能够操作在不同配置中的电池充电系统和方法
【专利摘要】一种能够配置成操作在NVDC模式或标准模式的控制器。该控制器包括模式逻辑和控制逻辑，该模式逻辑检测用于指示所选择模式的模式值并确定对应的模式信号，该控制逻辑被配置成根据基于模式信号选择的电池充电模式操作并由此提供控制信号。在标准模式中，取决于外部适配器的存在和电池的充电状态，控制信号处于开或关状态中的任一个。在NVDC模式中，如果电池被深度放电，则控制信号可操作在线性模式。电池检测器提供用于切换外部系统电压的调整操作点的电池指示。功率监视输出提供由系统电压提供的功率的指示。
【专利说明】能够操作在不同配置中的电池充电系统和方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请主张2012年7月26日提交的美国临时专利申请序列N0.61/675，888的优先权，该申请的全部内容出于所有意图和目的通过引用结合于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及能够操作在不同配置中的电池充电系统和方法。
【背景技术】
[0004]存在多种用于电子设备的电池充电器结构，包括标准充电器和窄电压直流(NVDC)充电器。这两种充电器工作原理不同。虽然产品可以在每一个市场板块获得，但是当系统功率输送结构改变时，需要改变传统的解决方案。而且，电池的突然拆卸引起系统由于功率不足而崩溃。由指示电池已被拆卸的系统管理总线(SMbus)提供的传统通信对于有效阻止系统崩溃来说通常太慢。而且，传统的充电器仅提供适配器电流监视器或电池电流监视器。然而，主板功率消耗率比个体电流信息更加重要和有用。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种能够配置成根据从多个电池充电器配置中所选择的一个电池充电器配置进行操作的控制器。所述控制器包括:模式端子和控制端子；耦合至所述模式端子的模式逻辑，所述模式逻辑被配置成通过所述模式端子检测指示NVDC电池充电模式和标准电池充电模式中的一种模式的模式值并且确定指不NVDC电池充电模式和标准电池充电模式中的一种模式的模式信号；以及耦合至所述控制端子的控制逻辑，所述控制逻辑被配置成根据基于所述模式信号选择的所述NVDC电池充电模式和所述标准电池充电模式中的一种模式进行操作，并且操作被提供到所述控制端子的控制信号，所述控制信号用于指不所述NVDC电池充电模式和所述标准电池充电模式中所述选择的一种模式。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过以下的【具体实施方式】和所附附图，本发明的益处、特征和优点将变得更易于理解，其中:
[0007]图1是根据本发明实施例实施的配置有包括电池充电系统的电源系统的电子设备的简化框图；
[0008]图2是配置为可用作图1的电池充电系统的NVDC充电器的电池充电系统的简化电路原理图；
[0009]图3是配置为可用作图1的电池充电系统的标准充电器的电池充电系统的简化电路原理图；
[0010]图4是与配置为可用作图1的电池充电系统的NVDC充电器的图2的电池充电系统相类似的电池充电系统的电路原理图；
[0011]图5是与配置为可用作图1的电池充电系统的标准充电器的图3的电池充电系统相类似的电池充电系统500的电路原理图；以及
[0012]图6是根据本发明的一个实施例的图2的控制器更具体的电路原理和框图。【具体实施方式】
[0013]通过以下的【具体实施方式】和所附附图，本发明的益处、特征和优点将得到更好的理解。如在特定应用及其需求的内容中所提供，给出以下【具体实施方式】以使得本领域技术人员能做出并使用本发明。然而，对优选实施方式的各种修改，对本领域技术人员是清楚的，且文中定义的基本原理可应用至其它实施方式。因此，本发明并非有意限定至文中示出和描述的特定实施方式，而是被给予符合文中公开的原理和新颖特征的最宽的范围。
[0014]根据本发明实施例的一种能够操作在不同配置中的电池充电系统，提供一种能够操作在标准充电模式和NVDC充电模式中选定一种充电模式的充电器。在传统配置中，电池开关电路操作在取决于特定配置的专用模式。对于文中描述的多模式电池充电系统，将单个电池开关电路配置成操作在基于充电系统配置的两种不同模式中的任意一个。该配置可由硬件设置或甚至由运行中的软件设置以便为用户和系统提供最大的灵活性和优势。这一产品使得消费者能使用操作在任一个功率输送结构中的单个解决方案。这通过节省工程时间和改进目录管理优势提供重要价值。
[0015]当负载很大时，适配器和电池可一起操作以便为系统供电。然而，电池的突然拆卸可能使得系统由于功率不足而崩溃。如文中所述，电池传感器219 (图2)提供指示电池是否存在的BATOK信号。对于输出电压调整参考，存在包括“VSYS_MAX”和“VSYS_MIN”的两种电压参考。当电池被安装且充电器处于输出电压调整模式时，使用VSYS_MAX电压参考。当电池被拆卸时，充电器被切换至操作在用于调整输出电压的降压(buck)模式，而输出电压调整参考被切换成VSYS_MIN以防止适配器电流的过冲(overshoot)。该电池充电系统对提供至外部负载的整个系统电源提供功率监视(PMON)。取决于电池处于充电还是放电，对PMON进行不同的计算。当电池处于放电并由此供电时，PMON等于或其他方式指示交流(AC)适配器功率(适配器电压乘以适配器电流)与电池放电功率(电池电压乘以放电电流)之和。当电池处于充电时，PMON等于或其他方式指示适配器功率(适配器电压乘以适配器电流)与电池充电功率(电池电压乘以充电电流)之差，以便将差值提供至外部负载。
[0016]图1是根据本发明实施例实施的配置有包括电池充电系统103的电源系统101的电子设备100的简化框图。该电源系统101产生一个或更多个将功率提供至电子设备100的其它系统设备的供应电压。在阐释的实施方式中，电子设备100包括处理器107和外围系统109，二者均耦合成通过总线105接收来自电源系统101的供应电压，总线105包括功率和/或信号导体的任意组合。在阐释的实施方式中，外围系统109可包括系统存储器111的任意组合(例如，包括RAM和ROM型设备与存储控制器的组合以及类似组合)和输入/输出(I/O)系统113，输入/输出系统113可包括系统控制器以及类似装置，例如图形控制器、中断控制器、键盘和鼠标控制器、系统存储设备控制器(例如用于硬盘驱动器的控制器以及类似装置)等。阐释的系统仅仅是示意性的，因为本领域技术人员可理解，许多处理器系统和支持设备可集成在处理器芯片上。电子设备100可以是任意类型的计算机或计算设备，例如计算机系统(例如笔记本计算机、台式计算机、网络本计算机等)、平板媒体设备(例如苹果公司的iPAD、Amazon.com公司的Kindle等)、通信设备(例如蜂窝电话、智能电话等)和其它类型的电子设备(例如媒体播放器、记录设备等)。电池充电系统103配置成包括充电电池并可配置成与交流(AC)适配器或类似设备一起操作。
[0017]图2是配置为可用作电池充电系统103的NVDC充电器的电池充电系统200的简化电路原理图。AC电源201 (表示为AC插头)将AC电压提供至AC至DC (AC / DC)适配器203，其将AC电压转换成输入DC适配电压VADPIN。VADPIN被提供至N-沟道场效应晶体管(NFET)AFET的漏极，N-沟道场效应晶体管(NFET)AFET具有耦合至控制器205的栅极驱动输出ASGATE的栅极和耦合至公共源极节点207的源极。节点207进一步耦合至另一个NFET SFET的源极和控制器205的公共源极节点CMSRC输入。SFET的栅极耦合至控制器205的ASGATE输出且其漏极耦合至产生输入电压VIN的节点209。AFET和SFET以背靠背(back-to-back)配置的形式耦合，其中当AFET和SFET均被控制器205关闭时，AFET将AC / DC适配器203从保持的电池充电电路隔离而SFET防止电池电流流至AC / DC适配器203。
[0018]VIN被提供至NFET Ql的漏极，NFET Ql具有耦合至相位节点211的源极和耦合至控制器205的上栅极驱动输出UGATE的栅极。该相位节点211耦合至控制器205的PHASE端子和另一个NFET Q2的漏极。Q2具有耦合至控制器205的下栅极驱动输出LGATE的栅极并具有耦合至例如地(GND)的公共参考节点的源极。该相位节点211进一步耦合至输出电感LO的一个末端，电感LO具有耦合至产生系统电压VSYS的系统节点213的另一个末端。在一种配置中，VSYS可通过总线105直接提供至另一个系统元件，或提供至电源系统101的附加系统，例如电压调整器(未示出)，其将VSYS转换成提供在总线105上的调整电压以对电子设备100的系统设备(例如处理器107和/或外围系统109)供电。电容器Cl稱合在系统节点213和GND之间以对VSYS进行滤波。
[0019]系统节点213进一步耦合至另一个NFET BFET的漏极，另一个NFET BFET具有耦合至产生电池电压VBAT的电池节点215的源极。充电电池217耦合在电池节点215和GND之间。电容器C2耦合在电池节点215和GND之间以对VBAT进行滤波。控制器205的栅极驱动端子BGATE提供至BFET的栅极。BFET是通过控制器205进行如文中进一步描述的取决于电池217的状态和操作配置进行操作的电池开关。电池节点215进一步耦合至控制器205的电池端子VBAT以监视电池电压。电池传感器219提供成检测电池217的物理存在，并将电池存在信号BATOK提供至控制器205的BATOK端子。
[0020]虽然考虑了替换的功率开关器件或电子开关器件，例如类似的形式(例如FET、MOS器件等)、双极结晶体管(BJT)以及类似器件、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)以及类似器件，但晶体管AFET、SFET, BFET, Ql和Q2每一个均示出为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。每一个晶体管器件具有一定尺寸并配置成执行需要的功能。
[0021]在该情形中，电池充电系统200配置为用于NVDC模式的NVDC充电器。控制器205包括耦合至指示NVDC操作模式的模式选择(MSEL)信号或值的MODE端子。各种方法可用于配置MODE端子和MSEL信号以指示操作的配置模式。在一个实施方式中，例如，MSEL是具有指示各种配置中的一个的电平。如果配置模式的数目仅是两个，例如一个实施方式中的标准模式和NVDC模式，则电压电平可包括诸如GND和VDD或类似的供应电压电平。可考虑替换的电压电平。对于具有附加操作配置(例如大于2个)的实施方式，也可考虑附加电压电平。
[0022]在文中进一步描述的其它实施方式中，外部元件，例如电阻或类似元件，耦合至MODE端子以指示操作配置。控制器205的内部电路确定外部耦合电阻器的电阻以确定诸如标准模式或NVDC模式之间的配置和对应的操作模式。
[0023]控制器205还具有输出指示系统功率电平的电压信号PMON的功率监视(PMON)端子。电池217配置成在充电时接收被感应成信号ICHG的充电电流，并在放电时提供被感应成信号IDIS的放电电流，如文中进一步所述。控制器205配置成监视由AC / DC适配器203提供的适配器电源电流，例如经过AFET和SFET的电流端子的电流，其可被感应成信号IADP0电压VADP代表适配器电压VADPIN。当电池217充电时，PMOn=VADP.1ADP-VBAT.1CHG,其是适配器功率与电池充电功率之差。当电池217放电时，PMOn=VADP.IADP+VBAT.IDIS，其为适配器功率与电池放电功率之和。在该方式中，PMON通常指示由VSYS提供的总功率电平。
[0024]当AC / DC适配器203和电池217均不存在或断开连接时，则不存在电源且功率被关闭。当AC / DC适配器203存在而电池217不存在或断开连接时，如BATOK所指示，则控制器205关闭BFET并将Ql和Q2操作为降压转换器以将电压VIN转换成系统电压VSYS。虽然图2中未示出，但控制器205监视操作在最小电压电平VSYS_MIN和最大电压电平VSYS_MAX之间的VSYS的电压电平。控制器205打开Ql并关闭Q2以将输出电感器LO耦合至VIN,直到获得操作参数(例如电压、电流、功率电平、时间)，且随后控制器205关闭Ql并打开Q2以保持脉宽调制(PWM)循环，从而调整系统输出。系统输出可基于电压、电流、功率或其任意适当的组合进行调整。
[0025]当AC / DC适配器203和电池217均存在时，则操作条件取决于VBAT的电压电平。当指示深度放电的电池具有低于VSYS允许的最小电压电平的电压电平的VBAT〈VSYS_MIN出现时，则控制器205将BFET驱动成操作在线性区。在该情形下，BFET操作成充当非理想开关以提供VSYS_MIN和VBAT之间的差值。当这样做时，经过BFET的充电电流对电池217充电以提高其电压电平。当VSYS_MIN ( VBAT<VSYS_MAX以便VBAT位于最小和最大电压电平之间时，控制器205将BFET驱动成操作在充当理想开关的打开或关闭模式以对电池217充电。当VBAT达到或超过VSYS_MAX时，则控制器205由于电池217被认为充满而关闭BFET以停止充电。
[0026]当电池217存在而AC / DC适配器203不存在时，则当VBAT≥VSYS_MIN时，则控制器205打开BFET以便电池217放电来对系统供电。当VBAT〈VSYS_MIN时，则控制器205关闭BFET以停止从电池217供电。由于不存在电源，因此系统电源被有效地关闭。
[0027]图3是配置为可用作电池充电系统103的标准充电器的电池充电系统300的简化电路原理图。电池充电系统300类似于电池充电系统200，其中类似的元件采用相同的附图标记。在一个实施方式中，元件是相同的但耦合成标准操作配置而不是NVDC操作配置。在该情形下，除了 SFET的漏极耦合至Ql的的漏极并直接耦合至系统节点213 (去除了分隔输入节点209)之外，耦合是基本类似的。系统节点213不耦合至输出电感器L0，而是电池节点215耦合至输出电感器LO的输出末端。BFET具有耦合至电池节点215的源极和耦合至VSYS的漏极。在控制器205的MODE端子的MSEL值指示标准(STD)配置和操作模式(而不是NVDC配置和操作模式)。PMON以基本相同的方式操作以产生整个系统功率的以电平指示的PMON电压。
[0028]当AC / DC适配器203存在时，VADPIN通过AFET和SFET (均打开)提供系统电压VSYS且控制器205关闭BFET。控制器205将Ql和Q2操作在降压模式以对电池217充电直到完全充满。在标准配置中，控制器205还可将电路操作在升压模式以将VBAT升压至VSYS的电压电平，在该情形下，当负载很大时AC / DC适配器203和电池219—起操作以对系统供电。然而，在升压模式期间，电池的突然拆卸可能导致系统因功率不足而崩溃。电池传感器219提供BATOK信号以指示电池219是否插入。对于输出电压调整参考，存在包括VSYS_MAX和VSYS_MIN的两种电压参考。当电池被安装且充电器处于输出电压调整模式时，使用VSYS_MAX参考。当电池被拆卸时，控制器205将操作切换至降压模式以调整输出电压，且输出电压调整参考被切换成VSYS_MIN以阻止适配器电流的过冲。
[0029]当AC / DC适配器203不存在时，控制器205驱动BFET以保持打开，从而电池217提供系统电压VSYS。如果当VBAT低于诸如VSYS_MIN的预定最小电压电平时，则电池217不能提供足够的功率且系统可能被关闭(类似于AC / DC适配器203和电池217都不存在的情形)。
[0030]图4是与配置为可用作电池充电系统103的NVDC充电器的电池充电系统200相类似的电池充电系统400的电路原理图。虽然省略了对于完全理解本发明不是必需的许多具体的细节和外部元件(例如电阻器、电容器等)，但示出了控制器205更详细的配置。AC电源 201、AC / DC 适配器 203、AFET、SFET、Q1、Q2、L0、BFET、电池 217 以及电容器 Cl 和 C2以与前述配置为NVDC充电器的电池充电系统200基本类似的方式被提供并耦合至控制器205。
[0031 ] 在该情形下，电阻器RNVDC耦合在控制器205的MODE端子和GND之间，其中RNVDC的电阻指示NVDC充电器配置。AC / DC适配器203的输出电压VADPIN被电阻分压器(串联耦合在VADPIN和GND之间的电阻器Rl和R2)分压，电阻分压器具有耦合至控制器205的ACIN端子的中间节点。限流电阻器401耦合在端子CMSRC与位于AFET和SFET之间的公共节点207之间，而另一个限流电阻器403耦合在ASGATE端子与AFET和SFET的公共耦合栅极之间。传感电阻器RA耦合在SFET的漏极和节点209之间，控制器205包括通过限流电阻器405和407耦合在电阻器RA的任一侧上的端子CSIP和CSIN，以感应表示为IIN的输入适配器电流。
[0032]传感电阻器RB耦合在系统节点213处的输出电感器LO和节点408处的BFET的漏极之间，以便感应电池217的电池电流IBAT。控制器205包括通过限流电阻器409耦合至节点213的端子CSOP和通过限流电阻器411耦合至节点408的另一个端子CS0N，以便感应电池电流传感电阻器RB两端的电压和由此经过电池电流传感电阻器RB的电流。电池电流IBAT示出在放电电流方向上，其与电池217充电时的方向相反。产生电池电压VBAT的节点215进一步耦合至控制器205的VBAT端子。
[0033]信号SDA和SCL分别提供至控制器205的对应的SDA和SCL端子，用于控制器205的外部编程操作参数。本领域技术人员可理解，在一个实施方式中，SDA和SCL是用于对控制器205编程的系统管理总线(SMbus)的一部分。ACIN端子通过VADPIN感应AC / DC适配器203的存在并在指示检测到的AC / DC适配器203存在的对应ACOK输出端子处确认信号ACOK。控制器205可配置为集成电路(IC)或通过对应的供应管脚耦合的GND和供应电压VDD接收功率的类似电路。其它电路细节未进一步描述。
[0034]图5是与配置为可用作电池充电系统103的标准充电器的电池充电系统300相类似的电池充电系统500的电路原理图。虽然省略了对于完全理解本发明不是必需的许多具体细节和外部元件(例如电阻器、电容器等)，但以与电池充电系统400类似的方式示出了控制器205更具体的配置。电池充电系统500类似于电池充电系统400，其中类似的元件采用相同的附图标记。
[0035]在一个实施方式中，元件是相同的，但耦合成标准操作配置而不是NVDC操作配置。除了进一步的描述之外，元件的耦合是相同的。在该情形下，电阻器RSTD耦合在控制器205的MODE端子和GND之间，其中RSTD的电阻指示标准充电器配置。省略了节点209，替代的是电阻器RA和407之间的结耦合至产生VSYS的系统节点213。节点213耦合至Ql和BFET的漏极端子。BFET的源极端子耦合至节点508，节点508还耦合至输出电感器LO的输出末端、电阻器409的一个末端、电池电流传感电阻器RB的一个末端。RB的另一个末端耦合至产生VBAT的电池节点215处的电阻器411的一个末端。
[0036]图6是根据本发明实施例的控制器205的更具体的电路原理和框图。由于对完全理解本发明不是必需的，因此为清楚起见，省略了控制器205的特定细节。控制器205可实施为IC或芯片，其中端子可称作IC的管脚。模式和配置块601耦合至SDA、SCL和MODE管脚。模式和配置块601监视MODE管脚并提供指示NVDC或STD充电器模式和配置的模式信号NVDC / STD。在一个实施方式中，模式信号NVDC / STD可实施为具有指示电池充电操作模式的两个状态的单个比特，或可实施为独立的信号。模式和配置模块601被外部编程(例如，通过包括SDA和SCL信号的SMbus)并提供指示VSYS_MIN电压电平的信号VSYS_MIN以及提供指示VSYS_MAX电压电平的信号VSYS_MAX。
[0037]在一个实施方式中，SMbus可用于设置标准和NVDC之间的操作模式或可用于撤销使用MODE管脚确定的模式设置。
[0038]NVDC / STD信号被提供成控制和驱动逻辑块603，其还接收指示电池217的存在的BATOK信号和指示AC / DC适配器203的存在的信号AC0K。控制和驱动逻辑块603耦合至 ASGATE、CMSRC, BGATE 和 VBAT 管脚以控制 AFET、SFET 和 BFET。
[0039]VSYS_MIN和VSYS_MAX被提供至比较器模块605，比较器模块605还耦合至VBAT管脚以接收电池电压VBAT。在一个实施方式中，比较器模块605提供第一信号VBAIXMIN，其指示VBAT是否小于VSYS_MIN。在一个实施方式中，例如，当VBAT低于VSYS_MIN时，VBAIXMIN被确定为高，反之被确定为低。此外，比较器模块605还提供第二信号VBAIXMAX，其指示VBAT是否低于VSYS_MAX。在一个实施方式中，例如，当VBAT低于VSYS_MAX时，VBAIXMAX被确定为高，反之被确定为低。VBAIXMIN和VBAIXMAX被提供至控制和驱动逻辑块603的各个输入。
[0040]应指出，使用在控制器IC中的VBAT和VSYS_MAX以及VSYS_MIN电压可具有分别与VBAT和VSYS的外部电压相同的幅度。可替换地，内部信号可被放大(或反之缩小)以均衡指示外部电压电平的电压电平。
[0041 ] 控制和驱动逻辑块603通过ACOK信号检测AC / DC适配器203的存在。当AC /DC适配器203存在时，控制和驱动逻辑块603可确定ASGATE打开AFET和SFET，从而对系统提供适配器功率。反之，控制和驱动逻辑块603可使ASGATE无效以关闭AFET和SFET，从而如前所述进行隔离。
[0042]当NVDC / STD信号指示标准模式时，如果AC / DC适配器203存在，则控制和驱动逻辑块603可关闭BFET以便AC / DC适配器203可将功率提供至VSYS。如果需要，则控制器205可操作Ql、Q2和LO以对电池217充电。如果电池217由BATOK信号指示为存在且如果由VBAIXMIN信号指示为充分充电，则如果系统期望的附加功率高于由AC / DC适配器203提供的功率，控制器205可在升压模式下操作Q1、Q2和LO以将电池217的电压升高至VSYS。而且，当AC / DC适配器203不处于标准模式时，且如果电池217由BATOK信号指示为存在且如果充分充电，则控制和驱动逻辑块603可打开BFET以使得电池217能通过VSYS对系统供电。
[0043]当NVDC / STD信号指示NVDC模式且AC / DC适配器203存在时，则BFET的操作取决于电池217的充电状态。如果在深度放电电池的情形下存在VBAT〈VSYS_MIN(例如，VBAIXMIN被确定为高)，则控制和驱动逻辑块603在其线性区操作BFET。在该线性区中，BFET被操作为充当非理想开关以提供VSYS_MIN和VBAT之间的差值。当这样做时，经过BFET的充电电流对电池217充电以升高其电压电平。当VSYS_MIN ( VBAT<VSYS_MAX以便VBAT位于最小和最大电压电平之间时(例如，VBAIXMIN被确定为低而VBAIXMAX被确定为高)，控制器205驱动BFET以操作在充当理想开关的打开或关闭模式，从而对电池217充电。在该情形下，当为对系统供电时和当对电池217充电时，VSYS可通常具有与电池217基本相同的电压。当VBAT达到或超过VSYS_MAX(例如，VBAIXMAX被确定为高)，则控制和驱动逻辑块603可因电池217被认为完全充满而关闭BFET以停止充电。
[0044]CSOP管脚耦合至放大器607的正(非反相)输入和另一个放大器609的负(反向)输入。CSON管脚产生电压VO并耦合至放大器607的负输入和放大器609的正输入。CSIP管脚耦合至另一个放大器611的正输入且CSIN管脚耦合至放大器611的负输入。CSIN内部产生表示适配器电压VADPIN的VADP。放大器607的输出产生指示电池217的充电电流的电压ICHG。放大器609的输出产生指示电池217的放电电流的电压IDIS。在一个实施方式中，除了极性相反之外，ICHG和IDIS通常具有基本相同的幅度，其中每一个的极性取决于电池217处于充电还是放电。放大器611的输出产生指示适配器电流的电压IADP，其在外部表示为IIN。ICHG, IDIS和IADP被提供至调制器613的各个输入。
[0045]BATOK管脚耦合至具有提供信号BATG0NE的输出的反相器621的输入。ABTOK和BATG0NE由此相互之间反相，其中BATOK指示电池217的存在而BATG0NE指示电池217不存在。VSYS_MAX被提供至具有控制输入接收BATOK的开关615的一个输入。VSYS_MIN被提供至具有控制输入接收BATG0NE的另一个开关617的一个输入。开关615和617的其它末端在产生参考电压VREF的节点处耦合在一起，参考电压VREF被提供至误差放大器619的负输入。VO电压被提供至误差放大器619的正输入,误差放大器619在其输出提供指不VSYS电压的相对误差的 VERR 电压。W、VADP, VERR、BATG0NE (和 / 或 ΒΑΤ0Κ)、VBAT 和 NVDC /STD信号被提供至调制器613的各个输入。调制器613具有产生提供至控制和驱动逻辑块623的输入的脉宽调制(PWM)信号的输出，控制和驱动逻辑块623进一步耦合至UGATE、PHASE和LGATE管脚，以基于PWM信号和其它控制信号(未示出)控制Ql和Q2。
[0046]通过该方式，当电池217存在时，开关615闭合(close)而开关617打开(open)以便调制器613将VSYS调整至由VSYS_MAX指示的最大电平作为VREF。当电池217不存在时，开关615打开而开关617闭合以便调制器613将VSYS调整至由VSYS_MIN指示的最小电平作为VREF。通过该方式，在电池217存在时，将VSYS调整在最大电平，而如果电池217被突然拆卸，则调制器613被切换成操作在降压模式以调整VSYS，且输出电压调整参考迅速切换至VSYS_MIN以将VSYS调整在最小电平，以防止适配器电流的过冲。
[0047]调制器613进一步耦合至控制和驱动逻辑块603以在特定操作条件下取消其正常操作功能。例如，在NVDC模式下，当需要附加功率高于AC / DC适配器203的最大功率电平且电池217存在并充分充电时，则BFET可被关闭以使电池217能提供附加功率。
[0048]适配器检测块625耦合至管脚ACIN和ACOK。适配器检测块625基于ACIN管脚的电压检测AC / DC适配器213的存在，且当存在的AC / DC适配器213具有足够的电压电平时，则适配器检测块625确定ACOK管脚上的ACOK信号。
[0049]功率监视块627接收VADP、IADP, VBAT, IDIS和ICHG信号并在指示由VSYS提供的总功率电平的PMON管脚上提供功率监视信号ΡΜ0Ν。当电池217充电时，PMOn=VADP.IADP-VBAT.ICHG，其是适配器功率与电池充电功率之差。当电池217放电时，PMOn=VADP.IADP+VBAT.IDIS，其是适配器功率与电池放电功率之和。电池充电的状态可基于IDIS和ICHG电压的任一个的极性来确定。
[0050]虽然通过参照其特定优选的形式非常具体地对本发明进行了描述，但其它形式和变形也是可能和可考虑的。本领域技术人员应理解其可容易地使用公开的构思和【具体实施方式】作为设计和修改其它结构的基础，以提供本发明相同的目的而不超出由权利要求限定的本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种能够配置成根据从多个电池充电器配置中所选择的一个电池充电器配置进行操作的控制器，所述控制器包括: 模式端子和控制端子； 耦合至所述模式端子的模式逻辑，所述模式逻辑被配置成通过所述模式端子检测指示NVDC电池充电模式和标准电池充电模式中的一种模式的模式值并且确定指示NVDC电池充电模式和标准电池充电模式中的一种模式的模式信号；以及 耦合至所述控制端子的控制逻辑，所述控制逻辑被配置成根据基于所述模式信号选择的所述NVDC电池充电模式和所述标准电池充电模式中的一种模式进行操作，并且操作被提供到所述控制端子的控制信号，所述控制信号用于指示所述NVDC电池充电模式和所述标准电池充电模式中所述选择的一种模式。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述模式逻辑被配置成检测耦合至所述模式端子的外部电阻器的值，所述外部电阻器的值用于指示所述NVDC电池充电模式和所述标准电池充电模式中的一种模式。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述模式逻辑被配置成检测所述模式端子的电压电平，所述模式端子的电压电平用于指示所述NVDC电池充电模式和所述标准电池充电模式中的一种模式。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述标准电池充电模式由所述模式信号指示，所述控制逻辑将所述控制信号确定为开和关状态中的一个，且其中当所述NVDC电池充电模式由所述模式信号指示时，所述控制逻辑将所述控制信号确定为所述开和关状态中的一个或反之以线性模式操作所述控制信号。
5.根据权利要求1所述的控制器，进一步包括: 适配器检测逻辑，用于确定指示外部功率适配器存在的适配器存在信号； 比较器逻辑，用于确定指示电池电压是否至少具有预定电压电平的电池电平信号；以及 其中，当指示所述NVDC电池充电模式时，所述控制逻辑被配置成: 当所述适配器存在信号指示所述外部功率适配器存在时且当所述电池电平信号指示电池电压低于所述预定电平时，确定所述控制信号处于线性模式； 当所述适配器存在信号指示所述外部功率适配器存在时且当所述电池电平信号指示电池电压至少具有所述预定电平时，确定所述控制信号处于开或关状态中选定的一个状态；并且 当所述适配器存在信号指示所述外部功率适配器不存在时且当所述电池电平信号指示电池电压至少具有所述预定电平时，确定所述控制信号处于所述开状态。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中，当指示所述标准电池充电模式时，所述控制逻辑被配置成: 当所述适配器存在信号指示所述外部功率适配器不存在时且当所述电池电平信号指示电池电压至少具有所述预定电平时，确定所述控制信号处于所述开状态；并且 当所述适配器存在信号指示所述外部功率适配器存在时，确定所述控制信号处于所述关状态。
7.根据权利要求1所述的控制器，进一步包括:误差放大器，用于确定指示外部系统电压相对于参考电压电平的相对误差的误差信号; 其中所述模式逻辑进一步确定下调整电压电平和上调整电压电平； 电池检测端子，用于提供指示外部电池存在的电池存在信号；以及开关电路，当所述电池存在信号指示所述外部电池存在时，将所述上调整电压电平选择为所述参考电压电平，而当所述电池存在信号指示所述外部电池不存在时，将所述下调整电压电平选择为所述参考电压电平。
8.根据权利要求1所述的控制器，进一步包括: 电池端子，用于提供电池电压； 适配器端子，用于提供适配器电压； 功率监视端子； 传感电路，用于提供适配器电流电平和电池电流电平；以及 功率监视逻辑，被配置成通过所述功率监视端子提供指示系统功率的功率监视信号，其中当所述电池电流电平指示电池放电时，所述功率监视信号包括所述适配器电压和所述适配器电流电平的乘积与所述电池电压和所述电池电流电平的乘积之和。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中，当所述电池电流电平指示电池充电时，所述功率监视逻辑进一步被配置成提供所述功率监视信号，所述功率监视信号包括所述适配器电压和所述适配器电流电平的乘积与所述电池电压和所述电池电流电平的乘积之差。
10.一种电子设备，包括: 电池充电系统，包括: 转换器和电池充电器电路，用于根据NVDC电池充电配置和标准电池充电配置中选择的一种进行配置，其中所述转换器和电池充电器电路包括至少一个开关控制输入以控制切换成调整输出节点上的系统电压并进一步包括电池控制输入； 模式选择电路，用于指示所述NVDC电池充电配置的NVDC电池充电模式和所述标准电池充电配置的标准电池充电模式；以及 控制器，所述控制器具有耦合至所述模式选择电路的模式端子并具有耦合至所述转换器和电池充电器电路的所述至少一个开关控制输入的至少一个开关控制输出，其中所述控制器被配置成通过电池控制端子将电池控制信号提供至所述电池控制输入，以根据所述NVDC电池充电模式和所述标准电池充电模式中选择的一种模式来操作所述转换器和电池充电器电路。
11.根据权利要求10所述的电子设备，进一步包括: 电池节点，用于耦合电池； 其中，所述转换器和电池充电器电路包括: 至少一个功率开关和电感器，被耦合至所述控制器的所述至少一个开关控制输出并被耦合至所述输出节点；和 电池开关，所述电池开关具有耦合在所述输出节点和所述电池节点之间的电流端子并具有耦合至所述控制器的所述电池控制端子的控制节点；并且 其中，所述模式选择电路被配置成指示所述NVDC电池充电配置的所述NVDC电池充电模式。
12.根据权利要求10所述的电子设备，进一步包括: 电池节点，用于耦合电池； 其中，所述转换器和电池充电器电路包括: 至少一个功率开关和电感器，被耦合至所述控制器的所述至少一个开关控制输出，被耦合至所述输出节点，并被耦合至所述电池节点；和 电池开关，所述电池开关具有耦合在所述输出节点和所述电池节点之间的电流端子并具有耦合至所述控制器的所述电池控制端子的控制节点；并且 其中，所述模式选择电路被配置成指示所述标准电池充电配置的所述标准电池充电模式。
13.根据权利要求10所述的电子设备，其中，所述模式选择电路包括电阻器，所述电阻器具有指示所述NVDC电池充电模式和所述标准电池充电模式中的一种模式的电阻。
14.根据权利要求10所述的电子设备，进一步包括: 电池传感器，用于提供指示电池是否存在的电池检测信号；并且其中，所述控制器包括用于接收所述电池检测信号的电池检测端子，且进一步被配置成当指示电池存在时，将所述系统电压调整在预定的最大电压电平，而当指示电池不存在时，将所述系统电压调整在预定的最小电压电平。
15.根据权利要求10所述的电子设备，进一步包括: 电池； AC / DC适配器； 其中，所述控制器包括用于感应所述电池的电池电流的至少一个输入、用于感应所述电池的电池电压的至少一个输入、用于感应所述AC / DC适配器的适配器电流的至少一个输入和用于感应所述AC / DC适配器的适配器电压的至少一个输入；并且 其中，所述控制器包括用于提供功率监视信号的功率监视端子，其中，当所述电池电流指示所述电池在放电时，所述功率监视信号指示所述适配器电压和所述适配器电流的乘积与所述电池电压和所述电池电流的乘积之和。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中，当所述电池电流指示所述电池在充电时，所述功率监视信号指示所述适配器电压和所述适配器电流的乘积与所述电池电压和所述电池电流的乘积之差。
17.根据权利要求10所述的电子设备，进一步包括:耦合至所述电池充电系统的处理器和存储器。
18.一种操作控制器的方法，所述控制器被配置成根据NVDC电池充电模式和标准电池充电模式中选择的一种模式进行操作，包括: 接收指示AC / DC适配器的存在的适配器指示； 接收电池电压； 接收指示NVDC电池充电模式和标准电池充电模式中的一种模式的模式值； 提供电池开关控制信号，所述电池开关控制信号根据基于模式值的NVDC电池充电模式或标准电池充电模式进行操作； 其中，当指示NVDC电池充电模式时，所述提供电池开关控制信号包括: 当AC / DC适配器存在且当电池电压低于预定最小电平时，以线性模式操作电池开关控制信号； 当AC / DC适配器存在且当电池电压至少具有预定最小电平时，以关状态和开状态中选择的一种状态操作电池开关控制信号；以及 当AC / DC适配器不存在且当电池电压至少具有预定最小电平时，以开状态操作电池开关控制信号；并且 其中，当指示标准电池充电模式时，所述提供电池开关控制信号包括:当AC / DC适配器存在时，则以关状态操作电池开关控制信号，而当AC / DC适配器存在且电池电压至少具有预定最小电平时，则以开状态操作电池开关控制信号。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括: 检测电池的存在； 当电池存在时，选择参考电压以将外部系统电压调整在预定的最大电平；以及 当电池不存在时，切换参考电压以将外部系统电压调整在预定的最小电平。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括: 确定AC / DC适配器的适配器电流和适配器电压； 确定电池电流； 当电池在放电时，提供用于指示适配器电流和适配器电压的乘积与电池电压和电池电流的乘积之和的功率监视信号；以及 当电池在充电时，提供用于指示适配器电流和适配器电压的乘积与电池电压和电池电流的乘积之差的功率监视信号。
【文档编号】H02J7/00GK103580216SQ201310407794
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】卫嘉, 马加德·卡菲 申请人:英特希尔美国公司