[發(fā)明專利]對有效高速電池充電的反饋控制

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780067801.1
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN109891354B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 艾爾伯托·亞歷桑德羅·安吉洛·普蓋利;托馬斯·李;漢斯·梅瓦特;伯特倫·J·羅杰斯;李志鵬;金元英
• 申請（專利權）人: 萊恩半導體股份有限公司
• 主分類號: G05F1/563
• 分類號: G05F1/563;G05F3/02;G06F1/26;H02M3/07
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王小衡;王朝輝

一種電壓調節(jié)器系統(tǒng)，包括：開關電容器(SC)調節(jié)器，其在開關頻率下進行操作并接收輸入電壓；和控制器，其被配置為通過基于效率來調節(jié)SC調節(jié)器的開關頻率而控制SC調節(jié)器的操作。在一些實施例中，掃描開關頻率以確定最佳效率。在一些實施例中，在針對輸入電壓的多個值中的每個值處掃描開關頻率。在一些實施例中，該系統(tǒng)還包括與SC調節(jié)器串聯(lián)的一個或多個開關。在一些實施例中，SC調節(jié)器包括被耦合到電池的輸出終端。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年11月1日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/416,028的權益，其通過在本文中引用其整體而并入于此。

其它相關申請

本申請涉及于2016年9月26日提交的標題為“Efficient High-SpeedBatteryCharging”的美國臨時申請62/399,588并通過在本文中引用其整體而將其并入。

技術領域

本公開涉及用于對電池進行充電的系統(tǒng)和方法。

背景技術

迫切需要減小電子系統(tǒng)的尺寸。尺寸減小特別適用于空間非常寶貴的移動電子器件中，但在大數據中心中放置的服務器中也是期望的，這是因為將盡可能多的服務器硬塞進固定尺寸的實際區(qū)域(real estate)是重要的。

電子系統(tǒng)中的最大組件之一包括電壓調節(jié)器(也稱為功率調節(jié)器)。功率調節(jié)器通常包括大量龐大的片外組件以向集成芯片(包括處理器、存儲器設備(例如，動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM))、射頻(RF)芯片、WiFi組合芯片、以及功率放大器)遞送電壓。因此，希望減小電子系統(tǒng)中的電壓調節(jié)器的尺寸。

功率調節(jié)器包括半導體芯片，諸如DC-DC調節(jié)器芯片，其從電源(例如，電池)向輸出負載遞送功率。輸出負載可以包括電子設備中的各種集成芯片(例如，應用處理器、DRAM、NAND閃存)。為了高效地遞送功率，電壓調節(jié)器可以使用“降壓(buck)”拓撲。這種調節(jié)器被稱為降壓調節(jié)器(也稱為降壓轉換器)。降壓調節(jié)器使用電感器將電荷從電源傳輸到輸出負載。降壓調節(jié)器可以使用功率開關來將電感器連接到多個電壓之一/從多個電壓之一斷開，從而提供作為多個電壓的加權平均值的輸出電壓。降壓調節(jié)器可以通過控制電感器耦合到多個電壓之一的時間量來調節(jié)輸出電壓。

不幸的是，降壓調節(jié)器不適用于高度集成的電子系統(tǒng)。降壓調節(jié)器的轉換效率取決于電感器的尺寸，特別是當功率轉換比高時以及當輸出負載所消耗的電流量高時。由于電感器可以占用大面積且體積龐大以集成在管芯上或封裝上，因此現有的降壓調節(jié)器通常使用大量的片外電感器組件。該策略通常需要印刷電路板上的大面積，這繼而增加了電子設備的尺寸。隨著移動的片上系統(tǒng)(SoC)變得更復雜并且需要由電壓調節(jié)器遞送越來越多數量的電壓域，這一挑戰(zhàn)更加嚴峻。

此外，降壓調節(jié)器不太適合于對電池的高速充電。高速充電通常需要使用高輸入電壓。繼而，使用高輸入電壓需要降壓調節(jié)器提供高電壓轉換比(V_IN/V_OUT)，以將高輸入電壓(V_IN)轉換為適合電池的輸出電壓(V_OUT)。不幸的是，在高電壓轉換比下，降壓調節(jié)器的效率實質上很低，并且降壓調節(jié)器通過散熱浪費了大量功率。降壓調節(jié)器散發(fā)的熱量可能會升高電子系統(tǒng)內設備的操作溫度，這可能導致故障。因此，降壓調節(jié)器不太適合對電池進行高速充電。

代替降壓調節(jié)器，高速充電系統(tǒng)可以使用開關電容器調節(jié)器來為電池充電。已知開關電容器調節(jié)器即使在高電壓轉換比下也是有效的，只要電壓轉換比是整數的比率即可。

發(fā)明內容