CN109643904A - 用于在锂离子快速充电期间为了更好的功率流效率而重新使用脉冲放电能量的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于利用来自输入电源的电压对电池进行充电的电池充电器及其使用的方法。在一个实施例中，电池充电器包括：电源路径，用于在脉冲充电序列期间以第一模式驱动电池以及用于在脉冲充电序列期间以升压模式操作时，反转来自电池的功率流；以及能量存储组件，该能量存储组件耦合到电源路径以用于当电路级以升压模式操作时，捕获脉冲充电序列期间的脉冲放电能量。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及用于计算系统的可充电电池领域；更具体地，本发明的实施例涉及捕获和重新使用在用于对电池充电的脉冲充电序列期间生成的放电能量。
背景技术
对电池进行快速充电是现在任何高性能便携式计算机系统的主要要求。目前正在使用许多快速充电方法。其中，脉冲充电是在依次提供这样一种方法，其中，在另一个驱动电荷脉冲之前，高电流电荷脉冲之后是静止期和放电脉冲。这样可以在不影响电池寿命的情况下快速充电。有研究表明，与750次循环后以相同速率充电的脉冲充电相比，传统直流(DC)充电的电池容量减少了25％。
脉冲充电中的放电脉冲有助于在电池内适当地分配电荷，并在施加下一个高电流电荷脉冲之前将电池阻抗保持在最小。如果没有先前的放电脉冲，电池将在充电期间以较高的电压操作，消耗更多的功率，并使电池保持在较高的温度。这可能导致晶体生长，金属晶体形成和电池内阻增加，进而导致发热、电池充电效率差、电池容量变差和电池寿命变短。
尺寸放电脉冲通常约为电荷脉冲持续时间的2％，但大于电荷脉冲幅度的两倍。最近发布的支持快速充电的充电器使用外部功率耗散电阻器与串联开关相结合来实现放电脉冲。需要通过此类电路消耗的功率可以是充电功率本身的5％或更多。这给在快速充电期间可能已经在边界处操作的热解决方案带来了相当大的负担。由于整体系统损耗和电池本身的损耗，由于皮肤温度和电池温度限制，这还可以将充电速率限制到较低水平。
如今大多数带有1S电池的便携式计算设备使用降压型充电器，该充电器从标准通用串行总线(USB)或USB C型连接器中获取输入功率。它还具有反向升压特性，在从设备连接到USB端口的情况下，用于从电池往回向USB端口供电。这通常称为反向升压功能。驱动电池和系统的相同电源路径用于升压模式中的反向电源。由于使用相同的高功率路径，因此可以实现高转换效率。
高功率计算设备(诸如超级本、二合一计算设备和工作站)通常配备2S、3S或4S电池。随着USB-C获得牵引力，需要降压升压型充电器，该充电器可以获得4.5V至21V的输入电压，并将输出电压调节到2S-4S电池电压范围。降压升压型充电器固有地支持任一方向的功率流，而不管两侧的电压电平如何。
附图说明
从以下给出的详细描述并从本发明的各实施例的附图，可更全面地理解本发明，然而这些详细描述和附图不应当被理解为将本发明限于具体的实施例，而是仅用于解释和理解。
图1是电池充电器电路的一个实施例。
图2是降压-升压型充电器电源电路的一个实施例。
图3是电池充电过程的一个实施例的流程图。
图4是描绘放电-充电-静止序列的一个实施例的另一流程图。
图5是计算系统的一个实施例的框图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了众多细节以提供对本发明的更透彻解释。然而，对本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明。在其他实例中，公知的结构和设备以框图形式而非详细示出，以避免模糊本发明。
公开了重新利用脉冲充电序列期间产生的放电能量的技术。在一个实施例中，这可以在不向系统添加任何附加有源部件的情况下来完成，同时将功率损耗降低25％以上(基于典型充电器中典型的10％转换损耗和无源放电电路中的5％或更多损耗)。
更具体地，在脉冲充电方法中，来自电池的一部分能量在使用放电脉冲期间在电阻器(例如，FET)中消散。通过使用反向功率流特征，可以捕获在脉冲充电序列的放电脉冲期间来自电池的能量并将其存储在能量存储组件(例如，充电器输入电容器)中而不是将其耗散。然后，该存储的能量用于在下一个充电脉冲期间对电池进行充电。
在一个实施例中，现有的充电器组件用于捕获放电的能量。在一个实施例中，电池充电器的输入电容器用于捕获放电能量，该电池充电器已经起到将输入电源与电池隔离的作用。然而，在一个实施例中，该电容器的值增加。这在图1和图2中显示为电容器C1。可以使用其他尺寸的电容器。注意，虽然图1和图2示出了电容器C1作为单个电容器，但是它可以实现为并联耦合的多个电容器。现有的解决方案浪费了放电功率，而这种想法重新利用了大部分放电功率，因此是更环保的解决方案。有效的效率提高可以在4％的范围内。在一个实施例中，所公开的技术耗散少了25％的热量，这使得对于给定的热解决方案(由皮肤温度极限和电池温度极限控制)充电要快得多。
公开了一种电池充电器，用于利用来自输入电源的电压对电池进行充电。在一个实施例中，电池充电器包括：电源路径，用于在脉冲充电序列期间以第一模式驱动电池以及用于在脉冲充电序列期间以升压模式操作时，反转来自电池的功率流，以及能量存储组件(例如，电容器)，该能量存储组件耦合到电源路径以用于当电路级以升压模式操作时捕获脉冲充电序列期间的脉冲放电能量。在一个实施例中，用于捕获脉冲放电能量的电容器是电池充电器的输入电容器，该输入电容器隔离用于对耦合到电池充电器的电池进行充电的输入电源并提供与该输入电源的去耦。因此，电容器充当两种功能。
在一个实施例中，电源路径包括降压级，该降压级可操作用于在一种模式下将来自输入电源的输入电压转换为电池电压电平，并且在脉冲充电序列的放电脉冲期间以另一种模式(例如，升压模式)操作以用于将功率流反转为来自电池。在一个实施例中，降压级包括一对晶体管，所述一对晶体管由控制器控制以用于在放电脉冲期间改变它们的开关模式，以允许利用脉冲放电能量对能量存储组件(例如，电容器)进行充电。在一个实施例中，降压级在升压模式下继续，直到能量存储组件上的电荷达到阈值(例如，能量存储组件的最大允许电荷水平)或放电脉冲已经完成。
图1是电池充电器电路的一个实施例。参照图1，电池充电器电路包括降压型充电器集成电路(IC)中的电源电路，该电源电路具有降压充电器级103。输入电源VIN 101耦合到金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q1。在一个实施例中，VIN 101是来自通用串行总线(USB)端口或交流电(AC)砖。MOSFET Q1将VIN 101连接到由MOSFET Q2和Q3制成的充电器降压级103。在转换器模式下操作，充电器降压级103将输入电压(例如，5V、12V)转换为电池电压电平，以用于在脉冲充电序列期间控制充电电流。
充电器降压级103经由电感器L1耦合到电压供应路径VSYS 105、电容器C2和电池开关106。电池开关106用于将电池104耦合到VSYS 105并且用于输入VIN 101。在一个实施例中，开关106包括MOSFET Q4，称为BATFET。因此，当向电池104提供电荷时，功率路径经由MOSFET Q1、降压级103、电感器L1和MOSFET Q4从VIN 101进入电池104。
MOSFET Q1(所示的体二极管D)的功能是阻止来自电池104通过MOSFET Q2的体二极管D的反向电流。也就是说，MOSFET Q1隔离VIN 101和电池104并提供它们之间的去耦。相同的降压转换器用作反向升压转换器，该反向升压转换器具有作为电池104的源用于连接到VIN 101的负载。
在脉冲充电序列期间，当需要施加来自电池104的电池放电脉冲时，转换器模式改变为反向升压模式，并且从电池104汲取所需电流。在此期间，MOSFET Q1保持截止。在升压模式中从电池104获取的能量将电容器C1充电到比VIN 101更高的电压。在一个实施例中，电容器C1的尺寸足以保持放电能量并将电压保持在充电器的VINmax限制内。电容器C1已用于充电器中，但在那些充电器中电容器C1的值会更小，因为它只需要对开关频率进行过滤。
在一个实施例中，充电器继续处于升压模式，直到电容器C1上的电荷达到阈值水平或放电周期已完成，无论哪个先发生。在一个实施例中，阈值是电容器C1的最大允许电荷水平。在一个实施例中，电池充电器包括监控电路110(例如，晶体管(FET)、电阻器等)，用于监控电容器C1两端的电压，以确定其电荷水平是否已达到阈值。
在电话实现的一个实施例中，电容器C1包括2×10uF、10V电容器。在电话实现的另一个实施例中，电容器C1包括2×47uF、16V电容器。这些仅仅是示例，并且可以使用其他尺寸的电容器。在下一个电荷脉冲期间，来自放电脉冲的电容器C1中存储的能量用于以降压转换器模式对电池104进行充电。在此期间，电容器C1放电并且MOSFET Q1的体二极管变为正向偏置，最终允许从VIN 101汲取功率。此时MOSFET Q1快速导通以防止体二极管D中的功率损耗。在一个实施例中，假设升压和降压转换均以90％的效率发生，则可以回收80％以上的能量。因此，在两种不同模式中使用相同的降压级，其中一种模式允许捕获放电能量以用于进一步对电池104充电。
图1还包括电池充电器控制器120。在一个实施例中，电池充电器控制器120至少包括微控制器/处理器120A、存储器120B、脉冲充电序列逻辑120C。脉冲充电序列逻辑120C控制用于执行电池104的脉冲充电的序列。注意，在另一个实施例中，这是需要一些基本存储器和基本处理的简单的逻辑电路(诸如在混合信号集成电路(IC)中看到的逻辑电路)。
在一个实施例中，电池充电器利用降压-升压充电器配置执行反向功率流；诸如那些目前被用于基于较高功率充电的C型连接器的降压-升压充电器。
图2是降压-升压充电器电源电路的一个实施例。参考图2，降压-升压充电器功率级202耦合到电压源VIN 101，系统电压供应输出VSYS 105和电池104。在一个实施例中，降压-升压充电器功率级202允许任一方向的功率流，而不管任何一侧的电压电平，并且可以在任一方向上以降压-升压模式工作。
降压-升压充电器功率级202包括经由电感器L1耦合到升压级204的降压级203。降压级203经由二极管D和MOSFET Q1耦合到VIN 101。电容器C1耦合到MOSFET Q1和降压级203。升压级204(经由MOSFET Q4，称为BATFET 106)耦合到VSYS 105、电容器C2和电池104。
针对上述降压型充电器所解释的相同工作原理也适用于此。每当需要放电脉冲时，MOSFET Q1截止并且转换器功率流反向。当功率流反向时，电容器C1通过从电池104汲取能量而充电到最大允许电压。随后是MOSFET Q1截止时脉冲充电序列的电荷脉冲。电容器C1将放电，并且MOSFET Q1体二极管D将导通。此时，MOSFET Q1可以导通。脉冲充电序列的电荷脉冲之后可以是静止期。
在一个实施例中，如果MOSFET Q1是可以阻止任一方向上的功率流的背对背FET，则可以进一步减小电容器C1的尺寸。在一个实施例中，MOSFET Q1在静止期之前截止，允许电荷脉冲从电容器C1释放所有能量。这将允许用于给定电容器C1值的更大放电脉冲。一旦电容器C1被充电，就可以通过导通FET中的一个来启用体二极管D路径。一旦MOSFET Q1的体二极管D开始导通，放电脉冲就可以开始并且MOSFET Q1可以完全导通。
注意，对于降压型充电器(例如图1中所描述的降压充电器)，也可以使用背对背FET壳体来减小电容器C1的尺寸。
注意，在一个实施例中，用于升压和降压模式的内部补偿和反馈控制电路将是不同的。由于补偿电容器充电/放电到稳定值，放电和充电模式之间的切换会变慢。这可以通过使用数字反馈控制或使用开关来隔离和保持补偿电容器中的电荷并在每个模式的开始时将相应的电容器连接回来，这两者在本领域中是已知的。
图3是电池充电过程的一个实施例的流程图。在一个实施例中，该过程由处理逻辑执行，该处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(诸如，在通用计算机系统上或专用机器上运行的软件)、固件、或这三者的组合。
参考图3，该过程开始于关闭用于将输入电源耦合到能量存储组件的开关，作为脉冲充电序列的一部分(处理框301)。在一个实施例中，这在使用电池充电器中的反向升压转换器时发生。
在关闭开关之后，通过电池充电器的功率流被反转以用于在脉冲充电序列期间产生放电脉冲能量，包括从电池中汲取电流(处理框302)。
接下来，在脉冲充电序列期间脉冲放电时利用能量存储组件来捕获脉冲放电能量(处理框303)。在一个实施例中，能量存储组件包括输入电容器，该输入电容器可操作用于隔离输入电源并向其提供去耦，该输入电源用于提供用于对电池充电的电压。
在一个实施例中，能量存储组件用放电脉冲能量充电，直到能量存储组件上的电荷水平达到阈值或者脉冲充电序列的放电脉冲已经完成。在一个实施例中，阈值包括用于能量存储组件的最大允许电荷水平。随后，在脉冲充电序列期间产生电荷脉冲能量(处理框304)。
在一个实施例中，电荷脉冲能量由降压转换器产生，放电脉冲能量由反向升压转换器产生，降压转换器和反向升压转换器用降压电路级来实现。在另一个实施例中，电荷脉冲能量由降压转换器产生，放电脉冲能量由反向升压转换器产生，降压转换器和反向升压转换器用降压电路级和升压电路级来实现。
图4是描绘放电-充电-静止序列的一个实施例的另一流程图。在一个实施例中，该过程由处理逻辑执行，该处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(诸如，在通用计算机系统上或专用机器上运行的软件)、固件、或这三者的组合。
注意，基于适合于电池化学和制造的内容，许多其他实现是可能的。本文描述的技术是低成本和高效率的放电脉冲实现。还要注意，没有描述与快速/正常充电相关的一些其他正常特征以避免模糊本发明。例如，如果电池处于电池耗尽状态，则只有在执行涓流充电直到电源可用后的某个电荷水平之后才能开始快速充电。
参考图4，该过程开始于电池充电器等待输入功率准备就绪。在此阶段，过程逻辑测试输入电源(源)是否就绪(处理框402)。如果没有，则该过程禁用充电(处理框401)并转换回到处理框402的开始。
当输入功率就绪时，处理逻辑确定充电/放电和静止序列(处理框403)。在一个实施例中，这包括估计快速充电和放电幅度和持续时间以及估计静止时间。在一个实施例中，在处理器可以容易地使用这些参数的一些情况下，这些参数是固定的。但在像C型充电这样的某些情况下，输入功率能力取决于C型的源。在这种情况下，需要根据源功率能力调整这些参数。在一个实施例中，这由充电器执行。在其他实施例中，这由嵌入式控制器固件或系统软件来执行。
在确定充电/放电和静止序列之后，充电器中的处理逻辑关闭MOSFET Q1并在反向升压模式(图1)或降压-升压模式(图2)中启用放电脉冲(处理框404)。放电脉冲准备用于高电流电荷脉冲的电池。充电器在施加放电脉冲之前截止MOSFET Q1，以允许电容器C1捕获并存储放电能量。
在一个实施例中，放电脉冲持续到估计的放电时间或直到电容器C1电压达到最大允许电平。处理逻辑测试放电脉冲时间是否已经结束或者电容器C1(VC1)上的电压是否大于其最大允许电平(VMAX)(处理框405)。如果是，则该过程转到处理框406；如果不是，则该过程转到处理框404。
在处理框406处，处理逻辑停止放电脉冲，并且在放电脉冲结束之后，使电荷脉冲能够施加到电池。这使电容器C1放电。然后，当MOSFET Q1的体二极管D导通时，处理逻辑导通MOSFET Q1。
处理逻辑确定电荷脉冲是否已经结束或电池是否已达到其恒定电压充电电压(CVV)电平(处理框407)。如果不是，则该过程转回到处理框406。如果电荷脉冲已经结束或电池已达到其CVV电平，则过程转到处理框408，其中处理逻辑使电荷脉冲停止并启用静止期(时间)。在此期间，充电和放电都关闭。这允许电池均匀地分配电荷。
随后，处理逻辑确定静止时间是否结束(处理框409)。如果不是，则该过程转到处理框408；如果是，则该过程转回到处理框402。
图5是可以结合以上所描述的技术的系统级图500的一个实施例。例如，以上所描述的技术可以与系统500中的处理器或系统500的其他部分结合使用。
参考图5，系统500包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、上网本、平板电脑、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、服务器、工作站、蜂窝电话、移动计算设备、智能电话、因特网设备或任何其他类型的计算设备。在另一个实施例中，系统500实现本文公开的方法，并且可以是片上系统(SOC)系统。
在一个实施例中，处理器510具有一个或多个处理器核512至512N，其中512N表示处理器510内的第N个处理器核，其中N是正整数。在一个实施例中，系统500包括多个处理器，所述多个处理器包括处理器510和处理器505，其中处理器505具有与处理器510的逻辑类似或相同的逻辑。在一个实施例中，系统500包括多个处理器，所述处理器包括处理器510和处理器505，使得处理器505具有逻辑，该逻辑完全独立于处理器510的逻辑。在此类实施例中，多封装系统500是异构多封装系统，因为处理器505和510具有不同的逻辑单元。在一个实施例中，处理核512包括但不限于用于获取指令的预取逻辑、用于解码指令的解码逻辑、用于执行指令的执行逻辑等。在一个实施例中，处理器510具有高速缓存存储器516，用于对系统500的指令和/或数据进行高速缓存。在本发明的另一个实施例中，高速缓存存储器516包括一级高速缓存存储器、二级高速缓存存储器和三级高速缓存存储器、或处理器510内的高速缓存存储器的任何其他配置。
在一个实施例中，处理器510包括存储器控制中枢(MCH)514，该中枢可操作用于执行使处理器510能够访问存储器530并与其通信的功能，存储器530包括易失性存储器532和/或非易失性存储器534。在一个实施例中，存储器控制中枢(MCH)514位于处理器510外部，作为独立的集成电路。
在一个实施例中，处理器510可操作用于与存储器530和芯片组520通信。在此类实施例中，SSD 580在SSD 580通电时执行计算机可执行指令。
在一个实施例中，处理器510还耦合到无线天线578以用于与配置成发送和/或接收无线信号的任何设备通信。在一个实施例中，无线天线接口578根据(但不限于)IEEE802.11标准及其相关系列、HomePlug AV(HPAV)、超宽带(UWB)、蓝牙、WiMAX或任何形式的通信协议来操作。
在一个实施例中，易失性存储器532包括但不限于，同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其他类型的随机存取存储器设备。非易失性存储器534包括但不限于闪存(例如，NAND、NOR)、相变存储器(PCM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或任何其他类型的非易失性存储器设备。
存储器530存储将由处理器510执行的信息和指令。在一个实施例中，芯片组520经由点对点(PtP或P-P)接口517和522与处理器510连接。在一个实施例中，芯片组520使处理器510能够连接到系统500中的其他模块。在一个实施例中，接口517和接口522根据诸如英特尔快速通道互连(QPI)等之类的PtP通信协议进行操作。
在一个实施例中，芯片组520可操作用于与处理器510、505，显示设备540和其他设备572、576、574、560、562、564、566、577等通信。在一个实施例中，芯片组520还耦合到无线天线578以与配置成发送和/或接收无线信号的任何设备通信。
在一个实施例中，芯片组520经由接口526连接到显示设备540。在一个实施例中，显示设备540包括但不限于液晶显示器(LCD)、等离子体、阴极射线管(CRT)显示器、或者任何其他形式的视觉显示设备。另外，芯片组520连接到互连各种模块574、560、562、564和566的一个或多个总线550和555。在一个实施例中，如果总线速度或通信协议中存在失配，则总线550和总线555可以通过总线桥572互连在一起。在一个实施例中，芯片组520经由接口524与非易失性存储器560、(多个)大容量存储设备562、键盘/鼠标564、网络接口566、智能电视576、消费类电子产品577等耦合，但不限于此。
在一个实施例中，大容量存储设备562包括但不限于固态驱动器、硬盘驱动器、通用串行总线闪存驱动器或任何其他形式的计算机数据存储介质。在一个实施例中，网络接口566由任何类型的公知网络接口标准来实现，包括但不限于以太网接口、通用串行总线(USB)接口、外围组件互连(PCI)快速接口、无线接口和/或任何其他合适类型的接口。
尽管图5中所示的模块被描绘为系统500内的单独块，但是由这些块中的一些块执行的功能可以被集成在单个半导体电路内，或者可以使用两个或更多个单独的集成电路来实现。
在一个示例实施例中，电池充电器包括：电源路径，用于在脉冲充电序列期间以第一模式驱动电池以及用于在脉冲充电序列期间以升压模式操作时，反转来自电池的电流，以及能量存储组件，该能量存储组件耦合到电源路径以用于当电路级以升压模式操作时捕获脉冲充电序列期间的脉冲放电能量。
在另一示例实施例中，第一示例实施例的主题可以任选地包括：包括电容器的能量存储组件。在另一示例实施例中，该示例实施例的主题可以任选地包括：电容器是输入电容器，该电容器可操作用于在输入电源耦合到电池充电器时隔离输入电源并提供与输入电源的去耦。
在另一示例实施例中，第一示例实施例的主题可以任选地包括：电源路径包括降压级，可操作用于将来自输入电源的输入电压转换为电池电压电平，其中降压级可在脉冲充电序列的放电脉冲期间在升压模式下操作以便将功率流反转为来自电池。在另一示例实施例中，该示例实施例的主题可以任选地包括：降压级，包括一对晶体管，该对晶体管被控制用于在放电脉冲期间改变它们的开关模式，以允许利用脉冲放电能量来对能量存储组件进行充电。
在另一示例实施例中，该示例实施例的主题可以任选地包括：降压级可操作用于在升压模式下继续，直到能量存储组件上的电荷达到阈值或者放电脉冲已经完成。在另一示例实施例中，第一示例实施例的主题可以任选地包括：能量存储组件包括电容器，并且进一步包括监视器电路，用于监视由电容器收集的电压以确定电容器是否已达到阈值。在另一示例实施例中，第一示例实施例的主题可以任选地包括：阈值包括能量存储组件的最大允许电荷水平。
在另一示例实施例中，第一示例实施例的主题可以任选地包括耦合到降压级的升压级，用于形成降压-升压充电器功率级。
在第二示例实施例中，一种用于利用来自输入电源的电压对电池充电的电池充电器包括：一个或多个电路级，所述一个或多个电路级耦合在一起用于在脉冲充电序列的不同时间作为降压转换器和反向升压转换器操作，所述一个或多个电路级用于：当在脉冲充电序列期间用电荷脉冲对电池充电时，作为降压转换器操作，并且用于作为反向升压转换器来操作以在脉冲充电序列期间作为脉冲放电的一部分从电池汲取电流；以及能量存储组件，耦合到电路级以用于当电路级作为反向升压转换器工作时，在脉冲充电序列期间脉冲放电时捕获脉冲放电能量。
在另一示例实施例中，第二示例实施例的主题可以任选地包括：能量存储组件包括电容器。在另一示例实施例中，，第二示例实施例的主题可以任选地包括：电容器是输入电容器，该输入电容器可操作用于在输入电源耦合到电池充电器时隔离输入电源并提供与输入电源的去耦。
在另一示例实施例中，第二示例实施例的主题可以任选地包括：降压级可操作用于将来自输入电源的输入电压转换为电池电压电平，并且包括一对晶体管，该对晶体管被控制用于在放电脉冲期间改变它们的开关模式，以允许用脉冲放电能量对能量存储组件充电。在另一示例实施例中，该示例实施例的主题可以任选地包括：降压级可在脉冲充电序列期间作为反向升压转换器来操作，直到能量存储组件上的电荷达到阈值或者放电脉冲已经完成。在另一示例实施例中，该示例实施例的主题可以任选地包括：能量存储组件包括电容器，并且进一步包括监视器电路，用于监视由电容器收集的电压以确定电容器是否已达到阈值。在另一示例实施例中，该示例实施例的主题可以任选地包括：阈值包括能量存储组件的最大允许电荷水平。
在另一示例实施例中，第二示例实施例的主题可以任选地包括：用于将输入电源耦合到能量存储组件的开关，该开关在一个或多个电路级作为反向升压转换器操作时断开。
在第三示例实施例中，计算机系统包括：电池；以及如权利要求9-15中任一项所述的电池充电器。
在第四示例实施例中，一种利用电池充电器对电池充电的方法包括：反转通过电池充电器的功率流以在脉冲充电序列期间产生放电脉冲能量，包括从电池汲取电流；在脉冲充电序列期间脉冲放电时利用能量存储组件捕获脉冲放电能量；以及在脉冲充电序列期间产生电荷脉冲能量。
在另一示例实施例中，第四示例实施例的主题可以任选地包括：由降压转换器产生电荷脉冲能量，由反向升压转换器产生放电脉冲能量，降压转换器和反向升压转换器采用降压电路级来实现。
在另一示例实施例中，第四示例实施例的主题可以任选地包括：由降压转换器产生电荷脉冲能量，由反向升压转换器产生放电脉冲能量，降压转换器和反向升压转换器采用降压电路级和升压电路级来实现。
在另一示例实施例中，第四示例实施例的主题可以任选地包括：能量存储组件包括输入电容器，该输入电容器可操作用于隔离输入电源并提供与输入电源的去耦，该输入电源用于提供用于对电池进行充电的电压。
在另一示例实施例中，第四示例实施例的主题可以任选地包括：利用放电脉冲能量对能量存储组件充电，直到能量存储组件上的电荷水平达到阈值或者脉冲充电序列的放电脉冲已经完成。在另一示例实施例中，该示例实施例的主题可以任选地包括：阈值包括能量存储组件的最大允许电荷水平。
在另一示例实施例中，第四示例实施例的主题可以任选地包括：当使用反向升压转换器时，关闭用于将输入电源耦合到能量存储组件的开关。
以上具体实施方式的一些部分是按照算法和对计算机存储器内的数据位的操作的符号表示而呈现的。这些算法描述和表示是数据处理领域内技术人员使用以便最有效地将他们的工作本质传达给其他本领域技术人员的手段。算法在此或一般是指导致所期望结果的自洽的步骤序列。这些步骤是需要对物理量进行物理操控的那些步骤。通常但非必须，这些量采用能被存储、传输、组合、比较、以及以其他方式操控的电信号或磁信号的形式。主要出于常见用途的考虑，将这些信号称为位、值、要素、符号、字符、项、数字等被证明是方便的。
然而，应当铭记，所有这些和类似术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非具体说明否则，如从以下讨论所显而易见的，应意识到，贯穿说明书使用诸如“处理”、“计算”、“推算”、“确定”、“显示”等术语的讨论指的是计算机系统或类似的电子计算设备的动作和进程，它们将计算机系统寄存器和存储器内表示为物理(例如，电子)量的数据处理和/或变换成计算机系统存储器、寄存器或其他这种信息存储、传输或显示设备内类似地表示为物理量的其他数据。
本发明还涉及用于执行本文中的操作的装置。这些设备可专门构造来用于所需目的，或其可包括通用计算机，该通用计算机由存储在该计算机内的计算机程序有选择地激活或重新配置。这种计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，诸如但不限于任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光学卡、或适用于存储电子指令且都耦合到计算机系统总线的任何类型的介质。
本文呈现的算法及显示并非固有地与任何特定计算机或其他装置相关。可以将各种通用系统与根据本文教导的程序一起使用，或可以证明构造更专门的装置来实现所要求的方法步骤是方便的。各种这些系统的所需结构将从本申请中的描述中呈现。另外，不参考任何特定编程语言来描述本发明。将会领会可将多种编程语言用于实现如本文所述的本发明的教导。
机器可读介质包括用于存储或传输机器(例如，计算机)可读形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备等。
尽管本发明的很多改变和修改在本领域的普通技术人员阅读上述描述之后无疑将变得显而易见，但应该理解作为说明示出和描述的任何具体实施例决非旨在是限制性的。因此，对各实施例的细节的引述不打算限制权利要求的范围，该权利要求本身仅列举认为是对本发明至为重要的那些特征。
Claims (20)
1.一种用于用来自输入电源的电压对电池进行充电的电池充电器，所述电池充电器包括：
电源路径，用于在脉冲充电序列期间以第一模式驱动所述电池，并且在所述脉冲充电序列期间以升压模式操作时反转来自所述电池的功率流；以及
能量存储组件，所述能量存储组件耦合到所述电源路径以用于当所述电路级以所述升压模式操作时，捕获脉冲充电序列期间的脉冲放电能量。
2.如权利要求1所述的电池充电器，其特征在于，所述能量存储组件包括电容器。
3.如权利要求2所述的电池充电器，其特征在于，所述电容器是输入电容器，所述输入电容器能操作用于当所述输入电源耦合到所述电池充电器时，隔离所述输入电源并提供与所述输入电源的去耦。
4.如权利要求1所述的电池充电器，其特征在于，所述电源路径包括降压级，所述降压级能操作用于将来自所述输入电源的输入电压转换为电池电压电平，所述降压级能在所述脉冲充电序列的放电脉冲期间以所述升压模式操作以用于将所述功率流反转为来自所述电池。
5.如权利要求4所述的电池充电器，其特征在于，所述降压级包括一对晶体管，所述一对晶体管被控制以在所述放电脉冲期间改变它们的开关模式，以允许利用所述脉冲放电能量对所述能量存储组件充电。
6.如权利要求4所述的电池充电器，其特征在于，所述降压级能操作用于继续在升压模式中，直到所述能量存储组件上的电荷达到阈值或者放电脉冲已经完成。
7.如权利要求6所述的电池充电器，其特征在于，所述能量存储组件包括电容器，并且进一步包括监视器电路，用于监视由所述电容器所收集的电压，以用于确定所述电容器是否已达到所述阈值。
8.如权利要求4所述的电池充电器，进一步包括升压级，所述升压级耦合到所述降压级以形成降压-升压充电器功率级。
9.一种用于用来自输入电源的电压对电池进行充电的电池充电器，所述电池充电器包括：
一个或多个电路级，耦合在一起以在脉冲充电序列的不同时间作为降压转换器和反向升压转换器来操作，所述一个或多个电路级用于：当在所述脉冲充电序列期间利用电荷脉冲对所述电池进行充电时作为降压转换器来操作，并且作为反向升压转换器来操作以所述电池汲取电流，作为所述脉冲充电序列期间脉冲放电的一部分；以及
能量存储组件，所述能量存储组件耦合到所述电路级以用于当所述电路级作为反向升压转换器来操作时，在所述脉冲充电序列期间脉冲放电时捕获脉冲放电能量。
10.如权利要求9所述的电池充电器，其特征在于，所述能量存储组件包括电容器。
11.如权利要求10所述的电池充电器，其特征在于，所述电容器是输入电容器，所述输入电容器能操作用于当所述输入电源耦合到所述电池充电器时，隔离所述输入电源并提供与所述输入电源的去耦。
12.如权利要求9所述的电池充电器，其特征在于，所述降压级能操作用于将来自所述输入电源的输入电压转换成电池电压电平，并且包括一对晶体管，所述一对晶体管被控制以在所述放电脉冲期间改变它们的开关模式，以允许利用所述脉冲放电能量对所述能量存储组件充电。
13.如权利要求12所述的电池充电器，其特征在于，所述降压级能在所述脉冲充电序列期间作为反向转换器来操作，直到所述能量存储组件上的电荷达到阈值或者放电脉冲已经完成。
14.如权利要求13所述的电池充电器，其特征在于，所述能量存储组件包括电容器，并且进一步包括监视器电路，用于监视由所述电容器所收集的电压，以用于确定所述电容器是否已达到所述阈值。
15.如权利要求14所述的电池充电器，其特征在于，所述阈值包括所述能量存储组件的最大允许电荷水平。
16.如权利要求9所述的电池充电器，进一步包括用于将所述输入电源耦合到所述能量存储组件的开关，所述开关在所述一个或多个电路级作为反向升压转换器来操作时被断开。
17.一种计算机系统，包括：
电池；以及
如权利要求9-16中任一项所述的电池充电器。
18.一种用于利用电池充电器对电池进行充电的方法，所述方法包括：
反转通过电池充电器的功率流以用于在脉冲充电序列期间产生放电脉冲能量，包括从所述电池中汲取电流；
在所述脉冲充电序列期间脉冲放电时利用能量存储组件来捕获脉冲放电能量，所述能量存储器包括输入电容器，所述输入电容器能操作用于隔离输入电源并提供与输入电源的去耦，所述输入电源用于提供用于对所述电池进行充电的电压；以及
在所述脉冲充电序列期间产生电荷脉冲能量。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述电荷脉冲能量由降压转换器产生，所述放电脉冲能量由反向升压转换器产生，所述降压转换器和所述反向升压转换器利用降压电路级来实现或者利用降压电路级和升压电路级来实现。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括利用所述放电脉冲能量来对所述能量存储组件进行充电，直到所述能量存储组件上的电荷水平达到阈值或者所述脉冲充电序列的放电脉冲已经完成。
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