專利名稱：帶軟啟動的電源功率控制的制作方法
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帶軟啟動的電源功率控制
狀艦
本發(fā)明一般地涉及系統(tǒng)負載和電荷存儲器件的功率管理，更具體而言 涉及以溫度函數(shù)的方式來管理功率，其應用例如是調(diào)節(jié)去往功率源的充電 電流。
背景技術：
功率控制是一種限制和調(diào)節(jié)功率的做法，其中，在一種情況下，功率 保持在預定的功率限度之下。由于功率是電流和電壓的函數(shù)，因此功率控 制可包括電流控制。電流控制的典型目的是保護生成或發(fā)送電流的電路 (例如，電源)以使其免遭由于例如短路而導致的有害影響。當使用功率 源來對諸如理想電容器之類的理想電荷存儲器件充電時，電流接近無窮 大。

圖1參考期望電流限度示出了這種理想充電電流。即使在實際電容器 中，對電容器充電所需的電流沖擊可能也大于電源能夠產(chǎn)生的。除非對實 際電容器進行電流限制，否則電流沖擊可能熔斷保險絲。如果電池被用作 功率源，該電池則可能因為去往負載的充電電流的初始沖擊而幾乎經(jīng)歷短 路。另外， 一旦充電電流開始流動，溫度往往會迅速上升。
因此，需要改進功率控制裝置的設計。這種設計的一個期望方面可以 是充分地提高隨著充電電流開始流動而控制溫度的能力，包括限制充電功 率以便以受控的方式降低和調(diào)節(jié)溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明部分基于前述觀察結(jié)果，并且根據(jù)其目的，本發(fā)明的各種實施 例包括用于控制功率的裝置和方法。 一般來說，用于控制功率的裝置的各 種實現(xiàn)方式考慮了在電荷存儲器件被充電時的溫度。用于控制功率的裝置
的各種實現(xiàn)方式可使用與軟啟動(soft start)組件相集成的溫度傳感器。軟啟動組件允許按遞進梯級來控制功率。作為對上述設計的一種可能的替 代(上述設計可能是不靈活的、用途有限的，或者兩種缺點兼有)，各種
實現(xiàn)方式可使用集成電路(ic)或者在控制電流并從而控制功率方面通常
靈活且髙效的若干個分立組件。為了說明，以下提供若干個示例。
根據(jù)一個實施例， 一種用于控制功率的裝置包括傳輸元件(pass element)和功率環(huán)控制電路。功率環(huán)控制電路包括軟啟動控制器和軟啟動 組件。軟啟動控制器適合于產(chǎn)生與經(jīng)過傳輸元件的充電電流的遞進梯級相 對應的控制信號。軟啟動組件適合于響應于該控制信號來管理最大到某一 電流限度的按遞進梯級的充電電流增大。
在這種裝置中，控制信號可包括一個或多個控制位。軟啟動組件可包 括一個或多個電流開關，該一個或多個電流開關適合于響應于控制信號而 接通和關斷。這種電流開關可包括晶體管。軟啟動控制器可包括比較器和 邏輯電路。邏輯電路可包括計數(shù)器。比較器可適合于產(chǎn)生用于提示邏輯屯 路增大和減小遞進梯級(例如，提示計數(shù)器在上限和下限之間正向訃數(shù)和 逆向計數(shù))的邏輯信號(例如，UP/DN信號)。邏輯電路可適合于在增人 和減小遞進梯級時調(diào)整控制信號。計數(shù)器例如可適合于在正向計數(shù)和逆向 計數(shù)時調(diào)整控制位。計數(shù)器可適合于在其達到上限的情況下僅逆向計數(shù)， 并且在其達到下限的情況下僅正向計數(shù)。軟啟動控制器還可包括可操作地 耦合到比較器的恒定電流源。
該裝置還可包括可操作地耦合到軟啟動控制器的溫度傳感器。溫度傳 感器可適合于產(chǎn)生傳感器信號，響應于該傳感器信號，比較器產(chǎn)生邏輯信 號(例如，UP/DN信號)。另外，該裝置可包括零系數(shù)溫度電壓基準。比 較器可操作地連接到溫度傳感器和零系數(shù)溫度電壓基準，并適合于響應于 此而產(chǎn)生邏輯信號。溫度傳感器可包括彼此可操作地串聯(lián)耦合的一個或多 個溫度敏感元件。每個溫度敏感元件可具有與其絕對溫度成反比的j下向電 壓降。總地來說，溫度敏感元件通過在遞進梯級之間調(diào)節(jié)充電電流來維持 預定溫度級別。溫度敏感元件可包括雙極結(jié)型二極管、熱敏電阻、或品休 管、或其中的一個或多個的組合。溫度傳感器可全部或部分被結(jié)合在該裝 置的功率環(huán)控制電路內(nèi)。該裝置還可包括帶有可操作地耦合到傳輸元件的電流限度檢測器的電 流限度控制器。電流限度檢測器可操作來檢測電流限度并通過將充電電流 限制到等于或低于電流限度來管理充電電流。在該裝置中，功率環(huán)控制電 路可適合于一旦充電電流等于或約等于電流限度就調(diào)節(jié)充電電流，以使得 傳輸元件兩端耗散的功率不超過預定的功率限度值。功率環(huán)控制電路還可 適合于向電荷存儲器件、系統(tǒng)負載或兩者產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的充電電流。傳輸
元件可包括一個或多個晶體管，其中包括雙極結(jié)型晶體管(BJT)、結(jié)型 場效應晶體管(JFET)、金屬氧化物半導體FET (MOSFET)以及絕緣柵 雙極型晶體管(IGBT)中的一種或多種。
在該裝置的一種實現(xiàn)方式中，軟啟動控制器和軟啟動組件中的一者或 兩者可利用微控制器來實現(xiàn)。微控制器可在其輸入處可操作地連接到模數(shù) 轉(zhuǎn)換器(ADC)并在其輸出處可操作地連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。該裝 置還可包括可操作地耦合到微控制器的ADC的溫度傳感器。DAC于是ii丁 操作地耦合到傳輸元件。
根據(jù)另一個實施例， 一種用于控制功率的方法包括最大達到電流限 度地、按遞進梯級增大經(jīng)過傳輸元件的充電電流， 一旦充電電流等于或約 等于電流限度，就調(diào)節(jié)充電電流，以及將經(jīng)過增大和調(diào)節(jié)的充電電流輸出 到電荷存儲器件、系統(tǒng)負載、或兩者。對充電電流的增火是通過在軟啟動 組件中產(chǎn)生控制信號來執(zhí)行的。對充電電流的調(diào)節(jié)是在功率環(huán)控制電路屮 執(zhí)行的。
在該方法中，對充電電流的增大可基于遞進梯級的分辨率。該分辨率 可與控制信號相關，并且在此情況下，它可與控制信號的一個或多個控制 位的數(shù)目相關。對充電電流的增大可包括各種動作。它可包括感測功率環(huán) 控制電路的溫度。它還可包括通過在遞進梯級之間調(diào)節(jié)充電電流來維持功 率環(huán)控制電路處的預定溫度級別。它還可包括響應于所產(chǎn)生的控制信號利 用軟啟動控制器接通和關斷一個或多個電流開關，來增大和減小充電電 流。調(diào)節(jié)可包括檢測電流限度并控制充電電流以將充電電流維持為等于或 低于電流限度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例， 一種用于控制功率的裝置包括傳輸元件和功率環(huán)控制電路。功率環(huán)控制電路包括軟啟動控制器和軟啟動組件。軟 啟動控制器包括用于控制信號的輸出，該控制信號與經(jīng)過傳輸元件的電流 的遞進梯級相對應。軟啟動組件適合于根據(jù)對控制信號的調(diào)整來管理最大 到某一 電流限度的按遞進梯級的電流增大。電流限度與傳輸元件兩端耗散 的功率的預定功率限度值相關聯(lián)。
在該裝置中，控制信號同樣可包括一個或多個控制位。軟啟動控制器 可包括邏輯電路，該邏輯電路適合于在其輸出處產(chǎn)生可調(diào)整的控制信號。 軟啟動控制器還可包括比較器和可操作地耦合到該比較器的恒定電流源。 軟啟動組件可包括具有響應于控制信號的接通和關斷狀態(tài)的一個或多個電 流開關。
該裝置還可包括可操作地耦合到軟啟動控制器的溫度傳感器，該溫度 傳感器適合于產(chǎn)生傳感器信號，響應于該傳感器信號，比較器可產(chǎn)生用于
調(diào)整控制信號的UP/DN信號。該裝置還可包括電壓基準。比較器可操作 地連接到溫度傳感器和電壓基準并適合于產(chǎn)生UP/DN信號。另外，該裝 置還可包括帶有電流限度檢測器的電流限度控制器，該電流限皮檢測器可 操作地耦合到傳輸元件并且可操作來檢測電流限度并通過將電流限制到等 于或低于電流限度來管理電流。
在該裝置中，軟啟動控制器、軟啟動組件或兩者可利用微控制器來實 現(xiàn)。微控制器可在其輸入處可操作地耦合到ADC并在其輸出處可操作地 耦合到DAC。該裝置還可包括溫度傳感器。ADC可操作地耦合到溫度傳 感器。DAC可操作地耦合到傳輸元件。功率環(huán)控制電路可適合于一旦電流 等于或約等于電流限度就調(diào)節(jié)電流，以使得傳輸元件兩端耗散的功率不超 過預定的功率限度值。功率環(huán)控制電路可適合于為電荷存儲器件、系統(tǒng)負 載或兩者產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的電流。
在這些實施例中，存在各種可能的屬性。電流可以是充電電流。ili流 限度可與傳輸元件兩端耗散的功率的預定功率限度值相關聯(lián)?？刂莆坏臄?shù) 目可與遞進梯級的數(shù)目、軟啟動控制器允許充電電流按其接近電流限度的 預定分辨率、或兩者相關。電流開關可包括晶體管。該裝置可實現(xiàn)在IC 中或?qū)崿F(xiàn)為IC的功能塊。IC可被劃分成管芯區(qū)域，并且每個管芯區(qū)域W適用于具有一種不同尺度的器件。溫度傳感器可被放置在其中存在包括該
傳輸元件在內(nèi)的熱源的管芯區(qū)域上。這種IC也可適合用于移動裝置中。
從這里的描述、所附權(quán)利要求以及以下描述的附圖中，可以更好地理 解本發(fā)明的這些和其他實施例、特征、方面和優(yōu)點。
誦i兌日月
結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的各個方面并 且與描述一起幫助說明其原因。在任何方便的情況下，在附圖中將始終使 用相同的標號來指示相同或類似的元件。
圖1是參考期望電流限度示出理想充電電流的示圖。
圖2是傳統(tǒng)的充電功率控制方案的框圖。
圖3A是示出一旦充電開始，傳輸元件和周圍組件的隨著時間過去的 通常溫度行為的示圖。
圖3B和3C是分別示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的數(shù)字和模擬軟啟動 行為的示圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的集成芯片(IC)管芯上的充電功率控
制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的充電功率控制方案的框閣。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的另一種充電功率控制方案的框圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有溫度傳感器和軟啟動控制器的itl
路細節(jié)的示圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括傳輸元件的電路細節(jié)的充電功率 控制方案的示圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖8的充電功率控制方案的示圖，K 中包括軟啟動組件和傳輸元件的電路細節(jié)。
圖io是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的另一種充電功率控制方案的框圖。
圖11是示出經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明一個實施例調(diào)節(jié)的傳輸元件的充電電流 級別的示圖。雌錢討
例如移動裝置中使用的那種電荷存儲器件(例如，電池或超級電容 器)往往提供持續(xù)有限的一段時間的能量。因此，不時需要利用電源來對 它們充電。在這種充電期間，隨著電流流向電荷存儲器件，溫度可迅速上 升。因此，可能想要限制流向電荷存儲器件的功率量，并從而想要限制流 向電荷存儲器件的電流量，以控制溫度。
圖2是傳統(tǒng)的充電功率控制方案200的框圖。該方案200包括電源 202、傳輸元件204和電荷存儲器件206。 一般來說，傳輸元件是與直流 (DC)功率源(例如，電源202)串聯(lián)的受控可變電阻器件。傳輸元件可 以被放大的誤差信號所驅(qū)動，并且可操作來在輸出電流要被降低時增大其 電阻并在輸出電流要被升高時減小其電阻。在圖2中，傳輸元件204兩端 的電壓是電阻值R乘以流經(jīng)傳輸元件204的電流I，該電流是通過R而被 放大的誤差信號。電荷存儲器件206兩端的電壓V是來自電源202的電壓 Vs與R x I之間的差。當電源202被接通時，去往電荷存儲器件206的電 流可迅速增大(參見圖1)。此外，如圖3A所示， 一旦充電開始，傳輸 元件204和周圍組件的溫度往往迅速上升。限制流向電荷存儲器件206的 電流I以及溫度以保護充電功率方案200的組件免遭潛在的損壞，町能是 有利的。
因此，本發(fā)明的各種實施例包括用于限制去往電荷存儲器件的功率以 控制充電期間的電流、溫度或兩者的裝置和方法。充電功率控制方案可包 括與軟啟動組件相結(jié)合的溫度控制，用于以受控方式緩和溫度瞬變。圖 3B和3C是分別示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的數(shù)字和模擬軟啟動行為的
在圖3B示出其操作的數(shù)字軟啟動實現(xiàn)方式中，2n個梯級將充電電流 劃分成遞進梯級。每個梯級從充電功率控制方案中的軟啟動組件產(chǎn)生一個 不同的電壓。軟啟動組件最好緩慢地(例如，逐步地)增大電流級別。在 n = 3、 4、 5、 6等等的情況下，數(shù)字軟啟動組件可包括2"或者說8、 16、 32、 64等等個遞進梯級。
軟啟動組件允許溫度逐漸增大，從而緩和了溫度瞬變。實質(zhì)上，數(shù)字軟啟動組件允許溫度以量化受控方式增大。將軟啟動與溫度控制相結(jié)合使 得能夠?qū)﹄娏骷墑e進行逐步控制。模擬軟啟動組件產(chǎn)生與數(shù)字軟啟動組件 基本類似的性能，只不過變化通常是平滑的，而不是逐步遞進的。模擬軟
啟動在圖3C中示出。
充電功率控制方案的一種配置利用溫度傳感器來進行熱循環(huán)。圖4是
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的集成芯片(IC)管芯400上實現(xiàn)的充電功率控制 裝置的結(jié)構(gòu)圖。IC管芯區(qū)域可被劃分成區(qū)域402a-h。每個管芯區(qū)域402a-h 可適用于具有一種不同尺度(例如，大小)的器件。如將要參考圖6-10描 述的，充電功率控制方案可包括適合于限制充電電流的控制電路。這種電 路可利用不同尺度的晶體管來實現(xiàn)。晶體管可被放置在不同的管芯區(qū)域 402a-h中。IC管芯400還可包括耦合到管芯區(qū)域402a-h的相反側(cè)的一條或 多條輸入接合線406和一條或多條輸出接合線408。接合線406、 408適合 于提供IC管芯400和外部組件之間的互連。IC管芯400還可包括放置在 被加熱的管芯區(qū)域402中的溫度傳感器404，所述被加熱的管芯區(qū)域402 例如是其中存在熱源的管芯區(qū)域402e。具體而言，承載著耗散功率的組件 的硅區(qū)域往往會變熱。在充電功率控制裝置中，其中耗散了充電功率的區(qū) 域402e對溫度上升敏感。因此，溫度傳感器404位于對熱量最敏感的區(qū)域 (即，402e)處或者充分靠近該區(qū)域。
溫度傳感器可與控制電路合作來限制充電功率。 一種限制流向電荷存 儲器件的功率的方法是使用功率環(huán)控制電路。圖5是根據(jù)本發(fā)明--個實施 例的充電功率控制方案500的框圖。充電功率控制方案500包括充電功率 控制裝置502，該充電功率控制裝置502作為用于提供充電功率的功率源 即電源504與電荷存儲器件506、系統(tǒng)負載512或兩者之間的接口。
電源504可包括任何功率源，例如電池、化學燃料電池、DC電源、 或任何其他能量存儲系統(tǒng)。系統(tǒng)負載512可包括任何在操作中能夠汲取電 流的裝置。系統(tǒng)負載512的示例包括PCMCIA卡和相機閃光LED。
充電功率控制裝置502可實現(xiàn)為超級電容器或超電容器充電IC，其一 個示例在圖4中示出。所實現(xiàn)的充電功率控制裝置502包括功率環(huán)控制電 路508和傳輸元件510。傳輸元件510可包括多個傳輸元件組件。傳輸元件組件的示例包括晶體管，例如雙極結(jié)型晶體管(BIT)、結(jié)型場效應晶 體管(JFET)、金屬氧化物半導體FET (MOSTFET)、以及絕緣柵雙極 型晶體管(IGBT)。充電功率控制裝置502控制傳輸元件510兩端的功率 耗散，并進而控制去往電荷存儲器件506的充電功率以及去往系統(tǒng)負載 512的電流。功率環(huán)控制電路508的元件參考圖6-10來更詳細描述。
電荷存儲器件506充當能量庫，其適合于提供高級別的功率，例如突 發(fā)功率。電荷存儲器件506的示例包括升壓變換器和諸如超級電容器之類 的能量存儲器件。 一般來說，升壓變換器是通常被視為開關模式電源的電 壓遞升變換器。與升壓變換器不同，能量存儲器件是基于電荷存儲的，并 且可用作功率源。超級電容器是一類高能量存儲器件，其被設計為被反復 充電和再充電并提供瞬時高放電電流，并且在放電操作之間進行迅速的再 充電。電荷存儲器件506還可包括升壓變換器、超級電容器和任何其他類 型的能量存儲器件的組合。在此實施例中，電荷存儲器件506包括- 超級 電容器，該超級電容器包括串聯(lián)耦合的兩個電容器Cl和C2以及與彼此串 聯(lián)耦合并與電容器C1、 C2并聯(lián)耦合的兩個電阻器R1和R2。
在操作中，充電功率控制方案500將傳輸元件510兩端的功率耗散限 制到等于或低于所設定的功率限度值的級別。假定該功率限度值是2瓦 特，即，IC封裝可容忍2瓦特的功率。但是，初始功率耗散可能往往更 高。電源504可提供4.5V的電壓。功率P被計算為電壓V乘以電流I，即 P = V x I。功率例如可以是4.5 W (P = 4.5伏特x 1.0安倍=4.5瓦特)。 如果是這樣，功率應當被限制到低于2W的功率限度值。對功率的限制可 通過利用功率環(huán)控制電路508限制電流來實現(xiàn)。功率環(huán)控制電路508例如 可調(diào)節(jié)電流以便總功率不超過2瓦特。這種調(diào)節(jié)可包括隨著溫度變化而使 電流輪番接通/關斷。這種調(diào)節(jié)還可包括調(diào)節(jié)電流級別。
具體而言，在操作中，電荷存儲器件506兩端的電壓，即端子A處的 電壓，可在電荷存儲器件506充電時爬升。最初，電荷存儲器件506 (即，電容器Cl、 C2)兩端的電壓降可為零伏特，艮卩，端子A處的電壓 可為0 V。因此，在被充電之前，電荷存儲器件506可以表現(xiàn)得像短路到 地一樣。相應地，充電電流最初可較高，并且傳輸元件510兩端的電壓可較高。由此產(chǎn)生的傳輸元件510兩端耗散的功率同樣可較高。當電壓達到 例如0.5 V時，如果電流是0.5 A,則傳輸元件510兩端的功率可為2 W (計算為(4.5-0.5) Vx0.5A = 2W)。傳輸元件510兩端的功率可被監(jiān) 視，并且充電功率控制裝置502可調(diào)節(jié)電流以將功率維持在等于或低于2 瓦特的功率限度值。也就是說，充電功率控制裝置502可在傳輸元件510 兩端的功率耗散達到2瓦特時開始控制電流。隨著端子A處的電壓增大， 傳輸元件510兩端的電壓差可減小并且可允許更高的充電電流。在一個示 例中，當點A處的電壓達到1.5 V時，傳輸元件510兩端的電壓可等于3 V (4.5-1.5 V)。充電功率控制裝置510可在將功率維持在等于或低于功 率限度值的同時允許電流一直增大到最大值。因此，電流可被允許增大到 0.66A (2W/3V-0.66A)。
在另一個示例中，當端子A處的電壓達到2.5 V時，充電功率控制裝 置502可允許電流增大到1 A (2 W / (4.5 - 2.5) V = 1A)。如圖1所示， 如果功率不超過功率限度值的話，電流越高，充電越快。因此，充電功率 控制裝置502可通過在傳輸元件510兩端的功率減小時并且在電荷存儲器 件506兩端(端子A處)的電壓增大時增大電流，來將功率維持在等于或 低于2瓦特的功率限度值。因此，利用充電功率控制裝置502，充電電流 得以限制和調(diào)節(jié)，從而保護了功率源(或者電池，即電源504)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的另一種充電功率控制方案600的框 圖。方案600包括電源604、充電功率控制裝置602、溫度傳感器612、電 荷存儲器件506、以及系統(tǒng)負載512。充電功率控制裝置602包括具冇電 流限度檢測和控制能力的功率環(huán)控制電路608、傳輸元件610、以及電流 限度變換器630。電流限度變換器630可操作來將電壓變換為電流。電源 604和溫度傳感器612都可操作地耦合到功率環(huán)控制電路608，功率環(huán)控 制電路608進而耦合到電流限度變換器630和傳輸元件610。傳輸元件 610可耦合到電荷存儲器件506、系統(tǒng)負載512、或兩者。
功率環(huán)控制電路608包括軟啟動控制器614、軟啟動組件616、帶有 電流限度檢測器620的電流限度控制器618、以及電源632。軟啟動控制 器614可操作地耦合到溫度傳感器612、軟啟動組件616、和電源632。軟
15啟動組件616可操作地耦合到電流限度控制器618。電流限度控制器618 經(jīng)由電流限度變換器630可操作地耦合到傳輸元件610。
功率環(huán)控制電路608適合于調(diào)節(jié)被遞送到充電功率控制裝置602的一 個或多個元件的電流。調(diào)節(jié)電流的目的是保護充電功率控制裝置602免遭 由于短路事件、過熱或類似問題導致的有害影響。電流限度控制器618相 對于預定的電流上限來調(diào)節(jié)電流。它包括電流限度檢測器620，該電流限 度檢測器620可操作來檢測電流限度的級別，并將該電流限度傳達給電流 限度控制器618。本領域的技術人員應當熟知各種電流限度檢測器和電流 限度控制器。其示例性實現(xiàn)方式在圖8和9中示出。但是任何能夠檢測和 管理電流的裝置都可被使用。.
軟啟動控制器614和電流限度控制器618適合于在限制電流方面合 作。實質(zhì)上，電流限度控制器618適合于檢測電流限度并調(diào)節(jié)電流以使之 被降低并隨后被維持為基本等于或低于電流限度。軟啟動控制器614適合 于通過按遞進電流梯級(模擬的或數(shù)字的)調(diào)節(jié)電流，來隨著電流充電開 始幫助調(diào)節(jié)電流。因此，在操作中，軟啟動控制器614通過允許電流被遞 進地增大直到電流基本達到電流限度，來調(diào)節(jié)電流。此時，電流限度控制 器618調(diào)節(jié)電流以使之被維持在為基本等于或低于電流限度。
在此情況下，軟啟動控制器614包括恒定電流源628、具有兩個輸入 和一個輸出的比較器622、以及邏輯電路624。恒定電流源628可操作地 耦合到電源632并適合于從電源632接收電流。恒定電流源628還在其輸 出處可操作地耦合到溫度傳感器612和比較器622。恒定電流源628可操 作來提供流經(jīng)溫度傳感器612的電流并且在比較器622的一個輸入處產(chǎn)生 相對于溫度的電壓。恒定電流源628可以是任何能夠遞送和/或吸收基本恒 定的電流的電流源或系統(tǒng)。比較器622的另一輸入耦合到溫度控制電流源 VREF。端子B處的電壓往往隨溫度而減小。比較器622適合于比較其輸入 處的電壓并響應于該比較向邏輯電路624輸出信號UP/DN。在其輸出處， 比較器622耦合到邏輯電路624,該邏輯電路624適合于增大和減小電流 遞進梯級。在一個實施例中，邏輯電路624包括計數(shù)器624。在這種實施 例中，計數(shù)器624可操作來基于UP/DN信號在上限和下限之間進行正向和逆向計數(shù)。邏輯電路624.還適合于向軟啟動組件616輸出控制信號 626。軟啟動組件616適合于接收該控制信號626并且如圖3B和3C所示 遞進地調(diào)節(jié)電流并從而調(diào)節(jié)功率。軟啟動組件616包括一個或多個電流開 關(SW1、 SW2、 SW3等等)，這些開關可響應于控制信號626而斷開或 閉合。軟啟動組件616提供逐漸變化的充電電流，直到該電流達到由電流 限度控制器618檢測到的電流限度值為止。充電功率控制裝置602從而允 許充電功率逐漸增大并且受到限制，而不是作為功率沖擊。恒定電流源 628、比較器622、邏輯電路624和軟啟動組件616參考圖7-10來更詳細 描述。在一些實施例中，溫度傳感器,612可在充電功率控制裝置602外 部，如圖6所示。在其他實施例中，溫度傳感器612的全部或部分可以是 充電功率控制裝置602的一部分(如圖4所示)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的帶有溫度傳感器712和軟啟動控制器 714的電路細節(jié)的示圖。溫度傳感器712和軟啟動控制器714在端子B處 可操作地彼此耦合。
在一個實施例中，溫度傳感器712包括一個或多個溫度敏感元件D1 -D3 (未示出)，這些元件可操作地彼此串聯(lián)耦合。溫度敏感元件Dl -D3 通常適合于允許電流在一個方向(正常ON位置)上流動并阻止電流在相 反方向上流動。溫度敏感元件D1 - D3的示例包括雙極結(jié)型二極管、熱敏 電阻、晶體管、以及任何其他表現(xiàn)出反比特性的溫度敏感器件。當溫度敏 感元件D1 - D3在正常ON位置上工作時，正向電壓降Vf與其絕對溫度 成反比。在操作中，總地來說，溫度敏感元件D1 - D3的組合調(diào)節(jié)輸出電 流(即，流向電荷存儲器件的充電電流)以維持某個溫度級別。調(diào)節(jié)可包 括將輸出電流增大一個或多個遞進梯級，隨后將輸出電流減小一個或多個 遞進梯級，如圖3B所示。軟啟動控制器714與軟啟動組件(例如，軟啟 動組件616)相合作，最初將該電流級別緩慢增大到電流限度值。電流限 度控制器618隨后維持該電流并因而將功率級別維持為等于或低于預定的 功率限度值。
在此示例中，軟啟動控制器714包括比較器722和邏輯電路724。比 較器722在端子B處可操作地耦合到溫度傳感器712。比較器722可包括兩個輸入和一個輸出。輸入之一可以是片上(OTC)輸入，該輸入可操作 地耦合到端子B并適合于接收端子B處的電壓。端子B處的電壓往往隨溫 度減小。另一個輸入可以是適合于接收帶隙基準電壓的Vref瑜入。帶隙基 準電壓可以是零溫度系數(shù)電壓基準。 一般來說，表現(xiàn)出零電阻率溫度系數(shù) 的組件在絕對零度(即，在零開爾文)從負值變到正值。因此，在典型的 充電功率控制方案中，零溫度電壓基準不隨溫度而變。
比較器722適合于比較被施加到其輸入的電壓(即，Vref和端子B處 的電壓)并輸出信號UP/DN，用于命令邏輯電路7241增大或減小充電電 流。在一個實施例中，邏輯電路724包括適合于正向或逆向計數(shù)的計數(shù)器 724。該計數(shù)器724可適合于接收UP/DN信號并在上限和下限之間進行正 向和逆向計數(shù)，并且在達到上限時僅進行逆向計數(shù)。同樣，計數(shù)器724可 適合于在其達到下限時僅進行正向計數(shù)。計數(shù)器724還可適合于輸出控制 信號726?？刂菩盘?26可包括控制位(例如，BIT0-BIT5)?？刂菩盘?726中的位數(shù)可取決于電流梯級的期望分辨率，例如圖3B所示的遞進梯級 的分辨率。 一般來說，該分辨率往往隨著溫度傳感器712中包括的溫度敏 感元件的數(shù)目增大而增大。
計數(shù)器724還適合于接收時鐘信號CLK，該時鐘信號CLK控制正向 或逆向計數(shù)的定時。計數(shù)器724可響應于RESET信號而被復位。
例如，基于施加到其輸入的電壓，比較器722可確定電流應當被增大 并輸出UP信號。在下一 CLK信號，計數(shù)器724可響應于UP信號而正向 計數(shù)一個或多個梯級，如果尚未達到上限的話。計數(shù)器724隨后輸出控制 位726，控制位726可包括對這些位中的一個或多個的狀態(tài)的改變。例 如，BIT4可被激活(assert)(或者BIT2被無效)。在接收到被激活的 BIT4后，軟啟動組件(未示出)可將其電流開關之一例如SW4切換到 ON狀態(tài)，從而允許電流流經(jīng)該電流開關，這進而又可增大充電電流。被 無效的BIT2可使得SW2切換到OFF狀態(tài)并且切斷流經(jīng)它的電流，從而略 微降低電流(即，利用正向計數(shù)來產(chǎn)生電流減小)。類似地，響應于DN 信號，計數(shù)器724可逆向計數(shù)一個或多個梯級(如果它尚未達到其下限的 話)，并且可輸出控制位726，控制位726命令軟啟動組件將一個或多個電流開關切換為OFF,以減小充電電流。返回第一示例，如果計數(shù)器724 已經(jīng)達到其上限，則計數(shù)器724可響應于UP信號而輸出相同的控制位 726?？刂菩盘?26可能不被改變，直到計數(shù)器724接收到來自比較器722 的DN信號為止。在一些實施例中，計數(shù)器724的上限和域下限可由電流 限度決定或以其他方式與電流限度相關，所述電流限度例如是由電流限度 控制器618檢測到的電流限度。
圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括傳輸元件802的電路細節(jié)的充電 功率控制方案800的示圖。此實施例包括溫度傳感器612、軟啟動控制器 614、軟啟動組件616、電流限度控制器618、電流限度檢測器620 (在這 里與電流限度控制器618分開示出)、電流限度變換器630、傳輸元件 802、電荷存儲器件506、以及系統(tǒng)負載512。傳輸元件802包括電流開關 T10和Tll、運算放大器804、以及電阻器Rs。溫度傳感器612、軟啟動 控制器614、軟啟動組件616、電流限度控制器618、電流限度檢測器 620、電流限度變換器630、電荷存儲器件506和系統(tǒng)負載512中的每一個 可與圖5-7中其各自相應的元件基本類似。
在此實施例中，電流開關T10是大尺度晶體管并且電流開關Tll是小 尺度晶體管。T10被定標為IX， T11被定標為0.002X。大小匹配對于匹配 晶體管標準可能是重要的，用于晶體管定標(即，減小器件尺寸)等等。 特定尺度(即，大小)的晶體管通常被布置在IC管芯上(例如，圖4的 IC管芯400上)的同一區(qū)域中。晶體管T10、 Tll可操作地耦合到彼此、 耦合到電流限度控制器618，并且經(jīng)由電流限度變換器630耦合到軟啟動 組件616。晶體管T10和Tll可操作以被接通和關斷，并且使得軟啟動組 件616中包括的電流開關(未示出)被接通和關斷。T10的源極可操作地 耦合到運算放大器804的反相輸入。Tll的源極可操作地耦合到運算放大 器804的同相輸入。
當被接通時，小尺度晶體管Tll可操作來將小尺度電流I輸出到運算 放大器804的同相輸入。當被接通時，大尺度晶體管T10可操作來將火尺 度電流Iour輸出到運算放大器804的反相輸入。電流之間具有基本固定的 比率，該比率是由T10和Tll的大小比率來決定的。在圖示實施例中，該大小比率是500 (1/0.002 = 500) 。 T10因此是T11的電流鏡，并將該小尺 度電流放大500倍。
在圖示實施例中，Rs被連接在運算放大器804的反相和同相輸入之 間。如上所述，運算放大器804在其同相輸入接收I并在其反相輸入接收 Iout。去佳運算放大器804的差分輸入電壓因此是Rs x (I - Ium)。運算放 大器804可操作來輸出響應于該差分輸入電壓的電流。該輸出電流被反饋 到T10和T11各自的柵極。如參考圖2所述， 一般來說，傳輸元件是受控 可變電阻器件。它可被放大的誤差信號所驅(qū)動并且可操作來在輸出電流要 被降低時增大其電阻并在輸出電流要被升高時減小其電阻。從圖8可見，
該誤差信號可以是電流I和Ioux之間的差。這種誤差信號的放大可以僅通 過運算放大器804的增益來執(zhí)行，或者通過運算放大器804的增益與T10 和Tll的大小比率的結(jié)合來執(zhí)行。輸出電流是要被升高還是降低取決于流 向電流限度變換器630的電流限度IuM和小尺度電流I之間的關系。
簡單地說，如果小尺度電流I大于電流限度IUM,運算放大器804則 嘗試降低電流，直到I基本等于Ilim。該降低可通過關斷小尺度晶體管 Tll來獲得。如果I低于IUM，運算放大器804則將I基本維持在等于或低 于IijM。這種維持可通過將晶體管T10和T11兩者都接通來獲得，從而得 到更高的電流。
更具體而言，如果小尺度電流I大于電流限度Ium，則電流余額 (即，I-Ium)流經(jīng)Rs。去往運算放大器的差分輸入電壓變?yōu)?I-Ium) x Rs，這觸發(fā)了運算放大器804降低電流，直到I基本等于IuM為止。來 自運算放大器804的輸出電流因此使得晶體管Tll被關斷，這將降低從 Tll輸出的電流。該降低可至少部分依據(jù)運算放大器804的增益而逐漸或 快速地發(fā)生。在一些實施例中，更快的關斷可能是有利的。
如果I低于IUM，則來自運算放大器804的輸出電流可能使得T10和 Tll被接通，從而表現(xiàn)出低電阻并進而增大I。這可能使得I基本上被維持 在等于或低于IUM。 Iour的值例如可為500 x I。凈效果是充電功率控制方 案800調(diào)節(jié)電流以減小到lLIM并隨后維持在基本等于或低于Ium。
電阻器Rs可以是適合于將電流轉(zhuǎn)化為電壓的電流感測電阻器。 一般來說，電流感測電阻器被設計為低電阻，以將功率消耗最小化。校準后的 電阻以電壓降的形式感測流經(jīng)它的電流，該電壓降可被控制電路(例如，
被運算放大器804)所檢測和監(jiān)視。
這里公開的實施例的各種配置都是可能的。例如，電流開關TIO、 Tll可包括晶體管，例如FET，比如JFET、 MOSFET或其任何組合。電 流開關還可包括BJT，在這種情況下先前提及的柵極和源極(用于N溝道 FET的術語)對應于基極和發(fā)射極(用于NPN BJT的術語)。電阻器Rs 可包括除電流感測電阻器之外的電阻器；但是，在一些配置中，這可能導 致性能不是最優(yōu)。例如，功率消耗可能不是被最優(yōu)地最小化，可能需要使 用更多組件，等等。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖8的充電功率控制方案的示圖，其 中包括軟啟動組件616和傳輸元件802的電路細節(jié)。該實施例包括溫度傳 感器612、軟啟動控制器614、電流限度控制器618、電流限度檢測器 620、軟啟動組件616、電流變換器630、以及傳輸元件802。
在此實施例中，軟啟動組件616包括用于控制軟啟動的遞進電流梯級 的開關SW1 - SW5、運算放大器902、電流開關Tl - T9、以及軟啟動屯 阻器Rss。電流開關Tl - T9可以是晶體管。運算放大器卯2在其--個輸入 處耦合到電流限度檢測器620并且在其另一個輸入處耦合到端子C。運算 放大器902可操作來接收由電流限度檢測器620檢測到的電流限度并且將 接收到的電流限度與軟啟動電流Iss相比較，該軟啟動電流Iss是電流II -15的總和。軟啟動電流還按例如某個系數(shù)與輸出電流IOUT相關，該系數(shù)取 決于電流鏡的大小比率。
軟啟動組件616可操作來接收從(包括在軟啟動控制器614中的)邏 輯電路624輸出的控制信號626，并響應于此而改變開關SW1 - SW5中的 一個或多個的狀態(tài)(ON/OFF)。在操作中，例如，如果只有電流開關Tl 被接通(即，T2-T5被關斷)，則電流I1將流向電流開關T6和T7的柵 極。這將使得電流開關T6和/或T7接通，這可能使得電流流向軟啟動控 制器614。電流開關T7可操作地耦合到電流開關T8和T9的柵極。從電 流開關T7流出的電流可接通電流開關T8和/或T9。電流于是可從電流開關T9經(jīng)由電流限度變換器630流到傳輸元件802。
電流開關Tl - T5可被定標。.在一個實施例中，Tl可被定標為IX， T2可被定標為2X， T3可被定標為4X， T4可被定標為8X，并且T5可被 定標為16X。為了增大分辨率，在此實施例中，控制信號626包括五個控 制位BIT0-BIT4，每個控制位控制開關SW1 - SW5之一。 一般來說，隨 著控制信號626中包括的控制位的數(shù)目增大，從傳輸元件802輸出的充電 電流Iout的遞進梯級中可實現(xiàn)的分辨率也增大。如果控制信號626 (從最 高有效位到最低有效位)為00001，即，BIT0為髙，電流II將隨著SW1 被接通而流向晶體管T6和T7的柵極。如果控制信號626改為10000，則 電流15將流向軟啟動控制器614并流向晶體管T6和T7的源極。在此示例 中，在五個控制位的情況下，基于T5和Tl的大小比率，15可以是II的 32倍大(因為25 = 32)。在另一個實施例中，電流開關T1-T5可以不同 的方式被定標，例如被對數(shù)定標、指數(shù)定標，等等。電流I1-I5的級別于 是同樣可指數(shù)地相關、對數(shù)地相關，等等。電流開關Tl - T5、開關SW1 -SW5或兩者的其他組合也是可能的。
在圖示實施例中，電流開關T6和T7形成一個電流鏡，并且電流開關 T8和T9形成另一個電流鏡。在此實施例中，流經(jīng)軟啟動電阻器Rss的軟 啟動電流Iss可能需要故意較小。通過包括多個電流鏡，最終作為Iout瑜 出的電流可被逐次增大。例如，電流開關T8和T9的尺度之間的大小比率 可高于T6和T7的大小比率。電流鏡之間的大小比率的逐次增大可以是線 性的、對數(shù)的、指數(shù)的，或具有任何其他關系。
充電電流被軟啟動控制器614和軟啟動組件616如此控制，并因而按 遞進梯級增大，最大達到電流限度。充電電流還被電流限度控制器618所 控制，以便不超過電流限度。電流限度是由電流限度檢測器620檢測的， 并且與傳輸元件802兩端耗散的功率的預定功率限度值相關聯(lián)?？偟貋?說，充電功率控制方案900的元件進行合作以控制功率并從而控制在傳輸 元件802中流動的電流，這進而又調(diào)節(jié)了流向電荷存儲器件、系統(tǒng)負載或
兩者(未示出)的充電電流Iour。
圖IO是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的另一種充電功率控制方案1000的框圖。該方案1000包括電源504、溫度傳感器612、充電功率控制裝置 1002、電荷存儲器件506、以及系統(tǒng)負載512。在此實施例中，充電功率 控制裝置1002包括功率環(huán)控制電路l加8，該功率環(huán)控制電路1008被實現(xiàn) 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D) 1004、微控制器1006和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A) 1010的 組合。微控制器1006可以是任何類型的處理器。微控制器1006可操作來 向D/A IOIO輸出控制信號626 (例如，控制位626)?？刂菩盘?26可操 作來改變軟啟動組件開關(例如，圖9的SW1-SW5)的狀態(tài)以及充電功 率控制方案中別處包括的電流開關(例如，Tl - Tll)的狀態(tài)，并因而控 制流經(jīng)傳輸元件1010的電流。
圖11是示出經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明一個實施例調(diào)節(jié)的傳輸元件的充電電流 級別Iour的示圖。端子B處的電壓可為溫度傳感器處的電壓并被施加到比 較器722的輸入OTC，如圖7所示。
充電功率控制方案的一個或多個元件，例如充電功率控制裝置，可通 過若干種方式來實現(xiàn)。 一種實現(xiàn)方式可使用分立組件，或者優(yōu)選地，可實 現(xiàn)在IC中或?qū)崿F(xiàn)為IC中的功能塊。這種IC還可適合用于移動裝置中。移 動裝置的示例包括膝上型電腦、蜂窩電話、數(shù)碼相機、個人數(shù)字助現(xiàn) (PDA)、游戲機、其他利用電池操作的玩具，等等。
總之，雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例相當詳細地描述了木發(fā) 明，但其他實施例也是可能的。因此，所附權(quán)利要求的精神和范圍不應當 限于這里包含的對優(yōu)選實施例的描述。
權(quán)利要求
1.一種用于控制功率的裝置，包括適合于傳導充電電流的傳輸元件；以及包括軟啟動控制器和軟啟動組件的功率環(huán)控制電路，該軟啟動控制器適合于產(chǎn)生與經(jīng)過所述傳輸元件的所述充電電流的遞進梯級相對應的控制信號，并且該軟啟動組件適合于根據(jù)所述控制信號管理最大到一電流限度的按遞進梯級的充電電流增大，其中所述電流限度與所述傳輸元件兩端耗散的功率的預定功率限度值相關聯(lián)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述控制信號包括一個或多個控 制位。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，所述一個或多個控制位的數(shù)目與所述遞 進梯級的數(shù)目相關。
4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述一個或多個控制位的數(shù)ll與 一預定分辨率相關，所述軟啟動控制器允許所述充電電流以該預定分辨率 接近所述電流限度。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述軟啟動控制器包括比較器和 邏輯電路，該比較器適合于產(chǎn)生用于提示所述邏輯電路增大和減小所述遞 進梯級的邏輯信號，所述邏輯電路適合于在增大和減小所述遞進梯級時調(diào) 整所述控制信號。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述邏輯電路包括計數(shù)器，并J丄 所述比較器適合于產(chǎn)生用于提示所述計數(shù)器正向計數(shù)和逆向計數(shù)的UP/DN 信號，所述計數(shù)器適合于在正向計數(shù)和逆向計數(shù)吋調(diào)整所述控制信號。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述軟啟動控制器還包括可操作 地耦合到所述比較器的恒定電流源。
8. 如權(quán)利要求5所述的裝置，還包括可操作地耦合到所述軟啟動控制 器的溫度傳感器，該溫度傳感器適合于產(chǎn)生傳感器信號，響應于該傳感器 信號，所述比較器產(chǎn)生所述邏輯信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括零系數(shù)溫度電壓基準，其巾，所述比較器可操作地連接到所述溫度傳感器和所述零系數(shù)溫度電壓基準，并 適合于響應于此產(chǎn)生所述邏輯信號。
10. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述溫度傳感器包括彼此可操 作地串聯(lián)耦合的一個或多個溫度敏感元件。
11. 如權(quán)利要求IO所述的裝置，其中，每個溫度敏感元件具有與其絕 對溫度成反比的正向電壓降，并且，總地來說，所述溫度敏感示件通過在 所述遞進梯級之間調(diào)節(jié)所述充電電流來維持預定溫度級別。
12. 如權(quán)利要求IO所述的裝置，.其中，所述溫度敏感元件包括雙極結(jié) 型二極管、熱敏電阻、或晶體管、或其中的一個或多個的組合。
13. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述溫度傳感器全部或部分被 結(jié)合在所述功率環(huán)控制電路內(nèi)。
14. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述計數(shù)器適合于在上限和下 限之間正向計數(shù)和逆向計數(shù)。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述計數(shù)器還適合于在其達到 所述上限的情況下僅逆向計數(shù)，并在其達到下限的情況下僅正向計數(shù)。
16. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述軟啟動組件包括一個或多 個電流開關，該一個或多個電流開關適合于響應于所述控制信號而接通和 關斷。
17. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述一個或多個電流開關包括 晶體管。
18. 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括帶有電流限度檢測器的電流限 度控制器，該電流限度檢測器可操作地耦合到所述傳輸元件并且可操作來 檢測所述電流限度并通過將所述充電電流限制到等于或低于所述電流限度 來管理所述充電電流。
19. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述軟啟動控制器、所述軟啟 動組件或兩者是利用微控制器來實現(xiàn)的。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置，還實現(xiàn)為其中所述微控制器在其輸入 處可操作地連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)并在其輸出處可操作地連接到數(shù)模 轉(zhuǎn)換器(DAC)。
21. 如權(quán)利要求20所述的裝置，還包括溫度傳感器，其中，所述ADC 可操作地耦合到所述溫度傳感器，并且所述DAC可操作地耦合到所述傳 輸元件。
22. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述功率環(huán)控制電路適合于一 旦所述充電電流等于或約等于所述電流限度就調(diào)節(jié)所述充電電流，以使得 所述傳輸元件兩端耗散的功率不超過所述預定功率限度值。
23. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述功率環(huán)控制電路適合于為 電荷存儲器件、系統(tǒng)負載或兩者產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的充電電流。
24. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述傳輸元件包括被構(gòu)造為雙 極結(jié)型晶體管(BJT)、結(jié)型場效應晶體管(JFET)、金屬氧化物半導體 FET (MOSFET)以及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的一個或多個晶體 管。
25. 如權(quán)利要求1所述的裝置，實現(xiàn)在集成電路(IC)或IC的功能塊中。
26. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其中，所述IC被劃分成管芯區(qū)域， 每個管芯區(qū)域適合用于具有一種不同尺度的器件。
27. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其中，與所述功率環(huán)控制電路相關聯(lián) 的溫度傳感器被放置于存在包括所述傳輸元件在內(nèi)的熱源的管芯區(qū)域上。
28. —種用于控制功率的方法，包括通過在軟啟動控制器中產(chǎn)生控制信號來最大達到電流限度地、按遞進 梯級增大經(jīng)過傳輸元件的充電電流，該充電電流與該傳輸元件兩端耗散的 功率的預定功率限度值相關聯(lián)；一旦所述充電電流等于或約等于所述電流限度，就在功率環(huán)控制電路 中調(diào)節(jié)所述充電電流；以及將經(jīng)過增大然后經(jīng)過調(diào)節(jié)的充電電流輸出到電荷存儲器件、系統(tǒng)負 載、或兩者。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，對所述充電電流的增大是基于 所述遞進梯級的分辨率的，所述控制信號包括一個或多個控制位，并且所 述分辨率與所述一個或多個控制位的數(shù)目相關。
30. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，按遞進梯級來增大所述充電電 流的步驟包括感測所述功率環(huán)控制電路的溫度并且通過在所述遞進梯級之 間調(diào)節(jié)所述充電電流來維持所述功率環(huán)控制電路處的預定溫度級別。
31. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，按遞進梯級來增大所述充電電 流的步驟包括響應于所產(chǎn)生的控制信號、利用所述軟啟動控制器接通和關 斷一個或多個電流開關，來增大和減小所述充電電流。
32. 如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)包括檢測所述電流限 度并控制所述充電電流以將所述充電電流維持為等于或低于所述電流限 度。
33. —種用于控制功率的裝置，包括 適合于傳導電流的傳輸元件；以及包括軟啟動控制器和軟啟動組件的功率環(huán)控制電路，該軟啟動控制器 包括用于控制信號的輸出，該控制信號與經(jīng)過所述傳輸元件的所述電流的 遞進梯級相對應，該控制信號是可調(diào)整的，該軟啟動組件適合于根據(jù)對所 述控制信號的調(diào)整來管理最大到一電流限度的按遞進梯級的電流增大，所 述電流限度與所述傳輸元件兩端耗散的功率的預定功率限度值相關聯(lián)。
34. 如權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述控制信號包括一個或多個 控制位，該一個或多個控制位的數(shù)目與所述遞進梯級的數(shù)目相關。
35. 如權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述控制信號包括一個或多個 控制位，該一個或多個控制位的數(shù)目與一預定分辨率相關，所述軟啟動控 制器允許所述電流以該預定分辨率接近所述電流限度。
36. 如權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述軟啟動控制器包括邏輯電 路，該邏輯電路適合于在其輸出處產(chǎn)生所述可調(diào)整的控制信號。
37. 如權(quán)利要求36所述的裝置，其中，所述軟啟動控制器還包括比較 器和可操作地耦合到該比較器的恒定電流源。
38. 如權(quán)利要求36所述的裝置，還包括可操作地耦合到所述軟啟動控 制器的溫度傳感器，該溫度傳感器適合于產(chǎn)生傳感器信號，響應于該傳感 器信號，所述比較器產(chǎn)生用于調(diào)整所述控制信號的UP/DN信號。
39. 如權(quán)利要求38所述的裝置，還包括電壓基準，其中，所述比較器可操作地連接到所述溫度傳感器和電壓基準，并適合于產(chǎn)生所述UP/DN 信號。
40. 如權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述軟啟動組件包括具有響應 于所述控制信號的接通和關斷狀態(tài)的一個或多個電流開關。
41. 如權(quán)利要求40所述的裝置，其中，所述一個或多個電流開關包括 晶體管。
42. 如權(quán)利要求33所述的裝置，還包括帶有電流限度檢測器的電流限 度控制器，該電流限度檢測器可操作地耦合到所述傳輸元件并且可操作來 檢測所述電流限度并通過將所述電流限制到等于或低于所述電流限度來管 理所述電流。
43. 如權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述軟啟動控制器、所述軟啟 動組件或兩者是利用微控制器來實現(xiàn)的。
44. 如權(quán)利要求43所述的裝置，還實現(xiàn)為其中所述微控制器在其輸入 處可操作地連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)并在其輸出處可操作地連接到數(shù)模 轉(zhuǎn)換器(DAC)。
45. 如權(quán)利要求44所述的裝置，還包括溫度傳感器，其中，所述ADC 可操作地耦合到所述溫度傳感器，并且所述DAC可操作地耦合到所述傳 輸元件。
46. 如權(quán)利要求33所述的裝置，其中，所述功率環(huán)控制電路適合于一 旦所述電流等于或約等于所述電流限度就調(diào)節(jié)所述電流，以使得所述傳輸 元件兩端耗散的功率不超過所述預定功率限度值。
47. 如權(quán)利要求46所述的裝置，其中，所述電流是充電電流，并且所 述功率環(huán)控制電路適合于為電荷存儲器件、系統(tǒng)負載或兩者產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的電流。
全文摘要
電荷存儲器件(例如，電池或超級電容器)不時需要被充電。在一種設備中，為了保護電荷存儲器件以及用來對其充電的電源，該設備通常包括功率環(huán)控制電路。一種實現(xiàn)功率環(huán)控制的方法采用了與軟啟動電路相結(jié)合的溫度傳感器，以便在充電電流增大時保護電路免受迅速增大的溫度的危害。軟啟動電路允許對電流的受控逐步增大和調(diào)節(jié)。該方法優(yōu)選地允許選擇這種遞進梯級的數(shù)目和分辨率。本發(fā)明的各種實施例包括用于控制功率的裝置和方法，并且在對充電電流逐步調(diào)節(jié)時可考慮溫度。
文檔編號G06F1/00GK101611361SQ200780039210
公開日2009年12月23日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月21日
發(fā)明者大衛(wèi)·葉·偉·王, 約翰·蘇 申請人:先進模擬科技公司