ES2714683T3 - Circuito y método de funcionamiento para una fuente de alimentación eléctrica - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo electronico portatil, que comprende: una bateria recargable (24); un controlador (20, 50 + Q2, U909) configurado para recibir potencia USB desde una fuente externa y suministrar energia a la bateria recargable y uno o varios componentes de dispositivo portatil, comprendiendo el dispositivo electronico portatil el uno o varios componentes de dispositivo portatil; y un interruptor (Q1, Q3, Q908) configurado para aislar la bateria recargable desde el uno o varios componentes de dispositivo portatil y controlar un suministro de energia a la bateria recargable; un circuito de deteccion (30) configurado para comparar un nivel de tension de sistema reflejado con un nivel de tension de referencia, reflejando el nivel de tension de sistema reflejado un nivel de tension de sistema de la energia suministrada al uno o varios componentes de dispositivo portatil, el circuito de deteccion configurado para controlar el interruptor para limitar la carga de la bateria desde la fuente externa de tal manera que: la energia se configura para suministrarse desde la bateria hasta el uno o varios componentes de dispositivo portatil mediante le interruptor cuando el suministro de energia no esta disponible, en donde el nivel de tension de sistema reflejado refleja tambien el nivel de tension de la bateria recargable; la energia se configura para suministrarse desde el suministro de energia hasta la bateria mediante el interruptor y hasta el uno o varios componentes de dispositivo portatil cuando el suministro de energia esta disponible, en donde el circuito de deteccion mantiene el nivel de tension de sistema reflejado para ser al menos un nivel de tension de sistema minimo requerido para el funcionamiento del uno o varios componentes de dispositivo portatil modulando el interruptor.
Description
DESCRIPCION
Circuito y metodo de funcionamiento para una fuente de alimentacion electrica
Campo tecnico
La presente invencion se refiere en general a cargadores de bateria, y mas espedficamente a un metodo y aparato para carga de una bateria en un dispositivo de comunicacion portátil desde varias fuentes de alimentacion, incluyendo fuentes de capacidad limitada tal como un nodo de alimentacion integral de un bus de datos de ordenador. Uno de dichos buses de datos de ordenador seria un puerto USB (Universal Serial Bus).
Tecnica antecedente
Con la revolucion de los ordenadores y de la information, los dispositivos electronicos portáteils tales como telefonos celulares, asistentes digitales personales (PDA), buscas digitales y dispositivos de correo electronico inalambrico, estan convirtiendose en muy comunes. Estos dispositivos portáteils estan alimentados normalmente por baterias internas que deben recargarse periodicamente por una fuente de potencia externa, usando un cargador de baterias. Los cargadores de baterias reciben en general potencia desde una toma de la red electrica de CA estandar y convierten la potencia de CA en una baja tension de CC para la recarga de la bateria.
Los cargadores de baterias de estos dispositivos portáteils tambien emplean generalmente un “controlador de carga de la bateria” para gestionar la carga de la bateria. Dichos controladores de carga de bateria ofrecen funcionalidades tales como:
o regulation de los niveles de tension y corriente para la bateria recargable;
o proporcionar senales de estado al procesador principal del dispositivo portát,il o el funcionamiento de uno o mas lEd (diodos emisores de luz) de estado;
• proporcionar circuitos de protection tales como de sobrecorriente, baja tension, polaridad inversa y protection por sobretemperatura; y
• desconectarse a si mismos cuando la fuente de carga se haya retirado, para minimizar el drenaje de la bateria. Los paquetes de baterias de ion de litio, por ejemplo, deben cargarse de acuerdo con un algoritmo relativamente estricto de modo que pueda cargarse totalmente, cargarse y recargarse muchas veces, y funcionar con seguridad. Este algoritmo de carga procede generalmente como sigue:
1. en una primera etapa, se acomete cualquier caida de tension severa o condiciones de descarga profunda. Durante esta etapa de precarga, la tension de la bateria se lleva suavemente hacia arriba desde un estado muy bajo o muerto, normalmente a una tasa de 1/10 de la corriente de carga regular;
2. a continuation, se carga la bateria con un nivel de corriente constante, hasta que la tension a traves de la bateria alcanza su nivel de diseno (digamos, 4,2 V CC). En este punto la bateria solo estara del 40 al 70 % de su capacidad total; y a continuacion
3. la carga de la bateria continua a un nivel de tension constante (de nuevo, digamos 4,2 V CC) hasta que este totalmente cargada. En este modo, la corriente extraida por la bateria caera a lo largo del tiempo. Cuando la corriente de carga ha caido al 10 % de la tasa de carga inicial, o en algun otro limite determinado por el fabricante de la bateria, la carga se detiene.
La carga debe detenerse en este punto debido que no es aceptable goteo de carga para las baterias de ion de litio; una sobrecarga danaria las celdas, posiblemente retirando el plateado de litio y convirtiendose en peligroso.
Por ello, las baterias de litio son casi siempre usadas invariablemente con controladores de carga de baterias disenados para sus parametros de carga particulares.
Desafortunadamente, la mayor parte de los controladores de carga de bateria se disenan para extraer desde una fuente de alimentacion de alta capacidad con una tension estable que no se debilitara apreciablemente bajo sus demandas de corriente. Este es un problema cuando se intenta usar una fuente de alimentacion con capacidad limitada. Algunos buses de datos de ordenador, tal como los buses USB (universal serial bus) pueden usarse para proporcionar potencia a dispositivos externos, pero aunque dichas fuentes de alimentacion son muy convenientes, tienen una capacidad limitada.
La mayoria de los ordenadores personales (PC) y ordenadores portáteils disponibles hoy en dia, estan provistos con uno o mas puertos USB como componentes estandar. Los puertos USB se disenan para soportar comunicacion de datos a velocidades de hasta 12 megabits y 1,5 megabits por segundo, soportar instalacion de software PnP (Plug and Play) y soportar conexion en caliente (es decir los dispositivos pueden conectarse y desconectarse mientras el PC esta en ejecucion). Por ello, los puertos USB se usan frecuentemente como interfaces para conectar teclados, ratones, consolas de juego, impresores y escaneres a los PC.
Asimismo, los puertos USB son operativos para suministrar una potencia limitada a los dispositivos externos conectados. La especificacion USB estandar requiere que los puertos USB de “alta potencia" sean operativos para proporcionar una tension de alimentacion de 4,75 - 5,25 V CC y suministrar corriente de al menos 500 mA (frecuentemente denominadas como “cinco unidades"). La especificacion para puertos USB de “baja potencia" requiere una tension de alimentacion de 4,40 - 5,25 V CC y una corriente de 100 mA (denominada como “una unidad").
Los puertos USB parecerian ser una eleccion muy logica como fuente de alimentacion para dispositivos portáteils por un cierto numero de razones. Para comenzar, los puertos USB suministran una alimentacion de tension en CC que esta frecuentemente muy proxima a, o justamente por encima de, la tension de la bateria que esta siendo cargada (muchos dispositivos portáteils tienen tensiones de bateria en el intervalo de 2,5 - 4,5 V CC). Asimismo, muchos dispositivos portáteils pueden ser operativos para subir y descargar datos o software, a y desde un ordenador personal o un ordenador portátil (frecuentemente denominado como un “syncing"). De ese modo, muchos dispositivos portáteils estan alimentados con estaciones de conexion tal como la mostrada en el diagrama del sistema de la Figura 1. Este es un sistema muy directo, dado que la estacion de conexion 10 se conecta a un puerto USB 12 de un ordenador personal (PC) 14 a traves de un simple cable y conectores USB 16. El dispositivo portátil 18 solo necesita depositarse sobre la estacion de conexion 10 y se realiza la conexion electronica al PC 14.
Si el puerto USB 12 tiene potencia suficiente, tiene mucho mas sentido usar el puerto USB 12 para suministrar potencia de carga al dispositivo portáti 1l8, en lugar de usar un cargador de CA separado. Por ejemplo:
1. una fuente de alimentacion USB tendra menor ruido electrico que un cargador de CA, a menos que el cargador de CA incorpore grandes condensadores o inductores de CC;
2. un cargador de CA requiere o bien un pesado transformador o bien una cara fuente de alimentacion conmutada, nada de lo cual se requeriria si se usara la alimentacion USB;
3. en la implementacion de la fuente de alimentacion USB, el cable y conectores 16 usados para conectar la estacion de conexion 10 al PC 14 se usarian para llevar tanto potencia como datos, de modo que no se requeriria en absoluto ningun componente extra. Por el contrario, habria de proporcionarse una fuente de alimentacion de CA como un componente fisico separado del cable de datos USB; y
4. no hay normas universales para fuentes de alimentacion de CA; una fuente de alimentacion de CA puede requerir 120 V CA o 240 V CA y puede proporcionar 3, 4,5, 6, 7,5 o 9 V CC de salida, con uno de un gran numero de diferentes posibles conectores y polaridades. Un viajero que olvide su fuente de alimentacion de CA en casa, puede no ser capaz de hallar sustituto adecuado.
Por el contrario, la norma USB esta ampliamente aceptada, de modo que un viajero cuyo dispositivo movil este equipado con un conector USB tendra una mucha mayor oportunidad de hallar una fuente de carga.
Por ello, seria claramente deseable usar la potencia del USB para cargar dispositivos portáteils. Desafortunadamente sin embargo, como se ha observado anteriormente, los puertos USB solo pueden proporcionar una potencia limitada. El problema queda claro cuando se considera el diagrama de bloques de la Figura 2. En este escenario, el dispositivo portátil 18 y el controlador de carga de bateria 20 se conectan al puerto USB 12 en paralelo, dado que bajo condiciones de carga el interruptor de control 22 estara conmutado de modo que el dispositivo portátil 18 extraera alimentacion del puerto USB 12. Cuando la bateria 24 haya quedado totalmente cargada por el controlador de carga de bateria 20 y la alimentacion del puerto USB 12 retirada, el interruptor de control 22 se conmuta a continuacion de modo que el dispositivo portátil 18 extrae la potencia de la bateria 24. Este tipo de circuito puede trabajar en algunas circunstancias, pero no es aceptable en donde la fuente de potencia tiene una capacidad limitada.
Si se intenta alimentar el dispositivo portátil 18 y el controlador de carga de bateria 20 simultaneamente desde la tarjeta USB 12, es bastante probable que se coloque una carga demasiado grande sobre la tarjeta USB 12. La carga excesiva sobre la tarjeta USB 12 puede dar como resultado una situation de baja tension o baja corriente que daria como resultado un cierto numero de problemas indeseables tales como: la bateria 24 no quede apropiadamente cargada o quede permanentemente danada, o el dispositivo portátil 18 funcione erraticamente o quede danado.
Como alternativa, la bateria 24 y el dispositivo portátil 18 pueden disponerse tal como se muestra en la Figura 3 de modo que queden ambos alimentados por el controlador de carga de bateria 20. Aunque dicho diseno reduciria la extract ion de potencia total por parte del dispositivo portátil 18 y la bateria 24 en combinat ion, hay un cierto numero de otros problemas:
1. de modo mas importante, no haya un control sobre la potencia total que se extrae desde el puerto USB 12; 2. la potencia extraida por el dispositivo portátil 18 podria perturbar la protection cuidadosamente disenada y mecanismos de carga del controlador de carga de bateria 26;
3. el dispositivo portátil 18 y la bateria 24 compiten arbitrariamente por la potencia disponible, de modo que puede afectar adversamente al funcionamiento entre ellos. Si la tension disponible cae demasiado bajo, o esta disponible una corriente insuficiente, ambos dispositivos pueden funcionar erraticamente, o fallar todos a la vez; 4. Si la bateria 24 esta en un estado de descarga profundo cuando se conecta la potencia, la tension al
dispositivo portátil 18 caera al nivel de la bateria profundamente descargada. Normalmente, los dispositivos portáteils l8 no seran operativos en dicho nivel de baja tension; y
5. la corriente que debe suministrarse a la bateria 24 y al dispositivo portátil 18 debe disiparse por el controlador de carga de bateria 20 o un semiconductor externo en alguna forma. Cuanta mas potencia se disipa, mayor debe ser el controlador de carga de bateria 20 (o el semiconductor externo controlado por el controlador de carga de bateria 20). Generalmente, la capacidad de un semiconductor para disipar potencia varia con su area superficial, por ello, si la disipacion de potencia se duplica, el semiconductor debe incrementar en cuatro veces el area superficial.
Podrian desarrollarse nuevos controladores, dedicados de carga de bateria que se disenen para funcionar con una fuente de alimentacion USB y un dispositivo portátil 18, lo que seria una solucion cara y complicada. Cada controlador de carga de bateria tendria que disenarse para adaptarse a una pareja particular de dispositivo portátil 18 y bateria 24 debido a que tendria que tener en cuenta los requisitos de consumo de potencia de ambos componentes.
Existe por tanto una necesidad de un metodo y aparato que permita que buses de datos de ordenador estandar tales como los puertos USB alimenten simultaneamente dispositivos portáteils 18 y sus circuitos de carga de bateria 20 asociados sin tener que disenar nuevos controladores de carga de bateria con aplicaciones muy especificas. Este diseno debe proporcionarse con consideracion a los estrechos parametros de funcionamiento de los circuitos de carga de bateria, la limitada area de tarjeta fisica en dispositivos portáteils, y la fiabilidad y complejidad del diseno.
El documento US 6252375 divulga un sistema de gestion de la potencia e incremento de corriente y metodo y aparato cargador de baterias para un periferico de ordenador. El metodo de incremento de corriente es para su uso con un subsistema periferico alimentado por ordenador que incluye una carga dinamica, requiriendo la carga dinamica mayor potencia, de vez en cuando, que la potencia disponible especificada desde el ordenador y el bus o interfaz interconectado especificado. Este metodo incluye el uso de un nodo de potencia que suministra potencia segun sea necesario desde la bateria a la carga dinamica, de modo que la carga dinamica variable no exceda la potencia especificada disponible desde el ordenador y bus interconectado. El metodo incluye la supervision de la corriente de carga, y la inyeccion de corriente dentro del nodo de potencia para incrementar la capacidad de control de corriente del ordenador y bus periferico. Preferentemente, la inyeccion se realiza selectivamente basandose en el resultado de la supervision, por ejemplo solamente cuando la corriente de carga detectada esta aproximandose a un nivel de umbral definido. Adicionalmente, la carga de bateria se realiza solamente cuando se determina que no se esta extrayendo corriente a traves de la bateria para evitar distorsion en la lectura de tension. El aparato es tambien para la carga selectivamente de la bateria a partir de la corriente en el bus durante periodos de pausa relativa de carga dinamica periferica. El aparato incluye medios para la determinacion de la capacidad de carga de la bateria de acuerdo con criterios de capacidad de carga predefinidos, y un circuito de carga de bateria sensible a los medios de determinacion para cargar la bateria selectivamente solo durante tiempos en los que la corriente de carga periferica esta limitada y hay suficiente corriente disponible en el bus desde el ordenador para recargar la bateria.
Divulgacion de la invencion
Es por lo tanto un objetivo de la invencion proporcionar un metodo y aparato novedosos que permitan que se alimenten controladores de carga de bateria estandar desde puertos de datos de ordenador estandar y otras fuentes de potencia, que obvie o mitigue al menos una de las desventajas de la tecnica anterior. La invencion se refiere a un dispositivo electronico portátil de acuerdo con la reivindicaci 1ón y a un metodo de control de una fuente de alimentacion USB de acuerdo con la reivindica 1c2i.ón
Breve descripción de los dibujos
Estas y otras caracteristicas de la invencion seran mas evidentes a partir de la descripción que sigue en la que se hace referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 presenta una disposition fisica de un ordenador personal conectado a un dispositivo electronico portátil de una manera conocida en la tecnica;
la Figura 2 presenta un diagrama de bloques electrico de un circuito de carga de bateria y un dispositivo portátil que esta alimentado en paralelo;
la Figura 3 presenta un diagrama de bloques electrico de una bateria y dispositivo portátil estando ambos alimentados por un controlador de carga de bateria;
la Figura 4 presenta un diagrama electrico esquematico de un circuito de carga de bateria en una amplia realization de la invencion;
la Figura 5 presenta un diagrama de tiempos de curvas de tension, corriente y potencia para la carga de una bateria de ion de litio en una realización de la invencion;
la Figura 6 presenta un diagrama electrico esquematico de un circuito de carga de bateria en una realizacion simple de la invencion;
las Figuras 7A, 7B y 7C presentan un diagrama electrico esquematico de un circuito de carga de bateria en una realización global de la invencion;
la Figura 8 presenta un diagrama de flujo de un metodo de funcionamiento de un circuito de carga de bateria en una realización de la invencion.
Mejor modo de llevar a cabo la invencion.
Como se ha explicado anteriormente, no hay actualmente ningun diseno efectivo que sea capaz de alimentar tanto un dispositivo portátil 18 como una bateria recargable 24 a partir de una fuente de alimentacion con capacidad limitada.
Un circuito que supera cierto numero de problemas en la tecnica, se presenta como un diagrama de bloques en la Figura 4. Esta figura presenta un circuito de carga de bateria construido alrededor de un controlador de carga de bateria 20 estandar. En esta realización de la invencion, el controlador de carga de bateria 20 recibe alimentacion desde una fuente externa (Vbus) y alimenta al dispositivo portátil 18 y bater ia o baterias recargables 24 en paralelo, pero la alimentacion a la bateria 24 se realiza a traves de un interruptor de semiconductor Q1. El control del flujo de corriente a traves del interruptor de semiconductor Q1 se modula por un circuito de detection de tension 30 que mide la caida de tension a traves del controlador de carga de bateria 20 y reduce el flujo de corriente a traves del interruptor de semiconductor Q1 a la bateria 24 cuando la caida de tension es demasiado grande.
El circuito de deteccion de tension 30 permite que el consumo de potencia total al circuito se reduzca debido a que la salida de corriente del controlador de carga de bateria 20 es controlable, y la potencia es el producto de la caida de tension por la corriente. La mayor parte de los controladores de carga de bateria 20 conocidos en la tecnica estan provistos con alguna clase de control de corriente maxima. En las realizaciones de ejemplo descritas en el presente documento a continuation, por ejemplo, la salida de corriente maxima del controlador de carga de bateria 20 se fija simplemente a traves de una resistencia externa R1, aunque, por supuesto, la corriente de salida podria controlarse tambien en muchas otras formas (por ejemplo, siendo programable, especifica de la aplicacion, o fijada a traves de alguna forma de senal de entrada analogica o digital).
Tambien en las realizaciones descritas en el presente documento a continuacion, el circuito de deteccion de tension 30 en si se proporciona a traves de un amplificador operacional (op amp). Asi, la caida de tension a traves del controlador de carga de bateria 20 podria medirse simplemente mediante la comparacion de la tension en la entrada y salida del controlador de carga de bateria 20, tal como se muestra en la Figura 4. Alternativamente, podria tomarse una entrada al op amp desde la salida del controlador de carga de bateria 20, mientras que la otra podria ser alguna tension de referencia Vref; o bien emulando la entrada Vbus del controlador de carga de bateria 20, o siendo escalada en alguna forma.
Asi mediante la supervision de la caida de tension a traves del controlador de carga de bateria 20 y conociendo la corriente maxima que puede proporcionar, se sabe la potencia total. Usando esta information para modular la potencia de la bateria 24, puede controlarse la potencia total disipada por el controlador de carga de bateria 20.
Tambien, debido a que este circuito modula la potencia disponible para la bateria 24, este circuito puede disenarse para asegurar que el dispositivo portátil 18 recibe la potencia que requiere para el funcionamiento, mientras que la bateria recargable 24 solo recibe potencia cuando hay disponible un exceso de capacidad.
La potencia total consumida puede modularse por lo tanto para permanecer dentro de los limites de la potencia disponible desde el puerto USB 12, y dentro del intervalo de potencia en el que el controlador de carga de bateria 20 es capaz de disipar. Esto permite que se usen controladores de carga de bateria 20 “de estanteria”, en lugar de tener que disenar controladores de carga de bateria 20 nuevos y mayores que puedan disipar potencia suficiente para alimentar tanto el dispositivo portátil 18 como la bateria 24. Tambien permite que el controlador de carga de bateria 20 o el elemento de control externo se mantengan fisicamente pequenos.
Con este mecanismo de modulation de potencia, ya no hay competition de potencia entre el dispositivo portátil 18 y la bateria 24. La bateria 24 recibe potencia solamente si hay mas potencia disponible que la que requiere el dispositivo portátil 18. Esto puede parecer inconsistente con los requisitos de carga de baterias tales como celdas de litio, pero los parametros del circuito pueden disenarse facilmente para adaptarse a ellas.
Como se ha hecho notar anteriormente, los controladores de carga de bateria se disenan normalmente para adaptarse a una bateria o familia de baterias en particular. Por ejemplo, las baterias de litio se cargan en tres fases:
1. resolver condiciones de descarga profunda;
2. carga a corriente constante hasta que la bateria alcanza un cierto nivel de tension; y a continuacion
3. carga a tension constante hasta que la corriente de carga cae a un cierto punto.
Durante el manejo inicial de las condiciones de descarga profunda, se proporciona comparativamente poca corriente a la bateria (normalmente 1/10 de la corriente de carga). El circuito de la invencion se disena por lo tanto de modo que raramente se denegara a la bateria esta demanda muy modesta de potencia.
La fase de carga a corriente constante extrae la mayor cantidad de potencia, pero las celdas de litio no sufren si la corriente de carga se modula o se somete a ciclos durante esta fase. Por ello, es esta la fase que es alterada en su mayor parte por el circuito de la invencion. Si el dispositivo portátil 18 se usa una gran cantidad durante esta fase, el unico impacto negativo sera que la carga de la bateria 24 dura mucho mas.
Durante la fase de carga a tension constante, la corriente maxima es menor que la de la fase a corriente constante y cae continuamente cuando la bateria 24 queda totalmente cargada. Mas importante, la tension de la bateria 24 permanece en un nivel constante, y maximo, durante esta fase, de modo que la potencia total disipada por el controlador de carga de bateria 20 sera mas baja durante la fase a tension constante, que lo que fue durante la fase a corriente constante.
Como se describira con mayor detalle en el presente documento a continuacion, el circuito de deteccion de tension 30 se disena para saturar el interruptor de semiconductor Q1 cuando se alcanza el nivel de tension de carga completa (es decir el interruptor de semiconductor Q1 no restringe el flujo de corriente en absoluto en este punto).
Se muestra en la Figura 5 el cambio en la disipacion de potencia a lo largo del tiempo. Se muestran cuatro curvas en esta figura: la tension de la bateria 24, etiquetada Vbat, la corriente de carga, etiquetada Icarga, la caida de tension a traves del controlador de carga de bateria 20, etiquetada VcaIda y la potencia total disipada, etiquetada PBCC. Observese que VcaIda varia inversamente con Vbat y que la potencia disipada por el controlador de carga de bateria 20, es el producto de Icarga y VcaIda.
Claramente, durante la fase de acondicionamiento, la tension de bateria Vbat es demasiado baja, de modo que VcaIda sera alta. Sin embargo, Icarga es tambien baja durante esta fase (aproximadamente 1/10 de ImAxcarga, la corriente de carga maxima) de modo que la potencia total disipada es modesta.
Durante la fase a corriente constante, la corriente de carga se eleva hasta ImAxcarga, pero la tension de la bateria, Vbat, cae cuando la bateria queda cargada, de modo que la potencia disipada por el controlador de carga de bateria 20 cae a lo largo del transcurso de esta fase.
Cuando se inicia la fase a tension constante, la tension de bateria ha alcanzado su nivel totalmente cargado, Vplena-carga, de modo que VcaIda esta en un minimo. Cuando Icarga cae a lo largo del transcurso de esta fase, la potencia disipada tambien continua cayendo (notese de nuevo, que la potencia disipada es el producto de Icarga y VcaIda).
Claramente entonces, el nivel de potencia mayor se extrae durante la fase a corriente constante. Como se ha hecho notar anteriormente, la carga de la bateria 24 puede tratarse en ciclos durante esta fase, de modo que la restriccion en la corriente a la bateria 24 durante esta fase, es permisible.
Este circuito tambien permite al usuario arrancar su dispositivo portátil 18 rapidamente debido a que aisla la bateria 24 del dispositivo portátil 18. Si la bateria 24 y el dispositivo portátil 18 se conectaran cuando el controlador de carga de bateria 20 intenta acondicionar una bateria 24 profundamente descargada, la tension en el dispositivo portátil 18 caeria hasta el nivel de bateria 24 profundamente descargada. Normalmente este seria demasiado bajo para un funcionamiento apropiado del dispositivo portátil 18. Con el circuito de la invencion, la bateria 24 y el dispositivo portátil 18 estan aislados por Q1. Incluso si la bateria 24 esta en un estado de descarga profunda, el dispositivo portátil 18 aun vera una tension que es suficientemente alta para un funcionamiento apropiado.
El tiempo para el arranque del dispositivo portátil 18 esta limitado solamente por el tiempo disponible del controlador de carga de bateria 20 en si. Una cifra tipica para este comienzo es 1 ms - 4 ms, aunque podria variar de un controlador de carga de bateria 201 a otro.
Por ello, el uso del circuito de la Figura 4 permite a buses de datos de ordenador y fuentes de alimentacion similares con capacidad limitada, suministrar simultaneamente potencia a dispositivos portáteils y baterias descargadas.
Se describiran ahora un cierto numero de diferentes realizaciones de la invencion. Cada realizacion usa un numero muy pequeno de componentes simples, fiables. De ese modo, como conjunto, la invencion proporciona una solucion efectiva que es barata, fiable y consume un minimo espacio de tarjeta en un dispositivo portát.il
Implementacion basica
La Figura 6 presenta un diagrama electrico esquematico de un circuito de carga que emplea cuatro componentes principales: un controlador de carga de bateria 50 NCP1800, un semiconductor Q2, que sirve como un elemento de control externo para el controlador de carga de bateria 50, un amplificador operacional (opamp) 52, y un MOSFET (transistor de efecto de campo metal-óxido-silicio) Q3, que controla la corriente a la bateria recargable 24.
El controlador de carga de bateria 50 NCP1800 es un controlador de carga de baterias de ion de litio, de celda unica estandar como es conocido en la tecnica. La corriente maxima que este dispositivo proporcionara se regula por la resistencia entre el terminal ISEL y tierra. En este caso, se usan tres resistencias R2, r3 y R4 para fijar los niveles
de corriente maxima para diferentes condiciones de funcionamiento. La condicion por omision es que solo estan disponibles 100 mA (USB de baja potencia), lo que establece el valor para la resistencia R2. Si se detecta que el dispositivo esta conectado a una fuente USB de alta potencia, entonces la puerta del MOSFET Q4 se energizara, y la resistencia entre ISEL y tierra se fijara por la resistencia de R2 y R3 en paralelo.
De modo similar, si se detecta que la fuente de potencia para el circuito tiene incluso mas potencia disponible (un enchufe a CA o un adaptador de coche, por ejemplo), entonces se energizara el MOSFET Q5 de modo que la resistencia entre ISEL y tierra se fijara por la resistencia de R2 y R4 en paralelo. El circuito de la Figura 6 estara incluido normalmente en los dispositivos portáteils 18 en si, o en la estacion de conexion 10, de modo que deberia estar tambien operativo con dichas alimentaciones de alta capacidad potencia.
Estan disponibles las notas de aplicacion del fabricante del controlador de carga de bateria 50 NCP1800 lo que ayudara al disenador al establecimiento de los parametros y valores especificos para las resistencias R2, R3 y R4 y la transistor de control Q2.
La parte de deteccion de tension de este circuito es proporcionada por el op amp 52, junto con las resistencias R5 y R6, y el condensador C1. Este circuito supervisa la tension en el lado de colector de Q2 (a traves del divisor de tension R5 y R6), y lo compara con un nivel de referencia (en este caso, Vref = 3,3 V). Si la tension en el lado del colector de Q2 cae, entonces la caida de tension a traves de Q2 se eleva y la potencia que debe disipar se eleva. Para reducir la potencia que debe disiparse, el op amp 52 restringe la corriente a traves de Q3 incrementando su resistencia de drenaje a fuente.
Observese que Vref puede proporcionarse simplemente desde Vbus y un regulador de tension. Vref se usa como una entrada al op amp 52 en lugar del Vbus debido a que el regulador proporcionara una tension de salida constante, mientras que Vbus tiene un intervalo amplio que hace el diseno mas dificil. Los valores de las resistencias R5 y R6 se establecen simplemente por la necesidad de escalar el valor de Vbus al valor de Vref.
Tambien, observese que el condensador C1 se incluyen en el circuito de modo que suavice las fluctuaciones y para impedir la oscilacion.
Como se ha descrito anteriormente, este circuito permite que el dispositivo portátil 18 extraiga potencia a traves de Q2, sin provocar que las extracciones combinadas del dispositivo portátil 18 y la bateria 24 excedan la capacidad de potencia de Q2. Cuando el dispositivo portátil 18 extrae potencia, la tension en el lado de colector de Q2 cae y la corriente a traves de Q3 se estrangula de un modo lineal.
La disipacion de potencia debe disenarse para el escenario del peor caso. Por ejemplo, si los parametros de diseno maximo son los siguientes:
• hay disponible hasta 0,85 A;
• una entrada de tension podria ser tan alta como 6 V; y
• la precarga de la bateria 24 esta completa a 3,0 V (que es donde se entrega la corriente de carga mas alta a la bateria, tal como se muestra en la Figura 5);
entonces (6 V - 3 V) * 0,85 A = 2,55 W de potencia que se disiparia por el elemento de control Q2 externo (notese que en los circuitos que no usan dicho elemento, toda esta potencia se disiparia por el controlador de carga de bateria 50).
Este elemento de control Q2 externo debe disipar el calor generado por la corriente que fluye a traves de el. Cuanta mas potencia se disipa, mayor es el tamano fisico que debe tener este elemento de paso; generalmente, el area superficial que requiere un dispositivo, se eleva con el cuadrado de la potencia a ser disipada. Esto es, si se duplica la potencia, se requiere un transistor con cuatro veces el area superficial. Los tamanos de los transistores estan normalizados, de modo que la realización preferida de este circuito se disena para emplear encapsulados SOT-23 (o super SOT-6), que son capaces de disipar hasta 1,6 W. El siguiente tamano es SOT-223, que es considerablemente mayor con el doble de disipacion de potencia.
Como se ha hecho notar anteriormente, la estrangulacion de potencia a la bateria 24 se realiza de modo que la corriente siempre satisface las necesidades del dispositivo portátil 18 y cualquier corriente restante (diferencia entre la corriente de entrada y la corriente al dispositivo portátil 18) se proporciona a la bateria 24. Por ejemplo, supongamos que el circuito se conecta a un puerto USB de alta potencia (estan disponibles 500 mA) y a un dispositivo portátil 18 tal como un dispositivo portátil Blackberry™. Cuando la Blackberry cae a reposo, puede requerir solo 0,3 mA - 0,7 mA de modo que el balance de la corriente disponible (499,3 mA - 499,7 mA) puede proporcionarse a la bateria 24. Una vez que despierta el Blackberry, lo que hace periodicamente para realizar trabajos domesticos, extrae digamos 30 mA - 70 mA, dependiendo de lo que hace. En este punto, la bateria 24 recibe 430 mA - 470 mA. El analisis tiene lugar cuando el Blackberry ha de recibir o transmitir algunos datos, o realizar alguna otra tarea. En cada caso, la potencia a la bateria 24 se auto-ajusta dinamicamente.
Si hay disponible una potencia limitada, es deseable tambien cortar los componentes de consumo de alta potencia,
preservando potencia solamente para el procesador. Esto se realiza facilmente mediante la conexion de solamente el procesador y memoria del dispositivo portátil 18, a Q2 tal como se muestra en la Figura 6, y conectando otros consumidores de alta potencia al lado de bateria de Q3. Como resultado, si estamos funcionando con una fuente de corriente limitada (tal como un USB de baja potencia de 100 mA) y se enciende un componente de corriente excesiva tal como un vibrador (normalmente 120 mA) o una retroiluminacion (normalmente 150 mA), la salida de tension desde Q2 comenzaria a caer, provocando que Q3 incremente sus valores de resistencia y preserve la corriente necesitada por el procesador.
Implementacion completa
El diseno presentado en las Figuras 7A a 7C usa los mismos circuitos basicos que en la Figura 6, pero anade varios elementos que proporcionan ventajas adicionales. Estas ventajas incluyen las siguientes:
• la bateria puede cargarse con una tension de entrada que este justamente por encima del nivel de la bateria; • el arranque del dispositivo portátil 18 cuando la bateria esta muerta o no esta presente, es diferente del de la Figura 6;
• se mejora el manejo de fallos de entrada desde la fuente de alimentacion externa; y
• contrariamente a las instrucciones del fabricante del controlador de carga de bateria usado en esta implementacion, los terminales VCC e IN se alimentan por separado, para evitar fugas por retroceso de tension y problemas de malfuncionamiento potenciales en el controlador de carga de bateria.
Los parametros de diseno especificos para esta realización de la invencion pueden resumirse como sigue:
1. capacidades de carga a corriente constante, a tension constante (segun se requiere para la carga de baterias de ion de litio);
2. seleccion de corriente para fuentes de alimentacion de 100 mA, 500 mA y 750 mA;
3. funcionamiento del dispositivo portátil 18 cuando la bateria recargable 24 esta baja, muerta o no presente; 4. arranque y funcionamiento del dispositivo portátil 18 en menos de 100 ms, en los casos en que la bateria 24 no esta presente o esta muerta;
5. cumplimiento con el modo de funcionamiento de USB suspendida (el sistema deberia extraer menos de 500 MA);
6. proteccion de sobretension por encima de 5,8 V hasta un minimo de 10 V;
7. proteccion contra cortocircuitos en el conector de bateria;
8. permitir la carga con la tension de entrada tan baja como necesite el dispositivo portátil 18 para su funcionamiento seguro;
9. tension en el intervalo de 3,3 V - 3,6 V para la resistencia de polarizacion a la fuente en la linea D+;
10. proporciona medios para conectar y desconectar la tension a la resistencia de polarizacion a la fuente en la linea D+;
11. indication de presencia de la bateria; y
12. proporciona el estado del controlador de carga de bateria.
Sigue la descripción general de esta implementacion completa de la invencion:
El circuito de las Figuras 7A - 7C se centra alrededor del controlador de carga de bateria de ion de litio bq24020 de Texas Instruments, etiquetado como U909 en la Figura 7C. Este controlador de carga de bateria proporciona los modos de corriente constante y tension constante requeridos para cargar celdas de ion de litio, y soporta limites de corriente programables externamente. Su UVLO (umbral de corte de tension baja) se proporciona por el comparador PFI/PFO (U908) (TPS3103E15 de Texas Instruments) con referencia, y su umbral se fija por los divisores de resistencia de la entrada VBUS. U908 se usa tambien para garantizar el funcionamiento de arranque inicial del U909 con un minimo de 100 ms. Esto proporciona medios para identificar cuando se funciona con bateria baja, muerta o sin ella. Se proporciona proteccion de sobretension (OVP) por el U912 que se fija a ~5,8 V. El estado de carga es proporcionado por el controlador de carga de bateria U909, que indica si el controlador esta o no proporcionando corriente al sistema. La tension de la resistencia de polarizacion a la fuente de D+ es proporcionada por U901 (un regulador de caida de tension, TK71733SCL de Toko) y su capacidad de conmutacion a traves de Q907. La misma tension se usa tambien para alimentar los componentes que se usan solamente cuando esta disponible potencia externa a traves de VBUS (U906, U905, etc.).
Se usan un comparador U905 (LMC7111A) y un MOSFET Q908 para elevar la tension del sistema cuando se funciona con bateria baja/muerta o sin bateria. Este bucle cerrado tambien “estrangula” la corriente al sistema en condiciones de no bateria, y bateria baja. Esto sucede debido a que cuando cae la tension L_BAT (debido a la carga del sistema) el U905 actua para conmutar a corte el Q908, dirigiendo mas corriente al sistema (fuera de la bateria).
El comparador U907 proporciona el indicador de estado de presencia de bateria.
La proteccion de cortocircuito del conector de bateria se conecta el modo NO Y (U906) con la funcionalidad de habilitar el cargador, inhabilitando asi automaticamente el controlador de carga de bateria U909 cuando esta presente un cortocircuito. El controlador de carga de bateria U909 reinicia automaticamente la carga si la tension de
bateria cae por debajo de un umbral interno, y entra automaticamente en modo reposo cuando se elimina el suministro a VCC.
Teona de funcionamiento
Observese que las entradas y salidas del circuito de las Figuras 7A - 7C pueden resumirse como sigue:
VBUS, la tension de entrada, se presenta a traves de Q904a al terminal de entrada USB del controlador de carga de bateria U909. Se usa Q904 para proteccion de sobretension y es controlado por U912 (deteccion de tension baja de 3,0 V, LMS33460 de National Semiconductor) cuya tension de entrada se proporciona a traves del divisor de resistencias R937 y R925 R926. Su salida de drenaje abierto mantiene Q904 en saturacion mientras VBUS / (R937 R925 r926) * (R925 R926) < 3,0 V, lo que proporciona una proteccion de sobretension por encima de ~5,8 V.
Mientras esta presente la entrada USB al controlador de carga de bateria U909, el limite de corriente de 100 mA y 500 mA podria seleccionarse a traves de CHRG_B (CHRG_B = BAJO proporciona 100 mA, y CHRG_B = ALt O proporciona 500 mA). La resistencia R941 fija por defecto el nivel logico BAJO en la entrada ISET2 de U909, permitiendo asi un limite de corriente por defecto de 100mA. Esto es importante dado que hace que el sistema cumpla con las especificaciones USB cuando funciona con bateria baja/muerta o sin ella. Un dispositivo USB esta limitado a un funcionamiento a 100 mA, hasta que el dispositivo identifica 500 mA (si el centro del USB soporta esto).
La resistencia R940 proporciona un nivel de entrada bajo por defecto a la puerta de Q905a, lo que la mantiene fuera de saturacion (COrTe) mientras esta en el modo de reposicion y por lo tanto fija la tension de puerta de Q904b a su nivel de fuente (al nivel de la tension VBUS) lo que inhabilita la presencia de VBUS en la entrada AC del controlador de carga de bateria, controlador U909. Las resistencias R932 y R936 son resistencias de polarizacion a la fuente para Q904.
La corriente de carga de 750 mA (usada para fuentes de alimentacion no USB) podria seleccionarse mediante el ajuste de CHRG_A = ALTO, lo que fija Q905a en saturacion (CONDUCCI6N) y a su vez pone asimismo a Q904b en saturacion (CONDUCCI6N), presentando la tension VBUS en la entrada AC del controlador de carga de bateria U909. Como una entrada AC a U909 proporciona anulacion sobre la entrada USB (si la tension en la entrada AC excede 1,5 V de trayecto de entrada-salida de carga se pone por defecto a entrada AC) la corriente de carga se forma ahora mediante el valor de la resistencia R939.
El condensador C925 se usa para impedir que Q904b conduzca debido a su capacidad parasita puerta a drenaje (la capacidad puerta a drenaje podria cargar la puerta, si se polariza a su fuente en el tiempo RC) durante respuestas transitorias rapidas de la tension VBUS, y permite a la puerta cargarse rapidamente al nivel de VBUS manteniendo a Q904b en saturacion. La resistencia R935 se usa para limitar la corriente de descarga de C925 de modo que Q905a no exceda sus limites especificados. R933 es una resistencia de polarizacion a tierra que impide que la entrada AC al controlador de carga de bateria U909 quede flotante. C926 y C927 son condensadores de derivacion de la entrada. Es importante mantener la capacidad de entrada total por debajo de 10 |jF para cumplir con la especificacion de corriente de cresta de arranque USB.
La corriente total que el sistema extrae de VBUS, no deberia superar los 500 |jA cuando esta en modo suspendido. Esto se consigue principalmente con una corriente de funcionamiento muy baja del controlador de carga de bateria U909 (normalmente < 100 jA) en el modo de funcionamiento desconectado. Q905b se usa para inhabilitar el elevador de tension LBAT cuando el controlador de carga de bateria U909 no esta proporcionando ninguna corriente a la bateria 24 y/o al dispositivo portátil 18. Hace esto mediante el cortocircuito de la entrada positiva de U905 lo que hace que su salida controle a Q908 en saturacion (conduccion).
U906b se usa como un inversor del indicador CHRG_FLG, simplemente para hacerlo compatible con el software y hardware del resto del sistema. R931 es una resistencia de polarizacion a la fuente para la salida de drenaje abierto CHRG_FLG.
El supervisor del procesador U908 tiene doble funcionalidad. Su nivel de entrada PFI (entrada fallo de alimentacion) se fija por el divisor de resistencias R937 R925 y R926 de modo que se adapta a la referencia interna del U908 cuando VBUS cae a 3,3 V (o al valor de tension LBAT fijado por el U905 y Q908 cuando se funciona con bateria baja/muerta o sin ella), provocando que su salida de drenaje abierto (salida de fallo de alimentacion - PFO) vaya a Tierra (GND). Esto forzaria al nodo de entrada positivo de U905 al ir a Tierra y poner al Q908 en saturacion (CONDUCCI6N). Este conjunto de circuitos crea un umbral de bloqueo por tension baja (UVLO) para el circuito de elevacion L_BAT. Esto es importante dado que U909 puede funcionar hasta 2,5 V, provocando que su indicador de estado indique suministro de corriente al sistema incluso aunque realmente no lo sea (la bateria 24 desconecta internamente por debajo de 2,5 V). Dicha condicion provocaria que el sistema se reinicie (para niveles de tension de bateria mas bajos que el valor de LBAT minimo preestablecido) dado que el U905/Q908 trataria de mantener la tension LBAT, al valor actual, desconectando la bateria 24 y pensando que el controlador de carga de bateria U909 esta entregando suficiente corriente.
La segunda funcionalidad de U908 es la anulacion de arranque sobre el terminal de entrada de U909-CE, que proporciona potencia al sistema en un minimo de 100 ms para iniciar e identificarse apropiadamente en el bus USB. Esto se lleva a cabo mediante el mantenimiento de su salida de drenaje abierto RESET a Tierra antes de que VBUS alcance 2,5 V y que despues de 100 ms. Esto mantiene el controlador de carga de bateria U909 habilitado durante ese tiempo.
El U906a proporciona funcionalidad en modo NO Y de CHRG_EN y presencia de cortocircuito en el conector de bateria. Una bateria en cortocircuito inhabilita el controlador de carga de bateria U909 por hardware. Al tener la tension en VBAT, la linea de control CHRG_EN podria habilitar o inhabilitar el controlador de carga de bateria U909 (CHRG_EN = ALTO habilitaria el controlador de carga de bateria U909 poniendo bajo el terminal de entrada MR de U908). R921 proporciona aislamiento desde la bateria y entrada de U906a de modo que el drenaje de corriente este limitado al maximo de 42 jA incluso aunque U906 cree entradas y salidas de HIZ (alta impedancia) cuando no hay potencia presente en su VCC.
R924 proporciona nivel de entrada BAJO por defecto para U906a durante la reposicion del procesador central. R920 es la resistencia de polarizacion a la fuente para CHRG_FLG haciendola valida solamente durante el tiempo en que esta habilitado el controlador de carga de bateria U909.
U907 produce indicador de presencia de bateria para la entrada de supervision BAT_IC desde el paquete de baterias. Su salida estaria a nivel logico ALTO en cualquier momento en que este presente la resistencia BAT_ID y su polarizacion a la fuente se proporciona mediante la serial BAT_CHK.
El regulador de caida de tension U901 (TK71733SCL de TOKO) proporciona una alimentacion de 3,3 V regulada para las resistencias de polarizacion a la fuente de la linea de datos USB, asi como una alimentacion de 3,3 V para varios componentes en el circuito del cargador y como un indicador de que esta unida una fuente externa (EXT_PWR_CD). U901 tiene polarizacion inversa y proteccion de sobrecorriente, protection de corte termico y de cortocircuito integradas.
El U901 proporciona potencia para U906, U908, y U905 asi como la tension de 3,3 V para la resistencia de polarizacion a la fuente. Se usa tambien para proporcionar la indication de presencia de VBUS al sistema (EXT_PWR_CD). R904 se usa para limitar la corriente al terminal de entrada del sistema. C915 es un condensador de derivat ion de entrada y C922 es un condensador de filtro de salida. C910 se usa para filtrar el ruido de RF procedente de los circuitos de RF, y C912 es el condensador de derivacion para referencia interna.
Q907 se usa para conmutar la tension USB_VPU y permitir la identificat ion suave en el bus USB. R909 proporciona la condicion de DESCONEXI6N por defecto para P-FET y R905 proporciona la descarga rapida de la linea de control USB_SFTCN (durante el RST o inicio suspendido sin presencia de bateria).
U904 proporciona tension de alimentacion para el chip transceptor USB (es un regulador de tension estandar como es conocido en la tecnica). Esta habilitado cuando esta presente VBUS y corta automaticamente la alimentacion cuando VBUS va a DESCONEXI6N. C921 y C913 son condensadores de filtro de salida. U904 puede eliminarse opcionalmente para ahorrar costes; R942 deberia ariadirse entonces para alimentar potencia al chip transceptor
USB. U904 solo se requeriria si el chip transceptor no cumple con los requisitos de corriente de USB suspendida (y nuestro dispositivo puede despertar de suspension mirando solo a las respuestas de la linea D+/D-).
U905 y Q908 se usan principalmente para mantener L_BAT = VBAT, cuando no esta presente VBUS, y para mantener L_BAT a al menos 3,6 V cuando esta presente VBUS (mientras el cargador esta proporcionando corriente al sistema) y la tension de bateria es menor de 3,6 V. Se usa tambien para dividir la disipacion de potencia total en dos (entre el elemento de paso principal del controlador de carga de bateria y Q908) para permitir corrientes de carga mas altas en todos los niveles de tension de bateria.
Otra importante funcionalidad de este circuito es permitir la identificacion de USB cuando la bateria esta baja/muerta o no presente, permitiendo al sistema despertar en 15 ms cuando la bateria no esta presente, o esta muerta. Una vez que el U909 proporciona toda la corriente programada, los U905/Q908 mantendran la tension pre-programada minima en L_BAT (3,5 V en nuestro caso) variando la resistencia de drenaje a fuente de Q908.
La entrada positiva de U905 se usa como referencia y se fija por R934 y R913. C924 permite una elevacion lenta de LBAT de modo que el controlador de carga de bateria U909 pueda proporcionar toda la corriente programada hasta que Q908 solicite un incremento de tension en L_BAT (si es necesario). Los divisores de resistencia R916 y R915 se usan para fijar la “tension minima” en L_BAT, mientras R914 proporciona una resistencia de polarizacion a tierra para la puerta de Q908.
U907 proporciona al sistema indicacion de presencia de bateria. R927 y R929 se usan para fijar la referencia y R928 que la resistencia de polarizacion a la fuente para la salida de drenaje abierto de U907. BAT_ID se presenta entonces en su entrada negativa y NO_BAT_N se establece en consecuencia.
Los valores preferidos para los componentes en este circuito son tal como se muestran en las Figuras 7A - 7C. Estos valores variaran, naturalmente, con la aplicacion y los parametros de diseno.
Realizaciones de software
En lugar de usar solo hardware electronico como se ha mostrado anteriormente, la invention puede implementarse tambien usando una combination de componentes de hardware y software, incluyendo dispositivos programables tales como procesadores de senal digital (DSP), microcontroladores, matrices de puertas programables en campo (FPGA), circuitos integrados de aplicacion especifica (ASIC) y similares. Dicha realization podria implementarse tal como se muestra en el diagrama de flujo de la Figura 8.
Como las realizaciones descritas anteriormente, este metodo puede usarse para cargar cualquier bateria recargable en un dispositivo electronico portátil o similar. Se podria usar cualquier fuente de alimentation externa, aunque la invencion es mas util con fuentes de alimentacion de capacidad limitada.
Como se muestra en la Figura 8, el metodo de la invencion comienza en la etapa 90 mediante la conexion de la entrada de un controlador de carga de bateria 20 a una fuente de alimentacion externa, preferentemente a traves de un cable USB y conectores 16, y una estacion 10 para mantener el dispositivo portátil 18. La salida del controlador de carga de bateria 20 se conecta en paralelo, al dispositivo portátil 18 y a la entrada del interruptor de semiconductor Q s1e,gún la etapa 92, y la salida de dicho interruptor de semiconductor Q1 se conecta a la bateria recargable s 2e4gún la etapa 94.
A continuat ion, se controla la salida de corriente del controlador de carga de bateria 20 en alguna manera, en la etapa 96. Como se ha hecho notar anteriormente esto puede realizarse de muchas formas, por ejemplo, puede usarse una salida CDA (convertidor de digital analogico) de un microcontrolador para enviar una senal apropiada a la entrada de control de corriente del controlador de carga de bateria 20.
Se mide entonces la caida de tension a traves del controlador de carga de bateria 20, en la etapa 98. Esta tarea podria realizarse tambien de muchas formas. Por ejemplo, muchos microcontroladores provistos con CAD (convertidores analogico a digital) que podrian usarse para realizar esta funcion.
Debido a que la corriente se controla en la etapa 96, y la caida de tension a traves del controlador de carga de bateria 20 se mide en la etapa 98, esta metodologia puede reducir lo que hay de disipacion de potencia para el controlador de carga de bateria 20. El metodo de la invencion es capaz por lo tanto de controlar la disipacion de potencia mediante la modulat ion del interruptor de semiconductor Q1 en respuesta a la caida de tension a traves del controlador de carga de bateria 20 en la etapa 100, reduciendo la cantidad de corriente suministrada a la bateria recargable 24 cuando la caida de tension es demasiado grande.
En esta forma, esta controlada la potencia total disipada por el controlador de carga de bateria 20; recibiendo el dispositivo portátil 18 la potencia que necesita para funcionar y recibiendo la bateria recargable 24 cualquier potencia disponible adicional.
El balance del código de software necesario para realizar este algoritmo seria directo para un experto en la materia. Las etapas del metodo de la invencion pueden realizarse en conjuntos de códigos de maquina ejecutables almacenados en varios formatos tales como código objeto o código fuente, integrado con el código de otros programas, implementado como sus rutinas, mediante llamadas a programas externos o mediante otras tecnicas conocidas en la tecnica.
Incluso aunque las realizaciones en hardware de la invencion podrian codificarse en una forma de software tales como el lenguaje de desarrollo de hardware (código HDL) usado para fabricar circuitos integrados. Este HDL o código similar se podria almacenar sobre cualquier medio de memoria electronica tal como disquetes, CD-ROM, memoria de acceso aleatorio (RAM) y memoria solo de lectura (ROM) de ordenador. Asimismo, las senales electronicas que representan este código de software podian transmitirse tambien a traves de una red de comunicaciones.
Opciones y alternativas
Aunque se han mostrado y descrito realizaciones particulares de la presente invencion, es claro que pueden hacerse cambios y modificaciones a dichas realizaciones sin apartarse del verdadero alcance y espiritu de la invencion segun se define por las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo:
1. el circuito de la invencion puede usarse con cualquier forma de fuente de potencia que administra potencia USB.
2. podria cargarse cualquier forma de dispositivo electrico con dicho circuito incluyendo ordenadores portáteils, asistentes digitales personales (PDA), telefonos celulares, dispositivos de correo inalambrico y de busca; y 3. puede usarse cualquier forma de bateria recargable incluyendo celdas de ion de litio simples o multiples, de niquel cadmio u otros tipos.
De nuevo, dichas implementaciones serian claras para un experto en la materia a partir de las ensenanzas del presente documento, y no le apartan de la invencion.
Aplicabilidad industrial
La presente invencion proporciona un dispositivo electronico portátil y un metodo para controlar una fuente de alimentacion USB a una bateria recargable y uno o varios componentes de dispositivo portát.il
Claims (14)
1. Un dispositivo electronico portát,il que comprende: una bateria recargable (24);
un controlador (20, 50 Q2, U909) configurado para recibir potencia USB desde una fuente externa y suministrar energía a la bateria recargable y uno o varios componentes de dispositivo portát,il comprendiendo el dispositivo electronico portáti ell uno o varios componentes de dispositivo portát;il y
un interruptor (Q1, Q3, Q908) configurado para aislar la bateria recargable desde el uno o varios componentes de dispositivo portáti yl controlar un suministro de energía a la bateria recargable;
un circuito de detection (30) configurado para comparar un nivel de tension de sistema reflejado con un nivel de tension de referencia, reflejando el nivel de tension de sistema reflejado un nivel de tension de sistema de la energía suministrada al uno o varios componentes de dispositivo portát,il el circuito de deteccion configurado para controlar el interruptor para limitar la carga de la bateria desde la fuente externa de tal manera que:
la energía se configura para suministrarse desde la bateria hasta el uno o varios componentes de dispositivo portátil mediante le interruptor cuando el suministro de energía no esta disponible, en donde el nivel de tension de sistema reflejado refleja tambien el nivel de tension de la bateria recargable;
la energía se configura para suministrarse desde el suministro de energía hasta la bateria mediante el interruptor y hasta el uno o varios componentes de dispositivo portátil cuando el suministro de energía esta disponible, en donde el circuito de deteccion mantiene el nivel de tension de sistema reflejado para ser al menos un nivel de tension de sistema minimo requerido para el funcionamiento del uno o varios componentes de dispositivo portátil modulando el interruptor.
2. El dispositivo electronico portátil de la reivindica 1c,i eónn donde se suministra suficiente energía para satisfacer las necesidades dinamicas del uno o varios componentes de dispositivo portátil y se proporciona una energía de carga de bateria a la bateria recargable, siendo la energía de carga de bateria un resto del suministro de energía.
3. El dispositivo electronico portátil de la reivindica 1c,ió enn donde el suministro de energía esta limitado por una corriente limitante.
4. El dispositivo electronico portátil de la reivindica 1c,ió enn donde el suministro de energía esta limitado por una tension limitante.
5. El dispositivo electronico portátil de la reivindica 1c,i eónn donde la energía total consumida por el dispositivo la proporciona la fuente USB.
6. El dispositivo electronico portátil de la reivindicació 1n, en donde le controlador (50 Q2) comprende un semiconductor de accionamiento (Q2) configurado para: llevar el suministro de corriente al uno o varios componentes de dispositivo portátil y el interruptor y limitar el suministro de energía de tal manera que el uno o varios componentes de dispositivo portáti yl la bateria recargable no puede extraer mas de una corriente limitante.
7. El dispositivo electronico portátil de la reivindica 1c,ió enn donde el nivel de tension de referencia es el nivel de tension de sistema minimo y el circuito de deteccion de tension esta configurado adicionalmente para: responder a la serial de tension de sistema reflejada que es inferior al nivel de tension de referencia reduciendo un flujo de corriente a traves del interruptor.
8. El dispositivo electronico portátil de la reivindica 3c,i eónn donde el controlador esta configurado, ademas, para: recibir la potencia USB desde una fuente de bus en serie universal externo (USB) o una fuente no USB; y establecer corriente limitante basandose en la potencia USB que es de la fuente no USB.
9. El dispositivo electronico portátil de una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que incluye una interfaz de usuario grafica y una interfaz para comunicarse con una red de comunicaciones.
10. El dispositivo electronico portátil de la reivindicació 9n, en donde en donde el circuito de deteccion esta configurado para controlar el interruptor en respuesta a una caida de tension a traves del controlador.
11. Un metodo para controlar una fuente de alimentation USB a una bateria recargable y uno o varios componentes de dispositivo portát,il que comprende las etapas de:
aislar mediante un interruptor la bateria recargable del uno o varios componentes de dispositivo portát;il recibir la potencia de USB desde una fuente externa;
suministrar energía a la bateria recargable mediante el interruptor y al uno o varios componentes de dispositivo electronico;
comparar un nivel de tension de sistema reflejado con un nivel de tension de referencia, reflejando el nivel de tension de sistema reflejado un nivel de tension de sistema de la energía suministrada al uno o varios componentes de dispositivo portát;il
controlar el interruptor para limitar la carga de bateria desde la fuente externa en respuesta a la comparacion; suministrar ene^a desde la bateria hasta el uno o varios componentes de dispositivo portátil mediante el interruptor cuando el suministro de ene^a no esta disponible, en donde el nivel de tension de sistema reflejado refleja tambien el nivel de tension de la bateria recargable;
suministrar energía desde el suministro de energía a la bateria a traves del interruptor y al uno o varios componentes de dispositivo portátil cuando el suministro de energía esta disponible y, modulando el interruptor, mantener el nivel de tension del sistema reflejado para ser al menos un nivel de tension de sistema minimo requerido para el funcionamiento del uno o varios componentes de dispositivo portát.il
12. El metodo de la reivindicació 1n1 que comprende, ademas, suministrar corriente al uno o varios componentes de dispositivo portátil y el interruptor y limitar el suministro de energía de tal manera que el uno o varios componentes de dispositivo portáti yl la bateria recargable no puede extraer mas de una corriente limitante.
13. El metodo de la reivindicació 1n2, en donde la energía total consumida por el dispositivo lo proporciona la fuente USB.
14. El metodo de la reivindicación 11, en donde la bateria recargable esta asociada a un dispositivo electronico portát.il
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