CN116250170A - 将电力转换器的操作维持在电力曲线的稳定区域内或该电力转换器 - Google Patents

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Abstract

电力输送系统(10)可以包括：电力转换器(20)，其被配置为电耦合到电源(12)，并且还被配置为向电耦合到电力转换器的输出的一个或多个负载(18)供应电能；以及控制电路，其被配置为监测源自电源的第一电压，其中，第一电压指示电力转换器所需的总电力；以及基于第一电压与阈值电压的比较来控制从电源供应到一个或多个负载的电流的限制，其中，阈值电压指示电力转换器的操作范围内电力转换器向一个或多个负载输送最大电力量的点。

Description

将电力转换器的操作维持在电力曲线的稳定区域内或该电力 转换器
技术领域
本公开总体上涉及用于电子设备的电路，包括但不限于诸如无线电话和媒体播放器的个人便携式设备，并且更具体地，涉及限制电力转换器中的电流。
背景技术
便携式电子设备，包括无线电话，诸如移动/蜂窝电话、平板电脑、无绳电话、mp3播放器和其他消费设备，正在广泛使用。这样的便携式电子设备可以包括用于实施用于将电池电压(例如，由锂离子电池提供)转换成输送到便携式电子设备的一个或多个组件的电源电压的电力转换器的电路。电力输送网络还可以调节这种电源电压，并且在操作过程中将这些一个或多个设备的下游负载与电池的输出电压的波动隔离。
除了调节电源电压的电源轨之外，可能期望电力转换器(或电力转换器的控制电路)提供主动保护机制，以限制由电源轨供电的一个或多个组件可以获取的电流量。
发明内容
根据本公开的教导，可以减少或消除与操作电力转换器的现有方法相关联的一个或多个缺点和问题。
根据本公开的实施例，一种电力输送系统可以包括：电力转换器，其被配置为电耦合到电源，并且还被配置为向电耦合到电力转换器的输出的一个或多个负载供应电能；以及控制电路，其包括反馈回路，所述反馈回路被配置为监测源自电源的电压，并且基于源自电源的电压控制从电源供应到一个或多个负载的电流的限制。
根据本公开的这些实施例和其他实施例，一种方法可以包括：监测源自电源的电压，其中，电力转换器被配置为电耦合到电源，并且电力转换器还被配置为向电耦合到电力转换器的输出的一个或多个负载供应电能，以及使用反馈回路，基于源自电源的电压来控制从电源供应到一个或多个负载的电流的限制。
根据本公开的这些实施例和其他实施例，电力输送系统可以包括：电力转换器，其被配置为电耦合到电源，并且还被配置为向电耦合到电力转换器的输出的一个或多个负载供应电能；以及控制电路，其被配置为监测源自电源的第一电压，其中，第一电压指示电力转换器所需的总电力，以及基于第一电压与阈值电压的比较来控制从电源供应到一个或多个负载的电流的限制，其中，阈值电压指示电力转换器的操作范围内的点，在所述点处，电力转换器向一种或多个负载输送最大电力量。
根据本公开的这些实施例和其他实施例，一种方法可以包括：监测源自电源的电压，其中，第一电压指示电力转换器所需的总电力，电力转换器被配置为电耦合到电源，并且还被配置为向电耦合到电力转换器的输出的一个或多个负载供应电能，并且基于第一电压与阈值电压的比较来控制从电源供应到一个或多个负载的电流的限制，其中，阈值电压指示电力转换器的操作范围内的点，在所述点处电力转换器向一个或多个负载输送最大电力量。
本公开的技术优点对于本领域技术人员来说，从本文所包括的附图、描述和权利要求可以很容易地显而易见。实施例的目的和优点将至少通过权利要求中特别指出的元件、特征和组合来实现和达到。
应当理解，前面的一般描述和以下的详细描述都是示例和解释性的，并且不限制本公开中阐述的权利要求。
附图说明
通过参考以下结合附图进行的描述，可以获得对本实施例及其优点的更完整的理解，其中相同的附图标记指示相同的特征，并且其中：
图1示出了根据本公开的实施例的电力输送网络的选定组件的框图；
图2示出了根据本公开的实施例的电池开路电压与电池充电状态的示例曲线图；
图3示出了根据本公开的实施例的电池等效电路模型的选定组件的框图；
图4示出了根据本公开的实施例的与从电池获取的电流阶跃相关联的电池电压和电池电流与时间的示例曲线图；
图5示出了根据本公开的实施例的简化为与等效串联电阻串联的时变电压源的电池的一阶模型；
图6示出了根据本公开的实施例的用于电池保护的最大电池电流与内部有效电池电压的示例曲线图；
图7示出了根据本公开实施例的用于控制电力转换器的控制电路的选定组件的框图；
图8示出了根据本公开的实施例的与电力转换器的负载上的电流阶跃相关联的电池电压、电池电压的目标设定点值以及负载电流与时间的示例曲线图；
图9示出了根据本公开的实施例的与电池电压的目标设定点值的基于步进的切换相关联的电池电压、由电力转换器获取的电池电流的最大设定点值、由电力变换器生成的电源电压以及电力变换器的输出电力与时间的示例曲线图；
图10示出了根据本公开的实施例的与电池电压的目标设定点值的基于斜坡的切换相关联的电池电压、由电力转换器获取的最大电池电流、由电力转换器生成的电源电压以及电力转换器的输出电力与时间的示例曲线图；
图11示出了根据本公开的实施例的与电池电压的目标设定点值的基于斜坡的切换相关联的电池电压、由电力转换器获取的电池电流、由电力转换器生成的电源电压以及电力转换器的输出电力与时间的示例曲线图，其中斜坡与电池时间常数相匹配；
图12示出了根据本公开的实施例的图1所示的电力输送网络内的选定阻抗的框图；
图13示出了根据本公开的实施例的由电力转换器的输出电力与由电力转换器获取的电池电流的示例曲线图；
图14示出了根据本公开的实施例的用于电力转换器稳定性的最大电池电流与内部有效电池电压的示例曲线图；
图15示出了根据本公开的实施例的电力转换器的输出电力与由电力转换器获取的电池电流的示例曲线图，其映射到感测电压与电池电流的示例曲线图；
图16示出了根据本公开的实施例的电力转换器的输出电力与由电力转换器获取的电池电流的另一示例曲线图，其映射到感测电压与电池电流的示例曲线图；
图17示出了根据本公开的实施例的出于电力限制考虑的最大电池电流与内部有效电池电压的示例曲线图；以及
图18示出了根据本公开的实施例的用于电流限制考虑的最大电池电流与内部有效电池电压的示例曲线图。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的实施例的电力输送网络10的选定组件的框图。在一些实施例中，电力输送网络10可以在便携式电子设备内被实施，诸如智能电话、平板电脑、游戏控制器和/或其他合适的设备。
如图1所示，电力输送网络10可以包括电池12和电力转换器20，电力转换器20被配置为将电池12生成的电池电压VCELL转换为用于向多个下游组件18供电的电源电压VSUPPLY，其中，每个下游组件18可以从电力转换器20的输出中获取各自的电流ILOAD1、ILOAD2、ILOAD3等，这意味着总负载电流ILOAD＝ILOAD1+ILOAD2+…+ILOADN可以由电力转换器20生成。电力转换器20可以使用升压转换器、降压转换器、降压-升压转换器、变压器、电荷泵和/或任何其他合适的电力转换器来实施。电力输送网络10的下游组件18可以包括电力输送网络10的任何合适的功能电路或设备，包括但不限于其他电力转换器、处理器、音频编码器/解码器、放大器、显示设备等。
如图1所示，电力输送网络10还可以包括用于控制电力转换器20的操作的控制电路30，包括电力转换器20内部的开关的切换和换向。此外，如下面更详细描述的，控制电路30还可以实施用于限制从电池12获取的电流ICELL的主动保护机制。
截至本申请的提交日期，已知锂离子电池通常在4.2V下至3.0V的范围内工作，称为电池(例如，电池12)的开路电压VOC。当电池由于从电池获取的电流而放电时，电池的充电状态也可能降低，并且开路电压VOC(其可能是充电状态的函数)也可以由于电池内发生的电化学反应而降低，如图2所示。在开路电压VOC的3.0V和4.2V范围之外，锂离子电池的容量、寿命和安全性可能会降低。例如，在大约3.0V时，锂离子电池中大约95％的能量可能被消耗掉(即，充电状态为5％)，并且如果继续进一步放电，开路电压VOC将可能迅速下降。低于大约2.4V时，锂离子电池的金属板可能会腐蚀，这可能会导致电池内部阻抗升高、容量降低和潜在的短路。因此，为了保护电池(例如，电池12)免于过度放电，许多便携式电子设备可以防止低于预定放电结束电压VCELL-MIN的操作。
图3示出了根据本公开的实施例的电池12的等效电路模型的选定组件的框图。如图3所示，电池12可以被建模为具有开路电压VOC的电池单元32，该电池单元32与多个并联电阻-电容部分34串联，并且还与电池12的等效串联电阻36串联，该等效串联电阻36具有电阻R0。电阻R1、R2、…RN和相应的电容C1、C2、…、CN可以建模电池化学相关的时间常数τ1、τ2、…、τN，其可以与开路电压VOC和等效串联电阻36集总。值得注意的是，图3中用电压VCELL-EFF描绘的电节点捕获电池12的随时间变化的放电行为，并且电池电压VCELL是在电池12的输出端子处看到的实际电压。电压VCELL-EFF可能不可直接测量，并且因此电池电压VCELL可能是与电池12相关联的唯一可被测量以评估电池健康状态的电压。同样值得注意的是，在电流获取为零(例如，ICELL＝0)时，电池电压VCELL可以等于电压VCELL-EFF，电压VCELL-EFF又可以等于给定充电状态下的开路电压VOC。
图4示出了根据本公开的实施例的与从电池12获取的电流阶跃相关联的电池电压VCELL和电池电流ICELL电路相对于时间的示例曲线图。如图4所示，响应于电流阶跃事件，电池电压VCELL可以响应于该阶跃，因为电池电压VCELL的响应曲线经历了初始瞬时下降(例如，由于等效串联电阻36)和由于时间常数τ1、τ2、…、τN引起的时间相关电压降。开路电压VOC和各种阻抗R0、R1、R2、…RN可以是电池12的充电状态的函数，因此意味着新的、完全充电的电池的瞬态响应可能显著地不同于老化的、部分放电的电池的瞬态响应。
在操作中，控制电路30可以基于一个或多个约束来确定在任何给定时刻可以从电池12获取的最大电池电流ICELL，该约束包括电池12的保护、电力转换器20的稳定性和/或与实际限制相关联的限制。
可以由控制电路30施加的第一约束是对电池电流ICELL的最大值的电池施加的限制。为了说明该约束的应用，图5示出了根据本公开的实施例的简化为时变电压源38的电池12的一阶模型，电压VCELL-EFF与电阻值为R0的等效串联电阻36串联。电池12可能能够输送的最大电池电流ICELL-MAX可以直接取决于等效串联电阻36。电池电流ICELL必须通过等效串联电阻36，这可以将电池电压VCELL从电压VCELL-EFF降低等于电阻R0乘以电池电流ICELL的量(例如，VCELL＝VCELL-EFF-R0ICELL)。也许更重要的是，流过等效串联电阻36的电池电流ICELL可以导致电池12内的电力耗散，该电力耗散等于电阻R0乘以电池电流ICELL的平方(例如，P＝R0ICELL 2)。在高放电速率下，电池电流ICELL可能导致电池12内的显著发热。以上讨论的电池电压VCELL必须保持高于放电结束电压VCELL-MIN的要求对最大电池电流ICELL-MAX设置了限制，由下式给出：
Figure BDA0004113593370000061
因此，最大电池电流ICELL-MAX可以是电压VCELL-EFF的函数，仅假设电池施加的限制，并且可以如图6中的线CON1所示绘制。
为了实施这种限制，控制电路30可以实施主动保护方案，以确保放电结束电压VCELL-MIN不被违反，尽管电力转换器20上有瞬时负载，从而避免对电池12的损坏。例如，控制电路30可以被配置为监测电池12的端子处的电池电压VCELL，并改变由电力转换器20获取的最大电池电流ICELL-MAX，如图6中的约束CON1所示，以便确保电池12不会被过度放电而被推到超出其安全操作范围，从而延长电池12的寿命。然而，使最大电池电流ICELL-MAX的这种控制复杂化的是，电池12的瞬态响应可以是如上所述的多个时间常数(例如，τ1，τ2，…，τN)的函数，并且测量给定电池的这种时间常数并以前馈方式改变最大电池电流ICELL-MAX可能是不可行的或不经济的。因此，如下面进一步描述的，控制电路30可以围绕电力转换器20实施负反馈控制回路，其可以监测电池电压VCELL并改变最大电池电流ICELL-MAX以将电池电压VCELL维持在期望的目标值。
图7示出了根据本公开的实施例的用于控制电力转换器20的控制电路30的选定组件的框图。如图7所示，控制电路30可以实施用于控制电力转换器20的控制器42。控制器42可以被实施为比例-积分(PI)控制器、比例-积分-微分(PID)控制器或任何其他合适的控制器类型。
在操作中，组合器40可以作为电池电压VCELL的设定点目标值VCELL-SET处的电池电压VCELL之间的差而计算误差信号ERROR。基于这样的误差信号ERROR和表示电源电压VSUPPLY的反馈信号，控制器42可以生成用于控制电力转换器20的操作的开关控制信号，诸如生成用于对电力转换器20内部的开关进行换向的脉宽调制信号。例如，在一些实施例中，控制器42可以接收指示电感器电流IL的信号，该电感器电流IL与流过集成到电力转换器20的电力电感器的电流相关联，并且基于电力转换器20从电池12获取的电池电流ICELL的目标平均电流来控制电力转换器20的开关的切换，该目标平均电流可被用于建立电感电流IL的最小值或“谷值”，以及电感电流IL的目标最大值或“峰值”，如2020年12月11日提交的美国专利申请第17/119,517号中所描述的，并且其全部内容通过引用并入本文。
为了满足上述约束CON1，可能期望总负载电流ILOAD响应于电池电压VCELL中的瞬变并相应地减小，以便防止违反电池安全操作要求，即使在瞬变情况下。因此，控制器42可以通过基于瞬时电池电压VCELL使用总负载电流ILOAD的时间相关节流来包括主动保护机制。换言之，随着电池电压VCELL降低，从电池12获取的电池电流ICELL必须降低，以更积极地抑制电池电压VCELL的降低。因此，如下面更详细描述的，控制器42可以实施负反馈回路，以通过增加设定点目标值VCELL-SET来控制电池电压VCELL和节制电池电流ICELL。
例如，如图8所示，控制器42可以建立两个阈值电压VTHRESH1和VTHRESH2，其被示为分别在时间t1和t2被电池电压VCELL穿过，以响应阶跃总负载电流ILOAD，其中VTHRESH1>VTHRESH2。进一步如图8所示，当电池电压VCELL降低到低于第一阈值电压VTHRESH1时，控制器42可以将设定点目标值VCELL-SET从放电结束电压VCELL-MIN增加到第二阈值电压VTHRASH2。同样如图8所示，当电池电压VCELL降低到低于第二阈值电压VTHRESH2时，控制器42可以将设定点目标值VCELL-SET从放电结束电压VCELL-MIN增加到第一阈值电压VTHRASH1。因此，对设定点目标值VCELL-SET的这种增加可能导致电池电压VCELL的恢复，如图8中电池电压VCELL的虚线图所示。
然而，如图8所示，设定点目标值VCELL-SET的瞬时阶跃增加可能导致电力转换器20从电池12获取的电池电流ICELL的最大电池电流ICELL-MAX的下冲，如图9所示。当电池12的内部阻抗可以抵抗从电池22输送的电流的突然变化时，这种下冲可能发生。虽然电力转换器20可以通过这种下冲来充分地调节电源电压VSUPPLY，但目标平均最大电流ICELL-MAX的下冲可能导致输送到下游组件18的输出电力POUT的不期望的下降，可能导致对下游组件18的负面影响。为了减少或消除从电池12输送的最大电池电流ICELL-MAX的这种下冲，控制器42可以被配置为斜坡变化到设定点目标值VCELL-SET，而不是生成设定值目标值VCELL-SET的瞬时变化，如图10所示。
图10示出了电池电压VCELL、最大电池电流ICELL-MAX、电源电压VSUPPLY、输出电力POUT和设定点目标值VCELL-SET在放电结束电压VCELL-MIN与第二阈值电压VTHRESH2之间斜坡变化的示例图。实线图描绘了倾斜的设定点目标值VCELL-SET和对这种斜坡的响应，而虚线图描绘了瞬时变化的设定点目标值VCELL-SET和对这种瞬时变化的响应。这种斜坡可以减少或消除最大电池电流ICELL-MAX的下冲，并且减少或消除与设定点目标值VCELL-SET的瞬时变化相关联的输出电力POUT的限制。例如，图10中用斜线阴影的部分可以表示从斜坡设定点目标电压值VCELL-SET可获得的额外输出电力POUT，与瞬时变化的设定点目标值VCELL-SET相反。
为了进一步改善如图10所示的设定点目标值VCELL-SET的斜坡的优点，在一些实施例中，控制器42可以被配置为对设定点目标数值VCELL-SET进行斜坡变化，以匹配或近似图3和图4中所示的电池12的化学相关时间常数τ1、τ2、…、τN。例如，如图11所示，响应于电池电压VCELL降低到给定阈值以下，设定点目标值VCELL-SET可以从放电结束电压VCELL-MIN增加到第二阈值电压VTHRESH2，斜坡率与化学相关时间常数τ1匹配或近似，之后，在以与化学相关时间常数τ2匹配或近似的斜坡率增加到第一阈值电压VTHRAESH1之前，其可以在第二阈值电压VTHRESH2下保持预定时间段。尽管图11描绘了与两个化学相关时间常数相关联的受控斜坡，但在一些实施例中，控制器42可以引起如图11所示的两个以上阈值电压电平之间的斜坡，其中，每个斜坡与电池12的化学相关时间常数相匹配或近似。因此，在这样的实施例中，控制器42可以被编程为具有电池电压VCELL的期望阈值电压、设定点目标值VCELL-SET的斜坡率、设定点目标值VCELL-SET的设定点阈值电平VTHRESH1、VTHRESH2等，以及设定点目标值VCELL_SET被设定到每个设定点阈值电平的持续时间。
除了如上所述限制电流以提供对电池12的保护之外，还可能期望限制电流以为电力转换器20提供稳定性，以便在超过最大电力点的电力转换器20的不稳定区域中运行，如下面更详细描述的。为了说明，参考图12，其描绘了根据本公开的实施例的图1所示的电力输送网络10内的选定阻抗的详细框图。如图12所示，电力输送网络10可以用如图5所示的电池12来建模，电池12与跟踪电阻器52、电流感测电阻器54、用于建模电力转换器20中的等效损耗的阻抗56以及代表下游设备18的集合的负载58串联。跟踪电阻器52可以具有代表电池12和电力转换器20(例如，连接器、印刷电路板迹线等)之间的电管道的电阻的电阻RTRACE。感测电阻器54可以具有电阻RSNS，并且可以根据欧姆定律基于感测电阻54和电阻RSNS两端的电压降来感测电池电流ICELL。阻抗56可以用电阻RLOSS建模电力转换器20内部的损耗。在考虑了在这些不同阻抗中发生的电力损耗之后，电力转换器20可以将输出电力POUT输送到负载58，给出如下：
Figure BDA0004113593370000092
其中
RTOT＝R0+RTRACE+RSNS+RLOSS
对于给定的总电阻RTOT和给定的电压VCELL-EFF，对于电力输送网络10的输出电力POUT，可以存在作为在电流IPMAX处出现的电池电流ICELL的函数的最大电力PMAX，如图13所示，其中电流IPMAX可以由下式给出：
Figure BDA0004113593370000091
因此，从图13可以看出，如果ICELL<IPMAX，则电力输送系统10将以最佳的电力效率和稳定性运行，而当ICELL>IPMAX时，电力输送系统10将在不稳定区域(输出电力POUT与电池电流ICELL的负斜率)中运行。该最大允许电流IPMAX可以如图14所示被绘制为叠加在图6所示的最大电池电流ICELL-MAX的约束CON1上的约束CON2。因为总电阻RTOT大于等效串联电阻R0，所以明显约束CON1的斜率比约束CON2的斜率更陡。根据推断，约束CON2的线可以在0V处与电压VCELL-EFF的水平轴相交，这在图14中未示出，因为许多电池(例如，锂离子电池)不允许下降到这样的大小。
对于高效电力转换器，与等效串联电阻36、跟踪电阻器52和感测电阻器54相比，阻抗56可以忽略不计，从而总电阻RTOT可以被改写为：
RTOT≈R0+RTRACE+RSNS
当电池12随着使用而放电时，等效串联电阻36可以增加，并且电压VCELL-EFF可以相应地降低。因此，对应于最大电力PMAX的最大允许电流IPMAX可以是电压VCELL-EFF和电力输送网络10的阻抗的函数。
确保满足约束CON2的一种方法可以是跟踪电压VCELL-EFF、电力输送网络10的阻抗和电池电流ICELL，并确保电池电流ICELL永远不超过电流IPMAX。这种方法可能需要高速模数转换器来测量电池电流ICELL，因为电力转换器20的负载可能是不可预测的，这可能增加电力输送网络10的复杂性和功耗。这种方法也可能对误差敏感，因为电流IPMAX可能对测量等效串联电阻R0和跟踪电阻RTRACE的误差敏感。这种阻抗可能很小(例如，低至几十毫欧姆)，并且因此这种阻抗的测量也可能引入误差。此外，这种方法可能需要实时跟踪等效串联电阻36以准确估计电池电流ICELL，这本身可能非常复杂。
该方法的一个解决方案可以是将跟踪作为电压而不是电流的函数的最大电力PMAX。因此，控制电路30可以将输出电力POUT与电池电流ICELL的曲线映射到如图15所示的感测电压VSNS与电池电流ICE LL的曲线上，其中感测电压VSNS是在电力转换器20的输入处感测的电压。假设VSNS>VCELL-EFF/2，则ICELL<IPMAX。因此，可以使用单个电压(感测电压VSNS)而不是电流来跟踪电力转换器20所需的总电力，同时保持稳定的操作。如果VSNS＜VCELL-EFF/2，则意味着电力转换器20的操作可能处于输出电力POUT与电池电流ICELL曲线的不稳定部分，从而向控制电路30指示其可能需要采取适当的动作来限制电力转换器20获取的电流。有利地，值VCELL-EFF/2独立于可能受到测量误差影响的任何阻抗项。因此，跟踪作为感测电压VSNS而不是电池电流ICELL的函数的最大电力PMAX的方法可以消除对电阻和阻抗损耗的测量依赖性，可以需要更少的复杂性和功耗，并且可以减少测量和/或建模中的灵敏度误差。
控制电路30可以使用任何合适的检测机制来确定是否VSNS＜VCELL-EFF/2，诸如电压比较器。例如，施加到这种比较器的一个输入端子的参考电压VSNS-MIN可以被设定为kVCELL-EFF，其中k是等于或大于0.5的常数乘数，其可以被选择以满足特定实施方式的需要。例如，在一些实施例中，因子k可以是可编程参数，其可以允许调整参考电压VSNS-MIN以提供从最大电力PMAX的回退、裕度或偏移。感测电压VSNS可以被施加到这种比较器的另一输入端子。当比较器指示VSNS＜VSNS-MIN时，其输出逻辑状态可以切换，指示电力转换器20正在发出超过其最大电力点PMAX的电流。作为响应，控制电路30可以向电力转换器20施加电流限制，以便减少电力转换器20发出的电流，从而控制电力转换器20远离其不稳定区域中的操作。因此，控制电路30可以使用感测电压VSNS的实时反馈来动态地调整电力转换器20的电流限制，并确保电力转换器20可以实现其最大或接近最大电力输送能力。感测电压VSNS的实时反馈可能需要最小的硬件、固件和/或软件组件，从而实现最小的延迟并最大化电流限制的响应速度。同样有利的是，使用感测电压VSNS的反馈来控制单个电力转换器20中的电流对于耦合到感测电压VSNS的电节点的负载(例如，其他电力转换器)对电池12上的其他负载来说是负载不可知的，因为项VCELL-EFF独立于电池12上这种其他负载的特性。
比较感测电压VSNS和电压VCELL-EFF的方法需要测量电压VCELL-EFF。然而，从实际角度来看，从控制电路30进入电池12可能是困难的，并且因此，控制电路30可能需要获得电压VCELL-EFF的估计，而不是直接测量。控制电路30可以通过测量电池12和电力转换器20之间的传输网络中的两点处的电压来实时估计电压VCELL-EFF。例如，控制电路30可以通过使用一个或多个模数转换器(ADC)来测量传输网络中的两个或更多个点处的电压，以同时或接近同时地测量这些电压。例如，至少，这两个点可以包括电池电压VCELL和感测电压VSNS的电节点。假定电压VCELL-ADC是由ADC在电池12的输出处测量的电压，并且电压VSNS-ADC是由ADC在电力转换器20的输入处的测量的电压，则估计电压VCELL的估计电压
Figure BDA0004113593370000111
可以由下式给出：
Figure BDA0004113593370000112
其中量
Figure BDA0004113593370000113
可以被称为“PMAX比率”。PMAX比率可以表示电池电压VCELL的电节点任一侧的阻抗。因此，在感测点具有感测点的“上游”(例如，更靠近电池12的端子)的显著阻抗(以电导管的形式)的情况下，那么这种阻抗应该被添加到PMAX比率的分子中的等效串联电阻R0。
在一些实施例中，PMAX比率的值可以被存储在控制电路30内部或以其他方式可访问的计算机可读介质中。对于给定系统，PMAX比率可以是固定的，或者如果阻抗已知或以其他方式可确定，则可以在操作期间动态更新PMAX比率。
在这些实施例和其他实施例中，控制电路30可以例如通过使用低通滤波器对估计电压
Figure BDA0004113593370000114
的计算值进行滤波。这种滤波可以减轻热噪声，提高信噪比，和/或防止由于感测电压VSNS的快速瞬变而导致的比较器的切换。
在这些实施例和其他实施例中，可以向估计电压
Figure BDA0004113593370000115
感测电压VSNS和/或任何其他参数中的一个或多个添加偏移或补偿因子，以考虑电压估计中的电压测量中的误差或不准确性，包括路径偏移、比较器偏移、编程PMAX比率中的误差、编程因子k中的误差和/或任何其他误差。例如，在一些实施例中，偏移β可以被添加到参考电压VSNS-MIN，使得
Figure BDA0004113593370000116
以便与因子k一起根据系统要求补偿误差、偏移和/或编程不准确性。因子k和偏移β的调整可以使电流限制非常受控地偏移到电力曲线的不稳定区域，以从电池12提取尽可能多的电力。在一些情况下，控制电路30可以应用递归算法或机器学习来学习电力输送网络10的阻抗参数，以便实时和即时地修改这些参数。参数的这种动态更新可以优化电力输送网络10的现场性能，并且避免了由于电池老化和寿命而需要固件或软件更新以改善电力转换器20的性能。
除了如上所述限制电流以提供对电池12的保护之外，以及除了如上所述限制电流以为电力转换器20提供稳定性之外，还可以或可替选地期望基于实际实施方式的考虑来限制电流，如下文更详细描述的。
作为示例，超过一定电压VCELL-EFF，电力转换器20的最大电池电流ICELL，以及由此的最大电力输送能力PMAX可能变得如此大，以致电力转换器20的设计变得越来越困难或者甚至不可行。例如，诸如电力转换器20中的电感器饱和电流和电流感测电路的所需动态范围的实际限制可以规定在输出电力POUT上设置的电力上限PLIM。可能还需要考虑热因素，并且可能需要限制来自电力转换器20的最大电力输送。
假设输出电力POUT被限制为电力限制PLIM，电力输送系统10的电力平衡方程可以被写为：
Figure BDA0004113593370000121
其可以被重写为：
Figure BDA0004113593370000122
该最大允许电流ICELL-LIM可以如图17所示被绘制为叠加在图14所示约束CON1和CON2上的约束CON3A。PMAX和PLIM的两个电力限制区域之间的分隔如图17所示，出现在代表约束CON2和CON3A的曲线之间的断点处。在受电力限制PLIM限制的区域中，电池电流ICELL的最大值可以通过最大允许电流的两个值中的较低值来设定。如图17所示，沿着约束CON3A的曲线，电池电流ICELL的最大电流可以随着电压VCELL-EFF的降低而增加。
除了如上所述限制电流以提供对电池12的保护、如上所述限制电流以提供电力转换器20的稳定性、以及出于电力限制考虑限制电流之外，还可以或可替选地期望基于实际实施方式的考虑来应用固定电流限制IFIXED，如下面更详细描述的。该最大允许电流IFIXED可以如图18所示被绘制为叠加在图17所示的约束CON1、CON2和CON3A上的约束CON3B。因此，电池电流ICELL的最大电流可以由最大允许电流的四个值中的最低值来设定。
如本文所使用的，当两个或更多个元件被称为彼此“耦合”时，该术语指示这两个或更多个元件处于电子通信或机械通信(如适用)中，无论是间接连接还是直接连接，有还是没有中间元件。
本公开包括本领域普通技术人员将理解的对本文示例实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求涵盖本领域普通技术人员将理解的对本文示例实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。此外，在所附权利要求中，对适于、被布置成、能够、被配置成、启用于、可操作地或可运转地执行特定功能的装置或系统或装置或系统的组件的引用包括该装置、系统或组件，无论其或该特定功能是否被激活、开启或解锁，只要该装置、系统或组件被如此适应、布置、能够、配置、启用、可操作的或运转。因此，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文描述的系统、装置和方法进行修改、添加或省略。例如，系统和装置的组件可以被集成或分离。此外，本文公开的系统和装置的操作可以由更多、更少或其他组件执行，并且所描述的方法可以包括更多、更少或其他步骤。此外，可以以任何合适的顺序执行步骤。如本文件中使用的，“每个”是指集合的每个成员或集合子集的每个成员。
尽管示例性实施例在附图中示出并在下文中描述，但是可以使用任何数量的技术来实施本公开的原理，无论当前是否已知。本公开决不应被限于附图中所示和上文所述的示例性实施方式和技术。
除非另有特别说明，否则附图中描绘的物品不一定按比例绘制。
本文中所列举的所有示例和条件语言旨在用于教学目的，以帮助读者理解本公开和发明人为推进本领域所贡献的概念，并且被解释为不限于这些具体列举的示例和条件。尽管已经详细描述了本公开的实施例，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变更。
尽管上面已经列举了具体的优点，但是各种实施例可以包括一些、没有或所有枚举的优点。此外，在回顾前述附图和描述之后，其他技术优点对于本领域普通技术人员来说可能变得显而易见。
为了帮助专利局和就本申请发布的任何专利的任何读者解释本申请所附的权利要求，申请人希望注意，他们不旨在任何所附权利要求或权利要求要素援引35U.S.C.§112(f)，除非在特定权利要求中明确使用词语“装置用于”或“步骤用于”。

Claims (18)

1.一种电力输送系统，包括：
电力转换器，其被配置为电耦合到电源，并且还被配置为向电耦合到所述电力转换器的输出的一个或多个负载供应电能；以及
控制电路，其被配置为：
监测源自所述电源的第一电压，其中，所述第一电压指示所述电力转换器所需的总电力；以及
基于所述第一电压与阈值电压的比较来控制从所述电源供应到所述一个或多个负载的电流的限制，其中，所述阈值电压指示在所述电力转换器的操作范围内所述电力转换器向所述一个或多个负荷输送最大电力量的点。
2.根据权利要求1所述的电力输送系统，其中，所述控制电路还被配置为控制所述电力转换器以调节所述第一电压，以保持其大小大于所述阈值电压。
3.根据权利要求1所述的电力输送系统，其中，对于所述电源的给定充电状态，所述阈值电压是所述电源的开路电压的函数。
4.根据权利要求3所述的电力输送系统，其中，所述控制电路被配置为基于在所述电力输送网络内测量的两个电压，针对所述电源的所述给定充电状态，估计所述电源的所述开路电压。
5.根据权利要求1所述的电力输送系统，其中，所述第一电压指示所述电力转换器所需的总电力，并且独立于所述电力输送系统的任何阻抗分量。
6.根据权利要求1所述的电力输送系统，其中，所述电源是电池。
7.根据权利要求6所述的电力输送系统，其中，所述电池是可再充电的。
8.根据权利要求7所述的电力输送系统，其中，所述电池是锂离子电池。
9.根据权利要求1所述的电力输送系统，其中，所述控制电路还被配置为控制所述电力转换器，以仅基于电压的函数来调节从所述电源供应到所述一个或多个负载的所述电流的限制。
10.一种方法，包括：
监测源自电源的电压，其中，所述第一电压指示电力转换器所需的总电力，所述电力转换器被配置为电耦合到所述电源，并且还被配置为向电耦合到所述电力转换器的输出的一个或多个负载供应电能；以及
基于所述第一电压与阈值电压的比较来控制从所述电源供应到所述一个或多个负载的电流的限制，其中，所述阈值电压指示在所述电力转换器的操作范围内所述电力转换器向所述一个或多个负载输送最大电力量的点。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括控制所述电力转换器以调节所述第一电压，以保持其大小大于所述阈值电压。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，对于所述电源的给定充电状态，所述阈值电压是所述电源的开路电压的函数。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括基于在所述电力输送网络内测量的两个电压，针对所述电源的所述给定充电状态，估计所述电源的所述开路电压。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一电压指示所述电力转换器所需的总电力，并且独立于所述电力输送系统的任何阻抗分量。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电源是电池。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电池是可再充电的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电池是锂离子电池。
18.根据权利要求10所述的方法，还包括控制所述电力转换器，以仅基于电压的函数来调节从所述电源供应到所述一个或多个负载的所述电流的限制。
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