TW201547154A - 具有自電池模式轉換至適配器模式時保護適配器元件之轉換控制的電池充電系統 - Google Patents

具有自電池模式轉換至適配器模式時保護適配器元件之轉換控制的電池充電系統 Download PDF

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Abstract

一種電池充電系統包含一適配器節點；一系統節點；一電池；一第一隔離開關，其耦接在該適配器與系統節點之間；一第二隔離開關，其耦接在該電池與系統節點之間；一升壓轉換器；以及一控制器。該控制器係在一電池模式期間關斷該第一隔離開關並且導通該第二隔離開關；當一適配器電壓被偵測到時啟動該升壓轉換器；在該系統電壓上升超過該電池電壓時關斷該第二隔離開關；並且在該系統電壓上升到一操作電壓位準時導通該第一隔離開關。一旦在該適配器模式後，該升壓轉換器接著可被關斷。當該適配器被偵測到時，該第二隔離開關最初可被部分地導通在一低電流位準，並且接著在該系統電壓是在該操作電壓位準時被完全地導通。

Description

具有自電池模式轉換至適配器模式時保護適配器元件之轉換控制的電池充電系統
本發明係有關於一種電池充電系統，並且更特定是有關於一種具有自一電池模式轉換至一適配器模式時保護適配器元件之轉換控制的電池充電系統。
此申請案係主張2014年3月26日申請的美國臨時申請案序號61/970,607的益處，該美國臨時申請案係為了所有的意圖及目的而藉此以其整體被納入作為參考。
在一典型的電池充電系統中，一電池可以在交流(AC)電源是不可供利用、或者是未連接時供應系統負載。一AC至直流(DC)(AC/DC)適配器係轉換AC電源成為一用於提供該AC電源的DC電壓位準。當該系統被插入該AC/DC適配器時，該電池充電系統是將系統負載從該電池轉換至該AC/DC適配器的DC輸出。該電池充電系統可包含隔離裝置，其避免在例如是該電池及AC/DC適配器的多個電力的來源之間的衝突、或者是致能合作。例如，隔離裝置係被控制以在AC/DC適配器被連接時，將電源從該 電池轉換至該AC/DC適配器。
然而，已經觀察到的是，若在轉換至該AC/DC適配器的較高電壓輸出的期間該系統負載是高的且/或該電池電壓是低的，則該些隔離裝置在被啟動時可能會曝露到一顯著的電力突波(surge)。在各種的狀況下，該功率應力(stress)可能會超過該些隔離裝置的功率額定值，此可能會造成該些裝置或其它元件的損壞或是系統的失效。
一種可能的解決方案是藉由利用該些隔離裝置來控制適配器電流以降低該功率應力。此解決方案並未涵蓋所有可能的不同操作狀況，並且因此並不保證在各種情節下都能適當的操作。另一種解決方案是增加該些隔離裝置的功率額定值。然而，此後者解決方案係限制到隔離裝置的選擇且/或顯著地增加成本。
本發明的一實施例係揭示一種電池充電系統，其係包括：一適配器節點以及一系統節點；一電池；一第一隔離開關，其耦接在該適配器節點與該系統節點之間；一第二隔離開關，其耦接在該電池與該系統節點之間；一升壓轉換器，其操作以在被啟動時升壓該電池的一電池電壓以增加在該系統節點上的一系統電壓；以及一控制器，其係在一電池模式期間關斷該第一隔離開關並且導通該第二隔離開關，其係在該適配器節點上偵測到一適配器電壓時啟動該升壓轉換器，其係在該系統電壓上升超過該電池電壓時關斷該第二隔離開關，並且其係在該系統電壓上升到一預設的操作電壓位準時導通該第一隔離開關。
本發明的另一實施例係揭示一種用於一電池充電系統之控 制器，其係包括：一適配器電壓感測輸入、一系統電壓感測輸入、以及一電池電壓感測輸入；一第一隔離開關輸出以及一第二隔離開關輸出；一調變器系統，其具有一升壓控制輸出；一比較器系統，其係比較該適配器電壓感測輸入的一電壓與一臨界電壓並且提供一指出該比較的適配器偵測信號，其係比較系統電壓感測輸入的一電壓與該電池電壓感測輸入的一電壓並且提供一指出該比較的電池關斷信號，並且其係比較系統電壓感測輸入的電壓與該適配器電壓感測輸入的電壓並且提供一指出該比較的適配器轉換信號；以及一轉換控制器，其係操作以在該適配器偵測信號指出一電池模式時將該第一隔離開關輸出設置在一關斷狀態並且將該第二隔離開關輸出設置在一導通狀態，響應於該適配器偵測信號的轉換以將該調變器啟動在一升壓模式中，響應於該電池關斷信號的轉換以將該第二隔離開關輸出設置在一關斷狀態，並且響應於該適配器轉換信號的轉換以將該第一隔離開關輸出設置在一導通狀態。
再者，本發明的另一實施例係揭示一種控制一電池充電系統之方法，其係包括：當並未在一適配器節點偵測到一AC適配器時，則操作在一包含隔離該適配器節點與一系統節點的電池模式中；當在該適配器節點偵測到該AC適配器時，則啟動一升壓轉換器模式以升壓一電池的一電池電壓，以增加在該系統節點上的一系統電壓；當該系統節點的一系統電壓上升超過該電池電壓時，則隔離該電池與該系統節點；以及當該系統電壓到達一預設的操作電壓位準時，則耦接該適配器節點至該系統節點。
100‧‧‧電子裝置
101‧‧‧電源系統
103‧‧‧電池充電系統
105‧‧‧供應匯流排
107‧‧‧處理器
109‧‧‧週邊系統
111‧‧‧系統記憶體
113‧‧‧輸入/輸出(I/O)系統
200‧‧‧電池充電系統
201‧‧‧AC電源
203‧‧‧AC/DC適配器
204‧‧‧適配器節點
205‧‧‧節點
207‧‧‧控制器
209‧‧‧源極節點
211‧‧‧節點
213‧‧‧系統節點
214‧‧‧相位節點
215‧‧‧節點
217‧‧‧電池介面節點
219‧‧‧可再充電的電池
300‧‧‧轉換控制系統
301‧‧‧轉換控制器
303‧‧‧調變器
305‧‧‧驅動器
307‧‧‧比較器
309‧‧‧比較器
311‧‧‧電壓源
313‧‧‧比較器
315‧‧‧電壓源
317‧‧‧誤差放大器
319‧‧‧放大器
401、403、405、407、409、411、413、415‧‧‧區塊
500‧‧‧轉換控制系統
501‧‧‧轉換控制器
601‧‧‧區塊
700‧‧‧轉換控制系統
805‧‧‧區塊
ACD‧‧‧AC偵測信號
ACT‧‧‧AC(適配器)轉換信號
AFET‧‧‧N通道場效電晶體
ASGATE‧‧‧閘極驅動輸出
BCK/BST‧‧‧降壓/升壓信號
BFET‧‧‧N通道場效電晶體
BGATE‧‧‧閘極驅動輸出
BOFF‧‧‧電池關斷信號
CB‧‧‧電容器
CD‧‧‧濾波電容器
CF‧‧‧電容器
CS‧‧‧電流感測信號
CSIN‧‧‧負輸入電流感測接腳
CSIP‧‧‧正輸入電流感測接腳
CSON‧‧‧負輸出電流感測接腳
CSOP‧‧‧正輸出電流感測接腳
DCIN‧‧‧DC輸入接腳
DC_TH‧‧‧DC臨界電壓位準
IADP‧‧‧適配器電流
IBAT‧‧‧電池電流
IREF‧‧‧電流參考信號
LGATE‧‧‧下方的閘極驅動輸出
LO‧‧‧輸出電感器
Q1、Q2‧‧‧N通道場效電晶體
RB‧‧‧電池感測電阻器
RG‧‧‧閘極電阻器
RL1、RL2、RL3‧‧‧限制電阻器
RS‧‧‧電流感測電阻器
SFET‧‧‧N通道場效電晶體
UGATE‧‧‧上方的閘極驅動輸出
VADP‧‧‧DC適配器電壓
VBAT‧‧‧電池電壓
VDC‧‧‧DC偵測電壓
VERR‧‧‧誤差電壓
VOFF1、VOFF2‧‧‧偏移電壓
VSYS‧‧‧系統電壓
VSYS_MIN‧‧‧最小電壓位準
Z1‧‧‧二極體
本發明的益處、特點及優點在相關以下的說明以及所附的圖 式下將會變得更佳的理解，其中：圖1是一種被配置具有一電源系統之電子裝置的簡化的方塊圖，該電源系統包含根據本發明的一實施例加以實施的一種電池充電系統；圖2是根據一實施例的一種電池充電系統的示意圖，其可被使用作為圖1的電池充電系統；圖3是根據一實施例的可被實施在圖2的控制器內之一轉換控制系統的簡化的示意及方塊圖；圖4是描繪根據一實施例的圖3的轉換控制系統的操作的流程圖；圖5是根據另一實施例的可被實施在圖2的控制器內之一轉換控制系統的簡化的示意及方塊圖；圖6是描繪根據一實施例的圖5的轉換控制系統的操作的流程圖；圖7是根據另一實施例的可被實施在圖2的控制器內之一轉換控制系統的簡化的示意及方塊圖；以及圖8是描繪根據一實施例的圖7的轉換控制系統的操作的流程圖。
圖1是一種被配置具有一電源系統101的電子裝置100之簡化的方塊圖，該電源系統101包含根據本發明的一實施例加以實施的一種電池充電系統103。該電源系統101係發展出一或多個供應電壓，其係提供電力給該電子裝置100的其它系統裝置。在該舉例說明的實施例中，該電子裝置100係包含一處理器107以及一週邊系統109，此二者是經由一供應匯流排105來加以耦接以從該電源系統101接收供應電壓，該供應匯流排105係包含電源及/或信號導體的任意組合。在該舉例說明的實施例中，該 週邊系統109可包含一系統記憶體111，例如是隨機存取記憶體(RAM)及/或唯讀記憶體(ROM)類型的裝置以及記憶體控制器與類似者的任意組合；以及一輸入/輸出(I/O)系統113，其可包含系統及週邊控制器與類似者，例如是繪圖控制器、中斷控制器、鍵盤及滑鼠控制器、系統儲存裝置控制器(例如，用於硬碟機與類似者的控制器)、等等的任意組合。該舉例說明的系統只是範例而已，因為如同熟習此項技術者所理解的，該處理器系統及支援裝置中的許多個可被整合到處理器晶片上。
該電子裝置100可以是任意類型的電腦或計算裝置，例如是一電腦系統(例如，筆記型電腦、桌上型電腦、小筆電、等等)、一媒體平板裝置(例如，蘋果公司的iPad、亞馬遜公司的Kindle、等等)、一通訊裝置(例如，行動電話、智慧型手機、等等)、以及其它類型的電子裝置(例如，媒體播放器、記錄裝置、等等)。該電池充電系統103係被配置以包含一可再充電的電池219(圖2)並且可被配置以和一AC/DC適配器203或類似者一起來運作。
圖2是根據一實施例的一種電池充電系統200的示意圖，其可被使用作為該電池充電系統103。一AC電源201(其被表示為一AC插頭)係提供一AC電壓至該AC/DC適配器203，該AC/DC適配器203係將該AC電壓轉換成為在一適配器節點204上的DC適配器電壓VADP。該適配器節點204係代表在該電池充電系統200與AC/DC適配器203之間的一耦接介面。提供VADP的適配器節點204係耦接至一個二極體Z1的陽極，該二極體Z1係使得其陰極耦接至一節點205。節點205係耦接至一濾波電容器CD的一端以及一控制器207的一DC輸入接腳DCIN。該電容器CD的另一端 係耦接至一例如是接地(GND)之共同的供應參考節點。當該AC/DC適配器203被連接時，節點205係發展出一DC偵測電壓VDC。在一實施例中，VDC係發展出和VADP相同的電壓位準，其中Z1係被設置以用於適配器電壓極性反轉的保護。該控制器207係經由DCIN接腳來接收VDC，以用於偵測被耦接並且提供該AC適配器電壓VADP的AC/DC適配器203的存在。該控制器207係包含一向外耦接至GND的GND接腳。
該適配器節點204係進一步耦接至一N通道場效電晶體(NFET)AFET的汲極，該AFET係使得其閘極經由一閘極電阻器RG來耦接至該控制器207的一閘極驅動輸出ASGATE。該AFET的源極係耦接至一共同的源極節點209，該源極節點209係進一步耦接至另一NFET SFET的源極。SFET的閘極係耦接至AFET的閘極，並且其汲極係耦接至一節點211。節點211係進一步耦接至一限制電阻器RL1的一端並且耦接至一電流感測電阻器RS的一端。RS的另一端係耦接至另一限制電阻器RL2的一端並且至一發展出一系統電壓VSYS的系統節點213。RL1的另一端係被提供至該控制器207的一正輸入電流感測接腳CSIP，並且RL2的另一端係被提供至一負輸入電流感測接腳CSIN。該控制器207可被實施在一具有輸入/輸出(I/O)端子或接腳或類似者之個別的積體電路(IC)裝置或是半導體晶片上。或者是，該控制器207可以利用離散的邏輯與元件或類似者來加以實施。
VSYS係藉由一耦接在該系統節點VSYS與GND之間的電容器CF來加以濾波。VSYS在一種配置中可以經由匯流排105而直接被提供至其它系統元件、或是被提供至該電源系統101的額外的系統(例如是一電壓調節器(未顯示))，其係轉換VSYS成為一經調節的電壓，該經調節的電 壓是被提供在該匯流排105上以提供電力給該電子裝置100的系統裝置(例如，該處理器107及/或週邊系統109)。因此，VSYS係提供電力給該電子裝置100的負載的至少一部分。
AFET及SFET係以一種緊接的配置來加以耦接，其中AFET係將該AC/DC適配器203與該電池219及電池充電電路(其係在此進一步加以敘述)隔離開，並且當AFET及SFET都藉由該控制器207而被關斷時，SFET係阻擋電池電流流向該AC/DC適配器203。當該AC/DC適配器203被耦接並且該AFET及SFET都藉由該控制器207而被導通時，該電壓VADP係提供適配器電流IADP至節點213以用於提供負載電流至該負載，其中IADP係流過感測電阻器RS並且藉由該控制器207經由該CSIP及CSIN接腳來加以感測。
發展出VSYS的系統節點213係耦接至另一NFET Q1的汲極，該Q1係使得其源極耦接至一相位節點214，進而耦接至該控制器207的一PHASE接腳。Q1的閘極係耦接至該控制器207的一上方的閘極驅動輸出UGATE。該相位節點214係進一步耦接至另一NFET Q2的汲極，並且耦接至一輸出電感器LO的一端。Q2係使得其閘極耦接至該控制器207的一下方的閘極驅動輸出LGATE，並且使得其源極耦接至GND。該輸出電感器LO的另一端係耦接至一節點215，該節點215係進一步耦接至另一NFET BFET的源極，並且耦接至一電池感測電阻器RB的一端。BFET的汲極係耦接至該系統節點213，並且其閘極係耦接至該控制器207的一閘極驅動輸出BGATE。BFET是一電池開關，其係藉由該控制器207依據該電池219的操作配置及狀態來加以操作，即如同在此進一步敘述者。RB的另一端係耦接 至一電池介面節點217，該電池介面節點217係進一步耦接至該控制器207的一VBAT輸入接腳。當該電池217被設置時，其正端子係耦接至該電池節點217，並且其負端子係耦接至GND。一電容器CB係被耦接在節點217與GND之間，以用於濾波VBAT。一電池電流IBAT係被展示為從節點217流過該電阻器RB而至節點215。節點215係被展示為經由一限制電阻器RL3而耦接至該控制器207的一正輸出電流感測接腳CSOP。節點217係被展示為經由一限制電阻器RL3而耦接至該控制器207的一負輸出電流感測接腳CSQN。
該系統之額外的支援電路以及該控制器207的額外的接腳可被納入，但是並未被展示或敘述，因為其對於本發明的完整及完全的理解而言為不必要的。
該些電晶體AFET、SFET、BFET、Q1及Q2係分別被展示為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，儘管替代的電源切換裝置或電子開關係被思及，例如是類似的形式(例如，FET、MOS元件、P通道場效電晶體、等等)、雙載子接面電晶體(BJT)與類似者、絕緣閘極雙載子電晶體(IGBT)與類似者、等等。每個電晶體元件係被製作尺寸及配置以執行所要的功能。
Q1及Q2是電子開關，其係和該電感器LO一起形成一受到該控制器207控制的切換轉換器。該控制器207可以將該切換轉換器操作為一降壓轉換器，其係利用VSYS作為一輸入電壓以產生作為一輸出電壓的VBAT，以充電該電池219。再者，該控制器207可以將該切換轉換器操作為一升壓轉換器，其係利用VBAT作為輸入電壓，並且利用VSYS作為輸 出電壓。在升壓操作模式中，該切換轉換器係將VSYS的電壓位準升壓至一高於VBAT的電壓。
一般而言，當該AC/DC適配器203以及電池219都不存在或是都斷連時，則沒有電力來源，因而電源係被關閉。當該AC/DC適配器203存在並且該電池219不存在或斷連時，則該控制器207係導通AFET及SFET並且關斷BFET，並且該適配器電壓VADP係被用來發展出該系統電壓VSYS。當該電池219存在並且包含充分的電荷，並且該AC/DC適配器203不存在或斷連時，則該控制器關斷AFET及SFET並且導通BFET，並且該電池電壓VBAT係被用來發展出該系統電壓VSYS。若VBAT下降到低於一預設的最小電壓位準VSYS_MIN，則該電池217無法提供充分的電力，因而該系統可被關閉(類似於AC/DC適配器203及電池219兩者都不存在)。
當該AC/DC適配器203以及電池219都存在時，則該控制器207導通AFET及SFET並且關斷BFET，並且該控制器207可以將該切換轉換器(Q1、Q2及LO)操作為一降壓轉換器，以用於充電該電池219直到被完全充電為止。該控制器207亦可以將該切換轉換器操作在該升壓模式中，以將VSYS的電壓位準升壓超過VBAT的電壓位準(或是該電池電壓係藉由該切換轉換器而被升壓)。如同在此進一步敘述的，在電池操作以及適配器操作之間的一轉換模式期間，該切換轉換器可以在無AC/DC適配器203下運作。一增壓(turbo)或升壓模式亦被思及，在此情形中，該AC/DC適配器203以及電池219兩者係在該負載是重的時候一起運作以發展出VSYS，以提供電力給該系統。
該電池219可以用許多適當的配置中的任一種來加以配 置。在一實施例中，該電池219可以具有2到4個電池單元(cell)以用於發展出該電池電壓VBAT。一種兩個單元的電池可以具有大約4.5-5.5伏特(V)到一大約8.4V的被完全充電的電壓位準之一操作電壓範圍。一最小的電壓位準VSYS_MIN可以針對於VSYS來加以定義，例如是4.5V或類似者。一種四個單元的電池可以具有一低到VSYS_MIN以及高達一大約16.8V的被完全充電位準之電壓範圍。當該電池219具有一至少VSYS_MIN的電壓並且在無AC/DC適配器203下正在提供電力至該系統時，則VSYS的電壓大致上依循VBAT的電壓位準減去任何透過RB及BFET的電壓降。在一實施例中，VADP是大約19V，儘管任何其它適當的電壓位準亦被思及。當該AC/DC適配器203被耦接並且提供電力時，VSYS的電壓係大致和VADP相同的。
圖3是根據一實施例的可被實施在控制器207內的一轉換控制系統300之簡化的示意及方塊圖。該轉換控制系統300係以簡化的形式來加以展示以用於描繪根據一實施例的轉換控制，並且該控制器207的額外的功能或操作既未被展示、也未被敘述。該轉換控制系統300係包含一轉換控制器301，該轉換控制器301係控制一調變器303，其中該調變器303係提供一脈衝寬度調變(PWM)信號至一驅動器305。如圖所示，該轉換控制器301係提供一降壓/升壓信號BCK/BST至該調變器303，其可以操作該等開關Q1及Q2在一降壓模式或是一升壓模式中。該降壓操作模式係被使用於轉換作為一輸入VSYS的電壓成為一在節點215上的充電電壓，以用於充電該電池219。該升壓操作模式係被用來升壓該電池219的電壓VBAT以驅動VSYS的電壓，即如同在此進一步敘述者。該驅動器305係耦接至該UGATE、LGATE以及PHASE接腳，以用於根據該PWM信號以及切換的操 作模式(降壓相對於升壓)來控制Q1及Q2的切換操作。
該轉換控制系統300進一步包含一比較器307，該比較器307係比較該DCIN接腳的電壓與一DC臨界電壓位準DC_TH，以用於提供一AC偵測信號ACD至該轉換控制器301的一輸入。當該AC/DC適配器203被插入時，該電容器CD係藉由VADP，經由Z1而被充電至VDC的電壓位準。DC_TH是一小於VDC的正常電壓位準之臨界電壓位準，因而當VDC上升超過DC_TH時，該比較器307係發出ACD，因而該轉換控制器301係偵測到該AC/DC適配器203的存在。
該轉換控制系統300進一步包含另一比較器309，該比較器309係比較VSYS的電壓位準與該電池219經由VBAT接腳的電壓位準(VBAT)，以用於提供一電池關斷信號BOFF至該轉換控制器301的一輸入。應注意的是，VSYS可以直接經由在該控制器207上的一接腳來加以提供。或者是，VSYS的電壓位準可以間接經由另一接腳，例如是CSIN、CSIP或是其它能夠提供或致能導出VSYS的電壓位準的接腳來加以偵測。一電壓源311可以進一步加以設置，其發展出一相對於VSYS的偏移電壓VOFF1，以用於和VBAT做比較。因此，當VSYS的電壓位準上升超過VBAT該偏移電壓VOFF1時(或是當VSYSVBAT+VOFF1時)，該比較器309係發出高的BOFF。
該轉換控制系統300進一步包含另一比較器313，該比較器313係比較VSYS的電壓與一相關於VADP的臨界電壓位準，以用於提供一AC(或適配器)轉換信號ACT至該轉換控制器301的一輸入。在該舉例說明的實施例中，該臨界電壓位準係藉由該DCIN接腳(或VDC)的電壓位準減去 由另一電壓源315所提供的一偏移電壓VOFF2而被發展出。以此種方式，當VSYS的電壓位準到達該VDC-VOFF2的電壓時，該比較器313係發出高的ACT。該臨界電壓位準是足夠接近VADP的電壓位準(例如，VOFF2是夠小的)，使得導通AFET及SFET是安全的，而不會造成損壞或是損害。該ACT信號是在VSYS的電壓到達一預設的操作電壓位準時轉換。
該轉換控制系統300進一步包含一發展出一誤差電壓VERR的誤差放大器317，該誤差電壓VERR係指出在VSYS與經由該DCIN接腳接收到的VDC的電壓位準之間的電壓差。VERR係被提供至該調變器303的一輸入以用於控制該PWM信號，而該PWM信號是用於控制Q1及Q2的切換操作。在一實施例中，當該轉換控制器301發出該BCK/BST信號以指出升壓模式時，該調變器303係將Q1及Q2操作為一升壓切換器，以利用來自該電池219的VBAT作為輸入來源電壓來升壓VSYS的電壓位準。該誤差放大器317係使得該調變器303向上"調節"VSYS的位準至VDC的電壓位準，其可以是該適配器電壓VADP。
圖4是描繪根據一實施例的轉換控制系統300的操作的流程圖。當該電池219正在經由BFET提供電力並且該AC/DC適配器203並未被偵測到時，該轉換控制系統300係如同在區塊401所展示地最初被配置以用於電池操作。在此最初的模式中，該轉換控制器301係發出高的BGATE，因而BFET係被導通，並且否定ASGATE或者是發出低的ASGATE以完全地關斷AFET及SFET。如同在下一個區塊403所展示地，該轉換控制器301係連續地或者是週期性地查詢該ACD信號，以判斷該AC/DC適配器203是否被偵測到。當ACD是假(或是邏輯低)時，其係指出該AC/DC適配器203 並未被偵測到，則操作係在區塊403進行迴圈。
當該AC/DC適配器203被連接時，該DCIN接腳的電壓係上升超過DC_TH，並且該比較器307係發出ACD。當ACD是如同在區塊403藉由該轉換控制器301偵測到被發出時，該轉換控制器301的操作係前進到區塊405，以將該切換轉換器啟動為一升壓轉換器，其例如是藉由發出該BCK/BST信號至該調變器303以指出該升壓操作模式。在升壓模式中，該調變器303係將Q1及Q2操作在升壓模式，其係利用該電池電壓VBAT作為輸入電壓並且VSYS作為輸出電壓。自從藉由該電池219加以供電時，該VSYS電壓係開始在VBAT、或是低於VBAT之處。隨著升壓操作進行，VSYS的電壓係上升超過VBAT。操作係前進到區塊407以監視BOFF。當BOFF是假時(或是被發出為低的)，操作是在區塊407進行迴圈。
在一實施例中，當該升壓模式最初被啟動時，BFET仍然是導通的，因而該電池219正在直接經由BFET以及間接經由操作在升壓模式的Q1及Q2來提供電源功率。升壓切換的操作可以用一所選的速率來斜波上升，以使得用於啟動升壓切換的平順轉換變得容易。該電阻器RB係容許VSYS的電壓能夠上升超過VBAT。該電壓VOFF1是足夠小的，使得當VSYS係上升超過VBAT一小量時，該比較器309係發出BOFF。
當BOFF如同在區塊407偵測到的被發出為高時，操作係前進到區塊409，其中該轉換控制器301係關斷BFET，其例如是藉由將BGATE拉低。以此種方式，該電池219係經由Q1及Q2的升壓控制操作來持續提供電力至VSYS。該誤差放大器317係使得該調變器向上驅動VSYS的電壓至該適配器電壓位準VADP。該轉換控制器301的操作係前進到區塊411以 監視ACT。當ACT是假(或是被發出為低)時，操作是在區塊411進行迴圈。
當VSYS的電壓位準上升到足夠接近該適配器電壓位準(例如是在VOFF2之內)時，該比較器313係發出ACT。當ACT被發出時，操作係前進到區塊413，其中該轉換控制器301係發出高的ASGATE，以導通AFET及SFET。由於VSYS的電壓位準已經被向上驅動到大約VADP的電壓位準，因此AFET及SFET可以安全地被啟動，而不危害這些隔離裝置。以此種方式，該VADP電壓係提供來自該AC/DC適配器203的電源功率。操作係進一步前進到區塊415，其中該轉換控制器301可以終止升壓轉換器的操作，因而該電池219不再供應電力至該系統。
在一實施例中，根據VBAT的電壓位準，該調變器303可以轉換至一降壓操作模式，以充電該電池219。在另一實施例中，若該系統正操作在高負載並且若VBAT的電壓是足夠高的，其指出該電池219具有充分的電力可供利用，則升壓操作可以繼續直到必要的久(或是至少直到該電池219被耗盡為止)，以和該AC/DC適配器203一起處理較高的負載。
圖5是根據另一實施例的可被實施在該控制器207內的一轉換控制系統500之簡化的示意及方塊圖。該轉換控制系統500係實質類似於轉換控制系統300，其中類似的元件是採取相同的元件符號。在此例中，一額外的放大器319係被設置，此係使得其輸入耦接至該CSIP及CSIN接腳，並且使得一輸出提供一電流感測信號CS，該電流感測信號CS具有一指出流過該感測電阻器RS的IADP的電壓位準。CS係被提供至該誤差放大器317的一(反相的)輸入，該誤差放大器317係在其另一(非反相的)輸入接收一電流參考信號IREF，並且在其輸出之處提供VERR至該調變器303。IREF 可以藉由任何來源而被發展出，並且被展示進一步提供至一取代該轉換控制器301的轉換控制器501。除了如同在此進一步敘述的控制ASGATE的操作之外，該轉換控制器501係實質類似於該轉換控制器301。
圖6是描繪根據一實施例的轉換控制系統500的操作的流程圖。該轉換控制系統500的操作係實質類似於該轉換控制系統300，其中類似的操作區塊是採取相同的參考圖號。如同藉由區塊401及403所展示的，操作同樣是在電池操作期間以ACD的偵測來開始。在此例中，當該AC/DC適配器203是在區塊403經由ACD的發出而被偵測到時，操作並不立即前進到區塊405，而是前進到區塊601，其中該轉換控制器501係發出在一預設的低位準之ASGATE，以容許一相當小的電源電流從VADP流到VSYS。
以此種方式，其並非完全導通AFET及SFET，該ASGATE係被驅動至一相當低的位準、或是斜波上升至一較低的電壓位準，以部分地導通AFET及SFET。在一實施例中，該低電流位準是不足以完全地供電一正常的負載位準，而只是夠高以補充該電源電流，以開始經由VSYS來驅動該負載。AFET及SFET的此種低位準啟動是在一安全的位準，以避免任何可能的損壞。在一實施例中，一個100毫安培(mA)之初始電流位準係被思及。
操作係接著前進到區塊405，其中該升壓轉換器係以一種如先前所述的類似方式來加以啟動。在此例中，如同在圖5中所示，升壓控制是以一種不同的方式來處理。其並非根據VSYS的電壓位準來調節該升壓轉換器，而是該適配器電流IADP係藉由放大器317，經由CSIP及CSIN而被偵測，並且藉由該電流感測信號CS來加以反映。IREF係具有一反映 該低的初始適配器電流位準的位準。在一實施例中，例如，IREF係具有一用於調節IADP在該100mA的初始電流位準的值。以此種方式，當該升壓轉換器被啟動時，該調變器303係將Q1及Q2控制在升壓模式，以調節IADP至藉由IREF所設定的位準。操作係前進到區塊407以類似的方式來監視BOFF。
儘管升壓切換係被調節以維持IADP在該低的電流位準，但是該升壓轉換器係使得VSYS的電壓位準相對於VBAT而增加。以此種方式，當VSYS上升超過VBAT VOFF1時，該比較器309係發出如同在區塊407偵測到的BOFF。操作係接著前進到區塊409，其中BFET係被關斷，並且接著前進到區塊411以監視ACT。每當VSYS的電壓位準上升到如先前所述的VDC-VOFF2時，該比較器313係發出ACT，並且操作係前進到區塊413，其中該轉換控制器501係發出ASGATE以完全地導通AFET及SFET。接著，該升壓轉換器可以在區塊415被關斷，其中只有該AC/DC適配器203提供電源功率，並且轉換操作係完成的。
圖7是根據另一實施例的可被實施在該控制器207內的一轉換控制系統700之簡化的示意及方塊圖。該轉換控制系統700係實質類似於該轉換控制系統300，其中類似的元件是採取相同的元件符號。在此例中，除了連接至該調變器303的輸入控制迴路並未被使用或設置之外，操作是實質類似的。該轉換控制器301反而是啟動該調變器303，以在開迴路控制以及一固定的工作週期下操作該切換轉換器為一升壓轉換器。該工作週期可以是在該控制器207內為固定的、或是可以經由記憶體或熔線或是類似者來程式化的。
圖8是描繪根據一實施例的轉換控制系統700的操作的流程圖。該轉換控制系統700的操作係實質類似於該轉換控制系統300的操作。在此例中，區塊405係被區塊805所替換，其中當該升壓轉換器響應於ACD而被啟動時，其係藉由該轉換控制器301而被啟動，以一固定的工作週期而在開迴路控制下操作。除此之外，操作是實質類似的，其中VSYS的電壓位準上升超過VBAT，並且最終足夠接近VADP以完全地導通AFET及SFET。
本發明的益處、特點及優點現在是相關先前的說明以及所附的圖式而更佳的理解。該說明已經被呈現以使得具有此項技術的通常知識者能夠製造及使用如同在一特定的應用及其需求的上下文中所提出的本發明。然而，各種的修改對於熟習此項技術者而言將會是明顯的，並且在此界定的一般性的原理可被應用到其它實施例。因此，本發明並不欲受限於在此所展示及敘述的特定實施例，而是欲被授予和在此揭露的原理及新穎特點一致的最廣的範疇。例如，儘管本發明已經參考其某些實施例而相當詳細地加以敘述，但是其它版本及變化也是可行的並且被思及。熟習此項技術者應該體認到，其可以輕易地使用所揭露的概念及特定實施例作為基礎以用於設計或修改其它用於提供本發明的相同目的之結構，而不脫離本發明如同藉由以下的申請專利範圍所界定的精神與範疇。
300‧‧‧轉換控制系統
301‧‧‧轉換控制器
303‧‧‧調變器
305‧‧‧驅動器
307‧‧‧比較器
309‧‧‧比較器
311‧‧‧電壓源
313‧‧‧比較器
315‧‧‧電壓源
317‧‧‧誤差放大器
ASGATE‧‧‧閘極驅動輸出
BGATE‧‧‧閘極驅動輸出
ACD‧‧‧AC偵測信號
ACT‧‧‧AC(適配器)轉換信號
BCK/BST‧‧‧降壓/升壓信號
BOFF‧‧‧電池關斷信號
DCIN‧‧‧DC輸入接腳
DC_TH‧‧‧DC臨界電壓位準
LGATE‧‧‧下方的閘極驅動輸出
UGATE‧‧‧上方的閘極驅動輸出
VBAT‧‧‧電池電壓
VERR‧‧‧誤差電壓
VSYS‧‧‧系統電壓
VOFF1‧‧‧偏移電壓
VOFF2‧‧‧偏移電壓

Claims (21)

  1. 一種電池充電系統，其係包括：一適配器節點以及一系統節點；一電池；一第一隔離開關，其耦接在該適配器節點與該系統節點之間；一第二隔離開關，其耦接在該電池與該系統節點之間；一升壓轉換器，其操作以在被啟動時升壓該電池的一電池電壓，以增加在該系統節點上的一系統電壓；以及一控制器，其係在一電池模式期間關斷該第一隔離開關並且導通該第二隔離開關，其係在該適配器節點上偵測到一適配器電壓時啟動該升壓轉換器，其係在該系統電壓上升超過該電池電壓時關斷該第二隔離開關，並且其係在該系統電壓上升到一預設的操作電壓位準時導通該第一隔離開關。
  2. 如申請專利範圍第1項之電池充電系統，其中當該系統電壓大於該電池電壓一第一偏移電壓時，該控制器係關斷該第二隔離開關，並且其中當該系統電壓是在一指出該適配器電壓的偵測電壓的一第二偏移電壓之內時，該控制器係導通該第一隔離開關。
  3. 如申請專利範圍第1項之電池充電系統，其中該控制器是在該第一隔離開關被導通之後將該升壓轉換器禁動(deactivate)。
  4. 如申請專利範圍第1項之電池充電系統，其中該升壓轉換器的切換係根據該系統電壓和該偵測電壓比較來加以控制。
  5. 如申請專利範圍第1項之電池充電系統，其中該控制器係在啟動該升 壓轉換器之前進一步導通該第一隔離開關在一低電流位準，並且接著在該系統電壓到達該預設的操作電壓位準時完全地導通該第一隔離開關。
  6. 如申請專利範圍第5項之電池充電系統，其中該升壓轉換器係被控制以調節該第一隔離開關，以維持該低電流位準。
  7. 如申請專利範圍第1項之電池充電系統，其中該升壓轉換器係以一固定的工作週期而在開迴路控制下加以控制。
  8. 如申請專利範圍第1項之電池充電系統，其中該控制器係包括：一第一比較器，其係比較一指出該適配器電壓的偵測電壓與一臨界電壓，並且提供一指出該比較的適配器偵測信號；一第二比較器，其係比較該系統電壓與該電池電壓，並且提供一指出該比較的升壓信號；一第三比較器，其係比較該系統電壓與該偵測電壓，並且提供一指出該比較的適配器轉換信號；一調變器，其係用於操作該升壓轉換器；以及一轉換控制器，其係接收該適配器偵測信號、該升壓信號、以及該適配器轉換信號，並且提供一第一控制信號以控制該第一隔離開關，提供一第二控制信號以控制該第二隔離開關，並且提供一第三控制信號至該調變器以控制該升壓轉換器的啟動。
  9. 如申請專利範圍第8項之電池充電系統，其進一步包括一放大器，該放大器係接收該系統電壓以及該偵測電壓，並且提供一誤差信號至該調變器。
  10. 如申請專利範圍第8項之電池充電系統，其進一步包括： 一電流感測系統，其係偵測從該適配器節點至該系統節點的電流，並且提供一指出該電流的電流感測信號；以及一放大器，其係接收該電流感測信號以及一參考信號，並且提供一誤差信號至該調變器。
  11. 一種用於一電池充電系統之控制器，其係包括：一適配器電壓感測輸入、一系統電壓感測輸入、以及一電池電壓感測輸入；一第一隔離開關輸出以及一第二隔離開關輸出；一調變器系統，其具有一升壓控制輸出；一比較器系統，其係比較該適配器電壓感測輸入的一電壓與一臨界電壓並且提供一指出該比較的適配器偵測信號，其係比較系統電壓感測輸入的一電壓與該電池電壓感測輸入的一電壓並且提供一指出該比較的電池關斷信號，並且其係比較系統電壓感測輸入的電壓與該適配器電壓感測輸入的電壓並且提供一指出該比較的適配器轉換信號；以及一轉換控制器，其係操作以在該適配器偵測信號指出一電池模式時將該第一隔離開關輸出設置在一關斷狀態並且將該第二隔離開關輸出設置在一導通狀態，響應於該適配器偵測信號的轉換以將該調變器啟動在一升壓模式中，響應於該電池關斷信號的轉換以將該第二隔離開關輸出設置在一關斷狀態，並且響應於該適配器轉換信號的轉換以將該第一隔離開關輸出設置在一導通狀態。
  12. 如申請專利範圍第11項之控制器，其中該比較器系統是在該適配器電壓感測輸入的電壓上升超過一預設的電壓臨界值時轉換該適配器偵測信 號；其中該比較器系統是在系統電壓感測輸入的電壓大於該電池電壓感測輸入的電壓一第一偏移電壓時轉換該電池關斷信號；並且其中該比較器系統是在系統電壓感測輸入的電壓是在該適配器電壓感測輸入的電壓的一第二偏移電壓之內時轉換該適配器轉換信號。
  13. 如申請專利範圍第11項之控制器，其中該轉換控制器係在該第一隔離開關輸出被設置在一導通狀態之後，進一步被配置以將該調變器從升壓模式來禁動。
  14. 如申請專利範圍第11項之控制器，其中當處於該升壓模式時，該調變器係在開迴路控制以及固定的工作週期下操作。
  15. 如申請專利範圍第11項之控制器，其進一步包括：一放大器，其係接收系統電壓感測輸入的電壓以及該適配器電壓感測輸入的電壓，並且提供一指出該兩者的誤差信號；以及其中當處於該升壓模式時，該調變器係根據該誤差信號來調變。
  16. 如申請專利範圍第11項之控制器，其進一步包括：一電流感測輸入，其耦接至一電流感測裝置以用於提供一指出一適配器電流位準的電流感測信號；一放大器，其係接收該電流感測信號以及一電流參考值，並且提供一指出該兩者的誤差信號；以及其中當處於該升壓模式時，該調變器係根據該誤差信號來調變。
  17. 如申請專利範圍第16項之控制器，其中當處於該電池模式時，該轉換控制器係進一步操作以響應於該適配器偵測信號的轉換，以將該第一隔離開關輸出設置在一部分導通的狀態，並且接著響應於該適配器轉換信號 的轉換，以將該第一隔離開關輸出設置在一完全導通的狀態。
  18. 一種控制一電池充電系統之方法，其係包括：當並未在一適配器節點偵測到一AC適配器時，操作在一包含隔離該適配器節點與一系統節點的電池模式中；當在該適配器節點偵測到該AC適配器時，啟動一升壓轉換器模式以升壓一電池的一電池電壓，以增加在該系統節點上的一系統電壓；當該系統節點的一系統電壓上升超過該電池電壓時，隔離該電池與該系統節點；以及當該系統電壓到達一預設的操作電壓位準時，耦接該適配器節點至該系統節點。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其進一步包括：當該AC適配器最初被偵測到時，在一低電流位準下，將該適配器節點部分地耦接至該系統節點；以及當該系統電壓到達該預設的操作電壓位準時，將該適配器節點完全地耦接至該系統節點。
  20. 如申請專利範圍第18項之方法，其進一步包括：監視在該適配器節點與該系統節點之間的一電流位準，並且提供一指出該電流位準的電流感測信號；以及根據該電流感測信號來控制該升壓轉換器模式。
  21. 如申請專利範圍第18項之方法，其進一步包括當該系統電壓到達該預設的操作電壓位準時，禁動該升壓轉換器模式。
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