專利名稱：具有功率提升的平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電池充電器和功率供給系統(tǒng)，具體而言，涉及用于具有可充電電源的平臺(tái)的功率供給。


在附圖中通過舉例而非限定性的方式示出了本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中，采用類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件。圖1是示出了用于計(jì)算平臺(tái)的常規(guī)適配器-電池-充電器系統(tǒng)的電路圖。圖2A示出了向電池組和平臺(tái)負(fù)載都提供功率的適配器的傳統(tǒng)模式。圖2B示出了都向平臺(tái)負(fù)載提供功率的適配器和電池組的升壓(boost)模式。圖3是示出了用于計(jì)算平臺(tái)，具有升壓模式能力的適配器-電池-充電器功率系統(tǒng)的電路圖。圖4是圖3功率系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。圖5示出了從圖4繪制出的圖，以展示將適配器連接到系統(tǒng)時(shí)的電路配置。圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例具有升壓能力的示范性充電器控制器電路的一部分。圖7示出了在平臺(tái)功耗水平從低于適配器能力的水平變?yōu)楦哂谶m配器能力的水平時(shí)，圖6的適配器-充電器-電池系統(tǒng)的模擬結(jié)果。圖8示出了來自圖7的結(jié)果，重點(diǎn)放在了向電池和平臺(tái)提供功率的適配器。圖9示出了來自圖7的結(jié)果，重點(diǎn)放在了補(bǔ)充適配器向平臺(tái)提供功率的電池。
具體實(shí)施例方式圖1是示出了用于向計(jì)算平臺(tái)提供功率的常規(guī)適配器-電池-充電器系統(tǒng)的電路圖。它通常包括如圖所示連接在一起的AC/DC適配器102、適配器保護(hù)開關(guān)(APS)103、電池充電器104、選擇器108、系統(tǒng)管理控制器(SMC) 110、電源開關(guān)(PS)網(wǎng)絡(luò)112和電池組114、 116。如這里使用的，術(shù)語“計(jì)算平臺(tái)”是指服從這里提出的原理的任何基于處理器的裝置， 包括，但不限于膝上計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、平板計(jì)算機(jī)或蜂窩電話，不過為了描述這里提出的技術(shù)，可能將諸如所謂筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)的便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)用作基本范例。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到， 可以在計(jì)算平臺(tái)中全部或部分并入所述的功率系統(tǒng)塊，實(shí)際上，在一些實(shí)施例中，除適配器之外，各部件是為平臺(tái)負(fù)載120提供功率的平臺(tái)的部分，例如，諸如處理器、顯示器、冷卻系統(tǒng)等的計(jì)算平臺(tái)的各部分構(gòu)成平臺(tái)負(fù)載120。適配器通過APS 103之內(nèi)的兩個(gè)保護(hù)開關(guān)Qadl和Qad2連接到平臺(tái)。適配器向平臺(tái) 120提供直流電源電壓，然后，如平臺(tái)內(nèi)部所需，通常會(huì)利用平臺(tái)之內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)DC到DC 轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。作為范例，對(duì)于諸如平板計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本或筆記本便攜式計(jì)算平臺(tái)的平臺(tái)，適配器可以直接向計(jì)算平臺(tái)負(fù)載120提供大約19到20VDC的直流電源。另一方面， 對(duì)于本范例，電池組可以提供較低的電源電壓，例如9到12VDC。平臺(tái)通常能夠接收各種各樣的輸入電源電壓(例如來自適配器的較高電壓和來自電池組的較低電壓)并將它們轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)膬?nèi)部電平。在很多情況下，平臺(tái)將適配器和電池電源兩者都逐步降低到例如從低于1. OV到5VDC范圍的電平。在適配器可用時(shí)，電池充電器104從適配器102向電池組114、116提供功率。如剛才論述的，由于適配器的輸出電壓一般大于來自電池組的電源，所以電池充電器通常包括降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，以將較高的適配器電壓(例如19-20V)轉(zhuǎn)換成較低的電池電壓(例如，9-12V)。在所示的圖中，電池充電器104包括同步降壓型轉(zhuǎn)換器，由連接在一起的開關(guān) QCHEHS/Qchels>電感器Laffi (具有被表示為Raffi的串聯(lián)電阻)和電容器C形成并且如現(xiàn)有技術(shù)公知的那樣工作。通常由SMC 110控制的選擇器108控制各種電源開關(guān)，包括電源開關(guān)網(wǎng)絡(luò)112中的那些開關(guān)，以將適當(dāng)?shù)碾姵亟M耦合到充電器104和/或平臺(tái)106。它還可以控制APS 103， 以將適配器耦合到平臺(tái)負(fù)載120。在斷開適配器102的連接時(shí)，電池組114或116通過PS 112之內(nèi)的開關(guān)O11或Qd2為整個(gè)平臺(tái)提供功率。(注意，還可以有未示出的嵌入式功率控制器，用于管理總體的平臺(tái)功率以及可能的其它環(huán)境參數(shù))。對(duì)于計(jì)算平臺(tái)而言，有時(shí)(例如，在工作溫度足夠低的時(shí)候)可能希望將一些平臺(tái)部件(例如，一個(gè)或多個(gè)處理器內(nèi)核和/或圖形處理器)驅(qū)動(dòng)到更高性能模式。例如，在這種模式期間(下文稱為“升壓”模式)，可能在例如從幾百微秒到幾十秒的時(shí)間內(nèi)更強(qiáng)勁地驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)部件。令人遺憾的是，這可能需要與適配器能夠可靠提供的功率量相比更大的功率量。因此，這里公開的方式涉及同時(shí)使用適配器和電池(或其它儲(chǔ)能裝置或儲(chǔ)能裝置的組合)在這種升壓模式期間向平臺(tái)提供功率。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，如果系統(tǒng)確認(rèn)電池已經(jīng)充電到足夠電平來支持它，則允許這樣的運(yùn)行模式。圖2A和2B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的這種方式。圖2A示出，在正常模式(例如， 充電模式)下，在平臺(tái)輸入功率低于適配器能力時(shí)，適配器和電池充電器系統(tǒng)的運(yùn)行可以與同時(shí)期的方案相同。適配器向平臺(tái)提供功率，還可能向電池充電器提供功率以對(duì)電池充 H1^ ο另一方面，圖2B示出了具有升壓模式能力的系統(tǒng)，由此適配器和電池組都向平臺(tái)提供功率。在一些實(shí)施例中，在平臺(tái)需求超過適配器功率輸出，并且電池組連接到平臺(tái)且具有充分充電狀態(tài)時(shí)，那么電池充電器以反向模式被平臺(tái)控制器用作同步升壓轉(zhuǎn)換器，以補(bǔ)充適配器提供給平臺(tái)負(fù)載120的功率，如圖2B所示。圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例用于平臺(tái)的功率系統(tǒng)。它類似于圖1的功率系統(tǒng)，只是除其它部件之外它還包括電池充電器控制器306，其被配置成控制充電器轉(zhuǎn)換器部件以工作在降壓(使電荷下降)和升壓(逐步升高，功率提升)模式?？梢孕薷暮?或增強(qiáng)其它塊以便于特定的設(shè)計(jì)考慮。圖4和5是圖3的功率系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖，以便于理解本發(fā)明的相關(guān)方面。對(duì)于電源開關(guān)(PS)塊312，可以假設(shè)包括G!D1、QD2開關(guān)，不包括QB1、QB2、 和Qc2開關(guān)。附圖突出了充電器204、控制器306和充電器的同步降壓轉(zhuǎn)換器的部件。如圖所示，同步降壓轉(zhuǎn)換器(Qaras, QCHELS' Lche)是固有的二象限電源，即其功率級(jí)可以作為功率源和功率耗散器工作而無需改變功率電路的基本功率元件。參考圖4，在平臺(tái)負(fù)載功率需求小于適配器上限輸出功率水平時(shí)，則可以允許適配器對(duì)電池充電，充電器處于充電模式。充電器充當(dāng)同步降壓轉(zhuǎn)換器。其輸入電壓來自適配器電源，于是等于適配器的輸出電源電壓。其輸出電壓為電池電壓，在一些實(shí)施例中，開關(guān) Qchehs的占空比可以是輸出電壓和輸入電壓的比率(開關(guān)Qqikhs和Qchrls是互補(bǔ)的)。另一方面，參考圖5，在平臺(tái)功率超過適配器功率能力時(shí)，充電器進(jìn)入升壓模式，電池充當(dāng)平臺(tái)負(fù)載的補(bǔ)充能量源。在這種模式中，充電器充當(dāng)同步升壓轉(zhuǎn)換器。其輸入電壓為電池電壓，其輸出電壓為適配器電壓。開關(guān)Qaras的占空比可以是輸入電壓和輸出電壓之間的比率(開關(guān)Qchkhs和QCHKlS是互補(bǔ)的)。圖6示出了可能適于控制器306的至少一部分并被用于證明本發(fā)明的電路。它允許充電器在以正常充電模式為電池充電以及在升壓模式期間利用電池存儲(chǔ)能量提升平臺(tái)負(fù)載功率之間的無縫過渡。該電路包括加法器(誤差放大器)602、補(bǔ)償器604、差分放大器 606和RS觸發(fā)器608，它們?nèi)鐖D所示耦合到充電器部件、適配器和電池。該電路構(gòu)成公知的用于控制同步降壓或升壓轉(zhuǎn)換器的PWM控制器。時(shí)鐘和斜變(鋸齒)信號(hào)通常是同相的且頻率相同，例如IOOkHz附近。補(bǔ)償器604可以包括濾波器(例如，在時(shí)鐘頻率處或附近具有極點(diǎn)的低通濾波器)以使來自加法器602輸出的誤差信號(hào)平滑，穩(wěn)定系統(tǒng)，提供誤差信號(hào)的必要放大并且產(chǎn)生期望的瞬態(tài)響應(yīng)。加法器和補(bǔ)償器基于(例如，經(jīng)由諸如圖3中傳感電阻器&的傳感電阻器)感測(cè)的適配器電流和適配器參考電流之間的差異來控制充電器占空比，在這種情況下，將適配器參考電流選擇為適配器額定最大平均工作電流。觸發(fā)器和時(shí)鐘控制開關(guān)(Qaras,Qa^s)的占空比和切換頻率，使得平均適配器電流(Iad)處于最大設(shè)定值。當(dāng)然，控制實(shí)施的具體額外細(xì)節(jié)可以變化，以適應(yīng)更好的瞬態(tài)特性，例如磁滯控制、恒定開機(jī)時(shí)間和恒定關(guān)機(jī)時(shí)間控制等，以及電池充電、系統(tǒng)、電池和適配器保護(hù)的不同模式等。由于控制器控制適配器電流以將其驅(qū)動(dòng)到其最大水平，開關(guān)將與電感器(Laffi)合作工作，使得在平臺(tái)負(fù)載需求大于適配器最高水平時(shí)，充電器電流(Iamgw)沿著箭頭所示的方向，且在平臺(tái)負(fù)載需求小于適配器最高水平時(shí)，沿著相反方向(以對(duì)電池充電)。在分立的點(diǎn)上，由于最大適配器電流水平，加法器602的設(shè)定參考輸入是由設(shè)計(jì)定義的，所以應(yīng)當(dāng)識(shí)別或假定交流適配器的最大額定電流。(注意，可以為電池引入更復(fù)雜的充電方案，任何熟悉本領(lǐng)域的人都容易提供具體的充電電流曲線)。圖7、8和9示出了利用諸如圖6的控制方案的功率系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬性能。圖7 示出了不同平臺(tái)功耗水平的系統(tǒng)。它示出了在平臺(tái)輸入電流從2安培過渡到6安培時(shí)的系統(tǒng)性能，在平臺(tái)電流升高到4安培以上時(shí)(在本范例中為適配器平均輸出電流的設(shè)定極限)，電池充電器開始通過對(duì)電池放電來提升平臺(tái)功率。圖8和9放大了圖7中的不同部分，以便展示在2個(gè)開關(guān)周期期間，針對(duì)穩(wěn)態(tài)平臺(tái)電流，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。注意，在所有水平的平臺(tái)輸入電流下，適配器的平均輸出電流都保持恒定為4A，即使從圖7看起來適配器輸出電流在不同情況下會(huì)變化。圖8示出了在平臺(tái)電流低于適配器額定電流(適配器最大電流為4A)時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行，適配器正在向平臺(tái)提供功率并為電池組充電。電池電流為負(fù)(正被充電)，如對(duì)降壓轉(zhuǎn)換器預(yù)計(jì)那樣，它是鋸齒形的。適配器電流是鋸齒和方波狀形狀的組合，因?yàn)樗碾娏魇瞧脚_(tái)輸入電流和用作降壓轉(zhuǎn)換器的充電器的脈動(dòng)輸入電流之和。
圖9示出了在平臺(tái)電流高于適配器額定電流且適配器和電池組正為平臺(tái)提供功率時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行。電池電流是正的(電池正向平臺(tái)提供其能量)。如對(duì)升壓轉(zhuǎn)換器預(yù)計(jì)的那樣，它是鋸齒形的。適配器電流是鋸齒和方波狀形狀的組合，因?yàn)樗碾娏魇瞧脚_(tái)輸入電流和用作升壓轉(zhuǎn)換器的充電器的脈動(dòng)輸出電流之差。在前面的描述中，已經(jīng)闡述了很多具體細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)理解可以不需要所列舉的具體細(xì)節(jié)來實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。在其它情況下，可能沒有詳細(xì)示出公知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以避免對(duì)本說明的理解造成混淆。有鑒于此，提到“一個(gè)實(shí)施例”、“一實(shí)施例”、“范例實(shí)施例”、“各實(shí)施例”等是表示這樣描述的本發(fā)明實(shí)施例可以包括特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性， 但并非每個(gè)實(shí)施例都必然包括該特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。此外，一些實(shí)施例可以具有針對(duì)其它實(shí)施例描述的一些、全部特征或沒有針對(duì)其它實(shí)施例描述的任何特征。在前面的描述和以下權(quán)利要求中，應(yīng)以以下所述來理解以下術(shù)語可以使用術(shù)語 “耦合”和“連接”以及其變型。應(yīng)當(dāng)理解，這些術(shù)語并非意在彼此作為同義詞。相反，在特定實(shí)施例中，使用“連接”表示兩個(gè)或更多元件彼此直接物理接觸或電接觸。使用“耦合”表示兩個(gè)或更多元件合作或彼此交互，但它們可以直接或不直接物理或電接觸。術(shù)語“PMOS晶體管”是指P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。類似地，“NMOS晶體管”是指N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，無論何時(shí)使用術(shù)語“M0S晶體管”、“NMOS晶體管”或“PMOS晶體管”，都是以示范性方式使用它們，除非另行明確指出或通過其使用屬性指明。它們涵蓋不同種類的MOS器件，包括具有不同VT、材料類型、絕緣體厚度、柵極配置(僅僅提到一些)的器件。此外，除非特定稱為MOS等，術(shù)語晶體管可以包括適當(dāng)晶體管類型，例如結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極性結(jié)晶體管、金屬半導(dǎo)體FET和各種三維晶體管、MOS或其它晶體管，無論是當(dāng)前已知的還是尚未開發(fā)出的。本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例，而是可以在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)進(jìn)行修改和變化而加以實(shí)踐。例如，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，本發(fā)明適用于各種類型的半導(dǎo)體集成電路 (“IC”)芯片。這些IC芯片的范例包括，但不限于處理器、控制器、芯片組部件、可編程邏輯陣列(PLA)、存儲(chǔ)器芯片、網(wǎng)絡(luò)芯片等。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，在一些附圖中，用線表示信號(hào)導(dǎo)線。一些線可能更粗，表示更多成分信號(hào)通路，可能具有數(shù)字標(biāo)記，表示若干成分信號(hào)通路，和/或在一端或多端具有箭頭， 表示基本信息流方向。不過，不應(yīng)以限制性方式來理解這種情況。相反，可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例使用這種增加的細(xì)節(jié)以有助于更容易理解電路。無論是否有附加信息，任何所表示的信號(hào)線都可以實(shí)際包括一個(gè)或多個(gè)信號(hào)，信號(hào)可以沿多個(gè)方向行進(jìn)并可以利用任何適當(dāng)類型的信號(hào)方案來實(shí)現(xiàn)，信號(hào)方案例如有利用差分對(duì)、光纖線路和/或單端線路實(shí)現(xiàn)的數(shù)字或模擬線路。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，可能給出了范例尺寸/模型/值/范圍，但本發(fā)明不限于此。隨著制造技術(shù)(例如光刻)日漸成熟，預(yù)計(jì)能夠制造更小尺寸的器件。此外，為了例示和論述簡(jiǎn)單起見，公知的與IC芯片和其它部件的功率/地連接可能在圖中示出或未示出，以免使本發(fā)明模糊不清。此外，可以通過方框圖形式顯示布置，以免使本發(fā)明模糊不清，還考慮到如下事實(shí)相對(duì)于實(shí)施這種方框圖布置的具體細(xì)節(jié)高度取決于要在其中實(shí)施本發(fā)明的平臺(tái)，即， 這種具體細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng)在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識(shí)領(lǐng)域之內(nèi)。在為了描述本發(fā)明的范例實(shí)施例而闡述具體細(xì)節(jié)(例如電路)的地方，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，可以無需這些具體細(xì)節(jié)或?qū)@些具體細(xì)節(jié)做出改變來實(shí)踐本發(fā)明。因而，應(yīng)當(dāng)將說明書視為是示范性的，而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括平臺(tái)負(fù)載；以及充電器，在充電模式期間逐步降低來自適配器的電壓以對(duì)電池進(jìn)行充電，在升壓模式期間所述充電器逐步提高所述電池的電壓以和所述適配器一起向所述平臺(tái)負(fù)載提供電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述充電器包括電感器以及第一和第二開關(guān)，以在所述充電模式期間充當(dāng)同步降壓轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述電感器以及第一和第二開關(guān)在所述升壓模式期間充當(dāng)同步升壓轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述平臺(tái)負(fù)載和充電器是公共底座的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述平臺(tái)負(fù)載包括用于移動(dòng)計(jì)算機(jī)的處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在所述平臺(tái)負(fù)載需要足夠高的電流時(shí)發(fā)生所述升壓模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在所述平臺(tái)負(fù)載需要足夠低的電流且所述電池準(zhǔn)備好充電時(shí)發(fā)生所述充電模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中控制所述充電器使得所述適配器提供最大平均工作電流。
9.一種方法，包括在充電模式期間從適配器向平臺(tái)負(fù)載和電池提供電流；以及在升壓模式期間從所述適配器和所述電池向所述平臺(tái)負(fù)載提供電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括在所述充電模式和升壓模式期間都從所述適配器提供最大平均工作電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中從所述電池向所述平臺(tái)負(fù)載提供電流包括利用與所述適配器電路并聯(lián)工作的升壓轉(zhuǎn)換器將來自所述電池的電壓逐步升高到所述適配器的電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中從所述適配器向所述電池提供電流包括使用降壓轉(zhuǎn)換器將所述適配器的電壓逐步下降到所述電池的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述降壓和升壓轉(zhuǎn)換器是由公共電感器和公共電源開關(guān)形成的。
14.一種計(jì)算平臺(tái)，包括平臺(tái)負(fù)載；電池組；以及包括第一和第二電源開關(guān)和電感器的電池充電器，所述充電器在充電模式期間使適配器為電池充電，在升壓模式期間使所述電池與所述適配器一起向所述平臺(tái)負(fù)載提供電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算平臺(tái)，其中所述充電器在所述充電模式期間將所述適配器電壓逐步降低到所述電池組電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計(jì)算平臺(tái)，其中所述充電器在所述升壓模式期間將所述電池電壓逐步升高到所述適配器電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算平臺(tái)，其中所述第一和第二電源開關(guān)和電感器在所述充電模式期間用作降壓轉(zhuǎn)換器，在所述升壓模式期間用作升壓轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有功率提升的平臺(tái)。這里公開的方法涉及同時(shí)使用適配器和電池為計(jì)算機(jī)平臺(tái)供電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102207766SQ201110075510
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者A·B·烏安佐利, A·W·基特斯 申請(qǐng)人:英特爾公司