专利名称：电源管理系统和电源管理方法
技术领域：
本发明涉及一种电源管理系统，尤其涉及一种控制提供给负载和电池的电力的电源管理系统和电源管理方法。
背景技术：
目前，大多数便携式电子设备设置有通用串行总线(Universal Serial Bus, USB)端口，用来同时给有源系统和可充电电池提供电力。便携式电子设备包含电源管理系统，其控制从USB端口到有源系统和可充电电池的输入电流以避免USB端口的过压状况。一种传统的解决方案是使用由误差放大器和电流控制电路形成的单级电流控制回路来钳位输入电流。然而，由于单级电流控制回路的大电流限制范围，电力利用率很低。此外，在一些情况中，USB端口可能不具有足够的电力来为有源系统和可充电电池两者供电。因此，当为可充电电池充电时，有源系统可能无法正常运作。另一种传统的解决方案是比较功率阈值信号与包括传送给有源系统和可充电电池的电流的总的源电流。然而，这一解决方案需要更多的部件，例如，用于侦测总的源电流的传感电阻，使得电源管理系统的成本增加。此外，功率阈值信号与总的源电流的比较结果可能无法准确地指示有源系统什么时候需要更多的电力，从而不能很好地控制有源系统和可充电电池之间的平衡。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电源管理系统和电源管理方法，具有改善的瞬态响应和准确性，并确保负载和/或电池正常工作。为解决上述技术问题，本发明提供了一种电源管理系统。所述电源管理系统包括:第一误差放大器，用于比较传送给负载的第一输出电压与指示所述负载的工作电压的第一参考电压，以产生第一误差信号；DC/DC转换器，耦合于电池，所述DC/DC转换器的占空比用于调节所述第一输出电压和传送给所述电池的第二输出电压；以及误差处理器，耦合于所述第一误差放大器与所述DC/DC转换器之间,用于基于所述第一误差信号控制所述DC/DC转换器的所述占空比，其中，若所述第一输出电压低于所述第一参考电压，则所述误差处理器基于所述第一误差信号减小所述DC/DC转换器的所述占空比以及所述电池的充电电流，以使所述第一输出电压升至所述第一参考电压。本发明还提供了一种电源管理方法。所述电源管理方法包括:比较传送给负载的第一输出电压与指不所述负载的工作电压的第一参考电压，以产生第一误差信号；基于所述第一误差信号控制DC/DC转换器的占空比；以及基于所述DC/DC转换器的所述占空比调节所述第一输出电压和传送给电池的第二输出电压；其中，若所述第一输出电压低于所述第一参考电压，则基于所述第一误差信号而减小所述DC/DC转换器的所述占空比以及所述电池的充电电流，以使所述第一输出电压升至所述第一参考电压。本发明提供的电源管理系统和电源管理方法，采用双级电流控制回路来控制输入电流以及传送给负载和/或电池的电力。通过使用双级电流控制回路，电源管理系统相较于每个电流控制回路单独运作的系统具有改善的瞬态响应和准确性。电源管理系统和电源管理方法通过使用电池电压控制回路和系统优先级控制回路，确保负载和电池的正常工作。
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点，其中相似的符号代表相似的组件。图1所示为根据本发明一个实施例的电源管理系统的框图；图2所示为根据本发明一个实施例的电源管理系统的电路示意图；图3所示为根据本发明另一个实施例的电源管理系统的电路示意图；图4所示为图2或图3的电源管理系统中的输入电流限制控制电路的另一示例的框图；图5所示为图2或图3的电源管理系统中的输入电流限制控制电路的又一示例的框图；图6所示为图2或图3的电源管理系统中的误差处理器的一个示例的框图；图7所示为根据本发明一个实施例的控制系统优先级的方法流程图；图8所示为根据本发明一个实施例的控制输入电流的方法流程图；图9所示为根据本发明一个实施例的控制电池电压的方法流程图。
具体实施例方式以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式
中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。图1所示为根据本发明一个实施例的电源管理系统10的框图。电源管理系统10从电源12接收电力并且为负载16供电。电源12可以采用各种形式的电源，例如，通用串行总线(USB)端口电源。通过输入线14，输入电流Iin从电源12流到电源管理系统
10。电源管理系统10包含电流传感器111、减法器113、误差放大器116、电流控制单元(例如，线性电流控制单元118)、以及功率转换器(例如，开关型直流/直流(direct-current/direct-current,以下简称为DC/DC)转换器119)。稱合于输入线14的电流传感器111用于感测输入电流Iin并产生指示输入电流Iin大小的感测信号SEN。耦合于电流传感器111的减法器113用于将感测信号SEN减去指示预定电流限制Ium的参考电流信号REF，并且相应地产生误差信号115。稱合于减法器113的误差放大器116用于放大误差信号115,并输出已放大的误差信号117。如图1所示，减法器113、误差放大器116、线性电流控制单元118、以及开关型DC/DC转换器119 一起形成双级电流控制回路。通过使用双级电流控制回路，已放大的误差信号117可以控制线性电流控制单元118和开关型0(:/1)(:转换器119。更具体地，基于已放大的误差信号117，线性电流控制单元118钳位输入电流Iin并且开关型DC/DC转换器119调节输出电压来适当地为负载16供电。有利地，电源管理系统10采用双级电流控制回路，而不是传统的单级电流控制回路，来钳位输入电流Iin并调节输出电压。通过使用双级电流控制回路，电源管理系统10相较于单独运作的每个电流回路具有改善的瞬态响应和准确性。图2所示为根据本发明一个实施例的电源管理系统20的电路示意图。图2结合图1进行描述。图2中与图1标号相同的元件具有相似的功能。电源管理系统20包含输入电流限制控制电路21和功率转换器22。耦合于电源12的输入电流限制控制电路21用于感测输入电流Iin，产生指示输入电流Iin和预定电流限制Ium之间的差值的误差信号210，并且基于误差信号210选择性地将输入电流Iin钳位成钳位电流I1/。输入电流限制控制电路21避免输入线14(例如，USB上行端口的电压总线(VBUS)电源线)的过流状况。耦合于输入电流限制控制电路21的功率转换器22用于接收钳位电流IIN’和误差信号210，并且基于误差信号210调节传送给负载(例如，有源系统19)的第一输出电压(例如，电压VIN’),并调节传送给电池18的第二输出电压(例如,转换电压输出202上的电压)。尽管图2中的电池18经由开关17耦合于功率转换器22，本领域技术人员可以理解的是，在其他实施例中电池18可以直接连接到功率转换器22。在图2的实施例中，输入电流限制控制电路21包含电流传感器212、误差放大器215 (误差放大器215可以认为是本发明实施例的第二误差放大器)以及线性电流控制单元211。稱合于输入线14的电流传感器212用于感测输入电流Iin并且产生指不输入电流Iin的感测电压V1-SENSE。耦合于电流传感器212的误差放大器215用于比较感测电压Vi sense与指示预定电流限制Ium的参考电压Vkef 1;并相应地产生误差信号210。根据不同的应用需求，可以由控制器(图2中未示出)来预设参考电压Vkef卩误差放大器215与图1中的误差放大器116和减法器113的结合具有相似的功能。电流传感器212、误差放大器215、线性电流控制单元211以及功率转换器22 —起形成双级电流控制回路。通过使用双级电流控制回路，误差信号210可以控制线性电流控制单元211和功率转换器22。线性电流控制单元211耦合于误差放大器215用于接收误差信号210，线性电流控制单元211还耦合于输入线14用于接收输入电流IIN。线性电流控制单元211基于误差信号210选择性地将输入电流Iin钳位成钳位电流IIN’。更具体地，若输入电流Iin超过电流限制IUM，则将输入电流Iin钳位成由参考电压V- 工确定的电流限制Ium(例如，钳位电流I1/等于电流限制Ium)。若输入电流Iin并未超过电流限制IUM，则线性电流控制单元211的开关(图2中未示出)全部导通，以使输入电流Iin传输给功率转换器22而没有被钳位(例如，钳位电流IIN’等于输入电流IIN)。综上，电源管理系统20处于正常工作状态，则误差信号210为零(例如，输入电流Iin=钳位电流IIN’ =电流限制Ium)。若电源管理系统20出现过流状况(例如，输入电流Iin超过电流限制Ium)，则误差信号210变为正值。功率转换器22耦合于线性电流控制单元211用于接收钳位电流I1/，并且功率转换器22还耦合于误差放大器215用于接收误差信号210。功率转换器22包含误差放大器221 (误差放大器221可以认为是本发明实施例的第三误差放大器)、误差放大器223 (误差放大器223可以认为是本发明实施例的第一误差放大器)、误差处理器227、脉冲调制器229以及DC/DC转换器230。DC/DC转换器230可以是降压转换器或本领域已知的其它可控转换器，例如，升压转换器、降升压转换器及其它电路拓扑。在图2的实施例中，DC/DC转换器230是降压转换器，并且DC/DC转换器230的占空比由脉冲调制器229通过至少三个反馈回路来控制:(I)基于误差放大器221而建立的电池电压控制回路；(2)基于误差放大器223而建立的系统优先级控制回路；以及(3)基于误差放大器215而建立的双级电流控制回路。DC/DC转换器230的占空比用来调节传送给负载(例如，有源系统19)的第一输出电压以及传送给电池18的第二输出电压。对于电池电压控制回路，误差放大器221比较DC/DC转换器230的转换电压输出202上的电压与参考电压Vkef v，并且相应地产生误差信号225。在图2的实施例中，参考电压VKEF—v等于允许传送给电池18的最大充电电压。更具体地，电源管理系统20处于正常工作状态，则误差信号225为零(例如，转换电压输出202上的电压等于参考电压Vkef v)，转换电压输出202用恒定的最大充电电压(例如，参考电压VKEF—v)来为电池18充电。若电源管理系统20出现过压状况(例如，转换电压输出202上的电压超过参考电压Vkef v)，则误差信号225变为正值。相应地，误差处理器227基于误差信号225减小补偿端口 COMP上的电压(误差处理器227的电路结构将在图6中详细说明)，从而减小DC/DC转换器230的占空比。因此，转换电压输出202上的电压降至参考电压Vkef v从而以恒压充电模式为电池18充电。对于系统优先级控制回路，误差放大器223比较限制总线201上的电压Vin’与参考电压Vkbus min，并且相应地产生误差信号226。在图2的实施例中，参考电压Vkbus min等于有源系统19正常工作所需的最小系统电压。更具体地，若电源管理系统20处于正常工作状态，则误差信号226为零(例如，限制总线201上的电压Vin’等于参考电压Vkbus min)。若电源管理系统20出现欠压状况(例如，限制总线201上的电压Vin’低于参考电压Vebus min)，则误差信号226变为正值。相应地，误差处理器227基于误差信号226减小补偿端口 COMP上的电压(误差处理器227的电路结构将在图6中详细说明)，从而减小DC/DC转换器230的占空比。因此，功率转换器22基于误差信号226减小或切断电池18的充电电流。由于电源12所提供的总电力固定，传送给电池18和有源系统19的电力得到平衡。由于电池18的充电电流减小，传送给有源系统19的电压Vin’增至参考电压Vfflus min，从而适当地为有源系统19供电。因此，通过使用系统优先级控制回路，有源系统19具有优先级来确保其正常工作。若有源系统19需要更多电力，则电池18的充电电流相应地减小以满足有源系统19的需求。若必要，电池18可以停止充电操作并开始为有源系统19供电。在这种情况中，有源系统19可以由电池18和限制总线201 —起来供电。在一个实施例中，电池18提供指示其最大充电电压的参考电压Vkef v，该参考电压VKEF—v可以为数字形式。因此，提供耦合于误差放大器221的数模(Digital toAnalog, D/A)转换器(图2中未示出)来将参考电压Vkef vR换为模拟信号，用于误差放大器221的如上所述的比较。类似地，有源系统19提供指示其正常工作所需的最小系统电压的参考电压V8Busjlin，该参考电压Vfflus min可以为数字形式。因此，提供耦合于误差放大器223的D/A转换器(图2中未示出)来将参考电压Vfflus minR换为模拟信号，用于误差放大器223的如上所述的比较。在另一个实施例中，参考电压Vkef v和参考电压Vebus min可以用本领域技术人员所知道的其它可编程电路(图2中未示出)来产生。对于双级电流控制回路，如上所述，误差放大器215比较感测电压V1 SENSE与指示预定电流限制Ium的参考电压Vkef 1;并且相应地产生误差信号210。若电源管理系统20出现过流状况(例如，输入电流Iin超过电流限制Im)，则误差信号210变为正值。相应地，误差处理器227基于误差信号210减小补偿端口 COMP上的电压(误差处理器227的电路结构将在图6中详细说明)，从而基于误差信号210减小DC/DC转换器230的占空比以保持转换电压输出202上的电压恒定。因此，即使输入电流Iin波动，转换电压输出202上的电压仍保持恒定。在图2的实施例中，误差处理器227接收误差信号210、误差信号225以及误差信号226，并产生输出信号228给脉冲调制器229。更具体地，如上所述，若电源管理系统20处于正常工作状态，则误差信号210、误差信号225及误差信号226均为零。然而，若电源管理系统20出现过流状况、过压状况、或欠压状况，则误差信号210、误差信号225及误差信号226中的一个应为正值。相应地，误差处理器227减小补偿端口 COMP上的电压(误差处理器227的电路结构将在图6中详细说明)，从而减小DC/DC转换器230的占空比。下面的举例仅用于说明的目的，并非用来限制本发明。在一个实施例中，假设电源管理系统20仅出现欠压状况，例如，转换电压输出202上的电压等于参考电压Vkef v,电压VIN’低于参考电压Vfflus min，并且输入电流Iin等于电流限制IUM。因此，误差信号210和误差信号225为零并且误差信号226为正值。误差处理器227使误差信号226控制脉冲调制器229。基于误差信号226，误差处理器227的输出信号228的电压(例如，补偿端口 COMP上的电压)减小，从而减小DC/DC转换器230的占空比。误差处理器227通过补偿端口 COMP耦合于补偿网络203，并且用来控制脉冲调制器229产生驱动信号(例如，脉冲宽度调制信号)，以调节DC/DC转换器230的占空比。在其他实施例中，电源管理系统20可以同时出现多个异常状况。举例但并非限制，假设电源管理系统20同时出现欠压状况和过流状况，例如，转换电压输出202上的电压等于参考电压VKEF—v,电压Vin’低于参考电压Vffiusjlin,并且输入电流Iin超过电流限制IUM。因此，误差信号225为零并且误差信号210和误差信号226为正值。误差处理器227将误差信号210和误差信号226相加，并获得总的误差信号。基于总的误差信号，输出信号228的电压(例如，补偿端口 COMP上的电压)减小，从而减小DC/DC转换器230的占空比。在实际操作中，由于一个误差信号的出现将减小DC/DC转换器230的占空比，以使其他误差信号快速回到零，因此多个异常状况仅在很短的时间段内同时出现。有利地，电源管理系统20采用双级电流控制回路来控制输入电流Iin以及传送给有源系统19和/或电池18的电力。此外，功率转换器22利用电池电压控制回路和系统优先级控制回路来确保有源系统19和电池18的正常工作。图3所示为根据本发明另一个实施例的电源管理系统30的电路示意图。图3结合图2进行描述。图3中与图2标号相同的元件具有相似的功能。在图3的实施例中，功率转换器32包含的误差放大器221、误差处理器227、脉冲调制器229以及DC/DC转换器230与图2中标号相同的元件具有相似的功能。功率转换器32还包含误差放大器323，其类似于图2中的误差放大器223。误差放大器323用来形成系统优先级控制回路。误差放大器323比较限制总线201上的电压Vin’与参考电压Vebus min，并且相应地产生误差信号326。耦合于误差放大器215和误差放大器323之间的电流限制调节单元316接收误差信号326，并基于误差信号326调节参考电压Vkef卩更具体地，若电源管理系统30出现欠压状况(例如，限制总线201上的电压Vin’低于参考电压Vebus min)，则误差信号326变为正值。相应地，电流限制调节单元316减小参考电压Vkef i，其指示减小的电流限制IUM’。减小的参考电SVkefi导致输入电流Iin超过新的电流限制IUM’并且误差信号210变为正值。误差处理器227使误差信号210控制脉冲调制器229。基于误差信号210，补偿端口 COMP上的电压减小，从而减小DC/DC转换器230的占空比。因此，功率转换器32减小或切断电池18的充电电流。由于电源12所提供的总电力固定，传送给电池18和有源系统19的电力得到平衡。由于电池18的充电电流减小，传送给有源系统19的电压V1/增至参考电压Vkbus min，从而适当地为有源系统19供电。因此，通过使用基于误差放大器323而建立的系统优先级控制回路，有源系统19具有优先级来确保其正常工作。若有源系统19需要更多电力，则电池18的充电电流相应地减小以满足有源系统19的需求。若必要，电池18可以停止充电操作并开始为有源系统19供电。在这种情况中，有源系统19可以由电池18和限制总线201 —起来供电。图4所示为图2或图3的电源管理系统中的输入电流限制控制电路的另一示例的框图41。图4结合图2和图3进行描述。图4中与图2和图3标号相同的元件具有相似的功能。电流传感器212感测输入电流Iin并且产生感测电流ISEN，感测电流Isen具有与输入电流Iin类似的波形但幅度较小。耦合于电流传感器212的参考电流413提供电流限制IKEF。根据不同的应用需求，可以由控制器(图4中未示出)来预设参考电流413。如图4所示，基于感测电流Isen和电流限制Ikef产生误差电流Iekk (例如，误差电流Iekk=感测电流Isen-电流限制Ikef)。电流误差放大器415比较误差电流Iekk与地，并且产生指示输入电流Iin和电流限制Ikef之间的差值的误差信号210。线性电流控制单元211基于误差信号210选择性地将输入电流Iin钳位成钳位电流I1/。误差信号210同样被施加到功率转换器22 (图4中未示出)来调节传送给负载(例如，有源系统19)的第一输出电压(例如，电压Vin’)，以及传送给电池18的第二输出电压(例如，转换电压输出202上的电压)。图5所示为图2或图3的电源管理系统中的输入电流限制控制电路的又一示例的框图51。图5结合图2和图3进行描述。图5中与图2和图3标号相同的元件具有相似的功能。输入电流限制控制电路51包含电阻507、放大器511、误差放大器513、晶体管501、晶体管503及晶体管509。在图5的实施例中，晶体管501、晶体管503及晶体管509可以是N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(N channel metaloxide semiconductor fieldeffect transistor, NMOSFET)。晶体管501和晶体管509具有实质相同的漏源极电压并且它们彼此实质匹配。本发明实施例中的“实质相同”、“实质匹配”是指晶体管501和晶体管509的漏源极电压由于电路组件的非理想性，存在微小的差别。晶体管501、晶体管503、晶体管509及放大器511 —起形成电流镜，用于接收输入电流Iin并在晶体管503的源极输出感测电流ISEN。感测电流Isen具有与输入电流Iin类似的波形但幅度较小，感测电流Isen在电阻507上生成感测电压V1SENSE。误差放大器513比较指示输入电流Iin的感测电压V1SENSE与指示预定电流限制Ium的参考电压Vkef 1;并且相应地产生误差信号515。误差信号515被发送到晶体管509，晶体管509起到线性电流控制单元的作用，选择性地将输入电流Iin钳位成钳位电流I1/。误差信号515同样被施加到功率转换器22(图4中未示出)来调节传送给负载(例如，有源系统19)的第一输出电压(例如，电压VIN’)，以及传送给电池18的第二输出电压(例如，转换电压输出202上的电压)。图6所示为图2或图3的电源管理系统中的误差处理器227的一个示例的框图。图6的示例仅用于说明的目的，并非用来限制本发明。图6结合图2进行描述。图6中与图2标号相同的元件具有相似的功能。误差处理器227接收来自误差放大器215(图6中未示出)的误差信号210、来自误差放大器221(图6中未示出)的误差信号225以及来自误差放大器223(图6中未示出)的误差信号226。误差信号210、误差信号225及误差信号226被分别施加到晶体管603、晶体管605及晶体管607的栅极。晶体管603、晶体管605及晶体管607的漏极一起耦合于补偿端口 COMP和电流发生器601之间。更具体地，如上所述，若电源管理系统20(图6中未示出)处于正常工作状态，则误差信号210、误差信号225及误差信号226均为零并且补偿端口 COMP上的电压(例如，输出信号228的电压)为最大值。然而，若电源管理系统20出现过流状况、过压状况或欠压状况，误差信号210、误差信号225及误差信号226中的一个应为正值并且误差处理器227中对应的晶体管响应该为正值的误差信号，吸收从电流发生器601流出的电流。因此，误差处理器227减小补偿端口 COMP上的电压以减小DC/DC转换器230(图6中未示出)的占空比。下面的例子仅用于说明的目的，并非用来限制本发明。在一个实施例中，假设电源管理系统20仅出现欠压状况，例如，转换电压输出202上的电压等于参考电压Vkef v,电压VIN’低于参考电压Vfflus min，并且输入电流Iin等于电流限制IUM。因此，误差信号210和误差信号225为零并且误差信号226为正值。相应地，晶体管603和晶体管605截止并且晶体管607导通。晶体管607响应误差信号226以吸收从电流发生器601流出的电流。因此，误差处理器227减小补偿端口 COMP上的电压以减小DC/DC转换器230 (图6中未示出)的占空比。在其他实施例中，电源管理系统20可以同时出现多个异常状况。举例但并非限制，假设电源管理系统20同时出现欠压状况和过流状况，例如，转换电压输出202上的电压等于参考电压VKEF—v,电压Vin’低于参考电压Vffiusjlin,并且输入电流Iin超过电流限制IUM。因此，误差信号225为零并且误差信号210和误差信号226为正值。相应地，晶体管605截止并且晶体管603和晶体管607导通。晶体管603和晶体管607分别响应误差信号210和误差信号226，以吸收从电流发生器601流出的电流。因此，误差处理器227减小补偿端口COMP上的电压。具体而言，误差处理器227将误差信号210和误差信号226相加，并获得总的误差信号。基于总的误差信号，补偿端口 COMP上的电压减小，从而减小DC/DC转换器230 (图6中未示出)的占空比。图7所示为根据本发明一个实施例的控制系统优先级的方法流程图700。图7结合图2和图3进行描述。尽管图7示出了具体的步骤，但是这些步骤仅用于说明的目的，并非用来限制本发明。在步骤702中，比较传送给负载(例如，有源系统19)的第一输出电压(例如，电压VIN’ )与指不负载的工作电压的第一参考电压(例如，参考电压Vffiusjlin),并相应地产生第一误差信号(例如，误差信号226或误差信号326)。更具体地，若电源管理系统(例如，电源管理系统20)处于正常工作状态,则第一误差信号为零(例如，第一输出电压等于第一参考电压)。若电源管理系统出现欠压状况(例如，第一输出电压低于第一参考电压)，则第一误差信号变为正值。在步骤704中，基于第一误差信号控制DC/DC转换器(例如，DC/DC转换器230)的占空比。例如，若第一输出电压低于第一参考电压，则基于第一误差信号减小DC/DC转换器的占空比。在步骤706中，基于DC/DC转换器的占空比来调节第一输出电压和传送给电池(例如，电池18)的第二输出电压(例如，转换电压输出202上的电压)。图8所示为根据本发明一个实施例的控制输入电流的方法流程图800。图8结合图2和图3进行描述。尽管图8示出了具体的步骤，但是这些步骤仅用于说明的目的，并非用来限制本发明。在步骤802中，感测输入电流(例如，输入电流IIN)。在步骤804中，产生指示输入电流和电流限制(例如，电流限制Ium)之间的差值的第二误差信号(例如，误差信号210)。更具体地，在图2、图3或图5的实施例中的第二误差放大器(例如，误差放大器215、误差放大器513)比较指示输入电流的感测电压(例如，感测电压Vi sense)和指示电流限制的第三参考电压(例如，参考电压Vkef」)，以产生第二误差信号。在图4的实施例中的电流误差放大器(例如，电流误差放大器415)将指示输入电流的感测电流(例如，感测电流Isen)和电流限制(例如，电流限制Ikef)的差值(例如，误差电流Iekk)与地比较，以产生第二误差信号。若电源管理系统(例如，电源管理系统20)处于正常工作状态，则第二误差信号为零(例如，输入电流等于电流限制)。若电源管理系统出现过流状况(例如，输入电流超过电流限制)，则第二误差信号变为正值。在图2的实施例中，电流限制是由控制器根据不同的应用需求而预设。在图3的实施例中，电流限制是根据第一误差信号而可调节的。例如，若第一输出电压低于第一参考电压，则基于第一误差信号减小电流限制。因此，输入电流超过新的电流限制并且第二误差信号变为正值。在步骤806中，基于第二误差信号将输入电流选择性地钳位成钳位电流。例如，当输入电流超过电流限制(例如，第二误差信号变为正值)，则将输入电流钳位成电流限制(即，钳位电流等于电流限制)；当输入电流未超过电流限制(例如，第二误差信号为零)时，则钳位电流等于输入电流。在步骤808中，基于第二误差信号控制DC/DC转换器(例如，DC/DC转换器230)的占空比。例如，若输入电流超过电流限制，则基于第二误差信号减小DC/DC转换器的占空比以保持第二输出电压恒定。图9所示为根据本发明一个实施例的控制电池电压的方法流程图900。图9结合图2和图3进行描述。尽管图9示出了具体的步骤，但是这些步骤仅用于说明的目的，并非用来限制本发明。在步骤902中，比较传送给电池(例如，电池18)的第二输出电压与指示电池的充电电压的第二参考电压(例如，参考电压VKEF—ν),并相应地产生第三误差信号(例如,误差信号225)。更具体地，若电源管理系统(例如，电源管理系统20)处于正常工作状态，则第三误差信号为零(例如，第二输出电压等于第二参考电压)。若电源管理系统出现过压状况(例如，第二输出电压超过第二参考电压)，则第三误差信号变为正值。在步骤904中，基于第三误差信号控制DC/DC转换器(例如，DC/DC转换器230)的占空比。例如，若第二输出电压超过第二参考电压，则基于第三误差信号减小DC/DC转换器的占空比以使第二输出电压降至第二参考电压。有利地，本发明的实施例提供的电源管理系统和电源管理方法采用双级电流控制回路来控制输入电流以及传送给有源系统和/或电池的电力。通过使用双级电流控制回路，电源管理系统相较于具有每个电流回路单独运作的的系统具有改善的瞬态响应和准确性。此外，本发明的实施例的电源管理系统和电源管理方法采用电池电压控制回路和系统优先级控制回路，以确保有源系统和电池的正常工作。在一个实施例中，基于误差放大器223或误差放大器323建立的系统优先级控制回路将传送给有源系统的电压与最小系统电压比较，并且相应地减小DC/DC转换器的占空比。因此，电源管理系统及电源管理方法准确地监测有源系统什么时候需要更多的电力以通过减小电池的充电电流而确保有源系统具有优先级。上文具体实施方式
和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离后附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
权利要求
1.一种电源管理系统，其特征在于，所述电源管理系统包括: 第一误差放大器，用于比较传送给负载的第一输出电压与指示所述负载的工作电压的第一参考电压，以产生第一误差信号； DC/DC转换器，耦合于电池，所述DC/DC转换器的占空比用于调节所述第一输出电压和传送给所述电池的第二输出电压；以及 误差处理器，耦合于所述第一误差放大器与所述DC/DC转换器之间，用于基于所述第一误差信号控制所述DC/DC转换器的所述占空比， 其中，若所述第一输出电压低于所述第一参考电压，则所述误差处理器基于所述第一误差信号减小所述DC/DC转换器的所述占空比以及所述电池的充电电流，以使所述第一输出电压升至所述第一参考电压。
2.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理系统还包括: 输入电流限制控制电路，耦合于所述误差处理器，用于感测输入电流，产生指示所述输入电流和电流限制之间的差值的第二误差信号，并且基于所述第二误差信号将所述输入电流钳位成钳位电流， 其中，所述误差处理器还基于所述第二误差信号控制所述DC/DC转换器的所述占空t匕，并且若所述输入电流超过所述电流限制，则所述误差处理器基于所述第二误差信号减小所述DC/DC转换器的所述占空比以保持所述第二输出电压恒定。
3.根据权利要求2所述的电源管理系统，其特征在于，所述电流限制由控制器根据所述电源管理系统的应用需求而预设。
4.根据权利要求2所 述的电源管理系统，其特征在于，若所述第一输出电压低于所述第一参考电压，则所述输入电流限制控制电路基于所述第一误差信号减小所述电流限制。
5.根据权利要求2所述的电源管理系统，其特征在于，所述输入电流限制控制电路连接到电源，其中所述电源是通用串行总线端口电源，所述负载是有源系统。
6.根据权利要求2所述的电源管理系统，其特征在于，所述输入电流限制控制电路包括: 线性电流控制单元，用于接收所述输入电流和所述第二误差信号，并基于所述第二误差信号将所述输入电流钳位成所述钳位电流。
7.根据权利要求6所述的电源管理系统，其特征在于，所述输入电流限制控制电路还包括: 第二误差放大器，用于比较指示所述输入电流的感测电压和指示所述电流限制的第三参考电压，以产生所述第二误差信号。
8.根据权利要求6所述的电源管理系统，其特征在于，所述输入电流限制控制电路还包括: 电流误差放大器，用于将指示输入电流的感测电流和所述电流限制的差值与地比较，以产生所述第二误差信号。
9.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理系统还包括: 第三误差放大器，用于比较所述第二输出电压与指示所述电池的充电电压的第二参考电压，以产生第三误差信号， 其中，所述误差处理器还基于所述第三误差信号控制所述DC/DC转换器的所述占空t匕，并且若所述第二输出电压超过所述第二参考电压，则所述误差处理器基于所述第三误差信号减小所述DC/DC转换器的所述占空比以使所述第二输出电压降至所述第二参考电压。
10.根据权利要求9所述的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理系统还包括耦合于所述第三误差放大器的数模转换器，所述数模转换器将所述第二参考电压从数字信号转换为模拟信号，以用于所述第三误差放大器的所述比较。
11.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理系统还包括耦合于所述第一误差放大器的数模转换器，所述数模转换器将所述第一参考电压从数字信号转换为模拟信号，以用于所述第一误差放大器的所述比较。
12.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述电源管理系统还包括耦合于所述误差处理器和所述DC/DC转换器之间的脉冲调制器，所述脉冲调制器用于根据所述误差处理器的输出信号产生驱动信号，以调节所述DC/DC转换器的所述占空比。
13.根据权利要求12所述的电源管理系统，其特征在于，所述驱动信号是脉冲宽度调制信号。
14.根据权利要求1所述的电源管理系统，其特征在于，所述误差处理器还通过补偿端口耦合于补偿网络，其中，所述误差处理器通过减小所述补偿端口上的电压来减小所述DC/DC转换器的所述占空比。
15.根据权利要求14所述的电源管理系统，其特征在于，所述误差处理器包括由所述第一误差信号控制的第一开关，其中，所述第一开关的漏极耦合于所述补偿端口和电流发生器之间，若所述第一输出电压低于所述第一参考电压，则所述误差处理器响应所述第一误差信号，吸收从所述电流发生器流出的电流，以减小所述补偿端口上的电压。
16.—种电源管理方法,其特征在于,所述电源管理方法包括: 比较传送给负载的第一输出电压与指示所述负载的工作电压的第一参考电压，以产生第一误差信号； 基于所述第一误差信号控制DC/DC转换器的占空比；以及 基于所述DC/DC转换器的所述占空比调节所述第一输出电压和传送给电池的第二输出电压；其中，若所述第一输出电压低于所述第一参考电压，则基于所述第一误差信号减小所述DC/DC转换器的所述占空比以及所述电池的充电电流，以使所述第一输出电压升至所述第一参考电压。
17.根据权利要求16所述的电源管理方法，其特征在于，还包括: 感测输入电流； 产生指示所述输入电流和电流限制之间的差值的第二误差信号； 基于所述第二误差信号将所述输入电流钳位成钳位电流；以及 基于所述第二误差信号控制所述DC/DC转换器的所述占空比， 其中，若所述输入电流超过所述电流限制，则基于所述第二误差信号减小所述DC/DC转换器的所述占空比以保持所述第二输出电压恒定。
18.根据权利要求17所述的电源管理方法，其特征在于，所述产生指示所述输入电流和电流限制之间的差值的第二误差信号的步骤包括:比较指示所述输入电流的感测电压和指示所述电流限制的第三参考电压，以产生所述第二误差信号。
19.根据权利要求17所述的电源管理方法，其特征在于，所述产生指示所述输入电流和电流限制之间的差值的第二误差信号的步骤包括: 将指示所述输入电流的感测电流和所述电流限制的差值与地比较，以产生所述第二误差 目号。
20.根据权利要求17所述的电源管理方法，其特征在于，所述电流限制由控制器根据电源管理系统的应用需求而预设。
21.根据权利要求17所述的电源管理方法,其特征在于,若所述第一输出电压低于所述第一参考电压，则基于所述第一误差信号减小所述电流限制。
22.根据权利要求16所述的电源管理方法，其特征在于，还包括: 比较所述第二输出电压与指示所述电池的充电电压的第二参考电压，以产生第三误差信号; 基于所述第三误差信号控制所述DC/DC转换器的所述占空比， 其中，若所述第二输出电压超过所述第二参考电压，则基于所述第三误差信号减小所述DC/DC转换器的所述占空比以使所述第二输出电压降至所述第二参考电压。
23.根据权利要求22所述的电源管理方法，其特征在于，所述比较所述第二输出电压与指示所述电池的充电电压的第二参考电压的步骤还包括: 将所述第二参考电压从数字信号转换为模拟信号。
24.根据权利要求16所述的电源管理方法，其特征在于，所述比较传送给负载的第一输出电压与指示所述负载的工作电压的第一参考电压的步骤还包括: 将所述第一参考电压从数字信号转换为模拟信号。
25.根据权利要求16所述的电源管理方法，其特征在于，通过减小补偿端口上的电压减小所述DC/DC转换器的所述占空比。
全文摘要
本发明提供了一种电源管理系统和电源管理方法。该电源管理系统包含第一误差放大器、DC/DC转换器和误差处理器。第一误差放大器用于比较传送给负载的第一输出电压与指示负载的工作电压的第一参考电压，以产生第一误差信号。DC/DC转换器耦合于电池，DC/DC转换器的占空比用于调节第一输出电压和传送给电池的第二输出电压。误差处理器耦合于第一误差放大器和DC/DC转换器之间，用于基于第一误差信号控制DC/DC转换器的占空比。若第一输出电压低于第一参考电压，则误差处理器基于第一误差信号减小DC/DC转换器的占空比和电池的充电电流，以使第一输出电压升至第一参考电压。本发明的电源管理系统和电源管理方法具有改善的瞬态响应和准确性，并确保电池和负载正常工作。
文档编号H02J7/00GK103166280SQ20121050705
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月30日 优先权日2011年12月8日
发明者法拉·米哈伊尔·丹·坡贝斯库-斯塔内斯缇, 奥莱格克·比尔德基诺夫, 克劳迪乌·帕特鲁, 安德烈-乔治·罗曼 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司