TW202101852A - 用於雙電池應用之升降壓充電器 - Google Patents

用於雙電池應用之升降壓充電器 Download PDF

Info

Publication number
TW202101852A
TW202101852A TW109115372A TW109115372A TW202101852A TW 202101852 A TW202101852 A TW 202101852A TW 109115372 A TW109115372 A TW 109115372A TW 109115372 A TW109115372 A TW 109115372A TW 202101852 A TW202101852 A TW 202101852A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
battery
charger
port
regulated
Prior art date
Application number
TW109115372A
Other languages
English (en)
Inventor
林成根
李洋
Original Assignee
美商瑞薩電子美國有限公司
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
Application filed by 美商瑞薩電子美國有限公司 filed Critical 美商瑞薩電子美國有限公司
Publication of TW202101852A publication Critical patent/TW202101852A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H02J7/0044—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction specially adapted for holding portable devices containing batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

一或多項實施例係關於一種可以一單個USB類型-C埠支援多個電池應用之充電器。架構可藉由添加額外電壓調節器容易地擴充以支援更多應用，諸如包含兩個或多於兩個USB類型-C埠之彼等應用。另外，該架構可藉由添加對應充電器容易地擴充以支援額外電池。某些實施例使得能夠使用一單個配接器及/或埠來同時供應兩個或多於兩個系統電壓且對兩個或多於兩個電池充電。其他實施例使得能夠將電壓自兩個或多於兩個電池同時供應至On the Go裝置。

Description

用於雙電池應用之升降壓充電器
本實施例一般而言係關於消費型、工業及手持式計算，且更特定而言係關於用於具有兩個或多於兩個單獨電池堆疊之系統之充電器。
當前充電器產品僅支援具有一單個USB類型-C埠及一單個電池之系統。同時，正在開發包含具有兩個或多於兩個電池堆疊之子系統之新系統。此等系統無法藉由現有充電器產品支援。因此，需要一種對此等及其他問題之解決方案。
一或多項實施例係關於一種可支援具有一單個USB類型-C埠之多個電池應用之充電器。架構可藉由添加額外電壓調節器容易地擴充以支援更多應用，諸如包含兩個或多於兩個USB類型-C埠之彼等應用。另外，該架構可藉由添加對應充電器容易地擴充以支援額外電池。某些實施例使得能夠使用一單個配接器及/或埠來同時供應兩個或多於兩個系統電壓且對兩個或多於兩個電池充電。其他實施例使得能夠將電壓自兩個或多於兩個電池同時供應至On the Go裝置。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年5月9日提出申請之美國臨時申請案第62/845,641號之優先權，該申請案之內容以其全文引用方式併入本文中。
現在將參考圖式詳細地闡述本實施例，該等圖式經提供作為實施例之說明性實例以便使得熟習此項技術者能夠實踐實施例及對於熟習此項技術者而言顯而易見的替代物。顯著地，以下各圖及實例不意欲將本實施例之範疇限於一單個實施例，而其他實施例藉助互換所闡述或所圖解說明元件中之某些或全部元件係可能的。此外，在可使用已知組件來部分地或完全地實踐本實施例之某些元件之情況下，將僅闡述對本實施例之一理解所必需之此等已知組件中之彼等部分，且將省略對此等已知組件中之其他部分之詳細闡述以便不模糊本實施例。實施例經闡述為以軟體實施不應限於此，但可包含以硬體或軟體與硬體之組合實施之實施例，且反之亦然，如對於熟習此項技術者而言將係顯而易見的，除非本文中另外規定。在本說明書中，一實施例展示一單一組件不應視為具限制性；而是，除非本文中另外明確地闡明，否則本發明意欲涵蓋包含複數個相同組件之其他實施例，且反之亦然。此外，申請人不意欲將說明書或技術方案中之任一術語歸於一不常見或特殊含義，除非明確地如此陳述。此外，本實施例涵蓋本文中以圖解說明之方式提到的已知組件之當前及將來已知等效物。
根據某些態樣，本實施例係關於一種可支援具有一單個通用串列匯流排(USB)類型-C埠之多個電池應用之充電器。在某些實施例中，該等電池可具有不同電壓容量。在某些實施例中，該等電池之電池充電電流及每一電池之電流限制可被單獨控制。在某些實施例中，架構係模組化的，使得架構可藉由添加額外降壓充電器模組而擴充以支援多個電池應用及/或藉由添加額外升降壓調節器模組而擴充以支援多個USB類型-C埠應用。在某些實施例中，可加總由充電器供應之電力。
圖1係圖解說明根據實施例之一實例系統100之態樣之一頂層圖。在某些實施例中，系統100可係及/或包含一計算裝置，諸如一筆記型電腦(例如MacBook、Ultrabook等)、膝上型電腦、平板或輸入板電腦(iPad、Surface等)，蜂巢式電話(例如Samsung Galaxy Z Flip電話)等、一充電寶(power bank)、通用串列匯流排(USB)埠，或使用一電池且能夠自一配接器接收電力之任何系統。
系統100包含子系統108及109。此等子系統中之一或兩者可包含運行一習用作業系統(諸如Windows或Apple OS)之一CPU，且可係來自Intel、AMD或其他製造商之一x86處理器，以及由Freescale、Qualcomm、DSP、GPU等製作之其他處理器。顯而易見的應係，系統100可包含未展示之諸多其他組件，諸如固態及其他磁碟機、記憶體、周邊設備、顯示器、使用者介面組件等。
在一項實例中，系統100可係一蛤殼便攜式裝置。一蛤殼便攜式裝置之一項此實例係Samsung Galaxy Z 翻蓋式電話。此裝置具有兩個可摺疊連接之螢幕(例如圖1中之105及106)，該等螢幕在完全打開時可作為一個組合式螢幕而操作。另一選擇係，電話可在第二螢幕摺疊起時用一個螢幕操作。在此實例中，每一螢幕105及106具有其自己的子系統108及109。
在其他實施例中，系統100中之子系統109可經組態以實施針對使用者輸入組態之一觸控螢幕106，而系統100中之子系統108可實施回應於來自子系統109之使用者輸入操作且在螢幕105產生一顯示之一計算裝置。在此等及其他實施例中，螢幕及子系統可係可拆離的且獨立地操作。舉例而言，系統100中之螢幕105可自螢幕106拆離。當拆離時，由於螢幕之獨立子系統，每一螢幕可在其自己的電池電源下操作。
根據某些態樣，其中本實施例可發現特別有用應用之系統100具有可超出技術(諸如USB-A)之電力限制，舉例而言超過60 watts之操作電力需要。然而，本實施例不限於此等系統中之應用。
如上文所論述，系統100內之子系統108及109各自分別具有其自己的電池堆疊103及104。此外，子系統108及109可彼此通信，如由102所指示，但此未必在所有實施例中係必要的。電池103及104可具有不同儲存容量且經由連接至螢幕105、106中之一者中之一單個埠107(例如USB-C)之一電力配接器單獨地充電。在替代實施例中，每一子系統可具有其自己的埠。此外，每一子系統可具有不同電力要求。舉例而言，子系統108可需要一種量的電力，而子系統109可需要另一不同量的電力。如此，本申請人認識到存在針對系統中之每一者獨立地控制電池充電電流及電壓之一需要。
圖2係圖解說明本實施例之態樣之一方塊圖。圖2圖解說明具有子系統116-1及116-2之系統200。在其他實施例中，額外子系統可在系統200中操作。
埠208可包含但不限於USB埠，諸如USB類型C(USB C)埠或一USB電力遞送(USB PD)埠。在一USB類型C實例(諸如圖2中所展示之彼USB類型C)中，埠208具有一相關聯類型C埠控制器(TCPC)210。TCPC 210包含用於偵測附接至埠108之裝置之存在及類型、控制與將經附接裝置連接至其他系統200組件相關聯之開關，及用於將埠狀態傳遞至嵌入式控制器(EC)214(例如，經由一I2C介面)之功能。
EC 214通常負責管理系統200之電力組態(例如，判定一電力配接器是否連接或未連接至埠108及將該判定自TCPC 210傳遞至EC 214等)、自電池204-1及204-2接收電池狀態(例如，經由一單獨或併入之燃料計電路)，及將電池充電及其他操作控制資訊傳遞至充電器202-1及202-2(例如，經由SMbus介面)及電壓調節器206。EC 214可經由已知協定(諸如I2C或SMBus)與包含裝納在模組內之至少控制器之電壓調節器模組及充電器模組通信。舉例而言，一控制器可經由在模組內部或在關於裝置附接至其之別處之控制器自連接至埠208之TCPC功能性接收資訊。EC可隨後將控制信號發送至控制器，用於根據該資訊控制電壓調節器模組206及充電器模組202-1及202-2之操作。在某些實施例中，EC 214可與裝納於電壓調節器模組及充電器模組內之控制器通信以控制系統200之總體操作，使得可將電力遞送至一子系統(例如，負載216-1及216-2，經由一輸出電壓)及/或對一電池(例如電池204-1及204-2)充電。
如所展示，系統200包含用於每一電池204-1及204-2之充電器202-1及202-2。本發明方案在添加對應充電器時支援額外電池。在某些實施例中，充電器202可包含一或多個降壓窄輸出電壓DC(NVDC)充電器。該等充電器可包含以下特徵中之某些或全部：可組態為一HPB充電器或NVDC充電器；符合Intel PROCHOT#及PSYS要求；包含配接器電流監測器及電池放電電流監測器；針對所有開關使用NFET；在電池學習模式期間支援電池移除；提供有效控制之湧入電流以防止FET損壞；包含SMBus可程式化設定及高準確性；包含綜合保護特徵，諸如針對系統低電壓、配接器過電流、電池過電流或系統過熱、基於硬體之配接器電流及電池電流限制之PROCHOT#指示器，且在系統Turbo模式中支援突然電池移除；包含自350 kHz至1 MHz的多個切換頻率選項；提供低靜態電流、SMBus及自動遞增I2 C相容的；包含提供優秀輕負載效率及快速動態回應之一Renesas Robust Ripple調節器(R3)調變方案；可在一32 Ld 4x4mm2 QFN封裝中實施；且係無鉛的(符合RoHS)。舉例而言，充電器可係來自美國瑞薩電子(Renesas Electronics America)之ISL95522。
系統200亦包含用於埠208之電壓調節器206。本發明方案在添加對應電壓調節器時支援額外埠。電壓調節器可包含以下特徵中之某些或全部：其可支援雙向降壓、升壓及升降壓操作；其可組態用於4-開關升降壓或2-開關降壓操作；其具有3.6 V至24 V之一輸入電壓範圍(無死區)；其具有高達20 V之一輸出電壓；其以高達1 MHz切換頻率操作；其支援一接腳可程式化軟啟動時間；其提供用於VDD及VDDP之一LDO輸出；其提供一系統狀態ALERT功能；其提供一輸入/輸出內部放電功能；其支援負電壓轉變之有效切換；其在兩個方向上提供一旁路模式；其包含正向及逆向模式啟用接腳；其提供OCP、OVP、UVP及OTP保護；其提供絕對過電壓保護；其係SMBus及自動遞增I2 C相容的，其係無鉛的(符合RoHS)；且其經實施為一32 Ld 4x4 TQFN封裝。舉例而言，電壓調節器可係來自美國瑞薩電子之RAA489801。
根據某些一般態樣，在系統200之操作期間，當將一電力配接器插入至埠208中時，充電器202-1及202-2可經組態以對電池204-1及204-2充電。調節器206經調適以將來自配接器之電力轉換為適合於系統200之組件之一電壓。該調節器可在一降壓模式、一升壓模式、一升降壓模式中或以此項技術中眾所周知之其他方法(例如，使用經提供以回應於回饋至調節器206之一控制器之一經感測輸出電壓而給MOSFET供電之眾所周知之PWM調變信號)供應電力。在某些實施例中，供應至電池或負載之經調節輸出電壓可係一固定7 V至8 V。
根據某些其他一般態樣，當將一USB OTG裝置(例如，一蜂巢式電話等)連接至埠208時，充電器202-1及202-2以及調節器206經組態以管理電力自電池204-1及/或204-2至埠208之供應。該調節器可逆向地操作以在一逆向降壓模式、一逆向升壓模式、一逆向升降壓模式中或以此項技術中眾所周知之其他方法提供電力以將一經調節電壓自電池204-1及/或204-2輸出至埠208。供應至OTG裝置之經調節輸出電壓可係全OTG功能範圍(例如，提供自5 V至20 V之OTG電壓)。以下將提供根據本實施例之充電器202-1及202-2以及調節器206之進一步細節。
在筆記型電腦(例如，Ultrabook)及系統200之其他實施例中，電池204可係一可再充電1S/2S/3S/4S(例如，1單元、2單元、3單元或4單元堆疊)鋰離子(Li-ion)電池。
圖3係圖解說明根據實施例之圖2中所展示之架構之一實例實施方案之一示意圖。
如可看到，由虛線框所指示，存在一埠偵測(PD)控制器模組301、一電壓調節器模組302及兩個充電器模組303及304—一個充電器模組分別為每一負載320及321以及電池305及306提供一輸出電壓。充電器模組303及304支援提供系統電力用於負載320及321且用於對電池305及306充電。此架構支援雙向電流流動使得可對電池305及306充電(例如，埠307上之配接器係一源)，或將電力供應至連接至埠307之一OTG裝置(例如，在埠307上之OTG裝置係一資料匯的情況下)。
埠307連接至包含一PD-IC 301-A之PD控制器模組301。此外，一10 µF電容器可用作一埠側電容器。在某些實施例中，PD-IC可由一PD控制器與其他組件一起實施。在其他實施例中，PD-IC可由一類型C埠控制器TCPC實施且舉例而言，可由來自美國瑞薩電子之一USB電力遞送控制器R9A02G011實施。此外，可PD控制器及FET 301-B及301-C中之某些或全部一起實施於一共同積體電路中。
PD-IC 301-A控制一對背對背式FET 301-B及一單個FET 301-C。當不連接一配接器而是將一電力消耗裝置(例如，一OTG裝置)連接至埠307時，PD-IC 301-A控制FET 301-B以便經由轉換器302、充電器303及304以及BGATE FET 310及311將OTG 電壓自電池305及306耦合至埠307。當將一配接器連接至埠307時，PD-IC 301-A控制FETS 301-B以便經由轉換器302將配接器電壓耦合至充電器303及304以提供輸出電壓320及321及/或對電池305及306充電。PD-IC 301-A控制FET 301-C以實施VBUS強制放電或滲流放電以滿足USB PD要求。
電壓調節器模組302取得一輸入電壓且在電壓Vmid 319處提供一經調節輸出電壓。添加至本發明方案之每一額外埠應具有耦合至其之一電壓調節器。電壓Vmid 319變為用於充電器模組303及304之輸入電壓。
電壓調節器模組供電級應基於最大配接器功率而設計。電壓調節器模組可包含一電壓調節器控制器(如上文所論述)及其他組件(例如，一電感器及切換電晶體或功率MOSFET)。雖然闡述一電壓調節器控制器，但本發明不限於電壓調節器控制器且可包含升降壓轉換器、升壓轉換器、降壓轉換器、具有相同功能之積體電路及諸如此類。舉例而言，控制器可經實施為積體電路，切換電晶體、相關聯驅動器及電感器在外部連接至該等積體電路。在其他實施例中，切換電晶體及/或相關聯驅動器及電感器中之某些或全部可與電壓調節器控制器一起整合在一單個積體電路中。顯而易見的應係，電壓調節器控制器連同其他電壓調節器組件之諸多不同實施方案係可能的。該等組件可包含連接至一電感器之任一端之高側/低側切換電晶體，如圖3中所展示且在此項技術中眾所周知。電壓調節器控制器302-A可將控制信號提供至電壓調節器模組中之切換電晶體以實施一降壓、升壓或升降壓操作模式。
充電器模組303幫助支援獨特電壓及電流需求以將經調節電壓Vmid自調節器302供應至電池305。亦存在電池側感測電阻器309及電容器313。充電器模組303可取得一輸入電壓且提供一經調節輸出電壓，同時亦能夠對一電池充電。充電器303藉由操作BFET 311對電池305充電。當將一配接器連接至埠307時，該充電器藉由組態BFET 311使得BFET在其線性模式中操作而為電池305供應電壓。當不將一配接器連接至埠307時，充電器組態BFET 311使得BFET在一理想二極體模式中操作，從而允許電力自電池305流動至輸出供應電壓320。在圖3中，實施一降壓充電器。然而，本發明實施例不限於降壓充電器且可包含升壓充電器及升降壓充電器。
充電器模組可基於系統(例如，負載電壓320)所需之最大電力而設計。充電器模組可包含一充電器控制器(如上文所論述)，及其他組件(例如，一電感器及切換電晶體或功率MOSFET)。雖然闡述一充電器控制器，但本發明不限於充電器控制器且可包含升降壓充電器、升壓轉換器、降壓轉換器、具有相同功能性之積體電路及諸如此類。舉例而言，控制器可經實施為積體電路，切換電晶體、相關聯驅動器及電感器在外部連接至該等積體電路。在其他實施例中，切換電晶體及/或相關聯驅動器及電感器中之某些或全部可與充電器控制器一起整合為一單個積體電路。顯而易見的應係，充電器控制器連同其他充電器組件之諸多不同實施方案係可能的。該等組件可包含連接至一電感器之任一端之高側/低側切換電晶體，如在此項技術中眾所周知。
充電器模組304幫助支援獨特電壓及電流需求以將經調節電壓Vmid自調節器302供應至電池306。亦存在電池側感測電阻器308及電容器312。充電器模組304可取得一輸入電壓且提供一經調節輸出電壓，同時亦能夠對一電池充電。充電器304藉由操作BFET 310對電池306充電。當將一配接器連接至埠307時，充電器藉由組態BFET 310將電壓供應電池306使得其在其線性模式中操作。當不將一配接器連接至埠307時，充電器組態BFET 310使得其在一理想二極體模式中操作，從而允許電力自電池306流動至輸出供應電壓321。在圖3中，實施一降壓充電器。然而，本實施例不限於降壓充電器，且可包含升壓充電器及升降壓充電器。
充電器模組可基於相關聯子系統(例如，負載電壓320、321)所需之最大電力而設計。充電器模組可包含一充電器控制器(如上文所論述)及其他組件。雖然闡述一充電器控制器，但本發明不限於充電器控制器且可包含升降壓充電器、升壓轉換器、降壓轉換器、具有相同功能性之積體電路及諸如此類。舉例而言，控制器可經實施為積體電路，切換電晶體、相關聯驅動器及電感器在外部連接至該等積體電路。在其他實施例中，切換電晶體及/或相關聯驅動器及電感器中之某些或全部可與充電器控制器一起整合為一單個積體電路。顯而易見的應係，充電器控制器連同其他充電器組件之諸多不同實施方案係可能的。該等組件可包含連接至一電感器之任一側之高側/低側切換電晶體，如在此項技術中眾所周知。
圖4A圖解說明圖3中之充電器與一插入式配接器之一實例操作。在某些實施例中，一EC可發信號於電壓調節器模組403及404以將分別連接至負載420及421之輸出電壓設定為低於最小電池電壓。接下來，一EC可發信號於充電器模組403及404以藉由將至BGATE FET 410及411之閘極之BGATE輸出驅動為一「接通」狀態而啟用充電。大約在相同時間，EC可發信號於充電器模組403及404以將其BGATE輸出設定為三態。以此方式，Vmid 419將高於用於充電器模組403及404之輸入電壓且Vmid 419處之電壓可用於對電池405及406充電。在啟用充電之後，EC可發信號於充電器403及404以將連接至充電器之系統電壓420及421之輸出電壓改變為最大電池電壓。大約在相同時間，一EC可發信號於充電器403及404以設定其輸出電壓來供應充電電力及/或系統需求。EC亦可發信號於電壓調節器402以調整自埠404上之配接器接收之電壓，使得滿足充電器模組403及404之需求或系統電壓420及421之需求。
在某些實施例中，充電器403及404及/或電壓調節器402中之控制器可在一降壓、一升壓或一升降壓操作模式中操作，此取決於連接至埠404之配接器電壓、電池充電電壓及系統電壓420及421之特定值，如熟習此項技術者將瞭解。
電池405及406可位於不同電荷處，因此對電池充電所需之電壓及對應電流可係不同的。電池405及406可被供以不同電流使得可在同時給定其不同電壓及其不同電流要求的情況下對電池充電。在某些實施例中，電池405及406可具有不同電流限制。在某些實施例中，二極體414及415可經實施以滿足不同電流430及431，且確保將適當電流量440及441供應至電池。
圖4B圖解說明圖3中之充電器在一僅電池模式中之一實例操作。在一僅電池模式中，將電池405及406中之每一者分別供應電力至負載電壓420及421。電池405及406經由處於一「開啟」狀態中之BGATES 410及411供應電力以滿足負載420及421之電力需求。全部FET(諸如高側/低側電晶體)係「關閉」。在某些實施例中，二極體414及415可經實施以防止電流通過模組之其餘部分。
圖4C圖解說明圖3中之充電器與一插入式OTG裝置之一實例操作。在某些實施例中，如上文所論述，一EC可判定哪一電池用於對OTG裝置充電，此取決於EC如何組態模組。在其他實施例中，可不使用一EC。在此情況中，將使用具有較高經充電電壓之電池對OTG裝置供電。此歸因於Vmid 419處之電壓將由較高電池電壓判定而發生。在某些實施例中，舉例而言，Vmid 419處之電壓將係經充電電池之電壓加上跨越二極體之電壓降。舉例而言，選用二極體414及415可係「或」運算二極體。如上文所論述，由於電壓調節器402調節由充電器模組403及404供應之電壓以滿足OTG裝置需求，因此本發明可支援全OTG功能性(例如，提供自5 V至20 V之OTG電壓之一全範圍)。舉例而言，調節器可使自Vmid 419供應之電壓升壓、使自Vmid 419供應之電壓降壓，或某一組合。
圖5係圖解說明針對一雙類型-C埠應用之圖3中之充電器之一實例調適之一方塊圖。如上文所闡述，本實施例之架構可藉由添加額外電壓調節器容易地擴充以支援額外埠。圖5圖解說明可根據本實施例如何實施一額外埠及隨後一額外電壓調節器。
以下表1圖解說明本實施例之架構如何支援具有雙類型-C埠之一實例系統之所有可能情形。表 1
情形 USB類型-C埠1 USB類型-C埠2
   配接器 裝置 配接器 裝置
1 不適用 不適用 不適用 不適用
2 ADP1(5 V-20 V)         
3       ADP2(5 V-20 V)   
4 ADP1 (5 V-20 V)    ADP2(5 V-20 V)   
5 ADP1 (5 V-20 V)       OTG2
6    OTG1 ADP2(5 V-20 V)   
7    OTG1      
8          OTG2
9    OTG1    OTG2
上文表1中所展示之實施方案圖解說明實例兩埠系統。具有一平行架構存在數個優點。此等優點包含可在Vmid 519處加總來自充電器之電壓以支援較高電壓需求。另外，獨立電池505及506可同時支援供應兩個單獨電壓，此乃因電壓調節器516及502各自連接至Vmid 519節點。
在某些實施例中，兩個配接器可連接至埠507及514。此等配接器可經由充電器503及504將充電電力供應電池505及506且滿足負載電壓520及521。在某些實施例中，兩個OTG裝置可連接至埠507及514，其中可經由一電壓調節器502及516支援OTG電壓之一全範圍(例如，自5 V至20 V)。在一項實例中，一配接器可連接至一個埠507或514，且一OTG裝置可連接至另一埠507或514。如上文所論述，一EC可組態電壓調節器模組502及516以及充電器模組503及504，使得滿足OTG裝置之電壓需求及電池充電電壓要求。舉例而言，可分別藉由PD控制器模組501及515中之控制器501-A及515-A中之TCPC功能性來偵測連接至埠之裝置。
儘管已參考本實施例之較佳實例特別闡述了本實施例，但對於熟習此項技術者而言應容易顯而易見的係，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下在形式及細節上作出改變及修改。意欲隨附申請專利範圍囊括此等改變及修改。
本文中所闡述之標的物有時圖解說明含納於不同其他組件內或與該等不同其他組件連接之不同組件。應理解，此等所繪示架構係說明性，且實際上可實施達成相同功能性之諸多其他架構。在一概念含義上，達成相同功能性之組件之任一配置係有效地「相關聯」使得達成所期望功能性。因此，可將本文中經組合以達成一特定功能性之任何兩個組件視為彼此「相關聯」使得達成所期望功能性，而無論架構或中間組件如何。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「可操作地連接」或「可操作地耦合」以達成所期望功能性，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「可操作地可耦合」以達成所期望功能性。可操作地可耦合之特定實例包括但不限於可實體配合及/或實體相互作用之組件及/或可無線地相互作用及/或可無線地相互作用之組件及/或合邏輯地相互作用及/或可合邏輯地相互作用之組件。
關於本文中複數及/或單數術語之使用，熟習此項技術者可在適於內容脈絡及/或應用時自複數至單數及/或自單數至複數地轉譯。為清晰起見，可明確地陳述各種單數/複數置換。
熟習此項技術者將理解，一般而言本文所使用及尤其在隨附申請專利範圍(例如，隨附申請專利範圍之主體)中所使用之術語通常意欲為「開放式」術語(例如，術語「包含」應解釋為「包含但不限於」，術語「具有」應解釋為「至少具有」，術語「包含」應解釋為「包含但不限於」等)。
儘管各圖及說明可圖解說明方法步驟之一特定次序，但此等步驟之次序可與所繪示及闡述者有所不同，除非上文不同地規定。並且，除非上文不同地規定，否則可同時或部分同時執行兩個或多於兩個步驟。舉例而言，此變化可取決於所選擇之軟體及硬體系統以及設計者選擇。所有此等變化皆在本發明之範疇內。同樣地，可藉助具有基於規則之邏輯及其他邏輯之標準程式化技術完成軟體所闡述方法之實施方案以實現各種連接步驟、處理步驟、比較步驟及決策步驟。
熟習此項技術者應進一步理解，若意欲一所介紹請求要件之一特定數目，則將在請求項中明確地敘述此一意圖，且在無此敘述時，不存在此意圖。舉例而言，作為理解之一輔助，以下隨附申請專利範圍可含有介紹性片語「至少一個」及「一或多個」之使用來介紹請求要件。然而，此等片語之使用不應解釋為暗指藉由不定冠詞「一(a或an)」介紹之一請求要件限制含有此經介紹請求要件之任一特定請求項為僅含有一個此敘述之發明，甚至當相同請求項包含介紹性片語「一或多個」或「至少一個」且諸如「一(a或an)」之不定冠詞(例如，「一(a及/或an)」應通常解釋為意指「至少一個」或「一或多個」)；對於用於介紹請求要件之定冠詞之使用同樣適用。另外，即使明確地敘述一所介紹請求要件之特定數目，熟習此項技術者亦將認識到，此敘述通常應解釋為意指至少所敘述之數目(例如，「兩個要件」之明瞭敘述，而無其他修飾語，通常意指至少兩個要件，或者兩個或多於兩個要件)。
此外，在其中使用類同於「A、B及C中之至少一者」之一慣例之彼等例項中，一般而言，此一構造意欲指熟習此項技術者將理解該慣例之含義(例如，「具有A、B及C中之至少一者之一系統」將包含但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C，同時具有A及B、同時具有A及C、同時具有B及C及/或同時具有A、B及C等之系統)。在其中使用類同於「A、B或C中之至少一者」之一慣例之彼等例項中，一般而言，此一構造意欲指熟習此項技術者將理解該慣例之含義(例如，「具有A、B或C中之至少一者之一系統」將包含但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C，同時具有A及B、同時具有A及C、同時具有B及C及/或同時具有A、B及C等之系統)。熟習此項技術者將進一步理解，實質上表示兩個或多於兩個替代術語之任一轉折字及/或片語(無論係在說明書中、申請專利範圍中亦係在圖式中)皆應被理解為預期包含該等術語中之一者、該等術語中之任一者或兩個術語之可能性。舉例而言，片語「A或B」將理解為包含「A」或「B」或「A及B」之可能性。
此外，除非另外註解，否則單詞「近似(approximate)」、「約(about)」、「大約(around)」、 「大致上(substantially)」等之使用意指加上或減去10%。
已出於圖解說明及說明之目的呈現說明性實施例之前述說明。其關於所揭示精確形式不意欲為窮盡性或限制，且根據上文教示修改及變化係可能的或可依據所揭示實施例之實踐獲得該等修改及變化。本發明之範疇意欲由對此隨附之申請專利範圍及其等效物來界定。
100:實例系統/系統 103:電池堆疊/電池 104:電池堆疊/電池 105:螢幕 106:螢幕/觸控螢幕 107:單個埠 108:子系統/埠 109:子系統 200:系統 202-1:充電器/充電器模組 202-2:充電器/充電器模組 204-1:電池 204-2:電池 206:電壓調節器/電壓調節器模組/調節器 208:埠 210:相關聯類型C埠控制器/類型C埠控制器 214:嵌入式控制器 216-1:負載 216-2:負載 301:埠偵測控制器模組 301-A:埠偵測-IC 301-B:FET/一對背對背式FET 301-C:FET/單個FET 302:電壓調節器模組/轉換器/調節器 302-A:電壓調節器控制器 303:充電器模組/充電器 304:充電器模組/充電器 305:電池 306:電池 307:埠 308:電池側感測電阻器 309:電池側感測電阻器 310:BGATE FET/BFET 311:BGATE FET/BFET 312:電容器 313:電容器 319:電壓Vmid 320:負載/輸出電壓/輸出供應電壓/負載電壓 321:負載/輸出電壓/輸出供應電壓/負載電壓 402:電壓調節器 403:電壓調節器模組/充電器模組/充電器 404:電壓調節器模組/充電器模組/充電器/埠 405:電池 406:電池 410:BGATE FET/BGATE 411:BGATE FET/BGATE 414:二極體/選用二極體 415:二極體/選用二極體 419:Vmid 420:負載/系統電壓/負載電壓 421:負載/系統電壓/負載電壓 430:電流 431:電流 440:適當電流量 441:適當電流量 501:埠偵測控制器模組 501-A:控制器 502:電壓調節器/電壓調節器模組 503:充電器/充電器模組 504:充電器/充電器模組 505:獨立電池/電池 506:獨立電池/電池 507:埠 514:埠 515:埠偵測控制器模組 515-A:控制器 516:電壓調節器/電壓調節器模組 519:Vmid 520:負載電壓 521:負載電壓
在結合附圖對特定實施例之以下闡述審閱後，本實施例之此等及其他態樣及特徵對於熟習此項技術者而言將變得顯而易見。
圖1係圖解說明根據實施例之一實例系統之態樣之一頂層圖。
圖2係圖解說明根據本實施例之用於自一單個配接器或埠對兩個電池充電之一系統之態樣之一方塊圖。
圖3係圖解說明根據實施例之用於兩個或多於兩個系統及對應電池堆疊之一實例充電器之一示意圖。
圖4A圖解說明圖3中之充電器與一插入式配接器之一實例操作。
圖4B圖解說明圖3中之充電器在一僅電池模式中之一實例操作。
圖4C圖解說明圖3中之充電器與一插入式On The Go裝置之一實例操作。
圖5係圖解說明針對一雙類型-C埠應用圖3中之充電器之一實例調適之一方塊圖。
301:埠偵測控制器模組
301-A:埠偵測-IC
301-B:FET/一對背對背式FET
301-C:FET/單個FET
302:電壓調節器模組/轉換器/調節器
302-A:電壓調節器控制器
303:充電器模組/充電器
304:充電器模組/充電器
305:電池
306:電池
307:埠
308:電池側感測電阻器
309:電池側感測電阻器
310:BGATE FET/BFET
311:BGATE FET/BFET
312:電容器
313:電容器
319:電壓Vmid
320:負載/輸出電壓/輸出供應電壓/負載電壓
321:負載/輸出電壓/輸出供應電壓/負載電壓

Claims (20)

  1. 一種裝置，其包括： 一電壓調節器，其耦合至經組態以自一外部源接收輸入電力之一埠，其中該電壓調節器經組態以將來自該輸入電力之一輸入電壓轉換為一經調節電壓； 一第一充電器，其經組態以基於該經調節電壓提供一第一系統電壓，該第一充電器進一步經組態以使用該經調節電壓來對一第一電池充電；及 一第二充電器，其經組態以基於該經調節電壓提供一第二系統電壓，該第二充電器進一步經組態以使用該經調節電壓來對與該第一電池分離之一第二電池充電。
  2. 如請求項1之裝置，其中該電壓調節器包括一升降壓控制器。
  3. 如請求項1之裝置，其中該第一充電器及第二充電器中之一或兩者包括一降壓控制器。
  4. 如請求項1之裝置，其中該埠包括一通用串列匯流排(USB)類型-C埠。
  5. 如請求項1之裝置，其中該裝置進一步包括： 該第一電池，其經組態以將一第一電池電壓提供至該第一充電器； 該第二電池，其經組態以將一第二電池電壓提供至該第二充電器； 該電壓調節器，其經組態以接收一電池電壓，該電池電壓經組態為該第一電池電壓與該第二電池電壓中之較高電壓，該電壓調節器進一步經組態以將該電池電壓自一輸出電壓轉換為一輸出電力；及 該埠，其進一步經組態以接收該輸出電力且將該輸出電力分配至一外部裝置。
  6. 如請求項5之裝置，其中該第一充電器及第二充電器中之一或兩者包括一升壓控制器。
  7. 如請求項5之裝置，其中該電池電壓經組態為該第一電池電壓與該第二電池電壓之總和。
  8. 如請求項1之裝置，其中該第一電池經組態以儲存一電池電荷，該電池電荷與由該第二電池儲存之一第二電池電荷分離。
  9. 如請求項1之裝置，其中該第一充電器進一步經組態以分配供應至該第一電池之一第一電池電流，該經分配第一電池電流係與該第二充電器分配供應至該第二電池之一第二電池電流分離。
  10. 如請求項1之裝置，其中該第一充電器及第二充電器中之一或兩者支援全On-The-Go要求。
  11. 一種裝置，其包括： 一第一電壓調節器，其耦合至經組態以自一第一外部源接收一第一輸入電力之一第一埠，其中該第一電壓調節器經組態以將來自該第一輸入電力之一第一輸入電壓轉換為一第一經調節電壓； 一第二電壓調節器，其耦合至經組態以自一第二外部源接收一第二輸入電力之一第二埠，其中該第二電壓調節器經組態以將來自該第二輸入電力之一第二輸入電壓轉換為一第二經調節電壓； 一第一充電器，其經組態以基於該第一經調節電壓提供一第一系統電壓，該第一充電器進一步經組態以使用該第一經調節電壓來對一第一電池充電；及 一第二充電器，其經組態以基於該第二經調節電壓提供一第二系統電壓，該第二充電器進一步經組態以使用該第二經調節電壓來對與該第一電池分離之一第二電池充電。
  12. 如請求項11之裝置，其中該第一埠及該第二埠中之一或兩者包括一通用串列匯流排(USB)類型-C埠。
  13. 如請求項11之裝置，其中該裝置進一步包括： 該第一電池，其經組態以將一第一電池電壓提供至該第一充電器； 該第二電池，其經組態以將一第二電池電壓提供至該第二充電器； 該第一電壓調節器，其經組態以接收該第一電池電壓，其中該電壓調節器進一步經組態以將該第一電池電壓自一第一輸出電壓轉換為一第一輸出電力； 該第二電壓調節器，其經組態以接收該第二電池電壓，其中該第二電壓調節器進一步經組態以將該第二電池電壓自一第二輸出電壓轉換為一第二輸出電力； 該第一埠，其耦合至一第一外部裝置，其中該第一埠經組態以接收該第一輸出電力且將該第一輸出電力分配至該第一外部裝置；及 該第二埠，其耦合至一第二外部裝置，其中該第二埠經組態以接收該第二輸出電力且將該第二輸出電力分配至該第二外部裝置。
  14. 如請求項13之裝置，其中該第一輸出電力與該第二輸出電力分離。
  15. 如請求項11之裝置，其中該裝置進一步包括： 該第一電壓調節器，其耦合至經組態以將一輸出電力分配至一外部裝置之該第一埠，其中該第一電壓調節器經組態以接收一電池電壓且將該電池電壓自一輸出電壓轉換為該輸出電力； 該第二電壓調節器，其耦合至經組態以自一外部源接收一輸入電力之該第二埠，其中該第二電壓調節器經組態以將一輸入電壓自該輸入電力轉換為一經調節電壓； 該第一充電器，其進一步經組態以提供由該第一電池供應之該電池電壓；及 該第二充電器，其經組態以基於該經調節電壓提供一系統電壓，該第二充電器進一步經組態以使用該經調節電壓來對與該第一電池分離之該第二電池充電。
  16. 一種裝置，其包括： 一電壓調節器，其耦合至經組態以自一外部源接收一輸入電力之一埠，其中該電壓調節器經組態以將來自該輸入電力之一輸入電壓轉換為一經調節電壓； 一第一充電器，其經組態以基於該經調節電壓提供一第一系統電壓，該第一充電器進一步經組態以使用該經調節電壓來對一第一電池充電； 一第二充電器，其經組態以基於該經調節電壓提供一第二系統電壓，該第二充電器進一步經組態以使用該經調節電壓來對與該第一電池分離之一第二電池充電；及 一第三充電器，其經組態以基於該經調節電壓提供一第三系統電壓，該第三充電器進一步經組態以使用該經調節電壓來對與該第一電池及該第二電池分離之一第三電池充電。
  17. 如請求項16之裝置，其中該第一電池經組態以儲存一電池電荷，該電池電荷與由該第二電池儲存之一第二電池電荷及由該第三電池儲存之一第三電池電荷中之一或兩者分離。
  18. 如請求項16之裝置，其中該第一充電器經組態以分配供應至該第一電池之一第一電池電流，該經分配第一電池電流係與該第二充電器分配供應至該第二電池之一第二電池電流及該第三充電器分配供應至該第三電池之一第三電池充電電流中之一或兩者分離。
  19. 如請求項16之裝置，其中該裝置進一步包括： 該第一電池，其經組態以將一第一電池電壓提供至該第一充電器； 該第二電池，其經組態以將一第二電池電壓提供至該第二充電器； 該第三電池，其經組態以將一第三電池電壓提供至該第三充電器； 該電壓調節器經組態以接收一電池電壓，該電池電壓經組態為該第一電池電壓、該第二電池電壓與該第三電池電壓中之較高電壓，該電壓調節器進一步經組態以將該電池電壓自一輸出電壓轉換為一輸出電力；及 該埠，其進一步經組態以接收該輸出電力且將該輸出電力分配至一外部裝置。
  20. 如請求項19之裝置，其中該電池電壓經組態為該第一電池電壓、該第二電池電壓與該第三電池電壓之總和。
TW109115372A 2019-05-09 2020-05-08 用於雙電池應用之升降壓充電器 TW202101852A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962845641P 2019-05-09 2019-05-09
US62/845,641 2019-05-09
US16/846,152 2020-04-10
US16/846,152 US11239677B2 (en) 2019-05-09 2020-04-10 Buck-boost battery charger for dual battery application

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202101852A true TW202101852A (zh) 2021-01-01

Family

ID=73045878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109115372A TW202101852A (zh) 2019-05-09 2020-05-08 用於雙電池應用之升降壓充電器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11239677B2 (zh)
CN (1) CN111917148A (zh)
TW (1) TW202101852A (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200395774A1 (en) * 2019-06-17 2020-12-17 Renesas Electronics America Inc. Single inductor multiple output charger for multiple battery applications
US11493972B2 (en) * 2020-06-23 2022-11-08 Google Llc Hardware architecture for USB-C port power
US20230032849A1 (en) 2021-07-30 2023-02-02 Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. Battery module and charging system
CN114938136B (zh) * 2022-07-19 2022-11-01 伏达半导体(合肥)有限公司 功率调节装置、双电池充电装置及充电电流调节方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201000346D0 (en) * 2010-01-11 2010-02-24 Jogia Paresh Headphones
US11088549B2 (en) * 2016-03-22 2021-08-10 Intersil Americas LLC Multiple chargers configuration in one system

Also Published As

Publication number Publication date
US11239677B2 (en) 2022-02-01
US20200358295A1 (en) 2020-11-12
CN111917148A (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107209539B (zh) 供电装置及其控制电路、受电装置及其控制电路、使用它的电子设备及充电适配器、异常检测方法
TW202101852A (zh) 用於雙電池應用之升降壓充電器
US11677260B2 (en) Managing power in a portable device comprising multiple batteries
US20170126041A1 (en) Charger circuit
US7956578B2 (en) Power supply having a reduced number of switching elements
US10432007B2 (en) Circuits, systems and methods for balancing power for system load components
US20180076647A1 (en) Hybrid power buck-boost charger
TWI782173B (zh) 用於升降壓電池充電器的自主適配器直通模式
US9218043B2 (en) Battery charge system and method capable of operating in different configurations
US20090174366A1 (en) Multiple Function Switching Regulator for Use in Mobile Electronic Devices
US11251707B2 (en) Power delivery architecture for multiport systems
EP3146623A1 (en) Single inductor multi-output battery charger for portable electronic devices
TW202034615A (zh) 自適應組合電源電路和充電架構
US11955821B2 (en) Managing power in a portable device comprising multiple batteries
US11387667B2 (en) Combo buck boost battery charger architecture with reverse boost mode
TWI827653B (zh) 用於在電池充電器應用中提供反向升壓模式的系統和方法
US20180109134A1 (en) Power monitoring for output voltage support
WO2014043642A1 (en) Voltage regulator
JP6362448B2 (ja) 電源選択回路およびそれを用いた信号処理回路、電子機器
KR20220058280A (ko) 배터리 장치를 충전하는 충전 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치
US11251639B2 (en) Adapter power add-up feature for multiport systems
US11784499B2 (en) Multi-port battery charge and discharge system
US20200395774A1 (en) Single inductor multiple output charger for multiple battery applications
TWI828923B (zh) 多埠系統及控制其之方法
TW202110027A (zh) 具反向升壓模式之升降壓充電器結構