專利名稱：電源管理系統(tǒng)和電源管理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電源管理系統(tǒng)，尤其涉及一種控制提供給負載和電池的電力的電源管理系統(tǒng)和電源管理方法。
背景技術：
目前，大多數(shù)便攜式電子設備設置有通用串行總線(Universal Serial Bus, USB)端口，用來同時給有源系統(tǒng)和可充電電池提供電力。便攜式電子設備包含電源管理系統(tǒng)，其控制從USB端口到有源系統(tǒng)和可充電電池的輸入電流以避免USB端口的過壓狀況。一種傳統(tǒng)的解決方案是使用由誤差放大器和電流控制電路形成的單級電流控制回路來鉗位輸入電流。然而，由于單級電流控制回路的大電流限制范圍，電力利用率很低。此外，在一些情況中，USB端口可能不具有足夠的電力來為有源系統(tǒng)和可充電電池兩者供電。因此，當為可充電電池充電時，有源系統(tǒng)可能無法正常運作。另一種傳統(tǒng)的解決方案是比較功率閾值信號與包括傳送給有源系統(tǒng)和可充電電池的電流的總的源電流。然而，這一解決方案需要更多的部件，例如，用于偵測總的源電流的傳感電阻，使得電源管理系統(tǒng)的成本增加。此外，功率閾值信號與總的源電流的比較結果可能無法準確地指示有源系統(tǒng)什么時候需要更多的電力，從而不能很好地控制有源系統(tǒng)和可充電電池之間的平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種電源管理系統(tǒng)和電源管理方法，具有改善的瞬態(tài)響應和準確性，并確保負載和/或電池正常工作。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種電源管理系統(tǒng)。所述電源管理系統(tǒng)包括:第一誤差放大器，用于比較傳送給負載的第一輸出電壓與指示所述負載的工作電壓的第一參考電壓，以產(chǎn)生第一誤差信號；DC/DC轉換器，耦合于電池，所述DC/DC轉換器的占空比用于調(diào)節(jié)所述第一輸出電壓和傳送給所述電池的第二輸出電壓；以及誤差處理器，耦合于所述第一誤差放大器與所述DC/DC轉換器之間,用于基于所述第一誤差信號控制所述DC/DC轉換器的所述占空比，其中，若所述第一輸出電壓低于所述第一參考電壓，則所述誤差處理器基于所述第一誤差信號減小所述DC/DC轉換器的所述占空比以及所述電池的充電電流，以使所述第一輸出電壓升至所述第一參考電壓。本發(fā)明還提供了一種電源管理方法。所述電源管理方法包括:比較傳送給負載的第一輸出電壓與指不所述負載的工作電壓的第一參考電壓，以產(chǎn)生第一誤差信號；基于所述第一誤差信號控制DC/DC轉換器的占空比；以及基于所述DC/DC轉換器的所述占空比調(diào)節(jié)所述第一輸出電壓和傳送給電池的第二輸出電壓；其中，若所述第一輸出電壓低于所述第一參考電壓，則基于所述第一誤差信號而減小所述DC/DC轉換器的所述占空比以及所述電池的充電電流，以使所述第一輸出電壓升至所述第一參考電壓。本發(fā)明提供的電源管理系統(tǒng)和電源管理方法，采用雙級電流控制回路來控制輸入電流以及傳送給負載和/或電池的電力。通過使用雙級電流控制回路，電源管理系統(tǒng)相較于每個電流控制回路單獨運作的系統(tǒng)具有改善的瞬態(tài)響應和準確性。電源管理系統(tǒng)和電源管理方法通過使用電池電壓控制回路和系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路，確保負載和電池的正常工作。


以下通過對本發(fā)明的一些實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、具體結構特征和優(yōu)點，其中相似的符號代表相似的組件。圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電源管理系統(tǒng)的框圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電源管理系統(tǒng)的電路示意圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的電源管理系統(tǒng)的電路示意圖；圖4所示為圖2或圖3的電源管理系統(tǒng)中的輸入電流限制控制電路的另一示例的框圖；圖5所示為圖2或圖3的電源管理系統(tǒng)中的輸入電流限制控制電路的又一示例的框圖；圖6所示為圖2或圖3的電源管理系統(tǒng)中的誤差處理器的一個示例的框圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制系統(tǒng)優(yōu)先級的方法流程圖；圖8所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制輸入電流的方法流程圖；圖9所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制電池電壓的方法流程圖。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的參考。盡管本發(fā)明通過這些實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，本發(fā)明涵蓋所附權利要求所定義的發(fā)明精神和發(fā)明范圍內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的具體實施方式
中給出了眾多的具體細節(jié)。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的方法、手續(xù)、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電源管理系統(tǒng)10的框圖。電源管理系統(tǒng)10從電源12接收電力并且為負載16供電。電源12可以采用各種形式的電源，例如，通用串行總線(USB)端口電源。通過輸入線14，輸入電流Iin從電源12流到電源管理系統(tǒng)
10。電源管理系統(tǒng)10包含電流傳感器111、減法器113、誤差放大器116、電流控制單元(例如，線性電流控制單元118)、以及功率轉換器(例如，開關型直流/直流(direct-current/direct-current,以下簡稱為DC/DC)轉換器119)。稱合于輸入線14的電流傳感器111用于感測輸入電流Iin并產(chǎn)生指示輸入電流Iin大小的感測信號SEN。耦合于電流傳感器111的減法器113用于將感測信號SEN減去指示預定電流限制Ium的參考電流信號REF，并且相應地產(chǎn)生誤差信號115。稱合于減法器113的誤差放大器116用于放大誤差信號115,并輸出已放大的誤差信號117。如圖1所示，減法器113、誤差放大器116、線性電流控制單元118、以及開關型DC/DC轉換器119 一起形成雙級電流控制回路。通過使用雙級電流控制回路，已放大的誤差信號117可以控制線性電流控制單元118和開關型0(:/1)(:轉換器119。更具體地，基于已放大的誤差信號117，線性電流控制單元118鉗位輸入電流Iin并且開關型DC/DC轉換器119調(diào)節(jié)輸出電壓來適當?shù)貫樨撦d16供電。有利地，電源管理系統(tǒng)10采用雙級電流控制回路，而不是傳統(tǒng)的單級電流控制回路，來鉗位輸入電流Iin并調(diào)節(jié)輸出電壓。通過使用雙級電流控制回路，電源管理系統(tǒng)10相較于單獨運作的每個電流回路具有改善的瞬態(tài)響應和準確性。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電源管理系統(tǒng)20的電路示意圖。圖2結合圖1進行描述。圖2中與圖1標號相同的元件具有相似的功能。電源管理系統(tǒng)20包含輸入電流限制控制電路21和功率轉換器22。耦合于電源12的輸入電流限制控制電路21用于感測輸入電流Iin，產(chǎn)生指示輸入電流Iin和預定電流限制Ium之間的差值的誤差信號210，并且基于誤差信號210選擇性地將輸入電流Iin鉗位成鉗位電流I1/。輸入電流限制控制電路21避免輸入線14(例如，USB上行端口的電壓總線(VBUS)電源線)的過流狀況。耦合于輸入電流限制控制電路21的功率轉換器22用于接收鉗位電流IIN’和誤差信號210，并且基于誤差信號210調(diào)節(jié)傳送給負載(例如，有源系統(tǒng)19)的第一輸出電壓(例如，電壓VIN’),并調(diào)節(jié)傳送給電池18的第二輸出電壓(例如,轉換電壓輸出202上的電壓)。盡管圖2中的電池18經(jīng)由開關17耦合于功率轉換器22，本領域技術人員可以理解的是，在其他實施例中電池18可以直接連接到功率轉換器22。在圖2的實施例中，輸入電流限制控制電路21包含電流傳感器212、誤差放大器215 (誤差放大器215可以認為是本發(fā)明實施例的第二誤差放大器)以及線性電流控制單元211。稱合于輸入線14的電流傳感器212用于感測輸入電流Iin并且產(chǎn)生指不輸入電流Iin的感測電壓V1-SENSE。耦合于電流傳感器212的誤差放大器215用于比較感測電壓Vi sense與指示預定電流限制Ium的參考電壓Vkef 1;并相應地產(chǎn)生誤差信號210。根據(jù)不同的應用需求，可以由控制器(圖2中未示出)來預設參考電壓Vkef卩誤差放大器215與圖1中的誤差放大器116和減法器113的結合具有相似的功能。電流傳感器212、誤差放大器215、線性電流控制單元211以及功率轉換器22 —起形成雙級電流控制回路。通過使用雙級電流控制回路，誤差信號210可以控制線性電流控制單元211和功率轉換器22。線性電流控制單元211耦合于誤差放大器215用于接收誤差信號210，線性電流控制單元211還耦合于輸入線14用于接收輸入電流IIN。線性電流控制單元211基于誤差信號210選擇性地將輸入電流Iin鉗位成鉗位電流IIN’。更具體地，若輸入電流Iin超過電流限制IUM，則將輸入電流Iin鉗位成由參考電壓V- 工確定的電流限制Ium(例如，鉗位電流I1/等于電流限制Ium)。若輸入電流Iin并未超過電流限制IUM，則線性電流控制單元211的開關(圖2中未示出)全部導通，以使輸入電流Iin傳輸給功率轉換器22而沒有被鉗位(例如，鉗位電流IIN’等于輸入電流IIN)。綜上，電源管理系統(tǒng)20處于正常工作狀態(tài)，則誤差信號210為零(例如，輸入電流Iin=鉗位電流IIN’ =電流限制Ium)。若電源管理系統(tǒng)20出現(xiàn)過流狀況(例如，輸入電流Iin超過電流限制Ium)，則誤差信號210變?yōu)檎怠９β兽D換器22耦合于線性電流控制單元211用于接收鉗位電流I1/，并且功率轉換器22還耦合于誤差放大器215用于接收誤差信號210。功率轉換器22包含誤差放大器221 (誤差放大器221可以認為是本發(fā)明實施例的第三誤差放大器)、誤差放大器223 (誤差放大器223可以認為是本發(fā)明實施例的第一誤差放大器)、誤差處理器227、脈沖調(diào)制器229以及DC/DC轉換器230。DC/DC轉換器230可以是降壓轉換器或本領域已知的其它可控轉換器，例如，升壓轉換器、降升壓轉換器及其它電路拓撲。在圖2的實施例中，DC/DC轉換器230是降壓轉換器，并且DC/DC轉換器230的占空比由脈沖調(diào)制器229通過至少三個反饋回路來控制:(I)基于誤差放大器221而建立的電池電壓控制回路；(2)基于誤差放大器223而建立的系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路；以及(3)基于誤差放大器215而建立的雙級電流控制回路。DC/DC轉換器230的占空比用來調(diào)節(jié)傳送給負載(例如，有源系統(tǒng)19)的第一輸出電壓以及傳送給電池18的第二輸出電壓。對于電池電壓控制回路，誤差放大器221比較DC/DC轉換器230的轉換電壓輸出202上的電壓與參考電壓Vkef v，并且相應地產(chǎn)生誤差信號225。在圖2的實施例中，參考電壓VKEF—v等于允許傳送給電池18的最大充電電壓。更具體地，電源管理系統(tǒng)20處于正常工作狀態(tài)，則誤差信號225為零(例如，轉換電壓輸出202上的電壓等于參考電壓Vkef v)，轉換電壓輸出202用恒定的最大充電電壓(例如，參考電壓VKEF—v)來為電池18充電。若電源管理系統(tǒng)20出現(xiàn)過壓狀況(例如，轉換電壓輸出202上的電壓超過參考電壓Vkef v)，則誤差信號225變?yōu)檎怠Ｏ鄳?，誤差處理器227基于誤差信號225減小補償端口 COMP上的電壓(誤差處理器227的電路結構將在圖6中詳細說明)，從而減小DC/DC轉換器230的占空比。因此，轉換電壓輸出202上的電壓降至參考電壓Vkef v從而以恒壓充電模式為電池18充電。對于系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路，誤差放大器223比較限制總線201上的電壓Vin’與參考電壓Vkbus min，并且相應地產(chǎn)生誤差信號226。在圖2的實施例中，參考電壓Vkbus min等于有源系統(tǒng)19正常工作所需的最小系統(tǒng)電壓。更具體地，若電源管理系統(tǒng)20處于正常工作狀態(tài)，則誤差信號226為零(例如，限制總線201上的電壓Vin’等于參考電壓Vkbus min)。若電源管理系統(tǒng)20出現(xiàn)欠壓狀況(例如，限制總線201上的電壓Vin’低于參考電壓Vebus min)，則誤差信號226變?yōu)檎?。相應地，誤差處理器227基于誤差信號226減小補償端口 COMP上的電壓(誤差處理器227的電路結構將在圖6中詳細說明)，從而減小DC/DC轉換器230的占空比。因此，功率轉換器22基于誤差信號226減小或切斷電池18的充電電流。由于電源12所提供的總電力固定，傳送給電池18和有源系統(tǒng)19的電力得到平衡。由于電池18的充電電流減小，傳送給有源系統(tǒng)19的電壓Vin’增至參考電壓Vfflus min，從而適當?shù)貫橛性聪到y(tǒng)19供電。因此，通過使用系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路，有源系統(tǒng)19具有優(yōu)先級來確保其正常工作。若有源系統(tǒng)19需要更多電力，則電池18的充電電流相應地減小以滿足有源系統(tǒng)19的需求。若必要，電池18可以停止充電操作并開始為有源系統(tǒng)19供電。在這種情況中，有源系統(tǒng)19可以由電池18和限制總線201 —起來供電。在一個實施例中，電池18提供指示其最大充電電壓的參考電壓Vkef v，該參考電壓VKEF—v可以為數(shù)字形式。因此，提供耦合于誤差放大器221的數(shù)模(Digital toAnalog, D/A)轉換器(圖2中未示出)來將參考電壓Vkef vR換為模擬信號，用于誤差放大器221的如上所述的比較。類似地，有源系統(tǒng)19提供指示其正常工作所需的最小系統(tǒng)電壓的參考電壓V8Busjlin，該參考電壓Vfflus min可以為數(shù)字形式。因此，提供耦合于誤差放大器223的D/A轉換器(圖2中未示出)來將參考電壓Vfflus minR換為模擬信號，用于誤差放大器223的如上所述的比較。在另一個實施例中，參考電壓Vkef v和參考電壓Vebus min可以用本領域技術人員所知道的其它可編程電路(圖2中未示出)來產(chǎn)生。對于雙級電流控制回路，如上所述，誤差放大器215比較感測電壓V1 SENSE與指示預定電流限制Ium的參考電壓Vkef 1;并且相應地產(chǎn)生誤差信號210。若電源管理系統(tǒng)20出現(xiàn)過流狀況(例如，輸入電流Iin超過電流限制Im)，則誤差信號210變?yōu)檎怠Ｏ鄳?，誤差處理器227基于誤差信號210減小補償端口 COMP上的電壓(誤差處理器227的電路結構將在圖6中詳細說明)，從而基于誤差信號210減小DC/DC轉換器230的占空比以保持轉換電壓輸出202上的電壓恒定。因此，即使輸入電流Iin波動，轉換電壓輸出202上的電壓仍保持恒定。在圖2的實施例中，誤差處理器227接收誤差信號210、誤差信號225以及誤差信號226，并產(chǎn)生輸出信號228給脈沖調(diào)制器229。更具體地，如上所述，若電源管理系統(tǒng)20處于正常工作狀態(tài)，則誤差信號210、誤差信號225及誤差信號226均為零。然而，若電源管理系統(tǒng)20出現(xiàn)過流狀況、過壓狀況、或欠壓狀況，則誤差信號210、誤差信號225及誤差信號226中的一個應為正值。相應地，誤差處理器227減小補償端口 COMP上的電壓(誤差處理器227的電路結構將在圖6中詳細說明)，從而減小DC/DC轉換器230的占空比。下面的舉例僅用于說明的目的，并非用來限制本發(fā)明。在一個實施例中，假設電源管理系統(tǒng)20僅出現(xiàn)欠壓狀況，例如，轉換電壓輸出202上的電壓等于參考電壓Vkef v,電壓VIN’低于參考電壓Vfflus min，并且輸入電流Iin等于電流限制IUM。因此，誤差信號210和誤差信號225為零并且誤差信號226為正值。誤差處理器227使誤差信號226控制脈沖調(diào)制器229?；谡`差信號226，誤差處理器227的輸出信號228的電壓(例如，補償端口 COMP上的電壓)減小，從而減小DC/DC轉換器230的占空比。誤差處理器227通過補償端口 COMP耦合于補償網(wǎng)絡203，并且用來控制脈沖調(diào)制器229產(chǎn)生驅(qū)動信號(例如，脈沖寬度調(diào)制信號)，以調(diào)節(jié)DC/DC轉換器230的占空比。在其他實施例中，電源管理系統(tǒng)20可以同時出現(xiàn)多個異常狀況。舉例但并非限制，假設電源管理系統(tǒng)20同時出現(xiàn)欠壓狀況和過流狀況，例如，轉換電壓輸出202上的電壓等于參考電壓VKEF—v,電壓Vin’低于參考電壓Vffiusjlin,并且輸入電流Iin超過電流限制IUM。因此，誤差信號225為零并且誤差信號210和誤差信號226為正值。誤差處理器227將誤差信號210和誤差信號226相加，并獲得總的誤差信號?；诳偟恼`差信號，輸出信號228的電壓(例如，補償端口 COMP上的電壓)減小，從而減小DC/DC轉換器230的占空比。在實際操作中，由于一個誤差信號的出現(xiàn)將減小DC/DC轉換器230的占空比，以使其他誤差信號快速回到零，因此多個異常狀況僅在很短的時間段內(nèi)同時出現(xiàn)。有利地，電源管理系統(tǒng)20采用雙級電流控制回路來控制輸入電流Iin以及傳送給有源系統(tǒng)19和/或電池18的電力。此外，功率轉換器22利用電池電壓控制回路和系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路來確保有源系統(tǒng)19和電池18的正常工作。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的電源管理系統(tǒng)30的電路示意圖。圖3結合圖2進行描述。圖3中與圖2標號相同的元件具有相似的功能。在圖3的實施例中，功率轉換器32包含的誤差放大器221、誤差處理器227、脈沖調(diào)制器229以及DC/DC轉換器230與圖2中標號相同的元件具有相似的功能。功率轉換器32還包含誤差放大器323，其類似于圖2中的誤差放大器223。誤差放大器323用來形成系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路。誤差放大器323比較限制總線201上的電壓Vin’與參考電壓Vebus min，并且相應地產(chǎn)生誤差信號326。耦合于誤差放大器215和誤差放大器323之間的電流限制調(diào)節(jié)單元316接收誤差信號326，并基于誤差信號326調(diào)節(jié)參考電壓Vkef卩更具體地，若電源管理系統(tǒng)30出現(xiàn)欠壓狀況(例如，限制總線201上的電壓Vin’低于參考電壓Vebus min)，則誤差信號326變?yōu)檎?。相應地，電流限制調(diào)節(jié)單元316減小參考電壓Vkef i，其指示減小的電流限制IUM’。減小的參考電SVkefi導致輸入電流Iin超過新的電流限制IUM’并且誤差信號210變?yōu)檎?。誤差處理器227使誤差信號210控制脈沖調(diào)制器229。基于誤差信號210，補償端口 COMP上的電壓減小，從而減小DC/DC轉換器230的占空比。因此，功率轉換器32減小或切斷電池18的充電電流。由于電源12所提供的總電力固定，傳送給電池18和有源系統(tǒng)19的電力得到平衡。由于電池18的充電電流減小，傳送給有源系統(tǒng)19的電壓V1/增至參考電壓Vkbus min，從而適當?shù)貫橛性聪到y(tǒng)19供電。因此，通過使用基于誤差放大器323而建立的系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路，有源系統(tǒng)19具有優(yōu)先級來確保其正常工作。若有源系統(tǒng)19需要更多電力，則電池18的充電電流相應地減小以滿足有源系統(tǒng)19的需求。若必要，電池18可以停止充電操作并開始為有源系統(tǒng)19供電。在這種情況中，有源系統(tǒng)19可以由電池18和限制總線201 —起來供電。圖4所示為圖2或圖3的電源管理系統(tǒng)中的輸入電流限制控制電路的另一示例的框圖41。圖4結合圖2和圖3進行描述。圖4中與圖2和圖3標號相同的元件具有相似的功能。電流傳感器212感測輸入電流Iin并且產(chǎn)生感測電流ISEN，感測電流Isen具有與輸入電流Iin類似的波形但幅度較小。耦合于電流傳感器212的參考電流413提供電流限制IKEF。根據(jù)不同的應用需求，可以由控制器(圖4中未示出)來預設參考電流413。如圖4所示，基于感測電流Isen和電流限制Ikef產(chǎn)生誤差電流Iekk (例如，誤差電流Iekk=感測電流Isen-電流限制Ikef)。電流誤差放大器415比較誤差電流Iekk與地，并且產(chǎn)生指示輸入電流Iin和電流限制Ikef之間的差值的誤差信號210。線性電流控制單元211基于誤差信號210選擇性地將輸入電流Iin鉗位成鉗位電流I1/。誤差信號210同樣被施加到功率轉換器22 (圖4中未示出)來調(diào)節(jié)傳送給負載(例如，有源系統(tǒng)19)的第一輸出電壓(例如，電壓Vin’)，以及傳送給電池18的第二輸出電壓(例如，轉換電壓輸出202上的電壓)。圖5所示為圖2或圖3的電源管理系統(tǒng)中的輸入電流限制控制電路的又一示例的框圖51。圖5結合圖2和圖3進行描述。圖5中與圖2和圖3標號相同的元件具有相似的功能。輸入電流限制控制電路51包含電阻507、放大器511、誤差放大器513、晶體管501、晶體管503及晶體管509。在圖5的實施例中，晶體管501、晶體管503及晶體管509可以是N溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(N channel metaloxide semiconductor fieldeffect transistor, NMOSFET)。晶體管501和晶體管509具有實質(zhì)相同的漏源極電壓并且它們彼此實質(zhì)匹配。本發(fā)明實施例中的“實質(zhì)相同”、“實質(zhì)匹配”是指晶體管501和晶體管509的漏源極電壓由于電路組件的非理想性，存在微小的差別。晶體管501、晶體管503、晶體管509及放大器511 —起形成電流鏡，用于接收輸入電流Iin并在晶體管503的源極輸出感測電流ISEN。感測電流Isen具有與輸入電流Iin類似的波形但幅度較小，感測電流Isen在電阻507上生成感測電壓V1SENSE。誤差放大器513比較指示輸入電流Iin的感測電壓V1SENSE與指示預定電流限制Ium的參考電壓Vkef 1;并且相應地產(chǎn)生誤差信號515。誤差信號515被發(fā)送到晶體管509，晶體管509起到線性電流控制單元的作用，選擇性地將輸入電流Iin鉗位成鉗位電流I1/。誤差信號515同樣被施加到功率轉換器22(圖4中未示出)來調(diào)節(jié)傳送給負載(例如，有源系統(tǒng)19)的第一輸出電壓(例如，電壓VIN’)，以及傳送給電池18的第二輸出電壓(例如，轉換電壓輸出202上的電壓)。圖6所示為圖2或圖3的電源管理系統(tǒng)中的誤差處理器227的一個示例的框圖。圖6的示例僅用于說明的目的，并非用來限制本發(fā)明。圖6結合圖2進行描述。圖6中與圖2標號相同的元件具有相似的功能。誤差處理器227接收來自誤差放大器215(圖6中未示出)的誤差信號210、來自誤差放大器221(圖6中未示出)的誤差信號225以及來自誤差放大器223(圖6中未示出)的誤差信號226。誤差信號210、誤差信號225及誤差信號226被分別施加到晶體管603、晶體管605及晶體管607的柵極。晶體管603、晶體管605及晶體管607的漏極一起耦合于補償端口 COMP和電流發(fā)生器601之間。更具體地，如上所述，若電源管理系統(tǒng)20(圖6中未示出)處于正常工作狀態(tài)，則誤差信號210、誤差信號225及誤差信號226均為零并且補償端口 COMP上的電壓(例如，輸出信號228的電壓)為最大值。然而，若電源管理系統(tǒng)20出現(xiàn)過流狀況、過壓狀況或欠壓狀況，誤差信號210、誤差信號225及誤差信號226中的一個應為正值并且誤差處理器227中對應的晶體管響應該為正值的誤差信號，吸收從電流發(fā)生器601流出的電流。因此，誤差處理器227減小補償端口 COMP上的電壓以減小DC/DC轉換器230(圖6中未示出)的占空比。下面的例子僅用于說明的目的，并非用來限制本發(fā)明。在一個實施例中，假設電源管理系統(tǒng)20僅出現(xiàn)欠壓狀況，例如，轉換電壓輸出202上的電壓等于參考電壓Vkef v,電壓VIN’低于參考電壓Vfflus min，并且輸入電流Iin等于電流限制IUM。因此，誤差信號210和誤差信號225為零并且誤差信號226為正值。相應地，晶體管603和晶體管605截止并且晶體管607導通。晶體管607響應誤差信號226以吸收從電流發(fā)生器601流出的電流。因此，誤差處理器227減小補償端口 COMP上的電壓以減小DC/DC轉換器230 (圖6中未示出)的占空比。在其他實施例中，電源管理系統(tǒng)20可以同時出現(xiàn)多個異常狀況。舉例但并非限制，假設電源管理系統(tǒng)20同時出現(xiàn)欠壓狀況和過流狀況，例如，轉換電壓輸出202上的電壓等于參考電壓VKEF—v,電壓Vin’低于參考電壓Vffiusjlin,并且輸入電流Iin超過電流限制IUM。因此，誤差信號225為零并且誤差信號210和誤差信號226為正值。相應地，晶體管605截止并且晶體管603和晶體管607導通。晶體管603和晶體管607分別響應誤差信號210和誤差信號226，以吸收從電流發(fā)生器601流出的電流。因此，誤差處理器227減小補償端口COMP上的電壓。具體而言，誤差處理器227將誤差信號210和誤差信號226相加，并獲得總的誤差信號。基于總的誤差信號，補償端口 COMP上的電壓減小，從而減小DC/DC轉換器230 (圖6中未示出)的占空比。圖7所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制系統(tǒng)優(yōu)先級的方法流程圖700。圖7結合圖2和圖3進行描述。盡管圖7示出了具體的步驟，但是這些步驟僅用于說明的目的，并非用來限制本發(fā)明。在步驟702中，比較傳送給負載(例如，有源系統(tǒng)19)的第一輸出電壓(例如，電壓VIN’ )與指不負載的工作電壓的第一參考電壓(例如，參考電壓Vffiusjlin),并相應地產(chǎn)生第一誤差信號(例如，誤差信號226或誤差信號326)。更具體地，若電源管理系統(tǒng)(例如，電源管理系統(tǒng)20)處于正常工作狀態(tài),則第一誤差信號為零(例如，第一輸出電壓等于第一參考電壓)。若電源管理系統(tǒng)出現(xiàn)欠壓狀況(例如，第一輸出電壓低于第一參考電壓)，則第一誤差信號變?yōu)檎?。在步驟704中，基于第一誤差信號控制DC/DC轉換器(例如，DC/DC轉換器230)的占空比。例如，若第一輸出電壓低于第一參考電壓，則基于第一誤差信號減小DC/DC轉換器的占空比。在步驟706中，基于DC/DC轉換器的占空比來調(diào)節(jié)第一輸出電壓和傳送給電池(例如，電池18)的第二輸出電壓(例如，轉換電壓輸出202上的電壓)。圖8所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制輸入電流的方法流程圖800。圖8結合圖2和圖3進行描述。盡管圖8示出了具體的步驟，但是這些步驟僅用于說明的目的，并非用來限制本發(fā)明。在步驟802中，感測輸入電流(例如，輸入電流IIN)。在步驟804中，產(chǎn)生指示輸入電流和電流限制(例如，電流限制Ium)之間的差值的第二誤差信號(例如，誤差信號210)。更具體地，在圖2、圖3或圖5的實施例中的第二誤差放大器(例如，誤差放大器215、誤差放大器513)比較指示輸入電流的感測電壓(例如，感測電壓Vi sense)和指示電流限制的第三參考電壓(例如，參考電壓Vkef」)，以產(chǎn)生第二誤差信號。在圖4的實施例中的電流誤差放大器(例如，電流誤差放大器415)將指示輸入電流的感測電流(例如，感測電流Isen)和電流限制(例如，電流限制Ikef)的差值(例如，誤差電流Iekk)與地比較，以產(chǎn)生第二誤差信號。若電源管理系統(tǒng)(例如，電源管理系統(tǒng)20)處于正常工作狀態(tài)，則第二誤差信號為零(例如，輸入電流等于電流限制)。若電源管理系統(tǒng)出現(xiàn)過流狀況(例如，輸入電流超過電流限制)，則第二誤差信號變?yōu)檎?。在圖2的實施例中，電流限制是由控制器根據(jù)不同的應用需求而預設。在圖3的實施例中，電流限制是根據(jù)第一誤差信號而可調(diào)節(jié)的。例如，若第一輸出電壓低于第一參考電壓，則基于第一誤差信號減小電流限制。因此，輸入電流超過新的電流限制并且第二誤差信號變?yōu)檎?。在步驟806中，基于第二誤差信號將輸入電流選擇性地鉗位成鉗位電流。例如，當輸入電流超過電流限制(例如，第二誤差信號變?yōu)檎?，則將輸入電流鉗位成電流限制(即，鉗位電流等于電流限制)；當輸入電流未超過電流限制(例如，第二誤差信號為零)時，則鉗位電流等于輸入電流。在步驟808中，基于第二誤差信號控制DC/DC轉換器(例如，DC/DC轉換器230)的占空比。例如，若輸入電流超過電流限制，則基于第二誤差信號減小DC/DC轉換器的占空比以保持第二輸出電壓恒定。圖9所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的控制電池電壓的方法流程圖900。圖9結合圖2和圖3進行描述。盡管圖9示出了具體的步驟，但是這些步驟僅用于說明的目的，并非用來限制本發(fā)明。在步驟902中，比較傳送給電池(例如，電池18)的第二輸出電壓與指示電池的充電電壓的第二參考電壓(例如，參考電壓VKEF—ν),并相應地產(chǎn)生第三誤差信號(例如,誤差信號225)。更具體地，若電源管理系統(tǒng)(例如，電源管理系統(tǒng)20)處于正常工作狀態(tài)，則第三誤差信號為零(例如，第二輸出電壓等于第二參考電壓)。若電源管理系統(tǒng)出現(xiàn)過壓狀況(例如，第二輸出電壓超過第二參考電壓)，則第三誤差信號變?yōu)檎?。在步驟904中，基于第三誤差信號控制DC/DC轉換器(例如，DC/DC轉換器230)的占空比。例如，若第二輸出電壓超過第二參考電壓，則基于第三誤差信號減小DC/DC轉換器的占空比以使第二輸出電壓降至第二參考電壓。有利地，本發(fā)明的實施例提供的電源管理系統(tǒng)和電源管理方法采用雙級電流控制回路來控制輸入電流以及傳送給有源系統(tǒng)和/或電池的電力。通過使用雙級電流控制回路，電源管理系統(tǒng)相較于具有每個電流回路單獨運作的的系統(tǒng)具有改善的瞬態(tài)響應和準確性。此外，本發(fā)明的實施例的電源管理系統(tǒng)和電源管理方法采用電池電壓控制回路和系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路，以確保有源系統(tǒng)和電池的正常工作。在一個實施例中，基于誤差放大器223或誤差放大器323建立的系統(tǒng)優(yōu)先級控制回路將傳送給有源系統(tǒng)的電壓與最小系統(tǒng)電壓比較，并且相應地減小DC/DC轉換器的占空比。因此，電源管理系統(tǒng)及電源管理方法準確地監(jiān)測有源系統(tǒng)什么時候需要更多的電力以通過減小電池的充電電流而確保有源系統(tǒng)具有優(yōu)先級。上文具體實施方式
和附圖僅為本發(fā)明的常用實施例。顯然，在不脫離后附權利要求書所界定的本發(fā)明精神和保護范圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發(fā)明在實際應用中可根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準則的前提下在形式、結構、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此，在此披露的實施例僅用于說明而非限制，本發(fā)明的范圍由后附權利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。
權利要求
1.一種電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)包括: 第一誤差放大器，用于比較傳送給負載的第一輸出電壓與指示所述負載的工作電壓的第一參考電壓，以產(chǎn)生第一誤差信號； DC/DC轉換器，耦合于電池，所述DC/DC轉換器的占空比用于調(diào)節(jié)所述第一輸出電壓和傳送給所述電池的第二輸出電壓；以及 誤差處理器，耦合于所述第一誤差放大器與所述DC/DC轉換器之間，用于基于所述第一誤差信號控制所述DC/DC轉換器的所述占空比， 其中，若所述第一輸出電壓低于所述第一參考電壓，則所述誤差處理器基于所述第一誤差信號減小所述DC/DC轉換器的所述占空比以及所述電池的充電電流，以使所述第一輸出電壓升至所述第一參考電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)還包括: 輸入電流限制控制電路，耦合于所述誤差處理器，用于感測輸入電流，產(chǎn)生指示所述輸入電流和電流限制之間的差值的第二誤差信號，并且基于所述第二誤差信號將所述輸入電流鉗位成鉗位電流， 其中，所述誤差處理器還基于所述第二誤差信號控制所述DC/DC轉換器的所述占空t匕，并且若所述輸入電流超過所述電流限制，則所述誤差處理器基于所述第二誤差信號減小所述DC/DC轉換器的所述占空比以保持所述第二輸出電壓恒定。
3.根據(jù)權利要求2所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電流限制由控制器根據(jù)所述電源管理系統(tǒng)的應用需求而預設。
4.根據(jù)權利要求2所 述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，若所述第一輸出電壓低于所述第一參考電壓，則所述輸入電流限制控制電路基于所述第一誤差信號減小所述電流限制。
5.根據(jù)權利要求2所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電流限制控制電路連接到電源，其中所述電源是通用串行總線端口電源，所述負載是有源系統(tǒng)。
6.根據(jù)權利要求2所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電流限制控制電路包括: 線性電流控制單元，用于接收所述輸入電流和所述第二誤差信號，并基于所述第二誤差信號將所述輸入電流鉗位成所述鉗位電流。
7.根據(jù)權利要求6所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電流限制控制電路還包括: 第二誤差放大器，用于比較指示所述輸入電流的感測電壓和指示所述電流限制的第三參考電壓，以產(chǎn)生所述第二誤差信號。
8.根據(jù)權利要求6所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電流限制控制電路還包括: 電流誤差放大器，用于將指示輸入電流的感測電流和所述電流限制的差值與地比較，以產(chǎn)生所述第二誤差信號。
9.根據(jù)權利要求1所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)還包括: 第三誤差放大器，用于比較所述第二輸出電壓與指示所述電池的充電電壓的第二參考電壓，以產(chǎn)生第三誤差信號， 其中，所述誤差處理器還基于所述第三誤差信號控制所述DC/DC轉換器的所述占空t匕，并且若所述第二輸出電壓超過所述第二參考電壓，則所述誤差處理器基于所述第三誤差信號減小所述DC/DC轉換器的所述占空比以使所述第二輸出電壓降至所述第二參考電壓。
10.根據(jù)權利要求9所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)還包括耦合于所述第三誤差放大器的數(shù)模轉換器，所述數(shù)模轉換器將所述第二參考電壓從數(shù)字信號轉換為模擬信號，以用于所述第三誤差放大器的所述比較。
11.根據(jù)權利要求1所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)還包括耦合于所述第一誤差放大器的數(shù)模轉換器，所述數(shù)模轉換器將所述第一參考電壓從數(shù)字信號轉換為模擬信號，以用于所述第一誤差放大器的所述比較。
12.根據(jù)權利要求1所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)還包括耦合于所述誤差處理器和所述DC/DC轉換器之間的脈沖調(diào)制器，所述脈沖調(diào)制器用于根據(jù)所述誤差處理器的輸出信號產(chǎn)生驅(qū)動信號，以調(diào)節(jié)所述DC/DC轉換器的所述占空比。
13.根據(jù)權利要求12所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動信號是脈沖寬度調(diào)制信號。
14.根據(jù)權利要求1所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述誤差處理器還通過補償端口耦合于補償網(wǎng)絡，其中，所述誤差處理器通過減小所述補償端口上的電壓來減小所述DC/DC轉換器的所述占空比。
15.根據(jù)權利要求14所述的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述誤差處理器包括由所述第一誤差信號控制的第一開關，其中，所述第一開關的漏極耦合于所述補償端口和電流發(fā)生器之間，若所述第一輸出電壓低于所述第一參考電壓，則所述誤差處理器響應所述第一誤差信號，吸收從所述電流發(fā)生器流出的電流，以減小所述補償端口上的電壓。
16.—種電源管理方法,其特征在于,所述電源管理方法包括: 比較傳送給負載的第一輸出電壓與指示所述負載的工作電壓的第一參考電壓，以產(chǎn)生第一誤差信號； 基于所述第一誤差信號控制DC/DC轉換器的占空比；以及 基于所述DC/DC轉換器的所述占空比調(diào)節(jié)所述第一輸出電壓和傳送給電池的第二輸出電壓；其中，若所述第一輸出電壓低于所述第一參考電壓，則基于所述第一誤差信號減小所述DC/DC轉換器的所述占空比以及所述電池的充電電流，以使所述第一輸出電壓升至所述第一參考電壓。
17.根據(jù)權利要求16所述的電源管理方法，其特征在于，還包括: 感測輸入電流； 產(chǎn)生指示所述輸入電流和電流限制之間的差值的第二誤差信號； 基于所述第二誤差信號將所述輸入電流鉗位成鉗位電流；以及 基于所述第二誤差信號控制所述DC/DC轉換器的所述占空比， 其中，若所述輸入電流超過所述電流限制，則基于所述第二誤差信號減小所述DC/DC轉換器的所述占空比以保持所述第二輸出電壓恒定。
18.根據(jù)權利要求17所述的電源管理方法，其特征在于，所述產(chǎn)生指示所述輸入電流和電流限制之間的差值的第二誤差信號的步驟包括:比較指示所述輸入電流的感測電壓和指示所述電流限制的第三參考電壓，以產(chǎn)生所述第二誤差信號。
19.根據(jù)權利要求17所述的電源管理方法，其特征在于，所述產(chǎn)生指示所述輸入電流和電流限制之間的差值的第二誤差信號的步驟包括: 將指示所述輸入電流的感測電流和所述電流限制的差值與地比較，以產(chǎn)生所述第二誤差 目號。
20.根據(jù)權利要求17所述的電源管理方法，其特征在于，所述電流限制由控制器根據(jù)電源管理系統(tǒng)的應用需求而預設。
21.根據(jù)權利要求17所述的電源管理方法,其特征在于,若所述第一輸出電壓低于所述第一參考電壓，則基于所述第一誤差信號減小所述電流限制。
22.根據(jù)權利要求16所述的電源管理方法，其特征在于，還包括: 比較所述第二輸出電壓與指示所述電池的充電電壓的第二參考電壓，以產(chǎn)生第三誤差信號; 基于所述第三誤差信號控制所述DC/DC轉換器的所述占空比， 其中，若所述第二輸出電壓超過所述第二參考電壓，則基于所述第三誤差信號減小所述DC/DC轉換器的所述占空比以使所述第二輸出電壓降至所述第二參考電壓。
23.根據(jù)權利要求22所述的電源管理方法，其特征在于，所述比較所述第二輸出電壓與指示所述電池的充電電壓的第二參考電壓的步驟還包括: 將所述第二參考電壓從數(shù)字信號轉換為模擬信號。
24.根據(jù)權利要求16所述的電源管理方法，其特征在于，所述比較傳送給負載的第一輸出電壓與指示所述負載的工作電壓的第一參考電壓的步驟還包括: 將所述第一參考電壓從數(shù)字信號轉換為模擬信號。
25.根據(jù)權利要求16所述的電源管理方法，其特征在于，通過減小補償端口上的電壓減小所述DC/DC轉換器的所述占空比。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電源管理系統(tǒng)和電源管理方法。該電源管理系統(tǒng)包含第一誤差放大器、DC/DC轉換器和誤差處理器。第一誤差放大器用于比較傳送給負載的第一輸出電壓與指示負載的工作電壓的第一參考電壓，以產(chǎn)生第一誤差信號。DC/DC轉換器耦合于電池，DC/DC轉換器的占空比用于調(diào)節(jié)第一輸出電壓和傳送給電池的第二輸出電壓。誤差處理器耦合于第一誤差放大器和DC/DC轉換器之間，用于基于第一誤差信號控制DC/DC轉換器的占空比。若第一輸出電壓低于第一參考電壓，則誤差處理器基于第一誤差信號減小DC/DC轉換器的占空比和電池的充電電流，以使第一輸出電壓升至第一參考電壓。本發(fā)明的電源管理系統(tǒng)和電源管理方法具有改善的瞬態(tài)響應和準確性，并確保電池和負載正常工作。
文檔編號H02J7/00GK103166280SQ20121050705
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者法拉·米哈伊爾·丹·坡貝斯庫-斯塔內(nèi)斯緹, 奧萊格克·比爾德基諾夫, 克勞迪烏·帕特魯, 安德烈-喬治·羅曼 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司