与恒定电流充电一致的电池充电状态评估的制作方法
与恒定电流充电一致的电池充电状态评估的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及与电池充电一致的电池充电状态评估。
【背景技术】
[0002] 许多现代电子设备（包括个人数字助理（PDA)、膝上型计算机、平板计算机、电子 书阅读器、数码相机、数字记录设备、数字媒体播放器、视频游戏设备、移动电话手机、蜂窝 或卫星无线电电话、所谓的"智能手机"、其它便携式电子设备等）可W包括可用来为运些 设备供电的一个或多个电池。运些电池可W是可充电电池，其通常需要周期性地充电。
[0003] 由于各种原因，期望知道可充电电池的电池充电状态。例如，电子设备可W在用户 界面上呈现电池充电状态的指示来向用户表明电池的可用电量。
【发明内容】
[0004] 一般来说，本发明设及一种用于测量电池充电状态的技术。所公开的技术有利于 与电池的恒定电流充电一致的电池充电状态评估。恒定电流充电可用于电池充电状态低于 相对较大充电状态的电池充电。在一些示例中，所公开的技术包括在足W解决根据充电电 压施加的偏置电动势的周期内进行电池的恒定电流重叠的W及在恒定电流充电期间测量 电池电压。基于该电压测量，电池充电状态可W与电池的恒定电流充电一致地评估。 阳〇化]所公开的技术还包括用于便携式电子设备的控制器，其可W从外部电源向便携式 电子设备的电池传送恒定电流充电，同时引导来自外部电源的电能W满足便携式电子设备 的其它电子部件的可变电能负载。运些技术有利于在足W解决根据充电电压施加的偏置电 动势的周期内对便携式电子设备内的电池进行恒定电流充电，运允许与电池的恒定电流充 电一致的电池状态评估。
[0006] 在一个示例中，本公开设及一种方法，该方法包括：传送基本恒定的电流来对包括 至少一个电化学电池单元的电池进行充电；在向电池传送基本恒定的电流的同时测量电池 的充电电压；基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估电池的充电状态；W及基于 电池的充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储电池的充电状态的指示。
[0007] 在另一示例中，本公开设及提供一种便携式电子设备，包括：电池，包括至少一个 电化学电池单元；针对外部电源的连接；W及控制器。该控制器被配置为：从针对外部电源 的连接传送基本恒定的电流来对电池进行充电；在向电池传送基本恒定的电流的同时测量 电池的充电电压；基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估电池的充电状态；W及 基于电池的充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储电池的充电状态的指示。
[0008] 在又一示例中，本公开设及提供一种非暂态计算机可读存储介质，其存储被配置 为使得可编程控制器执行W下操作的指令：传送基本恒定的电流来对包括至少一个电化学 电池单元的电池进行充电；在向电池传送基本恒定的电流的同时测量电池的充电电压；基 于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估电池的充电状态；W及基于电池的充电状态 的评估，在非暂态计算机可读介质中存储电池的充电状态的指示。
[0009] 在附图和W下描述中阐述一个或多个示例的细节。本发明的其它特征、目的和优 点将从W下描述、附图和权利要求中变得显而易见。
【附图说明】
[0010] 图1是图示在恒定电流充电期间有利于电池充电状态测量的双相降压变换器的 框图。 W11] 图2是图示图1的双相降压变换器按照"快速"充电模式配置的框图。
[0012] 图3是图示图1的双相降压变换器按照升压模式配置的框图。
[0013] 图4是图示图1的双相降压变换器按照无线充电模式配置的框图。
[0014] 图5是图示图1的双相降压变换器按照升压模式和无线充电模式配置的框图。
[0015] 图6是图示用于多相降压变换器拓扑中的降压变换器充电器的方法的流程图。
[0016] 图7是图示用于多相降压变换器拓扑中的降压变换器充电器的另一方法的另一 流程图。
[0017] 图8图示了包括电池和控制器的便携式电子设备，其中该控制器被配置为在从外 部电源向电池充电的同时评估电池的充电状态。
[0018] 图9是包括电池和控制器的便携式电子设备内的功率分配和电压感测的概念图， 其中该控制器被配置为在从外部电源向电池充电的同时评估电池的充电状态。
[0019] 图10是图示用于进行与电池的恒定电流充电一致的电池充电状态测量的技术的 流程图。
[0020] 图11是在各个电池溫度下在包括低于相对较高充电状态的恒定电流充电的充电 期间的示例性电池的电压对电池充电状态的示图。
【具体实施方式】
[0021] 图1是图示双相降压变换器100形式的降压变换器充电器的框图。双相降压变换 器（诸如双相降压变换器100)可W提供不同的充电概况，诸如渭流充电、恒定电流、恒定电 压。一些示例可W提供"快速"充电，该"快速"充电例如提供5AU0A或甚至可能更高。通 常，"快速"充电可W通过5A至10A W上的任何电流来提供。一些示例可W具有高效率W 避免热问题。因此，可W使用开关模式充电。一些示例还可W提供"通用串行总线扣SB)进 行中"，其中双相降压变换器或者双相降压变换器的一部分可W按照升压模式进行操作W 从（可W使用双相降压变换器的降压模式来充电的）电池向USB适配器提供电能。此外， 一些示例可W提供无线充电模式，其使用额外输入来从无线电源电压器提供充电电能。
[0022] 如下面所讨论的，双相降压变换器的操作可W分为降压变换器功能和升压变换器 功能。在一些示例中，该变换器可W被实施为多相拓扑。本文所描述的示例包括双相。在 一些示例中，双相均可W操作为降压变换器。在其它示例中，双相均可W操作为升压变换 器。在又一其它示例中，双相中的一相可W操作为降压变换器，而双相中的另一相操作为升 压变换器。如图1所图示，用作升压变换器的相可W通过电池、输出电容器或降压变换器输 出来提供电能。
[0023] 降压变换器是逐步降低DC-DC的变换器。换句话说，输出电压低于其输入电压。在 一些示例中，其是开关模式电源，可W使用多个开关（例如，晶体管和二极管）、电感器和电 容器来降低DC电源的电压。线性调节器可W是用来降低DC电源的电压的更简单的设备， 该线性调节器通过将多余电能消散为热量来操作，但是将多余电能消散为热量通常是不充 分的。另一方面，降压变换器可能是非常有效的。一些示例效率可能是95%甚至更高。因 此，降压变换器可W用于将计算机中的主电压（例如，桌上型计算机中为12V，膝上型计算 机中为12V-24V)向下变换为例如可被运些设备中的处理器需要的0. 8V-1. 8V。
[0024] 升压变换器是逐步上升DC-DC变换器。换句话说，输出电压大于输入电压。其是 开关式电源（SMP巧的类型。一些示例可W包括例如至少两个半导体开关（例如，二极管和 晶体管，在一些示例中为两个晶体管）和至少一个电能存储元件（例如，电容器或电感器）。 一些示例可W包括多个能量存储元件的组合，例如多个电容器、多个电感器、电容器和电感 器的组合或者多个电容器和多个电感器的组合。
[00巧]通常可W在变换器的输出（例如，升压变换器或降压变换器输出）处包括滤波器， 该滤波器可W包括一个或多个电感器、一个或多个电容器或者一个或多个电感器和一个或 多个电容器的一些组合，W降低输出电压波纹。
[00%] 在一些示例中，电路可W被配置为执行降压变换（逐步降低）和升压变换（逐步 升高）。换句话说，一些电路设及DC-DC电源变换器电路，其可W提供高于其输入电压的输 出电压和低于其输入电压的输出电压。在一些示例中，升压变换器和降压变换器可W不共 享相同的输入。例如，降压变换器可能提供有来自整流器的输入电压，而升压变换器可能提 供有来自降压变换器表示的电池充电的输入电压或者来自降压变换器本身的电压。
[0027] 一些示例性电路可W在降压和升压模式之间配置，而其它示例可W同时执行两种 模式。在同时执行两种模式的示例中，一些电能可W逐步降低到将由被禪合至电源的各个 输出的一个或多个设备使用的更低的电压，而例如来自另一输入的电压可W逐步升高到一 个或多个输出电压。在运种示例中，升压变换器的输入可W来自电池、来自降压变换器的输 出或二者。电池和降压变换器的输出可W向系统负载提供电能。
[002引在一些示例中，实施降压变换器的电路可W包括多相电路。多相电路例如可W是 与第二降压变换器并联的第一降压变换器电路。在各个示例中，可W在第一降压变换器电 路和第二降压变换器电路之中共享元件。例如，电容器的输出可W在不同相位之中共享，并 且不需要针对每一个降压变换器重复。此外，第一降压变换器电路和第二降压变换器电路 的操作可W同步，具有固定的相位偏移。运些结构可W被称为双相降压变换器。应该理解， 可W并联增加额外的降压变换器电路W形成第Ξ、第四、直到"η"个额外相位，其中"η"是 任何整数。运种结构中的相位的数目可W通过诸如运些电路可用的面积、电路的形成因子 的考虑因素或其它考虑因素来限制。在一个示例中，双相降压变换器可W包括一个额外相 位，其包括第Ξ低侧开关和第Ξ高侧开关。额外相位还可W包括额外低侧开关和额外高侧 开关来使用。
[0029] 在一些示例中，多相降压变换器可W包括可W使用并联置于输入和负载之间的一 系列基础降压变换器电路的电路拓扑。每个相位都可W在开关周期内W均等隔开的间隔来 开启。如上所述，多相拓扑通常可W被使用在降压变换器。在其它示例中，多相拓扑通常 可W被使用在升压变换器拓扑。在一些示例中，相位可W例如在升压变换器模式和降压变 换器模式之间再配置。本文描述的W及图1至图5图示的电路可W提供有效的解决方案来 在双相降压变换器拓扑的性能、成本、热预算（充电系统效率）和占位面积方面组合多个特 征。
[0030] 如上所述，呈现了使用双相降压变换器的多个示例，然而应该理解，其它多相变换 器拓扑也是可能的。
[0031] 参照图1的双相降压变换器100,示例性双相降压变换器100可W提供不同的充电 概况，诸如渭流充电、恒定电流充电和恒定电压充电。双相降压变换器100还可W被设置用 于快速充电，例如使用高达例如5AU0A或甚至更高的高充电电流来对包括双相降压变换 器的电子设备中的电池提供相对快速的充电。在一些示例中，提供高充电电流的能力可W 与本文描述的多相拓扑相关。通过将电流分为不同的相位，变换器的阻抗部件上的损失可 W显著降低，因为电流的幅度可W除W相位的数目，而功率损失降低了相位的数目的平方。 运会主要影响热预算原因。
[0032] 双相降压变换器100有利于从外部电源向便携式电子设备中的电池传送恒定的 电流充电，同时引导来自外部电源的电能W满足便携式电子设备中的其它电子部件的可变 功率负载。根据本文公开的技术，便携式电子设备内的电池的恒定电流充电允许与电池的 恒定电流充电一致的电池充电状态评估。
[0033] 图1的多相同步降压变换器部分图示了两个降压模式相位，第一降压模式相位包 括高侧开关1 (HS1)和低侧开关ULS1)，W及第二降压模式相位包括高侧开关2 (HS2)和低 侧开关2化S2)。在一些示例中，开关HS1、HS2、LSI和LS2可W是晶体管，诸如双极结晶体 管度JT)、结型场效应晶体管（JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管（M0SFET)、绝缘栅极 双极结晶体管（IGBT)或其它类型的晶体管。在图1至图5中图示了 M0S阳T。
[0034] 在一些示例中，开关可W由具有半导体特性的各种材料制成。在一些示例中，开关 (例如，晶体管、二极管）可W是元素周 期表的IV族中找到的特定纯元素，诸如娃和错。在 一些示例中，开关（例如，晶体管、二极管）可W是：二元化合物，具体为III族和V族之间 的元素（诸如神化嫁或氮化嫁）、II族和VI族之间、IV族和VI族之间、W及在不同的IV 族元件之间，例如碳化娃；W及特定的Ξ元化合物，氧化物和合金。在一些示例中，开关（例 如，晶体管、二极管）可W是由有机化合物制成的有机半导体。此外，在一些示例中，异步开 关模式电源（SMP巧可W是异步的，运表示一个晶体管被二极管替换。因此，在一些示例中， 开关服1和服2可W是晶体管，而开关LSI和LS2可W是二极管。类似于上述晶体管，运些 二极管也可W由具有半导体特性的各种材料制成，例如娃、错、神化嫁、氮化嫁、碳化娃等。 图1的多相同步降压变换器部分可W提供例如大于5A、多达10A W上的有效快速充电。
[0035] 如上所述，双相降压变换器100的效率可W较高，例如95% W上。使用运些高效设 备可W提供可W设置用于避免在使用其它低效变换器拓扑时的热问题，例如过热。本文描 述的系统和方法可W通过使用开关模式充电来实现避免热问题。此外，在一些示例中，如上 所述，双相降压拓扑将电流分为不同的相位，并且可W显著降低变换器的阻抗部件上的损 失。如上所述，开关模式充电通常比一些其它类型的调节器更加有效。
[0036] 图1的示例性双相降压变换器100可W从电池（未示出，在连接102附近）向例 如通用串行总线扣SB)适配器提供电能，该通用串行总线扣SB)适配器可W代替交流（AC) 输入104和AC/DC变换器而连接。在一些示例中，可W使用用于DC输入电能的其它连接， 例如v_chg可W包括针对AC输入（和AC/DC变换器）化及USB适配器的连接。在一些示 例中，运可W被称为"USB进行中"。在一些示例中，双相降压变换器100可W在升压模式下 操作时提供例如7. 5W W上的最大量，并且向USB适配器或其它连接器提供电池能量。该能 量可大于电池电压的电压来提供，因为双相降压变换器100内的电路可W增加从电池 至输出连接器（例如，USB适配器）的电压。在一个示例中，升压模式可W再使用降压模式 相位例如HS1/LS1或HS2/LS2中的一个，并且将降压模式相位中的一个配置为升压变换器。 例如，在图1所图示的电路中，服2可W禪合至USB适配器。
[0037] 一些示例可W包括用于无线充电的电路106。用于无线充电的电路106可W包括 连接至整流器116的变压器108 W向双相降压变换器100无线地提供充电电能。虽然变压 器108图示了第一线圈118和第二线圈120-起连接至双相降压变换器，但通常变压器108 可W包括在双相降压变换器100内包含的第一线圈118 W及双相降压变换器100外的第二 线圈120。运些线圈118和120通常被提供用于例如来自插座和双相降压变换器100(可W 在电子设备内）的电能传送。在一些示例中，线圈118可W是双相降压变换器100的无线 电能接收器的一部分，其可W嵌入在电子设备（未示出）中。线圈120可W在双相降压变 换器100外或者在电子设备外。线圈120可W嵌入在充电垫（未示出）中，其中在充电垫 上可W放置电子设备用于充电。当具有嵌入其中的双相降压变换器100的电子设备被放置 在充电垫上时，双相降压变换器内的第一线圈118和电子设备可W非常接近第二线圈120。 因此，第一线圈118和第二线圈120可W形成变压器108。能量可W从能量源（例如，电源 插座）通过线缆流动到第二线圈120。然后，能量可W被无线地传送至第一线圈118。（每 个线圈118、120都可W包含有线绕组，但是在线圈118和120之间不需要有线连接。）第 一线圈118和第二线圈120之间的虚线图示了在线圈118和120之间缺少有线连接，并且 区别出第一线圈118可W在双相降压变换器100内而第二线圈120可W在双相降压变换器 100外。通常，当应用表示双相降压变换器100可W在电子设备内时，运可W包括或者可W 不包括可形成变压器108的线圈中的一个。
[0038] 一些示例可W进一步包括双相降压变换器中的高侧开关3化S3)、交替充电开关， 该交替充电开关在第一高侧开关和第一低侧开关之间禪合至第一相位，其中该控制器被进 一步配置为控制交替充电开关W启用和禁用交替充电源。因此，一些示例可W包括线圈 (例如，变压器108的一部分）和禪合至交替充电开关的整流器116,并且被配置为从线圈 通过整理器116向交替充电开关HS2提供电能。在一些示例中，交替充电开关HS2可W禪 合至线性调节器。
[0039] 在所图示的示例中，可W通过再使用图1中所图示的低侧开关LSI来提供无线充 电。通常，在该结构中没有使用高侧开关HS1。因此，可W再使用该相位来代替增加第Ξ相 位W用于无线充电。一个额外服开关（例如服3)可W提供针对降压模式相位中的一个 (例如第一相化HS1/LS1)的额外电源连接。（在所图示的示例中，运可W节省一个LS。换 句话说，额外LS开关不被用于无线充电特征。）在图1所图示的示例中，当使用交替充电或 无线充电时，交替充电开关或无线充电开关（例如，HS3)通常在无线充电不被使用时的模 式下开关，开关HS3通常关闭。还应该理解，其它电源可W与开关HS3结合使用。在一些示 例中，HS1和HS2可W连接至位于设备顶部处的管脚。 W40] 在一些示例中，用于无线充电的电路106可W提供比当使用USB适配器提供电能 时通过该USB适配器提供的电能更少的电能。该USB适配器或其它适配器中的连接可W向 双相降压变换器100提供电能W用于例如降压变换器。如上所述，USB适配器可W用来为 双相变换器100外的设备供电。
[0041] 通过将讨论分为（1)降压和似升压的两种不同操作模式来更加详细地描述双相 降压变换器的操作。通常，降压变换器的基本操作通过使用两个开关（例如，晶体管）来控 制通过电感器的电流。在理想的降压变换器中（其在本文进行讨论来一般性地描述降压变 换器的基本操作），所有部件可W被认为是理想的。例如，开关可W被认为在接通时具有零 电压而在关断时流过零电流，并且电感器具有零串联阻抗。此外，在理想降压变换器中，可 W假设输入和输出电压不随着循环过程而变化。
[0042] 通常，通过电感器的电流不瞬时改变。在降压变换器中，开始于开关化S1或服2) 打开，从V_chg流过开关化S1或服2)的电流为0。换句话说，由于开关化S1或服2)打开， 所W没有充电电流流过其中。
[00创当开关化S1或服。首先闭合时，当服1闭合时电流将开始增加通过电感器L1，W 及当HS2闭合时电流增加通过电感器L2。此时，如果HS1打开，则开关LSI可W打开，而如 果服2打开，则开关LS2可W打开。由于通过电感器（L1和L2)的电流不能立刻增加，所W 电感器两端的电压将下降。该压降抵消了源极的电压，并且因此降低了系统电压输出处的 系统负载112两端的网电压VsYs?。随着时间的推移，随着电感器两端的压降降低，通过电 感器的电流将缓慢增加，从而增加了系统负载112看到的网电压。在该时间期间，电感器W 磁场的形式存储能量。
[0044] 如果开关化S1或服2)在电感器（L1或L2)完全充电之前（即，在通过将其自身 的压降降为0来使所有电流通过之前）打开，则总将在其两端存在压降，因此系统负载112 看到的网电压将总是低于输入电压源。W运种方式，输出电压可W低于输入电压。无论何 时开关化S1或HS2)打开，都从电路中去除电压源并且电流将缓慢下降。再次，流过电感器 (L1或L。的电流不会立刻改变。因此，电感器（L1或L。两端的电压将反转，并且电感器 (L1或L2)将用作电压源。在所图示的示例中，电流通过v_chg和一个或多个服1和服2从 输入电压源流至电池和系统负载112。为了在去除输入电压源时保持该电流，电感器（L1或 L2)将代替电压源并为系统负载112和电池提供相同的网电压。随着时间的推移，通过电感 器（L1或!^。的电流将逐渐降低，因此电感器（L1或!^。两端的电压也降低。在该时间期 间，电感器（L1或L2)将其存储的能量（W磁场形式存储）释放至电路的剩余部分。如上 所述，当开关化S1或HS2)打开时，可W闭合对应的开关化S1或LS2)。
[0045] 如果开关化S1或服2)在电感器（L1或L2)完全释放之前再次闭合，则系统负载 112和电池将处于非零电压。随着电感器（L1或L2)在每个循环中充电和放电，与系统负载 112并联放置的电容器C。。,可W有利于过滤系统电压输出VsYs?。当USB适配器被用作电压 输入时，电容器可用于过滤充电电压输入。相反，如本文所描述的，当USB适配器被用 作电压输出时，即当HS2/LS2被用作升压变换器电路时，电容器CcH。可用于过滤输出电压。 电容器Ciw可W针对输入/充电电压提供类似的过滤。例如，C 可W提供输入电压v_in和 地v_pgnf之间的过滤。如上所述，当开关化S1或服2)闭合时，对应开关化S1或LS2)可 W打开。
[0046] 在一般性描述了双相降压变换器100的降压变换器方面的操作之后，现在将描述 升压变换器方面。通常，升压变换器的基本操作可W基于理想电感器的相同原理来其作用， 良P，通过电感器的电流通常不会瞬时变化。在升压变换器中，输出电压高于输入电压。
[0047] 当开关化SI或LS。闭合时，电流流过电感器（LI或!^。并且电感器（LI或L。存 储能量。当开关化S1或LS2)打开时，电流将由于电感器上的电压极性反转而降低。在该 阶段中，HS1或服2闭合并且电感器两端的电压为（Vin-Vout)，其在升压变换器中为负。在 接通状态下，电压简化为Vin。电感器（L1或L2)将反对通过电感器（L1或L2)的电流的改 变或降低。因此，电感器（L1或L2)两端的极性将反转。结果，两个源（例如电池和电感器 (L1或L2))将串联，使得较高电压通过二极管（例如，HS1或肥）队电容器CcH逊行充电。 W48] 如果开关化S1或LS。足够快地循环，则电感器（L1或L2)将不会在充电阶段之间 完全放电，并且当开关打开时系统负载112总是看到大于输入源的电压。（"足够快"将取 决于所设及电路的具体阻抗、电感和电容）。在运些应用的一些示例中，典型的开关频率可 W为1-3MHZ，然而其它频率也是可能的并且通常将取决于所使用的部件（例如，电感器L1 和L2)。此外，在开关化S1或LS2)打开的同时，与USB适配器上的负载并联的电容器CcHc 被充电至该组合电压。然后，当开关化S1或LS2)关闭时，电容器CcH。向USB适配器提供电 压和能量。在该时间期间，HS1或HS1中的二极管用作阻挡二极管，从而防止电容器通 过开关化S1或LS2)放电。开关化S1或LS2)可W再次打开W防止电容器放电太多， 使得电容器两端的电压下降多于一些预定的可接受电平，例如在连接至USB适配器的 电子设备的电压容限内。
[0049] 在操作中，升压变换器可W W两种状态操作。第一状态为接通状态，其中开关化S1 或LS2)闭合，使得电感器（L1或L2)中电流的增加。第二状态为关断状态，其中开关化S1 或LS2)打开并且为电感器（L1或L2)电流提供的路径仅为通过HS1或服2中的二极管或 者通过开关本身，HS1或HS2到电容器和负载（例如附接至USB适配器的设备）。运导 致传送在接通状态期间累积在电容器中的能量。例如来自电池的电流与电感器电流相同， 使得电流连续通过电感器L1或L2。 阳0加]控制器114可W被配置为通过服驱动器和LS驱动器控制开关服1、服2、服3、LS1 和LS2 W实施本文描述的功能。例如，控制器114可W控制开关（例如，HS1或HS2)，使得 开关（例如，HS1或HS2)根据需要打开和闭合来实施升压模式。对应开关化S1或LS2)可 W随着开关化S1或HS2)打开和闭合来闭合和打开。此外，控制器114可W控制开关的占 空比化S1/LS1或服2/服。来控制电压VsYSTEM。当开关化S1或服。闭合时，其在v_chg和 v_swl或v_sw2之间进行连接。通常，开关化S1或服2)闭合的越长，电压VsYs?可W越大。 然而，运可W根据例如系统负载112所需要的电流来变化。在一些示例中，第一相位和第二 相位可W是偏移180°的相位，然而其它示例性相位偏移也是可能的，例如0°、90°或任 何其它相位偏移。在使用Ξ个相位的示例中，相位可W偏移120°。在使用四个相位的示例 中，相位可W偏移90°。在使用八个相位的示例中，相位可W偏移45°。然而，其它相位偏 移也是可能的。
[0051] 在一些示例中，当开关化S1或服2)打开时，开关化S1或LS2)可W闭合。应该理 解，开关服1和服2可W独立控制。在一些示例中，服1可W在服2闭合时打开，并且服1可 W在服2打开时闭合。开关LSI和LS2也可W独立控制。类似地，在一些示例中，LSI可W 在LSI闭合时打开，并且LSI可W在LS2打开时闭合。在第一相位的降压变换器操作中，HS1 的控制可W与LSI关联，使得当HS1打开时，LSI闭合，并且当HS1闭合时，LSI打开。在第 二相位的降压变换器操作中，服2的控制可W与LS2关联，使得当HS2打开时，LS2闭合，并 且当服2闭合时，LS2打开。
[0052] 控制器114还可W打开和闭合开关LSI或LS2 W实施本文描述的升压模式。控制 器114还可W控制服1和服2来实施本文描述的升压模式。控制器可被配置为允许一个相 位用作升压变换器而另一个相位用作降压变换器。可选地，两个相位均可W用作降压变换 器或者两个相位均可用作升压变换器。此外，虽然在图1中图示了两个相位，但在一些示例 中，可W实施多于两个的相位。例如，另一电路可W包括四个相位。在运种示例中，相位可 W偏移90°，然而其它相位偏移也是可W的。双相降压变换器100可W被配置为通过仅使 用单相对电池充电来用于低功率充电。例如，单相可用于提供渭流充电模式。
[0053] 在图1所图示的示例中，部分电路可m受置在单个忍片110中。运种忍片110可 W包括晶体管服1、服2、LS1和LS2,它们可W用作开关并可W被控制器114控制，在一些实 施例中，控制器可W在忍片110的内部。忍片110可W包括无线输入v_wireless，其可用于 实施本文描述的无线充电功能。忍片110还可W包括充电电压输入v_chg，其可W诸如使用 本文描述的USB适配器或其它连接器而用来实施交替充电模式。电压v_in可W与地输入 v_pgnd结合使用，使得输入电容器Ciw可用于过滤充电电压。系统电压v_sys可用于向忍 片110提供输入电压。在忍片110的降压变换器中图示出了两个输出乂_3*1和乂_3*2。注 意，运些输出v_swl和v_sw2中的一个或多个可用作升压变换器到可使用忍片110实施的 一个或多个升压变换器的开关节点。
[0054] 虽然图1图示了两个电感器LSI和LS2,但还可W使用其它过滤电路，诸如例如使 用电感器、电容器或其它过滤部件的电路。此外，在一些示例中，开关服1、服2、LSI和LS2 可W是晶体管。在其它示例中，开关HS1和HS2可W是晶体管，而开关LSI和LS2可W是二 极管。 阳化5] 如图1中所图示的，双相降压变换器100包括限定第一相位的第一低侧开关LSI 和第一高侧开关服1。双相降压变换器100还包括限定第二相位的第二低侧开关LS2和第 二高侧开关服2。控制器114可W被配置为打开和闭合第一低侧开关LSI、第一高侧开关 服1、第二低侧开关LS2和第二高侧开关服2中的至少一个W实施降压模式。在图1所图示 的示例中，控制器114可进一步被配置为打开和闭合第一低侧开关LSI、第一高侧开关HS1、 第二低侧开关LS2和第二高侧开关服2中的至少一个W实施升压模式。控制器114可W进 一步被配置为控制第一相位和第二相位中的至少一个中的至少一个开关的占空比来实施 渭流充电、恒定电流或恒定电压中的至少一种。第一过滤元件L1可W禪合至第一相位的输 出，并且第二过滤元件可W禪合至第二相位的输出。在一些示例中，第一过滤元件和第二过 滤元件可W是电感器。
[0056] 图2是图示快速"充电模式中配置的图1的双相降压变换器100的框图。在 图2的示例中，两个相位均可用于提供用于快速充电的高电流。在该示例中，提供了 10A输 出，5A通过v_swl并且5A通过v_sw2。每个相位的占空比都可用于设置双相降压变换器 100的变换率，即输出与输入电压的比率。在理想的降压变换器中，占空比将完全与电流值 无关。然而，由于具有高电流的寄生阻抗部件，占空比会增加来补偿损失并且通常可能较高 来提供高电流。提供3AU2V的输入。注意，其通常是指功率而非被保存的电流。36瓦特 的功率被输设置为输入，12伏特乘W3A，12v X 3A = 36W。假设理想的100%效率降压变 换器，10A的电压输出将为3.6V，36W除W 10A，36W/10A = 3.6伏特。更典型的效率可^为 95%。因此，电压会低5%，或者近似为3. 42伏特。
[0057] 如上所述，降压变换器通过使用两个开关（例如，晶体管）控制通过电感器的电 流。初始，在两个开关均打开的示例中，没有发生充电，即没有电流流过或非常低的电流流 过。当一个开关化如，HS1)首先闭合时，电流将开始增加通过电感器L1。在HS1闭合的同 时，HS1可W打开。当HS1随后打开时，HS1可W闭合并且电流将开始增加通过电感器L2。 由于通过电感器（L1和L2)的电流不能立刻增加，所W电感器两端的电压将下降。该压降 抵消源极的电压，因此降低系统负载112两端的网电压VsYs?。随着时间的前进，通过电感 器（L1或L。的电流将随着电感器两端的压降的降低而增加，从而增加系统负载112看到 的网电压。此时，电感器W磁场的形式存储电能。
[0058] 开关服1和服2可W在对应电感器L1和L2被完全充电（在它们两端总是存在降 压）之前打开，使得系统负载112看到的网电压总是低于输入电压源（当开关HS1和HS1在 对应电感器L1和L2被完全充电之前打开时）。W运种方式，输出电压可W低于输入电压。
[0059] 由于开关化S1或服。可^相互交替打开和闭合，所W通常不从电路中去除电压 源。因此，电流被连续提供给系统负载122、电池和C。。,。每个相位中的电流通常可如上面 参照图1所述而变化。 W60] 图3是图示W升压模式配置的图1的双相降压变换器100的框图。在图3的示例 中，升压模式被用于为通用串行总线扣SB)适配器122提供电能，其可W被提供给插入到 USB适配器122中的电子设备。例如，双相降压变换器100的升压变换器被设置为禪合至 USB适配器，使得升压变换器为USB连接器提供电能。应该理解，虽然本申请讨论的USB适 配器122,但在其它示例中也可W使用其它类型的连接器。
[0061] 当开关LS2闭合时，电流流过电感器L2并且电感器L2存储能量。当开关LS2打 开时，电流将随着阻抗变高而降低。因此，电感器L2将对抗通过电感器L2的电流的改变或 降低。电感器L2两端的极性将反转。结果，两个源（例如，电池和电感器L2)将串联使得 较高的电压通过服2中的二极管为电容器充电。
[0062] 如果开关LS2足够快地循环，则电感器L2将不会在充电状态之间被完全放电，并 且当开关打开时系统负载112总是看到高于输入源的电压。再次，"足够快"将取决于所设 及电路的具体阻抗、电感和电容，但是在一些示例中，可W为0. 5 μ S至2 μ S或者本文描述 的其它开关速度。此外，在开关LS2打开的同时，与USB适配器122上的负载并联的电容器 C?淑充电至该组合电压。然后，当开关LS2关闭时，电容器C cHe向USB适配器提供电压和 能量。在该时间期间，HS2中的二极管用作阻挡二极管，用于防止电容器通过开关LS2 放电。开关LS2可W再次打开W防止电容器放电，使得电容器C CH。两端的电压下降多于 一些预定的可接受电平，例如在连接至USB适配器122的电子设备的电压容限内。
[0063] 如图3中所图示的，来自第二相位的一些电路可W在升压模式下操作。在一些示 例中，第一相位可W W降压模式操作而第二相位可W W升压模式操作。例如，可W在第一相 位上发生无线充电，而第二相位W升压模式操作。然而，在其它示例中，第一相位也可W处 于升压模式。在运种示例中，v_wireless可W连接至整流器116和变压器108。例如可W 代替地提供直流电源连接。 W64] 图4是图示W无线充电模式中配置的图1的双相降压变换器100的框图。如图4 所示，整流器116可W流过1. 5A，^及v_swl可W流出5A(在较低电压）作为充电电流。 W65] 无线充电可W通过变压器108输入电能来实施。如上所述，变压器108的一个线 圈120可W与双相降压变换器100分离，并且另一个线圈118可W是双相降压变换器100 的一部分。来自变压器108的电能可W流过整流器116,其可W将一般的交替信号变换为一 般的直流信号，通过开关HS3输入值双相降压变换器100的降压变换器电路（例如，第一相 位）。在降压变换器（相位1)中，开关服1可W开始打开。从v_chg流过开关服1的电流 为0。换句话说，由于开关HS1没有闭合，所W没有充电电流流过其中。
[0066] 当开关服1首先闭合时，电流将开始增加通过电感器L1。由于通过电感器L1的电 流不能立刻增加，所W电感器L1两端的电压将降低。运种压降抵消源电压，因此降低了系 统负载112、电池等两端的网电压。随着时间的前进，通过电感器L1的电流将随着电感器两 端的压降的降低而增加，从而增加系统负载112看到的网电压。此时，电感器L1 W磁场的 形式存储能量。
[0067] 如果开关服1在电感器L1完全充电之前（即，在通过将自身的压降降低为0来允 许高电流通过之前）打开，则总是在其两端存在电压，使得系统负载112看到的网电压总是 低于输入电压源。W运种方式，输出电压可能低于输入电压。无论开关HS1何时打开，从电 路中去除电压源并且电流将缓慢下降。再次，通过电感器L1的电流不立刻改变。因此，电 感器L1两端的电压将反转并且电感器L1将用作电压源。在所示示例中，电流从电压源通 过v_chg和HS1流过电池和系统负载112。为了维持该电流，当去除输入电压源时，电感器 L1代替电压源并且为系统负载112和电池提供相同的网电压。随着时间的前进，通过电感 器L1的电流将降低，因此电感器L1两端的电压也将降低。此时，电感器L1将其存储的能 量（W磁场形式存储）释放给电路的其它部分。 W側如果开关服1在电感器L1完全放电之前再次闭合，则系统负载112和电池将处于 非零电压。与系统负载112并联放置的电容器C。。,可W随着电感器L1在每个循环中充电 和放电来过滤电压。当USB适配器122被用作电压输入时，电容器CwT可用于过滤充电电 压输入。
[0069] 在所示示例中，无线充电使用开关模式充电。在其它示例中，无线充电开关可W代 替地连接至线性充电器。例如，独立的线性充电电路可禪合至电池和/或系统负载112。
[0070] 图5是图示W升压模式和无线充电（降压）模式中配置的图1的双相降压变换器 100的框图。如图5中所图示的，整流器115可流过1. 5A，^及v_swl可W流出5A(在较低 电压处）作为充电电流，第一相位电路化S1/LS1)用作降压变 换器模式。如图5所示，第二 相位电路化S2/LS2)可如图3的示例所示被配置为W升压模式进行操作。再次，升压模式 可用于为USB适配器122提供电能，电能可被提供给插入到USB适配器122中的电子设备。 应该理解，虽然本申请讨论了 USB适配器122,但在其它示例中也可W使用其它类型的连接 器。
[0071] 图6是图示多相降压变换器拓扑中的降压变换器充电器的方法的流程图。在实施 该方法的过程中，双相降压变换器100可W包括第一低侧开关LSI和第一高侧开关服1、第 二低侧开关LS2和第二高侧开关服2 W及控制器114。在一些示例中，HS1、HS2、LS1和LS2 可W是晶体管。晶体管可W包括BJT、J阳T、IG阳T(MOSFET)、IGBT或其它类型的晶体管。在 其它示例中，HS1和HS2可W是晶体管，W及LSI和LS2可W是二极管。在其它示例中，HS1、 服2、LSI和LS2可W是其它类型的开关。晶体管和/或二极管可W包括娃、错、神化嫁、氮 化嫁、碳化娃或另一种适当的材料或材料组合。
[0072] 在图6的示例中，控制器114可W打开和闭合限定双相降压变换器100的第一相 位的第一低侧开关LSI和第一高侧开关服1 W及限定双相降压变换器100的第二相位的第 二低侧开关LS2和第二高侧开关HS2中的至少一个，使得双相降压变换器100执行信号的 降压变换化00)。
[0073] 控制器114可W打开和闭合双相降压变换器100的第一低侧开关LSI、第一高侧开 关服1、第二低侧开关LS2和第二高侧开关服2中的至少一个，使得双相降压变换器100执 行信号的升压变换化02)。在一个示例中，来自电池的电能可W用来向升压变换器提供电 能。电能还可W通过开关的组合（例如，LSI/服1或LS2/服2)来提供。换句话说，操作为 降压变换器的相位可W向升压变换器提供电能。例如，双相降压变换器100的一个开关组 合LSI/服1、LS2/服2可W连接至充电源并向可执行升压变换的一个或多个开关LSI、服1、 LS2、服2提供电能。注意，虽然开关可集合LSI/服1、LS2/服2进行操作来执行降压变 换，但运不是必须要求的。 阳074] 控制器114可W控制第一相位和第二相位中的至少一个中的开关LSI、服1、LS2或 HS2的至少一个的占空比，W生成渭流充电、恒定电流或恒定电压中的至少一种化04)。例 如，单个相位（例如，LS1/HS1或LS2/HS2)可用于提供渭流充电模式。在运种示例中，控制 器114可W仅在单个相位中打开和闭合开关LS1/HS1或LS2/HS2,因为只需要低电流。另 夕F，可W使用低占空比，因为只需要低电流。在一些示例中，可W监控电流输出，并且第一相 位和第二相位中的至少一个中的开关LSI、服1、LS2或服2的至少一个的占空比可W提供恒 定电流。例如，随着电路上的负载的变化，针对给定输出电压的电流可W稍稍变化。因此， 可W修改占空比来增加或降低电压，从而保持电流近似恒定。例如，本文描述的电路可W用 于对电池进行充电。随着电池被充电，内部电池电压可增加。进入电池的电流可W在充电 电压和内部电池电压除W电池阻抗之间不同。因此，电流可W随着内部电池电压的增加而 降低。然而，对于恒定电流充电来说，控制器114通常可W增加占空比来保持电流恒定。
[00巧]类似地，在一些示例中，可W监控电压输出，并且可W控制第一相位和第二相位中 的至少一个中的开关LSI、服1、LS2或服2的至少一个的占空比来提供恒定电压。例如，随 着电流输出增加，电压可W开始下降。因此，可W增加占空比来补偿并保持电压近似恒定。 阳076] 控制器114可W控制双相降压变换器100来向来自第一相位和第二相位的系统电 压输出提供电流，从而输出充电电流化06)。该电流可W充电一个或多个电池或电池单元。 电流可W向负载提供电能。在一些示例中，如本文所描述的，电流可W向升压变换器提供电 能。 阳077] 在一些示例中，设置的双相降压变换器100可W在双相降压变换器100中包括交 替充电开关HS3。该交替充电开关服3可W禪合至第一高侧开关服1和第一低侧开关LSI 之间的服1/LS1。控制器114可进一步被配置为控制该交替充电开关服2来启用和禁用交 替充电源。线圈118 (变压器108的一部分）和整理器116可禪合至交替充电开关，并且被 配置为从线圈118通过整流器116向交替充电开关提供电能。在一些示例中，交替充电开关 HS3可W禪合至线性调节器W不仅提供交替充电源，而且还提供交替充电方法，即线性过调 解器而非开关模式变换器。
[0078] 图7是用于多相降压变换器拓扑中的降压变换器充电器的另一方法的另一流程 图。在一个示例中，多相降压变换器拓扑可w至少包括第一相位、第二相位w及交替充电开 关。第一相位包括第一高侧开关服1和第一低侧开关服1，W及第二相位包括第二高侧开关 HS2和第二低侧开关LS2。
[0079] 在图7所图示的示例中，控制器114控制至少一个相位来操作为升压变换器 (700)。升压变换器W两种状态进行操作。第一状态为接通状态，其中开关化S1或LS2)闭 合使得电感器（L1或L2)中的电流增加。第二状态为关断状态，其中开关化S1或LS2)打开 并且为电感器（L1或L2)电流仅提供通过HS1或服2中的二极管或通过开关本身的路径， 服1或服2到电容器CcHG和负载（例如，附接至USB适配器的设备）。运导致传送在接通状 态期间累积在电容器中的能量。例如来自电池的电流与电感器电流相同，使得电流连续通 过电感器L1或L2。
[0080] 控制器114控制至少一个相位W操作为降压变换器（70?。例如，控制器114可 W控制开关（例如，服1或HS2)，使得开关（例如，服1或HS2)根据需要打开和闭合来实施 降压模式。对应开关化S1或LS2)可W随着开关化S1或HS2)打开和闭合而闭合和打开。 此外，控制器114可W控制开关的占空比化S1/LS1或服2/服。来控制电压VsYSTEM。当开 关化S1或服2)闭合时，其在v_chg和v_swl或v_sw2之间进行连接。通常，开关化S1或 服。闭合地越长，电压VsYs?越高。然而，运可W根据例如系统负载112所需要的电流来变 化。在一些示例中，第一相位和第二相位可W是偏移180°的相位，然而其它示例性相位偏 移也是可W的，例如0°、90°或任何其它相位偏移。在使用Ξ个相位的示例中，相位可W偏 移120°。在使用四个相位的示例中，相位可W偏移90°。在使用八个相位的示例中，相位 可W偏移45°。然而，其它相位偏移也是可W的。
[0081] 在一些示例中，当开关化S1或服2)打开时，开关化S1或LS2)可W闭合。应该理 解，开关服1和服2可W独立控制。在一些示例中，服1可W在服2闭合时打开，并且服1 可W在服2打开时闭合。开关LSI和LS2也可W独立控制。类似地，在一些示例中，LSI可 W在LSI闭合时打开且LSI可W在LS2打开时闭合。在第一相位的降压变换器操作中，HS1 的控制可W与LSI关联，使得当HS1打开时，LSI闭合，并且当HS1闭合时LSI打开。在第 二相位的降压变换器操作中，HS2的控制可W与LS2关联，使得当HS2打开时，LS2闭合，并 且当服2闭合时LS2打开。
[0082] 控制器114闭合多相降压变换器拓扑中的交替充电开关W将交替充电源连接 至系统电压输出，该交替充电开关禪合至第一高侧开关和第一低侧开关之间的第一相位 (704)。
[0083] 图8图示了便携式电子设备800。在不同示例中，该便携式电子设备可W表示个人 数字助理（PDA)、膝上型计算机、桌上型计算机、电子书阅读器、数码相机、数字记录设备、数 字媒体播放器、视频游戏设备、移动电话手机、蜂窝或卫星无线电电话（诸如智能手机）或 其它便携式电子设备。便携式电子设备800包括电池802,其包括至少一个电子电池单元。 便携式电子设备800还包括控制器804，其被配置为在从经由电源连接806连接至便携式电 子设备800的外部电源对电池802进行充电的同时评估电池802的充电状态。在一些示例 中，控制器804可W是被配置为执行存储在存储器816、非暂态计算机可读介质中的指令的 多目的处理器。
[0084] 更具体地，控制器804被配置为从电源连接806向充电电荷802传送基本恒定的 电流。例如，控制器804可W向降压变换器808发布指令，其被配置为经由电源连接806从 外部电源接收电能，向充电电池802传送基本恒定的电流。控制器804可W向降压变换器 808发布指令，在足W解决根据充电电压施加的偏置电动势的时间期间传送基本恒定的电 流并在恒定电流充电期间测量电池电压，诸如足W使电池802电压基本上仅取决于基本恒 定的电流、电池802的充电状态和电池溫度的时间段。在一些示例中，降压变换器808可W 与双相降压变换器100相同或基本类似。
[00化]控制器804被进一步配置为在向充电电池802施加基本恒定的电流期间或紧接在 其后经由电压传感器810测量电池802的充电电压。控制器804被进一步配置为基于测量 的充电电压W及任选的溫度传感器818所指示的测量的电池溫度来评估电池802的充电状 态。在一些示例中，控制器804可W使用查找表来使测量的充电电压W及任选的电池溫度 与电池802的充电状态相关联。查找表中的数据可W来自于电池802的测试或者另一基本 类似结构的电池。理论上，测量的充电电压与电池802的充电状态之间的关联性通过W下 等式1来表示。在一些示例中，可代替查找表来使用等式1，从而将测量的充电电压与电池 802的充电状态相关联。
[0086]
[0087] 关于上述等式1，R (cell)表示电池802的充电状态，II表示对电池施加 W进行 充电的基本恒定的电流，V化atteryii)表示所测量的电池的充电电压，W及V(cell)及表示 缺少基本恒定电流的电池802的实际电压。等式1可如下推导： 阳〇8引 （1)通过欧姆定律V = IR ;
[0089] 相对于电池单元 R = LEN/Alpha* (1/AREA)，
[0090] 其中，Alpha是材料的导电性，
[0091] 其中，LEN是电池中施加 V的长度，阴极和阳极之间的距离， 柳9引 W及
[009引其中，AREA是在阴极和阳极之间的电流流动的截面积。
[0094] (2) 11/AREA = A1 地al*Vl/LEN 阳0巧]一 J1 = A1地al巧1 ;
[0096] J1是电流密度（Il/Area)，W及E1 =电场（V1/LEN)。A1地al是该条件下的导电 性。
[0097] (3)A1 地al = nl*q*v/El = n*q*ul ;其中 ul 是电子的迁移率，v/El ; W及 η 是用 于组合和分离的可用+离子和-离子；q定义电子电荷。
[0098] (4)所施加的电压和电流在假定总电子和迁移率相等的时间期间是恒定的。因此， R(cell)表示充电状态相同，因为II和VI是与（nl，q，ul)相关的函数。
[0099] 注意，因为等式1假设偏置电动势被解决，所有等式1和对应的查找表仅提供在 足W解决根据充电电压施加的偏置电动势的时间期间在向电池802施加恒定电流充电之 后的精确相关。通过单独经由电源连接806从外部电源引导电能，控制器803和降压变换 器808有利于在运种充足的周期内施加电池的运种恒定电流充电，W满足便携式电子设备 800(包括控制器804本身、用户界面812、其它电子部件）的部件的可变电源负载。在一些 示例中，电子部件814可包括全球定位系统（GP巧接收 器、电信模块（诸如蜂窝、Wi-Fi和 /或蓝牙模块）、一个或多个处理器和/或便携式电子设备800的其它电路。与便携式电子 设备800相反，在其它便携式电子设备中，提供用于对电池进行充电的电流可W根据便携 式电子设备的电子部件的负载需求而变化。改变提供给电池的电流可W排除使用查找表来 使测量的充电电压与电池的充电状态相关联，因为期望充电期间测量的电池电流为随时间 施加的可变电流的函数，导致难W说明偏置电动势。
[0100] 在一些示例中，控制器804可W进一步被配置为利用电压传感器810进行第二电 压测量，其可W允许电池802的充电状态的更精细的评估。例如，在传送基本恒定的电流来 对电池802充电之后，控制器可W立刻向电池802传送测试电流，并且在向电池802传送测 试电流的同时利用电压传感器测量电池802的测试电压。电池802的充电状态的评估可W 基于测量的充电电压、测量的测试电压W及任选的电池802的测量溫度（如溫度传感器818 所指示的）。在一些示例中，控制器804可W使用查找表来使测量的充电电压、测试电压和 任选的电池溫度与电池802的充电状态相关联。查找表中的数据可W源于电池802的测试 或者基本类似结构的另一电池。理想地，通过W下等式2来表示测量的充电电压和测试电 压与电池802的充电状态之间的关联性。在一些示例中，可W代替查找表使用等式2, W使 测量的充电电压和测量的测试电压与电池802的充电状态相关联。
[0101]
[0102] 关于上述等式（2)，R2 (cell)表示电池802的充电状态，II表示对电池802施加 W进行充电的基本恒定的电流，12表示对电池施加的测试电流，V化att&ry")表示电池802 的测量充电电压，W及V化atteryi2)表示电池802的测量测试电压。等式2可W如下推导： 阳103] (1)源于等式1，J1 = A1地曰1巧1。
[0104] 似给定在II至12 W及E1至E2中的检查，J1变为扣；E1变为E2。
[0105] 做 J2 = Jl+delta_J， 阳106] 其中J1是El下的初始电流密度，W及delta_J是随着El变为E2的电流密度。 阳 107] (4)J2-J1 = delta_J ； 阳 10引 其中，delta_J = delta_Alpha* 巧2 - E1)，
[0109] 其中，delta_Alpha是电场从El变为E2的导电性变化。
[0110] 巧)J2-J1 与 12-11 成比例。
[0111] 做 E2-E1 与 V2-V1 成比例。 阳11引 （7)因此R2与l/delta_al地a成比例。
[0113] 在电压和电流变化时，在离子从对应的材料远离阴极和阳极之间的界面补充离子 之前在该界面处发生组合和分离。因此，在电流和电压的变化期间，当差不多完全充电时， 接近阴极和阳极界面的离子组合和分离的可能性较小，并且当电池没有被完全充电或差不 多完全充电时R2 (cell)是不同的。因此，R2 (cell)表示优先对可用电荷充电的充电状态。
[0114] 等式2假设电池802的电化学行为还没有被测试电压的施加而影响。为此，控制 器804可W被配置为在施加基本恒定的电流之后非常短的时间期间在向电池802传送测试 电流的同时测量测试电压。例如，控制器804可W被配置为在向电池802传送基本恒定的 电流的100毫秒内、在向电池802传送基本恒定的电流的25毫秒内、在向电池802传送基 本恒定的电流的5毫秒内或者甚至在向电池802传送基本恒定的电流的1毫秒内，在向电 池802传送测试电流的同时测量测试电压。如图11所示，利用电压传感器810进行测试电 流和测试电压测量可W允许电池802的充电状态的更加精确的评估，尤其利用恒定电流充 电期间电池的电压测量在电池的可能充电状态的大部分（诸如相对较低充电状态和相对 较高充电状态之间的部分）保持相对恒定的电池化学反应。
[0115] 在一些示例中，R2(cell)可W是读出数据的集合，其中在连续的时间间隔N(例 如，100毫秒）中测量数据。R2 (cell)的值和N值表示电池的充电状态。具有对应N的R2 可W被后处理W找到一个时间间隔处的第二最小R2值，并且R2值和/或N定时表示根据 等式3的充电状态。 阳116] dR(Cell)/dN = 0 (等式 3)
[0117] 对于用于后处理的R(cell)的N个采样，
[0118] 其中，dN是在一个时间到下一采样时刻的N个采样，
[0119] 其中dR是R(cell)采样相对于dN的差值。
[0120] 在相同或不同的示例中，可W代替逐步改变利用电压随时间从V化attery 1) 到V化attery2)变化的速率来施加测试电压。可通过Μ个连续时间在V化atteryl)和 V化attery2)之间切换来施加测试电路，作为电流和电压的可选方式。 阳121] 在另一条件下，其中恒定13电流被感测到释放到系统中，可通过充电器中的相同 传感器检查14瞬时变化（其电压和电流定额为R3 = (V4-V3)/(I4-I3))。在14是新电流 消耗的情况下，13是初始稳定电流消耗。V4是针对14变化在电池处看到的电压，W及V3 是在13下在电池处看到的电压。W运种方式，相同的原理可应用于测试恒定电流消耗（而 非恒定电流充电）期间的电池充电状态。延迟确定放电电压的电压测量，直到根据恒定电 流放电解决了电池的电化学，在施加测试电流之后快速地发生电压测量W限制测试电流对 电池的电化学行为W及所得到电动势对电池的影响。 阳122] 在测量R3的情况下，其中电池被几乎放电，R3的变化也增加。
[0123] 控制器804可进一步被配置为基于电池802的充电状态的评估在存储器816、非暂 态计算机可读介质中存储电池802的充电状态的指示。控制器804可进一步被配置为基于 电池802的充电状态的评估经由用户界面812呈现电池802的充电状态的表示。在一些示 例中，用户界面812可W包括显示器或其它视觉指示器。
[0124] 在相同或不同的示例中，控制器804可进一步被配置为向降压变换器808发布指 令W基于电池802的充电状态的评估来在利用基本恒定的电流来充电和利用基本恒定的 电压来充电之间进行选择。例如，一旦电池802的充电状态达到相对较高的等级，则相对于 恒定电流充电优选恒定电压充电，因为对电池802应用恒定电流充电会劣化电池802的能 力，使得电池802的存储能力比应用适当充电技术的情况下降得更快。相反，在电池802的 相对高充电状态下方电池802的恒定电流充电是优选的，因为电池802的恒定电流充电可 W快于电池802的恒定电压充电。
[01巧]图9是在便携式电子设备900内的功率分布和电压感测的概念图。便携电子设备 900包括电源连接906和控制器904。控制器904选择性地将电能从电源连接906传送至 电池902和负载915。负载915表示被便携式电子设备900的部件（诸如处理器、存储器、 无线传输器、显示器和/或便携式电子设备900的其它用户界面）消耗的电能。开关909 被配置为在从外部电源向电池902充电的同时临时中断电池902的电能（例如在评估电池 902的充电状态期间）。开关909可W是独立部件或者可W简单地表示控制器904临时中 断电池902的电能的能力。电压传感器910被配置为进行电池902的电压测量W如本文所 述地评估电池902的充电状态。 阳1%] 在一些示例中，便携式电子设备900可W基本类似于便携式电子设备800,然而如 控制器904和开关909所表示的，可在足W解决根据充电电压施加的偏置电动势的周期内 控制电池902的恒定电流充电或放电的任何电路可W用于在从外部电源向电池902充电的 同时评估电池902的充电状态。W运种方式，参照图1至图8描述的降压变换器仅仅是在 足W解决根据充电电压施加的偏置电动势的周期内有利于电池的恒定电流充电或放电的 示例。如控制器904所表示的，也可W使用完成该目的的任何其它电路，W在从外部电源向 电池902充电的同时评估电池902的充电状态。 阳127] 控制器904基于所测量的充电电压（W及任选的，所测量的测试电压和/或电池 902的溫度）评估电池 902的充电状态巧28)。控制器904在存储器中存储电池 902的充 电状态的指示巧30)。 阳12引图10是图示用于进行与电池的恒定电流充电一致的电池充电状态测量的技术的 流程图。为了清楚，参照图9的便携式电子设备900描述图10的技术。然而，图10的技术 不限于便携式电子设备，而是可应用于其它设备或单独的电池充电器。
[0129] 控制器902经由开关909从电源连接906向充电电池902传送基本恒定的电流 巧20)。例如，向充电电池902传送基本恒定的电流可W包括在足W使电池电压基本上仅依 赖于基本恒定的电流、电池的充电状态和电池溫度的周期内传送基本恒定的电流。在向电 池902传送基本恒定的电流的同时，控制器904利用电压传感器910测量电池902的充电 电压巧22)。
[0130] 任选地，控制器90位刻向电池902传送测试电流，其可W包括在向充电电池902 传送基本恒定的电流之后，利用开关909暂停充电电压的传送巧24)，并且利用电压传感器 910测量电池902的测试电压巧26)。在延迟确定充电电压的电压测量直到根据恒定电流 充电解决电池的电化学的同时，在施加测试电流之后快速地发生测试电压测量W限制测试 电流对电池902的电化学行为和得到电动势对电池902的影响。 阳131] 图10的技术与可选技术（其中通过限制来自电池的电流的充电或放电稳定电池 的电化学行为，使得可W在电池处于释放模式时进行电池电压测量）不同。例如，如果电池 具有额定电流，则关系模式可W发生在时间周期（诸如几分钟，或者甚至几小时，诸如30分 钟和3小时之间）之后，其中来自电池的电流的充电或放电不高于电池的额定电流的5%。 当电流在时间期间处于最小时，电池内的电化学达到均衡，从而表示电池的释放模式，电池 单元的电压是开路电压，运可W对应于电池的充电状态。相反，电池的内部单元阻抗是随着 不同的工作条件和时间变化的电化学阻抗，因此补偿动态电流负载下的阻抗是困难的。在 便携式电子设备（诸如蜂窝电话）中，电池可W被恒定地充电或放电，因为设备保持在相对 恒定的总是接通状态（运行后台应用的数目增加），使得电池不能定期进入释放模式。虽然 随时间消耗的测量电流可用于近似充电状态，但运些计算被电流测量的精度和电流测量组 合随时间的误差所影响。
[0132] 相反，图10的技术通过在充电期间将电池与便携式电子设备的其它电子部件的 负载隔离有利于充电期间的电池充电状态的评估。由于便携式电子设备必须定期充电，所 W图10的技术允许充电状态评估与随时间的电流测量无关。
[0133] 精确的充电状态评估可用于为用户提供电子设备的剩余电池寿命的指示。此外， 精确的电池充电状态评估可用于基于电池的充电状态选择适当的充电技术。例如，在低于 电池的相对高的充电状态下，电池的恒定电流充电是优选的，W提供相对快速的充电。然 而，在相对高的充电状态下，相对于恒定电流充电来说，恒定电压充电是优选的，因为对电 池应用恒定电流充电会劣化电池的能力。 阳134] 图11是充电期间电压对电池充电状态的示图，包括用于示例性电路的处于各个 电池溫度的低于相对较大充电状态的恒定电流充电。图11具体表示了 Ξ个不同电池溫度 (室溫、高于室溫和低于室溫）的电压对电池充电状态。
[0135] 如图11所示，在相对较低的电压充电状态下（在该实施例中为 大约10% W下的电 池充电状态），电池的电压主要依赖于电池充电状态。在该范围内，由于电池的电压如此依 赖于电池充电状态，所W电压测量可W有利于电池充电状态的合理精确评估，即使施加给 电池的电动势还没有解决（例如由于改变电流充电或电池上的消耗）。为此，相对较低电池 充电状态下的电池充电状态的评估可W是合理的精度而不抵抗动态负载或电池的放电。 阳136] 类似地，在相对较高的电池充电状态下（在该示例中为大约90% W上的电池充电 状态），电池的电压也高度依赖于电池充电状态。在该范围内，由于电池的电压如此依赖于 电池充电状态，所W电压测量可W有利于电池充电状态的合理精确评估，即使对电池施加 的电动势还没有解决（例如由于改变电流充电或消耗）。为此，相对较高的电池充电状态下 的电池充电状态的评估也可W是合理的精度而不抵抗动态负载或电池的放电。 阳137] 相反，在中间的电池充电状态下（在该示例中为10%和90%之间的电池充电状 态），对于给定的电池溫度，在电池充电状态的该范围内电池的电压相对平坦。在中间电池 充电状态内，图10的技术（包括通过施加恒定电流充电来解决对电池施加的基本电动势） 可W有利于精确的电池充电状态评估。可选地，如上所述，关系模式中电池的电压测量可用 于有利于中间电池充电状态内的电池充电状态评估。然而，同样如上所述，在不具有本文公 开的技术（包括用于施加恒定电流充电的技术W及用于在恒定电流充电期间将电池充电 状态与测量的电压相关联的技术）的情况下，便携式电子设备内的电池不能定期进入释放 模式，运会使得精确的充电状态评估变得困难或不可能。
[0138] 本公开描述的技术可W至少部分地W硬件、软件、固件或任何它们的组合来实施。 例如，所描述技术的各个方面可W在一个或多个处理器内实施，包括一个或多个微处理器、 数字信号处理器值SP)、专用集成电路（ASIC)、现场可编程口阵列（FPGA)或任何其它等效 集成或分立逻辑单路W及运些部件的任何组合。术语"处理器"或"处理电路"可一般性地 表示任何前述逻辑电路（单独或与其它逻辑电路组合）或者任何其它等效电路。包括硬件 的控制单元还可W执行本公开的一种或多种技术。
[0139] 运些硬件、软件和固件可W在相同的设备或分离的设备中实施W支持本公开所描 述的各种技术。此外，任何所所描述的单元、模块或部件可W-起实施或者独立实施为分立 但相互协作的逻辑设备。作为模块或单元的不同部件的描述用于强调不同的功能方面并且 不需要暗示运些模块或单元必须通过分立硬件、固件或软件部件来实施。此外，与一个或多 个模块或单元相关联的功能可W通过独立的硬件、固件或软件部件来实施，或者集成到公 共或独立的硬件、固件或软件部件内。
[0140] 本公开中所描述的技术还可W在包括用指令编码的计算机可读存储介质的制品 中具体化或编码。在包括被编码的计算机可读存储介质的制品中嵌入或具体化的指令可 W使得一个或多个可编程处理器或其它处理器实施本文描述的一种或多种技术，诸如通过 一个或多个处理器来执行在计算机可读存储介质中包括或编码的指令。计算机可读存储 介质可W包括随机存取存储器（RAM)、只读存储器（ROM)、可编程只读存储器（PROM)、可擦 除可编程只读存储器巧PROM)、电可擦除可编程只读存储器巧EPROM)、闪存、硬盘、压缩盘 ROM (CD-ROM)、软盘、磁带、磁介质、光介质或其它计算机可读介质。在一些示例中，指令可W 包括一个或多个计算机可读存储介质。 阳141 ] 在一些示例中，计算机可读存储介质可W包括非暂态介质。术语"非暂态"可W表 示不W载波或传播信号具体化的存储介质。在特定示例中，非暂态存储介质可W存储可随 时间变化的数据（例如，RAM或高速缓存）。 阳142] 在本公开中已经描述了各个方面。运些和其它方面均包括在W下权利要求的范围 内。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 传送基本恒定的电流来对包括至少一个电化学电池单元的电池进行充电； 在向所述电池传送所述基本恒定的电流的同时测量所述电池的充电电压； 基于所测量的充电电压评估所述电池的充电状态；以及 基于所述电池的所述充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储所述电池的所 述充电状态的指示。2. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 在传送所述基本恒定的电流来对所述电池进行充电之后，立刻向所述电池传送测试电 流；以及 在向所述电池传送所述测试电流的同时测量所述电池的测试电压， 其中评估所述电池的所述充电状态进一步基于所测量的测试电压。3. 根据权利要求2所述的方法，其中在向所述电池传送所述测试电流的同时测量所述 电池的所述测试电压包括：在向所述电池传送所述基本恒定的电流的100毫秒内测量所述 电池的所述测试电压。4. 根据权利要求2所述的方法，其中向所述电池立刻传送所述测试电流包括：根据电 压随时间改变的速率来施加变化电压。5. 根据权利要求2所述的方法，其中向所述电池立刻传送所述测试电流包括：根据电 压随时间改变的速率来施加测试电压。6. 根据权利要求2所述的方法，其中基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估 所述电池的所述充电状态基于以下等式：其中R(cell)是所述电池的所述充电状态， 其中Il是所述基本恒定的电流， 其中12是所述测试电流， 其中V(battery12)是所测量的所述电池的充电电压，以及 其中C(battery12)是所测量的所述电池的测试电压。7. 根据权利要求2所述的方法，其中基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估 所述电池的所述充电状态在N个间隔的系列内基于以下等式： dR(Cell)/dN = 0 其中N是用于后处理的R(cell)的采样， 其中dN是在一个时间到下一采样时刻的N个采样，以及 其中dR是R(cell)采样相对于dN的差值。8. 根据权利要求1所述的方法，还包括测量表示所述电池的温度的温度，其中评估所 述电池的所述充电状态进一步基于所测量的温度。9. 根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述电池的所述充电状态的评估，在利用 所述基本恒定的电流来充电和利用基本恒定的电压来充电之间进行选择。10. 根据权利要求1所述的方法，还包括在传送所述基本恒定的电流来对所述电池进 行充电的同时，根据包括所述电池的便携式电子设备的其它电子部件的负载需要传送可变 电流，使得所述便携式电子设备的所述其它电子部件的负载需求基本不影响所述基本恒定 的电流的传送来对所述电池进行充电。11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述便携式电子设备包括多相降压变换器拓扑 中的降压变换器充电器，所述多相降压变换器拓扑包括第一相位、第二相位和交替充电开 关，其中所述第一相位包括第一高侧开关和第一低侧开关，以及所述第二相位包括第二高 侧开关和第二低侧开关， 其中所述降压变换器充电器在传送所述基本恒定的电流来对所述电池进行充电的同 时根据所述便携式电子设备的所述其它电子部件的负载需求来传送所述可变电流，所述方 法还包括： 控制至少一个相位来操作为升压变换器； 控制至少一个相位来操作为降压变换器；以及 闭合所述多相降压变换器拓扑中的所述交替充电开关以将交替充电源连接至系统电 压输出，所述交替充电开关耦合至所述第一高侧开关和所述第一低侧开关之间的第一相 位。12. 根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述电池的所述充电状态的评估，经由包 括所述电池的便携式电子设备的用户界面呈现所述电池的所述充电状态的表示。13. -种便携式电子设备，包括： 电池，包括至少一个电化学电池单元； 针对外部电源的连接；以及 控制器，其中所述控制器被配置为： 从所述针对外部电源的连接传送基本恒定的电流来对所述电池进行充电； 在向所述电池传送所述基本恒定的电流的同时测量所述电池的充电电压； 基于所测量的充电电压评估所述电池的所述充电状态；以及 基于所述电池的所述充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储所述电池的所 述充电状态的指示。14. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述控制器被进一步配置为： 在传送所述基本恒定的电流来对所述电池进行充电之后，立刻向所述电池传送测试电 流；以及 在向所述电池传送所述测试电流的同时测量所述电池的测试电压， 其中评估所述电池的所述充电状态进一步基于所测量的测试电压。15. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中在向所述电池传送所述测试电流的 同时测量所述电池的所述测试电压包括：在向所述电池传送所述基本恒定的电流的100毫 秒内测量所述电池的所述测试电压。16. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述控制器被进一步配置为测量表 示所述电池的温度的温度，其中评估所述电池的所述充电状态进一步基于所测量的温度。17. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述控制器被进一步配置为基于所 述电池的所述充电状态的评估，在利用所述基本恒定的电流来充电和利用基本恒定的电压 来充电之间进行选择。18. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述控制器被进一步配置为：在传 送所述基本恒定的电流来对所述电池进行充电的同时，根据包括所述电池的便携式电子设 备的其它电子部件的负载需要从所述针对外部电源的连接传送可变电流，使得所述便携式 电子设备的其它电子部件的负载需求基本不影响所述基本恒定的电流的传送来对所述电 池进行充电。19. 根据权利要求18所述的便携式电子设备，还包括多相降压变换器拓扑中的降压变 换器充电器，所述多相降压变换器拓扑包括第一相位、第二相位和交替充电开关，其中所述 第一相位包括第一高侧开关和第一低侧开关，以及所述第二相位包括第二高侧开关和第二 低侧开关， 其中所述降压变换器充电器基于来自所述控制器的指令在传送所述基本恒定的电流 来对所述电池进行充电的同时根据所述便携式电子设备的其它电子部件的负载需求来传 送所述可变电流，所述控制器还被配置为： 控制至少一个相位来操作为升压变换器； 控制至少一个相位来操作为降压变换器；以及 闭合所述多相降压变换器拓扑中的所述交替充电开关以将交替充电源连接至系统电 压输出，所述交替充电开关耦合至所述第一高侧开关和所述第一低侧开关之间的第一相 位。20. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，还包括用户界面， 其中，所述控制器被进一步配置为基于所述电池的所述充电状态的评估，经由所述用 户界面呈现所述电池的所述充电状态的表示。21. -种非暂态计算机可读存储介质，其存储被配置为使得可编程控制器执行以下操 作的指令： 传送基本恒定的电流来对包括至少一个电化学电池单元的电池进行充电； 在向所述电池传送所述基本恒定的电流的同时测量所述电池的充电电压； 在传送所述基本恒定的电流以对所述电池进行充电之后，立刻向所述电池传送测试电 流；以及 基于所述电池的所述充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储所述电池的所 述充电状态的指示。
【专利摘要】本发明公开了一种与恒定电流充电一致的电池充电状态评估。所公开的技术包括：传送基本恒定的电流来对包括至少一个电化学电池单元的电池进行充电；以及在向电池传送基本恒定的电流的同时测量电池的充电电压。该方法还包括：基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估电池的充电状态；以及基于电池的充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储电池的充电状态的指示。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN105490326
【申请号】CN201510642578
【发明人】林照源
【申请人】英飞凌科技奥地利有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】DE102015116780A1, US20160099593
【技术领域】
[0001] 本公开设及与电池充电一致的电池充电状态评估。
【背景技术】
[0002] 许多现代电子设备（包括个人数字助理（PDA)、膝上型计算机、平板计算机、电子 书阅读器、数码相机、数字记录设备、数字媒体播放器、视频游戏设备、移动电话手机、蜂窝 或卫星无线电电话、所谓的"智能手机"、其它便携式电子设备等）可W包括可用来为运些 设备供电的一个或多个电池。运些电池可W是可充电电池，其通常需要周期性地充电。
[0003] 由于各种原因，期望知道可充电电池的电池充电状态。例如，电子设备可W在用户 界面上呈现电池充电状态的指示来向用户表明电池的可用电量。
【发明内容】
[0004] 一般来说，本发明设及一种用于测量电池充电状态的技术。所公开的技术有利于 与电池的恒定电流充电一致的电池充电状态评估。恒定电流充电可用于电池充电状态低于 相对较大充电状态的电池充电。在一些示例中，所公开的技术包括在足W解决根据充电电 压施加的偏置电动势的周期内进行电池的恒定电流重叠的W及在恒定电流充电期间测量 电池电压。基于该电压测量，电池充电状态可W与电池的恒定电流充电一致地评估。 阳〇化]所公开的技术还包括用于便携式电子设备的控制器，其可W从外部电源向便携式 电子设备的电池传送恒定电流充电，同时引导来自外部电源的电能W满足便携式电子设备 的其它电子部件的可变电能负载。运些技术有利于在足W解决根据充电电压施加的偏置电 动势的周期内对便携式电子设备内的电池进行恒定电流充电，运允许与电池的恒定电流充 电一致的电池状态评估。
[0006] 在一个示例中，本公开设及一种方法，该方法包括：传送基本恒定的电流来对包括 至少一个电化学电池单元的电池进行充电；在向电池传送基本恒定的电流的同时测量电池 的充电电压；基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估电池的充电状态；W及基于 电池的充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储电池的充电状态的指示。
[0007] 在另一示例中，本公开设及提供一种便携式电子设备，包括：电池，包括至少一个 电化学电池单元；针对外部电源的连接；W及控制器。该控制器被配置为：从针对外部电源 的连接传送基本恒定的电流来对电池进行充电；在向电池传送基本恒定的电流的同时测量 电池的充电电压；基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估电池的充电状态；W及 基于电池的充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储电池的充电状态的指示。
[0008] 在又一示例中，本公开设及提供一种非暂态计算机可读存储介质，其存储被配置 为使得可编程控制器执行W下操作的指令：传送基本恒定的电流来对包括至少一个电化学 电池单元的电池进行充电；在向电池传送基本恒定的电流的同时测量电池的充电电压；基 于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估电池的充电状态；W及基于电池的充电状态 的评估，在非暂态计算机可读介质中存储电池的充电状态的指示。
[0009] 在附图和W下描述中阐述一个或多个示例的细节。本发明的其它特征、目的和优 点将从W下描述、附图和权利要求中变得显而易见。
【附图说明】
[0010] 图1是图示在恒定电流充电期间有利于电池充电状态测量的双相降压变换器的 框图。 W11] 图2是图示图1的双相降压变换器按照"快速"充电模式配置的框图。
[0012] 图3是图示图1的双相降压变换器按照升压模式配置的框图。
[0013] 图4是图示图1的双相降压变换器按照无线充电模式配置的框图。
[0014] 图5是图示图1的双相降压变换器按照升压模式和无线充电模式配置的框图。
[0015] 图6是图示用于多相降压变换器拓扑中的降压变换器充电器的方法的流程图。
[0016] 图7是图示用于多相降压变换器拓扑中的降压变换器充电器的另一方法的另一 流程图。
[0017] 图8图示了包括电池和控制器的便携式电子设备，其中该控制器被配置为在从外 部电源向电池充电的同时评估电池的充电状态。
[0018] 图9是包括电池和控制器的便携式电子设备内的功率分配和电压感测的概念图， 其中该控制器被配置为在从外部电源向电池充电的同时评估电池的充电状态。
[0019] 图10是图示用于进行与电池的恒定电流充电一致的电池充电状态测量的技术的 流程图。
[0020] 图11是在各个电池溫度下在包括低于相对较高充电状态的恒定电流充电的充电 期间的示例性电池的电压对电池充电状态的示图。
【具体实施方式】
[0021] 图1是图示双相降压变换器100形式的降压变换器充电器的框图。双相降压变换 器（诸如双相降压变换器100)可W提供不同的充电概况，诸如渭流充电、恒定电流、恒定电 压。一些示例可W提供"快速"充电，该"快速"充电例如提供5AU0A或甚至可能更高。通 常，"快速"充电可W通过5A至10A W上的任何电流来提供。一些示例可W具有高效率W 避免热问题。因此，可W使用开关模式充电。一些示例还可W提供"通用串行总线扣SB)进 行中"，其中双相降压变换器或者双相降压变换器的一部分可W按照升压模式进行操作W 从（可W使用双相降压变换器的降压模式来充电的）电池向USB适配器提供电能。此外， 一些示例可W提供无线充电模式，其使用额外输入来从无线电源电压器提供充电电能。
[0022] 如下面所讨论的，双相降压变换器的操作可W分为降压变换器功能和升压变换器 功能。在一些示例中，该变换器可W被实施为多相拓扑。本文所描述的示例包括双相。在 一些示例中，双相均可W操作为降压变换器。在其它示例中，双相均可W操作为升压变换 器。在又一其它示例中，双相中的一相可W操作为降压变换器，而双相中的另一相操作为升 压变换器。如图1所图示，用作升压变换器的相可W通过电池、输出电容器或降压变换器输 出来提供电能。
[0023] 降压变换器是逐步降低DC-DC的变换器。换句话说，输出电压低于其输入电压。在 一些示例中，其是开关模式电源，可W使用多个开关（例如，晶体管和二极管）、电感器和电 容器来降低DC电源的电压。线性调节器可W是用来降低DC电源的电压的更简单的设备， 该线性调节器通过将多余电能消散为热量来操作，但是将多余电能消散为热量通常是不充 分的。另一方面，降压变换器可能是非常有效的。一些示例效率可能是95%甚至更高。因 此，降压变换器可W用于将计算机中的主电压（例如，桌上型计算机中为12V，膝上型计算 机中为12V-24V)向下变换为例如可被运些设备中的处理器需要的0. 8V-1. 8V。
[0024] 升压变换器是逐步上升DC-DC变换器。换句话说，输出电压大于输入电压。其是 开关式电源（SMP巧的类型。一些示例可W包括例如至少两个半导体开关（例如，二极管和 晶体管，在一些示例中为两个晶体管）和至少一个电能存储元件（例如，电容器或电感器）。 一些示例可W包括多个能量存储元件的组合，例如多个电容器、多个电感器、电容器和电感 器的组合或者多个电容器和多个电感器的组合。
[00巧]通常可W在变换器的输出（例如，升压变换器或降压变换器输出）处包括滤波器， 该滤波器可W包括一个或多个电感器、一个或多个电容器或者一个或多个电感器和一个或 多个电容器的一些组合，W降低输出电压波纹。
[00%] 在一些示例中，电路可W被配置为执行降压变换（逐步降低）和升压变换（逐步 升高）。换句话说，一些电路设及DC-DC电源变换器电路，其可W提供高于其输入电压的输 出电压和低于其输入电压的输出电压。在一些示例中，升压变换器和降压变换器可W不共 享相同的输入。例如，降压变换器可能提供有来自整流器的输入电压，而升压变换器可能提 供有来自降压变换器表示的电池充电的输入电压或者来自降压变换器本身的电压。
[0027] 一些示例性电路可W在降压和升压模式之间配置，而其它示例可W同时执行两种 模式。在同时执行两种模式的示例中，一些电能可W逐步降低到将由被禪合至电源的各个 输出的一个或多个设备使用的更低的电压，而例如来自另一输入的电压可W逐步升高到一 个或多个输出电压。在运种示例中，升压变换器的输入可W来自电池、来自降压变换器的输 出或二者。电池和降压变换器的输出可W向系统负载提供电能。
[002引在一些示例中，实施降压变换器的电路可W包括多相电路。多相电路例如可W是 与第二降压变换器并联的第一降压变换器电路。在各个示例中，可W在第一降压变换器电 路和第二降压变换器电路之中共享元件。例如，电容器的输出可W在不同相位之中共享，并 且不需要针对每一个降压变换器重复。此外，第一降压变换器电路和第二降压变换器电路 的操作可W同步，具有固定的相位偏移。运些结构可W被称为双相降压变换器。应该理解， 可W并联增加额外的降压变换器电路W形成第Ξ、第四、直到"η"个额外相位，其中"η"是 任何整数。运种结构中的相位的数目可W通过诸如运些电路可用的面积、电路的形成因子 的考虑因素或其它考虑因素来限制。在一个示例中，双相降压变换器可W包括一个额外相 位，其包括第Ξ低侧开关和第Ξ高侧开关。额外相位还可W包括额外低侧开关和额外高侧 开关来使用。
[0029] 在一些示例中，多相降压变换器可W包括可W使用并联置于输入和负载之间的一 系列基础降压变换器电路的电路拓扑。每个相位都可W在开关周期内W均等隔开的间隔来 开启。如上所述，多相拓扑通常可W被使用在降压变换器。在其它示例中，多相拓扑通常 可W被使用在升压变换器拓扑。在一些示例中，相位可W例如在升压变换器模式和降压变 换器模式之间再配置。本文描述的W及图1至图5图示的电路可W提供有效的解决方案来 在双相降压变换器拓扑的性能、成本、热预算（充电系统效率）和占位面积方面组合多个特 征。
[0030] 如上所述，呈现了使用双相降压变换器的多个示例，然而应该理解，其它多相变换 器拓扑也是可能的。
[0031] 参照图1的双相降压变换器100,示例性双相降压变换器100可W提供不同的充电 概况，诸如渭流充电、恒定电流充电和恒定电压充电。双相降压变换器100还可W被设置用 于快速充电，例如使用高达例如5AU0A或甚至更高的高充电电流来对包括双相降压变换 器的电子设备中的电池提供相对快速的充电。在一些示例中，提供高充电电流的能力可W 与本文描述的多相拓扑相关。通过将电流分为不同的相位，变换器的阻抗部件上的损失可 W显著降低，因为电流的幅度可W除W相位的数目，而功率损失降低了相位的数目的平方。 运会主要影响热预算原因。
[0032] 双相降压变换器100有利于从外部电源向便携式电子设备中的电池传送恒定的 电流充电，同时引导来自外部电源的电能W满足便携式电子设备中的其它电子部件的可变 功率负载。根据本文公开的技术，便携式电子设备内的电池的恒定电流充电允许与电池的 恒定电流充电一致的电池充电状态评估。
[0033] 图1的多相同步降压变换器部分图示了两个降压模式相位，第一降压模式相位包 括高侧开关1 (HS1)和低侧开关ULS1)，W及第二降压模式相位包括高侧开关2 (HS2)和低 侧开关2化S2)。在一些示例中，开关HS1、HS2、LSI和LS2可W是晶体管，诸如双极结晶体 管度JT)、结型场效应晶体管（JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管（M0SFET)、绝缘栅极 双极结晶体管（IGBT)或其它类型的晶体管。在图1至图5中图示了 M0S阳T。
[0034] 在一些示例中，开关可W由具有半导体特性的各种材料制成。在一些示例中，开关 (例如，晶体管、二极管）可W是元素周 期表的IV族中找到的特定纯元素，诸如娃和错。在 一些示例中，开关（例如，晶体管、二极管）可W是：二元化合物，具体为III族和V族之间 的元素（诸如神化嫁或氮化嫁）、II族和VI族之间、IV族和VI族之间、W及在不同的IV 族元件之间，例如碳化娃；W及特定的Ξ元化合物，氧化物和合金。在一些示例中，开关（例 如，晶体管、二极管）可W是由有机化合物制成的有机半导体。此外，在一些示例中，异步开 关模式电源（SMP巧可W是异步的，运表示一个晶体管被二极管替换。因此，在一些示例中， 开关服1和服2可W是晶体管，而开关LSI和LS2可W是二极管。类似于上述晶体管，运些 二极管也可W由具有半导体特性的各种材料制成，例如娃、错、神化嫁、氮化嫁、碳化娃等。 图1的多相同步降压变换器部分可W提供例如大于5A、多达10A W上的有效快速充电。
[0035] 如上所述，双相降压变换器100的效率可W较高，例如95% W上。使用运些高效设 备可W提供可W设置用于避免在使用其它低效变换器拓扑时的热问题，例如过热。本文描 述的系统和方法可W通过使用开关模式充电来实现避免热问题。此外，在一些示例中，如上 所述，双相降压拓扑将电流分为不同的相位，并且可W显著降低变换器的阻抗部件上的损 失。如上所述，开关模式充电通常比一些其它类型的调节器更加有效。
[0036] 图1的示例性双相降压变换器100可W从电池（未示出，在连接102附近）向例 如通用串行总线扣SB)适配器提供电能，该通用串行总线扣SB)适配器可W代替交流（AC) 输入104和AC/DC变换器而连接。在一些示例中，可W使用用于DC输入电能的其它连接， 例如v_chg可W包括针对AC输入（和AC/DC变换器）化及USB适配器的连接。在一些示 例中，运可W被称为"USB进行中"。在一些示例中，双相降压变换器100可W在升压模式下 操作时提供例如7. 5W W上的最大量，并且向USB适配器或其它连接器提供电池能量。该能 量可大于电池电压的电压来提供，因为双相降压变换器100内的电路可W增加从电池 至输出连接器（例如，USB适配器）的电压。在一个示例中，升压模式可W再使用降压模式 相位例如HS1/LS1或HS2/LS2中的一个，并且将降压模式相位中的一个配置为升压变换器。 例如，在图1所图示的电路中，服2可W禪合至USB适配器。
[0037] 一些示例可W包括用于无线充电的电路106。用于无线充电的电路106可W包括 连接至整流器116的变压器108 W向双相降压变换器100无线地提供充电电能。虽然变压 器108图示了第一线圈118和第二线圈120-起连接至双相降压变换器，但通常变压器108 可W包括在双相降压变换器100内包含的第一线圈118 W及双相降压变换器100外的第二 线圈120。运些线圈118和120通常被提供用于例如来自插座和双相降压变换器100(可W 在电子设备内）的电能传送。在一些示例中，线圈118可W是双相降压变换器100的无线 电能接收器的一部分，其可W嵌入在电子设备（未示出）中。线圈120可W在双相降压变 换器100外或者在电子设备外。线圈120可W嵌入在充电垫（未示出）中，其中在充电垫 上可W放置电子设备用于充电。当具有嵌入其中的双相降压变换器100的电子设备被放置 在充电垫上时，双相降压变换器内的第一线圈118和电子设备可W非常接近第二线圈120。 因此，第一线圈118和第二线圈120可W形成变压器108。能量可W从能量源（例如，电源 插座）通过线缆流动到第二线圈120。然后，能量可W被无线地传送至第一线圈118。（每 个线圈118、120都可W包含有线绕组，但是在线圈118和120之间不需要有线连接。）第 一线圈118和第二线圈120之间的虚线图示了在线圈118和120之间缺少有线连接，并且 区别出第一线圈118可W在双相降压变换器100内而第二线圈120可W在双相降压变换器 100外。通常，当应用表示双相降压变换器100可W在电子设备内时，运可W包括或者可W 不包括可形成变压器108的线圈中的一个。
[0038] 一些示例可W进一步包括双相降压变换器中的高侧开关3化S3)、交替充电开关， 该交替充电开关在第一高侧开关和第一低侧开关之间禪合至第一相位，其中该控制器被进 一步配置为控制交替充电开关W启用和禁用交替充电源。因此，一些示例可W包括线圈 (例如，变压器108的一部分）和禪合至交替充电开关的整流器116,并且被配置为从线圈 通过整理器116向交替充电开关HS2提供电能。在一些示例中，交替充电开关HS2可W禪 合至线性调节器。
[0039] 在所图示的示例中，可W通过再使用图1中所图示的低侧开关LSI来提供无线充 电。通常，在该结构中没有使用高侧开关HS1。因此，可W再使用该相位来代替增加第Ξ相 位W用于无线充电。一个额外服开关（例如服3)可W提供针对降压模式相位中的一个 (例如第一相化HS1/LS1)的额外电源连接。（在所图示的示例中，运可W节省一个LS。换 句话说，额外LS开关不被用于无线充电特征。）在图1所图示的示例中，当使用交替充电或 无线充电时，交替充电开关或无线充电开关（例如，HS3)通常在无线充电不被使用时的模 式下开关，开关HS3通常关闭。还应该理解，其它电源可W与开关HS3结合使用。在一些示 例中，HS1和HS2可W连接至位于设备顶部处的管脚。 W40] 在一些示例中，用于无线充电的电路106可W提供比当使用USB适配器提供电能 时通过该USB适配器提供的电能更少的电能。该USB适配器或其它适配器中的连接可W向 双相降压变换器100提供电能W用于例如降压变换器。如上所述，USB适配器可W用来为 双相变换器100外的设备供电。
[0041] 通过将讨论分为（1)降压和似升压的两种不同操作模式来更加详细地描述双相 降压变换器的操作。通常，降压变换器的基本操作通过使用两个开关（例如，晶体管）来控 制通过电感器的电流。在理想的降压变换器中（其在本文进行讨论来一般性地描述降压变 换器的基本操作），所有部件可W被认为是理想的。例如，开关可W被认为在接通时具有零 电压而在关断时流过零电流，并且电感器具有零串联阻抗。此外，在理想降压变换器中，可 W假设输入和输出电压不随着循环过程而变化。
[0042] 通常，通过电感器的电流不瞬时改变。在降压变换器中，开始于开关化S1或服2) 打开，从V_chg流过开关化S1或服2)的电流为0。换句话说，由于开关化S1或服2)打开， 所W没有充电电流流过其中。
[00创当开关化S1或服。首先闭合时，当服1闭合时电流将开始增加通过电感器L1，W 及当HS2闭合时电流增加通过电感器L2。此时，如果HS1打开，则开关LSI可W打开，而如 果服2打开，则开关LS2可W打开。由于通过电感器（L1和L2)的电流不能立刻增加，所W 电感器两端的电压将下降。该压降抵消了源极的电压，并且因此降低了系统电压输出处的 系统负载112两端的网电压VsYs?。随着时间的推移，随着电感器两端的压降降低，通过电 感器的电流将缓慢增加，从而增加了系统负载112看到的网电压。在该时间期间，电感器W 磁场的形式存储能量。
[0044] 如果开关化S1或服2)在电感器（L1或L2)完全充电之前（即，在通过将其自身 的压降降为0来使所有电流通过之前）打开，则总将在其两端存在压降，因此系统负载112 看到的网电压将总是低于输入电压源。W运种方式，输出电压可W低于输入电压。无论何 时开关化S1或HS2)打开，都从电路中去除电压源并且电流将缓慢下降。再次，流过电感器 (L1或L。的电流不会立刻改变。因此，电感器（L1或L。两端的电压将反转，并且电感器 (L1或L2)将用作电压源。在所图示的示例中，电流通过v_chg和一个或多个服1和服2从 输入电压源流至电池和系统负载112。为了在去除输入电压源时保持该电流，电感器（L1或 L2)将代替电压源并为系统负载112和电池提供相同的网电压。随着时间的推移，通过电感 器（L1或!^。的电流将逐渐降低，因此电感器（L1或!^。两端的电压也降低。在该时间期 间，电感器（L1或L2)将其存储的能量（W磁场形式存储）释放至电路的剩余部分。如上 所述，当开关化S1或HS2)打开时，可W闭合对应的开关化S1或LS2)。
[0045] 如果开关化S1或服2)在电感器（L1或L2)完全释放之前再次闭合，则系统负载 112和电池将处于非零电压。随着电感器（L1或L2)在每个循环中充电和放电，与系统负载 112并联放置的电容器C。。,可W有利于过滤系统电压输出VsYs?。当USB适配器被用作电压 输入时，电容器可用于过滤充电电压输入。相反，如本文所描述的，当USB适配器被用 作电压输出时，即当HS2/LS2被用作升压变换器电路时，电容器CcH。可用于过滤输出电压。 电容器Ciw可W针对输入/充电电压提供类似的过滤。例如，C 可W提供输入电压v_in和 地v_pgnf之间的过滤。如上所述，当开关化S1或服2)闭合时，对应开关化S1或LS2)可 W打开。
[0046] 在一般性描述了双相降压变换器100的降压变换器方面的操作之后，现在将描述 升压变换器方面。通常，升压变换器的基本操作可W基于理想电感器的相同原理来其作用， 良P，通过电感器的电流通常不会瞬时变化。在升压变换器中，输出电压高于输入电压。
[0047] 当开关化SI或LS。闭合时，电流流过电感器（LI或!^。并且电感器（LI或L。存 储能量。当开关化S1或LS2)打开时，电流将由于电感器上的电压极性反转而降低。在该 阶段中，HS1或服2闭合并且电感器两端的电压为（Vin-Vout)，其在升压变换器中为负。在 接通状态下，电压简化为Vin。电感器（L1或L2)将反对通过电感器（L1或L2)的电流的改 变或降低。因此，电感器（L1或L2)两端的极性将反转。结果，两个源（例如电池和电感器 (L1或L2))将串联，使得较高电压通过二极管（例如，HS1或肥）队电容器CcH逊行充电。 W48] 如果开关化S1或LS。足够快地循环，则电感器（L1或L2)将不会在充电阶段之间 完全放电，并且当开关打开时系统负载112总是看到大于输入源的电压。（"足够快"将取 决于所设及电路的具体阻抗、电感和电容）。在运些应用的一些示例中，典型的开关频率可 W为1-3MHZ，然而其它频率也是可能的并且通常将取决于所使用的部件（例如，电感器L1 和L2)。此外，在开关化S1或LS2)打开的同时，与USB适配器上的负载并联的电容器CcHc 被充电至该组合电压。然后，当开关化S1或LS2)关闭时，电容器CcH。向USB适配器提供电 压和能量。在该时间期间，HS1或HS1中的二极管用作阻挡二极管，从而防止电容器通 过开关化S1或LS2)放电。开关化S1或LS2)可W再次打开W防止电容器放电太多， 使得电容器两端的电压下降多于一些预定的可接受电平，例如在连接至USB适配器的 电子设备的电压容限内。
[0049] 在操作中，升压变换器可W W两种状态操作。第一状态为接通状态，其中开关化S1 或LS2)闭合，使得电感器（L1或L2)中电流的增加。第二状态为关断状态，其中开关化S1 或LS2)打开并且为电感器（L1或L2)电流提供的路径仅为通过HS1或服2中的二极管或 者通过开关本身，HS1或HS2到电容器和负载（例如附接至USB适配器的设备）。运导 致传送在接通状态期间累积在电容器中的能量。例如来自电池的电流与电感器电流相同， 使得电流连续通过电感器L1或L2。 阳0加]控制器114可W被配置为通过服驱动器和LS驱动器控制开关服1、服2、服3、LS1 和LS2 W实施本文描述的功能。例如，控制器114可W控制开关（例如，HS1或HS2)，使得 开关（例如，HS1或HS2)根据需要打开和闭合来实施升压模式。对应开关化S1或LS2)可 W随着开关化S1或HS2)打开和闭合来闭合和打开。此外，控制器114可W控制开关的占 空比化S1/LS1或服2/服。来控制电压VsYSTEM。当开关化S1或服。闭合时，其在v_chg和 v_swl或v_sw2之间进行连接。通常，开关化S1或服2)闭合的越长，电压VsYs?可W越大。 然而，运可W根据例如系统负载112所需要的电流来变化。在一些示例中，第一相位和第二 相位可W是偏移180°的相位，然而其它示例性相位偏移也是可能的，例如0°、90°或任 何其它相位偏移。在使用Ξ个相位的示例中，相位可W偏移120°。在使用四个相位的示例 中，相位可W偏移90°。在使用八个相位的示例中，相位可W偏移45°。然而，其它相位偏 移也是可能的。
[0051] 在一些示例中，当开关化S1或服2)打开时，开关化S1或LS2)可W闭合。应该理 解，开关服1和服2可W独立控制。在一些示例中，服1可W在服2闭合时打开，并且服1可 W在服2打开时闭合。开关LSI和LS2也可W独立控制。类似地，在一些示例中，LSI可W 在LSI闭合时打开，并且LSI可W在LS2打开时闭合。在第一相位的降压变换器操作中，HS1 的控制可W与LSI关联，使得当HS1打开时，LSI闭合，并且当HS1闭合时，LSI打开。在第 二相位的降压变换器操作中，服2的控制可W与LS2关联，使得当HS2打开时，LS2闭合，并 且当服2闭合时，LS2打开。
[0052] 控制器114还可W打开和闭合开关LSI或LS2 W实施本文描述的升压模式。控制 器114还可W控制服1和服2来实施本文描述的升压模式。控制器可被配置为允许一个相 位用作升压变换器而另一个相位用作降压变换器。可选地，两个相位均可W用作降压变换 器或者两个相位均可用作升压变换器。此外，虽然在图1中图示了两个相位，但在一些示例 中，可W实施多于两个的相位。例如，另一电路可W包括四个相位。在运种示例中，相位可 W偏移90°，然而其它相位偏移也是可W的。双相降压变换器100可W被配置为通过仅使 用单相对电池充电来用于低功率充电。例如，单相可用于提供渭流充电模式。
[0053] 在图1所图示的示例中，部分电路可m受置在单个忍片110中。运种忍片110可 W包括晶体管服1、服2、LS1和LS2,它们可W用作开关并可W被控制器114控制，在一些实 施例中，控制器可W在忍片110的内部。忍片110可W包括无线输入v_wireless，其可用于 实施本文描述的无线充电功能。忍片110还可W包括充电电压输入v_chg，其可W诸如使用 本文描述的USB适配器或其它连接器而用来实施交替充电模式。电压v_in可W与地输入 v_pgnd结合使用，使得输入电容器Ciw可用于过滤充电电压。系统电压v_sys可用于向忍 片110提供输入电压。在忍片110的降压变换器中图示出了两个输出乂_3*1和乂_3*2。注 意，运些输出v_swl和v_sw2中的一个或多个可用作升压变换器到可使用忍片110实施的 一个或多个升压变换器的开关节点。
[0054] 虽然图1图示了两个电感器LSI和LS2,但还可W使用其它过滤电路，诸如例如使 用电感器、电容器或其它过滤部件的电路。此外，在一些示例中，开关服1、服2、LSI和LS2 可W是晶体管。在其它示例中，开关HS1和HS2可W是晶体管，而开关LSI和LS2可W是二 极管。 阳化5] 如图1中所图示的，双相降压变换器100包括限定第一相位的第一低侧开关LSI 和第一高侧开关服1。双相降压变换器100还包括限定第二相位的第二低侧开关LS2和第 二高侧开关服2。控制器114可W被配置为打开和闭合第一低侧开关LSI、第一高侧开关 服1、第二低侧开关LS2和第二高侧开关服2中的至少一个W实施降压模式。在图1所图示 的示例中，控制器114可进一步被配置为打开和闭合第一低侧开关LSI、第一高侧开关HS1、 第二低侧开关LS2和第二高侧开关服2中的至少一个W实施升压模式。控制器114可W进 一步被配置为控制第一相位和第二相位中的至少一个中的至少一个开关的占空比来实施 渭流充电、恒定电流或恒定电压中的至少一种。第一过滤元件L1可W禪合至第一相位的输 出，并且第二过滤元件可W禪合至第二相位的输出。在一些示例中，第一过滤元件和第二过 滤元件可W是电感器。
[0056] 图2是图示快速"充电模式中配置的图1的双相降压变换器100的框图。在 图2的示例中，两个相位均可用于提供用于快速充电的高电流。在该示例中，提供了 10A输 出，5A通过v_swl并且5A通过v_sw2。每个相位的占空比都可用于设置双相降压变换器 100的变换率，即输出与输入电压的比率。在理想的降压变换器中，占空比将完全与电流值 无关。然而，由于具有高电流的寄生阻抗部件，占空比会增加来补偿损失并且通常可能较高 来提供高电流。提供3AU2V的输入。注意，其通常是指功率而非被保存的电流。36瓦特 的功率被输设置为输入，12伏特乘W3A，12v X 3A = 36W。假设理想的100%效率降压变 换器，10A的电压输出将为3.6V，36W除W 10A，36W/10A = 3.6伏特。更典型的效率可^为 95%。因此，电压会低5%，或者近似为3. 42伏特。
[0057] 如上所述，降压变换器通过使用两个开关（例如，晶体管）控制通过电感器的电 流。初始，在两个开关均打开的示例中，没有发生充电，即没有电流流过或非常低的电流流 过。当一个开关化如，HS1)首先闭合时，电流将开始增加通过电感器L1。在HS1闭合的同 时，HS1可W打开。当HS1随后打开时，HS1可W闭合并且电流将开始增加通过电感器L2。 由于通过电感器（L1和L2)的电流不能立刻增加，所W电感器两端的电压将下降。该压降 抵消源极的电压，因此降低系统负载112两端的网电压VsYs?。随着时间的前进，通过电感 器（L1或L。的电流将随着电感器两端的压降的降低而增加，从而增加系统负载112看到 的网电压。此时，电感器W磁场的形式存储电能。
[0058] 开关服1和服2可W在对应电感器L1和L2被完全充电（在它们两端总是存在降 压）之前打开，使得系统负载112看到的网电压总是低于输入电压源（当开关HS1和HS1在 对应电感器L1和L2被完全充电之前打开时）。W运种方式，输出电压可W低于输入电压。
[0059] 由于开关化S1或服。可^相互交替打开和闭合，所W通常不从电路中去除电压 源。因此，电流被连续提供给系统负载122、电池和C。。,。每个相位中的电流通常可如上面 参照图1所述而变化。 W60] 图3是图示W升压模式配置的图1的双相降压变换器100的框图。在图3的示例 中，升压模式被用于为通用串行总线扣SB)适配器122提供电能，其可W被提供给插入到 USB适配器122中的电子设备。例如，双相降压变换器100的升压变换器被设置为禪合至 USB适配器，使得升压变换器为USB连接器提供电能。应该理解，虽然本申请讨论的USB适 配器122,但在其它示例中也可W使用其它类型的连接器。
[0061] 当开关LS2闭合时，电流流过电感器L2并且电感器L2存储能量。当开关LS2打 开时，电流将随着阻抗变高而降低。因此，电感器L2将对抗通过电感器L2的电流的改变或 降低。电感器L2两端的极性将反转。结果，两个源（例如，电池和电感器L2)将串联使得 较高的电压通过服2中的二极管为电容器充电。
[0062] 如果开关LS2足够快地循环，则电感器L2将不会在充电状态之间被完全放电，并 且当开关打开时系统负载112总是看到高于输入源的电压。再次，"足够快"将取决于所设 及电路的具体阻抗、电感和电容，但是在一些示例中，可W为0. 5 μ S至2 μ S或者本文描述 的其它开关速度。此外，在开关LS2打开的同时，与USB适配器122上的负载并联的电容器 C?淑充电至该组合电压。然后，当开关LS2关闭时，电容器C cHe向USB适配器提供电压和 能量。在该时间期间，HS2中的二极管用作阻挡二极管，用于防止电容器通过开关LS2 放电。开关LS2可W再次打开W防止电容器放电，使得电容器C CH。两端的电压下降多于 一些预定的可接受电平，例如在连接至USB适配器122的电子设备的电压容限内。
[0063] 如图3中所图示的，来自第二相位的一些电路可W在升压模式下操作。在一些示 例中，第一相位可W W降压模式操作而第二相位可W W升压模式操作。例如，可W在第一相 位上发生无线充电，而第二相位W升压模式操作。然而，在其它示例中，第一相位也可W处 于升压模式。在运种示例中，v_wireless可W连接至整流器116和变压器108。例如可W 代替地提供直流电源连接。 W64] 图4是图示W无线充电模式中配置的图1的双相降压变换器100的框图。如图4 所示，整流器116可W流过1. 5A，^及v_swl可W流出5A(在较低电压）作为充电电流。 W65] 无线充电可W通过变压器108输入电能来实施。如上所述，变压器108的一个线 圈120可W与双相降压变换器100分离，并且另一个线圈118可W是双相降压变换器100 的一部分。来自变压器108的电能可W流过整流器116,其可W将一般的交替信号变换为一 般的直流信号，通过开关HS3输入值双相降压变换器100的降压变换器电路（例如，第一相 位）。在降压变换器（相位1)中，开关服1可W开始打开。从v_chg流过开关服1的电流 为0。换句话说，由于开关HS1没有闭合，所W没有充电电流流过其中。
[0066] 当开关服1首先闭合时，电流将开始增加通过电感器L1。由于通过电感器L1的电 流不能立刻增加，所W电感器L1两端的电压将降低。运种压降抵消源电压，因此降低了系 统负载112、电池等两端的网电压。随着时间的前进，通过电感器L1的电流将随着电感器两 端的压降的降低而增加，从而增加系统负载112看到的网电压。此时，电感器L1 W磁场的 形式存储能量。
[0067] 如果开关服1在电感器L1完全充电之前（即，在通过将自身的压降降低为0来允 许高电流通过之前）打开，则总是在其两端存在电压，使得系统负载112看到的网电压总是 低于输入电压源。W运种方式，输出电压可能低于输入电压。无论开关HS1何时打开，从电 路中去除电压源并且电流将缓慢下降。再次，通过电感器L1的电流不立刻改变。因此，电 感器L1两端的电压将反转并且电感器L1将用作电压源。在所示示例中，电流从电压源通 过v_chg和HS1流过电池和系统负载112。为了维持该电流，当去除输入电压源时，电感器 L1代替电压源并且为系统负载112和电池提供相同的网电压。随着时间的前进，通过电感 器L1的电流将降低，因此电感器L1两端的电压也将降低。此时，电感器L1将其存储的能 量（W磁场形式存储）释放给电路的其它部分。 W側如果开关服1在电感器L1完全放电之前再次闭合，则系统负载112和电池将处于 非零电压。与系统负载112并联放置的电容器C。。,可W随着电感器L1在每个循环中充电 和放电来过滤电压。当USB适配器122被用作电压输入时，电容器CwT可用于过滤充电电 压输入。
[0069] 在所示示例中，无线充电使用开关模式充电。在其它示例中，无线充电开关可W代 替地连接至线性充电器。例如，独立的线性充电电路可禪合至电池和/或系统负载112。
[0070] 图5是图示W升压模式和无线充电（降压）模式中配置的图1的双相降压变换器 100的框图。如图5中所图示的，整流器115可流过1. 5A，^及v_swl可W流出5A(在较低 电压处）作为充电电流，第一相位电路化S1/LS1)用作降压变 换器模式。如图5所示，第二 相位电路化S2/LS2)可如图3的示例所示被配置为W升压模式进行操作。再次，升压模式 可用于为USB适配器122提供电能，电能可被提供给插入到USB适配器122中的电子设备。 应该理解，虽然本申请讨论了 USB适配器122,但在其它示例中也可W使用其它类型的连接 器。
[0071] 图6是图示多相降压变换器拓扑中的降压变换器充电器的方法的流程图。在实施 该方法的过程中，双相降压变换器100可W包括第一低侧开关LSI和第一高侧开关服1、第 二低侧开关LS2和第二高侧开关服2 W及控制器114。在一些示例中，HS1、HS2、LS1和LS2 可W是晶体管。晶体管可W包括BJT、J阳T、IG阳T(MOSFET)、IGBT或其它类型的晶体管。在 其它示例中，HS1和HS2可W是晶体管，W及LSI和LS2可W是二极管。在其它示例中，HS1、 服2、LSI和LS2可W是其它类型的开关。晶体管和/或二极管可W包括娃、错、神化嫁、氮 化嫁、碳化娃或另一种适当的材料或材料组合。
[0072] 在图6的示例中，控制器114可W打开和闭合限定双相降压变换器100的第一相 位的第一低侧开关LSI和第一高侧开关服1 W及限定双相降压变换器100的第二相位的第 二低侧开关LS2和第二高侧开关HS2中的至少一个，使得双相降压变换器100执行信号的 降压变换化00)。
[0073] 控制器114可W打开和闭合双相降压变换器100的第一低侧开关LSI、第一高侧开 关服1、第二低侧开关LS2和第二高侧开关服2中的至少一个，使得双相降压变换器100执 行信号的升压变换化02)。在一个示例中，来自电池的电能可W用来向升压变换器提供电 能。电能还可W通过开关的组合（例如，LSI/服1或LS2/服2)来提供。换句话说，操作为 降压变换器的相位可W向升压变换器提供电能。例如，双相降压变换器100的一个开关组 合LSI/服1、LS2/服2可W连接至充电源并向可执行升压变换的一个或多个开关LSI、服1、 LS2、服2提供电能。注意，虽然开关可集合LSI/服1、LS2/服2进行操作来执行降压变 换，但运不是必须要求的。 阳074] 控制器114可W控制第一相位和第二相位中的至少一个中的开关LSI、服1、LS2或 HS2的至少一个的占空比，W生成渭流充电、恒定电流或恒定电压中的至少一种化04)。例 如，单个相位（例如，LS1/HS1或LS2/HS2)可用于提供渭流充电模式。在运种示例中，控制 器114可W仅在单个相位中打开和闭合开关LS1/HS1或LS2/HS2,因为只需要低电流。另 夕F，可W使用低占空比，因为只需要低电流。在一些示例中，可W监控电流输出，并且第一相 位和第二相位中的至少一个中的开关LSI、服1、LS2或服2的至少一个的占空比可W提供恒 定电流。例如，随着电路上的负载的变化，针对给定输出电压的电流可W稍稍变化。因此， 可W修改占空比来增加或降低电压，从而保持电流近似恒定。例如，本文描述的电路可W用 于对电池进行充电。随着电池被充电，内部电池电压可增加。进入电池的电流可W在充电 电压和内部电池电压除W电池阻抗之间不同。因此，电流可W随着内部电池电压的增加而 降低。然而，对于恒定电流充电来说，控制器114通常可W增加占空比来保持电流恒定。
[00巧]类似地，在一些示例中，可W监控电压输出，并且可W控制第一相位和第二相位中 的至少一个中的开关LSI、服1、LS2或服2的至少一个的占空比来提供恒定电压。例如，随 着电流输出增加，电压可W开始下降。因此，可W增加占空比来补偿并保持电压近似恒定。 阳076] 控制器114可W控制双相降压变换器100来向来自第一相位和第二相位的系统电 压输出提供电流，从而输出充电电流化06)。该电流可W充电一个或多个电池或电池单元。 电流可W向负载提供电能。在一些示例中，如本文所描述的，电流可W向升压变换器提供电 能。 阳077] 在一些示例中，设置的双相降压变换器100可W在双相降压变换器100中包括交 替充电开关HS3。该交替充电开关服3可W禪合至第一高侧开关服1和第一低侧开关LSI 之间的服1/LS1。控制器114可进一步被配置为控制该交替充电开关服2来启用和禁用交 替充电源。线圈118 (变压器108的一部分）和整理器116可禪合至交替充电开关，并且被 配置为从线圈118通过整流器116向交替充电开关提供电能。在一些示例中，交替充电开关 HS3可W禪合至线性调节器W不仅提供交替充电源，而且还提供交替充电方法，即线性过调 解器而非开关模式变换器。
[0078] 图7是用于多相降压变换器拓扑中的降压变换器充电器的另一方法的另一流程 图。在一个示例中，多相降压变换器拓扑可w至少包括第一相位、第二相位w及交替充电开 关。第一相位包括第一高侧开关服1和第一低侧开关服1，W及第二相位包括第二高侧开关 HS2和第二低侧开关LS2。
[0079] 在图7所图示的示例中，控制器114控制至少一个相位来操作为升压变换器 (700)。升压变换器W两种状态进行操作。第一状态为接通状态，其中开关化S1或LS2)闭 合使得电感器（L1或L2)中的电流增加。第二状态为关断状态，其中开关化S1或LS2)打开 并且为电感器（L1或L2)电流仅提供通过HS1或服2中的二极管或通过开关本身的路径， 服1或服2到电容器CcHG和负载（例如，附接至USB适配器的设备）。运导致传送在接通状 态期间累积在电容器中的能量。例如来自电池的电流与电感器电流相同，使得电流连续通 过电感器L1或L2。
[0080] 控制器114控制至少一个相位W操作为降压变换器（70?。例如，控制器114可 W控制开关（例如，服1或HS2)，使得开关（例如，服1或HS2)根据需要打开和闭合来实施 降压模式。对应开关化S1或LS2)可W随着开关化S1或HS2)打开和闭合而闭合和打开。 此外，控制器114可W控制开关的占空比化S1/LS1或服2/服。来控制电压VsYSTEM。当开 关化S1或服2)闭合时，其在v_chg和v_swl或v_sw2之间进行连接。通常，开关化S1或 服。闭合地越长，电压VsYs?越高。然而，运可W根据例如系统负载112所需要的电流来变 化。在一些示例中，第一相位和第二相位可W是偏移180°的相位，然而其它示例性相位偏 移也是可W的，例如0°、90°或任何其它相位偏移。在使用Ξ个相位的示例中，相位可W偏 移120°。在使用四个相位的示例中，相位可W偏移90°。在使用八个相位的示例中，相位 可W偏移45°。然而，其它相位偏移也是可W的。
[0081] 在一些示例中，当开关化S1或服2)打开时，开关化S1或LS2)可W闭合。应该理 解，开关服1和服2可W独立控制。在一些示例中，服1可W在服2闭合时打开，并且服1 可W在服2打开时闭合。开关LSI和LS2也可W独立控制。类似地，在一些示例中，LSI可 W在LSI闭合时打开且LSI可W在LS2打开时闭合。在第一相位的降压变换器操作中，HS1 的控制可W与LSI关联，使得当HS1打开时，LSI闭合，并且当HS1闭合时LSI打开。在第 二相位的降压变换器操作中，HS2的控制可W与LS2关联，使得当HS2打开时，LS2闭合，并 且当服2闭合时LS2打开。
[0082] 控制器114闭合多相降压变换器拓扑中的交替充电开关W将交替充电源连接 至系统电压输出，该交替充电开关禪合至第一高侧开关和第一低侧开关之间的第一相位 (704)。
[0083] 图8图示了便携式电子设备800。在不同示例中，该便携式电子设备可W表示个人 数字助理（PDA)、膝上型计算机、桌上型计算机、电子书阅读器、数码相机、数字记录设备、数 字媒体播放器、视频游戏设备、移动电话手机、蜂窝或卫星无线电电话（诸如智能手机）或 其它便携式电子设备。便携式电子设备800包括电池802,其包括至少一个电子电池单元。 便携式电子设备800还包括控制器804，其被配置为在从经由电源连接806连接至便携式电 子设备800的外部电源对电池802进行充电的同时评估电池802的充电状态。在一些示例 中，控制器804可W是被配置为执行存储在存储器816、非暂态计算机可读介质中的指令的 多目的处理器。
[0084] 更具体地，控制器804被配置为从电源连接806向充电电荷802传送基本恒定的 电流。例如，控制器804可W向降压变换器808发布指令，其被配置为经由电源连接806从 外部电源接收电能，向充电电池802传送基本恒定的电流。控制器804可W向降压变换器 808发布指令，在足W解决根据充电电压施加的偏置电动势的时间期间传送基本恒定的电 流并在恒定电流充电期间测量电池电压，诸如足W使电池802电压基本上仅取决于基本恒 定的电流、电池802的充电状态和电池溫度的时间段。在一些示例中，降压变换器808可W 与双相降压变换器100相同或基本类似。
[00化]控制器804被进一步配置为在向充电电池802施加基本恒定的电流期间或紧接在 其后经由电压传感器810测量电池802的充电电压。控制器804被进一步配置为基于测量 的充电电压W及任选的溫度传感器818所指示的测量的电池溫度来评估电池802的充电状 态。在一些示例中，控制器804可W使用查找表来使测量的充电电压W及任选的电池溫度 与电池802的充电状态相关联。查找表中的数据可W来自于电池802的测试或者另一基本 类似结构的电池。理论上，测量的充电电压与电池802的充电状态之间的关联性通过W下 等式1来表示。在一些示例中，可代替查找表来使用等式1，从而将测量的充电电压与电池 802的充电状态相关联。
[0086]
[0087] 关于上述等式1，R (cell)表示电池802的充电状态，II表示对电池施加 W进行 充电的基本恒定的电流，V化atteryii)表示所测量的电池的充电电压，W及V(cell)及表示 缺少基本恒定电流的电池802的实际电压。等式1可如下推导： 阳〇8引 （1)通过欧姆定律V = IR ;
[0089] 相对于电池单元 R = LEN/Alpha* (1/AREA)，
[0090] 其中，Alpha是材料的导电性，
[0091] 其中，LEN是电池中施加 V的长度，阴极和阳极之间的距离， 柳9引 W及
[009引其中，AREA是在阴极和阳极之间的电流流动的截面积。
[0094] (2) 11/AREA = A1 地al*Vl/LEN 阳0巧]一 J1 = A1地al巧1 ;
[0096] J1是电流密度（Il/Area)，W及E1 =电场（V1/LEN)。A1地al是该条件下的导电 性。
[0097] (3)A1 地al = nl*q*v/El = n*q*ul ;其中 ul 是电子的迁移率，v/El ; W及 η 是用 于组合和分离的可用+离子和-离子；q定义电子电荷。
[0098] (4)所施加的电压和电流在假定总电子和迁移率相等的时间期间是恒定的。因此， R(cell)表示充电状态相同，因为II和VI是与（nl，q，ul)相关的函数。
[0099] 注意，因为等式1假设偏置电动势被解决，所有等式1和对应的查找表仅提供在 足W解决根据充电电压施加的偏置电动势的时间期间在向电池802施加恒定电流充电之 后的精确相关。通过单独经由电源连接806从外部电源引导电能，控制器803和降压变换 器808有利于在运种充足的周期内施加电池的运种恒定电流充电，W满足便携式电子设备 800(包括控制器804本身、用户界面812、其它电子部件）的部件的可变电源负载。在一些 示例中，电子部件814可包括全球定位系统（GP巧接收 器、电信模块（诸如蜂窝、Wi-Fi和 /或蓝牙模块）、一个或多个处理器和/或便携式电子设备800的其它电路。与便携式电子 设备800相反，在其它便携式电子设备中，提供用于对电池进行充电的电流可W根据便携 式电子设备的电子部件的负载需求而变化。改变提供给电池的电流可W排除使用查找表来 使测量的充电电压与电池的充电状态相关联，因为期望充电期间测量的电池电流为随时间 施加的可变电流的函数，导致难W说明偏置电动势。
[0100] 在一些示例中，控制器804可W进一步被配置为利用电压传感器810进行第二电 压测量，其可W允许电池802的充电状态的更精细的评估。例如，在传送基本恒定的电流来 对电池802充电之后，控制器可W立刻向电池802传送测试电流，并且在向电池802传送测 试电流的同时利用电压传感器测量电池802的测试电压。电池802的充电状态的评估可W 基于测量的充电电压、测量的测试电压W及任选的电池802的测量溫度（如溫度传感器818 所指示的）。在一些示例中，控制器804可W使用查找表来使测量的充电电压、测试电压和 任选的电池溫度与电池802的充电状态相关联。查找表中的数据可W源于电池802的测试 或者基本类似结构的另一电池。理想地，通过W下等式2来表示测量的充电电压和测试电 压与电池802的充电状态之间的关联性。在一些示例中，可W代替查找表使用等式2, W使 测量的充电电压和测量的测试电压与电池802的充电状态相关联。
[0101]
[0102] 关于上述等式（2)，R2 (cell)表示电池802的充电状态，II表示对电池802施加 W进行充电的基本恒定的电流，12表示对电池施加的测试电流，V化att&ry")表示电池802 的测量充电电压，W及V化atteryi2)表示电池802的测量测试电压。等式2可W如下推导： 阳103] (1)源于等式1，J1 = A1地曰1巧1。
[0104] 似给定在II至12 W及E1至E2中的检查，J1变为扣；E1变为E2。
[0105] 做 J2 = Jl+delta_J， 阳106] 其中J1是El下的初始电流密度，W及delta_J是随着El变为E2的电流密度。 阳 107] (4)J2-J1 = delta_J ； 阳 10引 其中，delta_J = delta_Alpha* 巧2 - E1)，
[0109] 其中，delta_Alpha是电场从El变为E2的导电性变化。
[0110] 巧)J2-J1 与 12-11 成比例。
[0111] 做 E2-E1 与 V2-V1 成比例。 阳11引 （7)因此R2与l/delta_al地a成比例。
[0113] 在电压和电流变化时，在离子从对应的材料远离阴极和阳极之间的界面补充离子 之前在该界面处发生组合和分离。因此，在电流和电压的变化期间，当差不多完全充电时， 接近阴极和阳极界面的离子组合和分离的可能性较小，并且当电池没有被完全充电或差不 多完全充电时R2 (cell)是不同的。因此，R2 (cell)表示优先对可用电荷充电的充电状态。
[0114] 等式2假设电池802的电化学行为还没有被测试电压的施加而影响。为此，控制 器804可W被配置为在施加基本恒定的电流之后非常短的时间期间在向电池802传送测试 电流的同时测量测试电压。例如，控制器804可W被配置为在向电池802传送基本恒定的 电流的100毫秒内、在向电池802传送基本恒定的电流的25毫秒内、在向电池802传送基 本恒定的电流的5毫秒内或者甚至在向电池802传送基本恒定的电流的1毫秒内，在向电 池802传送测试电流的同时测量测试电压。如图11所示，利用电压传感器810进行测试电 流和测试电压测量可W允许电池802的充电状态的更加精确的评估，尤其利用恒定电流充 电期间电池的电压测量在电池的可能充电状态的大部分（诸如相对较低充电状态和相对 较高充电状态之间的部分）保持相对恒定的电池化学反应。
[0115] 在一些示例中，R2(cell)可W是读出数据的集合，其中在连续的时间间隔N(例 如，100毫秒）中测量数据。R2 (cell)的值和N值表示电池的充电状态。具有对应N的R2 可W被后处理W找到一个时间间隔处的第二最小R2值，并且R2值和/或N定时表示根据 等式3的充电状态。 阳116] dR(Cell)/dN = 0 (等式 3)
[0117] 对于用于后处理的R(cell)的N个采样，
[0118] 其中，dN是在一个时间到下一采样时刻的N个采样，
[0119] 其中dR是R(cell)采样相对于dN的差值。
[0120] 在相同或不同的示例中，可W代替逐步改变利用电压随时间从V化attery 1) 到V化attery2)变化的速率来施加测试电压。可通过Μ个连续时间在V化atteryl)和 V化attery2)之间切换来施加测试电路，作为电流和电压的可选方式。 阳121] 在另一条件下，其中恒定13电流被感测到释放到系统中，可通过充电器中的相同 传感器检查14瞬时变化（其电压和电流定额为R3 = (V4-V3)/(I4-I3))。在14是新电流 消耗的情况下，13是初始稳定电流消耗。V4是针对14变化在电池处看到的电压，W及V3 是在13下在电池处看到的电压。W运种方式，相同的原理可应用于测试恒定电流消耗（而 非恒定电流充电）期间的电池充电状态。延迟确定放电电压的电压测量，直到根据恒定电 流放电解决了电池的电化学，在施加测试电流之后快速地发生电压测量W限制测试电流对 电池的电化学行为W及所得到电动势对电池的影响。 阳122] 在测量R3的情况下，其中电池被几乎放电，R3的变化也增加。
[0123] 控制器804可进一步被配置为基于电池802的充电状态的评估在存储器816、非暂 态计算机可读介质中存储电池802的充电状态的指示。控制器804可进一步被配置为基于 电池802的充电状态的评估经由用户界面812呈现电池802的充电状态的表示。在一些示 例中，用户界面812可W包括显示器或其它视觉指示器。
[0124] 在相同或不同的示例中，控制器804可进一步被配置为向降压变换器808发布指 令W基于电池802的充电状态的评估来在利用基本恒定的电流来充电和利用基本恒定的 电压来充电之间进行选择。例如，一旦电池802的充电状态达到相对较高的等级，则相对于 恒定电流充电优选恒定电压充电，因为对电池802应用恒定电流充电会劣化电池802的能 力，使得电池802的存储能力比应用适当充电技术的情况下降得更快。相反，在电池802的 相对高充电状态下方电池802的恒定电流充电是优选的，因为电池802的恒定电流充电可 W快于电池802的恒定电压充电。
[01巧]图9是在便携式电子设备900内的功率分布和电压感测的概念图。便携电子设备 900包括电源连接906和控制器904。控制器904选择性地将电能从电源连接906传送至 电池902和负载915。负载915表示被便携式电子设备900的部件（诸如处理器、存储器、 无线传输器、显示器和/或便携式电子设备900的其它用户界面）消耗的电能。开关909 被配置为在从外部电源向电池902充电的同时临时中断电池902的电能（例如在评估电池 902的充电状态期间）。开关909可W是独立部件或者可W简单地表示控制器904临时中 断电池902的电能的能力。电压传感器910被配置为进行电池902的电压测量W如本文所 述地评估电池902的充电状态。 阳1%] 在一些示例中，便携式电子设备900可W基本类似于便携式电子设备800,然而如 控制器904和开关909所表示的，可在足W解决根据充电电压施加的偏置电动势的周期内 控制电池902的恒定电流充电或放电的任何电路可W用于在从外部电源向电池902充电的 同时评估电池902的充电状态。W运种方式，参照图1至图8描述的降压变换器仅仅是在 足W解决根据充电电压施加的偏置电动势的周期内有利于电池的恒定电流充电或放电的 示例。如控制器904所表示的，也可W使用完成该目的的任何其它电路，W在从外部电源向 电池902充电的同时评估电池902的充电状态。 阳127] 控制器904基于所测量的充电电压（W及任选的，所测量的测试电压和/或电池 902的溫度）评估电池 902的充电状态巧28)。控制器904在存储器中存储电池 902的充 电状态的指示巧30)。 阳12引图10是图示用于进行与电池的恒定电流充电一致的电池充电状态测量的技术的 流程图。为了清楚，参照图9的便携式电子设备900描述图10的技术。然而，图10的技术 不限于便携式电子设备，而是可应用于其它设备或单独的电池充电器。
[0129] 控制器902经由开关909从电源连接906向充电电池902传送基本恒定的电流 巧20)。例如，向充电电池902传送基本恒定的电流可W包括在足W使电池电压基本上仅依 赖于基本恒定的电流、电池的充电状态和电池溫度的周期内传送基本恒定的电流。在向电 池902传送基本恒定的电流的同时，控制器904利用电压传感器910测量电池902的充电 电压巧22)。
[0130] 任选地，控制器90位刻向电池902传送测试电流，其可W包括在向充电电池902 传送基本恒定的电流之后，利用开关909暂停充电电压的传送巧24)，并且利用电压传感器 910测量电池902的测试电压巧26)。在延迟确定充电电压的电压测量直到根据恒定电流 充电解决电池的电化学的同时，在施加测试电流之后快速地发生测试电压测量W限制测试 电流对电池902的电化学行为和得到电动势对电池902的影响。 阳131] 图10的技术与可选技术（其中通过限制来自电池的电流的充电或放电稳定电池 的电化学行为，使得可W在电池处于释放模式时进行电池电压测量）不同。例如，如果电池 具有额定电流，则关系模式可W发生在时间周期（诸如几分钟，或者甚至几小时，诸如30分 钟和3小时之间）之后，其中来自电池的电流的充电或放电不高于电池的额定电流的5%。 当电流在时间期间处于最小时，电池内的电化学达到均衡，从而表示电池的释放模式，电池 单元的电压是开路电压，运可W对应于电池的充电状态。相反，电池的内部单元阻抗是随着 不同的工作条件和时间变化的电化学阻抗，因此补偿动态电流负载下的阻抗是困难的。在 便携式电子设备（诸如蜂窝电话）中，电池可W被恒定地充电或放电，因为设备保持在相对 恒定的总是接通状态（运行后台应用的数目增加），使得电池不能定期进入释放模式。虽然 随时间消耗的测量电流可用于近似充电状态，但运些计算被电流测量的精度和电流测量组 合随时间的误差所影响。
[0132] 相反，图10的技术通过在充电期间将电池与便携式电子设备的其它电子部件的 负载隔离有利于充电期间的电池充电状态的评估。由于便携式电子设备必须定期充电，所 W图10的技术允许充电状态评估与随时间的电流测量无关。
[0133] 精确的充电状态评估可用于为用户提供电子设备的剩余电池寿命的指示。此外， 精确的电池充电状态评估可用于基于电池的充电状态选择适当的充电技术。例如，在低于 电池的相对高的充电状态下，电池的恒定电流充电是优选的，W提供相对快速的充电。然 而，在相对高的充电状态下，相对于恒定电流充电来说，恒定电压充电是优选的，因为对电 池应用恒定电流充电会劣化电池的能力。 阳134] 图11是充电期间电压对电池充电状态的示图，包括用于示例性电路的处于各个 电池溫度的低于相对较大充电状态的恒定电流充电。图11具体表示了 Ξ个不同电池溫度 (室溫、高于室溫和低于室溫）的电压对电池充电状态。
[0135] 如图11所示，在相对较低的电压充电状态下（在该实施例中为 大约10% W下的电 池充电状态），电池的电压主要依赖于电池充电状态。在该范围内，由于电池的电压如此依 赖于电池充电状态，所W电压测量可W有利于电池充电状态的合理精确评估，即使施加给 电池的电动势还没有解决（例如由于改变电流充电或电池上的消耗）。为此，相对较低电池 充电状态下的电池充电状态的评估可W是合理的精度而不抵抗动态负载或电池的放电。 阳136] 类似地，在相对较高的电池充电状态下（在该示例中为大约90% W上的电池充电 状态），电池的电压也高度依赖于电池充电状态。在该范围内，由于电池的电压如此依赖于 电池充电状态，所W电压测量可W有利于电池充电状态的合理精确评估，即使对电池施加 的电动势还没有解决（例如由于改变电流充电或消耗）。为此，相对较高的电池充电状态下 的电池充电状态的评估也可W是合理的精度而不抵抗动态负载或电池的放电。 阳137] 相反，在中间的电池充电状态下（在该示例中为10%和90%之间的电池充电状 态），对于给定的电池溫度，在电池充电状态的该范围内电池的电压相对平坦。在中间电池 充电状态内，图10的技术（包括通过施加恒定电流充电来解决对电池施加的基本电动势） 可W有利于精确的电池充电状态评估。可选地，如上所述，关系模式中电池的电压测量可用 于有利于中间电池充电状态内的电池充电状态评估。然而，同样如上所述，在不具有本文公 开的技术（包括用于施加恒定电流充电的技术W及用于在恒定电流充电期间将电池充电 状态与测量的电压相关联的技术）的情况下，便携式电子设备内的电池不能定期进入释放 模式，运会使得精确的充电状态评估变得困难或不可能。
[0138] 本公开描述的技术可W至少部分地W硬件、软件、固件或任何它们的组合来实施。 例如，所描述技术的各个方面可W在一个或多个处理器内实施，包括一个或多个微处理器、 数字信号处理器值SP)、专用集成电路（ASIC)、现场可编程口阵列（FPGA)或任何其它等效 集成或分立逻辑单路W及运些部件的任何组合。术语"处理器"或"处理电路"可一般性地 表示任何前述逻辑电路（单独或与其它逻辑电路组合）或者任何其它等效电路。包括硬件 的控制单元还可W执行本公开的一种或多种技术。
[0139] 运些硬件、软件和固件可W在相同的设备或分离的设备中实施W支持本公开所描 述的各种技术。此外，任何所所描述的单元、模块或部件可W-起实施或者独立实施为分立 但相互协作的逻辑设备。作为模块或单元的不同部件的描述用于强调不同的功能方面并且 不需要暗示运些模块或单元必须通过分立硬件、固件或软件部件来实施。此外，与一个或多 个模块或单元相关联的功能可W通过独立的硬件、固件或软件部件来实施，或者集成到公 共或独立的硬件、固件或软件部件内。
[0140] 本公开中所描述的技术还可W在包括用指令编码的计算机可读存储介质的制品 中具体化或编码。在包括被编码的计算机可读存储介质的制品中嵌入或具体化的指令可 W使得一个或多个可编程处理器或其它处理器实施本文描述的一种或多种技术，诸如通过 一个或多个处理器来执行在计算机可读存储介质中包括或编码的指令。计算机可读存储 介质可W包括随机存取存储器（RAM)、只读存储器（ROM)、可编程只读存储器（PROM)、可擦 除可编程只读存储器巧PROM)、电可擦除可编程只读存储器巧EPROM)、闪存、硬盘、压缩盘 ROM (CD-ROM)、软盘、磁带、磁介质、光介质或其它计算机可读介质。在一些示例中，指令可W 包括一个或多个计算机可读存储介质。 阳141 ] 在一些示例中，计算机可读存储介质可W包括非暂态介质。术语"非暂态"可W表 示不W载波或传播信号具体化的存储介质。在特定示例中，非暂态存储介质可W存储可随 时间变化的数据（例如，RAM或高速缓存）。 阳142] 在本公开中已经描述了各个方面。运些和其它方面均包括在W下权利要求的范围 内。
【主权项】
1. 一种方法，包括： 传送基本恒定的电流来对包括至少一个电化学电池单元的电池进行充电； 在向所述电池传送所述基本恒定的电流的同时测量所述电池的充电电压； 基于所测量的充电电压评估所述电池的充电状态；以及 基于所述电池的所述充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储所述电池的所 述充电状态的指示。2. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 在传送所述基本恒定的电流来对所述电池进行充电之后，立刻向所述电池传送测试电 流；以及 在向所述电池传送所述测试电流的同时测量所述电池的测试电压， 其中评估所述电池的所述充电状态进一步基于所测量的测试电压。3. 根据权利要求2所述的方法，其中在向所述电池传送所述测试电流的同时测量所述 电池的所述测试电压包括：在向所述电池传送所述基本恒定的电流的100毫秒内测量所述 电池的所述测试电压。4. 根据权利要求2所述的方法，其中向所述电池立刻传送所述测试电流包括：根据电 压随时间改变的速率来施加变化电压。5. 根据权利要求2所述的方法，其中向所述电池立刻传送所述测试电流包括：根据电 压随时间改变的速率来施加测试电压。6. 根据权利要求2所述的方法，其中基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估 所述电池的所述充电状态基于以下等式：其中R(cell)是所述电池的所述充电状态， 其中Il是所述基本恒定的电流， 其中12是所述测试电流， 其中V(battery12)是所测量的所述电池的充电电压，以及 其中C(battery12)是所测量的所述电池的测试电压。7. 根据权利要求2所述的方法，其中基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估 所述电池的所述充电状态在N个间隔的系列内基于以下等式： dR(Cell)/dN = 0 其中N是用于后处理的R(cell)的采样， 其中dN是在一个时间到下一采样时刻的N个采样，以及 其中dR是R(cell)采样相对于dN的差值。8. 根据权利要求1所述的方法，还包括测量表示所述电池的温度的温度，其中评估所 述电池的所述充电状态进一步基于所测量的温度。9. 根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述电池的所述充电状态的评估，在利用 所述基本恒定的电流来充电和利用基本恒定的电压来充电之间进行选择。10. 根据权利要求1所述的方法，还包括在传送所述基本恒定的电流来对所述电池进 行充电的同时，根据包括所述电池的便携式电子设备的其它电子部件的负载需要传送可变 电流，使得所述便携式电子设备的所述其它电子部件的负载需求基本不影响所述基本恒定 的电流的传送来对所述电池进行充电。11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述便携式电子设备包括多相降压变换器拓扑 中的降压变换器充电器，所述多相降压变换器拓扑包括第一相位、第二相位和交替充电开 关，其中所述第一相位包括第一高侧开关和第一低侧开关，以及所述第二相位包括第二高 侧开关和第二低侧开关， 其中所述降压变换器充电器在传送所述基本恒定的电流来对所述电池进行充电的同 时根据所述便携式电子设备的所述其它电子部件的负载需求来传送所述可变电流，所述方 法还包括： 控制至少一个相位来操作为升压变换器； 控制至少一个相位来操作为降压变换器；以及 闭合所述多相降压变换器拓扑中的所述交替充电开关以将交替充电源连接至系统电 压输出，所述交替充电开关耦合至所述第一高侧开关和所述第一低侧开关之间的第一相 位。12. 根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述电池的所述充电状态的评估，经由包 括所述电池的便携式电子设备的用户界面呈现所述电池的所述充电状态的表示。13. -种便携式电子设备，包括： 电池，包括至少一个电化学电池单元； 针对外部电源的连接；以及 控制器，其中所述控制器被配置为： 从所述针对外部电源的连接传送基本恒定的电流来对所述电池进行充电； 在向所述电池传送所述基本恒定的电流的同时测量所述电池的充电电压； 基于所测量的充电电压评估所述电池的所述充电状态；以及 基于所述电池的所述充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储所述电池的所 述充电状态的指示。14. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述控制器被进一步配置为： 在传送所述基本恒定的电流来对所述电池进行充电之后，立刻向所述电池传送测试电 流；以及 在向所述电池传送所述测试电流的同时测量所述电池的测试电压， 其中评估所述电池的所述充电状态进一步基于所测量的测试电压。15. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中在向所述电池传送所述测试电流的 同时测量所述电池的所述测试电压包括：在向所述电池传送所述基本恒定的电流的100毫 秒内测量所述电池的所述测试电压。16. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述控制器被进一步配置为测量表 示所述电池的温度的温度，其中评估所述电池的所述充电状态进一步基于所测量的温度。17. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述控制器被进一步配置为基于所 述电池的所述充电状态的评估，在利用所述基本恒定的电流来充电和利用基本恒定的电压 来充电之间进行选择。18. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述控制器被进一步配置为：在传 送所述基本恒定的电流来对所述电池进行充电的同时，根据包括所述电池的便携式电子设 备的其它电子部件的负载需要从所述针对外部电源的连接传送可变电流，使得所述便携式 电子设备的其它电子部件的负载需求基本不影响所述基本恒定的电流的传送来对所述电 池进行充电。19. 根据权利要求18所述的便携式电子设备，还包括多相降压变换器拓扑中的降压变 换器充电器，所述多相降压变换器拓扑包括第一相位、第二相位和交替充电开关，其中所述 第一相位包括第一高侧开关和第一低侧开关，以及所述第二相位包括第二高侧开关和第二 低侧开关， 其中所述降压变换器充电器基于来自所述控制器的指令在传送所述基本恒定的电流 来对所述电池进行充电的同时根据所述便携式电子设备的其它电子部件的负载需求来传 送所述可变电流，所述控制器还被配置为： 控制至少一个相位来操作为升压变换器； 控制至少一个相位来操作为降压变换器；以及 闭合所述多相降压变换器拓扑中的所述交替充电开关以将交替充电源连接至系统电 压输出，所述交替充电开关耦合至所述第一高侧开关和所述第一低侧开关之间的第一相 位。20. 根据权利要求13所述的便携式电子设备，还包括用户界面， 其中，所述控制器被进一步配置为基于所述电池的所述充电状态的评估，经由所述用 户界面呈现所述电池的所述充电状态的表示。21. -种非暂态计算机可读存储介质，其存储被配置为使得可编程控制器执行以下操 作的指令： 传送基本恒定的电流来对包括至少一个电化学电池单元的电池进行充电； 在向所述电池传送所述基本恒定的电流的同时测量所述电池的充电电压； 在传送所述基本恒定的电流以对所述电池进行充电之后，立刻向所述电池传送测试电 流；以及 基于所述电池的所述充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储所述电池的所 述充电状态的指示。
【专利摘要】本发明公开了一种与恒定电流充电一致的电池充电状态评估。所公开的技术包括：传送基本恒定的电流来对包括至少一个电化学电池单元的电池进行充电；以及在向电池传送基本恒定的电流的同时测量电池的充电电压。该方法还包括：基于所测量的充电电压和所测量的测试电压评估电池的充电状态；以及基于电池的充电状态的评估，在非暂态计算机可读介质中存储电池的充电状态的指示。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN105490326
【申请号】CN201510642578
【发明人】林照源
【申请人】英飞凌科技奥地利有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】DE102015116780A1, US20160099593
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