防止在移除输入适配器之际电池充电器的输入电压升高的制作方法
【专利说明】防止在移除输入适配器之际电池充电器的输入电压升高
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本公开要求2013年3月15日提交的美国申请No. 13/834,460的优先权，该美国 申请还要求2012年11月1日提交的美国临时申请No. 61/721，381的优先权，这两者的内 容出于所有目的通过援引整体纳入于此。
【背景技术】
[0003] 除非在本文中另外指示，否则本章节中所描述的办法对于本申请中的权利要求不 是现有技术并且不因包含在本章节中而被承认为现有技术。
[0004] 使用开关模式架构的电池充电电路通常采用开关切换器电路来对电池充电。术语 "电池"可以是指单电池单元配置或者多电池单元堆叠配置（例如，2S配置，其包括2个串 联连接的电池单元）。
[0005] 在一些设计中，使用降压型开关模式架构的电池充电电路在输入电源从该电路断 开时可能将充电器输出电压推升回输入端口。该电池充电电路可能保持被困在这一不期望 的状态中，因为其不能够辨别该输入电源（例如，墙上适配器）已被移除。这可能使得正在 由该电池充电电路充电的电池最终在输入电源移除之际放电。该不期望的行为也可能违反 了行业规范，诸如通用串行总线（USB)规范。
[0006] 例如，考虑图6A中所示的常规开关模式架构充电电路。当电源被连接到该电路 时，电流能够从该电源流到电池，藉此对该电池充电；并且能够流到负载，藉此向该负载提 供功率。
[0007] 若该开关电路的占空比达到非常高的水平（例如，由于输入电压崩溃（例如，适配 器电缆阻抗能够引起大的IR下降）和几近完全充满电的电池相结合），有可能引起该充电 器在输入适配器被移除之后不正确地在升压转换器模式中操作。结果导致的电流流向可以 如图6B中所示那般建立。这种"回推升"行为的首要原因是在低侧FET的导通时间期间从 该电池供应了负电感器电流。一旦这种情况发生，在该充电器的输入上会有与电池电压和 升压模式占空比成比例的电压，结果导致当适配器被移除时电池最终放电。由于过零检测 电路固有的准确度限制，这样的负电感器电流的发生不能够被完全防止。
[0008] 对这种非预期操作的解决方案包括监视适配器输入，并且当适配器输入跌至某个 阈值以下时，关闭该开关切换器。这种方法限制了适配器的有用量程。一些解决方案在此 之上更进一步，并且使用软件来定期地检查BMS电路系统来检测负电流流动。
[0009] 概述
[0010] 一种用于将功率从电源适配器递送到电池的充电电路可以包括能够被选择性地 连接到该充电电路的输入端子的可切换负载。比较器可以感测该输入端子处的电压。该充 电电路可以定期禁用从电源适配器到电池的功率递送，并且激活该可切换负载长达固定历 时。若该比较器感测到电压崩溃，那么该充电电路可以确定该电源适配器已从该充电电路 断开。若该比较器没有感测到电压崩溃，那么该充电电路可以继续进行从电源适配器到电 池的功率递送。
[0011] 在一些实施例中，该充电电路可以在定时的基础上重复上述过程。在一些实施例 中，诸轮迭代之间的定时可以改变。在一些实施例中，前述过程可以基于一个或多个条件的 发生而被激活，从而提高效率。
[0012] 以下详细描述和附图提供对本公开的本质和优点的更好理解。
[0013] 附图简述
[0014] 图1示出根据本公开的原理的充电电路的高级示意图。
[0015] 图2示出了充电电路的解说性实施例。
[0016] 图3解说了根据本公开的充电电路的处理。
[0017] 图4解说了根据本公开的充电电路的替代性处理的示例。
[0018] 图5示出了常规降压转换器设计。
[0019] 图6A解说了常规降压充电电路中的电流流动。
[0020] 图6B解说了常规降压充电电路中的回推升操作的示例。
[0021] 详细描述
[0022] 在下面的描述中，出于说明目的阐述了众多示例和具体细节以便提供对本公开的 透彻理解。然而，本领域技术人员将显而易见的是，在权利要求书中表达的本公开可单独地 或与下文描述的其他特征相组合地包括这些示例中的一些或全部特征，并且还可包括在本 文描述的特征和概念的修改和等效方案。
[0023] 在一些实施例中，如在图1的概括示意表示中所解说的，根据本公开的充电电路 100可以包括输入端子102以及输出端子104a和104b。充电电路100可以被纳入到由电 池供电的电子设备（诸如蜂窝电话、计算设备等等）中。包括此由电池供电的电子设备的 电子设备（负载16)可以被连接到输出端子104a。可再充电电池14可以被连接到输出端 子104b以向负载16提供功率。外部电源12(例如，AC墙上适配器、另一电子设备等）可 以被连接到输入端子102以提供功率来对电池14充电和/或向负载16提供功率。
[0024] 在一些实施例中，充电电路100可以包括开关模式电源122。例如，在一实施例中， 开关模式电源122可以是包括开关电路122'、电感器L和电容器C rat的降压转换器。开关 模式电源122可以递送在输入端子102处接收到的功率来对电池14再充电和/或将功率 递送给负载16。
[0025] 该充电电路可以包括开关130以在特定境况下将电池 14从充电电路100断开，以 例如避免在超温或者欠温状况期间充电时损坏电池。在一些实施例中，开关130也可以被 用来管控充电电流。
[0026] 根据本公开的原理，充电电路100可以进一步包括可切换负载124、比较器126和 控制该可切换负载和开关模式电源122的控制器128。可切换负载124可以被选择性地连 接到输入端子102。
[0027] 控制器128可以断言控制信号128a以操作可切换负载124。根据本公开，控制信 号128a也可以控制开关模式电源122的操作。在一些实施例中，控制器128可以根据比较 器126的输出来生成和断言控制信号128a。
[0028] 在各种实施例中，可切换负载124可以使用允许该可切换负载被控制器128操作 或控制的任何设计来实现。特别地，可切换负载124可以选择性地提供输入端子102与地 电势之间的电连接。
[0029] 参见图2,根据本公开的原理的充电电路200的解说性实施例包括输入端子202和 输出端子204a、204b。
[0030] 在一些实施例中，称为降压转换器的设计可以作为开关模式电源222。典型的降 压转换器的基本设计在图5中示出。图2中所示的降压转换器222可以包括电感器L和电 容器C wt，其分别对应于图5中所示的电感性元件（L)和电容性元件（C)。降压转换器222 可以进一步包括场效应晶体管（FET) 222a和222b，其由来自于脉宽调制（PWM)信号发生器 222c的脉冲来驱动。FET222a、222b由各自相应的脉冲out和;来驱动，并且分别用作图 5中所示的开关元件（SW)和二极管元件（D)。
[0031] PWM信号发生器222c可以包括驱动FET 222a、222b的栅极电势Vgs的驱动器（未 示出）。在图2中所示的特定实施例中，FET 222a和222b是N型器件（NFET)。高侧FET 222a将其输出引用至浮置电压，即在其去往电感器L的连接处的电压。相应地，用于FET 222a的驱动器（未示出）可以使用自举电路（例如，Db(K)dP CbtjJ从而将高侧FET 222a的 栅极电势（Vgs)驱动成高于源极以维持Vgs>Vth，以便使得该FET能够导通。
[0032] 在一特定实施例中，可切换负载224可以包括与电阻性元件224b串联连接的FET 开关224a。当然将领会，可切换负载224可以包括任何合适的设计，例如能够被启用和禁用 的运算放大器电流阱。FET 224a的栅极可以由控制器逻辑228a来控制。比较器226可以 将跨电阻性负载224b的电压与阈值电压Vtoeslwld作比较。输出226a可以作为至控制器逻 辑228a的输入信号。
[0033] 控制器228可以包括控制器逻辑228a以及定时器228b和228c。除了控制可切 换负载224以外，控制器逻辑228a还可以控制PWM信号发生器222c的操作。根据本公开 的原理，控制器逻辑228a可以禁用PWM信号发生器222c的操作。输入FET 232可以被用 于在降压转换器222被禁用时提供对电池14的反向阻断；否则，若输入FET 232不存在，则 FET 222a的高侧体二极管将会允许电池电压出现在输入端子202上。
[0034] 控制器逻辑228a可以发起定时器228b、228c以及重置这些定时器。定时器228a、 228b可以用可存储在非易失性存储器中的预定定时器值来编程。该非易失性存储器可以是 可编程的。
[0035] 在一些实施例中，纳入电池充电电路200的电子设备（未示出）可以包括电池管 理系统（BMS) 20。如其名所暗示的，BMS 20执行各种功能以管理设备中的电池（或电池组） 的输出、充电和放电。BMS 20可以监视电压、电流和温度以提供关于电池状态的各种通知， 诸如充电状态（SOC)、健康状态（SOH)等等。如以下所提及的，BMS 20可以为控制器逻辑 228a提供有关电池的操作状态的特定信息。
[0036] 参见图3,现在将讨论在图2中所示的根据本公开各方面的充电电路200的操作。
[0037] 在框302,当电源被连接到充电电路200时，该充电电路可以将该电源所提供的电 压检测为至该电路的有效输入，这可以构成连接事件。在框304,充电电路200可以响应于 该连接事件而启用降压转换器222的操作。例如，控制器逻辑228a可以断言使能信号，PWM 信号发生器222c可以通过输出out和^来响应于该使能信号。
[0038] 在框306,根据本公开的原理，在一些实施例中，充电电路200可以发起定时器（延 迟定时器）228b以倒数预定的时间量。在框306中，当延迟定时器228b超时，那么在框308， 充电电路200可以例如通过中止PWM信号发生器222c的操作来禁用降压转换器222。
[0039] 在框310,充电电路200可以启用在输入端子202上的可切换负载224。与此同时， 充电电路200可以发起定时器（输入崩溃定时器）228c来倒数预定的时间量。此外，充电 电路200可以关断输入FET 232,从而将输入端子202从降压转换器222电断开或者以其他 方式电隔离。
[0040] 在框312,在输入崩溃定时器228c走时期间，若输入电压Vin落到欠压阈