便攜電子設備、電路和控制電源的方法技術

一種便攜電子設備，包括：開關，配置用于控制向可充電電池的功率供應；控制器，配置用于從外部源接收USB功率，并且將功率提供給所述便攜電子設備；以及傳感電路，配置用于確定提供給所述便攜電子設備的功率，所述控制器對所述傳感電路做出響應，并且配置用于控制所述開關限制從所述外部源的電池充電，使得提供足夠的功率用于便攜電子設備的操作。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術一般地涉及電池充電器，更具體地，涉及一種用于從多種電源對便攜式設備中的電池進行充電的方法和裝置，這些電源包括有限容量的源，例如計算機數據總線的集成功率節點。一種這樣的計算機數據總線是USB(通用串行總線)端口。
技術介紹
隨著當今的計算和信息革命，諸如蜂窩電話、個人數字助理(PDA)、數字尋呼機以及無線電子郵件設備之類的便攜式電子設備越來越普遍。這些便攜式設備通常是由內部電池供電，這些內部電池必須使用電池充電器來定期地由外部電源再充電。電池充電器通常從標準AC電源插座接收功率，并且將AC功率轉換為低DC電壓，用于對電池再充電。 這些便攜式設備的電池充電器通常還應用“電池充電控制器”來管理電池的充電。這些電池充電控制器提供例如如下的功能·調節去往可再充電電池的電壓和電流水平；·向便攜式設備的主處理器提供狀態信號，或者操作一個或多個狀態LED (發光二極管)；·提供諸如過流、欠壓、極性相反和過熱保護之類的保護電路；·當充電源被移走時，切斷其自身，以最小化電池消耗。例如，鋰離子電池組必須根據相對嚴格的算法來充電，從而它們可以被完全充電，可以被多次充電以及再充電，并且可以被安全操作。這種充電算法通常如下進行I.在第一階段，處理任何嚴重的欠壓或深度放電條件。在這一預充電階段期間，使電池電壓緩緩地從非常低或無電狀態上升，通常是以正常充電電流的1/10的速率；2.接著，以恒定的電流水平對電池充電，直至電池兩端電壓達到其設置電平(例如，4. 2VDC)。此時，電池將只有全部容量的40%至70% ;然后3.以恒定的電壓電平(例如，4. 2VDC)對電池繼續充電，直至其被完全充滿。在這種模式中，由電池抽取的電流將隨時間下降。當充電電流下降到初始充電率的10%或者由電池制造商確定的某些其他限制時，停止充電。必須在此時停止充電，因為連續補充充電不適用于鋰電池；過充電將會損壞電池，這可能使鋰金屬溢出表面，并且變得有害。因此，鋰電池幾乎總是與針對它們的特定充電參數而設計的電池充電控制器一起使用。不幸的是，大多數電池充電控制器被設計為從具有穩定電壓的高容量電源抽取電流，電源電壓在其電流需求下不會略微下降。諸如USB(通用串行總線)總線之類的一些計算機數據總線可以被用來向外部設備提供功率，但是盡管這種電源非常方便，然而它們具有有限容量。大多數當今可用的個人計算機(PC)和膝上型計算機具有一個或多個USB端口作為標準部件。USB端口被設計為支持12兆位以及I. 5兆位每秒速度的數據通信，支持PnP (即插即用)安裝軟件，并且支持熱插拔(即，可以在PC正在運行時連接及斷開設備)。這樣，USB端口被經常用作接口，以將鍵盤、鼠標、游戲控制器、打印機和掃描儀連接到PC。另外，USB端口可操作來向連接的外部設備提供有限的功率。標準USB規范要求“高功率”USB端口可操作來提供4. 75 5. 25VDC的供電電壓以及至少500mA (通常被稱作“5個單位”)的供電電流。“低功率”USB端口的規范要求4. 40 5. 25VDC的供電電壓以及IOOmA(稱為“I個單位”)的電流。由于多種原因，USB端口看起來是便攜式設備電源的非常合理的選擇。為此，USB端口提供低DC供電電壓，該電壓常常非常接近或剛好超過電池被充電的電壓(許多便攜式設備的電池電壓范圍是2. 5 4. 5VDC)。同樣，許多便攜式設備可以操作來向/從個人計算機或膝上型計算機上載以及下載數據或軟件(常常被稱作“同步”)。這樣，許多便攜式設備是由底座(docking cradle)供電，如圖I的系統圖所示。這是非常簡單的系統，因為底座10通過簡單的USB電纜和連接器16連接到個人計算機(PC) 14的USB端口 12。便攜式設備18只需要被放在底座10中，就實現了與PC 14的電連接。 如果USB端口 12具有足夠的功率，則使用USB端口 12來向便攜式設備18提供充電功率要比使用單獨的AC充電器更有意義。例如1.USB電源比AC充電器的電噪聲更小，除非AC充電器包括大的DC電容器或電感器；2. AC充電器需要笨重的變壓器或昂貴的開關電源，而使用USB電源則不需要這ith .--，3.在USB電源實施方式中，用來將底座10連接到PC 14的電纜和連接器16可以用來傳送功率和數據，所以根本不需要額外的物理部件。相反，必須向AC電源提供與USB數據電纜分離的物理部件；以及4.對于AC電源沒有通用標準；特定的AC電源可能需要120VAC或240VAC作為輸入，并且可能提供3、4. 5、6、7. 5或9VDC輸出，并且具有大量不同的可能連接器和極性之一。旅行者如果將其AC電源忘在了家，他可能就不能夠找到合適的替代物。相反，USB標準被廣泛接受，因而如果旅行者的移動設備裝配了 USB連接器，那么他找到充電源的機會將大的多。于是，顯然希望使用USB電源來對便攜式設備充電。然而不幸的是，如上所述，USB端口只能提供有限的功率。當考慮圖2的方框圖時，問題變得清楚起來。在這種情形中，便攜式設備18和電池充電控制器20并聯連接到USB端口 12，因為在充電條件下，控制開關22被觸發，從而便攜式設備18從USB端口 12抽取功率。當電池24被電池充電控制器20完全充滿并且USB端口 12的功率被移走時，然后控制開關22被觸發，從而便攜式設備18從電池24抽取功率。這種類型的電路在一些環境中可以工作，但是在電源具有有限容量的環境中不能接覺。如果試圖從USB卡12同時對便攜式設備18和電池充電控制器20供電，極有可能在USB卡12上加上了太大的負載。USB卡12上過多的負載可能導致欠壓或低電流條件，這會導致許多不希望的問題，例如電池24沒有被適當地充電，或者被永久損壞，或者便攜式設備18不穩定地工作或者被損壞。作為一種替代實施方式，電池24和便攜式設備18可以如圖3所示布置，從而它們都由電池充電控制器20供電。雖然這種設計會減小由便攜式設備18和電池24的組合所抽取的總功率，但是還有很多其他問題I.最重要的是，對于從USB端口 12抽取的總功率還是沒有控制；2.便攜式設備18所抽取的功率可能擾亂電池充電控制器26的精心設計的保護和充電機制；3.便攜式設備18和電池24為了可用的功率而任意地競爭，所以它們可能不利地影響彼此的操作。如果可用電壓降得太低，或者不能獲得足夠的電流，那么任一個設備都可能不穩定地工作，或者兩者都停止工作；4.如果在電源打開時電池24處于深度放電狀態，則施加在便攜式設備18上的電壓將被下拉到深度放電的電池的電平。通常，在這樣低的電壓電平下，便攜式設備18將不可操作；以及 5.必須向電池24和便攜式設備18提供的電流必須被電池充電控制器20或外部半導體以某種方式耗散掉。被耗散的功率越大，則電池充電控制器20(或由電池充電控制器20驅動的外部半導體)就必須越大。一般來說，半導體耗散功率的能力隨其表面面積變化，這樣，如果功率耗散加倍，則半導體的表面面積必須增加四倍。可以開發被設計為與USB電源和便攜式設備18 —起工作的新型專用電池充電控制器，但是這是一種昂貴且復雜的解決方案。每個電池充電控制器必須被設計為適合便攜式設備18和電池24的特定配對，因為必須考慮這兩個部件的功本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種便攜電子設備，包括：開關，配置用于控制向可充電電池的功率供應；控制器，配置用于從外部源接收USB功率，并且將功率供應給所述便攜電子設備；以及傳感電路，配置用于確定供應給所述便攜電子設備的功率，所述控制器對所述傳感電路做出響應，并且配置用于控制所述開關限制從所述外部源的電池充電，使得提供足夠的功率用于所述便攜電子設備的操作。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：杜尚·韋塞利奇，馬丁·G·A·居特里，
申請(專利權)人：捷訊研究有限公司，
類型：發明
國別省市：