专利名称：有效实现电子设备的电池控制器的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于管理电子设备工作功率的技术，更具体地说，涉及用于有效实现电子设备的电池控制器的系统和方法。
背景技术：
对于当前电子设备的设计者和制造者来说，重点考虑的是实现用于管理工作功率的有效方法。但是，对于系统设计者来说，有效管理电子设备的工作功率可产生巨大的挑战。例如，对增加的功率管理功能和性能的增强需求可能需要更多的系统处理功率，并需要额外的硬件资源。处理或硬件需求方面的增大由于增大了生产成本和降低了工作效率，也可导致相应的不利经济影响。
此外，执行各种高级功率管理操作的增强系统能力可为系统用户提供额外的利益，但也可增大对控制与管理各种系统组件的要求。例如，因为向设备用户准确指示电子设备当前剩余可用操作时间的重要性，有效监控电子设备当前剩余工作功率的增强型功率管理系统可得益于有效实现。
在某些涉及便携式电子设备的工作环境中，对于设备用户来说，提前预知给定电池组将何时完全放电是相当重要的问题。例如，当使用数码摄像机设备捕获图像数据时，未能向数字摄像机设备提供足够的工作功率可能暂时阻止在临界点及时捕获额外的图像数据。
由于对系统资源以及向电子设备成功并准确提供足够工作功率的重要性的需要的增大，显然，开发用于管理工作功率的新技术对于相关电子技术来说是重要的事情。因此，从上述所有原因来看，对于当前电子设备的设计者、制造者和用户来说，开发用于管理工作功率的有效系统仍然是重要考虑的事情。
发明内容
根据本发明，公开了一种用于有效实现电子设备的电池控制器的系统和方法。在一个实施例中，电池控制器可实现为单片集成电路设备，其控制用于向电子设备有效提供工作功率的电池组的各种功能性。根据本发明的某些实施例，在单个单元实现或双单元实现中电池控制器可有选择地配置为控制电池组。
在单个单元实现中，其中电池组提供下降的电池供电电压，电池控制器可利用电荷泵将电池供电电压转换成操作电池控制器的足够的内部控制器电力供应(power supply)。电池控制器由此可有效地利用上述电荷泵来补偿由电池组的单个单元实现而产生的下降的电池供电电压。
在某些情况下，电池控制器可打开放电开关，以防止电池组过量放电。另外在其他情况下，电池控制器也可打开充电开关，以防止电池组过量充电。在某些实施例中，电池控制器可利用内部负电荷泵提供负电荷泵输出电压，用于生成增强电压，以使充电开关和放电开关当接通时，可显示出足够低的开态电阻。
电池控制器的某些实施例也可包括UART设备，以执行电池控制器和诸如相应电子设备处理器等适当外部实体之间的各种双向通信。UART设备可有利地实现为，通过包括电池控制器的集成电路设备上的单个发送/接收管脚与电子设备通信。另外，UART设备可有利地从电池控制器的精密片上指令振荡器接收时基信号，用于准确生成UART时钟信号以同步UART设备中的操作。针对至少上述原因，本发明由此提供用于有效实现电子设备电池控制器的改进系统和方法。
图1是根据本发明电子系统一个实施例的框图；图2是根据本发明图1电子设备一个实施例的框图；图3是根据本发明图1电池控制器一个实施例的框图；
图4是来自图1电池组一个实施例的所选组件的示意图；图5是根据本发明从图1电池组一个实施例所选组件的示意图；图6是根据本发明来自图1电池组一个实施例的所选组件的示意图；以及图7是根据本发明从图3UART一个实施例所选组件的示意图。
具体实施例方式
本发明涉及功率管理技术的改进。以下给出的描述使本领域普通技术人员能够得出和使用本发明，并且在专利申请及其要求中提供下列描述。对于本领域专业技术人员来说，对公开实施例的各种修改将是显而易见的，并且这里的一般原理可应用到其他实施例。因此，本发明的目的并不限制在所示实施例上，而是应使最大范围与这里所述的原理和特征相一致。
本发明包括有效管理电子设备工作功率的系统和方法，并且可包括耦合到电子设备用于向电子设备提供工作功率的电池组。电池控制器可配置为单个集成电路设备，以在单个单元实现或双单元实现中交替地管理电池组。在上述单个单元实现中，电池控制器可有利地包括电荷泵设备，以提供用于操作电池控制器的内部控制器电力供应。
现在参考图1，根据本发明示出电子系统110一个实施例的框图。在图1实施例中，电子系统110可包括但不限于电子设备114、电池组118、电池充电器122和电池控制器310。在备选实施例中，电子系统110可容易地包括除了或替换结合图1实施例讨论的那些组件的各种其他组件。
在图1实施例中，电子设备114可通过正路径和负路径连接到电池组118，以接收工作功率。电池控制器310可执行关于电池组118的各种功率管理功能，并且也可通过发送/接收(TXRX)路径执行与电子设备114的双向通信程序。在图1实施例中，电池组118中的电池(一个或多个电池单元)可通过正路径和负路径连接到电池充电器122，以对电池组118中的电池单元进行再充电。下面结合图2-7进一步讨论电子系统110的操作和使用。
现在参考图2，根据本发明示出图1电子设备114一个实施例的框图。出于说明目的，图2电子设备114示为实现为数字摄像机设备。然而，在备选实施例中，电子设备114可容易地实现为任何其他适当类型的需要工作功率的便携式或固定式电子设备或系统。
在图2实施例中，电子设备114包括但不限于捕获子系统222和设备控制模块218。在备选实施例中，电子设备114可容易地包括除了或替换结合图2实施例讨论的那些组件的各种其他组件。
在图2实施例中，电子设备114可利用捕获子系统222通过沿光路冲击图像传感器的反射光来选择性地捕获对应于目标对象的图像数据。最好可包括电荷耦合器件(CCD)的上述图像传感器可作为响应生成一组表示目标对象的图像数据。之后图像数据可通过设备总线238路由到设备控制模块218，以进行适当的处理和存储。
在图2实施例中，设备控制模块218可包括但不限于处理器226、存储器230和一个或多个输入/输出(I/O)接口234。处理器226、存储器230和I/O 234可分别耦合到公用设备总线238，并通过其通信，该总线还与捕获子系统222通信。在图2实施例中，处理器226最好可实现为包括用于控制电子设备114的任何适当微处理器设备。
存储器230最好可实现为一个或多个适当的存储设备，包括但不限于只读存储器、随机存取存储器和诸如软盘设备、硬盘设备或闪速存储器等各种类型非易失性存储器。I/O 234最好可提供一个或多个便于在电子设备114和包括系统用户或另一电子设备的任何外部实体之间双向通信的有效接口。
图2实施例中，存储器230可包括但不限于可由处理器226执行以实现电子设备114各种功能和操作的摄像机程序指令应用。存储器230也可包括最好控制和协调电子设备114低级功能性的摄像机操作系统。
现在参考图3，根据本发明示出图1电池控制器310一个实施例的框图。在本发明的备选实施例中，电池控制器310可容易地实现为包括各种其他配置，并且还可包括除了或替换结合图3实施例讨论的那些元件和组件的各种元件和组件。
在图3实施例中，电池控制器310可实现为与电池组118(图1)合为一整体的单片集成电路设备。在图3实施例中，电池控制器310可包括中央处理单元(CPU)314，其可实现为包括用于控制电池控制器310功能性的任何适当类型的微处理器设备。例如，CPU 314可有效实现为精简指令集计算机(RISC)处理器，其执行来自程序存储器318的电池控制器指令，以控制电池控制器310的操作。
在图3实施例中，电池控制器310也可包括但不限于模数转换器(ADC)模块322、燃料表模块326、通用异步接收器/发送器(UART)334、线性块336、指令振荡器338和电荷泵342。在图3实施例中，电池控制器310可使用ADC模块322监控来自电池组118(图1)一个或多个电池单元的电池电压。之后CPU 314可将上述所测电池电压用作电池容量算法中的一个输入值，以计算电池组118中的当前剩余工作功率。类似地，电池控制器310可用燃料表模块326监控进出电池组118电池单元的电流，以用作上述电池容量算法的另一输入值。
在图3实施例中，电池控制器310可使用UART 334和指令振荡器338实现电池控制器310和适当外部实体之间的各种双向通信，后面将结合图7进行更深入的讨论。在图3实施例中，电池控制器310可使用线性块336(线性电压调节器)和电荷泵342来提供内部控制器电力供应，以操作电池控制器310的各种模拟和数字电路。结合图4-5对线性块336和电荷泵342的实现和使用进行更深入的讨论。
现在参考图4，示出了来自图1电池组118一个实施例的所选组件的示意图。在备选实施例中，电池组118可容易地包括除了或替换结合图4实施例讨论的那些组件和配置的各种组件和配置。
在图4实施例中，电池组118可包括电池控制器310(图1)和可利用两个电池单元实现的电池454。在某些实施例中，上述电池单元可实现为锂离子电池单元，每个都提供大约4.2伏的电压，以在充满电时产生大约8.4伏的总电压。
在图4实施例中，电池组118也可包括在电池组118的正充电路径中以串联配置连接的充电开关422和放电开关458，其中充电开关422直接连接到正充电器终端(PCKP)414，且放电开关458连接到电池454的正端。在图4实施例中，充电开关422和放电开关458二者都可实现为P沟道场效应晶体管(FET)。另外，在图4实施例中，充电开关422可与体二极管426并行连接，并且放电开关458可与体二极管462并行连接。
在操作中，电池控制器310可有利地打开放电开关458，以防止使电池454过量放电到最小电压电平以下，从而永久避免损坏电池454。另外，电池控制器310也可打开充电开关426，以防止使电池454过量充电到最大电压电平以上，从而避免由于这种电池454过量充电可产生的某些危险情况。
在某些其他实施例中，充电开关422和放电开关458可利用在电池组118负充电路径中以串联配置连接的N沟道场效应晶体管(FET)来交替实现，其中充电开关422直接连接到负充电器终端(PCKN)418，并且放电开关458连接到电池454的负端。
在图4实施例中，电池控制器310可方便地协调电池组118的启动程序和关闭程序。在实践中，当电池454处于放电状态时，设备用户可将电池充电器122(图1)连接到PCKP 414和PCKN 418，由此启动上述启动程序。电池控制器310可利用PCKP 414上的充电器电压接通充电开关422，该充电开关422然后将充电器电压通过LDOI管脚438传送到充电器调节器(LDOI LDO)442的输入。
充电器调节器442由此可输出调节的内部控制器电力供应446，以使CPU 314可开始执行电池控制器指令以控制电池组118的操作。另外，CPU 314可接通放电开关458以允许对电池454放电。在图4实施例中，CPU 314可进一步利用BATTON线450从充电器调节器442切换到电池调节器(BATT LDO)474，该电池调节器474然后可调节来自BATT管脚470的电池电压，由此提供调节的内部控制器电力供应446，用以操作电池控制器310。
在已经对电池454进行充电之后，电池组122可断开以更自由地使用电子设备114(图1)，并且电子设备114之后可利用电池454操作功率。CPU 314可在电池454放电时利用电池控制器310的ADC模块322(图3)对其进行监控。当电池454中达到预定放电电压电平时，CPU 314可作为响应启动电池组118的关闭程序。例如，CPU 314可打开放电开关462，并且也可触发BATTON线450，以为内部控制器电力供应446，将电池控制器310切换回充电器调节器442。如果电池充电器122没有连接到电池组118，那么电池控制器310的内部控制器电力供应446将降到复位阈值以下，并且电池组118将进入关闭状态，直到连接电池充电器122，并可重复之前所述的启动程序。
在某些实施例中，可能合乎要求或有利的是，利用单个电池单元来实现电池454。不过，这种单个单元实现将仅提供一半的电池电压来驱动电池调节器474，因此这会导致在电池控制器310的内部控制器电力供应446中相应大幅度的电压下降。电池组118的模拟和数字组件由此可能缺少正常运行所需的工作电压。下面结合图5讨论电池组118的有效单个单元实现的一个实施例。
现在参考图5，根据本发明示出来自图1电池组118一个实施例的所选组件的示意图。在备选实施例中，本发明可容易地利用包括除了或替换结合图5实施例讨论的那些组件和配置的各种组件和配置。
在图5实施例中，电池组118可包括电池控制器310(图1)和可利用单个电池单元实现的电池454。可针对诸如较低制造成本和电池组118的减小尺寸和重量等各种因素，选择电池454的单个单元实现。在某些实施例中，上述电池单元可实现为锂离子电池单元，其在充满电时提供大约4.2伏的电压。
在图5实施例中，电池组118也可包括在电池组118的正充电路径中以串联配置连接的充电开关422和放电开关458，其中充电开关422直接连接到正充电器终端(PCKP)414，并且放电开关458连接到电池454的正端。在图5实施例中，充电开关422和放电开关458二者都可实现为P沟道场效应晶体管(FET)。另外，在图5实施例中，充电开关422可与体二极管426并行连接，并且放电开关458可与体二极管462并行连接。
在操作中，电池控制器310可方便地打开放电开关458，以防止电池454过量放电到最小电压电平以下，由此永久避免损坏电池454。另外，电池控制器310也可打开充电开关426，以防止电池454过量充电到最大电压电平以上，由此避免由于这种电池454过量充电可产生的某些危险情况。
在某些其他实施例中，充电开关422和放电开关458可利用在电池组118的负充电路径中以串联配置连接的N沟道场效应晶体管(FET)来交替实现，其中充电开关422直接连接到负充电器终端(PCKN)418，并且放电开关458连接到电池454的负端。
在图5实施例中，电池控制器310可方便地协调电池组118的启动程序和关闭程序。在实践中，当电池454处于放电状态时，设备用户可将电池充电器122(图1)连接到PCKP 414和PCKN 418，由此启动上述启动程序。电池控制器310可利用PCKP 414上的充电器电压接通充电开关422，该充电开关422然后将充电器电压通过CPI0管脚518传送到电荷泵342的充电器输入(IN0)。
根据本发明，电池控制器310可利用电荷泵342方便地调节在两个可选电荷泵输入之一上接收到的电压电平，以利用任何适当部件产生期望的电荷泵输出电压。在图5实施例中，电荷泵342可工作在1X模式、1.5模式或2X模式，取决于电荷泵输入电压相对于期望的电荷泵输出电压有多低。在1X模式中，电荷泵输出电压可大致等于电荷泵输入电压。在1.5X模式中，电荷泵输出电压可近似于1.5倍的电荷泵输入电压，而在2X模式中，电荷泵输出电压可近似于两倍的电荷泵输入电压。这些上述可选的电荷泵模式可由电荷泵342的CPI0和CPI1输入上的专用电压比较器来控制，由此节省由于向电池控制器310提供不必要高的工作电压而产生的不必要的电流消耗。
在图5实施例中，电荷泵342可通过CPO管脚526和LDOI管脚438将电荷泵输出电压传送到充电器调节器(LDOI LDO)442的输入。在图5实施例中，上述电荷泵输出电压大约可为4伏。之后充电器调节器442可过滤电荷泵输出电压，以提供干净和调节的内部控制器电力供应446，以使CPU 314可开始执行电池控制器指令，以控制电池组118的操作。
另外，CPU 314可接通放电开关458，以允许对电池454放电。在图5实施例中，CPU 314还可利用CPSEL线530从电荷泵342的充电器输入(IN0)切换到电荷泵342的电池输入(IN1)。然后电荷泵342可调节从CPI1管脚522接收的电池电压，由此在CPO管脚526生成电荷泵输出电压。在图5实施例中，CPO管脚526上的电荷泵输出电压可近似为4伏。由此电池控制器310可有效地利用电荷泵342来补偿由于电池454的单个单元实现而产生的较低电池电压。如上所述，之后充电器调节器442可利用电荷泵输出电压生成内部控制器电力供应446，以操作电池控制器310。
在图5的实施例中，CPU 314可将BATTON线450保持在永久地选择充电调节器442的值，以提供内部控制器电力供应446。在图5的单个单元实现中，通常不用电池调节器474。不过，在上述结合图4讨论的电池组118的双单元实现或在此结合图5讨论的单个单元实现中，图5电池控制器310可方便地实现为单个集成电路设备，包含电池调节器474和其他使用电池控制器310所需的相关组件。在图5实施例中，对于电池控制器310来说，选择单个单元模式还是双单元模式可由电池控制器310的集成电路设备的连接管脚如何连接来确定。
在图5实施例中，在已经对电池454充电之后，电池组122可断开，以更自由地使用电子设备114(图1)，并且之后电子设备114可利用电池454操作功率。CPU 314可在电池454放电时利用电池控制器310的ADC模块322(图3)对其进行监控。当电池454中达到预定放电电压电平时，CPU 314可启动电池组118的关闭程序。
例如，CPU 314可打开放电开关462，并且也可触发CPSEL线530将电池控制器310切换回电荷泵342的充电器输入(IN0)，以利用来自电池充电器122的充电器电压来生成内部控制器电力供应446。如果电池充电器122没连接到电池组118，那么电池控制器310的内部控制器电力供应446将降到复位阈值之下，且电池组118将进入关闭状态，直到连接电池充电器122，并且可重复之前所述的启动程序。
根据本发明，电荷泵342和电池控制器310的其他电路可实现为，在关闭模式下防止从电池454中泄漏任何漏电流。此外，打开放电开关458有效地将电池从正充电器终端(PCKP)414断开，以消除通过充电路径的任何漏电流。电池组118由此可在关闭模式期间，从电池454中提取零微安的关闭电流。
出于说明的目的，上面在单个单元实现和双单元实现的环境中讨论了图4和图5实施例。不过，本发明的原理和概念可容易地应用到任何电池组设计的电池控制器中，其可操作的环境是，特定电池组的减少单元实现和增加单元实现可导致可变量的电池供电电压，用以操作电池控制器。为了至少上述原因，本发明由此提供一种有效实现电子设备114的电池控制器310的改进系统和方法。
现在参考图6，根据本发明示出从图1电池组118实施例选择的组件的示意图。在备选实施例中，本发明可容易地利用包括除了或替换结合图6实施例讨论的那些组件和配置的各种组件和配置。
在电池组118的某些实施例中，电池控制器310可通过CHG管脚434提供增强电压以接通充电开关422。类似的，电池控制器310也可通过DIS管脚466提供增强电压以接通放电开关458。不过，当用上述结合图5讨论的单个电池单元实现电池454时，那么即使充电开关422和放电开关458的栅极被拉到零伏的地电位，也可能没有足够的增强电压来完全接通充电开关422和放电开关458。
在图6实施例中，电池控制器310可利用充电放大器656提供增强电压，用于通过CHG管脚434接通充电开关422。类似的，电池控制器310可利用放电放大器652提供增强电压，用于通过DIS管脚466接通放电开关458。充电放大器656可通过PCKP管脚430接收来自电池充电器122的正电压，并且放电放大器652可通过BATT管脚470接收来自电池454的正电压。在图6实施例中，上述正电压通常可与完全放电电池单元的大约2伏电压一样低。
代替将充电放大器656和放电放大器652连接到地，图6实施例便于将充电放大器656和放电放大器652连接到电池控制器310中内部负电荷泵614的负电荷泵输出648。在图6实施例中，内部负电荷泵614可提供负2伏电压作为负电荷泵输出648。充电放大器656和放电放大器652由此每个可生成最小大约4伏的增强电压，以使充电开关422和放电开关458在接通时可显示出足够低的开态电阻。
在图6实施例中，可以闭合相(phase)1(PH1)开关622和相1(PH1)开关628，以通过CPO管脚526用来自电池控制器310的电荷泵342(参见图5)的电荷泵输出电压对电容器618充电。然后，可打开相1开关622和相1开关628，而相0(PH0)开关636和相0(PH0)开关640可闭合，以将来自内部负电荷泵614的负电荷泵输出644(NEG)提供给充电放大器656和放电放大器652。在图6实施例中，电池控制器310的CPU 314可利用NEGON线660来激活或去激活内部负电荷泵614。
如上面结合图4和图5所述，在某些实施例中，充电开关422和放电开关458可利用在电池组118的负充电路径中以串联配置连接的N沟道场效应晶体管(FET)来交替实现，其中充电开关422直接连接到负充电器终端(PCKN)418，并且放电开关458连接到电池454的负端。在为充电开关422和放电开关458使用N沟道场效应晶体管的实施例中，电池控制器310可以不需要这里结合图5所讨论的内部负电荷泵614，因为电池控制器310可便于利用CPO管脚526上电荷泵342(图5)的电荷泵输出电压来生成足够的增强电压，以完全接通充电开关422和放电开关458。
现在参考图7，根据本发明示出来自图3UART 334一个实施例的所选组件的示意图。在备选实施例中，本发明可容易地利用包括除了或替换结合图7实施例讨论的那些组件和配置的各种组件和配置。在图7实施例中，电池控制器310可利用UART 334来实现电池控制器310和诸如电子设备114的处理器226等适当外部实体之间的各种双向通信。
在图7实施例中，UART 334可便于实现为通过包括电池控制器310的集成电路设备上单个发送/接收(TXRX)管脚与电子设备114通信。该单管脚UART接口由此节省了电池控制器310的集成电路设备上的可用连接管脚。在图7实施例中，电子设备114可通过SO(TX)线726将信息发送到TXRX管脚。之后UART 334可通过RX线14从TXRX管脚接收所发送的信息。相反，UART 334可通过TX线718将信息发送到TXRX管脚。之后电子设备114可通过SI(RX)线722从TXRX管脚接收所发送的信息。
在图7实施例中，UART 334可便于从电池控制器310的指令振荡器338(图3)接收时基信号，用于准确地生成UART时钟信号，以同步UART 334中的操作。由于指令振荡器338包括存在于电池控制器310的集成电路板上的精密时基电路，所以UART 334不需要片外晶体振荡器来生成上述时基信号。另外，在UART 334的图7实现中，不需要支持这种片外时基源的额外连接。
上面已经参考某些实施例说明了本发明。对于本领域专业技术人员来说，根据本公开内容其他实施例将是显而易见的。例如，可利用除在上述实施例中描述的那些配置和技术之外的配置和技术来容易地实现本发明。另外，本发明可有效地结合除上述那些系统之外的系统来使用。因此，本发明旨在涵盖这些和其他基于所讨论实施例的变体，本发明仅由所附权利要求书限制。
权利要求
1.一种用于有效管理电子设备的工作功率的系统，包括电池组，耦合到所述电子设备，用于向所述电子设备提供所述工作功率；以及电池控制器，配置为在单个单元实现和双单元实现之一中交替地管理所述电池组，所述电池控制器包括电荷泵，以在所述单个单元实现中提供用于操作所述电池控制器的内部控制器电力供应。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述电池控制器实现为单个集成电路设备，其可选择性地配置为在所述电池组的所述单个单元实现或所述双单元实现中操作。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述电子设备实现为从所述电池组获得所述工作功率的便携式电子摄像机设备，所述电池控制器向所述便携式电子摄像机设备提供有关所述电池组的剩余工作功率信息。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述电池组的所述单个单元实现利用单个锂离子电池单元，并且其中所述电池组的所述双单元实现利用两个锂离子电池单元。
5.如权利要求1所述的系统，其中在所述单个单元实现中所述电池组向所述电池控制器提供下降供电电压，在所述单个单元实现中所述电荷泵作为响应增大所述下降供电电压，由此产生用于为所述电池控制器供电的所述内部控制器电力供应，从而在所述单个单元实现和所述双单元实现中所述内部控制器电力供应近似相等，所述电荷泵可选择地通过统一放大因子、1.5放大因子或两倍放大因子来操控所述下降供电电压，取决于所述下降供电电压需要增大多少来充分提供所述内部控制器电力供应。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述电池组在关闭模式下具有零微安的漏电流，在所述关闭模式中所述电池组已经放电到预定阈值电压电平。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述充电开关由所述电池控制器的CPU打开，以防止所述电池单元中的过量充电情况。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述放电开关可由所述电池控制器的CPU打开，以防止所述电池单元中的过量放电情况。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述电池控制器包括向充电放大器和放电放大器生成负电荷泵输出电压的内部负电荷泵，所述充电放大器和放电放大器然后各可生成足够的增强电压，以完全接通所述充电开关和所述放电开关中的相应开关。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述内部负电荷泵包括第一相1开关和第二相1开关，这两个开关闭合以用来自所述电荷泵的电荷泵输出电压对电容器充电，所述内部负电荷泵随后闭合第一相0开关和第二相0开关，以向所述充电放大器和所述放电放大器提供来自所述内部负电荷泵的所述负电荷泵输出电压。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述充电开关和所述放电开关实现为P沟道场效应晶体管，其位于所述电池充电器和所述电池组的所述一个或多个电池单元之间的正充电路径中。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述充电开关和所述放电开关实现为N沟道场效应晶体管，其位于所述电池充电器和所述电池组的所述一个或多个电池单元之间的负充电路径中。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述电池组在所述单个单元实现中实现，所述电池控制器协调所述电池组的启动程序，在此期间电池充电器以放电状态连接到所述电池组，所述电池控制器作为响应闭合耦合在所述电池充电器和所述电池组的电池单元之间的充电开关。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述充电开关将来自所述电池充电器的充电器电压传送到所述电荷泵的充电器输入，所述电荷泵作为响应向过滤电荷泵输出电压的充电器调节器生成预定电压电平的所述电荷泵输出电压，所述充电器调节器然后生成所述内部控制器电力供应，以使所述电池控制器的CPU可开始执行电池控制器指令，以控制所述电池组的工作。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述CPU闭合所述电池组中的放电开关，以开始对所述电池单元充电，所述CPU还利用CPSEL线从所述电荷泵的所述充电器输入切换到所述电荷泵的电池输入，所述电荷泵作为响应向所述充电器调节器生成所述预定电压电平的所述电荷泵输出电压，所述充电器调节器过滤所述电荷泵输出电压，以为所述电池控制器提供所述内部控制器电力供应，所述电荷泵由此补偿由所述电池组的所述单个单元实现引起的下降电池输出电压。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述电池组在所述电池控制器的控制下利用所述电池充电器为所述电池单元充电，所述电池充电器随后断开，以更自由地使用所述电子设备，所述电子设备利用所述电池组提供所述工作功率。
17.如权利要求1所述的系统，其中在所述电池组放电同时向所述电子设备提供所述工作功率时，所述电池控制器的模数转换器模块监控所述电池组的电池电压，当所述模数转换器模块检测到预定放电电压电平时，所述电池控制器的CPU控制所述电池组的关闭程序，所述CPU作为响应打开所述电池组中的放电开关。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述CPU触发CPSEL线，以从所述电荷泵的电池输入上的所述电池组的电池电压切换到所述电荷泵的充电器输入上的来自所述电池充电器的充电器电压，由此生成所述内部控制器电力供应，如果所述电池充电器没连接到所述电池组，则所述内部控制器电力供应作为响应降到复位阈值以下，所述电池组然后进入关闭状态，直到所述电池充电器连接到所述电池组，并且所述电池控制器执行启动程序以为所述电池组充电。
19.如权利要求1所述的系统，其中所述电池控制器包括实现为通过包含所述电池控制器的集成电路设备上的单个发送/接收管脚与所述电子设备通信的UART设备，所述UART由此支持单管脚UART接口以节省所述电池控制器的所述集成电路设备上的可用连接管脚。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述UART设备接收来自精密指令振荡器的时基信号，所述精密指令振荡器在包括所述电池控制器的集成电路上实现，所述指令振荡器向所述UART准确地生成UART时钟信号以同步UART操作。
21.一种有效管理电子设备的工作功率的方法，包括如下步骤从耦合到所述电子设备的电池组为所述电子设备提供所述工作功率；以及在单个单元实现和双单元实现之一中通过利用电池控制器交替地管理所述电池组，所述电池控制器包括电荷泵，以在所述单个单元实现中提供用于操作所述电池控制器的内部控制器电力供应。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述电池控制器实现为单个集成电路设备，其可选择性地配置为在所述电池组的所述单个单元实现或所述双单元实现中操作。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述电子设备实现为从所述电池组获得所述工作功率的便携式电子摄像机设备，所述电池控制器向所述便携式电子摄像机设备提供有关所述电池组的剩余工作功率信息。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述电池组的所述单个单元实现利用单个锂离子电池单元，并且其中所述电池组的所述双单元实现利用两个锂离子电池单元。
25.如权利要求21所述的方法，其中在所述单个单元实现中所述电池组向所述电池控制器提供下降供电电压，在所述单个单元实现中所述电荷泵作为响应增大所述下降供电电压，由此产生用于为所述电池控制器供电的所述内部控制器电力供应，从而在所述单个单元实现和所述双单元实现中所述内部控制器电力供应近似相等，所述电荷泵可选择地通过统一放大因子、1.5放大因子或两倍放大因子来操控所述下降供电电压，取决于所述下降供电电压需要增大多少来充分提供所述内部控制器电力供应。
26.如权利要求21所述的方法，其中所述电池组在关闭模式下具有零微安的漏电流，在所述关闭模式中所述电池组已经放电到预定阈值电压电平。
27.如权利要求21所述的方法，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述充电开关由所述电池控制器的CPU打开，以防止所述电池单元中的过量充电情况。
28.如权利要求21所述的方法，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述放电开关可由所述电池控制器的CPU打开，以防止所述电池单元中的过量放电情况。
29.如权利要求21所述的方法，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述电池控制器包括向充电放大器和放电放大器生成负电荷泵输出电压的内部负电荷泵，所述充电放大器和放电放大器然后可各生成足够的增强电压，以完全接通所述充电开关和所述放电开关中的相应开关。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述内部负电荷泵包括第一相1开关和第二相1开关，这两个开关闭合以用来自所述电荷泵的电荷泵输出电压对电容器充电，所述内部负电荷泵随后闭合第一相0开关和第二相0开关，以向所述充电放大器和所述放电放大器提供来自所述内部负电荷泵的所述负电荷泵输出电压。
31.如权利要求21所述的方法，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述充电开关和所述放电开关实现为P沟道场效应晶体管，其位于所述电池充电器和所述电池组的所述一个或多个电池单元之间的正充电路径中。
32.如权利要求21所述的方法，其中所述电池组包括在电池充电器和所述电池组的一个或多个电池单元之间以串联配置连接的充电开关和放电开关，所述充电开关和所述放电开关实现为N沟道场效应晶体管，其位于所述电池充电器和所述电池组的所述一个或多个电池单元之间的负充电路径中。
33.如权利要求21所述的方法，其中所述电池组在所述单个单元实现中实现，所述电池控制器协调所述电池组的启动程序，在此期间电池充电器以放电状态连接到所述电池组，所述电池控制器作为响应闭合耦合在所述电池充电器和所述电池组的电池单元之间的充电开关。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述充电开关将来自所述电池充电器的充电器电压传送到所述电荷泵的充电器输入，所述电荷泵作为响应向过滤电荷泵输出电压的充电器调节器生成预定电压电平的所述电荷泵输出电压，所述充电器调节器然后生成所述内部控制器电力供应，以使所述电池控制器的CPU可开始执行电池控制器指令，以控制所述电池组的工作。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述CPU闭合所述电池组中的放电开关，以开始对所述电池单元进行充电，所述CPU还利用CPSEL线从所述电荷泵的所述充电器输入切换到所述电荷泵的电池输入，所述电荷泵作为响应向所述充电器调节器生成所述预定电压电平的所述电荷泵输出电压，所述充电器调节器过滤所述电荷泵输出电压以为所述电池控制器提供所述内部控制器电力供应，所述电荷泵由此补偿由所述电池组的所述单个单元实现引起的下降电池输出电压。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述电池组在所述电池控制器的控制下利用所述电池充电器为所述电池单元充电，所述电池充电器随后断开，以更自由地使用所述电子设备，所述电子设备利用所述电池组提供所述工作功率。
37.如权利要求21所述的系统，其中在所述电池组放电同时向所述电子设备提供所述工作功率时，所述电池控制器的模数转换器模块监控所述电池组的电池电压，当所述模数转换器模块检测到预定放电电压电平时，所述电池控制器的CPU控制所述电池组的关闭程序，所述CPU作为响应打开所述电池组中的放电开关。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述CPU触发CPSEL线，以从所述电荷泵的电池输入上的所述电池组的电池电压切换到所述电荷泵的充电器输入上的来自所述电池充电器的充电器电压，由此生成所述内部控制器电力供应，如果所述电池充电器没连接到所述电池组，则所述内部控制器电力供应作为响应降到复位阈值以下，所述电池组然后进入关闭状态，直到所述电池充电器连接到所述电池组，并且所述电池控制器执行启动程序以为所述电池组充电。
39.如权利要求21所述的方法，其中所述电池控制器包括实现为通过包含所述电池控制器的集成电路设备上的单个发送/接收管脚与所述电子设备通信的UART设备，所述UART由此支持单管脚UART接口以节省所述电池控制器的所述集成电路设备上的可用连接管脚。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述UART设备接收来自精密指令振荡器的时基信号，所述精密指令振荡器在包括所述电池控制器的集成电路上实现，所述指令振荡器向所述UART准确地生成UART时钟信号，以便同步UART操作。
41.一种用于有效管理电子设备的工作功率的系统，包括电池组，耦合到所述电子设备，用于向所述电子设备提供所述工作功率；以及电池控制器，配置为在减少单元实现和增加单元实现之一中交替地管理所述电池组，所述电池控制器包括电荷泵，以在所述减少单元实现中提供用于操作所述电池控制器的内部控制器电力供应。
42.一种用于有效管理电子设备的工作功率的系统，包括用于为所述电子设备提供所述工作功率的部件；以及用于在单个单元实现和双单元实现之一中交替地管理所述电池组的部件，所述用于管理的部件包括电荷泵，以在所述单个单元实现中提供用于操作所述用于管理的部件的内部控制器电力供应。
全文摘要
一种有效管理电子设备工作功率的系统和方法可包括耦合到电子设备的电池组，用于向电子设备提供工作功率。电池控制器可配置成单个集成电路设备，以在单个单元实现或双单元实现中交替地管理电池组。在单个单元实现中，电池控制器可包括电荷泵设备，以提供用于操作电池控制器的内部控制器电力供应。
文档编号H01MGK1875531SQ200480032690
公开日2006年12月6日 申请日期2004年11月3日 优先权日2003年11月4日
发明者U·H·马德尔, 佐藤秀幸 申请人:索尼株式会社, 马克西姆综合产品公司