專利名稱：調(diào)節(jié)功率的控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制類型的裝置，例如用于調(diào)節(jié)連接在電源和負(fù)載之 間的傳遞設(shè)備(諸如要充電的電池)的功率耗散。本發(fā)明還涉及一種 調(diào)節(jié)電路中功率的方法，該電路包括傳遞設(shè)備，諸如要充電的電池， 用于將電源連接到負(fù)載。
背景技術(shù)：
可充電電池現(xiàn)在在許多應(yīng)用中都得到廣泛使用。電子設(shè)備，特別 是便攜電子設(shè)備，是范圍從蜂窩電話手持設(shè)備到數(shù)碼相機(jī)的設(shè)備，其 嚴(yán)重依賴于高質(zhì)量的可充電電池。與具有例如無線通信能力的電子設(shè)備相關(guān)的是，該電子設(shè)備通常 配備有內(nèi)部充電系統(tǒng)來對(duì)同樣配備于電子設(shè)備中的主電池進(jìn)行充電。 充電系統(tǒng)具有傳遞設(shè)備，設(shè)計(jì)該傳遞設(shè)備連接在外部電力變壓器(后 文稱之為"適配器")和電池之間。但是，第三方(有時(shí)稱為"盜版") 適配器的廣泛可用性，引起了電子設(shè)備制造商的安全關(guān)注，因?yàn)橛袝r(shí) 適配器的輸出不兼容。這些關(guān)注之一涉及傳遞設(shè)備所耗散的功率，其 中，適配器供應(yīng)比傳遞設(shè)備的功率額度功率更多的功率。在此條件下， 傳遞設(shè)備會(huì)被損壞、完全故障，或者至少傳遞設(shè)備的使用壽命會(huì)縮短； 電池甚至可能變得很危險(xiǎn)。典型地，設(shè)計(jì)適配器用于連接到墻壁安裝的電插座或車輛(諸如 汽車)中的點(diǎn)煙器。進(jìn)而，現(xiàn)代適配器期望能在具有不同的主電壓供 應(yīng)的多個(gè)不同國(guó)家中使用。因此，由于這些性能要求，某些適配器制 造商已經(jīng)選擇了另外的設(shè)計(jì)，以便確保只有真正的原始設(shè)備制造商 (OEM)適配器用于電子設(shè)備，由此試圖消除或至少減輕對(duì)充電系統(tǒng)、
電池和/或用戶的潛在危害。有關(guān)于此，制造商設(shè)計(jì)了具有低調(diào)節(jié)輸出 電壓的適配器，并且已經(jīng)通過向適配器提供預(yù)定連接器配置以連接適 配器到電子設(shè)備來努力鼓勵(lì)使用這樣的適配器。但是，盡管這樣的配 置以一種積極的方式減少了連接靈活性以鼓勵(lì)使用安全的OEM適配 器，但該配置增加了電子設(shè)備和手持設(shè)備的成本。另一方法使用了外部保護(hù)性措施。例如，電子設(shè)備可以配備有保 險(xiǎn)絲。但是，提供保險(xiǎn)絲增加了電子設(shè)備的成本并且一旦保險(xiǎn)絲熔斷 就不能重新使用或者變得不可用，從而使得充電系統(tǒng)不可用。另一措 施是向充電系統(tǒng)提供溫度關(guān)閉電路，例如包括由熱調(diào)節(jié)環(huán)路保護(hù)的內(nèi) 部傳遞設(shè)備的電路，其使得充電系統(tǒng)的充電速率最大化，如美國(guó)專利6,521,118所述。但是，這樣的解決方案由于下面的原因而缺乏吸引力。 首先，美國(guó)專利6,521,118所述的電路并不是用于使用適配器外部的傳 遞設(shè)備的充電系統(tǒng)的。其次，美國(guó)專利6，521，118的電路將增加電子設(shè) 備的成本，因?yàn)樗捎陔娐返母呱岫荒芗傻礁蠊β实墓芾硇?片中。因此，電子設(shè)備中的芯片數(shù)增加，使得電路在經(jīng)濟(jì)上與低成本 充電配置不符合。進(jìn)而，額外的電路內(nèi)部功率耗散與完全集成功率管 理電路的電路布置不相符合。用于應(yīng)對(duì)傳遞設(shè)備的過度功率耗散的另一技術(shù)是使用具有更高功 率耗散性能的傳遞設(shè)備。但是，高額定功率的傳遞設(shè)備需要的物理封 裝比低額定功率的傳遞設(shè)備更大，且因此將占用更多的電路板空間； 它們還會(huì)增加電子設(shè)備的成本，因此不是所希望的解決方案。另一已知充電系統(tǒng)在美國(guó)專利6,144,187中公開，其使用模擬乘法 器來計(jì)算AC適配器輸出功率?？刂骗h(huán)路限定AC適配器所提供的功率， 但是相比用于電子設(shè)備的線性充電系統(tǒng)，生產(chǎn)起來更加昂貴。因此， 上述的電路不能提供對(duì)于線性充電應(yīng)用中傳遞設(shè)備的保護(hù)。此外，該 電路限定了對(duì)電池充電可用的功率量
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于調(diào)節(jié)功率的控制裝置和方法，如所 附權(quán)利要求所述。


現(xiàn)在將描述本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，其只是舉例，并結(jié)合附圖， 在附圖中圖1是包括構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的功率調(diào)節(jié)裝置的電路的總體示意圖；圖2是圖1的功率調(diào)節(jié)裝置的示意圖，其中更詳細(xì)地示出了功率 調(diào)節(jié)裝置；圖3是圖2中功率調(diào)節(jié)裝置的示意圖，更為詳細(xì)； 圖4是圖3的裝置的總體工作的流程圖；圖5是關(guān)于在第一時(shí)間使用的三個(gè)不同電壓源的功率耗散曲線和 充電電流曲線圖；圖6是用于在兩個(gè)不同時(shí)間使用的單一電壓源的功率耗散曲線和 充電電流曲線圖；以及圖7是圖3的功率調(diào)節(jié)裝置的一部分的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面的描述中，相同附圖標(biāo)記通篇用于標(biāo)示類似部件。參看圖1，充電配置100包括連接到充電系統(tǒng)104的適配器102， 充電系統(tǒng)104連接到電池，例如電池106。適配器102可以被表示為電 壓源108，其與適配器102的等價(jià)內(nèi)部電阻100串聯(lián)連接，該電阻包括 附加到適配器102的電插頭(未示出)的電阻分布。充電系統(tǒng)104在適配器102之外，并且被設(shè)置于電子設(shè)備(未示 出)之內(nèi)，電子設(shè)備例如是無線通信設(shè)備，諸如蜂窩電話手持設(shè)備。 充電系統(tǒng)具有輸入端112，例如通過雙芯電纜(未示出)和一對(duì)連接器(也未示出)連接到適配器102的輸出端114。雙芯電纜具有正電壓線和地線。充電系統(tǒng)104的輸入端112包括正電源導(dǎo)軌116和地導(dǎo)軌118， 正電源導(dǎo)軌116連接到正電壓線，地導(dǎo)軌118連接到地線。在這個(gè)例 子中，電纜的電阻損耗由電阻損耗113來表示。正電源導(dǎo)軌116連接到控制器122的輸入120，控制器122的第 一輸出端124連接到地導(dǎo)軌118。控制器122的第二輸出端126連接到 受控電流源130的輸入端128。驅(qū)動(dòng)電流源130的控制端132連接到傳遞設(shè)備136的控制端134， 傳遞設(shè)備136的第二輸入端138連接到正電源導(dǎo)軌116。傳遞設(shè)備136 獨(dú)立于適配器102。傳遞設(shè)備136的輸出端140直接連接到充電系統(tǒng) 104并且還連接到外部讀出電阻144的第一端142，外部讀出電阻144 的第二端146也連接到充電系統(tǒng)104。將在后面更詳細(xì)描述傳遞設(shè)備 136與充電系統(tǒng)104之間的精確連接。傳遞設(shè)備136是能夠設(shè)定和修改 到電池的充電電流U的任何合適的設(shè)備。在這個(gè)例子中，傳遞設(shè)備136 是雙極型PNP晶體管，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，也可以使用其他 的設(shè)備。讀出電阻144的第二端146還連接到電池106的正電壓端148， 電池106的特征在于包括連接到至少一個(gè)電池單元152的電池的等價(jià) 內(nèi)部電阻150。電池106的正電壓端148連接到內(nèi)部電阻150，內(nèi)部電 阻150，如上所解釋的那樣，連接到至少一個(gè)電池單元152。該至少一 個(gè)電池單元152連接到電池106的地端154，電池106的接地端154連 接充電系統(tǒng)104的地導(dǎo)軌118。轉(zhuǎn)來看圖2，控制器122包括控制單元200，其第一端202連接到 正電源導(dǎo)軌116，其第二端204連接到地導(dǎo)軌118?？刂茊卧?00包括 計(jì)數(shù)器206，其輸出(未示出)連接到控制單元200的輸出端208?？?制單元200的輸出端208連接到功率讀出電路212的第一端210。功率
讀出電路212的第二端214連接到差分電壓讀出電路218的第一端216， 差分電壓讀出電路218的第二端220連接到正電源導(dǎo)軌116。功率讀出 電路212的第三端222還連接到充電電流讀出電路226的第一端224， 充電電流讀出電路226的第二端228連接到差分電壓讀出電路218的 第三端230以及傳遞設(shè)備136的輸出端140。充電電流讀出電路226的第三端232連接到讀出電阻144的第二 端146，充電電流讀出電路226的第四端234連接到驅(qū)動(dòng)電流源130的 第一N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET) 238的 柵極端236。第一NMOS FET 238的漏極端240連接到第一負(fù)載電阻 244的第一端242，第一負(fù)載電阻244的第二端246連接到傳遞設(shè)備136 的第一輸入端134。第一負(fù)載電阻244對(duì)用作傳遞設(shè)備136的PNP雙 極型晶體管的基極提供額外的保護(hù)。第一 NMOS FET 238的源極端248連接到第二 NMOS FET 252的 漏極端250，第二NMOSFET 252的源極端254連接到地導(dǎo)軌118。第 二 NMOS FET 252的柵極端256連接到功率讀出電路212的第四端 258。參看圖3，控制器122包括差分電壓讀出電路218、充電電流讀出 電路226和功率讀出電路212。盡管在圖1和2中未示出，控制器122 還包括參考電流生成電路300。差分電壓讀出電路218包括集成讀出電阻Rvee 302，該電阻連接到 正電源導(dǎo)軌116和第一運(yùn)算放大器304的反相輸入端以及第一 P溝道 金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS) FET 306的源極端。第一 PMOS FET 306 的柵極端連接到運(yùn)算放大器304的輸出端。第一運(yùn)算放大器304的非 反相輸入端連接到傳遞設(shè)備136的輸出端140。第一 PMOS FET 306的 漏極端連接到電流反射鏡配置308。集成讀出電阻302、第一運(yùn)算放大 器304、第一 PMOS FET 306和電流反射鏡配置308 —起用作電流源電
路，用于生成第一讀出電流Ivce，該第一讀出電流Ivce與傳遞設(shè)備136 的集電極-發(fā)射極電壓Vm成正比。第一運(yùn)算放大器304的非反相輸入端還連接到第三讀出電阻310，該第三讀出電阻310還連接到第二運(yùn)算放大器312的反相輸入端以及 第二 PMOS FET 314的源極端。第二 PMOS FET 314的柵極端連接到 第二運(yùn)算放大器312的輸出端，第二PMOS FET 314的漏極端連接到 第二電流反射鏡配置316。第二電流反射鏡配置316連接到第三電流反 射鏡配置318。第二運(yùn)算放大器312的非反相輸入端連接到電池106的 正電壓端148。第三讀出電阻310、第二PMOSET314、第二運(yùn)算放大 器312以及第二和第三電流反射鏡配置316、 318—起用作第二電流源 電路，其用于生成第二讀出電流Iee，該第二讀出電流Icc與流經(jīng)傳遞設(shè) 備136的電流，即充電電流Ieh成正比，并用于限定充電電流。第三電流反射鏡配置318的源極端320連接到Gilbert電池單元配 置324的第一端322。 Gilbert電池電源配置324包括多個(gè)PMOS FET 和NPN雙極型晶體管，其配置是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，因此出于簡(jiǎn) 明的原因而在這里不做進(jìn)一步描述。Gilbert電池單元配置324的第二端326連接到參考電壓源Vref(未 示出)。Gilbert電池單元配置324的第三端328連接到第一電流反射 鏡配置308的漏極端330，且Gilbert電池單元配置324的第四端連接 到參考電流生成電路300的第四電流反射鏡配置336的漏極端334。 Gilbert電池單元配置324連接到第五電流反射鏡配置338,第五電流反 射鏡配置338連接到第六電流反射鏡配置340。第六電流反射鏡配置 340的漏極端342提供與傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd成正比的第三 讀出電流Ipw。參考電流生成電路300包括第三運(yùn)算放大器344，其具有連接到 參考電壓源Vw的非反相輸入端。盡管在附圖中沒有示出，生成參考電 壓V^的電路是集成電路的已知標(biāo)準(zhǔn)特征，并且常規(guī)被設(shè)計(jì)在集成電路 中以便組成集成電路的多個(gè)電路使用。典型地，參考電壓V^是關(guān)于溫度和制造過程變化相對(duì)穩(wěn)定的電壓。PMOS FET的陣列346并聯(lián)連接， 它們的柵極端連接到運(yùn)算放大器344的輸出端，PMOS FET的陣列346 的反向輸出端和第一PMOS FET 348的漏極端經(jīng)由參考電阻350連接 到地導(dǎo)軌118。 PMOS FET陣列346的第二 PMOS FET 352的漏極端連 接到第四電流反射鏡配置336。第三運(yùn)算放大器344、 PMOSFET陣列 346、參考電阻350和第四電流反射鏡配置336 —起用作電流源，用來 生成參考電流，在第四電流反射鏡配置336的漏極端334提供的第一 參考電流Iref，在PMOS FET陣列346的第三PMOS FET 354的漏極端 提供的第二閾值參考充電電流^fe，在PMOS FET陣列346的第四 PMOS FET 356的漏極端提供的第三閾值功率參考電流Irefp。工作中，適配器102被插入到電力插座中，并且連接到電子設(shè)備， 由此將適配器102連接到充電系統(tǒng)104。電池106當(dāng)然也以上面已經(jīng)描 述過的方式連接到充電系統(tǒng)104。一旦對(duì)充電系統(tǒng)104加電，將參考電壓Vref提供給參考電流生成 電路300，使得其中的電流源電路生成第一、第二和第三參考電流Iw、 IKfc、 IwP。參考電阻350被設(shè)置為使得閾值參考充電電流I^e對(duì)應(yīng)于在 電池充電時(shí)允許流經(jīng)傳遞設(shè)備136和電池106的預(yù)定最大閾值電流。 在這個(gè)例子中，閾值參考充電電流^fc對(duì)應(yīng)于1A的最大充電電流。類似地，參考電阻350的設(shè)置也確保閾值功率參考電流Irefp對(duì)應(yīng)于1W的傳遞設(shè)備136的最大允許功率耗散。與此同時(shí)，差分電壓讀出電路218的電流源將正電源導(dǎo)軌116和 第一運(yùn)算放大器304的非反相輸入端上提供的電壓轉(zhuǎn)換為第一讀出電 流Ivee。正電源導(dǎo)軌116和第一運(yùn)算放大器304的非反相輸入端兩端的 電壓是傳遞設(shè)備136的集電極-發(fā)射極電壓Vee，因此第二讀出電流I，與傳遞設(shè)備136的集電極-發(fā)射極電壓Vee成正比。此外，第一讀出電
阻144兩端的電壓被應(yīng)用在第一運(yùn)算放大器304的非反相輸入端和第二運(yùn)算放大器312的非反相輸入端的兩端。第一讀出電阻144上的電 壓被充電電流讀出電路226的電流源電路轉(zhuǎn)換成第二讀出電流Iee。如 同上面已經(jīng)提到的，第二讀出電流Iee與流經(jīng)傳遞設(shè)備136的電流成正 比，該流經(jīng)傳遞設(shè)備136的電流對(duì)應(yīng)于充電系統(tǒng)104的充電電流Ich。 充電系統(tǒng)104因此具有充電電流U和傳遞設(shè)備136的集電極-發(fā)射極電壓Vee的測(cè)量數(shù)。Gilbert電池單元配置324是交叉耦合的差分放大器，將正比于充電電流U的第二讀出電流^的值乘以正比于集電極-發(fā)射極電壓Vce的第一讀出電流lw，以達(dá)到功率耗散讀出電流lj^，該功率耗散讀出電流I，與傳遞設(shè)備136的功率耗散Pd成正比。參考電壓V,ef用于設(shè)置Gilbert電池單元配置324的正確工作點(diǎn)，第一參考電流Uf用于提供關(guān) 于第三讀出電流Ipw的縮放因子，即Ipw = (Ivce X Icc) / Iref 。將充電電流U的知識(shí)與閾值參考充電電流Ireft相結(jié)合使用，以控制第一 NMOS FET 238。與第一 NMOS FET 328串聯(lián)的第二 NMOS FET 252受到功率耗散讀出電流I^與閾值功率參考電流I^p相結(jié)合的控制， 由此提供對(duì)流經(jīng)傳遞設(shè)備136的電流以及充電電流Ieh的獨(dú)立控制。轉(zhuǎn)到圖4和5，在適配器102的第一例子中，電源導(dǎo)軌116處于 8V，適配器102的電阻Rp,ug為6Q，電池106上的初始充電電壓為3V。 這些初始參數(shù)導(dǎo)致了第一充電電流曲線500以及傳遞設(shè)備136所耗散 的功率Pd的第一功率耗散曲線502。在這個(gè)第一例子中，閾值參考充電電流Irefc和第二讀出電流Icc以相反方向流動(dòng)，導(dǎo)致第一誤差信號(hào)Irefc-U，第一誤差信號(hào)用作第一 NMOS FET 328的控制信號(hào)，該控制信號(hào) 由第一NMOS FET 328的跨導(dǎo)放大，以用作傳遞設(shè)備136的驅(qū)動(dòng)電路 的第一控制。類似地，并且參看圖7，閾值功率參考電流I^p和功率耗散讀出電流Ipw以相反方向流動(dòng)，導(dǎo)致第二誤差信號(hào)I甜p- Ipw，該第二誤差信號(hào)用作第二 PMOS FET 252的控制信號(hào)，該控制信號(hào)由第二 PMOSFET 252的跨導(dǎo)放大，以用作傳遞設(shè)備136的驅(qū)動(dòng)電路的第二控 制。因此，隨著驅(qū)動(dòng)電流的增大，傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd也在 增大，直到其達(dá)到第一峰值504，約950mW。此后，隨著驅(qū)動(dòng)電流的 進(jìn)一步增大，傳遞設(shè)備136所耗散的功率降低到約200mW。結(jié)果，第 一誤差信號(hào)沒有達(dá)到足以使得第一 NMOS FET 238限定驅(qū)動(dòng)電流并由 此將流經(jīng)傳遞設(shè)備136的充電電流限定到1A的第一預(yù)定閾值電流的電 平(步驟400)。類似地，第二誤差信號(hào)沒有達(dá)到足以使得第二PMOS FET 252限定驅(qū)動(dòng)電流并由此將傳遞設(shè)備136所耗散的功率限定到1W 的第二預(yù)定閾值功率耗散的電平(步驟402)。在適配器102的第二例子中，電源導(dǎo)軌116處于IOV，適配器102 的電阻Rp,ug為6Q，電池106兩端的初始充電電壓為3V。這些初始參 數(shù)導(dǎo)致了第二充電電流曲線506以及傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd的 第二功率耗散曲線508。但是，隨著流經(jīng)傳遞設(shè)備136的驅(qū)動(dòng)電流增大 到1A，第一誤差信號(hào)開始達(dá)到上述提及的電平(步驟400)，其足以 使得第一 NMOS FET 238限定驅(qū)動(dòng)電流并由此將流經(jīng)傳遞設(shè)備136的 充電電流Ich限定到不超過1A的第一預(yù)定閾值電流。由于當(dāng)?shù)谝徽`差 信號(hào)表示充電電流為1A的最大值時(shí)，傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd 小于1W的預(yù)定閾值功率耗散，因此，第二誤差信號(hào)沒有達(dá)到足以使得 第二 PMOSFET 252限定驅(qū)動(dòng)電流的電平(步驟402);當(dāng)1A流經(jīng)傳 遞設(shè)備136時(shí)，傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd約為700mW。在適配器102的第三例子中，電源導(dǎo)軌116處于12V，適配器102 的電阻Rpbg為6J2，電池106兩端的初始充電電壓為3V。這些初始參 數(shù)導(dǎo)致了第三充電電流曲線510以及傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd的 第三功率耗散曲線512。但是，隨著流經(jīng)傳遞設(shè)備136的驅(qū)動(dòng)電流增大 到1A，第一誤差信號(hào)開始達(dá)到上述提及的電平(步驟400)，其足以 使得第一NMOS FET 238限定驅(qū)動(dòng)電流并由此將流經(jīng)傳遞設(shè)備136的 充電電流限定到不超過1A的第一預(yù)定閾值電流。但是，在1A的限定充電電流，傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1W (2.6W)，因 此第二誤差信號(hào)達(dá)到了足夠的電平(步驟402)，其足以使得第二 PMOS FET 252限定(步驟404) PNP驅(qū)動(dòng)電流為約lmA，由此限定充電電流 Ich為約100mA，從而將傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd限定為1W的最 大值。因此，可以看到，上述的電路將傳遞設(shè)備所耗散的功率Pd限定 為安全的最大值，在本例中是1W。上面的例子涉及初始參數(shù)。但是，隨著電池106充電的進(jìn)行，電 池106兩端的電壓上升。在適配器102的第四例子中，電源導(dǎo)軌116 處于11V，適配器102的電阻R—g為6fi，且電池106上的初始充電電 壓為3V。這些初始參數(shù)導(dǎo)致了第四充電電流曲線600以及傳遞設(shè)備136 所耗散的功率Pd的第四功率耗散曲線602。但是，隨著流經(jīng)傳遞設(shè)備 136的驅(qū)動(dòng)電流增大到1A，第一誤差信號(hào)開始達(dá)到上述提及的電平(步 驟400)，其足以使得第一NMOSFET 238限定驅(qū)動(dòng)電流并由此將流經(jīng) 傳遞設(shè)備136的充電電流限定到不超過1A的第一預(yù)定閾值電流。此時(shí)， 傳遞設(shè)備136所耗散的功率為1.6W，因此，當(dāng)?shù)谝徽`差信號(hào)表示充電 電流為lA的最大值時(shí)，傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd大于1W(1.6W)， 因此第二誤差信號(hào)達(dá)到了足夠的電平(步驟402)，其足以使得第二 PMOSFET 252限定(步驟404) PNP驅(qū)動(dòng)電流為約lmA，由此限定充 電電流為約100mA，從而將傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd限定為1W 的最大值。隨著電池106充電的進(jìn)行，電池106上的電壓增加，且因此第四 充電電流曲線600以及第四功率耗散曲線602都發(fā)生了變化。在接近 充電周期的末尾，接下來分別是第五充電電流曲線604以及第五功率 耗散曲線606。此處，第一誤差信號(hào)將仍舊使得第一 NMOS FET 238 限定(步驟400)驅(qū)動(dòng)電流到約12.5mA，由此將流經(jīng)傳遞設(shè)備136的 充電電流限定到不超過1A。但是，傳遞設(shè)備136的功率耗散特性向下 移動(dòng)，導(dǎo)致傳遞設(shè)備136在充電電流為1A時(shí)耗散更少的功率。因此，
不再達(dá)到1W的第二預(yù)定閾值功率耗散，充電系統(tǒng)具有刷新機(jī)制(步驟 406)來確保最高可允許的充電電流流經(jīng)傳遞設(shè)備136，同時(shí)保持傳遞 設(shè)備所耗散的功率Pd低于預(yù)定功率耗散閾值。因此，在另一實(shí)施例中，充電系統(tǒng)104通過使用第一誤差信號(hào)確 保流經(jīng)傳遞設(shè)備136的充電電流處于預(yù)定閾值充電電流(步驟400)。 然后，使用第二誤差信號(hào)，充電系統(tǒng)104確保傳遞設(shè)備136所耗散的 功率不超過(步驟402)預(yù)定功率耗散閾值。假設(shè)沒有超過預(yù)定功率耗 散閾值，充電電流保持在預(yù)定閾值充電電流。但是， 一旦超過了預(yù)定 功率耗散閾值，通過使用第二誤差信號(hào)，第二誤差信號(hào)使得充電電流 降低(步驟404)到足以確保不再超過預(yù)定功率耗散閾值的低值，同時(shí) 保持充電電流在預(yù)定功率耗散閾值的限定下處于盡可能高的值。但是， 如上所述，隨著充電周期的進(jìn)程，電池106兩端的電壓增大，由此充 電條件也發(fā)生變化。因此，控制器208的計(jì)數(shù)器206周期性地禁用(步 驟406)功率讀出電路212—段預(yù)定臨時(shí)時(shí)期，例如，每ls有10/is的 禁用時(shí)期，但是該時(shí)期不會(huì)長(zhǎng)到由于傳遞設(shè)備136耗散過度功率而對(duì) 傳遞設(shè)備136造成損害。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，只通過第一誤差信號(hào)來 控制驅(qū)動(dòng)電流，由此充電系統(tǒng)104使得流經(jīng)傳遞設(shè)備136的充電電流 Ich返回到預(yù)定閾值充電電流，而不管傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd。 隨后，在預(yù)定臨時(shí)時(shí)期之后恢復(fù)功率讀出電路212的控制，并且，通 過使用第二誤差信號(hào)，功率讀出電路212將到傳遞設(shè)備136的驅(qū)動(dòng)電 流降低到不大于預(yù)定功率耗散閾值的安全電平。因此，隨著在充電周 期期間充電電流和傳遞設(shè)備的功率耗散特性的變化，充電電流總是保 持在最大可能值，同時(shí)不超過預(yù)定功率耗散閾值，由此確保了優(yōu)化的 安全充電時(shí)間。因此，返回到第五功率耗散曲線606，當(dāng)?shù)谝徽`差信號(hào)將流經(jīng)傳 遞設(shè)備136的充電電流限定為不大于1A時(shí)，第二誤差信號(hào)沒有達(dá)到使 得第二NMOS FET 252進(jìn)一步限定驅(qū)動(dòng)電流的足夠的電平；因此，第 一NMOS FET 238設(shè)置的約12.5mA的驅(qū)動(dòng)電流保持不變，傳遞設(shè)備136所耗散的功率Pd保持在降低的電平600mW。因此，可以看出，通過控制同第二切換設(shè)備串聯(lián)連接的第一切換 設(shè)備用于充電電流限定，第一切換設(shè)備可以用來提供對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的額 外的控制來控制傳遞設(shè)備，從而確保傳遞設(shè)備不會(huì)超過預(yù)定閾值功率 耗散電平地耗散功率。盡管在上面的例子中，功率讀出電路212己經(jīng)被禁用，例如通過 禁用PMOSFET 700 (圖7)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯知道，可以使 用任何其他合適的已知技術(shù)來暫時(shí)允許在一段預(yù)定時(shí)期內(nèi)超過預(yù)定功 率耗散閾值。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，盡管上述例子涉及電池充電的領(lǐng)域，但上述例子背 后的原理可以用于其他應(yīng)用，例如與電壓調(diào)節(jié)器電路、音頻放大器電 路、或需要傳遞設(shè)備的任何電路相關(guān)，其中的傳遞設(shè)備可耗散比其能 承受的更多的功率，因?yàn)楣?yīng)給傳遞設(shè)備的電源電平是未知的。因此，有可能提供一種用于調(diào)節(jié)功率的控制裝置和方法，其執(zhí)行 實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的功率耗散計(jì)算。該裝置具有低材料清單(BOM)成本， 使用小型和低成本PNP晶體管。此外，低成本未調(diào)節(jié)適配器可以用于 包括該控制裝置的充電系統(tǒng)。進(jìn)而，對(duì)于傳遞設(shè)備溫度監(jiān)控的需要不 再是必需的。而且，對(duì)電池充電所花費(fèi)的時(shí)間得到了優(yōu)化，并且對(duì)于 傳遞設(shè)備的可允許的功率耗散得到了最大化。另外一個(gè)好處是，傳遞 設(shè)備的壽命不會(huì)由于充電設(shè)備的過度功率耗散而縮短。
權(quán)利要求
1. 一種用于控制連接在電源和負(fù)載之間的傳遞設(shè)備的控制裝置， 所述裝置包括輸入，用于從電源接收電力； 輸出，用于向負(fù)載提供電力；以及電流控制電路，被配置以生成第一控制信號(hào)，用于在使用時(shí)將流 經(jīng)傳遞設(shè)備的電流限定在預(yù)定電流電平；所述裝置的特征在于功率控制電路，被配置以生成第二控制信號(hào)，用于在使用時(shí)將傳 遞設(shè)備所耗散的功率限定為預(yù)定功率耗散電平，其中，在預(yù)定時(shí)期內(nèi) 暫時(shí)禁用所述功率控制電路。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述電流控制電路生成第一 控制信號(hào)，用于在使用時(shí)以其線性方式驅(qū)動(dòng)傳遞設(shè)備。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述功率控制 電路生成第二控制信號(hào)，用于限定流經(jīng)傳遞設(shè)備的電流。
4. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的裝置，其中， 所述功率控制電路與第一控制信號(hào)相獨(dú)立地生成第二控制信號(hào)。
5. 如前面權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述功率控制 電路被配置以當(dāng)在使用時(shí)，在預(yù)定時(shí)期內(nèi)暫時(shí)允許超過預(yù)定功率耗散 電平。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，在預(yù)定時(shí)間允許超過所述預(yù) 定功率耗散電平。
7. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述功率控制電路被配置以在 預(yù)定時(shí)間被暫時(shí)禁用。
8. 如權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述預(yù)定時(shí)間 按預(yù)定頻率出現(xiàn)。
9. 如前面權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述負(fù)載是可 充電電池單元。
10. —種調(diào)節(jié)電路中的功率的方法，該電路包括用于將電源連接到負(fù)載的傳遞設(shè)備，所述方法包括如下步驟 測(cè)量傳遞設(shè)備所耗散的功率；使用功率控制電路，響應(yīng)于測(cè)量的功率耗散控制流經(jīng)傳遞設(shè)備的電流，以將傳遞設(shè)備的功率耗散限定為預(yù)定功率耗散電平；以及 在預(yù)定時(shí)期內(nèi)暫時(shí)禁用所述功率控制電路。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 測(cè)量流經(jīng)傳遞設(shè)備的電流；響應(yīng)于測(cè)量的電流控制流經(jīng)傳遞設(shè)備的電流，以將流經(jīng)傳遞設(shè)備 的電流限定為預(yù)定電流電平。
12. —種對(duì)電池單元充電的方法，包括如下步驟 將電源經(jīng)由充電電路連接到負(fù)載；根據(jù)權(quán)利要求IO或權(quán)利要求11中所述的方法來調(diào)節(jié)電路中的功
全文摘要
在電子設(shè)備的電池充電領(lǐng)域，已知使用多種措施來避免充電系統(tǒng)中傳遞設(shè)備的過度功率耗散。但是，這些措施中的許多措施或者與線性充電方式不相兼容，或者增加了適配器和/或充電系統(tǒng)的成本。本發(fā)明提供一種功率耗散測(cè)量電路，用于對(duì)控制設(shè)備進(jìn)行控制，該控制設(shè)備與另一限定了最大電流的控制設(shè)備串行動(dòng)作，以控制到傳遞設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電流，使得將傳遞設(shè)備的功率耗散限定為最大閾值。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101124708SQ200580048555
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者奧利維爾·蒂科, 杰羅姆·昂雅爾貝 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司