TWI250713B - Power management circuit - Google Patents
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Description
1250713 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種電子裝置的電源系統，更具體的是涉及 種&理和限制提供給可充電電池的輸出功率位準的電源 管理電路。 "、 【發明内容】 干本發明提供了 一種控制提供給可充電電池的充電參數的 包路’该電路包括：—個提供代表—個DC電源輸出功率值 的功率控制信號的功率控制電路；和一個當該功率輸出值 2出一個預定功率門限值時，用於減小提供給該電池的充 電筝數的控制信號發生電路。 本兔明提供了 一種電子裝置，該電子裝置包括一個控制 f供給可充電電池的充電參數的電路’該電路包括：一個 曰弋表個DC電源的輸出功率值的功率控制信號的功 。士制电路’和-個當該輸出功率值超出預定的功率門限 值日r減少提供給該電池的充電參數的控制信號產生電路。 提i、了—種方法包括步驟：監控—個電源的一 個輸出功率值；將該輪出 a 出功率值與一個門限功率值作比 季父’畜δ亥輸出功率值超出 池的充電參數。 〗限功率仏減少提供給充電電 枣愈明提供了一種控制電路包括 ㈣甘牡刊斷m峪 ::值盘 將具有一個固定輸出電壓值的DC電源* :=3_限值作比較，_值超出所心 、提供_個代表該沉電源是否存在的存名 93940.doc 1250713 判斷信號；和—個控制信號產生電路，該控制信號產生恭 路接收至少該存在判斷信號並進一步提供一個控制信號： 回應至少該存在判斷信號。 本發明提供了-種電子裝置，該電子裝置包括一種電 路，該電路包括：-個存在判斷電路，該存在判斷電路將 具有一個固定輸出電壓值的DC電源的電壓值與可選電壓 Η限值作比較，當該電麗值超出可選門限電録時提^ 個代表所述DC電源在位的存在判斷信號；和一個控制信號 產生電路，該控制信號產生電路接收至少該存在判斷信號 並進一步提供一個控制信號以回應至少該存在判斷信號/ 本Is明k供了一種方法包括步驟：選取一個門限電壓 值，將一個固定DC電源的輸出電壓值與該門限電壓值作比 較；當該輸出電壓值超出該門限電壓值時提供一個代表該 固定DC電源存在的存在判斷信號。 熟習此技藝之人士應了解，雖然以下具體描述將作為較 佳實施例和方法，本發明並不受限於這些實施例和方法。 相反的，本發明具有廣泛的應用範圍，僅受限於附屬的權 利要求。 【實施方式】 圖1所示為根據一個實施例的電壓模式電池充電器系統 1 〇。系統10包括一個採用DC電源14給一個或多個電池1 6充 電的電壓模式電池充電器電路12。DC電源可以是一個 AC/DC轉接器（adapter)或是其他供電裝置。充電器電路12 通過開關20控制降壓型轉換器（Buck converter)電路18(包 93940.doc 1250713 括習：技藝者所熟知的-個電感和-個電容)的工作遇 期，仗而控制提供給電池16的充電功率。總體上，電路 通過監控電源電流、電池充電電流（電流模式）和電池電汽 (電麼模式）控制降壓型轉換器！ 8的工作週期（细” 通過感測電阻（或阻抗）以⑽測電池充電電流。I發明採用 電壓模式拓撲結構，檢測Rsch上的電流而不是檢測流經電 感的電流（如在常規電流模式拓撲結構中）。按照這種方法， 通過同時採用電池電路控制和電壓控制，本發明在接近電 池充電週期終止時可以更精確地給電池充電，與常規電: 模式充電拓撲結構相比，提供更精確的充電終止。以下2 對系統10加以詳述。 貫質上，充電器電路12通過控制補償電容Cc〇mp38的功 率來控制降壓型轉換器18的工作週期。電路12包括：一個 由感測放大器26和轉導放大器28組成的電池電流控制部 分，一個由求和單元30和轉導放大器32組成的電池電壓控 制部分，和一個由感測放大器34和轉導放大器36組成的功 率控制部分。電池電流控制部分和電池電壓控制部分分別 產生代表電池電流和電池電壓的信號。功率控制部分產生 代表從電源14處可獲得的功率的信號。這些部分的每一個 在節點60處相連’如果其中任何一個部分超出一個門限 值’提供給充電電容的功率就將減小，從而減小降壓型轉 換器的工作週期。以下將對這種操作加以詳述。 降壓型轉換器1 8的工作週期由比較器4〇通過開關2〇控 制。比較器40的輸入為補償電容（Cc〇mp)38上的電壓和振盤 93940.doc 1250713 器44產生的鋸齒波信號。比較器4〇的輸出為一個脈寬調變 (PWM)信號68,該信號68的脈寬（工作週期）反映了 Cc〇mp38 上電壓信號振幅和鋸齒波信號振幅的相交部分。採用這種 感測方法所產生PWM信號的工作週期將基於補償電容38上 的私壓和由振盪器44產生的錯齒波信號。這裏所說的”基於 應被廣泛地理解為”是什麼的函數”或者，，與什麼相關，，。 Ccomp電谷38上的電壓振幅越大，pwM信號68的工作週期 就越大。在示範性實施例中，鋸齒波信號是一個頻率固定 的信號，因此可以通過調整Ccomp電容38上的電壓振幅來 调整卩\¥]^的工作週期。（^〇卿電容3 8經由電流源42充電。 若是電流控制部分、電壓控制部分或者功率控制部分的任 何部分都沒有發出信號，電流源就最大限度地給Ccomp電 容38充電，此時，PW]v^〇工作週期最大，並且降壓型轉換 器給電池提供的充電電流和充電電壓也最大。電流控制部 分、電壓控制部分或者功率控制部分的任何部分發出的信 號對於補償電容3 8都將是一個衰減因素，從而減小補償電 容上的電壓，並由此減小PWM信號的工作週期。按這種方 式，提供給電池16的充電電流是可以控制的。降壓型轉換 器18和開關20的具體細節都是本領域所熟知的，對於本發 明並不重要，並可推廣為可控制的DC/DC轉換器電路。 電流控制 電流控制部分（電路）包括一個感測放大器26和一個轉導 放大器28。感測放大器監控流經感測阻抗Rsch 24的電池充 電電流’並發出一個與電池充電電流成比例的信號。轉導 93940.doc 1250713 放大為28接收感測放大器26的輸出，並將該輸出信號與已 可程式化的（期望的）電池電流信號Ich比較。通常，轉導放 大印28的輸入是甩壓信號，輸出是相應成比例的電流信 號轉^放大杰的輸出是電流控制信號62，該電流控制信 號兵超出已可私式化信號Ieh的電池充電電流量成比例。電 飢控制U 62在電池充電電流超出已可程式化的電流值 鈉為V'已可私式化Ich的值是根據具體的電池型號和 而求而β又置的，例如，本領域熟知的，給標準鋰離子電池 充電時設置Ich值。 右甩池充電電流超出門限值Ich，放大器28發出一個相應 tb 電w控制k㉟62。由於放大器的輸出（在節點6〇)與電 肌源42的負極相連，放大器28發出的任何信號都將減弱電 級源42的電後。接著，該操作將減小呵％上的電壓， 伙而減j PWM^就68的工作週期，並減小提供、給電池的充 電電流。由於輸出電流控制信號62與輸入值成正比，所以 工作週期作為電池充電電流的函數可被動態調整。 電繼放大器26可以是客製化的或者是本領域現成的 放大ϋ H本領域的技術人員應認識到，放大器26必 須提供高的共模電壓抑制。相應地，參考圖2,本發明的另 方面疋提ί、個用於降低對高共模抑制電壓要求的放大 器。圖2中感測放大器26包括_個由運算放大器46控制的開 關48,增益電M152M25G。圖2中放Α||26對於共模電 壓不敏感。相反地，開關將⑽上的浮動差動獅據 R2/R1給出的增益放大電壓，轉移為對地電壓。 93940.doc 1250713 電壓控制 電壓控制部》（電路）包括求和#元3〇和一個轉導放大哭 &在示範性實施例中，求和單元包括三㈣η高 精度參考電壓或校準電壓Ref信號、—個電壓設置（vset)_ 就和-個電壓修正（V⑽)信號。在示範性實施例中，電池16 是-個鐘離子電池。裡離子電池對過電壓情況非常敏感， 而且若是過度充電將會很危險1此，參考信號或校準作 號Ref要精確到電池允許的公差範圍内。對於鐘離子電池， 允許誤差在+/-0.5%内。“ ’其他類型的電池和參考電 壓要求同樣在此考慮。Vset代表—個電壓設置值，通常由 電池製造商提供。Vcor是一個與充電電流成正比的修正信 號，用作充電裝置和與電池相關的寄生電阻的補償信號（由 於無法直接測量電池電塵，因此必須依靠寄生冑阻）4⑽ 可以通過分接一個與感測放大器26的輸出並聯的分壓器來 付到。這二個信號以加權的形式在求和單元3〇中求和。例 如，求和單元30的輸出可以設置為：參考電壓+(vset/x) +/Vcor/y) ’其中X和y分別按照期望的電壓設置值和修正值 選取。Vc〇r和Vset不必與參考電壓一樣精確，因為要除以X 和y ’其所占比例就相應較小。 從求和單元30輸出的加權電壓信號通常被視為預先設定 的電池電壓門限信號。轉導放大器32將求和單元30的輸出 與電池電®相比較。轉導放大器32輸出為〆個電壓控制信 號64 "亥甩壓控制信號與超出求和單元確定的門限值的電 池電壓量成正比。如前面電流控制部分所述，若電池電壓 93940.doc -10- 1250713 超出求和單元確定的門限值，信號64則不為零。由於放大 °。32的輪出（在節點與電流源42的負極連接，放大器32 &出的任何信號64都將減弱電流源42的電流。接著，該操 作將減小Cc〇mp 38上的電壓，從而減小PWM信號68的工作 ^ 並減小提供給電池的充電電流。由於放大器32的輸 出k旒64與輸入值成正比，所以工作週期可被動態調整以 達到期望的電池電壓。 功率控制 力率控制部分（電路）包括一個感測放大器34和一個轉導 放大器36。功率控制部分用於減小降壓型轉換器的工作週 功而在DC電源需要給電源相連的有源系統72(例如攜帶 型電子裝置)提供更大功率日夺，減小提供給電池的充電電 机"亥有源系統與跨接在感測電阻Rsac 22上的充電系統1〇 2聯。由於電源14所提供的總功率不變，所以在一個設計 疋善的系統中，有源系統和電池充電電路的負載 衡的。功率控制部分通過減少充電電流來滿足有源系統的 需求，從而確保有源系統(在功率需求方面)享有優先權。因 此，功率控制部分產生一個功率控制信號66，該功率控制 ，電池充電器和有源系統所需功率超出門限以一-的 量成正比。Iac_lim通常是電源14可提供的最大值。例如， 電源14能同時給-個有源系統(未示出)供電和給電池提供 充電電流。如果該攜帶型系統需要更多功率，貝W池的充 電電流相應地減小以保證該系統的需求。電源⑽常定義 為DC電源，它可以是由AC/DC轉接器供電的。由於dc電源 93940.doc 1250713 1恢供的冑出電遂值是恒$ 通過監控和&制電源的 電流輪出就足以限制DC電源的功率。 感測放大器34監控由電源14提供給感測阻抗22的轉 接器總電流。轉接器（電源）總電流包括：系統電流（例如， 提供給與電源14連接的攜帶型系統（未示出）的電流）和電池 充電器電路12控制的充電電流（等於電池的充電電流除以 降壓型轉換器的工作週期)。感測電阻Rsac22上的信號與轉 接器總電流成正比。轉導放大器36接收感測放大㈣的輸 出信號，並將該信號與-個功率門限信號Iaejim相比較。 如此，若感測電阻上的信號大於IacJim，就表明系統需要 更大的功率’電池充電電流就應相應地減小。當然，該限 唬可以疋固定的’或者可以根據系統的動態功率所需 和/或電源的變化進行調整。轉導放大器的輸出為功率控制 信號66,該信號在電池充電器和活動系統所需功率超出門 限值lac Jim之前為零。 右，池充電器和活動系統所需功率超出門限值^—此， 放大益36則發出一個相應比例的功率控制信號&。由於放 大器的輸出（在㈣60)與電流源42的負極相連，所以放大器 36發出的任何信號都將減弱電流源的電流。接著，該過: 將減小Ccomp 38上的，從而減小pwM信號別的工/作週 期，並減小提供給電池的充電電流。由於放大器36的輸出 娜6與輸入值成正比，所以工作週期作為平衡系統與電 二者間的功率需求的一個函數可被動態調整，從而㈣ 電源14不會超過最大輸出功率。 93940.doc 1250713 圖3所示為說明PWM信號68(下圖）和補償電容上的電壓 Vccomp與鋸齒波信號44相交（上圖）的時序圖7〇。在本示範 性實施例中，Vccomp實質上是一個DC信號，該信號的振幅 通過電流源42調高，通過電流控制信號62、電壓控制信號 64或功率控制#號％調低。換言之，vcc〇mp的值（振幅）為 化號（42-(62, 64和/或66))之和。通過下移Vcc〇mp的值，pWM "ia號的工作週期將減小。 口此採用本發明，PWM信號的工作週期可以通過一個 差刀補鉍電谷進行調整。在示範性實施例中，PWM可以作 為迅池充電電流、電池電壓和/或系統功率所需的函數被動 =凋1。圖1所不的拓撲結構是一個電壓模式拓撲結構。電 壓模式拓撲結構意味著感測電阻Rsch置於降壓型轉換器的 外側，因此，流經該電阻的電流是一個1)〇值（無漣波）。 在另一個實施例中，如下所述，可以採用電源管理電路 12a控制提供給可充電電池16的充電功率等級。為實現該功 月b可採用電源官理電路12a直接控制一個可控DC電源（圖 )或者個DC/DC轉換器（圖4B)，其中每個實施例中的相 關DC電源可能不提供一個固定的輸出電壓值。 圖4A所示為具有本發明的電源管理電路的電子裝置 4〇〇 4私源官理電路控制提供給可充電電池的電池充電參 數例如電池充電電流和/或電壓。在圖4 A的實施例中， 通過控制可控DC電源4〇4的輸出功率等級實現該功能。電 ’ 〇可以疋包括筆記型電腦、行動電話、個人數位助 里此颏的任何電子裝置。採用來自可控電源的電能 93940.doc -13- 1250713 以多種模式給系統72、電池16供電或者同時給他們供電。 電池16包括一個或多個電池。電池16可以是如鋰離子電 池、鎳鎘電池、鎳氫電池等種類的可充電電池。
可控DC電源404可以是本領域熟知的任何種類的電源， 例如’-個接收AC輸人電㈣根據—個適當的控制信號提 供:個可控DC輸出的可控AC/DC轉接器。控制信號可由電 源官理電路12说路徑42 j發出。從電源管理電路山到可控 DC電源4〇4的路徑421可以是—個使用本領域所知的㈣ 通訊協定的獨立路徑。例如’可控Dc電源4〇4可配置有— 個接收來自電源官理電路12a的串列控制信號的串列通信 介面（如RS232)。另外，可控Dc電源4〇4也可配置有一個接 比控㈣號的類比介面。這樣就不需要獨立路徑 421。、例如，來自電源管理電路12&的控制信號可以被調變 電原線25上彡種情況下，電源管理電路⑵和可於％ 電源姻都配備有本領域所知的調變/解調線路，以產^ 電源線25上傳輸的回授控制信號。
電源管理電路12a包括—個功率控制電路471和一 信號產生電路473。工 生電路473摇徂/ 力羊才』電路471給控制信號J I路7心、-個代表可控Dc電源4Q4輸出功率等 ^率控制㈣。控制信號產生電路仍包括多種誤差信號放 & 1&將信_如’功率控制信號）與為 r設置的相關門限值作比較。類似於前面詳述的二 伽。例如，誤差信號放大器可m (Wlred-0R)"拓撲社構，、士样、，斗 J风類比線或 構Ή先檢測到出現超出相關最 93940.doc -14- 1250713 。大門限值情況的誤差信號放大器將給可控轉接器命令信 號。接著，適當的控制信號被傳送給可控Dc電源4〇4，例 如，在達到一個最大門限時，用於減小一個輸出功率參數。
圖4B所示為具有本發明電源管理電路i2a的電子裝置 4〇〇a的另一個示範性實施例，該電源管理電路用來控制電 池充電參數，例如，通過控制DC/DC轉換器18控制電池充 電電流和/或電池充電電麼。DC電源4〇6通過dc/dc轉換器 18給電池提供充電電能。DC電源4〇6的輸出電壓值可隨時 間變化。例如，DC電源406是一個太陽能電源，它的輸出 =I值Ik著電源接收到的光線多少而變化。Dc電源還可能 是:個燃料電池。Dc電源406提供的固定輸出電壓值可能 人系統期望的電壓值不同。例如，電子裝置彻a的用戶使 2 口疋輪出電壓值為15伏的電源，而電子裝置的期望 :源為20伏。作為本發明的優選實施例，在不超過該電源
最大輸出電流的情況下，電源管理電路12使這種輸出電壓 值變化的DC能夠提供最大的功率。 &制乜唬產生電路473給1)〇：/;〇(：：轉換器18發出一個控制 七娩°亥彳工制^唬可以是如前所述的一個PWM信號68，該 /DC轉換裔18可以是本領域所知的任何轉換器。 #的’、他元件和刼作與前面圖4 A中的描述類似。因此， 類似電路7L件標號也是同樣地標注。為簡明起見，這裏就 不在重複描述類似的元件或操作。 圖A所不為包源官理電路12a的一個實施例的示範性電 路圖si中“述了控制信號產生電路473的詳細情況。控制 93940.doc -15- 1250713 佗唬產生包路473包括用於將各種信號與相關門限值比較 的夕種。吳差^號放大斋36、472、28和32。這裏，控制信號 產生包路473的各種元件和操作與前面圖丨中描述的電路j 2 的操作類似。因此，類似電路元件標號也是同樣地標注。 為簡明起見，這裏就不在重複描述類似的元件或操作。 由方、可L DC電源404的輸出是變化不定的，因此控制信 唬產生電路473可同時包括一個限流誤差信號放大器％和 一個功率限制誤差信號放大器4 7 2。該限流誤差信號放大器 3 6將一個代表可控Dc電源4〇4輸出電流的信號與一個電流 門限lac一lim相比較。功率限制誤差信號放大器々”將一個代 表可控DC電源4G4輸出功率的信號與—個功率門限值相比 較。當電源的輸出電流達到電流門限值或者輸出功率達到 功率門限值，控制信號產±電路473就將減小由比輕㈣ 提供的PWM控制信號的工作週期。這時，可控dc電源綱 回應PWM控制信號從而減小其輸出功率。當然，比較器也 可以被其他電路所代替，只要該電路能夠將補償電容％上 的i壓與來自振盪器44的錯齒波信號作比較，i能提供控 制可k DC私源的輸出電壓的任何類型的控制信號（如，類比 或數位信號）。 、 力率HI電路471包括感測放大器Μ，該感測放大器與感 測电阻22相連以提供一個代表可控Dc電源4〇4電流輸出的 信號。功率㈣電路471進一纟包括一個功率轉換電路 577。功率轉換電路577從感測放大器34輸出端接收代表可 控DC電源404電流輪出的信號、和另一個代表可控此電源 93940.doc -16- 1250713 404電壓輸出的信號VAD，並給誤差信號放大器ο]提供一 個代表可控DC電源404輸出功率大小的功率控制信號。 圖5B所不為圖4B的另一個實施例，其中電源管理電路 12a給DC/DC轉換器丨8提供一個控制信號以控制提供給可 充電電池16的充電參數。DC電源4〇6的輸出電壓值可能隨 2間變化，如前面圖4B中的具體描述。控制信號可以是2 珂所述的一個PWM信號，DC/DC轉換器18也可以是本領域 所公知的任何類型的DC/DC轉換器。圖化的其他元件和操 作與前面圖5A中的描述類似。因此，類似電路元件標號也 一同樣地才不主。$簡明起見，$裏就不在i複描述類似的 元件或操作。 器472提供功率信號。功率轉換電路577包括類比或數位乘 2器拓撲結構的標準配置。然而，為了達到期望的精確度， 這些方法還需要加以修整。功率轉換電路577還可以包括一 圖6所示為圖5A和圖5B中示範性功率控制電路47丨和功 率轉換電路577的具體方塊圖。該電路給控制信號產生電路 473中的誤差信號放大器％提供電流信號，給誤差信號放大 個斜波振篕器608、一個比較器61〇、一個乘法器612和一個 濾波器614，下面將具體描述。 通常，功率控制電路471包括感測放大器34,該感測放大 器監控感測電阻22上的壓降並將—個IAD信號提供給比較 器610的同相輸人端。IAD信號可以是—個代表來自dc電源 _或楊電流的DC電壓信號。一個頻率以的銀齒波信號 會由斜波振盡器6G8提供給比較器㈣的反相輪人端。控制 93940.doc -17- 1250713 ^號產生電路473中的斜波振盪器44的輸出也可以提供這 一信號給比較器610。這樣，比較器610就提供了一個轉接 器電流脈寬調變信號IAD_PWM，其中信號脈寬或工作週期 基於IAD信號值。 乘法器612將IAD一PWM與代表電源404或406的輸出電壓 值的VAD信號相乘，從而獲得一個p0wer—pwm信號。 power—PWM信號可以是一個具有代表DC電源404或406電 流輸出和具有代表DC電源4〇4或406電壓輸出的脈寬調變 信號。如此，powerJPWM信號就代表DC電源404或406的暫 恶輸出功率。接著，power一PWM信號輸入到濾波器614，然 後濾波器輸出一個具有DC電壓值的功率信號。從濾波器 614輸出的該功率信號接著提供給控制信號產生電路彳乃的 誤差信號放大器472。若是暫態輸出功率值上升並超過預定 的功率門限值，誤差信號放大器472就使比較器4〇提供一個 PWM信號以減小提供給電池的充電參數。該pwM信號可以 提供給可控DC電源404或DC/DC轉換器18。 功率控制電路471也可以包括一個電流控制電路6〇6。電 流控制電路6 0 6包括將IA D信號提供給控制信號產生電路 473的感測放大器34。控制信號產生電路包括一個誤差 乜唬放大為36，誤差信號放大器接收該IAD信號並將其與一 個電流門限值相比較。若是輸出電流值增大並超出一個預 定的電流門限，控制信號產生電路473就提供一個控制信號 以減小一個充電參數，例如，提供給電池16的充電電壓。 圖7所示為各種信號的時序圖，進一步解釋了圖6的功率 93940.doc -18- 1250713 控制電路47卜時序圖示出了比較器㈣接收的兩個輸入 信號，或者說是IAD信號711和鋸齒波信號714。鋸齒波信號 可X疋個頻率固疋的彳§號，這樣鑛齒波信號7丨4和iad =號711的相交點就定義了產生的IAD 一 pwM信號716的脈 寬或工作週期。例如，t i時間與12時間的時間間隔代表一個 週期。IAD_PWM信號716在11時間與^時間内為，,〇”，在口 fcr間與t3時間内為” i ”。因此’ t2時間與t3時間的時間間隔 定義了來自比較器610的认1)_1>评]^信號716的脈寬或稱工 作週期。 在圖708中，當ΙΑΕ>信號711從圖中位置上移，合成 IAD—PWM^號716的脈寬就增大。類似地，當iAD信號 從圖中位置下移，合成IAD 一 PWM信號716的脈寬就減小。 IAD 一 PWM信號716的振幅為固定值x。 接著，IAD 一 PWM信號716輸入到乘法器612並與代表電源 404或406的輸出電壓值的VAD信號相乘。這樣就得到乘法 器612的輸出信號或稱p〇wer一pWM信號7 i 8。㈧wm信 號718因此具有代表電源4〇4(譬如一可控轉接器）電流輸出 值的脈寬和代表可控轉接器電壓輸出值的振幅y。接著， power 一 PWM信號71 8輸入到濾波器614以提供具有恒定Dc 功率值的功率信號72〇。該功率信號也可以被輸入到控制信 唬產生電路473，例如，輸入到電路473的誤差信號放大器 472 〇 圖8所示為圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖6和圖7的電源 管理電路12a的一個示範性實施例的具體電路圖。圖8的元 93940.doc -19- 1250713 件與前面圖6中描述的元件標記類似。為簡明起見，這裏就 不在重複描述該元件。 感測放大裔3 4可以是本領域任何類型的感測放大器。在 圖8的實施例中，感測放大器34包括一個由一個運算放大器 6a、增益電阻R1和R2控制的電晶體MP1。與圖2示意的實施 例類似，感測放大器34能降低對高共模電壓抑制的要求。 感測放大器34提供IAD信號。 電壓採樣電路807可以包括一對電阻R3、R4，形成一個 分壓器’從而將可控轉接器的輸出電壓的按比例縮小並提 供給運算放大器la的同相輸入端。運算放大器^的輸出回 授到反相輸入端。本領域的技術人員應認識到，還可以採 用多種電壓採樣電路將VAD信號提供給乘法器612。 乘法為612可以是一個功率緩衝器，有效地將〗ΑΕ)_ρWM 輸入信號的振幅轉換為代表可控轉接器電壓值的振幅。這 樣’在功率緩衝器的輸出端就得到p〇wer_pWM信號。濾波 為614可以是一個RC濾波器。它由一個串連在濾波器的輸 入與節點814之間的電阻和一個連接在節點814與地之間的 電容CF組成。RC濾波器接收p0Wer_pwM輸入信號並提供具 有代表DC電源輸出功率值的dc電壓值的輸出功率信號。 圖9所示為電源管理電路12b的另一實施例。電源管理電 路12b包括一個存在判斷電路9〇3，用於將pc電源902的電 壓值與可選擇電壓門限值作比較，下面將詳述。這樣，單 個電源管理電路12b就可以使用具有相應多個固定輸出電 壓值的多種DC電源902。 93940.doc -20- 1250713 通常’電源管理電路12b包括一個控制信號產生電路9〇5 和一個存在判斷電路9〇3。控制信號產生電路9〇5包括電路 916中的多種誤差信號放大器，用於將信號與每個監控參數 的相關門限值作比較，類似於前面圖丨中電路12的具體描 述。例如，多個誤差信號放大器可以配置成類比，，線或，，拓 撲結構，這樣首先檢測到出現超出相關最大門限值情況的 誤差信號放大器將控制提供給DC/DC轉換器9〇4的命令信 號。控制信號產生電路可以包括PWM線路915，類似於圖i 中給DC/DC轉換器904提供pWM控制信號的電路12。例如， 若是其中一個誤差信號放大器檢測到出現超出相關最大門 限值情況，減小PWM控制信號的工作週期就可以減小 DC/DC轉換器904的一個輸出功率參數。 控制信號產生電路905還可以包括電路916中本領域所熟 知的選擇器線路，用於提供一個選擇器控制信號，該控制 信號根據各種監控狀態和/或來自主機電源管理單元 (PMU)912的命令至少可以控制開關啊、州和綱的狀 態。 通常，存在判斷電路903將DC電源902的電壓值與一個可 選電壓門限值比較。DC電源902可以是提供—個固定輸出 電壓值的任何類型的DC電源，例如，有固SDc輪出電壓的 ACDC轉接器。可以採用多個沉電源提供相關的多個固定 輸出DC電壓值。例如，一個ACDC轉接器提供15伏^^輸 出，而另一個ACDC轉接器提供一個2〇kDc輸出。電壓; 限值V—SEL根據DC電源902的期望固定輪出電壓值=選 93940.doc 21 1250713 7遠定的電壓門限值V-SEL通常是小於期望輸出電壓值 一 ^ 因此，若是DC電源存在，並且該DC電源提供了 一個付合期望固定電壓值要求的f壓值，比較操作就提供 一個表示該情況的信號。 為執仃該比較操作，存在判斷電路9〇3包括一個比較器 b, °亥比較益在其同相輸入端接收一個代表DC電源902電 壓值的電壓信號V-DC。比較器931在其反相輸入端接收可 遠電壓門限值V—SEL。若Dc電源的電壓值超出選定門限 比車乂态則將一個”"輸出信號提供給控制信號產生電路 905 ’表明存在DC電源並且Dc電源提供的輸出電壓符合要 ▲可以通過多種方式選擇可選電㈣限值並將其提供給比 較器931。例如，可選門限電壓電路932可以提供可選門限 值電壓。圖10A中，可選門限電壓電路932包括接收一個參 考電壓值V—REF並提供選定電壓門限值v—咖的一個電阻 :路刪。電阻網路刪包括按本領域熟知的方法排列的 一個或多個電阻，例如，為達到期望值或選定門限電麼值 而排列成分壓網路。另夕卜，電阻網路1〇〇4包括至少一個可 校f到期望阻值的可調電阻元件。電阻元件可以採用本領 或”，、♦的夕種方法進行杈準（例如，鐳射校準），這樣通過電 阻網路1GG4與接收到的參考電壓v—猜相肖合，就能提供 一個期望門限電壓值。 另外，可選門限電麼電路932可以包括一個記憶元件 1006 ’如圖i0B所示。記憶元件（〇〇6可以是存儲數位資訊的 93940.doc -22- 1250713 任何類型記憶元件，例如，隨機記憶體（RAM)、可程式化 唯讀記憶體（PROM)、可擦可程式化唯讀記憶體（EpR〇M)、 電氣可擦拭可程式化唯讀記憶體（EEPROM)、動態隨機存取 5己fe體（DRAM)、磁片（如軟碟和硬碟）和光碟（如 CD-R〇M)，當然也不限於此。記憶元件1〇〇6可以是一次性 可程式化記憶體或者是多次可程式化記憶體，這取決於採 用的記憶元件類型和再可程式化時記憶元件的存取方式。 一旦期望類比門限電壓值可程式化資料存儲在記憶元件 中，則可以採用數模轉換器（DAC)1〇〇8將存儲的數位信號轉 換為代表選定電壓門限值V一SEL的類比電壓信號。 此外，還可以由主機1>]^1；912通過主機匯流排98〇給電源 官理電路12b發出指示，從而選擇選定電壓門限值v_sE[。 電源管理電路12b的主機介面913通過内部信號匯流排982 將信號提供給可選電壓門限電路932，這樣期望門限值就可 以由主機PMU 912進行動態可程式化。 因而，這裡提供一個電路以控制提供給可充電電池的一 個充電參數。該電路包括—個功率控制轉，用於提供一 個代表DC電源功率輸出值的功率控制信號，和—個控制信 唬產生电5^ ’用於在功率輸出值超出一個預定功率門限值 時減小提供給電池的充電參數。 一提供=另一個電路包括一個存在判斷電路，用於將具有 疋輪出電壓值的〇C電源的電壓值與可選電壓門限 值相比較，亚且若是電壓值超出可選電壓門限值時提供一 個表不DC電源存在的存在信號。該電路還包括—個控制信 93940.doc -23- 1250713 號產生電路，該控制信號產生電路至少接收並響應該存在 化號並進一步發出一個控制信號。 本領域的技術人貞應認識到本發明可以有許多修改。對 於本領域技術人員顯而易見的修改以及其他修改都被視為 包含在本發明的精神和範圍之内，本發明僅受限於附屬的 申請專利範圍。 【圖式簡單說明】 熟習此技藝之人士應了解，雖然以下具體描述將作為較 佳實施例和方法，本發明並不受限於這些實施例和方法。 相反的，本發明具有廣泛的應用範圍，僅受限於
請專利範圍。 T 本發明的其他特性和優點將在以下具體描述並結合圖示 的說明中更為明顯，其中相同數字表示相同元件，並且其 圖1所示為本發明的示範性電池充電系統的方塊圖； 圖2所示為本發明的示範性放大電路； 圖3所示為用於產生圖丨系統中ρ DC信號的時序圖； 以之振以信號和 士圖4八所示為另一實施例的具有電源管理電路的一 裝置的方塊圖’其中電源管理電路提 控DC電源； 铨制#戒給可 圖4B所示為圖4八的具有電源管理電路的 的方塊圖，其中電源管理電路提供_ 子農置
轉換器； 個拴心號給DC/DC 93940.doc -24- 1250713 圖5A所示為圖4A的電源管理電路中 邱八从w 一 工制信號產生電路 邠为的坪細方塊圖； ％ ^ 圖5B所示為圖4]B的電源管理電路中 T控制信號產生電路 口Ρ刀的砰細方塊圖； 圖6所示為圖5Α和圖5Β的電源管理雷敗士 ι路中電源控制電路 部分的詳細方塊圖； 圖7所示為圖6中各種信號與時間的關係圖； 圖8所示為圖6中電源管理電路的一個實施例的示範性電 路圖； 圖9所示為採用一個固定電壓輸出的〇(：電源和具有比較 DC電源電壓與可選擇電壓門限位準電路的電子裝置的方 塊圖； 圖10A和10B所示為圖9中可選擇電壓門限電路的示範性 實施例的方塊圖。 【主要元件符號說明】 93940.doc 10 電池充電器系統 12 電池充電器電路 12a、12b 電源管理電路 14 、 902 電源 16 電池 18 、 904 直流至直流轉換器 20、48 開關 22 > 24 感測電阻 25 電源線 DC -25- 1250713 26、34 感測放大器 28 、 32 、 36 轉導放大 46、1 a、6a 運算放大器 472 誤差信號放大器 30 求和單元 38 補償電容 40 比較器 42 電流源 44 振盪器 52、50 電阻 60 節點 62 、 64 、 66 、 68 、 711 、 714 、 716 、 718 ^ 720 信號 70 ^ 708 時序圖 72 系統 400 、 400a 電子裝置 404 DC電源 421 路徑 471 功率控制電路 473 控制信號產生電路 577 功率轉換電路 608 斜波振盪器 610 比較器 93940.doc -26- 1250713 612 乘法 614 濾波器 807 電壓採樣電路 903 存在判斷電路 905 控制信號產生電路 912 主機電源管理單元 931 比較器 932 可選門限電壓電路 980 主機匯流排 982 内部信號匯流排 1004 電阻網路 1006 記憶元件 1008 數模轉換器 93940.doc -27-
Claims (1)
- 年月 曰修(更)正替Q 1250辦119736號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(94年9 九、申請專利範圍·· 之電路，該電路 一種控制提供給可充電電池的充電參數 包括： -功率控制電路’以提供代表一直流電源輸出功率位 準的功率控制信號； 一控制信號產生電路，當該功率輸出位準超出一預定 功率門限位準時，用於減小提供給該電池的充電來數 的；及 / 一電流控制電路，以提供代表—直流電源電流輸出位 準的電流控制信號’其中該控制信號產生電路進一步將 該電流控制信號與一代表電流門限位準的電流門限信號 相比較，當該電流輸出位準超出該電流門限位準時，該 拴制l唬產生電路進一步用於減少提供給該電池的充電 參數。 2·如請求項1之電路，其中該功率控制電路包括： 一提供代表該直流電源輸出電流位準的第一信號的第 一路徑； 一提供代表該直流電源輸出電壓位準的第二信號的第 二路徑；及 一功率轉換電路，該功率轉換電路接收該第一和第二 # 5虎並提供該功率控制信號以回應該第一和第二信號。 3·如明求項2之電路，該功率轉換電路包括一連接該第一路 仏和第一路徑的乘法器，該乘法器接收該第一信號和該 第一 k说並提供一第三信號，該第三信號基於該第一信 1250713 其令該功率控制信號基於該第 號和該第二信號的乘積 三信號。 电峪，具中該第 信號，該電流脈寬調變…包括一電流脈寬調變 &、 就具有一代表該直流電源輪Ψ 電流位準的脈寬，且其中 ^ ' 币一 L號包括一直流電壓信 唬，该直流電壓信號具有一 進 代表该直&電源輸出電壓位 皁的直流電壓位準，其中 第一产嗲θ日士 ^不法裔釦供該第三信號，該 = 有一個代表該輸出電流位準的脈寬和代表 “剧f壓位準的振幅的功率脈寬調變信號。 5·如請求項3之電路，其令該第_路徑包括： 感測放大β ’以提供一代表該直流電源輸出電流位 準的電壓信號，·及 -比較器’以接收一個鋸齒波信號和代表該直流電源 輸出電流位準的電壓信號，該比較器提供該電流脈寬調 變㈣，該電流脈寬調變信號有一基於該鑛齒波信號和 忒電壓信號的相交點的脈寬。 如明求項5之電路，其中該比較器提供該電流脈寬信號， 違電流脈寬信號具有—回應代表該電流第—位準的電壓 ‘唬的第一脈寬’其中該比較器提供該電流脈寬調變信 唬，遠t流脈寬調變信f虎具有—回應代表該電流第二位 準的電壓乜唬的第二脈寬，其中若該第一位準大於該第 二位準時，該第一脈寬大於該第二脈寬。 7·如請求項4之電路，其中該功率轉換電路包括一接收該第 二信號並提供功率信號的濾波器。 93941-940902.doc 1250713 9 月求項7之電路，其中該濾波器包括一 RC電路。 種匕括-控制提供給可充電電池的充電參數的電路的 電子裝置，該電路包括·· …力率控制電路’以提供代表—個直流電源的輸出功 率位準的功率控制信號； ，控制L號產生電路，當該輸出功率位準超出預定的 功率門限位準時，減少提供給該電池的充電參數；及 、電w控制電路，以提供代表該直流電源輸出電流位 準的電流控制信號，其中該控制信號產生電路進一步用 =將該電流控制信號與_代表電流門限位準的電流門限 號作比車乂，且其中該控制信號產生電路進一步用於當 讀出電流位準超出該電流門限位準時，減小提供給該 電池的充電參數。 10.如請求項9之電子|置，其中該功率控制電路包括： 提（、代表β亥直流電源輸出電流位準的第一信號的第 一路徑； 一提供代表該直流電源輸出電壓位準的第二信號的第 二路徑；及 -種功率轉換電&，該功率轉換電路接收該第一信號 和該第二信號並提供該功率控制信號以回應該第一信號 和第二信號。 〜 平轉換 a祜一 11·如請求項10之電子裝置，其 接該第-路徑和該第二路徑的乘法器，該乘法㈣收1 第一信號和該第二信號並提供一第三信號，該第三信号 93941-940902.doc 1250713 基於第一信號和第二信號的相乘結果，其中該功率控制 信號基於該第三信號。 12. 13. 14. 15. 如請求項11之電子裝置，其中該第一信號包括一電流脈 寬調變信號，該電流脈寬調變信號具有一代表該直流電 源的輸出電流位準的脈寬，該第二信號包括一直流電壓 信號，該直流電壓信號具有一代表該直流電源的輸出電 壓位準的直流電壓位準，且其中該乘法器提供該第三信 號，該第三信號是一功率脈寬調變信號，該功率脈寬調 變信號具有一代表該輸出電流位準和該輸出電壓位準振 幅的脈寬。 如請求項11之電子裝置，其中該第一路徑包括： 個提供一代表該直流電源輸出電流位準的電壓信號 的感測放大器；及 一接收一鋸齒波信號和代表該直流電源輸出電流位立 的電壓信號的比較器’該比較器提供該電流脈寬調變I 號’該電流脈寬調變信财—基於祕錢信號和該3 壓信號的相交點的脈寬。 如請求項13之電子裝置，JL中兮 八甲该比較态提供該電流脈j ^號，該電流脈寬信號具有1應代表該電流第一位名 的電壓信號的第一脈宽，苴中兮仏仏的丄 見吴中該比較器提供該電流脈， 調變信號，該電流脈寬調變信_ 現具有一回應代表該電3 第二位準的電壓信號的第 ^脈見，其中若該第一位準） 於第二位準時該第一脈寬大於該第二脈寬。 如請求項12之電子裝置，其中 八甲苡功率轉換電路包括一 4 93941-940902.doc 1250713 接收忒第三信號並提 M·如請求項15之雪#力羊4唬的濾波器。 17. -種控制方法，其包括〆、中该慮波器包括-RC電路 監控臣f直流電源的-輪出功率位準，包括· :控忒直流電源的—輸出電流位準； 皿控4直流電源的—輸出電屢位準；及 將該輸出電流位準乘以該輸出電愿位準以得到言 直流電源的輸出功率位準； I該輸出功率位準與一門限功率位準作比較；及 ]出力率位準超出4門限功率位準時減少提供髮 可充電電池的充電參數。 18.如請求項17之方法，其令該監控步驟包括： 監控該直流電源的一輸出電流位準； 提供一具有代表該輸出電流位準的脈寬的脈寬調變信 監控該直流電源的一輸出電壓位準； 提供一具有代表該輸出電壓位準的振幅的直流電壓信 號； α 將該脈寬調變信號乘以該直流電壓信號以得到一第三 脈寬調變信號，該第三脈寬調變信號有一代表該輸出電 流位準的脈寬和一代表該輸出電壓位準的振幅；及 過濾該第三信號以得到一代表該直流電源輸出功率位 準的第四信號。 19. 一種控制電路，其包括： 93941-940902.doc 1250713 一存在電路，該存在電路脾 、 將具有一固定輸出電壓位準 的直流電源的電壓位準與可撰 干一』選電壓門限位準作比較，者 5亥電壓位準超出該可選門限雷厭 Π限電壓位準時提供一代表該直 流電源存在的存在信號；及 一控制信號產生電路，該抻在丨丨# %立， 邊控制#諕產生電路接收至少 該存在信號並進一步提供一批车 /扠仏控制#號以回應至少該存在 信號。 20·如請求項19之電路，其中該存在 什社冤路包括一電阻網路， 該電阻網路接收一參考電壓位進 >巧电i诅半並挺供该可選電壓門限 位準。 21•如請求項20之電路’其中該電阻網路至少包括一可調電 阻元件。 22·如請求項19之電路，其中該存在電路包括一通過可程式 化來提供-期望門限電壓位準的可程式化記憶元件。 23·如請求項22之電路，其中該可程式化記憶元件包括一次 性可程式化元件。 24. 如請求項19之電路，其中該可選門限電壓位準響應來自 一相關主機電源管理單元的一主機信號。 25. 如請求項19之電路，其中該控制信號產生電路發出的控 制信號是一提供給相關直流/直流轉換器的脈寬調變信 號。 " 26. 如請求項19之電路，其中該控制信號產生電路發出的控 制信號是一控制至少一開關狀態的選擇器電路信號。 27. —種用於對一可充電電池充電之電子裝置，其中該電子 9394l-940902.do< 1250713 裝置包括一控制電路，該控制電路包括·· 存在電路，該存在電路將具有一固定輸出電屢位準 的直流電源的_位準與可選電限位準作比較，當該 電壓位準超㈣可選門㈣懸準時提供—代表該直流 電源存在的存在信號；及 -控制信號產生電路，該控制信號產生電路接收至少 該存在信號並進一步提供-控制信號以回應至少該存在 信號。 28. 29. 30. 31. 32. 33. 如請求項27之電子裝置，其中該存在電路包括—電阻網 路’該電阻網路接收—個參考電壓位準並提供該可選電 壓門限位準。 如請求項28之電子裝置，其中該電阻網路至少包括一可 調電阻元件。 如請求項27之電子裝置，其中該存在電路包括—通過可 程式化來提供—個期望門限電壓位準的可程式化記憶元 件。 如請求項30之電子奘罢，， 裝置該可程式化記憶元件包括一次 性可程式化元件。 如清求項27之電货罢 j, —^ 衷置，該電子裝置進一步包括一主機 電源&理單7L ’且其中提供該可選門限電壓位準以響應 -來自該電源管理單元的一主機信號。 、 如明求項27之電子裝置，其中由該控制信號產生電路發 出的控制仏#u疋-提供給相關直流/直流轉換器的脈寬調 變信號。 93941-940902.doc Ϊ250713 34. 35. 如請求項27之電子裝置，其中由該控制信號產生電路發 出的控制信號是一控制至少一個開關狀態的選擇器 信號。 略 —種用於提供一存在信號之方法，該方法包括： 選取一門限電壓位準，包括··當採用一第一固定直流 電源時選取一第一門限電壓位準，及當採用一第二固定 直μ電源時選取一第二門限電壓位準； 將一固定直流電源的輸出電壓位準與該門限電壓位 作比較；及 36· 37. 38. ▲當該輸出電壓位準超出該門限電壓位準時提供一代表 °亥固定直流電源存在的存在信號。 如請求項35之方法， 將一電阻元件調整到 如請求項35之方法， 一記憶元件程式化。 其中選取該門限電壓位準步驟包括 一期望值。 其中該選取該門限電壓位準包括將 如請求項37之方法， 性可程式化記憶元件 其中該可程式化記憶元件包括一次 93941-940902.doc
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