专利名称：具有休眠模式的电池备用系统的制作方法
具有休眠模式的电池备用系统技术领域
本发明一般涉及电池备用系统，以及更具体地，涉及一种用于实现具有进入休眠 模式的嵌入式充电器的电池备用系统的方法和/或装置。
背景技术：
诸如锂离子(Li-Ion)电池组的电池组当被储存时、甚至在不使用时也经历自放 电过程。当由电池组单元供电时，监测电路(诸如德州仪器(Texas Instruments)的模拟前 端bc^9330和/或bq20z70)加速了放电速率。当监测用电量计在储存期间使用电池电力 监测单元的健康状态时，需要预防性维护充电来延长电池自身寿命。这样的预防性充电是 昂贵的。为了解决储存电池组时的放电问题，传统的电池储存系统使用多种方法，诸如⑴ 对电池充电器执行休眠模式命令，(ii)提供为电池组进行周期性充电的预防性维护程序， 或者(iii)配置具有机械连接的设计以便当不安装电池组时不将电池组连接到充电器。
这些系统具有一个或多个缺点。当典型充电器的休眠命令在双电池组系统上实现 时并不奏效。典型充电器的I2C开关的双电池组配置是无源开关命令。此外，配置有电池组 的很多系统将会连同安装的电池组一起被运输。需要为现场可更换单元保留预防性维护充 电。很多设计的物理基座通常用标准桥接坞(SBB，standard bridge bay)规格来设置。电 池备用基座的空间具有预定形状因子。这样的形状因子需要维持预定的体积受限的设计。
期望实现一种适合预定形状因子并且具有嵌入式充电器的电池备用系统，实现允 许两个以上电池组在储存期间保持可用状态的低电力模式。发明内容
本发明涉及包含充电器电路和控制电路的装置。充电器电路可以被配置为响应于 ⑴第一充电信号，(ii)第二充电信号，(iii)电源电压，以及(iv)主机控制信号，生成第 一电力停止控制信号和第二电力停止控制信号。控制电路可以被配置为响应于第一电池信 号和第二电池信号生成第一充电信号和第二充电信号。控制电路可以响应于启动电力停止 状态的主机控制信号进入电力停止状态。
本发明的目的、特征和优点包括提供电池备用系统，该电池备用系统可以⑴提 供嵌入式充电器，(ii)使用最少数量的硬件来实现，(iii)使用最少数量的固件来实现， (iv)使用现有充电系统来实现，(ν)延长储存的电池组的自身寿命，(vi)最小化来自系统 内储存的放电以最大化日历寿命，和/或(vii)允许由该系统供电的设备在系统的电力停 止之前将高速缓冲存储器的内容卸载到永久存储器。
根据以下详细的描述以及所附权利要求和图示，本发明的这些或其他目的、特征 及优点将是显而易见的，其中
图1是本发明的一个实施方式的框图2是本发明的更详细的图示；
图3是示出了将电池系统置于休眠模式的过程的流程图4是本发明的另一实施方式的框图5是图4的实施方式的更详细的图示；
图6是本发明的另一实施方式的更详细的图示；以及
图7是示出了消除充电器的电力不佳模式的过程的流程图。
具体实施方式
参照图1，根据本发明示出了系统100。系统100—般包括块(或电路)102、块(或 电路)104和块(或电路)106。电路102可以用电池管理器电路加以实现。电路102可以 包括充电部。在一个实施例中，电路102可以用凌力尔特科技(Linear Technology)制造 的LTC1760加以实现。然而，可以用满足具体实现方式的设计标准的其他类型的充电器加 以实现。LTC1760可以是作为电池管理器电路102的合适的选择，电池管理器电路102提供 用于充电的多路复用总线、I2C通信和/或电源路径负载共享能力。系统100可以允许电 路102使用嵌入式电池组工作，嵌入式电池组使用多个电源工作。系统100还可以提供充 电/通信模式。
电路104可以用控制电路加以实现。在一个实施例中，电路104可以用电源路径 多路复用电路加以实现。电路106可以用电源电路加以实现。电路104—般包括块(或电 路)110和块(或电路)112。电路110可以具有提供信号(例如VBAT1)的输出端120、可 以提供/接收信号(例如C0NTR0L1)的输入/输出端122以及可以提供/接收信号(例如 PACKl+)的输入/输出端124。信号C0NTR0L1可以表示在电路110与电池管理器102之间 发送的一个或多个电力停止控制信号。信号PACKl+可以表示在电池170与电路110之间发 送的电池信号。信号VBATl可以表示从电路110发送到电池管理器102的充电信号。电路 112可以具有提供信号(例如VBAT2)的输出端130、提供/接收信号(例如C0NTR0L2)的输 入/输出端132以及提供/接收信号(例如PACK2+)的输入/输出端134。信号C0NTR0L2 可以表示在电路110与电池管理器102之间发送的一个或多个电力停止控制信号。信号 PACK2+可以表示在电池180与电路112之间发送的电池信号。信号VBAT2可以表示从电路 112发送到电池管理器102的充电信号。信号PACKl+和信号PACK2+可以是当系统100接 收外部电源时用于向电池170和电池180充电的信号。信号PACKl+和信号PACK2+还可以 用于当外部电源不可用时向系统100提供电力。
电路102可以具有接收信号VBATl的输入端140、提供/接收信号C0NTR0L1的输 入/输出端142、接收信号VBAT2的输入端144以及提供/接收信号C0NTR0L2的输入/输 出端146。电路102还可以具有接收信号(例如DCIN)的输入端148以及连接到主机总线 152的输入/输出端150。在一个实施例中，信号DCIN可以是电源电压。可以通过二级总 线154将信号C0NTR0L1连接在输入/输出端142与输入/输出端122之间。可以通过二 级总线156将信号C0NTR0L2连接在输入/输出端146与输入/输出端132之间。在一个 实施例中，主机总线152、二级总线巧4和二级总线156可以用I2C兼容总线加以实现。然 而，可以用满足具体实现方式的设计标准的其他总线类型加以实现。在一个实施例中，电池 管理器102可以接收来自主机总线152的主机控制信号。输入和/或输出端140、142、144、146,148和150还可以被称为引脚、输入引脚、输出引脚等等。
电路106可以具有提供信号DCIN的输出端160、接收信号(例如VIN)的输入端 162以及向主机总线152提供/从主机总线152接收信息的输入/输出端164。在一个实施 例中，信号VIN可以用+20V信号加以实现。然而，可以使用其他电压。例如，可以使用18V 和22V之间的电压或者15V和25V之间的电压。
参照图2，示出了电路100的更详细的图示。电路110—般包括块(或电路)202、 块(或电路)204、块(或电路)206、块(或电路)208和电路210。电路202可以用电量计 加以实现。电量计202可以用于确定电池170中剩余的电量。在一个实施例中，电路202 可以用德州仪器制造的bq20z70加以实现。然而，可以用满足具体实现方式的设计标准的 其他类型的电量计加以实现。电路204可以用模拟前端(AFE)电路加以实现。在一个实施 例中，电路204可以用德州仪器制造的bc^9330加以实现。然而，可以用满足具体实现方式 的设计标准的其他类型的模拟前端电路加以实现。电路206可以用晶体管加以实现，诸如 场效应晶体管(FET)，以及更具体地，用η沟道场效应晶体管加以实现。电路208可以用晶 体管加以实现，诸如场效应晶体管，以及更具体地，用η沟道场效应晶体管加以实现。电路 210可以用保险丝电路加以实现。电路112可以用类似于电路202、204、206、208和210的 组件 202' ,204' ,206' ,208'和 210'加以实现。
电路106可以用块(或电路)220和块(或电路)222加以实现。电路220可以用 控制电路加以实现。电路220可以包括多个场效应晶体管。电路222可以用接口电路加以 实现。在一个实施例中，电路222可以用凌力尔特科技制造的LTC4302加以实现。
为了开始电力停止操作，系统100可以关断放电晶体管208和208'。可以通过电 池管理器102 (例如，命令偏移46和命令发送04)按照主机生成的格式、作为电力停止控制 信号C0NTR0L1或C0NTR0L2所发送的命令来关断放电晶体管208和208'。主机可以通过 二级总线巧4连接到控制电路110，以关断放电晶体管208。主机可以通过二级总线156连 接到控制电路112，以关断放电晶体管208'。当放电晶体管208和208'被关断时，从电池 管理器102正常移除信号VBATl和VBAT2。
即使放电晶体管208和208'关断，由于信号VIN(例如+20V)被连接到信号DCIN， 因此输入端140和/或输入端144仍测量为+5V。接口电路222可以用于通过从输入端148 移除信号DCIN的连接来断开信号VIN。系统100还可以包括调节器230。调节器230可以 用低压降(LDO)调节器、逻辑电压调节器或满足具体实现方式的设计标准的其他类型的调 节器加以实现。可以经由接口电路222禁用调节器230。接口电路222可以接收来自主机 总线152的一个或多个信号。
上述操作的结果是，可以从电池管理器102移除电力。当电池管理器102没有电 力时，各个电量计202和202'的总线巧4和156为低(例如没有有源上拉)，电量计202 或202'和电路204或204'可以进入休眠模式。休眠模式可以表示第二模式。在一个实 施例中，在休眠模式中，电池170和电池180可以供应约60 μ A的电力。当在休眠模式时， 电量计202和202'对电池170和电池180中剩余电力的检查没有在第一模式时频繁。例 如，当在休眠模式时，电量计202和202'可每5-20s检查电池170和电池180中剩余的电 力。而在第一模式(例如全电力模式)中，电量计202和202'可每5-lOns检查电池170 和电池180中剩余的电力。
系统100可以用最少数量的硬件实现。接口电路222可以控制向电池管理器102 提供的信号DCIN和信号VIN。调节器230可以用于向接口电路222供电(例如+3. 3V)。 电路204和204'可以具有也可以生成+3. 3V输出的内部调节器。如果系统100使用内部 调节器，则电路102的休眠模式被正常地回避。系统100可以使用电池管理器102的一个 或多个内部上拉晶体管以启动休眠模式。可以通过二级总线巧4和156控制内部上拉晶体 管。通过这样的实现方式，不需要外部上拉。
可以用连接到主机总线152的设备上存储的固件来控制电力停止控制信号 C0NTR0L1和C0NTR0L2。在一个实施例中，这样的设备可以用独立磁盘冗余阵列(RAID)控 制器来实现。可以实现这样的固件以控制放电电路208和208'。例如，发送到电量计202 和202'的控制寄存器的命令(例如0x04)可以用于关断放电电路208和208'。可以将 0x06的值写入电量计202和202'的控制寄存器以开启放电电路208和208'。这样的固 件可以用于执行系统100的工作例程和/或监测健康。一个或多个预定义的例程和/或进 程可以被配置为执行特定任务。例如，可以在电池170和电池180中存储的全部电力耗尽 之前，将连接到主机总线152的RAID控制器上存储的缓存数据(或其他临时数据)存储到 一个或多个外部硬件驱动器。
系统100可以用支持对电路202和204、电路202'和204'以及放电电路208和 208'的控制的最少数量的固件来实现。系统100可以延长电池170和电池180的自身储 存寿命。系统100可有助于电池170和电池180的储存。系统100可以最小化储存期间的 放电以最大化日历寿命和/或元数据存储能力。
参照图3，示出了说明根据本发明的方法(或处理)300的图示。该方法一般包括 步骤(或状态)302、步骤(或状态)304、步骤(或状态)306、步骤(或状态)308、步骤(或 状态)310、步骤(或状态)312、步骤(或状态)314和步骤(或状态)316。状态302可以通 过设置电池管理器102的状态寄存器内的充电禁止位来禁止充电。然后，状态304可以开 启电量计202以获得对FET控制寄存器的访问。开启电量计202 —般指的是使用控制位以 使能对控制寄存器的访问。控制位可以是在控制寄存器的初始配置期间建立的位。然后， 状态306关断放电FET 208。然后，状态308封闭电量计202。然后，状态310开启电量计 202'以获得对FET控制寄存器的访问。然后，状态312关断放电FET 208'。然后，状态 314封闭电量计202'。然后，状态316通过关断电源或通过控制电路220来关断对电池管 理器102的供电。
参照图4，示出了实现本发明的可选的实施方式的系统100'。系统100' —般包 括电路102'、电路104'和电路106'。电路102' ,104'和106'可以具有与图1的电路 102、104和106相似的实现方式。电路106'还可以具有接收信号(例如VBAT_SUM)的输 入端210以及可以提供信号(例如VBAT_0UT)的输出端212。
电路102'还可以具有一组输出端214a_2Hn和一组输出端216a_216n。输出端 2Ha-2Hn可以提供多个控制信号(CTRla-CTRln)。输出端216a-216n可以提供多个控制信 号(CTR2a-CTR2n)。电路102'还可以具有接收信号VBAT_0UT的输入端213。电路102' 可以用信号VBAT1、信号VBAT2或信号DCIN供电。如果这些信号均不足以操作电路102'， 则可产生电力不佳(PNG，power not good)状态。
电路104'可以具有接收信号CTRla-CTRln的一组输入端M0a-240n以及接收信号CTR2a-CTR2n的一组输入端Mh_242n。电路104'还可以具有接收信号VBATl的输入 端230、接收信号VBAT2的输入端232、提供信号VBAT_SUM的输出端234、提供/接收信号 PACKl+的输入/输出端236以及提供/接收信号PACK2+的输入/输出端238。
参照图5，示出了系统100'的更详细的图示。电路106' —般包括块(或电 路)260、块(或电路)262、块(或电路)264以及块(或电路)266。电路260可以用一组控 制场效应晶体管加以实现。电路262可以用电阻器270和二极管272加以实现。电路沈4 可以用可寻址通用输入/输出(GPIO，general purpose input/output)寄存器加以实现。 电路266可以用被配置为生成信号(例如SIM_DCIN)的调节器加以实现。信号SIM_DCIN 可以用于当信号VBATl、信号VBAT2或信号DCIN上没有提供电力时向电路102 ‘提供电源。 通过在这样的状态期间生成信号SIM_DCIN，避免了 PNG状态，且系统100'可以继续工作。 电路260可以接收信号VIN。电路262可以接收信号VBAT_SUM和信号VBAT_0UT。电路264 可以接收来自主机总线152的数据信号。在一个实施例中，电路264可以用凌力尔特科技 制造的LTC4302加以实现。然而，可以用满足具体实现方式的设计标准的其他缓冲器加以 实现。在一个实施例中，电路266可以用凌力尔特科技制造的LT3010加以实现。然而，可 以用满足具体实现方式的设计标准的其他调节器加以实现。
电路104' —般包括块(或电路)观0、块(或电路)观2、块(或电路)284以及块 (或电路)286。电路观0、观2、284和286可以用晶体管加以实现。在一个实施例中，电路 观0、观2、284和286可以用ρ沟道场效应晶体管加以实现。然而，可以用满足具体实现方式 的设计标准的其他晶体管类型加以实现。
电路102'可以具有接收信号VBATl的输入端140、接收信号VBAT2的输入端 144、接收引脚(例如DCIN)上的电力的输入端148、接收第一组控制信号的一组输入端 2Ha-214n、接收第二组控制信号的一组输入端216a-216n、接收引脚(例如SCN)上的信号 VBAT_0UT的输入端213、接收引脚(例如SCP)上的电力的输入端215、接收信号VIN的输入 端217以及接收引脚(例如MAIN)上的电力的一组输入端219a-219n。引脚MAIN可以接 收电源电压。例如，引脚MAIN可以从连接到壁装电源插座的供电装置正常接收直流电。通 常，当系统100'接收来自输入端219a-219n的电力时，则禁用其他电源。
典型基卡(base card)的典型电压调节模块(VRM)不能工作在+20V。VRM的最大 电压(例如Vmax)通常为14V。因此我们未组装电池管理器102‘的电源路径多路复用电 路104'的DC引线。因此，不存在电路260防止将+20V导向基卡的情况。电源路径多路复 用电路104'将三个可用源(例如VBAT1、VABT2和VIN)中的最高电势作为信号VBAT SUM 进行传输。电路102'的接收电源路径多路复用电路104'的信号VIN的引线不用于避免 对VRM的损坏。调节器266可以用于避免发生PNG状态。这允许来自两个电池组的能量通 过“二极管或”电路262传输至系统负载。PNG状态将关断电源路径多路复用电路104'从 而信号VBATl和信号VBAT2不向信号VBAT_SUM供电。通常，电源路径多路复用电路104' 关断信号VBATl和信号VBAT2，且电池不向负载供电。PNG状态使电池170和180不能向系 统100'供电。
通常，系统100'防止信号VIN(例如+20V)通过电池管理器102'的电力传输到 使用系统100'的设备的基卡。如果没有这种保护，则信号VIN可能损坏使用系统100'的 设备的基卡。电池管理器102'通常具有基于内部计时器来实现三击法则(3-strike rule)的电力管理系统。如果在信号VBAT_SUM上电力可用，且在不组装电源路径多路复用电路 104'的DC路径的情况下将信号VIN施加于系统100'，则电池管理器102'的低电力比较 器将跳脱(trip，跳闸)，将电池管理器102'置于电力不佳模式。
系统100'可以用于避免双电池组系统中的电力不佳状态，无需为电池组170和 180中的每一个实现单独的充电器(和独立的“二极管或”电力路径)。与双充电器系统相 比，系统100'降低了 I2C开关和节点的数量(例如每个充电器一个开关和一个节点)。通 过减少开关节点的数量，系统100'还可以降低开关噪声。
电路266可被偏置为预定电压(例如+9. 0V)。电路266的输出端可以连接到二极 管272。二极管272可以通过OR运算与信号VBAT_0UT合并。电池管理器102’的输入端 148通常接收信号DCIN，信号DCIN通常仍从电路106'提供并由DC轨信号(rail signal) VIN控制。因此，只要信号VIN施加于系统100'，电池管理器102'就将在引脚SCN上始终 感知到+8V的最小电势。
电路266可被实现为具有足够的转换速率以确保在没有电池电力的情况下在低 电力比较器超时(15mS)之前使引脚SCN具有有效电势。信号DCIN的“二极管或”可以确 保电路266不发生反向偏置。如果信号VIN实现为+20V，则电池管理器102'的信号(或 输入引脚)DCIN可以产生对内部VCC调节器的最大电流供给。电路沈6可以实现+9V的输 出以最小化电路266向基卡的VRM供电的可能性。接口电路222可以允许信号DCIN被关 断，以用于合适的学习循环和/或库仑计数。
当在电池组170和180上初始化上电序列时，系统100'可以保持电池管理器 102'不处于电力不佳模式。系统100'可以(i)用最少的支持电路(例如电路266和二 极管沈2)实现，(ii)提供+20V的信号VIN(该信号从不向基卡VRM提供)，(iii)提供仿 真DCIN电路沈6，该电路可以允许系统100'被实现为具有自发充电和/或电力路径切换 的单个集成充电器。
系统100'可以(i)减少组件数量，(ii)与采用分立充电器的实现方式相比，减少 I2C总线开关，(iii)在不需要外部“二极管或”电力路径的情况下实现，和/或(iv)关断 信号DCIN以用于合适的学习循环的放电过程。
参照图6，示出了电路100'的更详细的图示。电路204示出了控制电路104'和 控制电路104"。控制电路104"被实现为类似于图1和图2的控制电路104。类似地，图 2中所示的控制电路110和控制电路112的细节也可以在图6的控制电路104"中实现。
参照图7，示出了说明方法(或处理)500的图示。方法500 —般包括步骤(或状 态)502、步骤(或状态)504、步骤(或状态)506、步骤(或状态)508、步骤(或状态)510、 步骤(或状态)512、步骤(或状态)514、步骤(或状态)516、步骤(或状态)518、步骤(或 状态)520、步骤(或状态)522、步骤(或状态)5 和步骤(或状态)5沈。状态502可以 通过设置电池管理器102的状态寄存器内的充电禁止位来禁止充电。然后，状态504可以 开启电量计202以获得对FET控制寄存器的访问。开启电量计202 —般指的是使用控制位 来使能对控制寄存器的访问。控制位可以是控制寄存器的初始配置期间建立的位。然后， 状态506关断放电FET 208。然后，状态508可以开启电量计202'以获得对FET控制寄存 器的访问。然后，状态510关断放电FET 208'。然后，状态512经由控制电路220关断对 电池管理器102的供电。然后，状态514延迟500ms。然后，状态516经由控制电路220向9电池管理器102供电。然后，状态518开启放电FET 208。然后，状态520封闭电量计202。 然后，状态522开启放电FET 208'。然后，状态5M封闭电量计202‘。然后，状态5 通 过清除电池管理器102的状态寄存器内的充电禁止位来使能充电。
虽然已经参照其优选的实施方式具体示出并描述了本发明，然而，本领域技术人 员可理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对形式和细节进行各种改变。
权利要求
1.一种装置，包括充电器电路，被配置为响应于⑴第一充电信号、(ii)第二充电信号、(iii)电源电 压、以及(iv)主机控制信号，生成第一电力停止控制信号和第二电力停止控制信号；以及控制电路，被配置为响应于第一电池信号和第二电池信号，产生所述第一充电信号和 所述第二充电信号，其中，所述控制电路响应于启动电力停止状态的所述主机控制信号进 入所述电力停止状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，(i)当所述装置处于第一模式时，所述充电器电 路从所述电源电压接收电力，以及(ii)当所述装置处于第二模式时，所述充电器电路从所 述第一电池信号和所述第二电池信号接收电力。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述装置处于所述第二模式时，所述控制电路 进入所述电力停止状态。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述装置处于所述第一模式时，所述控制电路 根据第一检查协议监测所述第一电池信号和所述第二电池信号的剩余电池电量。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，当所述装置处于所述第二模式时，所述控制电路 根据第二检查协议监测所述第一电池信号和所述第二电池信号的剩余电池电量，其中所述 第二检查协议使用比所述第一检查协议更少的电力。
6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制电路包括被配置为当所述装置处于所 述第二模式时进入电力停止状态的第一电量计电路和第二电量计电路。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制电路还包括被配置为当所述装置处于 所述第二模式时进入电力停止状态的第一模拟前端电路和第二模拟前端电路。
8.根据权利要求3所述的装置，其中，(i)从第一电池组接收所述第一电池信号，以及 (ii)从第二电池组接收所述第二电池信号。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，通过控制总线接收所述主机控制信号。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置被配置为向独立磁盘冗余阵列(RAID， Redundant Array of Independent Disks)控制器提供电力。
11.一种设备，包括用于响应于⑴第一充电信号、(ii)第二充电信号、(iii)电源电压、以及(iv)主机控 制信号，生成第一电力停止控制信号和第二电力停止控制信号的装置；以及用于响应于第一电池信号和第二电池信号生成所述第一充电信号和所述第二充电信 号的装置，其中，所述设备响应于启动电力停止状态的所述主机控制信号进入所述电力停 止状态。
12.—种设备，包括输入电路，被配置为响应于电池供电信号和从主机总线接收的主机控制信号生成具 有使能状态和禁用状态的仿真供电信号；以及充电器电路，被配置为当所述仿真供电信号处于所述使能状态时，避免使所述充电器 不能工作的电力不佳状态，其中所述充电器(i)被配置为当主电源存在时为第一电池和第 二电池充电，以及(ii)保护所述主电源的过电压状态免于损坏所述主机总线。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述充电器被配置为当所述主电源不存在 时，使用从所述第一电池和所述第二电池接收的电力工作。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述主机总线包括I2C总线。
15.根据权利要求12所述的设备，其中所述设备被配置为向独立磁盘冗余阵列(RAID， Redundant Array of Independent Disks)控制器提供电力。
全文摘要
本发明涉及一种包含充电器电路和控制电路的装置。充电器电路可以被配置为响应于(i)第一充电信号，(ii)第二充电信号，(iii)电源电压，以及(iv)主机控制信号，生成第一电力停止控制信号和第二电力停止控制信号。控制电路可以被配置为响应于第一电池信号和第二电池信号生成第一充电信号和第二充电信号。控制电路可以响应于启动电力停止状态的主机控制信号进入电力停止状态。
文档编号H02J7/00GK102037628SQ200880129342
公开日2011年4月27日 申请日期2008年7月1日 优先权日2008年5月22日
发明者布拉德·马斯霍尔, 布赖恩·R·斯金纳, 拉克希曼纳·安努皮迪 申请人:Lsi公司