CN112106272A - 电池充电器 - Google Patents

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Abstract

在所描述的示例中，电池充电器(100)包含电池功率调节器(106)，所述电池功率调节器被配置为基于充电控制信号和充电使能信号来设置被提供给电池(102)的充电信号。电池充电器(100)还包含控制器(104)，所述控制器被配置为向电池功率调节器(106)提供充电控制信号。控制器(104)还被配置为响应于确定在充电控制信号方面需要改变，在预定时间量内暂时地使充电使能信号无效。控制器(104)被进一步配置为在预定时间量之后重新赋活充电使能信号。

Description

电池充电器
技术领域
本申请总体上涉及电子电路系统，并且更具体地，涉及用于对电池充电的系统和方法。
背景技术
电池充电器(或再充电器)是用于通过迫使电流通过电池来将能量放入电池中的装置。电池的充电协议指示电压和/或电流电平、持续时间以及当充电完成时执行什么操作。电池的充电协议取决于被充电电池的大小和类型。某些电池类型对过度充电(例如，在电池已经完全充电后继续充电)具有高耐受性，并且可通过到恒压源或恒流源的连接来充电。一些电池充电器大约在充电完成时采用定时器在某个固定时间切断充电电流。其它电池类型无法承受过度充电、被损坏(容量减少、寿命缩短)、过热或甚至爆炸。因此，用于这种电池类型的充电器包含温度和/或电压感测电路和微处理器控制器，以安全地调整充电电流和电压、确定充电状态，并在充电结束时切断。
在电气工程中，尖峰是电路中的电压(电压尖峰)、电流(电流尖峰)或所传递的能量(能量尖峰)的快速的、短持续时间的电瞬变。在这种尖峰期间的过量电流可能会破坏或严重削弱电子装置。
发明内容
在第一示例中，一种电池充电器包含电池功率调节器，所述电池功率调节器被配置为基于充电控制信号和充电使能信号来设置被提供给电池的充电信号。所述电池充电器还包含控制器，所述控制器被配置为向所述电池功率调节器提供所述充电控制信号，以及响应于确定在所述充电控制信号上需要改变，在预定时间量内暂时地使所述充电使能信号无效。所述控制器还被配置为在所述预定时间量之后，重新赋活所述充电使能信号。
在第二示例中，一种系统包含被配置为提供用于对电池充电的功率的功率调节器。所述系统还包含电池功率调节器，所述电池功率调节器被配置为接收用于对所述电池充电的所述功率，以及基于充电控制信号和充电使能信号来设置被提供给电池的充电信号。所述系统进一步包含控制器，所述控制器被配置为基于在所述控制器处接收的充电命令信号来向所述电池功率调节器提供所述充电控制信号。所述控制器还被配置为响应于所述充电命令信号命令所述充电控制信号的改变，在预定时间量内暂时地使所述充电使能信号无效。所述充电使能信号的无效使得所述电池功率调节器禁用所述充电信号。所述控制器被进一步配置为基于所述充电命令信号的改变来改变所述充电控制信号，以及在所述预定时间量之后，重新赋活所述充电使能信号。所述重新赋活使得所述电池功率调节器重新启用所述充电信号。
在第三示例中，一种用于对电池充电的方法包含由电池功率调节器基于充电控制信号以及充电使能信号的赋活向电池施加第一充电信号。所述方法还包含由控制器确定所述充电控制信号将改变，以及由所述控制器基于所述确定使所述充电使能信号无效，从而使得所述电池功率调节器禁用所述第一充电信号。所述方法进一步包含由所述控制器响应于所述无效而改变所述充电控制信号，以及由所述控制器在所述改变后的预定时间量内重新赋活所述充电使能信号。所述方法又进一步包含由所述电池功率调节器基于所述改变的充电控制信号和所述充电使能信号的所述重新赋活向所述电池施加第二充电信号。
附图说明
图1是用于对电池充电的系统的示例的图。
图2示出了将充电使能信号、数据信号、充电信号、电池场效应晶体管(FET)的栅源电压以及电池FET分区的数量绘制为时间的函数的曲线图。
图3是用于对电池充电的系统的另一示例的图。
图4示出了将充电使能信号、数据信号和充电信号的电流绘制为时间的函数的曲线图。
图5示出了将充电使能信号、数据信号充电信号的电流和充电信号的电压绘制为时间的函数的曲线图。
图6是电池功率调节器的电路图。
图7是电池场效应晶体管(FET)控制的电路图。
图8是用于对电池充电的示例方法的流程图。
图9是用于对电池充电的示例系统的状态图。
图10是对电池充电的装置的图。
图11是用于对电池充电的另一示例方法的流程图。
具体实施方式
本说明书涉及用于对电池充电的系统和方法。在一些示例中，电池功率调节器基于充电控制信号和由控制器提供的充电使能信号的赋活对电池施加充电信号。充电控制信号和充电使能信号基于从外部系统提供的充电命令信号或者基于控制器的内部逻辑。此外，控制器确定充电控制信号将改变。所述确定是基于从外部系统提供的充电命令信号的改变做出的。
在某些电池充电系统中，控制器突然改变控制信号，这进而改变电池电源调节器的内部逻辑。控制信号的这种突然改变导致充电信号的电流中的瞬态尖峰。这种瞬态尖峰超过了电池的安全阈值，使得瞬态尖峰缩短了电池的寿命。因此，充电信号的电流中的瞬态尖峰是一个需要解决的问题。
作为与控制信号的突然改变(所述突然改变导致充电信号的电流中的上述瞬态尖峰)相关联的问题的解决方案，控制器在改变充电控制信号之前暂时地使充电使能信号无效。更具体地，在控制器确定充电控制信号将改变的情况下，控制器在预定时间量(例如，约10微秒(μs)到约500毫秒(ms))内暂时地使充电使能信号无效，从而使得电池功率调节器将充电信号的电流降低到接近0A(例如，+/-0.001A)。在使充电使能信号无效之后约1μs至约1ms，控制器改变充电控制信号，从而使得电池功率调节器调整内部电路系统(例如，开关)，用于在预定时间量期间输出改变的充电控制信号。因此，充电信号的无效导致充电控制信号的改变。在预定时间量之后，控制器重新赋活充电使能信号。作为响应，电池功率调节器基于改变的充电控制信号向电池施加改变的充电信号。以这样的方式，在控制器改变充电控制信号之前、期间和之后，施加到电池的充电信号保持处于或低于安全阈值。因此，抑制和/或消除了由于对电池功率调节器中的内部电路系统的调整的改变而导致的充电信号中的瞬态尖峰。
图1是用于对电池102充电的系统100的框图，所述系统避免了充电信号CHARGE的电流中的上述瞬态尖峰。在一些示例中，系统100代表电池充电器。在一些示例中，系统100被实施为集成电路(IC)芯片，或者安装在电路板上的协同操作的多个IC芯片。作为一个示例，系统100被实施在诸如智能电话等之类的移动装置上。作为另一示例，系统100被实施在电池供电的物联网(IoT)装置上。然而，系统100替代性地可用于对电池充电的任何系统中。
在一些示例中，系统100包含控制器104，所述控制器向电池功率调节器106提供充电控制信号CHARGE CONTROL。如本文所述，充电控制信号CHARGE CONTROL控制由电池功率调节器106输出到电池102的充电信号CHARGE的电流和/或电压。在一些示例中，充电控制信号CHARGE CONTROL是数字信号，诸如多位字信号。在其它示例中，充电控制信号CHARGECONTROL是模拟信号。控制器104还向电池功率调节器106提供充电使能信号CHARGEENABLE。电池功率调节器106从电源108(例如，调节电源)接收功率信号POWER，并提供充电信号CHARGE，所述充电信号基于充电控制信号CHARGE CONTROL和充电使能信号CHARGEENABLE而改变。
在一些示例中，控制器104从外部源(诸如在由电池102供电的系统上操作的微控制器或通用处理单元)接收充电命令信号CHARGE COMMAND。在这种情况下，充电命令信号CHARGE COMMAND包含标识充电电平和/或电池102的充电电平的数据。在这种配置中，充电控制信号CHARGE CONTROL根据充电命令信号CHARGE COMMAND而改变。在其它示例中，控制器104生成充电控制信号CHARGE CONTROL，而没有来自任何外部源的输入。
图2示出了曲线图150的示例，其展示了由图1的系统100解决的问题。曲线图150将充电信号的电流CHARGE CURRENT、数据信号DATA和充电使能信号CHARGE ENABLE绘制为时间的函数。而且，曲线图150还包含绘制电池FET的栅源(BATFET的VGS)(例如，向电池供应充电信号的栅源晶体管)。如在时间t1所示，充电使能信号CHARGE ENABLE的赋活使得电池功率调节器基于嵌入在数据信号DATA中的第一充电信号值以第一充电电平向电池提供充电信号。而且，如152处所示，数据信号DATA从第一充电信号值改变为第二充电信号值。
响应于数据信号DATA在152处从第一充电信号值改变为第二充电信号值的改变，在时间t2，如154所示，电池FET分区的数量从N个的FET分区数量改变为N+M个的FET分区，其中N和M是大于或等于一的整数。电池FET分区数量的突然改变对应于电池FET的栅源(BATFET的VGS)的瞬态下降156。此外，电池FET的栅源(BATFET的VGS)的瞬态下降156导致充电信号的电流CHARGE CURRENT中的瞬态尖峰158。充电信号的电流CHARGE CURRENT中的瞬态尖峰158随着时间而损坏电池。因此，瞬态尖峰158是在没有控制充电使能信号CHARGEENABLE的情况下发生的不期望的问题。特别地，瞬态尖峰158超过电池的安全阈值160(例如，不会损坏电池的水平)。进一步，充电信号值的转变的次数越多，尖峰158的实例的数量就越多，这降低了电池的寿命。
再次参考图1，为了解决图2中呈现的问题(即，瞬态尖峰158)，电池功率调节器106被配置为使得如果充电使能信号CHARGE ENABLE被赋活(例如，高电平有效或低电平有效，这取决于系统的设计)，电池功率调节器106基于充电控制信号CHARGE CONTROL向电池102供应充电信号CHARGE。相反，如果使充电使能信号CHARGE ENABLE无效(例如，低电平有效或高电平有效)，电池功率调节器106禁用电池102的充电信号CHARGE，使得当前充电信号CHARGE处于或接近0A(例如，+/-0.001A)。
控制器104被配置为在充电控制信号CHARGE CONTROL将被改变的情况下调整充电使能信号CHARGE ENABLE，以指示充电信号CHARGE的电平(电流和/或电压)的改变，诸如响应于充电命令信号CHARGE COMMAND的改变。进一步，在改变充电控制信号CHARGE CONTROL之前，控制器104暂时地使充电使能信号CHARGE ENABLE无效，以在预定时间量(例如，约10μs至约500ms)内禁用充电信号CHARGE。在充电使能信号CHARGE ENABLE无效后约1μs至约1ms，控制器104改变充电控制信号CHARGE CONTROL。换句话说，充电使能信号CHARGEENABLE的无效抢先于充电控制信号CHARGE CONTROL的改变。预定时间量被实施为相对于充电命令信号CHARGE COMMAND中指示的改变的延迟，并且用控制器104的定时器跟踪预定时间量。充电使能信号CHARGE ENABLE的这种暂时的无效使电池功率调节器106相应地暂时禁止充电信号CHARGE。在充电信号CHARGE的暂时禁用期间，电池功率调节器106响应于充电控制信号CHARGE CONTROL的改变来调整内部电路系统(例如，开关)以调整内部电流，并且内部电流的这种改变避免了充电信号CHARGE的电流中的瞬态尖峰。更具体地，如本文所述，内部电流的调整增加或去除了用于供应充电信号CHARGE的晶体管的分区。
在控制器104再次赋活充电使能信号CHARGE ENABLE时，电池功率调节器106重新激活充电信号CHARGE，使得充电信号CHARGE被调整到由充电控制信号CHARGE CONTROL指示的电平。因此，在充电控制信号CHARGE CONTROL的改变之前、期间和之后，充电信号CHARGE的电流保持处于或低于电池102的安全阈值(例如，不会损坏电池102的水平)。以这样的方式，由于响应于充电控制信号CHARGE CONTROL的改变的、通过电池功率调节器106的内部电路系统的电流的改变引起的充电信号CHARGE中的瞬态尖峰被抑制和/或消除。因此，减少和/或消除了由这种瞬态尖峰导致的对电池102的损坏。有利的是，该描述引入了延长电池102的寿命的解决方案，所述寿命可以通过在电池102的单元未令人满意地操作之前可能的充电/放电循环的次数来测量。
图3示出了用于对电池202充电的系统200的另一示例，所述系统避免了充电信号CHARGE的电流中的上述瞬态尖峰。系统200被实施为IC芯片，或者安装在电路板上的协同操作的多个IC芯片。作为一个示例，系统200被实施在诸如智能电话之类的移动装置上。作为另一示例，系统200被实施在电池供电的IoT装置上。然而，系统200可用于由电池供电的任何系统中。
系统200包含可以用来从电源(例如，图1的电源108)接收功率信号的功率调节器204。在一些示例中，功率调节器204包含输入电压轨VIN，所述输入电压轨在输入电压端子205处向限流模块206提供直流(DC)电压信号。输入电压端子205耦接到电源的输出节点。限流模块206由第一n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)208和第二NMOS 210形成。更具体地，NMOS 208的源极耦接到输入电压端子205，并且NMOS 208和NMOS 210的漏极耦接在一起。NMOS 208和NMOS 210的栅极耦接到限流控制器212。限流控制器212被实施为模拟控制回路。限流控制器212被编程/配置为控制NMOS 208和NMOS 210的栅极的电压电平，以限制流过限流模块206的电流。NMOS 210的源极通过节点216耦接到中点功率端子214。节点216耦接到电池功率调节器220。电池功率调节器220用于实施图1的电池功率调节器106。
系统200还包含控制器224，所述控制器向电池功率调节器220提供充电控制信号CHARGE CONTROL和充电使能信号CHARGE ENABLE。电池功率调节器220被实施为数字核心处理器。充电控制信号CHARGE CONTROL是M位数字信号，其中M是大于或等于二(2)的整数。
控制器224包含用于生成充电控制信号CHARGE CONTROL和充电使能信号CHARGEENABLE的内部逻辑。在其它示例中，控制器224从诸如处理器之类的外部源接收充电命令信号CHARGE COMMAND。充电命令信号CHARGE COMMAND代表由来自外部源的多个单独信号形成的复合信号。
充电命令信号CHARGE COMMAND包含表征被提供给电池202的充电信号CHARGE的电平的数据信号DATA。在一些示例中，数据信号DATA指示充电信号CHARGE中的电流电平。在其它示例中，DATA指示充电信号CHARGE中的电压电平。由数据信号DATA指示的充电信号CHARGE的电平可随时间改变，使得数据信号DATA向控制器224提供充电信号CHARGE的值，所述值基于电池202的状态而增加或减少。例如，在电池202几乎完全充电的情况下，由数据信号DATA指示的充电信号CHARGE的电平降低。相反，在电池202部分充电后，由数据信号DATA指示的充电信号CHARGE的电平从预充电电平上升到快速充电电平。数据信号DATA通过标准总线(诸如I2C总线)提供。充电命令信号CHARGE COMMAND还包含温度传感器节流信号TSTHROTTLE，所述温度传感器节流信号在电池202的检测温度超过阈值的情况下被赋活。充电命令信号CHARGE COMMAND还包含充电转换信号CHARGE TRANSITION，所述充电转换信号被赋活以将电池的充电从预充电操作切换到快速充电操作。
电池功率调节器220包含数模转换器(DAC)226，所述数模转换器将充电控制信号CHARGE CONTROL从数字信号转换成模拟信号，所述模拟信号被提供给电池场效应晶体管(FET)控件228。电池FET控件228被实施为开关网络，所述开关网络控制FET阵列，为了简单起见，所述FET阵列被示出为单个FET 230。因此，电池FET控件228控制FET阵列的状态，所述阵列被示出为单个FET 230。此外，电池功率调节器220提供终止反馈信号TERM，由于电池202的充电状态达到指示电池202完全充电的最大或接近最大水平，所述终止反馈信号(如果被赋活的话)请求禁用充电信号CHARGE。
在输入电压轨VIN大于0的情况下，中点功率端子214具有约输入电压轨的电压电平VIN减去限流模块206两端的电压降的电压电平PMID，所述电压降等于限流模块202两端的电流IILIM乘以限流模块206两端的电阻RILIM。而且，在输入电压轨VIN接近0V的情况下，诸如在系统200在从外部电源拔出或以其它方式断开的电子装置上操作的情况下，或者在电源出现正经历故障的情况下，中点功率端子214处的电压PMID约等于电池202的电压VBAT减去晶体管阵列230两端的电压降。在这种情况下(输入电压轨VIN接近0V)，晶体管阵列230两端的电压降约等于电池的电流IBAT乘以晶体管阵列230两端的漏极到源极电阻RDSARRAY(假设晶体管阵列230中的至少一个晶体管导通)。因此，中点功率端子处的电压PMID由等式1提供。
等式1：
Figure BDA0002771037640000071
控制器224检查充电命令信号CHARGE COMMAND和终止信号TERM，以生成充电控制信号CHARGE CONTROL。充电控制信号CHARGE CONTROL使得电池功率调节器220以由充电控制信号CHARGE CONTROL指示的电平向电池202输出充电信号CHARGE(例如，具有受控电流和/或受控电压的信号)。然而，控制器224被配置为使得如果使充电使能信号CHARGEENABLE无效，则充电信号CHARGE的电流下降到接近0A(例如，+/-0.001A)的电平，而与充电控制信号CHARGE CONTROL无关。
控制器224被配置为基于数据信号DATA设置充电控制信号CHARGE CONTROL。此外，控制器224被配置为基于数据信号DATA的改变来调整充电控制信号CHARGE CONTROL。而且，控制器224被配置为基于温度传感器节流TS THROTTLE、充电转换信号CHARGE TRANSITION和/或终止信号TERM调整充电控制信号CHARGE CONTROL。以这样的方式，外部系统能够利用几乎任何再充电算法和/或协议来对电池202再充电。
电池功率调节器220被配置为基于充电控制信号CHARGE CONTROL以及充电使能信号CHARGE ENABLE的赋活来生成施加到电池端子234的充电信号CHARGE。更具体地，如果充电使能信号CHARGE ENABLE被赋活，则DAC 226向电池FET控件228提供模拟信号，所述模拟信号使得电池FET控件228调整控制晶体管阵列230的状态的内部电路系统(例如，如本文所述的开关)。晶体管阵列230生成电池202的充电信号CHARGE。然而，如果充电使能信号CHARGE ENABLE未被赋活，则电池FET控件228关断晶体管阵列230中的每个晶体管，使得施加到电池202的充电信号CHARGE接近0A(例如，+/-0.001A)。
控制器224被配置为在改变充电控制信号CHARGE CONTROL之前在预定时间量内暂时地使充电使能信号CHARGE ENABLE无效。预定时间量可以是基于控制器224的定时器的延迟。因此，在改变充电控制信号CHARGE CONTROL之前，在预定时间量内使充电使能信号CHARGE ENABLE无效，并且在预定时间量之后所述充电使能信号被重新赋活。预定时间量使得电池FET控件228能够调整内部逻辑组件，以避免充电信号CHARGE中的瞬态尖峰。更具体地，在预定时间量期间，电池FET控件228调整控制晶体管阵列230的开关，使得由开关的状态的改变引起的瞬态电流不被施加到电池202的充电信号CHARGE。因此，在充电控制信号CHARGE CONTROL的改变之前、期间和之后，充电信号CHARGE保持处于或低于电池202的安全阈值。
图4示出了将图3的充电信号的受控电流CHARGE CURRENT、数据信号DATA、数据和充电使能信号CHARGE ENABLE的示例绘制为时间的函数的曲线图300。如在时间t1所示，充电使能信号CHARGE ENABLE的赋活使得电池功率调节器220基于嵌入在数据信号DATA中的第一充电电流值，以第一充电电流电平向电池202提供具有受控充电电流CHARGE CURRENT的充电信号。而且，如302处所示，数据信号DATA从第一充电电流值改变为第二充电电流值。
响应于数据信号DATA在302处从第一充电电流值改变为第二充电电流值，在时间t2，控制器224在预定量的时间Δt内(诸如约10μs至约500ms)使充电使能信号CHARGEENABLE失效。作为响应，充电信号的电流CHARGE CURRENT下降到接近0A(例如，+/-0.001A)的电平。在充电使能信号CHARGE ENABLE的无效后约1μs至约1ms，控制器224改变充电控制信号(图3的CHARGE CONTROL)。因此，如所记述的那样，在预定时间量Δt期间，电池功率调节器220响应于充电控制信号(图3的CHARGE CONTROL)的改变来调整内部开关，以避免充电信号的电流CHARGE CURRENT中的瞬态尖峰。在时间t3，充电使能信号CHARGE ENABLE被重新赋活，并且充电信号的电流CHARGE CURRENT从接近0A(例如，+/-0.001A)的电平上升到第二充电电流电平。此外，在从第一充电电流值改变到第二充电电流值之前、期间和之后，充电信号的电流CHARGE CURRENT保持低于电池202的安全阈值304。
图5示出了将图3的充电信号的电流CHARGE CURRENT、充电信号的受控电压CHARGEVOLTAGE(电池电压)、数据信号DATA和充电使能信号CHARGE ENABLE的示例绘制为时间的函数的曲线图350。如在时间t1所示，充电使能信号CHARGE ENABLE的赋活使得电池功率调节器220基于嵌入在数据信号DATA中的第一充电电压值，以第一电压电平向电池202提供具有受控充电电压CHARGE VOLTAGE的充电信号。而且，如352处所示，数据信号DATA从第一充电电压值改变为第二电压信号值。
响应于数据信号DATA在352处从第一充电电压值改变为第二充电电压值(指示充电电压CHARGE VOLTAGE的电压的改变)，在时间t2，控制器224在预定量的时间Δt内(诸如约10μs至约500ms)使充电使能信号CHARGE ENABLE失效。作为响应，充电信号的电流CHARGECURRENT下降到接近0A(例如，+/-0.001A)的电平。在充电使能信号CHARGE ENABLE的无效后约1μs至约1ms，控制器改变充电控制信号(图3的CHARGE CONTROL)。如所记述的那样，在预定时间量Δt期间，电池功率调节器220响应于充电控制信号(图3的CHARGE CONTROL)来调整内部开关，以避免充电信号的电流CHARGE CURRENT中的瞬态尖峰。在时间t3，充电使能信号CHARGE ENABLE被重新赋活，并且充电信号的电流CHARGE CURRENT从接近0A(例如，+/-0.001A)的电平上升并返回到先前的电平(充电使能信号CHARGE ENABLE的无效之前的电平)。而且，在时间t3，充电电压电平从第一充电电压电平上升到第二充电电压电平。此外，在从充电电压值改变到第二充电电压值之前、期间和之后，充电信号CHARGE的电流保持低于电池202的安全阈值354。
再次参考图3，作为一个示例，在操作中，系统200在第一充电状态下设置预充电充电电平(例如，初始充电电平)电平。在第一充电状态下，电池功率调节器220向电池202施加第一充电信号CHARGE。而且，在某一点上，充电命令信号CHARGE COMMAND提供充电信号CHARGE(例如，通过数据信号DATA)将改变的指示。作为响应，系统200改变到转换状态。在转换状态下，控制器224在预定的时间量内使充电使能信号CHARGE ENABLE无效，并改变充电控制信号CHARGE CONTROL。作为响应，电池功率调节器220禁用充电信号CHARGE并对应于充电控制的改变来改变内部电路系统(例如，开关)。在预定时间量之后，系统200在第二充电状态下操作，其中充电使能信号CHARGE ENABLE被重新赋活。充电使能信号CHARGE ENABLE的重新赋活使得电池功率调节器220向电池202施加第二充电信号CHARGE。
另外，在某一点上，温度节流信号TS-THROTTLE和/或终止信号TERM可以被赋活。类似地，数据信号DATA可以命令禁用充电信号CHARGE。在这些情况中的一些情况下(包含终止信号TERM被赋活的任何情况)，系统200改变到终止状态。例如，在极热或极冷的情况下，温度节流信号TS THROTTLE可以触发终止状态。在终止状态下，控制器224使充电使能信号CHARGE ENABLE无效，并改变充电控制信号CHARGE CONTROL。作为响应，电池功率调节器220禁用充电信号CHARGE，直到充电命令CHARGE COMMAND请求重新激活。
通过利用系统200，由于响应于充电控制信号CHARGE CONTROL的改变的、通过电池功率调节器220的内部电路系统的电流的改变引起的充电信号CHARGE中的瞬态尖峰被抑制和/或消除。因此，减少和/或消除了由这种瞬态尖峰导致的对电池202的损坏，从而延长了电池202的寿命。因此，在数据信号DATA的改变之前、期间和之后，充电信号CHARGE保持处于或低于电池202的安全阈值。此外，由于在一小时间段(例如，约1μs至约500ms)内使充电使能信号CHARGE ENABLE无效，所以对电池202的总充电时间的影响是可忽略的。
图6示出了可用于实施图1的电池功率调节器106和/或图3的电池功率调节器220的电池功率调节器400的电路图。电池功率调节器400从控制器403中实施的移位寄存器402接收移位的控制信号SHIFTED CHARGE CONTROL。控制器403代表数字控制器，诸如图1的控制器104和/或图3的控制器224。在一些示例中，充电控制信号SHIFTED CHARGE CONTROL是M位的数字字。
移位寄存器402由控制器403的充电控制信号CHARGE CONTROL调整，以生成移位的充电控制信号SHIFTED CHARGE CONTROL。移位的充电控制信号SHIFTED CHARGE CONTROL是充电控制信号CHARGE CONTROL的组成成分。移位的充电控制信号SHIFTED CHARGE CONTROL被输出到充电控制电路404。充电控制电路404代表图3的DAC 226、电池FET控制器228和晶体管阵列230的组合。
充电控制电路404还从控制器403接收充电使能信号CHARGE ENABLE。充电控制电路404被配置为响应于移位的充电控制信号SHIFTED CHARGE CONTROL和充电使能信号CHARGE ENABLE而生成两(2)个信号，即充电信号CHARGE和反馈电流ISET，其中反馈电流具有作为充电信号CHARGE的一小部分的电流。此外，充电信号CHARGE被施加到电池406(例如，图1的电池102和/或图3的电池202)。
反馈电流ISET被施加到节点410，所述节点410还耦接到电阻器R1。节点410处的电压，即电压反馈电流电平VFB_CC，被提供给运算放大器(op-amp)412的反相输入。此外，电压参考检查电流信号VREF_CC被施加到op-amp 412的非反相。如所记述的那样，充电信号CHARGE被施加到电池406。而且，电池406处的电压(其对应于电压反馈控制电压VFB_CV)被提供给运算放大器(op-amp)414的反相输入。此外，参考检查电压信号VREF_CV被施加到运算放大器414的非反相。op-amp 412的输出被施加到二极管416的阳极。类似地，op-amp 414的输出被施加到二极管418的阳极。二极管416和418代表作为源极跟随器电路的结果的概念性器件(而不是物理器件)。二极管416和418的阴极耦接到节点420。节点420还耦接到提供电流IB的电流源422。节点420处的控制电压VCTRL被施加到DAC 404，以调整充电信号CHARGE和反馈电流ISET。
电压反馈控制电流VFB_CC也被施加到比较器430的反相输入。而且，参考电压终止电平VREF_TERM被施加到比较器430的非反相输入。比较器430向控制器403输出终止信号TERM。控制器403用充电控制信号CHARGE CONTROL在内部调整移位寄存器402，以生成被输出到充电控制电路404的移位的充电控制信号SHIFTED CHARGE CONTROL。尽管移位寄存器402被示出为在控制器403外部，但是在一些示例中，移位寄存器402是实施在控制器403内的数据结构。
在操作中，op-amps 412和414的输出确保充电信号CHARGE不超过(阈值)参考电压和/或电流。类似地，如所记述的那样，终止信号TERM(通过控制器)确保在反馈电流信号ISET超过限值的情况下，使充电使能信号CHARGE ENABLE无效。
另外，控制器403调整移位寄存器402的输出(即移位的充电控制SHIFTED CHARGECONTROL)，以确保充电信号CHARGE基本上匹配由充电控制信号CHARGE CONTROL指示的电流。再进一步，充电控制电路404被配置为在使充电使能信号CHARGE ENABLE无效的情况下禁用充电信号CHARGE和反馈电流信号ISET。
图7示出了可用于实施图5的充电控制电路404的充电控制电路500的示例的电路图。为了清楚起见，贯穿图3至7使用了相同的附图标记和信号名称来表示相同的结构，而没有进一步的讨论。
充电控制电路500包含PMOS阵列501，其对应于图3的晶体管阵列230。在PMOS阵列501中有M+1个PMOS，其中移位寄存器402接收M位充电控制信号CHARGE CONTROL。PMOS阵列501中的每个PMOS的源极耦接到节点504。图3中示出的中点电压PMID被施加到节点504。PMOS阵列501中的第一PMOS 510(反馈晶体管)的源极和第二PMOS 512的源极具有栅极，所述栅极耦接到由电压控制信号VCTRL激励的控制电压节点513。控制电压节点513还耦接到充电使能PMOS 514的漏极。
在所示的示例中，PMOS阵列501还包含第三PMOS 516和第四PMOS 518。然而，在其它示例中，在PMOS阵列501中可以有更多或更少的PMOS。第三PMOS 516的栅极耦接到相对应的一对互补开关520。这对互补开关520是开关网络的元件。通常，在开关网络中，每个互补的开关对被布置成控制晶体管阵列(例如，PMOS阵列501)中相对应的晶体管(例如，PMOS)的控制节点(例如，栅极)的偏置。更具体地，每对互补开关中的第一开关耦接到节点504和PMOS阵列501中的相对应的PMOS的栅极。而且，每对互补开关中的第二开关耦接到控制电压节点513和PMOS阵列501中的相对应的PMOS的栅极。更具体地，所述对互补开关520基于移位的充电控制信号(图6中的SHIFTED CHARGE CONTROL)中的相对应的位来控制第三PMOS 516的状态。具体而言，在相对应的位(位1)是逻辑0(例如，低电压信号)的情况下，将第三PMOS516的栅极连接到节点504的开关闭合，并且将第三PMOS 516的栅极连接到控制电压节点513的开关断开，从而关断第三PMOS 516。相反，在相对应的位(位1)是逻辑1(例如，高电压信号)的情况下，将第三PMOS 516的栅极连接到节点504的开关断开，并且将第三PMOS 516的栅极连接到控制电压节点513的开关闭合，从而允许控制电压VCTRL控制第三PMOS516的状态。
类似地，第四PMOS 518的栅极耦接到相对应的一对互补开关524。所述对互补开关524的状态以类似于所述对互补开关520的状态的方式由移位的充电控制信号(图6中的SHIFTED CHARGE CONTROL)的第0位(最低有效位)的状态控制，以控制第四PMOS 518的状态。
充电使能PMOS 514的源极耦接到节点504，并且充电使能PMOS 514的栅极由充电使能信号CHARGE ENABLE控制。因此，充电使能信号CHARGE ENABLE的赋活(例如，高电压信号)使得充电使能PMOS 514在截止区中操作，使得充电使能PMOS 514关断。相反，充电使能信号CHARGE ENABLE的无效(例如，低电压信号)使得充电使能PMOS 514在线性区中操作，使得充电使能PMOS 514导通，从而将PMOS阵列501的第一PMOS 510和第二PMOS 512的栅源电压(VGS)驱动到约0V，从而使(或保持)第一PMOS 510和第二PMOS 512关断。进一步，在第三PMOS 516和/或第四PMOS 518导通的情况下，充电使能信号CHARGE ENABLE的无效使第三PMOS 516和/或第四PMOS518截止，而与移位的充电控制信号(图6中的SHIFTED CHARGECONTROL)和/或控制电压VCTRL中的相对应的位的状态无关。
另外，第一PMOS 510的漏极耦接到op-amp 530的反相输入和PMOS 531的源极。第二PMOS 512、第三PMOS 516和第四PMOS 518的漏极耦接到充电节点532，所述充电节点还耦接到op-amp 530的非反相输入。更一般地，晶体管阵列(PMOS阵列501)中的晶体管子集(例如，第二PMOS 512、第三PMOS 516和第四PMOS 518)的输出节点(例如，漏极)耦接到充电节点532。充电节点532耦接到电池406并且耦接到op-amp 414的非反相输入(参考图6描述)。op-amp 530的输出耦接到PMOS 531的栅极。PMOS 531的漏极耦接到节点410，所述节点向参考图7详细描述的op-amp 412提供反馈电流ISET和电压反馈控制电流VFB_CC。
在操作中，移位的充电控制信号(图6中的SHIFTED CHARGE CONTROL)的值控制PMOS阵列501中的被导通的PMOS的数量，所述被导通的PMOS控制到电池406的充电信号CHARGE。另外，对应于电压控制信号VCTRL的、电压控制节点513处的电压电平至少部分地控制PMOS阵列501中的每个PMOS的栅极电压。此外，如参考图3至5所述，在充电控制信号CHARGE CONTROL的值改变(传播移位的充电控制信号(图6中的SHIFTED CHARGE CONTROL)的改变)的情况下，在预定时间量(例如，约0.5ms至约1ms)内暂时地使充电使能信号CHARGEENABLE无效。在这个预定时间量期间充电使能信号CHARGE ENABLE的无效之后，充电信号CHARGE的电流下降到接近0A(例如，+/-0.001A)的电平，并且所述对互补开关520基于移位的充电控制信号(图6中的SHIFTED CHARGE CONTROL)的改变的值来改变状态(如果需要的话)。当充电使能信号CHARGE ENABLE被重新赋活时，充电信号CHARGE被设置为由更新的充电控制信号CHARGE CONTROL指示的电平。因此，否则由于开关网络中的开关的状态的改变而将在充电信号CHARGE的电流中出现的瞬态尖峰被抑制或消除。相反，在充电控制信号CHARGE CONTROL的改变之前、期间和之后，充电信号CHARGE保持处于或低于电池406的安全阈值。
图8示出了用于对电池充电的示例方法600的流程图。在一些示例中，方法600由图1的系统100和/或图3的系统200实施。在610处，控制器(例如，图1的控制器104)设置施加到电池功率调节器(例如，图1的电池功率调节器106)的充电控制信号。在一些示例中，基于来自外部源的充电命令信号来设置充电控制信号。在其它示例中，基于控制器104的内部逻辑来设置充电控制信号。
在615处，控制器施加延迟(例如，基于定时器)持续预定时间量(例如，约0.5ms至约1ms)。在620处，控制器赋活到电池功率调节器106的充电使能信号。充电使能信号与充电控制信号一起使得电池功率调节器向电池(例如，图1的电池102)施加充电信号。此外，在615处施加延迟允许电池功率调节器106调整内部开关以避免充电信号中的瞬态尖峰。
在625处，控制器确定是否应禁用电池的充电。在625处的确定基于由外部系统确定电池被完全充电、已经超过阈值温度和/或已经超过阈值电压或电流。如果在625处的确定是肯定的(例如，是)，方法600进行到630。如果在625处的确定是否定的(例如，否)，方法600进行到635。在630处，控制器使充电使能信号无效，从而导致电池功率调节器106禁用充电信号，从而将充电信号的电流降低到接近0A(例如，+/-0.001A)的电平。
在635处，由控制器确定是否改变充电控制信号。在635处的确定基于确定电池的充电信号将从预充电电平改变为快速充电电平。如果在635处的确定是否定的(例如，否)，方法600返回到625。如果在635处的确定是肯定的(例如，是)，方法600进行到640。在640处，控制器使充电使能信号无效，从而使得电池功率调节器禁用充电信号，使得电池功率调节器将充电信号的电流降低到接近0A(例如，+/-0.001A)的电平。在645处，控制器改变充电控制信号。改变充电控制信号导致对电池功率调节器106的内部电路(例如，开关)进行调整以改变充电信号，并且方法600返回到615。如方法600所示，在充电使能信号的赋活之前(在620处)，电池功率调节器被给予时间(在延迟615中)来调整内部电路系统(例如，开关)，以防止充电信号中的不希望的瞬态尖峰，否则这些瞬态尖峰将损坏电池。此外，如所示的那样，在整个电池充电周期中，充电控制信号可以被调整多次。因此，方法600被示出为包含两个被重复执行直到充电被禁用的循环(在625处)。
图9示出了用于对电池充电的系统700的状态图，所述系统避免了充电信号的电流中的瞬态尖峰。系统700代表图1的系统100和/或图3的系统200。在第一充电状态710下，电池(例如，图1的电池102)由电池功率调节器(例如，图1的电池功率调节器106)以第一电平充电。在第一充电状态710下，电池功率调节器基于来自控制器的充电控制信号和充电使能信号的赋活，将电池的充电信号设置为第一电平。
系统700响应于确定需要充电信号的改变而改变到转换状态720。在转换状态下，由控制器在预定时间量(例如，10μs至约500ms)内使充电使能信号无效，从而使得电池功率调节器禁用充电信号，使得充电信号的电流降低到接近0A(例如，+/-0.001A)。而且，在转换状态下，控制器改变充电控制信号，这又导致电池功率调节器调整内部开关，同时将充电信号的电流保持处于接近0A(例如，+/-0.001A)。
系统700响应于控制器重新赋活充电使能信号而改变到新的充电状态730。在新的充电状态730中，电池功率调节器基于充电控制信号的改变向电池施加改变的充电信号。而且，由于内部开关的调整是在充电信号的电流接近0A(例如，+/-0.001A)的同时执行的，因此抑制和/或避免了由于这种调整而导致的充电信号中的瞬态尖峰。
系统700响应于确定需要充电信号的第二(或随后)改变并且由控制器在预定时间量(例如，10μs至约500ms)内(再次)使充电使能信号无效而改变回到转换状态720。在转换状态下执行操作时，响应于控制器重新赋活充电使能信号，系统改变到新的充电状态730的第二(或随后)实例。因此，基于电池的充电需求和/或环境因素，在一些示例中，系统700在转换状态720和新的充电状态730之间重复改变(例如，循环)。
进一步，系统700响应于确定电池不再被充电(例如，电池已满、超过温度阈值和/或超过电压或电流阈值)而改变到终止状态740。在终止状态下，使充电使能信号无效，从而使得电池功率调节器禁用充电信号，使得充电信号的电流降低到接近0A(例如，+/-0.001A)。而且，调整充电控制信号以指示充电信号的电流将被设置为接近0A(例如，+/-0.001A)的电平。系统700保持处于终止状态740，直到电池将被再次充电，此时系统700返回到第一充电状态710。
图10示出了对电池802充电并避免充电信号的电流中的瞬态尖峰的电子装置800的示例。在一些示例中，电子装置800被实施为智能电话。在其它示例中，电子装置800被实施为电池供电的IoT装置。利用电池充电器804对电池802充电。在一些示例中，电池充电器804用图1的系统100和/或图3的系统200来实施。移动装置800还包含代表参考图1和3描述的外部系统的处理器806。
处理器806访问存储机器可执行指令的存储器808。存储器808是非暂时性机器可读介质，诸如易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))、非易失性存储器(例如，闪速存储器或硬盘驱动器)或它们的组合。在一些示例中，处理器806被实施为包含一或多个处理器核心的通用处理器。
处理器806基于由处理器806收集的电池数据BATTERY DATA生成充电命令信号CHARGE COMMAND。更具体地，基于电池802的电池协议来控制充电命令信号CHARGECOMMAND。
响应于充电命令信号CHARGE COMMAND，电池充电器804生成充电信号CHARGE，所述充电信号保持处于或低于电池802的安全阈值。更具体地，在充电信号CHARGE被改变(例如，由于充电命令信号CHARGE COMMAND的改变)的情况下，在改变之前，充电信号CHARGE被暂时地禁用，从而允许调整电池充电器804的内部电路系统(例如，开关)。此外，在对电池充电器804的内部电路系统进行调整以抑制和/或避免充电信号CHARGE中的瞬态尖峰之后，充电信号CHARGE被重新启用。
图11示出了用于对电池充电的另一示例方法900的流程图，所述方法避免了充电信号的电流中的瞬态尖峰。在一些示例中，方法900由图1的系统100和/或图3的系统200实施。在905处，启用由电池(例如，图1的电池102)供电的电子装置。在910处，控制器(例如，图1的控制器104)设置施加到电池功率调节器(例如，图1的电池功率调节器106)的充电控制信号。在一些示例中，基于来自外部源的充电命令信号来设置充电控制信号。在其它示例中，充电控制信号基于控制器的内部逻辑来设置。
在915处，充电使能信号被启用(赋活)，并且由控制器维护的计数器被复位。在920处，控制器确定是否需要充电控制信号的改变。在920处的确定基于由外部系统确定电池被完全充电、已经超过阈值温度和/或已经超过阈值电压或电流。如果在920的确定是否定的(例如，否)，方法900返回到915。如果在920处的确定是肯定的(例如，是)，方法900进行到925。
在925处，控制器禁用电池的充电并启动计数器。更具体地，为了禁用电池的充电，控制器使充电使能信号无效，从而使得电池功率调节器106禁用充电信号，从而将充电信号的电流降低到接近0A(例如，+/-0.001A)的电平。此外，定时器可以被设置为测量预定时间量(例如，约0.5ms到约1ms)。在930处，控制器设置新的充电控制信号，以使功率调节器响应于新的改变控制信号设置充电信号的新电流。改变充电控制信号导致对电池功率调节器106的内部电路(例如，开关)进行调整以改变充电信号的电流。在935处，控制器使计数器递增。
在940处，控制器确定计数器是否已经到期。如果在940处的确定是肯定的(例如，是)，方法900返回到915。如果在940处的确定是否定的(例如，否)，方法900返回到935。
如方法900所示，在充电使能信号的赋活之前(在915处)，电池功率调节器被给予时间来调整内部电路系统(例如，开关)，以防止充电信号中的不希望的瞬态尖峰，否则这些瞬态尖峰将损坏电池。此外，如所示的那样，在整个电池充电周期中，充电控制信号可以被调整多次。因此，方法900被示出为包含两个被重复执行的循环。

Claims (20)

1.一种电池充电器，包括：
电池功率调节器，被配置为基于充电控制信号和充电使能信号来设置被提供给电池的充电信号；和
控制器，被配置为：
向所述电池功率调节器提供所述充电控制信号；
响应于确定在所述充电控制信号上需要改变，在预定时间量内暂时地使所述充电使能信号无效；以及
在所述预定时间量之后，重新赋活所述充电使能信号。
2.根据权利要求1所述的电池充电器，其中所述充电控制信号是多位数字信号，并且所述电池功率调节器包括：
数模转换器DAC，被配置为将所述充电控制信号转换成所述充电信号和相关联的反馈信号。
3.根据权利要求2所述的电池充电器，其中：
所述控制器进一步包括移位寄存器，所述移位寄存器被配置为接收所述多位数字信号并生成移位的多位数字信号；并且
所述DAC进一步包括被配置为控制晶体管阵列的开关网络，并且所述晶体管阵列中的晶体管子集的输出节点耦接到提供所述充电信号的节点，并且所述移位的多位数字信号中的位子集设置所述开关网络中的控制所述晶体管阵列的晶体管的状态的开关。
4.根据权利要求3所述的电池充电器，其中所述晶体管阵列包括反馈晶体管，所述反馈晶体管被配置为生成所述反馈信号，并且所述反馈信号具有作为电流充电信号的一小部分的电流。
5.根据权利要求4所述的电池充电器，其中所述反馈信号被配置为控制所述移位寄存器来调整所述移位的多位数字信号。
6.根据权利要求1所述的电池充电器，其中所述预定时间量为约10微秒至约500毫秒。
7.根据权利要求1所述的电池充电器，其中在所述控制器改变所述充电控制信号之前、期间和之后，所述充电信号的电流处于或低于安全阈值。
8.根据权利要求1所述的电池充电器，其中所述充电控制信号基于在所述控制器处接收的命令信号。
9.根据权利要求8所述的电池充电器，其中所述命令信号包括在数据总线上提供的数据信号。
10.一种包括权利要求1所述的电池充电器的移动装置。
11.一种系统，包括：
功率调节器，被配置为提供用于对电池充电的功率；
电池功率调节器，被配置为：
接收用于对所述电池充电的所述功率；以及
基于充电控制信号和充电使能信号来设置被提供给电池的充电信号；以及
控制器，被配置为：
基于在所述控制器处接收的充电命令信号来向所述电池功率调节器提供所述充电控制信号和充电使能信号；
响应于所述充电命令信号命令所述充电控制信号的改变，在预定时间量内暂时地使所述充电使能信号无效，其中所述充电使能信号的无效使得所述电池功率调节器禁用所述充电信号；
基于所述充电命令信号的改变来改变所述充电控制信号；以及
在所述预定时间量之后，重新赋活所述充电使能信号，其中所述重新赋活使得所述电池功率调节器重新启用所述充电信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述充电控制信号是多位数字信号，并且所述电池功率调节器包括：
数模转换器DAC，被配置为将所述充电控制信号转换成所述充电信号和相关联的反馈信号。
13.根据权利要求12所述的系统，其中：
所述控制器进一步包括移位寄存器，所述移位寄存器被配置为接收所述多位数字信号并生成移位的多位数字信号；并且
所述DAC进一步包括被配置为控制晶体管阵列的开关网络，并且所述晶体管阵列中的晶体管子集的输出节点耦接到提供所述充电信号的节点，并且所述移位的数字信号中的位子集设置所述开关网络中的控制所述晶体管阵列的晶体管的状态的开关。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述开关网络包括互补的开关对，并且互补的开关对被布置成控制所述晶体管阵列中相应晶体管的控制节点的偏置。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述反馈信号被配置为控制所述移位寄存器来调整所述移位的多位数字信号。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述预定时间量为约10微秒至约500毫秒。
17.根据权利要求1所述的系统，其中在所述控制器改变所述充电控制信号之前、期间和之后，所述充电信号的电流处于或低于安全阈值。
18.一种用于对电池充电的方法，所述方法包括：
由电池功率调节器基于充电控制信号以及充电使能信号的赋活向电池施加第一充电信号；
由控制器确定所述充电控制信号将改变；
由所述控制器基于所述确定使所述充电使能信号无效，从而使得所述电池功率调节器禁用所述第一充电信号；
由所述控制器响应于所述无效而改变所述充电控制信号；
由所述控制器在所述改变后的预定时间量内重新赋活所述充电使能信号；以及
由所述电池功率调节器基于所述改变的充电控制信号和所述充电使能信号的所述重新赋活向所述电池施加第二充电信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定时间量为约10微秒至约500毫秒。
20.根据权利要求18所述的方法，其中在改变所述充电控制信号之前、期间和之后，所述第一充电信号的电流和所述第二充电信号的电流处于或低于安全阈值。
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