专利名称：用于可操作连接模块设备的电源管理的装置和方法
技术领域：
本发明涉及模块电子系统，尤其涉及一种用于这种模块外围设备的电源管理系统。
背景技术：
便携式计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、寻呼机、计算器和其它这种便携式电子设备是很常见的。便携式电子设备如此普及的一个原因就是它们为用户提供自由使用的场所。虽然这些设备可以从标准AC电源插座获得电源，但是AC(电力设施)电源通常不是很方便或容易取得，例如旅行中。因此，它们的便携实用是很重要的特征。
早期的便携式设备依赖于可再充电的铅酸电池。但是，对许多如便携式计算机这样的设备来说，对电源的要求很高以至于设备的“工作时间”，即两次充电间的电池使用寿命，通常不多于一个小时。此外，早期的可再充电电池在再充电时的效率很差，其再充电时间是两次充电间电池使用寿命的三到四倍多。为得到白天一小时左右的使用寿命，总共需要整晚充电。
自上面讨论的铅酸电池使用的时代以来，电池技术已经有了实质性的提高。当前，大多数的可再充电电池，通常称为电池组，为镍镉(NiCadTM)和镍金属氢化物(NiMH)，两者都需要恒定电流以完全再充电，而锂离子(Li-Ion)电池需要恒定电压以完全再充电。此外不同类型的充电系统典型地在不同的条件下结束充电，即，NiCadTM电池再充电系统根据端电压负变化的检测而结束充电，NiMH电池再充电系统根据温度斜率的检测而结束充电，并且Li-Ion电池再充电系统根据预定端电压的检测而结束充电。
现在转移到相关主题，存在这样一种趋势，将用于模块电子系统的电路板的互连形式标准化。尤其是，为促进计算机及其它类型的电子设备之间的集成电路与存储卡的可互换性，相应形成了PC和存储卡国际协会(PCMCIA)。为此，PCMCIA颁布了物理和电气标准以确保卡能够用于不同的设备。根据这些标准形成的数据存储、存储器、外围扩展和I/O卡类型，利用符合这些标准的连接器将能够彼此互连/形成网络。PCMCIA连接器逐渐变为已知的“PC卡”。因此，利用PCMCIA/PC卡形式的计算机系统允许模块的互换，从而扩展主机系统尤其是便携式主机/数字系统的功能。用于将视频数据通过ZV总线而不是系统总线直接写入到VGA控制器的“放大视频”(ZV)标准，是PC卡标准的变形，并且这里与其它PC卡标准的变形一起被看作PCMCIA/PC卡连接器。
因此，PC卡已经变为一种将外围设备添加到PDA和EDA(娱乐数字助理)上的常见方式。诸如存储或通信设备这样的电路应用，如IEEE 802.11蓝牙通信性能或无线LAN，可设置在具有PCMCIA/PC卡接口的PC卡上，例如用于与其它设备通信或访问互联网。这种方式下，当用户希望改变或增加具有这种插入式模块的辅助设备时，具有这种标准形式的插入式模块可互换。此外，本装置是一种EDA，它能够与其它PCMCIA/PC卡接口辅助设备一起使用，该辅助设备例如是硬盘驱动，无线调制解调器，红外线(IR)接收器，TV或AM-FM调谐设备，当前称为ZipTM驱动的可移动磁盘驱动，或DVD/CD播放器。当与DVD/CD播放器等一起使用时，EDA能够充当视频来自播放器或其它视频流多媒体设备的LCD显示器，而不管连接是通过有线还是无线调制解调器，或者来自具有相应IR接收器的EDA的IR发射器。
PC卡可以由它们例如通过PCMCIA/PC卡连接器可操作连接的主设备供电。当PC卡与连接到电力设施电源的主设备一起使用时，这种连接不会出现问题。但是，当PC卡与例如手提个人电脑一起使用时，这种连接就会出现问题。例如，一些手提个人电脑由小到两节可再充电AA型号的电池供电，因此几乎没有多余的电流装置提供给PC卡电源。多余的电源容量的不足会限制与某些手提电脑一起使用的PC卡的类型。
此外，由于电子设备变得越来越小型化，所以插入式模块所用的主电子设备的可用电源已经变得甚至更加有限。这种限制最好由个人电脑小型化到在电池尺寸和为插入式模块供电的可用电源方面有进一步限制的膝上或手提形式来解释。
通常，具有电池组的PC卡可选择由主个人计算机或它自己的电池组提供电源。这在电源管理方面具有弹性。如果手提个人计算机具有多个电源，如当个人计算机连接到外部电源时，则该手提个人计算机能够为PC卡提供电源。这使得当附近有墙上插座时可以节省为PC卡电池组充电。相反，美国专利第5,896,574号公开的插入式卡的电池电源通过PCMCIA/PC卡连接器有助于为主设备供电。
显然，当电子设备的电池耗尽时，它们必须再充电或更换。当多个电子设备都可操作地连接在一起时，组合设备中的电池耗尽时该协作就会崩溃。因此，在这种协作电子设备的情况下，具有维持运行状态的多个电源的设备可能因对无效设备的依赖而阻碍它们的运行，并且因电池耗尽而没有电源。此外，这种情况下，每个电池供电设备中的功率消耗都由特定设备来管理，以延长特定电池的供电期限并维持设备运行。但是，不是所用的外围设备都吸取同样的电力，并且一些外围设备比其他外围设备使用更频繁，不得不面临的问题是在这些常常使用的设备中经常要对电池更换或再充电。即使当其他设备，例如使用很少或具有少的电源消耗的设备还有可工作的电池时，这种问题也会出现。这种情况可以发生在这样的设备上，该设备能够通过例如PCMCIA/PC卡、USB(通用串行总线)、火线1394、或其它协议被连接在一起，而不管它们如何彼此相连，如以菊花链布置或集中星形布置。
因此，需要一种改进的装置和方法，用于管理模块电子系统的电源。此外，其优点是提供向插入式模块系统提供电源管理系统，其有助于提高互连/网络设备的协作使用寿命。
发明内容
简要的说，公开一种模块电子系统，其中第一设备可由第一可再充电电池提供电源。连接器操作性地将第一设备连接到由第二可再充电电池提供电源的第二设备。充电控制电路包含在第一设备中，用于确定第一可再充电电池的充电状态和确定第二可再充电电池的充电状态。充电控制电路包括从具有确定较高充电状态的电池给具有确定较低充电状态的电池充电的装置。
参考附图，其中图1是根据本发明的观点包括电源/充电管理装置的设备布置的方框图。
图2是图1所示电源/充电管理装置的流程图。
具体实施例方式
图1是便携式个人计算机/主设备20的方框图，其具有可再充电电池22，微处理器24和电源/充电控制器26。插入到主设备20的PC卡28包括可再充电电池30和微处理器31。主设备20和PC卡28通过连接器相互连接，在本示范实施例中连接器为PCMCIA/PC卡连接器32。主设备20和PC卡28每个包括微处理器和已知的软件以通过连接器32相互运行。PCMCIA/PC卡连接器32可以直接连接到设备20、28之一而且可以通过多线电缆34、36连接到其它设备20、28。可替换地，设备28可以直接通过连接器32连接到设备20，例如利用连接器32将PC卡28安装到主设备20的槽(未示出)中。此外，虽然可以采用包括多个独立接头的连接器，但是所示出的示意性连接器32为单端连接器。
电源/充电控制器26控制主设备20及通过PCMCIA/PC卡连接器32，PC卡28的电源。应该注意的是，当主设备20具有足够的电源提供给PC卡28时，电池30可以不必用于使PC卡28运行。这会发生在如主设备20连接到墙上插座适配器(未示出)的情况下。
电源/充电控制器26收集来自电子设备的信息以识别能够在供电电源中使用的设备。这种信息可以包括测量PC卡28的端电源电压或读取由微处理器31的ROM部分提供的信息，另外称为CIS(卡信息结构)，其描述卡的运行特性。信息也可以包括电池放电信息，其能够这样确定，例如通过设置或不设置通过电池的瞬时负载的电池端电压的检测，或者通过电池端电压变化或瞬时负载所吸收电流的检测。本发明的意图在于由于所测得的电压值与电池的实际端电压例如阻性分压器有关，所以电池端电压的检测不需要在电池两端直接进行，即，对电池供电电路中的电压进行检测。虽然本实施例辅助设备的电池充电状态通过连接器进行，但是，在本发明的范围内，辅助设备的电池充电状态可以不通过连接器测得，例如，通过信息的无线传输。
优选的是主设备20的电池22和PC卡28的电池30的额定电压相同。但是，如果较高电压的电池几乎耗尽，那么它尽可能由较低额定电压的电池充电。虽然这不能使较高电压的电池满充，但是最好能在这种情况下进行并且也对充电电流有帮助，该光电电流有助于使得具有几乎耗尽电池的设备运行。但是，在本发明的范围内主设备20可以具有逆变器(未示出)，从而当电池30具有比电池22高的额定电压时为可再充电电池30充电提供较高电压。
虽然本示范实施例采用PCMCIA连接器，但是在本发明的范围内，本发明并不限于PCMCIA连接器，也可以采用其它类型的合适连接器。
现在参考图2，电源/充电控制器26在60中检测主设备20的可再充电电池22的充电状态，以上述方式，并利用适当的连接器32的触头/插头，同样在62中检测辅助设备28的可再充电电池30的充电状态。在64中如果确定一个低于其它，则高充电状态的电池开始进行充电，其在每方框66和68中对较低充电状态的电池进行充电。充电控制可以采用与各种类型可充电电池的充电有关的上述标准以已知的方式完成，如通过运算放大器(未示出)或通过二极管的偏压(未示出)来控制充电电流的流向和/或流量。显然，由于锂离子电池仅需要简单的端电压监视，因此锂离子电池更容易进行充电控制。
示范实施例中的连接器32为PCMCIA/PC卡连接器，其通常具有设置为监视所连接设备的电源供应的插头/触头62和63。PCMCIA/PC卡插头/触头用于使适量的电流通过，该电流例如大约500毫安。同样，USB和火线连接器具有用于使同样适量的电流通过的插头/触头。根据本发明的观点，当具有电池30的卡28插入到连接器32时，主设备20识别该卡，并在连接器的两侧相应地重新设定PCMCIA/PC卡连接器32的插头/触头62和63，以允许所连接设备的供电电源之间充电电流的流通。在本发明的范围内，在微处理器24的控制和/或启动下，为这种供电目的，必要的话其它的连接器插头/触头在连接器32的两侧能够重新设定，如果这些其它的连接器插头/触头不需要其它目的。该重新设定可以在电源/充电控制器26的启动下通过微处理器24在70中进行，根据所采用连接器的类型以公知的方式编程为其运行初始设定连接器插头/触头。
权利要求
1.装置，包括由第一可再充电电池供电的第一设备，连接器，用于操作性地将第一设备连接到由第二可再充电电池供电的第二设备，用于确定第一可再充电电池的充电状态和确定第二可再充电电池的充电状态的装置，以及用于通过连接器从具有确定较高充电状态的可再充电电池给具有确定较低充电状态的可再充电电池充电的装置。
2.权利要求1的装置，其中连接器具有多个触头，并且至少一个触头的操作可重新设定以实现充电。
3.权利要求1的装置，其中连接器是PCMCIA/PC卡连接器。
4.权利要求1的装置，其中第一和第二设备中至少一个是便携式电子设备。
5.权利要求1的装置，其中从具有较高充电状态的电池为具有较低充电状态的电池充电由充电控制电路控制。
6.权利要求1的装置，其中第一和第二可再充电电池具有相同的额定电压。
7.权利要求1的装置，其中充电状态的确定是通过对电池电压和相应于该电池电压的电压之一的检测。
8.权利要求1的装置，其中充电状态的确定是通过对至少一个由预定负载连接的电池所吸收的电流大小的检测。
9.装置，包括由第一可再充电电池供电的第一便携式电子设备，PCMCIA/PC卡连接器，用于操作性地将第一设备连接到可由第二可再充电电池供电的第二便携式电子设备，用于确定第一可再充电电池的充电状态和确定第二可再充电电池的充电状态的装置，以及用于通过连接器从具有确定较高充电状态的可再充电电池给具有确定较低充电状态的可再充电电池充电的装置。
10.权利要求9的装置，其中连接器具有多个触头，并且至少一个触头的操作可重新设定以实现充电。
11.权利要求9的装置，其中从具有较高充电状态的电池为具有较低充电状态的电池充电由充电控制电路控制。
12.权利要求9的装置，其中第一和第二可再充电电池具有相同的额定电压。
13.权利要求9的装置，其中充电状态的确定是通过对电池电压和相应于该电池电压的电压之一的检测。
14.权利要求9的装置，其中充电状态的确定是通过对至少一个由预定负载连接的电池所吸收的电流大小的检测。
15.一种方法，包括步骤确定为第一设备供电的第一可再充电电池的充电状态，并确定为第二设备供电的第二可再充电电池的充电状态，以及通过连接器从具有确定较高充电状态的可再充电电池给具有确定较低充电状态的可再充电电池充电。
16.权利要求15的方法，其中第一和第二设备中至少一个是便携式电子设备。
17.权利要求15的方法，其中连接器是PCMCIA/PC卡连接器。
18.权利要求15的方法，其中第一和第二可再充电电池具有相同的额定电压。
19.权利要求15的方法，其中从具有较高充电状态的电池给具有较低充电状态的电池的充电由充电控制电路控制。
20.权利要求15的方法，其中连接器具有多个触头，并且至少一个触头的操作可重新设定以实现充电。
全文摘要
提供一种模块电子系统，其中第一设备(20)可由第一可再充电电池(22)供电。连接器(32)可操作地将第一设备(20)连接到可由第二可再充电电池(30)充电的第二设备(28)。充电控制电路(26)包括在第一设备(20)中，用于确定第一可再充电电池(22)的充电状态和确定第二可再充电电池(30)的充电状态。充电控制电路(26)包括用于用较高充电状态给具有较低充电状态的电池充电的装置。这样，通过共享电力资源，能够提高设备(20，28)的协同使用寿命。
文档编号G06F1/32GK1643726SQ03806579
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月19日 优先权日2002年3月21日
发明者N·I·哈特里 申请人:汤姆森许可公司