專利名稱：便攜電子設(shè)備、電路和控制電源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電池充電器，更具體地，涉及一種用于從多種電源對便攜式設(shè)備中的電池進行充電的方法和裝置，這些電源包括有限容量的源，例如計算機數(shù)據(jù)總線的集成功率節(jié)點。一種這樣的計算機數(shù)據(jù)總線是USB(通用串行總線)端口。
背景技術(shù)：
隨著當今的計算和信息革命，諸如蜂窩電話、個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)字尋呼機以及無線電子郵件設(shè)備之類的便攜式電子設(shè)備越來越普遍。這些便攜式設(shè)備通常是由內(nèi)部電池供電，這些內(nèi)部電池必須使用電池充電器來定期地由外部電源再充電。電池充電器通常從標準AC電源插座接收功率，并且將AC功率轉(zhuǎn)換為低DC電壓，用于對電池再充電。 這些便攜式設(shè)備的電池充電器通常還應(yīng)用“電池充電控制器”來管理電池的充電。這些電池充電控制器提供例如如下的功能·調(diào)節(jié)去往可再充電電池的電壓和電流水平；·向便攜式設(shè)備的主處理器提供狀態(tài)信號，或者操作一個或多個狀態(tài)LED (發(fā)光二極管)；·提供諸如過流、欠壓、極性相反和過熱保護之類的保護電路；·當充電源被移走時，切斷其自身，以最小化電池消耗。例如，鋰離子電池組必須根據(jù)相對嚴格的算法來充電，從而它們可以被完全充電，可以被多次充電以及再充電，并且可以被安全操作。這種充電算法通常如下進行I.在第一階段，處理任何嚴重的欠壓或深度放電條件。在這一預(yù)充電階段期間，使電池電壓緩緩地從非常低或無電狀態(tài)上升，通常是以正常充電電流的1/10的速率；2.接著，以恒定的電流水平對電池充電，直至電池兩端電壓達到其設(shè)置電平(例如，4. 2VDC)。此時，電池將只有全部容量的40%至70% ;然后3.以恒定的電壓電平(例如，4. 2VDC)對電池繼續(xù)充電，直至其被完全充滿。在這種模式中，由電池抽取的電流將隨時間下降。當充電電流下降到初始充電率的10%或者由電池制造商確定的某些其他限制時，停止充電。必須在此時停止充電，因為連續(xù)補充充電不適用于鋰電池；過充電將會損壞電池，這可能使鋰金屬溢出表面，并且變得有害。因此，鋰電池幾乎總是與針對它們的特定充電參數(shù)而設(shè)計的電池充電控制器一起使用。不幸的是，大多數(shù)電池充電控制器被設(shè)計為從具有穩(wěn)定電壓的高容量電源抽取電流，電源電壓在其電流需求下不會略微下降。諸如USB(通用串行總線)總線之類的一些計算機數(shù)據(jù)總線可以被用來向外部設(shè)備提供功率，但是盡管這種電源非常方便，然而它們具
有有限容量。大多數(shù)當今可用的個人計算機(PC)和膝上型計算機具有一個或多個USB端口作為標準部件。USB端口被設(shè)計為支持12兆位以及I. 5兆位每秒速度的數(shù)據(jù)通信，支持PnP (即插即用)安裝軟件，并且支持熱插拔(即，可以在PC正在運行時連接及斷開設(shè)備)。這樣，USB端口被經(jīng)常用作接口，以將鍵盤、鼠標、游戲控制器、打印機和掃描儀連接到PC。另外，USB端口可操作來向連接的外部設(shè)備提供有限的功率。標準USB規(guī)范要求“高功率”USB端口可操作來提供4. 75 5. 25VDC的供電電壓以及至少500mA (通常被稱作“5個單位”)的供電電流。“低功率”USB端口的規(guī)范要求4. 40 5. 25VDC的供電電壓以及IOOmA(稱為“I個單位”)的電流。由于多種原因，USB端口看起來是便攜式設(shè)備電源的非常合理的選擇。為此，USB端口提供低DC供電電壓，該電壓常常非常接近或剛好超過電池被充電的電壓(許多便攜式設(shè)備的電池電壓范圍是2. 5 4. 5VDC)。同樣，許多便攜式設(shè)備可以操作來向/從個人計算機或膝上型計算機上載以及下載數(shù)據(jù)或軟件(常常被稱作“同步”)。這樣，許多便攜式設(shè)備是由底座(docking cradle)供電，如圖I的系統(tǒng)圖所示。這是非常簡單的系統(tǒng)，因為底座10通過簡單的USB電纜和連接器16連接到個人計算機(PC) 14的USB端口 12。便攜式設(shè)備18只需要被放在底座10中，就實現(xiàn)了與PC 14的電連接。 如果USB端口 12具有足夠的功率，則使用USB端口 12來向便攜式設(shè)備18提供充電功率要比使用單獨的AC充電器更有意義。例如1.USB電源比AC充電器的電噪聲更小，除非AC充電器包括大的DC電容器或電感器；2. AC充電器需要笨重的變壓器或昂貴的開關(guān)電源，而使用USB電源則不需要這ith .
--，3.在USB電源實施方式中，用來將底座10連接到PC 14的電纜和連接器16可以用來傳送功率和數(shù)據(jù)，所以根本不需要額外的物理部件。相反，必須向AC電源提供與USB數(shù)據(jù)電纜分離的物理部件；以及4.對于AC電源沒有通用標準；特定的AC電源可能需要120VAC或240VAC作為輸入，并且可能提供3、4. 5、6、7. 5或9VDC輸出，并且具有大量不同的可能連接器和極性之一。旅行者如果將其AC電源忘在了家，他可能就不能夠找到合適的替代物。相反，USB標準被廣泛接受，因而如果旅行者的移動設(shè)備裝配了 USB連接器，那么他找到充電源的機會將大的多。于是，顯然希望使用USB電源來對便攜式設(shè)備充電。然而不幸的是，如上所述，USB端口只能提供有限的功率。當考慮圖2的方框圖時，問題變得清楚起來。在這種情形中，便攜式設(shè)備18和電池充電控制器20并聯(lián)連接到USB端口 12，因為在充電條件下，控制開關(guān)22被觸發(fā)，從而便攜式設(shè)備18從USB端口 12抽取功率。當電池24被電池充電控制器20完全充滿并且USB端口 12的功率被移走時，然后控制開關(guān)22被觸發(fā)，從而便攜式設(shè)備18從電池24抽取功率。這種類型的電路在一些環(huán)境中可以工作，但是在電源具有有限容量的環(huán)境中不能接覺。如果試圖從USB卡12同時對便攜式設(shè)備18和電池充電控制器20供電，極有可能在USB卡12上加上了太大的負載。USB卡12上過多的負載可能導(dǎo)致欠壓或低電流條件，這會導(dǎo)致許多不希望的問題，例如電池24沒有被適當?shù)爻潆姡蛘弑挥谰脫p壞，或者便攜式設(shè)備18不穩(wěn)定地工作或者被損壞。作為一種替代實施方式，電池24和便攜式設(shè)備18可以如圖3所示布置，從而它們都由電池充電控制器20供電。雖然這種設(shè)計會減小由便攜式設(shè)備18和電池24的組合所抽取的總功率，但是還有很多其他問題I.最重要的是，對于從USB端口 12抽取的總功率還是沒有控制；2.便攜式設(shè)備18所抽取的功率可能擾亂電池充電控制器26的精心設(shè)計的保護和充電機制；3.便攜式設(shè)備18和電池24為了可用的功率而任意地競爭，所以它們可能不利地影響彼此的操作。如果可用電壓降得太低，或者不能獲得足夠的電流，那么任一個設(shè)備都可能不穩(wěn)定地工作，或者兩者都停止工作；4.如果在電源打開時電池24處于深度放電狀態(tài)，則施加在便攜式設(shè)備18上的電壓將被下拉到深度放電的電池的電平。通常，在這樣低的電壓電平下，便攜式設(shè)備18將不可操作；以及 5.必須向電池24和便攜式設(shè)備18提供的電流必須被電池充電控制器20或外部半導(dǎo)體以某種方式耗散掉。被耗散的功率越大，則電池充電控制器20(或由電池充電控制器20驅(qū)動的外部半導(dǎo)體)就必須越大。一般來說，半導(dǎo)體耗散功率的能力隨其表面面積變化，這樣，如果功率耗散加倍，則半導(dǎo)體的表面面積必須增加四倍。可以開發(fā)被設(shè)計為與USB電源和便攜式設(shè)備18 —起工作的新型專用電池充電控制器，但是這是一種昂貴且復(fù)雜的解決方案。每個電池充電控制器必須被設(shè)計為適合便攜式設(shè)備18和電池24的特定配對，因為必須考慮這兩個部件的功耗需求。因此，需要這樣一種方法和裝置，它們允許諸如USB端口之類的標準計算機數(shù)據(jù)總線同時向便攜式設(shè)備18及其相關(guān)的電池充電電路20供電，而不必設(shè)計非常專用的新型電池充電控制器。這種設(shè)計必須考慮電池充電電路的嚴格的操作參數(shù)、便攜式設(shè)備的有限的物理板面積以及設(shè)計的可靠性和復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種新穎的方法和裝置，其允許從標準計算機數(shù)據(jù)端口和其他電源對標準電池充電控制器供電，這消除或減輕了現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺點。本發(fā)明的一個方面被廣泛地定義為一種電池充電電路，包括半導(dǎo)體開關(guān)，其輸出連接到可再充電電池；電池充電控制器，用于從外部源接收功率，并且將輸出功率提供給便攜式設(shè)備和所述半導(dǎo)體開關(guān)的輸入，所述電池充電控制器的電流輸出可控；和電壓傳感電路，用于測量所述電池充電控制器兩端的壓降；以及通過調(diào)制所述半導(dǎo)體開關(guān)以在所述壓降太大時減小提供給所述可再充電電池的電流量，來對所述電池充電控制器兩端的所述壓降做出響應(yīng)；由此，控制了由所述電池充電控制器耗散的總功率，所述便攜式設(shè)備接收其操作所需的功率，而所述可再充電電池接收任何額外的可用功率。本發(fā)明的另一方面被定義為一種電池充電電路，包括電池充電控制器，其連接到外部電源，并且向電池和便攜式設(shè)備供電，并且具有最大電流設(shè)置；和調(diào)節(jié)電路，用于傳感所述電池充電控制器兩端的壓降，并且調(diào)制流向所述電池的電流，以保持由所述電池充電控制器耗散的功率低于預(yù)定水平。本發(fā)明的另一方面被定義為一種用于通過外部電源對便攜式設(shè)備的電池進行充電的方法，該方法包括如下步驟將電池充電控制器的輸入連接到所述外部電源；將所述電池充電控制器的輸出與所述便攜式設(shè)備和半導(dǎo)體開關(guān)的輸入并聯(lián)連接；將所述半導(dǎo)體開關(guān)的輸出連接到所述電池；控制所述電池充電控制器的電流輸出；測量所述電池充電控制器兩端的壓降；和通過調(diào)制所述半導(dǎo)體開關(guān)以在所述壓降太大時減小提供給所述可再充電電池的電流量，來對所述電池充電控制器兩端的壓降做出響應(yīng)；由此，控制了由所述電池充電控制器耗散的總功率，所述便攜式設(shè)備接收其操作所需的功率，而所述可再充電電池接收任何額外的可用功率。本發(fā)明的另一方面被定義為一種電源電路，包括用于測量電池充電控制器兩端壓降的裝置，其中所述電池充電控制器并行地向便攜式設(shè)備和半導(dǎo)體開關(guān)的輸入提供功率；用于控制所述電池充電控制器的電流輸出的裝置；和用于通過調(diào)制所述半導(dǎo)體開關(guān)以在所述壓降太大時減小提供給所述可再充電電池的電流量來對所述電池充電控制器兩端的壓降做出響應(yīng)的裝置；由此，控制了由所述電池充電控制器耗散的總功率，所述便攜式設(shè)備接收其操作所需的功率，而所述可再充電電池接收任何額外的可用功率。



參考附圖，從下面的描述中，將更清楚本發(fā)明的這些以及其他特征，附圖中圖I示出了以本領(lǐng)域公知的方式與便攜式電子設(shè)備連接的個人計算機的物理布局;圖2示出了被并行供電的電池充電電路和便攜式設(shè)備的電路框圖；圖3示出了由電池充電控制器供電的電池和便攜式設(shè)備的電路框圖；圖4示出了本發(fā)明概括實施例中的電池充電電路的電路示意圖；圖5示出了本發(fā)明實施例中的用于對鋰離子電池進行充電的電壓、電流和功率曲線的時序圖；圖6示出了本發(fā)明簡單實施例中的電池充電電路的電路示意圖；圖7A、7B和7C示出了本發(fā)明詳盡實施例中的電池充電電路的電路示意圖；圖8示出了本發(fā)明實施例中的操作電池充電電路的方法的流程圖。
具體實施例方式如上所述，目前沒有能夠從有限容量的電源向便攜式設(shè)備18和可再充電電池24兩者供電的有效設(shè)計。一種克服本領(lǐng)域多個問題的電路被表示為圖4中的方框圖。該附圖表示了在標準電池充電控制器20周圍建立的電池充電電路。在本發(fā)明的該實施例中，電池充電控制器20從外部源(Vbus)接收功率，并且并行地向便攜式設(shè)備18和可再充電電池或多個電池24供電，但是向電池24的供電是通過半導(dǎo)體開關(guān)Ql完成的。流過半導(dǎo)體開關(guān)Ql的電流的控制被電壓傳感電路30調(diào)制，其中電壓傳感電路30測量電池充電控制器20兩端的壓降，并且當壓降太大時減小通過半導(dǎo)體開關(guān)Ql流向電池24的電流。電壓傳感電路30能夠推斷電路的總功耗，因為電池充電控制器20的電流輸出是可控的，并且功率是壓降和電流的乘積。本領(lǐng)域已知的大多數(shù)電池充電控制器20具有某種類型的最大電流控制。例如，在后文描述的示例性實施例中，通過外部電阻器Rl來容易地設(shè)置電池充電控制器20的最大電流輸出，當然，也可以按照許多其他方式來控制電流輸出(例如，可編程、專用或通過某種形式的模擬或數(shù)字輸入信號來設(shè)置)。同樣在后文所述的實施例中，通過運算放大器來提供電壓傳感電路30本身。這樣，通過比較電池充電控制器20的輸入和輸出處的電壓，可以容易地測量電池充電控制器20兩端的壓降，如圖4所示?；蛘?，運算放大器的一個輸入可以從電池充電控制器20的輸出引出，而另一輸入可以是某一參考電壓Vkef ；該參考電壓Vkef或者仿效電池充電控制器20的Vbus輸入，或者以某種方式成比例。這樣，通過監(jiān)視電池充電控制器20兩端的壓降并且知道其可以提供的最大電流，知道了總功率。通過使用這一信息來調(diào)制去往電池24的功率，可以控制電池充電控制器20所耗散的總功率。同樣，因為該電路調(diào)制可用于電池24的功率，所以該電路可被設(shè)計為保證便攜式設(shè)備18接收其操作所需要的功率，而可再充電電池24只在剩余的容量可用時接收功率。
因此，可以將消耗的總功率調(diào)制為保持在從USB端口 12可獲得的功率的限制內(nèi)，并且保持在電池充電控制器20能夠耗散的功率范圍內(nèi)。這使得電池充電控制器20能夠“非定制地”使用，而不必設(shè)計能夠耗散足夠的功率以向便攜式設(shè)備18和電池24兩者供電的新的且更大的電池充電控制器20。還使得電池充電控制器20或外部驅(qū)動元件能夠保持物理上的小型化。利用這種功率調(diào)制機制，在便攜式設(shè)備18和電池24之間不再有功率競爭。電池24只在存在比便攜式設(shè)備18所需更多的功率可用時才接收功率。這可能看起來與諸如鋰電池之類的電池的充電需求不一致,但是可以容易地設(shè)計電路的參數(shù)來容納這些電池。如上所述，電池充電控制器通常被設(shè)計為適合特定的電池或電池族。例如，鋰電池在三個階段中充電I.解決深度放電條件；2.恒流充電，直至電池達到特定的電壓電平；然后3.恒壓充電，直至充電電流下降到特定點。在初始的深度放電條件處理期間，向電池提供相對小的電流(通常是充電電流的1/10)。因此，設(shè)計本發(fā)明的電路，從而很少拒絕電池的這種非常適度的功率需求。恒流充電階段抽取最大量的功率，但是如果在這一階段中充電電流被調(diào)制或循環(huán)，鋰電池不會遭受損害。這樣，本發(fā)明的電路對這一階段改變得最大。如果便攜式設(shè)備18在這一階段期間被大量使用，則惟一的負面影響是電池24的充電將花費更長的時間。在恒壓充電階段期間，最大電流小于恒流階段的最大電流，并且隨著電池24變?yōu)橥耆錆M，連續(xù)下降。更為重要的是，在這一階段中，電池24的電壓保持恒定且最大的電平，因此在恒壓階段期間電池充電控制器20所耗散的總功率小于恒流階段期間所耗散的總功率。如后文將更詳細地描述的那樣，電壓傳感電路30被設(shè)計為在達到完全充電電壓電平時使半導(dǎo)體開關(guān)Ql飽和(即，半導(dǎo)體開關(guān)Ql在此時根本不限制電流)。圖5示出了功率耗散隨時間的變化。在該附圖中示出了四條曲線電池24的電壓(被標記為Vbat)、充電電流(被標記為ΙοΜα)、電池充電控制器20兩端的壓降(被標記為Vdeop)、以及所耗散的總功率(被標記為Pra)。注意，Vdeop與Vbat相反地變化，并且電池充電控制器20所耗散的功率是
Ichaege 和的乘積。
顯然，在條件準備階段期間，電池電壓Vbat低，所以V·高。然而，在該階段期間Ichaege也低(大約為最大充電電流Ιμμα-的1/10)，所以所耗散的總功率不多。在恒流階段期間，充電電流上升到I A)i_eE，但是電池的電壓Vbat在電池被充電時下降，所以電池充電控制器20所耗散的功率在這一階段的過程中下降。當恒壓階段開始時，電池電壓達到其完全充電電平VFm_eE，因此V·最小。當I -在這一階段的過程中下降時，所耗散的功率還繼續(xù)下降(再次注意，所耗散的功率是
I CHARGE 和Vdrop的乘積)。顯然，在恒流階段期間抽取最大的功率水平。如上所述，在這一階段期間電池24的充電可以安全地循環(huán)，因此在這一階段期間對流向電池24的電流的限制是允許的。該電路還允許用戶快速啟動其便攜式設(shè)備18，因為其將電池24與便攜式設(shè)備18 隔離。如果電池充電控制器20在試圖為深度放電電池24做準備時電池24和便攜式設(shè)備18連接在一起，那么便攜式設(shè)備18的電壓將被拉低到深度放電電池24的電平。通常，這對于便攜式設(shè)備18的適當操作來說太低了。利用本發(fā)明的電路，電池24和便攜式設(shè)備18被Ql隔離。即使電池24處于深度放電狀態(tài)，便攜式設(shè)備18仍將看到高到足以適當操作的電壓。因此，便攜式設(shè)備18的啟動時間僅僅受限于電池充電控制器20本身的使能時間。這種提升的典型數(shù)值是ImS 4mS，但是該值可以在不同的電池充電控制器201之間改變。這樣，圖4中的電路的使用允許有限容量的計算機數(shù)據(jù)總線及類似電源向便攜式設(shè)備和放電的電池同時供電?，F(xiàn)在將描述本發(fā)明的多個不同實施例。每個實施例使用非常少量的簡單、可靠的部件。這樣，總體上，本發(fā)明提供了一種廉價、可靠且消耗便攜式設(shè)備中最少的板空間的有效解決方案?；緦嵤┓绞綀D6表示了充電電路的示意電路圖，該電路應(yīng)用了四個主要部件NCP1800電池充電控制器50、用作電池充電控制器50的外部驅(qū)動元件的半導(dǎo)體Q2、運算放大器52、以及控制流向可再充電電池24的電流的MOSFET (金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體管)Q3。NCP1800電池充電控制器50是本領(lǐng)域公知的標準單體鋰離子電池充電控制器。這種器件提供的最大電流由管腳ISEL和地之間的電阻調(diào)節(jié)。這種情形中，三個電阻器R2、R3和R4被用來設(shè)置不同操作條件下的最大電流水平。默認條件是只有IOOmA可用(低功率USB)，由此建立電阻器R2的值。如果檢測到設(shè)備被插入到高功率USB源，則向MOSFET Q4的柵極加電，并且ISEL和地之間的電阻將由并聯(lián)連接的R2和R3的電阻設(shè)定。類似地，如果檢測到電路的功率源具有更高的可用功率(例如，AC插座或車載適配器)，則向MOSFET Q5加電，從而ISEL和地之間的電阻將由并聯(lián)連接的R2和R4的電阻設(shè)定。圖6的電路通常包括在便攜式設(shè)備18本身中，或者包括在底座10中，這樣，在這種更大容量的電源下，其還可操作。Wncpisoo電池充電控制器50的制造商處可獲得應(yīng)用說明書，這將幫助設(shè)計者建立電阻器R2、R3和R4以及驅(qū)動晶體管Q2的特定參數(shù)和數(shù)值。該電路的電壓傳感部分是由運算放大器52與電阻器R5和R6以及電容器Cl 一起提供的。該電路監(jiān)視Q2的集電極上的電壓(通過分壓器R5和R6)，并且將其與參考電平(這種情形中，Vkef =+3.3V)比較。如果Q2的集電極側(cè)的電壓下降，則Q2上的壓降上升，并且其必須耗散的功率上升。為了減小必須被耗散的功率，運算放大器52通過增加Q3的漏極源極電阻，限制通過Q3的電流。注意，Vkef可以簡單地從Vbus和提供穩(wěn)壓器。Vkef而不是Vbus被用作運算放大器52的輸入，這是因為穩(wěn)壓器將提供恒定的輸出電壓，而Vbus具有寬的范圍，這使設(shè)計變得更困難。電阻器R5和R6的值是由將Vbus值按比例變?yōu)閂kef值的需要簡單地建立的。還要注意，電容器Cl包括在電路中，以平滑波動，并防止振蕩。如上所述，該電路允許便攜式設(shè)備18通過Q2抽取功率，而不會使便攜式設(shè)備18和電池24的組合消耗超過Q2的功率容量。當便攜式設(shè)備18抽取功率時，Q2集電極側(cè)的電壓下降，并且以線性模式節(jié)制通過Q3的電流。必須針對最壞情形來設(shè)計功率耗散。例如，如果最大設(shè)計參數(shù)如下 直至 0.85A 可用； 輸入電壓可用高到6V ;以及 電池24的預(yù)充電在3. OV處完成(這是向電池傳送的充電電流最高的地方，如圖5所示)；那么，(6V-3V) X0. 85A = 2. 55W的功率將由外部驅(qū)動元件Q2耗散(注意，在不使用這種元件的電路中，這一功率全部由電池充電控制器50耗散)。該外部驅(qū)動元件Q2必須散發(fā)掉由流經(jīng)它的電流所生成的熱量。耗散的功率越多，該通行元件的物理尺寸就必須越大；一般來說，器件需要的表面面積隨要耗散的功率的平方上升。也就是說，如果功率加倍，則需要具有四倍表面面積的晶體管。晶體管的尺寸是標準化的，所以該電路的優(yōu)選實施例被設(shè)計為應(yīng)用S0T-23 (或superSOT-6)封裝，這能夠耗散直至I. 6W的功率。下一尺寸是S0T-223，這要大得多，具有兩倍的功率耗散。如上所述，對提供給電池24的功率進行節(jié)制，從而電流總是滿足便攜式設(shè)備18的需要，并且任何剩下的電流(輸入電流與流向便攜式設(shè)備18的電流之差)被傳送到電池24。例如，假設(shè)電路連接到高功率USB端口(500mA可用)和諸如便攜式Blackberry 手持設(shè)備之類的便攜式設(shè)備18。當Blackberry進入休眠時,其可能只需要O. 3mA O. 7mA,因此可用電流的余額(499. 3mA 499. 7mA)可用提供給電池24。一旦Blackberry喚醒(其周期性地喚醒以執(zhí)行管家(house keeping)工作)，取決于所做的事情,其抽取例如30mA 70mA。此時，電池24接收430mA 470mA。當Blackberry要接收或發(fā)送某些數(shù)據(jù)或執(zhí)行某些其他任務(wù)時，進行分析。在每種情形中，提供給電池24的功率被動態(tài)地自動調(diào)整。當有限的功率可用時，還希望切斷高功耗部件，只保留處理器的功率。通過如圖6所示，只將便攜式設(shè)備18的處理器和存儲器連接到Q2，而將其他高功耗器件連接到Q3的電池側(cè)，可以容易地實現(xiàn)這一功能。結(jié)果，如果使用有限電流源(例如，IOOmA的低功率USB)操作并且諸如振動器(通常是120mA)或背光(通常是150mA)之類的過大電流部件被打開，從Q2輸出的電壓將開始下降，導(dǎo)致Q3增加其Rds電阻，并且保護了處理器所需的電流。詳盡實施方式圖7A至7C所示的設(shè)計使用了與圖6相同的基本電路系統(tǒng)，但是加入了數(shù)個提供其他優(yōu)點的元件。這些優(yōu)點包括如下這些·可以利用剛好超過電池電平的輸入電壓來對電池充電；
·當電池無電或不存在時，便攜式設(shè)備18的啟動與圖6不同；·改進了對來自外部電源的輸入脈沖干擾的處理；以及·與該實施方式中所使用的電池充電控制器的制造商的用法說明相反，VCC和IN管腳被分別供電，以避免電池充電控制器中的逆電壓泄漏和潛在的閉鎖問題。本發(fā)明該實施例的具體設(shè)計參數(shù)概括如下I.恒流、恒壓充電能力(按對鋰離子電池充電需要)；2. 100mA,500mA 和 750mA 電源的電流選擇；3.當可再充電電池24是低、無電或不存在時，便攜式設(shè)備18的操作；4.如果電池24不存在或無電時，在小于IOOmS的時間內(nèi)便攜式設(shè)備18的啟動和 操作；5.服從操作的USB掛起模式(系統(tǒng)應(yīng)該抽取小于500uA的電流)；6.超過5. 8V直至最小IOV的過壓保護；7.針對電池連接器上短路的保護；8.允許以與便攜式設(shè)備18的安全操作所需的電壓一樣低的輸入電壓來充電；9. 3. 3V 3. 6V范圍中的電壓用于D+線上的上拉電阻器；10.提供將電壓與D+線上的上拉電阻器連接及斷開的裝置；11.電池存在指示；以及12.提供電池充電控制器的狀態(tài)。本發(fā)明的詳盡實施方式的全面描述如下圖7A 7C的電路集中在德州儀器bq24020鋰離子電池充電控制器(在圖7C中被標記為U909)周圍。該電池充電控制器提供對鋰離子電池充電所需的恒流和恒壓模式，并且支持外部可編程電流限制。其UVLO(欠壓鎖定閾值)由帶參考的PFI/PF0(U908)比較器(德州儀器TPS3103E15)提供，并且其閾值由VBUS輸入的電阻器分壓器設(shè)置。這提供了列舉何時以低壓/無電電池或沒有電池來操作的裝置。過壓保護(OVP)由被設(shè)置為 5. 8V的U912提供。充電狀態(tài)由電池充電控制器U909提供，其指示控制器是否在向系統(tǒng)傳送電流。D+上拉電阻器的電壓由U901(低壓差穩(wěn)壓器，Toko TK71733SCL)及其開關(guān)能力通過Q907提供。相同的電壓還被用來對只在外部電源通過VBUS可用時使用的部件供電(U906、U905 等)。比較器U905(LMC7111A)和MOSFET Q908被用來在以低壓/無電電池或沒有電池操作時提升系統(tǒng)電壓。該閉合環(huán)路還“節(jié)制”在無電池以及低壓電池條件下流向系統(tǒng)的電流。出現(xiàn)這一情況的原因是在L_BAT電壓下降(由于系統(tǒng)負載)時U905動作以關(guān)閉Q908，這使更多的電流進入系統(tǒng)(離開電池)。比較器U907提供電池存在狀態(tài)指示符。電池連接器短路保護是帶有充電器使能功能的NAND (U906)，這樣在出現(xiàn)短路時自動禁用電池充電控制器U909。如果電池電壓落到內(nèi)部閾值以下，則電池充電控制器U909自動重新開始充電，并且在移走VCC電源時自動進入休眠模式。操作原理注意，圖7A 7C中電路的輸入和輸出可用概括如下
權(quán)利要求
1.一種便攜電子設(shè)備，包括 開關(guān)，配置用于控制向可充電電池的功率供應(yīng)； 控制器，配置用于從外部源接收USB功率，并且將功率供應(yīng)給所述便攜電子設(shè)備；以及 傳感電路，配置用于確定供應(yīng)給所述便攜電子設(shè)備的功率， 所述控制器對所述傳感電路做出響應(yīng)，并且配置用于控制所述開關(guān)限制從所述外部源的電池充電，使得提供足夠的功率用于所述便攜電子設(shè)備的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜電子設(shè)備，其中足夠的功率是滿足所述便攜電子設(shè)備的動態(tài)需要所要求的功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜電子設(shè)備，其中功率的供應(yīng)受到有限電流的限制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜電子設(shè)備，其中功率的供應(yīng)受到有限電壓的限制。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜電子設(shè)備，其中所述設(shè)備消耗的總功率由USB源提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜電子設(shè)備，其中所述控制器包括外部驅(qū)動半導(dǎo)體，用于向所述設(shè)備和所述開關(guān)運送供電電流，由此負載電流流過所述外部驅(qū)動半導(dǎo)體，而不是流過所述控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜電子設(shè)備，其中所述電壓傳感電路包括 運算放大器，用于接收來自所述控制器的輸出的電壓信號以及參考信號，并且通過減小流過所述開關(guān)的電流，來對所述電壓信號小于所述參考電壓做出響應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜電子設(shè)備，其中所述電壓傳感電路包括運算放大器，用于將所述控制器的輸出上的電壓與參考值進行比較。
9.一種便攜電子設(shè)備，包括圖形用戶界面和用于與通信網(wǎng)絡(luò)通信的接口，包括 開關(guān)，配置用于控制向可充電電池的功率供應(yīng)； 控制器，配置用于從外部源接收USB功率，并且將功率供應(yīng)給所述便攜電子設(shè)備；以及 傳感電路，配置用于確定供應(yīng)給所述便攜電子設(shè)備的功率， 所述控制器對所述傳感電路做出響應(yīng)，并且配置用于控制所述開關(guān)限制從所述外部源的電池充電，使得提供足夠的功率用于所述便攜電子設(shè)備的操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜電子設(shè)備，其中所述控制器配置用于響應(yīng)于電壓降來控制所述開關(guān)，以提供足夠的功率用于所述設(shè)備的操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜電子設(shè)備，其中功率的供應(yīng)受到有限電流的限制。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜電子設(shè)備，其中功率的供應(yīng)受到有限電壓的限制。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜電子設(shè)備，其中所述設(shè)備消耗的總功率由USB源提供。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜電子設(shè)備，其中所述控制器包括外部驅(qū)動半導(dǎo)體，用于向所述設(shè)備和所述開關(guān)運送供電電流，由此負載電流流過所述外部驅(qū)動半導(dǎo)體，而不是流過所述控制器。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜電子設(shè)備，其中所述電壓傳感電路包括運算放大器。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜電子設(shè)備，其中所述電壓傳感電路包括運算放大器，用于接收來自所述控制器的輸出的電壓信號以及參考信號，并且通過減小流過所述開關(guān)的電流，來對所述電壓信號小于所述參考電壓做出響應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜電子設(shè)備，其中所述電壓傳感電路包括運算放大器，用于將所述控制器的輸出上的電壓與參考值進行比較。
18.一種用于便攜電子設(shè)備的電路，包括 開關(guān)，配置用于控制向可充電電池的功率供應(yīng)； 控制器，配置用于從外部源接收USB功率，并且將功率供應(yīng)給所述便攜電子設(shè)備；以及 傳感電路，配置用于確定供應(yīng)給所述便攜電子設(shè)備的功率， 所述控制器對所述傳感電路做出響應(yīng)，并且配置用于控制所述開關(guān)限制從所述外部源的電池充電，使得提供足夠的功率用于所述便攜電子設(shè)備的操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其中所述控制器限制所述設(shè)備的功耗，并且配置用于響應(yīng)于電壓降來控制所述開關(guān)，以提供足夠的功率用于所述設(shè)備的操作。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的便攜電子設(shè)備，其中功率的供應(yīng)受到有限電流的限制。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其中功率的供應(yīng)受到有限電壓的限制。
22.一種控制可充電電池的USB電源的方法，包括步驟 感測控制器兩端的電壓降；以及 響應(yīng)于所述電壓降，限制從所述USB電源的電池充電，使得通過調(diào)制開關(guān)以控制對于可充電電池的功率量來提供足夠的功率用于設(shè)備的操作。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述功率受到有限電流的限制。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述功率受到有限電壓的限制。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述設(shè)備消耗的總功率由USB源提供。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述可充電電池與便攜電子設(shè)備相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
一種便攜電子設(shè)備，包括開關(guān)，配置用于控制向可充電電池的功率供應(yīng)；控制器，配置用于從外部源接收USB功率，并且將功率提供給所述便攜電子設(shè)備；以及傳感電路，配置用于確定提供給所述便攜電子設(shè)備的功率，所述控制器對所述傳感電路做出響應(yīng)，并且配置用于控制所述開關(guān)限制從所述外部源的電池充電，使得提供足夠的功率用于便攜電子設(shè)備的操作。
文檔編號H02J7/00GK102946122SQ20121037770
公開日2013年2月27日 申請日期2004年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
發(fā)明者杜尚·韋塞利奇, 馬丁·G·A·居特里 申請人:捷訊研究有限公司