CN105960619A - 用于控制电子装置表皮温度的电路和方法 - Google Patents

Abstract

本公开包括用于控制电子装置的表皮温度的电路和方法。在一个实施例中，热传感器配置在手持式电子装置的壳体上。热传感器耦合至具有电流限制电路的电池充电器。如果壳体的感测温度增加至阈值之上，减小电流限制以减小电池充电器中的电流。

Description

用于控制电子装置表皮温度的电路和方法

相关申请

本申请要求享有2014年2月12日提交的美国非临时申请No.14/179,403的优先权，该申请的全文出于所有目的通过全文引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及电子电路和方法，并且特别地涉及用于控制电子装置的表皮温度的电路和方法。

背景技术

手持式移动装置中的集成电路是不断地提高功率量的消耗者。当移动装置变得功能更强大时，电池容量必须增加以给出一致的运行时间量。通过装置的功率产生热量，并且在高电流时对装置充电进一步增加了该热量。在一些情形中由移动装置产生的热量的量可以变得令人不舒服，或者对于可以以裸露皮肤触碰装置表面的用户甚至可以是危险的。许多装置制造者设定了热规范，限制这些装置的壳体(或表皮)温度。然而，满足这些热规范而并不牺牲性能是不断持续的挑战。

例如，有时候可以希望为客户提供将蜂窝智能电话的表皮温度保持在热规范内的快速电池充电解决方案。因此，精确地调节电话的表皮温度以最大化充电性能是挑战。

发明内容

本公开包括用于控制移动装置的表皮温度的电路和方法。在一些实施例中，将热传感器配置在手持式电子装置的壳体上。热传感器耦合至具有电流限制电路的电池充电器。如果壳体的感测温度增加至阈值之上，则减小电流限制以减小电池充电器中的电流。

以下详细说明书和附图提供了对本公开本质和优点的更好理解。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的电子装置。

图2示出了根据一个实施例的用于控制壳体温度的电路。

图3示出了根据一个实施例的用于调节电池充电器中电流限制的示例性电路。

图4示出了根据另一个实施例的用于调节电池充电器中电流限制的示例性电路。

图5A是示出了根据一个实施例的算法的绘图。

图5B示出了根据一个实施例的控制壳体温度的方法。

图6示出了根据一个实施例的在移动装置中的集成电路的示例性配置。

图7示出了根据另一实施例的用于控制壳体温度的电路。

图8示出了根据另一实施例的用于控制壳体温度的示例性温度传感器电路和电池充电器电路。

具体实施方式

本公开适用于控制电子装置中温度。在以下说明书中，为了解释说明的目的，阐述了数个示例和具体细节以便于提供对本公开的全面完整理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，如权利要求中表达的本公开可以单独包括这些示例中的一些或全部特征、或者可以与以下所述其他特征组合，并且可以进一步包括在此所述的特征和概念的修改和等价形式。

图1示出了根据一个实施例的电子装置。电子装置100可以是移动装置，诸如移动电话、智能电话、平板计算机，或者其他形式装置，其中用户与例如装置壳体的外表面物理接触。本发明的特征和优点包括控制诸如手持式移动装置之类的电子装置的表皮温度，从而壳体的温度不超过阈值，该阈值可以与人手接触不舒服或危险的温度相对应。

电子装置100可以包括产生热量的电子部件，诸如功率管理电路、数据处理器、通信电路、以及接口电子元件。在该示例中，一个或多个电路板(PCB)101可以包括用于对电池102充电的电池充电器110，功率管理集成电路(PMIC)111，应用程序处理器112，射频通信电路113(例如RF发射器和/或接收器)，以及用于驱动显示器103的显示电路114。这些装置中的一个或多个可以在装置的各种工作模式期间产生大量热量。热量可以通过装置的壳体辐射出并且将壳体的温度增加至对于由用户接触有害或者不希望的程度。壳体的外表面的温度通常称作表皮温度。

本发明的实施例包括被配置用于感测壳体的温度以控制表皮温度的一个或多个热传感器电路(“温度传感器”)150。热传感器电路有时也称作例如热传感器、温度传感器电路、或者温度传感器。在一个实施例中，热传感器150被配置在壳体的内表面上，尽管在备选的等同实施例中热传感器可以以其他方式配置以感测表皮温度。在该示例中，热传感器150耦合至电池充电器电路110以控制电池充电器中的电流。例如，电池充电器110可以从外源接收电力，如以下详细所述，并且将电力提供至电池102或者下游的部件，诸如例如PMIC111、处理器112、RF电路113以及显示电路114。本公开的实施例可以使用热传感器150而感测表皮温度，并且将诸如电压之类的信号耦合至电池充电器110以设置电流限制，将控制电池充电器中最大电流。减小电流限制可以例如减小流至电池150或至PMIC 111以及下游部件的最大电流，并且减小电池充电器150中功率消耗以减小表皮温度。

图2示出了根据一个实施例的用于控制壳体温度的电路。该示例示出了在示例性移动电子装置中的功率分布。电池充电器210可以从外部电源接收电力以向电池215充电和/或PMIC 211和下游部件提电力。在该示例中，电池充电器210向PMIC 211提供电力(例如电压和电流)。在一些实施例中，可以包括电池充电器210作为PMIC 211的一部分。PMIC 211可以包括多个开关调节器以将电力提供至一个或多个处理器(例如微处理器或图像处理器)、RF电路或显示电路。显示电路214可以包括升压转换器开关电源、调节器和/或驱动器电路以例如驱动电子装置显示器。

在该示例中，热传感器250设置在电子装置的壳体200(或表皮)的内表面202上。热传感器250可以放置靠近在工作期间产生热量的电子部件。例如，各个实施例可以将热传感器定位靠近电池充电器、PMIC、处理器、RF电路或显示电路(或者如以下所述的组合)的可以在工作期间产生大量热量的位置。例如，电路板可以将电池充电器电路210定位在电子装置壳体内的特定位置处。因此，由电池充电器电路210产生的热量可以朝向壳体的表面辐射出，例如在装置上靠近电池充电器集成电路的特定位置处产生热点。在电池充电器IC和内表面之间，热量可以通过壳体内一个或多个其他材料而辐射，例如诸如PCB、热扩散器、电磁干扰屏蔽件、电池、显示器或其他材料或部件。本公开的实施例可以感测靠近电池充电器集成电路的温度并且通过改变电流限制而减小电池充电器中功率消耗。例如，如果壳体温度增加超过阈值，则可以减小电流限制以减小功率消耗并且减小靠近电池充电器的表皮温度，由此消除了热点。电池充电器IC有时用于向整个系统提供电力，因此其对于例如实施电池充电器中热控制是有利的。

图3示出了根据一个实施例的用于调节电池充电器中电流限制的示例性电路。在该示例中，热传感器350包括具有取决于温度的可变电阻的热敏电阻器351。热敏电阻器的一个端子耦合接地，并且热敏电阻器的第二端子通过电阻器352耦合至参考电压(例如V_bias)以形成电压分压器。因此，当热敏电阻器处温度改变时，改变热敏电阻器的电阻改变了电压分压器上的电压。来自热传感器350的电压耦合至电池充电器集成电路310的输入端(例如封装管脚)。电池充电器310包括比较器电路320，比较器电路320具有耦合至热传感器350的第二端子的第一输入端以及耦合至参考电压的第二输入端。在该示例中，参考电压由第二电阻器分压器产生，包括配置在参考电压V_bias和接地之间的电阻器311和电阻器312。电阻器311、312和352以及热敏电阻器351的电阻值被配置成当由热传感器350感测到壳体(例如电话壳体)的温度满足阈值时，来自热传感器的电压增加至比较器320的另一输入端处的参考电压之上，使得比较器改变状态。在该示例中，比较器320的输出端耦合至输入电流控制电路330，其接收比较器输出信号并且改变电池充电器310的输入电流限制(例如减少电池充电器的最大输入电流)。虽然在此示出了输入电流限制，但是可以理解其他实施例可以例如调节输出电流限制。

在一个实施例中，在比较器320的输入端处提供的参考电压可以是可编程的。例如，在一个示例中，电阻器311或电阻器312(或两者均)可以可编程以调节分压比例并且改变参考电压。因此，可以修改比较器320以修改引起电流限制改变的阈值。因此，热传感器触发了电流限制的改变所处的温度可以是可编程的。

图4示出了根据另一实施例的用于调节电池充电器中电流限制的示例性电路。在该示例中，热传感器450中的热敏电阻器451和电阻器452耦合至在电池充电器IC 410上的模数转换器(ADC)411。ADC411的另一输入端耦合至参考电压。ADC 411从热传感器450接收电压并且将该电压转换为电压的数字表示(例如数字码位)。ADC 411的输出端可以耦合至数字比较器412。数字比较器412从ADC 411接收热传感器电压的数字表示以及阈值的数字表示。类似于图3中电路，当热传感器电压满足特定的阈值时，数字化的电压增加至数字阈值之上，并且数字比较器412产生至输入电流控制电路430的输出信号以改变输入电流限制。因此，当壳体上温度增加至阈值时，减小电池充电器中最大输入电流以减小壳体的温度。

尽管图3和图4中的以上电路已经示出为耦合了热传感器和电池充电器之间的电压，但是可以理解其他实施例可以使用电流以将温度信息从热传感器通信发送至电池充电器。额外地，尽管图3和图4示出了示例的限制性输入电流，但是应该理解其他实施例可以限制输出电流。将热传感器耦合至电池充电器的一个示例性实施例的一个优点在于可以无需软件以控制温度。例如，如果当电池正充电时关断移动装置，电池充电器中电流可以在装置壳体上引起不希望的热点，如果用户将要拾取装置这可以引起伤害。然而，如果热传感器配置用于测量壳体温度并且当温度太高时减小电池充电器中电流，可以有利地实施热控制而无需诸如操作系统或其他软件应用程序之类的系统软件。

图5A是示出了根据一个实施例的算法的绘图。在一个实施例中，装置可以已经设置了温度限制，其确保装置决不工作在预限定的最大温度之外。在该示例中，系统基于壳体的感测温度通过上下调整电流限制而试图维持恒定的壳体(或表皮)温度。例如，如绘图501和502中所示，初始地电流限制可以设置为高并且壳体温度开始随着时间周期t1而开始增加。当壳体的温度增加至Tc之上(在由最高温度Tmax和最低温度Tmin所限定的窗口内的中心温度)，减少电流限制。在该示例中，温度继续在t2期间增加新的电流限制。因此，再次减小电流限制。温度开始在t3期间降低直至温度跌落低于Tmin。在一个实施例中，在第一次减少之后，额外的减小发生在定时器满期之后(例如2秒)开始发生。在温度跌落低于Tmin之后，可以增加电流限制，引起温度再次增高。以该方式，算法可以例如确保温度不会增加至Tmax之上。

图5B示出了根据一个实施例的控制壳体温度的方法。在510处，配置在壳体上的热传感器电路可以感测温度。在511处，由电路处理对应于温度的电信号以确定壳体温度是否大于第一温度(例如Tc)。如果壳体温度太高，则在513处降低电流限制并且方法返回至510。如果壳体温度小于第一温度，则电路可以确定在512处壳体温度是否小于第二温度(例如Tmin)。如果壳体温度小于第二温度，则可以在514处增加电流限制并且方法返回至510。否则，方法返回至510以继续监控壳体温度。以上算法可以实施在软件、数字硬件(例如重构参考、数字阈值、或如上所述的电阻器)、或模拟硬件(例如使用窗口比较器)中。

图6示出了根据一个实施例的移动装置中集成电路的示例性配置。该示例示出了在手持式装置的壳体内可以如何配置应用程序处理器IC 610、电池充电器IC 611、以及RFIC 612。装置可以包括外表面，外表面包括玻璃显示器601和壳体630。在该示例中，电池602配置在显示器601的内表面上。处理器610、电池充电器611以及RF 612可以设置在电路板603上，其可以放置在电池602的上表面上。电磁干扰(EMI)屏蔽件613A-613C可以放置在每个IC的顶部上，并且例如一个或多个热扩散器620可以放置在EMI层与壳体630的内表面之间。在该示例中，电池可以用作热沉，从而减少传输至显示器的外层的热量的量。然而，热点可以发生在靠近IC的位置中的壳体630上。在该示例中，一个或多个热传感器650A-650C设置在壳体630的内表面与热扩散器620的上表面之间以感测壳体的温度并且将每个位置维持在最高温度之下。可以理解以上配置仅是根据本公开的各个实施例的示出了感测并控制壳体温度的优点的一个示例性配置。

图7示出了根据另一实施例的用于控制壳体温度的电路。如由图6中示例所示，电子装置中多个IC可以产生热量并且在不同工作模式期间在壳体的外表面上引起热点。例如，在电池充电期间电池充电器可以产生热点，在剧烈数据处理期间处理器可以产生热点，在广泛无限传输和接收期间RF电路可以产生热点，以及在主动使用显示器接口期间显示电路可以产生热点。因此，在一个实施例中，例如可以设置多个热传感器750－754以感测在不同位置处(例如靠近不同的产生热量的IC)的壳体701的温度并且监控以减小系统功率。在该示例中，多路复用器(MUX)可以用于选择具有最高温度的热传感器。例如，在一个实施例中，电池充电器710可以通过改变MUX 760的选择输入而反复地感测来自每个热传感器的电压。当来自特定热传感器的特定电压增加至阈值之上时，电池充电器710可以维持特定的热传感器作为输入以控制温度。在一个实施例中，例如，当特定热传感器电压在阈值之上时，电池充电器可以监控来自热传感器的电压达扩展的时间段，但是周期性地重复循环其他热传感器以确保其他之一也尚未增加至阈值之上。因为电池充电器710提供电力至PMIC 711、处理器712、RFIC 713以及显示电路714，因此减小来自电池充电器710的热贡献将减小在壳体处聚集热量并且降低温度。

图8示出了根据另一实施例的用于控制壳体温度的示例性温度传感器电路和电池充电器电路。该示例示出了包括壳体801的手持式移动装置800，壳体801包封了电池充电器810、控制器805以及如上所述的其他系统电子元件。壳体801可以包括用于接收诸如例如USB电缆之类的电缆的插口804。在该示例中，由插口804接收的USB电缆包括电源电压VBUS、接地(GND)、以及两个数据线(D+和D-)。连接至USB端口的电缆可以提供电力和数据至装置800，而连接至USB电力适配器(例如壁适配器)的电缆可以提供电力和接地。在该示例中，VBUS、GND、D+和D-耦合至控制器805，其可以通过串行数据总线(SDA和SCL)传输信息至电池充电器801或者其他系统电子元件。在其他实施例中，电池充电器可以在内部执行USB检测。例如，应用程序处理器可以连接至D+和D-，并且Vbus可以仅连接至PMIC和电池充电器。

例如，VBUS由电池充电器810接收，其使用来自VBUS的电压和电流以对锂离子电池803充电或者提供电力至下游部件，或者两者均有。热传感器850被配置用于感测壳体801的温度并且限制电池充电器810中的电流。在该示例中，电池充电器810包括耦合至电感器814和电容器815以形成开关调节器的开关控制器811，场效应晶体管(FET)812、和FET 813。电流流入DCIN管脚至切换节点SW，通过电感器814。在电池充电模式中，电流通过电流感测电阻器816流入CSIN中至CSOUT并且至电池803中。跨电阻器816的在CSIN和CSOUT之间的电压差与输出电流相关并且在电流控制模式中可以用于控制驱动FET 812和813的PWM信号。CSOUT上电压是电池电压并且可以用于在电压控制模式中控制PWM信号和FET。在一个实施例中，例如可以激活功率控制开关817以从电池803向系统部件提供电力。

由热传感器850产生的电压耦合至电池充电器810的热输入端(Thermal_In)。由输入电路、比较电路和可选的MUX电路820接收来自热传感器850的电压。电路820可以产生增加/减小信号至包括可调参考822的电流限制电路821、电流检测器823以及比较电路824。电流检测器823可以例如感测开关调节器的输入或输出电流。当停用时，感测到的电流可以低于参考822。如果感测到电流增加至参考822之上，则比较电路的输出改变状态并且控制PWM信号和FET以防止感测电流中任何额外的增加，由此对于感测到电流设置了最大值。在不同的实施方式中，例如，可调参考822和电流检测器823的输出可以是电压或电流。

在一些实施方式中，硬件或软件算法可以控制参考822的调整。在一个实施例中，例如，算法890可以由数字控制单元830实施，其从电路820接收增加/减小信号并且调节参考822。在其他实施例中，算法890可以由处理器或PMIC实施，如在802处所示，并且控制信号可以在处理器/PMIC和电池充电器810之间经由控制器805而通信发送。

以上说明书说明了本公开的各个实施例以及可以如何实施特定实施例的特征方面的示例。以上示例不应被认为仅是实施例，展现用于说明由以下权利要求所限定的特定实施例的灵活性和优点。基于以上公开和以下权利要求，可以采用其他设置、实施例、实施方式和等价形式而并未脱离由权利要求限定的本公开的范围。

Claims (20)

1.一种设备，包括：

壳体，具有内表面和外表面；

电池充电器电路，被配置在所述壳体内，所述电池充电器电路包括设置所述电池充电器电路中最大电流的电流限制电路；

热传感器电路，被配置在所述壳体的所述内表面上并且在所述电池充电电路外，

其中所述热传感器电路感测在所述内表面上的温度并且当所述内表面上的温度达到阈值时调节所述电池充电器电路中的电流限制电路。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述热传感器电路包括热敏电阻器，所述设备进一步包括被配置在参考电压与所述热敏电阻的端子之间的电阻器。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述温度传感器电路的端子上的第一电压基于所述内表面上的温度而改变，并且其中所述第一电压耦合至所述电池充电器电路的端子以调节所述电流限制电路。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述电池充电器电路进一步包括：

比较器，具有用于接收所述第一电压的第一端子以及耦合至参考电压的第二端子，其中当所述第一电压达到所述参考电压时所述比较器减小所述电池充电电路中的最大电流。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述参考电压是可编程的。

6.根据权利要求4所述的设备，其中所述比较器包括磁滞。

7.根据权利要求4所述的设备，其中由电阻器分压器产生所述参考电压。

8.根据权利要求3所述的设备，其中所述电池充电器电路进一步包括：

模数转换器，具有用于接收所述第一电压的第一端子以及耦合至参考电压的第二端子，所述模数转换器产生所述第一电压的数字表示；以及

数字比较器，用于接收所述第一电压的数字表示以及所述阈值的数字表示，

其中当所述第一电压的数字表示满足所述阈值的数字表示时，所述模数转换器减小所述电池充电器电路中的最大电流。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述阈值的数字表示是可编程的。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述热传感器电路被定位成靠近所述电池充电器电路、处理器、RF电路和显示电路中的一个。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述热传感器电路是多个热传感器电路，所述设备进一步包括：

多路复用器，具有耦合至所述多个热传感器电路的多个输入端，以选择所述热传感器电路中具有最高温度的热传感器电路以调节所述电流限制电路，

其中所述多个热传感器电路被配置成至少靠近所述电池充电器、处理器和RF电路。

12.根据权利要求1所述的设备，其中电池充电器包括开关调节器，并且其中所述电流限制电路包括：

可调参考，具有耦合至所述热传感器电路的输入端以及耦合至比较电路的输出端；以及

电流检测器，具有用于检测所述开关调节器中电流的输入端以及耦合至所述比较电路的输出端，

其中当所述电流检测器的所述输出端处电压达到所述可调参考的所述输出端处的电压时，所述比较电路设置所述开关调节器的最大占空比。

13.一种方法，包括：

使用被配置在移动装置的壳体上的热传感器电路来感测所述壳体的内表面上的温度，所述壳体进一步包括外表面；

当所述内表面上的温度达到阈值时调节电池充电器电路中的电流限制电路，其中所述电池充电器电路被配置在所述壳体内，所述电流限制电路设置所述电池充电器电路中的最大电流。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述温度传感器电路的端子上的第一电压基于所述壳体上的温度而改变，并且其中所述第一电压耦合至所述电池充电器电路的端子以调节所述电流限制电路。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括，由所述电池充电器电路比较所述第一电压和参考电压，并且根据该比较，当所述第一电压达到所述参考电压时减小所述电池充电电路中的最大电流。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

由所述电池充电器将所述第一电压转换为所述第一电压的数字表示；

数字地比较所述第一电压的数字表示与所述阈值的数字表示；以及

当所述第一电压的数字表示达到所述阈值的数字表示时减小所述电池充电器电路中的最大电流。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述阈值的数字表示是可编程的。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述热传感器电路被定位成靠近所述电池充电器电路、处理器、RF电路和显示电路中的一个。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述热传感器电路是多个热传感器电路，所述方法进一步包括：

反复地选择多个热传感器电路中的热传感器电路以确定所述热传感器电路中的具有最高温度的热传感器电路，从而调节所述电流限制电路，

其中所述多个热传感器电路被配置为至少靠近所述电池充电器、处理器和RF电路。

20.根据权利要求13所述的方法，其中所述电池充电器电路包括开关调节器，所述方法进一步包括，将基于感测到的温度所设置的参考与所述电流调节器中检测到的电流进行比较，并且根据该比较，当检测到的电流增加至所述参考之上时设置所述开关调节器的最大占空比。