本申请要求于2016年11月18日提交的题为“INTELLIGENT CONTACT CHARGING SCHEME(智能接触式充电方案)”的美国临时专利申请No.62/424,312的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文涉及充电系统。更具体地，本文涉及用于诸如移动电子设备的电子设备的接触式充电系统。
背景技术：
一种用于移动设备的典型充电系统可以包括交流-直流(AC-DC)壁式适配器(还可以称为旅行适配器、电源适配器、壁式适配器等)，其通过充电电缆向移动设备(例如智能手机或其他移动电子设备)的充电端口提供电力(例如充电电力)。
在一些方法中，来自AC-DC壁式适配器的电力可以包括(被传送为)低电压、高电流的充电电力，并且该移动设备可以包括旁路/直接充电电路，其被配置为使用来自AC-DC壁式适配器的具有低电压、高电流的电力直接对移动设备的电池充电。然而，在这样的方法中，因为高电流的缘故，大量的电力会消耗在充电电缆和/或充电端口。
在其他方法中，来自AC-DC壁式适配器的电力可以包括高电压、低电流的充电电力，并且移动设备可以包括被配置为将所提供的电力(例如高电压、低电流)转换为用于为移动设备的电池充电的具有较低的电压、较高的电流的电力的DC-DC降压充电电路。然而，在该方法中，大量的电力会消耗在移动设备中的DC-DC降压充电电路中，这会导致该移动设备(或其他移动设备)出现热应力。
技术实现要素：
在一个总的方面，接触式充电装置(例如，充电垫等等)可以包括通信电路，该通信电路被配置为对与接触式充电装置耦接的电源适配器进行检测并且与电源适配器执行协商过程，该协商过程用于确定由电源适配器提供给接触式充电装置的输入电压。该接触式充电装置还可以包括电力转换器电路和控制电路，电力转换器电路被配置成根据输入电压来提供用于对电子设备的电池进行充电的充电电力，以及控制电路被配置成确定用于对电池进行充电的电力转换器电路的充电电流限制和充电电压。确定充电电流限制和充电电压可以包括：将电力转换器电路的电流限制设置为初始充电电流限制并且将充电电压设置为初始充电电压；确定电力转换器电路是在电流限制模式下操作还是在电压限制模式下操作；以及迭代地修改电力转换器电路的电流限制，直到电力转换器电路在电流限制模式和电压限制模式之间变动为止。
附图说明
附图不一定按比例绘制，在附图中，不同附图中相似的部件可以引用相似的附图标号。附图通常以示例的形式而非限制的形式示出了本文中讨论的各种实施例。
图1是示出了接触式充电系统的示意图，该接触式充电系统包括移动设备、AC-DC壁式适配器，以及被配置为与移动设备上的表面接触式连接器配合的接触式充电器。
图2是诸如图1中的接触式充电系统的接触式充电系统的电气结构的框图/示意图。
图3是示出了可以在图1的充电系统中实施的接触式充电器和/或被实施为图2中的接触式充电器的接触式充电器的框图/示意图。
图4示出了诸如图1、图2和图3中所示的接触式充电器的控制电路的操作的状态图。
图5是示出了移动设备的控制电路例如与如图4中所示的接触式充电器的控制电路的操作相结合的操作的状态图。
具体实施方式
本文中描述的实施方案中，接触式充电器(充电垫，垫等)可以向移动设备提供充电电力，这降低了电池充电期间与例如充电端口、充电电缆，和/或DC-DC降压充电电路等有关的功耗损失并且减小了移动设备(或其他电子设备)所经受的热应力。
图1是示出了接触式充电系统100的示意图，该接触式充电系统100包括移动设备110、AD-DC壁式适配器(旅行适配器，适配器等)130和接触式充电器(充电垫(puck)，垫等)140，该接触式充电器140被配置为可操作地与移动设备110上的表面接触式连接器120配合以给移动设备(或其他电子设备)110的电池(电池组等)充电。该AC-DC壁式适配器130可以被配置为将AC电力(例如，住宅AC电力，120/240伏特(V)的AC电力等)转化为较低的DC电压，该电压通常在5V和20V之间。该接触式充电器140可以通过使用如图1中所示的长度可变的电缆150与AC-DC壁式适配器130耦接。该移动设备110可以包括单个电池或电池组(例如可充电锂离子电池或电池组)，所述单个电池或电池组被配置成通过表面接触式连接器120从接触式充电器140接收充电电力。
如本文中所使用的那样，充电器可以称为具有一个或多个充电电路和/或充电电子器件的充电装置(例如，接触式充电器或充电垫140)，所述一个或多个充电电路和/或充电电子器件被配置成将充电电力提供给可充电电子设备(例如给移动设备110的电池或电池组充电)，与现有技术相比，其降低了功耗损失和/或热应力。
在实施方案中，接触式充电器140可以包括诸如一个或多个控制电路之类的电路的通信电路，所述电路被配置为实现受限的电流输出(例如，在充电电流值的范围内)，以及所述通信电路被配置为提供接触式充电器和AC-DC壁式适配器130之间的通信。在一些如本文中所述的实施方案中，接触式充电器140的电路可以包括包含有(实现了)DC-DC降压转换器的充电电路，这使得移动设备110能够被实施为没有DC-DC降压转换器。该方法可以降低成本，降低在移动设备110中被占用的空间，以及，如前所述的那样，还可以减少移动设备110内的因为充电期间由于DC-DC电力转换而生成的热量所导致的热应力。
这样的实施方案还可以在移动设备设计方面提供更多的自由度和灵活性，例如允许移动设备110在不增大尺寸的情况下添加额外的功能特征(例如，通过使用电力转换电路以前所使用的空间)。在一些实施方案中，接触式充电器140的电路可以智能和自主地监测并配置接触式充电器140以根据输出电压限制和/或输出电流限制提供充电电力，所述输出电压限制和/或输出电流限制基于接触式充电器的电力输出，和/或基于AC-DC壁式适配器130和/或移动设备140的一个或多个操作特性。例如，接触式充电器可以被配置成使用本文中描述的方式(例如，根据图4所示的状态图400)迭代地搜索用于移动设备110的充电电流限制和充电电压限制，而无需与移动设备110通信。由接触式充电器140作出的关于电流限制和/或电压限制的确定可以基于例如接触式充电器140从AC-DC壁式适配器接收到的输入电力和/或接触式充电器140提供给移动设备110的输出电力来进行。
在图1的示例性实施方案中，接触式充电器140可以包括2端口接口，其包括两个电触点，这两个电触点被配置为(设置为)电气地和/或可操作地耦接至移动设备110的表面接触式连接器120的相应触点。接触式充电器140的触点和表面接触式连接器120的触点可以分别包括电压总线(VBUS)触点和电气接地触点。接触式充电器140的电气结构(在图2和图3中进一步详细示出)可以包括可以在低DC电压(例如3-4.5V等)下提供高电流(例如，6A，10A或更高)的DC-DC降压转换器电路，DC-DC降压转换器电路可以在电压限制模式和/或电流限制模式下(例如，在充电电压和/或充电电流的范围内)操作。在一些实施方案中，接触式充电系统100中的通信可以通过使用包含在接触式充电器140中的一个或多个电路实现，所述一个或多个电路被配置为智能地检测接触式充电器140的输出(例如，充电电压和/或充电电流)并且适应性地(例如，通过按照如图4中所示的状态图进行迭代地搜索)确定电流限制，而无需接触式充电器140和移动设备110之间进行通信。由于(至少部分地由于)接触式充电器140和移动设备110之间的数据通信信道可以省略的事实，该实施方案实施起来相比现有的移动设备充电系统更加有效并且更便宜。
在图1中的接触式充电系统中，在可能时，可以例如基于AC-DC壁式适配器130的操作限制在高电压(例如12-20V)下将电力从AC-DC壁式适配器130传输到接触式充电器140。因此，与在诸如4-5V的较低电压下传输电力相比，为了传输等量的电力，这样的高压充电电力可以在较低的电流下传输，而在诸如4-5V的较低电压下传输电力则需要更高的电流并且会因此损耗通过电缆150从AC-DC壁式适配器130传输到接触式充电器140的电力中的更多的电力。接触式充电器140和AC-DC壁式适配器130之间的通信(例如，为了改变AC-DC壁式适配器140将电力输送到接触式充电器140情况下的电压)可以通过使用一个或多个诸如通用串行总线功率传输(universal serial bus power delivery，USBPD)协议之类的工业标准协议来进行，其中这样的功率输送协议中的至少一些可以被使用，而无需在AC-DC壁式适配器130中配置微控制器，这进一步降低了成本。
在接触式充电系统100中，(例如，在移动设备110之外的)接触式充电器140可以执行从AC-DC壁式适配器130传输的高电压/低电流电力到用于给移动设备110的电池或电池组充电的低电压/高电流电力的电力转换，如之前描述的那样，这可以降低在电池充电期间移动设备110内部的热应力，并且还可以减小了电路板面积和由这种电力转换电子器件(例如，在包括诸如DC-DC降压转换电路的电力转换电路的移动设备中)占用的体积空间。接触式充电器140可以进一步地、自主地设置(例如迭代地搜索)用于给移动设备110的电池充电的输出电流限制和输出电压限制(例如，在相应的充电电流和充电电压范围内)，可以限制移动设备110中的旁路充电器电路在(例如电流和/或电压)调节模式(例如，电流和/或电压)下经历的时长，和/或可以限制在对移动设备110的电池进行充电期间移动设备110中的电力损耗。
与现有方法相比，使用接触式充电系统100(以及本文中描述的方法)对移动设备110的电池进行充电可以在移动设备110和接触式充电器140之间不进行(例如，与电池充电有关的)数据通信的情况下或者在移动设备110和AC-DC壁式适配器130之间不进行数据通信的情况下实现。在现有的方法中，这样的信息可以包括来自移动设备的、可能取决于移动设备的电池的状态的电压限制信息和电流限制信息。在接触式充电系统100中，因为接触式充电器140对充电电压和充电电流进行控制(例如，使用本文中描述的方法)，所以可以省略(消除等)从移动设备110到移动系统的其他元件的充电信息的传送。本文中描述的充电系统、相关的装置以及对应的方法可以用来实现一种接触式充电系统，如上文所述的那样，其能够以相比现有方法更快的时间给移动设备电池充电，并且降低功耗损失和热应力。
图2是示出了接触式充电系统200的电气结构的示意图，其可以被用来实现图1中的接触式充电系统100。如图2所示，接触式充电系统200包括移动设备110、壁式适配器130、充电垫(接触式充电器)140和充电电缆150。如图2所示，移动设备110可以包括旁路充电电路112和电池组116。
如图2所示，旁路充电电路112可以包括电压和电流(VI)感测及充电控制电路113、栅极驱动电路114和晶体管/二极管对115。旁路充电器112可以被配置成对用于移动设备110的电池组116的充电电压和/或充电电流进行调节。例如，旁路充电器112可以被配置为防止出现下述充电状况(电压和/或电流)，所述充电状况可能损坏移动设备110或者造成可能导致危险状况(例如起火)的过热。
如图2所示，移动设备的电池组116可以包括一个或多个电池单元117(例如，锂离子蓄电电池)和保护电路118。保护电路118可以被配置成防止不希望发生的操作状况，例如电池组118内的诸如内部过电压和/或内部过电流之类的状况。
在如图2所示的接触式充电系统200中，充电垫140可以包括一个或多个如之前所述的控制电路和/或电路。在图2中的实施例中，充电垫包括适配器协议通信和检测控制电路142(控制电路142)、N相脉宽调制(N-phase pulse-width-modulation，PWM)控制器和电流感测控制电路144(控制电路144)以及电力传送电路(电力转换器电路等)146，其中N是PWM控制器的相位数。
控制电路142可以与壁式适配器130通信(例如，使用合适的电力传输协议)，以便于对由壁式适配器130提供给充电垫140的电力的电压和/或电流水平进行设置。充电垫140和壁式适配器130之间的通信可以通过充电电缆150使用如本文所述的包括在充电电缆150中的一个或多个数据通信信号线来进行。所使用的具体电力传输协议和/或充电电缆150的结构可以取决于具体实施方案，例如壁式适配器130的电力传输能力、适合用于壁式适配器130和/或充电电缆150的电力传输协议等等。
电力传输电路146可以结合控制电路144来实现DC-DC降压转换器，以对由充电垫140通过充电电缆150从壁式适配器130接收的电力进行转换。如图2所示，充电垫140与移动设备110(例如，实现了2端口充电接口的移动设备)的表面接触式连接器120耦接以从充电垫140给移动设备110提供充电电力。在其他实施方案中，电力传输电路146可以通过使用DC-DC降压转换器、线性调节器等实现。
如图2所示，充电垫可以进一步包括输出感测电阻148和输入感测电阻149。输出感测电阻148和输入感测电阻149可以结合控制电路144使用以分别确定充电垫140的输入功率和输出功率。充电垫140基于所确定的输入功率和输出功率可以确定提供给移动设备110的电力的电流限制和/或电压限制和/或从壁式适配器130接收的电力。
图3是示出了充电垫(接触式充电器)300的框图/示意图，该充电垫可以被实施为图1中的充电系统中的充电垫(接触式充电器)140和/或被实施为图2中的接触式充电系统200中的充电垫140。充电垫300包括如图2中所示的充电垫140一样的元件，这些元件使用了与图2中的附图标记相同的附图标记进行标记。
如图3所示，充电垫300通过控制电路144的示例实施方式和充电电缆150的示例实施方式进行了说明。如图3所示，在充电垫300中，控制电路144包括PWM控制器344和电流限制搜索模块345。PWM控制器334与功率传输电路146和电流限制搜索模块345耦接。电流限制搜索模块345可以包括与感测电阻器148和感测传感器149耦接的一个或多个模拟数字转换器(ADC)。PWM控制器334可以结合功率传输电路146进行操作以基于由电流限制搜索模块提供的电流和/或电压限制信息实现DC-DC降压转换器。此外，电流限制搜索模块145还可以包括硬件，固件和/或软件，用于确定用于充电垫300的充电电流和/或充电电压限制(例如，通过表面接触式连接器120提供给移动设备110的充电电力)。
如图3所示，充电电缆150可以包括多个电压线和/或信号线350，其用于从诸如壁式适配器130之类的壁式适配器接收电力并且与诸如壁式适配器130之类的壁式适配器通信。如图3所示，电压线和/或信号线350可以包括诸如可以与USB PD协议结合使用的电压总线VBUS、地线、配置通道(configuration channel，CC)以及数据总线(D+和D－)。在其他实施方案中，充电电缆150可以包括其他适用于特定的壁式适配器和/或电力输送协议的电压线和/或信号线。
图4是示出了接触式充电器的控制电路的操作的状态图，例如，该控制电路能在例如图1、图2和图3中的接触式充电器中实施。根据状态图400，当在本文中描述的接触式充电系统中实施时，充电垫(接触式充电器)的一个或多个控制电路可以配置为按照状态图400操作充电垫。包括这样的控制电路(例如实施状态图400的)的充电垫可以自主地和迭代地搜索充电电流和/或充电电压限制(例如，在电流和电压范围内)以用于给移动设备的电池充电，而无需从移动设备接收与充电信息有关的数据。为了说明的目的，图4的状态图400被描述为实施在(图2的)接触式充电器140和(图3的)接触式充电器300中，上述接触式充电器140和接触式充电器300在下面的讨论中统称为接触式充电器或充电垫。对图2和图3中的特定元件的标记也同样应用在图4的以下描述中。
在实施状态图400的过程中，充电垫可以包括(使用，实施等)多个功能、功能要素(functional element)、变量和/或阈值，以有利于例如通过根据例如下面所讨论的相应的(各自的)转换条件来在状态图400的各种状态之间进行改变从而自主地且迭代地搜索用于对移动设备110的电池组116进行充电的充电电流和/或充电电压限制(例如，在相应的电流和电压范围内)。
在一些实施方案中，可以命名多个功能、功能要素、变量和阈值，其中，所述多个功能、功能要素、变量和阈值可以被命名为包括其功能和/或与状态图400的关系的描述。所使用的特定功能，功能元素，变量和阈值可以取决于具体的实施方案。简而言之，可以用于一些实施方式中来在充电垫中实现状态图400的功能，功能要素，变量和阈值可以包括：
(a)计时器，所述计时器被用于控制(确定，监测等)充电垫在如下所述的最大电流限制状态下运行的时长；
(b)电流限制步长，其中，电流限制步长定义了当充电垫自主且迭代地搜索用于对移动设备110的电池组116充电的充电电流限值和/或充电电压限制时，在每次迭代时电流限制的值(例如，充电垫的DC-DC降压转换器的电流限制的值)被改变(修改等)的大小；
(c)VBUS连接阈值和VBUS断开阈值；
(d)时间步长值，其用于定义在改变(迭代)电流限制值(例如当迭代搜索时增大和减小电流限制值)之前应该经历的时长，其在图4中分别被标记为上升时间(StepUpTime)和下降时间(StepDownTime)；
(e)所测量的VOUT变量，其用于存储(保持，表示等)充电器的输出充电电压的值，例如由控制电路345的ADC所持续测量的输出电压；
(f)电压阈值Vth，该电压阈值Vth被与所测量的电压(测量到的VOUT变量)相加以确定最大电压调节阈值，其中Vth可以取决于特定的实施方案；以及
(g)试验计数变量，其用于表示在例如自主地且迭代地搜索用于对移动设备110的电池组116进行充电的充电电流限制时增加和/或减少电流限制所进行的迭代次数(例如，索引，计数等)。
这些功能、功能要素、变量和阈值以举例的方式和说明的目的给出。在一些实施方案中，可以省略或替换一个或多个这些项。此外，在一些实施方案中，可以使用其他的功能、功能要素、变量和/或阈值来实现状态图以控制充电垫的操作。
在这个示例中，充电垫300的控制电路345可以配置为根据状态图400控制(管理、指导等)充电垫的操作。在图4所示的实施示例中，状态图400中的每个椭圆代表了充电垫的一个特定的状态或多个状态(例如，操作模式)。当由充电垫300(或充电垫140)中的电路345实施时，确定充电垫是否从当前状态(运行模式)转换到其他状态(运行模式)可以基于对于状态图400而言的下述多个状态之间的相应的转换条件来确定，这些多个状态与这些状态各自之间的转换箭头一起被记录。当确定是否从状态图400中的一个状态转换为状态图400中的另一个状态是基于多个转换条件时，这些多个转换条件通过在各个转换条件之间用“&&”来被列出以表示在从一个状态转换到另一个状态之前，这些条件中的每一个都应该被满足。状态图400中的一些转换是无条件的，因此没有显示转换条件。
在如图4所示的示例性实施方案中，状态图400以有限状态机(Finite-State Machine，FSM)的形式示出(例如，表示有限状态机)。当实施具有状态图400的FSM时，控制电路345可以被配置为实现如图4所示的多个有限状态。例如，状态图400的状态可以包括停滞状态(DEAD state)405、开启状态(POWERED state)410、就绪状态(READY state)415、最小电流限制状态(Min Current Limit state)420、最大电流限制状态(Max Current Limit state)425、限制电流输入状态(Current Limit Enter state)430、电流限制状态(Current Limit state)435、电压限制状(Voltage Limit state)态440、电压限制输入状态(Voltage Limit Enter state)445、上升等待状态(StepUpWait state)450，下降等待状态(StepDownWait state)455和重置上升(ResetStepUp)460。
状态图400还包括任意状态(除了停滞状态之外)的状态465，其具有VBUS有效(例如，高于VBUS连接阈值的VBUS)&&电话断开的转换条件用于转换到开启状态410。因此，如果充电垫处在停滞状态405之外的任意状态而同时移动设备110连接到充电垫，壁式适配器130提供有效VBUS电压，并且然后移动设备110被断开(从充电垫移除)，则根据状态图400充电垫会转换到开启状态410。
在一些实施方案中，在通过按照例如状态图400操作的接触式充电装置对移动设备进行充电的过程中，接触式充电装置可以使用如图4所示的状态的子集进行操作。例如，在对移动设备(或其他装置)的电池进行充电的过程中，作为一个示例，接触式充电装置(例如接触式充电装置140或接触式充电装置300)可以使用最小电流限制状态420、最大电流限制状态425、电流限制状态435和电压限制状态440(例如，包括诸如电流限制输入状态430之类的任何对应的转换状态)进行操作。
在状态图400中，停滞状态405、开启状态410、就绪状态415、最小电流限制状态420和最大电流限制状态425可以称为操作模式状态、功能模式状态等。在该示例中，这样的所谓的运行模式状态可以是充电垫的操作状态或相关联的接触式充电系统的操作状态，其中，充电电力(即使该电力为0)的传输是在稳定状态下、例如在恒定充电电压和恒定充电电流下提供的(试图被提供的)，所述稳定状态取决于当前的(最近确定的)、诸如根据状态图400通过自主地并迭代地搜索确定的充电电流和/或充电电压限制。状态图400中的其余状态(之前描述的操作模式状态之外的状态)可以称为转换状态。这些转换状态可以下述状态，所述状态被实施为(被用于，等)在从一个操作状态转移到另一个操作状态之前修改一个或多个运行参数，或者是用来修改充电参数(例如，迭代地修改充电电流限制)然后均返回到在充电参数被修改之前充电垫正在操作的功能状态的这一状态。
在状态图400中，包括电流限制模式下(In Current Limit mode，In_CL)的转换条件的转换条件指的是下述情况：充电垫正在操作以向移动设备110提供充电电力，其中，充电垫的DC-DC降压转换器的例如在输出感测电阻器148的两端所感测到的输出电流已达到电流限制。该电流限制(例如或者是当前的电流限制)可以基于下述项来确定：被编程到DC-DC转换器中的状态图400的实施，或者DC-DC转换器的例如通过充电垫的DC-DC转换器的操作能力所确定的固有(设计)电流限制，和/或由充电垫从壁式适配器130接收到的最大操作电力。
充电垫的在输出感测电阻器148的两端所感测到的输出电流被提供给控制电路345的ADC，其中ADC可以将感测到的电流转换成数字信号(例如数字值)。控制电路345然后可以利用该数字信号(值)来确定充电垫的DC-DC转换器是否运行在电流限制模式下(例如，在DC-DC转换器的编程或内部电流限制下)。
反过来，在状态图中，包含非电流限制模式(Not In Current Limit mode，Not_in_CL)的转换条件的转换条件指的是下述情况：充电垫正在操作以向移动设备110提供充电电力，其中，DC-DC转换器的在输出感测电阻器148的两端所感测到的输出电流没有达到电流限制，诸如上文所述关于In_CL转换条件的电流限制)。
在下面的讨论中，分别对状态图400的每个状态(包括与状态图400中其他状态的关系)进行了描述。对状态图400的每个状态的论述还包括相关联的转换条件(例如，用于从一个状态转换到另一个状态)的论述。
在状态图400中，停滞状态405是充电垫的这样的一个状态(操作状态)，在该状态下充电垫没有与壁式适配器130连接，或者没有接收到高于VBUS连接阈值的VBUS电压。因此，在停滞状态405下，充电垫在其VBUS输入处没有电压或电力，或者具有低于VBUS连接阈值的电压。在停滞状态405下，充电垫将充电电力输出保持在禁用状态(例如，0电压和0电流)下。在停滞状态405下，(例如，基于状态图400)移动设备110是否连接到充电垫是无关紧要的，因为电话连接转换条件并不是与从停滞状态405转移到状态图400中另一状态相关的转换条件。
状态图400的开启状态410是这样的一个特定状态(例如操作状态)，在该状态下，充电垫与壁式适配器139连接，这是由充电垫的VBUS输入端具有的被施加的电压可以检测为高于VBUS连接阈值来确定的。开启状态410还是充电垫的这样的一种状态，在该状态下，移动设备110没有与充电垫的充电电力输出连接。如图4所示，如果充电垫检测到来自壁式适配器130的有效输入(VBUS连接(VBUS Attached))电压，则从停滞状态405转换到开启状态410。同样的，如上文所述，当在充电垫中实施状态图400时，如果移动设备没有与充电垫连接(电话断开)，但是来自(连接至VBUS的)AC-DC壁式适配器的电力仍是有效的(高于VBUS连接阈值)，那么可以从任意状态(除了停滞状态之外)的状态465转换到开启状态410。同样的，在开启状态410中，控制电路142可以解析USB端口的方向(例如是否适用于USB C类型端口)，并且确定在壁式适配器130和充电垫之间建立了有效连接(例如，满足了VBUS连接转换条件)。
如图4所示，如果充电垫检测到移动设备110已经被连接(例如，电话连接转换条件已经满足)并且持续满足VBUS连接条件，则充电垫可以从开启状态410转换到就绪状态415。可以使用一些适当的技术确定移动设备110已经被连接到充电垫。例如，充电垫在其连接器上可以包括检测引脚，该检测引脚与连接器的(例如接地的)参考引脚隔开，其中当移动设备110的表面接触式连接器120被连接至充电垫时，检测管脚仅达到与参考管脚相同的电势。如状态图400中所示，在该示例中，就绪状态415只能从开启状态410到达。
在就绪状态410下，充电垫可以通过接口350使用用于特定实施方案的适当的电力传输协议来与壁式适配器130完成协商过程。作为此协商过程的一部分，充电垫可以指示壁式适配器130提高其输出电压和/或其输出电流。可能的电力传输协议的示例为USB功率传送(Power Delivery，PD)协议以及USB电池充电规格1.2(Charging Spec 1.2，BC1.2))协议。
此外，在状态图400中，作为就绪状态415中的协商的一部分，充电垫可以基于其与壁式适配器130的协商的结果来配置该充电垫的输入电流限制。例如在就绪状态415下，充电垫可以将充电电力输出电流限制(初始电流限制)配置为在充电垫的电流限制范围内的电流限制。也就是说，充电垫可以将其DC-DC转换器配置为具有初始电流限制，该初始电流限制是用于充电垫的电流范围内的最低(最小)值或者该限制是用于充电垫的最小电流限制。
在状态图400中，最小电流限制状态420是这样的一种状态(例如运行状态)，在该状态下，充电垫的DC-DC转换器使用充电垫子的最小电流限制将该DC-DC转换器的输出端的充电电力提供给移动终端110。在最小电流限制状态420下，充电垫还可以将充电垫的充电电力输出电压配置为充电垫的DC-DC转换器电路能够(设计为)提供的最大输出电压。因此，最小电流限制状态420也可以被称为运行在电压上限状态(upper voltage limit state)。在图4中，变量MAX_VL表示DC-DC转换器的输出的最大电压，并且可以基于特定的实施方案被编程或动态地改变。当充电垫的充电电力输出(例如，基于通过输出感测电阻器148的电压和电流)被确定为以电压受限而电流不受限的方式操作时(例如，当移动设备的充电条件是充电电压不下降，并且充电电流不增大到最小电流限制或超过最小电流限制时)，充电垫会持续操作在最小电流限制状态420下。在使用以上所述的功能、功能要素、变量和阈值的实施方案中，在最小电流限制状态420下，试验计数可以被设置为0，上升时间可以被设置为0.1s，下降时间可以被设置为0.1s，以及电压限制可以被设置为用于特定实施方案的MAX_VL。
状态图400的最大电流限制状态425是充电垫的遮掩给的一种状态(例如操作状态)，在该状态下，DC-DC转换器在其输出端处提供电力来给移动设备110充电，其中，充电电流是(或者高于)最大电流限制(Maximum Current Limit，Max_CL)阈值。例如，最大电流限制可以是下述项中的较低项：作为从壁式适配器130可获得的最大输出电力(这可以基于通过输入感测电阻器149所感测到的电流以及相关联的输入电压来确定)的结果的关于DC-DC转换器的上限(最大)电流值，或者充电垫的DC-DC转换器的固有的最大输出电流能力(其可以通过设计被固定)。因此，固有最大电流输出能力不需要被固定，并且可以基于与充电垫耦接的壁式适配器130的类型以及在就绪状态415期间充电垫和壁式适配器130之间的协商的结果来进行改变。如图4所示，只要充电垫的充电电力输出在Max_CL阈值或高于Max_CL阈值下操作并且用来控制(确定，监测等)充电垫运行在最大电流限制状态425下的时长的定时器(其可以实施在控制电路345中)不超时，实施了状态图400的充电垫会运行在最大电流限制状态425。
前面的讨论描述了状态图400的在上文中表示为操作模式(或操作状态)的状态(状态405、状态410、状态415、状态420和状态425)，如上文所描述的那样，状态图400的剩余状态是转换状态，在所述转换状态下，实施了状态图400的充电垫连续地且实时地更新DC-DC转换器的电流限制以自主地并且迭代地搜索合适的用于移动设备110的充电电流限制，以例如使得相对于使用固定充电电流限制或者电压限制充电而言能够更快速和高效地为移动设备110的电池组116充电。
在上升等待状态(StepUpWait state)450下，电压限制阈值或变量是实时修改的。该阈值可以是充电垫的DC-DC转换器电路试图将输出充电电力所调节成的输出电压。可以通过充电垫的输出端处的控制电路345来感测充电垫的输出电压(例如在输出感测电阻器148之间的输出电压，然后可以将高输出电压提供给ADC并用于确定充电垫是否在电流限制下操作)。
在上升等待状态450下，由DC-DC转换器在其不处于电流限制下将进行调节的输出电压限制可以被配置为所测量到的输出电压(测量到的VOUT)加上阈值(如上文所述的Vth)。Vth可以是预定的峰值储备(head-room)阈值，并且可以基于接触式充电系统和/或充电垫的具体实施方案。该Vth值可以被控制电路345(例如，电流限制搜索电路)通过使用电路345的ADC来确定充电垫没有在电流限制模式下操作并且因此在电压限制模式下操作。
如图4所示，当充电垫检测到其充电电力输出操作在电流限制模式下(例如，以充电垫的DC-DC转换器的当前电流限制或者高于充电垫的DC-DC转换器的当前电流限制下传送充电电力)时，要么从最小电流限制状态420进入转换电流限制输入状态430，要么从另一转换状态即电压限制状态440进入转换电流限制输入状态430。这可以通过由控制电路345的ADC确定输出感测电阻器148两端所感测的电流是否已经达到了充电垫的最近所确定的电流限制来进行确定。在电流限制输入状态430处，试验计数变量可以递增，例如以指示接触式充电装置的电流限制的迭代的发生。
如图4所示，可以无条件(没有任何转换条件)地从转换电流限制输入状态430达到转换上升等待状态450。在上升等待状态450处，控制电路345会使得充电垫“等待”一段时间，这段时间由上升时间变量确定。用于检测充电垫在电压限制模式下操作并因此不在电流限制模式下操作的电压限制也可以在上升等待状态450下被配置。
在实施方案中，根据状态图400，当上升时间到期时，充电过程可以上升等待状态450转换为电流限制状态435，其中，充电垫的DC-DC转换器的当前电流限制值可以通过电流限制步长进行迭代(递增)。尽管图4示出了电流限制值通过单个步长增量进行递增，但是步长可以基于具体的实施方案来确定或改变。
从电流限制状态435开始，可以存在三种可能的转换。如果充电垫的充电电力输出保持在电流限制内，则可能发生这些转换中的两种转换。如果该充电电力输出保持在电流限制内但是没有达到与Max_CL阈值相等或者高于Max_CL阈值的值，则充电垫可以转换回到上升等待状态450并且电流限制迭代过程会继续进行。如果充电垫的充电电力输出保持在电流限制内并且该电流限制已经达到了Max_CL阈值，则充电垫的操作可以转换到如上文所描述的最大电流限制状态425。
从电流限制状态435开始，充电垫在充电垫的充电电力输出不再在电流限制内的情况下可以转换到转换电压限制输入状态445，充电垫的充电电力输出不再在电流限制内的这种情况可以例如在下述情况下发生：如果移动设备110中的旁路充电器112达到了调节阈值并且因此进入调节模式(例如电流调节回路或电压调节回路)。
在电压限制输入状态445下，试验计数变量可以用来确定用于当前电流限制值的后续迭代的上升时间定时器值(例如，增大上升定时器值)。一旦接触式充电系统达到了稳定状态下移动设备110的充电电力的电流限制不能进一步增大的点，就可以执行该过程以使得能够在电流限制与电压限制之间进行相对较慢的节奏变动。
从电压限制输入状态445开始可以(无条件地)进入转换下降等待状态455，以在减小(递减)当前电流限制值(这发生在状态图400中的转换电压限制状态440中)之前等待一段时间(例如，下降时间)。在一些实施方案中(例如通过使用如上所述的功能、功能要素、变量和阈值实现的实施方案)，在电压限制输入状态445下，如果试验计数等于10，则那么上升时间值可以设置为0.5s(例如，用于减缓接触式充电装置的变动节奏)并且可以使试验计数递减(例如，减1)。否则，上升时间值可以保持不变(例如，0.1s)。
在电压限制状态440中，如果充电垫的输出保持在电压限制模式(因此，不处于电流限制模式下)下，则可以使用转换的重置上升状态(ResetStepUp state)460和下降等待状态(StepDownWait state)455来继续减少充电垫的DC-DC转换器的电流限制。该过程的目的是使得充电垫的充电电力输出能够尽可能的快地在电流限制模式下实现操作(因为这是系统的目标)，并且可以提高移动设备110的电池组116的充电效率。在该示例中，在重置上升状态460下，接触式充电装置还可以将试验计数变量重置为0并且重置上升时间(例如，重置为0.1s)，以使电流限制的未来增大可以更快的发生。如果在重置上升状态460下时充电垫的电流限制达到了最小电流限制，那么可以进行将充电垫转换成在最小电流限制状态420(如上文所描述的)下操作。
在一些实施方案中，例如那些在根据状态图400操作的接触式充电装置中实施了控制电路的实施方案，迭代地搜索(迭代地修改等)用于对移动设备的电池充电的充电电流限制和充电电压可以使用如上文所讨论的操作和状态来实现。例如，迭代地搜索用于向移动设备的电池充电的充电电流限制和充电电压可以包括控制电路建立初始充电电压和初始充电电流限制。然后，控制电路可以确定接触式充电装置是在电流限制下运行还是在电压限制下运行。基于该确定，该控制电路可以在等待一段时间(例如上升时间或下降时间)后对充电电流限制进行迭代(例如，增量或减量)。该控制电路还可以保持对迭代的跟踪(例如使用试验计数变量)。当用于给电池充电的合适的(例如，高效的、快速充电的)电流限制达到时，接触式充电装置可以被配置成使用较长的上升时间值和较长的下降时间值来在电流限制下操作与在电压限制下操作之间变动(在电流限制下操作与在电压限制下操作之间切换)以在从电流限制切换到电压限制时(在从电流限制变动到电压限制时)迭代、增大或者减小(通过单个电流限制步长)充电电流限制。
图5是示出了移动设备(例如移动设备110)的控制电路的诸如与如图4中的状态图400所示的、接触式充电器的控制电路的操作相结合的操作的状态图500。状态图500通过举例的方式并且处于说明性的目的被给出，并通过进一步参考其他附图来进行描述。对于特定的实施方案，状态图500可以是移动设备行为、状态以及操作的简化模型。例如，应该主要从电池充电的角度来查看状态图500。例如，移动设备旁路充电器112可以例如在预充电开启状态510下启用其自身。在其他示例中，可能需要开关充电器，其在此示例中未示出。
如同图4的状态图400一样，当状态图500由移动设备的控制电路实现时，移动设备110可以使用多个变量。这些变量可以包括，例如：
(a)VSYSMIN，其可以是允许系统通电的最小系统电压(例如，低于该最小系统电压的情况下，PMIC或移动设备可以决定关闭移动设备)；
(b)VBATMIN，其可以是最小电池电压阈值，该最小电池电压阈值确定了从预充电电流切换成快充电流的阈值；以及
(c)V包_最大，其可以是最大输出电压，该最大输出电压可以在移动设备的VSYS节点上看到；
(d)V单元_预充电电流，其可以是当处于预充电模式(例如，预充电接通状态510)下移动设备系统所允许的最大充电电流；
(e)V单元_最大_充电电流，其可以是当处于正常操作模式(例如，不是预充电)下移动设备系统所允许的最大充电电流；
(f)最大输入电流，其可以是允许移动设备中的充电电路从其输入(例如，从充电垫)汲取的最大输入电流；
(g)V单元_浮动，其可以是移动设备中的电池在充电期间可以允许达到的最大电池/单元电压。
在其中移动设备110实现了状态图500的一些实施方案中，停滞状态520可能不是真正的操作状态，但是可以表示移动设备110的这样的一个状态，在该状态下，电池组116的电压低于使得移动设备110能够进行操作的所需的最小阈值。出于对图5进行讨论的目的，假设整个移动电话系统在该状态下是停滞的(即使在有电池被连接至(插入到、耦接等)移动电话系统的情况下，整个移动电话系统也是停滞的)，并且整个移动电话系统具有一定的充电水平。在一个示例中，电源管理集成电路(power-management integrated circuit，PMIC)或分立电源管理系统可以通过非常弱的电池(例如，下降至2.6V等)来保持通电，然而无法允许整个移动设备110(例如，处理器、屏幕、无线电单元等)通电。
根据状态图500和/或状态图400，接触式充电系统的示例操作序列可以包括以下内容。例如，当壁式适配器130被连接到电源时，除非发现被连接的充电垫，否则该壁式适配器不会向下游提供任何输出电力。这个确定过程可以通过使用合适的电力传输协议来进行。当充电垫被连接到壁式适配器130并且该充电垫最初从壁式适配器130得到例如5V的电力时，充电垫此时不会采取任何进一步的行动(例如，会保持在开启状态410)。也就是说，充电垫不会向其充电电力连接器之外提供电力，直到该充电垫发现被连接的移动设备(移动设备110)。如果壁式适配器130可兼容，充电垫能够自行供电并且尝试协商高达12V-20V的输入电力。这可以通过使用USB PD协议或任何其他合适的通信接口完成。
一旦充电垫与壁式适配器130协商了所述充电垫的输入电压，所述充电垫可以通过进入状态图400中的就绪状态415和最小电流限制状态420来在初始电流限制下提供初始充电电压(例如5V和500mA)并且可以使用默认电流限制(例如，500mA)对其自身进行编程。
移动设备110中的旁路充电器112可以检测有效输入电压(以及有效输入电流)的存在性，并且要么自动尝试开始充电，要么通知移动设备110中的可以启动充电的主机控制器。如果启动充电是自动的并且电池没电，则旁路充电器112可以自动地将其电池电流(IBATREG)限制设置在某个低水平，比如100mA(该水平在预充电开启状态510中被称为V单元_预充电电流)。当电池电压升高到高于最小阈值时，旁路充电器112还可以自动地增大所述水平(例如500mA)。旁路充电器112可以利用下述项来进行编程：输入电流调节(IBUSREG)、电池电流调节(IBATREG)、电池电压调节(VBATREG)、输出电压调节(VOREG)阈值以及预充电模式(例如，预充电开启状态510)。
在预充电开启状态510下，VBATREG可以被编程为VBATMIN，从而使得一旦电池电压达到可以执行快速充电(高电流)情况下的电池电压，就可以触发电池电压调节回路。IBATREG阈值可以用V单元_预充电电流进行编程，V单元_预充电电流表示在预充电模式下电池可以充电最大电流。
当在预充电开启状态510下，可以达到VBATREG阈值，这可以导致转化到旁路开启状态(530)，在该状态下，VBATREG阈值和IBATREG阈值可以被重新配置(例如，通过旁路充电器112自动地重新配置，或者通过系统处理器/控制器重新配置)为适于高电流快速充电的更高的值。
如果在预充电开启状态510下输入电压变为无效，则由于电池电压会保持低于VSYSMIN阈值，这回导致转换回到停滞状态(520)。
如果在旁路开启状态530下输入电压变为无效，则会转换到系统空闲状态(540)，系统空闲状态表示不存在被连接的输入电力源，但是电池电压仍然高于VSYSMIN阈值，这使系统能够保持运行。
如果在系统空闲状态540下电池电压放电(例如，作为移动设备110的正常操作的一部分)到低于VSYSMIN，则会转换到停滞状态(520)。可替代地，如果在系统空闲状态540下输入电压再次变为有效，则会直接转换到旁路开启状态530，因为电池电压已经高于用于以高电流对电池组116进行充电的VBATMIN阈值。
当旁路充电器112被启用时，该旁路充电器可以试图完全闭合其开关，这可能导致源自充电垫所输出的充电电力的电力。然后，在一些实施方案中，旁路充电器112可以进入电流调节回路(由于通过旁路充电器112的电流超过IBATREG)或者电压调节回路(由于电池电压超过VBATREG)。在这种情况下，可能发生两种情况中的一种。首先，如果电流调节回路或电压调节回路由旁路充电器触发，旁路充电器将会相应地调成其开关电阻。这会导致无法达到充电垫的充电电力输出的电流限制，并且被检测为不在电流限制内，诸如上文关于图4所讨论的那样。由于充电垫检测到其输出电流限制没有达到，因此充电垫可以使用电流限制步长(例如100mA)迭代地降低其电流限制，并且重置上升时间，从而试图保持操作在电流限制下。可替代地，旁路开关112可以被完全闭合(并且调节回路不被触发)。这会导致达到充电垫输出的电流限制。当这种情况发生时，充电垫的转换器可以通过电流限制步长(例如，100mA)迭代地将其电流限制升高。
在一些实施方案中，充电垫的操作会在升高其电流限制值和降低其电流限制之间变动，其目标是使得充电垫向外充电以保持电流限制，从而使得旁路充电器112的开关不需要进行调节。然而，如果因为旁路开关从未达到调节规定而使充电垫输出电流限制不断增大，则充电垫可能达到最大电流限制Max_CL(例如8A)，超过该最大电流限制的情况下即使充电垫可能正在运行在电流限制下但是充点垫也不会使其电流限制提高。这可以充当充电系统的安全限制，并且可以通过编程的寄存器或默认值(充电垫的输入电压(TA的输出)为最小电压(VTALIM))进行限制，或者由壁式适配器130传送到充电垫的最大电流限制Max_CL进行限制。
在一个总的方面，接触式充电装置可以包括通信电路，该通信电路被配置成对与接触式充电装置耦接的电源适配器进行检测并且与电源适配器执行协商过程。该协商过程可以确定由电源适配器提供给接触式充电装置的输入电压。接触式充电装置还可以包括电力转换器电路，该电力转换器电路被配置成根据输入电压来提供用于对移动设备的电池充电的充电电力。该接触式充电装置还可以包括控制电路，该控制电路被配置成确定用于给电池充电的电力转换电路的充电电流限制和充电电压。确定所述充电电流限制和所述充电电压可以包括：将电力转换器电路的电流限制设置为初始充电电流限制并且将充电电压设置为初始充电电压；确定电力转换器电路是否在电流限制模式或电压限制模式下操作；以及迭代地修改电力转换器电路的电流限制，直到电力转换器电路在电流限制模式和电压限制模式之间变动为止。
实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。例如，电力转换器电路可以是直流-直流(DC-DC)降压转换器。
确定电力转换器电路是否在电流限制模式或电压限制模式操作可以包括至少下述项之一：确定电力转换器电路的输出电流并且将该输出电流与电流限制进行比较，或者确定电力转换器电路的输出电压并且将该输出电压与充电电压进行比较。接触式充电装置可以包括模数转换器，该模数转换器被配置成基于电力转换器电路的输出电压和输出感测电阻器的值来确定电力转换器电路的输出电流。
迭代地修改电力转换器电路的电流限制直到电力转换器电路在电流限制模式和电压限制模式之间变动为止可以包括：当电力转换器电路在电流限制模式下操作时，迭代地增大电流限制直到电力转换器电路从在电流限制模式下操作转变为在电压限制模式下操作为止；以及当电力转换器电路在电压限制模式下操作时，迭代地降低电流限制直到电力转换器电路从在电压限制模式下操作转变为在电流限制模式下操作为止。迭代地增大电流限制可以包括迭代地增大电流限制直到电流限制等于充电电流限制上限为止。控制电路可以被配置成限制接触式充电装置在充电电流限制上限下运行的时长。
迭代地修改电力转换器电路的电流限制可以包括在电力转换器电路的电流限制的各次修改之间等待一段时间。
在另一个总的方面，一种用于对移动设备的电池进行充电的方法可以包括：接触式充电装置对与接触式充电装置耦接的电源适配器进行检测，接触式充电装置与电源适配器执行协商过程，该协商过程用于确定由电源适配器提供给接触式充电装置的输入电压；接触式充电装置的电力转换器电路根据输入电压来提供用于对电子设备的电池进行充电的充电电力；以及接触式充电装置确定用于给电池充电的电力转换器电路的充电电流限制和充电电压。确定充电电流限制和充电电压可以包括：将电力转换器电路的电流限制设置为初始充电电流限制并且将充电电压设置为初始充电电压；确定电力转换器电路是在电流限制模式下操作还是在电压限制模式下操作；迭代地修改电力转换器电路的电流限制，直到电力转换器电路在电流限制模式和电压限制模式之间变动为止。
实施方案可以包括以下特征中的一个或多个。例如，确定电力转换器电路时在电流限制模式下操作还是在电压限制模式下操作可以包括至少以下项之一：确定电力转换器电路的输出电流并且将该输出电流与电流限制进行比较，或者确定电力转换器电路的输出电压并且将该输出电压与充电电压进行比较。
迭代地修改电力转换器电路的电流限制直到电力转换器电路在电流限制模式和电压限制模式之间变动为止可以包括：当电力转换器电路运行在电流限制模式下时，迭代的增大电流限制直到电力转换器电路从在电流限制模式下操作转变为在电压限制模式下操作为止；以及当电力转换器电路在电压限制模式下操作时，迭代地降低电流限制直到电力转换器电路从在电压限制模式下操作转变为在电流限制模式下操作。迭代地增大电流限制包括迭代地增大电流限制直到电流限制等于充电电流限制上限为止。该方法可以包括限制接触式充电装置在充电电流限制上限下操作的时长。该方法可以包括：在经过所述接触式充电装置在充电电流限制上限下操作的时长之后，将电力转换器电路的电流限制重置为初始充电电流限制并且将充电电压重置为初始充电电压。
迭代地修改电力转换器电路的电流限制可以包括在电力转换器电路的电流限制的每次修改之间等待一段时间。
在另一个总的方面，一种接触式充电装置可以包括电力转换器电路和控制电路，电力转换器电路被配置成根据输入电压提供用于对电子设备的电池充电的充电电力，以及控制电路被配置成确定电力转换器电路的用于对电池充电的充电电流限制和充电电压。控制电路可以实现有限状态机的多个状态。这些状态可以包括第一电流限制状态、第二电流限制状态、第三电流限制状态以及电压限制状态，其中，第一电流限制状态包括将电力转换器电路的电流限制设置为初始充电电流限制并且将充电电压设置为初始充电电压；第二电流限制状态包括响应于接触式充电装置在电流限制模式下操作增大充电电流限制；第三电流限制状态包括接触式充电装置在接触式充电装置的电流限制上限下操作；电压限制状态包括响应于接触式充电装置在电压限制模式下操作，减小充电电流限制。
接触式充电装置可以被配置成响应于接触式充电装置在电流限制模式下操作，从第一电流限制状态转换为第二电流限制状态。
当接触式充电装置在第二电流限制状态下操作时，接触式充电装置可以被配置成响应于接触式充电装置持续在电流限制模式下操作，周期性地增大电流限制。接触式充电装置可以被配置成响应于接触式充电装置在电流限制模式下操作并且该电流限制等于接触式充电装置的电流限制上限，从第二电流限制状态转换为第三电流限制状态。
接触式充电装置可以被配置成响应于接触式充电装置在电压限制模式下操作，从第二电流限制状态转换为电压限制状态。
在上面的附图中示出了各种实施例。来自这些实施例中的一个或多个实施例的一个或多个特征可以被组合以形成其他实施例。
本文所描述的方法示例可以至少部分地被机器或计算机实现。一些示例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以将电子设备或系统配置为执行如以上示例中所述的方法。这样的方法的实现可以包括诸如微码、汇编语言代码、更高级的语言代码之类的代码。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令代码。所述代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，代码可以在执行期间或在其他时间有形地存储在一个或多个易失性或非易失性计算机可读介质上。
以上详细描述旨在是说明性的而不是限制性的。因此，本公开的范围应该参考所附权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。