專利名稱：具有自適應功率管理的充電系統的制作方法
具有自適應功率管理的充電系統
優(yōu)先權要求本申請請求2011年4月25日提交的美國臨時專利申請No. 61/478，575、2012年2月28日提交的美國臨時專利申請No. 61/604，226、2012年3月29日提交的美國臨時專利申請No. 61/679,609的權利和優(yōu)先權，并且是2012年3月15日遞交的美國非臨時專利申請No. 13/421,836的部分連續(xù)申請，這些申請中的每一個均整體結合在此作為參考。
附圖介紹

圖1是根據本發(fā)明一個實施例的帶有自適應功率管理的充電系統的功能框圖；圖2是圖1的自適應充電控制器的更詳細功能框圖；圖3是圖2的自適應功率管理(APM)控制模塊的一個實施例的更詳細功能框圖；圖4是根據本發(fā)明的一個實施例的圖3的最大功率點跟蹤(MPPT)模塊的更詳細功能框圖；圖5是示出根據本發(fā)明的一個實施例的圖4的MPPT模塊的操作的時序圖；圖6是由圖3的APM控制模塊和圖2的PWM控制器所執(zhí)行的控制過程的流程圖，用于使根據本發(fā)明的一個實施例來最大化圖1的AC適配器所提供的輸出功率。圖7A和7B是示出在圖6的控制過程期間所產生的輸入電壓和輸入電流的時序圖；圖8是更詳細地示出根據本發(fā)明一個實施例的圖2的自適應充電控制器的操作的功能示意圖；圖9是示出根據本發(fā)明的一個實施例的圖2的自適應充電控制器在MPPT模式中的操作以從圖1的AC適配器中獲取最大功率的輸入電流、輸入電壓和輸入功率圖。
具體實施例方式例如智能手機、平板電腦和手提電腦之類的便攜式電子設備具有為設備內的電子電路供電的電池。此外，這些設備還可以通過使用公知的AC適配器而由家用交流(AC)電力供電，AC適配器插入墻壁中并將AC功率信號轉換為直流(DC)信號以為設備提供所需電力。由AC適配器所提供的電流用于為電子設備的電池進行充電，以及對設備的電子電路進行供電。通常，每個電子設備使用為該設備專門設計的專用AC適配器。例如，電子設備可能需要5瓦(W)功率，使得AC適配器在5伏(V)電壓下提供I安(A)電流，從而在一特定時間內為電子設備的電池進行充電。如果采用帶有第二AC適配器的這種電子設備，例如該第二 AC適配器額定為僅2. 5瓦，并僅能在5V時提供5A的最大電流，則這會引起第二 AC適配器的過載負載情況和后續(xù)斷開。由此，每個電子設備都需要僅為其設計的自有專用AC適配器。在操作中，當對電子設備中的電池進行充電時，由AC適配器、提供絕大多數電流輸出。例如，如果AC適配器中的電流輸出1A,則O. 05-0.1A可以用于為電子設備中的電子電路供電，且其余的O. 9-0. 95A被用于為電池充電。這種情況僅存在于電池充電非常低時，但是當電池已經充滿電或基本充滿電時，從AC適配器汲取的實際電流將通常近似于電子設備中的電子電路的所需功率，即本實施例中的O. 05-0. 1A。理想地，AC適配器或其他輸入電源(例如太陽能陣列板)這樣操作提供可從適配器獲得的最大數量的能量，而不管由電子設備施加在適配器上的負載中的這些變化。通過使由AC適配器提供的功率數量最大化，電子設備中電池的充電時間被最小化。由于操作AC適配器以提供最大化的功率確保了最大量電流為電池充電，因此這是正確的?，F在參照圖1，根據本發(fā)明一個實施例的充電系統10的功能框圖，該充電系統10帶有包括最大功率點跟蹤的自適應功率管理。充電系統10包括充電控制單元12，其可控地為可充電電源和電子系統或設備之一或兩者提供從外部電源產生的DC電壓Vtot和電流IOTT。外部電源采取常規(guī)AC適配器16的形式，其將由AC電源18提供的交流電流(AC)和電壓轉換為直流電流Iqa和DC電壓VQA。DC電壓Vqa和電流Iqa是到充電控制單元12的“輸入”，由此可在本說明書中被稱為的輸入電壓和電流，并且對應的功率(即，Pm = V0A*I0A)作為輸入功率。類似地，從充電控制單元12提供或“輸出” DC電壓Vtot和電流IOT，它們可被看作本說明書中的輸出電流和電壓。如圖1所示，充電控制單元12的輸入節(jié)點24接收DC電壓Vqa和電流IQA，并在充電控制單元的輸出節(jié)點26上提供DC電壓Vqut和電流IQUT。AC電源18可以是常規(guī)的民用或商用電氣服務、常規(guī)發(fā)電機，等。在一個實施例中，充電控制單元12被實現在(即，被放置于)電子設備14內，雖然在其他實施例中充電控制單元12可以與電子設備14分離(即，分開放置和/或遠離)。例如，電子設備14是便攜式電子設備，如膝上計算機或筆記本計算機、平板計算機或其他平板設備、手持電子設備、移動電話或智能電話，等等。在替換實施例中，電子設備14可以是非便攜式電子設備。電子設備14包括消耗電能的一個或多個電子電路和/或子系統，在圖1中這種電子設備或子系統被示為單個系統負載20。系統負載20對應于電子電路，例如顯示器、觸摸屏、無線網絡(W1-Fi)適配器，等等，其中包括系統負載的電子設備14是智能電話、平板計算機、膝上計算機、或其他類似的便攜式電子設備。電子設備14還包括可充電電源22，其可以是或可以包括一個或多個常規(guī)可充電電池、一個或多個電容，等。在操作中，AC適配器16為充電控制單元12提供DC電壓電流Im，充電控制單元12接著在必要時可操作為由此產生提供給系統負載20和可充電電源22的DC電壓Vqa和DC電流IQA。充電控制單元12的輸入節(jié)點24接收輸入電壓Vqa和電流Im，在圖1中輸入電壓Vm和電流Im也被示為輸入電壓VIIN和輸入電流IIN。當AC適配器16從充電控制單元12解耦時，可充電電源22通過二極管Dl提供系統負載20所需的DC電壓Vqut和DC電流Ιουτ。充電控制單元12包括自適應充電控制器28和DC至DC變換器29。在圖1的實施例中，DC至DC變換器29是降壓變換器(即，具有降壓變換器拓撲結構)，并包括功率MOS晶體管形式的開關SI和S2、電感L和電容C。自適應充電控制器28分別向開關SI和S2施加互補的脈沖寬度調制(PWM)控制信號PWMI和PWMV。降壓DC至DC變換器29的工作由本領域技術人員所熟知，并由此出于簡潔且不模糊此處所述之本發(fā)明的實施例之目的，將僅僅簡述該操作。在操作中，自適應充電控制器28產生互補的脈沖寬度調制(PWM)控制信 號PWMI和PWMV，從而交替導通和斷開開關SI和S2，以生成所期望的輸出電壓VOT?？刂菩盘朠WMI和PWMV是互補的，由此以互補方式來操作開關SI和S2，意味著當控制信號PWMI使開關SI導通時，控制信號PWMV使開關S2斷開。相反，當控制信號PWMI使開關SI斷開時，控制信號PWMV使開關S2導通?？刂菩盘朠WMI和PWMV是脈沖寬度調制信號，其控制變換器29產生施加到系統負載20的所期望輸出電壓VQUT。當開關SI導通時，能量被存儲在電感L中并被提供給負載20。相反地，當開關SI斷開而開關S2導通時，電感L通過開關S2耦接跨越負載，且存儲在電感L中的能量被傳送至負載20。PWMI和PWMV信號具有相關周期T，且這些信號的占空比D決定了輸出電壓Vott的值，其中，如本領域技術人員所熟知的，占空比被定義為開關SI的導通時間(Tqn)除以周期T(Tqn/T)。自適應充電控制器28感測多個不同信號，并將這些所感測的信號應用于控制所產生的控制信號PWMI和PWMV的占空比D，以產生所期望的輸出電壓V·和電流ITOT。充電控制單元12還包括由輸入電流感測電阻Rin和差分放大器30所組成的輸入電流傳感器，用 于感測充電控制單元12的輸入電流Iin，并注意到，如圖1所示，輸入電流Iin也是由AC適配器16提供的輸出電流IM。電流感測放大器30的輸出是電壓VIN，電壓Vin具有與輸入電流Iin成比例的值。充電控制單元12還感測輸入電壓VIN。在替換實施例中，可以使用一個或多個其他常規(guī)電流和/或電壓傳感器來確定輸入電流Iin和輸入電壓VIN。充電控制單元12還包括由電阻Rott和差分放大器32所組成的輸出電流傳感器。放大器32的輸出是電壓Viout,電壓Vmut與充電控制單元12所提供的輸出電流Iot成比例。在替換實施例中，可以使用一個或多個其他常規(guī)電流和/或電壓傳感器來分別確定充電控制單元12的輸出電流Itot和輸出電壓在任何情況下，充電控制單元12都感測輸入電壓和電流VIN、IIN以及輸出電壓和電流Vtm、1?！涸趫D1的實施例中，充電控制單元12還控制功率金屬氧化物半導體(MOS)晶體管T，從而在電源幾乎完全放電時限制充電電流IaT流入可充電電源22。當可充電電源22的電壓非常低時(即，當可充電電源幾乎完全放電時)，充電控制單元12以線性模式控制晶體管T，使得從輸出電壓Votit所在的輸出節(jié)點流出的充電電流Iqi不會引起輸出電壓的過多的減小或“降低”。一旦可充電電源22的電壓增加至更接近于輸出電壓Vott的值(諸如，當可充電電源的電壓已增加至其操作電壓的75 %時)，充電控制單元12此后使晶體管T完全導通，從而允許以最大充電電流Iai為可充電電源22進行充電。雖然在圖1的實施例中，DC至DC變換器29具有降壓變換器拓撲結構，在其他實施例中也允許采用其他拓撲結構。例如，在本發(fā)明的替換實施例中，DC至DC變換器29具有升降壓(Buck-Boost)、升壓(Boost)或庫克(Cuk)或其他適合的拓撲結構。在這些替換實施例中，如本領域技術人員所熟知的，自適應充電控制器28操作以產生所期望的控制信號以控制DC至DC變換器29的操作?，F在參照圖2，該圖是圖1的自適應充電控制器28的更詳細功能框圖。在圖2所示的實施例中，自適應充電控制器28包括脈沖寬度調制(PWM)控制器40，其從多個模式控制模塊42-50接收控制信號并產生脈沖寬度調制控制信號PWMI和PWMV，從而控制由充電控制單元12所提供的輸出電流Itot和輸出電壓VTOT。PWM控制器40還產生控制信號PWMC以控制晶體管T的操作，由此控制作為充電電流Ira被提供給可充電電源22的的輸出電流Itm的數量或部分，并且更詳細地用于當可充電電源上的電壓幾乎完全放電時限制該充電電流。在所示實施例中，模式控制模塊42-50包括恒壓(CV)控制模塊42、恒流(CC)控制模塊44、消流充電(TR)控制模塊46、動態(tài)功率管理(DPM)控制模塊48、以及自適應功率管理(APM)控制模塊50。自適應充電控制器28操作在多個不同模式中，每個模式都響應于并由不同控制模塊42-50所控制。在恒壓CV、恒流CC、消流TR和靜態(tài)功率管理(SPM)模式中的DC至DC變換器的操作是本領域技術人員所熟知的，并由此出于簡潔目的將不會在此處詳述。簡潔地，CV控制模塊42控制PWM控制器40的操作，由此控制信號PWMI和PWMV使充電控制單元12在恒定輸出電壓Vot下產生輸出電流IOT。CC控制模塊44控制PWM控制器40的操作，由此控制信號PWMI和PWMV以致使充電控制單元產生恒定輸出電流Itot的方式來工作。消流充電TR控制模塊46控制PWM控制器40的操作，以產生控制信號PWMI和PWMV，控制信號PWMI和PWMV使充電控制單元12以慢速的可控充電速率(即，以“消流”方式)對可充電電源22進行充電。靜態(tài)功率管理(SPPM)控制模塊48控制信號PWMI和PWMV以如下方式工作在需要更多輸出電流Iot的快速暫態(tài)事件期間減小輸出電壓Vott “降低”。如本領域技術人員所熟知的，在操作的SPPM模式中，只要可充電電源兩端的電壓大于為系統負載20正常供電所需的最小閾值，可充電電源22就連接到輸出節(jié)點26 (圖1)。以這種方式，可充電電源22提供輸出電流Itm的一部分，并在系統負載20所發(fā)生的某些暫態(tài)情況的事件中，對于輸出電流Iott的需要增加而超過AC適配器16所提供的電流(即大于輸入電流Iin)，此后可充電電源22和AC適配器16聯合操作以提供所需的輸出電流。當可充電電源22兩端的電壓低于為系統負載20正常供電的最小閾值時，可充電電源與輸出節(jié)點26(圖1)隔離，并通過TR控制模塊46以“消流”模式進行充電。當輸入電壓Vin和輸入電流Iin存在某些操作狀態(tài)時，APM控制模塊50控制PWM控制器40以產生控制信號PWMI和PWMV。尤其特殊地，如下文將詳述的，當輸入電壓Vin下降到低于電壓閾值或當輸入電流Iin超過電流閾值時，APM控制模塊50以APM模式來控制PWM控制器40。例如，這種情況發(fā)生在當系統負載20和可充電電源22的組合所需要的輸出電流I·超過可從AC適配器16獲得的輸入電流Iin時(即，所需的輸入電流Iin超過AC適配器16所能提供的最大輸出電流Im時)。如本領域技術人員所熟知的，這種輸入電壓Vin的下降顯示輸入電流Iin變得太大，使得輸入電壓開始“崩潰”。圖3時示出了圖2的APM控制模塊50的一個實施例的更詳細功能框圖。在所示實施例中，APM控制模塊50包括接收輸入電壓Vin (圖1)和輸入電流信號Vin (圖1)的最大功率點追蹤(MPPT)模塊52。如下文將更加詳述的，MPPT模塊52可操作以產生響應于輸入電壓Vin和電流Iin的參考控制信號VK。輸入動態(tài)功率管理(IDPM)控制模塊54可以常規(guī)模式來響應于參考控制信號Vk并響應于輸出電流信號Vimjt和輸出電壓Vmjt中的一個或多個進行操作，以控制PWM控制器40 (圖2)來以如下方式產生控制信號PWM1、PWMV和PWMC :優(yōu)先將輸出電流Iott提供給系統負載20，并將剩余輸出電流Iotit作為充電電流Iai為可充電電源22進行充電。如本領域技術人員所熟知，IDPM控制模塊54還可操作為響應于輸入電壓Vin下降到低于閾值Vin DPM而減小輸出電流，從而防止輸入電壓降低過多。圖4是圖3的MPPT模塊52的一個實施例的方框圖。在所示實施例中，MMPT模塊52包括比較器58，比較器58具有接收輸入電壓Vin的一個輸入和接收輸入閾值Ve的另一輸入。輸入閾值Ve對應于AC適配器16 (圖1)的輸出電Svm,如前面所述,輸出電壓Vm是圖1的充電控制單元12的輸入電壓VIN。因此，比較器58確定輸入電壓Vin是否下降到低于輸入閾值Ve，仍如上面所述，當AC適配器16的輸出電壓Vm ( S卩，輸入電壓Vin)下降到低于輸入閾值Ve時，IDPM控制模塊54(圖3)被激活。比較器58示意性地被設計為具有一定量的滯后，從而當輸入電壓Vin ( S卩，來自AC適配器16的輸出電壓Vqa)下降到低于輸入閾值Ve時，比較器58產生激活使能信號E,相反地，當輸入電壓Vin增加到大于輸入閾值Ve和滯后電壓Vh的和(Vin > VE+VH1)時，比較器58產生失效使能信號E。可替換地，比較器58可以被配置為當表示輸入電流Iin數值的輸入電流信號Vin增加至大于輸入閾值Ve時產生激活使能信號E，并當輸入電流信號Iin減小到低于輸入閾值Ve與滯后電壓Vh的差值的電壓時驅動使能信號E失效。在這種情況中，輸入閾值Ve和滯后電壓Vh與來自AC適配器16的IM/IIN相關的電流閾值有關，而在前面的情況中，這都與AC適配器的輸出電壓Vm相關的電壓閾值有關。MPPT模塊52還包括自適應增益和濾波電路60，自適應增益和濾波電路60在一個輸入上接收輸入電壓Vin(即，對應于適配器16的輸出電壓)，并產生調整電壓Va作為輸出。 調整電SVa被提供至常規(guī)模數轉換器(ADC)電路62的一個輸入。另一個自適應增益和濾波電路64在一個輸入上接收輸入電流信號VIN(即，電壓信號,具有對應于AC適配器16的輸出電流Im的值)，并產生已調整電流信號Via作為輸出，已調整電流信號Via示意性地是一電壓信號，其具有與由自適應增益和濾波電路62所調整的AC適配器16的輸出電流相對應的值。將已調整電流信號Via提供至ADC電路62的另一輸入。ADC電路62可操作為常規(guī)方式，以將已調整模擬信號\和Via轉換為在ADC電路62各個分立輸出上提供的相應數字信號Vad和VIAD。此后ADC電路62的Vad輸出被提供至常規(guī)數字倍增電路66的一個輸入，并還被提供至自適應增益和濾波電路60的另一輸入。ADC電路62的Viad輸出被提供至數字倍增電路66的另一輸入，并還被提供至自適應增益和濾波電路64的另一輸入。在一個替換實施例中，ADC電路62是10比特模數轉換器，使得完整的計數范圍是1024(即，21(1)，雖然ADC電路替換地可以具有更多或更少比特的分辨率。ADC電路62接收由比較器58產生的使能信號E，ADC電路62由此可操作以僅當使能信號E被激活時(諸如，當輸入電壓Vin的值足夠小于閾值Ve或輸入電流Iin足夠大于閾值Ve的值時)將模擬信號VA、Via轉換為數字信號。相反地，當使能信號E被失效時(諸如，當輸入電壓Vin的值足夠大于閾值Ve或當輸入電流Iin的值足夠小于閾值￥￡時)，ADC電路62被失效，并由此不操作為轉換模擬信號VA、VIA。在這種情況下，由于自適應充電控制器在這種情況中操作在被其他控制模塊42-48(圖2)中的一個所控制的模式中，APM控制模塊50(圖3)的輸出不會影響自適應充電控制器28(圖1)的操作。在這種情況下，ADC電路62的輸出因此可以被設定為默認值，該默認值使得從MPPT模塊52的輸出VR不會影響IDPM單元54的操作，和/或該默認值使得IDPM單元54的輸出不會影響自適應充電控制器28的操作。示意性地提供每個自適應增益和濾波電路60、64的濾波部分，以去除在模擬輸入信號Vin和Viin上可能存在的噪音。在這一點上，在MPPT模塊52的一個實施例中，每個自適應增益和濾波電路60、64均是常規(guī)的低通濾波器。在其他實施例中，自適應增益和濾波電路60、64可以是其他公知類型的信號濾波電路。已濾波模擬信號Vin和Viin此處分別可以稱作F(Vin)和F(Viin)，并且對應于在由電路60、64將增益應用于這些信號之前的已濾波模擬信號。
每個自適應增益和濾波電路60、64的自適應增益部分示意性地配置為將自適應確定的增益應用于(例如，作為倍增)已濾波模擬輸入信號F (Vin)和F(Viin),使得每個作為結果的已調整模擬信號乂4和Via的值都落入由預定低值和高值所確定的窗口內。為了示出自適應增益和濾波電路60、64的操作，由增益和濾波電路60施加在已濾波模擬信號F(Vin)上的增益此處將被標記為G6tl，而由增益和濾波電路64施加在已濾波模擬信號F(Viin)上的增益此處將被標記為G64。由此,根據這些標記，Va = G6(i*F (Vin) , Via = G64*F (Viin)。每個自適應增益和濾波電路60、64示意性地被設計為將ADC電路62的各個輸出與預定低值和高值進行比較，并且如果ADC電路62的各個輸出高于預定高值則減小其增益值，而如果ADC電路62的各個輸出低于預定低值則增加其增益值。應該理解被用于自適應增益和濾波電路60的低值和高值之一或二者可以與那些被用于自適應增益和濾波電路64的低值和高值之一或二者相同，也可以不同，這些低值和高值在不同實施例中可以通過各·種不同方式來選擇。還應該理解電路60、64可以被配置為增加或減小其各自的增益值達相同或不同量，并且在每個電路內增益所增加的量可以與增益所減小的量相同，也可以不同。電路60、64的任意一個或兩者所增加和/或減小其各自增益值的量可以在用于不同MPPT模塊52的實施例之間變化。在自適應增益和濾波電路60、64的自適應增益部分的一個示意性實例中，每個電路60、64的預定低值是ADC電路62的整個范圍(即，ADC電路62的最大計量值)的25%，且每個電路60、64的預定高值是ADC電路62的整個范圍的75%，并且每個增益值G6tl和G64所增加或減小的量是電流增益值的1/2。使用10比特ADC電路62的示例，這種ADC電路62的整個范圍是1024。因此預定低值為(O. 25*1024) = 256，預定高值為(O. 75*1024)=768。在自適應增益和濾波電路60、64的該示例實施方式中，每個電路60、64由此通過將Va和Via的計數值分別與256和768進行比較而完全相同地操作。如果Va的計數值小于256，則增益值G60加倍(例如，G60 = 2*G60)，且如果Via的計數值小于256，則增益值G64也同樣加倍(例如，G64 = 2*G64)。如果Va的計數值相反大于768，則增益值G6tl減半(例如，G6tl =G60/2)，且如果Via的計數值大于768，則增益值G64也同樣減半(例如，G64 = G64/2)。如果Va或Via的計數值相反都處于256和768之間，相應的增益值G6tl或G64則分別不發(fā)生改變。該過程持續(xù)到Va和Via兩者均位于預定低值和高值(例如分別為256和768)之間。將會理解該特殊實施方式僅用于示例目的，不應該理解為起到限制作用。數字倍增電路66可操作為將來自ADC電路62的數字信號Vad和Viad相乘，從而產生輸入功率Pin = VAD*VIAD，其表示由圖1的充電控制單元12所接收的電力(S卩，由圖1的AC適配器16所提供的電力)。輸入功率Pin被提供至存儲和比較電路68，存儲和比較電路68包括存儲寄存器(未在圖4中示出)，存儲寄存器其中存儲有輸入功率Pin值的最近的值。存儲和比較電路68還比較輸入Pin的當前值和輸入功率Pin之前的存儲值。存儲和比較電路68還基于輸入Pin的當前值和存儲值之間的差來確定步長值，并基于Pin的當前值是大于或是小于Pin的存儲值來確定輸入功率的方向值。步長值的確定可以是加權的也可以是未加權的，可以是簡單的算數差或包括更加復雜的差值確定。存儲和比較電路68采用步長和方向值來產生提供至常規(guī)數模轉換器(DAC)電路70的輸出，該數模轉換器電路70將數字輸出轉換為參考控制信號\的電流值。圖3的IDPM電路54可響應于來自DAC70的參考控制信號\，將控制信號施加到PWM控制器40(圖2)，如前所述，PWM控制器40隨后控制控制信號PWM1、PWMV的占空比。如下文中將詳述的，在系統負載20、或系統負載20與可充電電源22的組合所需的電力大于可由AC適配器16所產生的電力的情況下，APM控制模塊操作為如下方式控制輸入電壓Vra和輸入電流Iin中的一個或另一個從而使從AC適配器16供給至充電控制單兀12(圖1)的輸入功率具有最大值。圖4的MPPT模塊中的存儲和比較電路68根據本發(fā)明的一個實施例中的一個或多個常規(guī)輸入功率最大化算法來確定步長值。在一個實施例中，存儲和比較電路68被配置為使用常規(guī)最大功率點跟蹤(MPPT)算法來確定步長值，該算法被設計為將參考控制信號Vk調整至使由AC適配器16所供給的輸入功率Pin最大化的值。例如，MPPT模塊52可以以常規(guī)擾動觀察算法的形式來實施MPPT算法。通過這種方式，MPPT模塊52將參考控制信號\的值調整至來自于其電流值的新值，并隨后確定該新參考控制信號值是否引起輸入功率Pin的增加或減小。如果輸入功率PIN增加，則MPPT模塊52在相同方向上再次調整VR信號(諸如，以步長值再次增加VR的值)。MPPT模塊52隨后再次確定該新參考控制信號值是否引起輸入功率Pin的增加或減小。只要輸入功率Pin增加，則MPPT模塊52持續(xù)增加地以這種方式來調整VR信號。當MPPT模塊52確定參考控制信號VR的新值引起當前輸入功率Pin從其前一數值開始減小時，則MPPT模塊52此后以相反方向增加VR信號。例如，如果以步長值連續(xù)地增加VR信號的值，將導致連續(xù)的更高功率輸入PIN值，則MPPT模塊52連續(xù)進行此操作，直到輸入功率減小，此時MPPT模塊以步長值開始減小VR信號。在這一點上，如將參照圖7A和7B所詳述的，包括MPPT模塊的APM模塊50控制充電系統10 (圖1)，從而使充電系統可操作于(或更精確的來說非常接近于)AC適配器16的最大功率。簡單地參照圖7A和7B，如圖中所示的在剛才所述的APM操作模式中，輸入電壓VIN和輸入電流IIN的值在與導致來自AC適配器16的最大功率的VIN和IIN的真實值的相對應一些中間值周圍改變或“變動”。這是正確的，因為正如剛才所述的，MPPT模塊52使用步長值來調整VR信號，而該有限的步長值弓I起輸入電壓VIN和輸入電流I IN的這樣的改變或該變動，并因此導致輸入功率PIN在AC適配器16的真實最大功率周圍變動。MPPT模塊52最終到達給定步長值的改變引起輸入功率PIN減小的時刻，此后MPPT模塊改變增加步長值調整VR信號的步長值的方向。例如，假定以步長值連續(xù)增加VR信號導致連續(xù)增加輸入功率PIN的值。在某一時刻，新增加的VR信號將引起輸入功率PIN減小。此后MPPT模塊改變VR信號調整的方向，由此以步長值減小VR信號。這將引起輸入功率PIN增加，因此輸入功率PIN將再次減小VR信號。這時輸入功率PIN將減小，則MPPT模塊52將再次改變VR信號調整的方向，并以步長值增加VR信號。MPPT模塊52連續(xù)以這種方式操作以控制充電系統10，從而使由AC適配器16供給的輸入功率PIN在真實最大值周圍改變或變動。為了減小該變動的量，當檢測到該變動情況時，MPPT模塊52可以減小步長值的幅度，并由此控制充電系統10更接近于AC適配器16的真實最大功率PIN。MPPT模塊52的其他實施例采用不同的MPPT算法，例如，常規(guī)的增加導電系數方法、恒壓方法，等等。在另外其他實施例中，MPPT模塊52中的存儲和比較電路68可以可替換地操作為根據其他常規(guī)最大值確定技術來確定步長值，這些常規(guī)最大值確定技術的示例包括但不限于一種或多種數字搜索技術、一種或多種常規(guī)迭代技術，等等。MPPT模塊52還包括功率節(jié)省電路72，功率節(jié)省電路72接收參考控制電壓并操作為產生施加到組件60-70的使能信號EN。如下文將詳述的，EN信號置位(place)這些組件60-70，由此MPPT模塊52處于低功率或待機模式。圖5是示出了根據一個實施例的圖4的MPPT模塊52的操作的時序圖。將會理解圖5的時序圖示出了由MPPT模塊52產生的參考控制信號VR，并能理解到附圖中示出的剩余的時間波形表示在操作期間在MPPT模塊52中所執(zhí)行的事件。以這種方式配置圖5，以示出MPPT模塊52所執(zhí)行的事件相對于引起參考控制信號Vk的值的變化的時序圖，用于示出自適應充電控制器28中實施的功率節(jié)省特征。在這一點上，時鐘定時波形86中的低至高(或高至低)遷變表示由MPPT模塊52所執(zhí)行的每一個事件完整集合的起始點。由MPPT模塊52所執(zhí)行的事件完整集合在圖5中被示出為Vk信號98和多個事件波形的組合，多個事件波形包括測量(MEASURE)波形88、比較(COMPARE)波形90、調整增益(ADJUST GAIN)波形92、測量和存儲(MEASURE&ST0RE) 波形94、以及調整(ADJUST)波形96，其中沿水平軸表示時間t。例如，第一事件完整集合開始于時間V此刻時鐘(CLOCK) 86和測量(MEASURE) 88都從低到高遷變，這發(fā)起了例如通過自適應增益和濾波電路60和64對輸入電壓和電流Vin和Viin的分別測量。在測量(MEASURE) 88的持續(xù)時間內，Vin和Viin通過自適應增益和濾波電路60和64，使得Vin和Viin每個都被濾波，并隨后被乘以相應的增益值(例如，在第一次通過時乘以都設定為I的G6tl和G64)，均如上文所述的，ADC電路62將所產生的Va轉換為Vad,并將Via轉換為VIAD，此后數字倍增器66計算PIN。在時刻t1;測量(MEASURE) 88從高到低遷變，比較(COMPARE) 90從低到高遷變，在此期間存儲和比較電路68將Pin與存儲在存儲和比較電路68中的一個或多個存儲寄存器中的Pin的前一數值進行比較，以如上所述的來確定步長值和\的改變方向。對于第一事件集合，Pin的存儲值可以是例如但不限于之前存儲的Pin值、默認功率值或當前Pin值。此后在時刻t2，比較(COMPARE) 90從高到低遷變，而調整增益(ADJUST GAIN) 92從低到高遷變，在此期間自適應增益和濾波電路60和64如上文所述地在需要時調整增益值G6tl和/或G64。此后在時刻t3，整增益(ADJUST GAIN) 92從高到低遷變，而測量和存儲(MEASURE&ST0RE)94從低到高遷變，在此期間自適應增益和濾波電路60和64分別測量輸入電壓和電流Vin和VIIN，Vin和Viin通過自適應增益和濾波電路60和64，從而使Vin和Viin每個都被濾波并在此后分別被乘以相應的(且可能調整過的)增益值G6tl和G64,此后ADC電路62將所產生的Va轉換為Vad,并將Via轉換為VIAD，此后數字倍增器66計算PIN，并且此后存儲和比較電路68將當前Pin與在存儲和比較電路68中的一個或多個存儲寄存器中存儲的Pin的前一數值進行比較，以確定步長值和\的改變方向。此后在時刻t4，測量和存儲(MEASURE&ST0RE)94從高到低遷變，而調整(ADJUST) 96從低到高遷變，在此期間DAC電路70將步長值和方向轉換為模擬信號(例如，在該示例中為電壓信號)，并將該電壓信號與Vk的當前值相加，其此后引起Vk 98響應發(fā)生改變。在圖5所示的示例中，在時間t4至t5期間，Ve98改變?yōu)閿抵瞪显黾?，例如，增加數量AV。在時刻t5，Ve 98已經被調整(即，增加了 Λ V)，并且調整(ADJUST)96由此從高到低遷變。如前面所提及的，為了減小MPPT模塊52的變動量，MPPT模塊52在操作過程中可以在某些時刻減小步長值的幅度，此處前述的“步長值”對應于圖5中的AV。時刻t5終止由MPPT模塊52所執(zhí)行的第一事件完整集合。再次參照圖4，MPPT模塊52還包括功率節(jié)省電路72，功率節(jié)省電路72示意性接收參考控制信號Vk作為輸入，并產生使能信號EN作為輸出。使能信號EN被提供至自適應增益和濾波電路60和64、ADC 62、倍增電路66、存儲和比較電路68以及DAC 80中每個的使能輸入。示意性地，功率節(jié)省電路72監(jiān)控參考控制電壓\，并且在ti_t4期間(S卩，當Vk不被調整時)，使能信號EN被設定為操作使能值，例如邏輯高或邏輯低，從而使MPPT模塊52的電路60、62、64、66、68和70完全操作。當Vr在調整(ADJUST)時間期間(例如，在t4和t5之間)被改變之后達到恒定值或其他穩(wěn)定電壓電平(例如，圖5中所示的AV)時，功率節(jié)省電路72改變EN的值(例如，改變至邏輯低或改變至邏輯高)，以將EN設定為電路失效值。在圖4所示的MPPT模塊52的實施例中，電路60、62、64、66、68和70響應于EN的電路失效值而進入待機模式。示意性地，用于電路60、62、64和66的待機模式是關機模式，在該模式中這些電路60、62、64和66完全關閉，從而使它們不再消耗任何電流。電路68和70的關機模式示意性地是睡眠模式，在該模式中它們僅消耗維持其有效(即，被存儲的和當前的)數據的足夠電流。由此，響應于所檢測到的\的恒定值或其他穩(wěn)定數值，功率節(jié)省電路72使MPPT模塊52失效，例如通過在時間間隔t5到t6之間斷開MPPT模塊52的一些或所有剩余電路的電力或使之失效，由此在該時間間隔期間節(jié)約功率。在一預定等待時間周期(即，在t^ljt6之間)之后，功率 節(jié)省電路72再次改變EN的值，例如改變至邏輯高或改變至邏輯低，以在時刻t6將EN復位至電路使能值。在時刻t6開始由MPPT模塊52所執(zhí)行的新的事件完整集合，在ItTt6之間所描述的諸個事件再次開始并在時間t6和tn之間如剛才所描述的那樣被執(zhí)行，并且在那之后只要MPPT模塊52被激活就重復進行。當然在參考控制信號VR以步長值Λ V發(fā)生給定變化引起輸入功率PIN減小的某些時刻，，如前面所述的，參考控制信號的值將會以步長值ΛV連續(xù)減小而不會增加。圖6是示出一個示例過程100的流程圖，該示例過程100由圖2中的APM模塊中的MPPT模塊52以及IDPM單元54和PWM控制器40執(zhí)行，用于使AC適配器16在前面所述的操作情況(即，當系統負載20和可充電電源22的組合所需的輸入電流Iin超過AC適配器16所能提供的電流)下所產生的功率最大化。在一個示例性實施例中，MPPT模塊52完全以模擬電路的形式來實現，在該實施例中，圖6中所示的過程100表示由這種模擬電路所執(zhí)行的算法。在可以包括一個或多個常規(guī)處理器電路(例如，一個或多個微處理器、信號處理器，等等)的實施例中，過程100可至少部分地被實現為存儲于存儲器中的并由處理器電路來執(zhí)行以至少部分完成過程100的一個或多個軟件算法。為了說明目的，過程100可以描述為由圖2中的MPPT模塊52、IDPM單元54和PWM控制器40來實施并執(zhí)行。過程100在步驟102開始，此時MPPT模塊52通過信號Viin來監(jiān)控與由AC適配器16產生的輸出電壓Vm和輸出電流Im相對應的輸入電壓Vin和輸入電流(Ι0Α = IIN)。此后在步驟104，MPPT模塊52確定輸入電壓Vin是否小于輸入閾值Vei，或可替換地，確定Viin是否大于另一預定電壓值VE2。上述的用于該過程的描述環(huán)境中的輸入閾值VE是來自于AC適配器16的輸入電壓VIN或電壓VOA的閾值，在這種情況下被稱為VEl。可替換地，輸入閾值VE是來自于AC適配器16的輸入電流IIN或電流IOA的閾值，在這種情況下被稱為VE2。輸入閾值Vei是由AC適配器16所產生的輸出電壓Vm的數值或幅值，如本領域技術人員所熟知的，當輸出電流低于適配器的額定電流時，其完全低于由適配器16所產生的輸出電壓Vqa的相對恒定幅值。系統負載20和可充電電源22所需的電流IOA (即，輸入電流IIN)大于由AC適配器16可產生的電流。在一個不例實施例中，Voa的相對恒定值典型地為5伏特，Vei可以是例如4. 75伏特，雖然根據本公開可以構想到Vei的其它取值。在參考控制信號是Vik的實施例中,Ve2不意性地響應于由AC適配器16所產生的輸出電流Im的數值或幅值，該輸出電流完全高于額定電流，這表明充電控制單元12和系統負載20的組合或充電控制單元12、系統負載20及可充電電源22的組合所需的輸出電流Iqa的幅值大于由AC適配器16所產生的輸出電流的幅值。在另一情況中，步驟104的“否”分支將過程返回至步驟102，而步驟104的“是”分支前進至步驟106，在步驟106中MPPT模塊52操作為將輸入功率Pin計算為Viin和Vin的公知函數，例如Pin = K*VIIN*VIN，其中K是將Viin轉換為Iin的實際值所設定的常量。輸入功率Pin當然是由AC適配器16所產生的輸出功率，步驟106前進至步驟108，在步驟108中如上文參考圖3-5所述的那樣，MPPT模塊52、IDPM單元54和PWM控制器40共同操作為自適應地改變Vin和/或Viin以最大化PIN。此后在步驟110，MPPT模塊52可操作為等待一預定時間周期，并且在該等待周期期間，通過斷開MPPT模塊52內部的所有或大部分電路而節(jié)約MPPT模塊52所消耗的功率。由此，在步驟110的等待時間周期期間，MPPT模塊52消耗很少電量或沒有電量消耗，由此在不需要MPPT模塊操作時節(jié)省了電量。此后在步驟112，MPPT模塊52可操作為將Vin與VE1+VH1進行比較，或將Viin與Ve2-Vh2進行比較，此處Vm和Vh2表示預定的滯后電壓值。由此，如果Vin不再以至少V增加至大于Vei (或如果Viin不再以至少Vh2減小至小于Ve2)，過程100循環(huán)回至步驟106。否則，過程循環(huán)回至步驟102以重新開始過程100。將會理解到，不管參考控制信號是Vr或是VIK，都可以估計Vin和Viin中的一個或全部以確定過程100是否應該從步驟104前進至步驟106，即激活MPPT模塊52，和/或確定過程100是否應該從步驟106和108退出，即是否使MPPT模塊52的操作失效或以其他方式不再繼續(xù)。在任何情況下，輸入動態(tài)功率管理(IDPM)單元54以常規(guī)方式響應于參考控制信號VR，以產生控制信號，PWM控制器40根據這些控制信號來對控制信號PWMI或PWMV的占空比以以下方式進行控制分別控制開關SI或S2以從AC適配器16汲取與能夠由AC適配器16所產生的最大可獲得輸出功率相對應的輸入電流IIN(對應于AC適配器16的輸出電流Im)和輸入電壓Vin (對應于AC適配器16的輸出電壓Vm)。通過這樣控制充電控制單元12的開關電路，能夠由AC適配器16所產生的最大輸出功率被提供給系統負載20和可充電電源22。如前所述，圖7A和7B是示出在圖6的APM控制過程期間所產生的輸入電壓VIN和輸入電流IIN的時序圖。在操作的APM模式中，輸入電壓VIN和輸入電流I IN的值在某些中間值周圍變動，這些中間值與引起來自適配器16的最大功率的VIN和IIN的真實值相對應。這在圖7A和7B中可見，用于在圖7A右側和圖7B左側的操作的APM模式。在圖7A和7B中還示出了另一種操作模式，即恒壓CV模式。如圖中所示的，在操作的CV模式期間，圖2中所示的CV控制模塊42和PWM控制器40對DC至DC變換器29 (圖1)進行控制，以在恒定輸出電壓Vqut處產生恒定輸出電流IQUT，并且因此輸入電壓VIN和輸入電流IIN具有對應的連續(xù)恒定值，如圖7A和7B中所示。在該晴況下，AC適配器16能夠提供充電控制電路12 (圖1)提供期望恒定輸出電流Itot和恒定輸出電壓Vtot所需的輸入電流IIN。此后在圖7A中，在t0時刻發(fā)生某事件，例如系統負載20 (圖1)所需的突變電流，并且輸出電流IOUT超過可由AC適配器16所提供的電流。結果是，輸入電壓VIN在t0時刻“崩潰”或開始減小，使得APM模塊50延遲一段時間之后在tl時刻開始操作于APM模式。在該模式期間的輸入電壓VIN和電流IIN如前面已經描述的那樣進行變動。在此后時間中的某一時刻，系統負載20所需的突變電流結束。這可在圖7B的時刻t0中可見。因此，在該示例中，充電控制電路12隨后再次開始操作于CV模式，這發(fā)生在圖7B中的時刻tl。圖8是更詳細示出根據本發(fā)明一個實施例的圖2的自適應充電控制器28的操作的功能示意圖。自適應充電控制器28在操作期間將充電控制單元12的操作在這些不同的操作模式之間切換。在圖8的示例中，除了新的輸入電流限制控制模塊80之外，還示出了CV控制模塊42、CC控制模塊44和APM控制模塊50。在其他實施例中可以包括更多或更少的控制模塊，例如圖2的TR和SPPM控制模塊46、28，但目前參照圖8僅僅討論在圖8中所示出的那些模塊。圖8示出了用于確定哪種操作模式優(yōu)先適用于控制充電控制單元12(圖1)的操作模式。如圖8中所示，每個控制模塊42、44、50和80均包括相應的誤差放大器E/A，誤差放大器E/A驅動連接在接地端和公共輸出節(jié)點82之間的相應的輸出晶體管T。輸入電流限制控制模塊80還包括開關SW，開關SW可操作為響應于由圖4的比較器58所產生的使能信號E，選擇性地將相應的輸出晶體管T隔離于或耦接到公共輸出節(jié)點82，如下文將更詳細描述的。每個控制模塊42、44、50和80接收相應閾值或參考信號以及監(jiān)控的或感測的操作參數。尤其特殊地，CV控制模塊42接收輸出電壓參考VTOT_KEF，并還感測輸出電壓VTOT。CC控制模塊44接收輸出電流參考IQUT_KEF，并還感測輸出電流Iqut，同時APM模塊50感測輸入電壓Vin并接收輸入電壓參考VIN_KEF。最終，輸入電流限制控制模塊80感測輸入電流Iin以及輸入電流參考IIN_KEF。當輸入電流Iin超過輸入電流參考IIN_KEF時，誤差放大器E/A和控制模塊80產生一輸出，該輸出使PWM控制器40 (圖2)控制降壓變換器29 (圖1)以限制輸入電流的值，并以此方式保護AC適配器16。如圖8中所示的，誤差放大器E/A的輸出以有線OR結構被連接到輸出節(jié)點82，由此誤差放大器將其相應的輸出晶體管T導通“最難”或最大，控制輸出節(jié)點上的電壓電平。公共輸出晶體管84由輸出節(jié)點82上的電壓來控制，并與恒定電流源86 —起串聯耦接在電壓源V。。和接地端之間。公共輸出晶體管84與恒定電流源86的互連定義了一比較節(jié)點88，該比較節(jié)點88耦接到比較器90的一個輸入，而比較器的另一個輸入接收斜波或鋸齒信號。比較器90響應于斜坡信號和比較節(jié)點80上的電壓而產生PWM輸出信號。在操作中，誤差放大器E/A將其相應的輸出晶體管T導通“最難”，控制輸出節(jié)點82上的電壓電平，輸出節(jié)點82上的電壓電平進而確定公共輸出晶體管84導通的范圍。公共輸出晶體管84導通的范圍確定了比較節(jié)點88上的電壓電平。恒定電流源86以一固定速率對比較節(jié)點88進行放電，同時從電壓源Vcc流過晶體管84的電流對比較進行充電。由此比較節(jié)點88上的電壓電平由晶體管84導通的范圍來確定，并由此由流過該晶體管的電流來確定。因此，誤差放大器E/A將其相應輸出晶體管T導通“最難”，控制輸出節(jié)點82上的電壓電平，輸出節(jié)點82上的電壓電平進而確定公共輸出晶體管84導通的范圍，并通過這種方式來確定比較節(jié)點88上的電壓電平。比較節(jié)點上的電壓電平當然確定由比較器90所產生的PWM信號的占空比?，F在描述下面的示例以示出控制模塊42、44、50和80組合起來提供對圖1充電系統的整體控制的整體操作。假設起始時可充電電源22幾乎完全放電，表示充電控制單元12提供相對較大的輸出電流I0UT，輸出電流IOUT包括對可充電電源進行充電的充電電流ICH以及被提供給系統負載20的負載電流IL。在這種情況中，所需的輸出電流IOUT可以大于AC適配器16所能提供的輸入電流IIN。允許AC適配器16提供這種高輸入電流IIN將會使AC適配器過載，可能使適配器損壞或故障。在這種情況中，輸入電流限制控制模塊80感測過高的輸入電流IIN，從而使該控制模塊確定公共輸出節(jié)點82上的電壓電平，比較節(jié)點88上的電壓電平進而由此控制由比較器90所產生的PWM信號。所產生的PWM信號限制從AC適配器16汲取的輸入電流IIN。采用該輸入電流IIN將所需的負載電流IL提供至系統負載20，采用剩余電流(IIN-1L = ICH)作為充電電流ICH以對可充電電源22進行充電。自適應充電控制器28控制圖1的晶體管T，以將充電電流ICH設定為可允許的值。現在假定系統負載20和/或可充電電源22需要更少的電流，意味著輸出電流IOUT現在更低。還假定AC適配器16現在能提供所需的輸出電流I0UT。在這種情況下，CC控制模塊44現在可以對整體操作進行控制，意味著該控制模塊驅動公共輸出節(jié)點88以控制該節(jié)點上的電壓，并以這種方式來控制比較節(jié)點88上的電壓電平，并由此控制比較器90所產生的PWM信號。通過這種方式，CC控制模塊44使自適應充電控制器28操作，從而提供恒定輸出電流I0UT，恒定輸出電流IOUT的一部分成為對可充電電源22進行充電的充電電流ICH，且一部分成為對系統負載20供電的負載電流IL?，F在假定一段時間之后，可充電電源22幾乎完全充電，意味著所需的充電電流ICH相應地減小。因此，所需輸出電流IOUT的值降低，在這一時刻，CV控制模塊42通過確定公共輸出節(jié)點82上的電壓電平以及進而確定比較節(jié)點88上的電壓電平來進行控制。CV控制模塊42在這種方式下控制由比較器90所產生的PWM信號，以將輸出電壓VOUT維持于在所需的輸出電流IOUT上的基本恒定值。APM模塊50類似地對整體操作進行控制，并且在當輸入電壓VIN降低到低于對應參考值VIN-REF時且使能信號E為有效以關閉開關SW時在MPPT模式中對系統10進行控制。當MPPT模式為有效時，APM模塊50如前述的那樣進行操作以調整輸入電壓VIN和輸入電流IIN，由此從AC適配器16汲取最大功率。通過這種方式，將可從AC適配器16可獲得的最大電流提供給可充電電源22，而不會引起AC適配器16的過載。在APM模塊50在MPPT模式中的整體操作進行控制的操作中，如果所產生的輸入電流IIN超過輸入電流限制控制模塊80的輸入電流限制參考值IIN-REF，則輸入電流限制控制模塊接管充電系統10的整體操作。因此在APM模塊50在MPPT模式的操作期間，APM模塊可以在試圖使從AC適配器汲取的功率最大化的嘗試中調整輸入電壓，并由此使輸入電流IIN增加達到輸入電流限制控制模塊80的輸入電流限制參考值IIN-REF。當此情況發(fā)生時，輸入電流限制控制模塊80對整體操作進行控制，且APM模塊50失效(即，使能信號E驅動被為失效以打開開關Sff)。圖9是根據本發(fā)明一個實施例的圖2的自適應充電控制器28在MPPT模式中操作以從圖1的AC適配器16汲取最大功率的輸入電流、輸入電壓和輸入功率圖。在圖中還示出對應功率PIN = VIN*IIN。在操作中，APM模塊50控制圖1中自適應充電控制器28的操作，使充電系統10操作在圖9中示出的點M。在這一點上，AC適配器16提供輸入電流IIN，輸入電流IIN在輸入電壓VIN等于VAPM下等于IAPM，使得在M點獲得由AC適配器16提供的最大功率。為了比較目的，在圖9中還示出其他的操作點A和B。點A對應于當系統10操作在輸入電流限制(即，參見圖8的模塊80)模式時AC適配器16所操作的點。點B對應于AC適配器與例如針對圖3的控制模塊54所述的常規(guī)輸入動態(tài)功率管理IDPM共同操作的點。在輸入功率PIN的圖上示出點M、A和B，從圖中可見，點M導致比點A或點B更大的輸入功率PIN，點M是AC適配器16的最大功率點。圖9中的箭頭90示出自適應充電控制器28在MPPT模式的操作期間，如之前參照圖3-6中的輸入電壓VIN和電流IIN所描述的那樣，輸入電壓VIN在最大功率點M周圍如何改變或變動。本領域技術人員將會理解，即使前述說明書中已經提出了各種實施例及本發(fā)明的優(yōu)點，上述公開也僅僅是示意性的，在細節(jié)上可作出各種變化，其仍在本發(fā)明寬泛的原則之內。例如，可以使用數字或模擬電路或其組合實現上述許多組件，并且適當的，可以通過在適合的處理器電路中執(zhí)行的軟件實現。因此，本發(fā)明不僅僅局限于權利要求。
權利要求
1.一種充電器，包括輸入，至少一個開關，具有耦接到參考電壓的第一節(jié)點，電流傳感器，耦接在所述輸入和所述至少一個開關的第二節(jié)點之間，輸出，耦接到所述至少一個開關的第三節(jié)點，以及充電控制器，耦接到所述輸入并被配置為確定輸入電壓，耦接到所述電流傳感器并被配置為確定輸入電流，以及耦接到所述至少一個開關的控制輸入，所述至少一個開關響應于由所述充電控制器提供至其控制輸入的控制信號來控制所述充電器的所述輸出上的電壓和電流，所述充電控制器被配置為響應于所述輸入電壓和所述輸入電流，以使所述輸入上所汲取的電功率幾乎最大化的方式來產生所述控制信號。
2.如權利要求1所述的充電器，其特征在于，還包括濾波器，耦接在所述輸出和所述至少一個開關的所述第三節(jié)點之間。
3.如權利要求1所述的充電器，其特征在于，所述充電控制器具有多個操作模式，所述多個操作模式包括動態(tài)功率管理模式，在動態(tài)功率管理模式期間在所述輸入上的電功率需求超過在所述輸入上所汲取的電功率，所述充電控制器被配置在所述動態(tài)功率管理模式中基于參考控制信號來產生所述控制信號，并且其中，所述充電控制器包括自適應功率管理單元，所述自適應功率管理單元被配置為產生所述參考控制信號，所述自適應功率管理單元被配置為通過以使所述輸入上所汲取的電功率幾乎最大化的方式來改變所述參考控制信號，以對所述輸入電壓和所述輸入電流做出響應。
4.如權利要求3所述的充電器，其特征在于，所述自適應功率管理單元包括第一模擬自適應增益電路，具有接收所述輸入電壓的輸入以及產生已調整電壓的輸出，所述已調整電壓是所述輸入電壓與第一增益值的乘積，第二模擬自適應增益電路，具有接收所述輸入電流的輸入以及產生已調整電流的輸出，所述已調整電流是所述輸入電流與第二增益值的乘積，第一變換器，用于將所述已調整電壓變換為離散電壓值，并將已調整電流變換為離散電流值，倍增電路，用于產生輸入功率值，所述輸入功率值是所述離散電壓值和所述離散電流值的乘積，比較電路，用于產生與所述輸入功率值和之前確定的輸入功率值之間的差成比例的步長值，以及第二變換器，用于將所述步長值變換為所述參考控制信號。
5.如權利要求4所述的充電器，其特征在于，所述第一模擬自適應增益電路響應于所述離散電壓值而調整所述第一增益值，使所述離散電壓值位于預定低值和預定高值之間。
6.如權利要求4所述的充電器，其特征在于，所述第二模擬自適應增益電路響應于所述離散電流值而調整所述第二增益值，使所述離散電流值位于預定低值和預定高值之間。
7.如權利要求4所述的充電器，其特征在于，所述第一和第二模擬自適應增益電路每一個均包括模擬信號濾波電路。
8.如權利要求4所述的充電器，其特征在于，所述比較電路包括一個或多個存儲寄存器，用于在其中存儲輸入功率值，用于與后來確定的輸入功率值進行比較。
9.如權利要求1所述的充電器，其特征在于，所述充電控制器完全使用模擬電路來制成。
10.一種充電系統,包括 適配器，用于將AC電功率轉換為DC電功率，其中由所述適配器產生的DC電壓隨著由所述適配器產生的DC電流增加到超過額定電流值而快速地減小， 電子設備，具有功率輸入，所述功率輸入耦接到至少一個電氣可充電電源并耦接到至少一個電子電路，所述至少一個電子電路定義系統負載， 充電控制單元，具有耦接到所述適配器的輸入，耦接到所述電子設備的所述功率輸入的輸出，用于感測由所述適配器所產生的DC電流并產生電流感測信號的傳感器，以及耦接在所述充電控制單元輸入和輸出之間的切換電路，所述切換電路響應于由所述充電控制單元所產生的控制信號而可控地將DC電壓和DC電流由所述適配器提供給所述充電控制單元，所述充電控制單元響應于由所述適配器提供的DC電壓并響應于所述電流信號，當由所處電子設備所需的所述DC電流超過所述額定電流時，以使得所述適配器所產生的DC電功率最大化的方式產生所述控制信號。
11.如權利要求10所述的充電系統，其特征在于，當由所述適配器產生的所述DC電壓下降到低于預定電壓值，遵循所述充電控制單元對超過額定電流的DC電流的需求時，所述充電控制單元響應于由所述適配器產生的所述DC電壓并響應于所述電流信號，以使得所述適配器所產生的DC電功率最大化的方式產生所述控制信號。
12.權利要求10所述的充電系統，其特征在于，所述充電控制單元包括產生所述控制信號的充電控制器，所述充電控制器具有多個操作模式，所述多個操作模式包括動態(tài)功率管理模式，在所述動態(tài)功率管理模式中所述充電控制單元所需的DC電流超過額定電流，所述充電控制器操作于所述動態(tài)功率管理模式中，以基于參考控制信號而產生所述控制信號， 以及其中，所述充電控制器包括自適應功率管理單元，所述自適應功率管理單元產生所述參考控制信號，所述自適應功率管理單元響應于由所述適配器產生的所述DC電壓并響應于所述電流信號，以使得所述適配器所產生的電功率最大化的方式來改變所述參考控制信號。
13.如權利要求12所述的充電系統，其特征在于，所述自適應功率管理單元包括 第一模擬自適應增益電路，具有接收由所述適配器產生的所述DC電壓的輸入以及和產生已調整電壓的輸出，所述已調整電壓是由所述適配器產生的所述DC電壓與第一增益值的乘積， 第二模擬自適應增益電路，具有接收所述電流信號的輸入以及產生已調整電流的輸出，所述已調整電流是所述電流信號與第二增益值的乘積， 第一變換器，用于將所述已調整電壓變換為離散電壓值，并將已調整電流變換為離散電流值， 倍增電路，用于產生輸入功率值，所述輸入功率值是所述離散電壓值和所述離散電流值的乘積，比較電路，用于產生與所述輸入功率值和之前確定的輸入功率值之間的差成比例的步長值，以及 第二變換器，用于將所述步長值變換為所述參考控制信號。
14.如權利要求13所述的充電器，其特征在于，所述第一模擬自適應增益電路響應于所述離散電壓值而調整所述第一增益值，使得所述離散電壓值位于預定低值和預定高值之間， 以及其中，所述第二模擬自適應增益電路響應于所述離散電流值而調整所述第二增益值，使得所述離散電流值位于預定低值和預定高值之間。
15.一種將DC電壓從適配器提供給電子設備的方法，所述適配器將AC電流和電壓轉換為DC電流和電壓，其中由所述適配器產生的所述DC電壓隨著由所述適配器產生的DC電流增加到超過額定電流值而快速地減小，所述方法包括 監(jiān)控由所述適配器產生的所述DC電壓和所述DC電流之一，以及 如果所述DC電壓和所述DC電流之一下降到低于預定電壓，并且所監(jiān)控的DC電流超過所述額定電流，則以使得由所述適配器所提供的所述DC電功率幾乎最大化的方式來自適應地控制由所述適配器提供給所述電子設備的所述DC電壓和所述DC電流的至少之一的電平。
16.一種如權利要求15所述的方法，其特征在于，自適應地控制由所述適配器提供給所述電子設備的所述DC電壓和所述DC電流的至少之一的電平包括 重復執(zhí)行下述步驟 測量由所述適配器所提供的所述DC電流，并產生與其相對應的模擬電流信號， 采樣所述DC電壓和所述模擬電流信號， 計算電源功率，作為所采樣的DC電壓和所采樣的模擬電流信號的函數， 朝向所述電源功率更大以及存儲在存儲器中的最近的先前電源功率值的方向來確定跟蹤方向， 基于所述跟蹤方向來調整參考控制信號，以及 基于所述參考控制信號來控制由所述適配器提供給所述電子設備所述DC電壓和所述DC電流的至少之一的電平。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，還包括 以電壓增益值放大由所述適配器產生的所述DC電壓，以及 以電流增益值放大由所述模擬電流信號； 以及其中，采樣所述DC電壓和所述模擬電流信號包括采樣已放大的DC電壓和已放大的模擬電流信號。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括在調整所述參考控制信號之前 如果所采樣的DC電壓不位于預定低值和預定高值之間，則重復地修改所述電壓增益值作為所采樣的DC電壓的函數，并對由所修改的電壓增益值所放大的DC電壓進行采樣，直到所采樣的DC電壓值位于所述預定低值和所述預定高值之間， 如果所采樣的模擬電流信號不位于所述預定低值和所述預定高值之間，則重復地修改所述電流增益值作為所采樣的模擬電流信號的函數，并對由所修改的電流增益值所放大的模擬電流信號進行采樣，直到所采樣的模擬電流信號位于所述預定低值和所述預定高值之間，計算先前電源功率值，作為最近采樣的DC電壓和最近采樣的模擬電流信號的函數，以及將所述先前電源功率值存儲于存儲器中。
19.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在測量所述DC電流、放大所述DC電壓、放大所述模擬電流信號、米樣已放大的DC電壓和已放大的模擬電流信號、 計算所述電源功率、確定所述跟蹤方向以及調整所述參考控制信號的組合的每次迭代執(zhí)行之間，延遲一預定時間周期。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括自適應功率管理電路，包括用于放大所述DC電壓、用于放大所述模擬電流信號、用于米樣已放大的DC電壓和已放大的模擬電流信號、用于計算所述電源功率、用于確定所述跟蹤方向、以及用于調整所述參考控制信號的電子電路，以及其中，所述方法還包括在所述預定時間周期期間關閉所述自適應功率管理電路， 以節(jié)約在所述預定時間周期期間由所述自適應功率管理電路所使用的電功率。
全文摘要
一種充電器的實施例，其可包括輸入、至少一個開關，具有耦接到參考電壓的第一節(jié)點、電流傳感器，耦接在所述輸入和所述至少一個開關的第二節(jié)點之間、輸出，耦接到所述至少一個開關的第三節(jié)點，以及充電控制器，耦接到所述輸入用于確定輸入電壓且耦接到所述電流傳感器用于確定輸入電流，并耦接到所述至少一個開關的控制輸入。所述至少一個開關可以響應于由所述充電控制器提供至其所述控制輸入的控制信號，控制所述控制器的所述輸出上的電壓和電流。所述充電控制器可以響應于所述輸入電壓和所述輸入電流，以使在所述輸入上汲取的電功率最大化的方式產生所述控制信號。
文檔編號H02J7/02GK103001298SQ201210189079
公開日2013年3月27日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2011年4月25日
發(fā)明者裘衛(wèi)紅, X·周, 劉軍, B·J·羅杰斯 申請人:英特賽爾美國有限公司