CN1592029A - 电池供电设备的电源管理电路 - Google Patents

Abstract

一种便携式电子设备的电源管理电路，包括一个外置交流/直流适配器，该适配器接收来自该便携式设备的一个充电控制器的反馈数据。该反馈数包括电池充电电流、电池电压或该便携式设备的功率需求。利用该反馈数据，该外置交流/直流适配器可调整直流输出，从而满足电池充电需求和/或该便携式设备的功率需求。

Description

电池供电设备的电源管理电路

技术领域

本发明涉及电池供电设备的电源管理，更具体的是涉及一种电源管理电路，其包括一个由便携式设备的电池充电控制器控制的外置交流/直流(AC/DC)适配器。

背景技术

目前的电池充电电路可分为两种独立的设计和实现方式：交流(AC)适配器和电池充电电路。

交流(AC)适配器目前有两种设计：

1)60赫兹-带全波整流器和一个过滤电容器的低成本变压器。通常变压器的线圈具有高阻抗使其成为一准恒定电流源。

2)高频率-作为旅行版本的交流(AC)适配器的频率通常大于100千赫兹。电抗性阻抗是频率的直接函数(X_L＝2πfL和Xc＝1/2πfC)，当阻抗相同时频率越大电感L和电容C就越小。例如，频率600,000赫兹和60赫兹对应的电感尺寸比是60/60,000或1/10,000＝0.0001。这种旅行版本的交流(AC)适配器采用高频率开关模式电源供应(SMPS，Switch ModePower Supply)的设计，其优点是尺寸小、重量轻，很受旅行者的青睐，但是其成本比其它类型的适配器高。

目前使用的大多适配器包括脉宽调制PWM电路和产生一个可调节输出的控制器(该控制器包括电源开关和直流/直流转换器电路，该直流/直流转换器电路可以是降压型、回扫型、升压型、桥式或其它类型的转换器电路)。

系统中(例如笔记本计算机、移动电话和个人数字助理PDA)的电池充电器通常都用来控制电池充电和/或系统的功率分配。电池充电器通常有3种常见的设计：

1)简单开关适配器充电器采用一个单电子开关把适配器直接连接到电池。然后，当达到最终充电电压时关断该开关。尽管这种类型的充电器电路成本相对便宜，但其需要一个恒定电流交流(AC)适配器(通常其频率为60赫兹，且很重)。该电池充电方案是很折衷的，其充电时间长、多半充电不满、其使用仅限于几种化学电池如锂(Lilon)电池、镍氢(NiMH)电池和镍镉(NiCd)电池。

2)线性调节器-线性调节器通过把过多的输入电压消耗在调节元件上来产生一个固定输出电压。这通常导致其效率仅为50％或更低。消耗掉的功率散布在调节器内，从而增高了与调节器紧密相连的小型产品内的温度。另外这些消耗掉的功率大大的缩短了对于便携式产品使用者来说最重要的电池寿命。线性调节器的优点是简单和成本低，但其缺点是电池寿命短和内部温度高。

3)开关模式调节器-如上所述，这种方法采用开关模式电源供应把输入电压高效的(90％-95％)转换成电池充电电压。最优充电方案可通过将恒定电流模式切换到恒定电压模式来获得。这种类型设计的优点是充电快、效率高、适用于各种适配器和化学电池，但其缺点是成本比线性调节器高。

图1所示是一种用于便携式设备的传统电源管理电路。便携式设备10包括一个或多个电池30、与一个交流/直流适配器12相连的一个或多个有源系统18、20和/或22。适配器12传送可控制功率给电池充电和给与其相连的系统供电。根据例如电池充电电流、电池电压和/或来自适配器12的可用功率，电池充电器电路14提供可调节功率(电压和/或电流)给电池30。图1A所示是传统电池充电器电路14的框图。本领域技术人员知道，充电器通常包括多个监控电池电压和/或电流的误差放大器34，如果电池电压和/或电流超过某一预设门限值，该误差放大器就产生一个误差信号。另外，一个误差放大器也用来监控输入功率的可用性，如果来自适配器12的可用功率过剩，该误差放大器就产生一个误差信号。电池充电器电路14还包括一个PWM发生器和控制器36。控制器36接收误差放大器产生的误差信号，从而调整PWM发生器的占空比。该PWM信号被提供给电源开关和直流/直流转换器38，从而产生一个用于电池充电的可调节直流源。

类似的，交流/直流(AC/DC)适配器12包括一个PWM发生器和控制器，还包括提供一个可调节输出电源的电源开关和直流/直流转换器。因为适配器12和电池充电器电路14都包括一个PWM发生器和控制器及电源开关和直流/直流转换器，就存在重复。

发明内容

因此，本发明提供一种电源管理电路，其包括一个由电池充电控制器控制的外置交流/直流(AC/DC)适配器。在本示范性实施例中，该充电控制器包括产生一个反馈控制信号的误差放大器，同时该交流/直流(AC/DC)适配器接收该反馈控制信号来调整其PWM发生器的占空比。在本实施例中，充电器电路中不再需要PWM发生器和控制器及电源开关和直流/直流转换器，因而简化了电源管理电路，同时也把传统电池充电器电路中的热量产生部分移到外置交流/直流AC/DC适配器。

系统示范性实施例中包括一个便携式电子设备和用于该设备的电源管理电路；该便携式电子设备包括一个可再充电电池和一个充电控制器；该充电控制器包括产生一个表示电池电压和/或电池充电电流的反馈信号的电路。该电源管理电路还包括一个由交流源产生一个直流源信号的外置交流/直流(AC/DC)适配器，该适配器包括产生一个脉宽调制PWM信号的PWM发生器和控制器。该控制器接收反馈信号并调整PWM信号的占空比，从而调整直流源信号的电压和/或电流值。

在其它示范实施例中，本发明提供一种交流/直流(AC/DC)适配器，该适配器包括：一个产生一个PWM信号的PWM发生器，一个接收由外部便携式电子设备产生的反馈信号的控制器，一个产生一个直流源信号的直流/直流转换器电路。该控制器根据反馈信号调整PWM信号的占空比，从而调整直流源信号的电压和/或电流值。

值得本领域的技术人员重视的是，虽然下面的详细描述是基于给出的最佳实施例及其使用方法，但是本发明并不仅仅局限于这些实施例和使用方法。反而，本发明涉及范围广泛，其范围仅由相应权利要求限定。

附图说明

图1所示是一种传统电源管理电路的框图；

图1A所示是一种传统电池充电器电路的框图；

图2所示是本发明的一个示范性电源管理电路的框图；

图3A、3B和3C所示是本发明的示范性交流/直流AC/DC适配器的框图。

具体实施方式

图2所示是本发明的一个示范性电源管理电路的框图。与图1所示的传统电源管理电路一样，图2所示的电路包括由交流/直流(AC/DC)适配器32供电的系统10。然而在本实施例中，适配器32能接收由充电器的误差放大器产生的一个或多个反馈控制信号。因此，本实施例中仅需要充电器包含误差放大器，这也可推广到一个充电控制器24。充电控制器24包括多个监控电池电压和/或电流的误差放大器，如果电池电压和/或电流超过某一预设门限值，误差放大器就产生一个误差信号。另外，该误差放大器也用来监控输入功率的可用性，并根据与有源系统的功率需求相符的电池充电需求产生一个误差信号。在此，这些误差信号一般被定义为反馈控制信号26，其用来调整PWM发生器的占空比。一种电池充电器电路也揭露在由转让给同一受让人、在此引作参考的标题为“电压模式高精度电池充电器”、申请号09/948,828、现专利号6,498,461的美国专利申请中。在6,498,461专利中产生的反馈控制信号表示电池电压、电池充电电流和来自直流源的可用功率，其调整PWM发生器的占空比从而调整传送给电池的功率。本领域公知的其它充电电路和所有这些电池充电电路都认为是本发明的充电控制器24的可替换等同电路。

如上所述，一种开关模式电源供应(SMPS)交流/直流(AC/DC)适配器包括：PWM电路(发生器和控制器)，电源开关和产生一个恒定直流源的直流/直流转换器。在该示范性实施例，交流/直流(AC/DC)适配器的PWM控制器接收充电控制器24产生的反馈信息来调整直流输出。

图3A、3B和3C所示是简化便携式系统10的充电控制器24和本发明的适配器32之间通信的示范性通信电路图。在图3A中，适配器32’包括一个串行通信接口35(例如RS232，RS434，金属线和USB等)，接口35接收由充电控制器产生的一个串行反馈控制信号26’。在本实施例中，充电控制器产生的反馈控制信号被转换为串行通信数据后传送给适配器32’。在图3B中，反馈控制信号26”是由误差放大器产生的模拟信号，相应的，适配器32”包括一个适当的模拟接口(例如缓冲器)。图3C不是采用一个独立的控制信号线，而是将反馈信号26调制在电源线上。在本实施例中，适配器32和系统10’都采用调制/解调电路(42和44)来产生在电源线上传输的反馈信号26。

因此，本发明提供的电源管理电路排除了对传统电池充电器电路中的电源电路的需要，而是采用本发明交流/直流(AC/DC)适配器中的电源电路，从而产生可调节、可控制功率给电池充电和/或给便携式设备供电。有利的是，电源开关的成本和设备的功率消耗都得以消减。辅助控制器的成本也得以消减。因为不再需要大体积的电源开关，也节省了设备中的印刷电路板空间。另外，采用最佳充电方案可缩短达到充满的电池充电时间。本领域的技术人员将知道诸多对本发明的改进，所有的这些改进对本领域的技术人员都是显而易见的，都认为是在本发明的精神之内，都受限于本发明的权利要求。

Claims (29)

1.一种便携式电子设备的电源管理电路，其包括：

一个便携式电子设备，所述便携式电子设备包括一个可再充电电池和一个充电控制器，所述充电控制器包括产生一个表示电池充电功率的反馈信号的电路；

一个由一个交流源产生一个直流源信号的外置交流/直流适配器，所述外置交流/直流适配器包括一个产生一个脉宽调制PWM信号的PWM发生器和一个接收所述反馈信号的控制器，所述控制器调整所述PWM信号的占空比从而调整所述直流源信号的功率，其中在所述外置交流/直流AC/DC适配器和所述充电控制器中，仅所述外置交流/直流AC/DC适配器包括所述PWM发生器。

2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述便携式电子设备还包括一个串行数据接口，所述反馈信号为串行数据，所述外置交流/直流AC/DC适配器还包括一个接收所述串行数据的串行通信接口。

3.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述反馈信号包括一个模拟信号。

4.根据权利要求1所述的电源管理电路，所述便携式电子设备还包括把所述反馈信号调制到所述直流源信号上的调制电路，所述外置交流/直流适配器还包括与所述直流源信号相连接的解调所述反馈信号的解调电路。

5.根据权利要求1所述的电源管理电路，其中所述充电控制器还包括产生一个表示所述便携式电子设备的功率需求和电池充电电流的反馈信号的电路。

6.一种提供输出直流信号的适配器，所述适配器包括：

一个PWM发生器和一个直流/直流转换器，所述PWM发生器响应一个来自一个外部设备、表示所述外部设备的功率状况的反馈信号产生一个PWM信号，所述直流/直流转换器接收所述PWM信号并响应所述PWM信号调整所述输出直流信号。

7.根据权利要求6所述的适配器，其中所述PWM发生器响应所述反馈信号调整所述PWM信号的占空比。

8.根据权利要求6所述的适配器，其中所述外部设备的所述功率状况是所述外部设备的一个电池的功率状况。

9.根据权利要求8所述的适配器，所述电池的所述功率状况是一个电池电压电平。

10.根据权利要求8所述的适配器，所述电池的所述功率状况是一个电池充电电流电平。

11.根据权利要求6所述的适配器，所述外部设备的所述功率状况是所述外部设备的至少一个有源系统的功率需求。

12.一种电子设备，其包括：

一个控制器，所述控制器产生一个表示所述电子设备的功率状况的反馈信号；

一个适配器，所述适配器响应所述反馈信号调整来自其的一个输出直流信号。

13.根据权利要求12所述的电子设备，还包括一个可再充电电池；其中在一种电池充电供应模式下，所述控制器提供来自所述适配器的所述输出直流信号给所述可再充电电池。

14.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述控制器包括至少一个误差放大器，所述误差放大器比较一个表示所述电子设备的所述功率状况的信号和一个相应的门限电平，其中所述控制器根据所述功率状况和所述相应的门限电平的差值提供所述反馈信号。

15.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述控制器包括一个串行数据接口，所述反馈信号包括一个串行数据信号。

16.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述控制器包括一个模拟接口，所述反馈信号包括一个模拟信号。

17.根据权利要求12所述的电子设备，所述控制器包括把所述反馈信号调制到所述直流源信号上的调制电路。

18.根据权利要求12所述的电子设备，所述电子设备的所述功率状况是所述电子设备的一个可再充电电池的功率状况。

19.根据权利要求18所述的电子设备，所述可再充电电池的所述功率状况是一个电池电压电平。

20.根据权利要求18所述的电子设备，所述可再充电电池的所述功率状况是一个电池充电电流电平。

21.根据权利要求12所述的电子设备，所述电子设备的所述功率状况是所述电子设备的至少一个有源系统的功率需求。

22.一种调整适配器的直流功率信号的方法，所述方法包括：

监控与所述适配器相联接的一个外部设备的功率状况；

提供一个表示所述外部设备的所述功率状况的反馈信号给所述适配器；

响应所述反馈信号，调整一个由所述适配器产生的PWM信号；

响应所述PWM信号，调整由所述适配器产生的所述直流功率信号。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述外部设备的所述功率状况是所述外部设备的一个可再充电电池的功率状况。

24.根据权利要求23所述的方法，所述可再充电电池的所述功率状况是一个电池电压电平。

25.根据权利要求23所述的方法，所述可再充电电池的所述功率状况是一个电池充电电流电平。

26.根据权利要求22所述的方法，所述外部设备的所述功率状况是所述外部设备的至少一个有源系统的功率需求。

27.根据权利要求22所述的方法，所述反馈信号包括一个模拟信号。

28.根据权利要求22所述的方法，所述反馈信号包括一个串行数据信号。

29.一种交流/直流适配器包括：

一个产生一个PWM信号的PWM发生器；

一个接收一个由外部便携式电子设备产生的反馈信号的控制器；

一个产生一个直流源信号的直流/直流转换器，所述控制器根据所述反馈信号调整所述PWM信号的占空比从而调整所述直流源信号的功率。

Images