專利名稱：使用多個電源向電子設(shè)備供電的制作方法
使用多個電源向電子設(shè)備供電
背景技術(shù)：
電子設(shè)備一般具有用于與AC電源(例如壁裝插座)連接的輸入電源連接器。在一些情況中，特別是在電子設(shè)備是便攜式電子設(shè)備時，也可以在電子設(shè)備中設(shè)置電池，以在電子設(shè)備不與外部AC電源連接時向電子設(shè)備供電。


關(guān)于以下附圖描述一些實(shí)施例:圖1和圖2是包含根據(jù)一些實(shí)施例的電力子系統(tǒng)的示例電子設(shè)備的框圖；圖3A至圖3D是包含根據(jù)可替代實(shí)施例的電力子系統(tǒng)的示例電子設(shè)備的框圖；圖4是根據(jù)更多實(shí)施例的電力子系統(tǒng)的電路圖；圖5A至圖5B是根據(jù)附加實(shí)施例的電力子系統(tǒng)的電路圖；圖6是根據(jù)一些實(shí)施例向負(fù)載供電的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式電子設(shè)備包括各種組件，向各種組件供電來允許組件執(zhí)行它們各自的功能。電子設(shè)備中的組件的示例包括處理器、存儲設(shè)備(例如內(nèi)存設(shè)備和/或基于磁盤的存儲設(shè)備)、輸入/輸出(I/o)設(shè)備等等。用于向電子設(shè)備供電的典型電源是AC適配器，AC適配器將AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓。AC適配器從AC源(例如壁裝插座)接收功率。正常情況下，AC適配器能夠供應(yīng)由電子設(shè)備的負(fù)載消耗的功率。電子設(shè)備中的“負(fù)載”指電子設(shè)備中吸取功率的組件(例如上面提到的那些組件)。“負(fù)載”還可以包括電子設(shè)備內(nèi)的供電電路(包括轉(zhuǎn)換器和/或調(diào)節(jié)器)，該供電電路向組件供應(yīng)特定電平的電壓。在一些場景中，電子設(shè)備的負(fù)載可能臨時吸取額外的電能，該額外的功率可能超過AC適配器的額定功率，換句話說，負(fù)載的功率消耗量超過AC適配器能夠提供的最大功率。在這種過載的條件下，AC適配器可能過熱、出故障和/或停止工作，或者僅僅超過規(guī)定的額定值。在上面討論的示例中，AC適配器被認(rèn)為是主電源，因?yàn)橹灰狝C適配器可使用(AC適配器被插入外部AC源并且聯(lián)接至電子設(shè)備)，AC適配器就供電。在其它示例中，主電源可以是不同類型的電源，例如太陽能面板、網(wǎng)絡(luò)電源或電池?！熬W(wǎng)絡(luò)電源”指來自用于傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)的功率源。例如，網(wǎng)絡(luò)可以是以太網(wǎng)，此時通過以太網(wǎng)的線纜供電。根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)，為了應(yīng)對電子設(shè)備負(fù)載的超過主電源功率額定值的短時功耗激增(功率過載狀況)，提供補(bǔ)充電源，該補(bǔ)充電源能夠切換到供電路徑內(nèi)來補(bǔ)充向負(fù)載提供的功率，使得來自主電源的功率和來自補(bǔ)充電源的功率的組合足以供應(yīng)負(fù)載的短時增大的功率消耗量。圖1是電子設(shè)備100的示例布置的框圖，電子設(shè)備100包括主電源102和補(bǔ)充電源104。主電源102連接至電子設(shè)備100的負(fù)載106。雖然將主電源102圖示為與負(fù)載106直接連接,但是應(yīng)注意在主電源102和負(fù)載106之間的連接路徑中可以存在各種電路，例如二極管、晶體管、電阻器、電感器等等。因此，如果電源通過電感器與負(fù)載直接連接或者通過各種電路與負(fù)載直接連接，那么電源與負(fù)載“電連接”。主電源102和負(fù)載106之間的電連接用來表示:只要主電源102是可利用的，負(fù)載106就從主電源102吸取功率。在補(bǔ)充電源104的輸出端提供DC-DC轉(zhuǎn)換器110。DC-DC轉(zhuǎn)換器110將補(bǔ)充電源104的輸出電壓轉(zhuǎn)換成第二電壓，第二電壓作為輸出被提供給負(fù)載106。在一些實(shí)現(xiàn)中，DC-DC轉(zhuǎn)換器110有效地將補(bǔ)充電源104轉(zhuǎn)換成電流源，使得來自DC-DC轉(zhuǎn)換器110的電流能夠與主電源102的輸出結(jié)合在一起。來自主電源和補(bǔ)充電源的功率的結(jié)合向負(fù)載106提供增加的功率量。DC-DC轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓可以與補(bǔ)充電源104的輸出電壓相同或不同。在補(bǔ)充電源104的輸出電壓電平與主電源的輸出電壓電平不同的實(shí)現(xiàn)中，DC-DC轉(zhuǎn)換器110可以用來將來自補(bǔ)充電源104的電力的電壓電平轉(zhuǎn)換成主電源102的電壓電平。在一些不例中，如果主電源102的輸出電壓電平大于補(bǔ)充電源104的輸出電壓電平，那么DC-DC轉(zhuǎn)換器110是將補(bǔ)充電源104的電壓電平升高至主電源的電壓電平的升壓轉(zhuǎn)換器。在其它示例中，補(bǔ)充電源104的輸出電壓電平低于主電源102的輸出電壓電平，在這種情況下，DC-DC轉(zhuǎn)換器110被實(shí)現(xiàn)為將補(bǔ)充電源104的電壓電平降低至主電源102的電壓電平的降壓轉(zhuǎn)換器。提供開關(guān)電路108來控制補(bǔ)充電源104與負(fù)載106的選擇性電聯(lián)接。應(yīng)注意，可以用連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器110的輸出端和負(fù)載106之間的一個或多個開關(guān)(例如場效應(yīng)晶體管)實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路108。可替代地，可以將開關(guān)電路108實(shí)現(xiàn)為DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的使能電路，在DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部，使能電路控制是否將來自DC-DC轉(zhuǎn)換器的電力電連接至負(fù)載106。如果DC-DC轉(zhuǎn)換器110內(nèi)部的使能電路被禁用(例如通過停用DC-DC轉(zhuǎn)換器的使能輸入端)，那么DC-DC轉(zhuǎn)換器110內(nèi)部的使能電路防止DC-DC轉(zhuǎn)換器110將功率輸出給負(fù)載106。如果DC-DC轉(zhuǎn)換器110內(nèi)部的使能電路被啟用(例如通過激活DC-DC轉(zhuǎn)換器的使能輸入端)，那么DC-DC轉(zhuǎn)換器110內(nèi)部的使能電路允許DC-DC轉(zhuǎn)換器110將功率輸出給負(fù)載106。在一些示例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器110的使能輸入端可以是圖1中圖示的功率控制輸入112。可替代地，使能輸入端可以是DC-DC轉(zhuǎn)換器110的另一輸入端。更一般地，在未激活狀態(tài)中，開關(guān)電路108使補(bǔ)充電源104與負(fù)載106電隔離。在激活狀態(tài)中，開關(guān)電路108將補(bǔ)充電源104電聯(lián)接至負(fù)載106的功率輸入端，使得負(fù)載106從主電源102和補(bǔ)充電源104吸取功率。 在一些實(shí)現(xiàn)中，除了啟用或禁用DC-DC轉(zhuǎn)換器110以外，功率控制輸入112還控制DC-DC轉(zhuǎn)換器110向負(fù)載106輸送的功率量。由DC-DC轉(zhuǎn)換器110輸送的功率等于必須由補(bǔ)充電源104供應(yīng)的附加功率量，以滿足負(fù)載106的當(dāng)前功率消耗量(該當(dāng)前功率消耗量超過主電源102的功率額定值)。在一些示例中，功率控制輸入112可以基于誤差信號。當(dāng)負(fù)載106消耗的功率超過閾值(該閾值對應(yīng)于主電源102的功率額定值)時，可以觸發(fā)誤差信號。該誤差信號導(dǎo)致開關(guān)電路108的激活并且控制從DC-DC轉(zhuǎn)換器110吸取的用于與從主電源102吸取的功率接合在一起的電流量。當(dāng)由負(fù)載106消耗的功率逐漸超過閾值時，可以增大誤差信號的幅度來引起從DC-DC轉(zhuǎn)換器110吸取更多電流來與主電源102的功率結(jié)合。在一些實(shí)現(xiàn)中，可以設(shè)置第二閾值，使得當(dāng)補(bǔ)充電源104輸送太多功率以至于補(bǔ)充電源104不能再供應(yīng)更多功率時，可以向負(fù)載106發(fā)出調(diào)節(jié)命令來使負(fù)載調(diào)節(jié)(減少)其功率消耗量，以防止主電源102和補(bǔ)充電源104的過載。調(diào)節(jié)可以導(dǎo)致負(fù)載106的一個或多個組件(例如處理器和/或其它組件)的功率消耗量減少。從補(bǔ)充電源104吸取的功率小于或等于負(fù)載106吸取的負(fù)載功率，使得電流不被反向饋給主電源102 (換言之，電流繼續(xù)從主電源102流向負(fù)載106)。以這種方式，主電源102的輸出端的電壓電平變化得不多，在一些示例中，如果主電源102具有大于零的輸出阻抗，那么主電源102的輸出電壓電平可能輕微升高，這允許主電源102的輸出電壓繼續(xù)向負(fù)載106供電。在一些示例中，主電源102是AC適配器，而補(bǔ)充電源104是電池。在其它示例中，主電源102和補(bǔ)充電源104可以用其它類型的電源(例如太陽能面板、網(wǎng)絡(luò)電源等等)實(shí)現(xiàn)。雖然圖1中僅圖示一個補(bǔ)充電源104，但是應(yīng)注意，根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)的技術(shù)或機(jī)制可以應(yīng)用于具有一個或多個附加補(bǔ)充電源的布置中。圖2是根據(jù)可替代實(shí)現(xiàn)的電子設(shè)備200的示例布置的框圖。電子設(shè)備200包括第一電源202和第二電源206。在一些實(shí)現(xiàn)中，第一電源202是太陽能面板或網(wǎng)絡(luò)電源。作為示例，第二電源206可以是電池或AC適配器。第一電源202的輸出端通過DC-DC轉(zhuǎn)換器204連接至電子設(shè)備200的負(fù)載208，DC-DC轉(zhuǎn)換器204可以是升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器或降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。第二電源206的輸出端也連接至負(fù)載208。雖然DC-DC轉(zhuǎn)換器204和/或第二電源206被示出為與負(fù)載208直接連接，但是應(yīng)注意DC-DC轉(zhuǎn)換器204和/或第二電源206可以通過各種電路(例如電阻器、
晶體管、二極管、電感器等等)連接至負(fù)載208。在圖2的布置中，負(fù)載208從第一電源202和第二電源206吸取功率。在可替代實(shí)現(xiàn)中，開關(guān)電路可以與DC-DC轉(zhuǎn)換器204和/或第二電源206關(guān)聯(lián)，以選擇性地將第一電源和第二電源之一或二者連接至負(fù)載208。在這種實(shí)現(xiàn)中，控制DC-DC轉(zhuǎn)換器204來控制從第一電源202向負(fù)載208的功率供給，其中(I)如果負(fù)載的功率需求可以由第一電源滿足，則通過防止從第二電源206向負(fù)載208供應(yīng)功率，控制DC-DC轉(zhuǎn)換器204 ;以及(2)如果負(fù)載的功率需求超過第一電源能夠滿足的功率量，則通過控制DC-DC轉(zhuǎn)換器204來供應(yīng)與第二電源206的輸出結(jié)合的電流。例如，如果第一電源202能夠滿足負(fù)載208的需求，那么增加DC-DC轉(zhuǎn)換器204的輸出電壓或輸出電流，直到從第二電源206吸取的負(fù)載降至零。在第一電源202是太陽能面板的實(shí)現(xiàn)中，將太陽能面板202的輸出電壓提供至DC-DC轉(zhuǎn)換器204的輸入端。DC-DC轉(zhuǎn)換器204向由為負(fù)載208供電的第二電源206提供的功率添加輸出電流。如果可從太陽能面板202獲得的能量超過負(fù)載208使用的能量，那么DC-DC轉(zhuǎn)換器204不從太陽能面板202吸取所有可用能量。如果可從太陽能面板獲得的能量低于負(fù)載208消耗的能量，那么DC-DC轉(zhuǎn)換器204的輸出端可以是限制電流的，以便不使太陽能面板202過載。為了使從太陽能面板202吸取的功率最大化，可以使用最佳功率點(diǎn)技術(shù)來設(shè)置和改變太陽能面板202的電流限制。這樣的技術(shù)可以單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)，或者可以與DC-DC轉(zhuǎn)換器204集成在一起。
在第一電源202是網(wǎng)絡(luò)電源(例如從以太網(wǎng)供應(yīng)的以太網(wǎng)電源)的其它實(shí)現(xiàn)中，DC-DC轉(zhuǎn)換器204可以利用變壓器隔離來實(shí)現(xiàn)。由第一電源202 (利用太陽能面板或網(wǎng)絡(luò)電源實(shí)現(xiàn)的)提供的功率會減少從第二電源206吸取的能量。實(shí)際上，在一些實(shí)現(xiàn)中，如果負(fù)載208吸取的功率低于由第一電源202提供的功率，那么在用一個或多個電池實(shí)現(xiàn)第二電源206的實(shí)現(xiàn)中，由第一電源202提供的余下功率可以用來對第二電源206充電。如果平均負(fù)載功率(由負(fù)載208消耗的)小于或等于可從第一電源202獲得的功率，那么無論峰值功率吸取量如何，電池都不會完全放電。為了充分利用這方面的優(yōu)勢，電子設(shè)備200可以進(jìn)入較低功率的操作模式，以無限期地將一些電荷保持在電池內(nèi)。圖3A-圖3D是根據(jù)更多實(shí)現(xiàn)的電子設(shè)備的摘要圖示。在圖3A-圖3D中的每個圖中，提供兩個電源，這兩個電源呈AC適配器302和電池304的形式。在圖3A中，AC適配器302連接至負(fù)載306，圖3A中的箭頭表示從AC適配器302流向負(fù)載306的電流。在圖示的示例中，假設(shè)AC適配器的電壓高于電池的電壓，在這樣的示例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器310被實(shí)現(xiàn)為升壓轉(zhuǎn)換器，而電池充電器308被實(shí)現(xiàn)為降壓轉(zhuǎn)換器。應(yīng)注意，在可替代實(shí)現(xiàn)中，如果AC適配器的電壓低于電池的電壓，那么DC-DC轉(zhuǎn)換器310和電池充電器308分別可以被實(shí)現(xiàn)為降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器。應(yīng)注意，在此描述的各種機(jī)制或技術(shù)旨在覆蓋AC適配器電壓和電池電壓的任一組合。圖3A的電子設(shè)備包括電池充電器308 (用于對電池304充電)和升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器310 (與圖1的DC-DC轉(zhuǎn)換器110類似)。此外，提供開關(guān)314來控制是否將電池304連接至電力子系統(tǒng)(包括電池充電器308、升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器310和開關(guān)312)。假設(shè)開關(guān)314閉合，另一開關(guān)312控制電池304是通過將電池304電連接至負(fù)載306來供電還是電池通過升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器310供電。在圖3A的布置中，開關(guān)312和開關(guān)314打開，使得電池304與電力子系統(tǒng)斷開。開關(guān)314在電池304完全充電并且不需要更進(jìn)一步充電時可以處于打開狀態(tài)，并且AC適配器302可用來為負(fù)載306供電。在圖3B中，開關(guān)314已閉合，使得電池充電器308連接至電池304。在此布置中，AC適配器302向負(fù)載306供電并且還通過電池充電器308對電池304充電(如圖3B中的箭頭所示)。在圖3C的布置中，AC適配器302與電力子系統(tǒng)斷開。這可能在例如AC適配器302與壁裝插座斷開時或者在用戶已將AC適配器與電子設(shè)備斷開時發(fā)生。當(dāng)檢測到AC適配器302不再可用時，開關(guān)312閉合，使得電池304可以向負(fù)載306供電。應(yīng)注意，在圖3C的布置中，由于開關(guān)312閉合，所以電池312的輸出在不經(jīng)由DC-DC轉(zhuǎn)換器310的情況下被提供給負(fù)載306。在一些實(shí)現(xiàn)中，DC-DC轉(zhuǎn)換器310可以被配置成(在AC適配器302不可用的條件下)使從電池304至負(fù)載306的電流通過(在此情況下可以省略開關(guān)312)。在圖3D中，AC適配器302和電池304都對負(fù)載306供電。在圖3D的布置中，開關(guān)312是打開的，但是開關(guān)314是閉合的。圖3D的布置可以是因負(fù)載306吸取比AC適配器302能供應(yīng)的功率更多功率的暫時情況中引起的。在此情況下，電池304通過升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器310向負(fù)載306提供補(bǔ)充功率。應(yīng)注意，在圖3D的布置中，電池充電器308不對電池304充電。在一些實(shí)現(xiàn)中，可以使用電流傳感器來檢測AC適配器是否處于過載狀況(AC適配器不能供應(yīng)負(fù)載所需的電流的狀況)。圖4圖示使用電流傳感器來檢測AC適配器是否處于過載狀況的示例布置。在圖4的示例中，用于確定AC適配器的輸出電流是否處于過載狀況的電流傳感器包括感應(yīng)電阻器402、差分放大器403和誤差放大器404。應(yīng)注意，感應(yīng)電阻器402、差分放大器403和誤差放大器404可以在AC適配器中或者在電子設(shè)備的電路板上實(shí)現(xiàn)。由差分放大器403輸出的反饋信號Vi正比于通過感應(yīng)電阻器402測得的測量適配器電流。感應(yīng)電阻器402連接至AC適配器的輸出電壓(Vss@),并且來自AC適配器的電流經(jīng)過感應(yīng)電阻器402流動至負(fù)載306 (將經(jīng)過感應(yīng)電阻器402的電流表示為IsteX差分放大器403的“ + ”輸入端連接至感應(yīng)電阻器402的一側(cè)，而差分放大器403的輸入端連接至感應(yīng)電阻器402的另一側(cè)。

在一些實(shí)現(xiàn)中，將DC-DC轉(zhuǎn)換器310的輸出從名義上設(shè)置為調(diào)節(jié)至AC適配器的標(biāo)稱電壓(VssW以下的電壓，其中DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓電平可以被設(shè)置為Vsg^的電壓電平以下的預(yù)定電壓。以此方式，如果檢測到Vsg^足夠高(基于誤差放大器404將\與閾值電壓Viwt相比較的結(jié)果)，那么DC-DC轉(zhuǎn)換器310名義上不輸送電流。通過誤差放大器404將由差分放大器403輸出的反饋電壓Vi (Vi正比于通過感應(yīng)電阻器402的測量的適配器電流)與閾值電壓Viwt相比較。誤差放大器404的輸出端提供誤差信號Ve，誤差放大器404的輸出端通過電阻器網(wǎng)絡(luò)406連接至雙極結(jié)型晶體管408的基極。雙極結(jié)型晶體管408的發(fā)射極連接至基準(zhǔn)電壓(例如地電壓)，并且雙極結(jié)型晶體管408的集電極連接至DC-DC轉(zhuǎn)換器310的控制輸入端410。在其它示例中，替代使用電阻器網(wǎng)絡(luò)406和雙極結(jié)型晶體管408，可以使用其它類型的控制元件，例如包括場效應(yīng)晶體管的控制元件。如果AC適配器的電流足夠低，使得反饋電壓Vi低于V_，那么這表示負(fù)載306消耗AC適配器能夠供應(yīng)的功率量。在此情況下，誤差信號V6處于“截止電平(例如零伏特)”，晶體管408截止并且不吸取從DC-DC轉(zhuǎn)換器310的控制輸入端410至地的電流。另一方面，如果AC適配器的電流足夠高，使得反饋電壓Vi超過V W{t,那么這表示過載狀況，負(fù)載306需要比AC適配器能供應(yīng)的功率更多的功率(換言之，從AC適配器吸取的電流超過與Viwt對應(yīng)的閾值電流)。在這種場景下，由誤差放大器404輸出的誤差信號V6處于“導(dǎo)通”電平(例如大于零伏特)，這導(dǎo)致晶體管408從DC-DC轉(zhuǎn)換器310的控制輸入端410吸取電流。這種通過晶體管308的電流吸取導(dǎo)致DC-DC轉(zhuǎn)換器310的輸出電壓電平(V輸出)升高。的升高導(dǎo)致從電池(從DC-DC轉(zhuǎn)換器310的V4池輸入端)吸取電流。應(yīng)注意，誤差信號Ve是模擬信號，其電壓電平隨著Vi和Viwt之間的差異變化。Vi超出Viwt越多，Ve的電壓電平越高并且晶體管408吸取更多電流。然后，這導(dǎo)致通過DC-DC轉(zhuǎn)換器310從電池吸取用于供應(yīng)負(fù)載306的更多量的電流。DC-DC轉(zhuǎn)換器310的輸出級包括電阻器網(wǎng)絡(luò)412，電阻器網(wǎng)絡(luò)412的電阻器之間的節(jié)點(diǎn)連接至DC-DC轉(zhuǎn)換器310的控制輸入端410。當(dāng)晶體管408被激活時，晶體管408從電阻器網(wǎng)絡(luò)312的這個節(jié)點(diǎn)吸取電流來改變DC-DC轉(zhuǎn)換器310的V輸出。如果可以，那么某一電流限制或軟啟動控制可以用來實(shí)施對DC-DC轉(zhuǎn)換器310中的V的控制。DC-DC轉(zhuǎn)換器310還包括升壓轉(zhuǎn)換器級，升壓轉(zhuǎn)換器級包括電感器416、晶體管開關(guān)418 (例如場效應(yīng)晶體管)、二極管420、電容器422和控制電路424，控制電路424控制升壓轉(zhuǎn)換器級的操作。通過使用圖4所示的電路，當(dāng)AC適配器的輸出電流到達(dá)預(yù)定的閾值(其中該閾值對應(yīng)于AC適配器的額定功率)時，對DC-DC轉(zhuǎn)換器310進(jìn)行控制(通過控制輸入端410)來從電池吸取功率，使得電池能夠提供負(fù)載306請求的不能由AC適配器供應(yīng)的任何附加功率。將誤差放大器404的輸出(Ve)設(shè)計成，當(dāng)負(fù)載306消耗不能由AC適配器供應(yīng)的更多功率時引起增大的電流流經(jīng)晶體管408，通過晶體管408的增大的電流引起從電池吸取增大的電流，以提供給DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端的負(fù)載306。使用圖4所示的電路，AC適配器輸送最多達(dá)其額定功率但是不超過額定功率的功率，負(fù)載306消耗的余下功率從電池中吸取?？商娲兀€可以將閾值Viwt設(shè)置為某一較低的電壓，該較低的電壓對應(yīng)于比AC適配器的額定電流或額定功率低的某一期望電流或期望功率水平。在一些實(shí)現(xiàn)中，圖3A-圖3D的升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器310和電池充電器308可以被實(shí)現(xiàn)為分離的組件。因此，圖4所示的DC-DC轉(zhuǎn)換器310可以與圖3A-圖3D所示的電池充電器308分尚。在可替代實(shí)現(xiàn)中，為了通過減少電子設(shè)備中的電路數(shù)量來提高效率，圖3A-圖3D中圖示的電池充電器308和DC-DC轉(zhuǎn)換器310可以通過改變電池充電器的設(shè)計而一體化地形成到一體化的模塊內(nèi)。該一體化的模塊在某些條件下作為升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器工作，在不同的條件下作為降壓電池充電器工作。圖5B中示出了一體化的電池充電器和升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的示例布置。即便增加DC-DC轉(zhuǎn)換器功能來提供補(bǔ)充功率，將不同功能集成到共同的一體化模塊內(nèi)也能夠減少電磁干擾問題。圖5A示出電池充電器(沒有升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器)。圖5A所示的電池充電器是降壓轉(zhuǎn)換器，其是降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。圖5A所示的電池充電器接收AC適配器的輸出(Vss#)作為輸入，并且將電流供應(yīng)至電池(經(jīng)由V 。圖5A的電池充電器具有控制電路502，控制電路502具有反饋輸入端(FB)和電流感應(yīng)(CS)輸入端，反饋輸入端(FB)與電池充電器的輸出端連接，電流感應(yīng)(CS)輸入端用于感應(yīng)通過感應(yīng)電阻器Rs的電流。控制電路502的輸出控制各個場效應(yīng)晶體管(FET)Ql和Q2的柵極。晶體管Ql和Q 2串聯(lián)在電池充電器輸入端(ν ε#)和基準(zhǔn)電壓(例如地)之間。在正常工作期間，用來自控制電路502的脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動信號調(diào)制上晶體管Ql(其作為開關(guān)工作)，使得基于電壓反饋FB調(diào)節(jié)輸出電壓或者基于所感應(yīng)的電流(由CS輸入端感應(yīng)的)調(diào)節(jié)輸出電流。下晶體管Q2用作同步整流器一當(dāng)二極管D2 (與晶體管Q2并聯(lián))導(dǎo)電時，晶體管Q2擔(dān)當(dāng)閉合開關(guān)，因?yàn)榫w管Q2具有比二極管D2更低的電壓降和功耗。圖5A所示的電池充電器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下，在此模式下，無論Ql何時截止(除了導(dǎo)通或截止過渡期間以外，因?yàn)镼l和Q2不應(yīng)同時導(dǎo)通)，晶體管Q2都是導(dǎo)通的。當(dāng)電池充電電流足夠高來保證瞬時電感器電流(通過電感器508)從輸入端(VSK#)流向輸出端(V4ft)時(如圖5A中的箭頭所示)，使用連續(xù)導(dǎo)電模式。在輕負(fù)載時，圖5A的電池充電器不工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下。電池充電器被設(shè)計成防止瞬時電感器電流反流，因?yàn)榉戳鲿谳斎攵撕洼敵龆酥g循環(huán)能量，這是低效的。此夕卜，由于負(fù)載是電池，所以有可能從電池吸取平均電流并且將該平均電流傾入源電壓(Vss內(nèi)，如果不控制該傾入，該傾入會導(dǎo)致將電源(AC適配器)處的電壓升高至無法接受的高電平。然而，如圖5B所示，根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)，可以允許從電池向AC適配器的受控的電流吸取，以允許電池提供負(fù)載需要的不能從AC適配器供應(yīng)的補(bǔ)充電流。如圖5B所示，改變圖5A的電池充電器的設(shè)計，以添加與晶體管Ql并聯(lián)的二極管Dl (除了跨接在晶體管Q2兩端的二極管D2以外)和添加V4ft和節(jié)點(diǎn)NI之間電阻器R3。節(jié)點(diǎn)NI對應(yīng)于圖4所示的升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器310的控制輸入端410。電阻器網(wǎng)絡(luò)406和晶體管408 (由誤差信號Ve控制)類似于圖4中共享相同附圖標(biāo)記的相同元件。誤差信號Ve控制晶體管408是截止還是導(dǎo)通，并且還控制在晶體管408導(dǎo)通時從節(jié)點(diǎn)NI吸取的電流量。實(shí)際上，誤差信號Ve控制電池通過圖5B所示的電路向Vs.供應(yīng)的補(bǔ)充功率量。在從電池(V_)向AC適配器(Vs_)供應(yīng)電流的狀態(tài)中，圖5B的電路作為升壓型DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器工作，而不是作為降壓型DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器(供作為電池充電器工作)工作。當(dāng)作為升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器工作時，晶體管Q2通過電感器508從電池吸取電流。當(dāng)二極管Dl激活時，電流通過電感器508通過二極管Dl被吸取至AC適配器(Vsg^)。當(dāng)在升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器模式下使用時，V4ft變成輸入端，而V變成輸出端，如圖5B中示出的箭頭所表示的。通過使控制電路502認(rèn)為輸出電流高于期望值并且使DC-DC轉(zhuǎn)換器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下，可以使控制電路502工作在升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器模式下?？刂齐娐?02將通過減少送往晶體管Ql的PWM信號和增加送往晶體管Q2的PWM信號來做出響應(yīng)。正比于誤差信號Ve的信號(關(guān)于圖4介紹的)驅(qū)動小的控制電流經(jīng)過電阻器R3，并且控制電路502看R3兩端的電壓降和感應(yīng)電阻器Rs兩端的電壓降之和。如果R3兩端的電壓降足夠大，那么通過Rs的平均電流下降至零。如果R3兩端的電壓降變得更大，那么圖5B中示出的電路中的平均電流反流，并且Rs兩端的電壓降也反向。如果保持連續(xù)導(dǎo)電模式，那么在DC-DC轉(zhuǎn)換器處于升壓模式時可以使用 降壓變壓器的控制環(huán)路。圖6示出根據(jù)一些適用于圖1、圖3A-圖3D、圖4和圖5B的實(shí)現(xiàn)的方法的流程圖。該方法包括:在步驟602中，提供主電源來向電子設(shè)備中的負(fù)載供電；以及在步驟604中，提供補(bǔ)充電源。在步驟606中，控制DC-DC轉(zhuǎn)換器，來控制補(bǔ)充功率從補(bǔ)充電源向負(fù)載的供應(yīng)。控制DC-DC轉(zhuǎn)換器包括:如果負(fù)載的功率需求可以被主電源滿足，則防止從補(bǔ)充電源向負(fù)載供應(yīng)功率?？刂艱C-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括:如果負(fù)載的功率需求超過主電源能夠滿足的功率量，則激活DC-DC轉(zhuǎn)換器來提供與主電源的輸出結(jié)合的電流。使用根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)的方法和機(jī)制，來自多個電源的功率能夠被供應(yīng)至電子設(shè)備中的負(fù)載來滿足負(fù)載的需求。在以上的描述中，闡述了大量細(xì)節(jié)，以提供對在此公開的主題的理解。然而，實(shí)現(xiàn)可以在沒有這些細(xì)節(jié)中的一些細(xì)節(jié)或全部細(xì)節(jié)的條件下實(shí)踐。其它實(shí)現(xiàn)可以包括上面介紹的細(xì)節(jié)的修改和變型。其旨在所附權(quán)利要求覆蓋上述修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種電子設(shè)備,包括: 負(fù)載(106、306)； 主電源(102、302)，具有與所述負(fù)載連接的輸出端； 補(bǔ)充電源(104、304)； DC-DC轉(zhuǎn)換器(I 10、310)，從所述補(bǔ)充電源接收功率；以及 開關(guān)電路(108)，響應(yīng)于所述主電源的過載狀況，選擇性地將所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端連接至所述主電源的輸出端，以向所述負(fù)載補(bǔ)充功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置成提供電流源來將源自所述補(bǔ)充電源的電流提供給所述負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子設(shè)備，其中來自所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的電流與所述主電源的輸出結(jié)合在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，進(jìn)一步包括以下配置的電路: 確定從所述主電源吸取的電流是否超過閾值；以及 響應(yīng)于確定從所述主電源吸取的電流超過所述閾值，輸出信號來控制所述DC-DC轉(zhuǎn)換器從所述補(bǔ)充電源吸取的用于提供給所述負(fù)載的電流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子設(shè)備，其中所述電路被配置成改變所述信號的電平來控制所述DC-DC轉(zhuǎn)換器從所述補(bǔ)充電源吸取的用于提供給所述負(fù)載的電流量，其中改變所述信號的電平是基于從所述主電源吸取的超過所述閾值的電流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述開關(guān)電路包括所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端和所述負(fù)載之間的開關(guān)以及使能電路之一，所述使能電路在關(guān)閉時防止所述DC-DC轉(zhuǎn)換器將功率輸出給所述負(fù)載，并且在開啟時允許所述DC-DC轉(zhuǎn)換器將給功率輸出給所述負(fù)載。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述補(bǔ)充電源是電池，并且所述電子設(shè)備進(jìn)一步包括對所述電池充電的電池充電器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子設(shè)備，其中所述電池充電器和所述DC-DC轉(zhuǎn)換器一體化地形成在一起作為一體化模塊的一部分，其中所述一體化模塊具有作為所述電池充電器工作的第一模式和作為所述DC-DC轉(zhuǎn)換器工作的第二模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子設(shè)備，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器是升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且其中所述一體化模塊被配置成在所述第一模式下作為降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器工作以及在所述第二模式下作為所述升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子設(shè)備，其中如果保持連續(xù)導(dǎo)電模式，那么當(dāng)所述DC-DC轉(zhuǎn)換器處于所述第二模式時，使用所述降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述主電源是AC適配器、太陽能面板和網(wǎng)絡(luò)電源之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器被配置成在所述主電源不可用時將來自所述補(bǔ)充電源的電流傳遞給所述負(fù)載。
13.—種電子設(shè)備,包括:負(fù)載(208)； 第一電源(202 )，選自由太陽能面板和網(wǎng)絡(luò)電源組成的組；DC-DC轉(zhuǎn)換器(204)，從所述第一電源接收功率； 第二電源(206)， 其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端和所述第二電源的輸出端中的每一個均被配置成連接至所述負(fù)載來向所述負(fù)載供電。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子設(shè)備，其中所述第二電源是電池，并且其中來自所述第一電源的功率可用來對所述電池充電。
15.—種方法,包括: 提供主電源(102、302 )來向電子設(shè)備中的負(fù)載(106、306 )供電； 提供補(bǔ)充電源(104、304);以及 控制DC-DC轉(zhuǎn)換器(110、310)來控制來自所述補(bǔ)充電源的補(bǔ)充功率向所述負(fù)載的供應(yīng)，其中所述控制DC-DC轉(zhuǎn)換器包括: 如果所述負(fù)載的功率需求能夠被所述主電源滿足，則防止從所述補(bǔ)充電源向所述負(fù)載供應(yīng)功率，以及 如果所述負(fù)載的功率需求超過所述主電源能夠滿足的功率量，則激活所述DC-DC轉(zhuǎn)換器來提供與所述主電源的輸出結(jié)合的電流。
16.根據(jù)權(quán) 利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括: 確定從所述主電源吸取的電流是否超過閾值，其中所述控制是基于所述確定。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中確定從所述主電源吸取的電流是否超過所述閾值包括: 產(chǎn)生電壓，該電壓對應(yīng)于由從所述主電源吸取的流經(jīng)感應(yīng)電阻器的電流引起的所述感應(yīng)電阻器兩端的電壓降；以及 將所述電壓與閾值電壓相比較。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括: 確定所述主電源和所述補(bǔ)充電源的組合不能供應(yīng)所述負(fù)載的功率消耗量，以及 響應(yīng)于確定，調(diào)節(jié)所述負(fù)載的功率消耗量。
19.一種方法,包括: 提供從由太陽能面板和網(wǎng)絡(luò)電源組成的組中選擇的第一電源(202)，來向電子設(shè)備中的負(fù)載(208)供電； 提供DC-DC轉(zhuǎn)換器(204)，來從所述第一電源接收功率； 提供第二電源(206)，其中所述DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出端和所述第二電源的輸出端中的每一個均被配置成連接至所述負(fù)載，來向所述負(fù)載供電；以及 控制所述DC-DC轉(zhuǎn)換器(204)來控制來自所述第一電源(202)的功率向所述負(fù)載的供應(yīng)，其中控制所述DC-DC轉(zhuǎn)換器包括: 如果所述負(fù)載的功率需求能夠被所述第一電源滿足，則防止從所述第二電源(206)向所述負(fù)載供應(yīng)功率，以及 如果所述負(fù)載的功率需求超過所述第一電源能夠滿足的功率量，則控制所述DC-DC轉(zhuǎn)換器(204)來提供與所述第二電源(206)的輸出結(jié)合的電流。
全文摘要
一種電子設(shè)備，包括能夠向電子設(shè)備中的負(fù)載(106、208、306)供電的多個電源(102、104、202、206、302、304)。DC-DC轉(zhuǎn)換器(110、204、310)設(shè)置在多個電源之一和負(fù)載之間。
文檔編號G06F1/26GK103154851SQ201080069541
公開日2013年6月12日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者托馬斯·P·索耶斯 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)