KR101315115B1 - Battery charger digital control circuit and method and battery charger system - Google Patents

Battery charger digital control circuit and method and battery charger system Download PDF

Info

Publication number
KR101315115B1
KR101315115B1 KR1020120000078A KR20120000078A KR101315115B1 KR 101315115 B1 KR101315115 B1 KR 101315115B1 KR 1020120000078 A KR1020120000078 A KR 1020120000078A KR 20120000078 A KR20120000078 A KR 20120000078A KR 101315115 B1 KR101315115 B1 KR 101315115B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
digital
signal
voltage
power converter
current
Prior art date
Application number
KR1020120000078A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120088557A (en
Inventor
저스틴 쉬
에릭 소엔엔
알란 로쓰
Original Assignee
타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/032,956 external-priority patent/US8441235B2/en
Application filed by 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 filed Critical 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20120088557A publication Critical patent/KR20120088557A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101315115B1 publication Critical patent/KR101315115B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00711Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00038Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange using passive battery identification means, e.g. resistors or capacitors
    • H02J7/00041Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange using passive battery identification means, e.g. resistors or capacitors in response to measured battery parameters, e.g. voltage, current or temperature profile
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/001Analogue/digital/analogue conversion
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/60Analogue/digital converters with intermediate conversion to frequency of pulses
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

디지털 제어 배터리 충전기는, 전력 변환기, 전압 센서, 전류 센서, 모드 선택기 및 디지털 제어기를 포함한다. 상기 전압 센서 및 전류 센서는 각각 재충전 가능한 배터리의 전압 및 상기 재충전 가능한 배터리를 통해 흐르는 전류를 감지한다. 상기 모드 선택기는 상기 전압 센서의 출력과 상기 전류 센서의 출력 중의 어느 하나로부터 피드백 신호를 선택한다. 상기 디지털 제어기는 선택된 피드백 신호를 수신하고, 상기 전력 변환기를 위한 펄스 폭 변조 신호를 생성한다. 추가로, 상기 디지털 제어기는, 배터리 충전기가 상이한 배터리 충전 단계에서 동작할 때, 제어 루프가 안정된 시스템을 유지할 수 있도록, 그의 계수를 동적으로 조절할 수 있다. The digitally controlled battery charger includes a power converter, a voltage sensor, a current sensor, a mode selector and a digital controller. The voltage sensor and the current sensor respectively sense the voltage of the rechargeable battery and the current flowing through the rechargeable battery. The mode selector selects a feedback signal from either the output of the voltage sensor or the output of the current sensor. The digital controller receives the selected feedback signal and generates a pulse width modulated signal for the power converter. In addition, the digital controller can dynamically adjust its coefficients so that when the battery charger operates in different battery charging stages, the control loop can maintain a stable system.

Description

배터리 충전기 디지털 제어 회로와 방법 및 배터리 충전기 시스템 {Battery charger digital control circuit and method and battery charger system}Battery charger digital control circuit and method and battery charger system

본 출원은 2011년 1월 31일에 출원된 미국 가출원(provisional application) 제 61/438,067호 "배터리 충전기 디지털 제어 회로 및 방법"에 대하여 우선권의 이익을 청구하며, 상기 미국 가출원의 모든 개시내용은 본 출원에 참조로서 포함된다.This application claims the benefit of priority for US provisional application 61 / 438,067, "Battery Charger Digital Control Circuit and Method," filed Jan. 31, 2011, and all disclosures of that US provisional application are herein incorporated by reference. Incorporated by reference in the application.

재충전 가능한 배터리는 니켈-카드뮴(NiCd) 배터리, 니켈-금속 하이드라이드(NiMH) 배터리, 리튬-이온 배터리, 리튬-이온 폴리머 배터리, 리튬-공기 배터리, 리튬 인산철(iron phosphate) 배터리 등의 다양한 형태를 포함한다. 재충전 가능한 배터리는 전기 에너지를 저장하는 데 사용된다. 한편, 배터리 충전기는, 재충전 가능한 배터리가 고갈된 후에 재충전 가능한 배터리를 다시 충전 상태로 만들기 위해 사용된다.Rechargeable batteries come in a variety of forms, including nickel-cadmium (NiCd) batteries, nickel-metal hydride (NiMH) batteries, lithium-ion batteries, lithium-ion polymer batteries, lithium-air batteries, and lithium iron phosphate batteries. It includes. Rechargeable batteries are used to store electrical energy. On the other hand, the battery charger is used to bring the rechargeable battery back to a charged state after the rechargeable battery is exhausted.

상이한 형태의 재충전 가능한 배터리는 상이한 충전 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 리튬-이온 폴리머 배터리가 고갈 상태에서 충만(full charged state) 상태로 충전될 때, 리튬-이온 폴리머 배터리의 충전 프로파일에 따라서, 리튬-이온 폴리머 배터리는 프리컨디셔닝 단계(pre-conditioning phase)에서, 초기에는 저전류(low current)로 충전된다. 배터리 전압이 최소 충전 전압 문턱치에 도달한 후, 배터리 충전 사이클은 배터리가 정전류(constant current)로 충전되는 전류 제어 단계(current regulation phase)로 진입한다. 이 전류 제어 단계에서, 배터리의 전압은, 전압이 특정 제어 전압에 도달할 때까지 계속 증가한다. 이후, 배터리 충전 사이클은 배터리 충전기를 정전류원(constant current source)으로부터 정전압원(constant voltage source)로 변화시킴으로써 전압 제어 단계(voltage regulation phase)로 진입한다. 전압 제어 단계 동안에, 배터리 전압은 특정 전압에서 유지된다. 따라서, 충전 전류는 서서히 감소한다. 충전 전류가 특정 전류 값보다 작으면, 배터리 충전 사이클이 완료된다. Different types of rechargeable batteries may use different charging methods. For example, when a lithium-ion polymer battery is charged from a depleted state to a full charged state, according to the charging profile of the lithium-ion polymer battery, the lithium-ion polymer battery is pre-conditioning phase. ), Initially charge at low current. After the battery voltage reaches the minimum charge voltage threshold, the battery charge cycle enters a current regulation phase in which the battery is charged with constant current. In this current control step, the voltage of the battery continues to increase until the voltage reaches a certain control voltage. The battery charge cycle then enters the voltage regulation phase by changing the battery charger from a constant current source to a constant voltage source. During the voltage control phase, the battery voltage is maintained at a certain voltage. Thus, the charging current gradually decreases. If the charge current is less than the specified current value, the battery charge cycle is completed.

두 가지 형태의 배터리 충전기가 알려져 있으며 통상적으로 사용된다. 선형 레귤레이터(linear regulator) 기반 배터리 충전기는 가변 저항(resistor)과 같이 동작하는 능동 소자(active device)를 포함한다. 능동 소자에서 전압 강하시킴에 의해, 선형 레귤레이터 기반 배터리 충전기는 그의 출력 전압과 출력 전류 중의 하나를 조정할 수 있다. 반대로, 스위칭 레귤레이터(switching regulator) 기반 배터리 충전기는, 충전기의 스위칭 소자의 턴온(turn-on) 주기를 제어하는 듀티 사이클(duty cycle)을 조절함으로써, 그의 출력 전압 또는 전류를 제어한다. 선형 레귤레이터 기반 배터리 충전기와 비교하면, 스위칭 레귤레이터 기반 배터리 충전기는 대개 고효율 충전 과정을 제공한다.
Two types of battery chargers are known and commonly used. A linear regulator based battery charger includes an active device that acts like a variable resistor. By lowering the voltage in the active device, the linear regulator based battery charger can adjust one of its output voltage and output current. Conversely, a switching regulator based battery charger controls its output voltage or current by adjusting a duty cycle that controls the turn-on period of the charger's switching element. Compared with linear regulator based battery chargers, switching regulator based battery chargers usually provide a high efficiency charging process.

미국 특허 공개 20090237959 (공개일: 2009. 09. 24)United States Patent Publication 20090237959 (Published: 2009. 09. 24) 미국 특허 공개 20090237966 (공개일: 2009. 09. 24)United States Patent Publication 20090237966 (Published: 2009. 09. 24)

본 발명 및 그 효과의 보다 완전한 이해를 위해서, 다음과 같은 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 참조한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디지털 제어 배터리 충전기(digital controlled battery charger)를 보여준다.
도 2는 일 실시예의 디지털 제어 배터리 충전기의 간단화된 블록 다이어그램을 보여준다.
도 3은 다른 실시예에 따른 디지털 제어 배터리 충전기의 간단화된 블록 다이어그램을 보여준다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 디지털 제어 배터리 충전기의 간단화된 블록 다이어그램을 보여준다.
도 5는 배터리 충전기에서 사용된 전류 감기지의 일예의 간단화된 블록 다이어그램을 보여준다.
다른 언급이 없는 한, 각기 다른 도면에서 사용된 대응 번호와 부호는 일반적으로 대응하는 부분을 나타낸다. 도면은 각종 실시예의 관련 부분을 명확히 나타내도록 도시되었으며, 반드시 일정 비율로 도시된 것은 아니다.
For a more complete understanding of the present invention and its effects, reference is made to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
1 illustrates a digital controlled battery charger according to one embodiment.
2 shows a simplified block diagram of an embodiment of a digitally controlled battery charger.
3 shows a simplified block diagram of a digitally controlled battery charger according to another embodiment.
4 shows a simplified block diagram of a digitally controlled battery charger according to another embodiment.
5 shows a simplified block diagram of an example of a current winding used in a battery charger.
Unless otherwise indicated, the corresponding numbers and signs used in the different drawings generally indicate corresponding parts. The drawings are drawn to clearly show the relevant parts of the various embodiments, and are not necessarily drawn to scale.

현재 바람직한 실시예의 제조 및 사용이 이하에서 상세히 기술된다. 그러나 본 발명의 개시 내용은 광범위하게 다양한 특정 항목으로 구현될 수 있는 적용 가능한 많은 발명적 개념을 제공함을 인식해야 한다. 여기서 논의된 구체적인 실시예들은 특정 제조법 및 사용법에 대한 단순한 예시일 뿐이며, 발명의 범위를 한정하지 않는다.The preparation and use of the presently preferred embodiments are described in detail below. It should be appreciated, however, that the present disclosure provides many applicable inventive concepts that can be implemented in a wide variety of specific details. The specific embodiments discussed herein are merely illustrative of specific recipes and uses and do not limit the scope of the invention.

본 발명은 강압형 스위칭 레귤레이터(buck switching regulator) 기반 배터리 충전기인, 특정 항목의 바람직한 실시예와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 다른 전력 토폴로지(topology)를 가지는 다양한 배터리 충전기에도 적용될 수 있다.
The present invention will be described in connection with the preferred embodiment of the specific item, which is a buck switching regulator based battery charger. However, the present invention can also be applied to various battery chargers having different power topologies.

먼저, 도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 디지털 제어 배터리 충전기를 설명한다. 디지털 제어 배터리 충전기는 전력 변환기(power converter, 104), 전압 센서(voltage sensor, 106), 전류 센서(current sensor, 108), 모드 선택기(mode selector, 100) 및 디지털 제어기(digital controller, 102)를 포함한다. 상기 전력 변환기(104)는 디지털 제어기(102)로부터 제어 신호를 수신한다. 상기 전압 센서(106) 및 전류 센서(108)는 전력 변환기(104)의 출력에 연결되며, 전력 변환기의 출력에 연결된 재충전 가능한 배터리(110)에 걸리는 전압 및 재충전 가능한 배터리를 통해 흐르는 전류를 각각 감지한다. 전류 센서(108)의 출력 및 전압 센서(106)의 출력 양자는 모드 선택기(100)로 송신되며, 모드 선택기(100)에서 디지털 제어기(102)로부터 나온 제어 신호에 기초하여, 모드 선택기(100)의 논리 제어 유니트(logic control unit, 미도시)는 두 개의 입력 신호 중의 하나를 선택하고, 선택된 신호를 디지털 제어기(102)로 보낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 디지털 제어기(102)는 제 1 입력에서 외부 레지스터(external registers, 120)로부터 나온 외부 신호를, 제 2 입력에서 상기 모드 선택기(100)로부터 나온 제어 신호를, 제 3 입력에서 전력 변환기(104)로부터 나온 일부 동작 파라메타(operating parameter)를 수신하도록 설정되어 있다. 이들 3개의 입력 신호에 기초하여, 디지털 제어기(102)는 펄스 폭 변조(pulse width modulated; PWM) 신호를 발생시키고 이에 따라 전력 변환기(104)를 제어한다. First, a digital control battery charger according to an embodiment will be described with reference to FIG. 1. The digitally controlled battery charger includes a power converter 104, a voltage sensor 106, a current sensor 108, a mode selector 100, and a digital controller 102. Include. The power converter 104 receives a control signal from the digital controller 102. The voltage sensor 106 and current sensor 108 are connected to the output of the power converter 104 and sense the voltage across the rechargeable battery 110 connected to the output of the power converter and the current flowing through the rechargeable battery, respectively. do. Both the output of the current sensor 108 and the output of the voltage sensor 106 are sent to the mode selector 100 and based on the control signal from the digital controller 102 in the mode selector 100, the mode selector 100. A logic control unit (not shown) selects one of two input signals and sends the selected signal to the digital controller 102. As shown in FIG. 1, the digital controller 102 receives an external signal from external registers 120 at a first input, a control signal from the mode selector 100 at a second input, and a third signal. It is set to receive some operating parameters from the power converter 104 at the input. Based on these three input signals, digital controller 102 generates a pulse width modulated (PWM) signal and controls power converter 104 accordingly.

전력 변환기(104)는 입력 전압(미도시, 도 2에 도시됨)을, 재충전 가능한 배터리(110)를 충전시키기 위한 제어된(regulated) 출력 전압으로 변환시킨다. 따라서 디지털 제어기(102)로부터 발생된 PWM 신호에 응답하여, 전력 변환기(104)는 출력 전압을 조절한다. 공지된 바와 같이, 전력 변환기(104)의 동작은 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 당업자의 기술 범위 내이며, 따라서 전력 변환기(104)의 동작은 상세히 설명되지 않을 것이다. 전력 변환기(104)의 바람직한 실시예가 강압형 스위칭 모드 변환기(buck switching mode converter)이지만, 본 발명은 부스트 스위칭 모드 변환기(boost switching mode converters), 강압-부스트 스위칭 모드 변환기(buck-boost switching mode converters), 선형 레귤레이터(linear regulators), 포워드(forward) 변환기, 풀 브리지 변환기(full bridge converter), 하프 브리지 변환기(half bridge converter) 등과 같은 다른 전력 토폴로지에도 적용될 수 있다. 또한 본 발명은 전술한 전력 변환기의 다양한 파생물에도 적용될 수 있다. 예를 들면, 포워드 절연형 변환기(forward isolated converter)가 강압형 스위칭 모드 변환기로부터 유래되기 때문에, 본 발명의 범위는 포워드 절연형 변환기로 확장될 수 있다. The power converter 104 converts the input voltage (not shown, shown in FIG. 2) into a regulated output voltage for charging the rechargeable battery 110. Thus, in response to the PWM signal generated from the digital controller 102, the power converter 104 regulates the output voltage. As is known, the operation of power converter 104 is within the skill of one of ordinary skill in the art having ordinary skill in the art, and therefore the operation of power converter 104 will not be described in detail. While the preferred embodiment of the power converter 104 is a buck switching mode converter, the present invention is a boost switching mode converters, buck-boost switching mode converters. It can also be applied to other power topologies such as linear regulators, forward converters, full bridge converters, half bridge converters, and the like. The invention can also be applied to various derivatives of the power converter described above. For example, since the forward isolated converter is derived from a step-down switching mode converter, the scope of the present invention can be extended to the forward isolated converter.

충전 사이클의 정전류(constant current) 단계에서, 재충전 가능한 배터리(110)을 통해 흐르는 전류는 배터리 충전기의 동작을 제어하기 위한 피드백으로 이용된다. 전류 센서(108)는 다양한 전류 감지 기술을 써서 재충전 가능한 배터리(110)을 통해 흐르는 전류에 비례하는 전류 감지 신호를 발생시키기 위해 이용된다. 전류 센서(108)는 재충전 가능한 배터리(110)에 직렬로 감지 저항(sense resistor)를 연결하여 구현될 수 있다. 또한, 전류 감지 신호의 진폭이 너무 작으면, 감지 저항은 연산 증폭기(operational amplifier)의 입력들을 가로질러 연결되고(미도시, 도 2에 도시됨), 연산 증폭기는 전류 감지 신호를 후속 회로에 허용 가능한 수준으로 비례해서 증폭시킬 수 있다. 마찬가지로, 홀 효과 소자(Hall effect device), 자기 저항 센서(magneto resistive sensor), 전류 감지 집적 회로(current sense integrated circuit) 또는 그 밖의 유사한 것이 재충전 가능한 배터리(110)을 통해 흐르는 전류를 감지하는데 사용될 수 있다. In the constant current phase of the charging cycle, the current flowing through the rechargeable battery 110 is used as feedback to control the operation of the battery charger. The current sensor 108 is used to generate a current sense signal proportional to the current flowing through the rechargeable battery 110 using various current sensing techniques. The current sensor 108 may be implemented by connecting a sense resistor in series with the rechargeable battery 110. Also, if the amplitude of the current sense signal is too small, the sense resistor is connected across the inputs of the operational amplifier (not shown, shown in FIG. 2), and the operational amplifier allows the current sense signal to subsequent circuitry. It can be amplified in proportion to the possible level. Similarly, Hall effect devices, magneto resistive sensors, current sense integrated circuits or the like can be used to sense the current flowing through the rechargeable battery 110. have.

충전 사이클의 정전압(constant voltage) 단계에서, 재충전 가능한 배터리(10)에 걸리는 전압은 배터리 충전기의 동작을 제어하기 위한 피드백으로 사용된다. 전압 센서(106)는 재충전 가능한 배터리(110)에 걸리는 전압을 감지하고, 상기 전압을 후속 회로에 허용 가능한 신호로 비례해서 변환하는데 사용된다. 전압 센서(106)의 바람직한 실시예가 재충전 가능한 배터리(110)의 2개의 단자(terminal) 사이에 연결된 저항 분배기(resistive divider)이지만, 용량 분배기(capacitive dividers), 다양한 트랜지스터로 형성된 전압 분배기(voltage dividers), 전압 감지 집적 회로 또는 이와 유사한 것 등 다른 전압 감지 기술이 본 발명의 범위 내에 있다. In the constant voltage phase of the charge cycle, the voltage across the rechargeable battery 10 is used as feedback to control the operation of the battery charger. The voltage sensor 106 is used to sense the voltage across the rechargeable battery 110 and to proportionally convert the voltage into a signal acceptable to subsequent circuits. Although a preferred embodiment of the voltage sensor 106 is a resistive divider connected between two terminals of the rechargeable battery 110, capacitive dividers, voltage dividers formed of various transistors. Other voltage sensing techniques, such as voltage sensing integrated circuits or the like, are within the scope of the present invention.

충전 사이클에서, 상기 배터리 충전기는 먼저 정전류(constant current)를 제공하고, 재충전 가능한 배터리(110)가 문턱 전압에 도달한 후 정전압(constant voltage)을 제공한다. 모드 선택기(100)는 입력 신호(예를 들어, 전압 센서(106)로부터 감지된 전압)를 선택하고, 선택된 신호를 디지털 제어기(102)로 보내는데 사용된다. 도 1에 도시된 모드 선택기(100)는 별도의 소자이지만, 모드 선택기는 디지털 제어기(102)의 통합된 부분일 수 있다. 또한, 신호 선택 과정이 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 수행될 수도 있다. 그러나 바람직한 실시예에 있어서, 컴퓨터 프로그램 코드 등의 코드나 소프트웨어에 따라서, 컴퓨터 프로그램을 디지털 신호 처리기 또는 중앙 처리 유니트에서 실행시키는 것과 같은 과정에 의해서 상기 기능이 수행된다. In the charging cycle, the battery charger first provides a constant current, and then provides a constant voltage after the rechargeable battery 110 reaches the threshold voltage. The mode selector 100 is used to select an input signal (eg, the voltage sensed from the voltage sensor 106) and send the selected signal to the digital controller 102. Although the mode selector 100 shown in FIG. 1 is a separate device, the mode selector may be an integral part of the digital controller 102. In addition, the signal selection process may be performed in hardware or software, or a combination thereof. However, in a preferred embodiment, the function is performed by a process such as executing a computer program in a digital signal processor or a central processing unit in accordance with code or software such as computer program code.

상기 디지털 제어기(102)는 외부 레지스터(external registers, 120)로부터 외부 신호를 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 외부 레지스터는 디지털 인터페이스(예를 들면, I2C, SPI 또는 UART)를 통해서 디지털 제어기와 통신하는 레지스터 더미(a bank of registers)를 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 상기 외부 신호는 사용자 또는 시스템 관리 유니트(system management unit)로부터 나온 동적 시스템 구성 조절 신호(dynamic system configuration adjustment signal)일 수 있다. 상기 외부 신호는 디지털 제어기(102)의 다양한 파라메타를 프로그램하는 데 사용될 수 있다. 상기 외부 신호는 개방 회로(open circuit) 전압, 충전 전류 한도(charging current limit) 및 등가 부하 저항(equivalent load resistance)를 포함하는 배터리 파라메타를 포함할 수 있다. 또한, 디지털 제어기(102)는 전력 변환기(104)의 동작 파라메타를 얻고(retrieve), 모드 선택기(100)로부터 피드백을 받을 수 있다. 상기 동작 파라메타는 상기 전력 변환기에 연결된 입력 전압, 상기 전력 변환기의 동작 온도, 상기 전력 변환기의 입력 전류, 상기 전력 변환기의 출력 전류, 상기 전력 변환기의 출력 전압, 상기 전력 변환기의 입력 리플(ripple) 전압, 상기 전력 변환기의 출력 리플 전압으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이 세가지 신호에 기초하여, 디지털 제어기(102)는 전력 변환기(104)를 제어하기 위한 디지털 PWM 신호를 발생시킨다. 디지털 제어기(102)의 동작은 도 2를 참조로 상세히 설명될 것이다. 디지털 제어기(102)의 유용한 특징의 하나는, 배터리 충전기가 다른 충전 단계로 진입할 때, 제어 루프 보상 파라메타(control loop compensation parameters)를 동적으로 조절하도록 디지털 제어기(102)가 구성될 수 있다는 것이다. 더구나, 디지털 제어 루프를 통한 동적 조절(dynamic adjustment)은 있을 수 있는 공정 편차(process variations)에 대해 동적 보상(dynamic compensation)을 할 수 있다. 또한, 이러한 동적 조절은, 하나의 제어기(예를 들면, 디지털 제어기(102))가 정전류(constant current) 충전 및 정전압(constant voltage) 충전 양자를 다룰 수 있기 때문에, 배터리 충전기의 하드웨어 비용을 감소시킨다.
The digital controller 102 may receive an external signal from external registers 120. According to one embodiment, the external register may comprise a bank of registers in communication with the digital controller via a digital interface (eg, I2C, SPI or UART). Alternatively, the external signal may be a dynamic system configuration adjustment signal from a user or a system management unit. The external signal can be used to program various parameters of the digital controller 102. The external signal may include a battery parameter that includes an open circuit voltage, a charging current limit, and an equivalent load resistance. In addition, the digital controller 102 can retrieve the operating parameters of the power converter 104 and receive feedback from the mode selector 100. The operating parameter includes an input voltage connected to the power converter, an operating temperature of the power converter, an input current of the power converter, an output current of the power converter, an output voltage of the power converter, an input ripple voltage of the power converter. It may be selected from the group consisting of the output ripple voltage of the power converter. Based on these three signals, digital controller 102 generates a digital PWM signal for controlling power converter 104. Operation of the digital controller 102 will be described in detail with reference to FIG. One useful feature of the digital controller 102 is that the digital controller 102 can be configured to dynamically adjust the control loop compensation parameters as the battery charger enters another charging phase. Moreover, dynamic adjustment via digital control loops can provide dynamic compensation for possible process variations. This dynamic regulation also reduces the hardware cost of the battery charger since one controller (eg, digital controller 102) can handle both constant current charging and constant voltage charging. .

도 2는 일 실시예에 따른 디지털 제어 배터리 충전기의 간단화된 블록 다이어그램을 도시한다. 일 실시예에 의하면, 전력 변환기(104)는 N채널 전계 효과 트랜지스터(N-FET, Q2)에 직렬 연결된 P 채널 전계 효과 트랜지스터(P-FET, Q1)를 포함하는 강압형 스위칭 모드 변환기(buck switching mode converter)이다. P-FET(Q1)와 N-FET(Q2) 사이의 접합점(junction point)은 출력 인덕터(Lo)와 출력 캐패시터(Co)에 의해 형성된 필터를 통해 재충전 가능한 배터리(110)에 연결된다. P-FET(Q1)와 N-FET(Q2)의 게이트는 드라이버(driver, 210)에 연결되며, 드라이버는 디지털 제어기(102)로부터 디지털 PWM 신호를 수신하고, 디지털 PWM 신호를 최소의 데드 타임(dead time)을 가지는 2개의 상보(complementary) 게이트 신호로 변환한다. 공지된 바와 같이, 상기 드라이버(210)는 드라이버(210)가 수신하는 디지털 PWM 신호로부터 2개의 상보 게이트 신호를 생성할 뿐만 아니라, 드라이버(210)가 전력 변환기(104)의 스위칭 소자를 턴온 또는 턴 오프시킬 때 싱크 및 소스 성능(sink and source capability)을 증가시킬 충분한 전류를 공급한다. Q1 및 Q2는, 당해 기술 분야의 통상의 기술을 가진 당업자에게 알려진 것과 같이, J-FET, HEX-FET, 바이-폴라 트랜지스터와 같은 다른 형태의 장치로 구현될 수 있다. 2 shows a simplified block diagram of a digitally controlled battery charger according to one embodiment. According to one embodiment, the power converter 104 is a buck switching mode comprising a P-channel field effect transistor (P-FET, Q1) connected in series with the N-channel field effect transistor (N-FET, Q2). mode converter). A junction point between P-FET Q1 and N-FET Q2 is connected to rechargeable battery 110 through a filter formed by output inductor Lo and output capacitor Co. The gates of the P-FET Q1 and the N-FET Q2 are connected to a driver 210, which receives the digital PWM signal from the digital controller 102, and converts the digital PWM signal into a minimum dead time ( Convert into two complementary gate signals with dead time. As is known, the driver 210 not only generates two complementary gate signals from the digital PWM signal received by the driver 210, but also the driver 210 turns on or turns the switching element of the power converter 104. When turned off, it provides enough current to increase sink and source capability. Q1 and Q2 may be implemented in other types of devices, such as J-FETs, HEX-FETs, bi-polar transistors, as known to those skilled in the art.

본 실시예의 구현에 있어서, 감지 저항(sense resistor, Rs)은 재충전 가능한 배터리(110)를 통해 흐르는 전류를 감지하는데 이용된다. Rs는 재충전 가능한 배터리(110)에 직렬 연결된다. 연산 증폭기(212)는 Rs의 두 개의 단자에 연결된 두 개의 입력을 가진다. 상기 연산 증폭기(212)의 이득(gain)은, 연산 증폭기(212)의 출력 전압이 전압 센서(106)의 출력과 동일 범위가 되도록, 조절된다. 결과적으로, 전압 센서(106)로부터 나온 피드백 신호와 전류 센서(108)로부터 나온 피드백 신호는, 모드 선택기가 이들 중 어느 하나를 선택하고 선택된 신호를 디지털 제어기(102)로 보낼 때, 기준 전압(reference voltage)을 공유(share)할 수 있으며, 여기서 상기 선택된 신호는 상기 기준 전압과 비교될 것이다.In the implementation of this embodiment, a sense resistor (Rs) is used to sense the current flowing through the rechargeable battery 110. Rs is connected in series to the rechargeable battery 110. Operational amplifier 212 has two inputs connected to two terminals of Rs. The gain of the operational amplifier 212 is adjusted so that the output voltage of the operational amplifier 212 is in the same range as the output of the voltage sensor 106. As a result, the feedback signal from the voltage sensor 106 and the feedback signal from the current sensor 108 are referenced when the mode selector selects any of them and sends the selected signal to the digital controller 102. voltage, wherein the selected signal will be compared to the reference voltage.

재충전 가능한 배터리의 충전 사이클은 적어도 2단계, 즉 정전류 단계 및 정전압 단계를 포함한다. 상기 모드 선택기(100)는 이들 두 개의 충전 단계 동안에 적법한 피드백 신호를 선택하는데 사용된다. 이 기능은 하드웨어 또는 소프트웨어로 수행될 수 있다. 예를 들면, ORING 회로는 고진폭(high amplitude)을 가지는 피드백 신호는 모드 선택기(100)를 통과하고, 저진폭(low amplitude)를 가지는 피드백 신호가 디지털 제어기(102)에 도달하는 것을 차단할 수 있다. 다른 방법으로, 모드 선택 기능은 디지털 제어기(102) 내에 통합될 수 있는데, 여기서 컴퓨터 프로그램이 두 개의 입력 신호를 비교하여 고진폭을 가지는 신호를 선택할 수 있다. The charging cycle of the rechargeable battery includes at least two stages, namely a constant current stage and a constant voltage stage. The mode selector 100 is used to select a legitimate feedback signal during these two charging stages. This function can be performed in hardware or software. For example, the ORING circuit can pass a high amplitude feedback signal through the mode selector 100 and block the low amplitude feedback signal from reaching the digital controller 102. . Alternatively, the mode selection function can be integrated into the digital controller 102, where a computer program can compare two input signals to select a signal with high amplitude.

상기 디지털 제어기(102)는 시그마 델타(sigma delta) 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter; ADC, 202), 데시메이터(decimator, 204), 디지털 필터(206) 및 디지털 PWM 발생기(208)를 포함한다. 상기 시그마 델타 ADC(202)는, 디지털 도메인으로의 변환에 필요한 차등 이득(differential gain)을 계속 제공하면서, 유입 신호의 공통 모드(common mode)를 제거하는 단순 스위치 캐패시터(switched capacitor) 디자인이 될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 시그마 델타 ADC (202)는 모드 선택기(100)로부터 피드백 신호를 수신하고, 상기 피드백 신호를 기준 전압(VREF)과 비교한다. 또한, 상기 시그마 델타 ADC(202)는 기준 전압(VREF)과 피드백 신호의 차이를 디지털 코드로 변환한다. 상기 시그마 델타 ADC(202)는 차동 증폭기(differential amplifier)와 ADC를 포함하는 시그마 델타 변조기(modulator)로 대체될 수 있다. The digital controller 102 includes a sigma delta analog-to-digital converter (ADC) 202, a decimator 204, a digital filter 206 and a digital PWM generator 208. It includes. The sigma delta ADC 202 can be a simple switched capacitor design that eliminates the common mode of the incoming signal while still providing the differential gain required for conversion to the digital domain. have. According to one embodiment, the sigma delta ADC 202 receives a feedback signal from the mode selector 100 and compares the feedback signal with a reference voltage VREF. In addition, the sigma delta ADC 202 converts the difference between the reference voltage VREF and the feedback signal into a digital code. The sigma delta ADC 202 may be replaced with a sigma delta modulator including a differential amplifier and an ADC.

상기 데시메이터(decimator, 204)는 두 가지 기능을 수행하도록 구성된다. 첫째, 상기 데시메이터(204)는 시그마 델타 ADC(202)로부터 나온 디지털 신호의 샘플링 레이트(sampling rate)를 감소시키는데 이용된다. 이 기술을 채용함으로써, 샤논-나이퀴스트 샘플링 이론 기준(Shannon-Nyquist sampling theorem criterion)이 계속 유지되면서, 상기 데시메이터(204)의 출력에서 데이터 크기에 대한 데이터 전송 속도(data rate of the size of data)가 감소된다. 또한, 상기 데시메이터(204)는 양자화 잡음(quantization noise)이 감소되는 안티-앨리어싱 필터(anti-aliasing filter)를 제공하고, 따라서 데시메이터(204)의 출력에서의 신호의 해상도가 향상된다. 데시메이터(204)는, 이전 주기 동안에 시그마 델타 ADC(202)로부터 출력된 논리의 수(number of logic ones)가 카운트되고 그 논리의 수에 기초하여 새로운 디지털 코드가 생성되는, 단순 디지털 카운터를 이용하여 구현될 수 있다. The decimator 204 is configured to perform two functions. First, the decimator 204 is used to reduce the sampling rate of the digital signal from the sigma delta ADC 202. By employing this technique, the Shannon-Nyquist sampling theorem criterion is maintained, while the data rate of the size of the data size at the output of the decimator 204. data) is reduced. The decimator 204 also provides an anti-aliasing filter in which quantization noise is reduced, thus improving the resolution of the signal at the output of the decimator 204. The decimator 204 uses a simple digital counter, in which the number of logic ones output from the sigma delta ADC 202 is counted during the previous period and a new digital code is generated based on the number of logic. Can be implemented.

상기 디지털 필터(206)는, 배터리 충전기의 정전류 제어 및 정전압 제어의 루프 응답(loop response)이 제어되도록, 보상 폴 및 제로(compensation poles and zeros)를 위치시키는데 사용된다. 다시 말하면, 디지털 필터(206)를 통해서 여분의 폴 및 제로(extra pole and zero)를 추가한 후에, 배터리 충전의 제어 루프는 60도(degree) 보다 큰 위상 여유도(phase margin)를 가진다. 공지된 바와 같이, 배터리 충전기가 정전류 충전 단계에 있을 때, 배터리 충전기의 전송 함수(transfer function)는 2차 시스템(second-order system)이다. 특히, 상기 전송 함수(transfer function)는 두 개의 공액 폴(conjugate poles) 및 하나의 제로(zero)를 포함한다. 공지된 바와 같이, 2차 시스템이 60도 보다 큰 위상 여유도를 갖는 것을 보증하기 위해서, 아날로그 배터리 충전기에서, 저항 및 캐패시터는 에러 증폭기(error amplifier)를 통해서 3개의 폴(pole)과 2개의 제로(zero)를 제공하도록 구성된다. 아날로그 대응물에서와 같이, 상기 디지털 필터(206)는 배터리 충전기의 루프 응답이 60도 보다 큰 위상 여유도를 가지도록 3개의 폴(pole)과 2개의 제로(zero)를 제공한다. 일 실시예에 따르면, 상기 디지털 필터(206)는, 2개의 공액 폴(conjugate pole)에 기인한 위상 지연(phase lag)이 완화되도록, 전송 함수(transfer function)의 2개의 공액 폴(conjugate pole)의 주파수에 2개의 제로(zero)를 제공한다. 폴(pole)은, 고주파수 소음이 감쇄되도록, 교차 주파수(crossover frequency) 이상의 주파수에 위치할 수 있다. The digital filter 206 is used to position the compensation poles and zeros so that the loop response of the constant current control and the constant voltage control of the battery charger is controlled. In other words, after adding extra poles and zeros through the digital filter 206, the control loop of battery charging has a phase margin of greater than 60 degrees. As is known, when the battery charger is in the constant current charging phase, the transfer function of the battery charger is a second-order system. In particular, the transfer function comprises two conjugate poles and one zero. As is known, in order to ensure that the secondary system has a phase margin of greater than 60 degrees, in an analog battery charger, the resistors and capacitors are connected via three poles and two zeros through an error amplifier. configured to provide zero. As with the analog counterpart, the digital filter 206 provides three poles and two zeros so that the loop response of the battery charger has a phase margin of greater than 60 degrees. According to one embodiment, the digital filter 206 has two conjugate poles of a transfer function such that the phase lag caused by the two conjugate poles is mitigated. It provides two zeros at the frequency of. The pole may be located at a frequency above the crossover frequency so that high frequency noise is attenuated.

한편, 배터리 전압이 문턱 전압에 도달하면, 배터리 충전기는 정전압 단계로 진입한다. 정전압 단계 하의 배터리 충전기는 정전류 단계에 관하여 위에서 기술한 2차 시스템과 유사한 전송 함수를 보여준다. 요약하면, 정전류 충전 단계 및 정전압 충전 단계는, 폴(pole)과 제로(zero)가 다른 주파수에 위치함에도 불구하고 유사한 전송 함수를 공유한다. 이 내재적 특징은, 양측의 충전 단계가 순환 필터(recursive filter)와 같은 디지털 필터를 공유할 수 있음을 의미한다. 배터리 충전기가 상이한 충전 단계로 진입할 때, 디지털 필터(206)는 그의 계수(coefficient)를 동적으로 조절함으로써 제어 루프(control loop)를 보상(compensating)할 수 있어서, 이에 따라 보상 제로(zero) 및 폴(pole)이 조절될 수 있다. 디지털 필터(206)의 이점은, 배터리 충전기의 2개의 충전 단계가 동일 필터 구성을 공유할 수 있다는 것이다. 부가하여, 제어 루프는 외부 신호 및 배터리 충전기의 동작 조건의 변화 중의 어느 하나에 응답하여 동조(tune)될 수 있어서, 상기 제어 루프는 빠른 순간 응답(transient response) 뿐만 아니라 안정된 시스템을 제공할 수 있다. On the other hand, when the battery voltage reaches the threshold voltage, the battery charger enters the constant voltage step. The battery charger under the constant voltage stage exhibits a transfer function similar to the secondary system described above with respect to the constant current stage. In summary, the constant current charging step and the constant voltage charging step share a similar transfer function even though the pole and zero are at different frequencies. This inherent feature means that both charging stages can share a digital filter, such as a recursive filter. As the battery charger enters a different charging stage, the digital filter 206 can compensate for the control loop by dynamically adjusting its coefficients, thus compensating zero and The pole can be adjusted. An advantage of the digital filter 206 is that two charging stages of the battery charger can share the same filter configuration. In addition, the control loop can be tuned in response to any one of an external signal and a change in operating conditions of the battery charger, such that the control loop can provide a stable system as well as a fast transient response. .

상기 디지털 PWM 발생기(208)는 디지털 필터(206)로부터 디지털 코드를 수신하고, 정주파(constant frequency) PWM 신호를 생성한다. 상기 디지털 PWM 발생기(208)는 디지털 카운터(미도시)를 이용하여 구현될 수 있다. 이러한 디지털 카운터는, 디지털 카운터가 디지털 필터(206)에서 나온 디지털 코드와 동등한 값까지 카운트할 때까지, 디지털 PWM 발생기(208)가 논리 하이(high) 상태를 출력하도록 허용한다. 이후, 디지털 PWM 발생기(208)의 출력은, 다음의 스위칭 사이클이 될 때까지 논리 로우(low) 상태로 남는다. 디지털 PWM 발생기(208)의 출력은 드라이버(210)에 연결되고, 드라이버는 도 2에 도시된 강압형 변환기를 구동시킬 2개의 게이트 펄스를 생성한다. PMW 제어를 통해 강압형 변환기를 제어하는 동작은 이 기술 분야에서 공지이며, 따라서 여기서는 논의되지 않는다.
The digital PWM generator 208 receives a digital code from the digital filter 206 and generates a constant frequency PWM signal. The digital PWM generator 208 may be implemented using a digital counter (not shown). This digital counter allows the digital PWM generator 208 to output a logic high state until the digital counter counts to a value equivalent to the digital code from the digital filter 206. The output of the digital PWM generator 208 then remains at a logic low state until the next switching cycle. The output of the digital PWM generator 208 is connected to the driver 210, which generates two gate pulses to drive the step-down converter shown in FIG. The operation of controlling the step-down transducer via PMW control is known in the art and thus is not discussed here.

도 3은 다른 실시예에 따른 디지털 제어 배터리 충전기의 간단화된 블록 다이어그램을 보여준다. 도 3에 도시된 배터리 충전기는 도 2의 실시예와 유사하지만 하나의 전압 피드백 루프만을 포함한다. 도 4는 또 다른 실시예에 따른 디지털 제어 배터리 충전기의 간단화된 블록 다이어그램을 보여준다. 도 4에 도시된 배터리 충전기는 하나의 전류 피드백 루프를 포함한다. 전압 모드 배터리 충전기 또는 전류 모드 배터리 충전기의 동작은 이 기술 분야에서 공지이며, 따라서 여기서는 논의되지 않는다. 도 3 및 도 4 양자는, 본 발명의 범위가 이중-루프(dual-loop) 배터리 충전기뿐만 아니라 단일-루프(single-loop) 배터리 충전기에도 적용될 수 있음을 보여준다. 당해 기술분야의 통상의 기술을 가진 자라면 많은 변형물, 대체물 및 변경물을 인식할 것이다.
3 shows a simplified block diagram of a digitally controlled battery charger according to another embodiment. The battery charger shown in FIG. 3 is similar to the embodiment of FIG. 2 but includes only one voltage feedback loop. 4 shows a simplified block diagram of a digitally controlled battery charger according to another embodiment. The battery charger shown in FIG. 4 includes one current feedback loop. The operation of a voltage mode battery charger or current mode battery charger is known in the art and thus is not discussed here. Both Figures 3 and 4 show that the scope of the present invention can be applied to a single-loop battery charger as well as to a dual-loop battery charger. Those skilled in the art will recognize many variations, substitutions and alterations.

도 5는 도 4에 도시된 전류 센서(108)의 도식적 다이어그램을 보여준다. 일 실시예에 따르면, 상기 전류 센서(108)는 감지 저항(sense resistor, Rs), 연산 증폭기(502), 저항(R1), 전류 감지 전압 세팅 저항(current sense voltage setting resistor, Rset) 및 트랜지스터(504)를 포함한다. 상기 감지 저항(Rs)은 재충전 가능한 배터리(110)에 직렬 연결된다. 상기 저항(R1), 트랜지스터(504) 및 전류 감지 전압 세팅 저항(Rset)은 직렬 연결된다. 상기 연산 증폭기(502)는 저항(R1)과 트랜지스터(504) 사이의 접합점에 연결된 양(positive)의 입력, 전류 감지 저항(Rs)과 재충전 가능한 배터리(110) 사이의 접합점에 연결된 음(negative)의 입력 및 트랜지스터(504)의 게이트에 연결된 출력을 가진다. FIG. 5 shows a schematic diagram of the current sensor 108 shown in FIG. 4. According to one embodiment, the current sensor 108 includes a sense resistor (Rs), an operational amplifier 502, a resistor (R1), a current sense voltage setting resistor (Rset) and a transistor ( 504). The sense resistor Rs is connected in series to the rechargeable battery 110. The resistor R1, the transistor 504, and the current sense voltage setting resistor Rset are connected in series. The operational amplifier 502 has a positive input connected to the junction between the resistor R1 and the transistor 504, negative connected to the junction between the current sense resistor Rs and the rechargeable battery 110. Has an input and an output connected to the gate of the transistor 504.

당해 기술분야에 공지된 것 같이, 감지 저항(Rs)에 걸리는 전압은 저항(R1)에 걸리는 전압과 동일하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 저항(R1)을 통해 흐르는 전류는 전류 감지 전압 세팅 저항(Rset)을 통해 흐르는 전류와 거의 동일하다. 결과적으로, 저항(R1)에 걸리는 전압은 하기와 같이 표현될 수 있다.As is known in the art, the voltage across sense resistor Rs is equal to the voltage across resistor R1. As shown in FIG. 5, the current flowing through the resistor R1 is approximately equal to the current flowing through the current sensing voltage setting resistor Rset. As a result, the voltage across the resistor R1 can be expressed as follows.

Figure 112012000103573-pat00001
Figure 112012000103573-pat00001

여기서 Vset은 전류 감지 전압 세팅 저항(Rset)에 걸리는 전압이다. 유사하게, 감지 저항(Rs)에 걸리는 전압은 하기와 같이 표현될 수 있다. Where Vset is the voltage across the current sense voltage setting resistor Rset. Similarly, the voltage across the sense resistor Rs can be expressed as follows.

Figure 112012000103573-pat00002
Figure 112012000103573-pat00002

여기서 I SNS은 감지 저항(Rs)을 통해 흐르는 전류이다. 감지 저항(Rs)에 걸리는 전압이 저항(R1)에 걸리는 전압과 동일하므로, Vset은 하기와 같이 표현될 수 있다.Where I SNS is the current flowing through the sense resistor Rs. Since the voltage across the sensing resistor Rs is the same as the voltage across the resistor R1, Vset may be expressed as follows.

Figure 112012000103573-pat00003
Figure 112012000103573-pat00003

상기 방정식으로부터, Vset 은 감지 저항(Rs)에 걸리는 전류 감지 전압에 비례한다. 또한, Vset의 범위는 Rset의 값을 바꿈으로써 조절될 수 있다. 도 5에 도시된 전류 센서(108)의 하나의 이점은, 전류 센서(108)가 전압 피드백 신호와 동일 차수(same order)의 전류 감지 신호(예를 들면, Vset)를 발생시킬 수 있다는 것이다. 이 특징은, 전류 피드백 루프 및 전압 피드백 루프가 ADC (예를 들면, 도 2에 도시된 시그마 델타 ADC(202)) 및 기준 전압을 공유할 수 있도록 한다. From the above equation, Vset is proportional to the current sense voltage across the sense resistor Rs. Also, the range of Vset can be adjusted by changing the value of Rset. One advantage of the current sensor 108 shown in FIG. 5 is that the current sensor 108 can generate a current sensing signal (eg , Vset) in the same order as the voltage feedback signal. This aspect is characterized in that, the current feedback loop and the voltage feedback loop, the ADC (for example, FIG sigma delta ADC (202) shown in Fig. 2) it allows to share and reference voltage.

본 발명의 실시예 및 그의 이점들이 상세히 기술되었지만, 첨부된 청구항에 의해 정의된 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 변화, 대체 및 교체가 이루어질 수 있음을 인식해야 한다. While embodiments of the present invention and their advantages have been described in detail, it should be appreciated that various changes, substitutions and alterations can be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

또한, 본 출원의 범위는, 명세서 내에서 기재된 공정, 기계, 제조 그리고 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계(step)에 대한 특정 실시예로 한정하는 것은 아니다. 이 기술 분야의 당업자는, 본 출원의 개시 내용으로부터, 본 명세서에서 기재된 해당 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 동일한 효과를 획득할 수 있는, 현존하는 또는 이후에 개발될 공정, 기계, 제조 그리고 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계가 개시 내용에 따라 유용될 수 있음을, 용이하게 이해할 것이다. 따라서 첨부된 청구항은 청구항의 범위 내에 이와 같은 공정,기계, 제조 그리고 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계를 포함하도록 하기 위한 것이다.Moreover, the scope of the present application is not limited to the specific embodiments of the process, machine, manufacture and composition, means, methods and steps of the materials described in the specification. Those skilled in the art can, from the disclosure of the present application, process or machine that are to be developed or later developed that can perform substantially the same functions or obtain substantially the same effects as the corresponding embodiments described herein. It will be readily understood that the preparation, composition and composition of the materials, means, methods and steps may be useful according to the disclosure. It is therefore intended that the appended claims cover such processes, machines, manufacture and compositions of matter, means, methods and steps within the scope of the claims.

Claims (10)

전류 감지 신호 및 전압 감지 신호 양자를 수신하도록 구성된 모드 선택기;
상기 모드 선택기와 디지털 제어기 사이에 연결된 아날로그-디지털 변환기(ADC);
디지털 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성하도록 구성된 상기 디지털 제어기;
상기 ADC 및 디지털 필터 사이에 연결된 데시메이터;
전력 변환기의 위상 여유도를 증가시키기 위해서 다수의 폴(pole) 및 제로(zero)를 추가하도록 구성되며, 상기 전류 감지 신호가 선택될 때는 제 1 계수군(a group of coefficient)이 인에이블되고, 상기 전압 감지 신호가 선택될 때는 제 2 계수군이 인에이블되는, 상기 디지털 필터; 및
상기 디지털 필터로부터 디지털 신호를 수신하고, 상기 디지털 신호를 상기 PWM 신호로 변환하는 디지털 PWM 발생기를 포함하는 것인, 디지털 제어 회로.
A mode selector configured to receive both a current sense signal and a voltage sense signal;
An analog-to-digital converter (ADC) coupled between the mode selector and the digital controller;
The digital controller configured to generate a digital pulse width modulated (PWM) signal;
A decimator coupled between the ADC and the digital filter;
Configured to add a plurality of poles and zeros to increase the phase margin of the power converter, wherein a group of coefficients is enabled when the current sensing signal is selected, The digital filter, wherein a second coefficient group is enabled when the voltage sensing signal is selected; And
And a digital PWM generator for receiving a digital signal from the digital filter and converting the digital signal into the PWM signal.
제 1 항에 있어서, 상기 모드 선택기는 입력 신호를 선택하고, 상기 입력 신호를 상기 ADC로 보내는 것인, 디지털 제어 회로. 2. The digital control circuit of claim 1 wherein the mode selector selects an input signal and sends the input signal to the ADC. 제 1 항에 있어서, 상기 ADC는 시그마 델타 변조기(modulator)를 포함하며, 기준 전압 및 상기 모드 선택기로부터 나온 피드백 신호를 수신하도록 구성되는 것인, 디지털 제어 회로. 2. The digital control circuit of claim 1 wherein the ADC comprises a sigma delta modulator and is configured to receive a reference voltage and a feedback signal from the mode selector. 삭제delete 재충전 가능한 배터리에 연결된 출력을 가지는 전력 변환기;
상기 재충전 가능한 배터리를 통해 흐르는 전류를 감지하도록 구성된 전류 센서;
상기 재충전 가능한 배터리에 걸리는 전압을 감지하도록 구성된 전압 센서; 및
디지털 제어 회로를 포함하며,
상기 디지털 제어 회로는, 상기 전류 센서로부터 나온 전류 감지 신호 및 상기 전압 센서로부터 나온 전압 감지 신호 양자를 수신하도록 구성된 모드 선택기;
상기 모드 선택기와 디지털 제어기 사이에 연결된 아날로그-디지털 변환기(ADC);
상기 전력 변환기를 제어하기 위해 디지털 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성하도록 구성된 상기 디지털 제어기;
상기 ADC와 디지털 필터 사이에 연결된 데시메이터;
상기 전력 변환기의 위상 여유도를 증가시키기 위해 다수의 폴(pole) 및 제로(zero)를 추가하도록 구성된 상기 디지털 필터; 및
상기 디지털 필터로부터 나온 디지털 신호를 수신하고, 상기 디지털 신호를 PWM 신호로 변환하는 디지털 PWM 발생기를 포함하며,
상기 전력 변환기는 강압형 스위칭 모드 변환기, 부스트 스위칭 모드 변환기, 강압-부스트 스위칭 모드 변환기, 선형 레귤레이터, 포워드 변환기(forward converter), 풀 브리지 변환기(full bridge converter) 및 하프 브리지 변환기(half bridge converter)로 이루어진 군에서 선택되며,
상기 전류 센서는 감지 저항, 홀 효과 소자, 자기 저항 센서 및 전류 감지 집적 회로로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 시스템.
A power converter having an output coupled to the rechargeable battery;
A current sensor configured to sense a current flowing through the rechargeable battery;
A voltage sensor configured to sense a voltage across the rechargeable battery; And
Including digital control circuitry,
The digital control circuit includes a mode selector configured to receive both a current sense signal from the current sensor and a voltage sense signal from the voltage sensor;
An analog-to-digital converter (ADC) coupled between the mode selector and the digital controller;
The digital controller configured to generate a digital pulse width modulated (PWM) signal to control the power converter;
A decimator coupled between the ADC and the digital filter;
The digital filter configured to add a plurality of poles and zeros to increase the phase margin of the power converter; And
A digital PWM generator receiving the digital signal from the digital filter and converting the digital signal into a PWM signal,
The power converter is a step-down switching mode converter, a boost switching mode converter, a step-down switching mode converter, a linear regulator, a forward converter, a full bridge converter and a half bridge converter. Selected from the group consisting of,
The current sensor is selected from the group consisting of a sense resistor, a hall effect element, a magnetoresistive sensor and a current sense integrated circuit.
제 5 항에 있어서,
상기 재충전 가능한 배터리에 직렬로 연결되는 감지 저항;
상기 감지 저항에 걸쳐있는 두 개의 입력을 가지는 전류 감지 증폭기; 및
상기 디지털 제어기와 상기 전력 변환기 사이에 연결된 드라이버를 더욱 포함하는 것인, 시스템.
The method of claim 5, wherein
A sense resistor connected in series with said rechargeable battery;
A current sense amplifier having two inputs across the sense resistor; And
And a driver coupled between the digital controller and the power converter.
삭제delete 재충전 가능한 배터리를 통해 흐르는 전류를 감지하고, 상기 전류를 전류 감지 신호로 변환하는 단계;
상기 재충전 가능한 배터리의 두 개의 단자에 걸리는 전압을 감지하고, 상기 전압을 전압 감지 신호로 변환하는 단계;
상기 전류 감지 신호 및 상기 전압 감지 신호로부터 선택 신호를 결정하고, 상기 선택 신호를 디지털 제어기로 보내는 단계;
전력 변환기로부터 동작 파라메타를 수신하는 단계;
외부 신호를 수신하는 단계;
상기 동작 파라메타 및 상기 외부 신호에 대응하여 디지털 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성하는 단계; 및
상기 재충전 가능한 배터리에 연결된 상기 전력 변환기로 상기 PWM 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
상기 동작 파라메타는 상기 전력 변환기에 연결된 입력 전압, 상기 전력 변환기의 동작 온도, 상기 전력 변환기의 입력 전류, 상기 전력 변환기의 출력 전류, 상기 전력 변환기의 출력 전압, 상기 전력 변환기의 입력 리플(ripple) 전압, 상기 전력 변환기의 출력 리플 전압으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 외부 신호는 개방 회로(open circuit) 전압, 충전 전류 한도(charging current limit) 및 등가 부하 저항(equivalent load resistance)를 포함하는 배터리 파라메타를 포함하는 것인, 방법.
Sensing a current flowing through the rechargeable battery and converting the current into a current sense signal;
Sensing a voltage across two terminals of the rechargeable battery and converting the voltage into a voltage sensing signal;
Determining a selection signal from the current sensing signal and the voltage sensing signal and sending the selection signal to a digital controller;
Receiving operating parameters from a power converter;
Receiving an external signal;
Generating a digital pulse width modulated (PWM) signal in response to the operating parameter and the external signal; And
Transmitting the PWM signal to the power converter coupled to the rechargeable battery,
The operating parameter includes an input voltage connected to the power converter, an operating temperature of the power converter, an input current of the power converter, an output current of the power converter, an output voltage of the power converter, an input ripple voltage of the power converter. Is selected from the group consisting of output ripple voltage of the power converter,
The external signal comprises a battery parameter comprising an open circuit voltage, a charging current limit, and an equivalent load resistance.
제 8 항에 있어서,
상기 선택 신호를 기준 전압과 비교하고, 상기 선택 신호와 상기 기준 전압 사이의 오차(error)를 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 이용하여 디지털 코드로 변환하는 단계;
디지털 필터를 통해 다수의 폴(pole) 및 제로(zero)를 추가함으로써 디지털 제어 루프를 보상(compensating)하는 단계,
상기 ADC와 상기 디지털 필터 사이에 연결된 데시메이터를 사용하여 데이터 크기를 줄이는 단계, 및
상기 전력 변환기를 제어하기 위해 상기 PWM 신호를 드라이버로 전송하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
The method of claim 8,
Comparing the selection signal with a reference voltage and converting an error between the selection signal and the reference voltage into a digital code using an analog-to-digital converter (ADC);
Compensating the digital control loop by adding multiple poles and zeros through the digital filter,
Reducing the data size using a decimator coupled between the ADC and the digital filter, and
Transmitting the PWM signal to a driver to control the power converter.
삭제delete
KR1020120000078A 2011-01-31 2012-01-02 Battery charger digital control circuit and method and battery charger system KR101315115B1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161438067P 2011-01-31 2011-01-31
US61/438,067 2011-01-31
US13/032,956 2011-02-23
US13/032,956 US8441235B2 (en) 2011-01-31 2011-02-23 Battery charger digital control circuit and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120088557A KR20120088557A (en) 2012-08-08
KR101315115B1 true KR101315115B1 (en) 2013-10-07

Family

ID=46873795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120000078A KR101315115B1 (en) 2011-01-31 2012-01-02 Battery charger digital control circuit and method and battery charger system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101315115B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101509323B1 (en) * 2013-08-01 2015-04-08 단국대학교 산학협력단 Second battery charging circuit using linear regulator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000032770A (en) * 1998-11-17 2000-06-15 에릭 발리베 Voltage regulator of car alternator using micro controller
KR20070020315A (en) * 2007-01-30 2007-02-20 선비기술 주식회사 charging system using full-bridge invertor
KR20070082541A (en) * 2006-02-16 2007-08-21 서미트 마이크로일렉트로닉스 인코퍼레이티드 Switching battery charging systems and methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000032770A (en) * 1998-11-17 2000-06-15 에릭 발리베 Voltage regulator of car alternator using micro controller
KR20070082541A (en) * 2006-02-16 2007-08-21 서미트 마이크로일렉트로닉스 인코퍼레이티드 Switching battery charging systems and methods
KR20070020315A (en) * 2007-01-30 2007-02-20 선비기술 주식회사 charging system using full-bridge invertor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120088557A (en) 2012-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI445279B (en) Battery charger digital control circuit and method and battery charger system
KR102516935B1 (en) Elimination of Near DC Errors in Peak-Control Boost Converter Using Low-Bandwidth Quadratic Control Loop
Wei et al. Design of an average-current-mode noninverting buck–boost DC–DC converter with reduced switching and conduction losses
US8269471B2 (en) Method for DC/DC conversion and DC/DC converter arrangement including four switching phases
EP3217544B1 (en) Switch mode amplifier
US10348201B2 (en) Voltage regulation circuit of single inductor and multiple outputs and control method
US9531267B2 (en) DC-DC converter using internal ripple with the DCM function
US20210159798A1 (en) Decreasing output droop in a power converter via an energy storage capacitor
TWI707218B (en) Regulator with high speed nonlinear compensation and method of controlling the same
WO2021050239A1 (en) Efficient use of energy in a switching power converter
CN108964457B (en) Implementation of efficient battery charger for electronic devices
WO2019055891A1 (en) Limiting average current in a peak-controlled boost converter
US20210067041A1 (en) Buck converter including inductor current sensing via high- and low-side switching device current sensing
CN207442688U (en) Circuit and power supply
US10411599B1 (en) Boost and LDO hybrid converter with dual-loop control
US10389243B2 (en) Current limit boost converter
US11522460B2 (en) Optimizing the control of a hysteretic power converter at low duty cycles
CN112928800A (en) Charging circuit and charging system thereof
KR101315115B1 (en) Battery charger digital control circuit and method and battery charger system
WO2020144623A1 (en) Low-loss voltage regulator for wireless-charging receivers
CN111010047A (en) High efficiency power conversion apparatus and control method
US11689102B2 (en) Boost converter circuit with feedforward path for improved load regulation
US10958168B2 (en) Techniques for controlling a single-inductor multiple-output (SIMO) switched-mode power supply (SMPS)
CN110235345B (en) Quasi-resonance step-down high-frequency direct-current voltage converter
KR20220162431A (en) Dc-dc buck converter and operating method of thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160912

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170914

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180907

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190917

Year of fee payment: 7