智能电池充电器的制作方法

专利名称：智能电池充电器的制作方法
技术领域：
本发明要求1998年3月26日提交的第60/79,509号美国临时申请的权益。
本发明一般涉及一种由电池供电的装置，更具体地涉及一种改进的电池充电集成电路(“IC”)，其适合于置入便携式电子装置中。
一种用于由电池供电的便携式装置的系统被称为系统管理总线(“SMBus”)。SMBus规定了数据协议、装置地址、以及在各种电池供电装置的子系统中传递命令和信息所需的附加电气要求。SMBus规范设想的是SMBus互连了至少一个系统主计算机、一个智能电池充电器以及一个智能电池，它们都包含在一个便携式装置中。在SMBus协议下，智能电池通过SMBus向便携式装置的主计算机提供数据。由主计算机执行的电能管理程序对这种智能电池数据进行处理，以管理至少智能电池和智能电池充电器的操作。
根据SMBus规范和协议，智能电池通过SMBus向主计算机精确地报告其性能。如果便携式装置包括多个电池，每个电池独立地通过SMBus向主计算机报告其性能。向由主计算机执行的电能管理程序提供关于各电池电荷量的状态就可以显示电池的状况，并精确地估计便携式装置的剩余操作时间。但是，除了提供关于电池的电荷量状态信息以外，通过SMBus获得的信息足以满足管理便携式装置电能的要求，并能够与电池具有的化学特性无关地控制电池充电。
为了实现前述目的，SMBus规定，智能电池充电器必须定期地查询正在被充电的智能电池的充电特性，而与主计算机电能管理程序操作无关。在收到来自智能电池的应答后，智能电池充电器调整其输出以与智能电池的要求相配合。为了避免电池损坏，智能电池还向电池充电器报告诸如过度充电、电压过高、温度过高、以及温度升高速度过快等情况。按照这种方式，智能电池有效地控制其再充电周期。此外，为了延长智能电池的寿命，如果可以使用外部电源，智能电池充电器可以阻止已充完电的智能电池对便携式装置供电。
类似地，由主计算机执行的电能管理程序可以向对主计算机的操作供电的智能电池查询关于智能电池的信息。电能管理程序可以请求关于电池的各种信息，如电池的化学特性、电池的工作温度、电池的电压或者充电或放电电流。电能管理程序可以直接显示这种信息和/或显示电池工作容量的估计，或者也可以处理这类信息以用于计算机系统的电能管理方案。与智能充电器类似，如果智能电池检测到一个问题，则电能管理程序接收关于重要事件的信息。而且，电能管理程序还接收关于放电结束、电量保持在预设阈值以下、以及到放电至预设阈值以下为止所剩的时间等智能电池估计。
作为主计算机电能管理方案的一部分，电能管理程序可向其它程序提供关于电池条件的信息。因此，电能管理程序可以询问一装置驱动器程序，以确定所期望的操作是否将损坏主计算机的电源统一性。例如，在试图开始一硬盘驱动之前，电能管理程序可以首先确定是否特定的操作会将智能电池的输出电压下降至使主计算机失灵的阈值以下。在这种情况下，硬盘装置驱动器的响应可能是通过使电能管理程序关闭一些非关键的电能消耗如液晶显示器(“LCD”)的背光等来增加可用的电能，以启动硬盘驱动器。
除了智能电池和智能充电器外，采用SMBus的便携式装置一般还将包括智能电池选择器。SMBus规范和协议包括智能电池选择器，因为便携式装置可以包括两个或更多的智能电池，任何时候可能只有其中一个用于对便携式装置的操作供电。在这种多电池装置中，智能电池选择器必须在多个电池间进行抉择。此外，智能电池选择器在突然取下一个电池时必须能够迅捷地重新提供对便携式装置的供电。这种情况在例如将一电池从膝上型电脑或笔记本电脑上取下以安装一软盘驱动器时就会发生。
另外，关于SMBus规范和协议以及关于智能电池的更多详细的资料在下面一些文献中有介绍System Management Bus Specification，Revision 1.0，(系统管理总线规范，修订版1.0)Intel公司，1995年2月15日；System Management Bus BIOS Interface Specification，Revision 1.0，(系统管理总线BIOS接口规范，修订版1.0)Intel公司，1995年2月15日；Smart Battery Charger Specification，Revision 1.0，(智能电池充电器规范，修订版1.0)Duracell公司和Intel公司，1996年6月27日；Smart Battery Data Specification，Revision 1.0，(智能电池数据规范，修订版1.0)Duracell公司和Intel公司，1995年2月15日；和Smart Battery Selector Specification，Revision 1.0，(智能电池选择器规范，修订版1.0)Duracell公司和Intel公司，1996年9月5日。
上述所列的出版物在此全文引用作为本文的一部分。
1997年5月2日提交的题为“智能电池选择器”的第08/850335号美国专利申请描述了适合于装在便携式装置中的控制器IC。该便携式装置还包括至少两个电池，其能够通过总线来向便携式装置中包含的主计算机提供电池状态数据。在控制器设置的控制电子电路指示开关驱动器的操作，用于在多个电池中选择一个向便携式装置的操作供电。总线检查电路使控制器监测总线上的电池条件报警消息。此监测与主计算机无关。控制器可以在主计算机可能出于降低功耗的目的而中止了操作的情况下，通过独立地选择一不同的电池来对总线上的消息进行响应。在该专利中公开的控制器还可独立地选择单个电池进行充电，并且也可以在收到电池过充电的消息后终止充电。该“智能电池选择器”专利申请公开的内容在此引入作为本文的一部分。
尽管SMBus规范和协议解决了许多与便携式装置的供电操作有关的重要问题，但其忽略了对于解决电池充电中所涉及的重要的操作限制所必需的细节问题。例如，对电池的正确充电要求连续监测充电电流，并且如果需要的话，要调整电池充电器的操作，以始终向电池提供规定的充电电流。题为“自适应供电电池充电设备”的第5,698,964号美国专利(“第’964号专利”)公开了一种电池充电器，其包括一具有用于调节电池充电的反馈电路的“补偿(buck)转换器电路”电池充电器。为了调节电池充电电流，在该专利中公开的电路包括电流检测电阻(在图3中描述)，其连接在被充电电池的接地端与电池充电器的电路地之间。在电池充电时，流经电流检测电阻的电流产生与充电电流成比例的电信号。但是，这种“低侧”电流检测所遇到的一困难正如在第’964号专利中所描述的，其要求两个电隔离的接地电路，一个用于电池供电装置的正常操作，另一个用于电池充电。
题为“可调节供电电流的电池充电电路”的第5,723,970号美国专利(“第’970号专利”)公开了一种电池充电器，其包括一调节电池充电的反馈电路。但是，在第’970号专利中公开的电池充电器与第’964号专利中公开的电池充电器不同之处在于，前者具有的电流检测电阻不位于电池地和充电器地之间，而是在电池充电器的电源与被充电电池之间。结果，第’970号专利中公开的电路比第’964号专利中公开的要简单，即其仅采用了单个地，由电池供电装置和充电器共用。但是，在第’970号专利中公开的电路的电池充电过程中，在“高侧”电流检测电阻上会承受一电压，该电压可能超过16.8伏(“V”)，或者，如果电池被过度放电，该电压会低至2.5伏。当电路可以用较高电压的半导体器件或能够适应这种相当宽的共模电压范围的工艺来构造，很难设想用常规的5.0V互补金属氧化物半导体(“CMOS”)工艺构造的电池充电器IC能够在此大范围的共模电压中稳定地工作。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的、高效率的可检测充电电流的电池充电器IC。
本发明的另一个目的是提供一种电池充电器IC，其由低电压IC工艺制成，可在整个宽范围的共模电压中检测到充电电流。
本发明的又一个目的是提供一种电池充电器IC，其具有一用于检测充电电流的放大器，可自动地补偿放大器内的漂移。
本发明的再一个目的是提供一种电池充电器IC，其具有一用于检测充电电流的放大器，用于自动补偿放大器内的失配。
简要地说，本发明的一个方面是一种电池充电器IC，其适合于控制补偿转换器电路的操作，该转换器电路可设置在由电池供电的装置中。这种补偿转换器电路从外部电源接收电能，并提供电能以对电池充电。该补偿转换器电路包括一串联开关，其从外部电源接收电流，并向电池提供电池充电电流。根据本发明，补偿转换器电路还包括一电流检测电阻，其串联连接在外部电源和电池之间。提供用于对电池充电的电流流经该电流检测电阻。
电池充电器IC包括脉宽调节开关驱动电路，在电池充电过程中，向补偿转换器电路提供一电信号，该电信号重复地导通和关断串联开关。电池充电器IC还包括充电电流检测放大器，其从电流检测电阻接收并放大一表示电池充电电流的电信号。根据本发明的充电电流检测放大器包括桥式电路，其连接有由充电电流检测放大器从电流检测电阻接收的电信号。充电电流检测放大器还包括一自调零电路，其自动补偿充电电流检测放大器内的长期漂移或失配。
本发明的另一个方面是一种由电池供电的装置，其包括一电池，用于对其操作供电，一如上所述的补偿转换器电路，包括电流检测电阻。该由电池供电的装置还包括根据本发明的电池充电器IC，用于控制补偿转换器电路的操作。电池充电器IC包括充电电流检测放大器，其从电流检测电阻接收表示向电池提供的电池充电电流的电信号并将其放大。充电电流检测放大器包括桥式电路和自调零电路，其使根据本发明的电池充电器IC尽管是由常规5.0V的CMOS工艺制造的，也可以适应在“高侧”电流检测电阻上出现的大范围的共模电压。
本发明的上述及其它目的和优点将通过下面对各附图所示的优选实施例的说明，而得到本领域技术人员的理解。


图1A和1B是描述由电池供电的装置的方框图，其分别省略和包括了用于在电池对之间进行选择的控制器，这两个图都说明了根据本发明的电池充电器IC；图2是更详细地说明图1A和1B中所说明的电池充电器IC的方框图，其包括SMB接口和充电控制器、一误差综合电路、一充电电流检测放大器、以及一采样和保持电路；图3是说明包含在图2所示的SMB接口和充电控制器中的寄存器块的寄存器示意图；图4是说明图2所示的误差综合电路的方框图；图5是说明图2所示的充电电流检测放大器的电路图，其包括在完全在电池充电器IC内操作的自调零部分；图6是说明图2所示的采样和保持电路的电路图；图7是说明图5所示的充电电流检测放大器的局部电路图，说明了一种可替代方案的例子，其中自调零部分在电池充电器IC外部操作。
图1A的方框图展示了一种装置，其由统一的参考字符20表示，该装置的操作可由可充电的智能电池22来供电。在装置20的操作由智能电池22供电时，智能电池22通常向DC-DC转换器24供电，这一点出于讲授方法的原因而在图1A中未特别说明。DC-DC转换器24将这种由智能电池22提供的电压所带来的电能转换为包含在装置20中的各种电子电路(诸如IC微处理器主计算机26)的正确操作所需要的其它电压。相应地，图1A描述的DC-DC转换器24通过电源总线28与主计算机26连接。
对于本领域的技术人员已熟知的是，一般主计算机26可与其它包括在装置20中的装置交换电信号。根据装置20的详细情况，如本领域的技术人员都知道的那些未在图1A中示出的装置可包括随机存取存储器(“RAM”)、软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘只读存储器(“CD-ROM”)、显示控制器、PC卡控制器等等。但是，图1A的说明将主计算机26具体描述成能够与智能电池22通过系统管理总线SMBus 32交换电信号。更具体地说，SMBus 32使智能电池22以及由主计算机26执行的计算机程序之间可以交换关于智能电池22状态的信息，特别是其充电状态。
图1A的方框图描绘了装置20用于对智能电池22充电的具体构成。因此，图1所示包括了一个AC适配器42，其从各图中均未示出的外部电源接收交流电以便为装置20供电、和对智能电池22充电。在图1A所示的装置20的构成中，AC适配器42通过外部电源线44向DC-DC转换器24供电。DC-DC转换器24再向主计算机26供电，并向根据本发明的电池充电器IC 50供电。AC适配器42还通过外部电源线44向5伏调压器52供电。5伏调压器52通过一5伏供电线54直接向电池充电器IC 50提供5伏电位的电能以使其工作。因为外部提供的电能使电池充电器IC 50工作，当AC适配器42与外部电源断开时，电池充电器IC 50立即停止工作。为了在下面将要更详细地说明的目的，5伏调压器52还以5.0伏的电位向由串联连接的电阻56a和56b构成的最大充电电压分压器56、以及由串联连接的电阻58a和58b构成的最大充电电流分压器58供电。
当对智能电池22充电时，AC适配器42还通过外部电源线44向高充电电流的、脉宽调节(“PWM”)补偿转换器电路(在图1A中由统一的参考字符60表示)供电。因此，PWM补偿转换器电路60中的串联开关62的源端62s从AC适配器42直接接收电能。如图1A所示，串联开关62优选为P型MOSFET。外部电源线44还通过由串联连接的电阻64a和64b构成的电压分压器64与电源地连接。电阻64a和64b的相交连接点向电池充电器IC 50提供一参考电压，该参考电压与由AC适配器42提供的外部电源线44上的电压成比例。
在智能电池22的充电过程中，从电池充电器IC 50通过反相放大器66提供给串联开关62的栅端62g的电信号使串联开关62重复地导通和关断。串联开关62的漏端62d与电感68连接。在智能电池22充电过程中，当串联开关62导通时，漏端62d向电感68提供电流。在串联开关62导通的各个后继的间隔中，流经电感68的电流增加，直到串联开关62截止为止。在串联开关62截止的各个后继的间隔中，流经电感68的电流减小，直到电流停止流过电感68为止，或是直到串联开关62再次导通为止。
当串联开关62导通时，一些流经电感68的电流进入滤波电容器72。而当串联开关62截止时，电流流出滤波电容器72。在串联开关62截止而流经电感68的电流减小的各个后继的间隔中，电流从单向齐纳二极管74中流入电感68。因此，单向齐纳二极管74的负极端子74c与串联开关62的漏端62d和电感68的连接点处连接，而单向齐纳二极管74的正极端子74a与电路地连接。
为了减少PWM补偿转换器电路60由于流经单向齐纳二极管74的电流造成的电能损耗，PWM补偿转换器电路60还包括同步整流开关76，其优选为N型MOSFET，与单向齐纳二极管74并联。同步整流开关76的源端76s与电路地连接。而同步整流开关76的漏端76d与串联开关62的漏端62d、电感68和单向齐纳二极管74的负极端子74c之间的连接点连接。在智能电池22充电时，从电池充电器IC 50提供给同步整流开关76的栅端76g的电信号重复地将同步整流开关76在串联开关62截止后导通，然后在使串联开关62导通之前使同步整流开关76截止。为了保护同步整流开关76不会意外地受到在同步整流开关76的漏端76d、串联开关62的漏端62d、电感68的端子以及电路地之间的连接点处过高的电压，而又能确保PWM补偿转换器电路60的正常操作，通常使单向齐纳二极管74的齐纳击穿电压大约为40V至50V。
在电感68与滤波电容器72之间的连接点处，一电流检测电阻82与电感68串联连接。在智能电池22充电的过程中，通过隔离电阻84p和84m将在电流检测电阻82相对的两端的电压加到电池充电器IC50。隔离电阻84p和84m优选具有1兆欧姆(“MΩ”)的电阻值，并且在0.1％的范围内匹配。
电流检测电阻82距电感68最远的一端与反向电流保护开关86(优选为P型MOSFET)的漏端86d连接。反向电流保护开关86的源端86s通过电池充电电流线88向智能电池22供电。在智能电池22充电过程中，如果电池充电电流超过预设的阈值，则由电池充电器IC 50向反向电流保护开关86的栅端86g提供一电信号，将反向电流保护开关86导通，以在PWM补偿转换器电路60和智能电池22之间建立一低电阻通路。当电池充电电流减小至低于预设的阈值时，由电池充电器IC 50提供的电信号将反向电流保护开关86截止，则充电电流从PWM补偿转换器电路60经反向电流保护开关86的漏体二极管86db流向智能电池22。结果，对于小于要截止反向电流保护开关86的阈值的充电电流，漏端86d阻止从智能电池22流至PWM补偿转换器电路60的任何可能的反向电流。
由串联电阻92a和92b构成的反馈电压分压器92连接在电池充电电流线88和电路地之间。串联电阻92a和92b的连接点向电池充电器IC 50提供反馈电压信号，该反馈电压信号与充电过程中在电池充电电流线88上并加在智能电池22间的电压反馈信号(“VFB”)成比例。
除了智能电池22和电池充电器IC 50之间经由SMBus 32的连接以外，热敏电阻信号线96也向电池充电器IC 50提供由包含在根据SMBus规范的智能电池22中的热敏电阻产生的电信号。一偏置电流可调电阻98还将电池充电器IC 50的端子与电路地连接。
图1B的方框图描绘了与图1A所示不同的装置20，其具体构成为包括一智能电池选择器102，如在“智能电池选择器”专利申请中所介绍的那样。如图1B所示，智能电池选择器102为电池充电电流线88和热敏电阻信号线96提供终点。如图1B所示，智能电池选择器102还将SMBus 32进一步分为电池充电器段32bc和主计算机段32hc。SMBus段32a和32b分别将智能电池选择器102与智能电池22连接。因此，智能电池选择器102经由电池充电器段32bc和一个SMBus段32a或另一个SMBus段32b传递被充电的智能电池22与电池充电器IC 50之间的SMBus通信。相应地，智能电池选择器102经由主计算机段32hc和一个SMBus段32a或另一个SMBus段32b传递未充电的智能电池22与主计算机26之间的SMBus通信。类似地，智能电池选择器102经由电池充电电流线段88a或88b向一个或另一个智能电池22提供电池充电电流。最后，智能电池选择器102还通过热敏电阻信号线段96a或96b从被充电的智能电池22中的热敏电阻中选择温度信号，并将该温度信号经热敏电阻信号线96提供至电池充电器IC 50。
如图2的方框图所示，电池充电器IC 50包括SMB接口和充电控制器122。根据SMB协议，SMB接口和充电控制器122可经SMBus32中的SMBALRT线124向与SMBus 32连接的其它装置发送ALRT信号，即一中断信号。SMB接口和充电控制器122通过SMBus 32中的SMB时钟(“SMBC”)线126从与SMBus 32连接的主装置(如主计算机26或智能电池22)接收一时钟信号。与SMBC线126上的时钟信号相应，SMB接口和充电控制器122与连接在SMBus 32上的其它装置(如主计算机26或智能电池22)通过SMBD线128交换数据。这种装置间的通信可以有选择地使数据被写入和/或读出设置在SMB接口和充电控制器122的接口寄存器块132中的一组九个(9)寄存器。图3说明了在接口寄存器块132中的寄存器132a-132i1.只读chargerspecinfo(充电器特殊信息)寄存器132a；2.只写充电器模式寄存器132b；3.只读充电器状态寄存器132c；4.可读/写充电电流寄存器132d；5.可读/写充电电压寄存器132e；6.只写报警寄存器132f；7.只读电池温度寄存器132g；8.只读电池电压寄存器132h；9.只读chipinfo(芯片信息)寄存器132i。chargerspecinfo寄存器132a只读chargerspecinfo寄存器132a储存规定电池充电器IC 50工作性能的扩充的状态位。在chargerspecinfo寄存器132a低半字节组132aa的位132aa3储存用于指示电池充电器IC 50的规范的可用型号的数据。位132aa4储存指示电池充电器IC 50是否支持用于可选用的智能电池选择器102的命令的数据。充电器模式寄存器132b只写充电器模式寄存器132b储存的数据规定了电池充电器IC 50的各种操作模式。在复位电池充电器IC 50时赋予充电器模式寄存器132b各位的值使电池充电器IC 50与智能电池22协调一致地工作，而不会干扰主计算机26。132ba0位储存用于允许或禁止电池充电的数据，而不改变先前规定的电池充电电流和电压值。电池充电可以通过对132ba0位的复位来恢复。如果电能再加到电池充电器IC 50，或者如果智能电池22插入装置20中，则132ba0位自动清零。
132ba1位储存的数据规定了电池充电是由电池充电器IC 50从智能电池22收到的数据来控制、还是由电池充电器IC 50从主计算机26所执行的计算机程序收到的数据来控制。在充电器模式寄存器132b中设置132ba2位将使电池充电器IC 50复位至其通电状态。将充电器模式寄存器132b中的低半字节组132ba的132ba3位则将储存在充电电流寄存器132d和充电电压寄存器132e中的数据复位成零。这两个寄存器的数据分别规定了电池充电电流和充电电压。132ba4位储存的数据规定了是否电池充电要持续无限的时间间隔，或者是否电池充电将在预定的时间间隔例如3分钟后终止。充电器状态寄存器132c只读充电器状态寄存器132c储存的数据规定了电池充电器IC 50的状态。132ca0位储存的数据指示充电器是否按照132ba0位的规定而允许或禁止。132ca1位储存的数据指示充电是否由电池充电器IC 50从智能电池22接收的数据来控制。如果电池充电器IC 50根据从智能电池22接收的数据来操作，则将132ca1位设置为零。132ca2位储存的数据指示电池充电器IC是否检测到在智能电池22上加载有规定的充电电压。132ca3位储存的数据指示电池充电器IC是否检测到在智能电池22上通过有规定的充电电流。132ca4和132ca5位储存的数据指示是什么装置控制电池充电器IC 50的操作。这两个(2)数据位在电池充电器IC 50响应于从智能电池22接收的数据而工作时被设置为“01”。如果电池充电器IC 50响应于从主计算机26接收的数据而工作时这两个数据(2)位被设置为“11”。132ca6位储存的数据指示是否由充电电流寄存器132d规定的充电电流值超过了可以提供给智能电池22充电的最大电流。132ca7位储存的数据指示是否由充电电压寄存器132e规定的充电电压值超过了可以提供给智能电池22充电的最大电压。132cb0至132cb3位储存了从图2所示的热敏电阻比较器152收到的数据，其指示在智能电池22中的热敏电阻电阻值的范围。具体地说，132cb0至132cb2指示在智能电池22中的热敏电阻的温度是在预设的温度值以下、之间还是以上。在充电器状态寄存器132c高半字节组132cb中的132cb4储存的数据指示是否从智能电池22收到的有效报警消息使电池充电器IC 50禁止电池充电。如果对充电电压和充电电流规定了新值、如果电能从电池充电器IC 50中撤除、或如果智能电池22从装置20中取下时，该位被复位。132cb5位储存的数据指示电池电压超过了最大硬件预设电池电压值。该位一般指示装置20中发生了后果严重的故障。132cb6位储存的数据指示在装置20中是否有智能电池22。132cb7位储存的数据指示在外部电源线44上的电压是否超过了7.0V。充电电流寄存器132d可读/写充电电流寄存器132d的132da4至132db3位储存的数据规定了电池充电电流。电池充电器IC 50从主计算机26或从其它与SMBus 32连接的主装置接收在132da4至132db3位上的数据。储存在可读/写充电电流寄存器132d的132da4至132db3位的数据从SMB接口和充电控制器122经DAC数据总线142(如图2所示)发送至电流(“I”)数模转换器(“DAC”)，即I DAC 144，以限制提供给智能电池22的最大充电电流。电池充电器IC 50要么在电流值低于对电池充电器IC 50预设的最大值的情况下向智能电池22提供规定的电流、要么在由132da4至132db3所规定的电流值超过最大允许电流时向智能电池22提供预设的最大电流，以此方式来满足最大充电电流的规范。充电电压寄存器132e与充电电流寄存器132d相似，可读/写充电电压寄存器132e的132ea5至132eb6位储存的数据规定了电池的最大充电电压。电池充电器IC 50从主计算机26或从其它与SMBus 32连接的主装置接收在132ea5至132eb6位上的数据。储存在可读/写充电电压寄存器132e的132ea5至132eb6位的数据从SMB接口和充电控制器122经DAC数据总线142发送至V DAC 146，以限制对智能电池22充电期间施加的最大电压。智能电池22可以通过将零(0)值存入可读/写充电电压寄存器132e的132ea5至132eb6位，来有效地关闭电池充电器IC 50。电池充电器IC 50要么在电压值低于对电池充电器IC 50预设的最大值的情况下向智能电池22提供由132ea5至132eb6规定的电压、要么在由132ea5至132eb6所规定的电压值超过最大允许电压时向智能电池22提供预设的最大电压，以此方式来对满足最大充电电压的规范。报警寄存器132f如果智能电池22发生报警，则关于报警条件的数据作为独立的位储存在智能电池22的状态寄存器中。在出现一个或多个报警条件时，智能电池22作为SMBus 32上的主导装置，向电池充电器IC 50或向主计算机26发送一个包含上述数据的报警消息。智能电池22向主计算机26发送所有报警条件，但是向电池充电器IC 50发送的只有与充电有关的报警。智能电池22向主计算机26发送的报警条件消息可以由主计算机26执行的程序使用，以向用户发出关于在智能电池22中存在的报警条件的提示。在这种情况下，由主计算机26和电池充电器IC 50执行的电能管理计算机程序负责处理报警和采取适当的应对措施。如果智能电池22向电池充电器IC 50发送报警条件数据，电池充电器IC 50将该数据储存在只写报警寄存器132f。尽管报警寄存器132f复制智能电池22中的状态寄存器的所有15位，电池充电器IC50通过在来自智能电池22的报警消息将报警寄存器132f的高半字节组132fb中的任一位或多位的组合置位时立即终止充电，从而只对132fb4至132fb7位作出响应。
132fa0至132fa3位储存由智能电池22所发送的报警代码。132fa4位储存的数据指示智能电池22已放电。132fa5位储存的数据指示智能电池22已充满。132fa6位储存的数据指示智能电池22正在放电。132fa7位储存的数据指示智能电池22正在初始化。132fb0位储存的数据指示智能电池22已发生剩余时间报警。132fb1位储存的数据指示智能电池22已发生剩余容量报警。132fb3位储存的数据指示智能电池22已发生终止放电报警。132fb4位储存的数据指示智能电池22已发生温度过高报警。132fb6位储存的数据指示智能电池22已发生终止充电报警。132fb7位储存的数据指示智能电池22已发生过度充电报警。电池温度寄存器132g只读电池温度寄存器132g储存的数据指示智能电池22中的热敏电阻所检测到的电池温度。通过读取在电池温度寄存器132g中的数据，由主计算机26所执行的一计算机程序可以确认智能电池22的温度。132ga0位指示在电池温度寄存器132g中储存的热敏电阻电压的数据值是否有效。132ga1位指示热敏电阻电压的值正在由图2所示的电池充电器IC 50中的模-数转换器156测量。电池温度寄存器132g的高半字节组132gb储存的数据指示由模-数转换器156测量的热敏电阻电压。电池电压寄存器132h与电池温度寄存器132g相似，由主计算机26所执行的一计算机程序通过读取只读电池电压寄存器132h储存的数据，可以确认在智能电池22上的电压。132ha0位指示在电池充电器IC 50中的模-数转换器156已经完成对智能电池22中的电压测量。132ha1位指示模-数转换器156是否正在测量智能电池22的电压。132ha2位指示是否已超过上述结合132ba2位所说明的预设电池充电时间间隔。电池电压寄存器132h的高半字节组132hb储存的数据指示由模-数转换器156测量的智能电池22的电压。芯片信息寄存器132i只读芯片信息寄存器132i的一低半字节组132ia存储数据，其为电池充电器IC 50提供ID。只读芯片信息寄存器132i的一高半字节组132ib存储数据，其为电池充电器IC 50提供修正电平。
再次参看图2，电池充电器IC50包括具有一输出的复用器154，它对模-数转换器156提供两可选信号中之一，以用于数字化。复用器154的两输入端分别接收来自热敏电阻的信号(其通过热敏电阻信号线96发送至电池充电器IC50)和来自反馈电压分压器92的反馈电压信号(其通过反馈电压信号线158发送至电池充电器IC50)。按照这种方法，电池温度寄存器132g和电池电压寄存器132h(包含于SMB接口和充电控制器122中)分别接收来自模-数转换器156的数字数据(其代表包含于智能电池22中的热敏电阻所产生的电压)和智能电池22在充电过程中所用的电压。
电池充电器IC50还包括一开关驱动器162，它提供信号以控制PWMbuck转换电路60的操作。相应地，开关驱动器162通过HDR信号线164对反向放大器66的输入端提供信号，以便将串联开关62先接通，然后再断开。同样地，开关驱动器162通过LDR信号线166提供信号，将同步整流器开关76先断开，然后再接通。
为确保同步整流器开关76不会在串联开关62断开之前先接通或相反，开关驱动器162通过BBM信号线172接收一先断开后接通信号。BBM信号线172连接到图1A和1B中所示之串联二极管对174的第一个二极管的正极174a。串联二极管对174的第二个二极管的负极174c连接到电路地。电阻176的一端连接到BBM信号线172和正极174a的连接点处，第二端连接到串联开关62的漏极62d、电感68的一端、单向齐纳二极管74的负极74c端及同步整流器开关76的漏极76d端的连接点处。相应地，当串联开关62为接通而同步整流器开关76为断开时，开关驱动器162通过BBM信号线172所接收的先断开后接通信号具有近似+1.0V的电位。而当串联开关62为断开而同步整流器开关76为接通时，开关驱动器162通过BBM信号线172所接收的先断开后接通信号具有不超过约-0.5V的电位。BBM信号线172上所呈现的上述两个电位之间交替变化的电位值使得开关驱动器162确保通过LDR信号线166所提供的信号不会在串联开关62实际断开前将同步整流器开关76接通，并且通过HDR信号线164所提供的信号不会在同步整流器开关76实际断开前将串联开关62接通。
开关驱动器162接收来自包含于电池充电器IC 50中的脉宽调节(PWM)电路182的充电器控制信号，用于建立一时间间隔。在该时间间隔中，若同步整流器开关76为断开，则将串联开关62接通；若串联开关62为断开，则将同步整流器开关76接通。振荡器184为PWM电路182提供一220KHz的控制其操作的时钟信号。PWM电路182还从充电禁止电路186接收一数字信号。PWM电路182从充电禁止电路186所接收信号的状态决定PWM电路182是处于使能状态(从而被允许向开关驱动器162提供充电控制信号而激活PWM补偿转换器电路60的操作)，还是处于禁止状态(从而PWM电路182不能向开关驱动器162提供充电器控制信号，因而不再激活PWM补偿转换器电路60的操作)。
充电禁止电路186接收一被接口寄存器块132的充电器模式寄存器132b中132ba0位的状态所控制的数字信号，从而允许或禁止执行主计算机26的电池充电计算机程序。若132ba0位被复位，则充电禁止电路186从SMB接口和充电控制器122所接收的信号则使得充电禁止电路186对PWM电路182发送一信号，从而激活PWM补偿转换器电路60的操作而向智能电池22进行充电。相反，若132ba0位被复位，则充电禁止电路186对PWM电路182发送的信号使得PWM电路182禁止PWM补偿转换器电路60的操作。然而，即使充电禁止电路186从SMB接口和充电控制器122所接收的信号使得PWM补偿转换器电路60能执行对智能电池22的充电操作，低电压/过电压保护电路188对充电禁止电路186所提供的数字信号也可以禁止PWM电路182的操作，而使得PWM补偿转换器电路60不能对智能电池22充电。
低电压/过电压保护电路188对充电禁止电路186所提供的使能或禁止PWM补偿转换器电路60操作的数字信号由来自包含于电池充电器IC 50中的三个比较器192-196的信号所组成。比较器192和194的输入端通过Vin信号线198接收来自分压器64的信号，该信号与呈现于外部电源线44上电压成比例。分别提供给其它输入端的预设基准电压使得比较器192和194对低电压/过电压保护电路188发送输出信号，从而当外部电源线44上的电压在7.0至25.0V之间时，使得PWM补偿转换器电路60执行对智能电池22的充电操作。若呈现于外部电源线44上的电压低于7.0V或大于25.0V时，则比较器192和194对低电压/过电压保护电路188发送的输出信号禁止PWM补偿转换器电路60执行对智能电池22的充电操作。充电禁止电路186还对包含于SMB接口和充电控制器122中的接口寄存器块132发送一信号，该信号表明低电压/过电压保护电路188是否已在电压反馈信号线158或Vin信号线198上出现的电压中检测到导致充电禁止电路186使能或禁止电池充电的条件。
类似地，比较器196的输入端通过电压反馈信号线158从反馈电压分压器92接收反馈电压信号。对另一输入端所施加的预设电压使得比较器196对低电压/过电压保护电路188发送一信号，使得当呈现于电池充电电流线88上的VFB电压表明电池电压小于1.5V时禁止PWM补偿转换器电路60执行对智能电池22的充电操作。
来自反馈电压分压器92的反馈电压信号也用作另一比较器202的输入信号。对另一输入端提供的预设电压使得比较器202对SMB接口和充电控制器122发送一信号，若电池充电电流线88上出现的VFB电压小于10.0V时，该信号激活电池充电器IC 50的“唤醒”操作模式。当智能电池22过度放电，或当电池充电电流线88和电路地之间存在短路时，会产生这样低的VFB电压。为了在允许PWM补偿转换器电路60对过度放电的智能电池22进行充电时防止PWM补偿转换器电路60因短路而损坏，在接收来自于比较器202、表明电池电压低于10.0的信号时应立即对电池充电器IC 50进行复位，使得电池充电器IC 50的唤醒操作模式对分别存储于接口寄存器块132的充电电流寄存器132d和充电电压寄存器132e中的充电电流和电压范围数据值编程设定为256毫安(ma)和32.0V。对PWM补偿转换器电路60对电池充电电流线88所提供的电流和电压建立这样的限制范围，能在对过度放电的智能电池22充电的同时防止PWM补偿转换器电路60因短路而损坏。
除了充电禁止电路186对PWM电路182所提供的数字信号能禁止或使能PWM补偿转换器电路60对智能电池22的充电，一施密特触发电路212对PWM电路182所提供的数字信号也可禁止PWM补偿转换器电路60的操作。当充电电流反馈信号对(“IFBZ”和“IFBS”)表明充电电流小于预设阈值时，施密特触发电路212对PWM电路182所提供的信号禁止PWM补偿转换器电路60的操作。施密特触发电路212提供一安全阻塞(backup)特性，通过禁止PWM电路182在充电电流小于施密特触发电路212所预设的阈值时进行充电操作，从而防止漏极86d端可能出现的由智能电池22流向PWM补偿转换器电路60的反灌电流。相应地，施密特触发电路212的反向输入端通过IFBS信号线216a从采样/保持电路214接收IFBS信号。施密特触发电路212的同向输入端通过IFBZ信号线216z接收IFBZ信号，并在施密特触发电路212内部自动将该IFBZ信号与预设电压相加。该IFBZ信号与预设电压相加的和在施密特触发电路212的内部被用作禁止PWM补偿转换器电路60向智能电池22进行充电操作的阈值。
为了向施密特触发器电路212提供IFBZ和IFBS信号，电池充电器IC 50包括一具有一输出端的充电-电流检测放大器218，其输出端与采样/保持电路214相匹配。充电-电流检测放大器218的输入端通过ICHP信号线222和ICHM信号线224依次分别接收来自于电流-检测电阻82反向端的ICHP信号和ICHM信号。ICHP和ICHM信号间的电压差与对智能电池22的充电电流成比例。正如以下所详细描述的那样，在不同的时间，充电-电流检测放大器218对采样/保持电路214所提供的信号电压分别代表通过电流检测器电阻82的电流为零电流，或代表实际通过电流检测器电阻82的电池充电电流。采样/保持电路214将零充电电流和电池充电电流信号两者进行存储，并分别通过IFBS和IFBZ信号线216s和216z将它们发送到施密特触发电路212。因此，在IFBS和IFBZ信号线216s和216z间所呈现的信号差与流过电流-检测电阻82的电池充电电流成比例。
除了对施密特触发电路212提供IFBS和IFBZ信号，采样/保持电路214还将这两个信号提供给包含于电池充电器IC 50中的比较器226的输入端。与施密特触发电路212相似，比较器226的反向输入端接收IFBZ信号，并自动将预设电压加于IFBZ信号中获得一电压，以便与比较器226的同向输入端接收的IFBS信号的电压相比较。随后，若采样/保持电路214所发送的IFBS和IFBZ信号表明流过电流检测电阻82的充电电流超过预设的阈值，则比较器226通过CHGST信号线28向反向电流保护开关86的栅极86g发送CHGST信号，从而将反向电流保护开关86导通，在PWM补偿转换器电路60和智能电池22间建立一低电阻通路。
如图4所详细表示的那样，除了从SMB接口和充电控制器122、从充电禁止电路182和从施密特触发电路212接收各种数字信号以便将PWM补偿转换器电路60的操作使能或禁止，PWM电路182还通过充电控制信号线233从误差综合电路232接收模拟信号。在PWM补偿转换器电路60对智能电池22进行充电时，该模拟信号控制开关驱动器162所产生的HDR和LDR信号的接通时间间隔和断开时间间隔。如图4所示，误差综合电路232包括一对充电电流误差放大器234a和234b，及一对充电电压误差放大器236a和236b。
充电电流误差放大器234a和234b的一输入端通过IFBS信号线216s分别接收来自采样/保持电路214的IFBS信号。充电电流误差放大器234a的另一输入端接收来自I DAC 144的输出信号，I DAC 144也通过IFBZ信号线216z从采样/保持电路214接收IFBZ信号。IDAC144对充电电流误差放大器234a提供的信号是存储于接口寄存器块132的充电电流寄存器132d中的132da4-db3位的数据所代表的电压与IFBZ信号之和。若IFBS和IFBZ信号的差值超过存储于132da4-db3位的数据所代表的电压，则充电电流误差放大器234a的输出信号具有一预设值。相反，若IFBS和IFBZ信号的差值小于存储于132da4-db3位的数据所代表的电压，则充电电流误差放大器234a的输出信号具有一不同的预设值。
充电电流误差放大器234b不接收IFBS信号的输入端通过Imax信号线242接收来自最大充电电流分压器58的Imax信号。充电电流误差放大器234b也通过IFBZ信号线216z从采样/保持电路214接收IFBZ信号。在充电电流误差放大器234b内部，在Imax信号线242上的电压自动与IFBZ信号线216z上的电压相加，从而建立与IFBS信号相比较的阈值。若IFBS和IFBZ信号间的差值超过Imax信号电压，则充电电流误差放大器234b的输出信号具有一预设值。相反，若IFBS和IFBZ信号间的差值小于Imax信号电压，则充电电流误差放大器234b的输出信号具有一不同的预设值。
各充电电压误差放大器236a和236b的一输入端通过电压反馈信号线158分别接收来自反馈电压分压器92的VFB信号。充电电压误差放大器236a的另一输入端接收来自V DAC 146的输出信号，其值由存储于接口寄存器块132中的充电电压寄存器132e的132ea5-ea6位的数据所决定。若VFB信号电压超过V DAC 146向充电电压误差放大器236a所提供的电压，则充电电压误差放大器236a的输出信号具有一预设值。相反，若VFB信号电压小于V DAC 146向充电电压误差放大器236a所提供的电压，则充电电压误差放大器236a的输出信号具有一不同的预设值。充电电压误差放大器236b的另一输入端通过Vmax信号线244接收来自最大充电电压分压器56的Vmax信号电压。若VFB信号电压超过Vmax信号电压，则充电电压误差放大器236b的输出信号具有一预设值。相反，若VFB信号电压小于Vmax信号电压，则充电电压误差放大器236b的输出信号具有一不同的预设值。
误差综合电路232包括一对充电电流可调电阻254a和254b。充电电流可调电阻254a的一端连接到充电电流误差放大器234a的一输出端，而充电电流可调电阻254b的一端接收5V电源线54所提供的电源电压VDD。充电电流可调电阻254b的另一端连接到P-MOS晶体管261的源极。误差综合电路232还包括一对充电电压可调电阻256a和256b。充电电压可调电阻256a的一端连接到充电电压误差放大器236a的一输出端，而充电电压可调电阻256b的一端接收5V电源线54所提供的电源电压VDD。充电电压可调电阻256b的另一端连接到P-MOS晶体管262的源极。P-MOS晶体管261和262的栅极分别连接到充电电流可调电阻254b和充电电压可调电阻256b的输出端。P-MOS晶体管261和262的漏极通过误差电路综合连接点258连接到充电控制信号线233。也包含于误差综合电路232中的开关264a和264b分别串联于充电电流可调电阻254a的第二端和充电电压可调电阻256a的第二端与误差电路综合连接点258之间。充电电流可调电阻234a的输出端和充电电压可调电阻236a的输出端也连接到调节模式触发电路268。
如图4中虚线269所示，当PWM补偿转换器电路60对智能电池22充电时，来自通常模式触发电路268的信号关闭264a和264b中两开关之一。这样，当电池充电电流和电压分别小于被最大充电电压分压器56和最大充电电流分压器58所建立的最大值时，电池充电器IC 50迫使PWM补偿转换器电路60或者工作于电流调节模式，或者工作于电压调节模式。在智能电池22的充电过程中，电池充电器IC50使得PWM补偿转换器电路60最初工作于电流调节模式，此时，开关264a闭合，而开关266a断开。在充电过程中，最初，智能电池22两端的电压将较低，随着智能电池被充电，电压将逐渐升高。当VFB信号表明智能电池22两端、在电池充电电流线88上的电压超过充电电压误差放大器236a由V DAC 146接收的信号所建立的电压时，充电电压误差放大器236a的输出信号使得调节模式触发电路268改变状态。调节模式触发电路268改变的状态将开关264a断开，而将开关266a闭合，从而将PWM补偿转换器电路60转变为电压调节模式。随后，若IFBS和IFBZ信号表明电池充电电流超过充电电流误差放大器234a由I DAC 144接收的信号所建立的电流时，充电电流误差放大器234a改变的输出信号使得调节模式触发电路268再次改变状态。因此，PWM补偿转换器电路60恢复为电流调节工作模式。由于智能电池22或主计算机26所执行的计算机程序将数据存储于充电电流寄存器132d和充电电压寄存器132e，用于建立从I DAC 144和V DAC 146发送到误差综合电路232的信号所指定的电池充电电流和电压，因此，或者是智能电池22，或者是主计算机所执行的计算机程序控制了以上两个电池充电参数。
若在任意时刻电池充电电流或电压超过最大充电电流电压分压器58和最大充电电压分压器56所建立的值，则或者充电电流误差放大器234b的输出、或者充电电压误差放大器236b的输出，或是以上两者将P-MOS晶体管261或P-MOS晶体管262或两者均导通。P-MOS晶体管261的导通使得PWM补偿转换器电路60将提供给智能电池22的电流值限制在最大充电电流分压器58所建立的范围内。P-MOS晶体管262的导通使得PWM补偿转换器电路60将提供给智能电池22的电压值限制在最大充电电压分压器56所建立的范围内。下表列出电阻254a、254b、256a和256b的规定值。
为控制电池充电器IC 50所吸收的电流量，电池充电器IC 50包括一偏置电流电路272。偏置电流电路272与偏置电流可调电阻98的电阻值一起，实现对偏置电流可调电阻98所吸收的偏置电流量进行调节。
有各种方式可用于在一IC中实现图2的方框图所示的电池充电器IC 50，然而，若用常规的5.0V补偿金属氧化硅(“CMOS”)来构造此IC，则在一电池供电装置20内的可操作性存在严重的技术问题。例如，若智能电池过度放电时，在智能电池22充电过程中，呈现于电池充电电流线88的电压、即加在智能电池22上的电压可能会高达16.8V，或是低于2.5V。由于电流检测电阻82通过反向电流保护开关86与智能电池22串联，在智能电池22充电过程中，在电流检测电阻82的两相对端分别对电路地所测量的电压将总是超过智能电池22的电压。若电池充电器IC 50要用于使用旁路电阻和简单电压分压器网络的常规“高侧”电流检测电路，则ICHP和ICHM信号的较大范围的共模电压将被加在充电电流检测放大器218的输入端。本发明的电池充电器IC 50优选的实施例使用一独特的充电电流检测放大器218，其与采样/保持电路214一起，避免了上述问题。充电电流检测放大器218为减少“高侧”电流检测所产生的较大的普通模式电压，本发明的优选实施例中，电池充电器IC 50的充电电流检测放大器218包括一电阻式桥式电路302，如图5所示。ICHP信号线222和ICHM信号线224分别通过隔离的电阻84p和84m与一对串联的开关306匹配(这对开关也包含于充电电流检测放大器218中)，并与桥式电路302的对角线端304p和304m相连。桥式电路302的另一对角线端308v和308g分别与电源电压VDD(存在于5V的电源线54上)和电路地相连。
如图5中虚线312所示，开关306与包含于充电电流检测放大器218中自调零部分318的开关314同步操作。如图5中所示，开关306在桥式电路302的全部连续自调零时间间隔中与隔离电阻84p和84m断开。在这样的自调零时间间隔中，开关314的闭合与开关306的断开一致，为充电电流检测放大器218发送到采样/保持电路214的输出信号建立一基准的零充电电流值。然后，在每对紧凑连续的自调零间隔内发生的紧凑连续的充电电流检测时间间隔中，当开关314为断开而开关306为闭合时，使得电流检测电阻82通过隔离电阻84p和84m连接到桥式电路302。因此，在每个充电电流检测间隔内，充电电流检测放大器218发送至采样/保持电路214的输出信号与流经电流检测电阻82的电池充电电流成比例。
为检测流经电流检测电阻82的充电电流，桥式电路302的对角线端304p和304m分别连接到差动放大器322的同向端和反向端。差动放大器322的输出端连接到P-MOS晶体管324的栅极。P-MOS晶体管324的源极连接到P-MOS晶体管326的漏极和桥式电路302一端，且晶体管326对P-MOS晶体管324提供一固定的、预设的电流。为保证P-MOS晶体管326对P-MOS晶体管324提供一预设的电流，P-MOS晶体管326的源极接收5V电源线54所提供的电源电压VDD，而P-MOS晶体管326的栅极接收一固定的VBias电压。
P-MOS晶体管324的源极连接到304m端而形成包括差动放大器322和P-MOS晶体管324在内的闭合回路。在此回路中的差动放大器322和P-MOS晶体管324用作独立的电压增益放大器，在桥式电路302的对角线端304p和304m维持同样的电压。由于充电电流检测放大器218被构造成具有极好的对称性，桥式电路302的所有支路的等效电阻将与对角线端304p和304m的电压极其匹配，这意味着流过对角线端304p和304m的电流将相等。
流过P-MOS晶体管326的固定电流与源电流放大器332相匹配，源电流放大器332优选地对充电电流检测放大器218的输出节点334提供12倍的前述固定电流量。类似地，流出P-MOS晶体管324的漏极电流被提供给吸收电流放大器336，其优选从输出节点334吸收10倍的前述固定电流量。输出电阻338(充电电流检测放大器218的输出信号出现在该电阻上)将输出节点334与电路地相连。
充电电流检测放大器218的输出节点334也与P-MOS晶体管342a的栅极相连。P-MOS晶体管342a的源极与匹配的P-MOS晶体管342b的源极并联，并连接到P-MOS晶体管343的漏极。P-MOS晶体管343对P-MOS晶体管342a和342b提供一固定的、预设的电流。为提供该预设的电流，P-MOS晶体管343的源极接收5V电源线54所提供的电源电压VDD，而P-MOS晶体管343的栅极接收一固定的VBias电压。P-MOS晶体管342b的栅极接收一1.5V的VRef电位。P-MOS晶体管342a和342b的漏极分别连接到一对匹配的电流吸收N-MOS晶体管344a和344b的漏极。N-MOS晶体管344a和344b的栅极分别连接到其源极，而N-MOS晶体管344a和344b的源极并联到电路地。
在每个连续的自调零时间间隔中，当自调零部分318的开关314保持关闭时，在串联的晶体管342a和342b的漏极所加的电压均通过自调零电压存储电容352连接到电路地，并连接到差动放大器354的同向端。差动放大器354的输出端连接到差动放大器354的反向输入端，并连接到N-MOS晶体管356的栅极。结果是，由于自调零存储电容352的电压，差动放大器354工作于高输入阻抗和单倍电压增益状态。N-MOS晶体管356的源极连接到充电电流检测放大器218的输出节点334。
在每个连续的自调零时间间隔中，如图5所含的电压波形图中的连续水平线段362所示，开关314的闭合使得P-MOS晶体管342a、差动放大器354和N-MOS晶体管356形成一闭合回路。因此，在每个如此的自调零时间间隔内，当开关306断开，从而产生一流过电流检测晶体管82的零充电电流时，加到N-MOS晶体管356的栅极的信号(它由自调零电压存储电容352产生的电压所决定)使得N-MOS晶体管356从输出节点334吸收自调零电流。首先要注意到，N-MOS晶体管356从输出节点334吸收的自调零电流使得输出节点334的电压将与加到P-MOS晶体管342b栅极的VRef电压相匹配。因此，电压波形图中的水平线段362代表电压值VRef。还必须注意在整个充电电流检测时间间隔内，N-MOS晶体管356从输出节点334吸收的自调零电流将补偿长期的漂移或在充电电流检测放大器218中其它处发生的不匹配，如在源电流放大器332中和在吸收电流放大器336中发生的不匹配。
随后，在每个连续的充电电流检测时间间隔中，如电压波形图中连续的水平线段366所示，开关314断开而开关306闭合，从而使得电流检测电阻82两端的电压通过隔离电阻84p和84m加到桥式电路302的对角线端304p和304m。在这样的充电电流检测时间间隔中，自调零电压存储电容352两端的电压维持N-MOS晶体管356所吸收的自调零电流基本恒定。相反，在这样的充电电流检测时间间隔内，吸收电流放大器336从输出节点334所吸收的电流与加到桥式电路302的对角线端304p和304m的电压成比例变化，亦即，与电流检测电阻82两端的电压成比例变化。在每个连续的充电电流检测时间间隔中，由于源电流放大器332所提供并被N-MOS晶体管356从输出节点334所吸收的电流维持基本恒定，吸收电流放大器336从输出节点334所吸收电流的变化将仅改变流过输出电阻338的电流。流过输出电阻338的电流变化增加在输出节点334处的电压，并与流过电流检测电阻82的电流成比例。因此，如水平线段362所示的自调零时间间隔中与如水平线段366所示的连续的充电电流检测时间间隔中的充电电流检测放大器218的输出端的电压差(即在输出节点334处的电压差)与流过电流检测电阻82的电流成比例。采样/保持电路214图6及从充电电流检测放大器218发送到采样/保持电路214的输出信号的电压波形图描述了采样/保持电路214。采样/保持电路214包括零基准采样开关372和充电电流采样开关374。开关372和374分别串联到采样/保持电路214的输入端和零基准保持电容376的一端、和充电电流保持电容378之间。电容376和378的另一端均连接到电路地。除了与开关372和374相连，电容376和378也分别连接到单倍电压增益放大器382和384的同向输入端。放大器382和384的输出端分别对IFBS和IFBZ信号线216s和216z提供IFBZ和IFBS信号。
如图6中一对平行的垂直线392所示，靠近每个自调零时间间隔(其间，充电电流检测放大器218对采样保持电路214发送图5和图6的电压波形图中水平段362所标示的电压)的结束处，零基准采样开关372瞬时关闭，将零基准保持电容376接通，并在其中存储零基准信号的采样，且输入到采样/保持电路214的输入端。放大器382将存储于零基准采样开关372的电压发送到IFBZ信号线216z上作为IFBZ信号。类似地，靠近每个充电电流检测时间间隔的结束处，采样/保持电路214的输入端接收图6所示的一对平行的垂直线394所标示的水平线段366处的电压，充电电流采样开关374瞬时关闭，将充电电流保持电容378接通，并在其中存储充电电流信号的采样，且输入到采样/保持电路214的输入端。放大器384将存储于充电电流采样开关374的电压发送到IFBS信号线216s上作为IFBS信号。这样，与本发明的电池充电器IC 50一样，尽管仍用常规的5.0V CMOS来构成，却与可能在“高侧”电流检测电阻82发生的较大的共模电压范围相适应。
图7显示装置20的一可选实施例，其中，充电电流检测放大器218不是在电池充电器IC 50内部自动将开关314的操作与开关306的操作相边，而是借助于位于电池充电器IC 50之外的外部自调零开关402。在图7所示的装置20的实施例和电池充电器IC 50中，开关306总保持关闭，而电阻404p和404m处于电流检测电阻82和隔离电阻84p和84m的两端间。电阻404p和404m均具有较低的电阻值如1.0KΩ，它们将可能流过闭合的外部自调零开关402的电流限制在一定范围内。
对于图7所示的实施例，在自调零时间间隔中，在开关314关闭的同时，外部自调零开关402也随之关闭，因而一同将分置于桥式电路302两边的隔离电阻84p和84m的一端短路。类似于图5中所示充电电流检测放大器218实施例中开关306的断开，关闭外部自调零开关402会对充电电流检测放大器218产生激励，使得PWM补偿转换器电路60不对智能电池提供任何充电电流。然而，在每个自调零时间间隔内，将隔离电阻84p和84m的一端短路而不是断开开关306，将在存储于自调零电压存储电容352的电压中加入隔离电阻84p和84m的电气特性。在存储于自调零电压存储电容352的电压中包括隔离电阻84p和84m的电气特性，这将使得图5中所述的构成充电电流检测放大器218所严格要求的隔离电阻84p和84m的匹配条件放宽。
尽管根据所示的优选实施例对本发明进行了描述，必须理解这样的公开仅仅是为了演示，而不应被演绎为用其限制范围。例如，包括于电池充电器IC 50中的充电电流检测放大器218优选地包括电阻所构成的桥式电路302，尽管比用电阻从原理上说技术更复杂，也可用电容构成桥式电路302。于是，毫无疑问地，对本领域的技术人员来说，在了解上述公开的内容后，可在不背离本发明精神和范围的情况下对本发明作出各种变更、修改，和/或变化的应用。相应地，以下的权利要求意图为包含本发明真正精神和范围内的所有变更、修改，和/或变化的应用。
权利要求
1.一种电池充电器集成电路(“IC”)，其适合于控制补偿转换器电路的操作，该补偿转换器电路可适合于从外部电源接收电能，并提供电能以对电池充电，该补偿转换器电路包括一串联开关，其从外部电源接收电流，并在电池充电过程中提供电流，并且补偿转换器电路还包括一电流检测电阻，其串联连接在外部电源和电池之间，在电池充电过程中提供给电池的电流流经该电流检测电阻，该电池充电器IC包括脉宽调节开关驱动电路，用于在电池充电过程中，向串联开关提供一电信号，该电信号适合于重复地导通然后关断补偿转换器电路中的串联开关；和充电电流检测放大器，其从电流检测电阻接收并放大一表示电池充电过程中充电电流的电信号，所述充电电流检测放大器包括桥式电路，其接入由充电电流检测放大器从电流检测电阻接收的电信号。
2.根据权利要求1所述的电池充电器IC，其中桥式电路包括至少一个电阻。
3.根据权利要求1所述的电池充电器IC，其中桥式电路是电阻桥电路。
4.根据权利要求1所述的电池充电器IC，其中所述充电电流检测放大器还包括一自调零电路，其自动补偿所述充电电流检测放大器内的长期漂移或失配。
5.根据权利要求4所述的电池充电器IC，其中在自调零时间间隔中，充电电流检测放大器储存一参考调零充电电流值，并且其中在后续的充电电流检测时间间隔中，充电电流检测放大器响应于从电流检测电阻收到的电信号，产生一表示在充电过程中提供给电池的电流的电信号。
6.根据权利要求1所述的电池充电器IC，其中由充电电流检测放大器放大的表示在电池充电过程中提供给电池的电流的所述电信号用在电池充电器IC中，用于控制由开关驱动电路提供的电信号，该电信号使补偿转换器电路中的串联开关重复地导通然后关断。
7.根据权利要求1所述的电池充电器IC，其中开关驱动电路还提供电信号，其适合于重复地在串联开关截止时，使补偿转换器电路中的同步整流器开关导通，然后在串联开关导通时，使同步整流器开关截止。
8.根据权利要求7所述的电池充电器IC，其中来自开关驱动电路的电信号仅在串联开关截止后使同步整流器开关导通，而仅在串联开关导通之前，使同步整流器开关截止。
9.根据权利要求1所述的电池充电器IC，其中所述电池是智能电池，所述电池充电器IC还包括一SMB接口和充电控制器，其使电池充电器IC适合于通过SMBus与智能电池互连，并适合于与其它与SMB接口和充电控制器连接的含有智能电池的装置交换数据。
10.一种由电池供电的装置，其包括电池，用于对该装置的操作供电，补偿转换器电路，其适合于从外部电源接收电能，并提供电能以对所述电池充电，该补偿转换器电路包括一串联开关，其从外部电源接收电流，并在所述电池充电过程中提供电流，并且所述补偿转换器电路还包括一电流检测电阻，其串联连接在外部电源和所述电池之间，在电池充电过程中提供给所述电池的电流流经该电流检测电阻；和电池充电器IC，其适合于控制所述补偿转换器电路的操作，所述电池充电器IC包括脉宽调节开关驱动电路，用于在所述电池充电过程中，向串联开关提供一电信号，该电信号适合于重复地导通然后关断所述补偿转换器电路中的串联开关；和充电电流检测放大器，其从电流检测电阻接收表示向所述电池提供的电池充电电流的电信号并将其放大，所述充电电流检测放大器包括桥式电路，其与从电流检测电阻接收的电信号耦连。
11.根据权利要求10所述的装置，其中桥式电路包括至少一个电阻。
12.根据权利要求10所述的装置，其中桥式电路是电阻桥电路。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括设置在电流检测电阻与桥式电路之间的至少一个电阻，至少由所述桥式电路从电流检测电阻接收的电信号的一部分通过该电阻。
14.根据权利要求10所述的装置，其中所述充电电流检测放大器还包括自调零电路，其自动补偿充电电流检测放大器内的长期漂移或失配。
15.根据权利要求14所述的装置，其中在自调零时间间隔中，充电电流检测放大器发送一信号，使装置中包含的并位于所述电池充电器IC外部的开关关闭，并且使模拟所述补偿转换器电路的所述开关关闭，不向所述电池提供充电电流。
16.根据权利要求14所述的装置，其中在自调零时间间隔中，充电电流检测放大器储存一参考调零充电电流值，并且其中在后续的充电电流检测时间间隔中，充电电流检测放大器响应于从电流检测电阻收到的电信号，产生一表示在充电过程中提供给所述电池的电流的电信号。
17.根据权利要求10所述的装置，其中由充电电流检测放大器放大的表示在所述电池充电过程中提供给所述电池的电流的所述电信号用在所述电池充电器IC中，用于控制由开关驱动电路提供的电信号，该电信号使补偿转换器电路中的串联开关重复地导通然后关断。
18.根据权利要求10所述的装置，其中所述补偿转换器电路还包括一同步整流器开关；和开关驱动电路还提供电信号，其适合于重复地在串联开关截止时，使补偿转换器电路中的同步整流器开关导通，然后在串联开关导通时，使同步整流器开关截止。
19.根据权利要求18所述的装置，其中来自开关驱动电路的电信号仅在串联开关截止后使同步整流器开关导通，而仅在串联开关导通之前，使同步整流器开关截止。
20.根据权利要求10所述的装置，其中所述电池是智能电池；所述装置还包括一SMBus，其将所述智能电池与所述电池充电器IC互连；和所述电池充电器IC还包括一与所述SMBus连接的SMB接口和充电控制器，其使电池充电器IC适合于与其它与SMBus连接的含有所述智能电池的装置交换数据。
21.根据权利要求1所述的电池充电器IC，其中所述电池充电器IC还提供一电信号，该电信号适合于当电池充电电流超过第一预设阈值时，将反向电流保护开关导通，以通过反向电流保护开关在补偿转换器电路和电池之间建立一低电阻通路；和当电池充电电流低于第二预设阈值时，将反向电流保护开关截止，由此阻止反向电流从电池经过反向电流保护开关流向补偿转换器电路。
22.根据权利要求10所述的装置，还包括一反向电流保护开关，其串联连接在所述补偿转换器电路与所述电池之间，并可操作以在所述补偿转换器电路和所述电池之间建立一低电阻通路，和阻止反向电流从所述电池经过所述反向电流保护开关流向所述补偿转换器电路；和所述电池充电器IC向所述反向电流保护开关提供一电信号，该信号用于当电池充电电流超过第一预设阈值时，将所述反向电流保护开关导通；和当所述电池充电电流低于第二预设阈值时，将所述反向电流保护开关截止。
23.一种电池充电器集成电路(“IC”)，其适合于控制补偿转换器电路的操作，该补偿转换器电路可适合于从外部电源接收电能，并提供电能以对电池充电，该补偿转换器电路包括一串联开关，其从外部电源接收电流，并在电池充电过程中向该电池提供电流，并且补偿转换器电路还包括一电流检测电阻，其串联连接在外部电源和电池之间，在电池充电过程中提供给电池的电流流经该电流检测电阻，该电池充电器IC包括脉宽调节开关驱动电路，用于在电池充电过程中，向串联开关提供一电信号，该电信号适合于重复地导通然后关断补偿转换器电路中的串联开关；和充电电流检测放大器，其从电流检测电阻接收并放大一表示电池充电过程中充电电流的电信号，所述充电电流检测放大器包括一自调零部分，其自动补偿充电电流检测放大器内的长期漂移或失配。
24.根据权利要求23所述的电池充电器IC，其中所述充电电流检测放大器包括桥式电路，其接收从电流检测电阻接收的电信号，并包括至少一个电阻。
25.根据权利要求23所述的电池充电器IC，其中所述充电电流检测放大器包括电阻桥电路，其接收从电流检测电阻接收的电信号。
26.根据权利要求23所述的电池充电器IC，其中在自调零时间间隔中，充电电流检测放大器储存一参考调零充电电流值，并且其中在后续的充电电流检测时间间隔中，充电电流检测放大器响应于从电流检测电阻收到的电信号，产生一表示在充电过程中提供给电池的电流的电信号。
27.根据权利要求23所述的电池充电器IC，其中由充电电流检测放大器放大的表示在电池充电过程中提供给电池的电流的所述电信号用在电池充电器IC中，用于控制由开关驱动电路提供的电信号，该电信号使补偿转换器电路中的串联开关重复地导通然后关断。
28.根据权利要求23所述的电池充电器IC，其中开关驱动电路还提供电信号，其适合于重复地在串联开关截止时，使补偿转换器电路中的同步整流器开关导通，然后在串联开关导通时，使同步整流器开关截止。
29.根据权利要求28所述的电池充电器IC，其中来自开关驱动电路的电信号仅在串联开关截止后使同步整流器开关导通，而仅在串联开关导通之前，使同步整流器开关截止。
30.根据权利要求23所述的电池充电器IC，其中所述电池充电器IC还提供一电信号，该电信号适合于当电池充电电流超过第一预设阈值时，将反向电流保护开关导通，以通过反向电流保护开关在补偿转换器电路和电池之间建立一低电阻通路；和当电池充电电流低于第二预设阈值时，将反向电流保护开关截止，由此阻止反向电流从电池经过反向电流保护开关流向补偿转换器电路。
31.根据权利要求23所述的电池充电器IC，其中所述电池是智能电池，所述电池充电器IC还包括一SMB接口和充电控制器，其使电池充电器IC适合于通过SMBus与智能电池互连，并适合于与其它与SMB接口和充电控制器连接的含有智能电池的装置交换数据。
32.一种由电池供电的装置，其包括电池，用于对该装置的操作供电，补偿转换器电路，其适合于从外部电源接收电能，并提供电能以对所述电池充电，该补偿转换器电路包括一串联开关，其从外部电源接收电流，并在所述电池充电过程中提供电流，所述补偿转换器电路还包括一电流检测电阻，其串联连接在外部电源和所述电池之间，在电池充电过程中提供给所述电池的电流流经该电流检测电阻；电池充电器IC，其适合于控制所述补偿转换器电路的操作，所述电池充电器IC包括脉宽调节开关驱动电路，用于在所述电池充电过程中，向串联开关提供一电信号，该电信号适合于重复地导通然后关断所述补偿转换器电路中的串联开关；和充电电流检测放大器，其从电流检测电阻接收表示向所述电池提供的电池充电电流的电信号并将其放大，所述充电电流检测放大器包括一自调零部分，其自动补偿所述充电电流检测放大器内的长期漂移或失配。
33.根据权利要求32所述的装置，其中所述充电电流检测放大器包括桥式电路，其接收从电流检测电阻接收的电信号，并包括至少一个电阻。
34.根据权利要求32所述的装置，其中所述充电电流检测放大器包括电阻桥电路，其接收从电流检测电阻接收的电信号。
35.根据权利要求34所述的装置，还包括设置在电流检测电阻和桥式电路之间的至少一个电阻，至少由所述桥式电路从电流检测电阻接收的电信号的一部分通过该电阻。
36.根据权利要求32所述的装置，其中在自调零时间间隔中，充电电流检测放大器发送一信号，使装置中包含的并位于所述电池充电器IC外部的开关关闭，并且使模拟所述补偿转换器电路的所述开关关闭，不向所述电池提供充电电流。
37.根据权利要求32所述的装置，其中在自调零时间间隔中，充电电流检测放大器储存一参考调零充电电流值，并且其中在后续的充电电流检测时间间隔中，充电电流检测放大器响应于从电流检测电阻收到的电信号，产生一表示在充电过程中提供给所述电池的电流的电信号。
38.根据权利要求32所述的装置，其中由充电电流检测放大器放大的表示在电池充电过程中提供给电池的电流的所述电信号用在所述电池充电器IC中，用于控制由开关驱动电路提供的电信号，该电信号使所述补偿转换器电路中的串联开关重复地导通然后关断。
39.根据权利要求32所述的装置，其中所述补偿转换器电路还包括一同步整流器开关；和开关驱动电路还提供电信号，其适合于重复地在串联开关截止时，使补偿转换器电路中的同步整流器开关导通，然后在串联开关导通时，使同步整流器开关截止。
40.根据权利要求39所述的装置，其中从开关驱动电路提供的电信号仅在串联开关截止后使同步整流器开关导通，而仅在串联开关导通之前，使同步整流器开关截止。
41.根据权利要求32所述的装置，还包括一反向电流保护开关，其串联连接在所述补偿转换器电路与所述电池之间，并可操作以在所述补偿转换器电路和所述电池之间建立一低电阻通路，和阻止反向电流从所述电池经过所述反向电流保护开关流向所述补偿转换器电路；和所述电池充电器IC向所述反向电流保护开关提供一电信号，该信号用于当电池充电电流超过第一预设阈值时，将所述反向电流保护开关导通；和当电池充电电流低于第二预设阈值时，将所述反向电流保护开关截止。
42.根据权利要求32所述的装置，其中所述电池是智能电池；所述装置还包括一SMBus，其将所述智能电池与所述电池充电器IC互连；和所述电池充电器IC还包括一与所述SMBus连接的SMB接口和充电控制器，其使电池充电器IC适合于与其它与SMBus连接的含有所述智能电池的装置交换数据。
全文摘要
电池充电器IC包括用于检测电池充电电流的串联开关和电阻。该电池充电器IC包括脉宽调节开关驱动电路,其在电池充电期间对补偿转换器电路提供电信号,将串联开关反复地接通和断开。该电池充电器IC还包括充电电流检测放大器,它从电流检测电阻接收并放大代表电池充电电流的电信号。该充电电流检测放大器包括一桥式电路,其充电电流检测放大器从电流感检测电阻和自调零电路所接收的电信号与该桥式电路相匹配。
文档编号H02J7/00GK1361570SQ00136919
公开日2002年7月31日 申请日期2000年12月28日 优先权日2000年12月28日
发明者亚历山德鲁·哈图拉 申请人:O2微国际有限公司