对有效高速电池充电的反馈控制的制作方法

本申请要求2016年11月1日提交的美国临时专利申请号62/416,028的权益，其通过在本文中引用其整体而并入于此。

其它相关申请

本申请涉及于2016年9月26日提交的标题为“efficienthigh-speedbatterycharging”的美国临时申请62/399,588并通过在本文中引用其整体而将其并入。

本公开涉及用于对电池进行充电的系统和方法。

背景技术：

迫切需要减小电子系统的尺寸。尺寸减小特别适用于空间非常宝贵的移动电子器件中，但在大数据中心中放置的服务器中也是期望的，这是因为将尽可能多的服务器硬塞进固定尺寸的实际区域(realestate)是重要的。

电子系统中的最大组件之一包括电压调节器(也称为功率调节器)。功率调节器通常包括大量庞大的片外组件以向集成芯片(包括处理器、存储器设备(例如，动态随机存取存储器(dram))、射频(rf)芯片、wifi组合芯片、以及功率放大器)递送电压。因此，希望减小电子系统中的电压调节器的尺寸。

功率调节器包括半导体芯片，诸如dc-dc调节器芯片，其从电源(例如，电池)向输出负载递送功率。输出负载可以包括电子设备中的各种集成芯片(例如，应用处理器、dram、nand闪存)。为了高效地递送功率，电压调节器可以使用“降压(buck)”拓扑。这种调节器被称为降压调节器(也称为降压转换器)。降压调节器使用电感器将电荷从电源传输到输出负载。降压调节器可以使用功率开关来将电感器连接到多个电压之一/从多个电压之一断开，从而提供作为多个电压的加权平均值的输出电压。降压调节器可以通过控制电感器耦合到多个电压之一的时间量来调节输出电压。

不幸的是，降压调节器不适用于高度集成的电子系统。降压调节器的转换效率取决于电感器的尺寸，特别是当功率转换比高时以及当输出负载所消耗的电流量高时。由于电感器可以占用大面积且体积庞大以集成在管芯上或封装上，因此现有的降压调节器通常使用大量的片外电感器组件。该策略通常需要印刷电路板上的大面积，这继而增加了电子设备的尺寸。随着移动的片上系统(soc)变得更复杂并且需要由电压调节器递送越来越多数量的电压域，这一挑战更加严峻。

此外，降压调节器不太适合于对电池的高速充电。高速充电通常需要使用高输入电压。继而，使用高输入电压需要降压调节器提供高电压转换比(vin/vout)，以将高输入电压(vin)转换为适合电池的输出电压(vout)。不幸的是，在高电压转换比下，降压调节器的效率实质上很低，并且降压调节器通过散热浪费了大量功率。降压调节器散发的热量可能会升高电子系统内设备的操作温度，这可能导致故障。因此，降压调节器不太适合对电池进行高速充电。

代替降压调节器，高速充电系统可以使用开关电容器调节器来为电池充电。已知开关电容器调节器即使在高电压转换比下也是有效的，只要电压转换比是整数的比率即可。

技术实现要素：

一种电压调节器系统，包括：开关电容器(sc)调节器，其以开关频率进行操作并接收输入电压；和控制器，其被配置为通过基于效率来调节sc调节器的开关频率而控制sc调节器的操作。在一些实施例中，扫描开关频率以确定最佳效率。在一些实施例中，在针对输入电压的多个值中的每一个处扫描开关频率。在一些实施例中，系统还包括与sc调节器串联的一个或多个开关。在一些实施例中，sc调节器包括耦合到电池的输出终端。

因此，已经相当广泛地概述了所公开的主题的特征，以便可以更好地理解随后对其的详细描述，并且以便可以更好地明白对本领域的当前贡献。当然，存在所公开的主题的附加特征，其将在下文中描述并且将形成对此所附权利要求的主题。

在这方面，在详细解释所公开的主题的至少一个实施例之前，要理解的是，所公开的主题不限于其应用于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造的细节和对组件的布置。所公开的主题能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践和执行。而且，要理解的是，本文采用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应该被认为是限制性的。

因而，本领域技术人员将理解的是，本公开所基于的概念可以容易地用作设计用于执行所公开主体的若干目的的其它结构、方法和系统的基础。

附图说明

图1示出了根据本公开的某些实施例的开关电容器(sc)调节器的模型的示例。

图2a-2e示出了根据本公开的某些实施例的各种sc调节器参数如何随着sc调节器的开关频率fswitch而变化的示例。

图3示出了根据本公开的某些实施例的电压调节器系统可以如何调节输入电压和开关频率以找到最大效率点的过程的示例。

图4示出了根据本公开的某些实施例的电压调节器系统可以如何调节输入电压和开关频率以找到最大效率点的过程的示例。

图5描绘了根据本公开的某些实施例的充电器系统的示例。

图6示出了根据本公开的某些实施例的sc调节器的示例。

图7示出了根据本公开的某些实施例的显示了线性调节器可以被放置在sc调节器之前的示例。

图8示出了根据本公开的某些实施例的显示了线性调节器可以被放置在sc调节器之后的示例。

图9示出了根据本公开的一些实施例的显示了过压保护(ovp)开关可以被放置在sc调节器前面的示例。

图10示出了根据本公开的一些实施例的显示了开关可以被放置在sc调节器之后的示例。

图11示出了根据本公开的某些实施例的不具有附加线性调节器的sc调节器的示例。

图12示出了根据本公开的某些实施例的sc调节器的功率损耗如何随着sc调节器的栅极驱动电压而变化的示例。

图13a-13e示出了根据本公开的某些实施例的各种sc调节器参数如何随着sc调节器的占空比而变化的示例。

图14示出了根据一些实施例的通过重复设置v102的值并扫描fswitch来查找对v102和fswitch202的设置的过程的图的示例。

图15示出了根据一些实施例的通过重复设置fswitch的值并扫描v102来查找对v102和fswitch202的设置的过程的图的示例。

具体实施方式

快速电池充电是移动设备的重要特征。图5描绘了根据本公开的某些实施例的充电系统500。充电系统500包括移动设备502、电源插座510、以及适配器508。移动设备502尤其包括电压调节器系统520和电池506。电压调节器系统520尤其包括控制器524和调节器526。调节器526被配置为向电池506提供功率，使得使用由调节器526提供的功率对电池506进行充电。

在一些实施例中，控制器524被配置为调节调节器526的操作以保持高效率。例如，在一些实施例中，控制器524被配置为使适配器508调节适配器508的输出电压。如下所讨论的，控制器524还可以控制/调节调节器526的某些参数。

在一些实施例中，调节器526包括开关电容器(sc)调节器(也称为sc转换器)。sc调节器可以使用一个或多个电容器以将电荷从输入终端(例如，电源)传输到输出终端(例如，输出负载)。sc调节器可以使用功率开关以在不同的时间将一个或多个电容器与不同的电压电平耦合/断开，从而提供作为多个电压电平的加权平均值的输出电压。sc调节器可以通过改变电容器彼此耦合所处的配置和顺序来控制输出电压。

图6示出了根据一些实施例的sc调节器的示例。sc调节器600可以使用电源开关在两个状态(state0和state1)之间进行切换。电源开关的开关频率可以被表示为fswitch，其中fswitch＝1/t。

返回参考图5，调节器526被配置为耦合到适配器508。适配器508被配置为从电源插座510接收高ac输入电压(例如，110～220v)vout_wall并且将vout_wall转换为较低的dc电压vbus。然后，适配器508通过诸如usb端口的接口将dc电压vbus提供给电压调节器526。适配器508通常包括ac/dc转换器，然后是dc/dc转换器。

调节器526被配置为从适配器508接收vbus并提供输出电压vbat。输出电压vbat(和对应的电流ichg)然后被路由到电池506以对电池506进行充电。调节器526通常包括dc/dc转换器。

在一些实施例中，电压调节器系统520可以被实施为单芯片。单芯片可以包括单管芯，其包括如本文所公开的控制器524和调节器526两者。单芯片可以包括两个或更多个管芯，其中一个管芯包括控制器524并且另一个管芯包括调节器526。在其它实施例中，电压调节器系统520可以包括两个或更多个芯片，其中一个芯片包括控制器524并且另一个芯片包括调节器526。

在一些实施例中，控制器524可以被实施为在硬件处理器上运行的软件应用。软件应用可以存储在存储器中。存储器可以是非暂时性计算机可读介质、闪存、磁盘驱动器、光盘驱动器、可编程只读存储器(prom)、只读存储器(rom)或任何其它存储器或存储器的组合。软件可以在能够执行计算机指令或计算机代码的硬件处理器上运行。硬件处理器也可以在使用专用集成电路(asic)、可编程逻辑阵列(pla)、现场可编程门阵列(fpga)或任何其它集成电路的硬件中被实施。在一些实施例中，控制器524可以在使用专用集成电路(asic)、可编程逻辑阵列(pla)、现场可编程门阵列(fpga)或任何其它集成电路的硬件中被实施。例如，可以使用包括verilog、vhdl以及bluespec的硬件编程语言来合成控制器524。

为了增加电池的充电速度，调节器526需要向电池506递送更高的功率量。由于调节器526所递送的功率量被计算为输出电压vbat和对应的电流ichg的倍增，因此调节器526应该增加输出电流ichg或输出电压vbat，以便增加充电速度。

通常，调节器526不能控制输出电压vbat。输出电压vbat通常由电池确定，并且特别是由电池化学成分(例如，锂离子)、堆叠的电池单元的数量以及电池中已经累积的电荷量(也称为电池状态)来确定。例如，随着电池变得更充电，输出电压vbat(其等于电池两端的电压)增加。单堆叠锂离子电池通常具有3-4.5v的电池电压vbat。通常，电池完全放电时电池电压为3v，并且电池完全充电时电池电压为4.5v。当电池从0％充电到100％时，电池电压可以从3v逐渐增加到4.5v。因此，调节器526不能控制输出电压vbat。因此，为了增加递送到电池506的功率，调节器526通常必须增加输出电流ichg。

为了使调节器526向电池506递送增加的功率量(例如，增加的电流量ichg)，调节器526应该从适配器508接收增加的功率量。这意味着，为了向电池506递送增加的功率量，适配器508还应该增加提供给调节器526的输出电流ibus和/或输出电压vbus。

增加输出电流ibus的量对适配器508通常具有挑战性，这是因为用于将适配器508连接到调节器526的接口协议通常限制了可以流过符合接口协议的接口的电流量。例如，通用串行总线(usb)标准将流过usbc型接口的电流量限制为3a。此外，为了使适配器电缆承受大量电流，适配器电缆应该被做得更厚，这继而增加了制造适配器电缆的成本。实际上，由于适配器电缆被设计为容纳更高的电流，因此适配器电缆实际上变得更加昂贵。

代替增加输出电流ibus，适配器508可以增加输出电压vbus以递送增加的功率量。然而，当调节器526使用降压调节器时，这种策略并不理想。如果输出电压vbus增加，则调节器526需要以更高的电压转换比进行操作以将大的vbus转换为vbat。不幸的是，当调节器526使用降压调节器时，以高电压转换比来操作调节器526是有问题的，这是因为降压调节器的效率随着转换比(例如，vbus/vbat)的增加而降低。

调节器526的效率降低是非常有问题的，这是因为它增加了功耗。例如，调节器526的效率可以被写成如下：

效率＝pout/pin＝(pin-pdiss)/pin

其中pin是输入功率，pout是输出功率，并且pdiss是调节器526所消耗的功率。基于该关系，调节器526所消耗的功率量可以被推导为如下：

pin*效率＝pin-pdiss

pdiss＝pin*(1-效率)

当vbus(到调节器526的输入电压)增加时，以下两个因素也会导致pdiss增加：(1)pin随着输入电压(即vbus)更高而增加；和(2)效率随着转化率更高而降低。

增加的功耗(pdiss)对于移动设备来说是一个大问题，这是因为增加的功耗导致了散热增加。对移动设备的表面保护用户的热度有很强的限制。由于移动设备通常不包括冷却机制，因此散热预算非常紧张。因此，当调节器526耗散太多热量时，调节器526被设计为压制电池充电速度以减少散热。这对于用户体验是不合需要的。

因此，为了在紧张的热预算下保持高速充电，强烈需要控制调节器526，使得其能够在高输入比输出转换比下保持高效率。

本公开提供了一种控制系统，其被配置为设置调节器526的操作点以提高效率。如下面进一步描述的，在调节器526的效率、调节器526的输入电压、调节器526的开关频率、调节器526的占空比和调节器526的开关的栅极驱动电压之间存在非线性关系。因此，所公开的控制系统被配置为自适应地确定调节器526的输入电压、开关频率、占空比和/或栅极驱动电压，以便提高调节器526的效率。例如，在整个公开中，应用于调节开关频率的技术可以类似地应用于占空比和/或栅极驱动电压。

在一些实施例中，可以包括控制器524和/或调节器526的控制系统被配置为通过迭代搜索提高效率的输入电压和开关频率、占空比和/或栅极驱动电压来自适应地确定调节器526的输入电压、开关频率、占空比和/或栅极驱动电压。例如，控制系统可以固定输入电压，并随后识别提高针对该固定输入电压的效率的开关频率。可以对多个输入电压电平执行该过程，直到控制系统识别出效率最高所处的输入电压和开关频率。类似地，在另一个示例中，控制系统可以固定开关频率，并随后识别提高针对该固定开关频率的效率的输入电压。可以对多个开关频率执行该过程，直到控制系统识别出效率最高所处的输入电压和开关频率。在一些实施例中，上述过程还可以调节调节器526的占空比而不是开关频率。例如，控制系统可以固定输入电压，并随后识别提高针对该固定输入电压的效率的占空比。可以对多个输入电压电平执行该过程，直到控制系统识别出效率最高所处的输入电压和占空比。类似地，在另一个示例中，控制系统可以固定占空比，并随后识别提高针对该固定占空比的效率的输入电压。可以对多个占空比执行该过程，直到控制系统识别出效率最高所处的输入电压和占空比。在一些实施例中，上述过程还可以调节调节器526的栅极驱动电压而不是开关频率。例如，控制系统可以固定输入电压，并随后识别提高针对该固定输入电压的效率的栅极驱动电压。可以对多个输入电压电平执行该过程，直到控制系统识别出效率最高所处的输入电压和栅极驱动电压。类似地，在另一个示例中，控制系统可以固定栅极驱动电压，并随后识别提高针对该固定栅极驱动电压的效率的输入电压。可以对多个栅极驱动电压执行该过程，直到控制系统识别出效率最高所处的输入电压和栅极驱动电压。

调节器526的效率与调节器526的输入电压、调节器526的开关频率、调节器526的占空比和调节器526的栅极驱动电压之间存在非线性关系。图1示出了调节器526的模型100。调节器526可以包括例如sc调节器。sc调节器模型100包括输入电压vin102、输出电压vout104、输出电阻器rout106、电压倍增比m/n108以及输出电流iout110。sc调节器模型100中包括的组件可以被进一步分解为两个或更多个组件和/或以任何合适的布置组合在一起。此外，一个或多个组件可以被重新布置、改变、添加和/或移除。在一些实施例中，vin102对应于vbus，并且vout104对应于vbat。

具体地，图1中示出的sc调节器模型100描述了n：msc调节器。例如，如果n是2并且m是1，则sc调节器模型100描述了2：1sc调节器。输入电压vin102乘以电压倍增比m/n108，其随后是输出电阻器rout106。可以通过改变sc调节器的开关频率、改变sc调节器的占空比、和/或改变电源开关的电阻来调节rout106。可以通过以下来调节电源开关的电阻：改变电源开关的栅极驱动电压或通过将电源开关分成并联连接的小开关以及接通或关断不同数量的小开关来改变它们的有效宽度。rout106与1/(fswitch*(vgate-vth))近似成比例，其中vth是电源开关的阈值电压，并且vgate是电源开关的栅极驱动电压。基于图1中的sc调节器模型100，vout＝vin/n-routxiout。

图2a-2e示出了根据本公开的某些实施例的各种sc调节器参数如何随着sc调节器的开关频率fswitch202而变化。图2a-2d假设了固定的iout110，并且实曲线对应于高iout110，而虚曲线对应于低iout110。在一些实施例中，iout110可以在100ma至50a的范围内或任何其它合适范围内。因此，低iout110和高iout110之间的比率可以在1:10和1：100000之间或任何其它合适的范围内。因此，图2a-2d中的图示出了当iout110增加或减少时曲线如何移位。

图2a描绘了rout106和fswitch202之间的关系。x轴是fswitch202，并且y轴是rout106。随着fswitch202增加，rout106减小。此外，如曲线215所示的，rout106对于高iout110和低iout110将是相同的。

图2b描绘了vout/vin和fswitch202之间的关系。x轴是fswitch202，并且y轴是vout/vin。曲线220对应于高iout110，并且曲线225对应于低iout110。随着fswitch202增加，vout/vin也增加。

图2c描绘了功率损耗与fswitch202之间的关系。功率损耗可以被定义为输入功率和输出功率之间的差。充电系统中的理想的sc调节器将100％的输入功率递送到输出端。然而实际上，sc调节器中存在一些损耗，因此只有一部分输入功率被递送到输出端。x轴是fswitch202，并且y轴是功率损耗。功率损耗可以包括电阻损耗和开关损耗。曲线230对应于针对高iout110的电阻损耗，曲线235对应于针对低iout110的电阻损耗，并且曲线240对应于针对高iout110和低iout110两者的开关损耗。电阻损耗是当电流通过电阻(通常是不期望的寄生电阻)时发生的功率损耗。它被定义为i²r，其中i是电流并且r是电阻。开关损耗是当需要对电容(通常是不期望的寄生电容)进行充电时发生的功率损耗。当电源开关接通和关断时，栅极驱动电压需要从一个电压转换到另一个电压，因此开关的寄生栅极电容需要被周期性地充电和放电，从而导致开关损耗。它被定义为cv²f，其中c是寄生电容，v是对寄生电容进行充电和放电的电压的振幅，并且f是充电和放电的频率。随着fswitch202增加，开关损耗增加，但是电阻损耗减小，这是因为当fswitch202增加时rout106减小。因此，在开关损耗和电阻损耗之间存在折衷，并且存在使针对给定iout的效率最大化的最佳fswitch202值。

图2d描绘了效率与fswitch202之间的关系。如上所讨论的，sc调节器的效率可以被定义为：

效率＝pout/pin＝(pin-pdiss)/pin，

其中pin是输入功率，pout是输出功率，并且pdiss是sc调节器所消耗的功率。x轴是fswitch202，并且y轴是效率。曲线250对应于高iout110，并且曲线255对应于低iout110。当iout改变时，一些曲线移位，改变最佳fswitch202值。当iout110分别为低和高时，fswitch_low208和fswitch_high210是使效率最大化的最佳fswitch202值。当iout110为低时，最佳fswitch202值很小，这是因为开关损耗支配电阻损耗。当iout为高时，最佳fswitch202值很大，这是因为电阻损耗支配开关损耗。

图2e描绘了针对高vin102和低vin102的fswitch202与效率之间的关系。x轴是fswitch202，并且y轴是效率。曲线260对应于高vin102，并且曲线265对应于低vin102。曲线260和265示出了当vin102增加或减少时效率如何变化。例如，减小vin102将使曲线260向右移位，并且增加vin102将使曲线260向左移位。

图12描绘了功率损耗与vgate之间的关系。图12假设了固定的iout110，并且实曲线对应于高iout110，而虚曲线对应于低iout110。在一些实施例中，iout110可以在100ma至50a的范围内或任何其它合适的范围内。因此，低iout110和高iout110之间的比率可以在1:10和1：100000之间的范围或任何其它合适的范围内。因此，图12中的图示出了当iout110增加或减少时曲线如何移位。

x轴是vgate，并且y轴是功率损耗。如上所述，功率损耗可以包括电阻损耗和开关损耗。曲线1210对应于针对高iout110的电阻损耗，曲线1220对应于针对低iout110的电阻损耗，并且曲线1230对应于针对高iout110和低iout110两者的开关损耗。电阻损耗是当电流通过电阻(通常是不期望的寄生电阻)时发生的功率损耗。它被定义为i²r，其中i是电流并且r是电阻。开关损耗是当需要对电容(通常是不期望的寄生电容)进行充电时发生的功率损耗。当电源开关接通和关断时，栅极驱动电压需要从一个电压转换到另一个电压，因此开关的寄生栅极电容需要被周期性地充电和放电，从而导致开关损耗。它被定义为cv²f，其中c是寄生电容，v是对寄生电容进行充电和放电的电压的振幅，并且f是充电和放电的频率。随着vgate增加，开关损耗增加，但电阻损耗减小，这是因为当vgate增加时rout106减小。因此，在开关损耗和电阻损耗之间存在折衷，并且存在使针对给定iout的效率最大化的最佳vgate值。

另外，当x轴从fswitch变为vgate时，图2a、2b、2d和2e的y轴中描述的参数将保持基本相同。

图13a-13e示出了根据本公开的某些实施例的各种sc调节器参数如何随着sc调节器的占空比而变化。图13a-13d假设了固定的iout110，并且实曲线对应于高iout110，而虚曲线对应于低iout110。在一些实施例中，iout110可以在100ma至50a的范围内或任何其它合适的范围内。因此，低iout110和高iout110之间的比率可以在1:10和1：100000之间的范围或任何其它合适的范围内。因此，图13a-13d中的图示出了当iout110增加或减少时曲线如何移位。

图13a描绘了rout106和占空比之间的关系。x轴是占空比，并且y轴是rout106。随着占空比增加，rout106首先减小然后增加。此外，如曲线1315所示的，rout106对于高iout110和低iout110将是相同的。

图13b描绘了vout/vin与占空比之间的关系。x轴是占空比，并且y轴是vout/vin。曲线1320对应于高iout110，并且曲线1325对应于低iout110。随着占空比增加，vout/vin首先增加然后减小。

图13c描绘了功率损耗和占空比之间的关系。如曲线1330所示的，功率损耗不受占空比的变化的影响。

图13d描绘了效率和占空比之间的关系。如上所讨论的，sc调节器的效率可以被定义为：

效率＝pout/pin＝(pin-pdiss)/pin，

其中pin是输入功率，pout是输出功率，pdiss是sc调节器所消耗的功率。x轴是占空比，并且y轴是效率。曲线1340对应于高iout110，并且曲线1345对应于低iout110。随着占空比增加，效率首先增加然后减小。

图13e描绘了针对高vin102和低vin102的效率和占空比之间的关系。x轴是占空比，并且y轴是效率。曲线1350对应于高vin102，并且曲线1355对应于低vin102。随着占空比增加，效率首先增加然后减小。

在充电系统(诸如例如图5中的充电系统)中使用的sc调节器中，vout104由电池电压固定，iout110由移动设备设置(对电池充电要多快)，而vin102和fswitch202是可调节的以使sc效率最大化。基于图2a-2e中的图，充电系统可以挑选使针对iout110的给定值的效率最大化的fswitch202值。一旦确定了fswitch202，就确定vout/vin，诸如图2b中所示。由于vout104由电池电压固定，因此可以基于所确定的vout/vin值来设置vin102。因此，需要一起确定fswitch202和vin102以使效率最大化。类似地，如上所述并且如图12和图13a-13e中所述，代替改变开关频率，占空比或栅极驱动电压可以随着vin102而改变以使效率最大化。在一些实施例中，控制器524可以被配置为改变各种参数，诸如sc调节器的开关频率、占空比和栅极驱动电压。

在一些实施例中，充电系统可以使用查找表来存储效率、开关频率fswitch202、反向电压转换比(vout/vin)和/或输出电流iout110之间的关系，如图2a-2e中总体所示。

在一些实施例中，充电系统可以使用查找表来存储效率、栅极驱动电压、反向电压转换比(vout/vin)和/或输出电流iout110之间的关系，如图2a-2e中总体所示。

在一些实施例中，充电系统可以使用查找表来存储效率、占空比、反向电压转换比(vout/vin)和/或输出电流iout110之间的关系，如图13a-13e中总体所示。

在一些实施例中，sc调节器526和/或控制器524可以被配置为确定输入电压vin102和fswitch202以提高充电系统的效率。如关于图2a-2e所讨论的，充电系统的效率取决于至少两个变量：输入电压vin102和开关频率fswitch202。因此，sc调节器526和/或控制器524可以改变输入电压vin102和fswitch202以在提高后的效率下对充电系统进行操作。

在一些情况下，sc调节器526和/或控制器524可以被配置为通过迭代地扫描输入电压vin102和开关频率fswitch202的值来确定输入电压vin102和fswitch202。在一些实施例中，控制器524可以通过调节适配器508的操作来扫描vin102。

图3示出了根据本公开的某些实施例的sc调节器526和/或控制器524可以如何调节vin102和fswitch202以提高效率的过程300。尽管结合sc调节器526和/或控制器524示出了过程300，但也可以涉及充电系统500的一个或多个组件。在一些实施例中，可以通过例如具有重新布置、改变、添加和/或移除的步骤来修改过程300。

过程300示出了sc调节器可以如何扫描fswitch202和vin102以找到接近最大效率或在最大效率下对sc调节器进行操作的值。在步骤302，sc调节器526和控制器524可以以固定的vin102开始，并且扫描fswitch202以找到第一局部最佳值(eff1)。

在步骤304，sc调节器526和/或控制器524可以将vin102增加第一小步长。该步长可以是1mv至2v、初始电压值的0.1％至50％之间的值，或任何其它合适的值。

在步骤306，sc调节器526和/或控制器524可以扫描fswitch202以找到第二局部最优值(eff2)。如果eff2高于eff1，则过程300可以进行到步骤304，并且充电器ic可以重复步骤304和306，直到eff2开始下降为止。如果eff2低于eff1，则过程300可以进行到步骤308。

在步骤308，sc调节器526和/或控制器524可以将vin102减小第二小步长。第一小步长和第二小步长可以相同或不同。

在步骤310，sc调节器526和/或控制器524可以扫描fswitch202以找到第三局部最优值(eff3)。如果eff3高于eff1，则过程300可以进行到步骤308，并且sc调节器526和控制器524可以重复步骤308和310，直到eff3开始下降为止。如果eff3低于eff1，则过程300可以进行到步骤304。

在一些实施例中，如果eff2等于eff1，则过程300可以在306之后停止，并且如果eff3等于eff1，则过程300可以在310之后停止。在一些实施例中，如果两个效率在彼此的特定百分比内(例如，0.1％)，则可以认为两个效率相等。

在一些实施例中，在过程300中，sc调节器526和/或控制器524被配置为设置输入电压。随后，给定该输入电压，控制系统被配置为扫描开关频率以识别调节器526的效率最高所处的开关频率。该效率被识别为基本效率。随后，sc调节器526和/或控制器524可以在略高于和略低于与基本效率相关联的输入电压的输入电压处识别最高效率。这些效率分别被识别为第一效率和第二效率。控制系统可以通过扫描开关频率同时保持输入电压固定来识别第一效率和第二效率。

如果基本效率大于第一效率和第二效率，则sc调节器526和/或控制器524可以被配置为在与基本效率相关联的输入电压和开关频率下对调节器526进行操作。如果第一效率大于基本效率，则sc调节器526和/或控制器524可以将基本效率更新为第一效率，并且在略高于和略低于与新的基本效率(即第一效率)相关联的输入电压的输入电压处识别最高效率。如果第一效率小于基本效率，但第二效率高于基本效率，则sc调节器526和/或控制器524可以将基本效率更新为第二效率，并且在略高于和略低于与新的基本效率(即第二效率)相关联的输入电压的输入电压处识别最高效率。可以迭代该过程，直到sc调节器526和/或控制器524识别出效率最高所处的输入电压和开关频率为止。

图4示出了根据本公开的某些实施例的充电系统如何调节vin102和fswitch202以找到最大效率点的过程400。尽管结合sc调节器526和/或控制器524示出了过程400，但是也可以涉及充电系统500的一个或多个组件。在一些实施例中，可以通过例如具有重新布置、改变、添加和/或移除的步骤来修改过程400。

过程400类似于过程300，这是因为过程400还扫描了输入电压和开关频率以识别效率最高所处的输入电压和开关频率。然而，在过程400中，与过程300不同，sc调节器526和/或控制器524可以在给定固定开关频率的情况下扫描输入电压并且针对若干开关频率迭代该步骤。

在一些实施例中，过程400可以在步骤402处开始，其中sc调节器526和控制器524可以以固定的fswitch202开始并且扫描vin102以找到第四局部最佳值(eff4)。

在步骤404，sc调节器526和控制器524可以将fswitch202增加第三小步长。该步长可以是1khz至100mhz、初始频率值的0.1％至50％之间的值，或任何其它合适的值。

在步骤406，sc调节器526和控制器524可以扫描vin102以找到第五局部最佳值(eff5)。如果eff5高于eff4，则过程400可以进行到步骤404，并且充电器ic可以重复步骤404和406，直到eff5开始下降为止。如果eff5低于eff4，则过程400可以进行到步骤408。

在步骤408，sc调节器526和控制器524可以将fswitch202减小第四小步长。第三小步长和第四小步长可以相同或不同。

在步骤410，sc调节器526和控制器524可以扫描vin102以找到第六局部最佳值(eff6)。如果eff6高于eff4，则过程400可以进行到步骤408，并且sc调节器526和控制器524可以重复步骤408和410，直到eff6开始下降为止。如果eff6低于eff4，则过程400可以进行到步骤404。

在一些实施例中，如果eff2等于eff1，则过程300可以在306之后停止，并且如果eff3等于eff1，则过程300可以在310之后停止。在一些实施例中，如果两个效率在彼此的特定百分比内(例如，0.1％)，则可以认为两个效率相等。

在一些实施例中，sc调节器526和控制器524可以通过使用来自查找表的值使过程300或400初始化来找到最佳vin102和fswitch202值。例如，查找表可以提供良好的起始点，使得扫描不会花费太长时间来找到最佳vin102和fswitch202值。

在一些实施例中，sc调节器526和控制器524可以调节功率开关的栅极驱动电压(vgate)而不是fswitch202来调节rout106。例如，在结合图3和图4的过程300和400中，sc调节器526和控制器524可以调节功率开关的栅极驱动电压(vgate)而不是fswitch202。在调节过程中，栅极驱动电压的增加或减小的小步长可以是电源开关设备的标称额定电压的1％。例如，对于5v电源开关设备，增加或减小栅极驱动电压的小步长可以是50mv。在一些实施例中，可以使用任何其它合适的值。与fswitch202类似，调节vgate在电阻损耗和开关损耗之间存在折衷。增加vgate会增加开关损耗，其大致为cxvgate²xfswitch，但由于较高的栅极驱动会降低功率开关的接通状态寄生电阻，因此会降低电阻损耗。调节vgate和fswitch202之间存在差异。开关损耗大致与fswitch202成比例，同时开关损耗大致与vgate的平方成比例。电阻损耗和rout106大致与1/fswitch成比例，同时它大致与1/(vgate-vth)成比例，其中vth是晶体管阈值电压。调节vgate可能需要生成vgate的单独电源。如果频率范围太宽且不可预测，则调节fswitch202可能导致移动设备中的噪声问题。sc调节器526和控制器524可以调节一个或多个电源开关的vgate。

在一些实施例中，调节器526可以在固定的fswitch202和vgate中操作，并且包括串联的线性调节器以调节rout106。图7示出了根据本公开的某些实施例的线性调节器702可以被放置在n：msc调节器704之前。图8示出了根据本公开的某些实施例的线性调节器702可以被放置在n：msc调节器704之后。在图7和8中，n：msc调节器704可以以固定频率运行，并且rout106可以由线性调节器进行调节。

在一些实施例中，线性调节器702和sc调节器704可被集成在单个芯片中。

在一些实施例中，线性调节器702和sc调节器704可以是单独的芯片。

在一些实施例中，已经存在与sc调节器串联的开关，并且开关的栅极驱动电压可以就像线性调节器一样被调节。

在一些实施例中，当扫描频率时，可以跳过扫描某些频率和/或频率范围。这可以有益于防止扫描干扰电话呼叫、wifi等的信号，和/或防止扫描引起听得见的噪声。

图9示出了根据本公开的一些实施例的过压保护(ovp)开关902可以被放置在sc调节器704的前面。ovp开关902可以是由外部信号控制的单个开关。来自控制器524的信号可以调节ovp开关902的接通状态电阻。在一些实施例中，sc调节器704在前面具有ovpic902以保护sc调节器704的输入电压910免遭突然激增。在一些实施例中，通过使用ovpic来调节rout106，可以避免附加的线性调节器。

图10示出了根据本公开的一些实施例的开关1002可以被放置在sc调节器704之后。开关1002(有时称为batfet或chgfet(电荷fet))可以在那里分离电池电压(vbat)和系统电压(vsys)1010。vsys1010可以连接到可以包括移动设备中的各种芯片的系统负载1012，移动设备包括电源管理ic、处理器、rf通信芯片、存储器。可以调节开关1002的栅极驱动电压以调节rout106。通过使用该开关1002来调节rout106，我们可以避免使用附加的线性调节器。

在一些实施例中，代替调节开关的栅极驱动电压来调节rout106，ovp或batfet或与sc调节器704串联的任何开关可以被划分为多个开关。通过调节接通的分区(开关)的数量，开关的导通电阻变化，从而允许数字控制的线性调节。

在一些实施例中，sc调节器704的占空比可以用于调节rout106。例如，在结合图3和图4的过程300和400中，sc调节器526和控制器524可以调节占空比而不是fswitch202。在调节过程期间，增加或减少占空比的小步长可以是1％、10％或任何其它合适的值。当占空比接近50％时，rout106最小，并且当占空比偏离了50％时rout106增加。例如，在一些实施例中，占空比可以被定义为dt/t，如图6所示。如图11所示，根据本公开的某些实施例，如果通过调节占空比来调节rout106，则调节器526可以仅具有n：msc调节器704，而不需要附加的线性调节器。

在一些实施例中，调节器526可以被配置为接通vin102和vout104之间的所有电源开关，并且关断vout104和地之间的所有电源开关以将其操作为1：1调节器。由于没有或很少有电源开关在切换，因此效率可以非常高。与n：msc调节器类似，可以调节vgate以调节输出。如果用户需要vbus连接到vbat以用于特定测试模式，或者如果用户具有仅可以支持接近vbat的vbus的适配器508，则对该配置的支持可以是有用的。

在一些实施例中，ovp、batfet以及sc调节器可以是单个芯片。

在一些实施例中，ovp、batfet以及sc调节器可以是单个充电系统内的单独芯片。

转到图14，示出了根据一些实施例的用于基于效率找到v102和fswitch202的值的另一过程的示例1400。如所示出的，在过程开始之后，在1402，过程可以将v102初始化为任何合适的初始设置v0，并将vstep(v102将被改变所处的步长)设置为任何合适的初始设置vstep0。

接下来，在1404处，该过程可以在v处扫描fswitch202并且以最大效率(eff1)找到fswitch1。可以扫描任何合适的频率或频率范围，并且如上所述，在一些实施例中，可以从扫描中排除一个或多个频率或频率范围(例如，为了防止干扰)。

在1406处，过程可以将v102增加vstep。然后在1408处，过程1400可以在v处扫描fswitch202并且以最大效率(eff2)找到fswitch2。可以扫描任何合适的频率或频率范围，并且如上所述，在一些实施例中，可以从扫描中排除一个或多个频率或频率范围(例如，为了防止干扰)。接下来，在1410处，该过程可以确定eff2是否大于eff1。如果是，则该过程可以在1412处将eff1设置为等于eff2并将fswitch1设置为等于fswitch2，并然后循环回到1406。否则，如果在1410处，过程确定eff2不大于eff1，则该过程可以在1414处将v减小vstep。在1414之后，在1416处，该过程可以确定vstep是否小于或等于v(vstep_min)的最小步长，v(vstep_min)可以具有任何合适的值(例如，v的差异不会导致不同性能所处的值)。如果在1416处，确定vstep不小于或不等于vstep_min，则过程1400可以在1418处将vstep除以一半并然后分支到1420。

在1420处，该过程可以将v102减小vstep。然后在1422处，过程1400可以在v处扫描fswitch202并且以最大效率(eff3)找到fswitch3。可以扫描任何合适的频率或频率范围，并且如上所述，在一些实施例中，可以从扫描中排除一个或多个频率或频率范围(例如，为了防止干扰)。接下来，在1424处，该过程可以确定eff3是否大于eff1。如果是，则该过程可以在1426处将eff1设置为等于eff3并且将fswitch1设置为等于fswitch3，并然后循环回到1420。否则，如果在1424处，该过程确定eff3不大于eff1，则该过程可以在1428处将v增加vstep。在1428之后，在1430处，该过程可以确定vstep是否小于或等于v(vstep_min)的最小步长，v(vstep_min)可以具有任何合适的值(例如，v的差异不会导致不同性能所处的值)。如果在1430处，确定vstep不小于或不等于vstep_min，则过程1400可以在1432处将vstep除以一半，并然后分支回到1406。

如果在1416或1430处确定vstep小于或等于vstep_min，则该过程可以在1434处输出fswitch1和v，并然后在1436处结束。

转到图15，示出了根据一些实施例的用于基于效率找到v102和fswitch202的值的另一过程的示例1500。如所示出的，在过程开始之后，在1502处，该过程可以将fswitch202(为了清楚起见在图15中示为f)初始化为任何合适的初始设置f0并将fstep(fswitch202将被改变所处的步长)设置为任何合适的初始设置fstep0。

接下来，在1504处，该过程可以在fswitch202处扫描v102并且以最大效率(eff1)找到v1。可以扫描任何合适的电压或电压范围。

在1506处，该过程可以将fswitch202增加fstep。然后在1508处，过程1500可以在fswitch202处扫描v102并且以最大效率(eff2)找到v2。可以扫描任何合适的电压或电压范围。接下来，在1510处，该过程可以确定eff2是否大于eff1。如果是，则该过程可以在1512处将eff1设置为等于eff2并且将v1设置为等于v2，并然后循环回到1506。否则，如果在1510处，该过程确定eff2不大于eff1，则该过程可以在1514处将fswitch减小fstep。在1514之后，在1516处，该过程可以确定fstep是否小于或等于fswitch(fstep_min)的最小步长，fswitch(fstep_min)可以具有任何合适的值(例如，fswitch的差异不会导致不同性能所处的值)。如果在1516处，确定fstep不小于或不等于fstep_min，则过程1500可以在1518处将fstep除以一半并然后分支到1520。

在1520处，该过程可以将fswitch202减少fstep。然后在1522处，过程1500可以在fswitch202处扫描v102并且以最大效率(eff3)找到v3。可以扫描任何合适的电压或电压范围。接下来，在1524处，该过程可以确定eff3是否大于eff1。如果是，则该过程可以在1526处将eff1设置为等于eff3并且将v1设置为等于v3，并然后循环回到1520。否则，如果在1524处，该过程确定eff3不大于eff1，则该过程可以在1528处将fswitch增加fstep。在1528之后，在1530处，该过程可以确定fstep是否小于或等于fswitch(fstep_min)的最小步长，fswitch(fstep_min)可以具有任何合适的值(例如，fswitch的差异不会导致不同性能所处的值)。如果在1530处，确定fstep不小于或不等于fstep_min，则过程1500可以在1532处将fstep除以一半，并然后分支到1506。

如果在1516或1530处确定fstep小于或等于fstep_min，则该过程可以在1534处输出v1和fswitch，并然后在1536处结束。

要理解的是，所公开的主题不限于其应用于构造的细节和在以下描述中阐述的或在附图中示出的组件的布置。所公开的主题能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践和实施。而且，要理解的是，本文所采用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应该被认为是限制性的。

因而，本领域技术人员将理解的是，本公开所基于的概念可以容易地用作设计用于实施所公开主题的若干目的的其它结构、系统、方法和介质的基础。

应该理解的是，图3、4、14和15的过程的上述框中的至少一些可以以不限于图中所示和所述的顺序和序列的任何顺序或序列实施或执行。而且，图3、4、14和15的过程的上面框中的一些也可以在适当的情况下基本上同时或并行实施或执行，以减少延迟和处理时间。另外地或可替换地，可以省略图3、4、14和15的过程的上述框中的一些。

在一些实施方式中，任何合适的计算机可读介质可以用于存储用于执行本文所述的功能和/或过程的指令。例如，在一些实施方式中，计算机可读介质可以是暂时的或非暂时的。例如，非暂时性计算机可读介质可以包括诸如以下的介质：非暂时形式的磁介质(诸如硬盘、软盘等)、非暂时形式的光学介质(诸如光盘，数字视频盘、蓝光光盘等)、非暂时形式的半导体介质(诸如闪存、电可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)等)、在传输期间不是稍纵即逝或没有任何持久外观的任何合适的介质、和/或任何合适的有形介质。作为另一示例，暂时性计算机可读介质可以包括网络、导线、导体、光纤、电路上的信号；在传输期间稍纵即逝且没有任何持久外观的任何合适的介质；和/或任何合适的无形介质。

尽管已经在前述说明性实施例中描述和说明了本发明，但是理解的是，本公开仅通过示例的方式进行，并且可以在不脱离本发明的精神和范围(其仅受所附权利要求的限制)的情况下对本发明的实施细节进行许多改变。可以以各种方式组合和重新布置所公开的实施例的特征。