動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整電路及方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施例中，一種電子系統(tǒng)包括被配置成從外部電源接收第一電壓并且產(chǎn)生到電子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電子部件的第二電壓的一個(gè)或多個(gè)電源電路，以及被配置成確定一個(gè)或多個(gè)電源電路的一個(gè)或多個(gè)輸出電流的電源管理電路，其中電源管理電路基于至少一個(gè)電源電路的至少一個(gè)輸出電流而使外部電源改變第一電壓以降低至少一個(gè)電源電路的功率損耗。
【專利說(shuō)明】動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整電路及方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年04月25日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?4/262，181的優(yōu)先權(quán)，后者還要求2013年11月21日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/907,304的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用出于所有目的將兩者的內(nèi)容全部并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本公開(kāi)涉及電子電路和方法，并且具體地涉及用于調(diào)整電源電壓的電路和方法。
[0004]除非本文另有指示，通過(guò)在此部分中包括而在該部分中描述的方法不被承認(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。
[0005]在電池供電和非電池供電的電子設(shè)備中，降低熱耗散和功率耗散是重大的挑戰(zhàn)。例如，大部分的電池充電器集成電路(IC)在恒定的輸入電壓下操作。然而，在整個(gè)電池電壓范圍上，效率不是恒定的。這導(dǎo)致了非最優(yōu)的效率。
[0006]具體地，當(dāng)電子設(shè)備從墻式適配器對(duì)其電池充電時(shí)，CPU密集型工作負(fù)載、圖形密集型工作負(fù)載和調(diào)制解調(diào)(無(wú)線)密集型工作負(fù)載可能導(dǎo)致最壞情況的熱狀況，該熱狀況可能增加設(shè)備的表面溫度使設(shè)備對(duì)用戶來(lái)說(shuō)不可用并且很可能甚至對(duì)設(shè)備造成損壞。
[0007]當(dāng)前設(shè)備的高功率消耗趨勢(shì)也突破了諸如連接器尺寸上的形狀參數(shù)限制的其他物理限制，這降低了例如用來(lái)將設(shè)備連接到外部電源的電纜的電流的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開(kāi)涉及調(diào)整電源電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，電子設(shè)備基于電子設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)電源電路的操作狀況而請(qǐng)求來(lái)自外部電源的電壓的改變。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)包括電子系統(tǒng)，該電子系統(tǒng)包括被配置成從外部電源接收第一電壓并且產(chǎn)生到電子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電子部件的第二電壓的一個(gè)或多個(gè)電源電路，以及被配置成確定一個(gè)或多個(gè)電源電路的一個(gè)或多個(gè)輸出電流的電源管理電路，其中電源管理電路基于至少一個(gè)電源電路的至少一個(gè)輸出電流而使外部電源改變第一電壓以降低至少一個(gè)電源電路的功率損耗。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，電源管理電路確定一個(gè)或多個(gè)電源電路的一個(gè)或多個(gè)輸出電流是否在目標(biāo)范圍之外，以及響應(yīng)于輸出電流在目標(biāo)范圍之外而使外部電源改變第一電壓直到一個(gè)或多個(gè)電源電路的一個(gè)或多個(gè)輸出電流在目標(biāo)范圍之內(nèi)。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，電源管理電路確定電子系統(tǒng)是否正在發(fā)生操作狀況的改變，以及響應(yīng)于沒(méi)有檢測(cè)到的改變，暫停使外部電源改變第一電壓。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電源電路中的一個(gè)電源電路是被配置成對(duì)電池充電的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，并且其中至少一個(gè)輸出電流是到電池中的充電電流，其中電源管理電路使外部電源增加第一電壓直到到電池中的充電電流滿足設(shè)置的充電電流。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電源電路包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，電源管理電路被配置成輪詢一個(gè)或多個(gè)電子部件以確定汲取最高功率的電子部件，并且進(jìn)一步被配置成確定汲取最高功率的所述電子部件是否是低電壓部件，并且如果最高功率電子部件不是低電壓部件，則使外部電源增加所述第一電壓，以及如果最高功率電子部件是低電壓部件，則使外部電源降低第一電壓。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，電源管理電路進(jìn)一步被配置成基于可接受的輸入電壓范圍的輸入信息、針對(duì)可接受的輸入電壓范圍的功率損耗估計(jì)和一個(gè)或多個(gè)電源電路的輸出電流而使外部電源改變第一電壓以便最小化一個(gè)或多個(gè)電源電路的整體電壓轉(zhuǎn)換損耗。
[0016]在另一實(shí)施例中，本公開(kāi)包括一種方法，該方法包括在電子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電源電路中從外部電源接收第一電壓以向電子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電子部件提供第二電壓，確定一個(gè)或多個(gè)電源電路的操作狀況，以及響應(yīng)于確定的操作狀況，生成從電子系統(tǒng)到外部電源的信號(hào)以改變第一電壓。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，操作狀況是由一個(gè)或多個(gè)電源電路所汲取的功率。生成從電子系統(tǒng)中到外部電源的信號(hào)以改變第一電壓是為了降低電子系統(tǒng)中的功率損耗。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括確定到一個(gè)或多個(gè)電子部件的第二電壓是否在目標(biāo)范圍之外，以及響應(yīng)于到一個(gè)或多個(gè)電子部件的第二電壓在目標(biāo)范圍之外，生成從電子系統(tǒng)到外部電源的信號(hào)以改變所述第一電壓。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電源電路中的一個(gè)電源電路是被配置成對(duì)電池充電的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。到電池中的至少一個(gè)充電電流與第二電壓相關(guān)聯(lián)，第二電壓與開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相關(guān)聯(lián)。方法進(jìn)一步包括生成從電子系統(tǒng)到外部電源的信號(hào)以增加第一電壓直到到電池中的充電電流滿足設(shè)置的充電電流。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括輪詢一個(gè)或多個(gè)電子部件以確定汲取最高功率的電子部件，以及確定汲取最高功率的所述電子部件是否是低電壓部件。生成從電子系統(tǒng)到外部電源的信號(hào)進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述電子部件不是低電壓部件，生成從電子系統(tǒng)到外部電源的信號(hào)以增加第一電壓，以及響應(yīng)于所述電子部件是低電壓部件，生成從電子系統(tǒng)到外部電源的信號(hào)以降低第一電壓。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電源電路包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)包括一種方法，該方法包括基于可接受的輸入電壓范圍的輸入信息、針對(duì)可接受的輸入電壓范圍的功率損耗估計(jì)和計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部的多個(gè)電源電路的輸出電流，確定外部電源的最優(yōu)的電壓以便最小化多個(gè)電源電路上的總的電壓轉(zhuǎn)換損耗。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電源電路包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括基于電源電路的操作狀況，向一個(gè)電源電路分配優(yōu)先權(quán)，以及基于所分配的優(yōu)先權(quán)，確定最優(yōu)的電壓。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)電源電路是電池充電器并且操作狀況是電池的充電。
[0026]在一個(gè)不例實(shí)施例中，可以基于電池充電器中的電池電壓和電流(輸入或輸出)來(lái)指定輸入電壓以獲得高效率的操作。在其他實(shí)施例中，可以指定輸入電壓以降低總的功率耗散和熱生成以降低系統(tǒng)中的表面溫度和其他溫度。當(dāng)電子設(shè)備的一些部件進(jìn)入高功率狀態(tài)時(shí)，這種部件的要求可以被因數(shù)化到請(qǐng)求的輸入電壓的確定中以最優(yōu)化總的系統(tǒng)效率。
[0027]在一個(gè)示例實(shí)施例中，例如高電壓專用充電端口(HVDCP)基于高效率點(diǎn)跟蹤算法來(lái)產(chǎn)生到電池充電器集成電路或系統(tǒng)負(fù)載的電壓。
[0028]在另一實(shí)施例中，本公開(kāi)包括一種軟件算法。例如，軟件算法可以執(zhí)行一種方法，該方法包括基于可接受的輸入電壓范圍的輸入信息、針對(duì)可接受的輸入電壓范圍的功率損耗估計(jì)和計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部的多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器的輸出電流，確定外部電源的最優(yōu)的電壓以便最小化多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器上的總的電壓轉(zhuǎn)換損耗。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)電源電路(例如，調(diào)節(jié)器)可以報(bào)告輸出電壓和輸出電流以用于被算法處理。該算法可以針對(duì)每個(gè)電源電路確定可接受的范圍(例如，基于所報(bào)告的輸出電壓和所存儲(chǔ)的余量(margin)，使用所存儲(chǔ)的上電壓界和下電壓界)。通過(guò)設(shè)置來(lái)自外部電源的外部電壓，每個(gè)調(diào)節(jié)器的可接受的范圍和輸出電流和/或電壓可以被用來(lái)最大化電源電路的組合的轉(zhuǎn)換效率。
[0030]在另一實(shí)施例中，可以基于總的系統(tǒng)電流加載(loading)和從外部電源到計(jì)算系統(tǒng)的IR降，動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)自外部電源的附加的電壓余量。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于每個(gè)內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器的輸入信息可以由中央的控制器維護(hù)或者由每個(gè)電壓調(diào)節(jié)器維護(hù)，并且例如從每個(gè)電壓調(diào)節(jié)器將電壓范圍和優(yōu)選的電壓“投票”(報(bào)告)到中央的控制器以便確定滿足范圍限制并且最小化計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換損耗的外部電源的最優(yōu)的電壓。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，電子設(shè)備包括開(kāi)關(guān)模式電池充電器(SMBC)、開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)和一個(gè)或多個(gè)升壓SMPS。每個(gè)電源電路可以報(bào)告“可接受的輸入電壓范圍”和針對(duì)在當(dāng)前負(fù)載處的電壓范圍的“功率消耗估計(jì)”(例如，V_range_SMBC、P_1ss_SMBC(V_range_SMBC，I_SMBC_output)、V_range_SMPS、P_loss_SMPS(V_range_SMPS，I_SMPS_output)、V_range_Boost、P_loss_Boost(V_range_Boost，I_Boost_output))。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，電子設(shè)備可以測(cè)量并報(bào)告適配器的電流。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，主電源管理集成電路(PMIC)可以決定最優(yōu)的目標(biāo)適配器輸出電壓并且將請(qǐng)求發(fā)送到外部電源使得來(lái)自外部電源的電壓在所有的可接受的范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)最小化SMBC+SMPS+升壓SMPS的功率損耗并且高于:(當(dāng)前系統(tǒng)功率+保護(hù)帶)/最大的連接器電流限制。例如，響應(yīng)于來(lái)自主PMIC的信號(hào)，外部電源可以將適配器輸出電壓改變到主PMIC所請(qǐng)求的目標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整系統(tǒng)的框圖。
[0036]圖2圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的方法。
[0037]圖3圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電池充電器電路的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整。
[0038]圖4圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于包括電池充電器電路的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的方法。
[0039]圖5示出了根據(jù)另一實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的示例。
[0040]圖6不出了根據(jù)另一實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的另一不例。
[0041]圖7示出了根據(jù)另一實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的另一示例。
[0042]圖8圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于輪詢的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的方法。
[0043]圖9圖示了根據(jù)另一實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]本公開(kāi)涉及調(diào)整提供到系統(tǒng)電壓以改善系統(tǒng)性能。在以下的描述中，為了解釋的目的，闡述了大量的示例和具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本公開(kāi)的透徹的理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，如在權(quán)利要求中表達(dá)的本公開(kāi)可以包括在這些示例中的單獨(dú)的特征或者與下文所描述的其他特征相組合的特征中的一些特征或者所有特征，并且可以進(jìn)一步包括本文描述的特征和構(gòu)思的修改和等價(jià)物。
[0045]圖1圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整系統(tǒng)100的框圖。圖1示出了耦合到外部電源102的電子設(shè)備101。外部電源102向電子設(shè)備101提供電壓Vin(在本文中也被稱作VBUS)和電流。電子設(shè)備101可以包括一個(gè)或多個(gè)電源電路(例如，電源電路111、電源電路112和電源電路113)，電源電路從外部電源102接收電壓VBUS并且向例如諸如處理器、無(wú)線收發(fā)器、顯示器電路(例如，背光)或電池充電器的一個(gè)或多個(gè)電子部件(例如，電子部件121、電子部件122和電子部件123)提供電壓和電流。在該示例中，外部電源經(jīng)由使用連接器161和連接器162附接的電纜160被耦合到電子設(shè)備101。電纜160可以包括用于電壓Vin和接地的導(dǎo)線以及用于電子設(shè)備101和外部電源102之間通信信息的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)線。
[0046]外部電源102可以是例如通用串行總線(USB)主機(jī)、USB集線器或者插到電源輸出口中并且將AC電源轉(zhuǎn)換成DC電源的墻式適配器。可以在某些實(shí)施例中使用的一個(gè)示例的墻式適配器是高電壓專用充電端口(HVDCP)。使用HVDCP的實(shí)施例例如可以調(diào)整外部提供的電壓。在電源電路是電池充電器并且電子部件是電池的情況下，并且取決于電池電壓，來(lái)自外部電源102的輸入電壓可以被調(diào)整以使充電和系統(tǒng)負(fù)載總是操作在高(或者甚至是最大)效率。諸如HVDCP的外部電源102可以包括電壓控制部件103，例如，響應(yīng)于從電子設(shè)備101中的通信電路150經(jīng)過(guò)電纜160接收的信號(hào)，電壓控制部件103可以將電壓Vin改變到不同的水平。
[0047]在該示例中，來(lái)自外部電源102的電壓Vin被耦合到電源電路111。電源電路111接收電壓Vin并且產(chǎn)生輸出電壓Vddl到電子部件121。電源電路111可以向和/或從電源管理電路110發(fā)送和/或接收信號(hào)。電源管理電路110可以配置電源電路111以用于操作，例如，諸如配置電壓Vddl或電流輸出。在一些應(yīng)用中，一個(gè)電源電路的輸出可以作為輸入被提供到另一電源電路。例如，來(lái)自電源電路111的電壓Vddl可以作為輸入被提供到電源電路112。電源電路112可以生成另一輸出電壓Vdd2到電子部件122。類似地，電源電路112可以向和/或從電源管理電路110發(fā)送和/或接收信號(hào)。電源管理電路110可以配置電源電路112以用于操作，例如，諸如配置電壓Vdd2或電流輸出。最后，在該示例中，另一電源電路113接收電壓Vin并且產(chǎn)生輸出電壓Vdd3到電子部件123。電源電路113可以向和/或從電源管理電路110發(fā)送和/或接收信號(hào)。電源管理電路110可以配置電源電路113以用于操作，例如，諸如配置電壓Vdd3或電流輸出。在一些示例實(shí)施方式中，電源管理電路110可以是包括一個(gè)或多個(gè)電源電路的電源管理集成電路(PMIC)，而其他示例實(shí)施方式(例如，一些電池充電器應(yīng)用)可以具有與PMIC分離的不同的電源電路。此外，在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)電源電路111、112和/或113例如可以是開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，而其他的可以是低壓降調(diào)節(jié)器(LD0)。
[0048]本公開(kāi)的特征和優(yōu)點(diǎn)可以包括調(diào)整來(lái)自外部電源102的電壓Vin以改善一個(gè)電源電路111、112、113的效率或者甚至改善一起操作的多個(gè)電源電路111、112、113的效率。在一個(gè)實(shí)施例中，電源電路111、112、113中的一個(gè)電源電路例如可以是使用特定充電電流將電池充電的電池充電器。如果來(lái)自外部電源的電壓Vin太低，那么來(lái)自電源電路111、112、113的全額的期望的充電電流可能不可用。因此，電子設(shè)備101可以發(fā)送信號(hào)到外部電源102(例如，經(jīng)由通信電路150)以增加電壓Vin使得電源電路111、112、113可以提供充電電流的期望值。更一般地，給定電子設(shè)備101中的一個(gè)或多個(gè)電源電路111、112、113的當(dāng)前負(fù)載，可以改變從外部電源102接收的電壓以優(yōu)化電源電路111、112、113的效率和性能。在下文更詳細(xì)地描述的一個(gè)示例實(shí)施例中，多個(gè)電源電路的操作狀況可以被電源管理電路分析以確定外部電源電壓Vin上的增加或降低是否會(huì)導(dǎo)致改善的效率。
[0049]圖2圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的方法200。在201，可以確定一個(gè)或多個(gè)電源電路的輸出電流。例如，電池充電器的輸出電流可以如下文更詳細(xì)地描述地被感測(cè)。基于電源電路111、112、113的操作，來(lái)自外部電源的電壓例如可以在202被改變以改善電源電路111、112、113的效率。在203，可以進(jìn)行輸出電流檢查。例如，電池充電器電路可以執(zhí)行檢查以確定到電池中的充電電流的幅值是否等于設(shè)置的(或目標(biāo))充電電流值。如果電流不滿足目標(biāo)，那么系統(tǒng)可以從203循環(huán)回到202，并且在電池充電器情況下，增加來(lái)自外部電源的電壓。類似地，如果輸出電流檢查滿足目標(biāo)并且不引起電源電壓Vin上的進(jìn)一步改變，那么在204操作狀況上的改變可能導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)回到201以及確定電源電路輸出電流并且如上文描述的調(diào)整電源電壓。在205，系統(tǒng)可以保持電源電壓Vin直到例如操作狀況上的改變。
[0050]圖3圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電池充電器電路的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整。圖3示出了其中例如電池充電器從外部電源接收電壓VBUS并且將電壓和電流耦合到電池350以對(duì)電池充電的示例。在該示例中，電源電路是開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器301，并且VBUS大于提供到電池350的電壓。相應(yīng)地，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器301是降壓(或“Buck”)DC-DC轉(zhuǎn)換器。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器301可以被配置成產(chǎn)生設(shè)置的量的電流(例如，電流Ichg)到電池350中以對(duì)電池充電，并且可以包括反饋環(huán)(未示出)來(lái)感測(cè)輸出電流并且配置開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器301來(lái)產(chǎn)生期望的充電電流。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器301可以被配置成生成充電電流Ichg = 3A。
[0051]初始地，VBUS被配置成低設(shè)置。例如，如果外部電源是可編程適配器或USB源，那么VBUS上的初始電壓可以是5V。然而，外部電源可以具有最大輸出電流(Imax)，其中來(lái)自外部電源可用的總輸出功率是Imax*VBUS。如果Imax太低，則外部電源可能不能提供足夠的功率到開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器301以允許開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器來(lái)生成設(shè)置的量的充電電流。因此，一些示例實(shí)施例可以感測(cè)輸出電流(例如，Ichg)并且將實(shí)際輸出電流與期望的(或預(yù)期的)輸出電流相比較。例如可以利用串聯(lián)電阻器302(如圖3中所示)或使用感測(cè)FET(即配置成檢測(cè)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器的電流的小FET)執(zhí)行電流感測(cè)。在該示例中，感測(cè)電阻器302使用放大器303檢測(cè)充電電流Ichg。放大器303的輸出被提供到比較器304，比較器304將檢測(cè)的電流與設(shè)置的(或目標(biāo))充電電流值相比較。此外，電路可以可選地包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器320來(lái)檢測(cè)在開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器301的輸入處的來(lái)自外部設(shè)備的電壓以確定VBUS上的電壓。如果檢測(cè)到的充電電流在目標(biāo)充電電流以下，那么比較器輸出可以觸發(fā)通信電路310與外部電源通信以增加VBUS上的電壓。在該示例中，電子設(shè)備和外部電源之間的通信可以經(jīng)過(guò)兩線接口，在該情況下是USB連接的D+數(shù)據(jù)線和D-數(shù)據(jù)線。響應(yīng)于來(lái)自通信電路310的D+/D-上的信號(hào)，外部電源可以逐漸增加VBUS上的電壓直到檢測(cè)到的充電電流等于目標(biāo)充電電流。
[0052]圖4圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于包括電池充電器電路的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的方法400。在401，可以使能電池充電器。在402，可以將外部電壓設(shè)置成低值(例如，可用的值的最低值)。在403，可以確定外部電源的電流限制來(lái)確定來(lái)自外部電源的可用的最大輸出電流。在404，設(shè)置充電電流(Ichg)。在一個(gè)實(shí)施例中，充電電流可以例如被數(shù)字地編程為多個(gè)可用值中的一個(gè)值。在405，檢測(cè)到電池中的充電電流。在406，如果所檢測(cè)的充電電流(Isense)小于設(shè)置的充電電流(Ichg)，那么電子設(shè)備可以向外部電源發(fā)信號(hào)來(lái)增加電壓。在407，可以增加外部電壓(例如，到高于該當(dāng)前值的下一個(gè)可用的值)。如果設(shè)置的充電電流I chg等于感測(cè)電流I sense，那么過(guò)程可以在408停止。例如，夕卜部電源可以維持VBUS上的電壓直到電路操作狀況改變并且可以在不同的狀況下重復(fù)該過(guò)程。
[0053]圖5示出了根據(jù)另一實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的示例。在由圖5圖示的示例中，來(lái)自多個(gè)不同電源電路的信息被組合來(lái)確定由外部電源提供的電壓。在該示例中，主PMIC可以包括用于對(duì)電池充電的開(kāi)關(guān)模式電池充電器(SMBC)電源電路和一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)和多個(gè)LDO來(lái)向例如應(yīng)用處理器提供電壓和電流。此外，SMBC向次級(jí)SMPS和多個(gè)LDO提供電壓和電流來(lái)向例如調(diào)制解調(diào)器(例如，一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器)提供電壓和電流，并且向SMPS提供電壓和電流用于例如增加(升高)用于LCD背光的電壓。
[0054]在該示例中，改變系統(tǒng)輸入電壓可以最小化例如由SMBC和SMPC引起的損耗和熱量生成。此外，如果系統(tǒng)總電流接近連接器電流限制，那么外部電源電壓上的增加允許更多的功率到例如系統(tǒng)中(例如，在更低的電流下)。
[0055]例如響應(yīng)于輪詢，每個(gè)調(diào)節(jié)器可以報(bào)告可接受的輸入范圍和針對(duì)在當(dāng)前負(fù)載電流處的電壓范圍的功率損耗估計(jì)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)調(diào)節(jié)器可以測(cè)量輸出電壓和輸出電流并且將該信息發(fā)送到PMIC。每個(gè)調(diào)節(jié)器的測(cè)量的輸出電壓可以被用來(lái)確定輸入電壓的可接受的范圍。例如，可接受的輸入電壓范圍的上界可以是與用于特定調(diào)節(jié)器的最大輸入電壓相對(duì)應(yīng)的預(yù)存值，超出該最大輸入電壓可能發(fā)生對(duì)調(diào)節(jié)器的損害?？梢酝ㄟ^(guò)將所報(bào)告的輸出電壓與預(yù)存的余量(例如，輸入電壓必須比用于要操作的特定調(diào)節(jié)器的輸出電壓大的量)組合來(lái)確定下界。一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換效率例如可以被存儲(chǔ)成查找表或被編碼成等式。相應(yīng)地，算法可以基于單個(gè)電源電路的操作狀況(例如，每個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出電壓和輸出電流)來(lái)確定外部電源電壓以實(shí)現(xiàn)組合電源電路的最大組合效率。在各種實(shí)施例中，用于從多個(gè)調(diào)節(jié)器接收信息并且確定來(lái)自外部電源的新的輸出電壓以改善系統(tǒng)效率的算法例如可以被實(shí)施成PMIC上的軟件或固件或者被實(shí)施成處理器(例如，PMIC驅(qū)動(dòng)器)上的軟件并且被存儲(chǔ)在諸如易失性存儲(chǔ)器或非易失性存儲(chǔ)器的在非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀媒介上。SMBC可以針對(duì)在當(dāng)前負(fù)載處的電壓范圍報(bào)告‘可接受的輸入電壓范圍’(V_range_SMBC)和‘功率損耗估計(jì) ’((Ρ_1 οss_SMBC(V_range_SMBC，I_SMBC_output))。SMPS可以針對(duì)在當(dāng)前負(fù)載處的電壓范圍報(bào)告‘可接受的輸入電壓范圍’(V_range_SMPS)和‘功率損耗估計(jì)’(P_1 oss_SMPS( V_range_SMPS，ISMPS_output))。分立的升壓SMPS可以針對(duì)在當(dāng)前負(fù)載處的電壓范圍報(bào)告‘可接受的輸入電壓范圍’(V_range_Boost)和‘功率損耗估計(jì)’ (P_loss_Boost( V_range_Boost，I_Boost_output))。
[0056]此外，從外部電源到系統(tǒng)中的適配器電流可以被測(cè)量并且被報(bào)告給PMIC。主PMIC可以決定最優(yōu)的目標(biāo)外部電源電壓并且向外部電源(例如，USB或適配器)發(fā)送請(qǐng)求。PMIC可以確定外部電源類型(例如，USB類型或適配器類型)以及針對(duì)外部電源能夠產(chǎn)生的電壓向外部電源發(fā)信號(hào)。PMIC中的算法例如可以在來(lái)自特定外部電源的可用的電壓范圍內(nèi)最小化SMBC、SMPS和升壓SMPS的功率損耗。在一個(gè)實(shí)施例中，外部電源電壓可以有利地高于當(dāng)前系統(tǒng)功率加上保護(hù)帶除以最大連接器電流限制。改變的狀況(諸如調(diào)制解調(diào)器(無(wú)線)活躍性、應(yīng)用處理器(例如，ARM、圖形處理器等)活躍性、電池充電等)例如可能導(dǎo)致系統(tǒng)向外部電源發(fā)信號(hào)以改變提供給系統(tǒng)的外部電壓。這些技術(shù)的益處可以包括在電池充電時(shí)的更低的溫度、對(duì)CPU和圖形密集型工作負(fù)載更多的熱預(yù)算。此外，因?yàn)獒槍?duì)SMBC有更好的溫度余量，所以可以實(shí)現(xiàn)更快的電池充電。此外，改善的效率和溫度性能例如可以引起降低的形狀參數(shù)、更薄的設(shè)計(jì)并且允許可能具有電流限制的標(biāo)準(zhǔn)USB連接器的使用。例如可以使用高電壓專用充電端口(HVDCP)墻式適配器以及在一些實(shí)施例中例如可以在兼容的USB系統(tǒng)中使用不要求改變的USB電纜實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。
[0057]圖6示出了根據(jù)另一實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的另一示例。在圖6中，針對(duì)電子設(shè)備操作狀況分別是電池正在充電、正在進(jìn)行視頻會(huì)議、電池幾乎耗盡(例如，電池電壓大約3.0V)和液晶顯示器(LCD)被設(shè)置成中等亮度而示出了可接受的電壓范圍602-1、602-2和602-3和功率損耗604-1、604-2和604-3。如所圖示的，電池充電器轉(zhuǎn)換損耗604-1和處理器/調(diào)制解調(diào)器SMPS轉(zhuǎn)換損耗604-2隨著增加的輸入電壓而增加，而升壓器的轉(zhuǎn)換損耗604-3隨著增加的電壓而降低。相應(yīng)地，如通過(guò)箭頭606示出的系統(tǒng)最優(yōu)可能發(fā)生在如外部提供的電壓的可接受的系統(tǒng)電壓范圍602-4(可以向系統(tǒng)提供的外部電壓的范圍)的邊界處的3V和3.7V之間并且在范圍602-4中具有總的轉(zhuǎn)換損耗604-4。在一些實(shí)施例中，給予電池充電高于視頻會(huì)議的優(yōu)先權(quán)，并且因此給予用于電池充電的關(guān)聯(lián)的電源電路高于用于視頻會(huì)議的關(guān)聯(lián)的電源電路的優(yōu)先權(quán)。因此，總的轉(zhuǎn)換損耗604-4變得與用于電池充電的轉(zhuǎn)換損耗604-1相同或基本相同。例如可以通過(guò)圖8的方法實(shí)施圖6的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的方法。
[0058]圖7示出了根據(jù)另一實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的另一示例。在該示例中，操作狀況是正在發(fā)生網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電池是滿的(例如，電池電壓大約4.35V)和電池充電器被關(guān)閉和LCD在最大亮度。如所圖示的，在可接受的電壓范圍702-1中電池充電器轉(zhuǎn)換損耗704-1被示為O線并且可以被忽略。處理器/調(diào)制解調(diào)器SMPS轉(zhuǎn)換損耗704-2在可接受的電壓范圍702-2中隨著增加的輸入電壓而增加(盡管以比圖6中的更低的速率)，而升壓器的轉(zhuǎn)換損耗704-3在可接受的電壓范圍702-3中隨著增加的電壓而降低(盡管以比圖6中的更高的速率)。在該示例中，如通過(guò)箭頭706所示的系統(tǒng)最優(yōu)例如可能發(fā)生在可接受的系統(tǒng)電壓范圍702-4的另一邊界大約9.5V處。例如可以通過(guò)圖8的方法實(shí)施圖7的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的方法。
[0059]圖8圖不了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整的方法800。圖9圖不了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整系統(tǒng)900的框圖。動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整系統(tǒng)900是動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整系統(tǒng)100的解釋性示例，其中電子部件121是電池充電器、電子部件122是處理器以及電子部件123是LCD背光。此外，也向電源電路113施加電壓Vddl。在該示例中，輸入電壓Vin是5V-9V。電源電路111例如通過(guò)使用降壓轉(zhuǎn)換器將電壓降到3V-5V的范圍。電源電路111向電源電路112和電源電路113提供電壓。電源電路112將電壓降到0.5V-3V的范圍，并且電源電路113將電壓升到24.8V-33.3V的范圍。
[0060]參考圖8，在802，向電子設(shè)備101施加輸入電壓Vin。在804，電源管理電路110確定充電是否被使能。如果充電被使能，那么在806，電源管理電路110執(zhí)行充電方法，諸如方法400(參見(jiàn)圖4)。在一些實(shí)施例中，給予充電高于其他電源電路的優(yōu)先權(quán)，并且因此方法400被執(zhí)行。否則，如果在804充電沒(méi)有被使能，那么電源管理電路110開(kāi)始輪詢算法。在810，電源管理電路110確定哪個(gè)電子部件122、123將需要最高的功率。在812，電源管理電路110確定將需要最高功率的電子部件122、123是否是低電壓部件。在圖7和圖9的示例中，電子部件123(LCD背光)具有最高的功率汲取。如果電子部件是低電壓部件，那么在814，電源管理電路110通過(guò)降低輸入電壓Vin降低系統(tǒng)電壓并且確保充足的功率可從輸入電壓Vin獲得，并且返回在810確定部件。否則，如果在812電子部件不是低電壓部件，則在816，電源管理電路110通過(guò)增加輸入電壓Vin增加系統(tǒng)電壓，并且確保充足的功率可從輸入電壓Vin獲得，并且返回在810確定部件。在該示例中，LCD背光不是低電壓部件，因此，電源管理電路110增加來(lái)自外部電源102的輸入電壓Vin。在該示例中，輸入電壓Vin被增加到接近9V的范圍的上端。這改善了效率，因?yàn)橛呻娫措娐?13升壓的電壓是從9V開(kāi)始而不是諸如5V的更低的電壓開(kāi)始。在另一示例中，如果高功率汲取部件是處理器(其也是低電壓部件)，那么輸入電壓Vin會(huì)被降到范圍的低端使得用于處理器的電壓上的下降從5V到0.5V-3V而不是從9V下降。
[0061]以上描述解釋了本公開(kāi)的各種實(shí)施例以及可以如何實(shí)施特定的實(shí)施例的方面的示例。以上示例不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是僅有的實(shí)施例，呈現(xiàn)以上示例是為了解釋如通過(guò)以下權(quán)利要求定義的特定實(shí)施例的靈活性和優(yōu)點(diǎn)?；谝陨瞎_(kāi)和以下權(quán)利要求，在不脫離如通過(guò)權(quán)利要求定義的本公開(kāi)的范圍的情況下，可以采用其他布置、實(shí)施例、實(shí)施方式和等價(jià)物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電子系統(tǒng)，包括: 一個(gè)或多個(gè)電源電路，被配置成從外部電源接收第一電壓并且產(chǎn)生到所述電子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電子部件的第二電壓；以及 電源管理電路，被配置成確定所述一個(gè)或多個(gè)電源電路的一個(gè)或多個(gè)輸出電流， 其中所述電源管理電路基于至少一個(gè)電源電路的至少一個(gè)輸出電流而使所述外部電源改變所述第一電壓以降低所述至少一個(gè)電源電路的功率損耗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電源管理電路確定所述一個(gè)或多個(gè)電源電路的所述一個(gè)或多個(gè)輸出電流是否在目標(biāo)范圍之外，以及響應(yīng)于所述輸出電流在所述目標(biāo)范圍之外而使所述外部電源改變所述第一電壓直到所述一個(gè)或多個(gè)電源電路的一個(gè)或多個(gè)輸出電流在所述目標(biāo)范圍之內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電源管理電路確定所述電子系統(tǒng)是否正在發(fā)生操作狀況的改變，以及響應(yīng)于沒(méi)有檢測(cè)到的改變，暫停使所述外部電源改變所述第一電壓。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述一個(gè)或多個(gè)電源電路中的一個(gè)電源電路是被配置成對(duì)電池充電的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，并且其中所述至少一個(gè)輸出電流是到所述電池中的充電電流，其中所述電源管理電路使所述外部電源增加所述第一電壓直到到所述電池中的所述充電電流滿足設(shè)置的充電電流。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述一個(gè)或多個(gè)電源電路包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電源管理電路被配置成輪詢所述一個(gè)或多個(gè)電子部件以確定汲取最高功率的所述電子部件，并且進(jìn)一步被配置成確定汲取所述最高功率的所述電子部件是否是低電壓部件，以及如果所述最高功率的電子部件不是低電壓部件，使所述外部電源增加所述第一電壓，以及如果所述最高功率的電子部件是低電壓部件，則使所述外部電源降低所述第一電壓。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電源管理電路進(jìn)一步被配置成基于可接受的輸入電壓范圍的輸入信息、針對(duì)所述可接受的輸入電壓范圍的功率損耗估計(jì)和所述一個(gè)或多個(gè)電源電路的輸出電流而使所述外部電源改變所述第一電壓以便最小化所述一個(gè)或多個(gè)電源電路的整體電壓轉(zhuǎn)換損耗。8.一種方法，包括: 在電子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電源電路中從外部電源接收第一電壓以向所述電子系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)電子部件提供第二電壓； 確定所述一個(gè)或多個(gè)電源電路的操作狀況；以及 響應(yīng)于確定的所述操作狀況，生成從所述電子系統(tǒng)到所述外部電源的信號(hào)以改變所述第一電壓。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述操作狀況是由一個(gè)或多個(gè)電源電路汲取的功率， 其中生成從所述電子系統(tǒng)到所述外部電源的所述信號(hào)以改變所述第一電壓是為了降低所述電子系統(tǒng)中的功率損耗。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括: 確定到一個(gè)或多個(gè)電子部件的所述第二電壓是否在目標(biāo)范圍之外；以及響應(yīng)于到一個(gè)或多個(gè)電子部件的所述第二電壓在所述目標(biāo)范圍之外，生成從所述電子系統(tǒng)到所述外部電源的所述信號(hào)以改變所述第一電壓。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)電源電路中的一個(gè)電源電路是被配置成對(duì)電池充電的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，并且其中到所述電池中的至少一個(gè)充電電流與所述第二電壓相關(guān)聯(lián)，所述第二電壓與所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相關(guān)聯(lián)， 所述方法進(jìn)一步包括生成從所述電子系統(tǒng)到所述外部電源的所述信號(hào)以增加所述第一電壓直到到所述電池中的所述充電電流滿足設(shè)置的充電電流。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括: 輪詢所述一個(gè)或多個(gè)電子部件以確定汲取最高功率的所述電子部件；以及 確定汲取所述最高功率的所述電子部件是否是低電壓部件； 其中生成從所述電子系統(tǒng)到所述外部電源的所述信號(hào)進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述電子部件不是低電壓部件，生成從所述電子系統(tǒng)到所述外部電源的所述信號(hào)以增加所述第一電壓，以及響應(yīng)于所述電子部件是低電壓部件，生成從所述電子系統(tǒng)到所述外部電源的所述信號(hào)以降低所述第一電壓。13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)電源電路包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。14.一種方法，包括: 基于可接受的輸入電壓范圍的輸入信息、針對(duì)所述可接受的輸入電壓范圍的功率損耗估計(jì)和計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部的多個(gè)電源電路的輸出電流，確定外部電源的最優(yōu)的電壓以便最小化所述多個(gè)電源電路上的總的電壓轉(zhuǎn)換損耗。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)電源電路包括至少一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括: 基于所述電源電路的操作狀況，向一個(gè)電源電路分配優(yōu)先權(quán)；以及 進(jìn)一步基于分配的所述優(yōu)先權(quán)，確定所述最優(yōu)的電壓。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述一個(gè)電源電路是電池充電器并且所述操作狀況是電池的充電。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK105874340SQ201480062981
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2014年11月18日
【發(fā)明人】S·霍瓦維尼, V·阿里卡特拉, H·J·帕克
【申請(qǐng)人】高通股份有限公司