DE602004001216T2

DE602004001216T2 - Stromüberwachungssystem mit einem bidirektionalen stromsensor

Info

Publication number: DE602004001216T2
Application number: DE602004001216T
Authority: DE
Inventors: Jan Dikken; Ferry Nieuwhoff
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: CN1748150A; ATE330229T1; WO2004072663A1; EP1595151B1; EP1595151A1; JP4810631B2; DE602004001216D1; JP2006517666A; US7183756B1; CN100401075C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungs-Managementsystem mit
einem Leistungsgenerator,
der ein Versorgungssignal an eine Last
für einen potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor bereitstellt, der über eine erste Verbindung mit dem Leistungsgenerator und über eine zweite Verbindung mit der Last verbunden ist, um einen positiven Strom, der von dem Leistungsgenerator zu der Last fließt, und einen negativen Strom von der Last zu dem Leistungsgenerator zu detektieren.
Leistungs-Managementsysteme werden in der modernen Technologie weithin für verschiedene Zwecke wie Überwachung des Leistungsverbrauchs in einem elektrischen System, Verhindern von Überlastung usw. verwendet. An der Lastseite kann beispielsweise eine Batterie sein. Wenn es einen Lader gibt, wird die Batterie als Last betrachtet, aber wenn es keinen Lader gibt und die Batterie irgendwelches Zubehör versorgen muss, dann ist die Batterie der Leistungsgenerator. So ist es von der Anwendung und der Situation abhängig, auf welcher Seite der Leistungsgenerator ist und auf welcher Seite die Last ist.
US-A-6.150.797 beschreibt eine Auflade- und Entlade-Steuereinheit mit einem Strom-detektierenden Element mit einem einstellbaren Widerstandswert, der gemäß dem Wert eines dadurch fließenden Stroms variiert wird.
US-B1-6.215.338 beschreibt eine Überwachung niedriger Ströme durch einen D-MOS-Treiber, d.h. ein Überwachungssystem einer Ausgangsstufe eines Leistungsverstärkers. Eine Feedback-Schaltung reagiert auf eine an ein Gate des DMOS-Leistungstransistors angelegte Spannung, um den Minimalwert zu limitieren, auf den die Drain-Source-Spannung abfallen kann, um sie ausreichend hoch zu halten und eine zuverlässige Überwachung des Stroms durch den Leistungstransistor auch bei relativ niedrigen Pegeln zu erlauben. Dies wird durch Erhöhen des Durchlasswiderstands des Leistungstransistors bei kleinen Strompegeln durchgeführt. Man beobachtet, dass die Source des DMOS-Transistors an einen Referenzanschluss angeschlossen ist, d.h. sie ist geerdet. Außerdem gibt es kein Anzeichen für einen inversen Strom durch den Transistor. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass es in Anwendungen wie Batterieladen wünschenswert ist, einen potenzialfreien Strom zu überwachen, d.h. nicht auf einen Referenzanschluss als Masse bezogen, wobei der Strom entweder von einer Quelle zu einer Last oder umgekehrt zirkuliert. Die Lösung, die von dem Stand der Technik bereitgestellt wird, könnte deshalb mit den nötigen Abänderungen nicht auf ein Leistungs-Managementsystem für einen potenzialfreien Strom angewendet werden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine preiswerte Lösung für das oben erwähnte Problem zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird dies in einem im ersten Kapitel beschriebenen System erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der potenzialfreie steuerbare bidirektionale Stromsensor durch einen Strom-Managementblock, der an einen Steueranschluss des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors gekoppelt ist, gesteuert wird, um einen äquivalenten Widerstandswert zwischen dem ersten Anschluss 10 und dem zweiten Anschluss 20 zu steuern, um einen ersten Strom, der proportional zu dem positiven Strom ist, und einen zweiten Strom, der proportional zu dem negativen Strom ist, bereitzustellen. Der potenzialfreie steuerbare bidirektionale Stromsensor kann ein MOS-Transistor sein, dessen Drain-Source-Widerstand (Rds) durch eine Gate-Source-Spannung gesteuert wird. Der Strom-Managementblock steuert die Gate-Spannung derart, dass der Rds des Transistors bei niedrigen Drain-Source-Strömen erhöht wird. Durch einen höheren Rds bei niedrigen Strömen wird mehr Spannungsabfall über dem potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor erzeugt, was die Stromrichtungsdetektion durch z.B. einen Komparator viel leichter macht. 3 zeigt den Unterschied zwischen der ursprünglichen und der neuen Steuerkennlinie des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors. Bei niedrigeren Strömen beginnt der Strom-Managementblock aktiv zu werden und steuert die gesteuerten Anschlüsse des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors derart, dass eine Spannung zwischen der zweiten Verbindung und der ersten Verbindung mindestens gleich Vreg ist.
Auf diese Weise ist es möglich, den Rds des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors zu erhöhen. Bei höheren Strömen kann der Strom-Managementblock die Spannung zwischen der zweiten Verbindung und der ersten Verbindung im Wesentlichen nicht gleich Vreg machen, sodass der Rds gleich dem Rdson des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors ist. Rdson ist gleich dem Wider stand des MOS-Transistors, wenn er völlig eingeschaltet ist. Dies stimmt, wenn Ids > Vreg/Rdson oder Ids < –Vreg/Rdson. Wenn die Spannung zwischen der zweiten Verbindung und der ersten Verbindung um null herum ist, wird der Steueranschluss des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors derartig geklemmt, dass der Rds einen konstanten Wert hat, wesentlich höher als Rdson, der typisch Bruchteile von Ohm beträgt, beispielsweise Rds_(geklemmt) = 40Ω. Der Bereich, wo der potenzialfreie steuerbare bidirektionale Stromsensor einen konstanten Rds hat, geht von [–Ids = Vreg/Rds_(geklemmt)] bis [+Ids = Vreg/Rds_(geklemmt)]. Also können drei verschiedene Betriebsbereiche unterschieden werden, wie in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Der Strom-Managementblock erzeugt einen ersten Strom, der proportional zu dem positiven Strom ist, und einen zweiten Strom, der proportional zu dem negativen Strom ist. Diese Ströme können weiter als Anzeige für den Zustand des Systems verwendet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das System außerdem einen differenziellen Komparator zum Vergleichen eines zu dem ersten Strom proportionalen Signals und eines Referenzsignals, um jedes Mal ein erstes Feedbacksignal an einen Ladecontroller zu erzeugen, wenn der positive Strom größer als ein vorher festgelegter Wert ist. Diese Einrichtung ist in jedem Leistungs-Managementsystem notwendig, um jegliche Beschädigung, die durch einen erhöhten Leistungsbedarf der Last bestimmt ist, zu verhindern. Der Regler bestimmt eine Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Leistungsgenerator und der Last z.B. durch Bereitstellen eines Signals OFF an den Strom-Managementblock. Diese Einrichtung ist beispielsweise nützlich, wenn die Batterie schon zu weit aufgeladen ist.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Leistungs-Managementsystem außerdem einen differenziellen Komparator, der an die erste Verbin dung und die zweite Verbindung gekoppelt ist und ein inverses Stromsignal an einen Ladecontroller liefert, um, abhängig von dem Zustand des Systems, zu verhindern, dass inverse Ströme von der Last zu dem Leistungsgenerator fließen, oder um Ladestrom von dem Leistungsgenerator zu der Last zu verhindern.
Wenn die Batterie überladen ist, ist es wünschenswert, Ladestrom zu verhindern, und wenn sie überentladen ist, ist es wünschenswert, umgekehrte oder Entladeströme zu verhindern.
Diese Einrichtung ist beispielsweise nützlich, wenn die Batterie zu sehr entladen ist. Es sollte beachtet werden, dass die oben erwähnten inversen Ströme relativ niedrige Werte haben können, und deshalb macht ein relativ hoher Wert von Rds zwischen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung Detektion von relativ geringen inversen Strömen möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Strom-Managementblock einen zwischen die erste Verbindung und einen nicht-invertierenden Eingang eines ersten Differenzverstärkers gekoppelten ersten Richtungsdetektor. Ein Strom durch einen ersten, an den Ausgang des ersten Differenzverstärkers gekoppelten Stromgenerator ist proportional zu dem positiven Strom.
Der Strom-Managementblock umfasst außerdem einen zwischen die zweite Verbindung und einen nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers gekoppelten zweiten Richtungsdetektor. Ein Strom durch einen zweiten, an den Ausgang des zweiten Differenzverstärkers gekoppelten Stromgenerator ist proportional zu dem negativen Strom. Der Strom-Managementblock umfasst außerdem eine Klemmschaltung zum Klemmen des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors, wenn entweder der positive Strom (pos) oder der negative Strom (neg) einen relativ niedrigen Wert hat. Der Strom-Managementblock umfasst einen an die Klemmschaltung gekoppelten Regler zum Regeln der positiven Ströme und der negativen Ströme des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors. Die Richtungsdetektoren können z.B. MOS-Transistoren sein, die eine wesentlich kleinere Fläche haben als die MOS-Transistoren, die als potenzialfreier steuerbaren bidirektionaler Stromsensor verwendet werden, um eine von den Richtungsdetektoren verbrauchte Leistung zu minimieren. Differenzverstärker stellen ein im Wesentlichen gleiches Potenzial für die Sources der Transistoren bereit, d.h. ein gemeinsames potenzialfreies Potenzial. Die Verstärker steuern entsprechende Stromquellen, die Ströme bereitstellen, die proportional entweder zu dem positiven Strom oder dem negativen Strom sind, wobei der Regler den On-Widerstand Rds des sind, wobei der Regler den On-Widerstand Rds des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors bei niedrigen Strömen steuert, dabei für Ströme um null herum Rds auf einem fast konstanten hohen Wert hält.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Leistungs-Managementsystems;
2 einen Strom-Managementblock gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
3 ein Diagramm der VDS eines MOS-Transistors, der als potenzialfreier steuerbarer bidirektionaler Stromsensor verwendet wird, als Funktion des Stroms.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Leistungs-Managementsystems. Das Leistungs-Managementsystem 100 umfasst einen Leistungsgenerator 1, der ein Versorgungssignal Vchg an eine Last 2 liefert. Das System umfasst außerdem einen potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor N1, der als ein MOS-Transistor gezeigt wird. Der Transistor N1 ist über eine erste Verbindung 10 mit dem Leistungsgenerator 1 und über eine zweite Verbindung 20 mit der Last 2 verbunden. Der Transistor N1 detektiert einen positiven Strom pos, der von dem Leistungsgenerator 1 zu der Last 2 fließt, und einen negativen Strom von der Last 2 zu dem Leistungsgenerator 1. Der MOS-Transistor N1 wird zum Steuern eines äquivalenten Widerstandswertes zwischen der ersten Verbindung 10 und der zweiten Verbindung 20 von einem Strom-Managementblock 3 gesteuert, der an einen Steueranschluss, z.B. das Gate G des MOS-Transistors N1, gekoppelt ist.
Der Strom-Managementblock 3 liefert einen ersten Strom Ipos, der proportional zu dem positiven Strom pos ist, und einen zweiten Strom Ineg, der zu dem negativen Strom neg proportional ist. Ein Drain-Source-Widerstand Rds des Transistors N1 wird durch eine Gate-Source-Spannung gesteuert. Der Strom-Managementblock 3 steuert die Gate-Spannung derart, dass der Rds des MOS-Transistors N1 bei niedrigen Drain-Source-Strömen erhöht wird. Durch einen höheren Rds bei niedrigen Strömen gibt es einen höheren Spannungsabfall über Transistor N1, d.h. seine Drain-Source-Spannung nimmt zu, was die Stromrichtungsdetektion durch z.B. einen Komparator viel leichter macht. 3 zeigt den Unterschied zwischen der ursprünglichen und der neuen Steuerkennlinie des Transistors N1. Bei niedrigeren Strömen beginnt der Strom-Managementblock 3 aktiv zu werden und steuert den gesteuerten Anschluss G des Transistors N1 derart, dass eine Spannung zwischen der zweiten Verbindung 20 und der ersten Verbindung 10 mindesten gleich Vreg ist. Vreg ist eine günstige Drain-Source-Spannung, für die der Drain-Source-Widerstand Rds ausreichend hoch ist, wenn niedrige Ströme durch den Transistor N1 fließen. Auf diese Weise ist es möglich, den Rds des Transistors N1 zu erhöhen. Erhöhen des Rds ist erlaubt, weil bei niedrigen Strömen der Leistungsverlust von N1 nicht sehr beeinflusst wird. Bei höheren Strömen kann der Strom-Managementblock 3 die Spannung zwischen der zweiten Verbindung 20 und der ersten Verbindung 10 im Wesentlichen nicht gleich Vreg machen, sodass der Rds gleich dem Rdson des Transistors N1 ist. Dies stimmt, wenn Ids > Vreg/Rdsnn oder Ids < –Vreg/Rdson. Wenn die Spannung zwischen der zweiten Verbindung 20 und der ersten Verbindung 10 um null herum ist, wird der Steueranschluss G des Transistors N1 derartig geklemmt, dass der Rds einen konstanten Wert hat, wesentlich höher als Rdson, der typisch Bruchteile von Ohm beträgt, beispielsweise Rds_(geklemmt) = 40Ω. Der Bereich, wo der potenzialfreie steuerbare bidirektionale Stromsensor einen konstanten Rds hat, geht von [–Ids = Vreg/Rds_(geklemmt)] bis [+Ids = Vreg/Rds_(geklemmt)]. Also werden drei verschiedene Betriebsbereiche sichtbar gemacht, wie in Tabelle 1 gezeigt.
Die Schaltung kann für ein „Ladezustands-System" verwendet werden, das anzeigt, wie viel Energie in einer Batterie übrig ist, wenn die Last 2 eine Batterie ist. Wenn der Strom Ipos zunimmt, wird der Spannungsabfall über Rpos erhöht. Dasselbe geschieht für negative Ströme Ineg, d.h. der Spannungsabfall über Rneg nimmt zu, wenn Ineg zunimmt. Ein Analog/Digital-Wandler (ADC) 5, der beispielsweise bei 8 kHz abtastet, wandelt eine Differenz zwischen den Spannungsabfällen über Rpos und Rneg in ein binäres Signal um. Das binäre Signal wird in ein sogenanntes „Buchhaltungssystem" 6 eingeführt, das berechnet, wie viel Energie in der Batterie übrig ist. Wenn ein positiver Strom gemessen wird (die Batterie wird aufgeladen), wird ein Wert eines Registers in dem Buchführungssystem 6 proportional zu dem Strom durch Transistor N1 erhöht. Wenn Energie von der Batterie geliefert wird, d.h. der Strom durch den Transistor negativ ist, geschieht das Gegenteil, d.h. der Wert des Registers des Buchhaltungssystems 6 wird proportional zu dem Strom durch Transistor N1 verringert.
Das System 100 umfasst außerdem einen differenziellen Komparator C1 mit einem invertierenden Eingang, der ein Signal proportional zu dem ersten Strom Ipos emp fängt, und einem nicht-invertierenden Eingang, der ein Referenzsignal Vref empfängt. Der differenzielle Komparator C1 erzeugt ein erstes Feedbacksignal Curlim1 an einen Ladecontroller 4, wann immer der positive Strom größer als ein vorher festgelegter Wert ist. Der positive Strom Ipos ist proportional zu dem positiven Strom pos, der durch den Transistor N1 fließt. Wenn Ipos zunimmt, nimmt auch der Spannungsabfall über Rpos zu. Die Spannung über Rpos wird mit einer Bandabstands-Referenzspannung Vref verglichen. Wenn diese Spannung die Bandabstands-Spannung übersteigt, ist die Stromgrenze erreicht und das erste Feedbacksignal Curlim1 wird HIGH. Der Ladecontroller 4 des Systems 100 wird auf dieses Ereignis hin aktiv und schaltet den Transistor N1 ab und bestimmt aus Sicherheitsgründen ein STOP des Aufladens der Batterie. Der Pegel, an dem die Stromgrenze detektiert wird, hängt von Rpos als Ipos*Rpos ab und kann deshalb durch Ändern des Werts des Widerstands Rpos modifiziert werden. Es sei verstanden, dass alternativ mehrere Strombegrenzer anstatt des Stromschutzs wie oben beschrieben verwendet werden können. In dieser Situation ist C1 ein Differenzverstärker, der einen Stromgenerator treibt, der direkt das Gate von N1 steuert. Also wird der Strom limitiert und es findet kein Abschalten statt.
In Batterieladeanwendungen wird, wenn die Batteriespannung unter einem bestimmten, vorher festgelegten Pegel liegt, um die Lebensdauer der Batterie zu erhalten, die Batterie mit einem sogenannten Vorladestrom, der relativ niedrig ist, typisch in der Größenordnung von 100 mA, aufgeladen. In diesem Fall wird der Regler verwendet, die Genauigkeit des Vorladestroms zu erhöhen.
Außerdem kann die Ladestromgrenze mithilfe eines externen Widerstands, der an Masse angeschlossen ist, einstellbar sein. Der Strom, der durch diesen Widerstand fließt, ist der gleiche Strom, der durch einen der (Strom-) Richtungsdetektoren fließt, sodass die Spannung über diesen Widerstand ein Maß für den positiven Strom ist, der durch den potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor fließt. Dank des Reglers gibt es eine genaue lineare Beziehung zwischen diesen Strömen auch bei sehr geringen Strömen. Dies ist das selbe wie mit Rpos oben, aber hier verwenden wir den Widerstand auch zum Einstellen der Stromgrenze.
Das System 100 umfasst außerdem einen differenziellen Komparator C3 zum Vergleichen eines Signals, das proportional zu dem zweiten Strom Ineg ist, mit einem Referenzsignal Vref, um immer dann ein zweites Feedbacksignal Curlim2 an den Ladecontroller zu erzeugen, wenn der negative Strom neg größer als ein vorher festgelegter Wert ist. Der Komparator C3 arbeitet ähnlich wie Komparator C1 und alle die in dem vorherigen Kapitel präsentierten entsprechenden Aspekte gelten mit den nötigen Abänderungen für C3.
Das System 100 umfasst außerdem einen differenziellen Komparator C2, der an die erste Verbindung und an die zweite Verbindung gekoppelt ist und ein inverses Stromsignal Chgload an den Ladecontroller 4 liefert, um zu verhindern, dass inverse Ströme von der Last 2 zu dem Leistungsgenerator 1 fließen. Diese Lösung ist erfolgreich auf Silizium implementiert und kann in jede Technologie transferiert werden. Die Schaltung wird aus Sicherheitsgründen verwendet, um zu verhindern, dass Strom von der Batterie 2 zu dem Lader fließt, d.h. den Strom durch N1 in neg-Richtung. Wenn der zweite Komparator C2 einen Strom von der Batterie 2 zu dem Leistungsgenerator 1 detektiert, liefert der zweite Komparator C2 das inverse Stromsignal Chgload an den Ladecontroller 4 und der Ladecontroller 4 erzeugt ein OFF-Signal, das den Transistor N1 sperrt. Es sei hier erwähnt, dass die Komparatoren C1 und C2 verwendet werden können, weil der Widerstand Rds des Transistors N1 bei relativ niedrigen positiven pos und negativen neg Strömen erhöht wird. Dieses Merkmal verringert die Abhängigkeit des Schwellenpegels von der technologischen Streuung der Komparatoren C1 und C2. Der Ausgang von Komparator C2 kann auch als ein Richtungsanzeiger betrachtet werden und als solcher verwendet werden, so auch um Strom in der anderen Richtung zu verhindern, sollte dies notwendig sein. Um sicher zu sein, dass Komparator C2 nie eine positive Stromrichtung im Fall negativer Ströme anzeigt, egal wie klein, muss ihm eine gewisse Vorspannung gegeben werden, die ein wenig größer ist als die Offsetspannung. Dies lässt kleine positive Ströme undetektiert. So verringert ein Erhöhen von R_clamped die Größe der Ströme, die undetektiert sind.
2 zeigt einen Strom-Managementblock gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Strom-Managementblock 3 umfasst einen ersten Richtungsdetektor N6, der als MOS-Transistor implementiert ist, der zwischen die erste Verbindung 10 und einen nicht-invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers A1 gekoppelt ist. Ein Strom Ipos durch einen ersten Stromgenerator N10, der ein an einen Ausgang des ersten Differenzverstärkers A1 gekoppelter MOS-Transistor ist, ist proportional zu dem positiven Strom pos. Transistor N6 hat eine geringere Fläche als Transistor N1. Ein Strom durch Transistor N6 ist proportional zu dem Strom durch N1, weil sie eine gemeinsame Gate-Verbindung, eine gemeinsame Drain-Verbindung haben und ihre Sources mit zwei verschiedenen Punkten mit gleichem Potenzial verbunden sind, d.h. mit den Eingängen des ersten Differenzver stärkers A1. Der Strom-Managementblock 3 umfasst außerdem einen zweiten Richtungsdetektor N5, der ein MOS-Transistor mit einer geringeren Fläche als der des Transistors N1 ist und zwischen die zweite Verbindung 20 und einen nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers A2 gekoppelt ist. Ein Strom Ineg durch einen zweiten Stromgenerator N7, der ein an einen Ausgang des zweiten Differenzverstärkers A2 gekoppelter MOS-Transistor ist, ist proportional zu dem negativen Strom neg. Die obigen Überlegungen können mit den nötigen Abänderungen auf Verstärker A2 und die Transistoren N5 und N7 angewendet werden.
Der Strom-Managementblock 3 umfasst eine Klemmschaltung P1, P2, N2, I1 zum Klemmen des Transistors, wenn entweder der positive Strom pos oder der negative Strom neg einen relativ niedrigen Wert haben. Der Strom-Managementblock 3 umfasst außerdem einen an die Klemmschaltung P1, P2, N2, I1 gekoppelten Regler A3, A4, V1, V2, N3, N4, CP zum Regeln der Drain-Source-Spannung des Transistors N1 auf Vref im Fall niedrigerer Ströme.
Ein dritter Verstärker A3 ist für das Regeln des Transistors N1 verantwortlich, wenn ein positiver Strom pos durch ihn fließt. Ein vierter Verstärker A4 reguliert N1, wenn negative Ströme neg durch N1 fließen. Für Ströme um null herum wird das Gate G von N1 durch die von den Transistoren P1, P2, N2 und die Stromquelle I1 gebildete Klemmschaltung geklemmt.
Diese Topologie kann mit anderen Transistorarten implementiert werden, andere Polaritäten können auch zu dieser Funktion führen.
Es sei hier bemerkt, dass die Widerstände zwischen der Source von N8, N9 und Masse angeschlossen werden können. Folglich werden die Sources von N7 und N10 auch über Widerstände an Masse gekoppelt.
Vorzugsweise hat der dritte Verstärker A3 ein begrenztes Stromabgabevermögen, was auch durch Verwenden eines zwischen den Ausgang des dritten Verstärkers A3 und dem Gate des Transistors N3 gekoppelten Widerstands implementiert werden kann.
Außerdem kann eine Reihenschaltung mit einem Widerstand und einem Kondensator zwischen den Gate- und Drain-Anschlüssen von Transistor N4 die Stabilität der Schaltung stabilisieren.
Es sei bemerkt, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist. Ebenso wenig beschränken die Bezugszeichen in den Ansprüchen den Schutzumfang der Erfindung. Die Verwendung des Wortes "umfassen" schließt das Vorhandensein von anderen als in den Ansprüchen erwähnten Elementen nicht aus. Die Verwendung des Wortes "ein" oder "eine" vor einem Element schließt das Vorhandensein einer Vielzahl derartiger Elemente nicht aus. Mittel, die einen Teil der Erfindung bilden, können sowohl in der Form zugeordneter Hardware als auch in der Form eines programmierten zweckentsprechenden Prozessors implementiert werden. Die Erfindung wohnt jedem neuen Merkmal oder jeder Kombination von Merkmalen gemäß den anhängenden Ansprüchen inne.

Claims

Leistungs-Managementsystem (100) das Folgendes umfasst: einen Leistungsgenerator (1) zum Bereitstellen eines Versorgungssignals (Vchg) an eine Last (2), einen potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor (N1), der über eine erste Verbindung (10) mit dem Leistungsgenerator und über eine zweite Verbindung (20) mit der Last (2) verbunden ist, um einen positiven Strom (pos), der von dem Leistungsgenerator (1) zu der Last (2) fließt, und einen negativen Strom (neg) von der Last (2) zu dem Leistungsgenerator (1) zu detektieren, und einen Strom-Managementblock (3), der an einen Steueranschluss (G) des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors (N1) und die erste und die zweite Verbindung (10, 20) angeschlossen ist, um einen äquivalenten Widerstandswert zwischen der ersten Verbindung (10) und der zweiten Verbindung (20) zu steuern, um einen ersten Strom (Ipos), der proportional zu dem positiven Strom (pos) ist, bereitzustellen, und einen zweiten Strom (Ineg), der proportional zu dem negativen Strom (neg) ist, bereitzustellen.
System (100) nach Anspruch 1, das außerdem einen differenziellen Komparator (C1) zum Vergleichen eines zu dem ersten Strom (Ipos) proportionalen Signals und eines Referenzsignals (Vref) umfasst, um immer, wenn der positive Strom (pos) größer als ein vorher festgelegter Wert ist, ein erstes Feedbacksignal (Curlim1) an einen Ladecontroller (4) zu erzeugen.
System (100) nach Anspruch 1, das außerdem einen differenziellen Komparator (C3) zum Vergleichen eines zu dem zweiten Strom (Ineg) proportionalen Signals und eines Referenzsignals (Vref) umfasst, um immer wenn der negative Strom (neg) größer als ein vorher festgelegter Wert ist, ein zweites Feedbacksignal (Curlim2) an einen Ladecontroller (4) zu erzeugen.
System (100) nach Anspruch 1, das außerdem einen Komparator (C2) umfasst, der an die erste Verbindung (10) und die zweite Verbindung (20) gekoppelt ist und ein inverses Stromsignal (Chgload) an einen Ladecontroller (4) liefert, um, abhängig von dem Zustand des Systems, zu verhindern, dass inverse Ströme von der Last (2) zu dem Leistungsgenerator (1) fließen, oder um Ladestrom von dem Leistungsgenerator (1) zu der Last (2) zu verhindern.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Strom-Managementblock (3) einen zwischen die erste Verbindung (10) und einen nicht-invertierenden Eingang eines ersten Differenzverstärkers (A1) gekoppelten ersten Richtungsdetektor (N6) umfasst, wobei ein Strom (Ipos) durch einen an den Ausgang des ersten Differenzverstärkers (A1) gekoppelten ersten Stromgenerator (N10) proportional zu dem positiven Strom (pos) ist.
System nach Anspruch 4, in dem der Strom-Managementblock (3) außerdem einen zwischen die zweite Verbindung (20) und einen nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Differenzverstärkers (A2) gekoppelten zweiten Richtungsdetektor (N5) umfasst, wobei ein Strom (Ineg) durch einen an den Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (A2) gekoppelten zweiten Stromgenerator (N7) proportional zu dem negativen Strom (neg) ist.
System nach Anspruch 1, in dem der Strom-Managementblock (3) eine Klemmschaltung (P1, P2, N2, I1) zum Klemmen des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors (N1), wenn entweder der positive Strom (pos) oder der negative Strom (neg) einen relativ niedrigen Wert hat, umfasst.
System (100) nach Anspruch 1, in dem der Strom-Managementblock (3) einen an die Klemmschaltung (P1, P2, N2, I1) gekoppelten Regler (A3, A4, V1, V2, N3, N4, CP) zum Regeln der Drain-Source-Spannung Vds des potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensors (N1) umfasst.