專利名稱：用于多電池系統(tǒng)中電源管理的選擇器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及選擇器電路，更具體的是涉及用于多電池系統(tǒng)的選擇器電路。
背景技術(shù)：
選擇器電路通常應(yīng)用于各種電子裝置的供電模塊。這些選擇器電路通常用來(lái)在一個(gè)直流電源(例如一個(gè)交流/直流適配器)和一個(gè)可充電電池之間進(jìn)行選擇。另外，在各種電子裝置中，例如筆記本電腦，這些選擇器電路通常由系統(tǒng)管理總線(SMBus)根據(jù)一個(gè)具體協(xié)議而傳送的控制信號(hào)所控制。另外，這些選擇器電路通常不能獨(dú)立地確定、更正和通知供電模塊中其它部件的電源危機(jī)狀況。另外，這些選擇器電路不能接收來(lái)自相關(guān)主電源管理單元(PMU)的控制信號(hào)。
因此，本領(lǐng)域需要一種能克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷的選擇器電路。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的一種供電系統(tǒng)包括一個(gè)與一個(gè)第一電池相連的第一路徑；一個(gè)與一個(gè)第二電池相連的第二路徑，且該第一路徑和該第二路徑連接于一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)；與該第一路徑相連的一個(gè)第一開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，該第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)允許選擇性地將該第一電池與一個(gè)負(fù)載相連從而對(duì)該第一電池放電；與該第二路徑相連的一個(gè)第三開(kāi)關(guān)和一個(gè)第四開(kāi)關(guān)，該第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)允許選擇性地將該第二電池與該負(fù)載相連從而對(duì)該第二電池放電；和一個(gè)選擇器電路，若該第一電池的一個(gè)第一放電電流電平大于一個(gè)第一放電門限電平、且該第二電池的一個(gè)第二放電電流電平大于一個(gè)第二放電門限電平，該選擇器電路閉合該第一、第二、第三和第四開(kāi)關(guān)從而允許對(duì)相并聯(lián)的該第一電池和第二電池放電。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種電子裝置。該電子裝置包括一個(gè)與一個(gè)第一電池相連的第一路徑；一個(gè)與一個(gè)第二電池相連的第二路徑，且該第一路徑和該第二路徑連接于一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)；與該第一路徑相連的一個(gè)第一開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，該第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)允許選擇性地將該第一電池與一個(gè)該電子裝置的系統(tǒng)相連從而對(duì)該第一電池放電；與該第二路徑相連的一個(gè)第三開(kāi)關(guān)和一個(gè)第四開(kāi)關(guān)，該第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)允許選擇性地將該第二電池與該系統(tǒng)相連從而對(duì)該第二電池放電；和一個(gè)選擇器電路，若該第一電池的第一放電電流電平大于一個(gè)第一放電門限電平、且該第二電池的第二放電電流電平大于一個(gè)第二放電門限電平，該選擇器電路閉合該第一、第二、第三和第四開(kāi)關(guān)從而允許對(duì)該第一電池和第二電池并聯(lián)放電。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，還提供了一種確保并聯(lián)電池安全工作的方法。該方法包括接收一個(gè)來(lái)自相關(guān)電源管理單元的控制信號(hào)，該控制信號(hào)表示期望將至少一個(gè)第一電池和一個(gè)第二電池與一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)并聯(lián)；接收一個(gè)第一電流信號(hào)，該第一電流信號(hào)表示流經(jīng)該第一電池和公共節(jié)點(diǎn)之間的第一路徑的第一電流電平；接收一個(gè)第二電流信號(hào)，該第二電流信號(hào)表示流經(jīng)該第二電池和公共節(jié)點(diǎn)之間的第二路徑的第二電流電平；比較該第一電流信號(hào)和一個(gè)第一門限電流電平、該第二電流信號(hào)和一個(gè)第二門限電流電平；和若該第一電流信號(hào)大于該第一門限電流電平、且該第二電流信號(hào)大于該第二門限電平，則將相并聯(lián)的該第一電池和第二電池連接于一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)。


圖1所示為一個(gè)帶有供電模塊的電子裝置的簡(jiǎn)化高層框圖，該電子裝置包括本發(fā)明的一個(gè)響應(yīng)電源管理單元(PMU)的一個(gè)輸出信號(hào)而進(jìn)行選擇的選擇器電路；圖2所示為圖1所示的帶有本發(fā)明的一個(gè)選擇器電路的供電模塊的更為詳細(xì)的框圖，該選擇器電路在一個(gè)直流電源和多個(gè)電池之間進(jìn)行選擇；圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)選擇器電路的一個(gè)實(shí)施例的框圖，該選擇器電路包括一個(gè)提供信號(hào)且經(jīng)由相關(guān)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)的開(kāi)關(guān)在一個(gè)直流電源和多個(gè)電池之間進(jìn)行選擇的控制器；圖4所示為圖3所示的選擇器電路的更具體的框圖，該框圖更詳細(xì)地示出了控制器部分的各種部件；圖5所示為當(dāng)電子裝置由直流電源供電時(shí)，選擇器電路如何基于各種輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種開(kāi)關(guān)至閉合ON和斷開(kāi)OFF狀態(tài)的示范性表格；圖6所示為當(dāng)電子裝置由各種電池的組合供電時(shí)，選擇器電路如何基于各種輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種開(kāi)關(guān)至閉合ON和斷開(kāi)OFF狀態(tài)的示范性表格；圖7所示為本發(fā)明的一個(gè)選擇器電路的另一個(gè)示范性實(shí)施例的框圖，該選擇器電路包括一個(gè)控制器，該控制器提供信號(hào)且經(jīng)由一個(gè)相關(guān)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)的開(kāi)關(guān)在一個(gè)直流電源和多個(gè)電池之間進(jìn)行選擇；圖8所示為圖7所示的選擇器電路的更具體的框圖，該框圖更詳細(xì)地示出了控制器部分的各種部件；圖9所示為當(dāng)電子裝置由一個(gè)直流電源供電時(shí)，圖7所示的選擇器電路如何根據(jù)各種輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種開(kāi)關(guān)至閉合ON和斷開(kāi)OFF狀態(tài)的示范性表格；圖10所示為當(dāng)電子裝置由各種電池組合供電時(shí)，圖7所示的選擇器電路如何根據(jù)各種輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種開(kāi)關(guān)至閉合ON和斷開(kāi)OFF狀態(tài)的示范性表格；和圖11A至11C所示為圖7所示的選擇器電路如何檢測(cè)電池低電壓狀態(tài)、并防止電池內(nèi)部流入電流的示范性電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為一個(gè)可由任意數(shù)目的電源104、105供電的電子裝置100的簡(jiǎn)化框圖。這些電源包括多個(gè)電池105和一個(gè)直流電源104。電池105可以為各種類型的可充電電池，例如鋰離子、鎳鎘、鎳氫電池等等。電子裝置100可以為任一種本領(lǐng)域所熟知的、由電源104或105供電的裝置，例如便攜式電子裝置(筆記本電腦、手機(jī)、尋呼機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、可攜式攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、卡式收錄機(jī)等等)、電力車、電力工具等。
如果電子裝置100為一臺(tái)筆記本電腦，它會(huì)包括本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種部件(未在圖1中示出)。例如，筆記本電腦可包括一個(gè)輸入數(shù)據(jù)至筆記本電腦的輸入裝置，一個(gè)執(zhí)行指令和控制筆記本電腦工作的中央處理單元(CPU)或處理器(例如英特爾公司的奔騰處理器)和一個(gè)從筆記本電腦輸出數(shù)據(jù)的輸出裝置(例如一個(gè)LCD或揚(yáng)聲器)。
為給電池105充電和/或給裝置100供電，可將直流電源104與裝置100相連。直流電源104可以為一個(gè)接收壁裝電源插座的120伏標(biāo)準(zhǔn)交流電壓且將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)直流輸出電壓的交流/直流適配器。直流電源104還可以為一個(gè)直流/直流適配器，例如可以插入直流插座的“點(diǎn)火器”型適配器。直流電源104如圖1所示與裝置100分離，但也可以集成于一些裝置中。
裝置100有一個(gè)至少包括一個(gè)本發(fā)明的選擇器電路114的供電模塊106。供電模塊106還包括一個(gè)如圖1所示的PMU120。另外，PMU120可以嵌入電子裝置100的一個(gè)更為復(fù)雜的處理器中。PMU120可運(yùn)行本領(lǐng)域熟知的各種電源管理程序。通常，供電模塊106包括在各種情況下監(jiān)視、控制和指揮電力從各電源傳輸至其它各電源和裝置100的系統(tǒng)110的各種部件。有利的是，本發(fā)明的選擇器電路114響應(yīng)至少一個(gè)來(lái)自PMU120的輸出信號(hào)，將在此詳述。
圖2所示為一個(gè)用于多電池系統(tǒng)的示范性供電模塊206的詳細(xì)框圖。電源包括直流電源204(例如一個(gè)交流/直流轉(zhuǎn)換器)和任意數(shù)目的多個(gè)電池205-1、205-2和205-k。這些電池可以為可充電電池。在任何時(shí)刻，這些電源204、205-1、205-2和205-k中的每一個(gè)都可以存在或不存在于該系統(tǒng)中。
通常，供電模塊206包括一個(gè)PMU220、一個(gè)充電器電路222、一個(gè)電源轉(zhuǎn)換單元(power conversion element)226、一個(gè)電池開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)217、一個(gè)開(kāi)關(guān)230、一個(gè)從直流電源204到系統(tǒng)210的供電路徑209、一個(gè)從電池205-1、205-2、205-k到系統(tǒng)的供電路徑240、一個(gè)用于充電目的從直流電源204到可充電電池205-1、205-2、205-k的供電路徑207、一個(gè)本發(fā)明的選擇器電路214和各種數(shù)據(jù)或通信路徑。電池開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)217還包括分別連接于電池205-1、205-2、205-k的充電開(kāi)關(guān)CSW1、CSW2、CSWk和放電開(kāi)關(guān)DSW1、DSW2、DSWk。
供電模塊206的各種部件之間的數(shù)據(jù)或通信路徑可以為單向或雙向，并可以導(dǎo)通模擬或數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)路徑可以傳輸指令或控制信號(hào)或數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)路徑的數(shù)量總體上是根據(jù)電池205-1、205-2、205-k、充電器電路222、PMU220和供電模塊206的特性而定的。例如，如果相關(guān)裝置100為一臺(tái)筆記本電腦，則一個(gè)智能充電器電路和智能電池可根據(jù)一個(gè)具體協(xié)議經(jīng)由系統(tǒng)管理總線(SMBus)進(jìn)行通信。
通常，選擇器電路214響應(yīng)供電模塊206中的各種部件(包括PMU220)的多種輸入信號(hào)，并經(jīng)由路徑250將開(kāi)關(guān)控制信號(hào)提供給電池開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)217和開(kāi)關(guān)230，從而在各種情況下控制和指揮電力從各電源傳輸至其它各電源和系統(tǒng)210。
例如，選擇器電路214的一組特定輸入信號(hào)可以表示一個(gè)具有可接受的電壓電平的直流電源204的存在。為了響應(yīng)該輸入信號(hào)，選擇器電路214提供一個(gè)控制信號(hào)來(lái)閉合開(kāi)關(guān)230，并斷開(kāi)電池開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)217中的放電開(kāi)關(guān)DSW1、DSW2、DSWk。如此，直流電源204的電力就能提供至系統(tǒng)210。另外，如果選擇器電路214的輸入信號(hào)表示直流電源204不存在或直流電源204的電壓電平不可接受，則選擇器電路214提供一個(gè)合適的控制信號(hào)來(lái)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)230，并閉合電池開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的放電開(kāi)關(guān)DSW1、DSW2、DSWk中的一個(gè)。如此，只要符合其它安全條件，相關(guān)電池205-1、205-2、205-k中的一個(gè)或多個(gè)就能提供電力給系統(tǒng)210，將在此詳述。
當(dāng)充電開(kāi)關(guān)為了充電的目的而閉合時(shí)，每個(gè)與充電電池205-1、205-2、205-k相關(guān)的充電開(kāi)關(guān)CSW1、CSW2、CSWk提供一個(gè)從電源線207到每個(gè)相關(guān)電池的導(dǎo)通路徑。放電開(kāi)關(guān)DSW1、DSW2、DSWk提供一個(gè)從每個(gè)相關(guān)電池205-1、205-2、205-k到系統(tǒng)210的導(dǎo)通路徑，并根據(jù)哪個(gè)放電開(kāi)關(guān)DSW1、DSW2、DSWk閉合，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電池給系統(tǒng)210供電。
有利的是，至少一個(gè)選擇器電路214的輸入信號(hào)表示PMU220的一個(gè)輸出信號(hào)。PMU220和選擇器電路214可經(jīng)由數(shù)據(jù)路徑211進(jìn)行通信。本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解，PMU220能運(yùn)行主裝置的電源管理程序。PMU220可以提供一系列信號(hào)給選擇器214，這些信號(hào)包括表示電池205-1、205-2、205-k中的哪個(gè)或哪些相并聯(lián)組合可以選擇來(lái)充電或放電。正如在此所詳述的，選擇器電路214響應(yīng)PMU220。但是，選擇器電路214還有其本身的內(nèi)部檢測(cè)，并能在多種情況下(將進(jìn)一步詳述)忽略來(lái)自PMU的期望使用信號(hào)，從而提供附加安全和節(jié)省電池功耗。充電器電路222經(jīng)由數(shù)據(jù)路徑252與選擇器214進(jìn)行通信，并經(jīng)由數(shù)據(jù)路徑254與電源轉(zhuǎn)換單元226(例如一個(gè)充電器控制的直流/直流轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行通信。充電器電路222可以經(jīng)由供電路徑207和電源轉(zhuǎn)換單元226對(duì)給電池205-1、205-2、205-k提供的充電電流進(jìn)行控制。
圖3所示為一個(gè)與三個(gè)電源一起工作的示范性供電模塊306。這些電源包括一個(gè)經(jīng)由供電路徑309與供電模塊306相連的直流電源(未示出)、一個(gè)第一可充電電池A和一個(gè)第二可充電電池B。供電模塊306包括一個(gè)本發(fā)明的選擇器電路314和其它部件，例如一個(gè)相關(guān)的PMU320、一個(gè)充電器電路322和一個(gè)電源轉(zhuǎn)換單元326(例如一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器)。盡管如前所述的PMU320為供電模塊306的一部分，但PMU320可以位于供電模塊的外部，嵌入供電模塊外部的一個(gè)獨(dú)立部件，或PMU的功能可以由一個(gè)電子裝置的獨(dú)立部件(例如CPU)來(lái)提供。
為清晰簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖2所示的直流電源和各種數(shù)據(jù)連接(例如，從充電器電路306到電源轉(zhuǎn)換單元326和PMU320，電池與PMU320之間的連接)在圖3中未示出。有利的是，為了便于操作和安裝，選擇器電路314和充電電路322可以集成到一個(gè)集成電路390上。
選擇器電路314包括一個(gè)控制器315和一個(gè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)317，并將在此詳述。選擇器電路314有接收各種輸入數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的各種輸入端380。這些輸入端380都與控制器315相連。選擇器電路314還有提供控制信號(hào)給相關(guān)的開(kāi)關(guān)SW1、SW2、SW3、SW4、SW5和SW6并提供數(shù)據(jù)給供電模塊306的相關(guān)部件的各種輸出端382。輸入端380包括引腳380-1至380-9來(lái)接收標(biāo)號(hào)分別為PSM、USE_A、USE_B、ICHG、VAD、VSYS、BATT_A、BATT_B和AUXIN的控制和數(shù)據(jù)信號(hào)。輸出端382包括引腳382-1至382-10來(lái)提供標(biāo)號(hào)分別為PWR_AC、PWR_BATT、CHGA、DCHA、ACAV、ALERT、CHGEN、CHGB、DCHB和AUXOUT的控制和數(shù)據(jù)信號(hào)。每個(gè)輸入端380和每個(gè)輸出端382以及相關(guān)控制和數(shù)據(jù)信號(hào)如下所述。
第一輸入引腳380-1接收一個(gè)來(lái)自PMU320的功耗節(jié)省模式(PSM)數(shù)字輸入控制信號(hào)，該控制信號(hào)表示PMU320是否期望功耗節(jié)省模式。第二和第三輸入引腳380-2和380-3接收來(lái)自PMU320的USE_A和USE_B控制信號(hào)，該控制信號(hào)表示在所給的充電或放電模式中采用PMU所需的電池或電池組合。例如，圖3所示的實(shí)施例中有兩個(gè)電池A和B，USE_A和USE_B控制信號(hào)可以為數(shù)字信號(hào)，如果USE_A為低電平而USE_B為高電平，則使用電池A。如果USE_A為高電平而USE_B為低電平，則使用電池B。如果USE_A為低電平且USE_B為低電平，則使用相并聯(lián)的電池A和電池B。最后，如果USE_A為高電平且USE_B為高電平，則電池A和電池B都不使用。這些用于USE_A和USE_B的表示高電平和低電平的信號(hào)僅用于說(shuō)明目的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解還可以選擇其它的組合。
第四輸入引腳380-4接收一個(gè)來(lái)自充電器電路322的充電電流(ICHG)模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)表示提供給電池的充電電流。第五輸入引腳380-5接收一個(gè)來(lái)自直流電壓源204(例如交流/直流適配器)的模擬信號(hào)(VAD)，該信號(hào)表示在特定時(shí)刻直流電源204提供的電壓電平。第六輸入引腳380-6接收一個(gè)表示系統(tǒng)供電電壓電平的模擬信號(hào)(VSYS)。第七輸入引腳380-7和第八輸入引腳380-8分別接收來(lái)自電池A(BATT_A)和電池(BATT_B)的模擬信號(hào)，這些信號(hào)分別表示每個(gè)電池的電壓電平。該BATT_A和BATT_B模擬信號(hào)可以通過(guò)分別測(cè)量每個(gè)電池的正極電壓來(lái)得到。最后，第九輸入引腳380-9表示一個(gè)能接收任何其它輸入控制和數(shù)據(jù)信號(hào)(AUXIN)的通用輸入引腳(generic input terminal)，但由于并非特別關(guān)鍵，本發(fā)明在此不作描述。
第一輸出引腳382-1提供一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(PWR_AC)給開(kāi)關(guān)SW1。第二輸出引腳382-2提供一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(PWR_BATT)給開(kāi)關(guān)SW2。第三輸出引腳382-3提供一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(CHGA)給電池A的充電開(kāi)關(guān)SW3。第四輸出引腳382-4提供一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(DCHA)給電池A的放電開(kāi)關(guān)SW4。第五輸出引腳382-5提供一個(gè)表示直流電源204存在與否的數(shù)字直流電源使能信號(hào)(ACAV)，該直流電源的輸出電壓大于一個(gè)可接受的門限值。
第六輸出引腳382-6提供一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(ALERT)來(lái)通知至少包括PMU 320的其它部件電源危機(jī)狀況，將如下所述。第七輸出引腳382-7提供一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(CHGEN)給充電器，該信號(hào)表示是否到達(dá)充電使能狀態(tài)。第八輸出引腳提供328-8提供一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(CHGB)給電池B的充電開(kāi)關(guān)SW5。第九輸出引腳382-9提供一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)(DCHB)給電池B的放電開(kāi)關(guān)SW6。最后，第十輸出引腳380-10表示一個(gè)能提供任何其它輸出控制和數(shù)據(jù)信號(hào)(AUXOUT)的通用輸入引腳，但由于并非特別關(guān)鍵，本發(fā)明在此不作描述。
控制器315接收上述來(lái)自選擇器電路314的輸入端380的輸入數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，并通過(guò)控制開(kāi)關(guān)SW1到SW6中的一個(gè)或多個(gè)的組合決定選擇或不選擇電源(例如直流電源、電池A或電池B)中的哪個(gè)或哪些組合?？刂破?15還能直接提供數(shù)據(jù)和其它控制信號(hào)給其它輸出引腳，例如輸出引腳382-5、382-6、382-7和382-10，從而實(shí)現(xiàn)與供電模塊306的其它部件之間的通信。
開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)317還包括多個(gè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器SD1、SD2、SD3、SD4、SD5和SD6。每個(gè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器SD1、SD2、SD3、SD4、SD5和SD6可以進(jìn)一步與相關(guān)的開(kāi)關(guān)SW1、SW2、SW3、SW4、SW5和SW6相連，從而由選擇器電路314的控制器315控制來(lái)驅(qū)動(dòng)每個(gè)開(kāi)關(guān)至閉合和斷開(kāi)狀態(tài)。
圖4所示為選擇器電路314的更詳細(xì)的框圖，更具體地示出了圖3所示的選擇器電路314的控制器315。通常，控制器315包括一個(gè)選擇器輸出電路470、一個(gè)充電使能電路472、一個(gè)并聯(lián)電池使用使能電路476、一個(gè)輸入有效電路478、一個(gè)電源危機(jī)電路474和多個(gè)比較器CMP1、CMP2、CMP3和CMP4。
通常，選擇器輸出電路470接收各種內(nèi)部控制信號(hào)，例如一個(gè)來(lái)自充電使能電路472的充電使能信號(hào)(CHGEN)，一個(gè)來(lái)自電源危機(jī)電路474的二極管模式(DM)信號(hào)，一個(gè)來(lái)自輸入有效電路的478的有效輸入信號(hào)(VINP1)，一個(gè)來(lái)自并聯(lián)電池使用使能電路476的并聯(lián)電池使用使能信號(hào)(PBUE)和一個(gè)來(lái)自比較器CMP1的直流電源使能信號(hào)(ACAV)。選擇器輸出電路470還能接收一個(gè)來(lái)自充電器電路322的表示充電電流的模擬信號(hào)ICHG。正如在此所詳述，選擇器輸出電路470基于各種輸入信號(hào)的狀態(tài)指揮開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)317閉合或斷開(kāi)相關(guān)的開(kāi)關(guān)SW1、SW2、SW3、SW4、SW5和SW6。
控制器315包括一個(gè)比較一個(gè)表示直流電源的電壓電平的模擬信號(hào)與一個(gè)第一門限值VT1的第一比較器。第一門限值VT1設(shè)置為高于系統(tǒng)可接受的最小供電電壓VT3。如果直流電源存在、且具有一個(gè)大于第一門限值VT1的供電電壓，則第一比較器CMP1產(chǎn)生一個(gè)高電平ACAV控制信號(hào)給選擇器輸出電路470。否則該第一比較器將產(chǎn)生一個(gè)低電平ACAV信號(hào)。該ACAV信號(hào)也可提供給電源危機(jī)電路474。
如果選擇器輸出電路470接收到一個(gè)來(lái)自第一比較器CMP1的高電平ACAV信號(hào)，它將產(chǎn)生合適的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)來(lái)閉合開(kāi)關(guān)SW1并斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW2至SW6(假設(shè)直流電源的電源電壓不大于第二門限值VT2，如下所述)，從而系統(tǒng)210由直流電源供電且不會(huì)有任何電池充電。在這種情況下，選擇器電路314將使用直流電源，而不考慮PMU的USE A和USE B控制信號(hào)。如此，只要直流電源存在且具有一個(gè)大于VT1的合適的電壓電平，選擇器電路314就能忽略PMU的控制信號(hào)使用電池A或電池B，而要求系統(tǒng)210由直流電源供電。有利的是，該特性通過(guò)確保在合適的條件下使用直流電源而延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
為使系統(tǒng)210由直流電源供電并對(duì)一個(gè)或多個(gè)電池充電，充電使能信號(hào)(CHGEN)必須有效。本實(shí)施例中的CHGEN信號(hào)為一個(gè)高電平有效信號(hào)。充電使能電路472如果接收到一個(gè)來(lái)自第二比較器CMP2的合適的CHGP信號(hào)和一個(gè)來(lái)自輸入有效電路478的合適的有效信號(hào)VINP1，將產(chǎn)生一個(gè)高電平CHGEN信號(hào)。如果直流電源的供電電壓大于第二門限電平VT2(其中VT2＞VT1，且VT1＞VT3)，則第二比較器CMP2產(chǎn)生一個(gè)合適的CHGP信號(hào)。輸入有效電路478產(chǎn)生一個(gè)有效信號(hào)VINP1。若PMU的USE_A和USE_B信號(hào)表示至少使用電池A或B中的一個(gè)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)合適的有效信號(hào)VINP1。若USE_A和USE_B信號(hào)表示不能使用電池A或B中的任何一個(gè)(例如USE_A和USE_B都為高電平)，則不能產(chǎn)生一個(gè)合適的有效信號(hào)VINP1。充電使能電路472還需要來(lái)自通用輸入引腳380-9的其它輔助有效輸入信號(hào)(AUXIN)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)有效的CHGEN信號(hào)。
充電期間，充電電路322提供表示充電電流電平的ICHG信號(hào)給選擇器電路314。選擇器電路314接收輸入引腳380-4處的ICHG信號(hào)并提供該信號(hào)給選擇器輸出電路470。選擇器輸出電路470比較該ICHG信號(hào)和一個(gè)充電門限電平信號(hào)ICHT。如此詳述，基于該比較，選擇器輸出電路470判定充電電流電平為高還是為低，并基于此和其它輸入信號(hào)閉合或斷開(kāi)各種開(kāi)關(guān)。該實(shí)施例中，低電平控制信號(hào)表示一個(gè)低充電電流，而高電平控制信號(hào)則表示一個(gè)高充電電流，如圖5的表格所示。
并聯(lián)電池使用使能電路476提供一個(gè)并聯(lián)電池使用使能信號(hào)(PBUE)給選擇器輸出電路470。選擇器輸出電路470通過(guò)允許使用并聯(lián)電池來(lái)響應(yīng)一個(gè)高電平PBUE信號(hào)，而通過(guò)禁止使用并聯(lián)電池來(lái)響應(yīng)一個(gè)低電平PBUE信號(hào)(盡管PMU320的USE_A和USE_B信號(hào)表示需要使用并聯(lián)電池，例如USE_A和USE_B信號(hào)都為低電平)。如此，選擇器電路314就提供額外的預(yù)防和保護(hù)，從而防止電池A和電池B的并聯(lián)使用，直到出現(xiàn)合適的條件。
例如，使用兩個(gè)或兩個(gè)以上相并聯(lián)的電池(例如電池A和電池B)的問(wèn)題在于當(dāng)這些電池相并聯(lián)時(shí)，電壓差值較大從而產(chǎn)生不期望的高電流狀況。如此，控制器315的第四比較器CMP4就比較信號(hào)BATT_A和BATT_B。該BATT_A和BATT_B信號(hào)可以為來(lái)自電池A和電池B正極的模擬信號(hào)。如果BATT_A和BATT_B信號(hào)間的差值在一個(gè)預(yù)定的范圍之內(nèi)，則比較器CMP4會(huì)提供一個(gè)有效的BATTCOMP信號(hào)給并聯(lián)電池使用使能電路476。并聯(lián)電池使用使能電路476除了接收來(lái)一個(gè)第四比較器CMP4的有效的BATTCOMP信號(hào)之外，還接收一個(gè)輸入有效電路478的合適的輸入有效信號(hào)VINP2，從而產(chǎn)生一個(gè)有效的PBUE信號(hào)。若USE_A和USE_B控制信號(hào)表示使用相并聯(lián)的電池A和電池B(例如，USE_A和USE_B為低電平)，則產(chǎn)生一個(gè)合適的有效信號(hào)VINP2。
若PMU的USE_A和USE_B控制信號(hào)表示PMU期望使用并聯(lián)電池，但由于電池A和電池B之間的電壓差值不在預(yù)定范圍之內(nèi)而使得PBUE信號(hào)無(wú)效，則選擇器輸出電路474將指揮具有相對(duì)低的電壓電平的電池充電。相似情況下，當(dāng)不存在有效的直流電源時(shí)，該選擇器輸出電路將指揮具有相對(duì)較高的電壓電平的電池放電給系統(tǒng)。
有利的是，選擇器電路314還可以包括一個(gè)電源危機(jī)電路474，該電源危機(jī)電路474能獨(dú)立地監(jiān)控和判定電源危機(jī)狀況，并當(dāng)檢測(cè)到電源危機(jī)狀況時(shí)提供一個(gè)合適的二極管模式(DM)控制信號(hào)給選擇器輸出電路470。選擇器輸出電路470響應(yīng)一個(gè)來(lái)自電源危機(jī)電路474的合適的DM控制信號(hào)，使得開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)317的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器將開(kāi)關(guān)SW2、SW4和SW6保持在閉合狀態(tài)，而將開(kāi)關(guān)SW1、SW3和SW5保持在斷開(kāi)狀態(tài)。如此，具有最高電壓的電源(電池A、電池B或直流電源)將分別通過(guò)二極管模式中的二極管D1、D3或D5中的一個(gè)給系統(tǒng)供電。另外，選擇器電路314還能在輸出引腳382-6產(chǎn)生一個(gè)表示電源危機(jī)狀況的ALERT狀態(tài)信號(hào)。該ALERT狀態(tài)信號(hào)可以提供給多種部件，至少包括PMU320。
電源危機(jī)狀況包括一個(gè)無(wú)效輸出或一個(gè)無(wú)效輸入的狀況。當(dāng)給系統(tǒng)供電的一個(gè)電源或多個(gè)電源不能將系統(tǒng)電壓電平保持在最小系統(tǒng)門限電壓電平VT3時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)效輸出。比較器CMP3比較系統(tǒng)電壓電平與最小門限電壓電平VT3，且基于該比較，一個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)控制信號(hào)(system check control signal)VSYSOK傳輸至電源危機(jī)電路474。如果一個(gè)或多個(gè)電壓電源被有意或無(wú)意地?cái)嚅_(kāi)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平系統(tǒng)電壓電源危機(jī)狀況。
一個(gè)無(wú)效的輸入也會(huì)造成電源危機(jī)問(wèn)題。一個(gè)無(wú)效的輸入可以為PMU通過(guò)USE_A和USE_B信號(hào)表示一個(gè)期望的狀態(tài)，該期望的狀態(tài)將使系統(tǒng)失去電源。例如，USE_A和USE_B信號(hào)表示不使用任何電池(低電平VINP1信號(hào)，例如USE_A和USE_B都為高電平)，且直流電源不存在(低電平ACAV信號(hào))，或不能將系統(tǒng)保持在最小VT3電壓電平(低電平VSYSOK信號(hào))。另一種無(wú)效輸入情況為盡管PMU的USE_A和USE_B信號(hào)邏輯正確，但會(huì)造成系統(tǒng)失去電源。例如，USE_A和USE_B信號(hào)可以指定由一個(gè)不存在的或無(wú)意被移去的電池供電。使用該電池將造成系統(tǒng)的電壓電平下降至VT3門限之下，且表示該狀態(tài)的VSYSOK信號(hào)將傳輸至電源危機(jī)電路374。
由于二極管D1、D3或D5的功率損耗，將不適宜DM供電模式保持很長(zhǎng)時(shí)間。有利的是，電源危機(jī)電路474連續(xù)監(jiān)控其輸入信號(hào)，一旦脫離電源危機(jī)狀況，便使DM信號(hào)無(wú)效。因此，一旦脫離電源危機(jī)狀況(例如一個(gè)移去的電源被重新連接至系統(tǒng))，電源危機(jī)電路的內(nèi)部DM信號(hào)就會(huì)無(wú)效并恢復(fù)常規(guī)供電模式。
與圖2至圖4相聯(lián)系，圖5的表格500所示為基于選擇器電路314和選擇器輸出電路470的各種輸入信號(hào)的開(kāi)關(guān)SW1到SW6的各個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。表格500所示為當(dāng)系統(tǒng)210由直流電源204而非電池305供電時(shí)的各個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。如此，ACVC信號(hào)就為高電平，且選擇器輸出電路470發(fā)送合適的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)給開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)317，因此如表格500的每列所示，SW1為閉合且SW2為斷開(kāi)。
CHGEN信號(hào)在表格500中的每一列都為“高”，除了最后一列522。這樣，不僅直流電源存在，而且其它條件(直流電源的電壓大于VT2，且存在一個(gè)合適的輸入有效信號(hào)VINP1)都滿足提供高電平的CHGEN信號(hào)。如此，表格500的502列至520列允許進(jìn)行充電。
502列和504列中，USE_A和USE_B信號(hào)分別為低電平和高電平，表示PMU期望使用電池A。如此，在這兩種情況中，電池B的開(kāi)關(guān)SW5和SW6都斷開(kāi)。502列中，充電電流信號(hào)為“低”，表示從電源轉(zhuǎn)換單元226到電池305的充電電流低于一個(gè)門限充電電流電平ICHT。這樣，選擇器輸出電路470通過(guò)發(fā)送合適的控制信號(hào)至開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)317，從而響應(yīng)該充電電流信號(hào)而閉合SW3、斷開(kāi)SW4。這樣，電池A的充電電流流經(jīng)閉合的SW3和與斷開(kāi)的SW4并聯(lián)的二極管D4。因?yàn)槌潆婋娏鳛榈碗娖?，其流?jīng)二極管D4將產(chǎn)生可忽略的功率損耗。
相反，由充電電流信號(hào)的“高”電平所示，504列中的充電電流為高電平。這樣，開(kāi)關(guān)SW3和SW4就都閉合。因?yàn)樵摾须娏髁鹘?jīng)閉合的開(kāi)關(guān)SW4，因此二極管D4中就不存在額外的功率損耗。通常，在相同的電流電平下，處于閉合狀態(tài)的開(kāi)關(guān)SW1到SW6將比它們相應(yīng)的并聯(lián)二極管D1到D6損耗更小的功率。這種差異在高電流電平下尤為重要。
如506列和508列所示，USE_A和USE_B信號(hào)分別為高電平和低電平，表示PMU期望使用電池B。如此，電池A的開(kāi)關(guān)SW3和SW4都斷開(kāi)。506列與502列有些相似，充電電流為低電流表示充電電流信號(hào)為低電平。從而開(kāi)關(guān)SW5閉合而SW6斷開(kāi)。這樣，電池B的充電電流流經(jīng)閉合的SW5和與斷開(kāi)的SW6并聯(lián)的二極管D6。相反，由高電平充電電流信號(hào)所示，508列中的充電電流為高。這樣，開(kāi)關(guān)SW5和SW6就都閉合，因此該例中二極管D6中就不存在功率損耗。
如510列至520列所示，USE_A和USE_B信號(hào)分別為低電平和低電平，表示PMU期望使用相并聯(lián)的電池A和電池B。若510列和512列中所示的并聯(lián)電池使用使能信號(hào)(PBUE)為高電平，則允許電池A和電池B并聯(lián)充電。若512列中所示的充電電流為高(即充電電流信號(hào)為高電平)，開(kāi)關(guān)SW3到SW6將處于閉合狀態(tài)。若510列中所示的充電電流為低(即充電電流信號(hào)為低電平)，開(kāi)關(guān)SW3和SW5將處于閉合狀態(tài)，而開(kāi)關(guān)SW4和SW6將處于斷開(kāi)狀態(tài)。
若USE_A和USE_B信號(hào)表示PMU期望使用相并聯(lián)的電池A和電池B，但PBUE信號(hào)為低電平，選擇器電路314將不允許并聯(lián)電池工作，從而忽略PMU期望的并聯(lián)電池工作。只要其它條件合理，選擇器電路314就允許給具有相對(duì)低的電壓電平的電池充電。例如，514和516列表示電池A有相對(duì)低的電壓電平。如此，電池B的開(kāi)關(guān)SW5和SW6均為斷開(kāi)。因?yàn)榈统潆婋娏鳎?10列中電池A的開(kāi)關(guān)SW3為閉合，而因?yàn)楦叱潆婋娏鳎?12列中的開(kāi)關(guān)SW3和SW4都為閉合。同樣，若電池B有相對(duì)低的電壓電平，則如518列和520列中所示，電池A的開(kāi)關(guān)SW3和SW4將保持?jǐn)嚅_(kāi)。電池B的開(kāi)關(guān)SW5和SW6將根據(jù)充電電流電平保持閉合。
與直流電源供電相反，電源可以由一個(gè)或多個(gè)電池在各種電池電源系統(tǒng)供電模式下供電。在電池供電模式下，選擇器電路314命令開(kāi)關(guān)SW1斷開(kāi)而SW2閉合。若直流電源不存在或直流電源存在、但其電壓不大于由第一比較器CMP1判定的第一門限電平VT1，則選擇器電路314命令開(kāi)始電池供電模式。如此，從第一比較器CMP1到選擇器輸出電路470的ACAV信號(hào)將為低電平，表示電池供電模式。當(dāng)ACAV信號(hào)為低電平，則選擇器輸出電路470將命令開(kāi)關(guān)SW1斷開(kāi)且SW2閉合。
圖3所示的實(shí)施例中，有兩個(gè)常規(guī)電池系統(tǒng)供電模式。在常規(guī)電池系統(tǒng)供電模式1(nbssm1)中，PMU的USE_A和USE_B信號(hào)表示只使用一個(gè)電池A或電池B，且目標(biāo)電池存在，并能給系統(tǒng)提供至少一個(gè)電壓電平使得系統(tǒng)的電壓電平大于VT3門限電平。在常規(guī)電池系統(tǒng)供電模式2(nbssm2)中，PMU的USE_A和USE_B信號(hào)表示使用相并聯(lián)的電池A和電池B，且兩個(gè)電池都存在，并且兩個(gè)電池都能給系統(tǒng)提供至少一個(gè)電壓電平使得系統(tǒng)的電壓電平大于VT3門限電平，且兩個(gè)電池各有一個(gè)電壓電平，且在另一個(gè)電池預(yù)定的電壓范圍之內(nèi)。
圖6的表格600所示為電池系統(tǒng)供電模式nbssm1和nbssm2的輸入信號(hào)和相應(yīng)的開(kāi)關(guān)SW1至SW6的狀態(tài)。如前所述，因?yàn)殚_(kāi)始電壓系統(tǒng)供電模式，開(kāi)關(guān)SW1斷開(kāi)而SW2閉合。表格600的602列和604列所示為第一電池供電模式nbssm1，其中期望使用電池A(602列)或電池B(604列)。在這些例子中，輸入有效信號(hào)VINP1和VINP2應(yīng)該處于合理的電平(VINP1為高電平且VINP2為低電平)。因此，如果由電池A供電(602列)，開(kāi)關(guān)SW3和SW4將閉合且開(kāi)關(guān)SW5和SW6將斷開(kāi)。相反，如果由電池B供電(604列)，開(kāi)關(guān)SW5和SW6將閉合且開(kāi)關(guān)SW3和SW4將斷開(kāi)。
在第二常規(guī)電池供電模式(nbssm2)下，比較器CMP4的BATTCOMP信號(hào)為高電平，表示電池A和電池B的電壓在可接受的范圍內(nèi)。并聯(lián)電池使用使能信號(hào)(PBUE)也為高電平，表示所有其它由并聯(lián)電池使用使能電路476監(jiān)控的并聯(lián)電池使用條件(包括高電平VINP2信號(hào))都滿足。如此，與電池A相連的開(kāi)關(guān)SW3和SW4都閉合，且與電池B相連的開(kāi)關(guān)SW5和SW6也閉合。
與充電情況有些相似，若USE_A和USE_B信號(hào)表示期望使用兩個(gè)相并聯(lián)的電池A和電池B，但PBUE信號(hào)無(wú)效(例如PBUE為低電平)，則與另一電池相比具有相對(duì)高的電壓電平的電池被放電，從而給系統(tǒng)供電。如此，若電池A具有相對(duì)高的電壓，則開(kāi)關(guān)狀態(tài)如602列所示，若電池B具有相對(duì)高的電壓，則開(kāi)關(guān)狀態(tài)如604列所示。
如果直流電源不存在且期望低功率消耗來(lái)延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，PMU320可以發(fā)送一個(gè)功耗節(jié)省模式請(qǐng)求給選擇器電路314。一旦選擇器電路314接收到該功耗節(jié)省模式請(qǐng)求，則控制器315命令開(kāi)關(guān)SW1斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)SW2斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)SW3斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)SW4閉合，開(kāi)關(guān)SW5斷開(kāi)且開(kāi)關(guān)SW6閉合。如此，具有相對(duì)高的電壓的電池A或電池B將分別通過(guò)相關(guān)的二極管D3或D5供電。另外，與常規(guī)工作相比，在功耗節(jié)省模式下選擇器電路314本身供電電流的總裝置功耗將大大減小。
圖7所示為本發(fā)明選擇器電路714的另一個(gè)實(shí)施例。選擇器電路714包括一個(gè)控制器715和一個(gè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)317。通常，控制器715提供控制信號(hào)給開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)317來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW1、SW2、SW3、SW4、SW5和SW6至閉合或斷開(kāi)，從而選擇各種電源，將在此詳述。與圖3的實(shí)施例相似，選擇器電路714能提供并聯(lián)電池安全工作。通常，若存在不期望的情況，盡管PMU320發(fā)出一個(gè)并聯(lián)電池連接的請(qǐng)求，選擇器電路714仍將防止電池并聯(lián)。一種不期望的情況可能為一個(gè)電池與另一電池相比具有相對(duì)較高的電壓，如此，就會(huì)產(chǎn)生不期望的內(nèi)部電池電流從具有相對(duì)較高電壓的電池流向具有相對(duì)較低電壓的電池。
圖7的許多元件與圖3的元件相似，且標(biāo)號(hào)相似。因此，為了清晰起見(jiàn)，在圖3中對(duì)相似元件的詳述在此將不再重復(fù)，而著重描述圖3與圖7之間的差異。通常，圖3和圖7的兩個(gè)實(shí)施例基于兩電池之間電壓的差值將兩個(gè)電池并聯(lián)。圖3的實(shí)施例直接比較每個(gè)電池的Batt_A和Batt_B的電壓信號(hào)。
相反，圖7中的選擇器電路714接收分別表示流經(jīng)路徑797和路徑799的電流的I_A和I_B信號(hào)。路徑797與電池A和節(jié)點(diǎn)781相連，而路徑799與電池B和同一節(jié)點(diǎn)781相連。流經(jīng)路徑797、799的電流根據(jù)不同情況表示每個(gè)電池的充電電流或電池的放電電流。
I_A和I_B信號(hào)為來(lái)自充電器電路722的輸入。另外，I_A和I_B信號(hào)也可以為直接來(lái)自檢測(cè)器791、793的輸入，其分別檢測(cè)流經(jīng)路徑797、799的電流。例如，這些檢測(cè)器791、793可以為獨(dú)立的檢測(cè)電阻。選擇器電路714有接收各種電源的I_A和I_B信號(hào)的輸入端780-1和780-2。I_A和I_B信號(hào)接著傳輸給選擇器電路714的控制器715。
圖8所示為圖7所示的選擇器電路714的控制器715更具體的框圖。圖8的許多元件與圖4的元件相似且標(biāo)號(hào)相似。因此，為了清晰起見(jiàn)，對(duì)相似元件的詳述在此將不再重復(fù)，而詳盡描述圖4與圖8之間的差異。尤其是省略了圖4的選擇器電路714中的比較器CMP4和并聯(lián)電池使用電路476(以及相關(guān)的BATTCOMP和PBUE信號(hào))。
相反，選擇器電路714接收如前所詳述的輸入端780-1和780-2的I_A和I_B信號(hào)，且接著將這些信號(hào)提供給控制器715的選擇器輸出電路870。選擇器輸出電路870比較該I_A和I_B信號(hào)和一個(gè)電流門限電平I_TH，且基于該比較控制開(kāi)關(guān)SW3、SW4、SW5和SW6，將在此詳述。每個(gè)電池的電流門限電平I_TH可以相同。另外，電池A(I_THA)的電池B(I_THB)的電流門限電平I_TH也可以不同。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解各種比較I_A和I_B信號(hào)和電流門限電平I_TH或電平I_THA和I_THB的方法。例如，選擇器輸出電路870可以有一個(gè)比較電池A的I_A信號(hào)和一個(gè)I_THA信號(hào)的比較器，和另一個(gè)比較電池B的I_B信號(hào)和一個(gè)I_THB信號(hào)的比較器。
選擇器輸出電路870所作的這些比較將提供一個(gè)“低”或“高”電池電流信號(hào)給每個(gè)電池。一個(gè)“低”電流信號(hào)表示一個(gè)電流電平沿著合適的方向、且小于相關(guān)的門限電平，或沿著與期望電流相反的方向。與期望電流相反的方向的電流在電池傳送電流(在放電模式)時(shí)流向各個(gè)電池，或在電池接收電流(在充電模式)時(shí)從各個(gè)電池流出。
例如，若電池A處于放電模式，則期望電流方向?yàn)閺碾姵谹到系統(tǒng)。若表示電池A流出的電流的I_A信號(hào)小于一個(gè)I_TH電平，則將提供一個(gè)“低”電流控制信號(hào)給電池A。另外，不管流向電池A的電流電平為多少，其將提供一個(gè)“低”電流控制信號(hào)給電池A。充電電路722能夠提供表示電流幅值和方向的I_A和I_B信號(hào)給每個(gè)電池。另外，本領(lǐng)域所熟知的各種檢測(cè)器791、793也可直接給選擇器電路714提供電流幅值和方向。例如，若檢測(cè)器791、793為檢測(cè)電阻，則一個(gè)通過(guò)檢測(cè)電阻的正電壓壓降表示電流沿著某個(gè)方向，而一個(gè)負(fù)電壓壓降表示電流沿著另一個(gè)相反的方向。
若電流沿著合適的方向且大于相關(guān)的I_TH電平，則選擇器輸出電路870所作的比較將提供一個(gè)“高”電流信號(hào)給每個(gè)電池。
一旦對(duì)流向或來(lái)自每個(gè)電池的電流和各個(gè)門限電平進(jìn)行比較后，選擇器輸出電路870就發(fā)送合適的指令信號(hào)給開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)417。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)417響應(yīng)這些指令信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW3、SW4、SW5和SW6至閉合或斷開(kāi)(參考圖9和圖10的表格)，并當(dāng)并聯(lián)電池連接于一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)時(shí)提供防止內(nèi)部電池電流的保護(hù)。
與圖7和圖8相聯(lián)系，圖9的表格900所示為當(dāng)系統(tǒng)由一個(gè)直流電源而非電池供電時(shí)開(kāi)關(guān)SW1至SW6的各個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。因此，如表格900的每列所示，來(lái)自比較器CMP1的ACAV信號(hào)為高電平，且選擇器輸出電路870命令開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)417來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW1閉合、開(kāi)關(guān)SW2斷開(kāi)。
CHGEN信號(hào)在表格900中的每一列都為“高”，除了最后一列918。這樣，不僅直流電源存在，而且其它條件(直流電源的電壓大于VT2，且存在一個(gè)合適的輸入有效信號(hào)VINP1)都滿足提供高電平的CHGEN信號(hào)。如此，表格900的902列至916列允許進(jìn)行充電。
902列和904列中，USE_A和USE_B信號(hào)表示PMU期望使用電池A。如此，在這兩個(gè)例子中，電池B的開(kāi)關(guān)SW5和SW6都斷開(kāi)。若選擇器輸出電路870提供給電池A的電流信號(hào)為“低”，則充電電流流經(jīng)閉合的開(kāi)關(guān)SW3和二極管D4至電池A；若電池A的電流信號(hào)為“高”，則充電電流流經(jīng)閉合的開(kāi)關(guān)SW3和SW4至電池A。
906列和908列中，USE_A和USE_B信號(hào)表示PMU期望使用電池B。如此，在這兩個(gè)例子中，電池A的開(kāi)關(guān)SW3和SW4都斷開(kāi)。若電池B的電流信號(hào)為“低”，則充電電流流經(jīng)閉合的開(kāi)關(guān)SW5和二極管D6至電池B；若電池B的電流信號(hào)為“高”，則充電電流流經(jīng)閉合的開(kāi)關(guān)SW5和SW6至電池B。
910列至916列中，USE_A和USE_B信號(hào)表示PMU期望電池A和電池B并聯(lián)(在該例子中并聯(lián)充電)。910列中，選擇器輸出電路870提供給電池A和電池B電流信號(hào)都為“低”。從而，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)417分別驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW3閉合、SW4斷開(kāi)、SW5閉合和SW6斷開(kāi)。這樣，至電池A的充電電流流經(jīng)閉合的開(kāi)關(guān)SW3和并聯(lián)于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)SW4的二極管D4。同樣，至電池B的充電電流流經(jīng)閉合的開(kāi)關(guān)SW5和并聯(lián)于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)SW6的二極管D6。在這種情況下，當(dāng)電池A和電池B的電壓電平互相在另一個(gè)電池的某個(gè)小區(qū)間內(nèi)時(shí)，流向電池A和電池B的電流相當(dāng)。若電壓電平互相不在另一個(gè)電池的某個(gè)小區(qū)間內(nèi)，流向具有相對(duì)高的電壓的電池(例如，在一種情況下一個(gè)電池的電壓比另一個(gè)電池的電壓高約為0.1伏特)的電流可忽略不計(jì)。
912列中，電池A的電流信號(hào)為“高”，電池B的電流信號(hào)為“低”。這種情況表示電池B的電壓高于電池A的電壓，因此，將有不期望的內(nèi)部電流從電池B流向電池A。因?yàn)殡姵谺提供內(nèi)部電流給電池A，電池B的凈電流電平可減小至門限電流電平I_TH以下，從而導(dǎo)致電池B電流信號(hào)為“低”。有利的是，在這種情況下，選擇器電路714能斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW6，閉合開(kāi)關(guān)SW5。二極管D6反向偏壓于電池B，從而防止在這種情況下不期望的內(nèi)部電流從電池B流向電池A。
914列中，電池A的電流信號(hào)為“低”，電池B的電流信號(hào)為“高”。從而，選擇器電路714斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW4，閉合開(kāi)關(guān)SW3。因此，在這種情況下，通過(guò)二極管D4反向偏壓于電池A來(lái)防止內(nèi)部電流從電池A流向電池B。
916列所示為電池A和電池B的電流信號(hào)都為“高”時(shí)的一種常規(guī)電池充電模式。因此，選擇器電路714閉合開(kāi)關(guān)SW3、SW4、SW5和SW6從而使得在這種情況下對(duì)兩個(gè)相并聯(lián)的電池充電。該“高”電池A和電池B的控制信號(hào)表示電池A和電池B的電壓電平互相在另一個(gè)電池的可接受范圍內(nèi)，因此無(wú)需防止內(nèi)部電池電流。當(dāng)然，一旦流向任一電池的電流太低，則相應(yīng)的開(kāi)關(guān)將斷開(kāi)(如912列和914列所示)，從而防止從具有相對(duì)較高電壓的電池到較低電壓的電池的交叉?zhèn)鲗?dǎo)。
與圖7和圖8相聯(lián)系，圖10的表格1000所示為一些電池組給該系統(tǒng)供電時(shí)開(kāi)關(guān)SW1至SW6的各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
1010列至1016列中，USE_A的USE_B信號(hào)表示PMU期望將電池A和電池B并聯(lián)(在這種情況下并聯(lián)放電)。1010列中，選擇器輸出電路870提供給電池A和電池B的電流信號(hào)都為“低”。從而，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)417驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW3斷開(kāi)、開(kāi)關(guān)SW4閉合、SW5斷開(kāi)和開(kāi)關(guān)SW6閉合。如此，即為一種電池供電二極管模式，且在這種情況下，電池A或電池B中具有相對(duì)較高電壓電平的電池將經(jīng)由二極管D3或D5給該系統(tǒng)供電。
1012列中，電池A的電流信號(hào)為“高”，電池B的電流信號(hào)為“低”。這種情況表示電池A的電壓大于電池B的電壓，從而將有不期望的內(nèi)部電流從電池A流向電池B。因?yàn)殡姵谹可能提供內(nèi)部電流給電池B，所以在這種放電模式下，電池B的凈電流電平可減小至門限電流電平I_TH以下，從而導(dǎo)致電池B的電流信號(hào)為“低”。有利的是，在這種情況下，選擇器電路714能斷開(kāi)SW5、閉合SW6。二極管D5反向偏壓于電池A，從而在這種情況下可防止不期望的內(nèi)部電流從電流A流向電池B。電池B仍能夠通過(guò)二極管D5提供放電電流給該系統(tǒng)。然而，若電池B的輸出電壓下降至一個(gè)最小輸出電壓電平以下而導(dǎo)通偏置的二極管D5，則電池B將不能給該系統(tǒng)提供電流，而所有電流由電池A提供給該系統(tǒng)。
1014列中，電池A的電流信號(hào)為“低”，電池B的電流信號(hào)為“高”。因此，選擇器電路714斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW3、閉合開(kāi)關(guān)SW4。二極管反向偏壓于電池B，從而在這種情況下可防止不期望的內(nèi)部電流從電池B流向電池A。電池A仍能夠通過(guò)二極管D3提供放電電流給該系統(tǒng)。然而，若電池A的輸出電壓下降至一個(gè)導(dǎo)通偏置二極管D3的最小輸出電壓電平以下，則電池A將不能給該系統(tǒng)提供電流，而所有電流將由電池B提供給該系統(tǒng)。
1016列所示為電池A和電池B的電流信號(hào)都為“高”時(shí)的一種常規(guī)電池放電模式。因此，選擇器電路714閉合開(kāi)關(guān)SW3、SW4、SW5和SW6，從而使得在這種情況下兩個(gè)相并聯(lián)的電池常規(guī)放電。該“高”電池A和電池B的控制信號(hào)表示電池A和電池B的電壓電平互相在另一個(gè)電池的可接受范圍內(nèi)，因此無(wú)需防止內(nèi)部電池電流。當(dāng)然，一旦流向任一電池的電流太低，則相應(yīng)的開(kāi)關(guān)將斷開(kāi)(如1012列和1014列所示)，從而防止從具有相對(duì)較高電壓的電池到較低電壓的電池的交叉?zhèn)鲗?dǎo)。
圖11A至11C所示為如上所詳述的電池A和電池B處于電池放電模式下選擇器電路714的開(kāi)關(guān)圖式的另一個(gè)實(shí)施例。圖11A所示為電池A和電池B的常規(guī)并聯(lián)放電。電池A經(jīng)由閉合的開(kāi)關(guān)SW3和SW4且沿著路徑1197提供電池Ia，電池B經(jīng)由閉合的開(kāi)關(guān)SW5和SW6且沿著路徑1199提供電流Ib給該系統(tǒng)。電流Ia和Ib在節(jié)點(diǎn)1181處疊加后將提供一個(gè)系統(tǒng)電流，該系統(tǒng)電流等于電流Ia和Ib之和。只要電流Ia和Ib分別保持大于各自的門限電流電平，則選擇器電路714保持開(kāi)關(guān)SW3、SW4、SW5和SW6閉合，如圖10中1016列所示。
圖11B所示為電池B提供一個(gè)電流Ia給電池A時(shí)的一種不可接受的交叉?zhèn)鲗?dǎo)狀態(tài)。該情況在電池A放電比電池B快時(shí)發(fā)生。若所有開(kāi)關(guān)SW3、SW4、SW5和SW6都保持閉合，則電流A提供的電流將逐漸地減小。另外，電池B提供的部分電流在特定的時(shí)刻將被反向，且流向電池A，最后的凈電流將流向電池A而非從電池A流出。
圖11C所示為選擇器電路714的內(nèi)部邏輯如何避免圖11B中不期望的情況。若電池A的放電電流下降至其相關(guān)的門限放電電流電平以下(見(jiàn)圖10中1014列)，則選擇器電路714的選擇器輸出電路870驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW3斷開(kāi)。因此，電池A仍能夠通過(guò)閉合的開(kāi)關(guān)SW4和并聯(lián)于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)SW3的二極管D3給該系統(tǒng)提供電流。有利的是，二極管D3反向偏壓于電池B從而防止電池B到電池A的交叉?zhèn)鲗?dǎo)。另外，若電池A的輸出電壓下降至一個(gè)導(dǎo)通偏置的二極管D3的最小輸出電壓電平以下，則電池A將不能給該系統(tǒng)提供電流，而總電流由電池B提供給該系統(tǒng)。
在此所述的實(shí)施例只是采用本發(fā)明的其中幾個(gè)，但并不受限于本發(fā)明。顯而易見(jiàn)，還存在其它本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解的并不脫離附加的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一個(gè)供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)包括一個(gè)與一個(gè)第一電池相連的第一路徑；一個(gè)與一個(gè)第二電池相連的第二路徑，所述第一路徑與所述第二路徑連接于一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)；與所述第一路徑相連的一個(gè)第一開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)使得所述第一電池選擇性地與一個(gè)負(fù)載相連，從而對(duì)所述第一電池放電；與所述第二路徑相連的一個(gè)第三開(kāi)關(guān)和一個(gè)第四開(kāi)關(guān)，所述第三開(kāi)關(guān)和所述第四開(kāi)關(guān)使得所述第二電池選擇性地與所述負(fù)載相連，從而對(duì)所述第二電池放電；和一個(gè)選擇器電路，若所述第一電池的第一放電電流電平大于一個(gè)第一放電門限電平且所述第二電池的第二放電電流電平大于一個(gè)第二放電門限電平，則所述選擇器電路閉合所述第一、第二、第三和第四開(kāi)關(guān)，從而對(duì)相并聯(lián)的所述第一電池和所述第二電池放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其中所述第一放電門限電平等于所述第二放電門限值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其中所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)還使得所述第一電池選擇性地與一個(gè)直流電池相連，從而對(duì)所述第一電池充電；其中所述第三開(kāi)關(guān)和所述第四開(kāi)關(guān)還使得所述第二電池選擇性地與所述直流電源相連，從而對(duì)所述第二電池充電；和其中若所述直流電源提供給所述第一電池的第一充電電流電平大于一個(gè)第一充電門限電平且所述直流電源提供給所述第二電池的第二充電電流電平大于一個(gè)第二充電門限電平，所述選擇器電路將閉合所述第一、第二、第三和第四開(kāi)關(guān)，從而對(duì)相并聯(lián)的所述第一電池和所述第二電池充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供電系統(tǒng)，其中所述第一充電門限電平等于所述第二充電門限電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)還包括一個(gè)與所述第一開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第一二極管、一個(gè)與所述第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第二二極管、一個(gè)與所述第三開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第三二極管和一個(gè)與所述第四開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第四二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)還包括一個(gè)與所述第一開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第一二極管、一個(gè)與所述第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第二二極管、一個(gè)與所述第三開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第三二極管和一個(gè)與所述第四開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第四二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的供電系統(tǒng)，其中所述第一二極管反向偏壓于所述第二電池，且若所述第一放電電流電平小于所述第一放電門限電平，所述選擇器電路將斷開(kāi)所述第一開(kāi)關(guān)、閉合所述第二開(kāi)關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的供電系統(tǒng)，其中所述第二二極管反向偏壓于所述第一電池，且若所述第一充電電流電平小于所述第一充電門限電平，所述選擇器電路將斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)、閉合所述第一開(kāi)關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的供電系統(tǒng)，其中所述第三二極管反向偏壓于所述第一電池，且若所述第二放電電流電平小于所述第二放電門限電平，所述選擇器電路將斷開(kāi)所述第三開(kāi)關(guān)、閉合所述第四開(kāi)關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的供電系統(tǒng)，其中所述第四二極管反向偏壓于所述第二電池，且若所述第二充電電流電平小于所述第二充電門限電平，所述選擇器電路還斷開(kāi)所述第四開(kāi)關(guān)、閉合所述第三開(kāi)關(guān)。
11.一種電子裝置，所述電子裝置包括一個(gè)與一個(gè)第一電池相連的第一路徑；一個(gè)與一個(gè)第二電池相連的第二路徑，所述第一路徑和所述第二路徑連接于一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)；與所述第一路徑相連的一個(gè)第一開(kāi)關(guān)和一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)使得所述第一電池選擇性地與所述電子裝置的一個(gè)系統(tǒng)相連，從而對(duì)所述第一電池放電；與所述第二路徑相連的一個(gè)第三開(kāi)關(guān)和一個(gè)第四開(kāi)關(guān)，所述第三開(kāi)關(guān)和所述第四開(kāi)關(guān)使得所述第二電池選擇性地與所述系統(tǒng)相連，從而對(duì)所述第二電池放電；和一個(gè)選擇器電路，若所述第一電池的第一放電電流電平大于一個(gè)第一放電門限電平且所述第二電池的第二放電電流電平大于一個(gè)第二放電門限電平，則所述選擇器電路閉合所述第一、第二、第三和第四開(kāi)關(guān)，從而對(duì)相并聯(lián)的所述第一電池和所述第二電池放電。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子裝置，其中所述第一放電門限電平等于所述第二放電門限電平。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子裝置，其中所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)還使得所述第一電池選擇性地與一個(gè)直流電源相連，從而對(duì)所述第一電池充電；其中所述第三開(kāi)關(guān)和所述第四開(kāi)關(guān)還使得所述第二電池選擇性地與所述直流電源相連，從而對(duì)所述第二電池充電；和其中若所述直流電源提供給所述第一電池的第一充電電流電平大于一個(gè)第一充電門限電平且所述直流電源提供給所述第二電池的第二充電電流電平大于一個(gè)第二充電門限電平，所述選擇器電路將閉合所述第一、第二、第三和第四開(kāi)關(guān)，從而對(duì)相并聯(lián)的所述第一電池和所述第二電池充電。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子裝置，其中所述第一充電門限電平等于所述第二門限電平。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子裝置，所述電子裝置還包括一個(gè)與所述第一開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第一二極管、一個(gè)與所述第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第二二極管、一個(gè)與所述第三開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第三二極管和一個(gè)與所述第四開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第四二極管。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子裝置，所述電子裝置還包括一個(gè)與所述第一開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第一二極管、一個(gè)與所述第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第二二極管、一個(gè)與所述第三開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第三二極管和一個(gè)與所述第四開(kāi)關(guān)并聯(lián)的第四二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子裝置，其中所述第一二極管反向偏壓于所述第二電池，且若所述第一放電電流電平小于所述第一放電門限電平，所述選擇器電路將斷開(kāi)所述第一開(kāi)關(guān)、閉合所述第二開(kāi)關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子裝置，其中所述第二二極管反向偏壓于所述第一電池，且若所述第一充電電流電平小于所述第一充電門限電平，所述選擇器電路將斷開(kāi)所述第二開(kāi)關(guān)、閉合所述第一開(kāi)關(guān)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中所述第三二極管反向偏壓于所述第一電池，且若所述第二放電電流電平小于所述第二放電門限電平，所述選擇器電路將斷開(kāi)所述第三開(kāi)關(guān)、閉合所述第四開(kāi)關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子裝置，其中所述第四二極管反向偏壓于所述第二電池，且若所述第二充電電流電平小于所述第二充電門限電平，所述選擇器電路將斷開(kāi)所述第四開(kāi)關(guān)、閉合所述第三開(kāi)關(guān)。
21.一種確保并聯(lián)電池安全工作的方法，所述方法包括接收一個(gè)來(lái)自一個(gè)相關(guān)電源管理單元的控制信號(hào)，所述控制信號(hào)表示期望至少并聯(lián)一個(gè)第一電池和一個(gè)第二電池于一公共節(jié)點(diǎn)；接收一個(gè)第一電流信號(hào)，所述第一電流信號(hào)表示流經(jīng)所述第一電池和所述公共節(jié)點(diǎn)之間的第一路徑的電流電平；接收一個(gè)第二電流信號(hào)，所述第二電流信號(hào)表示流經(jīng)所述第二電池和所述公共節(jié)點(diǎn)之間的第二路徑的電流電平；比較所述第一電流信號(hào)與一個(gè)第一門限電流電平，和所述第二電流信號(hào)與一個(gè)第二門限電流電平；和若所述第一電流信號(hào)大于所述第一門限電流電平且所述第二電流信號(hào)大于所述第二門限電流電平，將相并聯(lián)的所述第一電池和所述第二電池連接于所述公共節(jié)點(diǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，所述方法還包括若所述第二電流信號(hào)小于所述第二門限電流電平，防止放電電流從所述第一電池流向所述第二電池。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，所述方法還包括若所述第一電流信號(hào)小于所述第一門限電流電平，防止充電電流從所述第一電池流向所述第二電池。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在電子裝置的一個(gè)直流電源和多個(gè)電池之間進(jìn)行選擇的選擇器電路。該選擇器電路響應(yīng)一個(gè)來(lái)自相關(guān)電源管理單元的輸出信號(hào)。該選擇器電路還允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的電池并聯(lián)工作。該選擇器還能獨(dú)立檢驗(yàn)電源狀況并在某些情況下忽略PMU的任何指令來(lái)增強(qiáng)供電安全和延長(zhǎng)電池使用時(shí)間(例如通過(guò)防止從具有相對(duì)較高電壓的電池流向與其相并聯(lián)的具有相對(duì)較低電壓的電池的內(nèi)部電池電流)。本發(fā)明還提供了一種包括上述選擇器電路的供電模塊和一個(gè)包括該供電模塊的電子裝置。該選擇器電路可以和一個(gè)充電電路集成于同一個(gè)集成電路上。
文檔編號(hào)H02J7/34GK1578045SQ200410045370
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月3日
發(fā)明者康斯坦丁·布克, 法拉·坡貝斯庫(kù)-斯塔內(nèi)斯緹, 瑪利安·尼古拉 申請(qǐng)人:美國(guó)凹凸微系有限公司