电池充电设备中的电流尖峰降低

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月15日提交的美国临时申请No.63/256,177的权益。美国临时申请No.63/256,177的全部内容通过引用被并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及集成电路设备，更具体地，涉及减少电池充电设备中到电池的电流尖峰。

背景技术

电池充电器可以被配置为尽可能快且安全地对电池充电。然而，过快地对电池充电可能导致过充电状况，该过充电状况可能损坏电池，降低其性能容量，缩短其寿命周期并且可能引起危险状况(例如着火)。为了防止损坏电池，一些电池充电器可以被配置为在涓流充电模式下操作。涓流充电模式可以在一段时间上相对缓慢地对电池充电，以防止损坏电池。

发明内容

在一个实施例中，总体上描述了一种用于调节电池充电器的系统干线电压的装置。该装置可以包括集成电路，该集成电路被配置为：检测需要激活电池充电器的涓流充电模式的条件。该集成电路可以还被配置为：响应于该检测，将参考电压设置为中间电压电平。参考电压可以控制电池充电器的系统干线电压，并且中间电压电平可以大于系统干线电压的最小值。该集成电路可以还被配置为：将参考电压从中间电压电平降低到最小系统干线电压，来以预定速率调节系统干线电压。

在另一个实施例中，总体上描述了一种用于调节电池充电器的系统干线电压的系统。该系统可以包括电力级和被连接到该电力级的电池充电模块。该电池充电模块可以包括控制器，该控制器被配置为控制电力级以输出系统干线电压。该控制器可以还被配置为：检测需要激活电池充电模块的涓流充电模式的条件。控制器可以还被配置为：响应于该检测，将参考电压设置为中间电压电平。参考电压可以控制电池充电模块的系统干线电压，并且中间电压电平可以大于系统干线电压的最小值。该控制器可以还被配置为：将参考电压从中间电压电平降低到最小系统干线电压，来以预定速率调节系统干线电压。

在另一个实施例中，总体上描述了一种用于调节电池充电器的系统干线电压的方法。该方法可以包括：检测需要激活电池充电器的涓流充电模式的条件。该方法可以还包括：响应于该检测，将参考电压设置为中间电压电平。参考电压可以控制电池充电器的系统干线电压，并且中间电压电平可以大于系统干线电压的最小值。该方法可以还包括：将参考电压从中间电压电平降低到最小系统干线电压，来以预定速率调节系统干线电压。

前述发明内容仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下具体实施例，其它方面、实施例和特征将变得明显。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。

附图说明

图1是一个实施例中的用于电池充电设备中的电流尖峰降低的示例系统的框图。

图2A是图示了一个实施例中的可以在电池充电设备中的电流尖峰降低的实现中执行的示例步骤控制的图。

图2B是图示了一个实施例中的可以在电池充电设备中的电流尖峰降低的实现中执行的另一示例步进控制的图。

图2C是图示了一个实施例中的可以在电池充电设备中的电流尖峰降低的实现中执行的示例转换速率(slew rate)控制的图。

图2D是图示了一个实施例中的可以在电池充电设备中的电流尖峰降低的实现中执行的另一示例转换速率控制的图。

图3是图示了一个实施例中的电池充电设备中的电流尖峰降低的实现的示例结果的图。

图4是根据本公开的实施例的可以在电池充电设备中实现电流尖峰降低的示例过程的流程图。

具体实施例

在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如特定结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本申请的各种实施例的理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本申请的各种实施例。在其它情况下，没有详细描述已知的结构或处理步骤，以避免使本申请不清楚。

电池充电器可以监测正在充电的电池的电池电压。在一方面中，如果电池电压低于用于对负载供电的预定义电压阈值(例如，最小系统干线电压)，则电池充电器能够以涓流充电模式操作来对电池缓慢充电，以便使电池电压高于预定义电压阈值。在电池电压达到预定义电压阈值之后，电池充电器能够以恒定电流(CC)模式对电池充电。当电池电压超过另一阈值(诸如接近充满阈值)时，电池充电器能够以恒定电压(CV)模式操作。

为了激活电池充电器中的涓流充电模式，施加到诸如场效应晶体管(FET)的开关元件的栅极端子的电压可以被调整(例如，降低)，以减慢流向电池的电流。该调整可能需要电池充电器的系统干线电压的相对显著的降低，并且该降低可能导致到电池的过大的电流尖峰，因此增加了损坏电池的风险。

图1是一个实施例中的用于电池充电设备中的电流尖峰降低的示例系统100的框图。系统100可以包括电力级104、电池106、控制器108和集成电路110。在一个实施例中，控制器108可以是微控制器。在一个实施例中，系统100可以在电池充电装置(诸如用于可拆卸电池的电池充电器或便携式电子设备，其可以被连接到适配器102以实现对电池106的充电)中实现。控制器108和集成电路110可以形成电池充电装置的电池充电模块。集成电路110可以是涓流充电电路块，该涓流充电电路块包括允许系统100在涓流充电模式下操作的电路组件。电力级104可以包括电力转换器，诸如降压转换器或其它类型的DC-DC转换器，该电力转换器可以由控制器108驱动以生成并输出系统干线电压(被标记为VBUS)。VBUS可以在节点122处被测量，并且可以是被输出到负载103的电压。系统100还可以包括电容器134，其中电容器134可以由系统干线电压VBUS充电。

系统100可以还包括电阻器124和开关元件，诸如场效应晶体管(FET)126。响应于FET 126被接通，电池106可以被连接到节点122，并且电流可以由负载103从电池106汲取。此外，响应于FET 126被接通并且系统100被连接到适配器102，控制器108可以激活充电模式以使电流通过电阻器124从节点122流到电池106来对电池106充电。充电模式的一些示例可以包括涓流充电模式、恒定电流(CC)模式、恒定电压(CV)模式等。

集成电路110可以包括放大器112、放大器116和放大器118。电阻器124的第一端子可以被连接到节点122和放大器112的反相输入端子。电阻器124的第二端子可以被连接到放大器112的非反相输入端子。

放大器112和放大器116可以形成涓流充电电流回路，该涓流充电电流回路监测在涓流充电模式期间流过电阻器124的电流。放大器112可以是被配置为通过测量跨电阻器124而形成的电压113来感测流过电阻器124的电流的放大器。由放大器112测量的电压113可以被输出到放大器116的反相输入端子。在一个实施例中，系统100可以包括一组存储元件109，其中存储元件109例如可以是诸如随机存取存储器(RAM)设备或一组寄存器堆的存储器设备。涓流充电参考电压114可以被存储在存储元件109中。控制器108可以被配置为从存储元件109检索涓流充电参考电压114，其中涓流充电参考电压114可以是能够生成针对系统100在涓流充电模式下操作所需的涓流充电电流的电压电平。控制器108可以向放大器116的非反相输入端子提供涓流充电参考电压114。在一个实施例中，数模转换器(DAC)可以被连接到放大器116的非反相输入端子，并且表示涓流充电参考电压114的数字信号可以存储在存储元件109中。控制器108可以检索数字值并将数字值输入到DAC中，并且DAC可以将数字值转换为涓流充电参考电压114。

放大器116可以将电压113与涓流充电参考电压114进行比较，并且输出比较结果作为差值电压119。控制器108可以从放大器116接收差值电压119。在涓流充电模式期间，差值电压119的电压电平可以指示从节点122流向电池106的涓流充电电流是否偏离涓流充电参考电压114。如果差值电压119指示偏差，则控制器108可以控制电力级104来调整VBUS，并且对VBUS的调整也可以调整从节点122流到电池106的电流量。

放大器118可以是VBUS调节回路，该VBUS调节回路监测VBUS并且基于该监测来调节VBUS。在一个实施例中，系统100可以还包括由电阻器130和电阻器132形成的分压器。分压器可以从节点136向放大器118的反相输入端子输出电压137。电压137可以表示VBUS的缩放版本，其中缩放因子可以基于电阻器130、132的电阻。例如，如果VBUS是12.28伏(V)，并且由电阻器130、132形成的分压器将VBUS除以6，则电压137将是2.046V。

控制器108可以被配置为：设置被输入到放大器118的非反相输入端子中的参考电压120的值。例如，控制器108可以从被存储在存储元件109中的不同数字值中检索数字值，并且将检索到的数字值输入到DAC，该DAC被连接到放大器118的非反相输入端子。控制器108还可以调谐参考电压120，而不是将参考电压120设置为新的值。在一个实施例中，控制器108可以基于由电阻器130、132形成的分压器按比例缩小参考电压120。例如，如果由电阻器130、132形成的分压器将VBUS除以6，则控制器108也可以将参考电压120除以6。在示例中，如果参考电压120是具有9.216V的电压电平的最小系统干线电压127或minVsys 127，则控制器108可以将9.216V除以6，并且将参考电压120设置或更新为1.536V。

在一个实施例中，放大器118可以是跨导放大器118，该跨导放大器118被配置为输出电流123，该电流123与其差分输入电压(诸如电压137和参考电压120)成比例。电流123可以是放大器118的跨导与在电压137和参考电压120之间的差值的乘积。控制器108可以从放大器118接收电流123，并且控制器108可以使用电流123来控制电力级104以调整VBUS。例如，控制器108可以使用电流123来确定电压137与参考电压120之间的差值，并且所确定的差值可以指示为了调节VBUS以匹配参考电压120而需要对VBUS的调整量。控制器108可以从放大器118接收电流123，并且控制器108还可以使用电流123来生成驱动信号125。控制器108可以使用驱动信号125来驱动或控制FET 126的栅极。驱动信号125的不同电压电平可以控制FET 126被接通、断开、在欧姆或线性区域中操作、在饱和区域中操作等。在一个实施例中，FET 126可以是N型FET，使得驱动信号125的电压电平的增加可以增加流过FET 126的电流量。

在一个实施例中，当系统100在除涓流充电模式之外的模式(例如，在恒定电流模式或恒定电压模式下)下对电池106充电时，控制器108可以控制电力级104来以默认电压电平输出VBUS。在一个实施例中，VBUS的默认电压电平可以是最大系统干线电压或maxVsys，并且参考电压120的默认电压电平可以是minVsys 127。被输入到放大器118的maxVsys和minVsys 127之间的差值可以允许驱动信号125保持足够接通FET 126以允许电流流过FET126的电压电平。

在一个实施例中，控制器108可以监测电池106在节点128处的电池电压VBAT。响应于VBAT小于电压阈值(诸如minVsys 127)，控制器108可以激活涓流充电模式来以较慢的速率对电池106充电。当与其它模式(例如，CC模式)相比时，涓流充电模式需要较少量的电流流入电池106，以便以较慢的速率对电池106充电。为了减慢流向电池106的电流，控制器108可以调整(例如，降低)驱动信号125的电压电平，以使得流过FET 126的电流更少。在一个方面中，将驱动信号125的电压电平降低到在线性区域中驱动FET 126的电平可以减慢在涓流充电模式下流到电池106的电流。为了调整驱动信号125，需要降低电压137与参考电压120之间的差值(例如，降低电流123)。为了降低电压137与参考电压120之间的差值，控制器108可以控制电力级104以降低VBUS。如果直接或快速地降低VBUS以匹配参考电压120(例如，使电流123为零或接近零)，则过大的电流尖峰可能流向电池106。例如，VBUS从默认或maxVsys(例如，12.28V)到minVsys 127(例如，9.216V)的直接改变可以引起VBUS中的相对快速的电压电平降。VBUS中的快速电压降也可以使电容器134快速放电，并且快速放电可能产生到电池106中的电流尖峰。流向电池106的过大电流尖峰可能损坏电池106并且降低电池106的电池寿命。

为了降低损坏电池106的风险并且为了延长电池106的电池寿命，控制器108可以调节VBUS的变化率或降低率。例如，响应于激活涓流充电模式的需要，控制器108可以将参考电压120设置为中间电压154(例如，代替minVsys 127)。在一个实施例中，中间电压154可以是在maxVsys和minVsys 127之间的电压。在一个实施例中，中间电压154可以是maxVsys。控制器108可以继续以递减的电压电平次序将参考电压120设置为maxVsys与minVsys之间的其它中间电压，直到参考电压120被设置为minVsys 127。在一个实施例中，中间电压154可以接近maxVsys，诸如在maxVsys的X％(例如3％，5％等)内。在另一实施例中，响应于激活涓流充电模式的需要，控制器108可以将参考电压120设置为maxVsys。VBUS从maxVsys或中间电压154到minVsys 127的逐渐调节可以逐渐降低电压137与参考电压120之间的差值，并且降低进入电池106的电流尖峰。

在一个或多个实施例中，在步进控制方法下，控制器108可以通过从存储元件109选择maxVsys与minVsys127之间的不同中间电压来以递减次序迭代地设置参考电压120，直到参考电压120为minVsys127。在maxVsys是12.28V并且minVsys是9.216V的示例中，控制器108可以首先选择11.98V(例如，中间电压154)，然后选择11.276V，然后10.25V，然后9.216V(例如，minVsys127)。控制器108的这种迭代选择可以以步进方式降低VBUS并降低进入电池106的电流尖峰。

在转换速率控制方法下，控制器108可以使用线性控制或电阻器-电容器(RC)电路控制来降低参考电压120。在maxVsys为12.28V并且minVsys为9.216V的示例中，控制器108可以将参考电压120设置为11.98V，接着在放大器118的非反相输入端子之前应用滤波器(诸如线性滤波器或RC滤波器)以将参考电压120从11.98V逐渐调谐到9.216V。在一个实施例中，预定义的转换速率156可以被存储在存储元件109中。预定义的转换速率156可以定义将参考电压120从中间电压154调谐到minVsys 127的允许持续时间。控制器108可以配置用于使用预定义转换速率156的转换速率方法的滤波器。例如，控制器108可以被配置为调整用于调谐参考电压120的滤波器的滤波器系数。

图2A和图2B是图示了一个实施例中的可以在电池充电设备中的电流尖峰降低的实现中执行的步进控制的示例的图。在图2A所示的单步控制200下，响应于激活涓流充电模式的需要，控制器108可以将参考电压120设置为中间电压154，然后通过将参考电压120改变为minVsys 127来执行一个降低步骤。在一个实施例中，在单步控制200下，控制器108可以选择大约在maxVsys和minVsys 127中间的中间电压，以降低走向电池106的电流尖峰。例如，代替首先将参考电压120设置为11.98V，控制器108可以首先将参考电压120设置为10.748V以将VBUS调节到10.748，然后通过将参考电压120设置为minVsys来执行一个降低步骤。

在图2B所示的多步控制210下，响应于激活涓流充电模式的需要，控制器108可以将参考电压120设置为中间电压154，然后通过将参考电压120迭代地改变为在maxVsys和minVsys 127之间的其它中间电压来执行多个降低步骤，直到参考电压120被设置为minVsys。例如，11.98V的第一选择211可以将参考电压120设置为11.98V。基于第一选择211，控制器108可以将VBUS调节到11.98V。第二选择212可以将参考电压120设置为11.276V。基于第二选择212，控制器108可以将VBUS从11.98V调节到11.276V。第三选择213可以将参考电压120设置为10.25V。基于第三种选择，控制器108可以将VBUS从11.276V调节到10.25V。第四选择214可以将参考电压120设置为9.216V。基于第四种选择，控制器108可以将VBUS从10.25V调节到9.216V。第四选择214是最后的选择，因为在执行第四选择时，VBUS被调节到9.216V并且参考电压120被设置为minVsys 127。

图2C和图2D是图示了一个实施例中的可以在电池充电设备中的电流尖峰降低的实现中执行的示例转换速率控制的图。在图2C所示的线性控制220下，响应于激活涓流充电模式的需要，控制器108可以将参考电压120设置为中间电压154，然后应用线性滤波器以将参考电压120以预定义的转换速率156降低到minVsys 127。在图2D所示的电阻器-电容器(RC)控制230下，响应于激活涓流充电模式的需要，控制器108可以将参考电压120设置为中间电压154，然后应用RC滤波器以将参考电压120以预定义的转换速率156降低到minVsys127。

图3是图示了一个实施例中的电池充电设备中的电流尖峰降低的实现的示例结果的图。在图3所示的示例中，波形302示出了控制器108将VBUS直接从maxVsys降低到minVsys的情形。从maxVsys到minVsys的直接降低可能导致具有到电池106的电流i1的电压尖峰，如波形312所示。另一波形304示出了控制器108以较慢的方式将VBUS从maxVsys逐渐降低到minVsys的情形。从maxVsys到minVsys的逐渐降低可能导致具有到电池106的电流i2的电压尖峰，如波形314所示。因此，通过减慢从maxVsys到minVsys的对VBUS的调节，可以减少去往电池106的电流尖峰的量。

图4是根据本公开的实施例的可以在电池充电设备中实现电流尖峰降低的示例过程400的流程图。过程400可以由电池充电器的控制器执行以调节电池充电器的系统干线电压。过程400可以在框402处开始。在框402，控制器可以检测到需要激活电池充电器的涓流充电模式的条件。

过程400可以从框402前进到框404。在框404，响应于该检测，控制器可以将参考电压设置为中间电压电平。参考电压可以控制电池充电器的系统干线电压，并且中间电压电平可以大于系统干线电压的最小值。

过程400可以从框404前进到框406。在框406，控制器可以将参考电压从中间电压电平降低到最小系统干线电压来以预定义速率调节系统干线电压。在一个实施例中，参考电压从中间电压电平到最小系统干线电压的降低可以引起流入正由电池充电器充电的电池中的电流尖峰的降低。

在一个实施例中，将参考电压从中间电压电平降低到最小系统干线电压可以包括：将参考电压从中间电压电平降低到另一中间电压电平；以及将参考电压从所述另一中间电压电平降低到最小系统干线电压。在一个实施例中，控制器可以应用线性滤波器以将参考电压从中间电压电平降低到最小系统干线电压。在一个实施例中，控制器可以应用电阻器-电容器(RC)滤波器以将参考电压从中间电压电平降低到最小系统干线电压。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整型、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整型、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或添加。

以下权利要求中的所有部件或步骤加功能元件(如果有的话)的对应结构、材料、动作和等效物旨在包括用于与如具体要求保护的其它要求保护的元件相结合地执行该功能的任何结构、材料或动作。本公开的所公开的实施例已出于说明和描述的目进行呈现，但并不旨在以所公开的形式穷举或限制到本公开。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员而言将是明显的。实施例被选择和描述以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例的公开。