专利名称：用于多个电池电源管理的选择器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及选择器电路，更具体的是涉及用于多电池系统的选择器电路。
背景技术：
选择器电路通常应用于各种电子装置的供电模块。这些选择器电路通常用来选择一个直流电源(例如一个交流/直流适配器)和一个可充电电池。这些选择器不能对并联工作的两个或两个以上的电池进行选择。另外，在各种电子装置中，例如笔记本电脑，该选择器电路通常由系统管理总线(SMBus)根据一个具体协议而传送的控制信号所控制。另外，这些选择器电路通常不能独立地确定、更正和通知供电模块中的其它部件电源危险状况。另外，这些选择器电路不能接收来自相关主机电源管理单元(PMU)的控制信号。
因此，本领域需要一种能克服上述现有技术缺陷的选择器电路。
发明内容
本发明的一种选择器电路的控制器可在电子装置的一个直流电源和多个电池之间进行选择。该控制器包括一个提供选择器输出信号的选择器输出电路(selector output circuit)，该选择器输出信号控制对直流电源和多个电池的选择。该选择器输出电路响应一个来自运行电源管理程序的电源管理单元(PMU)的PMU输出信号而提供选择器输出信号。
在另一个实施例中，提供了一种监控并从一个直流电源或多个可充电电池供电给一个电子装置、且由直流电源给多个电池中的任何一个充电的供电模块。该供电模块包括一个控制直流电源给多个可充电电池充电的充电电路，和一个响应一个来自运行电源管理程序的电源管理单元(PMU)的PMU输出信号而选择直流电源和多个电池中的至少一个的选择器电路。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种可以由一组或多组可充电电池或一个直流电源供电的电子装置。该电子装置包括一个运行电源管理程序的电源管理单元，一个控制给多个可充电电池充电的充电电路，和一个响应一个来自电源管理单元(PMU)的PMU输出信号而选择该直流电源和多个电池中的至少一个的选择器电路。
在另一个实施例中，提供了一种在电子装置的一个直流电源和多个电池之间进行选择的选择器电路的控制器。该控制器包括一个第一比较器，该第一比较器比较一个表示该直流电源的电压电平的第一信号和一个第一门限电平，并提供一个表示该第一信号和该第一门限电平之间差值的直流电源使能信号。该控制器还包括一个第二比较器，该第二比较器比较表示该直流电源的电压电平的第一信号和一个第二门限电平，并提供一个表示该第一信号和该第二门限电平之间差值的充电可能性门限信号(charge possible threshold signal)。该控制器还包括一个第三比较器，该第三比较器比较一个表示电子装置的电压电平的第三信号和一个第三门限电平，并提供一个表示该第三信号和该第三门限电平之间差值的第三信号。该控制器还包括一个第四比较器，该第四比较器比较一个第一电池的第一电压电平和一个第二电池的电压电平，并提供一个表示该第一电池的第一电压电平和该第二电池的第二电压电平之间差值的第四信号。该控制器还包括一个接收该第四信号并响应该第四信号而产生一个并联电池使用使能信号(parallel battery use enable signal)的并联电池使用使能电路(parallel battery use enable circuit)；一个接收该充电可能性门限信号并响应该充电可能性门限信号而产生一个充电使能信号的充电使能电路(charge enable circuit)；和一个接收至少该第三信号、该并联电池使用使能信号和该直流电源使能信号并产生一个二极管模式(diodemode)信号的电源危机电路(power crises circuit)。最后，该控制器还包括一个可提供选择器输出信号的选择器输出电路，其中该选择器输出信号控制对直流电源和多个电池的选择，该选择器输出电路响应来自PMU的电源管理单元(PMU)输出信号、充电可能性门限信号、二极管模式信号、并联电池使用使能信号和直流电源使能信号而产生选择器输出信号。
在本发明的另一个实施例中，提供了一个响应一个来自运行电源管理程序的电源管理单元(PMU)的输出信号、从而给电子装置选择至少一组电源中的一个的选择器电路。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种确保并联电池安全工作的方法。本发明的方法包括步骤接收一个来自相关电源管理电路的控制信号，该控制信号表示期望使用相并联的至少一个第一电池和一个第二电池；判定该第一电池的第一电压电平和该第二电池的第二电压电平之间的差值；把该差值与一个差值门限电平相比较；若该差值大于差值门限电平，则通过只允许第一电池或第二电池工作来忽略来自相关电源管理单元的控制信号。
附图描述
图1所示为一个带有供电模块的电子装置的简化高层框图，该电子装置包括本发明的一个响应电源管理单元(PMU)的一个输出信号而进行选择的选择器电路；图2所示为图1所示的带有本发明的一个选择器电路的供电模块的更详细的框图，该选择器电路在一个直流电源和一组电池之间进行选择；图3所示为本发明的一个选择器电路框图的一个实施例，该选择器电路包括一个提供信号且经由相关的开关驱动器网络和相关开关在一个直流电源和一组电池之间进行选择的控制器；图4所示为图3所示的选择器电路的更具体的框图，该框图更详细的示出了控制器部分的各种部件；图5所示为当电子装置由直流电源供电时，选择器电路如何基于各种输入信号驱动各种开关至闭合ON和断开OFF状态的示范性表格；图6所示为当装置由各种电池的组合供电时，选择器电路如何基于各种输入信号驱动各种开关至闭合ON和断开OFF状态的示范性表格；具体实施例图1所示为一个可由任何数量的电源104、105供电的电子装置100的简化框图。这些电源包括多个电池105和一个直流电源104。电池105可以是各种类型的可充电电池，例如锂离子、镍镉、镍氢电池等等。电子装置100可以是例如便携式电子装置(笔记本电脑、手机、寻呼机、个人数字助理等等)、电力车、电力工具等可以由电源104或105供电的本领域熟知的各种装置。
如果电子装置100为一台笔记本电脑，它会包括本领域技术人员熟知的各种部件(未在图1中示出)。例如，该笔记本电脑可以包括一个输入数据至笔记本电脑的输入装置，一个执行指令和控制笔记本电脑工作的中央处理单元(CPU)或处理器(例如英特尔公司的奔腾处理器)和一个从笔记本电脑输出数据的输出装置(例如一个LCD或扬声器)。
为给电池105充电和/或给装置100供电，可将直流电源104与装置100相连。该直流电源104可以是一个把来自标准墙插座的常规120伏交流电压转换为一个直流输出电压的交流/直流适配器。该直流电源104还可以是一个直流/直流适配器，例如可以插入该类型插槽的“打火机”型适配器。该直流电源104如图1所示与装置100分离，但也可以集成于一些装置中。
装置100有一个至少包括一个本发明的选择器电路114的供电模块106。该供电模块106还包括一个图1所示的PMU 120。另外，PMU 120可以嵌入一个更复杂的电子装置100的处理器。PMU 120是用来运行本领域熟知的各种电源管理程序。通常，供电模块106包括各种部件在各种情况下进行监视、控制和指挥电力从各电源至其它各电源和装置100的系统110。有利的是，本发明的选择器114响应至少一个来自PMU 120的输出信号，将在此详述。
图2所示为一个用于多电池系统的示范性供电模块206的详细框图。电源可以为直流源204(例如一个交流/直流转换器)和任何数量的多个电池205-1、205-2和205-k。这些电池可以为可充电电池。在任何时刻，这些电压源204、205-1、205-2和205-k的每一个都可以存在或不存在于该系统中。
通常，供电模块206包括一个PMU 220、一个充电器电路222、一个电源转换单元(power conversion element)226、一个电池开关网络217、一个开关230、一个从直流电源204到系统210的供电路径209、一个从电池205-1、205-2、205-k到系统的供电路径240、一个用于充电目的的从直流电源204到可充电电池205-1、205-2、205-k的供电路径207、一个本发明的选择器电路214和各种数据或通信路径。电池开关网络217还可以包括一充电开关CSW1、CSW2、CSWk和一放电开关DSW1、DSW2、DSWk给每个相关的电池205-1、205-2、205-k。
供电模块206的各个部件之间的数据或通信路径可以是单向或双向，并可以导通模拟或数字信号。数据路径可以传输指令或控制信号或数据。数据路径的数量是根据电池205-1、205-2、205-k、充电器电路222、PMU 220和供电模块206的具体特征而定的。例如，如果一个相关装置100是一台笔记本电脑，一个智能充电器电路和一个智能电池可以根据具体协议经由系统管理总线(SMBus)进行通信。
通常，选择器电路214响应来自供电模块206中的各种部件(包括PMU 220)的各种输入信号，并经由路径250提供开关控制信号至电池开关网络217和开关230，从而在各种情况下控制和指挥电力从各电源至其它各电源和系统210。
例如，选择器电路214的一组特定输入信号可以表示一个具有可接受的电压电平的直流电源204的存在。为了响应该输入信号，选择器电路214提供一个控制信号来闭合开关230，并断开电池开关网络217中的放电开关DSW1、DSW2、DSWk。如此，直流电源204的电力就能提供至系统210。另外，如果选择器电路的输入信号表示直流电源204不存在或直流电源204的电压电平不可接受，则选择器电路214提供一个合适的控制信号来断开开关230，并闭合电池开关网络中的放电开关DSW1、DSW2、DSWk中的一个。如此，只要符合其它安全条件，相关电池205-1、205-2、205-k中的一个或多个就能提供电力给系统210，将在此详述。
当充电开关为了充电目的而闭合时，每个相关充电电池205-1、205-2、205-k的充电开关CSW1、CSW2、CSWk提供一个从电源线207到每个相关电池的导通路径。放电开关DSW1、DSW2、DSWk提供一个从每个相关电池205-1、205-2、205-k到系统210的导通路径，并根据哪个放电开关DSW1、DSW2、DSWk闭合，通过一个或多个电池给系统210上电。
有利的是，至少一个选择器电路214的输入信号表示PMU 220的一个输出信号。PMU 220和选择器电路214可以通过数据路径211进行通信。本领域的技术人员知道，PMU 220能运行主机装置的电源管理程序。PMU 220可以提供一系列信号给选择器214，这些信号包括表示电池205-1、205-2、205-k中的哪个或哪些相并联组合可以选择来充电或放电。正如在此所详述的，选择器电路214响应PMU 220。但是，选择器电路220还有其本身的内部检测，并能在各种情况下(将进一步详述)忽略来自PMU的期望使用信号，从而提供附加安全和节省电池功耗。充电器电路222经由数据路径252与选择器214进行通信，并经由数据路径254与电源转换单元226(例如一个充电器控制的直流/直流转换器)进行通信。该充电器电路222可以控制经由供电路径207和电源转换单元226提供充电电流给电池205-1、205-2、205-k。
图3所示为一个与三个电源一起工作的示范性供电模块306。这些电源包括一个经由供电路径309与供电模块306相连的直流电源(未示出)、一个第一可充电电池A和一个第二可充电电池B。供电模块306包括一个本发明的选择器电路314和其它部件例如一个相关的PMU 320、一个充电器电路322和一个电源转换单元326(例如一个直流/直流转换器)。如前所述，尽管PMU 320为供电模块306的一部分，PMU 320可以位于供电模模块的外部，嵌入供电模块外部的一个独立部件，或PMU的功能可以由一个电子装置的独立部件(例如CPU)来提供。
为清晰简单起见，图2所示的直流源和各种数据连接(例如，从充电器电路306到电源转换单元326和PMU320，与从电池到PMU 320的相同)在图3中未示出。有利的是，为了便于操作和安装，选择器电路314和充电电路322可以集成到一个集成电路390上。
选择器电路314包括一个控制器315和一个开关驱动器网络317。选择器电路314有接收各种数据和控制信号的各种输入端380。这些输入端380都与控制器315相连。选择器电路314还有提供控制信号给相关开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5和SW6并提供数据给供电模块306的相关部件的各种输出端382。输入端380包括引脚380-1到380-9来接收标号分别为PSM、USE_A、USE_B、ICHG、VAD、VSYS、BATT_A、BATT_B和AUXIN的控制和数据信号。输出端382包括引脚382-1到382-10来提供标号分别为PWR_AC、PWR_BATT、CHGA、DCHA、ACAV、ALERT、CHGEN、CHGB、DCHB和AUXOUT的控制和数据信号。每个输入引脚380和每个输出引脚382以及它们相关的控制和数据信号如下所述。
第一输入引脚380-1接收一个来自PMU 320的功耗节省模式(PSM)数字输入控制信号，该控制信号表示PMU 320是否期望功耗节省模式。第二和第三输入引脚380-2和380-3接收来自PMU 320的USE_A和USE_B控制信号，该控制信号表示在所给的充电或放电模式中采用的PMU的期望电池或电池组合。例如，图3所示的实施例中有两个电池A和B，USE_A和USE_B控制信号可以为数字信号，如果USE_A为低电平而USE_B为高电平，则使用电池A。如果USE_A为高电平而USE_B为低电平，则使用电池B。如果USE_A为低电平且USE_B为低电平，则使用相并联的电池A和电池B。最后，如果USE_A为高电平且USE_B为高电平，则电池A和电池B都不使用。这些用于USE_A和USE_B的表示高电平和低电平的信号仅用于说明目的，本领域的技术人员将知道还可以选择其它的组合。
第四输入引脚380-4接收一个来自充电器电路322的充电电流(ICHG)模拟信号，该模拟信号表示提供给电池的充电电流。第五输入引脚380-5接收来一个自直流电压源204(例如交流/直流适配器)的模拟信号(VAD)，该信号表示在特定时刻直流电源204提供的电压电平。第六输入信号380-6接收一个表示系统供电电压电平的模拟信号(VSYS)。第七380-7和第八输入引脚380-8分别接收来自电池A(BATT_A)和电池(BATT_B)的模拟信号，这些信号分别表示每个电池的电压电平。该BATT_A和BATT_B模拟信号可以通过分别测量每个电池的正极电压来得到。最后，第九输入引脚380-9表示一个能接收任何其它输入控制和数据信号(AUXIN)的通用输入引脚(generic inputterminal)，但由于并非特别关键，本发明在此不作描述。
第一输出引脚382-1提供一个开关控制信号(PWR_AC)给开关SW1。第二输出引脚382-2提供一个开关控制信号(PWR_BATT)给开关SW2。第三输出引脚382-3提供一个开关控制信号(CHGA)给电池A的充电开关SW3。第四输出引脚382-4提供一个开关控制信号(DCHA)给电池A的放电开关SW4。第五输出引脚382-5提供一个表示直流电源204存在与否的数字直流源使能信号(ACAV)，该直流电源的输出电压大于一个可接受的门限值。
第六输出引脚382-6提供一个数字数据信号(ALERT)来通知至少包括PMU 320的其它部件电源危险状况，将如下所述。第七输出引脚382-7提供一个数字数据信号(CHGEN)给充电器，该信号表示是否到达充电使能状态。第八输出引脚提供328-8提供一个开关控制信号(CHGB)给电池B的充电开关SW5。第九输出引脚382-9提供一个开关控制信号(DCHB)给电池B的放电开关SW6。最后，第十输出引脚380-10表示一个能接收任何其它输出控制和数据信号(AUXOUT)的通用输入引脚，但由于并非特别关键，本发明在此不作描述。控制器315接收上述来自选择器电路输入端380的输入数据和控制信号，并通过控制开关SW1到SW6中的一个或多个开关的组合决定选择或不选择哪些电源或电源组合(例如直流电源、电池A或电池B)。控制器315还能直接提供数据和其它控制信号给其它输出引脚，例如输出引脚382-5、382-6、382-7和382-10，从而实现与供电模块306的其它部件的通信。
开关驱动器网络317还包括多个开关驱动器SD1、SD2、SD3、SD4、SD5和SD6。每个开关驱动器SD1、SD2、SD3、SD4、SD5和SD6可以进一步与相关的开关驱动器SW1、SW2、SW3、SW4、SW5和SW6相连，从而由选择器电路314的控制器315所控制来驱动每个开关至ON和OFF。
图4所示为选择器电路314的更详细的框图，更具体的示出了图3所示的选择器电路314的控制器315。通常，控制器315包括一个选择器输出电路470、一个充电使能电路472、一个并联电池使用使能电路476、一个输入有效电路478、一个电源危机电路474和多个比较器CMP1、CMP2、CMP3和CMP4。
通常，选择器输出电路470接收各种内部控制信号，例如来自充电使能电路472的充电使能信号(CHGEN)，来自电源危机电路474的二极管模式(DM)信号，来自输入有效电路的478的有效输入信号(VINP1)，来自并联电池使用使能电路476的并联电池使用使能信号(PBUE)和来自比较器CMP1的直流源使能信号(ACAV)。选择器输出电路470还能接收来自充电器电路322的表示充电电流的模拟信号ICHG。正如在此所述，选择器输出电路470基于各种输入信号的状态控制开关驱动器网络317闭合或断开相关的开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW5和SW6。
控制器315包括一个比较一个表示直流源的电压电平的模拟信号与一个第一门限值VT1的第一比较器。该第一门限值VT1设置为高于系统可接受的最小供给电压VT3。如果直流电源存在并且具有一个大于第一门限值VT1的供给电压，则第一比较器CMP1产生一个高电平ACAV控制信号给选择器输出电路470。否则该第一比较器将产生一个低电平ACAV信号。该ACAV信号也可以由电源危机电路474产生。
如果选择器输出电路470接收到一个来自第一比较器CMP1的高电平ACAV信号，它将产生合适的开关控制信号来闭合开关SW1并断开开关SW2至SW6(假设直流电源电压不大于第二门限值VT2，如下所述)，从而系统210由直流电源供电且不会有任何电池充电。选择器电路314将使用直流电源，而不考虑PMU的USE_A和USE_B控制信号。如此，选择器电路314就能忽略PMU的控制信号使用电池A或电池B，而要求系统210由直流电源供电，只要直流电源存在且具有一个大于VT1的合适的电压电平。有利的是，该特性通过确保在恰当的条件下使用直流源而延长了电池的使用寿命。
为使系统210由直流电源供电并给一个或多个电池充电，充电使能信号(CHGEN)必须激活。本实施例中的激活CHGEN信号为一个高电平CHGEN信号。充电使能电路472如果接收到一个来自第二比较器CMP2的合适的CHGP信号和一个来自输入有效电路478的合适的有效信号VINP1，其将产生一个高电平CHGEN信号。如果直流电源的供电电压大于第二门限电平VT2(其中VT2＞VT1，且VT1＞VT3)，则比较器CMP2产生一个合适的CHGP信号。输入电压验证电路478产生一个验证信号VINP1。若PMU的USE_A和USE_B信号表示至少使用电池A或B中的一个，就会产生一个合适的验证信号VINP1。若USE_A和USE_B信号表示不能使用电池A或B中的任何一个(例如USE_A和USE_B都为高电平)，则不能产生一个合适的验证信号VINP1。充电使能电路472也还需要来自通用输入引脚380-9的其它补充有效输入信号(AUXIN)来产生一个激活的CHGEN信号。
充电期间，充电电路322还提供表示充电电流电平的ICHG信号给选择器电路314。选择器电路314接收输入引脚380-4处的ICHG信号并提供该信号给选择器输出电路470。选择器输出电路470比较该ICHG信号和一个充电门限电平信号ICHT。如此详述，基于该比较，选择器输出电路470判定充电电流是否为高或低，并基于此和其它输入信号闭合或断开各种开关。正如图5的表格所示的该实施例，低电平控制信号表示一个低充电电流，而高电平控制信号则表示一个高充电电流。
并联电池使用使能电路476提供一个并联电池使能信号(PBUE)给选择器输出电路470。选择器输出电路470通过允许并联电池的使用响应一个高电平PBUE信号，而通过禁止并联电池的使用响应一个低电平PBUE信号(尽管PMU 320的USE_A和USE_B信号表示期望并联电池的使用，例如USE_A和USE_B信号都为低电平)。如此，选择器314就提供额外的预防和保护，从而防止电池A和电池B的并联使用，直到出现合适的条件。
例如，使用两个或两个以上相并联的电池(例如电池A和电池B)的问题在于当这些电池相并联时，存在一个较大电压差异就是会产生不期望的高电流状况。如此，控制器315的第四比较器CMP4就比较信号BATT_A和BATT_B。该BATT_A和BATT_B信号可以是来自电池A和电池B正极的模拟信号。如果BATT_A和BATT_B信号间的差异在一个预定的范围之内，则比较器CMP4会提供一个激活的BATTCOMP信号给并联电池使用使能电路476。除了接收来一个自第四比较器CMP4的激活BATTCOMP信号之外，并联电池使用使能电路476还接收一个来自输入有效电路478的合适的输入有效信号VINP2，从而产生一个激活的PBUE信号。若USE_A和USE_B控制信号表示使用相并联的电池A和电池B(例如，USE_A和USE_B为低电平)，则会提供一个合适的有效信号VINP2。
若PMU的USE_A和USE_B控制信号表示PMU期望使用并联电池，但由于电池A和电池B之间的电压差不在预定范围之内而使得PBUE信号未激活，则选择器输出电路474将指挥给具有相对低的电压电平的电池充电。相似情况下，当不存在有效的直流电源时，该选择器输出电路将指挥使具有相对高的电压电平的电池放电给系统。
有利的是，选择器电路314还可以包括一个电源危机电路474，该电源危机电路474能独立的监视和判定电源危险状况，并当检测到电源危险状况时提供一个合适的二极管模式(DM)控制信号给选择器输出电路470。选择器输出电路470响应于一个来自电源危机电路474的合适的DM控制信号，使得开关驱动器网络317的开关驱动器保持开关SW2、SW4和SW6处于闭合状态，而开关SW1、SW3和SW5处于断开状态。如此，具有最高电压的电源(电池A、电池B或直流电源)将分别通过二极管模式中的二极管D1、D3或D5中的一个给系统供电。另外，选择器电路314还能在引脚382-6产生一个表示电源危险状况的ALERT信号。该ALERT信号可以提供给许多部件，至少包括PMU 320。
电源危险状况包括一个无效输出或无效输入。当给系统供电的一个电源或多个电源不能维持系统电压电平在最小系统门限电压电平VT3时，就会产生一个无效输出。比较器CMP3比较系统电压电平与最小门限电压电平VT3，基于该比较，一个系统检测控制信号(system checkcontrol signal)VSYSOK发送至电源危机电路474。如果一个或多个电压源必然或偶然的被断开，则会产生一个低系统电压电源危险状况。
一个无效的输入也会造成电源危险问题。一个无效的输入可以是PMU通过USE_A和USE_B信号表示一个期望的状态而造成系统流失电力。例如，USE_A和USE_B信号表示不使用任何电池(低电平VINP1信号，例如USE_A和USE_B都为高电平)，且直流电源不存在(低电平ACAV信号)，或不能维持系统在最小VT3电压电平(低电平VSYSOK信号)。另一种无效输入情况是当PMU的USE_A和USE_B信号尽管逻辑正确，但是会造成系统流失电力。例如，USE_A和USE_B信号可以指定由一个不存在的或被意外移去的电池供电。使用该电池将造成系统的电压电平下降至VT3门限之下，且表示该状态的VSYSOK信号将发送至电源危机电路374。
由于二极管D1、D3或D5的功率损耗，将不适宜使DM供电模式维持很长时间。有利的是，电源危机电路474继续监视其输入信号，一旦电源危险状况被校正，便使DM信号无效。因此，一旦电源危险状况被校正(例如一个移去的电源被重新连接至系统)，电源危机电路的内部DM信号就会无效并继续常规供电模式。
与图2至图4相联系，图5的表格500所示为基于选择器电路314和选择器输出电路470的各个输入信号的开关SW1到SW6的各个开关状态。表格500所示为当系统210的电源由直流电源204而非电池305供电时的各个开关状态。如此，ACVC信号就为高电平，且选择器输出电路470发送一个合适的开关控制信号给开关驱动器网络317，因此如表格500的每列所示，SW1为闭合且SW2为断开。
CHGEN信号在表格500中的每一列都为“高”，除了最后一列522。这样，不仅直流电源存在，而且其它条件(直流电源的电压大于VT2，且存在一个合适的输入有效信号VINP1)都满足提供高电平的CHGEN信号。如此，表格500的502列至520列允许进行充电。
502列和504列中，USE_A和USE_B信号分别为低电平和高电平，表示PMU期望使用电池A。如此，在这两个例子中，电池B的开关SW5和SW6都断开。502列中，充电电流信号为“低”，表示从电源转换单元226到电池305的充电电流低于一个门限充电电流电平ICHT。这样，选择器输出电路470通过发送合适的控制信号至开关驱动器网络317，从而响应该充电电流信号而闭合SW3、断开SW4。这样，电池A的充电电流流经闭合的SW3和与断开的SW4并联的二极管D4。因为充电电流为低，其流经二极管D4将产生可忽略的功率损耗。
相反，由充电电流信号的“高”电平所示，504列中的充电电流为高。这样，开关SW3和SW4就都闭合。因为该例中电流流经闭合的开关SW4，因此二极管D4中就不存在额外的功率损耗。通常，在相同的电流电平下，处于闭合状态的开关SW1到SW6将比它们相应的并联二极管D1到D6损耗更小的功率。这种差异在高电流电平下尤为重要。
如506列和508列所示，USE_A和USE_B信号分别为高电平和低电平，表示PMU期望使用电池B。如此，电池A的开关SW3和SW4都断开。与502列有些相似的506列，如低电平的充电电流信号所示，有一个低充电电流。从而开关SW5闭合而SW6断开。这样，电池B的充电电流流经闭合的SW5和与断开的SW6并联的二极管D6。相反，由高电平充电电流信号所示，508列中的充电电流为高。这样，开关SW5和SW6就都闭合，因此该例中二极管D6中就不存在功率损耗。
如510列至520列所示，USE_A和USE_B信号分别为低电平和低电平，表示PMU期望使用相并联的电池A和电池B。若510列和512列中所示的并联电池使用使能信号(PBUE)为高电平，则允许电池A和电池B并联充电。若512列中所示的充电电流为高(即充电电流信号为高电平)，开关SW3到SW5将处于闭合状态。若510列中所示的充电电流为低(即充电电流信号为低电平)，开关SW3和SW5将处于闭合状态，而开关SW4和SW6将处于断开状态。
若USE_A和USE_B信号表示PMU期望使用相并联的电池A和电池B，但PBUE信号为低电平，选择器电路314将不允许并联电池工作，从而忽略PMU期望的并联电池工作。只要其它条件合理，选择器电路314就允许给具有相对低的电压电平的电池充电。例如，514和516列表示电池A有相对低的电压电平。如此，电池B的开关SW5和SW6均为断开。因为低充电电流，510列中电池A的开关SW3为闭合，而因为高充电电流，512列中的开关SW3和SW4都为闭合。同样，若电池B有相对低的电压电平，则如528列和520列中所示，电池A的开关SW3和SW4将保持断开。电池B的开关SW5和SW6将根据充电电流电平保持闭合。
与直流电源供电相反，电源可以由一个或多个电池在各种电池电源系统供电模式下供电。在电池供电模式下，选择器输出电路314命令开关SW1断开而SW2闭合。若直流电源不存在或其电压不大于由第一比较器CMP1决定的第一门限电平VT1，则选择器电路314命令开始电池供电模式。如此，从第一比较器CMP1到选择器输出电路470的ACAV信号将为低电平，表示电池供电模式。当ACAV信号为低电平，则选择器输出电路470将命令开关SW1断开且SW2闭合。
图3所示的实施例中，有两个常规电池系统供电模式。在常规电池系统供电模式1(nbssm1)中，PMU的USE_A和USE_B信号表示只使用一个电池A或电池B，且目标电池存在，并能给系统提供至少一个电压电平使得系统的电压电平大于VT3门限电平。在常规电池系统供电模式1(nbssm1)中，PMU的USE_A和USE_B信号表示使用相并联的电池A和电池B，且两个电池都存在，并且两个电池都能给系统提供至少一个电压电平使得系统的电压电平大于VT3门限电平，且两个电池都有一个各自的电压电平，且在另一个电池的预设电压范围之内。
图6的表格600所示为电池系统供电模式nbssm1和nbssm2的输入信号和相应的开关SW1至SW6的状态。如前所述，因为开始电压系统供电模式，开关SW1断开而SW2闭合。表格600的602列和604列所示为第一电池供电模式nbssm1，其中期望使用电池A(602列)或电池B(604列)。在这些例子中，输入有效信号VINP1和VINP2应该处于合理的电平(VINP1为高电平且VINP2为低电平)。因此，如果由电池A供电(602列)，开关SW3和SW4将闭合且开关SW5和SW6将断开。相反，如果由电池B供电(604列)，开关SW5和SW6将闭合且开关SW3和SW4将断开。
在第二常规电池供电模式(nbssm2)下，比较器CMP4的BATTCOMP信号为高电平，表示电池A和电池B的电压在可接受的范围内。并联电池使用使能信号(PBUE)也为高电平，表示所有其它由并联电池使用使能电路监视的并联电池使用条件(包括高电平VINP2信号)都满足。如此，与电池A相连的开关SW3和SW4都闭合，且与电池B相连的开关SW5和SW6也闭合。
与充电情况有些相似，若USE_A和USE_B信号表示期望使用两个相并联的电池A和电池B，但PBUE信号未激活(例如PBUE为低电平)，则与另一电池相比具有相对高的电压电平的电池被放电，从而给系统供电。如此，若电池A具有相对高的电压，则开关状态如602列所示，若电池B具有相对高的电压，则开关状态如604列所示。
如果直流电源不存在且期望低功率消耗来保存电池使用寿命，PMU320可以发送一个功耗节省模式请求给选择器电路314。一旦选择器电路314接收到该功耗节省模式请求，则控制器315命令开关SW1断开，开关SW2断开，开关SW3断开，开关SW4闭合，开关SW5断开且开关SW6闭合。如此，具有相对高的电压的电池A或电池B将分别通过相关的二极管D3或D5供电。另外，选择器电路314本身的供电电流由于功耗模式下的总装置功耗节省，与常规工作相比将大大减小。
在此所述的实施例只是采用本发明的其中几个，但并不受限于本发明。显而易见，还存在其它本领域的技术人员了解的并不脱离权利要求所定义的本发明的精神和范围的实施例。
权利要求
1.一种在电子装置的一个直流电源和多个电池之间进行选择的选择器电路的控制器，所述控制器包括一个提供选择器输出信号的选择器输出电路，所述选择器输出信号控制对所述直流电源和所述多个电池的选择，所述选择器输出电路响应一个来自运行电源管理程序的电源管理单元(PMU)的电源管理单元(PMU)输出信号而提供所述选择器输出信号。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述选择器输出电路响应所述PMU输出信号而提供选择所述多个电池中的至少一个第一电池和一个第二电池并联工作的选择器输出信号，所述PMU输出信号表示期望的所述第一和第二电池并联工作。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中所述控制器包括一个电池电压比较器，所述电池电压比较器比较所述第一电池的一个第一电压电平和所述第二电池的一个第二电压电平并提供一个电池电压比较信号；如果所述电池电压比较信号表示所述第一电压电平在所述第二电压电平的一个预设电压范围内，则所述选择器输出电路响应所述电池电压比较信号而提供选择器输出信号来选择所述期望的并联工作。
4.根据权利要求2所述的控制器，如果所述电池电压比较信号表示所述第一电压电平不在所述第二电压电平的一个预设电压范围内，则所述选择器输出电路提供选择所述第一电池或所述第二电池的选择器输出信号，从而忽略表示所述期望的并联工作的所述PMU输出信号。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述第一和第二电池为可充电电池，且所述电池电压比较信号还表示所述第一电压电平和所述第二电压电平中的哪一个最低，如果直流电源存在，则所述选择器输出电路提供选择使具有最低电压的所述第一或第二电池充电的选择器输出信号。
6.根据权利要求4所述的控制器，其中所述电池电压比较信号还表示所述第一电压电平和所述第二电压电平中的哪一个最高，如果直流电源不存在，则所述选择器输出电路提供选择使具有最高电压的所述第一或第二电池放电的选择器输出信号。
7.根据权利要求1所述的控制器，还包括一个第一比较器，所述第一比较器比较一个表示所述直流电源的电压电平的第一信号和一个第一门限电平，并提供一个表示所述第一信号和所述第一门限电平差值的直流电源使能信号；如果所述直流电源使能信号表示所述直流电源的电压电平大于所述第一门限电平，则所述选择器输出电路提供一个选择所述直流电源而非所述多个电池的选择器输出信号。
8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述PMU输出信号表示期望选择所述多个电池中的至少一个，如果所述直流电源使能信号表示所述直流电源的所述电压电平大于所述第一门限电平，所述选择器输出电路提供选择器输出信号来选择所述直流电源而非所述多个电池，从而忽略所述PMU输出信号。
9.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器包括一个电源危机电路，所述危机电路基于所述PMU输出信号接收一个输入信号，并基于电源危险状况的检测提供一个二极管模式信号，所述选择器输出电路响应所述二极管模式信号选择所述直流电源和每一个所述多个电池，使得所述直流电源和每一个所述多个电池与一个相关二极管相串连，从而仅允许所述直流电源和所述多个电池中具有相对高的电压电平的一个给所述电子装置供电。
10.根据权利要求9所述的控制器，其中一个系统检测信号表示一种所述电源危险状况，所述系统检测信号表示所述电子装置的电压电平小于一个最小电压门限电平。
11.根据权利要求9所述的控制器，其中所述选择器输出电路基于所述电源危险状况的检测产生一个ALERT信号。
12.一种监控并从一个直流电源或多个可充电电池供电给一个电子装置、且由所述直流电源给所述多个电池充电的供电模块，所述供电模块包括一个控制所述直流电源给所述多个可充电电池充电的充电电路；和一个响应一个来自运行电源管理程序的电源管理单元(PMU)的电源管理单元(PMU)输出信号而选择所述直流电源和所述多个电池中的至少一个的选择器电路。
13.根据权利要求12所述的供电模块，其中所述充电电路和所述选择器电路集成于一块集成电路上。
14.一种可以由一组或多组可充电电池或一个直流电源供电的电子装置，所述电子装置包括一个运行电源管理程序的电源管理单元；一个控制给所述多个电池充电的充电电路；和一个响应一个来自所述电源管理单元(PMU)的电源管理单元(PMU)输出信号而选择所述直流电源和所述多个电池中的至少一个的选择器电路。
15.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述充电电路和所述选择器电路集成于一块集成电路上。
16.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述选择器电路包括一个提供选择器输出信号的选择器输出电路，其中所述选择器输出信号响应所述PMU输出信号而选择所述多个可充电电池中的至少一个第一电池和一个第二电池的并联工作，所述PMU输出信号表示期望所述第一和第二电池并联工作。
17.根据权利要求16所述的电子装置，其中所述选择器电路包括一个电池电压比较器，所述电池电压比较器比较一个所述第一电池的第一电压电平和一个所述第二电池的第二电压电平并提供一个电池电压比较信号，如果所述电池电压比较信号表示所述第一电压电平在所述第二电压电平的一个预设电压范围内，则所述选择器输出电路响应所述电池电压比较信号而提供选择所述期望的并联工作的选择器输出信号。
18.根据权利要求16所述的电子装置，如果所述电池电压比较信号表示所述第一电压电平不在所述第二电压电平的一个预设电压范围内，则所述选择器输出电路提供选择所述第一电池或所述第二电池的选择器输出信号，从而忽略表示所述期望的并联工作的所述PMU输出信号。
19.根据权利要求18所述的电子装置，所述电池电压比较信号还表示所述第一电压电平和所述第二电压电平中的哪一个最低，如果直流电源存在，则所述选择器输出电路提供选择使具有最低电压的所述第一或第二电池充电的选择器输出信号。
20.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述电池电压比较信号还表示所述第一电压电平和所述第二电压电平中的哪一个最高，如果直流电源不存在，则所述选择器输出电路提供选择使具有最高电压的所述第一或第二电池放电的选择器输出信号。
21.根据权利要求14所述的电子装置，所述选择器电路还包括一个第一比较器，所述第一比较器比较一个表示所述直流电源的电压电平的第一信号和一个第一门限电平，并提供一个表示所述第一信号和所述第一门限电平差值的直流电源使能信号，如果所述直流电源使能信号表示所述直流电源的电压电平大于所述第一门限电平，则所述选择器输出电路提供一个选择所述直流电源而非所述多个电池的选择器输出信号。
22.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述PMU输出信号表示期望选择所述多个电池中的至少一个，如果所述直流电源使能信号表示所述直流电源的所述电压电平大于所述第一门限电平，所述选择器输出电路提供选择器输出信号来选择所述直流电源而非所述多个电池，从而忽略所述PMU输出信号。
23.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述选择器电路包括一个电源危机电路，所述危机电路基于所述PMU输出信号接收一个输入信号，并基于电源危险状况的检测提供一个二极管模式信号，所述选择器输出电路响应所述二极管模式信号选择所述直流电源和每一个所述多个电池，使得所述直流电源和每一个所述多个电池与一个相关二极管相串连，从而仅允许所述直流电源和所述多个电池中具有相对高的电压电平的一个给所述电子装置供电。
24.根据权利要求23所述的电子装置，其中一个系统检测信号表示一种所述电源危险状况，所述系统检测信号表示所述电子装置的电压电平小于一个最小电压门限电平。
25.根据权利要求23所述的电子装置，其中所述选择器输出电路基于所述电源危险状况的检测产生一个ALERT信号。
26.一种在电子装置的一个直流电源和多个电池之间进行选择的选择器电路的控制器，所述控制器包括一个第一比较器，所述第一比较器比较一个表示所述直流电源的电压电平的第一信号和一个第一门限电平，并提供一个表示所述第一信号和所述第一门限电平之间差值的直流电源使能信号；一个第二比较器，所述第二比较器比较一个表示所述直流电源的电压电平的所述第一信号和一个第二门限电平，并提供一个表示所述第一信号和所述第二门限电平之间差值的充电可能性门限信号；一个第三比较器，所述第三比较器比较一个表示所述电子装置的电压电平的第三信号和一个第三门限电平，并提供一个表示所述第三信号和所述第三门限电平之间差值的第三信号；一个第四比较器，所述第四比较器比较一个第一电池的第一电压电平和一个第二电池的电压电平，并提供一个表示所述第一电池的所述第一电压电平和所述第二电池的所述第二电压电平之间差值的第四信号；一个并联电池使用使能电路，所述并联电池使用使能电路接收所述第四信号，并响应所述第四信号从而提供一个并联电池使用使能信号；一个充电使能电路，所述充电使能电路接收所述充电可能性门限信号，并响应所述充电可能性门限信号从而提供一个充电使能信号；一个电源危机电路，所述电源危机电路接收至少所述第三信号、所述并联电池使用使能信号和所述直流电源使能信号并提供一个二极管模式信号；和一个提供选择器输出信号的选择器输出电路，所述选择器输出信号控制对所述直流电源和所述多个电池的选择，其中所述选择器输出电路响应来自PMU的电源管理单元(PMU)输出信号、所述充电可能性门限信号、所述二极管模式信号、所述并联电池使用使能信号和所述直流电源使能信号而提供所述选择器输出信号。
27.一种选择器电路，所述选择器电路响应一个来自运行电源管理程序的电源管理单元(PMU)的输出信号而选择多个电源中的至少一个给一个电子装置。
28.根据权利要求27所述的选择器电路，其中所述多个电源包括一个直流电源和多个电池。
29.根据权利要求27所述的选择器电路，其中来自所述PMU的所述输出信号表示期望所述多个电池中的至少一个第一电池和一个第二电池并联工作，且所述选择器电路还响应所述输出信号而选择所述第一电池和所述第二电池进行所述并联工作。
30.一种确保并联电池安全工作的方法，所述方法包括步骤接收一个来自相关电源管理电路的控制信号，所述控制信号表示期望至少一个第一电池和一个第二电池相并联工作；判定所述第一电池的第一电压电平和所述第二电池的第二电压电平之间的差值；把所述差值与一个差值门限电平相比较；和如果所述差值大于所述差值门限电平，则通过仅允许所述第一电池或所述第二电池工作而忽略来自所述相关电源管理单元的所述控制信号。
31.根据权利要求30所述的方法，还包括步骤判定所述第一电池的所述第一电压电平和所述第二电池的所述第二电平中的哪一个最低。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一和第二电池为可充电电池，且所述方法还包括步骤给所述第一电池或所述第二电池中具有最低电压电平的一个充电。
33.根据权利要求30所述的方法，还包括步骤判定所述第一电池的所述第一电压电平和所述第二电池的所述第二电平中的哪一个最高。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括步骤使所述第一电池或所述第二电池中具有最高电压电平的一个放电。
全文摘要
一种在电子装置的一个直流电源和多个电池之间选择的选择器电路。该选择器电路响应一个来自相关电源管理单元的输出信号。该选择器电路还允许两个或两个以上电池的并联工作。该选择器还进一步检验电源状况并在某些情况下忽略PMU的任何指令来增强供电安全和延长电池使用寿命。本发明还提供了一种包括上述选择器电路的供电模块和一个包括该供电模块的电子装置。该选择器电路可以和一个充电电路集成于同一个集成电路上。
文档编号H02J1/00GK1523728SQ20041000393
公开日2004年8月25日 申请日期2004年2月10日 优先权日2003年2月11日
发明者康斯坦丁·布克, 康斯坦丁 布克, 坡贝斯库-斯塔内斯缇, 法拉·坡贝斯库-斯塔内斯缇, 尼古拉, 玛利安·尼古拉 申请人:美国凹凸微系有限公司