能夠控制適配器的輸出特性的便攜式裝置以及對應(yīng)方法
【專利摘要】一種能夠控制用于對便攜式裝置的電池充電的適配器的輸出特性的便攜式裝置，包含感測電路和控制電路。感測電路感測電池的條件?？刂齐娐坊陔姵氐臈l件控制適配器以調(diào)整其輸出特性。
【專利說明】能夠控制適配器的輸出特性的便攜式裝置以及對應(yīng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及控制適配器的充電方案，以及更特別地，涉及能夠控制適配器的輸出 特性的便攜式裝置以及對應(yīng)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] -般來說，當(dāng)現(xiàn)有的適配器經(jīng)由通信接口連接到電子裝置以對電子裝置的電池充 電時，現(xiàn)有的適配器通常在恒定電流模式中采用恒定電流對電池充電。然而，在一些情況 下，考慮到電路成本和較差的功率損耗，可以僅僅采用較小的恒定電流用于對電池充電。較 小的電流指示對于現(xiàn)有的適配器必須消耗更長的時間段來對電池充電。此缺點是不被用戶 所接受的。因此，提供新穎的充電方案以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點是很重要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 因此，本發(fā)明的一個目的是提供能夠控制用于對便攜式裝置的電池充電的適配器 的輸出特性的便攜式裝置和方法，以解決上述的問題。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，公開一種能夠控制對便攜式裝置的電池充電的適配器的輸 出特性的便攜式裝置。便攜式裝置包含感測電路和控制電路。感測電路感測電池的條件。 控制電路基于電池的條件控制適配器以來調(diào)整其輸出特性。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于采用便攜式裝置以控制對便攜式裝置的電池充電的適 配器的輸出特性的方法包含：感測電池的條件；以及基于電池的條件控制適配器以調(diào)整其 輸出特性。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，公開一種用于對便攜式裝置的電池充電的適配器。適配器 的輸出特性是根據(jù)電池的條件可配置的。
[0007] 根據(jù)實施例，便攜式裝置可經(jīng)由各種通信接口與可控制的適配器通信，并控制可 控制的適配器的輸出特性，以達到快速充電的目的，避免熱損害，增強/改進整個充電效 率，以及節(jié)省更多電力。
[0008] 在閱讀了圖示于各種圖和附圖中的優(yōu)先實施例的以下詳細描述后，本發(fā)明的這些 和其它目的將對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電系統(tǒng)的示意圖。
[0010] 圖2是圖示如圖1所示的導(dǎo)電電路元件的安全操作區(qū)域的示意圖。
[0011] 圖3是根據(jù)圖1的實施例圖示適配器的I-V曲線的示意圖。
[0012] 圖4是根據(jù)本發(fā)明中的快速充電的實施例的如圖1所示的充電系統(tǒng)的操作的控制 流程圖。

【具體實施方式】
[0013] 請參考圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的充電系統(tǒng)100的示意圖。充電系統(tǒng)100 包含適配器105 (例如，交流至直流（AC-to-DC)旅行適配器（但不限制）），以及便攜式裝置 11〇(例如，移動裝置（例如，智能電話裝置、平板電腦））。便攜式裝置110包含導(dǎo)電電路元 件1101、電阻1102、電池1103、感測電路1104以及控制電路1105。感測電路1104和控制 電路1105可以看成是可以通過使用集成電路芯片來實施的電池充電器裝置。適配器105 用于將交流電源轉(zhuǎn)換成直流充電電壓Vchg和充電電流lehr，并提供充電電壓Vchg和充電 電流lehr用于對便攜式裝置110的電池1103充電。此外，適配器105能夠基于電池1103 的不同的條件，為電池1103提供各種不同的充電電壓和充電電流。適配器105的輸出特性 根據(jù)電池1103的條件是可配置的。便攜式裝置110可將電池1103的條件（例如，電池電 壓）告知適配器105,并控制適配器105在不同的條件下動態(tài)地輸出不同的充電電壓和充 電電流。優(yōu)選地，此可實現(xiàn)快速對便攜式裝置110的電池1103充電，并且避免功率損耗超 過功率損耗閾值。本實施例中的導(dǎo)電電路元件1101是以雙極結(jié)晶體管或M0S晶體管來實 施（但不限制）。電池1103包含至少一個單元（cell)。感測電路1104耦合到電池1103， 并用于感測電池1103的條件。例如，感測電路1104感測電池1103的電池電壓Vbat以生 成電池電壓Vbat的感測結(jié)果?？刂齐娐?105耦合到感測電路1104,并用于基于電池1103 的條件控制適配器105以來調(diào)整其輸出特性?？刂齐娐?105可基于電池電壓Vbat的感測 結(jié)果，確定從適配器供應(yīng)的所希望的充電電壓和/或充電電流?？刂齐娐?105通過經(jīng)由特 定通信接口（例如，經(jīng)由USB通信接口的VBUS線、經(jīng)由USB通信接口的專屬通信線或經(jīng)由 適配器105與便攜式裝置110之間的任何通信接口）發(fā)送控制信號到適配器105,將確定的 充電電壓和充電電流告知適配器105。根據(jù)控制信號，適配器105可提供由便攜式裝置110 確定的充電電壓和充電電流，用于來對電池1103充電。具體地，為了同時實現(xiàn)快速充電以 及熱保護，便攜式裝置110控制適配器105以盡可能地供應(yīng)最大充電電流到電池1103?？?以由適配器105提供的最大充電電流取決于電池1103的條件和與熱保護關(guān)聯(lián)的功率損耗 閾值。在本實施例中，條件指示電池電壓Vbat，以及導(dǎo)電電路元件的功率損耗閾值Pdmax可 認為是與熱保護關(guān)聯(lián)的功率損耗閾值。然而，此并非打算作為限制。在其它實施例中，與熱 保護關(guān)聯(lián)的功率損耗閾值可以是包含于便攜式裝置110中的另一不同電路元件的閾值。為 了實現(xiàn)快速充電并避免導(dǎo)電電路元件1101的功率損耗超過功率損耗閾值Pdmax，在確定可 以由適配器105提供的最大充電電流后，控制電路1105控制適配器105以調(diào)整以及然后盡 快提供充電電壓Vchg，以便所提供的充電電流和充電電壓不會導(dǎo)致功率損耗超過功率損耗 閾值Pdmax。由導(dǎo)電電路元件1103導(dǎo)致的功率損耗的關(guān)系可以根據(jù)以下的式子來計算：
[0014] Pd = (Vchg-Vbat) X lehr
[0015] 其中Pd指示功率損耗，Vchg指示由適配器105輸出的輸出充電電壓用于對電池 1103充電，Vbat指示電池電壓，以及l(fā)ehr指示充電電流。電池電壓Vbat可以由感測電路 1104感測，并因此，控制電路1105可調(diào)整充電電流lehr并輸出充電電壓Vchg，以便最大化 充電電流lehr以及避免功率損耗Pd超過功率損耗閾值Pdmax。即，為了盡可能增加充電電 流Ichr，便攜式裝置110設(shè)置為減少輸出充電電壓Vchg與電池電壓Vbat之間的電壓差。 因此，通過最大化可以從適配器105供應(yīng)的充電電流lehr，電池1103可以被快速充電，且此 顯著地減少了整個充電時間。在此情況中，控制電路1105可設(shè)置輸出充電電壓Vchg為電 壓電平，此電壓電平低于基于最大化的充電電流lehr計算的電平，以便對應(yīng)功率損耗Pd稍 微小于功率損耗閾值Pdmax，且不損壞導(dǎo)電電路元件1101。即，在確定和配置由適配器105 提供的充電電流lehr后，便攜式裝置110可控制適配器105以選擇性地輸出或供應(yīng)不同的 輸出充電電壓電平。例如，第一電平可以基于上述的式子和最大化的充電電流來確定，以及 第二電平可以是稍微低于第一電平的電平。根據(jù)相同的充電電流，供應(yīng)不同的輸出充電電 壓電平的選擇提供輸出不同功率的靈活性。便攜式裝置110控制適配器105在不同條件下 選擇對應(yīng)于不同功率的多個充電電平的一個，并給電池1103提供所選擇的電壓。
[0016] 如上所述，便攜式裝置110 (或控制電路1105)可用于基于電池電壓Vbat來配置 由適配器105供應(yīng)的充電電流Ichr，根據(jù)所配置的充電電流lehr來確定由適配器105提 供的輸出充電電壓Vchg，以及控制適配器105輸出所確定的輸出充電電壓Vchg和所配置 的充電電流lehr。因此，包含感測電路1104和控制電路1105的便攜式裝置110能夠控 制適配器105的輸出特性。輸出特性可指示（但不限于）充電電流lehr或輸出充電電壓 Vchg。在其它示例中，輸出特性可包含交流至直流切換頻率、交流至直流偏置電流、輸出電 壓精度、電壓紋波以及動態(tài)負載中的至少一個。便攜式裝置110還可用于通過調(diào)整交流至 直流切換頻率、交流至直流偏置電流、輸出電壓精度、電壓紋波以及動態(tài)負載等的至少一個 特性，來控制適配器105的輸出特性，以便調(diào)整充電電流lehr。
[0017] 應(yīng)該注意到，根據(jù)導(dǎo)電電路元件1101的功率損耗的式子，在第一實施例中，控制 電路1105在確定/配置充電電流lehr后，可調(diào)整輸出充電電壓Vchg，或在第二實施例中， 在確定/配置充電電壓Vchg后，可調(diào)整充電電流lehr。
[0018] 在實施例中，導(dǎo)電電路元件1101可以用雙極結(jié)晶體管來實施。當(dāng)適配器105對電 池1103充電時，雙極結(jié)晶體管閉合且變得飽和。雙極結(jié)晶體管的集電極和發(fā)射極之間的電 壓降標(biāo)記為V CE，其在一些示例中可以等于為0. 25V - 0. 4V。輸出充電電壓Vchg和電池電壓 Vbat之間的電壓差可以由VCE+Ichr*R表示，其中R指示位于雙極結(jié)晶體管與電池1103之 間的電阻1102的電阻值。電阻值非常小，且可以忽略。輸出電壓Vchg和電池電壓Vbat之 間的電壓差幾乎等于V CE。因此，最大充電電流lehr可以由以下式子來計算或估計：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種便攜式裝置，能夠控制用于對所述便攜式裝置的電池充電的適配器的輸出特 性，其特征在于，包含： 感測電路，用于感測所述電池的條件；以及 控制電路，耦合到所述感測電路，用于基于所述電池的所述條件控制所述適配器以調(diào) 整所述適配器的輸出特性。
2. 如權(quán)利要求1所述便攜式裝置，其特征在于，所述輸出特性包含充電電流、充電電 壓、切換頻率、偏置電流、輸出電壓精度、電壓紋波以及動態(tài)負載中的至少一個。
3. 如權(quán)利要求1所述便攜式裝置，其特征在于，所述感測電路設(shè)置為感測所述電池的 電池電壓，以及所述控制電路設(shè)置為根據(jù)所述感測的電池電壓控制所述適配器。
4. 如權(quán)利要求3所述便攜式裝置，其特征在于，所述控制電路設(shè)置為配置充電電流，以 及然后根據(jù)所述感測的電池電壓調(diào)整充電電壓。
5. 如權(quán)利要求3所述便攜式裝置，其特征在于，所述控制電路設(shè)置為將充電電流配置 為最大充電電流，所述最大充電電流可以基于所述感測的電池電壓由所述適配器供應(yīng)。
6. 如權(quán)利要求5所述便攜式裝置，其特征在于，所述控制電路設(shè)置為根據(jù)所述最大充 電電流和功率損耗閾值確定由所述適配器提供的所述充電電壓，以及控制所述適配器以輸 出所述確定的輸出電壓和所述最大充電電流。
7. 如權(quán)利要求6所述便攜式裝置，其特征在于，還包含： 導(dǎo)電電路元件，耦合于所述電池和所述便攜式裝置的輸入之間； 其中所述感測電路設(shè)置為感測跨過所述導(dǎo)電電路元件的電壓降，以及所述控制電路設(shè) 置為根據(jù)所述功率損耗閾值和所述電壓降估計所述最大充電電流。
8. 如權(quán)利要求3所述便攜式裝置，其特征在于，由所述控制電路確定的所述充電電流 與所述充電電壓和所述感測的電池電壓之間的電壓差成反比。
9. 如權(quán)利要求3所述便攜式裝置，其特征在于，所述控制電路設(shè)置為配置充電電壓，以 及然后根據(jù)所述感測的電池電壓調(diào)整充電電流。
10. 如權(quán)利要求9所述便攜式裝置，其特征在于，所述控制電路設(shè)置為配置所述充電 電壓，以及然后根據(jù)所述感測的電池電壓調(diào)整所述充電電流，以保持所述適配器基本供應(yīng)/ 提供額定輸出功率。
11. 如權(quán)利要求1所述便攜式裝置，其特征在于，所述感測電路設(shè)置為感測所述電池 的負載，以及所述控制電路設(shè)置為控制所述適配器以減少所述適配器的所述輸出特性，并 當(dāng)所述負載從重負載條件切換到輕負載條件時，控制所述適配器以進入綠色模式或休眠模 式。
12. 如權(quán)利要求1所述便攜式裝置，其特征在于，所述感測電路設(shè)置為感測所述電池 的負載，以及所述控制電路設(shè)置為控制所述適配器以提升所述適配器的所述輸出特性，并 當(dāng)所述負載從輕負載條件切換到重負載條件時，控制所述適配器從綠色模式或休眠模式退 出。
13. -種采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，所述適配器用于對所述便 攜式裝置的電池充電，其特征在于，所述方法包含： 感測所述電池的條件；以及 基于所述電池的所述條件控制所述適配器以調(diào)整所述適配器的輸出特性。
14. 如權(quán)利要求13所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，所述輸出特性包含充電電流、充電電壓、切換頻率、偏置電流、輸出電壓精度、電壓紋波 以及動態(tài)負載中的至少一個。
15. 如權(quán)利要求13所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，感測所述電池的所述條件的步驟包含： 感測所述電池的電池電壓；以及 控制所述適配器基于所述電池的所述條件以調(diào)整所述適配器的輸出特性的步驟包 含： 根據(jù)所述感測的電池電壓控制所述適配器。
16. 如權(quán)利要求15所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，根據(jù)所述感測的電池電壓控制所述適配器的步驟包含： 配置充電電流；以及 根據(jù)所述感測的電池電壓調(diào)整充電電壓。
17. 如權(quán)利要求15所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，根據(jù)所述感測的電池電壓控制所述適配器的步驟包含： 基于所述感測的電池電壓，將充電電流配置為可以由所述適配器供應(yīng)的最大充電電 流。
18. 如權(quán)利要求17所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，根據(jù)所述感測的電池電壓控制所述適配器的步驟還包含： 根據(jù)所述最大充電電流和功率損耗閾值，確定由所述適配器提供的所述充電電壓；以 及 控制所述適配器以輸出所述確定的輸出電壓和所述最大充電電流。
19. 如權(quán)利要求18所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，還包含： 感測跨過耦合于所述電池和所述便攜式裝置的輸入之間的導(dǎo)電電路元件的電壓降；以 及 根據(jù)所述功率損耗閾值和所述電壓降，估計所述最大充電電流。
20. 如權(quán)利要求15所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，所述充電電流與所述充電電壓和所述感測的電池電壓之間的電壓差成反比。
21. 如權(quán)利要求15所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，根據(jù)所述感測的電池電壓控制所述適配器的步驟包含： 配置充電電壓；以及 根據(jù)所述感測的電池電壓調(diào)整充電電流。
22. 如權(quán)利要求21所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，根據(jù)所述感測的電池電壓控制所述適配器的步驟還包含： 保持所述適配器基本供應(yīng)/提供額定輸出功率。
23. 如權(quán)利要求13所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，感測所述電池的所述條件的步驟包含： 感測所述電池的負載；以及 所述方法還包含： 控制所述適配器以減少所述適配器的所述輸出特性，并當(dāng)所述負載從重裝載條件切換 到輕負載條件時，控制所述適配器以進入綠色模式或休眠模式。
24. 如權(quán)利要求13所述的采用便攜式裝置以控制適配器的輸出特性的方法，其特征在 于，感測所述電池的所述條件的步驟包含： 感測所述電池的負載；以及 所述方法還包含： 控制所述適配器以提升所述適配器的所述輸出特性，并當(dāng)所述負載從輕負載條件切換 到重負載條件時，控制所述適配器從綠色模式或休眠模式退出。
25. -種適配器，用于對便攜式裝置的電池充電，其特征在于，所述適配器的輸出特性 是根據(jù)所述電池的條件可配置的。
【文檔編號】H02J7/04GK104335446SQ201480001258
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月3日
【發(fā)明者】徐志源, 李吉明 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司