專利名稱：移動設(shè)備的超低電壓電力分配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動計算設(shè)備的電力分配系統(tǒng)，尤其涉及移動計算設(shè)備的超低電壓電力分配系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
諸如筆記本計算機(jī)、個人數(shù)字助理(PDA)、MP3播放器、視頻記錄器、照相機(jī)和/或其他移動計算設(shè)備之類的移動數(shù)字計算設(shè)備(或“移動計算設(shè)備”)正變得越來越流行。膝上型計算機(jī)尤其提供了與桌面型計算機(jī)相比更大的移動性。膝上型計算機(jī)是由一般包括串聯(lián)連接的電池的電池組來供電的。充電之間的電池壽命是一個重要的設(shè)計考慮因素。膝上型計算機(jī)重量和大小也是重要的設(shè)計考慮因素。
半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步帶來了更長的電池壽命和改進(jìn)的膝上型計算機(jī)性能。雖然最近電池壽命有所增進(jìn)，但膝上型計算機(jī)和其他移動計算設(shè)備中使用的傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)并沒有高效地利用電池組的最大可用能量。
由于顧客的偏好，通過增大電池大小和/或重量來增大電池壽命一般是不可接受的。因此，應(yīng)當(dāng)增大電池效率來增大整體電池壽命。電池效率的改進(jìn)一般是通過增大電池供電電壓來完成的。較高的電池電壓一般是通過串聯(lián)連接額外的電池和/或增大每個電池的電壓來實(shí)現(xiàn)的。一般來說，較高的電池供電電壓通過減小工作電流來增大效率，其中減小工作電流會減小由于寄生分布電阻導(dǎo)致的I2R損耗。典型膝上型計算機(jī)利用標(biāo)稱10.8V(最大12.6V)和標(biāo)稱18V(最大21V)之間的電池電壓工作。例如，串聯(lián)連接的一組三至五個鋰離子(LiOn)電池可以用作膝上型計算機(jī)機(jī)中的電壓源。
由于寄生分布電阻導(dǎo)致的能量損耗并不是膝上型計算機(jī)和其他移動計算設(shè)備中電池效率低下的唯一原因。具體而言，當(dāng)將高電池電壓轉(zhuǎn)換成低到足以供某些類型的半導(dǎo)體設(shè)備使用的電壓時，也會發(fā)生轉(zhuǎn)換損耗。轉(zhuǎn)換損耗也是電池效率低下的重要原因。例如，將12V電池電壓轉(zhuǎn)換成1V供電電壓(即12∶1)的DC/DC轉(zhuǎn)換器可能具有大約12-25％的轉(zhuǎn)換損耗。將4V電池電壓轉(zhuǎn)換成1V供電電壓(即4∶1)的DC/DC轉(zhuǎn)換器可能具有大約5-10％的轉(zhuǎn)換損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種分布式電力系統(tǒng)，其可以包括第一分布式負(fù)載中心，其具有第一和第二負(fù)載端子并且至少包括第一分布式負(fù)載，其中所述第一分布式負(fù)載包括從以下群組中選擇出來的至少一個負(fù)載，該群組包括中央處理單元(CPU)、存儲器、圖形處理單元(GPU)、硬盤驅(qū)動器(HDD)和DVD驅(qū)動器；第二分布式負(fù)載中心，其具有第一和第二負(fù)載端子并且至少包括第二分布式負(fù)載，其中所述第二分布式負(fù)載包括從以下群組中選擇出來的至少一個負(fù)載，該群組包括所述中央處理單元、所述存儲器、所述圖形處理單元、所述硬盤驅(qū)動器和所述DVD驅(qū)動器；第一分布式電力系統(tǒng)，其包括第一電池，該第一電池直接連接到所述第一分布式負(fù)載中心的所述第一和第二負(fù)載端子并且主要向所述第一分布式負(fù)載中心的所述第一和第二負(fù)載端子提供電力；第二分布式電力系統(tǒng)，其包括第二電池，該第二電池直接連接到所述第二分布式負(fù)載中心的所述第一和第二負(fù)載端子并且主要向所述第二分布式負(fù)載中心的所述第一和第二負(fù)載端子提供電力。
其中，所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第一負(fù)載端子通信，并且所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第二負(fù)載端子通信。所述第一分布式電力系統(tǒng)向所述第二分布式負(fù)載中心提供電力，并且其中所述第二分布式電力系統(tǒng)向所述第一分布式負(fù)載中心提供電力。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的分布式電力系統(tǒng)的移動計算設(shè)備。該移動計算設(shè)備還包括中央處理單元；與所述中央處理單元通信的存儲器；與所述存儲器和所述中央處理單元通信的接口；以及與所述接口通信的顯示器。
本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)還可以包括感測和保護(hù)模塊，其感測流到所述第一分布式電力系統(tǒng)的電流并且選擇性地減小所述電流。
本發(fā)明的移動計算設(shè)備可以包括膝上型計算機(jī)。
本發(fā)明分布式電力系統(tǒng)還可以包括電池組，該電池組包括所述第一和第二電池。
本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)還可以包括包括所述第一電池的第一電池組和包括所述第二電池的第二電池組；其中所述第一電池組具有第一物理尺寸，所述第二電池組具有第二物理尺寸；所述第一物理尺寸中的至少一個不同于所述第二物理尺寸中的至少一個；并且在所述移動計算設(shè)備中，所述第一電池組位于遠(yuǎn)離所述第二電池組處。
本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)還可以包括電池組，該電池組包括所述第一電池、所述第二電池以及所述第一和第二電池的第一端子之間的第一連接和所述第一和第二電池的第二端子之間的第二連接。
本發(fā)明的移動計算設(shè)備還可以包括主板，其提供所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第一負(fù)載端子之間和所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第二負(fù)載端子之間的連接。
在本發(fā)明的移動計算設(shè)備中，所述連接可以包括將所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第一端子連接到所述主板的電源線/面的第一金屬加強(qiáng)構(gòu)件；以及將所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第二端子連接到所述主板的地線/面的第二金屬加強(qiáng)構(gòu)件。
在本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)，所述第一電池可以具有第一容量，所述第二電池可以具有不同于所述第一容量的第二容量。
本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)還可以包括第一直流/直流轉(zhuǎn)換器，其接收來自所述第一電池的第一電壓并且輸出第二電壓到所述第一分布式負(fù)載中心。
在本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)中，所述直流/直流轉(zhuǎn)換器可以是降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器之一。
本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)還可以包括第二直流/直流轉(zhuǎn)換器，其接收來自所述第一電池的第三電壓并且輸出第四電壓到所述第二分布式負(fù)載中心。
本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)還可以包括第一直流/直流轉(zhuǎn)換器，其接收來自所述第一電池的第一電壓并且輸出第二電壓；第二直流/直流轉(zhuǎn)換器，其接收來自所述第一直流/直流轉(zhuǎn)換器的所述第二電壓并且輸出第三電壓到所述第一分布式負(fù)載中心。
在本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)中，所述第一直流/直流轉(zhuǎn)換器可以是降壓轉(zhuǎn)換器，所述第二直流/直流轉(zhuǎn)換器是升壓轉(zhuǎn)換器。
在本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)中，所述第二直流/直流轉(zhuǎn)換器可以是1∶n轉(zhuǎn)換器。
在本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)中，所述第一電池和所述第二電池中的至少一個可以包括通用串行總線電池。
在本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)中，所述通用串行總線電池可以包括短路保護(hù)設(shè)備。
在本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)中，所述第一分布式負(fù)載中心可以在第一電壓下工作，所述第二分布式負(fù)載中心可以在所述第一電壓和第二電壓中的至少一個下工作。
本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)還包括第一接觸器，其選擇性地斷開所述第一分布式電力系統(tǒng)的第一和第二端子中的至少一個；第二接觸器，其選擇性地斷開所述第二分布式電力系統(tǒng)的第一和第二端子中的至少一個；以及短路檢測模塊，其與所述第一和第二接觸器中的至少一個通信，檢測所述第一和第二分布式電力系統(tǒng)中的至少一個中的短路，并且選擇性地斷開所述第一和第二分布式電力系統(tǒng)中的至少一個。
在本發(fā)明的分布式電力系統(tǒng)中，所述第一直流/直流轉(zhuǎn)換器可以在第一頻率下工作，所述第二直流/直流轉(zhuǎn)換器可以在不同于所述第一頻率的第二頻率下工作。
本發(fā)明的其他應(yīng)用領(lǐng)域?qū)囊韵绿峁┑脑敿?xì)描述中顯現(xiàn)出來。應(yīng)當(dāng)理解，詳細(xì)描述和特定示例雖然指示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但只是用來說明的，而不是用來限制本發(fā)明的范圍的。


從詳細(xì)描述和附圖中將會更全面地理解本發(fā)明，附圖中圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包括具有串聯(lián)連接的電池的電池組的膝上型計算機(jī)的功能框圖；圖1B是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)連接的多個電池的功能框圖；圖1C是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包括DC/DC轉(zhuǎn)換器和電池組的膝上型計算機(jī)的功能框圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的電池組和膝上型計算機(jī)負(fù)載的并聯(lián)電池布置的示意圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)現(xiàn)方式的中央處理單元(CPU)、存儲器和圖形處理單元(GPU)負(fù)載的并聯(lián)電池布置的示意圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明的包括并聯(lián)連接的電池端子的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖3B是根據(jù)本發(fā)明的包括并聯(lián)連接的電池端子和DC/DC轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖3C示出具有短路檢測模塊的圖3A的電池；圖3D示出移動計算設(shè)備中具有不同尺寸的電池組的布置；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合主板上的端子連接導(dǎo)體的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖4B是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合主板上的端子連接導(dǎo)體和DC/DC轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合主板上的到地和電源面的短路金屬加強(qiáng)構(gòu)件的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合主板上的到地和電源面的短路金屬加強(qiáng)構(gòu)件和DC/DC轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的包括DC/DC轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的包括DC/DC轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的包括DC/DC轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖9是包括外圍設(shè)備和升壓轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的包括單級和兩級轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的包括單級和兩級轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的包括單級和兩級轉(zhuǎn)換器的并聯(lián)電池布置的功能框圖；圖13是具有負(fù)載的示例性移動計算設(shè)備的功能框圖；圖14是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在失配的電池中的電流浪涌；圖15是根據(jù)本發(fā)明的包括分布式電源和電流感測和保護(hù)模塊的移動計算設(shè)備的功能框圖；圖16A是電流保護(hù)模塊的示例性電氣示意圖；圖16B是另一個電流保護(hù)模塊的示例性電氣示意圖；圖16C是活動電流保護(hù)模塊的示例性電氣示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下對優(yōu)選實(shí)施例的描述只是示例性的，而并不是想要限制本發(fā)明、其應(yīng)用或使用。為了清晰起見，在附圖中將使用相同的標(biāo)號來標(biāo)識類似的元件。這里所使用的術(shù)語模塊和/或設(shè)備是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的或群組的)和存儲器、組合邏輯電路和/或提供所描述的功能的其他適當(dāng)組件。雖然將結(jié)合膝上型計算機(jī)和/或膝上型負(fù)載來描述本發(fā)明，但是本發(fā)明適用于任何移動數(shù)字計算設(shè)備和/或移動計算設(shè)備負(fù)載。這里所使用的術(shù)語移動計算設(shè)備是指這樣的數(shù)字設(shè)備，這種設(shè)備至少包括一個集成電路，并且能夠由諸如電池或其他便攜式電力存儲設(shè)備之類的移動電源供電。移動計算設(shè)備的示例包括但不限于膝上型計算機(jī)、MP3播放器、個人數(shù)字助理(PDA)等等。
現(xiàn)參考圖1A、1B和1C，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的諸如膝上型計算機(jī)10這樣的移動計算設(shè)備包括一個或多個負(fù)載12和為負(fù)載12供電的電池組14，所述負(fù)載12例如是膝上型負(fù)載。電池組14包括串聯(lián)連接的電池。電池組14充當(dāng)膝上型負(fù)載12的集中能量源。換言之，電池組14通過導(dǎo)體16和/或18向膝上型負(fù)載12提供電流和電壓。導(dǎo)體16和/或18之一可以連接到參考電勢，例如地。在圖1B中，電池組14包括串聯(lián)連接的電池20-1、20-2、...和20-X(統(tǒng)稱為電池20)，其中X大于1。在傳統(tǒng)電池組設(shè)計中，電池20是串聯(lián)連接的，以增大電壓并減小電流。
膝上型計算機(jī)10可以包括DC/DC轉(zhuǎn)換器22，如圖1C所示。DC/DC轉(zhuǎn)換器22經(jīng)由導(dǎo)體24和/或26與電池組14通信。膝上型負(fù)載12經(jīng)由導(dǎo)體28和/或30與DC/DC轉(zhuǎn)換器22通信。導(dǎo)體之一可以連接到參考電勢，例如地。這樣，DC/DC轉(zhuǎn)換器22接收來自電池組14的第一電壓電平，并向膝上型負(fù)載12輸出第二電壓電平。例如，電池組14可以輸出諸如12V的電池組電壓。DC/DC轉(zhuǎn)換器22將電池組電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓電平，例如1V供電電壓，以供膝上型負(fù)載12使用。換言之，在本示例中，DC/DC轉(zhuǎn)換器22是具有12∶1轉(zhuǎn)換比率的降壓轉(zhuǎn)換器。如上所述，高轉(zhuǎn)換比率往往具有相對高的轉(zhuǎn)換損耗。增大電池組電壓會減小與寄生分布電壓相關(guān)聯(lián)的能量損耗，而同時又會由于轉(zhuǎn)換效率低下而增大損耗。。
現(xiàn)參考圖2A，根據(jù)本發(fā)明的用于移動計算設(shè)備的電力分配系統(tǒng)40包括一個或多個負(fù)載中心42-1、42-2、...和42-M(統(tǒng)稱為負(fù)載中心或負(fù)載42)。分布式負(fù)載中心42中的每一個包括一個或多個負(fù)載。諸如電池44-1、44-2、...和44-M(統(tǒng)稱為電池44)之類的一個或多個分布式電源并聯(lián)連接到負(fù)載42。換言之，電池44-1直接連接到負(fù)載42-1，并向其提供電力。電池44-2直接連接到負(fù)載42-2，并向其提供電力。電池44-M向負(fù)載42-M提供電力。負(fù)載中心42可以包括多個負(fù)載。換言之，電池44和負(fù)載42的數(shù)目不需要相等。
電池44的并聯(lián)分布式布置允許以最優(yōu)方式將電力分配給負(fù)載。例如，典型的膝上型計算機(jī)子系統(tǒng)包括諸如半導(dǎo)體負(fù)載和其他類型的負(fù)載之類的物理上分散在整個膝上型計算機(jī)中的負(fù)載。在本發(fā)明中，每個負(fù)載42可以從具有最優(yōu)位置的電池44接收電力。相反，負(fù)載12(如圖1A和1C所示)從位于中央的單個電池組14接收電力。
在一種實(shí)現(xiàn)方式中，負(fù)載42的電流要求可能是不平衡的。例如，負(fù)載42-1可能要求比負(fù)載42-2更多的電流。為了防止不均勻的電力消耗，電力分配系統(tǒng)40包括一個或多個端子連接46和48。端子連接46和48可以是分別短接負(fù)載中心42和/或電池44的第一端子和第二端子的任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料。換言之，第一電池的第一端子被連接到電池組中的其他電池的第一端子。對于第二端子使用類似的方法。例如，端子連接46和48可以包括但不限于連接到印刷電路板(PCB)電源線/面(PT/P)和/或地線/面(GT/P)的導(dǎo)電線和/或金屬加強(qiáng)構(gòu)件。
現(xiàn)參考圖2B，示例性電力分配系統(tǒng)50包括中央處理單元(CPU)負(fù)載52、存儲器負(fù)載54和圖形處理單元(GPU)負(fù)載56。CPU負(fù)載52、存儲器負(fù)載54和GPU負(fù)載56可能具有不同的電流要求。端子連接46和48允許不同的負(fù)載從一個或多個電池44接收電力。
現(xiàn)參考圖3A，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)現(xiàn)方式的膝上型計算機(jī)60。膝上型計算機(jī)60包括按并聯(lián)分布布置連接的負(fù)載62和電池64。電池64被結(jié)合在電池組66中。電池64通過電池組66和負(fù)載62之間的多個相應(yīng)連接向負(fù)載62提供電力。電池64連接在電池組66內(nèi)(如圖2A和2B所示)。
現(xiàn)參考圖3C，電池組66可以結(jié)合短路檢測模塊67，該模塊在存在短路狀況時隔離電池64。換言之，短路檢測模塊67監(jiān)視電池組，以確定電池的端子何時被短接以及/或者電池的第一端子何時被短接到另一電池的第二端子。短路檢測模塊67可以選擇性地更改開關(guān)或接觸器69的位置，以隔離電池。
返回參考圖3A，雖然電池組66被示為位于膝上型計算機(jī)60內(nèi)，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以意識到，電池組66可以位于膝上型計算機(jī)60外部。此外，膝上型計算機(jī)60可以包括多個電池組66，其中每一個包括并聯(lián)連接的多個電池，如上所述。例如，膝上型計算機(jī)60可以包括物理上位于膝上型計算機(jī)60的相反側(cè)的電池組66。
負(fù)載62和電池64的并聯(lián)分布布置對于電池組66的制造是有利的。與負(fù)載串聯(lián)連接的電池組一般包括多個串聯(lián)連接的電池。電池組連接到負(fù)載。一個或多個的電池可以具有比電池組中的其他電池更小的容量。在這種布置中，容量較小(即較弱)的電池可以在容量較大(即較強(qiáng))的電池放電時自行反向充電。結(jié)果，容量較小的電池受到損害，從而減小了電池組的整體容量。每個電池必須被充電和放電，以確定實(shí)際存儲能量并且避免在電池組內(nèi)包括具有不相等的容量的電池。
本發(fā)明的并聯(lián)分布布置消除了與平衡電池容量相關(guān)聯(lián)的制造時間和成本。在并聯(lián)電池組配置中，電流自然地從電池組分配到負(fù)載62。較強(qiáng)的電池將比同一電池組內(nèi)的較弱的電池提供更多電流，而不需要對較弱的電池反向充電。結(jié)果，整體電池組壽命將會增大，并且電池組的最大容量被更有效的使用。例如，電池64中的一個或多個可以被放電到最小電壓規(guī)格，以充分利用電池組的能量，并且反向充電不會發(fā)生。類似地，并聯(lián)分布布置提供了更大的可靠性。當(dāng)電池64之一隨著時間過去而變?nèi)鯐r，較強(qiáng)的電池能夠補(bǔ)充或替代較弱的電池的能量輸出。因此，電池組的整體容量不會嚴(yán)重減小。
現(xiàn)參考圖3D，膝上型計算機(jī)60可以包括并聯(lián)布置的不同大小的電池，以進(jìn)一步利用此特征。例如，小外形參數(shù)膝上型計算機(jī)可以使裝配電池和/或各具有一個或多個電池的電池組的可用區(qū)域達(dá)到最大。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，膝上型計算機(jī)60可以包括具有第一組尺寸和/或形狀的第一電池組-1、具有第二組尺寸和/或形狀的第二電池組-2和具有第n組尺寸和/或形狀的第n電池組66-N。電池組被布置成鄰近其主負(fù)載62。電池組66中的每一個包括一個或多個電池。電池組66連接在一起和/或連接到地，以允許如上所述的負(fù)載共享。在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，膝上型計算機(jī)60可以包括具有不規(guī)則大小和/或形狀的電池和/或電池組。在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，膝上型計算機(jī)60可以包括用于電池和/或電池組的多個安裝位置，以允許靈活的電池組放置。例如，第一電池組可以被安裝在膝上型計算機(jī)60的頂側(cè)，第二電池組可以被安裝在膝上型計算機(jī)60的底側(cè)?；蛘?，多個電池組可以沿膝上型計算機(jī)60的邊緣安裝或者安裝在膝上型計算機(jī)60的角落。
膝上型計算機(jī)60可以包括一個或多個DC/DC轉(zhuǎn)換器70，如圖3B所示。正如以上參考圖1C所述，DC/DC轉(zhuǎn)換器70將電池64的較高的電壓轉(zhuǎn)換成適合于負(fù)載62的較低的電壓。但是，由于膝上型計算機(jī)60的并聯(lián)分布布置，DC/DC轉(zhuǎn)換器70的轉(zhuǎn)換比率減小了。例如，DC/DC轉(zhuǎn)換器70可以具有小于4∶1的轉(zhuǎn)換比率。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，轉(zhuǎn)換比率小于或等于3∶1、2∶1和/或1∶1。此外，DC/DC轉(zhuǎn)換器中的每一個可以具有不同的轉(zhuǎn)換比率。這樣，提高了膝上型計算機(jī)60的整體效率。
膝上型計算機(jī)60的某些半導(dǎo)體負(fù)載可能要求較高的工作頻率。例如，在大約1MHz的工作頻率下，外部無源組件比起利用低頻DC/DC轉(zhuǎn)換器工作的相當(dāng)?shù)慕M件更小且更便宜。在并聯(lián)分布布置中，DC/DC轉(zhuǎn)換器70可以在不同頻率下工作。結(jié)果，DC/DC轉(zhuǎn)換器70之一可以在較高的頻率(例如1MHz到4MHz之間)下工作。
現(xiàn)參考圖4A和圖5A，膝上型計算機(jī)80可以包括主板82。在該實(shí)現(xiàn)方式中，電池之間的并聯(lián)連接(如上所述)被結(jié)合在主板82上。例如，端子短接連接可以包括連接導(dǎo)體84和86，如圖4A所示?；蛘撸俗佣探舆B接可以包括連接到主板82的PT/P和/或GT/P的金屬加強(qiáng)構(gòu)件88?，F(xiàn)參考圖4B和5B，膝上型計算機(jī)80可以包括前述實(shí)現(xiàn)方式中所述的一個或多個DC/DC轉(zhuǎn)換器70。
現(xiàn)參考圖6、7和8，膝上型計算機(jī)90還可以包括降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器92和升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器94。膝上型計算機(jī)中的半導(dǎo)體設(shè)備可以具有相對較低的電壓要求。但是，某些半導(dǎo)體設(shè)備可能要求較高的電壓。例如，膝上型計算機(jī)90可以包括第一負(fù)載96和第二負(fù)載98。第一負(fù)載96可能要求第一電壓，例如1V。第二負(fù)載98可能要求大于第一電壓的第二電壓，例如5V。如果電池提供小于5V但大于1V的電池電壓輸出，則可以使用升壓和降壓轉(zhuǎn)換器。在本實(shí)現(xiàn)方式中，升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器94將電池組66的電壓提升到適合于負(fù)載98的電壓。
在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，膝上型計算機(jī)100可以包括具有多于一個電壓要求的一個或多個外圍設(shè)備102(即硬盤驅(qū)動器(HDD)或數(shù)字視頻盤(DVD)系統(tǒng))，如圖9所示。例如，對于諸如電動機(jī)104這樣的機(jī)械元件，外圍設(shè)備102可以要求為5V的第一電壓。對于另一個電子元件106，外圍設(shè)備102可以要求較低的第二電壓。在本發(fā)明中，電子元件106可能能夠在某個供電電壓范圍內(nèi)工作。例如，電子元件106可以依靠來自單個LiOn電池源或5V的供電電壓的電力工作。在傳統(tǒng)的工作在串聯(lián)布置的5V下的系統(tǒng)中，電子元件106以及機(jī)械元件104工作在5V下。
但是，外圍設(shè)備102也可以工作在膝上型計算機(jī)100的并聯(lián)分布布置中。這樣，膝上型計算機(jī)100包括向機(jī)械元件104提供5V的升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器108。不需要第二升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器以用于電子元件106。換言之，電子元件106被配置成在較低的供電電壓下工作以及在5V下工作，這就消除了對額外的升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的需要。
現(xiàn)參考圖10-12，膝上型計算機(jī)110根據(jù)兩級DC/DC轉(zhuǎn)換過程將電池電壓轉(zhuǎn)換成5V供電電壓。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，電池是鋰離子電池，但是也可使用其他類型的電池。膝上型計算機(jī)110包括DC/DC轉(zhuǎn)換器112、降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器114和1∶n升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器116。根據(jù)負(fù)載18的電壓要求，DC/DC轉(zhuǎn)換器112可以是降壓或升壓轉(zhuǎn)換器。如前述實(shí)現(xiàn)方式所述，DC/DC轉(zhuǎn)換器112轉(zhuǎn)換電池120的電壓。
對于某些高電流應(yīng)用，升壓轉(zhuǎn)換器的使用可能不那么符合需要。例如，電池124的電壓可能在2.7V到4.2V之間。降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器114首先將電池124的電壓轉(zhuǎn)換成較低的電壓。例如，降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器114將電池124的電壓轉(zhuǎn)換成2.5V。升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器116隨后將較低的電壓轉(zhuǎn)換成適合于負(fù)載122的較高的電壓。例如，升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器116具有1∶2的轉(zhuǎn)換比率，并且將降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器114的輸出轉(zhuǎn)換成5V。對于更高的電壓要求，升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器116可以根據(jù)需要具有1∶n的轉(zhuǎn)換比率。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在可以從以上描述中意識到，本發(fā)明的廣泛教導(dǎo)可以以多種形式來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可以結(jié)合采取并聯(lián)電池分布的其他已知的電池組和/或電源配置。例如，電源或電池組可以根據(jù)這里所述的實(shí)現(xiàn)方式中的任何一種利用通用串行總線(USB)技術(shù)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電池分布。
現(xiàn)參考圖13，其中示出了具有負(fù)載的示例性移動計算設(shè)備200。移動計算設(shè)備200包括中央處理單元(CPU)204、存儲器208(例如隨機(jī)訪問存儲器、只讀存儲器和/或其他適合的電子存儲裝置)以及輸入/輸出(I/O)接口210。設(shè)備200還可以包括圖形處理單元(GPU)212。移動計算設(shè)備200可以包括一個或多個外圍設(shè)備，例如數(shù)字多功能盤(DVD)214，其包括一個或多個電動機(jī)218和控制220。另外的外圍設(shè)備可以包括硬盤驅(qū)動器(HDD)224，其可以包括一個或多個電動機(jī)228和控制模塊230。設(shè)備200可以包括音頻輸出232，例如音頻輸出塞孔或揚(yáng)聲器。設(shè)備可以包括顯示器234、輸入236、盤驅(qū)動器240和/或無線局域網(wǎng)接口242。輸入236可以包括音頻輸入、麥克風(fēng)、鍵盤、按鈕、觸摸板和/或其他輸入。設(shè)備200的組件可以被分組成一個或多個分布式負(fù)載中心，并且按上述方式被供電。
現(xiàn)參考圖14，其中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的失配的電池中的電流浪涌。電路240包括第一電池244和第二電池248。電池244和248并聯(lián)連接并且為一個或多個負(fù)載250供電。可以意識到，如果第一電池244是新的和/或完全充電的電池，第二電池248是舊的、有缺陷的和/或完全放電的電池，則流到第二電池248的電流可能太高，并且會導(dǎo)致?lián)p害和/或其他危害。
現(xiàn)參考圖15，移動計算設(shè)備300根據(jù)本發(fā)明包括分布式電源302和電流感測和保護(hù)模塊。設(shè)備300包括電池304-1、304-2、304-3和304-4(統(tǒng)稱為電池304)，它們主要分別為負(fù)載306-1、306-2、306-3和306-4(統(tǒng)稱為負(fù)載306)供電。感測和保護(hù)模塊310-1、310-2、310-3和310-4(統(tǒng)稱為感測和保護(hù)模塊310)分別連接到電池304-1、304-2、304-3和304-4。感測和保護(hù)模塊310-1、310-2、310-3和310-4以任何適當(dāng)?shù)姆绞礁袦y流經(jīng)電池304-1、304-2、304-3和304-4的電流，并且限制電流，如下所述?？刂颇K320與感測和保護(hù)模塊310通信，接收感測到的電流信號并生成一個或多個控制信號，以控制流經(jīng)電池304的電流。雖然示出了四個電池/負(fù)載/感測和保護(hù)模塊對，但是在特定實(shí)現(xiàn)方式中也可以使用更多的和/或更少的對。
現(xiàn)參考圖16A，其中示出了電流保護(hù)模塊330。電流保護(hù)模塊330包括多個晶體管330-1、330-2、330-3、...和330-N。當(dāng)流經(jīng)各個電池的電流足夠低時，晶體管330導(dǎo)通。當(dāng)電流超過閾值時，晶體管330被調(diào)節(jié)和/或關(guān)斷，以調(diào)整每個晶體管330提供的電阻RDS。晶體管中的一些可以被選擇性地導(dǎo)通，而其他的被關(guān)斷。雖然示出了并聯(lián)布置，但是也可以使用串聯(lián)布置。
現(xiàn)參考圖16B，另一個電流保護(hù)電路340包括電阻342和并聯(lián)連接的開關(guān)344。開關(guān)344通常閉合。當(dāng)經(jīng)過相應(yīng)的電池的電流增大到超過閾值時，開關(guān)344斷開，以通過增加電阻342來增大串聯(lián)電阻。結(jié)果，流經(jīng)電池的電流減小。
現(xiàn)參考圖16C，其中示出了另一個電流保護(hù)電路350，其包括可變電阻352和并聯(lián)連接的開關(guān)354。開關(guān)354通常閉合。當(dāng)經(jīng)過電池的電流增大到超過閾值時，開關(guān)斷開，以通過增加可變電阻352來增大串聯(lián)電阻。所提供的電阻可以被控制模塊320所調(diào)整。結(jié)果，流經(jīng)電池的電流減小。
在一些實(shí)現(xiàn)方式中，電池可以是單芯電池?？梢允褂秒娮杵?、晶體管或其他適當(dāng)組件來實(shí)現(xiàn)電阻?？梢允褂镁w管或其他適當(dāng)組件來實(shí)現(xiàn)開關(guān)。
雖然已經(jīng)聯(lián)系了本發(fā)明的特定示例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的真實(shí)范圍不應(yīng)當(dāng)限于此，這是因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員在研究附圖、說明書和所附權(quán)利要求書以后可以清楚看出其他修改。
本申請要求2005年5月31日遞交的美國臨時申請No.60/685,915和2005年8月17日遞交的美國臨時專利申請No.60/708,903的優(yōu)先權(quán)。這里通過引用將上述申請的公開內(nèi)容全部結(jié)合進(jìn)來。
權(quán)利要求
1.一種分布式電力系統(tǒng)，包括第一分布式負(fù)載中心，其具有第一和第二負(fù)載端子并且至少包括第一分布式負(fù)載，其中所述第一分布式負(fù)載包括從以下群組中選擇出來的至少一個負(fù)載，該群組包括中央處理單元、存儲器、圖形處理單元、硬盤驅(qū)動器和DVD驅(qū)動器；第二分布式負(fù)載中心，其具有第一和第二負(fù)載端子并且至少包括第二分布式負(fù)載，其中所述第二分布式負(fù)載包括從以下群組中選擇出來的至少一個負(fù)載，該群組包括所述中央處理單元、所述存儲器、所述圖形處理單元、所述硬盤驅(qū)動器和所述DVD驅(qū)動器；第一分布式電力系統(tǒng)，其包括第一電池，該第一電池直接連接到所述第一分布式負(fù)載中心的所述第一和第二負(fù)載端子并且主要向所述第一分布式負(fù)載中心的所述第一和第二負(fù)載端子提供電力；第二分布式電力系統(tǒng)，其包括第二電池，該第二電池直接連接到所述第二分布式負(fù)載中心的所述第一和第二負(fù)載端子并且主要向所述第二分布式負(fù)載中心的所述第一和第二負(fù)載端子提供電力；其中所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第一負(fù)載端子通信，并且所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第二負(fù)載端子通信，并且其中所述第一分布式電力系統(tǒng)向所述第二分布式負(fù)載中心提供電力，并且其中所述第二分布式電力系統(tǒng)向所述第一分布式負(fù)載中心提供電力。
2.一種移動計算設(shè)備，包括如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括所述中央處理單元；與所述中央處理單元通信的所述存儲器；與所述存儲器和所述中央處理單元通信的接口；以及與所述接口通信的顯示器。
3.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括感測和保護(hù)模塊，其感測流到所述第一分布式電力系統(tǒng)的電流并且選擇性地減小所述電流。
4.根據(jù)本發(fā)明第二方面的移動計算設(shè)備，其中所述移動計算設(shè)備包括膝上型計算機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括電池組，該電池組包括所述第一和第二電池。
6.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括包括所述第一電池的第一電池組和包括所述第二電池的第二電池組，其中所述第一電池組具有第一物理尺寸，所述第二電池組具有第二物理尺寸，其中所述第一物理尺寸中的至少一個不同于所述第二物理尺寸中的至少一個，并且其中，在所述移動計算設(shè)備中，所述第一電池組位于遠(yuǎn)離所述第二電池組處。
7.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括電池組，該電池組包括所述第一電池、所述第二電池以及所述第一和第二電池的第一端子之間的第一連接和所述第一和第二電池的第二端子之間的第二連接。
8.根據(jù)本發(fā)明第二方面的移動計算設(shè)備，還包括主板，其提供所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第一負(fù)載端子之間和所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第二負(fù)載端子之間的連接。
9.如權(quán)利要求8所述的移動計算設(shè)備，其中所述連接包括將所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第一端子連接到所述主板的電源線/面的第一金屬加強(qiáng)構(gòu)件；以及將所述第一和第二分布式負(fù)載中心的所述第二端子連接到所述主板的地線/面的第二金屬加強(qiáng)構(gòu)件。
10.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，其中所述第一電池具有第一容量，所述第二電池具有不同于所述第一容量的第二容量。
11.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括第一直流/直流轉(zhuǎn)換器，其接收來自所述第一電池的第一電壓并且輸出第二電壓到所述第一分布式負(fù)載中心。
12.如權(quán)利要求11所述的分布式電力系統(tǒng)，其中所述直流/直流轉(zhuǎn)換器是降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器之一。
13.如權(quán)利要求11所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括第二直流/直流轉(zhuǎn)換器，其接收來自所述第一電池的第三電壓并且輸出第四電壓到所述第二分布式負(fù)載中心。
14.如權(quán)利要求11所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括第一直流/直流轉(zhuǎn)換器，其接收來自所述第一電池的第一電壓并且輸出第二電壓；第二直流/直流轉(zhuǎn)換器，其接收來自所述第一直流/直流轉(zhuǎn)換器的所述第二電壓并且輸出第三電壓到所述第一分布式負(fù)載中心。
15.如權(quán)利要求14所述的分布式電力系統(tǒng)，其中所述第一直流/直流轉(zhuǎn)換器是降壓轉(zhuǎn)換器，所述第二直流/直流轉(zhuǎn)換器是升壓轉(zhuǎn)換器。
16.如權(quán)利要求15所述的分布式電力系統(tǒng)，其中所述第二直流/直流轉(zhuǎn)換器是1∶n轉(zhuǎn)換器。
17.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，其中所述第一電池和所述第二電池中的至少一個包括通用串行總線電池。
18.如權(quán)利要求17所述的分布式電力系統(tǒng)，其中所述通用串行總線電池包括短路保護(hù)設(shè)備。
19.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，其中所述第一分布式負(fù)載中心在第一電壓下工作，所述第二分布式負(fù)載中心在所述第一電壓和第二電壓中的至少一個下工作。
20.如權(quán)利要求1所述的分布式電力系統(tǒng)，還包括第一接觸器，其選擇性地斷開所述第一分布式電力系統(tǒng)的第一和第二端子中的至少一個；第二接觸器，其選擇性地斷開所述第二分布式電力系統(tǒng)的第一和第二端子中的至少一個；以及短路檢測模塊，其與所述第一和第二接觸器中的至少一個通信，檢測所述第一和第二分布式電力系統(tǒng)中的至少一個中的短路，并且選擇性地斷開所述第一和第二分布式電力系統(tǒng)中的至少一個。
21.如權(quán)利要求14所述的分布式電力系統(tǒng)，其中所述第一直流/直流轉(zhuǎn)換器在第一頻率下工作，所述第二直流/直流轉(zhuǎn)換器在不同于所述第一頻率的第二頻率下工作。
全文摘要
一種移動計算設(shè)備，包括中央處理單元(CPU)、與所述CPU通信的存儲器、與所述存儲器和所述CPU通信的接口以及與所述接口通信的顯示器。第一分布式負(fù)載中心具有第一和第二負(fù)載端子并且至少包括第一分布式負(fù)載。第二分布式負(fù)載中心具有第一和第二負(fù)載端子并且至少包括第二分布式負(fù)載。第一分布式電源包括第一電池，該第一電池直接連接到第一分布式負(fù)載中心的第一和第二負(fù)載端子并且主要向其提供電力。第二分布式電源包括第二電池，該第二電池直接連接到第二分布式負(fù)載中心的第一和第二負(fù)載端子并且主要向其提供電力。
文檔編號H04B7/005GK1874570SQ20061007823
公開日2006年12月6日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月31日
發(fā)明者塞哈特·蘇塔迪嘉 申請人:馬維爾國際貿(mào)易有限公司