CN107124100B - 用于功率管理的设备 - Google Patents

用于功率管理的设备 Download PDF

Info

Publication number
CN107124100B
CN107124100B CN201710106148.7A CN201710106148A CN107124100B CN 107124100 B CN107124100 B CN 107124100B CN 201710106148 A CN201710106148 A CN 201710106148A CN 107124100 B CN107124100 B CN 107124100B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
load
power converter
charge
energy buffer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710106148.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107124100A (zh
Inventor
赫拉德·比拉尔·皮克
亨德里克·约翰内斯·伯格维德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NXP BV
Original Assignee
NXP BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NXP BV filed Critical NXP BV
Publication of CN107124100A publication Critical patent/CN107124100A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107124100B publication Critical patent/CN107124100B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/0071—Regulation of charging or discharging current or voltage with a programmable schedule
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of dc sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

一个例子公开一种用于功率管理的设备，该设备具有：功率输入节点，该功率输入节点被配置成以第一功率水平接收来自主电源的电荷；功率转换器，该功率转换器具有启用状态和禁用状态，并且经耦合以接收来自功率输入节点的电荷；能量缓冲器，该能量缓冲器经耦合以接收和存储来自功率转换器的电荷，并且被配置成以第二功率水平释放电荷；功率输出节点，该功率输出节点经耦合以接收来自能量缓冲器的电荷，并且被配置成以第二功率水平将电荷供应到负载；其中第二功率水平大于第一功率水平；并且其中功率转换器基于电荷是否被供应到负载而在启用状态和禁用状态之间切换。

Description

用于功率管理的设备
技术领域
本说明书涉及用于功率管理的系统、方法、设备、装置、制品和指令。
背景技术
现有技术中，功率管理存在很多缺陷。
发明内容
根据示例实施例，一种用于功率管理的设备包括：功率输入节点，该功率输入节点被配置成以第一功率水平接收来自主电源的电荷；功率转换器，该功率转换器具有启用状态和禁用状态，并且经耦合以接收来自功率输入节点的电荷；能量缓冲器，该能量缓冲器经耦合以接收并存储来自功率转换器的电荷，并且被配置成以第二功率水平释放电荷；功率输出节点，该功率输出节点经耦合以接收来自能量缓冲器的电荷，并且被配置成以第二功率水平将电荷供应到负载；第二功率水平大于第一功率水平；并且功率转换器基于电荷是否被供应到负载而在启用状态和禁用状态之间切换。
在另一示例实施例中，当电荷被供应到负载时，功率转换器处于禁用状态。
在另一示例实施例中，功率转换器被配置成响应于信号而在启用状态和禁用状态之间切换，其中信号来自以下各项中的至少一者：负载、能量缓冲器、功率控制器或功率转换器自身。
在另一示例实施例中，功率转换器包括传感器，该传感器耦合到功率输出节点并且被配置成确定负载是否在汲取电流；并且功率转换器被配置成响应于来自传感器的负载在汲取电流的信号而进入禁用状态。
在另一示例实施例中，功率转换器被配置成产生噪声信号，当功率转换器处于启用状态时，该噪声信号对负载具有破坏性。
在另一示例实施例中，功率转换器被配置成输出功率转换器状态信号，该功率转换器状态信号指示功率转换器是在启用状态还是在禁用状态；功率转换器被配置成输入功率转换器控制信号，该功率转换器控制信号被配置成命令功率转换器进入启用状态或禁用状态中的任一状态；另外包括功率控制器，该功率控制器被配置成接收功率转换器状态信号并且产生功率转换器控制信号；功率控制器被配置成接收指示负载是处于启用状态还是处于禁用状态的负载状态信号；并且功率控制器被配置成产生负载控制信号，该负载控制信号被配置成命令负载进入启用状态或禁用状态中的任一状态。
在另一示例实施例中，功率控制器被配置成在负载状态信号指示负载处于启用状态的情况下设置功率转换器控制信号以置功率转换器于禁用状态。
在另一示例实施例中，功率控制器被配置成在功率转换器状态信号指示功率转换器处于启用状态的情况下设置负载控制信号以置负载于禁用状态。
在另一示例实施例中，主电源为以下各项中的至少一者：电池、环境能量捕获装置、太阳能电池、电力网供电的超低功率供应器，或可从大型能量供应器递送有限的输出功率的任何来源。
在另一示例实施例中，能量缓冲器为以下各项中的至少一者：能量存储元件或超级电容器。
在另一示例实施例中，功率转换器和能量缓冲器二者直接连接到功率输出节点。
在另一示例实施例中，功率转换器为DC到DC功率转换器。
在另一示例实施例中，功率输入节点被配置成接收来自主电源的最大电流；能量缓冲器被配置成具有最大输出电流；并且能量缓冲器的最大输出电流大于主电源的最大电流。
在另一示例实施例中，功率输出节点被配置成将操作电流供应到负载；功率转换器被配置成供应最大输出电流；并且到负载的操作电流大于功率转换器的最大输出电流。
在另一示例实施例中，能量缓冲器被配置成供应最大输出电流；并且到负载的操作电流小于能量缓冲器的最大输出电流。
根据另一示例实施例，一种制品包括至少一个包含用于功率管理的可执行机器指令的非暂时性有形机器可读存储媒体，该制品包括：功率输入节点，该功率输入节点被配置成以第一功率水平接收来自主电源的电荷；功率转换器，该功率转换器具有启用状态和禁用状态，并且经耦合以接收来自功率输入节点的电荷；能量缓冲器，该能量缓冲器经耦合以接收并存储来自功率转换器的电荷，并且配置成以第二功率水平释放电荷；功率输出节点，该功率输出节点经耦合以接收来自能量缓冲器的电荷，并且被配置成以第二功率水平将电荷供应到负载；第二功率水平大于第一功率水平；并且指令包括：基于电荷是否被供应到负载而在启用状态和禁用状态之间切换。
在另一示例实施例中，另外包括用于以下操作的指令：如果接收到指示负载处于启用状态的负载状态信号，那么置功率转换器于禁用状态。
在另一示例实施例中，另外包括用于以下操作的指令：如果功率转换器处于启用状态，那么产生禁用负载信号。
本说明书并不意图表示当前或将来权利要求集的范围内的每一示例实施例或每一实施方案。以下附图和具体实施方式还举例说明了各种示例实施例。
结合附图考虑以下具体实施方式，可以更加完全地理解各种示例实施例，在附图中：
附图说明
图1A为功率管理设备的第一例子。
图1B为用于第一例子设备的输出电流的例子组。
图2A和图2B为根据本发明的功率管理设备的第二例子和第三例子。
图3A为根据本发明的功率管理设备的第四例子。
图3B为用于第四例子设备的输出电流的例子组。
图4为用于启用根据本发明的功率管理设备的指令的例子组。
图5为用于托管启用根据本发明的功率管理设备的指令的例子系统。
尽管本公开经受各种修改和可替换形式影响，但其细节已在附图在举例示出并将被详述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落在所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和可替换实施例。
具体实施方式
从功率管理的视角来看，用于小型便携式系统的小电池(可充电和不可充电的)呈现两个重要缺点：有限的储能容量和有限的输出电流能力，这一般转换为随电流增加的大的非线性输出阻抗。这对于甚至具有低于0.1充电率的最大放电电流的小型不可充电电池尤其正确，其中1充电率为使电池在一小时内放电的电流。对于由于高度循环工作操作而需要高电流峰值的应用，通过许多电池显示的输出电流的局限性可能变成严重的问题。充电率中的C是指“容量”。应注意，一些电池数据书籍是指仅1C容量，而非1充电率。
图1A为功率管理设备100的第一例子。图1B为用于第一例子设备的输出电流118的例子组。第一例子设备100包括：主电源102、功率转换器104、能量缓冲器106、开关108、在操作期间汲取第一负载电流112(例如10mA)的第一负载110(例如低频(LF)芯片)，以及在操作期间汲取第二负载电流116的第二负载114(例如超宽频段(UWB)芯片)(例如在一个示例实施例中，在负载114接通的时间期间的接收(Rx)时隙期间，负载114可具有高达145mA的电流峰值，即使在该16ms期间的平均负载114电流可以仅为68mA，从而产生1090uC的总电荷)。
能量缓冲器106(例如大型去耦电容器、超级电容器等)帮助电池102将高电流峰值供应到负载110、114。例如在图1A中，允许第一设备100运行所期望的总运行时间所需的能量存储在电池102中，而对于短时间的所需功率(例如小块能量)存储在能量缓冲器106中，这为任何所需峰值电流提供低得多的阻抗路径。
能量缓冲器106借助受控开关108充电到主电源102(例如电池)的电压。主电源102可以例如为不可充电的锂单元电池，在此情况下电池电压将低于3.2V(标称电压3V)。在一个例子中，开关108基于电池102与电容器106之间的所测量电压差而启动，从而在电容器106的电压变得过低时触发电容器106再充电。
如果第二负载114需要与电池102不同的电压，那么功率转换器104(例如取决于所需的负载114电压的DC-DC功率转换器、降压/升压转换器等)将电压供应到第二负载114。LF芯片110经由低电压差调整器(LDO)111被从电池102供电，从而产生低于电池102电压的LF芯片110供应电压。UWB芯片114经由DC-DC降压升压功率转换器104(当其起作用时)被供电，参见图1B。因此功率转换器104的电压输出的大部分将需要高于通过电池102提供的电压。
如图1B所示，UWB芯片114与LF芯片110相比在短得多的时间内消耗多得多的电流。例如，在UWB芯片114的16ms接通期间，145mA的短Rx脉冲串被汲取，在此情况下在16ms期间产生68mA的总平均电流。由于此高电流无法直接从不可再充电电池102递送(例如常用的CR2032单元的典型容量为200-250mAh，具有约15mA的最大放电电流)，因而需要能量缓冲器106(例如超级电容器)递送UWB芯片114的峰值功率。
经由开关从主电源102再充填电容器106会导致50％的能量损失。因此，由于DC-DC功率转换器104在较高电流的主电源102到负载114的路径中，因而从电池102到负载的供应链的能量效率为电容器106的再充电过程的效率与DC-DC功率转换器104的功率效率的乘积。
在开关DC-DC功率转换器104的情况下，由于DC-DC功率转换器104和任何对噪声敏感的负载110、114的同步操作，对噪声敏感的系统(例如RF收发器)中的关注点是电磁兼容性(EMC)和电磁干扰(EMI)。在特定开关频率下操作时，电压脉动在DC-DC功率转换器104的输出处存在，由此导致基本开关频率分量(即，开关频率)及其谐波的噪声频谱。尽管可例如通过选择具有非常低的等效串联电阻和电感的非常大的输出电容器来降低该噪声，但此脉动通常仍然存在。
在一些情况下开关频率可以被选择成使得其倍数超出RF收发器(例如UWB芯片114)起作用的频段的范围，但这并不是始终可能的并且限制在DC-DC功率转换器104中应用的控制方法，这继而阻止DC-DC功率转换器104的最优操作。如果在DC-DC功率转换器104的输出处使用LDO来滤除噪声，那么其带宽将需要包括开关频率及其主要倍数，这在许多情况下也是不切实际的。
关于图1A中所示的功率管理架构的另一关注点是，当负载114起作用(即在峰值负载114功率处)时，DC-DC升压功率转换器104需要设定尺寸以将功率提供到负载114(UWB芯片)。在许多电池操作的应用中，尽管施加繁重的循环工作以减小平均功耗，但峰值电流(当系统起作用时)会保持非常高。这提高功耗的峰均比并且需要来自DC-DC功率转换器104的高输出功率能力。
图2A和图2B为根据本发明的功率管理设备的第二例子200和第三例子201。在图2A中，第二例子设备200包括：主电源202、功率输入节点204、功率转换器206、能量缓冲器208、功率输出节点210、负载212、功率控制器214以及信号和控制线216。
功率输入节点204被配置成以第一功率水平接收来自主电源202的电荷。在各种示例实施例中，主电源202为以下各项中的至少一者：电池、环境能量捕获装置、太阳能电池或可以从大型(或环状的，例如倘若低功率源连接到电力网)能量供应器递送有限的输出功率的任何来源。
功率转换器206具有启用状态和禁用状态，并且经耦合以接收来自功率输入节点204的电荷。在一个示例实施例中，功率转换器206为DC到DC功率转换器。在一些示例实施例中，功率转换器206可以产生噪声信号(例如EMI)，当功率转换器206处于启用状态时，该噪声信号对负载212具有破坏性。如下文将另外论述的，此类干扰可以通过置功率转换器206于禁用状态基本上消除。
能量缓冲器208经耦合以接收并存储来自功率转换器206的电荷，并且被配置成以第二功率水平释放电荷。在各种示例实施例中，能量缓冲器208为以下各项中的至少一者：能量存储元件、超级电容器、二次电池等。
在一个示例实施例中，功率转换器206和能量缓冲器208二者直接连接到功率输出节点210。
功率输出节点210经耦合以接收来自能量缓冲器208的电荷，并且被配置成以第二功率水平将电荷供应到负载212。在一个示例实施例中，第二功率水平大于从主电源202输出的第一功率水平。
功率转换器206基于电荷是否被供应到负载212而在启用状态和禁用状态之间切换。在各种示例实施例中，功率转换器206被配置成响应于信号而在启用状态和禁用状态之间切换，该信号来自以下各项中的至少一者：负载212、能量缓冲器208、功率控制器214或功率转换器206自身。例如，当电荷被供应到负载212时，功率转换器206可以被设置为禁用状态。
在一个示例实施例中，功率转换器206包括传感器(未示出)，该传感器耦合到功率输出节点210并且被配置成确定负载212是否在汲取电流，并且如果是的话，那么功率转换器206被配置成响应于来自传感器的负载212在汲取电流的信号而进入禁用状态。
虽然功率输出节点210被配置成将操作电流供应到负载212，但是主电源202和功率转换器206可以仅被配置成供应比负载210的操作电流更小的最大输出电流。为解决这一不足，能量缓冲器208被配置成供应比到负载212的操作电流更大的最大输出电流。
在另一个实施例中，当能量缓冲器208的电压降到低于基于负载212的功率需求的阈值时，功率控制器214暂停负载212的操作并且启用功率转换器206(例如DC/DC)以对能量缓冲器208再充电。在一个例子中，功率控制器214基于允许负载212的突发操作所需的能量来设置阈值。
在图2A中，去往和来自各种装置202、206、208和212的例子电流被示出为以下：主电源电流218、负载突发电流220、功率转换器电流222和能量存储元件突发电流224。应注意在这些例子电流中，功率转换器206未被连续地启用。在一个示例实施例中，当能量缓冲器208将突发电流递送到负载212时，功率转换器206被禁用，这导致不连续的功率转换器电流222和主电源电流218，如图2A中所示。随后在图3B中，输出电流的类似例子组被更详细地示出，其中功率转换器206还被交替地启用和禁用。
功率控制器214被配置成使用信号和控制线216与主电源202、功率输入节点204、功率转换器206、能量缓冲器208、功率输出节点210和负载212接合。
在各种示例实施例中，信号和控制线216启用功率控制器214以监控电压、电流、能量缓冲器208的电荷水平以及状态信号(例如启用、禁用、起作用、备用等)和/或将控制信号(例如启用、禁用、设置装置模式、中断装置操作等)传输到主电源202、功率转换器206、能量缓冲器208和负载212。应注意，信号线216监控主电源202(例如当电池达到其完全耗竭状态时，缓慢地关闭系统)和功率输入节点204(例如将电流汲取限制到主电源可供应的最大值)二者。
例如，功率转换器206可以被配置成将指示功率转换器206是处于启用状态还是处于禁用状态的功率转换器状态信号输出到功率控制器214。功率转换器206还可以被配置成从功率控制器214输入功率转换器控制信号，该功率转换器控制信号命令功率转换器206进入启用状态或禁用状态中的任一状态。
功率控制器214还可以被配置成接收指示负载212是处于启用状态还是处于禁用状态的负载状态信号，并且生成负载控制信号，该负载控制信号被配置成命令负载212进入启用状态或禁用状态中的任一状态。
通过此类监控和控制，如果负载状态信号指示负载212处于启用状态，那么功率控制器214然后可以置功率转换器206于禁用状态。可替换的是，如果功率转换器206状态信号指示功率转换器206处于启用状态，那么功率控制器214可以置负载212于禁用状态。使用此类不连续操作，主电源202和功率转换器206二者可以针对平均功耗而不是峰值功率消耗被设计并设定大小。
图2B为根据本发明的功率管理设备的第三例子201。在图2B中，功率控制器214被反相器226替换。在此示例实施例中，功率转换器206通过来自负载212的信号被直接启用和禁用。
第二例子设备200和第三例子设备201以至少四种方式优于第一例子设备100。
第一，在主电源202和负载212之间的电力路径中的能量损失减小。这允许对于应用的相同操作设定档使用具有较低能量存储的电池。由于能量缓冲器208(例如超级电容器)借助比第一例子设备100的设计(其包括开关108)所准许的更高效的功率转换器206充电，功率损耗被另外减小。此外，能量缓冲器208充电到与负载212的供电电压相匹配的电压，这对图1中超级电容器充电到主电源202电压的情况并非如此。因此，电压转换步骤被保存，进而另外减小能量的损失。
第二，功率转换器206与其潜在对噪声敏感的负载212之间的电磁兼容性(EMC)由于功率转换器206的启用/禁用特征而被改进。第二例子设备200示出一种架构，在这种架构中，功率转换器206用于以负载212在系统的备用周期期间所需的电压电平对能量缓冲器208(例如超级电容器)充电，该备用周期比许多高度循环工作应用中的活动周期大得多。
因此在一个例子中，为避免开关功率转换器206与对噪声敏感的负载212之间的电磁干扰，功率转换器206仅在来自负载212的无效周期期间操作。当负载212活动时，功率转换器206保持无效使得其不产生任何干扰。这使得用于控制功率转换器206的操作的控制方法的需求放松(例如用于保持基频及其谐波在收发器的感兴趣频段之外的某一开关频率的任何需求)，这允许使用更高效节能的方法(例如脉冲调频，其中开关频率在相对大的频段上变化，引起在低输出功率下的高得多的效率)，并且甚至具有较低的待用功率。
第三，通过主电源202供应的功率减小，进而允许主电源202具有较高的输出阻抗，并且因此物理上也较小。这种减小可能部分是由于负载212的备用周期在一些示例实施例中比该负载212的活动周期(即繁重的循环工作操作)长得多，因此通过功率转换器206供应的功率与负载212所需的功率的比率减小到D/(1-D)分之一，其中D指示系统的活动的工作循环。由于通过主电源202供应的功率与通过功率转换器206供应的功率成比例，因此相比于图1A中的第一例子设备100，需要通过主电源202供应的电流也减小到D/(1-D)分之一。
第四，功率转换器206的物理尺寸可由于其输出功率需求减小而减小。在一个例子中，其中负载212在有限的时间内汲取相对高的功率，通过将用于峰值功率(例如短功率突发)的负载212的需求与用于平均功率(例如从主电源202到能量缓冲器208的相对缓慢的电荷转移)的负载212的需求分开，提高第二例子设备200的系统效率。
因此通过将功率转换器206移动到平均功率路径(即其中能量缓冲器208可将功率直接供应到负载212，如图2所示)，而不是以峰值功率路径的方式(即其中功率转换器206在能量缓冲器208和负载212之间，如图1A所示)，功率转换器206可以被设计用于较低平均负载212功率。降低功率转换器206的额定功率的额外优点是，其实施方案需要较小和较便宜的部件，这减小功率转换器206的成本和物理体积二者。
第二例子设备200的变型可应用于其中无法通过主电源(例如电池)直接供应来自负载的电流的瞬时需求的任何系统。使用第二例子设备200，虽然装置可以配备有相同使用寿命的较小主电源，但是可以以较便宜的方式实现(例如设定尺寸用于较低功率)任何必要的功率转换器，并且其EMC问题也有所缓解。
通过在电池操作的系统中的这种功率管理架构：电磁干扰(EMI)减小，电磁兼容性(EMC)提高，能量效率提高，最大主电源输入电流减小；以及功率转换器206的规格可以放松。
图3A为功率管理设备300的第四例子。第四例子设备300包括：主电源302、功率输入节点304、功率转换器306、能量缓冲器308、功率输出节点310、第一负载312、第二负载316、功率控制器320以及一组信号和控制线322。
第一负载312通过低电压差的调整器(LDO)313供电，并且吸取第一负载电流314。第二负载316吸取第二负载电流318。
虽然第四例子设备300以与第二例子设备200的方式类似的方式操作，但是图3B呈现在操作情况的一个例子组期间的用于第四例子设备300的输出电流324的例子组。
图3B中的输出电流324的例子组被分割成一组时段326、334、338、342和346。
在第一时间段326中，负载312、316通过功率控制器320启用，并且功率转换器306通过功率控制器320禁用。第一负载312在50ms内吸取第一负载电流328，并且第二负载316在16ms内吸取第二负载电流。在该第一时间段326期间，能量缓冲器308供应电流328、330二者，并且因此经历能量缓冲器电流放电332。
在第二时间段334中，负载312、316通过功率控制器320禁用，并且功率转换器306通过功率控制器320启用(例如标记为“降压/升压”)。这准许能量缓冲器308经历能量缓冲器电流再充电336。
这种操作过程如第三时段338、第四时段342和第五时段346所示重复。在这种顺序中，能量缓冲器308经历能量缓冲器电流放电340、能量缓冲器电流再充电344以及然后能量缓冲器电流放电348。如图3B中所示，负载312、316和功率转换器306并不同时操作(或具有最小重叠)以便最大化电磁兼容性并且减小电磁干扰。
图4为用于启用功率管理设备的指令的例子组400。论述指令的次序并不限制其它示例实施例实施该指令的次序，除非以另外的方式专门陈述。另外，在一些实施例中，并行实现该指令。
第一例子指令组通过以第一功率水平和第一电压接收来自主电源的电荷在402中开始。然后在404中，使用具有启用状态和禁用状态的功率转换器将在第一电压处的电荷转换到第二电压。在406中，将来自功率转换器的电荷存储在能量缓冲器中，该能量缓冲器被配置成以第二功率水平释放电荷到负载。然后在408中，基于电荷是否被供应到负载而在启用状态和禁用状态之间切换功率转换器。
指令可以扩充或被以无特定顺序呈现的以下附加指令中的一个或多个替换：410-当电荷被供应到负载时置功率转换器于禁用状态；以及412-如果功率转换器在接收来自主电源的电荷，那么置负载于禁用状态。
图5为用于托管启用功率管理设备的指令的例子系统500。系统500示出与电子设备504接合的输入/输出数据502。电子设备504包括处理器506、存储装置508和非暂时性机器可读存储媒体510。机器可读存储媒体510包括指令512，该指令512使用在存储装置508内的数据来控制处理器506如何接收输入数据502并且将该输入数据转换成输出数据502。存储在机器可读存储媒体510中的例子指令512在本说明书中的其它地方论述。在可替换的示例实施例中，机器可读储存媒体为非暂时性计算机可读存储媒体。在可替换实施例中，功率控制器可以实施于专用硬件设计(例如带有存储器的ASIC)中。
处理器(例如中央处理单元、CPU、微处理器、专用集成电路(ASIC)等)控制存储装置(例如用于临时数据存储的随机存取存储器(RAM)、用于永久性数据存储的只读存储器(ROM)、固件、闪存、外部和内部的硬盘驱动器等等)的整个操作。处理器装置使用总线与存储装置和非暂时性机器可读存储媒体通信，并执行实现存储在机器可读存储媒体中的一个或多个指令的操作和任务。在可替换的示例实施例中，机器可读储存媒体为计算机可读存储媒体。
在本说明书中，(已经依据选定细节集合呈现示例实施例。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以实践包括这些细节的不同选定集合的许多其它示例实施例。预期所附权利要求书涵盖所有可能的示例实施例。

Claims (18)

1.一种用于功率管理的设备，其特征在于，包括：
功率输入节点，所述功率输入节点被配置成以第一功率水平接收来自主电源的电荷；
功率转换器，所述功率转换器具有启用状态和禁用状态，并且经耦合以接收来自所述功率输入节点的所述电荷；
能量缓冲器，所述能量缓冲器经耦合以接收和存储来自所述功率转换器的所述电荷，并且被配置成以第二功率水平释放所述电荷；
功率输出节点，所述功率输出节点经耦合以接收来自所述能量缓冲器的所述电荷，并且被配置成以所述第二功率水平将所述电荷供应到负载；
其中所述第二功率水平大于所述第一功率水平；以及
其中所述功率转换器基于所述电荷是否被供应到所述负载而在所述启用状态和所述禁用状态之间切换。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中当所述电荷被供应到所述负载时，所述功率转换器处于所述禁用状态。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述功率转换器被配置成响应于信号而在所述启用状态和所述禁用状态之间切换，所述信号来自以下各项中的至少一者：所述负载、所述能量缓冲器、功率控制器或所述功率转换器自身。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述功率转换器包括传感器，所述传感器耦合到所述功率输出节点并且被配置成确定负载是否在汲取电流；以及
其中所述功率转换器被配置成响应于来自所述传感器的所述负载在汲取电流的信号而进入所述禁用状态。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述功率转换器被配置成产生噪声信号，当所述功率转换器处于所述启用状态时，所述噪声信号对所述负载具有破坏性。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述功率转换器被配置成输出功率转换器状态信号，所述功率转换器状态信号指示所述功率转换器是在所述启用状态还是在所述禁用状态；
其中所述功率转换器被配置成输入功率转换器控制信号，所述功率转换器控制信号被配置成命令所述功率转换器进入所述启用状态或所述禁用状态中的任一状态；
另外包括功率控制器，所述功率控制器被配置成接收所述功率转换器状态信号并且产生所述功率转换器控制信号；
其中所述功率控制器被配置成接收指示所述负载是处于启用状态还是处于禁用状态的负载状态信号；以及
其中所述功率控制器被配置成产生负载控制信号，所述负载控制信号被配置成命令所述负载进入所述启用状态或所述禁用状态中的任一状态。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：
其中所述功率控制器被配置成在所述负载状态信号指示所述负载处于所述启用状态的情况下设置所述功率转换器控制信号以置所述功率转换器于所述禁用状态。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：
其中所述功率控制器被配置成在所述功率转换器状态信号指示所述功率转换器处于所述启用状态的情况下设置所述负载控制信号以置所述负载于所述禁用状态。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述主电源为以下各项中的至少一者：电池、环境能量捕获装置、太阳能电池、电力网供电的超低功率供应器或能够从大型能量供应器递送有限的输出功率的任何来源。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述能量缓冲器为以下各项中的至少一者：能量存储元件或超级电容器。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述功率转换器和所述能量缓冲器二者直接连接到所述功率输出节点。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述功率转换器为DC到DC功率转换器。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述功率输入节点被配置成接收来自所述主电源的最大电流；
其中所述能量缓冲器被配置成具有最大输出电流；以及
其中所述能量缓冲器的最大输出电流大于所述主电源的最大电流。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
其中所述功率输出节点被配置成将操作电流供应到所述负载；
其中所述功率转换器被配置成供应最大输出电流；以及
其中到所述负载的所述操作电流大于所述功率转换器的所述最大输出电流。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于：
其中所述能量缓冲器被配置成供应最大输出电流；以及
其中到所述负载的所述操作电流小于所述能量缓冲器的所述最大输出电流。
16.一种包括至少一个非暂时性有形的机器可读存储媒体的制品，其特征在于，所述机器可读存储媒体包含用于功率管理的可执行机器指令，所述制品包括：
其中所述制品包括：
功率输入节点，所述功率输入节点被配置成以第一功率水平接收来自主电源的电荷；
功率转换器，所述功率转换器具有启用状态和禁用状态，并且经耦合以接收来自所述功率输入节点的所述电荷；
能量缓冲器，所述能量缓冲器经耦合以接收和存储来自所述功率转换器的所述电荷，并且被配置成以第二功率水平释放所述电荷；
功率输出节点，所述功率输出节点经耦合以接收来自所述能量缓冲器的所述电荷，并且被配置成以所述第二功率水平将所述电荷供应到负载；
其中所述第二功率水平大于所述第一功率水平；以及
其中所述指令包括：
基于所述电荷是否被供应到所述负载而在所述启用状态和所述禁用状态之间切换。
17.根据权利要求16所述的制品，其特征在于，另外包括用于以下操作的指令：
如果接收到指示所述负载处于启用状态的负载状态信号，那么置所述功率转换器于所述禁用状态。
18.根据权利要求16所述的制品，其特征在于，另外包括用于以下操作的指令：
如果所述功率转换器处于所述启用状态，那么产生禁用所述负载信号。
CN201710106148.7A 2016-02-24 2017-02-24 用于功率管理的设备 Active CN107124100B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/052,618 2016-02-24
US15/052,618 US10003208B2 (en) 2016-02-24 2016-02-24 Apparatus for power management

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107124100A CN107124100A (zh) 2017-09-01
CN107124100B true CN107124100B (zh) 2021-01-15

Family

ID=58009681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710106148.7A Active CN107124100B (zh) 2016-02-24 2017-02-24 用于功率管理的设备

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10003208B2 (zh)
EP (1) EP3211751B1 (zh)
CN (1) CN107124100B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2019730B1 (en) 2017-10-13 2019-04-23 Nowi Energy B V A hybrid electrical power supply control system for providing electrical energy to a load, as well as a corresponding method and a sensor comprising such control system.
US10707759B2 (en) * 2018-01-10 2020-07-07 International Business Machines Corporation Boosting battery voltage with boost converters
US11139652B2 (en) * 2018-05-29 2021-10-05 Motorola Solutions, Inc. System and method for a load-based selectable battery cell
US10720838B1 (en) 2019-06-05 2020-07-21 Nxp B.V. Forced-burst voltage regulation for burst-mode DC-DC converters
EP4173102A1 (en) 2020-08-31 2023-05-03 Google LLC Parallel charger circuit with battery feedback control
US11557910B2 (en) 2020-12-22 2023-01-17 Nxp B.V. Power management for applications having duty-cycled high peak supply currents
CN113452123A (zh) * 2021-07-23 2021-09-28 北京小米移动软件有限公司 供电电路、超宽带模块及标签
EP4311772A1 (en) * 2022-07-29 2024-01-31 B/E Aerospace, Inc. Power control architecture
WO2024036200A1 (en) * 2022-08-09 2024-02-15 Qualcomm Incorporated Techniques for operating a switched-mode power supply

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6153949A (en) * 1998-03-17 2000-11-28 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Electrical power management system providing momentarily high power to a load
CN102714909A (zh) * 2010-01-15 2012-10-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 电子镇流器的功率因子校正电路
CN103391000A (zh) * 2012-05-11 2013-11-13 德克萨斯仪器德国股份有限公司 用于dc-dc变换器的电流模式控制
CN103718652A (zh) * 2011-08-01 2014-04-09 皇家飞利浦有限公司 用于驱动负载特别是led单元的驱动器设备和驱动方法
CN103986326A (zh) * 2013-02-08 2014-08-13 辉达公司 电流停泊切换调节器上游控制器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5638540A (en) 1993-06-08 1997-06-10 U.S. Robotics Mobile Communication Corp. Portable computer/radio power management system
US5606242A (en) * 1994-10-04 1997-02-25 Duracell, Inc. Smart battery algorithm for reporting battery parameters to an external device
FR2728408B1 (fr) * 1994-12-20 1997-01-31 Alsthom Cge Alcatel Dispositif d'alimentation electrique notamment pour appareils portatifs
US20040145348A1 (en) * 2000-09-21 2004-07-29 Constantin Bucur Power management topologies
CN1302596C (zh) 2002-07-26 2007-02-28 联想(北京)有限公司 突发负载的电源供电方法
US7977911B2 (en) * 2007-02-08 2011-07-12 O2 Micro, Inc. Power supply topology
US8368346B2 (en) * 2007-03-26 2013-02-05 The Gillette Company Portable energy storage and charging device
EP1990887A1 (en) 2007-05-07 2008-11-12 STMicroelectronics S.r.l. A power management unit for battery-operated devices
CN101431246B (zh) 2008-12-19 2010-07-21 北京理工大学 一种提高小功率光伏电池输出效率的装置及方法
US8754610B2 (en) 2009-05-22 2014-06-17 Qualcomm Incorporated System and method for supplying power to a load
US8120327B2 (en) * 2009-06-03 2012-02-21 Fluke Corporation System and method for using stored electrical energy to quiet power sensitive measurement circuits
CN102725685A (zh) 2010-02-01 2012-10-10 松下电器产业株式会社 发光元件驱动装置及便携式设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6153949A (en) * 1998-03-17 2000-11-28 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Electrical power management system providing momentarily high power to a load
CN102714909A (zh) * 2010-01-15 2012-10-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 电子镇流器的功率因子校正电路
CN103718652A (zh) * 2011-08-01 2014-04-09 皇家飞利浦有限公司 用于驱动负载特别是led单元的驱动器设备和驱动方法
CN103391000A (zh) * 2012-05-11 2013-11-13 德克萨斯仪器德国股份有限公司 用于dc-dc变换器的电流模式控制
CN103986326A (zh) * 2013-02-08 2014-08-13 辉达公司 电流停泊切换调节器上游控制器

Also Published As

Publication number Publication date
US20170244268A1 (en) 2017-08-24
EP3211751A1 (en) 2017-08-30
CN107124100A (zh) 2017-09-01
EP3211751B1 (en) 2019-05-15
US10003208B2 (en) 2018-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107124100B (zh) 用于功率管理的设备
TWI625912B (zh) 行動終端
US8929043B2 (en) Over-voltage protection device for resonant wireless power reception device and method for controlling the over-voltage protection device
TWI492483B (zh) Step - up battery charge management system and its control method
WO2017133379A1 (zh) 适配器和充电控制方法
TWI514734B (zh) 電源適配器、電源適配器之控制方法及筆記型電腦
JP6152241B2 (ja) 電力システム、携帯式電子機器および電力の供給方法
CA2718168A1 (en) Environmentally friendly power supply
CN109039028B (zh) 应用于电源适配器的控制电路和电源适配器
EP2605360A2 (en) DC/DC power supply with resonant inverter, AC distribution and rectifiers
US9979227B2 (en) Line interactive UPS
JP6298634B2 (ja) スイッチング電源装置
CN104158241A (zh) 一种充电控制方法、装置及一种pos终端
US9306452B2 (en) Multiple power path management with micro-energy harvesting
US20160126773A1 (en) Charging device and charging method
CN108933528A (zh) 用于直流电压输入的二次升压电路
US9425648B2 (en) Mobile device solar powered charging apparatus, method, and system
US9112416B2 (en) AC adapter for electronic device
CN102237703A (zh) 间歇式供电系统
CN108964243A (zh) 电源供应器
US9559538B1 (en) Switch mode battery charger with improved battery charging time
CN209767169U (zh) 充电结构及吸尘器
CN115378057A (zh) 无线充电方法、装置及存储介质
CN210123901U (zh) 充电控制电路
TWI627815B (zh) 行動終端

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant