CN105870984A - 充电控制电路、充电控制方法及电源管理集成电路 - Google Patents

充电控制电路、充电控制方法及电源管理集成电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种充电控制电路，包括模数转换器和控制单元。其中，模数转换器用于监测电池的温度并将监测到的温度转换为数字值；以及，控制单元耦接于该模数转换器，且用于根据该数字值确定是否产生控制信号，以调整该电池的充电电流或充电电压；以及，该模数转换器和该控制单元为全硬件架构。相应地，本发明还提供了一种电源管理集成电路及充电控制方法。采用本发明可以节省芯片面积、降低成本，以及，还可以有效防止电池充电过程中可能存在的风险。

Description

充电控制电路、充电控制方法及电源管理集成电路
技术领域
本发明涉及一种电池充电方案，更特别地，涉及一种充电控制电路、充电控制方法及电源管理集成电路。
背景技术
当锂离子电池在高温下被高的充电电压和充电电流充电时，锂离子电池往往是危险的。因此，日本电子信息技术产业协会(Japan Electronics and InformationTechnology Industries Association,JEITA)标准提出安全规范和电池-充电器(battery-charger)解决方案，以避免人类的安全性风险。
在JEITA标准中，高温或低温下需要降低充电电压和充电电流。在常规技术中，模拟比较器(analog comparator)或软件解决方案(software solution)被用来调整高/低温下的充电电压和充电电流。然而，模拟比较器需要太多的芯片面积，且温度阈值设置(temperature threshold setting)不灵活；以及，若软件在高/低温下中止(hang up)，则软件解决方案仍然存在风险。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种充电控制电路、电源管理集成电路和相关的充电控制方法，以解决上述问题。
根据本发明一实施例，本发明提供一种充电控制电路，该充电控制电路包括模数转换器和控制单元。其中，模数转换器用于监测电池的温度，并将监测到的温度转换为数字值；以及控制单元耦接于该模数转换器，且用于根据该数字值确定是否产生控制信号，以调整该电池的充电电流或充电电压；以及，该模数转换器和该控制单元为全硬件架构。
根据本发明另一实施例，本发明提供一种电源管理集成电路，该电源管理集成电路包括模数转换器和控制单元。其中，模数转换器用于监测电池的温度，并将监测到的温度转换为数字值；以及控制单元耦接于该模数转换器，且用于根据该数字值确定是否产生控制信号，以调整该电池的充电电流或充电电压。
根据本发明另一实施例，本发明提供一种充电控制方法，该方法包括：使用全硬件架构来监测电池的温度，并对监测到的温度执行模数转换操作以获得数字值；以及根据该数字值确定是否产生控制信号以调整该电池的充电电流或充电电压。
本发明提供的充电控制电路、充电控制方法和相关的电源管理集成电路可以节省芯片面积、降低成本，以及，还可以有效防止电池充电过程中可能存在的风险。
本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可以毫无疑义地理解本发明的这些目的及其它目的。
附图说明
图1是根据本发明一实施例说明一种电子装置的示意图；
图2是根据本发明一实施例说明电池组和电源管理集成电路的详细架构的示意图；
图3是根据本发明一实施例说明温度阈值设置的阈值和相应的充电电压及充电电流的示意图；
图4是根据本发明一实施例说明充电控制方法的示意图。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例。以下实施例仅用来例举阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区别的基准。本发明中使用的术语“元件”、“系统”和“装置”可以是与计算机相关的实体，其中，该计算机可以是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。
请参照图1，图1是根据本发明一实施例说明一种电子装置(electronicdevice)100的示意图。如图1所示，电子装置100包括电池组(battery pack)110(可以将“电池组”称作“电池”)、充电器(charger)120、电源管理集成电路(power management integrated circuit,PMIC)130、基带处理器(basebandprocessor)140(或处理器，如微处理器、CPU等)和连接头(connector)150。其中，连接头150用于连接至电源适配器(power adapter)102的连接头，以给电子装置100的电池组110充电。此外，在本实施例中，电子装置100可以是手机、平板、笔记本，或具有电池组的任何其它便携式装置；以及，电池组110可以是锂离子电池组。
在本实施例中，基带处理器140或电子装置100的其它存储电路可以记录(record)温度阈值设置，以及，该温度阈值设置是可编程的。此外，温度阈值设置可以包括对应于多个温度范围的多个阈值。特别地，N个阈值限定(N+1)个温度范围，其中，N≥2，该多个阈值可以至少包括第一阈值和第二阈值。为方便理解，请参照图3，图3中示出了4个阈值Tcold、Tcool、Twarm和Thot，该4个阈值Tcold、Tcool、Twarm和Thot限定了5个温度范围，换言之，在图3所示的实现中，可以将整个温度范围划分为5个区间，如图3所示：小于Tcold的第一温度范围(对应于“超低温”区间)、介于Tcold和Tcool之间的第二温度范围(对应于“低温”区间)、介于Tcool和Twarm之间的第三温度范围(对应于“常温”区间)，介于Twarm和Thot之间的第四温度范围(对应于“高温”区间)，以及大于Thot的第五温度范围(对应于“超高温”区间)。应当说的是，图3仅为一种示例，具体实现中可根据实际的设计需求对阈值的具体取值及其个数进行设定，本发明实施例对此不做任何限制。但为方便描述及便于理解，以下实施例中以图3所示的示例进行描述。
请参照图2，图2是根据本发明一实施例说明电池组110和电源管理集成电路130的详细架构的示意图。在图2中，电池组110至少包括P+端子、P-端子和N1端子，其中，P+端子和P-端子连接至充电器120，以接收充电电压，以及，N1端子分别连接至电池组110的负温度系数(negative temperature coefficient,NTC)热敏电阻(thermistor)RNTC、电阻R1和电源管理集成电路130的电源开启端(battery-on terminal)BATON。电源管理集成电路130包括充电控制电路200，以及充电控制电路200包括模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)210和控制单元220。此外，模数转换器210和控制单元220是全硬件架构(fullyhardware architecture)，且控制单元220操作在数字域中。应当注意的是，图2仅示出了与本发明有关的元件(element)，本领域技术人员应当理解电池组110和电源管理集成电路130还可以具有其它的端子和元件。
在本实施例中，充电器120、电源管理集成电路130和基带处理器140为不同的芯片。然而，在其它实施例中，充电器120可以集成到电源管理集成电路130中，或者，充电控制电路200可以设置在充电器120中。这些变型设计应当落入本发明的范围内。
在本实施例中，模数转换器210可以具有12位分辨率(resolution)，以及，温度阈值设置的每个阈值可以为12位。因此，工程师可以自由设置该温度阈值设置的期望阈值。
在图1和图2所示元件的操作中，当电源适配器102连接至连接头150时，基带处理器140(软件)执行初始设置，例如，设置参数HW_JEITA＝1、设置温度阈值设置的阈值及其对应的充电电压/电流；以及，充电器120根据来自连接头150的电压/电流开始产生充电电压和充电电流至电池组110，以给电池组110充电；以及，充电控制电路200加载(load)温度阈值设置的阈值。在充电器120给电池组110充电的期间，模数转换器210通过测量电源管理集成电路130的BATON端的电压电平来监测电池组110的温度，以及将监测到的温度(即BATON端的电压电平)转换为数字值。如图2所示，由于负温度系数热敏电阻RNTC的阻值随温度变化，因此，BATON端的电压电平(即Vref*(RNTC/(R1+RNTC)))能够反映(reflect)电池组110的温度。随后，控制单元220根据该数字值和温度阈值设置的多个阈值确定是否产生至少一个控制信号Vc至充电器120，以调整电池的充电电流或充电电压。具体地，该多个阈值(如图3所示的4个阈值Tcold、Tcool、Twarm、Thot)可以限定多个温度范围(如图3所示的5个温度范围)，且每个温度范围对应一充电电压或充电电流，以及控制单元220可以确定出电池组110位于其内的特定温度范围，并发送控制信号Vc至充电器120，以利用该特定温度范围所对应的充电电压/电流来给电池组110充电。可以理解地，对于一已知的温度值，该温度值落入该多个温度范围的其中一个温度范围内，具体实现中，可以将该多个温度范围中的其中一个温度范围作为默认的充电模式所对应的温度范围(如图3所示的10～45℃)，当电池组开始被充电时，利用该默认的充电模式所对应的充电电压和充电电流给电池组110充电。
在一实施例中，模数转换器210可以周期性地(例如，每秒)读取BATON端的电压电平，以及，模数转换器210分别多次(例如，10次)读取BATON端的电压电平，以产生多个数字值，且只有当所有的数字值均大于第一阈值(例如，如图3所示，对应于默认充电模式中的Twarm)或所有的数字值均小于第二阈值(例如，如图3所示，对应于默认充电模式中的Tcool)时，控制电路220才产生控制信号Vc以重置/调整电池组110的充电电流和充电电压，其中，第一阈值大于第二阈值。该第一阈值和该第二阈值可以分别为电池组110当前所处充电模式(如图3所示的“常温”所对应的第一充电模式，“高温”所对应的第二充电模式，“超高温”所对应的第三充电模式，“低温”所对应的第四充电模式，或，“超低温”所对应的第五充电模式)所对应的温度范围的上限值和下限值。为方便理解，以图3的示例进行举例说明，例如，当电池组110开始被充电时，采用预设的温度范围(如图3所示的Tcool～Twarm)所对应的充电模式(即前述“默认的充电模式”，例如，充电电流为I1，充电电压为V1)给电池组110充电，因此电池组110当前所处充电模式对应的温度范围为Tcool～Twarm。若在监测电池组110的温度过程中连续多次获得的数字值均大于Twarm，则控制电路220产生控制信号Vc以重置/调整电池组110的充电电流和充电电压，从而，采用温度范围Twarm～Thot所对应的充电模式(例如，充电电流为I2，充电电压为V2)给电池组110充电。随着充电过程的进行，若监测到多次获得的数字值均大于Thot，则控制电路220产生控制信号Vc以重置/调整电池组110的充电电流和充电电压，从而，采用大于Thot的温度范围所对应的充电模式(例如，充电电流为0，充电电压为0)给电池组110充电，在图3所示的示例中，即停止给电池组110充电。
此外，若充电电压或充电电流被改变，则控制单元220将该改变的信息通知给基带处理器140。换言之，当控制单元220确定产生控制信号以调整电池组110的充电电流或充电电压时，控制单元220发送一信号以通知基带处理器140。
请参照图3，图3是根据本发明一实施例说明温度阈值设置的多个阈值和其对应的充电电压及充电电流的示意图。在图3中，有3个充电电压电平V1、V2和0，三个充电电流电平I1、I2和0，四个阈值Tcold、Tcool、Twarm和Thot，以及5个温度范围：“超低温”(cold)、“低温”(cool)、“常温”(normal)、“高温”(warm)和“超高温”(hot)，其中，在本实施例中，V1＝4.2V、V2＝4.1V、I1＝600mA、I2＝200mA，以及，阈值Tcold、Tcool、Twarm和Thot分别对应于-10℃、10℃、45℃和60℃。然而，图3的上述安排仅用于描述目的，而不意味着对本发明的限制。在图3所示的示例中，“超低温”对应温度小于阈值Tcold的温度范围，“低温”对应温度介于阈值Tcold和Tcool之间的温度范围，“常温”对应温度介于阈值Tcool和Twarm之间的温度范围，“高温”对应温度介于阈值Twarm和Thot之间的温度范围，“超高温”对应温度大于阈值Thot的温度范围。
请一并参照图1至图3，当电池组110开始被充电时，充电控制电路200加载对应于多个温度范围的多个阈值，且控制单元220通过比较模数转换器210输出的数字值与该多个阈值的至少一部分来确定是否产生控制信号，以调整电池组的充电电压和/或充电电流。具体地，当控制单元220确定出模数转换器210输出的数字值所对应的温度位于阈值Tcool和Twarm之间时，则充电器120使用充电电压V1和充电电流I1来给电池组110充电。当控制单元220确定出模数转换器210输出的数字值所对应的温度位于阈值Tcold和Tcool之间，或者位于阈值Twarm和Thot之间时，则控制单元220产生控制信号Vc至充电器120，以使用充电电压V2和充电电流I2给电池组110充电。此外，当控制单元220确定出模数转换器210输出的数字值所对应的温度大于阈值Thot，或者小于阈值Tcold时，则控制单元220产生控制信号Vc至充电器120，以停止给电池组110充电(即充电电压和充电电流均为0)。应当说明的是，图3仅为方便理解本发明而示出的一种特定示例，具体实现中并不限于该特定示例。
请参照图4，图4是根据本发明一实施例说明充电控制方法的示意图。请一并参照图1至图4，流程描述如下。
步骤400：流程开始。
步骤402：基带处理器140(软件)执行初始设置，例如，设置参数HW_JEITA＝1，以及设置上述阈值Tcold,Tcool,Twarm和Thot、充电电压V1和V2、充电电流I1和I2。
步骤404：充电器120使用默认的充电模式(如图3所示温度范围“Tcool～Twarm”所对应的充电模式)给电池组110充电，其中，该默认的充电模式对应于充电电压V1和充电电流I1。
步骤406：多次监测电池组110的温度，并将其与阈值进行比较。
步骤408：控制单元220确定所监测到的温度(TS)是否位于阈值Twarm和Thot之间，或者位于Tcold和Tcool之间。若是，则流程进入步骤414；若否，则流程进入步骤410。
步骤410：控制单元220确定所监测到的温度是否大于阈值Thot或者小于阈值Tcold。若是，则流程进入步骤412；若否，则流程进入步骤408。
步骤412：控制单元220产生控制信号Vc至充电器120，以停止给电池组110充电。
步骤414：控制单元220发送一信号(如通过发送中断标志(interrupt flag)的方式)通知基带处理器140。
步骤416：控制单元220产生控制信号Vc至充电器120，以重置/调整充电电压和充电电流，换言之，使用充电电压V2和充电电流I2来给电池组110充电。
步骤418：控制单元220确定当前监测到的温度(TS)是否位于阈值Tcool和Twarm之间。若是，则流程返回步骤404，以使用默认的充电模式；若否，则流程保持在步骤418。
在图4所示的流程图中，基带处理器140一旦监测到电源适配器102插入，则软件执行充电器有关的初始设置(如充电电流/充电电压、阈值及HW_JEITA等等)到充电器120内或电源管理集成电路130内的充电控制电路200。随后，充电行为为硬件自动控制(充电器120或电源管理集成电路130)，以及BATON端的电压被周期性地监测，以做JETIA保护。若触发JEITA保护，则充电器120或电源管理集成电路130将发送中断标志至基带处理器140，以更新充电器状态。
综上所述，在本发明的充电控制电路、充电控制方法和相关的电源管理集成电路中，充电电压和充电电流的控制步骤在数字域中进行，以及充电控制电路中没有使用模拟比较器，节省了芯片面积并降低了制造成本。此外，在本发明中，所有的主要操作通过硬件来执行以防止软件中止时可能存在的风险。
在不脱离本发明的精神以及范围内，本发明可以其它特定格式呈现。所描述的实施例在所有方面仅用于说明的目的而并非用于限制本发明。本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。本领域技术人员皆在不脱离本发明之精神以及范围内做些许更动与润饰。

Claims (15)

1.一种充电控制电路，其特征在于，包括：
模数转换器，用于监测电池的温度，并将监测到的温度转换为数字值；以及
控制单元，耦接于该模数转换器，用于根据该数字值确定是否产生控制信号，以调整该电池的充电电流或充电电压；
其中，该模数转换器和该控制单元为全硬件架构。
2.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，该模数转换器通过测量一端子的电压电平来监测该电池的温度，以及，该端子用于连接至该电池的负温度系数热敏电阻。
3.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，当该电池开始被充电时，该充电控制电路加载多个阈值，且该控制单元通过比较该数字值与该多个阈值的至少一部分来确定是否产生该控制信号。
4.如权利要求3所述的充电控制电路，其特征在于，该多个阈值包括第一阈值和第二阈值，该第一阈值大于该第二阈值，该模数转换器分别多次监测该电池的温度，以产生多个数字值；以及，当该多个数字值均大于该第一阈值或该多个数字值均小于该第二阈值时，该控制单元产生该控制信号，以调整该电池的充电电流或充电电压。
5.如权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，当该控制单元确定产生该控制信号以调整该电池的充电电流或充电电压时，该控制单元发送一信号以通知处理器。
6.一种电源管理集成电路，其特征在于，包括：
模数转换器，用于监测电池的温度，并将监测到的温度转换为数字值；以及
控制单元，耦接于该模数转换器，用于根据该数字值确定是否产生控制信号，以调整该电池的充电电流或充电电压。
7.如权利要求6所述的电源管理集成电路，其特征在于，该电源管理集成电路还包括端子，用于连接至该电池的负温度系数热敏电阻；其中，该模数转换器通过测量该端子的电压电平来监测该电池的温度。
8.如权利要求6所述的电源管理集成电路，其特征在于，当该电池开始被充电时，该充电控制电路加载多个阈值，且该控制单元通过比较该数字值与该多个阈值的至少一部分来确定是否产生该控制信号。
9.如权利要求8所述的电源管理集成电路，其特征在于，该多个阈值包括第一阈值和第二阈值，该第一阈值大于该第二阈值，该模数转换器分别多次监测该电池的温度，以产生多个数字值；以及，当该多个数字值均大于该第一阈值或该多个数字值均小于该第二阈值时，该控制单元产生该控制信号，以调整该电池的充电电流或充电电压。
10.如权利要求6所述的电源管理集成电路，其特征在于，当该控制单元确定产生该控制信号以调整该电池的充电电流或充电电压时，该控制单元发送一信号以通知处理器。
11.一种充电控制方法，其特征在于，包括：
使用全硬件架构监测电池的温度，并对监测到的温度进行模数转换操作以获得数字值；以及
根据该数字值确定是否产生控制信号以调整该电池的充电电流或充电电压。
12.如权利要求11所述的充电控制方法，其特征在于，监测电池的温度并对监测到的温度进行模数转换操作以获得数字值的步骤包括：
通过测量一端子的电压电平来监测该电池的温度，以及，该端子用于连接至该电池的负温度系数热敏电阻。
13.如权利要求11所述的充电控制方法，其特征在于，该方法还包括：
当该电池开始被充电时，加载多个阈值；以及
根据该数字值确定是否产生该控制信号以调整该电池的充电电流或充电电压的步骤包括：
通过比较该数字值与该多个阈值的至少一部分来确定是否产生该控制信号。
14.如权利要求13所述的充电控制方法，其特征在于，该多个阈值包括第一阈值和第二阈值，该第一阈值大于该第二阈值，根据该数字值确定是否产生该控制信号以调整该电池的充电电流或充电电压的步骤包括：
分别多次监测该电池的温度，以产生多个数字值；
当该多个数字值均大于该第一阈值或该多个数字值均小于该第二阈值时，产生该控制信号，以调整该电池的充电电流或充电电压。
15.如权利要求11所述的充电控制方法，其特征在于，该方法还包括：
当确定产生该控制信号以调整该电池的充电电流或充电电压时，发送一信号以通知处理器。
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