JP2021526000A - バッテリ充電器 - Google Patents

Abstract

記載の例において、バッテリ充電器（１００）が、チャージ制御信号及びチャージイネーブル信号に基づいてバッテリ（１０２）に提供されるチャージ信号を設定するように構成される、バッテリ電力レギュレータ（１０６）を含む。バッテリ充電器（１００）は、チャージ制御信号をバッテリ電力レギュレータ（１０６）に提供するように構成されるコントローラ（１０４）も含む。コントローラ（１０４）は、チャージ制御信号における変更が必要である旨の判定に応答して、所定時間の間チャージイネーブル信号を一時的にアサート解除するようにも構成される。コントローラ（１０４）は、所定時間の後、チャージイネーブル信号を再アサートするように更に構成される。

Description

本願は一般に電子回路要素に関し、より具体的には、バッテリを充電するためのシステム及び方法に関する。

バッテリ充電器又は再充電器とは、バッテリを介して電流を流すことによって、エネルギーをバッテリ内に投入するために用いられるデバイスである。バッテリの充電プロトコルは、電圧及び／又は電流のレベル、持続時間、並びに、充電が完了したときに実行される動作を示す。バッテリの充電プロトコルは、充電されているバッテリのサイズ及びタイプに依存する。或るタイプのバッテリは、過充電（例えば、バッテリがフル充電された後も引き続き充電すること）に対する高い耐性を有し、定電圧源又は定電流源への接続を介して再充電可能である。いくつかのバッテリ充電器は、およそ充電が完了したとき、なんらかの固定時間に充電電流を切断するためのタイマを採用する。他のバッテリタイプは、過充電、損傷（低減容量、低減寿命）、加熱、或いは破裂に耐えることができない。したがって、こうしたバッテリタイプのための充電器は、充電電流及び電圧を安全に調節し、充電の状態を判定し、充電の終わりに切断するための、温度及び／又は電圧感知回路、及びマイクロプロセッサコントローラを含む。

電気工学において、スパイクは、電気回路において、電圧（電圧スパイク）、電流（電流スパイク）、又は伝達エネルギー（エネルギースパイク）における高速で短い持続時間の電気的過渡事象である。こうしたスパイクの間の過度の電流は、電子デバイスを破壊し得るか又は極度に減衰させ得る。

第１の例において、バッテリ充電器が、チャージ制御信号及びチャージイネーブル信号に基づいてバッテリに提供されるチャージ信号を設定するように構成されるバッテリ電力レギュレータを含む。バッテリ充電器は、チャージ制御信号をバッテリ電力レギュレータに提供するように構成され、また、チャージ制御信号において変更が必要である旨の判定に応答して、所定時間の間チャージイネーブル信号を一時的にアサート解除するように構成されるコントローラを含む。また、コントローラは、所定時間の後、チャージイネーブル信号を再アサートするように構成される。

第２の例において、システムが、バッテリを充電するための電力を提供するように構成される電力レギュレータを含む。システムは、バッテリを充電するための電力を受け取るように構成され、また、チャージ制御信号及びチャージイネーブル信号に基づいてバッテリに提供されるチャージ信号を設定するように構成される、バッテリ電力レギュレータも含む。システムは更にコントローラを含み、コントローラは、コントローラにおいて受信されたチャージコマンド信号に基づいて、チャージ制御信号をバッテリ電力レギュレータに提供するように構成される。また、コントローラは、チャージ制御信号における変更を命じるチャージコマンド信号に応答して、所定時間の間チャージイネーブル信号を一時的にアサート解除するように構成される。チャージイネーブル信号のアサート解除は、バッテリ電力レギュレータにチャージ信号をディセーブルさせる。コントローラは更に、チャージコマンド信号における変更に基づいてチャージ制御信号を変更するように、また、所定時間の後チャージイネーブル信号を再アサートするように構成される。再アサートは、バッテリ電力レギュレータにチャージ信号を再イネーブルさせる。

第３の例において、バッテリを充電するための或る方法が、チャージ制御信号とチャージイネーブル信号のアサートとに基づいて、バッテリ電力レギュレータによって第１のチャージ信号をバッテリに印加することを含む。また、この方法は、コントローラによって、チャージ制御信号を変更すべきであると判定すること、及び、その判定に基づき、コントローラによってチャージイネーブル信号をアサート解除し、それによってバッテリ電力レギュレータに第１のチャージ信号をディセーブルさせることを含む。この方法は更に、アサート解除に応答して、コントローラによってチャージ制御信号を変更すること、及び、変更後所定時間に、コントローラによってチャージイネーブル信号を再アサートすることを含む。この方法はまた、変更されたチャージ制御信号とチャージイネーブル信号の再アサートとに基づいて、バッテリ電力レギュレータによって、第２のチャージ信号をバッテリに印加することを更に含む。

バッテリを充電するためのシステムの一例の図である。

チャージイネーブル信号、データ信号、チャージ信号、バッテリ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲートソース間電圧、及びいくつかのバッテリＦＥＴ区画を、時間の関数としてプロットするグラフを図示する。

バッテリを充電するためのシステムの別の例の図である。

チャージイネーブル信号、データ信号、及びチャージ信号の電流を、時間の関数としてプロットするグラフを図示する。

チャージイネーブル信号、データ信号、チャージ信号の電流、及びチャージ信号の電圧を、時間の関数としてプロットするグラフを図示する。

バッテリ電力レギュレータの回路図である。

バッテリ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）制御の回路図である。

バッテリを充電するための例示の方法のフローチャートである。

バッテリを充電するための例示のシステムの状態図である。

バッテリを充電するデバイスの図である。

バッテリを充電するための別の例示の方法のフローチャートである。

本記載は、バッテリを充電するためのシステム及び方法に関する。いくつかの例において、バッテリ電界効果トランジスタが、チャージ制御信号とコントローラによって提供されるチャージイネーブル信号のアサートとに基づいて、チャージ信号をバッテリに印加する。チャージ制御信号及びチャージイネーブル信号は、外部システムから提供されるチャージコマンド信号に基づくか、又は、コントローラの内部論理に基づく。また、コントローラは、チャージ制御信号を変更すべきである旨を判定する。判定は、外部システムから提供されるチャージコマンド信号における変更に基づいて行われる。

いくつかのバッテリ充電システムにおいて、コントローラは制御信号を突然変更し、これがバッテリ電力レギュレータの内部論理を変更する。制御信号におけるこの急激な変更は、チャージ信号の電流において過渡スパイクを生じさせる。この過渡スパイクはバッテリの安全閾値を超えるため、過渡スパイクはバッテリの寿命を短くする。したがって、チャージ信号の電流における過渡スパイクは対処を必要とする問題である。

チャージ信号の電流において前述の過渡スパイクを生じさせる、制御信号における急激な変更に関連する問題の解決策として、コントローラは、チャージ制御信号を変更する前にチャージイネーブル信号を一時的にアサート解除する。より具体的に言えば、チャージ制御信号を変更すべきである旨をコントローラが判定する状況において、コントローラは、所定時間の間（例えば、約１０マイクロ秒（μｓ）から約５００ミリ秒（ｍｓ））チャージイネーブル信号を一時的にアサート解除し、それによってバッテリ電力レギュレータにチャージ信号の電流を０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）まで減少させる。チャージイネーブル信号をアサート解除した後、約１μｓから約１ｍｓ、コントローラはチャージ制御信号を変更し、それによって、変更されたチャージ制御信号を所定時間の間出力するためにバッテリ電力レギュレータに内部回路要素（例えば、スイッチ）を調節させる。したがって、チャージ信号のアサート解除はチャージ制御信号に対する変更につながる。所定時間の後、コントローラはチャージイネーブル信号を再アサートする。これに応答して、バッテリ電力レギュレータは、変更されたチャージ制御信号に基づいて、変更されたチャージ信号をバッテリに印加する。このようにして、バッテリに印加されるチャージ信号は、コントローラがチャージ制御信号を変更する前、変更する間、及び変更した後、安全閾値又は安全閾値より下にとどまる。したがって、バッテリ電力レギュレータにおける内部回路要素に対する調節における変更に起因して、チャージ信号における過渡スパイクは削減及び／又はなくされる。

図１は、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥの電流における前述の過渡スパイクを回避する、バッテリ１０２を充電するためのシステム１００のブロック図である。いくつかの例において、システム１００はバッテリ充電器を表す。システム１００は、いくつかの例において、集積回路（ＩＣ）チップ、又は回路基板上に搭載される共働して動作する複数のＩＣチップとして実装される。一例として、システム１００は、スマートフォンなどのモバイルデバイス上に実装される。別の例として、システム１００は、バッテリ駆動のモノのインターネット（ＩｏＴ）デバイス上に実装される。しかしながら、システム１００は、代替として、バッテリを充電する任意のシステムにおいて利用可能である。

いくつかの例において、システム１００は、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬをバッテリ電力レギュレータ１０６に提供するコントローラ１０４を含む。本明細書で説明するように、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬは、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥの電流及び／又は電圧がバッテリ電力レギュレータ１０６によるバッテリ１０２への出力として制御する。いくつかの例において、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬは、マルチビットワード信号などのデジタル信号である。他の例において、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬはアナログ信号である。コントローラ１０４は、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥもバッテリ電力レギュレータ１０６に提供する。バッテリ電力レギュレータ１０６は、電源１０８（例えば、調整電源）から電力信号ＰＯＷＥＲを受信し、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ及びチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥに基づいて変動するチャージ信号ＣＨＡＲＧＥを提供する。

いくつかの例において、コントローラ１０４は、バッテリ１０２によって電力供給されるシステム上で動作するマイクロコントローラ又は汎用処理ユニットなどの外部ソースから、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤを受信する。こうした状況において、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤは、チャージのレベル及び／又はバッテリ１０２のためのチャージのレベルを識別するデータを含む。この構成において、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬは、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤの関数として変動する。他の例において、コントローラ１０４は、任意の外部ソースからの入力なしにチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを生成する。

図２は、図１のシステム１００によって対処される問題を例示するグラフ１５０の一例を図示する。グラフ１５０は、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴ、データ信号ＤＡＴＡ、及びチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥを、時間の関数としてプロットする。またグラフ１５０は、バッテリＦＥＴのゲートソース間Ｖ_ＧＳ ｏｆ ＢＡＴＦＥＴ(例えば、チャージ信号をバッテリに供給するゲートソース間トランジスタ)もプロットする。時間ｔ_１において図示されるように、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサートは、データ信号ＤＡＴＡに埋め込まれる第１のチャージ信号値に基づいて、バッテリ電力レギュレータに第１のチャージレベルにおいてチャージ信号をバッテリに提供させる。また、１５２において示されるように、データ信号ＤＡＴＡは第１のチャージ信号値から第２のチャージ信号値に変化する。

データ信号ＤＡＴＡにおける変化に応答して、１５２における第１のチャージ信号値から第２のチャージ信号値への変化は、１５４によって示されるように、時間ｔ_２において、バッテリＦＥＴ区画の数は、Ｎ数のバッテリＦＥＴ区画の数からＮ＋Ｍ数のバッテリＦＥＴ区画に変化し、Ｎ及びＭは１より大きいか又は１に等しい整数である。バッテリＦＥＴ区画の数における急激な変化は、バッテリＦＥＴのゲートソース間Ｖ_ＧＳ ｏｆ ＢＡＴＦＥＴにおける過渡降下１５６に対応する。また、バッテリＦＥＴのゲートソース間Ｖ_ＧＳ ｏｆ ＢＡＴＦＥＴにおける過渡降下１５６は、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴにおける過渡スパイク１５８を生じさせる。チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴにおけるこの過渡スパイク１５８は、経時的にバッテリを損傷させる。したがって、過渡スパイク１５８は、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥの制御なしに発生する望ましくない問題である。特に、過渡スパイク１５８は、バッテリについての安全閾値１６０（例えば、バッテリを損傷させないレベル）を超える。また、チャージ信号値の遷移数が多いほど、スパイク１５８のインスタンス数は多くなり、バッテリの寿命を短くする。

図１を再度参照すると、図２において提示される問題（すなわち、過渡スパイク１５８）を解決するために、バッテリ電力レギュレータ１０６は、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥがアサートされる場合（例えば、システムの設計に応じて、アクティブハイ又はアクティブロー）、バッテリ電力レギュレータ１０６は、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬに基づいてチャージ信号ＣＨＡＲＧＥをバッテリ１０２に供給するように構成される。その逆に、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥがアサート解除される場合（例えば、アクティブロー又はアクティブハイ）、電流チャージ信号ＣＨＡＲＧＥが０Ａ又は０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）であるように、バッテリ電力レギュレータ１０６はバッテリ１０２のためにチャージ信号ＣＨＡＲＧＥをディセーブルする。

チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬが、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤにおける変化に応答するなどのチャージ信号ＣＨＡＲＧＥのレベル（電流及び／又は電圧）の変化を示すように変更されるべきである状況において、コントローラ１０４は、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥを調節するように構成される。また、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを変更する前に、コントローラ１０４は、所定時間（例えば、約１０μｓから約５００ｍｓ）の間チャージ信号ＣＨＡＲＧＥをディセーブルするために、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥを一時的にアサート解除する。チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート解除後、約１μｓから約１ｍｓ、コントローラ１０４はチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを変更する。言い方を変えれば、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート解除は、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬへの変更を未然に回避する。所定の時間量は、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤにおいて示される変更に関する遅延として実装され、所定の時間量はコントローラ１０４のタイマを用いて追跡される。チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのこの一時アサートは、これに対応してバッテリ電力レギュレータ１０６にチャージ信号ＣＨＡＲＧＥを一時的にディセーブルさせる。チャージ信号ＣＨＡＲＧＥを一時的にディセーブルする間、バッテリ電力レギュレータ１０６は、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬにおける変化に応答して内部電流フローを調節するために、内部回路要素（例えば、スイッチ）を調節し、また、内部電流フローに対するこうした変更は、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥの電流における過渡スパイクを回避させる。より具体的に言えば、本明細書で説明するように、内部電流フローの調節は、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥを供給するために用いられるトランジスタの区画を追加又は除去する。

コントローラ１０４がチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥを再アサートすると、バッテリ電力レギュレータ１０６はチャージ信号ＣＨＡＲＧＥを再活性化し、そのため、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥは、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬによって示されるレベルに調節される。したがって、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬにおける変更の前、変更の間、及び変更の後、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥの電流は、バッテリ１０２のための安全閾値又は安全閾値より下（例えば、バッテリ１０２を損傷させないレベル）にとどまる。このようにして、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬにおける変更に応答して、バッテリ電力レギュレータ１０６の内部回路要素を介した電流フローにおける変更に起因して、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥにおける過渡スパイクは削減及び／又はなくされる。したがって、こうした過渡スパイクからのバッテリ１０２への損傷は低減及び／又はなくされる。有利には、この説明は、バッテリ１０２のセルが満足のいく動作に失敗するまでに可能な充電／放電のサイクル数によって測定され得る、バッテリ１０２の寿命を延ばす解決策を導入する。

図３は、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥの電流における前述の過渡スパイクを回避する、バッテリ２０２を充電するためのシステム２００の別の例を図示する。システム２００は、ＩＣチップとして、又は回路基板上に搭載される共働して動作する複数のＩＣチップとして実装される。一例として、システム２００は、スマートフォンなどのモバイルデバイス上に実装される。別の例として、システム２００は、バッテリ駆動のＩｏＴデバイス上に実装される。しかしながら、システム２００は、バッテリによって電供給される任意のシステムにおいて利用可能である。

システム２００は、電源（例えば、図１の電源１０８）から電力信号を受信するために用いられ得る電力レギュレータ２０４を含む。いくつかの例において、電力レギュレータ２０４は、入力電圧端子２０５において直流（ＤＣ）電圧信号を電流制限モジュール２０６に提供する入力電圧レールＶＩＮを含む。入力電圧端子２０５は電源の出力ノードに結合される。電流制限モジュール２０６は、第１のｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＮＭＯＳ）２０８及び第２のＮＭＯＳ２１０によって形成される。より具体的に言えば、ＮＭＯＳ２０８のソースが入力電圧端子２０５に結合され、ＮＭＯＳ２０８及びＮＭＯＳ２１０のドレインが共に結合される。ＮＭＯＳ２０８及びＮＭＯＳ２１０のゲートは、電流制限コントローラ２１２に結合される。電流制限コントローラ２１２はアナログ制御ループとして実装される。電流制限コントローラ２１２は、電流制限モジュール２０６を介した電流フローを制限するために、ＮＭＯＳ２０８及びＮＭＯＳ２１０のゲートの電圧レベルを制御するようにプログラム／構成される。ＮＭＯＳ２１０のソースが、ノード２１６を介して中間点電力端子２１４に結合される。ノード２１６はバッテリ電力レギュレータ２２０に結合される。バッテリ電力レギュレータ２２０は、図１のバッテリ電力レギュレータ１０６を実装するために用いられる。

システム２００は、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ及びチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥをバッテリ電力レギュレータ２２０に提供するコントローラ２２４も含む。バッテリ電力レギュレータ２２０はデジタルコアプロセッサとして実装される。チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬはＭビットデジタル信号であり、Ｍは２より大きいか又は２に等しい整数である。

コントローラ２２４は、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ及びチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥを生成するための内部論理を含む。他の例において、コントローラ２２４は、プロセッサなどの外部ソースからチャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤを受信する。チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤは、外部ソースからの複数の個々の信号から形成されるコンポジット信号を表す。

チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤは、バッテリ２０２に提供されるチャージ信号ＣＨＡＲＧＥのレベルを特徴付けるデータ信号ＤＡＴＡを含む。いくつかの例において、データ信号ＤＡＴＡは、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥにおける電流のレベルを示す。他の例において、データ信号ＤＡＴＡはチャージ信号ＣＨＡＲＧＥにおける電圧のレベルを示す。データ信号ＤＡＴＡによって示されるチャージ信号ＣＨＡＲＧＥのレベルは、経時的に変更可能であり、データ信号ＤＡＴＡが、バッテリ２０２の状態に基づいて増加又は減少するチャージ信号ＣＨＡＲＧＥについての値を、コントローラ２２４に提供するようにする。例えば、データ信号ＤＡＴＡによって示されるチャージ信号ＣＨＡＲＧＥのレベルは、バッテリ２０２がほぼ完全に充電された状況において低減される。逆に、データ信号ＤＡＴＡによって示されるチャージ信号ＣＨＡＲＧＥのレベルは、バッテリが部分的に充電された後、プリチャージレベルから高速チャージレベルに引き上げられる。データ信号ＤＡＴＡは、Ｉ^２Ｃバスなどの標準バスを介して提供される。チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤは、検出されたバッテリ２０２の温度が閾値を超える事象においてアサートされる、温度センサスロットル信号ＴＳ ＴＨＲＯＴＴＬＥも含む。チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤは、バッテリの充電をチャージ前動作から高速チャージ動作に切り替えるためにアサートされる、チャージ遷移信号ＣＨＡＲＧＥ ＴＲＡＮＳＩＴＩＯＮも含む。

バッテリ電力レギュレータ２２０は、バッテリ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）制御２２８に提供されるチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬをデジタル信号からアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）２２６を含む。バッテリＦＥＴ制御２２８は、簡潔にするために単一のＦＥＴ２３０として図示されるＦＥＴのアレイを制御する、スイッチのネットワークとして実装される。したがって、バッテリＦＥＴ制御２２８は、単一のＦＥＴ２３０として図示されるＦＥＴのアレイの状態を制御する。また、バッテリ電力レギュレータ２２０は、バッテリ２０２の充電の状態が、バッテリ２０２がフル充電されたことを示す最大又は最大近くのレベルに達することに起因して、（アサートされた場合）チャージ信号ＣＨＡＲＧＥをディセーブルするように要求する、終了フィードバック信号ＴＥＲＭを提供する。

中間点電力端子２１４は、入力電圧レールＶＩＮが０より大きい状況において、およそ、入力電圧レールＶＩＮの電圧レベルから、電流制限モジュール２０６の電流Ｉ_ＩＬＩＭに電流制限モジュール２０６の抵抗Ｒ_ＩＬＩＭを掛けたものに等しい電流制限モジュール２０６の電圧降下を引いた、電圧レベルＰＭＩＤを有する。また、システム２００が、外部電力源からプラグを抜くか又は他の方式で切断された電子デバイス上で動作している状況、或いは、電源が故障している状況など、入力電圧レールＶＩＮが０Ｖに近い状況において、中間点電力端子２１４における電圧ＰＭＩＤは、バッテリ２０２の電圧Ｖ_ＢＡＴからトランジスタアレイ２３０の電圧降下を引いた電圧に、およそ等しい。こうした（入力電圧レールＶＩＮが０Ｖに近い）状況において、トランジスタアレイ２３０の電圧降下は、（トランジスタアレイ２３０における少なくとも一つがターンオンされるものと仮定して）バッテリの電流Ｉ_ＢＡＴに、トランジスタアレイ２３０のドレインソース抵抗Ｒ_{ＤＳＡＲＲＡＹ}を掛けたものに、およそ等しい。したがって、中間点電力端子における電圧ＰＭＩＤは、数式１によって提供される。

コントローラ２２４は、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤ及び終了信号ＴＥＲＭを検査して、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを生成する。チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬは、バッテリ電力レギュレータ２２０に、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥ（例えば、制御された電流及び／又は制御された電圧を伴う信号）をチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬによって示されるレベルにおいてバッテリ２０２へと出力させる。しかしながら、コントローラ２２４は、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥがアサート解除される場合、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥの電流がチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬとは関係なく、０Ａに近いレベル（例えば、＋／−０．００１Ａ）まで降下するように構成される。

コントローラ２２４は、データ信号ＤＡＴＡに基づいてチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを設定するように構成される。また、コントローラ２２４は、データ信号ＤＡＴＡへの変更に基づいて、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを調節するように構成される。また、コントローラ２２４は、温度センサスロットルＴＳ ＴＨＲＯＴＴＬＥ、チャージ遷移信号ＣＨＡＲＧＥ ＴＲＡＮＳＩＴＩＯＮ、及び／又は終了信号ＴＥＲＭに基づいて、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを調節するように構成される。このようにして、外部システムは、バッテリ２０２を再充電するために、ほぼいずれの再充電アルゴリズム及び／又はプロトコルも利用することができる。

バッテリ電力レギュレータ２２０は、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬと、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサートとに基づいて、バッテリ端子２３４に印加されるチャージ信号ＣＨＡＲＧＥを生成するように構成される。より具体的に言えば、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥがアサートされる場合、ＤＡＣ２２６は、バッテリＦＥＴ制御２２８にアナログ信号を提供し、これによってバッテリＦＥＴ制御２２８に、トランジスタアレイ２３０の状態を制御する内部回路要素（例えば、本明細書で説明するようなスイッチ）を調節させる。トランジスタアレイ２３０は、バッテリ２０２のためのチャージ信号ＣＨＡＲＧＥを生成する。しかしながら、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥがアサートされない場合、バッテリＦＥＴ制御２２８はトランジスタアレイ２３０における各トランジスタをオフにして、バッテリ２０２に印加されるチャージ信号ＣＨＡＲＧＥは０Ａに近くなる（例えば、＋／−０．００１Ａ）ようにする。

コントローラ２２４は、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを変更する前の所定時間の間、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥを一時的にアサート解除するように構成される。この所定時間は、コントローラ２２４のタイマに基づく遅延とすることができる。したがって、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを変更する前に、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥは所定時間の間アサート解除され、所定時間の後、再アサートされる。所定時間は、バッテリＦＥＴ制御２２８が内部論理構成要素を調節して、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥにおける過渡スパイクを回避できるようにする。より具体的に言えば、所定時間の間、バッテリＦＥＴ制御２２８は、トランジスタアレイ２３０を制御するスイッチを調節して、スイッチの状態における変化からの過渡電流が、バッテリ２０２のためのチャージ信号ＣＨＡＲＧＥに印加されないようにする。したがって、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬにおける変更の前、変更の間、及び変更の後に、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥはバッテリ２０２のための安全閾値又は安全閾値より下にとどまる。

図４は、図３のチャージ信号ＣＨＡＲＧＥ、データ信号ＤＡＴＡ、及びチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥの制御された電流の一例を時間の関数としてプロットするグラフ３００を図示する。時間ｔ_１において示されるように、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサートは、データ信号ＤＡＴＡに埋め込まれた第１のチャージ電流値に基づいて、第１のチャージ電流レベルにおいて、バッテリ電力レギュレータ２２０に、制御されたチャージ電流を伴うチャージ信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴを提供させる。また、３０２に示されるように、データ信号ＤＡＴＡは第１のチャージ電流値から第２のチャージ電流値へと変化する。

データ信号ＤＡＴＡが３０２において第１のチャージ電流値から第２のチャージ電流値へと変化することに応答して、時間ｔ_２において、コントローラ２２４は、約１０μｓから約５００ｍｓなどの所定時間の間、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥをアサート解除する。これに応答して、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴは０Ａの近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）まで降下する。チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート解除後、約１μｓから約１ｍｓ、コントローラ２２４はチャージ制御信号（図３のＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）を変更する。したがって図示されるように、所定の時間Δｔの間、バッテリ電力レギュレータ２２０は、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴにおける過渡スパイクを回避するために、チャージ制御信号（図３のＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）における変化に応答して内部スイッチングを調節する。時間ｔ_３において、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥは再アサートされ、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴは、０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）のレベルから第２のチャージ電流レベルまで上昇する。また、第１のチャージ電流値から第２のチャージ電流値への変更の前、変更の間、及び変更の後、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴはバッテリ２０２の安全閾値３０４ｄより下にとどまる。

図５は、図３のチャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴ、チャージ信号の制御された電圧ＣＨＡＲＧＥ ＶＯＬＴＡＧＥ（バッテリ電圧）、データ信号ＤＡＴＡ、及びチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥの一例を時間の関数としてプロットするグラフ３５０を図示する。時間ｔ_１において示されるように、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサートは、データ信号ＤＡＴＡに埋め込まれた第１のチャージ電圧値に基づいて、第１の電圧レベルにおいて、バッテリ電力レギュレータ２２０に、制御されたチャージ電圧を伴うチャージ信号ＣＨＡＲＧＥ ＶＯＬＴＡＧＥを提供させる。また、３５２に示されるように、データ信号ＤＡＴＡは第１のチャージ電圧値から第２のチャージ電圧値へと変化する。

データ信号ＤＡＴＡが３５２において第１のチャージ電圧値から第２のチャージ電圧値（チャージ電圧ＣＨＡＲＧＥ ＶＯＬＴＡＧＥの電圧における変化を示す）へと変化することに応答して、時間ｔ_２において、コントローラ２２４は、約１０μｓから約５００ｍｓなどの所定時間の間、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥをアサート解除する。これに応答して、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴは０Ａの近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）まで降下する。チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート解除後、約１μｓから約１ｍｓ、コントローラはチャージ制御信号（図３のＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）を変更する。図示されるように、所定の時間Δｔの間、バッテリ電力レギュレータ２２０は、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴにおける過渡スパイクを回避するために、チャージ制御信号（図３のＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）に応答して内部スイッチングを調節する。時間ｔ_３において、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥは再アサートされ、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴは、０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）のレベルから上昇し、以前のレベル（チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート解除前のレベル）に戻る。また、時間ｔ_３において、チャージ電圧レベルは第１のチャージ電圧レベルから第２のチャージ電圧レベルまで上昇する。また、第１のチャージ電圧値から第２のチャージ電流値への変更の前、変更の間、及び変更の後、チャージ信号の電流ＣＨＡＲＧＥ ＣＵＲＲＥＮＴはバッテリ２０２のための安全閾値３５４より下にとどまる。

再度図３を参照すると、一例として、動作において、システム２００は第１の充電状態でプリチャージチャージレベル（例えば、初期チャージレベル）を設定する。第１の充電状態において、バッテリ電力レギュレータ２２０は、第１のチャージ信号ＣＨＡＲＧＥをバッテリ２０２に印加する。またある時点において、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤは、（例えば、データ信号ＤＡＴＡを介して）チャージ信号ＣＨＡＲＧＥを変更する指示を提供する。これに応答して、システム２００は遷移状態を変更する。遷移状態において、コントローラ２２４は、所定時間の間チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥをアサート解除し、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを変更する。これに応答して、バッテリ電力レギュレータ２２０は、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥをディセーブルし、チャージ制御における変更に応答して内部回路要素（例えば、スイッチ）を変更する。所定時間の後、システム２００は第２の充電状態で動作して、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥが再アサートされる。チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥの再アサートは、バッテリ電力レギュレータ２２０に、第２のチャージ信号ＣＨＡＲＧＥをバッテリ２０２に印加させる。

また、ある時点において、温度スロットル信号ＴＳ−ＴＨＲＯＴＴＬＥ及び／又は終了信号ＴＥＲＭはアサートされ得る。同様に、データ信号ＤＡＴＡは、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥのディセーブルを指令し得る。これらの状況（終了信号ＴＥＲＭがアサートされる任意の状況を含む）のうちのいくつかにおいて、システム２００は終了状態に変化する。例えば温度スロットル信号ＴＳ ＴＨＲＯＴＴＬＥは、極端に高温又は低温の状況において終了状態をトリガすることができる。終了状態において、コントローラ２２４はチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥをアサート解除し、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを変更する。これに応答して、バッテリ電力レギュレータ２２０は、チャージコマンドＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤによって再活動化が要求されるまで、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥをディセーブルする。

システム２００を利用することによって、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬにおける変更に応答するバッテリ電力レギュレータ２２０の内部回路要素を介した電流フローにおける変更に起因するチャージ信号ＣＨＡＲＧＥにおける過渡スパイクは、削減及び／又はなくされる。そのため、こうした過渡スパイクからのバッテリ２０２への損傷は低減及び／又はなくされ、それにより、バッテリ２０２の寿命がのびる。したがって、データ信号ＤＡＴＡにおける変更の前、変更の間、及び変更の後、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥは、バッテリ２０２のための安全閾値又は安全閾値より下により下にとどまる。また、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥは短い時間間隔（例えば、約１μｓから約５００ｍｓ）の間アサート解除されるため、バッテリ２０２についての変更時間全体における影響はごくわずかである。

図６は、図１のバッテリ電力レギュレータ１０６及び／又は図３のバッテリ電力レギュレータ２２０を実装するために採用可能なバッテリ電力レギュレータ４００の回路図を図示する。バッテリ電力レギュレータ４００は、コントローラ４０３において実装されるシフトレジスタ４０２からのシフトされた制御信号ＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを受信する。コントローラ４０３は、図１のコントローラ１０４及び／又は図３のコントローラ２２４などのデジタルコントローラを表す。いくつかの例において、チャージ制御信号ＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬはＭビットデジタルワードである。

シフトレジスタ４０２は、シフトされたチャージ制御信号ＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを生成するために、コントローラ４０３のチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬによって調節される。シフトされたチャージ制御信号ＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬは、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬの構成成分である。シフトされたチャージ制御信号ＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬはチャージ制御回路４０４に出力される。チャージ制御回路４０４は、図３のＤＡＣ２２６、バッテリＦＥＴコントローラ２２８、及びトランジスタアレイ２３０の組み合わせを表す。

チャージ制御回路４０４は、コントローラ４０３からチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥも受信する。チャージ制御回路４０４は、２つの信号、すなわちチャージ信号ＣＨＡＲＧＥ及びフィードバック電流Ｉ_ＳＥＴを生成するように構成され、フィードバック電流は、シフトされたチャージ制御信号ＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ及びチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥに応答して、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥの一部分である電流を有する。また、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥは、バッテリ４０６（例えば、図１のバッテリ１０２及び／又は図３のバッテリ２０２）に印加される。

フィードバック電流Ｉ_ＳＥＴはノード４１０に印加され、ノード４１０はまた、レジスタＲ１に結合される。ノード４１０における電圧、すなわち電圧フィードバック電流レベルＶＦＢ＿ＣＣが、動作増幅器（オペアンプ）４１２の反転入力に提供される。また、基準チェック電流信号ＶＲＥＦ＿ＣＣがオペアンプ４１２の非反転に印加される。図に示されるように、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥはバッテリ４０６に印加される。また、電圧フィードバック制御電圧ＶＦＢ＿ＣＶに対応するバッテリ４０６における電圧が、動作増幅器（オペアンプ）４１４の反転入力に提供される。また、基準チェック電圧信号ＶＲＥＦ＿ＣＶがオペアンプ４１４の非反転に印加される。オペアンプ４１２の出力が、ダイオード４１６のアノードに印加される。同様に、オペアンプ４１４の出力がダイオード４１８のアノードに印加される。ダイオード４１６及び４１８は、ソースフォロワ回路の結果である（物理デバイスではなく）概念デバイスを表す。ダイオード４１６及び４１８のカソードが、ノード４２０に結合される。ノード４２０はまた、電流Ｉ_Ｂを提供する電流源４２２に結合される。ノード４２０において、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥ及びフィードバック電流Ｉ_ＳＥＴを調節するために制御電圧ＶＣＴＲＬがＤＡＣ ４０４に印加される。

電圧フィードバック制御電流ＶＦＢ＿ＣＣは、コンパレータ４３０の反転入力にも印加される。また、基準電圧終了レベルＶＲＥＦ＿ＴＥＲＭがコンパレータ４３０の非反転入力に印加される。コンパレータ４３０は、終了信号ＴＥＲＭをコントローラ４０３に出力する。コントローラ４０３は、チャージ制御回路４０４に出力されるシフトされるチャージ制御信号ＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを生成するために、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを用いてシフトレジスタ４０２を内部的に調節する。シフトレジスタ４０２はコントローラ４０３の外にあるように図示されているが、いくつかの例において、シフトレジスタ４０２はコントローラ４０３内に実装されるデータ構造である。

動作において、オペアンプ４１２及び４１４の出力は、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥが（閾値）基準電圧及び／又は電流を超えないことを保証する。同様に、図に示されるように、終了信号ＴＥＲＭは、フィードバック電流信号Ｉ_ＳＥＴが限界を超えた場合、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥがアサート解除されることを（コントローラを介して）保証する。

またコントローラ４０３は、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥがチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬによって示される電流に実質的にマッチすることを保証するために、シフトレジスタ４０２の出力、すなわちシフトされたチャージ制御ＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを調節する。更にまたチャージ制御回路４０４は、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥがアサート解除される場合、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥ及びフィードバック電流信号Ｉ_ＳＥＴをディセーブルするように構成される。

図７は、図５のチャージ制御回路４０４を実装するために採用可能なチャージ制御回路５００の一例の回路図を図示する。分かりやすくするために、更に説明することなく、図３〜図７全体を通じて同じ構造を示すために同じ参照番号及び信号名が用いられる。

チャージ制御回路５００は、図３のトランジスタアレイ２３０に対応するＰＭＯＳアレイ５０１を含む。ＰＭＯＳアレイ５０１にはＭ＋１のＰＭＯＳが存在し、シフトレジスタ４０２はＭビットのチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬを受信する。ＰＭＯＳアレイ５０１において、各ＰＭＯＳのソースがノード５０４に結合される。図３に図示される中間点電圧ＰＭＩＤは、ノード５０４に印加される。ＰＭＯＳアレイ５０１における第１のＰＭＯＳ５１０のソース（フィードバックトランジスタ）及び第２のＰＭＯＳ５１２のソースは、電圧制御信号ＶＣＴＲＬによってエネルギーが与えられる制御電圧ノード５１３に結合されるゲートを有する。制御電圧ノード５１３は、チャージイネーブルＰＭＯＳ５１４のドレインにも結合される。

図示された例において、ＰＭＯＳアレイ５０１は第３のＰＭＯＳ５１６及び第４のＰＭＯＳ５１８も含む。しかしながら、他の例において、ＰＭＯＳアレイ５０１においてより多くの又はより少ないＰＭＯＳが存在し得る。第３のＰＭＯＳ５１６のゲートが、相補スイッチの対応する対５２０に結合される。相補スイッチの対５２０はスイッチネットワークの要素である。一般に、スイッチネットワークにおいて、相補スイッチの各対は、トランジスタアレイ（例えば、ＰＭＯＳアレイ５０１）における対応するトランジスタ（例えば、ＰＭＯＳ）の制御ノード（例えば、ゲート）のバイアスを制御するように配置される。より具体的に言えば、相補スイッチの各対における第１のスイッチが、ノード５０４と、ＰＭＯＳアレイ５０１内の対応するＰＭＯＳのゲートとに結合される。また、相補スイッチの各対における第２のスイッチが、制御電圧ノード５１３と、ＰＭＯＳアレイ５０１における対応するＰＭＯＳのゲートとに結合される。より具体的に言えば、相補スイッチの対５２０は、シフトされたチャージ制御信号（図６におけるＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）における対応するビットに基づいて、第３のＰＭＯＳ５１６の状態を制御する。具体的には、対応するビット（ビット１）が論理０（例えば、低電圧信号）である状況において、第３のＰＭＯＳ５１６のゲートをノード５０４に接続するスイッチは閉じられ、第３のＰＭＯＳ５１６のゲートを制御電圧ノード５１３に接続するスイッチは開かれ、それによって第３のＰＭＯＳ５１６はオフにされる。逆に、対応するビット（ビット１）が論理１（例えば、高電圧信号）である状況において、第３のＰＭＯＳ５１６のゲートをノード５０４に接続するスイッチは開かれ、第３のＰＭＯＳ５１６のゲートを制御電圧ノード５１３に接続するスイッチは閉じられ、それによって、制御電圧ＶＣＴＲＬが第３のＰＭＯＳ５１６の状態を制御し得る。

同様に、第４のＰＭＯＳ５１８のゲートが、相補スイッチの対応する対５２４に結合される。相補スイッチの対５２４の状態は、第４のＰＭＯＳ５１８の状態を制御するための相補スイッチの対５２０の状態と同様に、シフトされたチャージ制御信号（図６におけるＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）の０番目のビット（最下位ビット）の状態によって制御される。

チャージイネーブルＰＭＯＳ５１４のソースがノード５０４に結合され、チャージイネーブルＰＭＯＳ５１４のゲートがチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥによって制御される。したがって、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート（例えば、高電圧信号）が、チャージイネーブルＰＭＯＳ５１４をカットオフ領域において動作させ、そのため、チャージイネーブルＰＭＯＳ５１４はオフにされるようにする。逆に、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート解除（例えば、低電圧信号）が、チャージイネーブルＰＭＯＳ５１４を線形領域において動作させ、そのため、チャージイネーブルＰＭＯＳ５１４はオンにされ、それによってＰＭＯＳアレイ５０１の第１のＰＭＯＳ５１０及び第２のＰＭＯＳ５１２のゲートソース電圧（Ｖ_ＧＳ）が約０Ｖに駆動され、それによって第１のＰＭＯＳ５１０及び第２のＰＭＯＳ５１２をオフにする。また、第３のＰＭＯＳ５１６及び／又は第４のＰＭＯＳ５１８がオンにされる状況において、シフトされたチャージ制御信号（図６におけるＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）及び／又は制御電圧ＶＣＴＲＬにおける対応するビットの状態に関係なく、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート解除が、第３のＰＭＯＳ５１６及び／又は第４のＰＭＯＳ５１８をオフにする。

また、第１のＰＭＯＳ５１０のドレインが、オペアンプ５３０の反転入力及びＰＭＯＳ５３１のソースに結合される。第２のＰＭＯＳ５１２、第３のＰＭＯＳ５１６、及び第４のＰＭＯＳ５１８のドレインが、充電ノード５３２に結合され、充電ノード５３２はオペアンプ５３０の非反転入力にも結合される。より一般的には、トランジスタアレイ（ＰＭＯＳアレイ５０１）におけるトランジスタのサブセット（例えば、第２のＰＭＯＳ５１２、第３のＰＭＯＳ５１６、及び第４のＰＭＯＳ５１８）の出力ノード（例えば、ドレイン）が、充電ノード５３２に結合される。充電ノード５３２は、（図６に関して説明した）バッテリ４０６とオペアンプ４１４の非反転入力とに結合される。オペアンプ５３０の出力がＰＭＯＳ５３１のゲートに結合される。図７に関して詳細に説明するように、ＰＭＯＳ５３１のドレインがノード４１０に結合され、フィードバック電流Ｉ_ＳＥＴ及び電圧フィードバック制御電流ＶＦＢ＿ＣＣをオペアンプ４１２に提供する。

動作において、シフトされたチャージ制御信号（図６におけるＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）の値は、オンにされたＰＭＯＳアレイ５０１におけるＰＭＯＳの数を制御し、それによってバッテリ４０６へのチャージ信号ＣＨＡＲＧＥを制御する。また、電圧制御信号ＶＣＴＲＬに対応する電圧制御ノード５１３における電圧レベルは、ＰＭＯＳアレイ５０１における各ＰＭＯＳのゲート電圧を少なくとも部分的に制御する。図３〜図５に関して説明するように、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬの値が変化する（シフトされたチャージ制御信号（図６におけるＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）における変化を伝搬する）状況において、チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥは、所定時間の間（例えば、約０．５ｍｓから約１ｍｓ）一時的にアサート解除される。この所定時間の間のチャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥのアサート解除後、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥの電流は０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）のレベルまで降下し、相補スイッチの対５２０は、シフトされたチャージ制御信号（図６におけるＳＨＩＦＴＥＤ ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬ）の変化した値に基づいて（必要であれば）状態を変更する。チャージイネーブル信号ＣＨＡＲＧＥ ＥＮＡＢＬＥが再アサートされると、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥは、更新されたチャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬによって示されるレベルに設定される。したがって、そうでなければスイッチネットワークにおけるスイッチの状態の変化に起因してチャージ信号ＣＨＡＲＧＥの電流において生じる過渡スパイクは、削減されるか又はなくされる。その代わりに、チャージ制御信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＮＴＲＯＬにおける変更の前、変更の間、及び変更の後、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥは、バッテリ４０６のための安全閾値に又は安全閾値より下にとどまる。

図８は、バッテリを充電するための例示の方法６００のフローチャートを図示する。いくつかの例において、方法６００は、図１のシステム１００及び／又は図３のシステム２００によって実装される。６１０において、コントローラ（例えば、図１のコントローラ１０４）が、バッテリ電力レギュレータ（例えば、図１のバッテリ電力レギュレータ１０６）に印加されるチャージ制御信号を設定する。いくつかの例において、チャージ制御信号は、外部ソースからのチャージコマンド信号に基づいて設定される。他の例において、チャージ制御信号は、コントローラ１０４の内部論理に基づいて設定される。

６１５において、コントローラは所定時間の間（例えば、約０．５ｍｓから約１ｍｓ）、（例えば、タイマに基づいて）遅延を印加する。６２０において、コントローラはバッテリ電力レギュレータ１０６へのチャージイネーブル信号をアサートする。チャージイネーブル信号はチャージ制御信号と共に、バッテリ電力レギュレータに、チャージ信号をバッテリ（例えば、図１のバッテリ１０２）に印加させる。また、６１５における遅延の印加により、バッテリ電力レギュレータ１０６は、チャージ信号における過渡スパイクを回避するために内部スイッチングを調節することができる。

６２５において、コントローラは、バッテリの充電がディセーブルされるべきであるかどうかを判定する。６２５における判定は、バッテリがフルに充電されている、閾値温度を超えている、及び／又は、閾値電圧又は電流を超えているという、外部システムによる判定に基づく。６２５による判定が肯定（例えば、はい）である場合、方法６００は６３０に進む。６２５における判定が否定（例えば、いいえ）である場合、方法６００は６３５に進む。６３０において、コントローラはチャージイネーブル信号をアサート解除し、それによってバッテリ電力レギュレータ１０６にチャージ信号をディセーブルさせ、それによってチャージ信号の電流を０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）のレベルまで低下させる。

６３５において、チャージ制御信号を変更するべきかの判定がコントローラによって成される。６３５における判定は、バッテリのためのチャージ信号がチャージ前レベルから高速チャージレベルに変更されるべきであるとの判定に基づく。６３５における判定が否定（例えば、いいえ）である場合、方法６００は６２５に戻る。６３５における判定が肯定（例えば、はい）である場合、方法６００は６４０に進む。６４０において、コントローラはチャージイネーブル信号をアサート解除し、それによってバッテリ電力レギュレータにチャージ信号をディセーブルさせ、そのため、バッテリ電力レギュレータがチャージ信号の電流を０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）のレベルまで減少させるようにする。６４５において、コントローラはチャージ制御信号を変更する。チャージ制御信号の変更は、バッテリ電力レギュレータ１０６の内部回路（例えば、スイッチ）に対する調節でチャージ信号を変更させ、方法６００は６１５に戻る。方法６００において例示されるように、バッテリ電力レギュレータには、そうでなければバッテリを損傷させることになるチャージ信号における望ましくない過渡スパイクを防ぐために、（６２０における）チャージイネーブル信号のアサートの前に、内部回路要素（例えば、スイッチ）を調節するための時間が（遅延６１５において）与えられる。また、図示されるように、バッテリの充電サイクル全体を通じて、チャージ制御信号は複数回調節され得る。したがって方法６００は、充電が（６２５において）ディセーブルされるまで繰り返し実行される２つのループを含むように示される。

図９は、チャージ信号の電流における過渡スパイクを回避する、バッテリを充電するためのシステム７００の状態図を示す。システム７００は、図１のシステム１００及び／又は図３のシステム２００を表す。第１の充電状態７１０において、バッテリ（例えば、図１のバッテリ１０２）はバッテリ電力レギュレータ（例えば、図１のバッテリ電力レギュレータ１０６）によって第１のレベルで充電される。第１の充電状態７１０において、バッテリ電力レギュレータは、チャージ制御信号と、コントローラからのチャージイネーブル信号のアサートとに基づいて、チャージ信号をバッテリのための第１のレベルに設定する。

システム７００は、チャージ信号における変更が必要である旨の判定に応答して、遷移状態に変化する。遷移状態において、チャージイネーブル信号は、所定時間（例えば、１０μｓから約５００ｍｓ）の間、コントローラによってアサート解除され、それによってバッテリ電力レギュレータにチャージ信号をディセーブルさせ、そのため、チャージ信号の電流が０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）まで低減されるようにする。また遷移状態において、コントローラはチャージ制御信号を変更し、チャージ制御信号は、チャージ信号の電流を０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）に維持しながら、バッテリ電力レギュレータに内部スイッチを調節させる。

システム７００は、コントローラがチャージイネーブル信号を再アサートすることに応答して、新たな充電状態７３０に変わる。新たな充電状態７３０において、バッテリ電力レギュレータは、チャージ制御信号への変更に基づいて、変更されたチャージ信号をバッテリに印加する。また、内部スイッチの調節はチャージ信号の電力が０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）である間に実行されるため、こうした調節に起因して、チャージ信号における過渡スパイクが削減及び／又は回避される。

システム７００は、チャージ信号における第２の（又は後続の）変更が必要である、及び、チャージイネーブル信号が所定時間（例えば、１０μｓから約５００ｍｓ）の間、コントローラによって（再び）アサート解除されるとの判定に応答して、遷移状態７２０に変わる。遷移状態で動作を実行すると、コントローラがチャージイネーブル信号を再アサートすることに応答して、システムは、新たな充電状態７３０の第２の（又は後続の）インスタンスに変更する。したがって、バッテリの充電必要性及び／又は環境要因に基づき、いくつかの例において、システム７００は、遷移状態７２０と新たな充電状態７３０との間で繰り返し変更（例えば、ループ）する。

またシステム７００は、バッテリがもはや充電されるべきではない（例えば、バッテリがフルである、温度閾値を超えている、及び／又は、電圧又は電流閾値を超えている）旨の判定に応答して、終了状態７４０に変わる。終了状態において、チャージイネーブル信号はアサート解除され、それによってバッテリ電力レギュレータにチャージ信号をディセーブルさせ、そのため、チャージ信号の電流は０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）まで低減されるようにする。また、チャージ制御信号は、チャージ信号の電流が０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）のレベルに設定されるべきであることを示すように調節される。システム７００は、バッテリが再充電されるべきとなるまで終了状態７４０にとどまり、バッテリが再充電されるべきとなった時点で、システム７００は第１の充電状態７１０に戻る。

図１０は、バッテリ８０２を充電し、チャージ信号の電流における過渡スパイクを回避する、電子デバイス８００の一例を図示する。いくつかの例において、電子デバイス８００はスマートフォンとして実装される。他の例において、電子デバイス８００はバッテリ駆動のＩｏＴデバイスとして実装される。バッテリ８０２はバッテリ充電器８０４を用いて充電される。いくつかの例において、バッテリ充電器８０４は、図１のシステム１００及び／又は図３のシステム２００を用いて実装される。モバイルデバイス８００は、図１及び図３に関して説明される外部システムを表すプロセッサ８０６も含む。

プロセッサ８０６は、機械実行可能命令を記憶するメモリ８０８にアクセスする。メモリ８０８は、揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスクドライブ）、又はそれらの組み合わせなどの、非一時的機械可読媒体である。いくつかの例において、プロセッサ８０６は一つ又は複数のプロセッサコアを含む汎用プロセッサとして実装される。

プロセッサ８０６は、プロセッサ８０６によって収集されるバッテリデータＢＡＴＴＥＲＹ ＤＡＴＡに基づいて、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤを生成する。より具体的に言えば、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤは、バッテリ８０２のためのバッテリプロトコルに基づいて制御される。

チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤに応答して、バッテリ充電器８０４は、バッテリ８０２のための安全閾値に又は安全閾値より下にとどまるチャージ信号ＣＨＡＲＧＥを生成する。より具体的に言えば、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥが（例えば、チャージコマンド信号ＣＨＡＲＧＥ ＣＯＭＭＡＮＤにおける変更に起因して）変更される状況において、変更前に、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥは一時的にディセーブルされて、バッテリ充電器８０４の内部回路要素（例えば、スイッチ）が調節され得るようにする。また、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥは、バッテリ充電器８０４の内部回路要素に対する調節の後、チャージ信号ＣＨＡＲＧＥにおける過渡スパイクを削減及び／又は回避するために再イネーブルされる。

図１１は、チャージ信号の電流における過渡スパイクを回避する、バッテリを充電するための別の例示の方法９００のフローチャートを図示する。いくつかの例において、方法９００は、図１のシステム１００及び／又は図３のシステム２００によって実装される。９０５において、バッテリ（例えば、図１のバッテリ１０２）によって電力供給される電子デバイスがイネーブルされる。９１０において、コントローラ（例えば、図１のコントローラ１０４）が、バッテリ電力レギュレータ（例えば、図１のバッテリ電力レギュレータ１０６）に印加されるチャージ制御信号を設定する。いくつかの例において、チャージ制御信号は、外部ソースからのチャージコマンド信号に基づいて設定される。他の例において、チャージ制御信号はコントローラの内部論理に基づいて設定される。

９１５において、チャージイネーブル信号がイネーブル（アサート）され、コントローラによって維持されるカウンタがリセットされる。９２０において、コントローラは、チャージ制御信号における変更が必要であるかどうかを判定する。９２０における判定は、バッテリがフルに充電されている、閾値温度を超えている、及び／又は、閾値電圧又は電流を超えているとの、外部システムによる判定に基づく。９２０における判定が否定（例えば、いいえ）である場合、方法９００は９１５に戻る。９２０における判定が肯定（例えば、はい）である場合、方法９００は９２５に進む。

９２５において、コントローラはバッテリの充電をディセーブルし、カウンタを開始する。より具体的に言えば、バッテリの充電をディセーブルするために、コントローラは、チャージイネーブル信号をアサート解除して、バッテリ電力レギュレータ１０６にチャージ信号をディセーブルさせ、それによってチャージ信号の電流を０Ａ近く（例えば、＋／−０．００１Ａ）のレベルまで減少させる。また、タイマは所定の時間（例えば、約０．５ｍｓから約１ｍｓ）を測定するように設定可能である。９３０において、コントローラは、新たなチャージ制御信号に応答して、電力レギュレータにチャージ信号の新たな電力を設定させるために、新たなチャージ制御信号を設定する。チャージ制御信号の変更は、チャージ信号の電流を変更するようにバッテリ電力レギュレータ１０６の内部回路（例えば、スイッチ）を調節させる。９３５において、コントローラはカウンタを増分する。

９４０において、コントローラはカウンタが満了したかどうかを判定する。９４０における判定が肯定（例えば、はい）である場合、方法９００は９１５に戻る。９４０における判定が否定（例えば、いいえ）である場合、方法９００は９３５に戻る。

方法９００において例示されるように、（９１５における）チャージイネーブル信号のアサートの前に、そうでなければバッテリを損傷させることになるチャージ信号における望ましくない過渡スパイクを防ぐために、内部回路要素（例えば、スイッチ）を調節するための時間が与えられる。また、例示されるように、バッテリの充電サイクルにわたって、チャージ制御信号は複数回調節され得る。したがって方法９００は、繰り返し実行される２つのループを含むように示される。

Claims (20)

1. バッテリ充電器であって、
   チャージ制御信号及びチャージイネーブル信号に基づいてバッテリに提供されるチャージ信号を設定するように構成されるバッテリ電力レギュレータ、及び、
   コントローラ、
   を含み、
   前記コントローラが、
   前記チャージ制御信号を前記バッテリ電力レギュレータに提供し、
   前記チャージ制御信号において変更が必要である旨の判定に応答して、前記チャージイネーブル信号を所定時間の間、一時的にアサート解除し、及び、
   前記所定時間の後、前記チャージイネーブル信号を再アサートする、
   ように構成される、
   バッテリ充電器。
2. 請求項１に記載のバッテリ充電器であって、前記チャージ制御信号がマルチビットデジタル信号であり、前記バッテリ電力レギュレータが、
   前記チャージ制御信号を前記チャージ信号及び関連するフィードバック信号に変換するように構成される、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）、
   を含む、バッテリ充電器。
3. 請求項２に記載のバッテリ充電器であって、
   前記コントローラが、前記マルチビットデジタル信号を受信し、及び、シフトされたマルチビットデジタル信号を生成するように構成される、シフトレジスタを更に含み、また、
   前記ＤＡＣが、トランジスタアレイを制御するように構成されるスイッチネットワークを更に含み、前記トランジスタアレイにおけるトランジスタのサブセットの出力ノードが、前記チャージ信号を提供するノードに結合され、前記シフトされたマルチビットデジタル信号におけるビットのサブセットが、前記トランジスタアレイのトランジスタの状態を制御する前記スイッチネットワークにおけるスイッチを設定する、
   バッテリ充電器。
4. 請求項３に記載のバッテリ充電器であって、前記トランジスタアレイが、前記フィードバック信号を生成するように構成されるフィードバックトランジスタを含み、前記フィードバック信号が、前記チャージ信号の電流の一部分である電流を有する、バッテリ充電器。
5. 請求項４に記載のバッテリ充電器であって、前記フィードバック信号が、前記シフトされたマルチビットデジタル信号を調節するように前記シフトレジスタを制御するように構成される、バッテリ充電器。
6. 請求項１に記載のバッテリ充電器であって、前記所定時間が約１０マイクロ秒から約５００ミリ秒である、バッテリ充電器。
7. 請求項１に記載のバッテリ充電器であって、前記チャージ信号の電流が、前記コントローラが前記チャージ制御信号を変更する前、変更する間、及び変更した後、安全閾値であるか又は安全閾値未満である、バッテリ充電器。
8. 請求項１に記載のバッテリ充電器であって、前記チャージ制御信号が、前記コントローラにおいて受信されるコマンド信号に基づくものである、バッテリ充電器。
9. 請求項８に記載のバッテリ充電器であって、前記コマンド信号がデータバス上に提供されるデータ信号を含む、バッテリ充電器。
10. 請求項１に記載の前記バッテリ充電器を含む、モバイルデバイス。
11. システムであって、
    バッテリを充電するための電力を提供するように構成される電力レギュレータと、
    バッテリ電力レギュレータであって、
    前記バッテリを充電するための前記電力を受け取るように構成され、及び、
    チャージ制御信号及びチャージイネーブル信号に基づいてバッテリに提供されるチャージ信号を設定する、
    ように構成される、前記バッテリ電力レギュレータと、
    コントローラと、
    を含み、
    前記コントローラが、
    前記コントローラにおいて受信されるチャージコマンド信号に基づいて、前記チャージ制御信号とチャージイネーブル信号とを前記バッテリ電力レギュレータに提供するように構成され、
    前記チャージ制御信号における変更を指令する前記チャージコマンド信号に応答して、所定時間の間前記チャージイネーブル信号を一時的にアサート解除するように構成され、前記チャージイネーブル信号のアサート解除が、前記バッテリ電力レギュレータに前記チャージ信号をディセーブルさせ、
    前記チャージコマンド信号における前記変更に基づいて前記チャージ制御信号を変更するように構成され、及び、
    前記所定時間の後、前記チャージイネーブル信号を再アサートするように構成され、前記再アサートが、前記バッテリ電力レギュレータに前記チャージ信号を再イネーブルさせる、
    システム。
12. 請求項１１に記載のシステムであって、前記チャージ制御信号がマルチビットデジタル信号であり、前記バッテリ電力レギュレータが、
    前記チャージ制御信号を前記チャージ信号及び関連するフィードバック信号に変換するように構成される、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）、
    を含む、
    システム。
13. 請求項１２に記載のシステムであって、
    前記コントローラが、前記マルチビットデジタル信号を受信し、及び、シフトされたマルチビットデジタル信号を生成するように構成される、シフトレジスタを更に含み、
    前記ＤＡＣが、トランジスタアレイを制御するように構成されるスイッチネットワークを更に含み、前記トランジスタアレイにおけるトランジスタのサブセットの出力ノードが、前記チャージ信号を提供するノードに結合され、前記シフトされたデジタル信号におけるビットのサブセットが、前記トランジスタアレイのトランジスタの状態を制御する前記スイッチネットワークにおけるスイッチを設定する、
    システム。
14. 請求項１３に記載のシステムであって、前記スイッチネットワークが、相補スイッチの対を含み、相補スイッチの対が、前記トランジスタアレイにおけるそれぞれのトランジスタの制御ノードのバイアスを制御するように配される、システム。
15. 請求項１２に記載のシステムであって、前記フィードバック信号が、前記シフトされたマルチビットデジタル信号を調節するために前記シフトレジスタを制御するように構成される、システム。
16. 請求項１１に記載のシステムであって、前記所定時間が約１０マイクロ秒から約５００ミリ秒である、システム。
17. 請求項１１に記載のシステムであって、前記チャージ信号の電流が、前記コントローラが前記チャージ制御信号を変更する前、変更する間、及び変更した後、安全閾値であるか又は安全閾値未満である、システム。
18. バッテリを充電するための方法であって、
    チャージ制御信号とチャージイネーブル信号のアサートとに基づいて、バッテリ電力レギュレータによって第１のチャージ信号をバッテリに印加すること、
    コントローラによって、前記チャージ制御信号を変更すべきである旨を判定すること、
    前記判定に基づき、前記コントローラによって前記チャージイネーブル信号をアサート解除することであって、それによって前記バッテリ電力レギュレータに前記第１のチャージ信号をディセーブルさせること、
    前記アサート解除に応答して、前記コントローラによって前記チャージ制御信号を変更すること、
    前記変更後所定時間、前記コントローラによって前記チャージイネーブル信号を再アサートすること、及び、
    前記変更されたチャージ制御信号と前記チャージイネーブル信号の前記再アサートとに基づいて、前記バッテリ電力レギュレータによって、第２のチャージ信号を前記バッテリに印加すること、
    を含む、方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記所定時間が約１０マイクロ秒から約５００ミリ秒である、方法。
20. 請求項１８に記載の方法であって、前記第１のチャージ信号の電流及び前記第２のチャージ信号の電流が、前記チャージ制御信号の変更の前、変更の間、及び変更の後、安全閾値であるか又は安全閾値未満である、方法。

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