專利名稱：用于調(diào)整來自低容量電池單元的功率的新電路拓撲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率調(diào)整領域。更特別地，本發(fā)明涉及調(diào)整來自低容量電池單元的功率的領域。
背景技術：
電池被用于要求短持續(xù)時間能量“突發(fā)”的應用中。示例性應用包括智能信用卡、 賓館鑰匙卡和蜂窩電話，諸如使得蜂窩電話中的相機閃光燈閃光。某些電池類型，稱為微能量電池單元，極其薄，例如小于大約150微米厚度。這些電池具有非常低的容量，諸如0.5 毫安時到2毫安時，但是能夠遞送50毫安到200毫安的對于其大小而言相對較高的電流。 電源電路設計為防止電池電壓下降到最小閾值電壓之下。這一處理可用于防止對電池的損壞和/或維持最小電壓電平，從而使得其能夠被用于電源電路所耦合到的其他應用，諸如系統(tǒng)電源。用于維持最小閾值電壓的常規(guī)解決方案是在電池與存儲電容器之間串聯(lián)地耦合開關和電阻器。存儲電容器通過接通開關來充電，并且電阻器防止電池下降到損壞閾值之下。一旦電容器被充電到預定電平，例如完全充滿或某些較低的充電電平，則在短時間段內(nèi)負載能夠接收來自已充電電容器的高浪涌電流，而不將電池下拉到最小閾值電壓之下。圖1圖示了用于提供從電池到負載的電流浪涌的常規(guī)電源電路的概念性示意圖。 功率調(diào)整電路設計為防止電池電壓下降到預定電壓電平之下。功率調(diào)整電路2包括電池8、 耦合到電池8的充電電路4、耦合到充電電路4的調(diào)整器電路6以及耦合到調(diào)整器電路6的負載30。充電電路4包括晶體管10、電阻器12和電容器14。電池8是概念性地表示為電壓源16的電源。電池8還具有概念性地表示為電阻器18的電池阻抗。在此所用的對“電池電壓”的引用是指電阻器18處的輸出端電壓。電阻器12表示在電池8與電容器14之間的附加電阻。晶體管10和電阻器12的組合阻抗防止電池電壓下降到會發(fā)生對電池的損壞的電壓之下或者以便維持用于其他應用的最小電壓電平。在備選配置中，晶體管10和電阻器12用單一晶體管代替，該單一晶體管所具有的阻抗大到足以具有晶體管10與電阻器12 的相同組合阻抗。晶體管10用作實現(xiàn)從電池8到電容器14的電流流動的開關。調(diào)整器電路6包括晶體管22、運算放大器20、電阻器M和沈以及電容器28。負載30耦合到電容器觀。晶體管22用作實現(xiàn)從充電電路4到負載30的電流流動的開關。在接通到負載30的電流之前，首先通過接通開關10來對電容器14充電。一旦對電容器14充了電，負載30就被接通，并且存儲在電容器14中的能量被遞送給負載30并在電容器14的電壓放電的同時被調(diào)整。這確保了電池8的電壓不會被下拉到電池8可能被損壞的閾值電壓之下或者以便維持用于其他應用的最小電壓電平。調(diào)整器6可以始終接通， 在此情況下接通和關斷負載實現(xiàn)電流流動，或者調(diào)整器6可以接通和關斷以實現(xiàn)從充電電路4到負載30的電流流動。一般而言，電容器14在負載30接通之前或者在調(diào)整器6接通之前被充電。在損壞閾值之處或之下，電池喪失容量并最終變得不可操作。將電池電壓維持在損壞閾值之上使得電池能夠用于數(shù)千次循環(huán)。
電源電路2可以用于很多應用，包括傳感器和智能信用卡。在智能信用卡的情況中，電池在信用卡內(nèi)。信用卡還包括微處理器和發(fā)射電路。電源電路2的缺點是電池8內(nèi)的電阻器18的電阻高度依賴于溫度。在電源電路的典型操作溫度范圍內(nèi)，諸如在_25°C到85°C之間，電阻可能從在該溫度范圍的高端處的幾歐，諸如5-10歐，向上變化到在溫度低端處的數(shù)千歐，諸如12K歐。這是很大的電阻范圍。 環(huán)境溫度越高，電阻器18的瞬時電阻越低。瞬時電阻越低，來自電池的電流輸出越大。來自電池的電流輸出需要受到限制以便不會下拉電池電壓。電源電路2設計為能應對最差情況的電流輸出條件，該最差情況的電流輸出條件對應于要操作電源電路2的最低溫度。晶體管10和電阻器12的組合阻抗減緩了從電池8到電容器14的電流流動以防止電池電壓下降到損壞閾值電壓。為了能應對由于溫度而引起的電池電阻的較寬的變化，電阻器12根據(jù)最差情況的溫度條件設計，該最差情況的溫度條件對應于預期可操作溫度范圍中的低溫。溫度越低，電阻器18的電阻越高，從而對能應對電池8的增加的輸出阻抗的更大電阻器12的需求就更大。這樣，電源電路2所針對的應用決定了電阻器12的大小。例如，如果電源電路2要用于可操作溫度范圍的低端將低至10°C的應用中，則使用第一電阻器。如果電源電路2要用于溫度將低至0°C的另一應用中，則使用第二電阻器，其中由于較低的預期溫度， 第二電阻器具有比第一電阻更大的電阻。因此，電源電路2包括如下的電阻器12，該電阻器 12具有針對最差情況條件而設計的電阻，該最差情況條件為要使用電源電路的最低預期溫度。電阻器12越大，對電容器14充電的時間越長。然而，當在非最差情況場景中(例如在20°C )使用電源電路2時，對電容器14充電的時長仍然依賴于針對較低最差情況溫度而設計的電阻器12。在20°C時對電容器14充電會耗費幾乎與在最差情況溫度(例如0°C) 時對電容器14充電一樣長的時間。針對這種情況的充電時間長于電源電路是針對20°C的最差情況溫度而設計的情形。減小非最差情況條件的充電時間將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
電源電路的實施例包括電壓受限充電電路和線性調(diào)整器，以供給高電流脈沖給負載，同時維持經(jīng)調(diào)整的輸出并且不將電池放電到預定電平之下。電壓受限充電電路包括共同配置為有源回路的低阻抗晶體管和運算放大器。晶體管用作開關，并且運算放大器提供可調(diào)節(jié)控制電壓，該可調(diào)節(jié)控制電壓根據(jù)當前電池電壓和最小閾值電壓來調(diào)節(jié)晶體管阻抗。調(diào)節(jié)晶體管阻抗使得存儲電容器能夠在電池阻抗低時非常迅速地充電或者在電池阻抗高時非常緩慢地充電。在一個方面，一種電源電路包括電池；存儲電容器；有源控制電路，耦合在電池和存儲電容器之間，其中有源控制電路被配置為啟用電池對存儲電容器的充電，同時將電池電壓維持在最小電壓電平之處或之上；以及負載，耦合到存儲電容器。在某些實施例中， 有源控制電路是有源回路，該有源回路被配置為在存儲電容器充電時監(jiān)控電池電壓。在某些實施例中，有源回路包括耦合在電池與存儲電容器之間的晶體管以及耦合到晶體管和電池的運算放大器。在某些實施例中，運算放大器包括耦合到電池以接收電池電壓的第一輸入以及用以接收最小電壓電平的第二輸入。晶體管的阻抗可以由從運算放大器輸出的控制信號來調(diào)節(jié)。有源控制電路使得能夠以如下充電速率對存儲電容器充電，該充電速率達到并包括針對電池的瞬時阻抗的最大充電速率。瞬時電池阻抗根據(jù)環(huán)境溫度而變化。在某些實施例中，電源電路還包括調(diào)整器電路，耦合在存儲電容器與負載之間。調(diào)整器電路可以配置為在特定時間段內(nèi)輸出經(jīng)調(diào)整的電壓給負載。在某些實施例中，電池是微能量電池單元。 在某些實施例中，電池是需要負載保護的能量源。


圖1圖示了用于提供從電池到負載的電流浪涌的常規(guī)電源電路的概念性示意圖。圖2圖示了用于提供從電池到負載的電流浪涌的電源電路的概念性示意圖。圖3圖示了對應于圖2中的電源電路操作的示例性波形。針對附圖的若干視圖來描述電源電路的實施例。在多于一個的附圖中，在適當?shù)臅r候并且僅當公開和示出相同的元件時，將使用相同的參考標號表示這種相同的元件。
具體實施例方式本申請的實施例針對電源電路。本領域一般技術人員將會認識到，以下對電源電路的詳細描述僅是說明性的，并非旨在以任何方式進行限制。本領域技術人員將容易地得知電源電路的其他實施例本身具有本公開的益處?，F(xiàn)在將對附圖所示的電源電路的實現(xiàn)進行詳細的參考。將貫穿所有附圖和以下詳細描述而使用相同的參考標記來指代相同或類似的部分。為清楚起見，在此描述的實現(xiàn)的常規(guī)特征并非都被示出和描述。當然，應當意識到，在開發(fā)任何這種實際的實現(xiàn)時，必須作出大量特定于實現(xiàn)的策略以便達到開發(fā)者的特定目標，諸如遵從與應用和商業(yè)相關的約束，并且應當意識到，這些特定目標將隨著不同的實現(xiàn)和不同的開發(fā)者而變化。另外，應當意識到，這種開發(fā)勞動可能是復雜和耗時的，但無論如何將是本領域一般技術人員對于具有本公開益處的慣例工作。電源電路的實施例包括電壓受限充電電路和線性調(diào)整器，以供給高電流脈沖給負載，同時維持經(jīng)調(diào)整的輸出并且不將電池放電到預定電平之下。電壓受限充電電路包括共同配置為有源回路的低阻抗晶體管和運算放大器。晶體管用作開關，并且運算放大器提供可調(diào)節(jié)控制電壓，該可調(diào)節(jié)控制電壓調(diào)節(jié)晶體管阻抗。調(diào)節(jié)晶體管阻抗使得存儲電容器能夠在電池阻抗低時非常迅速地充電或者在電池阻抗高時非常緩慢地充電。電源電路實現(xiàn)對存儲電容器的充電和使用所存儲的能量來驅(qū)動負載。有源回路提高了對存儲電容器快速充電的能力。電源電路不使用電阻器來調(diào)整來自電池的電流輸出。相反，有源回路通過根據(jù)電池的瞬時電壓調(diào)節(jié)晶體管阻抗來調(diào)整耦合到電池的阻抗。圖2圖示了用于提供從電池到負載的電流浪涌的電源電路的概念性示意圖。電源電路設計為防止電池電壓下降到預定電壓電平之下。電源電路100包括電池108、耦合到電池108的電壓受限負載電路104、耦合到電路104的調(diào)整器電路106以及耦合到調(diào)整器電路 106的負載130。調(diào)整器電路106包括晶體管122、運算放大器120、電阻器124和126以及電容器128。調(diào)整器電路106利用使能2信號來接通和關斷。可以借助于允許調(diào)整器106 在條件合適的時候適當序列化的任何方式來控制使能2信號。在這一示例中，使能2信號被提供為比較器140的輸出。比較器140的正輸入耦合到電壓受限負載電路104內(nèi)的電容器 114。該比較器的負輸入耦合到參考電壓，在這一示例性情況中，參考電壓是3.7伏。當電容器114上的電壓在參考電壓(在這一情況中是3. 7伏)之上時，比較器140的輸出變高， 但是由于比較器140中內(nèi)置的滯后作用，直到電容器114上的電壓變低至2. 5伏之下時，電容器114的輸出才會變低?？刂票容^器140的輸出的電壓電平僅僅是示例性的，可以使用備選的電壓電平。負載130耦合到電容器128。晶體管122用作實現(xiàn)從電路104到負載130的電流流動的開關。在示例性應用中，調(diào)整器電路106被配置為提供3. 3伏的經(jīng)調(diào)整的輸出給負載 130。應當理解，調(diào)整器電路106只代表用于調(diào)整從電路104(特別是存儲電容器114)到負載的電流流動的示例性調(diào)整電路。作為備選，可以考慮使用任何常規(guī)調(diào)整電路代替圖2的調(diào)整器電路106。一般而言，調(diào)整電路包括任何如下電路，該電路將電容器114上的電壓用作輸入并且借助于線性控制元件或開關模式轉(zhuǎn)換器將該電壓減小或調(diào)整至較低電平以產(chǎn)生連接到負載130的輸出管腳上的恒定電壓。調(diào)整電路通常具有開-關控制或使能管腳。電路104包括晶體管110、運算放大器102和電容器114。電池108用作概念性地表示為電壓源116的電源。電池108還具有概念性地表示為電阻器118的電池阻抗。在此所用的對“電池電壓”的引用是指電阻器118處的電池108的輸出端電壓。晶體管110用作實現(xiàn)從電池108到電容器114的電流流動的開關。運算放大器102提供可調(diào)節(jié)控制電壓給晶體管110并且利用使能1信號來接通和關斷。輸入到晶體管110的控制電壓的大小決定晶體管阻抗。控制電壓越大，晶體管阻抗越大。以這種方式，運算放大器102調(diào)節(jié)晶體管 110的阻抗。調(diào)節(jié)晶體管110的阻抗使得存儲電容器114能夠在電池阻抗低時非常迅速地充電或者在電池阻抗高時非常緩慢地充電。電容器114的最大充電速率是通過將電池108拉得盡可能低同時又不觸及電池上的電壓的下限來實現(xiàn)的。最大電流等同于跨電阻器118的電壓，并且跨電阻器118的電壓等于電壓源116處的電壓減去在電池108被保持在最小閾值電壓處時的電池輸出電壓。這允許電容器114的最大充電速率獨立于電池阻抗。從另一角度而言，電壓受限負載電路104 基本上用作線性分流調(diào)整器，并且只要輸出電容器114在分流電壓之下，電路104就將電池向下保持(分流)為處于2. 15伏。電路104的操作由放大器102控制。運算放大器102具有兩個輸入。第一輸入是電池電壓。第二輸入是恒定電壓電平，其是針對電池108的最小閾值電壓。最小閾值電壓是電池108要被保持在的最小電壓電平。最小閾值電壓是預定值。將電池108維持在最小閾值電壓之處或之上防止了電池損壞并且/或者維持了用于電源電路所耦合到的其他應用(諸如系統(tǒng)電源)的最小功率電平。在一個示例性應用中，最小閾值電壓是2. 15伏。一般而言，最小閾值電壓可以設置在任何電平。如果電池108上的輸出電壓大于輸入到放大器102的最小閾值電壓，例如2. 15伏，則放大器102的輸出的電壓減小。放大器102的輸出耦合到晶體管110，并且當晶體管110上的柵極電壓減小時，晶體管110的阻抗減小。當晶體管110的阻抗減小時，電池108被更低地下拉，直至電池電壓等于最小閾值電壓2. 15伏。 此時，放大器102的輸出改變?yōu)閷㈦姵仉妷邯毩⒂陔姵刈杩沟鼐S持在最小閾值電壓處的電平。由于放大器102和晶體管110用作電池108的電壓分流器，來自電池108的所有分流電流被施加為對輸出電容器114充電，而不論電池阻抗如何。當電池108具有低電池阻抗時，電容器114以更快的充電速率充電。當電池阻抗更高時，充電速率更慢。當電容器114 的電壓變?yōu)榈扔诜至骱蟮碾姵仉妷簳r，在這種情況下為2. 15伏，在將電池電壓保持在2. 15伏的最小閾值電壓處的同時，已沒有位置供分流電流流動。此時，當電池電壓和電容器電壓相等時，放大器回路不再被滿足，而為了試圖滿足回路條件，當電池108和電容器114兩者上的電壓增加到2. 15伏的最小閾值電壓之上時，放大器回路通過晶體管110將電池108短接到電容器114。以這種方式，當利用使能1信號上的高電平接通晶體管110和放大器102兩者時， 晶體管110和放大器102被配置為有源回路。當使能1信號為低時，放大器102的輸出被拉高，從而使得晶體管110處于關斷狀態(tài)。放大器102的第一輸入使得放大器102能夠在有源回路中監(jiān)控電池電壓。這將電池108限制為僅被下拉至最小閾值電壓，在這一示例中為 2. 15伏，并且使得存儲電容器114能夠針對當前環(huán)境溫度而被以其最大充電速率充電。當利用使能1信號接通電路104中的有源回路時，如果存儲電容器114在最小閾值電壓(2. 15 伏)之下，則電池電壓被維持在最小閾值電壓(2. 15伏)處。來自電池108的電流輸出等于跨電阻器118的電壓降除以電阻器118的值。由于電池阻抗(電阻器118)是溫度的函數(shù)，并且電壓源116處的電壓在對電容器114充電所需的時間期間保持相對恒定，因此電池電壓決定例如來自電池108的電流輸出，同時電池電壓由于電阻器118而同樣是溫度的函數(shù)。如果電池被拉至最小閾值電壓，在這一示例中為2. 15伏，則電容器114的充電速率始終為其最大速率，但會由于電阻器118依賴于溫度而依賴于溫度。在接通到負載130的電流之前，首先通過接通晶體管110來對電容器114充電。一旦對電容器114充了電，負載130就被接通，并且存儲在電容器114中的能量被遞送給負載 130并在電容器114的電壓放電時被調(diào)整。這確保了電池108的電壓不會被下拉到最小閾值電壓之下。晶體管122可以始終接通，在此情況下接通和關斷負載實現(xiàn)了電流流動，或者晶體管122可以接通和關斷以實現(xiàn)從存儲電容器114到負載130的電流流動。在圖2的配置中，使用使能2信號來接通和關斷晶體管122以接通和關斷運算放大器120。當運算放大器120關斷時，運算放大器120的輸出變?yōu)楦邞B(tài)，其關斷晶體管122。應當理解，可以使用備選配置來接通和關斷晶體管122。一般而言，電容器114在負載130接通之前或者在晶體管 122接通之前被充電。在某些實施例中，在最小閾值電壓之處或之下，電池會喪失容量并最終變得不可操作。將電池電壓維持在最小閾值電壓之上可以使電池能夠用于數(shù)千次循環(huán)。盡管圖2中未示出，但在放大器102、放大器120和比較器140的第二輸入處提供的經(jīng)調(diào)整的電壓是由電池108經(jīng)由調(diào)整電路供給的。在某些實施例中，這一調(diào)整電路是帶隙調(diào)整電路。調(diào)整電路可以包括一個或更多個除法電路、一個或更多個增益電路或者用于將電池電壓轉(zhuǎn)換為輸入到運算放大器102、放大器120和比較器140的經(jīng)調(diào)整的電壓的任何其他常規(guī)電路。相應地，電源電路100中的唯一功率源是電池108。作為備選，電源電路可以耦合到一個或更多個附加功率源。已經(jīng)將圖2所示的電源電路示出和描述為遞送功率給負載。盡管圖2中未示出， 但電池可以耦合到電源或?qū)﹄姵卦俪潆姷娜魏文芰揩@取電路。在某些實施例中，該能量獲取電路使用環(huán)境能量，諸如RF信號或太陽能。圖3圖示了對應于圖2中的電源電路100的操作的示例性波形。最上面的波形示出了電池電壓對時間的關系，第二個波形示出了存儲電容器電壓對時間的關系，第三個波形示出了通過存儲電容器的電流對時間的關系，第四個波形示出了輸入到運算放大器102 的使能1信號，并且第五個波形示出了輸入到運算放大器120的使能2信號。在時刻T0，電源電路100未啟用。此時，電池完全充滿，諸如4.0伏，并且存儲電容器完全放電。在這一示例中電池容量與傳送給電容器的能量相比非常大，因此貫穿整個討論，電池的電壓源116 處的電壓保持為恒定的4.0伏。在時刻Tl，充電電路104啟用。有很多方式來啟用充電電路104，包括但不限于RF檢測電路、振動傳感器、溫度傳感器以及機械開關。一旦啟用，電池電壓被晶體管110下拉直到在時刻T2達到最小電壓電平，在這一示例中為2. 15伏。隨著晶體管110的阻抗根據(jù)放大器102的輸出而減小，電池電壓降低。隨著電池電壓被減小的晶體管阻抗拉低，通過存儲電容器的電流增加，并且電容器電壓以某種充電速率增大。電池電壓從時刻Tl到時刻T2的緩慢改變是由于放大器102具有“軟啟動”特征。這一特征可以在不改變整體目標的情況下省略、減小或者增加。在時刻T2，電池電壓減小到由有源回路決定的最小電壓電平。最小電壓電平對應于在當前溫度下針對電池阻抗的最大輸出電池電流。同樣在時刻T2，通過存儲電容器的電流為最大。在時間段T2-T3期間，電池電壓被有源回路維持在最小電壓電平處。在這一時間段期間，電容器114繼續(xù)充電直到電容器電壓達到與電池108的最小電壓電平相同的電壓，在這一示例中為2. 15伏。因此，在時刻 T3，電池電壓和電容器電壓兩者相同。電容器114的充電速率以及由此的時刻T2與T3之間的實際時長由電容器值和通過電阻器118的電流來設置。通過電阻器118的電流由跨電阻器118的電壓和電阻來設置?？珉娮杵?18的電壓由電壓源116上的充電電壓(在這一示例中為4. 0伏)減去最小閾值電壓(在這一示例中為2. 15伏)的狀態(tài)來設置。在時間段T3-T4期間，電池108通過晶體管110被短接到電容器114，并且電池電壓和電容器電壓以相同速率增大。在電容器114上的電壓到達2. 15伏之前，晶體管110可以從電池108拉取所需的任何電流量以便將晶體管110保持在2. 15伏處。例如，當電容器114在0伏處時，放大器 102將晶體管110的阻抗控制為與電池108的電池阻抗(電阻器118)大致相同。這使得電阻器118和晶體管110上的電壓降由于兩者具有相同的阻抗而大致相等。這樣，電池電壓 (2. 14伏)是電壓源116的電壓0伏)和電容器114的電壓(0伏)的大約一半。隨著電容器114上的電壓升高，晶體管110的阻抗減小，從而使得電池電壓保持在2. 15伏處。隨著電容器114的電壓接近2. 15伏，晶體管110的阻抗接近0歐以便將電池電壓保持在2. 15 伏處。在時刻T3，不能通過改變放大器102的輸出來增加來自電池108的電流輸出。當電池108和電容器114被一起短接在2. 15伏時，除電容器114中之外沒有位置供電流流動。 由于進入電容器的電流增加了電容器電壓，因此電池108和電容器114處的電壓升高。相反，考慮去掉放大器102的配置。在這種情況下，晶體管110僅具有兩個狀態(tài)， 接通和關斷，其分別對應于0歐和無限歐的晶體管阻抗。如果在電容器114在0伏處時晶體管110接通(0歐)，則電容器114上的電壓以等于電阻器118的電阻乘以電容器114的電容的時間常數(shù)從0伏升高到4伏。這一配置中的問題是電池電壓遵循相同的電壓0伏到 4伏，這會損壞電池。隨著電容器114上的電壓升高，電壓源116處的電壓始終保持在4伏， 但當晶體管110首先接通時，電池電壓下拉至0伏。這一備選配置上的2. 15伏和4. 0伏之間的充電曲線的形狀與添加了放大器102時的曲線形狀完全相同。唯一不同在于該曲線在 2. 15伏之下。電容器114的充電速率以及由此的時刻T3與T4之間的實際時長依賴于當前溫度下的電池阻抗和電容器114的大小，即電池電阻118和電容器114的RC常數(shù)。隨著電池電壓和電容器電壓在時間段T3-T4上增加，通過電容器114的電流根據(jù)相同的RC常數(shù)減小到 O0電源電路100被配置為一旦電容器114被充電到預定電壓就啟用去往負載130的功率遞送。在這一示例中，負載130在時刻T4激活并且在時刻T5之后再次關斷。在某些實施例中，一個電路耦合到電容器114以監(jiān)控電容器114的電壓并且一旦電容器114達到預定電壓就啟用調(diào)整器電路106。在其他實施例中，調(diào)整電路耦合到電池108以監(jiān)控電池108 的電壓并且一旦電池108達到預定電壓就啟用調(diào)整器電路106。在這一示例中，該預定電壓是3. 7伏。調(diào)整器電路106在固定時間段內(nèi)是啟用的，在該時間期間，存儲在電容器114中的能量被遞送給負載130，從而對電容器114進行放電。在這一示例中，調(diào)整器電路106在從時刻T4到時刻T5的大約500微秒內(nèi)是啟用的，在該時間之后，調(diào)整器電路106以及由此的電源電路100被禁用。使能2信號在時刻T4變高。使能2信號可以從電容器114或其他裝置的電平生成。當使能2信號變高時，負載130被啟用。在這一示例中，調(diào)整器電路106利用使能2信號接通，這會在電容器114上產(chǎn)生負載電流。該負載電流遠大于來自電池108的充電電流， 因此電容器114上的電壓開始減小。在圖3中，電容器電流被示出為在使能2信號變高時變?yōu)樨?。為簡化圖3中的示圖，沒有按比例繪制電流幅度，實際上在時間段T2-T3期間負電流要比正電流的幅度大得多。在某些實施例中，時間段T4-T5期間的負電流幅度是時間段 T2-T3期間的正電流幅度的三倍。由于電池108和電容器114在時刻T3之后被短接在一起， 電容器電壓和電池電壓在時刻T5之外形狀相同。使能2信號在時刻T5變低，負載130被禁用。在某些實施例中，使能2信號由具有滯后作用的比較器140提供，并且在電容器114 上的電壓下降預定量時變低。在其他實施例中，使能2信號在接通負載130之后保持為高， 并且負載電流本身在時刻T5減小，即使調(diào)整器電路106保持啟用并且供給電壓給負載130 亦如此。應當理解，可以使用其他配置來啟用和禁用調(diào)整器電路106和/或負載130?？梢允褂萌魏纬Ｒ?guī)的半導體制作工藝來制造電源電路。在某些實施例中，設計電源電路具有來自電池的范圍大約為300-500納安的供給電流。在這一實施例中，使用能夠在集成電路上具有數(shù)十兆歐的電阻并且利用低電流來操作的常規(guī)半導體制作工藝來制造電源電路。在某些實施例中，運算放大器102、晶體管110、運算放大器120、晶體管122以及電阻器124、126形成為單片集成電路。已經(jīng)針對包含細節(jié)的特定實施例描述了電源電路，以方便理解電源電路的構造和操作的原理。此處對特定實施例及其細節(jié)的這種記載并非旨在限制所附權利要求的范圍。 對本領域技術人員來說顯而易見的是，在不脫離該電源電路的精神和范圍的情況下，可以在為說明而選擇的實施例中進行修改。
權利要求
1.一種電源電路，包括a.電池；b.存儲電容器；c.有源控制電路，耦合在所述電池與所述存儲電容器之間，其中所述有源控制電路被配置為啟用所述電池對所述存儲電容器的充電，同時將電池電壓維持在最小電壓電平之處或之上；以及d.負載，耦合到所述存儲電容器。
2.根據(jù)權利要求1的電源電路，其中所述有源控制電路包括有源回路，所述有源回路被配置為在所述存儲電容器充電時監(jiān)控所述電池電壓。
3.根據(jù)權利要求2的電源電路，其中所述有源回路包括耦合在所述電池與所述存儲電容器之間的晶體管以及耦合到所述晶體管和所述電池的運算放大器。
4.根據(jù)權利要求3的電源電路，其中所述運算放大器包括耦合到所述電池以接收所述電池電壓的第一輸入以及用以接收所述最小電壓電平的第二輸入。
5.根據(jù)權利要求3的電源電路，其中所述晶體管的阻抗由從所述運算放大器輸出的控制信號來調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權利要求1的電源電路，其中所述有源控制電路使得能夠以如下充電速率對所述存儲電容器充電，該充電速率達到并包括針對所述電池的瞬時阻抗的最大充電速率。
7.根據(jù)權利要求6的電源電路，其中所述瞬時電池阻抗根據(jù)環(huán)境溫度而變化。
8.根據(jù)權利要求1的電源電路，進一步包括調(diào)整器電路，該調(diào)整器電路耦合在所述存儲電容器與所述負載之間。
9.根據(jù)權利要求8的電源電路，其中所述調(diào)整器電路被配置為在特定時間段內(nèi)輸出經(jīng)調(diào)整的電壓給所述負載。
10.根據(jù)權利要求1的電源電路，其中所述電池包括微能量電池單元。
11.根據(jù)權利要求1的電源電路，其中所述電池包括需要負載保護的能量源。
12.一種電源電路，包括a.電池；b.存儲電容器；c.有源控制回路，包括耦合在所述電池與所述存儲電容器之間的晶體管以及耦合到所述晶體管和所述電池的運算放大器，其中所述運算放大器包括耦合到所述電池以接收電池電壓的第一輸入以及用以接收最小電壓電平的第二輸入，進一步地，其中所述有源控制回路被配置為啟用所述電池對所述存儲電容器的充電，同時將所述電池電壓維持在所述最小電壓電平之處或之上，并且所述有源控制電路使得能夠以如下充電速率對所述存儲電容器充電，該充電速率達到并包括針對所述電池的瞬時阻抗的最大充電速率；以及d.負載，耦合到所述存儲電容器。
13.根據(jù)權利要求12的電源電路，其中所述晶體管的阻抗由從所述運算放大器輸出的控制信號來調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權利要求12的電源電路，其中所述瞬時電池阻抗根據(jù)環(huán)境溫度而變化。
15.根據(jù)權利要求12的電源電路，進一步包括調(diào)整器電路，該調(diào)整器電路耦合在所述存儲電容器與所述負載之間。
16.根據(jù)權利要求15的電源電路，其中所述調(diào)整器電路被配置為在特定時間段內(nèi)輸出經(jīng)調(diào)整的電壓給所述負載。
17.根據(jù)權利要求12的電源電路，其中所述電池包括微能量電池單元。
18.根據(jù)權利要求12的電源電路，其中所述電池包括需要負載保護的能量源。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于調(diào)整來自低容量電池單元的功率的新電路拓撲。一種電源電路包括電壓受限充電電路和線性調(diào)整器，以供給高電流脈沖給負載，同時維持經(jīng)調(diào)整的輸出并且不將電池放電到預定電平之下。電壓受限充電電路包括共同配置為有源回路的低阻抗晶體管和運算放大器。晶體管用作開關，并且運算放大器提供可調(diào)節(jié)控制電壓，該可調(diào)節(jié)控制電壓根據(jù)當前電池電壓和最小閾值電壓來調(diào)節(jié)晶體管阻抗。調(diào)節(jié)晶體管阻抗使得存儲電容器能夠在電池阻抗低時非常迅速地充電或者在電池阻抗高時非常緩慢地充電。
文檔編號H02M3/07GK102163855SQ201110043960
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權日2010年2月23日
發(fā)明者J·洛卡斯西奧 申請人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司