Регулятор напряжения/тока и способ зарядки батареи
Изобретение относится к регулированию зарядки перезаряжаемой батареи в портативном электронном устройстве. Регулятор напряжения/тока для регулирования зарядки перезаряжаемой батареи в портативном устройстве содержит транзистор и соединенный с ним контроллер для управления зарядным током в батарее. Контроллер способен определить рассеяние мощности в транзисторе регулятора; определить, превышает ли рассеяние мощности максимально допустимое рассеяние мощности, и если это так, уменьшить зарядный ток на конкретную величину, если это не так, определить, будет ли рассеяние мощности превышать максимально допустимое рассеяние мощности, если зарядный ток увеличивается на указанную величину, и если это так, увеличить зарядный ток на эту величину. Технический результат - снижение времени зарядки. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
ОБЛАСТЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится, в целом, к регулятору напряжения/тока и способу регулирования зарядки перезаряжаемой батареи в портативном электронном устройстве.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Перезаряжаемые батареи, будучи в заряженном состоянии, используются для обеспечения электрического тока для снабжения энергией разнообразных электрических приспособлений, таких как промышленные и потребительские устройства, включая устройства мобильных телефонов или другие подобные электронные устройства. Однако, когда батарея разряжена, она нуждается в зарядке. Зарядка батареи обычно подразумевает подачу соответствующего электрического тока на батарею в течение некоторого времени.
Требуемый зарядный ток зависит от того, какой тип перезаряжаемых элементов или батарей используется, и для некоторых типов перезаряжаемых батарей величина тока должна варьироваться во время процесса зарядки. Поэтому для регулирования тока во время зарядки используются программы зарядки.
Литиевые или Li-батареи являются обычно используемыми батареями в вышеупомянутых устройствах из-за их небольшого веса, высокого напряжения, высокой плотности энергии, “плоских” разрядных характеристик и долгого срока хранения и т.д. Однако на некоторых стадиях в цикле зарядки Li-батарей необходимо иметь линейное регулирование зарядного тока. Поэтому используется транзистор для управления током, и во время регулирования он имеет падение напряжения от стока к истоку. Следовательно, в транзисторе генерируется тепло и рассеивается мощность.
По причинам стоимостных ограничений и ограничений на площадь печатной платы желательно использовать транзистор, который настолько мал, насколько это возможно. Однако малый транзистор может управлять меньшей величиной мощности рассеяния. Следовательно, ток должен быть установлен низким для того, чтобы охватить все случаи, касающиеся температуры, уровня напряжения и зарядного тока. Это, однако, означает, что во многих случаях ток является излишне низким, приводя к большим временам зарядки.
Другой альтернативой является подача более высокого тока для того, чтобы уменьшить время зарядки для нормальных случаев. Однако в некоторых случаях ток является слишком большим, что приводит к высокой температуре в транзисторе и в телефоне, что в некоторых случаях раздражает пользователя телефона и также снижает время жизни транзисторов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей данного изобретения является создание регулятора напряжения/тока и способа зарядки батареи в портативном устройстве, которые преодолевают вышеупомянутые проблемы.
Согласно изобретению задача решается посредством устройства регулятора напряжения/тока, которое является регулируемым для рассеяния постоянной мощности, в котором максимально допустимый ток в отношении рассеяния мощности и температуры в устройстве используется в транзисторе зарядного тока в устройстве.
Преимущество данного изобретения состоит в том, что зарядный ток динамически регулируют согласно фактическим поступающим значениям напряжения и температуры внутри телефона и батареи. Следовательно, всегда достигается минимальное время зарядки, хотя максимальное рассеяние никогда не превышается.
Кроме того, отсутствует неудобное повышение температуры в телефоне, что является особенно важным для очень компактных конструкций телефонов, в которых даже малое повышение температуры в телефоне заметно для пользователя. Вообще, преимуществом данного изобретения является удержание повышения температуры при зарядке настолько низким, насколько это возможно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для того чтобы объяснить изобретение более подробно и объяснить преимущества и особенности изобретения, в следующем подробном описании предпочтительного варианта осуществления сделаны ссылки на сопроводительные чертежи, на которых
фиг.1 - иллюстративная блок-схема оборудования для зарядки, включающего в себя регулятор напряжения/тока согласно изобретению, и
фиг.2 - блок-схема, иллюстрирующая вариант осуществления способа регулирования напряжения/тока согласно изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 изображен регулятор 1 напряжения/тока согласно изобретению, подключенный к узлу 2 перезаряжаемой батареи, которую нужно зарядить, и к внешнему зарядному устройству 3.
Регулятор 1 напряжения/тока содержит первый контакт 4, предназначенный для соединения с соответствующим первым контактом 5 зарядного устройства 3.
Кроме того, регулятор 1 содержит транзистор 6 для управления зарядным током. Исток 7 транзистора, имеющий напряжение истока DCIO, соединен с первым контактом 8 контроллера 9 для регулирования заряда и с контактом 4. Второй контакт 10 контроллера 9 соединен с затвором 11 транзистора 6. Сток 12 транзистора, имеющий напряжение стока VBAT, соединен с третьим контактом 13 контроллера 9 и первым контактом 14 импеданса 15. Второй контакт 16 импеданса соединен с четвертым контактом 17 контроллера 9 и с первым контактом 18 батареи 2 посредством второго контакта 19 регулятора 1. Батарея 2 также соединена с выводом 20 заземления посредством ее второго контакта 21 и третьего контакта 22 регулятора 1.
Контроллер 9 имеет доступ к трем параметрам для того, чтобы управлять рассеянием мощности: 1) DCIO, который является напряжением истока 7; 2) VBAT, который является напряжением стока 12; и 3) Icharge, который является зарядным током через транзистор в узле 2 батареи.
В способе согласно изобретению на этапе 201 контроллер 9 определяет мгновенное рассеяние мощности, Pdiss, в транзисторе 6 следующим образом:
Pdiss=Icharge(DCIO-VBAT).
Pmax является максимально допустимым значением Pdiss. На этапе 202 проверяют, верно ли, что Pdiss выше Рmах, и если это так, то Icharge уменьшают на величину Istep на этапе 203, где Istep - значение увеличения/уменьшения Icharge.
Если на этапе 202 определено, что Pdiss ниже Рmах, то доступны две альтернативы, либо Icharge увеличивается на Istep, либо не изменяется.
Временному параметру NewPdiss присваивается значение (Icharge+Istep)(DCIO-VBAT) на этапе 203'. Затем на этапе 204 проверяют, верно ли, что NewPdiss<Рmax, и если это так, то первая альтернатива реализуется на этапе 205, т.е. Icharge увеличивается на Istep, в противном случае Icharge не изменяется.
Однако, если Icharge был увеличен на Istep в последнем случае, Рmах мог бы быть превышен.
Рассмотрим, со ссылкой на фиг.1, что регулятор 1 имеется в электронном устройстве 23, таком как мобильный телефон, персональный организатор, портативный компьютер или другом подобном питаемом от батареи устройстве. При определении Рmax в рассмотрение принимается также температура в устройстве 23 и в батарее 2. Температура определяется датчиком температуры, подключенным к контроллеру 9. Первый датчик 24 обеспечен в устройстве 23 для того, чтобы определять температуру в устройстве, и подключен к пятому контакту 25 регулятора 1 посредством контакта 26 для передачи соответствующего сигнала температуры к контроллеру 9.
Второй датчик 27 соединен с батареей 2 для определения температуры батареи. Датчик 27 подключен через третий контакт 29 батареи к пятому контакту 28 регулятора 1, который соединен с контроллером 9 для передачи соответствующего сигнала температуры. Уровень температуры в устройстве 23, или батарее 2, или и в устройстве и в батарее, который считается пользователем почти высоким, установлен равным верхнему пределу температуры Тmax. Следовательно, когда температура превышает Тmax, зарядный ток Icharge должен быть уменьшен. Согласно способу изобретения, иллюстрированному на фиг.2, температура в устройстве 23 Atemp и/или в батарее 2 Btemp определяется на этапе 206. Затем, если температура Temp (Temp=max[Atemp, Btemp]) выше или равна Тmax, что проверяется на этапе 207, то Рmах уменьшается на конкретную величину Pstep, на этапе 208, для того чтобы уменьшить выделение теплоты в устройстве.
В другом случае температура довольно низка и пользователь удовлетворен. При падении температуры ниже другой величины Tmin, которая установлена в качестве нижнего предела температуры, более высокое значение Рmах является достижимым и, таким образом, Рmах может быть увеличена. Следовательно, если на этапе 207 определяется, что температура ниже высокого предела, то выполняется этап 209, на котором определяется, верно ли, что температура ниже или равна Tmin. Если это так, то Рmax увеличивается на величину Pstep на этапе 210. Следовательно, максимально допустимое рассеяние мощности регулируется по отношению к температуре в устройстве.
Процесс регулирования, включая определение температуры, измерения напряжений истока и стока, и требуемая регулировка тока выполняются в заданные временные интервалы, управляемые таймером в контроллере 9. Никакие регулировки тока не проводятся в пределах временного интервала, что гарантирует, что изменения зарядного тока осуществляются с управляемой максимальной частотой. Это осуществляется задержкой таймера на этапе 211 в данном варианте осуществления изобретения.
Хотя признаки и преимущества данного изобретения были изложены в вышеприведенном описании, следует понимать, что это описание является лишь иллюстративным, и могут быть осуществлены изменения в деталях в рамках принципов изобретения, указываемых широким общим смыслом формулы изобретения.
Например, в альтернативном варианте осуществления изобретения для измерения температуры в устройстве предусматривается только один датчик температуры.
Формула изобретения
1. Регулятор (1) напряжения/тока для регулирования зарядки перезаряжаемой батареи (2) в портативном устройстве (23), содержащий транзистор (6) и контроллер (9), соединенный с указанным транзистором (6), для управления зарядным током в указанной батарее (2), отличающийся тем, что указанный контроллер (9) выполнен с возможностью определения рассеяния мощности в транзисторе (6) регулятора (1), определения, превышает ли рассеяние мощности максимально допустимое рассеяние мощности, если это так, уменьшения зарядного тока на конкретную величину, если это не так, определения, превысит ли рассеяние мощности максимально допустимое рассеяние мощности, если зарядный ток увеличить на эту величину, и если это не так, увеличения зарядного тока на эту величину.
2. Регулятор напряжения/тока по п.1, отличающийся тем, что указанный контроллер (9) выполнен с возможностью определения температуры в устройстве (23) и/или батарее (2), определения того, температура выше или равна заданному максимально допустимому пределу температуры, если это так, уменьшения максимально допустимого рассеяния мощности на конкретную величину для уменьшения выделения теплоты в устройстве, если это не так, определения того, температура ниже или равна заданному минимальному пределу температуры, и если это так, увеличения максимально допустимого рассеяния мощности на эту величину.
3. Питаемое батареей электронное устройство, содержащее средство для регулирования зарядки перезаряжаемой батареи (2), отличающееся тем, что указанным средством для регулирования зарядки является регулятор напряжения/тока по любому из предыдущих пунктов.
4. Питаемое батареей электронное устройство по п.3, отличающееся тем, что содержит датчик (24) температуры, обеспеченный в устройстве и подключенный к контроллеру (9), для определения температуры в устройстве (23) и передачи соответствующего указывающего температуру сигнала к контроллеру (9).
5. Питаемое батареей электронное устройство по любому из п.3 или 4, отличающееся тем, что содержит батарею (2), включающую в себя датчик (27) температуры для указания температуры батареи (2), и контакт (29), соединенный с датчиком (27) и соединенный с контроллером (9), для передачи соответствующего температурного сигнала к контроллеру (9).
6. Способ регулирования напряжения/тока в регуляторе (1) напряжения/тока, содержащем транзистор (6) для управления зарядным током регулятора (1) во время зарядки батареи (2) в портативном устройстве (23), отличающийся тем, что содержит этапы: определяют рассеяние мощности в транзисторе (6) регулятора (1), определяют, превышает ли рассеяние мощности максимально допустимое рассеяние мощности (202) и, если это так, уменьшают зарядный ток на конкретную величину (203), если это не так, определяют, будет ли рассеяние мощности превышать максимально допустимое рассеяние мощности, если зарядный ток увеличить на упомянутую величину (203
, 204), и, если это не так, увеличивают зарядный ток на эту величину (205).
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что содержит дополнительные этапы: определяют температуру в устройстве (206), определяют, температура выше или равна заданной максимально допустимой температуре (207), если это так, уменьшают максимально допустимое рассеяние мощности на конкретную величину (208) для уменьшения выделения теплоты в устройстве, если это не так, определяют, температура ниже или равна минимальной температуре и, если это так, увеличивают максимально допустимое рассеяние мощности на упомянутую величину (209).
8. Способ по любому из п.6 или 7, отличающийся тем, что процесс регулирования, включая определение температуры, измерения напряжений истока и стока и необходимое регулирование тока осуществляют в заданные временные интервалы.
