CN112104012A - 用于多种电池应用的单电感器多输出充电器 - Google Patents

用于多种电池应用的单电感器多输出充电器 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例涉及用于多种电池应用的单电感器多输出充电器。一个或多个实施例涉及一种可以通过单个USB C型端口来支持多种电池应用的电池充电器。根据一个或多个实施例的架构包括将电力传输到多个电池组的单个充电器。根据一个或多个实施例的架构包括多个电池组，每个电池组分别容纳在不同的电子设备中。根据一个或多个实施例的架构可以从具有耦合到多个电池组的一个USB C型端口的一个充电器扩展到具有全部耦合到分别容纳在不同的电子设备中的多个电池组的相应USB C型端口的多个充电器。

Description

用于多种电池应用的单电感器多输出充电器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年6月17日提交的美国临时专利申请第62/862,422号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本实施例总体上涉及消费者、工业和手持式计算，并且更具体地涉及用于具有两个或更多个分离的电池组的系统的电池充电器。
背景技术
当前的电池充电器产品仅支持具有单个USB C型端口和单个电池的系统。同时，正在开发包括具有两个或更多个电池组的子系统的新的系统。现有的电池充电器产品不能够支持这样的系统。因此，需要针对这些和其他问题的解决方案。
发明内容
一个或多个实施例涉及一种可以利用包括单电感器多输出(SIMO)结构的单个USBC型端口来支持多种电池应用的电池充电器。根据一个或多个实施例的架构包括将电力传输到多个电池组的单个充电器。根据一个或多个实施例的架构包括多个电池组，每个电池组分别被容纳在不同的电子设备中。根据一个或多个实施例的架构从具有耦合到多个电池组的一个USB C型端口的一个充电器可扩展到具有全部耦合到分别容纳在不同的电子设备中的多个电池组的相应USB C型端口的多个充电器。
根据一个或多个实施例的示例性SIMO架构至少在技术领域提供多种优点。根据一个或多个实施例的SIMO架构通过允许单个电感器连接到多个功率输出来在减小尺寸的同时维持期望的操作，从而减少了实现期望操作所需要的功率电感器和相关联的电气组件的数目。根据某些方面，SIMO架构的优点包括减少与每个功率电感器相关联的显著成本，以及通过减少实现期望操作所需要的外部分立组件的数目来减小封装和/或系统尺寸。外部分立组件包括但不限于被连接、操作地被耦合或操作地可耦合到电力输送控制器的任何逻辑或电气设备。根据各种实施例，通过使用SIMO架构来降低系统复杂性还可以通过减少与具有较少电子组件的设备相关联的设计和制造来降低成本。
一个或多个实施例包括被电耦合到第一电感器节点的第一电感器、被电耦合到第一电感器节点和第一输出节点的第一晶体管、被电耦合到第一电感器节点和第二输出节点的第二晶体管、被电耦合到第一输出节点和第一电池的第三晶体管、以及被电耦合到第二输出节点和第二电池的第四晶体管。
一个或多个实施例包括：在充电设备处获得一个或多个充电指令；响应于所获得的一个或多个充电指令而确定是对第一电池还是对第二电池充电；根据对第一电池充电的确定，以第一充电模式操作充电设备；以及根据对第二电池充电的确定，以第二充电模式操作充电设备。
一个或多个实施例包括获得与第一电池相关联的第一操作特性，以及获得与第二电池相关联的第二操作特性。在一个或多个实施例中，以第一充电模式操作充电设备包括：确定第一操作特性是否满足第一条件；根据第一操作特性满足第一条件的确定，以第一条件充电模式操作充电设备；以及根据第一操作特性不满足第一条件的确定，以第二条件充电模式操作充电设备。
一个或多个实施例包括通过以下方式来以第二充电模式操作充电设备：确定第二操作特性是否满足第二条件，根据第二操作特性满足第二条件的确定，以第三条件充电模式操作充电设备，以及根据第二操作特性不满足第二条件的确定，以第四条件充电模式操作充电设备。
附图说明
通过结合附图阅读以下对特定实施例的描述，本实施例的这些和其他方面以及特征对于本领域普通技术人员将变得很清楚，在附图中：
图1是图示出根据实施例的示例系统的各方面的顶层图。
图2是图示出根据本实施例的用于从单个适配器或端口对两个电池充电的系统的各方面的框图。
图3是图示出根据本实施例的用于两个或更多个系统的示例电池充电器及其对应电池组的示意图。
图4A图示出了在第一电池的第一充电模式下图3中的电池充电器的示例操作。
图4B图示出了在第二电池的第二充电模式下图3中的电池充电器的示例操作。
图4C图示出了在第一电池的第一条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作。
图4D图示出了在第一电池的第二条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作。
图4E图示出了在第二电池的第三条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作。
图4F图示出了在第二电池的第四条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作。
图5是图示出用于双C型端口应用的图3中的充电器的示例适配的框图。
图6图示出了在多个充电模式下图3中的电池充电器的示例操作方法。
图7图示出了在多个条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作方法。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本实施例，这些附图被提供作为实施例的说明性示例，以使得本领域技术人员能够实践对本领域技术人员而言很清楚的实施例和替代方案。值得注意的是，以下附图和示例并不表示将本实施例的范围限制为单个实施例，而是可以通过互换所描述或示出的一些或全部元件来实现其他实施例。此外，在可以使用已知组件部分或完全实现本实施例的某些元件的情况下，将仅描述理解本实施例所必需的这样的已知组件的这些部分，并且对这样的已知组件的其他部分的详细描述将被省略，以避免混淆本实施例。除非本文中另外指明，否则如本领域技术人员将很清楚的，被描述为以软件实现的实施例不限于此，而是可以包括以硬件或软件和硬件的组合实现的实施例，反之亦然。在本说明书中，示出单个组件的实施例不应当被认为是限制性的；相反，除非本文中另外明确指出，否则本公开旨在涵盖包括多个相同组件的其他实施例，反之亦然。此外，除非明确提出，否则申请人不希望说明书或权利要求书中的任何术语具有不常见或特殊的含义。此外，本实施例涵盖通过说明的方式在本文中提及的已知组件的当前和将来的已知等效物。
根据某些方面，本实施例涉及一种可以利用单个通用串行总线(USB)C型端口来支持多种电池应用的电池充电器。在一些实施例中，电池可以具有不同的电压容量。在一些实施例中，可以分别控制电池的电池充电电流以及每个电池的电流极限。在一些实施例中，该架构是模块化的，使得该架构可以通过添加附加的充电模块来扩展以支持多种电池应用，和/或可以通过添加附加的充电模块来扩展以支持多种USB C型端口应用。在一些实施例中，可以对由充电器提供的功率求和。根据本实施例的示例性控制方案实现可灵活地支持变化的数目的电池和端口，包括但不限于USB C型端口。
图1是示出根据实施例的示例系统100的各方面的顶层图。在一些实施例中，系统100可以是和/或包括计算设备，诸如笔记本计算机(例如，MacBook、Ultrabook等)、膝上型计算机、板式或平板计算机(例如，iPad、Surface等)、手机(例如，Samsung Galaxy Z Flip手机等)、移动电源、通用串行总线(USB)端口、或者使用电池并且能够从适配器接收电力的任何系统。
系统100包括子系统108和109。这些子系统中的一者或两者可以包括运行诸如Windows或Apple OS等常规操作系统的CPU，并且可以是来自Intel、AMD或其他制造商的x86处理器、以及由Freescale、Qualcomm、DSP、GPU等制造的其他处理器。显然，系统100可以包括未示出的很多其他组件，诸如固态和其他磁盘驱动器、存储器、外围设备、显示器、用户界面组件等。
在一个示例中，系统100可以是翻盖式便携式设备。翻盖式便携式设备的一个这样的示例是Samsung Galaxy Z Flip手机。该设备具有两个可折叠地连接的屏幕(例如，图1中的105和106)，当完全打开时，该屏幕可以用作一个组合屏幕。替代地，手机可以以一个屏幕操作，而第二屏幕可以折叠起来。在该示例中，每个屏幕105和106具有其自己的子系统108和109。
在一些实施例中，系统100中的子系统109可以被配置为实现被配置用于用户输入的触摸屏106，而系统100中的子系统108可以实现计算设备，该计算设备响应于来自子系统109的用户输入而可操作并且在屏幕105上生成显示画面。在这些和其他实施例中，屏幕和子系统可以是可拆卸的并且独立地操作。例如，系统100中的屏幕105可以与屏幕106分离。在分离时，由于屏幕的独立子系统，每个屏幕都可以在其自身的电池电力下操作。
根据某些方面，本实施例可以在其中发现特别有用的应用的系统100具有可以超过诸如USB-A等技术的功率极限(例如，超过60瓦)的操作功率需求。然而，本实施例不限于这种系统中的应用。
如上所述，系统100内的子系统108和109各自分别具有其自己的电池组103和104。此外，子系统108和109可以通过通信信道102彼此通信，但是这并不是在所有实施例中都是必需的。电池103和104可以具有不同的存储容量，并且可以经由连接到屏幕105或106之一中的单个端口107(例如，USB-C)的电源适配器来单独充电。在替代实施例中，每个子系统可以具有其自己的端口。此外，每个子系统可以具有不同的功率要求。例如，子系统108可能需要一定量的功率，而子系统109可能需要不同量的功率。这样，本申请认识到，需要针对每个系统独立地控制电池充电电流和电压。
图2是图示出根据本实施例的用于从单个适配器或端口对两个电池充电的系统的各方面的框图。图2图示出了包括示例性充电器202的示例性系统200。在一些实施例中，系统200包括一个或多个充电器。
在一些实施例中，端口208包括但不限于一个或多个USB端口，诸如USB C型(USBC)端口或USB电力输送(USB PD)端口。在诸如图2所示的USB C型示例中，端口208具有关联的C型端口控制器(TCPC)210。TCPC 210包括用于至少以下操作的功能性：检测附接到端口108的设备的存在和类型，控制与将所附接的设备连接到其他系统200组件相关联的开关，以及用于将端口状态传送给嵌入式控制器(EC)212(例如，经由I2C接口)。
在一些实施例中，EC 212管理系统200的功率配置(例如，确定功率适配器是否被连接到端口108，并且将该确定从TCPC 210传送给EC 212)，从电池204-1和204-2中的一个或多个电池接收电池状态(例如，经由单独的或并入的电量计电路)，并且用于将电池充电和其他操作控制信息传送给充电器202(例如，经由至少一个SMbus接口)。在一些实施例中，EC 212可以经由诸如I2C或SMBus等已知协议或已知或可能变为已知的其他协议与TCPC210和充电器202通信，包括分别容纳在TCPC 210和充电器202内的控制器。例如，EC212可以经由在TCPC 210内部或其他地方的控制器从操作地连接到端口208的TCPC 210接收关于附接到端口208的设备的信息。在一些实施例中，EC 212随后可以向控制器发送控制信号以用于根据该信息来控制电压调节器模块206以及电池充电器模块202的操作。在一些实施例中，EC 212可以与容纳在充电器202内的一个或多个充电器控制器通信以控制系统200的整体操作，使得可以向子系统(例如，经由输出电压向系统节点214-1和214-2)输送电力和/或对电池(例如，电池204-1和204-2)充电。
如图所示，作为示例，系统200包括操作地耦合到电池204-1和电池204-2的充电器202。在一些实施例中，充电器202包括一个或多个降压升压电压DC(NVDC)充电器。在一些实施例中，充电器202可配置为HPB充电器或NVDC充电器。在一些实施例中，充电器202符合Intel PROCHOT#和PSYS要求。在一些实施例中，充电器202包括适配器电流监测器和电池放电电流监测器。在一些实施例中，充电器202将至少一个NFET用于一个或多个开关。在一些实施例中，充电器202支持电池学习模式。在一些实施例中，充电器202提供主动控制的浪涌电流以防止FET损坏。在一些实施例中，充电器202包括SMBus可编程设置和高精度。在一些实施例中，充电器202包括全面的保护特征，诸如用于系统低电压的PROCHOT#指示器、适配器过电流、电池过电流或系统过热、基于硬件的适配器电流、电池电流极限、以及在系统Turbo模式下的突然电池移除。在一些实施例中，充电器202包括从350kHz到1MHz的多个开关频率选项。在一些实施例中，充电器202提供低静态电流、SMBus并且是自动增量I2C兼容的。在一些实施例中，充电器202包括具有轻载效率和快速动态响应的瑞萨电子(Renesas)鲁棒纹波调节器(R3)调制方案。在一些实施例中，充电器202可以以32Ld 4×4mm2 QFN封装来实现。在一些实施例中，充电器202是Pb-frce(符合RoHS)。例如，充电器可以是来自瑞萨电子美国(Renesas Electronics America)的ISL95522。在各种实施例中，SIMO降压升压或其他SIMO拓扑(例如，SIMO降压或SIMO升压)也可以用于不同的应用。
根据某些一般方面，在系统200的操作期间，当将电源适配器插入端口208时，充电器202可以被配置为对电池204-1和204-2充电。在一些实施例中，充电器202被适配为将来自适配器的功率转换成适合于系统200的组件的电压。在一些实施例中，充电器202可以以降压模式、升压模式、降压升压模式、或本领域已知的其他方法(例如，使用提供给功率MOSFET的已知PWM调制信号)来供应电力。在一些实施例中，供应给电池或负载的经调节的输出电压可以是固定的7-8V。
根据某些其他一般方面，当USB OTG设备(例如，手机等)连接到端口208时，充电器202可以被配置为管理从电池204-1和204-2中的一个或多个电池到端口208的电力供应。在一些实施例中，充电器202可以反向操作以便以反向降压模式、反向升压模式、反向降压升压模式、或本领域已知的其他方法来提供电力，从而以从电池204-1和204-2中的一个或多个电池向端口208输出经调节的电压。供应给OTG设备的经调节的输出电压可以是整个OTG功能性范围(例如，提供5V至20V的OTG电压)。在一些实施例中，电池204-1和电池204-2可以交替地被充电。下面将提供根据本实施例的充电器202的更多细节。在一些实施例中，系统200被包括在笔记本计算机(例如，Ultrabook)内，并且电池204-1和204-2包括至少一个可再充电的1S/2S/3S/4S(例如，1电池、2电池、3电池或4电池组)锂离子(Li-ion)电池。
图3是图示出根据本实施例的用于两个或更多个系统的示例电池充电器及其对应电池组的示意图。图3图示出了包括示例性电力输送和/或端口检测(“PD”)控制器301和示例性充电器302的示例性系统300。在一些实施例中，充电器302向系统节点305-1、系统节点305-2、电池304-1、电池304-2提供输出电压。在一些实施例中，充电器302向系统节点305-1和系统节点305-2提供系统电力，并且向电池304-1和电池304-2提供充电电力。在一些实施例中，系统300支持双向电力流动以对电池304-1和电池304-2中的至少一个电池充电(例如，端口306上的适配器是源)，或者向连接到端口306的OTG设备供应电力(例如，其中端口306上的OTG设备是宿(sink))。在一些实施例中，至少一个BGATE FET(即，电池控制晶体管)303-1被设置在充电器302与电池304-1之间。在一些实施例中，至少一个BGATE FET(即，电池控制晶体管)303-2被设置在充电器302与电池304-2之间。在一些实施例中，系统300(总体上)和充电器302(具体地)中的一个或多个可以并入用于控制BGATE FET 303-1和BGATEFET 303-2中的一个或多个的逻辑。在根据示例性系统300的一些实施例中，使用多路复用器来共享用于系统的一个或多个MOSFET驱动器的一个或多个内部驱动器，以增加简单性并且减少系统300中的分立组件的数目。
在一些实施例中，端口306被连接到PD控制器301，其包括PD-IC301-A。此外，在示例性实施例中，可以使用端口侧电容器(例如，10μF电容器)。在一些实施例中，PD-IC 301-A可以由PD控制器与其他组件一起实现。在其他实施例中，PD-IC 301-A可以由C型端口控制器TCPC 210和来自Renesas Electronics America的USB电力输送控制器R9A02G011中的至少一个来实现。此外，在示例性实施例中，PD控制器301、以及FET 301-B和301-C中的一些或全部可以一起在共同的集成电路中被实现。
在一些实施例中，PD-IC 301-A控制一对背对背FET 301-B和单个FET 301-C。在示例性实施例中，当适配器未被连接并且取而代之功耗设备(例如，OTG设备)被连接到端口306时，PD-IC 301-A可以控制FET 301-B，以便经由充电器302、BGATE FET 303-1和BGATEFET 303-2将来自电池304-1和电池304-2的OTG电压耦合到端口306。在示例性实施例中，当适配器被连接到端口306时，PD-IC 301-A可以控制FET 301-B，以便经由转换器302将适配器电压耦合到充电器302，并且将输出电压320和321以及充电电力中的至少一个提供给系统节点305-1和系统节点305-2中的至少一个。在一些实施例中，PD-IC 301-A控制FET 301-C实现VBUS强制放电或泄放以满足USB PD要求。
在一些实施例中，充电器302支持独特的电压和电流需求以将经调节的电压供应给电池304-1和电池304-2中的至少一个。在一些实施例中，系统300包括至少一个适配器侧感测电阻器和一个电池侧感测电阻器。在一些实施例中，充电器302接收输入电压并且提供经调节的输出电压，同时还对电池304-1和电池304-2中的至少一个充电。在一些实施例中，充电器302可以基于至少一个子系统所需要的最大功率来设计。在一些实施例中，系统节点305-1和系统节点305-2分别操作地被耦合到一个或多个子系统。
在一些实施例中，充电器302包括如上所述的电池充电器控制器302A以及其他组件(例如，电感器和开关晶体管或功率MOSFET)。在一些实施例中，充电器302包括开关晶体管302-B、302-C、302-D、302-1和302-2。在一些实施例中，一个或多个开关晶体管是功率晶体管。尽管描述了电池充电器控制器，但是本公开不限于电池充电器控制器，并且可以包括降压升压转换器、升压转换器、降压转换器、具有相同功能性的集成电路等。例如，控制器可以被实现为一个或多个集成电路，开关晶体管、相关联的驱动器和电感器在外部被连接到该一个或多个集成电路。在其他实施例中，一些或所有开关晶体管和/或相关联的驱动器以及电感器可以与电池充电器控制器一起被集成在单个集成电路中。显然，电池充电器控制器与其他电池充电器组件一起可以有很多不同的实现。组件可以包括被连接到电感器的任一端的高压侧/低压侧开关晶体管，如本领域中众所周知的。在一些实施例中，系统300(总体上)和充电器302(具体地)中的一个或多个可以并入用于控制开关晶体管302-B、302-C、302-D、302-1和302-2中的一个或多个的逻辑。
在一些实施例中，图3中的电池充电器被配置为在第一电池与第二电池之间以交替充电周期进行操作。在一些实施例中，交替充电周期包括第一充电模式和随后的后续充电模式，在第一充电模式下，第一电池至少部分充电，而第二电池至少部分隔离，在后续充电模式下，第二电池至少部分充电，而第一电池至少部分隔离。在一些实施例中，交替循环可以重复预定的或不确定的循环次数。在一些实施例中，图3的电池充电器可以被配置为使得可以严格地隔离交替充电周期，在该交替充电周期中，第一负载或第二负载中的仅一个负载在任何时间从充电器接收电力。在一些实施例中，图3的电池充电器可以被配置为使得交替充电周期可以不被严格地隔离，在该交替充电周期中，从充电器提供给第一负载的电力至少部分在向第二负载提供电力期间发生或者以其他方式与向第二负载提供电力重叠。在一些实施例中，并且如下面将变得更加明显的，这种条件充电或隔离模式可以取决于电池424-1和424-2、434-1和434-2、444-1和444-2或454-1和454-2之间的相对电压。
在一些实施例中，每种充电模式在一个充电器开关晶体管(例如，Q4_1晶体管)和一个电池控制晶体管(例如，BGATE_1晶体管)对两端提供充电路径。在一些实施例中，每种充电模式还在另一充电器开关晶体管(例如，Q4_2晶体管)和另一电池控制晶体管(例如，BGATE_2晶体管)两端提供反向阻挡路径。应当理解，在各种实施例中，根据本实施例，Q4_1/BGATE_1和Q4_2/BGATE_2晶体管对可以在提供充电路径与提供反向阻挡路径之间交替以实现交替充电周期。根据示例性实施例的电池充电器可以利用降压、升压或降压升压晶体管配置来实现交替充电周期。在一些实施例中，输出电压与电源电压之间的关系可以影响晶体管配置的形式。如本文中使用的，在PWM调制方案中，充电周期可以对应于一个或多个PWM周期或其部分。在其他实施例中，(多个)充电周期和PWM周期可以完全彼此独立。
图4A-图4F图示出了系统300分别作为系统400、410、420、430、440和450的示例性操作。这些示例性系统中的每个包括PD控制器401、连接到PD控制器401的输出的充电器402、和连接到PD控制器301的输入的端口406。示例性系统400的示例性PD控制器401包括PD-IC 401-A、一对背对背FET 401-B、和单个FET 401-C。示例性充电器402包括以降压升压配置耦合在一起的电池充电器控制器402-A、开关晶体管402-B、402-C、402D、402-1和402-2、以及电感器。在一些实施例中，电池充电器控制器402A包括用于激活或停用开关晶体管402-B、402-C、402D、402-1和402-2以及电池控制晶体管403-1和403-2等中的一个或多个的逻辑。在一些实施例中，电池充电器控制器402-A可以操作地被连接到开关晶体管402-B、402-C、402-D、402-1和402-2以及电池控制晶体管403-1、403-2等中的至少一个晶体管的至少一个栅极端子。在一些实施例中，如本领域已知或可能变为已知的至少一个驱动器电路操作地被连接在电池充电器控制器402-A与开关晶体管402-B、402-C、402-D、402-1和402-2中的至少一个的相应栅极端子之间。在一些实施例中，EC 212可以直接或间接地控制电池充电器控制器402-A的操作。在一些实施例中，晶体管激活状态包括向晶体管栅极端子提供非零电压。在一些实施例中，晶体管停用状态包括向晶体管栅极端子提供接地电压。在一些实施例中，晶体管停用状态包括向晶体管栅极端子提供浮动栅极电压或高阻抗电压。
图4A-图4F图示出了在各种示例性实施例中用于但不限于交替充电周期的示例性充电模式。在这些示例中，图4A-图4B表示第一示例性实施例中的交替充电模式，其中图4A的第一电池的第一示例性充电模式与图4B的第二电池的第二示例性充电模式交替。因此，通过在图4A的第一充电模式与图4B的第二充电模式之间交替，第一电池的充电可以与第二电池的充电交替。从下面将变得更加明显，图4C-图4F表示第二示例性实施例中的交替充电模式，其中图4C或图4D的第一电池的第一示例性充电模式与图4E或图4F的第二电池的第二示例性充电模式交替。因此，通过在图4C的第一条件充电模式或图4D的第二条件充电模式与图4E的第三条件充电模式或图4F的第四条件充电模式之间交替，第一电池的充电可以与第二电池的充电交替。
图4A图示出了在第一电池的第一充电模式下图3中的电池充电器的示例操作。示例性系统400图示出了以第一充电模式操作的示例性充电器402将电力输送到电池404-1并且电隔离电池404-2。在系统400的第一示例性充电模式下，开关晶体管402-1通过预定的正栅极电压被激活，开关晶体管402-2通过预定的负或接地栅极电压被停用，电池控制晶体管403-1通过预定的正栅极电压被激活，并且电池控制晶体管403-2通过预定的负或接地栅极电压被停用。作为响应，示例性充电电流407通过开关晶体管402-1和电池控制晶体管403-1从充电器402流到电池404-1，并且电池404-2通过开关晶体管402-2和电池控制晶体管403-2与充电器402电隔离。
图4B图示出了在第二电池的第二充电模式下图3中的电池充电器的示例操作。示例性系统410图示出了以第二充电模式操作的示例性充电器402将电力输送到电池414-2并且电隔离电池414-1。在系统410的第二示例性充电模式下，开关晶体管412-1通过预定的负或接地栅极电压被停用，开关晶体管412-2通过预定的正栅极电压被激活，电池控制晶体管413-1通过预定的负或接地栅极电压被停用，并且电池控制晶体管413-2通过预定的正栅极电压被激活。作为响应，示例性充电电流417通过开关晶体管412-2和电池控制晶体管413-2从充电器402流到电池414-2，并且电池414-1通过开关晶体管412-1和电池控制晶体管413-1与充电器402电隔离。
图4C-图4F图示出了在各种条件充电模式下图3中的电池充电器的示例性操作。在一些实施例中，条件充电模式至少以第一电池相对于第二电池的相对电压水平为条件。
图4C图示出了在第一电池的第一条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作，其中电池424-1的电压水平大于电池424-2的电压水平。示例性系统420图示出了以第一条件充电模式操作的示例性充电器402将电力输送到电池424-1并且电隔离电池424-2。在系统420的第一示例性条件充电模式下，开关晶体管422-1通过预定的正栅极电压被激活，开关晶体管422-2通过预定的正栅极电压被激活，电池控制晶体管423-1通过预定的正栅极电压被激活，并且电池控制晶体管423-2通过预定的负或接地栅极电压被停用。作为响应，示例性充电电流427通过开关晶体管422-1和电池控制晶体管423-1从充电器402流到电池424-1，并且电池424-2通过电池控制晶体管423-2与充电器402电隔离。在根据示例性系统420的一些实施例中，在端口406处从电源适配器接收的电力被输送到系统节点425-1和系统节点425-2。
图4D图示出了在第一电池的第二条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作，其中电池434-1的电压水平小于或等于电池434-2的电压水平。示例性系统430图示出了以第二条件充电模式操作的示例性充电器402将电力输送到电池434-1并且电隔离电池434-2。在系统430的第二示例性条件充电模式下，开关晶体管432-1通过预定的正栅极电压被激活，开关晶体管432-2通过预定的负或接地栅极电压被停用，电池控制晶体管433-1通过预定的正栅极电压被激活，并且电池控制晶体管433-2可以取决于系统节点435-2处的电压被激活或停用。作为响应，示例性充电电流437通过开关晶体管432-1和电池控制晶体管433-1从充电器402流到电池434-1，并且电池434-2通过开关晶体管432-2与充电器402电隔离。
图4E图示出了在第二电池的第三条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作，其中电池444-1的电压水平大于或等于电池444-2的电压水平。示例性系统440图示出了以第三条件充电模式操作的示例性充电器402将电力输送到电池444-2并且电隔离电池444-1。在系统440的第三示例性条件充电模式下，开关晶体管442-1通过预定的负或接地栅极电压被停用，开关晶体管442-2通过预定的正栅极电压被激活，电池控制晶体管443-1可以取决于系统节点445-1处的电压被激活或停用，并且电池控制晶体管443-2通过预定的正栅极电压被激活。作为响应，示例性充电电流447通过开关晶体管442-2和电池控制晶体管443-2从充电器402流到电池444-2，并且电池444-1通过开关晶体管442-1与充电器402电隔离。
图4F图示出了在第二电池的第四条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作，其中电池454-1的电压水平小于电池454-2的电压水平。示例性系统450图示出了以第四条件充电模式操作的示例性充电器402将电力输送到电池454-2并且电隔离电池454-1。在系统450的第四示例性条件充电模式下，开关晶体管452-1通过预定的正栅极电压被激活，开关晶体管452-2通过预定的正栅极电压被激活，开关晶体管453-1通过预定的负或接地栅极电压被停用，并且电池控制晶体管453-2通过预定的正栅极电压被激活。作为响应，示例性充电电流457通过开关晶体管452-2和电池控制晶体管453-2从充电器402流到电池454-2，并且电池454-1通过电池控制晶体管453-1与充电器402电隔离。
图5是图示出用于双C型端口应用的图3中的充电器的示例适配的框图。图5图示出了示例性系统500，示例性系统500包括根据图3的示例性实施例的第一示例性端口检测(“PD”)控制器501和第一示例性充电器502、以及具有分别与第一示例性端口检测(“PD”)控制器501和第一示例性充电器502相对应的结构的第二示例性端口检测(“PD”)控制器504和第二示例性充电器505。在一些实施例中，充电器502和充电器505向系统节点509-1、系统节点509-2、电池508-1和电池508-2提供输出电压。在一些实施例中，充电器502向系统节点509-1和系统节点509-2提供系统电力，并且对电池304-1和电池304-2充电。在一些实施例中，充电器502和充电器505并联连接到电池508-1、电池508-2、系统节点509-1和系统节点509-2。
在一些实施例中，两个适配器可以分别被连接到端口503和506。这些适配器可以为电池508-1和508-2提供充电电力，并且经由充电器502供应系统节点509-1和509-2。在一些实施例中，两个OTG设备可以分别被连接到端口503和506，其中可以经由充电器502和505支持整个范围的OTG电压(例如，从5V到20V)。在一个示例中，适配器可以被连接到一个端口503或506，并且OTG设备可以被连接到另一端口503或506。例如，可以分别通过PD控制器模块501和504中的PD-IC 501-A和504-A中的TCPC功能性来检测连接到这些端口的设备。
在一些实施例中，系统500支持双向电流以对电池508-1和电池508-2中的至少一个充电(例如，端口503或506上的适配器是源)，或者向连接到端口503或端口506的OTG设备供应电力(例如，其中端口503或506上的OTG设备是宿)。在一些实施例中，至少一个BGATEFET 507-1被设置在并联充电器502和506与电池508-1之间。在一些实施例中，至少一个BGATE FET 507-2被设置在并联充电器502和506与电池508-2之间。在一些实施例中，系统500从分别被连接到端口503或506的适配器1或适配器2向电池508-1或508-2中的一个电池供应充电电力。另外，在示例性实施例中，系统500可以从电池508-1或508-2中的一个电池向系统节点509-1、系统节点509-2、以及连接到端口503和506中未连接到适配器1或适配器2的另一端口的OTG设备1或OTG设备2中的一个或多个提供电力。因此，同时地，系统500可以从外部适配器对一个电池充电，同时向设备子系统或外部设备提供电力。
图6图示出了在多个充电模式下图3中的电池充电器的示例操作方法600。根据方法600进行操作的示例性系统可以包括但不限于系统300以及与其相关联的操作状态4A和4B中的一个或多个。
在步骤610，示例性系统获得一个或多个充电指令。示例性系统可以接收对示例性系统中存在的至少一个电池进行充电的一个或多个指令。充电指令可以包括逻辑水平、电输入、磁输入、数字化电信号等中的一个或多个。然后，方法600行进到步骤612。
在步骤612，示例性系统可选地获得一个或多个电池状态。示例性系统可以接收与示例性系统中存在的电池相对应的一个或多个电池状态。电池状态可以包括一个或多个电池特性，其中电池特性可以包括电压水平、电流水平、功率水平等。然后，方法600行进到步骤620。
在步骤620，示例性系统确定是否对第一电池充电。在具有两个电池的示例性实施例中，方法600可以基于在步骤610接收的一个或多个充电指令来确定是否对第一电池充电。由于示例性系统包括两个电池，因此系统将选择一对中的一个进行充电，而不管发生哪个确定。应当理解，示例性系统可以包括替代或互补的电池选择逻辑，并且可以包括各种另外的或替代的状态，其中包括不对电池充电的确定或对大于两个的多个电池中的电池充电的确定。如果充电指令指定该对中的第一电池的充电，则该方法行进到步骤622。替代地，如果充电指令指定该对中的第二电池的充电，则该方法行进到步骤624。
在步骤622，示例性系统进入第一充电模式。在步骤622的第一示例性充电模式下，示例性系统中的至少四个晶体管进入或保持在特定状态。耦合到第一系统节点的第一充电器开关晶体管被激活或保持激活；耦合到第一系统节点的第一电池控制晶体管被激活或保持激活；耦合到第二系统节点的第二充电器开关晶体管被停用或保持停用；以及耦合到第二系统节点的第二电池控制晶体管被停用或保持停用。在各种实施例中，第一充电器开关晶体管和第二充电器开关晶体管可以分别包括降压升压电压调节器中的升压高晶体管。在步骤622，电流可以流到第一电池，同时电流与第二电池隔离。
在步骤624，示例性系统进入第二充电模式。在步骤624的第二示例性充电模式下，示例性系统中的至少四个晶体管进入或保持在特定状态。耦合到第一系统节点的第一充电器开关晶体管被停用或保持停用；耦合到第一系统节点的第一电池控制晶体管被停用或保持停用；耦合到第二系统节点的第二充电器开关晶体管被激活或保持激活；以及耦合到第二系统节点的第二电池控制晶体管被激活或保持激活。在步骤624，电流可以流到第二电池，同时电流与第一电池隔离。
很清楚，例如可以根据PWM调制方案中的一个或多个切换周期来无限期地重复步骤610至624中的一个或全部。
图7图示出了在多个条件充电模式下图3中的电池充电器的示例操作方法700。根据方法700进行操作的示例性系统可以包括但不限于系统300以及与其相关联的操作状态4C-4F中的一个或多个。
在步骤710，示例性系统获得一个或多个充电指令。示例性系统可以接收对示例性系统中存在的至少一个电池进行充电的一个或多个指令。充电指令可以包括逻辑水平、电输入、磁输入、数字化电信号等中的一个或多个。然后，方法700行进到步骤712。
在步骤712，示例性系统获得第一电池的第一电池状态和第二电池的第二电池状态。示例性系统可以接收与示例性系统中存在的电池相对应的一个或多个电池状态。电池状态可以包括一个或多个电池特性，其中电池特性可以包括电压水平、电流水平、功率水平等。在一些实现中，示例性系统包括两个电池，并且电池状态包括第一电池两端的第一电压和第二电池两端的第二电压。然后，方法700行进到步骤720。
在步骤720，示例性系统确定是否对第一电池充电。在具有两个电池的示例性实施例中，方法700可以基于在步骤710接收的一个或多个充电指令来确定是否对第一电池充电。由于示例性系统包括两个电池，因此系统将选择一对中的一个进行充电，而不管发生哪个确定。如上面关于方法600讨论的，应当理解，示例性系统可以包括替代或互补的电池选择逻辑，并且可以包括各种附加的或替代的状态，其中包括不对电池充电的确定或对大于两个的多个电池中的电池充电的确定。如果充电指令指定该对中的第一电池的充电，则该方法行进到步骤730。替代地，如果充电指令指定该对中的第二电池的充电，则该方法行进到步骤740。
在步骤730，示例性系统确定第一电池的第一电压是否大于第二电池的第二电压。方法700可以在步骤730确定第一电池的电压是否大于第二电池的电压。应当理解，根据本实施例，示例性系统可以在步骤730用任何阈值或阈值组合或者用任何一个或多个标准来进行确定，并且因此示例性系统不限于步骤730的确定。如果第一电压大于第二电压，则方法700行进到步骤732。替代地，如果第一电压不大于第二电压，则方法700行进到步骤734。
在步骤732，示例性系统进入第一条件充电模式。在步骤732的第一示例性条件充电模式下，示例性系统中的至少四个晶体管进入或保持在特定状态。耦合到第一系统节点的第一充电器开关晶体管被激活或保持激活；耦合到第一系统节点的第一电池控制晶体管被激活或保持激活；耦合到第二系统节点的第二充电器开关晶体管被激活或保持激活；以及耦合到第二系统节点的第二电池控制晶体管被停用或保持停用。如以上关于方法600讨论的，在各种实施例中，第一充电器开关晶体管和第二充电器开关晶体管可以各自分别包括在降压升压电压调节器中的升压高晶体管。在步骤732，电流可以流到第一电池，同时电流与第二电池隔离。
在步骤734，示例性系统进入第二条件充电模式。在步骤734的第二示例性条件充电模式下，示例性系统中的至少四个晶体管进入或保持在特定状态。耦合到第一系统节点的第一充电器开关晶体管被激活或保持激活；耦合到第一系统节点的第一电池控制晶体管被激活或保持激活；耦合到第二系统节点的第二充电器开关晶体管被停用或保持停用；以及耦合到第二系统节点的第二电池控制晶体管被激活或停用或保持激活或停用。在步骤734，电流可以流到第一电池，同时电流与第二电池隔离。
在步骤740，示例性系统确定第一电池两端的第一电压是否大于或等于第二电池两端的第二电压。方法700可以在步骤740确定第一电池的电压是否大于或等于第二电池的电压。应当理解，根据本实施例，示例性系统可以在步骤740用任何阈值或阈值组合或者用任何一个或多个标准来进行确定，并且因此示例性系统不限于步骤740的确定。如果第一电压大于或等于第二电压，则方法700行进到步骤742。替代地，如果第一电压不大于或等于第二电压，则方法700行进到步骤744。
在步骤742，示例性系统进入第三条件充电模式。在步骤742的第三示例性条件充电模式下，示例性系统中的至少四个晶体管进入或保持在特定状态。耦合到第一系统节点的第一充电器开关晶体管被停用或保持停用；耦合到第一系统节点的第一电池控制晶体管被激活或停用或保持激活或停用；耦合到第二系统节点的第二充电器开关晶体管被激活或保持激活；以及耦合到第二系统节点的第二电池控制晶体管被激活或保持激活。在步骤742，电流可以流到第二电池，同时电流与第一电池隔离。
在步骤744，示例性系统进入第四条件充电模式。在步骤744的第四示例性条件充电模式下，示例性系统中的至少四个晶体管进入或保持在特定状态。耦合到第一系统节点的第一充电器开关晶体管被激活或保持激活；耦合到第一系统节点的第一电池控制晶体管被停用或保持停用；耦合到第二系统节点的第二充电器开关晶体管被激活或保持激活；以及耦合到第二系统节点的第二电池控制晶体管被激活或保持激活。在步骤744，电流可以流到第二电池，同时电流与第一电池隔离。
很清楚，例如可以根据PWM调制方案中的一个或多个切换周期来无限期地重复步骤710至744中的一个或全部。
尽管已经参考其优选示例对本实施例进行了具体描述，但是对于本领域的普通技术人员而言应当很清楚的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对形式和细节进行改变和修改。所附权利要求旨在涵盖这些改变和修改。
本文中描述的主题有时图示出了包含在不同的其他组件中或与不同的其他组件连接的不同组件。应当理解，这样描绘的架构是说明性的，并且实际上可以实现能够实现相同功能性的很多其他架构。从概念上讲，用于实现相同功能性的组件的任何布置有效地“关联”，从而实现期望功能性。因此，本文中被组合以实现特定功能性的任何两个组件可以被视为彼此“关联”，从而实现期望功能性，而与架构或中间组件无关。同样地，如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现期望功能性，并且能够如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作地可耦合”以实现期望功能性。可操作地可耦合的具体示例包括但不限于物理上可配合和/或物理上相互作用的组件和/或无线地可相互作用和/或无线地相互作用的组件和/或逻辑上相互作用和/或逻辑上可相互作用的组件。
关于本文中的复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据情况和/或应用将复数转换为单数和/或将单数转换为复数。为了清楚起见，本文中可以明确地阐述各种单数/复数置换。
本领域技术人员将理解，通常，在本文中并且尤其是在所附权利要求中使用的术语(例如，所附权利要求的主体)通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括(including)”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有(having)”应当解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应当解释为“包括但不限于”，等等)。
尽管附图和说明书可以说明方法步骤的特定顺序，但是除非以上另外指定，否则这些步骤的顺序可以与所描绘和描述的步骤不同。另外，除非以上另外指定，否则可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变化可以例如取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，可以使用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成所描述方法的软件实现，这些逻辑用于完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
本领域技术人员将进一步理解，如果意图是特定数目的所引入的权利要求陈述，则这种意图将在权利要求中明确地陈述，并且在没有这种陈述的情况下，不存在这种意图。例如，为了帮助理解，下面的所附权利要求可以包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求陈述。然而，这样的短语的使用不应当被解释为暗示由不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”引入的权利要求陈述将任何包含这种引入的权利要求陈述的特定权利要求限制为仅包含一个这样的陈述的发明，即使在同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词时，诸如“一个(a)”或“一个(an)”(例如，“一个(a)”和/或“一个(an)”通常应当解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)；使用用于引入权利要求陈述的定冠词也是如此。另外，即使明确陈述了具体数目的引入的权利要求陈述，本领域技术人员也会认识到，这种陈述通常应当被解释为至少表示所陈述的数目(例如，没有其他修饰符的“两个陈述”的纯陈述通常表示至少两个陈述或者两个或更多个陈述)。
此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个等”的约定的情况下，通常，这样的构造意图是在本领域技术人员将理解该约定的意义上(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”将包括但不限于单独拥有A、单独拥有B、单独拥有C、拥有A和B、拥有A和C、拥有B和C和/或一起拥有A、B和C等的系统)。在使用类似于“A、B或C中的至少一个等”的约定的情况下，通常，这样的构造意图是在本领域技术人员可以理解该约定的意义上(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”将包括但不限于单独拥有A、单独拥有B、单独拥有C、拥有A和B、拥有A和C、拥有B和C和/或一起拥有A、B和C等的系统)。本领域技术人员将进一步理解，实际上，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，呈现两个或更多个替代术语的任何分离词和/或短语都应当理解为考虑了包括这些术语之一、这些术语中的任一个或这两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
此外，除非另有说明，否则词语“大约”、“约”、“大致”、“基本上”等的使用是指正负百分之十。
为了说明和描述的目的，已经给出了说明性实施例的前述说明。并不意图对于所公开的精确形式是详尽的或限制性的，并且修改和变化根据以上教导是可能的或者可以从所公开的实施例的实践中获取。本发明的范围旨在由所附的权利要求书及其等同物来限定。

Claims (18)

1.一种设备，包括：
第一电感器，被电耦合到第一电感器节点；
第一晶体管，被电耦合到所述第一电感器节点和第一输出节点；以及
第二晶体管，被电耦合到所述第一电感器节点和第二输出节点；
第三晶体管，被电耦合到所述第一输出节点和第一电池；以及
第四晶体管，被电耦合到所述第二输出节点和第二电池。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括：
第五晶体管，被电耦合到所述第一电感器节点；
第六晶体管，被电耦合到第二电感器节点；以及
第七晶体管，被电耦合到所述第二电感器节点，
其中所述电感器被电耦合到所述第二电感器节点。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管是活动的，并且所述第二晶体管和所述第四晶体管是不活动的。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管是不活动的，并且所述第二晶体管和所述第四晶体管是活动的。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管是活动的，并且所述第四晶体管是不活动的。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第四晶体管是活动的，并且所述第三晶体管是不活动的。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括：
第二电感器，被电耦合到第三电感器节点；
第八晶体管，被电耦合到所述第三电感器节点和所述第一输出节点；以及
第九晶体管，被电耦合到所述第三电感器节点和所述第二输出节点。
8.一种方法，包括：
在充电设备处获得一个或多个充电指令；
响应于所获得的所述一个或多个充电指令而确定是对第一电池还是对第二电池充电；
根据对所述第一电池充电的确定，以第一充电模式操作所述充电设备；以及
根据对所述第二电池充电的确定，以第二充电模式操作所述充电设备。
9.根据权利要求8所述的方法，其中以所述第一充电模式操作所述充电设备包括：激活所述充电设备的第一晶体管和第三晶体管，以及停用所述充电设备的第二晶体管和第四晶体管。
10.根据权利要求8所述的方法，其中以所述第二充电模式操作所述充电设备包括：激活所述充电设备的第二晶体管和第四晶体管，以及停用所述充电设备的第一晶体管和第三晶体管。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括：
获得与第一电池相关联的第一操作特性；以及
获得与第二电池相关联的第二操作特性，
其中以所述第一充电模式操作所述充电设备包括：确定所述第一操作特性是否满足第一条件，根据所述第一操作特性满足所述第一条件的确定，以第一条件充电模式操作所述充电设备，以及根据所述第一操作特性不满足所述第一条件的确定，以第二条件充电模式操作所述充电设备。
12.根据权利要求11所述的方法，其中以所述第二充电模式操作所述充电设备包括：确定所述第二操作特性是否满足第二条件，根据所述第二操作特性满足所述第二条件的确定，以第三条件充电模式操作所述充电设备，以及根据所述第二操作特性不满足所述第二条件的确定，以第四条件充电模式操作所述充电设备。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一操作特性包括电压，并且所述第一条件包括确定所述第一电池两端的电压是否大于所述第二电池两端的电压。
14.根据权利要求11所述的方法，其中以所述第一条件充电模式操作所述充电设备包括：激活所述充电设备的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，以及停用所述充电设备的第四晶体管。
15.根据权利要求11所述的方法，其中以所述第二条件充电模式操作所述充电设备包括：激活所述充电设备的第一晶体管和第三晶体管，以及停用所述充电设备的第二晶体管和激活或停用所述充电设备的第四晶体管。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二操作特性包括电压，并且所述第二条件包括确定所述第一电池两端的电压是否大于或等于所述第二电池两端的电压。
17.根据权利要求12所述的方法，其中以所述第三条件充电模式操作所述充电设备包括：激活所述充电设备的第三晶体管和第四晶体管，以及停用所述充电设备的第一晶体管和激活或停用所述充电设备的第二晶体管。
18.根据权利要求12所述的方法，其中以所述第四条件充电模式操作所述充电设备包括：激活所述充电设备的第一晶体管、第二晶体管和第四晶体管，以及停用所述充电设备的第三晶体管。
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