電池電壓測量的製作方法
2023-07-10 20:16:21 1
電池電壓測量的製作方法
【專利摘要】提供一種裝置，該裝置包括：第一電路，用於確定何時電池電流降至閾值以下；以及第二電路，用於響應於第一電路確定電池電流降至閾值以下而測量電池電壓和電流；以及第三電路，用於存儲所測得的電池電壓和電流。
【專利說明】電池電壓測量
【背景技術】[0001]1.領域
[0002]各實施例可涉及測量電池的開路電壓(OCV)。
[0003]2.【背景技術】
[0004]電池使用於許多當今的移動電子設備中，例如蜂窩電話和膝上計算機。電池可以是可再充電的。電子設備也能夠利用AC功率。當AC電源不方便或不可得時，則利用電池電源。關於電池剩餘容量的準確信息是意義重大的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005]下面給出附圖的簡要說明，其中相同附圖標記表示相同部件，其中:
[0006]圖1示出具有電池組和功率管理集成電路(PMC)的電子設備(或裝置)；
[0007]圖2示出根據一示例性實施例的具有電池組和功率管理集成電路組件的電子設備(或裝置)；以及
[0008]圖3是控制電子設備的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0009]在以下詳細描述中，相同的附圖標記和字符可用於指示不同附圖中的相同、相應和/或相似的部件。此外，在詳細說明中可提供示例性尺寸/型號/值/範圍，儘管實施例不僅限於此。儘管展示出許多具體細節以描述示例性實施例，然而本領域內技術人員應清楚知道這些實施例沒有這些具體細節也可實施。
[0010]智慧型電話、電子相機、平板計算機或其它電子設備已顯著地改善了消費者的生活。這些設備通常至少部分時間地由電池供電，並且功率管理可能是系統和晶片設計者的關注焦點。
[0011]電池可提供「燃料計」，它給出電池(或電池單元)的充電水平的指示。例如，美國專利5，315，228記載了一種可再充電電池，其測量電池放電電流並估算電池自放電以預測電池的剩餘容量(即「電池槽」有多滿，以持續類比「燃料計」)。可對來自電池的所有放電提供燃料計量。
[0012]為了提供低電池狀態的警告，例如計算機系統的移動終端可提供運行時間警報，該警報指示何時電池已低於在當前放電速率下剩餘的規定時間量。
[0013]可使用燃料計或燃料計算法來指示電池容量。功耗變化可起因於在各種狀態下對硬碟、液晶顯示器(LCD)屏幕背光、處理器等進行導通和截止以節省或儲備電池功率的功
率管理系統。
[0014]可針對電子設備描述實施例。電子設備可以是智慧型電話、個人數字助理、相機、MP3播放機、平板電腦、電子書閱讀器、膝上計算機或筆記本電腦和/或具有計算和/或通信能力的移動終端。
[0015]功率管理器(或功率管理設備)可管理在至少部分時間由電池供電的電子設備的功率。電池可以是鋰離子電池、鋰聚合物電池和/或能夠提供足以運作處理單元(例如
1.6GHZ處理器)、高清(HD)視頻引擎、圖像傳感器處理器、相機快閃記憶體、免提揚聲器和/或電子設備的任意數個其它特徵中的一個或多個的功率的另一類型電池。
[0016]圖1是示出具有功率管理集成電路(PMC)的電子設備(或裝置)的框圖。也可提供其它配置。
[0017]更具體地，圖1示出一電子設備，它包括電池組10和功率管理IC(PMIC) 50以及電子設備的各種其它組件。PMIC50下文中可被稱為功率管理設備。電子設備的其它大型功耗組件可包括相機快閃記憶體32、數據機功率放大器(PA) 34、基帶系統或數據機36以及音頻放大器38。電子設備可進一步包括顯示器70、片上系統(SOC)SO以及系統存儲器/存儲90。也可提供電子設備的其它組件，但為了便於解說而未被示出。
[0018]電池組10可包括可移除和/或再充電的電池12(或電池單元)以及串聯等效電阻器Rpac:k14。電池12可具有正陽極和負陰極。可在電池12的正陽極測量(或感測)開路電壓(OCV)。電池12可向電子設備的組件(例如處理器)供電。
[0019]感測電阻器Rsense22可進一步被設置在電池組10和PMIC50之間。串聯等效電阻器RPM14代表電池組10中的固有等效電阻。
[0020]PMIC50 (或功率管理設備)可以是包括多種組件的集成電路，例如開路電壓(OCV)硬體52、模數轉換器(ADC) 54、中斷控制器56以及控制/數據寄存器58。功率管理IC50的其它組件可包括庫侖計數器62、復位/上電邏輯64、電池充電器66、調壓器67以及實時時鐘(RTC)68。PMIC50的各個部分可以是處理器的一部分和/或與處理器分離。也可提供其它組件，但為了便於解說而未被示出。
[0021]圖2示出根據一示例性實施例的具有電池組和電力管理集成電路組件的電子設備(或裝置)。也可提供其它實施例和配置。
[0022]圖2僅示出OCV硬體52的電路和邏輯，而未示出PMIC50的其它組件(例如圖1中示出的其它組件)。PMIC50的組件(包括OCV硬體52)可被設置在集成電路上，並可以是處理器的一部分。PMIC50的諸組件，諸如OCV硬體52，可被視為功率管理設備的一部分。
[0023]圖2進一步示出用於感測電池電流的感測設備。感測設備可包括感測電阻器Rsense22。電流源24代表通過電子設備或系統中的組件從電池組中汲取的系統電流ISYSTEM。
[0024]OCV硬體52可包括感測放大器102、比較器104、兩個採樣-保持電路106、108、多路復用器(MUX) 112、控制設備120、模數轉換器ADC130以及寄存器140 (或多個寄存器)。也可提供其它部件/組件，但為了便於解說而未被示出。
[0025]各實施例可提供硬體和邏輯，該硬體和邏輯可在電子設備的正常系統工作期間自動地執行電池開路電壓(OCV)測量(或感測)。如圖2所示，可在PMIC50中提供硬體組件和邏輯並且/或者可在混合信號集成電路MSIC中提供硬體組件和邏輯。
[0026]電池組10可包括電池12(或電池單元)以及串聯電池電阻器Rpack14。串聯電阻器Rpaqq是包括電池單元電阻、保護場效應電晶體(FET)電阻、保險絲電阻和/或諸如連接器和電路板跡線的其它電阻的等效串聯電阻。電池12可從電池組10中移去和/或可以是可再充電的。可將感測設備設置在電池12和OCV硬體52之間。
[0027]OCV硬體52可具有輸入節點98、99和107 (或輸入端子)。基於感測設備，模擬電池電壓Vbatt可被設置在輸入節點107處。模擬電壓Ibattp可被設置在輸入節點99處，而模擬電壓Ibattn可被設置在輸入節點98處。跨輸入節點99和輸入節點98的模擬電壓差是基於由電流源24表徵的電流Isystem並基於感測電阻器Rsense22提供的。
[0028]在電子設備的正常使用期間，電池電流Ibatt的值可能足夠高以致電壓降(IBATT* (Rpm+Rsense))是不可忽視的。因此，電池電壓Vbatt可能不等於開路電壓(OCV)。然而，當電池電流為低並且電流(I)和電阻器(R)損失可忽略時則不存在該問題。
[0029]實施例可例如在集成電路上提供硬體，以在具體時間測量(或確定或感測)模擬電池電壓Vbatt，例如在低電流汲取期間，該電池電壓可等於電池單元本身的開路電壓(OCV)。OCV可確定電池電荷狀態(SOC)，SOC可用來確定電池12中的剩餘能量。這可提供對電池狀態的準確電荷測量，這種測量可在電子設備(或裝置)的燃料計算法期間使用。通過在硬體中執行OCV測量(例如在OCV硬體52中)，在測量時間的系統負載可能非常低，而這可增加燃料計的準確性。
[0030]感測放大器102可以是用來感測Rsense22兩側的差分電壓的感測放大器(或差分放大器)。感測放大器102的正輸入端子(+)可對應於輸入節點99處的輸入。感測放大器102的負輸入端子(_)可對應於輸入節點98處的輸入。正輸入端子(+)和負輸入端子(_)處的差分電壓與電池電流成比例。感測放大器102可通過在(感測放大器102的)正輸入端子接收模擬電壓Ibattp和通過在(感測放大器102的)負輸入端子接收模擬電壓Ibattn來讀取或確定目前的電池電流值。感測放大器102可基於在感測放大器102的正端子和負端子處的輸入提供輸出電壓Vsense,該輸出電壓Vsense對應於電池電流IBATT。
[0031]感測放大器102可接收兩個輸入(Ibattn、Ibattp),並通過感測放大器102放大兩個輸入之間的電壓差，該電壓差與電池電流Ibatt成比例。感測放大器102的輸出是電壓Vsense (對應於電池電流Ibatt)。
[0032]比較器104可包括正輸入端子⑴和負輸入端子㈠。感測放大器102的輸出電壓VSENSE(對應於電池電壓Ibatt)可被提供給比較器104的負輸入端子。該電壓代表流過感測電阻器Rsense22並由此從電池12流出的電流量。
[0033]可提供電池電流I_BATT閾值103(或門限值)和/或可通過電子設備存儲它。1_BATT閾值103可以是可編程的，例如由用戶編程。電池電流I_BATT閾值103可被提供給比較器104的正輸入端子。
[0034]基於來自感測放大器102的輸出電壓Vsense (對應於電池電流Ibatt)和電池電流1_BATT閾值103的比較，當電池電流足夠低(即低於跳變點)時，比較器104可輸出信號L0W_IBATT，這表示存在從電池12汲取的低電流。也就是說，當與電池電流Ibatt對應的電壓Vsense低於電池電流I_BATT閾值103時，從比較器104輸出的信號L0W_IBATT (指示低電流汲取)可以為高(或為「I」)。這可被視為跳變信號、觸發信號和/或電池電流指示信號。可通過改變電池電流I_BATT閾值103來調整比較器104跳變的點。
[0035]採樣-保持電路106以及採樣-保持電路108可被統稱為保持電路。採樣-保持電路106是具有觸發輸入(SAMPLE)端子、輸入V_IN端子和輸出V_0UT端子的鎖存器。採樣-保持電路108是具有觸發輸入(SAMPLE)端子、輸入V_IN端子和輸出V_0UT端子的鎖存器。在採樣-保持電路106以及採樣-保持電路108上可提供其它輸入和輸出端子。
[0036]來自比較器104的輸出可被提供給採樣-保持電路106的觸發輸入端子，並可被提供給採樣-保持電路108的觸發輸入端子。因此，從比較器104輸出的信號L0W_IBATT (表示低電池電流)可被提供給採樣-保持電路106的觸發輸入端子以及採樣-保持電路108的觸發輸入端子兩者。從比較器104輸出的L0W_IBATT(指示低電池電流)可被進一步提供給控制設備120的ALERT輸入端子。
[0037]採樣-保持電路106的輸入V_IN端子被耦合至感測放大器102的輸出端子以使採樣-保持電路106接收電池電壓Vsense (對應於電池電流Ibatt)，所述電池電壓Vsense是從感測放大器102輸出的。採樣-保持電路108的輸入V_IN端子被耦合至輸入節點107以接收模擬電池電壓Vbatt。
[0038]當比較器104跳變並且信號L0W_IBATT(表示低電池電流)變高(或為「I」)時，採樣-保持電路106可捕獲(或存儲)在那一刻與電池電流Ibatt對應的電池電壓VSENSE。此外，當比較器104跳變並且信號L0W_IBATT(表示低電池電流)變為高(或「I」)時，採樣-保持電路108可捕獲(或存儲)在那一刻的模擬電池電壓VBATT。因此，電池電壓Vsense(對應於電池電流Ibatt)和電池電壓Vbatt同時被捕獲(或存儲)。捕獲的信號因此可被存儲在保持電路中(包括採樣-保持電路106和採樣-保持電路108)。
[0039]如下面描述的，採樣-保持電路106中的電池電壓Vsense (對應於電池電流Ibatt)可隨後通過ADC130轉換成數字值(或代碼)，並且數字值可被存儲在寄存器140 (或多個寄存器)中。採樣-保持電路108中的模擬電池電壓Vbatt也可隨後通過ADC130轉換成數字值(或數字代碼)，而該數字值可被存儲在寄存器140 (或多個寄存器)中。存儲在寄存器140中的數字值可被用於燃料計算法中。燃料計算法例如可通過電子設備的處理器來執行。
[0040]OCV硬體52也可包括例如多路復用器112。多路復用器112可具有連接至採樣-保持電路106的輸出V_0UT端子的「O」輸入端子，並具有連接至採樣-保持電路108的輸出V.0UT端子的「I」輸入端子。基於輸入至選擇SEL輸入端子的選擇信號，多路復用器112可輸出與電池電流Ibatt對應的所存儲的電池電壓Vsense或所存儲的模擬電池電壓Vbatt。從多路復用器112輸出的值可被提供給ADC130的模擬輸入端子。
[0041]控制設備120可以是具有輸入端子的OCV ADC控制塊，例如ALERT輸入端子、MODE輸入端子以及OCV觸發輸入端子。控制設備120可進一步具有輸出端子，例如選擇(CL_SEL)輸出端子、啟用(EN)輸出端子以及轉換輸出端子。也可將其它端子設置在控制設備120上。
[0042]ADC130可包括輸入端子，例如模擬輸入端子、啟用(EN)輸入端子以及轉換(CONVERT)輸入端子。ADC130可進一步包括輸出端子，例如中斷標誌(INT_FLAG)輸出端子和數字輸出端子。例如，從ADC輸出的數字值可以是N位。可在ADC130上設置其它輸入或輸出端子。
[0043]控制設備120可控制ADC將與電池電流Ibatt對應的電池電壓Vsense (來自採樣-保持電路106)轉換成數字值的時間，和/或控制ADC130將模擬電池電壓Vbatt (來自採樣-保持108)轉換成數字值的時間。ADC130執行和完成從模擬至數字的轉換的時間是可配置和/或可編程的。這允許自動地執行模數轉換並允許使數字值被存儲在寄存器140 (或多個寄存器)中。這也允許基於軟體請求在特別請求的時間執行模數轉換。控制設備120工作在的「模式」——例如自動轉換或根據軟體請求轉換——是由OCV ADC模式122確定的。
[0044]控制設備120可包括對ADC130進行功率管理的邏輯。這可節電並避免在某些狀態下執行開路測量。控制設備120可基於啟用信號禁用ADC130和/或啟用ADC130，該啟用信號從控制設備120的EN輸出端子輸出並被輸入至ADC130的輸入EN端子。可出於多種原因中的任何一種禁用ADC130。
[0045]當滿足兩個條件中的任一個時，控制設備120可導通(或啟用)ADC130。啟用ADC130的第一條件是當通過控制設備120的ALERT輸入端子確定信號L0W_IBATT (指示低電流汲取)為高(或「I」)時。啟用ADC130的第二條件是當寄存器140為空時。當寄存器140將空標誌(0CV_Reg_Empty)信號提供給控制設備120的OCV觸發器輸入端子時，控制塊120可確定寄存器140為空。這可確保在待機狀態下不執行可能浪費時間和/或能量的額外讀取。因此，控制設備120可使用空標誌(0CV_Reg_Empty)信號作為功率管理輸入，由此控制設備120的功率管理可在正常系統工作期間被切斷。換句話說，當提供低電池電流時可執行模數轉換。
[0046]各實施例可允許模擬電池電SVbatt測量/感測非常接近開路電壓(OCV)值，該OCV值可定義電池12的充電水平。相比不利的配置，這還消耗非常少的功率。一旦在寄存器140中提供電池電壓的數字值，可對電子設備提供燃料計量算法。燃料計量算法可例如基於所存儲的數字值控制電子設備的各個組件，例如顯示器70。這有助於節省電池12的功率。
[0047]在前述實施例中，可提供第一電路以確定何時電池電流降至閾值以下。第一電路可包括感測放大器102 (或差分放大器)和比較器104。放大器102可感測電池電流並基於感測到的電流提供輸出電壓。比較器104可接收輸出電壓和閾值，並基於所接收的輸出電壓和所接收的閾值的比較提供電流指示信號。
[0048]因此，響應於第一電路確定電池電流降至閾值之下，第二電路可測量電池電壓和電流。第二電路可包括米樣_保持電路106和米樣_保持電路108。
[0049]第三電路可存儲與測得的電池電壓和電流對應的數字值。第三電路可包括ADC130、寄存器140以及ADC控制設備120。
[0050]一旦數字值被存儲在寄存器140中，電子設備可進入節電模式，其中組件被斷電和/或減少功耗。如果值被存儲，則電子設備不需要確定低電流汲取(除非電池被再充電)。
[0051]圖3是示出根據一示例性實施例控制電子設備的方法的流程圖。也可提供其它操作、操作順序和實施例。參照圖3描述的操作例如可通過圖2所示的電子設備的部件來提供。然而，也可使用其它部件來執行圖3的操作。
[0052]圖3示出在操作202中設定電池電流Ibatt閾值103。可提供電池電流Ibatt閾值103以觸發模擬電池電壓測量(和存儲)以及與模擬電池電流測量(和存儲)對應的電壓
Vsense °
[0053]在操作210，ADC控制設備120可將0CV_ADC模式設定為或者具有自動ADC轉換或者根據軟體請求的轉換。因此，0CV_ADC模式可由用戶編程或設定。控制設備120的設定可通過存儲OCV ADC模式值122而達成。OCV ADC模式值122可被輸入到控制塊120的模式輸入端子。
[0054]在操作220，比較器104可將電壓Vsense(對應於模擬電池電流Ibatt)與當前I_BATT閾值103比較。如果測得的電壓Vsense(對應於電池電流Ibatt)大於當前I_BATT閾值(即結果為否)，則操作220可以周期性間隔或其它時間連續地執行測量，直到結果不同為止。換句話說，如果測得的電壓VSENSE(對應於電池電流IBATT)小於或等於當前I_BATT閾值操作220 (即結果為是)，則採樣-保持電路106可接收與電池電流Ibatt對應的電壓Vsense,並且採樣-保持電路108可在操作230中接收模擬電池電壓VBATT。可在採樣-保持電路106、108處同時接收電壓VSENSE(對應於電池電流Ibatt)和模擬電池電壓VBATT。
[0055]在操作240可通過控制塊120作出寄存器140(或多個寄存器)為空還是不為空的判斷。空狀態可以是其中電池電流和電池電壓的數字值不被存儲在寄存器140 (或多個寄存器)中的狀態。操作240中的這個判斷可基於監視0CV_Trigger輸入端子的控制設備120，該0CV_Trigger輸入端子可從寄存器140接收0CV_Reg_Empty信號。如果在操作240中確定寄存器140為空(即結果為是)，則在操作250中可由控制設備作出是否設定(例如將模式設為I)自動(電壓和電流)測量的判斷。如果在操作250中設定自動(電壓和電流)測量(即結果為是)，則ADC130可將電池電壓(來自採樣-保持電流108)轉換成數字值並將與電池電流對應的電池電壓(來自採樣-保持電路106)轉換成數字值，並將數字值(或代碼)存儲在寄存器140 (或多個寄存器)中。
[0056]可在操作270產生中斷以警告片上系統(圖1的SoCSO)數據就緒。在此時，運行在SoC80上的燃料計量實體可讀取OCV以用於其充電算法的電池狀態。
[0057]替代地，當在操作240寄存器140 (或多個寄存器)不為空(即結果為否)，則可在操作280作出軟體是否請求電壓和電流測量的判斷(即模式例如被設定為O)。如果在操作280判斷結果為否，則操作可返回到操作220以將與電池電流對應的測得電壓與低電池閾值比較。如果在操作280中的判斷結果為是，則可執行操作260。
[0058]因此，寄存器140 (或多個寄存器)可存儲與電池電流和電池電壓對應的電壓的數字值。所存儲的數字值可由燃料計量算法使用以控制電子設備的組件和/或部件。
[0059]本說明書中對「一個實施例」、「實施例」、「示例實施例」等的任何引用意味著結合該實施例描述的具體特徵、結構或特性被包含於本發明的至少一個實施例中。此類短語在本說明書中各處的出現不一定全部指代同一實施例。此外，在結合任何實施例描述特定特徵、結構或特性時，要求本領域技術人員結合其他實施例實現此類特徵、結構或特性落在該範圍內。
[0060]儘管已參照多個說明性實施例描述了諸實施例，但是應理解，本領域技術人員可以訴諸眾多其他修改和實施例且其將落在本發明的原理的精神和範圍內。更具體地，在前述公開、附圖和所附權利要求的範圍內，主題組合安排的組件部分和/或安排中有可能有各種變型和修改。除了組件部分和/或安排的變型和修改以外，替換使用也將對本領域技術人員明顯。
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 第一電路，用於確定何時電池電流降至閾值以下的第一電路；以及第二電路，用於響應於所述第一電路確定電池電流降至閾值以下而測量電池電壓。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第一電路包括: 差分放大器，用於感測上述電池電流並基於所述感測的電流提供輸出電壓；以及 比較器，用於基於所述輸出電壓和所述閾值的比較提供電流指示信號。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述第二電路包括: 第一採樣-保持電路，用於響應於所述電流指示信號存儲所述電池電壓。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，還包括第三電路，用於存儲與所述測得的電池電壓對應的值。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述第三電路包括: 模數轉換器，用於將從所述第一採樣-保持電路測得的電池電壓轉換成數字值；以及 一個或多個寄存器，用於存儲與所述測得的電池電壓對應的數字值。
6.如權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述第三電路進一步包括控制所述模數轉換器的定時的控制設備。
7.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於，還包括第二採樣-保持電路，用於響應於所述電流指示信號存儲與所述電池電流對應的值。
8.如權利要求7所述的裝置，`其特徵在於，還包括模數轉換器，用於將與所述電池電流對應的值轉換成數字值。
9.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述裝置是行動電話或平板計算機。
10.一種系統,包括: 處理器； 向所述處理器供電的電池；以及 確定所述電池的電壓的裝置，所述裝置包括:第一電路，用於確定何時電池電流降至閾值以下；以及 第二電路，用於響應於所述第一電路確定電池電流降至閾值之下而測量電池電壓。
11.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述第一電路包括: 差分放大器，用於感測所述電池電流並基於所述感測的電流提供電壓；以及 比較器，基於所述電壓和所述閾值的比較提供電流指示信號。
12.如權利要求11所述的系統，其特徵在於，所述第二電路包括: 第一採樣-保持電路，用於響應於所述電流指示信號存儲所述電池電壓。
13.如權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述裝置還包括: 模數轉換器，用於將從所述第一採樣-保持電路測得的電池電壓轉換成數字值；以及 一個或多個寄存器，用於存儲所述數字值。
14.如權利要求13所述的系統，其特徵在於，還包括控制所述模數轉換器的定時的控制設備。
15.如權利要求12所述的系統，其特徵在於，還包括第二採樣-保持電路，用於響應於所述電流指示信號存儲與所述電池電流對應的值。
16.如權利要求15所述的系統，其特徵在於，還包括:模數轉換器，用於將與所述電池電流對應的值轉換成數字值。
17.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述系統是行動電話或平板計算機。
18.一種方法，包括: 感測電池電流； 確定何時電池電流降至閾值以下；以及響應於所述電池電流被確定為降至閾值以下而測量電池電壓。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括: 當所述電池電流被確定為降至閾值以下時提供電流指示信號； 響應於所述電流指示信號存儲所述電池電壓。
20.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括: 將所述電池電壓 轉換成數字值。
【文檔編號】G01R19/165GK103460063SQ201180069644
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年12月28日 優先權日:2011年4月1日
【發明者】R·威豪爾, P·李, D·克魯斯 申請人:英特爾公司