TWI355128B

TWI355128B - Battery charger apparatus with a digital charge re

Info

Publication number: TWI355128B
Application number: TW096139664A
Authority: TW
Inventors: John So; David Alan Brown
Original assignee: Advanced Analogic Tech Inc
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2011-12-21
Also published as: TW200830664A; EP2089950B1; JP2010509903A; WO2008060797A2; US20100079114A1; US20080111521A1; CN101578748B; EP2089950A4; EP2089950A2; KR20090082483A; US7656132B2; KR101422877B1; WO2008060797A3; CN101578748A; US7923972B2; JP5306219B2

Description

九、發明說明：【發明所屬之技街領域】版權注意事項之材t專批叙簡㈣料1分包含衫專利保護之材枓。因為該專散件或該專利揭㈣容之料一個會存於專利商標局之專案或_中，所㈣專利所有人並不反對其被傳真複製，但無論如何皆保留所有版權之權利。發明領域 ίο 本發明一般係有關一種電池充電器，而更特定於提供一種具有一數位充電降低迴路之電池充電器裝置。 C 先前;j 發明背景近年來，針對將電子設備互連一起的方法，通用串列 15匯流排(USB)已變成最廣泛使用之技術的其中之一。起初 USB用於將電腦及標準週邊設備(例如，印表機、磁碟機、等等）互連一起，並成長至支援一龐大系列的可攜式USB設備（例如’行動電話、個人數位助理、相機、個人音樂播放器、等等）。 2〇 USB設備經由USB埠來連接至一 USB主機（例如，一

PC、膝上型電腦、輸入板PC、等等）。一般而言，一USB 主機可支援高達七個USB設備。若需超過七個USB設備，則可使用一USB集線器。每一個USB集線器可連接至其本身一組七個USB設備（或有需要連接至多個集線器）。該USB 5 主機、USB集㈣前SB設制之财USB連接允許資料，例如，姓名、電話號碼、行事曆、照片、音樂、等等於診 USB主機與USB設備之間流動。 u扣逻莜丹有兴问翏照為該vBus之電源線、一接地、以及共同參照為D+及D-之一雙絞資钭線。根據該USB 2.0標準，-正確USB主機應供應5伏特= 麼與不超過毫安之電流。未來情況是，刪埠應提供電流限制保護功能，其可設定高至5.0安培以及低至1〇〇毫安。然而，並非所有USB埠皆符合該卿標準。未來情況是，咖主機具有不同類型之蟑，包括AC供電痒(例如，主機PC及供電集線器中）、無供電蟑(例如，筆記型電腦於電池電源操作中）、被動埠(例如，被動集線器中）、等等。每一種蟑類型具有不同的電源傳送能力。例如，一ac供電蟑可提供5伏特及50〇毫安或更多的電流…無供電（電池供幻料提供5伏特’但與該USB主機之其他咖淳共享細毫安的電流。因此’-無供電埠通常提供少於5〇〇毫安的電流。一被動埠可提供5伏特及僅有1〇〇毫安的電流。典型USB設備具有提供操作電源之—可再充電鐘離子/ 聚合物電池以及對該電池再充電之_控制线。根據該 USB標準，-USB設備可從該_埠之電源線取得電源以操作其系統核心及對其電池再充電。具有_電池充電器之一 USB設備典型包括用於調節充電電流之—裝置以防止充電過程汲取過量電流以及使該咖設備之義元件電流不足。典型《兩個㈣❹彳電阻器來監控該電池之該充電狄机以及該系統核心之該負載電流以達成充電電流之調即該機構雖有效但仍有缺點。實際上該電池充電器可僅從兩種充電電流，亦即5G0毫安或1GG毫安中的其中之一來 5選擇二使用1〇〇毫安時，針對一 8〇〇毫安之電池而言電池充電化費長達8-1〇小時。4吏用者會變得煩躁並退還臟設備、及或者w為USB充電器有瑕麻。此外，—υ§Β主機或集線器能夠供應超過100毫安但少於5⑽毫安的電流時，傳統的充電電流調節仍可操作猶如不存在額外的功能。於是，傳統的充電電流調節並不—定會減緩該充電過程。 10 因此需要一系統及方法來促進對一電池供電USB設備之一電池充電的USB電位更有效被使用。類似問題亦存在於傳統的AC配接器電源供應器中。使用一可再充電電池之一電子設備典型以列為支援該電子設備之該充電電流需求的一AC電源配接器來供電。然而，某 15 些電子設備並不以一電源配接器來供電，而許多情況是，可使用協力廠商之電源配接器。於一電子設備中使用一非允許的電源配接器，會有由於汲取過量充電電流而使該設備之該系統核心電流不足的風險。因此，以電池充電器運作時，USB琿及AC電源配接器之功能必須確認該電池充電 20 過程不會使系統操作之電流不足。【發明内容】發明概要根據一實施例，本發明提供一種對一電池充電之電池充電器裝置，其包含一充電電流控制電路’用於接收一充 7 1355128 電電流控制信號以控制從一輸入源，例如，一USB埠或一線配接器汲取之充電電流量；一類比控制電路，其用於產生表示對一電池充電之最大充電電流量的一類比控制信號；一數位充電降低迴路，其包括根據該輸入源之一來源 5 電壓以判定一充電電流調整信號的一電路；根據該充電電流調整信號來產生一數位計數值之一計數器；以及根據該計數器之該數位計數值來產生一DAC控制信號的一數位類比轉換器（DAC)，該DAC控制信號表示用來對該電池充電之一充電電流降低量；以及根據該來源電壓以選擇該類比 10 控制信號或該DAC控制信號其中之一的一切換機構，該受選擇之控制信號用來作為至該充電電流控制電路之該充電電流控制信號。該充電電流控制電路可將該充電電流限制在該電池可處置之該最大充電電流。用於判定一充電電流調整信號之 15 該電路可包括一第一比較器，其用於比較根據該來源電壓之一第一電壓以及一參考電壓來產生一第一比較器輸出信號，該第一比較器輸出信號用於控制該計數器；以及一第二比較器，其用於比較根據該來源電壓之一第二電壓以及該參考電壓來產生一第二比較器輸出信號，該第二比較器 20 輸出信號用於控制該切換機構。該第一比較器輸出信號是一邏輯高的數值時，該計數器可向上計數。該第一比較器輸出信號是一邏輯低的數值時，該計數器可向下計數。該切換機構可選擇該DAC控制信號來作為該充電電流控制信號，而該第二比較器輸出信號是一邏輯低的數值時，該計 1355128 數器可重置為一預定的數位數值。該sj·數器之該數位計數值是一預定的數位數值時，該切換機構可選擇該類比控制信號。該數位充電降低迴路更可包含用於產生一時鐘信號之一時鐘振盪器，而該計數器可修改與該時鐘信號協調之 5 該數位計數值。用於判定一充電電流調整信號之該電路可包括一比較器，其用於比較根據該來源電壓之一第一電麼以及一參考電壓來產生一比較器控制信號，該比較器控制信號用於控制該計數器以及該切換機構。該比較器控制信號是一邏輯高的數值時，該計數器可向上計數。該比較器 10 控制信號是一邏輯低的數值時，該計數器可向下計數。該切換機構可選擇該DAC控制信號來作為該充電電流控制信號’而該比較器控制信號是一邏輯低的數值以及該數位計數器數值是一預定數位數值時該計數器可重置。該數位計數器數值是一預定數位數值時，該切換機構可選擇該類比 15控制信號來作為該充電電流控制信號。該切換機構可包括一RS正反器，該來源電壓低於一跳脫臨界電壓時其用於接收一重置信號，該數位計數值是一預定數位數值時其用於接收一設定信號，該RS正反器用於產生一rs輸出信號；以及一多工器，其用於根據該5^輸出信號來選擇該類比控制 20信號或該DAC控制信號其中之一。根據另一實施例，本發明提供一種對一電池充電之方法，其步驟包含產生表示對一電池充電之最大充電電流量的一第一類比控制信號；根據一輸入源，例如，一USB埠或一線配接器之一來源電壓來產生一充電電流控制信號； 9 1355128 根據該充電電流控制信號來產生一數位計數值；根據該計數器之該數位計數值來產生一第二類比控制信號，該第二類比控制信號表示用來對該電池充電之一充電電流降低量；以及根據該來源電壓選擇該第一類比控制信號或該第 5 二類比控制信號其中之一來作為至一充電電流控制電路之一充電電流控制信號。該方法更可包含將該充電電流限制在該電池可處置之該最大充電電流。該判定一充電電流調整信號之步驟可包括比較根據該來源電壓之一第一電壓以及一參考電壓來產 10 生一第一比較器輸出信號，該第一比較器輸出信號用於控制該數位計數值之產生；以及比較根據該來源電壓之一第二電壓以及該參考電壓來產生一第二比較器輸出信號，該第二比較器輸出信號用於控制該選擇步驟。產生該數位計數值之步驟可包括該第一比較器輸出信號是一邏輯高的數 15 值時增加該數位計數值。產生該數位計數值之步驟可包括該第一比較器輸出信號是一邏輯低的數值時減少該數位計數值。該第二比較器輸出信號是一邏輯低的數值時，該選擇步驟可包括選擇該DAC控制信號來作為該充電電流控制信號，而該方法更可包含將該數位計數值重置為一預定的 20 數位數值。該選擇步驟可包括該數位計數器數值是一預定數位數值時選擇該類比控制信號。該方法更可包含產生一時鐘信號，而該選擇步驟可包括修改與該時鐘信號協調之該數位計數器數值。該判定該充電電流調整信號之步驟可包括比較根據該來源電壓之一第一電壓以及一參考電壓來 10 1355128 產生一比較器控制信號，該比較器控制信號用於控制該數位計數值之產生以及該選擇步驟。產生該數位計數值之步驟可包括該比較器控制信號是一邏輯高的數值時向上計數。產生該數位計數值之步驟可包括該比較器控制信號是 5 一邏輯低的數值時向下計數。該比較器控制信號是一邏輯低的數值以及該數位計數器數值是一預定數位數值時，該選擇步驟可包括選擇該DAC控制信號來作為該充電電流控制信號，而該方法更可包含將該數位計數值重置。該選擇步驟可包括該數位計數器數值是一預定數位數值時，選擇 10 該類比控制信號來作為該充電電流控制信號。該方法更可包含該來源電壓低於一跳脫臨界電壓時接收一重置信號；該數位計數值是一預定數位數值時接收一設定信號；以及根據該接收之信號來產生一RS輸出信號；其中該選擇步驟包括根據該RS輸出信號來選擇該類比控制信號或該DAC控 15 制信號其中之一。根據另一實施例，本發明提供一電池充電器中之一數位充電降低迴路，該迴路包含根據一輸入源之一來源電壓以判定一充電電流調整信號的一電路；根據該充電電流調整信號來產生一數位計數值之一計數器；以及根據該計數 20 器之該數位計數值來產生一DAC控制信號的一數位類比轉換器（DAC)，該DAC控制信號表示用來對該電池充電之一充電電流量。根據另一實施例，本發明提供一電池充電器中之一數位充電降低迴路，該迴路包含用以根據一輸入源之一來源 11 1355128 電壓來判定一充電電流調整信號的裝置；用以根據該充電電流調整信號來產生一數位計數值的裝置；以及用以根據該數位計數值來產生一類比控制信號的裝置，該控制信號表示用來對一電池充電之一充電電流量。 5圖式簡單說明第1圖是一根據本發明之一實施例’具有一USB主機與 USB設備之一電池充電系統的電路圖。第2圖是一根據本發明之一實施例’繪示具有一數位充電降低迴路之一電池充電器細部圖的電路圖。 10 第3圖繪示根據本發明之一實施例，第2圖之該電池充電器操作中的電壓/時間圖形。第4圖繪示根據本發明之一實施例，第2圖之該電池充電器操作中的電壓/時間以及電流/時間圖形。第5圖是一根據本發明之另一實施例，繪示具有一數位 15 充電降低迴路之一電池充電器細節的電路圖。第6圖繪示一數位充電降低迴路之電壓/時間以及電汸/ 時間圖形，該迴路可從能夠提供較—典型USB埠還多的電流量之一線配接器來管理充電電流。【貧施方式3 20較佳實施例之詳細說明下列說明提供來使業界之熟於此技者來完成並使用本發明’而且於一特定應用及其需求之背景中加以提供。對業界之熟於此技者而言可對該等實施例作各種不同修改’ 而在不悖離本發明之精神與範疇下，本文定義之一般原則 12 1355128 可應用於該等及其他實施例與應用中。因此，本發明並不意欲受限於所示之該等實施例中，但其他實施例需與與本文揭示之該等原則、特徵以及教示一致的最廣範疇協調。由發明家K.Shum於2004年8月11曰申請之美國專利申 5 請出版物編號第2006/0033474號，名為’’USB電池充電器’’，序號第11/916,339號將合併於本文中以供參考。第1圖是一根據本發明之一實施例，具有一USB主機 105與電池供電USB設備120之一電池充電系統100的電路圖。該USB主機105可直接或經由一 USB纜線115而耦合至 10 該USB設備110。該USB主機105與該USB設備110相互連接時，該USB主機105與該USB設備110可互換資料，並且/或者該USB主機105可對該USB設備110之該電池充電。該USB主機105可包括一桌上型電腦、一膝上型電腦' 一輪入板PC、等等。該USB主機105包括一電源165。該USB 主機105是一桌上型電腦時，該電源165可包括一AC電源供應器120(以及相對之電路）。該USB主機105是一膝上型電腦、輸入板PC或其他可攜式電腦系統時，該電源165可包括一 AC電源供應器120以及一電池125兩者（以及相對之電路）’藉此該USB主機105連接至一AC插座（未顯示）時，該 2〇 AC電源供應器12〇可對該USB主機105充電，而該USB主機 105未連接至一AC插座時，該電池125可對該USB主機105 充電。該USB主機105亦包括一或更多USB琿130(僅顯示一個）’每一埠可直接或經由該USB纜線150而連接至一USB 設備110。該電源165可對該等USB埠130充電。 13 1355128 該USB設備110可包括一行動電話、一個人數位助理 (PDA)、一個人音樂播放器、一相機、等等。該USB設備11〇包括一可充電電池135(例如，一鋰離子電池）以及耦合至該可充電電池135之（具有_數位充電降低回路的）一電池充電 5器140 °該USB設備U〇包括耦合至該USB設備110之該電池充電器140以及該系統核心170的一USB埠145。該系統核心 170包括（多個）微處理器、電路、記憶體、儲存器以及/或者類似元件，用以操作該USB設備11()，例如，該行動電話、該PDA、該個人音樂播放器、該相機、等等之該等核心功 10 能。該USB設備11〇未連接至該uSB主機1〇5時，該USB設備 110之該系統核心17〇由其内部電池135來供電。然而，該 USB設備110連接至該USB主機105時，該系統核心170可完全或部分由從該USB主機105之該USB埠145的電力線供應 15之電力來供電。此外，該電池充電器140可從該USB埠145 之電力線來汲取電力以對該電池135充電。一實施例中，在不使該系統核心170電流不足的情況下，該電池充電器丨4〇操作來僅承載來自該USB埠145之最大電流。若該系統核心 170不作用，則該電池充電器140可承載最大的可能充電電 20流，例如，500安培，其為不造成元件損壞的情況下，該USB 埠145可提供以及/或者該電池充電器140可接受的電流。若該系統核心170作用並汲取一負載電流，則該電池充電器 14 0使用可得之電流或該電池充電器14 〇可接受的電流之剩餘電流。例如，若該系統核心170需200安培之負載電流， 14 1355128 參 ίο 15 20 則該電池充電器14G承載能夠提供-最大電流5GG安培之— 應蟀屬剩餘3〇〇安培電流。具卜數位充電降^迴路之一第一示範電池充電器140,顯示於第2圖。具有_數位充電降低迴路之-第二示範電池充電器14〇”顯示於以圖。一般而言，該電池充電器140採用的事實是，一電路拉取較從-輸人源取得還多的電流時，該來源電壓會下降。按照USB2·準’ —USB埠可降低至44伏特，而因此咖設備11G必彡貞㈣則、至4 4伏特之輸人電壓來操作。按照一實施例，該電池充電器⑽起概取-最大的充電電流Γ若該USB和0之電壓下降至低於—跳脫電壓臨界值，例如， 4.4伏特時，則該電池充電器⑽似取—最小的充電電流直到該來源電壓回到__安全的電壓臨界值，例如，4.5伏特以上為止。之後’該電池充電器14G(例如以預定的安培等級)逐步增加從該USB蟑145沒取之該充電電流，並監控^ USB埠Μ5之該來源電壓，直到該來源電壓下降至低於該安全的電壓臨界值為止。該來源電壓下降至低於該安全的電壓臨界值時，《池充電以4〇逐步減少纽取之該充電電流’直到該來《壓上升至該安全的電壓臨界值以上（或達到該最大的充電電流)為止。該電池充電器14()繼續監控該來源電壓’並重複地逐步增加以及逐步減少該充電電流，因此造成該充電電流可能於一給定時間時在該最大的充電電流附近振Μ。若於任何時間該負載電流改變，則該電池充電器140會依照上述協定來運作。例如，假設該USB埠130能夠提供一最大的5〇〇安培電 15 1355128 流。若該系統核心17 0無汲取負載電流，則該電池充電器14 Ο 汲取所有500安培電流來作為充電電流對該電池135充電。若該系統核心170汲取200安培之負載電流’則該電池充電器140通知該USB琿145處之一壓降低於該跳脫電壓臨界 5 值。該電池充電器140回應地下降至一最小充電電流，直到該來源電壓回到該安全的電壓臨界值以上為止。該電池充電器140逐步增加該充電電流，直到該來源電壓下降低於該安全的電壓臨界值為止。之後，該電池充電器140逐步減少該充電電流而該來源電壓上升至該安全的電壓臨界值以 10 上。因此’該來源電壓可穩定於該安全的電壓臨界值(於該安全的電壓臨界值附近振盪），而該充電電流可穩定於該最

大的充電電流（於該最大的充電電流附近振盤）。若該USB 埠130能夠提供5〇〇安培電流而該負載電流約為200安培，則該充電電流將穩定於300安培(於該300安培附近振盪）。 15 第2圖是一根據本發明之一實施例，繪示具有一數位充電降低迴路200之一電池充電器14〇，細部圖的電路圖。該電池充電器140’是第！圖之該電池充電器14〇的一示範實施例。該電池充電器14〇’包括耦合至一輸入源245(例如，該 USB埠145之該vBUS)之一數位充電降低迴路2〇〇、一類比充 20電電流控制電路24〇、耗合至該數位充電降低迴路細與該類比充電電流控制電路謂之一多工器225、以及輕合至該輸入源245與該多工器225之一充電電流限制/控制電路 230。 -般而言’可從該輸人源245取得最大充電電流時，該 16 類比充電電流㈣電路24G於正倾式操作。賴比充電電流控制電路240可包括一預定電一信號、一可修改電壓信號、或其他類比控制信號產生電路。從該輸入源％取得小於該最大充電電流時，該數位充電降低迴路2〇〇於降低充電 5電流模式中操作。該多工器225操作來選擇該類比充電電流控制電路240或該數位充電降低迴路其中之一來作為該充電電流控制電路以控制該充電電流限制/控制電路2 3 〇。該充電電流限制/控制電路230操作來根據從該多工器225 接收之a亥控制彳§號來汲取從該輸入源245至該電池135之充 10電電流，然而，不冒險使元件損壞的情況下，該充電電流受限於該電池135可接收之一最大的充電電流，例如，1A。該充電電流限制/控制電路230可包括一閘極m〇S，例如， PMOS或NMOS電路。該數位充電降低迴路200包括耦合至該輸入源245之一 15 來源電壓分析電路205、耦合至該來源電壓分析電路205之一向上/向下計數器210(例如，一移位器）、耦合至該向上/ 向下計數器210與該多工器225之一數位類比轉換器 (DAC)220、桐合至該來源電壓分析電路205、至該向上/向下計數器210以及該多工器225之一RS正反器215、以及耦合 2〇至該向上/向下計數器210之一時鐘振盪器235。該來源電壓分析電路205監控該輸入源245之該來源電壓。若該輸入源245之電流需求造成該來源電壓下降低於一跳脫電壓臨界值，則該多工器225選擇該數位充電降低迴路 200來控制該充電電流。本質上，該來源電壓下降低於該跳 17 1355128 脫臨界電壓時，該來源電壓分析電路205重置該RS正反器 215，其造成該多工器225選擇該數位充電降低迴路200來控制該充電電流限制/控制電路230。由於該數位充電降低迴路200已被選擇來作為該充電 5 電流控制電路，所以會降低該充電電流至一預定的最小值，因而允許該輸入源245之該來源電壓回復至一安全電壓臨界值以上的點（此案例中於節點VI測量，但可於任何節點測量）。一旦回復後，該數位充電降低迴路200增加該充電電流，直到該來源電壓下降低於該安全電壓臨界值為止。 10 此時，該數位充電降低迴路200降低該充電電流，因而允許該來源電壓再次上升。以一種重複的方式，該數位充電降低迴路200可識別一”穩態”充電電流，其中該輸入源245不過載而該電池135可使用該可得之最大充電電流來充電。倘若該輸入源245之能力增加或該負載電流之需求降 15 低’則該向上/向下計數器210最終可達到一最大計數(bn)。達到該最大計數時，該向上/向下計數器210送出一 END信號來設定該RS正反器215，其造成該多工器225將對該充電電流之控制權交還回該類比控制電路240。

該實施例中，該來源電壓分析電路205包括個別串接搞 20 合於該輸入源245以及接地間之三個電阻器，心、仏與]^。一第一比較器A耦合至該等電阻器R,與r2間之該節點v丨以及一參考電壓VREF ’例如，2V(或其他電壓）。一第二比較器B耦合至該等電阻器R2與&間之該節點V0以及該參考電壓Vref。該等三個電阻器R!、R·2與R3、以及該參考電壓vREF 18 1355128 設定該電壓臨界值，亦即，該跳脫電壓臨界值以及該安全電壓臨界值》於節點v0測量之該跳脫電壓臨界值(數位充電降低迴路200賦能）設定為1.98V，重置該向上/向下計數器 210，並造成該多工器225選擇該數位充電降低迴路200。於 5節點Vl測量之該安全電壓臨界值(數位充電降低迴路2〇〇控制）設定為2.02V並控制該數位計數器21〇之向上/向下計數，其依序控制該DAC 220，依序控制該充電電流限制/控制電路230。一特定實施例中，該輸入源245大於4.5V時，V〇大於 10 1.98V。因此，該類比控制電路240控制至該電池135之充電電流。倘若該輸入源245無法供應該充電電流或倘若該負載電流與充電電流超過該輸入源245之該電流容量，則該輸入源245之該來源電壓將下降低於4.5 V。根據該等電阻器R,、 R2與R3之數值，¥〇與乂1之電壓隨後以一線性標度下降。v〇 15 電壓下降低於該跳脫電壓臨界值，例如，1.98V時，比較器 A將重置該RS正反器215，造成該多工器225將對該充電電流之控制權從該類比控制電路240變為該數位充電降低迴路20(^此外，比較器A將重置該向上/向下計數器210至其最低位準，設定該DAC 220至一預定最小值，其依序減少 20 該充電電流至一預定最小值。此回復該輸入源245之完整性並防止該輸入源245或該系統核心170關閉或潛在的損害。

該比較器B比較節點乂1之該電壓與該參考電壓VREF，並回應地產生一控制信號。若節點乂〗之該電壓大於（如於V〗所測量之）該安全電壓臨界值，例如，2.02 V，則比較器B 19 1355128 產生一邏輯高控制信號。否則，比較器B產生一邏輯低控制信號。一時鐘週期之後’該向上/向下計數器21〇從該比較器B取樣該控制信號。若比較器B所見之該電壓為邏輯高準位(如降低負載電流所預期），則該邏輯高控制信號造成該向 5 上/向下計數器210向上計數一，因此設定該bn位元並增加該 DAC 220之該輸出電壓一預定的步階。於是，該DAC 220 增加該充電電流一預定的步階◊充電電流增加時，會增加該輸入源245之該電流需求，造成來源電壓降低。該來源電壓下降低於該安全電壓臨界值時，該控制信號變為一邏輯 10 低狀態，造成該向上/向下計數器210向下計數。該向下計數造成該DAC 220之該輸出電壓的減少降低，因此造成該充電電流降低。若干時鐘週期後，該數位充電降低迴路2〇〇可穩定於該輸入源245可支援之該最大充電電流（例如，於該最大充電電流附近振盪）。 15 一來源錯誤終止或負載電流降低時，該數位充電降低迴路200會增加該充電電流。該向上/向下計數器21〇達到該最大準位時，亦即，該bn準位’該向上/向下計數器21〇送出一 END信號來設定該RS正反器215，其控制該多工器225將控制權移回該類比控制電路240。 2〇應體認該向上/向下計數器210可根據如何取得或純化來完成該電壓/電流步階而於任何解析例如，32步階或64步階中位移。一取得器解析可提供一較快之回應。此外，較大解析會需要一較長的位移器。亦應體認一實施例可僅以一數位充電降低迴路200來加以實施而不需一類比控制電 20 1355128 路 240。第3圖繪示一根據本發明之一實施例，第2圖之該電池充電器140’的電壓/時間圖形300。如圖所示，爲求方便該術語”數位充電降低迴路，，可寫為” DCHR”。該圖形300繪示該 5 數位充電降低迴路200之四個（4)階段。階段305中，該類比控制電路240控制該充電電流時，該數位充電降低迴路200 測量該輸入源245之該來源電壓。如圖所示，該輸入源245 之過載發生在階段305中，因此造成該來源電壓下降。該數位充電降低迴路200辨識出該來源電壓已下降至一跳脫電 10 壓臨界值時，階段310開始，因此造成對該充電電流之控制權從該類比控制電路240變為該數位充電降低迴路200。該數位充電降低迴路200降低該充電電流至一預定最小值，因此使該來源電壓回復至高於該安全電壓臨界值的點（此案例中’回復至約4.6V)。該來源電壓回復至高於該安全電壓 15臨界值的點時，階段315開’始，其為該數位充電降低迴路2〇〇根據每一個時鐘週期來開始增加該充電電流的時間。階段 315用以響應該充電電流之增加而繪示該來源電壓下降，直到其達到該安全臨界電壓為止。該來源電壓達到該安全臨界電壓時，階段320開始，其為該數位充電降低迴路2〇〇開 2〇始減少該充電電流的時間，因此造成該來源電壓上升至該安全電壓臨界值以上《上升至該安全電壓臨界值以上後，該數位充電降低迴路200增加該充電電流，因此造成該來源電壓下降低於該安全電壓臨界值。於是，階段32〇期間該來源電壓穩定於該安全的電壓臨界值(例如，於該安全的電 21 1355128 壓臨界值附近振盪）時，該數位充電降低迴路200形成一穩態充電電流。第4圖繪示根據本發明之一實施例，針對第2圖之該電池充電器140’的電壓/時間以及電流/時間圖400。 5 圖400(a)繪示於12毫秒（ms)之一時間週期的負載電流。如圖所示，從t=0 ms至t=l ms，該USB設備110之該系統核心170並不汲取電流《從約t=l ms至約t=5 ms，該系統核心170汲取約300 mA之電流。從約t=5 ms至約t=10 ms，該系統核心170汲取約230 mA之電流。約t=l〇 ms之後，該 1〇系統核心170不汲取電流。圖400(b)繪示該相同時間週期之該輸入源245的來源電壓。如圖所示，從t=0 ms至約t=l ms(該系統核心170不沒取負載電流時），該來源電壓約穩定於4.6V。約t=l ms，該系統核心170開始汲取一 300mA之負載電流時，該來源電壓下 15 降低於該約4_4V之跳脫電壓臨界值。之後（該數位充電降低迴路200立刻接管充電電流之控制），該來源電壓返回至一安全電壓臨界值約4.5V，並且穩定於約4.45V。約t=5 ms，該系統核心170將其負載電流從約3〇〇mA降低至約230mA 時，該來源電壓稍微上升。從約t=5 ms至約t=5.5 ms(該數位 20充電降低迴路20〇增加該充電電流），該來源電壓再次降低至該安全電壓臨界值。從約t=5.5 ms至約t=10 ms，該來源電壓於該安全電壓臨界值處維持穩定。約t=1〇 ms(該系統核心170停止汲取任何負載電流之後），該來源電壓往上升。約t=10_5 ms(該類比控制電路240接管充電電流之控制），該 22 來源電壓於約4.6V處變平坦。圖400(c)繪示該相同時間週期之迴路致動/停用。如圖所示’該數位充電降低迴路200於t=0ms時停用，於約t=l ms 時受致動（該來源電壓下降低於該跳脫電壓臨界值時），並於 5約1=1〇.5 ms時停用（該充電電流上升高於該數位充電降低迴路200可控制之該最大充電電流時）。圖400(d)繪示該相同時間週期之充電電流。如圖所示，從t=0 ms至約t=l ms(該系統核心170不没取負載電流以及該類比控制電路240控制時），該來源電流約穩定於 10 42〇mA。約t=l ms(根據該來源電壓下降低於該跳脫電壓臨界值之檢測、該負載電流增加至300mA之後、以及該數位充電降低迴路200從該類比控制電路240控制該充電電流之後），該充電電流從420mA下降至一預定最小值約170mA。之後，約t=l ms稍後(該來源電壓已回復後）’該數位充電降 15 低迴路200增加該充電電流，直到該來源電壓於約t=2 ms時達到該安全電壓臨界值約4.5V。約t=2 ms時，該充電電流可穩定於約270mA(於約270mA附近振盪）。之後，約t=5 ms 時（由於負載電流從300mA降低至約230mA，該數位充電降低迴路200可辨識出該來源電壓稍微增加時），該充電電流 20 開始增加。約t=5.5 ms時(該來源電壓穩定於該安全電壓臨界值），該充電電流穩定於約350mA。約t=10 ms時（由於該系統核心170不汲取負載電流，該數位充電降低迴路200可辨識出該來源電壓增加時），該數位充電降低迴路200增加該充電電流。約t=10.5 ms時(該類比控制電路240從該數位 23 1355128 充電降低迴路200接管對該充電電流之控制時），該充電電流再次於約420mA處變平坦。第5圖是一根據本發明之另一實施例，繪示具有一數位充電降低迴路500之一電池充電器14〇’，細節的電路圖。該電 5池充電器140’’是第2圖之該電池充電器140的一第二示範實施例。如同電池充電器140’，電池充電器140”包括耦合至一輸入源245(例如，該USB埠145之該VBUS)之一數位充電降低迴路500、一類比充電電流控制電路240、耦合至該數位充電降低迴路500與該類比充電電流控制電路24〇之一多工 10器225、以及柄合至該輸入源245與該多工器225之一充電電流限制/控制電路230。如圖所示，該數位充電降低迴路5〇〇可僅使用一比較器，亦即，比較器C而以一低範圍磁滯來實施。該實例中，跳脫及安全電壓臨界值由該磁滞準位來分開。該輸入源245 15之該來源電壓最大化時(使得該向上/向下計數器510位於其最大計數）’該多工器225使該類比控制電路240來控制該充電電流。該來源電壓下降低於該跳脫電壓臨界值時（比較器 C高至低臨界值），該數位充電降低迴路5〇〇受致動。該rs 正反215位於該SET階段(Q輸出邏輯高準位）時，該比 20 較器C之該輸出信號變為低準位，使得該向上/向下計數器 510重置，將該向上/向下計數器510之該數位計數值降低至一預定最小值。將該向上/向下計數器510重置亦造成該向上/向下計數器510重置該RS正反器215，其造成該多工器 225將對該充電電流之控制權從該類比控制電路240變為該 24 數位充電降低迴路500。該數位充電降低迴路500將充電電流降低至一預定最小值，因而造成該來源電壓回復至該安全/跳脫電壓臨界值之上。該比較器C之該輸出信號為高準位的每一個時鐘週期

5中’該向上/向下計數器510增加其輸出計數(b0-bn)至該DAC 220，其控制該充電電流限制/控制電路230，並依序控制該充電電流。該比較器C之該輸出信號為低準位的每一個時鐘週期中（該向上/向下計數器510不位於其最大計數時），該向上/向下計數器510向下計數。該來源電壓穩定於該跳脫/安 1〇全的電壓臨界值(例如，於該跳脫/安全的電壓臨界值附近振堡）’造成該充電電流穩定於該可得之最大電流。該向上/ 向下計數器510達到其最大計數時，該向上/向下計數器510 送出一END信號至該RS正反器215，其控制該多工器225將對該充電電流之控制權交還回該類比充電電流控制電路 15 240 〇該數位充電降低迴路之實施例可提供超越一類比/線性充電降低迴路之若干優點。例如，跳脫與安全電壓臨界值可更易於調整’並可加入磁滯來以該電源供應器增加線性與負載暫態效應之充電降低迴路的穩定性。該數位充電降 20低迴路200/500可提供更輕易地調整數位充電降低迴路之啟用及回應時間。該時鐘振盪器235之該回應、該向上/向下計數器210/510之速度、以及該DAC 220可針對一給定應用之該計時需求來加以調整。該數位充電降低迴路較不傾向與DC-DC切換充電電流調節系統共同關聯之反雜訊議 25 題’使得該數位充電降低迴路更期待實施於DC-DC切換電池充電器之積體電路中。此外’針對電池充電積體電路(IC) 之應用’由於該電路能夠與該ic中之其他無關的控制電路 (諸如溫度控制）來共享元件(諸如該系統時鐘及計數器），一 5數位充電降低迴路可節省空間及成本。共享電路元件可降低1C晶粒之尺寸，因此可減少空間需求與製作成本。應體認該數位充電降低迴路200/500可應用於不包含使用一USB埠來作為一輸入源245之電池充電的方案中。例如’電池充電可以高電流之外部電源供應器來執行，其共 10同參照為”線配接器”。如上所述，設計者可供應具有列為符合或超過該系統及電池充電操作之目前需求的規格說明之一線配接器。然而，一非許可輸入源245與具有一不足的電流處置能力之一設備110使用時，該數位充電降低迴路 200/500可將充電電流降低至一安全位準，可能較一usb埠 15 之該等限制為佳。第6圖繪示一數位充電降低迴路之電壓/時間以及電流/ 時間圖600 ’該迴路可從能夠提供較一典型USB埠還多的電流量之一線配接器來管理充電電流。圖600(a)繪示於12 ms之一時間週期的負載電流。如圖 20 所示’從t=〇 ms至t=l ms，該USB設備110之該系統核心170 並不汲取電流。從約t=l ms至約t=5 ms，該系統核心170沒取約1A之電流。從約t=5 ms至約t=10 ms ’該系統核心170 汲取約700mA之電流。約t=10 ms之後，該系統核心170不汲取電流。 26 圖600(b)繪示該相同時間週期之該輸入源245的來源電壓。如圖所示，從t=〇 ms至約t=l rns(該糸統核心170不没取負載電流時），該來源電壓約穩定於4·6ν。約t=l ms(該系統核心170開始汲取一 1A之負載電流時），該來源電壓下降低 5 於該約4.3V之跳脫電壓臨界值。之後(該數位充電降低迴路 200/500立刻接管充電電流之控制）’該來源電壓立即返回至一安全電壓臨界值約4.4V，並且穩定於約4.4V。約t=5 ms(該系統核心170將其負載電流從約1A降低至約700mA時），該來源電壓稍微上升至約4.5V。從約t=5 ms至約t=5.5 ms(該數 10 位充電降低迴路200/500增加該充電電流），該來源電壓再次降低至該安全電壓臨界值。從約t=5.5 ms至約t=l〇 ms，該來源電壓於該安全電壓臨界值處維持穩定。約t=l〇 ms(該系統核心170停止汲取任何負載電流之後），該來源電廢快速往上升。約t=10.5 ms(該類比控制電路240從該數位充電降 15 低迴路200/500接管充電電流之控制）’該來源電壓於約4 5V 處變平坦。圖600(c)繪示該相同時間週期之迴路致動/停用。如圖所示，該數位充電降低迴路200/500於t=0 ms時停用，於約 t=l ms時受致動，並於約t=10.5 ms時停用。 20 圖600(d)繪示該相同時間週期之充電電流。如圖所示，從t=0 ms至約t=l ms(該系統核心no不汲取負裁電流以及該類比控制電路240控制時）’該來源電流約穩定於i 25八。約t=l ms(根據該來源電壓下降低於該跳脫電壓臨界值之檢測、該負載電流增加至1A之後、以及該數位充電降低迴路 27 1355128 200/500從該類比控制電路240控制該充電電流之後），該充電電流從1.25A下降至一預定最小值約500mA«之後，該數位充電降低迴路200/500增加該充電電流，直到該來源電壓達到該安全電壓臨界值約4.4V為止。約t=1.2 ms時，該充電 5 電流可穩定於約650mA(於約650mA附近振盈）。之後，約t=5 ms時（由於負載電流從1A降低至約700mA，該數位充電降低迴路200可辨識出該來源電壓稍微增加時），該數位充電降低迴路200/500開始增加該充電電流。約t=5.5 ms時(該來源電壓穩定於該安全電壓臨界值），該充電電流穩定於約 10 950mA。約t=10 ms時（由於該系統核心170不汲取負載電流，該數位充電降低迴路200可辨識出該來源電壓增加時）’該數位充電降低迴路200/500增加該充電電流。約 t=10.5 ms時（該類比控制電路240從該數位充電降低迴路 200/500接管對該充電電流之控制時），該充電電流再次於約 15 1.25A處變平坦。藉由儘量最大化該充電電流，該電池充電器14〇可充分使用從該特定輸入源245取得之電力，以動態降低充電時間。某些實施例中，電池充電器14〇不需組配來將最大充電電流限制於500毫安，並可依照數位充電降低技術來將充電 20電流降至該適當準位❶此外，若具有一USB控制器（未顯示) 之一USB設備11〇連接至該USB主機1〇5,則該USB控制器鹿可辨識其插入一電腦系統之一USB埠130，並可區分—類型 A(500毫安)埠以及一類型B(1〇〇毫安）埠。然而，若不具有— USB控制器之一USB設備11〇連接至— USB主機1〇5，則誃 28 1355128 USB設備110將無法辨識其插入一USB埠。(例如，一藍芽耳機不具有一USB控制器，因為一藍芽耳機不用來交換資料。) 使用數位充電降低技術，不具有一USB控制器之該USB設備110可由一USB埠充電。由於一數位充電降低迴路，該 5 USB設備110會自動逐步降低汲取之電流。而不需外部的控制。本發明之該等較佳實施例的上述說明僅經由範例來解釋，而該等上述實施例及方法之其他變動與修改亦可根據上述教示來完成。其中構件可使用一受規劃之通用數位電 10腦、使用特定應用之積體電路、或使用與習知構件及電路互連之一網路來予以實施。本文說明之該等實施例並不意欲為窮舉或限制。本發明僅由下列申請專利範圍來加以限制。【阖式簡單說明】 15 第1圖是一根據本發明之一實施例，具有一USB主機與 USB設備之一電池充電系統的電路圖。第2圖是一根據本發明之一實施例，繪示具有一數位充電降低迴路之一電池充電器細部圖的電路圖。第3圖繪示根據本發明之一實施例，第2圖之該電池充 20電器操作中的電壓/時間圖形。第4圖繪示根據本發明之一實施例，第2圖之該電池充電器操作中的電壓/時間以及電流/時間圖形。第5圖是一根據本發明之另一實施例，繪示具有—數位充電降低迴路之一電池充電器細節的電路圖。 29 1355128

第6圖緣示-數位充電降低迴路之電屋/時間以及電流/ 時間圖形，該迴路可從能夠提供較—典型USB埠還多的^ 流量之一線配接器來管理充電電流。【主要元件符號說明】 100···電池充電系統 105…USB主機 110…USB設備 115、150…USB纜線 120…AC電源供應器 125…電池 130".USB 埠 135···可充電電池 140、140’、140”…電池充電器 165…電源 170…系統核心 200'500…數位充電降低迴路 205…來源電壓分析電路 210、510···向上y向下計數器 215…RS正反器 220…數位類比轉換器 225…多工器 230· ··充電電流限制/控制電路 235···時鐘振盪器 240…類比充電電流控制電路 245…輸入源 300···電壓/時間圖 305、310、315、320…階段 400、600…電壓/時間及電流/時間圖 30

Claims

1355128 第96139664號申請案修正> 100.07.06： 5 十、申請專利範圍： 1. 一種對一電池充電之電池充電器裝置，其包含：一用於接收一充電電流控制信號以控制從一輸入源汲取之充電電流量的充電電流控制電路；一用於產生表示對一電池充電之最大充電電流量的一類比控制信號之類比控制電路；一數位充電降低迴路，其包括 • 一根據該輸入源之一來源電壓以判定一充電電流調整信號的電路； 10 k 一根據該充電電流調整信號來產生一數位計數值之計數器，以及一根據該計數器之該數位計數值來產生一DAC控制信號的數位類比轉換器（DAC)，該DAC控制信號表示用來對該電池充電之一充電電流降低量；以及 15 一根據該來源電壓以選擇該類比控制信號或該 • DAC控制信號其中之一的切換機構，該受選擇之控制信號用來作為至該充電電流控制電路之該充電電流控制信號。 2.如申請專利範圍第1項之電池充電器裝置，其中該充電 20 電流控制信號操作來將該充電電流限制在該電池可處置之該最大充電電流。 3.如申請專利範圍第1項之電池充電器裝置，其中用於判定該充電電流調整信號之該電路包括一第一比較器，其用於比較根據該來源電壓之一第 31 1355128 「第96139664號申請案修正g 100.07.06 5 一電壓以及一參考電壓來產生一第一比較器輸出信號，該第一比較器輸出信號用於控制該計數器；以及一第二比較器，其用於比較根據該來源電壓之一第二電壓以及該參考電壓來產生一第二比較器輸出信號，該第二比較器輸出信號用於控制該切換機構。 4.如申請專利範圍第3項之電池充電器裝置，其中該第一比較器輸出信號是一邏輯高的數值時，該計數器操作來 • 向上計數。 5.如申請專利範圍第4項之電池充電器裝置，其中該第一 10 比較器輸出信號是一邏輯低的數值時，該計數器操作來向下計數。 6.如申請專利範圍第3項之電池充電器裝置，其中該切換機構操作來選擇該D A C控制信號來作為該充電電流控制信號，而該第二比較器輸出信號是一邏輯低的數值 15 • 時，該計數器操作來重置為一預定的數位數值。 7. 如申請專利範圍第1項之電池充電器裝置，其中該計數器之該數位計數值是一預定的數位數值時，該切換機構操作來選擇該類比控制信號。 8. 如申請專利範圍第1項之電池充電器裝置，其中該數位 20 充電降低迴路更包含用於產生一時鐘信號之一時鐘振盪器，而其中該計數器操作來修改與該時鐘信號協調之該數位計數值。 9.如申請專利範圍第1項之電池充電器裝置，其中用於判定該充電電流調整信號之該電路包括一比較器，其用於 32 1355128 1〇5〇^〇6：第 96139664 號比較根據該來源電壓之一第一電壓以及一參考電壓來產生一比較器控制信號’該比較器控制信號用於控制該計數器以及該切換機構。 . 10.如申請專利範圍第9項之電池充電器裝置，其中該比較 5 器控制信號是一邏輯高的數值時，該計數器操作來向上計數。 11.如申請專利範圍第10項之電池充電器裝置，其中該比較 φ 器控制信號是一邏輯低的數值時，該計數器操作來向下計數。 10 12.如申請專利範圍第9項之電池充電器裝置’其中該切換機構操作來選擇該D A C控制信號來作為該充電電流控制信號，而該比較器控制信號是一邏輯低的數值以及該數位計數器數值是一預定的數位數值時，該計數器操作來重置。 15 13.如申請專利範圍第9項之電池充電器裝置，其中該數位 # 計數器數值是一預定的數位數值時’該切換機構操作來選擇該類比控制信號來作為該充電電流控制信號。 - 14.如申請專利範圍第1項之電池充電器裝置，其中該切換 . 機構包括 20 一RS正反器，該來源電壓低於一跳脫臨界電壓時，其用於接收一重置信號，該數位計數值是一預定的數位數值時，其用於接收一設定信號，該RS正反器操作來產生一RS輪出信號；以及一多工器，其用於根據該RS輸出信號來選擇該類比 33 I 第 96139664 一~ 100.07.06.1 控制信號或該DAC控制信號其中之一。 15‘如申請專利範圍第1項之電池充電器裝置，其中該輸入源是一USB埠。 5 16.如申請專利範圍第1項之電池充電器裝置，其中該輸入源是一線配接器。 I7·—種對一電池充電之方法，其包含下列步驟：產生表示對一電池充電之最大充電電流量的一第 —類比控制信號； 1〇根據一輸入源之一來源電壓來判定一充電電流調整信號；根據该充電電流調整信號來產生一數位計數值,· 根據該計數器之該數位計數值來產生一第二類比控制信號，該第二類比控制信號表示用來對該電池充電之一充電電流降低量；以及 15 根據該來源電壓選擇該第一類比控制信號或該第二類比控制信號其中之一來作為至一充電電流控制電路之一充電電流控制信號。 18. 如申請專利範圍第17項之方法，更可包含將該充電電流限制在該電池可處置之該最大充電電流。 19. 如申凊專利範圍第17項之方法，其中該判定該充電電流調整信號之步驟包括下列步驟：比較根據該來源電壓之一第一電壓以及一參考電壓來產生-第-比較器輸出信號，該第一比較器輸出信號用於控制該數位計數值之產生；以及 34 比較根據該來源電壓之一第二電壓以及該參考電壓來產生一第二比較器輸出信號，該第二比較器輸出信號用於控制該選擇步驟。 Ο Λ •如申請專利範圍第19項之方法，其中產生該數位計數值 ν驟包括該第一比較器輸出信號是一邏輯高的數值時増加該數位計數值。 21. 如申請專利範圍第2〇項之方法，其中產生該數位計數值之步驟包括該第一比較器輸出信號是一邏輯低的數值時減少該數位計數值。 22. 如申請專利範圍第19項之方法’其中該第二比較器輸出信號是一邏輯低的數值時，該選擇步驟包括選擇該DAC 控制信號來作為該充電電流控制信號，而該方法更包含將該數位計數值重置為一預定的數位數值。 23. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該選擇步驟包括該數位計數器數值是一預定的數位數值時選擇該類比控制信號。如申請事利範圍第17項之方法，更包含產生一時鐘信號，而其中該選擇步驟包括修改與該時鐘信號協調之該數位計敫器數值。 25·如申請事利範圍第17項之方法，其中判定該充電電流控制L號之步驟包括比較根據該來源電壓之一第一電壓以及-參考電壓來產生-比較器控制信號，該比較器控制信制於控制該數位計數值之產生以及該選擇步驟。 A如申請專利範圍第25項之方法，其中產生該數位計數值 1355128 -- 年月日丨;htw皆换頁 1f,n. 7.06_ 之步驟包括該比較器控制信號是一邏輯高的數值時向上計數。 27.如申請專利範圍第26項之方法，其中產生該數位計數值之步驟可包括該比較器控制信號是一邏輯低的數值時 . 5 向下計數。 • 28.如申請專利範圍第25項之方法，其中該比較器控制信號是一邏輯低的數值而該數位計數器數值是一預定數位 ^ 數值時，該選擇步驟包括選擇該DAC控制信號來作為該充電電流控制信號，並更包含將該數位計數值重置。 10 29.如申請專利範圍第25項之方法，其中該選擇步驟包括該數位計數器數值是一預定數位數值時，選擇該類比控制信號來作為該充電電流控制信號。 • 30.如申請專利範圍第17項之方法，更包含下列步驟： • 該來源電壓低於一跳脫臨界電壓時接收一重置信 15 號； φ 該敫位計數值是一預定數位數值時接收一設定信號；以及根據該接收之信號來產生一 RS輸出信號； . 其令該選擇步驟包括根據該RS輸出信號來選擇該 20 類比控制信號或該DAC控制信號其中之一。 31. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該輸入源是一USB 璋。 32. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該輸入源是一線配接器。 36 1355128 」sn飱电制 .90.卜Ο ΡΟΙ ^ 001-

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