电流反馈环路是支配性的，并且利用恒流源对电池充电。在多环系统电压达到目标电压时，充电器切换到CV模式，其中系统-电压反馈环变为支配性的，并且利用来自恒压源的衰减电流对电池充电。除了两种主要充电模式之外，电池充电器通常还保护输入适配器不发生过电流状况。因此，引入了第三电流-限制(CL)模式以监测输入适配器电流。(然而，如下文进一步所述的，可存在附加充电模式。)
图4中示出了包括多环系统的充电器电路400的框图。充电器电路包括DC/DC转换器和电池充电器，以及DC转换器和电池充电器控制器。需注意，图4中所示的DC/DC转换器和电池充电器可以是降压、升压、升降压或任何其他开关转换器架构。此外，在DC/DC转换器和电池充电器控制器中实施的多环系统中，小信号传递函数和环路动态可能在环路之间明显不同。
因此，常常为每个环路优化并采用不同的补偿网络，以便实现每个环路的最佳小信号性能，诸如环路带宽和相位裕量。此外，对于微型化和部件微型化的驱动力已进一步鼓励了在选择器控制的多换系统中使用单个可重新配置的补偿网络。在这种配置中，补偿网络被设计为基于进行选择以调节输出的活动环路而改变，以便优化各个环路的小信号性能。图5中示出了这种能力，图5呈现了用于示出充电器电路400(图4)中的DC转换器和电池充电器控制器500的框图。这种DC转换器和电池充电器控制器包括：从多个反馈源选择错误信号512(可包括差异516、差异518和差异520)的反馈电路510、阻尼电路522、电压钳位电路528、脉宽调制(PWM)比较器534和驱动器电路536。
需注意，尽管重新配置补偿网络对于小信号性能和稳定性很好，但放大器524的增益(Gm)和补偿电阻或阻抗(R)526的突变可能在控制电压(VCOMP)上生成大信号电压阶跃。VCOMP中的这些大瞬间电压阶跃导致过冲响应或下冲响应，该过冲响应或下冲响应继而导致所选择的工作模式中的大信号振荡(有时称为“模式啁啾”)。模式啁啾行为是不希望有的并且可能在电压调节器和电池充电器的上下文中在适配器电流波形中的模式过渡事件期间观测到。
可使用多种方式来缓解模式啁啾，诸如通过限制放大器524的输出或减小补偿电阻或阻抗526同时增大补偿电容来牺牲小信号环路带宽。为了减小模式啁啾问题而不影响环路的小信号AC行为，提出了一种大信号稳定网络，以在大信号模式过渡事件期间在补偿电阻器之间动态限制电压幅度。
如图5中所示，反馈电路510选择错误信号512以用于对电池充电，其中在给定时间，错误信号512对应于反馈源，并且其中反馈源是多个反馈源中的一个反馈源，该多个反馈源包括：输入电流(VFB_CL)和输入电流基准(VREF_CL)之间的差异(diff.)516、输出电压(VFB_CV)和输出电压基准(VREF_CV)之间的差异(diff.)518，以及电池充电电流(VFB_CC)和电池充电电流基准(VREF_CC)之间的差异(diff.)520。然而，图5(和图6与7)中所示的多个反馈源意在进行例示。在一些实施例中，多个反馈源包括一个或多个附加反馈源，诸如：温度、输入功率和/或输入电压。
此外，阻尼电路522包括放大器524(具有增益Gm)和到接地部的与错误信号512的阻抗或电阻R526，并且其中反馈电路510基于所选择的错误信号512来选择放大器524的增益以及阻尼电路522的到接地部的阻抗526。例如，可使用补偿网络来选择到接地部的阻抗526。需注意，可通过动态调节增益和阻抗526(即，增益和阻抗526可以是可编制的)来修改增益和阻抗526。作为另外一种选择，可从一组固定值中选择值。
此外，电压钳位电路528具有一个或多个钳位电压，诸如上钳位电压(Vu)530和/或下钳位电压(Vl)532。反馈电路510基于所选择的错误信号512来选择上钳位电压530和/或下钳位电压532。在图5中，电压钳位电路528中的二极管是任选的。
需注意，所选择的放大器524的增益、到接地部的阻抗526、上钳位电压530和/或下钳位电压532减少了与从多个反馈源中的第一反馈源到多个反馈源中的第二反馈源的过渡相关联的瞬态现象。例如，阻尼电路522的所选择的放大器524的增益和到接地部的阻抗526可修改阻尼电路522的瞬态响应，以被过阻尼和/或临界阻尼。此外，上钳位电压530和/或下钳位电压532可对DC转换器和电池充电器控制器500的脉冲响应设定钳位。
在一些实施例中，DC转换器和电池充电器控制器500包括输出栅极驱动的驱动器电路536。此外，DC转换器和电池充电器控制器500可包括充当缓存得PWM比较器534(然而，可使用其他类型的调制)。
图5中的大信号电压钳位有效地限制了过冲响应和下冲响应，由此显著减小了模式啁啾的可能性。此外，因为电压钳位功能仅为大信号，所以各环的小信号动态可保持不变。因此，通过划分补偿设计和模式啁啾减轻考虑，可更好地优化控制环路的总体小信号动态。
图6和7中示出了被添加到补偿器的大信号稳定网络的替代实施例，图6和7分别呈现了充电器电路400(图4)中的DC转换器和电池充电器控制器600以及DC转换器和电池充电器控制器700的框图。在图6中，电压钳位电路610可结合任选的缓冲电路612来提供单边电压钳位。类似地，在图7中，电压钳位电路710可提供单边电压钳位。在每种情况下，这些实施例均限制模式啁啾，并修改瞬态响应以减小或消除振荡，由此加快收敛。
需注意，高侧钳位电压和低侧钳位电压(即，上钳位电压530和/或下钳位电压532)可以是固定的或可编制的。此外，根据环路选择标准、可编制的增益值和可编制的电阻器值，还可使用单边钳位(如图6和7中所示)。在一些实施例中，包括与电压钳位电路528(图5)、电压钳位电路610(图6)或图7中的电压钳位电路710并联的到接地部的电容器(未示出)。
尽管在例示的实施例中，多环选择器控制的系统是由电池充电器电路代表的，但本领域的技术人员应当认识到，可容易地将所公开的概念和具体实施例用作修改或设计其他多环系统补偿器网络以执行与所公开的实施例相同的目的或功能的依据。
现在对另一方法的实施例进行描述。图8呈现了用于示出减少与从第一错误信号到第二错误信号的过渡相关联的瞬态现象的方法800，可使用DC转换器和电池充电器控制器500(图5)、DC转换器和电池充电器控制器600(图6)或DC转换器和电池充电器控制器700(图7)中的一者或多者来执行该方法。在这种方法期间，进行从第一错误信号到第二错误信号的过渡以在为电池充电期间使用(操作810)，其中第一错误信号和第二错误信号分别对应于多个反馈源中的反馈源。然后，基于所选择的第二错误信号来选择阻尼电路的增益和到接地部的阻抗(操作812)，其中阻尼电路向第二错误信号应用增益和到接地部的阻抗。接下来，基于所选择的第二错误信号来选择电压钳位电路的一个或多个钳位电压(操作814)，其中电压钳位电路向来自阻尼电路的输出施加一个或多个钳位电压。
在方法800的一些实施例中，可存在更多的或更少的操作。此外，可改变操作的顺序，和/或将两个或更多个操作合并为单个操作。
可在电子设备中使用充电器电路的实施例。在图9中示出了这种情况，图9呈现了用于示出电子设备900的框图，该电子设备包括充电器电路910(诸如充电器电路108(图1))、DC转换器和电池充电器控制器500(图5)、DC转换器和电池充电器控制器600(图6)和/或DC转换器和电池充电器控制器700(图7)，以及电池912。
通常，可在硬件和/或软件中实现充电器电路的实施例的功能。因此，电子设备900可包括存储于可选的存储器子系统914(诸如DRAM或其他类型的易失性计算机可读存储器或非易失性计算机可读存储器)中的一个或多个程序模块或指令集，该一个或多个程序模块或指令集可由可选的处理子系统916(其包括一个或多个集成电路)来执行。(一般来讲，如本领域中所公知的，充电技术可更多地在硬件中实现而更少地在软件中实现，或者更少地在硬件中实现而更多地在软件中实现。)需注意，该一个或多个计算机程序可构成一个计算机程序机制。此外，可在以下各项中实现任选存储器子系统914中的各种模块中的指令：高级过程语言、面向对象的编程语言和/或汇编语言或机器语言。需注意，可对编程语言进行编译或翻译，例如可配置或被配置为由处理子系统来执行。
电力系统100(图1)、充电器电路108(图1)、接口连接器110(图1和2)、充电器电路400(图4)、DC转换器和电池充电器控制器500(图5)、DC转换器和电池充电器控制器600(图6)、DC转换器和电池充电器控制器700(图7)和电子设备900中的部件可通过信号线、链路或总线耦接。尽管将电通信用作示例性实例，但一般来讲，这些连接可包括信号和/或数据的电通信、光通信或光电通信。此外，在前述实施例中，示出了一些部件彼此直接连接，而示出了其他部件经由中间部件来连接。在每个实例中，一种互连或“耦接”的方法在两个或更多个电路节点或端子之间建立一些所需的连通。如本领域的技术人员所了解的，此类耦接通常可使用多种电路结构来实现；例如，可使用AC耦接和/或DC耦接。
在一些实施例中，可在以下各项中的一者或多者中实现这些电路、部件和设备中的功能：专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或多个数字信号处理器(DSP)。此外，可使用模拟电路和/或数字电路的任意组合来实现这些电路和部件，包括：双极性、PMOS门和/或NMOS门或晶体管。此外，这些实施例中的信号可包括具有近似离散值的数字信号和/或具有连续值的模拟信号。另外，部件和电路可为单端型的或差分型的，并且电源可为单极性的或双极性的。
对包括本文所述的一个或多个电路的集成电路或集成电路的一部分进行设计的过程的输出可为计算机可读介质诸如磁带或光盘或磁盘。该计算机可读介质可利用对可被物理地实例化为集成电路或集成电路的一部分的电路进行描述的数据结构或其他信息来编码。尽管多种格式可用于此类编码，但通常将这些数据结构写作：Caltech中间体格式(CIF)，CalmaGDSII数据流格式(GDSII)或电子设计交换格式(EDIF)。集成电路设计领域的技术人员能够从以上详细描述的类型的示意图和对应描述中开发出此类数据结构，并且在计算机可读介质上对该数据结构进行编码。集成电路制造领域的技术人员可使用这种经编码的数据来制造出包括本文所述的一个或多个电路的集成电路。
电子设备900可包括各种设备中的一种设备，该设备包括功率源(诸如电池)和/或电源，包括：台式计算机、服务器、膝上型计算机、媒体播放器(诸如MP3播放器)、家用电器、小型笔记本电脑/上网本、平板电脑、智能电话、蜂窝电话、网络设备、机顶盒、个人数字助理(PDA)、玩具、控制器、数字信号处理器、游戏机、设备控制器、家用电器内的计算引擎、消费电子设备、便携式计算设备或便携式电子设备、个人管理器和/或另一种电子设备。
尽管使用了特定部件来描述电力系统100(图1)、充电器电路108(图1)、接口连接器110(图1和2)、充电器电路400(图4)、DC转换器和电池充电器控制器500(图5)、DC转换器和电池充电器控制器600(图6)、DC转换器和电池充电器控制器700(图7)和电子设备900，但在替代实施例中，可使用不同的部件和/或子系统。此外，图1、2、4-7和9中可不存在这些部件中的一个或多个部件。在一些实施例中，电力系统100(图1)、充电器电路108(图1)、接口连接器110(图1和图2)、充电器电路400(图4)、DC转化器和电池充电器控制器500(图5)、DC转化器和电池充电器控制器600(图6)、DC转化器和电池充电器控制器700(图7)以及电子设备900包括图1、2、4-7和9中未示出的一个或多个附加部件。例如，可在集成电路中实现充电器电路。此外，尽管图1示出了单级充电器电路，但在其他实施例中，充电器电路包括多个级。此外，尽管图1示出了非倒相全切换升降压转换器电路，但在其他实施例中，使用了各种不同充电器电路中的一种或多种充电器电路。而且，尽管在前述的实施例中示出了独立部件，但在一些实施例中，可将给定部件的一些或全部部件集成到其他部件中的一个或多个其他部件中，和/或可改变部件的位置。需注意，控制逻辑部件118(图1)可利用任选的电池122(图1)的充电电压进行预先编制，从而不需要将用于传输输出信号126的信号线耦接到控制逻辑部件118(如图1所示)。类似地，可由接口连接器110(图1)来向控制逻辑部件118(图1)提供输入电压，从而不需要将用于传输输入信号114(图1)的信号线耦接到控制逻辑部件118(如图1所示)。
在前面的描述中，提到过“一些实施例”。需注意，“一些实施例”描述的是所有可能实施例的子集，但并非始终规定实施例的相同子集。
前述描述旨在使得任何本领域的技术人员能够实现和使用本公开的内容，并且在特定应用及其要求的上下文中提供。此外，仅出于例证和描述的目的，呈现本公开的实施例的前述描述。它们并非旨在为穷尽的或将本公开限制于所公开的形式。因此，许多修改和变型对于本领域熟练的从业者而言将显而易见，并且本文所定义的一般性原理可在不脱离本公开的实质和范围的前提下应用于其他实施例和应用。此外，前述实施例的论述并非旨在限制本公开。因此，本公开并非旨在限于所示出的实施例，而是将被赋予与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种充电器电路，包括：
接口连接器，所述接口连接器被配置为耦接到电源适配器；
升降压转换器电路，所述升降压转换器电路耦接到所述接口连接器并且被配置为耦接到具有充电电压的电池并向所述电池提供输出信号，其中在给定时间，所述升降压转换器电路被配置为基于控制信号工作于一组模式中的一种模式中，并且其中所述一组模式包括：降压模式和升压模式；和
控制逻辑部件，所述控制逻辑部件耦接到所述升降压转换器电路并被配置为基于经由所述接口连接器接收的信息和所述充电电压来生成所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的充电器电路，其中如果所述充电电压超过经由所述接口连接器从所述电源适配器接收的输入电压预定义阈值，则所述升降压转换器电路工作于所述升压模式中。
3.根据权利要求2所述的充电器电路，其中所述输入电压与通用串行总线兼容，并且所述充电电压介于6V-20V之间。
4.根据权利要求2所述的充电器电路，其中所述输入电压为约5V。
5.根据权利要求1所述的充电器电路，其中如果所述充电电压近似小于或等于经由所述接口连接器从所述电源适配器接收的输入电压，则所述升降压转换器电路工作于所述降压模式中。
6.根据权利要求5所述的充电器电路，其中所述输入电压和所述充电电压介于6V-20V之间。
7.根据权利要求1所述的充电器电路，其中在所述接口连接器从所述电源适配器解耦时，所述升降压转换器电路默认为所述升压模式。
8.根据权利要求1所述的充电器电路，其中所述接口连接器包括电源信号线、至少一个数据信号线和接地部；
其中所述控制逻辑部件被配置为：
确定所述电源信号线上的相对于接地部的来自所述电源适配器的输入电压；
经由所述至少一个数据信号线来向所述电源适配器传送所述充电电压；
从所述电源适配器接收用于指示所述电源适配器准备好为所述电池充电的回复；以及
向所述升降压转换器电路提供所述控制信号，以选择所述一组模式中的所述模式。
9.一种电子设备，包括：
集成电路；
电池，所述电池耦接到所述集成电路并具有充电电压；和
充电器电路，所述充电器电路耦接到所述电池，其中所述充电器电路包括：
接口连接器，所述接口连接器被配置为耦接到电源适配器；
升降压转换器电路，所述升降压转换器电路耦接到所述接口连接器并且被配置为耦接到具有充电电压的电池并向所述电池提供输出信号，其中在给定时间，所述升降压转换器电路被配置为基于控制信号工作于一组模式中的一种模式中，并且其中所述一组模式包括：降压模式和升压模式；和
控制逻辑部件，所述控制逻辑部件耦接到所述升降压转换器电路并被配置为基于经由所述接口连接器接收的信息和所述充电电压来生成所述控制信号。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中如果所述充电电压超过经由所述接口连接器从所述电源适配器接收的输入电压预定义阈值，则所述升降压转换器电路工作于所述升压模式中。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述输入电压与通用串行总线兼容，并且所述充电电压介于6V-20V之间。
12.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述输入电压为约5V。
13.根据权利要求9所述的电子设备，其中如果所述充电电压近似小于或等于经由所述接口连接器从所述电源适配器接收的输入电压，则所述升降压转换器电路工作于所述降压模式中。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述输入电压和所述充电电压介于6V-20V之间。
15.根据权利要求9所述的电子设备，其中在所述接口连接器从所述电源适配器解耦时，所述升降压转换器电路默认为所述升压模式。
16.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述接口连接器包括电源信号线、至少一个数据信号线和接地部；
其中所述控制逻辑部件被配置为：
确定所述电源信号线上的相对于接地部的来自所述电源适配器的输入电压；
经由所述至少一个数据信号线来向所述电源适配器传送所述充电电压；
从所述电源适配器接收用于指示所述电源适配器准备好为所述电池充电的回复；以及
向所述升降压转换器电路提供所述控制信号，以选择所述一组模式中的所述模式。
17.一种用于为电池充电的方法，包括：
从电源适配器接收输入电压；
基于所述输入电压和所述充电电压来确定所述升降压转换器电路的工作模式，所述升降压转换器电路提供输出信号以为具有充电电压的所述电池充电，其中所述工作模式是一组模式中的一种模式，并且其中所述一组模式包括：降压模式和升压模式；以及
选择所述升降压转换器电路的所确定的工作模式。
18.根据权利要求17所述的方法，其中如果所述充电电压超过从所述电源适配器接收的输入电压预定义阈值，则所确定的工作模式为所述升压模式。
19.根据权利要求17所述的方法，其中如果所述充电电压近似小于或等于从所述电源适配器接收的输入电压，则所确定的工作模式为所述降压模式。
20.根据权利要求17所述的方法，其中在从所述电源适配器解耦时，所述升降压转换器电路默认为所述升压模式。
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