TWM254813U - Power management for battery powered appliances - Google Patents

Description

M254813 捌、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係關於電池供電設備的電源管理，更具體的係關 於一種電源管理電路，其包括一個由攜帶型設備的電池充 電控制器控制的外置交流/直流（AC/DC)適配器（adapter)。 【先前技術】 目前的電池充電電路可分爲兩種獨立的設計和實現方 式：交流（AC)適配器和電池充電電路。 交流（AC)適配器目前有兩種設計： 1 )60赫茲—全波整流器和一個過濾電容器的低成本變壓 器。通常變壓器的線圈具有高阻抗使其成爲一準恒定電流 源。 2)高頻率一作爲旅行版本的交流（AC)適配器的頻率通常 大於100千赫茲。電抗性阻抗是頻率的直接函數（XL= 2 TrfL· ^ Χ〇 1/2 π f C) ’當阻抗相同時頻率越大電感L·和電容C就 越小。例如，頻率600,000赫茲和6〇赫茲對應的電感尺寸比 疋60/60,〇〇〇或1/1〇,〇〇〇=〇 〇〇〇1。這種旅行版本的交流（ac) 適配器採用高頻交換模式電源供應（SMps，Switcli Mode

Supply)的设计，其優點是尺寸小、重量輕，很受旅 仃者的青睞，但是其成本比其他類型的適配器高。 目月if使用的大多適配器包括脈寬調變pwM電路和產生一 個可凋節輸出的控制器（該控制器包括電源開關和直流/直 級轉換器電路，該直流/直流轉換器電路可以{降愿型、回 升尾型、橋式或其他類型的轉換器電路）。

O\92\920J0.DOC M254813 系統中（例#筆記本電腦、行動電話和個人數位助理PDA) 的電池充電器通常都用來控制電池充電和/或系統的功率 分配。電池充電器通常有3種常見的設計： 。簡單開關適配器充電器，用一個單電子開關把適配 D。直接連接到電池。；然後，當達到最終充電電壓時關斷該 開關。儘管這種類型的充電器電路成本相對便宜，但其需 要-個恒定電流交流（AC)適配器（通常其頻率⑽赫兹，且 很重）。該電池充電方案是报折衷的，其充電時間長、多半 充電不滿、其使用僅限於幾種化學電池如鐘（Lil〇n)電池、 鎳氫（NiMH)電池和鎳鎘（NiCd)電池。 2)線性調節器-線性調節器通過把過多的輪入電壓消 耗在調節元件上來産生一個固定輪出電壓。這通常導致其 效率僅爲50。/。或更低。消耗掉的功率散佈在調節器内，從 而增高了與調節器緊密相連的小型產品内的溫度。另外這 些消耗掉的功率大大的縮短了對於攜帶型產品使用者來說 最重要的電池壽命。線性調節器的優點是簡單和成本低， 但其缺點是電池壽命短和内部溫度高。 3)開關模式調節器-如上所述，這種方法採用交換模式 電源供應把輸入電壓高效的（90%_95%)轉換成電池充電電 壓。最佳充電方案可通過將恒定電流模式切換到恒定電壓 模式來獲得。這種類型設計的優點是充電快、效率高、適 用於各種適配器和化學電池，但其缺點是成本比線性調節 圖1所示是一種用於攜帶型設備的傳統電源管理電路。攜 〇^2\9：〇,〇d〇c M254813 帶型设備1G包括-個或多個電池3()、與—個交流/直流適配 器12相連的一個或多個有源系統5%化^)丨8、2〇和/ 或22。適配器12傳送可控制功率給電池充電和給與其相連 的系統供電。根據例如電池充電電流、電池電壓和/或來自 適配器12的可用功率，電池充電器電路咐供可調節功率 (電[和/或電流）給電池3〇。圖1A所示是傳統電池充電器電 路14的方塊圖。習知此技藝者可知，充電器通常包括多個 監控電池電壓和/或電流的誤差放大器34，如果電池電壓和 /或電流超過某一預設門限值，該誤差放大器就産生一個誤 、、另外 個5吳差放大器也用來監控輸入功率的可 用性，如果來自適配器12的可用功率過剩，該誤差放大器 就產生一個誤差信號。電池充電器電路14還包括一個PWM 發生器和控制器36。控制器36接收誤差放大器産生的誤差 信號，從而調整PWM發生器的工作週期。該pWM信號被提 供給電源開關和直流/直流轉換器38，從而產生一個用於電 池充電的可調節直流源。 類似的，交流/直流（AC/DC)適配器12包括一個PWM發生 器和控制器，還包括提供一個可調節輸出電源的電源開關 和直流/直流轉換器。因爲適配器12和電池充電器電路14都 包括一個PWM發纟器和㈣器及電源@關和i流/直流轉 換器’於是存在重複的情況。 【新型内容】 本創作提供—種電源管理電路，其包括一個由電池充電 控制器控制的外置交流/直流（AC/DC)適配器。在本實施例

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系統實施例中包括一個攜帶型電子設備和用於該設備的 電源管理電路；該招 和一個充電控制器； 4 h▼型電子設備包括一個可再充電電池 器；該充電控制器包括産生一個表示電池 電壓和/或電池充電電流的反饋信號的電路。該電源管理電 路還包括一個由交流源産生一個直流源信號的外置交流/ 直流（AC/DC)適配器，該適配器包括産生一個脈寬調變 PWM信號的PWM發生器和控制器。該控制器接收反饋信號 並调整PWM信號的工作週期，從而調整直流源信號的電壓 和/或電流值。 在其他貫施例中，本創作提供一種交流/直流（AC/DC)適 配器，該適配包括：一個産生一個PWM信號的pWM發生 器，一個接收由外部攜帶型電子設備産生的反饋信號的控 制器，一個産生一個直流源信號的直流/直流轉換器電路。 該控制器根據反饋信號調整PWM信號的工作週期，從而調 整直流源信號的電壓和/或電流值。 值得習於此技藝者重視的是，雖然下面的詳細描述是基 於給出的最佳實施例，但是本創作並不僅僅局限於這些實 0 \92\920IO DOC -9- M254813 &例反而’本創作涉及脑廣泛，其範圍僅由相應申請 專利範圍限定。 【實施方式】 圖2所不疋本創作的一個實施例之電源管理電路的方塊 圖e與…所示的傳統電源管理電路一樣，圖2所示的電路 由又抓/直流（AC/DC)適配器32供電的系統⑺。然而在 本貝施例中，適配器32能接收由充電器的誤差放大器産生 的個或多個反饋控制信號。因此，本實施例中僅需要充 電器包含誤差放大器，這也可推廣到一個充電控制器24。 充，控制器24包括多個監控電池電壓和/或電流的誤差放 大态’如果電池電壓和/或電流超過某一預設門限值，誤差 放大器就産生—個誤差信號。另夕卜，該誤差放大器也用來 f控輸人功率的可隸，並根據與有㈣統的功率需求相 付的電池充電需求産生一個誤差信號。在此，這些誤差信 號一般被定義爲反饋控制信號26，其用來調整pwM發生器 的工作週期。美國專利申請號〇9/948,828揭露一種電池充電 器電路，其發明名稱爲”電壓模式高精度電池充電器”，現 核准專利第M9M61號並轉讓給同—受讓人，在此作為參 =。在6,498,461專利中産生的反饋控制信號表示電池電 壓、電池充電電流和來自直流源的可用功率，其調整請乂 發生器的工作週期從而調整傳送給電池的功率。習知的其 他充電電路和所有這些電池充電電路都認爲是本創作的充 電控制器24的可替換等同電路。 如上所述，一種交換模式電源供應（SMps)交流/直流 O:\92\92010.DOC -10- M254813 (AC/DC)適配器包括·· PWM電路（發生器和控制器），電源開 關和産生一個恒定直流源的直流/直流轉換器。在該實施 例，交流/直流（AC/DC)適配器的PWM控制器接收充電控制 器24産生的反饋資訊來調整直流輸出。 圖3A、3B和3C所示是簡化攜帶型系統丨〇的充電控制器24 和本創作的適配器32之間通信的通信電路圖。在圖3 A中， 適配器32包括一個串列通信介面35(例如RS232，RS434， 金屬線和USB等），介面35接收由充電控制器産生的一個串 列反饋控制信號26’。在本實施例中，充電控制器産生的反 饋控制信號被轉換爲串列通信資料後傳送給適配器32，。在 圖3B中，反饋控制信號26 "是由誤差放大器産生的類比信 號，相應的，適配器32"包括一個適當的類比介面（例如緩衝 器）。圖3C不是採用一個獨立的控制信號線，而是將反饋信 號26調變在電源線上。在本實施例中，㉟配器π和系統 H).都採用調變/解調電路（42和44)來産生在電源線上傳輸的 反饋信號26…。 因此’本創作提供的電源管理電路排除了對傳統電池充 電器電路中的電源電路的需要，而是採用本創作交流/直流 (AC/DC)適配器中的電源電路，從而產生可調節、可控制功 率給電池充電和/或給攜帶型 又W ^。有利的是，電源開 關的成本和設備的功率消舡去 粍都件以询減。輔助控制器的成 本也得以消減。因爲不再需 而要大體積的電源開關，也節省 了設備中的印刷電路板空間。 力^ 妹用取佳充電方案可 縮短達到充滿的電池充電時 八 Λ㈣間°本領域的技術人員將知道

〇\92\92〇]〇DOC -11 - M254813 諸多對本創作的改進，所有的這些對 員都是顯而易見的，都認爲是在:創作的:::的技術人 限於本創作的申請專利範圍。 _之内’都受 【圖式簡單說明】 圖1所示是—種傳統電源管理電路的方塊圖. 圖1A所示是—種傳統電池充電器電路的方塊圖； 圖斤不疋本創作的-個較佳的電源管理電路的方塊圖； 口。圖3Α、3Β和3C所示是本創作較佳的交流/直流ac/dc適配 裔的方塊圖。 圖式元件符號說明 10，10， 攜帶型設備 12 父/直流適配器 14 電池充電器電路 16 電源狀況 18,20,22 有源系統 24 充電器控制器 26,26’，26，，，26，，， 反饋控制信號 30 電池 32,32，，32，，，32，，， 交流/直流適配器 34 誤差放大器 35 串列通信介面 36 PWM發生器和控制器 38 電源開關和直流/直流轉換器 0 \92\92010.DOC -12- M254813 40 介面 42 調變電路 44 解調電路 46 頻率載波濾波器 O:\92\92010.DOC - 1 3

Claims (1)

1. M254813 玖、申請專利範圍： 1 · 一種攜帶型電子設備的電源管理電路，其包括： 一個攜帶型電子設備，該攜帶型電子設備包括一個可 再充電電池和一個充電控制器，該充電控制器包括産生 一個表示電池充電功率的反饋信號的電路； 一個由一個交流源産生一個直流源信號的外置交流/ 直流適配器，該外置交流/直流適配器包括一個産生一個 脈寬調變PWM信號的PWM發生器和一個接收該反饋信 號的控制器，該控制器調整該PWM信號的工作週期從而 調整該直流源信號的功率，其中在該外置交流/直流 AC/DC適配器和該充電控制器中，僅該外置交流/直流 AC/DC適配器包括該Pwm發生器。 2·如申請專利範圍第1項之電源管理電路，其中該攜帶型 =設備還包括—個串列資料介面，該反饋信號爲串列 資料該外置交机/直流Ac/Dc；適配器還包括_ ^ &胃 串列資料的串列通信介面。 3·，申請專利範圍第i項之電源管理電路，其中該反饋信 號包括一個類比信號。 4·如申請專利範圍第1項之雷调总柿φ μ &丄 月您¥源官理電路，其中該攜帶型 電子設備還包括把該反饋 久頌仏唬_變到該直流源信號上 的調變電路，該外置交、士 / 二。 又机/直流適配器還包括與該直流源 “就相連接以解調該居^ 5. 门表反饋化號的解調電路。 如申請專利範圍第丨項 、電源&理電路，其中該充電控 制is還匕括産生一個表干兮禮性 1口表不遠攜帶型電子設備的功率需 0 \92\92010.DOC M254813 求和電池充電電流的反饋信號的電路。 一種提供輸出直流信號的適配器，該適配器包括： 一個PWM發生器和一個直流/直流轉換器，該PWM發 生器回應一個來自一個外部設備、表示該外部設備的功 率狀況的反饋信號而産生一個PWM信號，該直流/直流 轉換器接收該PWM信號並回應該PWM信號調整該輸出 直流信號。 7·如申請專利範圍第6項之適配器，其中該PWM發生器回 應該反饋信號調整該PWM信號的工作週期。 8·如申請專利範圍第6項之適配器，其中該外部設備的功 率狀況是該外部設備的一個電池的功率狀況。 9·如申請專利範圍第8項之適配器，其中該電池的功率狀 況是一個電池電壓電位。 1〇·如申請專利範圍第8項之適配器’其中該電池的功率狀 況是一個電池充電電流電位。 ⑴如申請專利範圍第6項之適配器，其中該外部設備的功 率狀況是外部設備的至少—個有源系統的功率需求。 12· 一種電子設備，其包括·· 的功率狀況的反饋信號； —個適配器，其回庫今 的—個輸出直流信號:^ ^調整來自該適配 13:=T第12項之電子設備，還包括-個可再 …中在-種電池充電供應模式下，該控制器 Ο \92\920I0.DOC M254813 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 仏來自該適配器的輸出直流信號給該可再充電電池。 如申請專利範圍第12項之電子設備，其中該控制器包括 至：-個誤差放大器，該誤差放大器比較一個表示該電 子认備的功率狀況的信號和一個相應的門限電位，其中 ,亥控制A提供該反饋信號以回應介於該功率狀況和該 相關的門限電位間的差值。 如申請專利範圍第12項之電子設備，其中該控制器包括 一個串列資料介面，且該反饋信號包括一個串列資料俨 號。 。 士申明專利範圍第12項之電子設備，其中該控制器包括 一個類比介面，且該反饋信號包括一個類比信號。 如申請專利範圍第12項之電子設備，其中該控制器包括 周臭該直流#號上的該反饋信號的調變電路。 士申明專利範圍第丨2項之電子設備，其中該電子設備的 功率狀況是該電子設備的一個可再充電電池的功率狀 況。 如申請專利範圍第1 8項之電子設備，其中該可再充電電 池的功率狀況是一個電池電壓電位。 如申請專利範圍第18項之電子設備，其中該可再充電電 池的功率狀況是一個電池充電電流電位。 如申請專利範圍第12項之電子設備，其中該電子設備的 功率狀況是該電子設備的至少一個有源系統的功率需 求。 一種交流/直流適配器，其包括： O:\92\92010 DOC M254813 一個産生一個PWM信號的PWM發生器； 一個接收一個由外部攜帶型電子設備産生的反饋信 號的控制器；及 一個産生一個直流源信號的直流/直流轉換器電路，該 控制器根據該反饋信號調整該PWM信號的工作週期從 而調整該直流源信號的功率。 O:\92\92010.DOC -4-