CN203056607U

CN203056607U - 功率路径管理设备和系统

Info

Publication number: CN203056607U
Application number: CN2012204835552U
Authority: CN
Inventors: N·孙; E·张
Original assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: US20130076147A1; CN103036267B; CN103036267A

Abstract

本申请提供了用于多电池功率路径管理的设备和系统。所述设备可包括：第一电池端口，其被配置为耦合到第一电池；第二电池端口，其被配置为耦合到第二电池；输出电压端口，其被配置为耦合到待供电的设备；电池选择端口，其被配置为耦合到待供电的所述设备；控制电路，其被配置为选择所述第一电池和所述第二电池中的一个作为电源电池，所述选择基于所述电池选择端口处接收的信号；以及，第一开关，其被配置为选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到所述输出电压端口，所述选择性的耦合基于由所述控制电路响应于所述电源电池的所述选择而生成的第一开关信号。

Description

功率路径管理设备和系统

技术领域

本申请涉及一种电池功率路径管理系统，具体地说，涉及一种用于多电池的功率路径管理设备和系统。

背景技术

许多电子设备，尤其是便携式设备，例如手机、数码相机、媒体播放器、全球定位系统(GPS)接收器以及便携式游戏机都是由电池进行供电。电池最终会耗尽电量，迫使设备的使用中断。电池必须被更换或者被再充电，这将是不方便和耗时的。例如，就手机而言，电池电量不足可能导致呼叫掉线。

实用新型内容

总体来说，本申请提供了针对多电池的电池功率路径管理设备和系统。所述系统提供了从一个或多个电池向一设备输送功率的能力以及对一个或多个电池进行充电的能力。电池电压监视电路系统可以确定第一电池电压是否降到了指示电池电量不足状况的阈值以下。响应于这一确定，所述系统可以切换功率路径以允许从第二电池向所述设备输送功率。所述系统随后还开始对所述第一电池进行充电。还可以提供电池标识(ID)检测，使得所述系统可以确定电池的存在并且减少切换时间，所述切换时间还可以提供对电池进行热插拔的能力。此外，在每个电池之间以及在待供电的设备和每个电池之间提供反向电流阻断(RCB)保护。即使一个电池处的电压高于另一个电池处的电压或者通往所述设备的输出端口处的电压高于任一个电池处的电压，RCB也能防止电流从所述一个电池流到所述另一个电池中或者从所述设备回流到任一个电池中。

根据一个方面，提供了一种功率路径管理设备。所述设备可以包括第一电池端口，其被配置为耦合到第一电池。该实例中的设备可以进一步包括第二电池端口，其被配置为耦合到第二电池。该实例中的设备可以进一步包括输出电压端口，其被配置为耦合到待供电的设备。该实例中的设备可以进一步包括电池选择端口，其被配置为耦合到所述待供电的设备。该实例中的设备可以进一步包括控制电路，其被配置为基于在所述电池选择端口处接收的信号，选择所述第一电池和所述第二电池中的一个作为电源电池。该实例中的设备可以进一步包括第一开关，其被配置为基于由所述控制电路响应于所述选择而生成的第一切换信号，选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到所述输出电压端口。

根据另一方面，提供了一种功率路径管理系统。所述系统可以包括：功率路径管理设备，其包括：第一电池端口，其被配置为耦合到第一电池。该实例中的功率路径管理设备可以还包括第二电池端口，其被配置为耦合到第二电池。该实例中的功率路径管理设备可以进一步包括输出电压端口，其被配置为耦合到待供电的设备。该实例中的功率路径管理设备可以进一步包括电池选择端口，其被配置为耦合到待供电的所述设备。该实例中的功率路径管理设备可以进一步包括控制电路，其被配置为基于在所述电池选择端口处接收的信号，选择所述第一电池和所述第二电池中的一个电池作为电源电池。该实例中的功率路径管理设备可以进一步包括第一开关，其被配置为基于由所述控制电路响应于所述选择而生成的第一切换信号，选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到所述输出电压端口。该实例中的系统可以进一步包括分压器，其被耦合到所述第一电池并且被耦合到所述功率路径管理设备上的电池电量不足指示符端口，所述分压器被配置为提供与所述第一电池相关联的电池电量不足状况的指示。

附图说明

所要求保护的主题的特征和优点将从以下与之相符的实施例的具体描述中变得显而易见，对实施例的描述应当参照附图来考虑，在附图中：

图1示出了与本申请各个实施例相符的顶层框图；

图2示出了与本申请各个实施例相符的功能框图；

图3示出了与本申请各个实施例相符的功能框图；

图4示出了与本申请各个实施例相符的操作的流程图；

图5示出了与本申请各个实施例相符的操作的流程图；以及

图6示出了与本申请各个实施例相符的操作的流程图。

尽管下列具体实施方式中将参照说明性的实施例来进行阐述，但是该实施例的许多替代、变更以及变型对于那些本领域技术人员来说将变得显而易见。

具体实施方式

总体来说，本申请提供了针对多电池的电池功率路径管理的系统和方法。所述系统提供了从一个或多个电池向一设备输送功率的能力以及对一个或多个电池进行充电的能力。电池电压监视电路系统可以确定第一电池电压是否降到了指示电池电量不足状况的阈值以下。响应于这一确定，所述系统可以切换功率路径以允许从第二电池向所述设备输送功率。所述系统随后还开始对所述第一电池进行充电。还可以提供电池标识(ID)检测，使得所述系统可以确定电池的存在并且减少切换时间，所述切换时间还可以提供对电池进行热插拔的能力。此外，在每个电池之间以及在待供电的设备和每个电池之间提供反向电流阻断(RCB)保护。即使一个电池处的电压高于另一个电池处的电压或者通往所述设备的输出端口处的电压高于任一个电池处的电压，RCB也能防止电流从所述一个电池流到所述另一个电池中或者从所述设备回流到任一个电池中。

图1示出了与本申请的各个实施例相符的顶层框图100。框图100示出了基于双电池设备的实例应用中的功率路径管理模块102。功率路径管理模块102从具有RCB保护的原电池110或二次电池114向设备130提供功率，下面将较详细地描述。设备130可以是任何类型的多电池设备，包括例如手机、便携式媒体播放器、移动互联网设备或任何类型的便携式装置。电池充电电源120可以被配置为提供功率，功率路径管理模块102可以将所述功率传输到电池110或114以用于电池的充电/再充电。

图2示出了与本申请的各个实施例相符的功能框图200。框图200示出了基于双电池设备的实例应用中的功率路径管理模块102。功率路径管理模块102为与待供电的设备130相关联的功率管理集成电路(PMIC)206提供功率。所述功率可以从原电池110(也成为BAT A)或二次电池114(也称为BAT B)提供，原电池110和二次电池114中的任一个可以是可拆卸的。与每个电池相关联的ID引脚218提供该电池可用性的状态指示符。在一些实施例中，当ID引脚信号被拉下至地时，可指示存在电池，当ID引脚信号为高时，可指示不存在电池。基带模块204可以是设备内部的电路系统，被配置为执行与设备的功率管理相关联的控制和状态功能，并且可以通过通用输入/输出(GPIO)线路222与功率路径管理系统102进行通信。

电池充电器集成电路212可以是设备130内部的模块，被配置为提供功率，功率路径管理模块102可以将所述功率传输到电池110或114以用于电池的充电/再充电。旅行适配器208可以是设备130外部的模块，通过电池充电器集成电路212向功率路径管理系统102提供充电电源。在一些实施例中，旅行适配器208可以提供可从线电压220得到的5伏特电源。

可以提供外部复位引脚216以将两个系统功率路径开关与系统负载断开，这对具有不可拆卸的电池的设备是非常有利的。可以提供复位延迟，例如5秒延迟以减小意外复位的可能性。

电阻器网络222可以被用作分压器以测量这些电池之一(例如，原电池110)的电压，并且将低电池电压状况的指示提供给功率路径管理系统102。

图3示出了与本申请的各个实施例相符的功率路径管理系统102的功能框图300。控制逻辑块302接收充电选择(CHGSEL)信号和电池选择(BATSEL)信号，并且生成控制信号C1、C2、C3、C4以控制充电选择开关304和输出选择开关306的门信号。充电选择开关304确定BAT A(对应于原电池110)和BAT B(对应于二次电池114)中的哪一个将被连接到CHGIN进行充电。输出选择开关306确定BAT A和BAT B中的哪一个将被连接到VOUT为设备供电。

可以在一个或多个开关304、306上提供反向电流阻断。RCB防止电流从一个电池流到另一个电池中或者从所述设备回流到任一个电池中，即使一个电池处的电压高于另一个电池处的电压或者通往所述设备的输出端口处的电压高于任一个电池处的电压。这样的反向电流如果不被阻断的话就会损坏电池或者设备电路系统。在一些实施例中，无论开关的状态是断开或闭合(即，接通或关断)，反向电流都可以被阻断。这种无论开关是接通还是关断都提供保护的RCB被称为真反向电流阻断(TRCB)。

输入电压选择器308确定用于功率路径管理系统102元件的电源(Vcc)是否将由旅行适配器208、BAT A或BAT B提供。电压参考电路和电压比较器310可以通过监视LOBAT电压和向控制逻辑块302提供信号来确定这些电池中是否有一个电池处于低电压状况下，控制逻辑模块302可以被用于响应于这种状况而切换电池输出和/或充电配置。所述低电压状况可以基于比较器的可调电压阈值来确定。在一些实施例中，所述阈值可以大约为3.6伏特。

调压器312可以提供电阻器314两端的电压来生成检测电池的存在的ID信号。在一些实施例中，所述电阻器的标称值可以是2兆欧，所述电压的标称值可以是2.8伏特。

在一些实施例中，电池和设备负载之间的导通电阻可以小于约80毫欧，并且电池和充电器之间的导通电阻可以小于约130毫欧。这样减小的电阻值可以延长电池寿命。还可以提供过热关断和静电放电保护。开关可以被配置为P沟道MOSFET开关。系统可以被配置为防止由于电池电量不足情况而导致的设备的意外关机。

图4示出了与本申请的各个实施例相符的用于输出路径切换的操作400的流程图。在操作410中，将系统上电，在操作420中，如果存在复位信号，则在操作430中，允许功率输出浮置。否则，在操作440中，如果电池A ID和电池B ID指示仅存在一个电池而不是两个电池，则在操作450中，将功率输出路径切换到被指示为存在的那个电池。否则，在操作460中，如果两个电池都被确定为不存在，那么在操作430中允许功率输出浮置。否则，两个电池都存在。在这种情况下，在操作470中，如果存在针对电池A的电池电量不足指示符，那么在操作490中将功率输出路径切换到电池B。否则，在操作480中，将基于来自设备的电池选择信号BATSEL来选择两个电池中的一个。在操作490和495中，将功率输出路径切换到所选择的电池。

图5示出了与本申请的各个实施例相符的用于充电路径切换的操作500的流程图。在操作510中，将系统上电，在操作520中，如果不存在旅行适配器输入电压，则在操作570中允许充电输出浮置。在一些实施例中，所述旅行适配器输入电压可以是当前待被检测的大于约4.6伏特。如果在操作530中电池AID指示存在电池A，并且在操作540中充电选择信号指示电池A应被充电，那么在操作550中将充电路径切换到充电电池A。否则，在操作560中，如果电池B ID指示存在电池B，并且在操作540中，充电选择信号指示电池B应被充电，那么在操作580中，将充电路径切换到充电电池B。否则，在操作570中允许充电输出浮置。

图6示出了与本申请的各个实施例相符的操作600的流程图。在操作610中，检测耦合到功率路径管理电路的第一电池的存在。在操作620中，检测耦合到功率路径管理电路的第二电池的存在。在操作630中，响应于检测到第一电池和第二电池中的仅一个电池被耦合到功率路径管理电路，将被耦合的电池选作电源电池。在操作640中，响应于检测到第一电池和第二电池都被耦合到功率路径管理电路，基于待供电的设备所提供的电池选择信号，将第一电池和第二电池中的一个选择为电源电池。在操作650中，在功率路径管理电路中配置第一开关，使得所选择的电源电池被耦合为向待供电的所述设备供电。

尽管为了简单起见，本申请的大部分内容针对包括两个电池的系统的功率路径管理，但是应当理解的是，其他实施例可以将所述功率路径管理能力延伸到任何数量的电池。

如这里所使用的那样，术语“标称”的使用在指代量时，含义为规定量或理论量，其可能与实际量不同。

这里所描述的方法的实施例可以在系统中实现，该系统包括以独立或组合的方式存储有指令的一个或多个存储介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时实现这些方法。这里，处理器可以包括例如系统CPU(例如，核心处理器)和/或可编程电路。因而，根据这里所描述的方法的操作旨在可以分布在多个物理装置上，比如在几个不同的物理位置上的处理结构。而且，该方法操作旨在可以以独立或者子组合的方式实现，正如本领域技术人员所理解的那样。因此，并非每一流程图的所有的操作都需要被执行，并且本申请明确指出这些操作的所有子组合也能实现，正如本领域技术人员所理解的那样。

存储介质可以包括任何类型的有形介质，例如，任何类型的磁盘(包括软盘、光盘、压缩光盘只读存储器(CD-ROM)，可擦写压缩光盘(CD-RW)，数字多用光盘(DVD)和磁光盘)，半导体装置(比如只读存储器(ROM)，诸如动态和静态的RAM之类的随机存取存储器(RAM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，闪存，磁卡或光卡)，或者适合于存储电子指令的任一类型的介质。

术语“开关”可以用MOSFET开关(例如，单独的NMOS和PMOS元件)、BJT开关和/或其他本领域已知的开关电路实现。另外，在这里的任一实施例中所使用的“电路系统”或“电路”可以以单个或以任一组合的方式包括例如硬线电路、可编程电路、状态机电路，和/或包括在更大系统中的电路，例如，包括在集成电路中的元件。

因此，本申请提供了用于多电池功率路径管理的设备、系统和方法。根据一个方面，提供了一种设备。所述设备可以包括第一电池端口，其被配置为耦合到第一电池。该实例中的设备可以进一步包括第二电池端口，其被配置为耦合到第二电池。该实例中的设备可以进一步包括输出电压端口，其被配置为耦合到待供电的设备。该实例中的设备可以进一步包括电池选择端口，其被配置为耦合到所述待供电的设备。该实例中的设备可以进一步包括控制电路，其被配置为基于在所述电池选择端口处接收的信号，选择所述第一电池和所述第二电池中的一个作为电源电池。该实例中的设备可以进一步包括第一开关，其被配置为基于由所述控制电路响应于所述选择而生成的第一切换信号，选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到所述输出电压端口。

根据另一方面，提供了一种方法。所述方法可以包括：检测第一电池是否被耦合到功率路径管理电路。该实例中的方法还可以包括：检测第二电池是否被耦合到功率路径管理电路。该实例中的方法可以进一步包括：响应于检测到所述第一电池和所述第二电池中的仅一个电池被耦合到功率路径管理电路，选择被耦合的所述一个电池作为电源电池。该实例中的方法可以进一步包括：响应于检测到所述第一电池和所述第二电池都被耦合到功率路径管理电路，基于待供电的设备所提供的电池选择信号，选择所述第一电池和所述第二电池中的一个电池作为所述电源电池。该实例中的方法可以进一步包括：在所述功率路径管理电路中配置第一开关，使得所选择的电源电池被耦合为向所述待供电的设备供电。

根据又一个方面，提供了一种系统。所述系统可以包括：功率路径管理设备，其包括：第一电池端口，其被配置为耦合到第一电池。该实例中的功率路径管理设备可以还包括第二电池端口，其被配置为耦合到第二电池。该实例中的功率路径管理设备可以进一步包括输出电压端口，其被配置为耦合到待供电的设备。该实例中的功率路径管理设备可以进一步包括电池选择端口，其被配置为耦合到待供电的所述设备。该实例中的功率路径管理设备可以进一步包括控制电路，其被配置为基于在所述电池选择端口处接收的信号，选择所述第一电池和所述第二电池中的一个电池作为电源电池。该实例中的功率路径管理设备可以进一步包括第一开关，其被配置为基于由所述控制电路响应于所述选择而生成的第一切换信号，选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到所述输出电压端口。该实例中的系统可以进一步包括分压器，其被耦合到所述第一电池并且被耦合到所述功率路径管理设备上的电池电量不足指示符端口，所述分压器被配置为提供与所述第一电池相关联的电池电量不足状况的指示。

这里所使用的术语和表述被用做描述而不是限制，并且在使用这些术语和表述时无意于排除所示和所描述特征(或其部分的)的任何等同物，并且应该认识到，各种变化可能包含在权利要求的范围内。因此，该权利要求旨在涵盖所有此类等同物。各种特征、方面、以及实施例在这里已经被描述，该特征、方面以及实施例可相互结合并且可变型和修改，正如本领域技术人员所能理解的那样。因此，本实用新型公开内容应该被认为包括了这些组合、变型和修改。

Claims

1.一种功率路径管理设备，包括：

第一电池端口，其被配置为耦合到第一电池；

第二电池端口，其被配置为耦合到第二电池；

输出电压端口，其被配置为耦合到待供电的设备；

电池选择端口，其被配置为耦合到所述待供电的设备；

控制电路，其被配置为基于在所述电池选择端口处接收的信号，选择所述第一电池和所述第二电池中的一个作为电源电池；以及

第一开关，其被配置为基于由所述控制电路响应于所述选择而生成的第一切换信号，选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到所述输出电压端口。

2.根据权利要求1所述的功率路径管理设备，其中，所述第一开关被配置为提供真反向电流阻断。

3.根据权利要求1所述的功率路径管理设备，其中，所述控制电路进一步被配置为确定所述第一电池是否被耦合到所述第一电池端口且所述第二电池是否被耦合到所述第二电池端口。

4.根据权利要求3所述的功率路径管理设备，其中，所述控制电路进一步基于所述确定来选择所述电源电池。

5.根据权利要求1所述的功率路径管理设备，进一步包括：电压比较器电路，其被配置为检测与所述第一电池相关联的电池电量不足状况，其中，所述控制电路进一步基于所述检测来选择所述电源电池。

6.根据权利要求1所述的功率路径管理设备，进一步包括：

充电电压端口，其被配置为耦合到充电电压源；

充电选择端口，其被配置为耦合到所述待供电的设备；以及

第二开关，其被配置为基于所述控制电路响应于在所述充电选择端口处接收的信号而生成的第二切换信号，选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到所述充电电压端口。

7.根据权利要求6所述的功率路径管理设备，其中，所述第二开关被配置为提供真反向电流阻断。

8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述控制电路进一步被配置为确定所述第一电池是否被耦合到所述第一电池端口且所述第二电池是否被耦合到所述第二电池端口，所述控制电路进一步基于所述确定来生成所述第二切换信号。

9.一种功率路径管理系统，包括：

功率路径管理设备，其包括：

第一电池端口，其被配置为耦合到第一电池；

第二电池端口，其被配置为耦合到第二电池；

输出电压端口，其被配置为耦合到待供电的设备；

电池选择端口，其被配置为耦合到待供电的所述设备；

控制电路，其被配置为基于在所述电池选择端口处接收的信号，选择

所述第一电池和所述第二电池中的一个作为电源电池；以及

第一开关，其被配置为基于由所述控制电路响应于所述选择而生成的

第一切换信号，选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到

所述输出电压端口；以及

分压器，其被耦合到所述第一电池，并且被耦合到所述功率路径管理设备上的电池电量不足指示符端口，所述分压器被配置为提供与所述第一电池相关联的电池电量不足状况的指示。

10.根据权利要求9所述的功率路径管理系统，其中，所述第一开关被配置为提供真反向电流阻断。

11.根据权利要求9所述的功率路径管理系统，其中，所述控制电路进一步被配置为确定所述第一电池是否被耦合到所述第一电池端口以及所述第二电池是否被耦合到所述第二电池端口。

12.根据权利要求11所述的功率路径管理系统，其中，所述控制电路进一步基于所述确定来选择所述电源电池。

13.根据权利要求9所述的功率路径管理系统，进一步包括：电压比较器电路，其被配置为将所述电池电量不足指示符端口处的电压与阈值电压相比较以检测与所述第一电池相关联的电池电量不足状况，其中，所述控制电路进一步基于所述检测来选择所述电源电池。

14.根据权利要求9所述的功率路径管理系统，进一步包括：

充电电压端口，其被配置为耦合到充电电压源；

充电选择端口，其被配置为耦合到所述待供电的设备；以及

第二开关，其被配置为基于由所述控制电路响应于在所述充电选择端口处接收的信号而生成的第二切换信号，选择性地将所述第一电池端口或所述第二电池端口耦合到所述充电电压端口。

15.根据权利要求14所述的功率路径管理系统，其中，所述第二开关被配置为提供真反向电流阻断。

16.根据权利要求14所述的功率路径管理系统，其中，所述控制电路进一步被配置为确定所述第一电池是否被耦合到所述第一电池端口以及所述第二电池是否被耦合到所述第二电池端口，所述控制电路进一步基于所述确定来生成所述第二切换信号。