[发明专利]具有整体开关模式电源控制器的微控制器

说明书

本发明涉及微控制器，特别涉及一种具有用来控制电池充电器的充电电路的整体开关模式电源控制器的微控制器。

可重复充电电池在它的使用寿命期间需要周期性地进行充电。电池有很多不同的类型、尺寸和容量。每一种类型、尺寸和/或容量的可重复充电电池需要不同的充电算法。适合的充电算法可由电池制造厂家来确定。这些电池算法可由一智能电池充电器来实施。该智能电池充电器可包括一微控制器、一开关模式电源(SMPS)控制器、一功率转换电路和一用于电池电压/或电流(取决于电池类型和设计要求)的反馈电路。

该微控制器起充电器的智能的作用。通过该微控制器所执行的一些功能是：定时、测试一电池的存在、启动和控制该SMPS控制器的设置点、执行该电池设计者专有的充电算法等。

该SMPS控制器通常使用一般用途的SMPS控制器集成电路(IC)来实施。该SMPS控制器IC被设计成对负载产生恒定电压或恒定电流。在很多低成本电池充电器中，设计者可选择使用电压比较器来实现该SMPS控制器功能。该SMPS控制器模块(或者是一般用途SMPS控制器IC或者是简单的电压比较器实现)可以要求输入去启动/禁止该模块输出，和改变输出电压/电流的设置点。该SMPS控制器模块具有检测表示负载(电池)电压和电流的信号的电路，并且产生一输出信号以驱动该功率转换电路。这种驱动信号通常为一接通/关闭信号的形式，它可使用下述技术中的一种：脉冲宽度调制、脉冲位置调制、脉冲跳转调制等。SMPS控制器接收来自微控制器的控制信号，产生适当的信号/脉冲去驱动该功率转换电路，并且试图控制该反馈电压(表示该电池的负载电压和/或电流)。

该功率转换电路通常包括有分立的功率半导体器件以便处理提供给负载(电池)的高电压和/或电流，并且如需要电隔离则还包括有一变压器。

智能电池充电器的设计和实施需要用于微处理器、SMPS控制器、模-数转换器(ADC)和模拟输入多路转换器的多个集成电路(IC)。多个集成电路和其它的分立元件必然使得智能电池充电器的成本、复杂性和不可靠性增加。因而需要设计和实施用于智能电池充电器电路的更为经济、简单和可靠的系统、方法和装置。

本发明欲通过将包括微控制器、转换模式电源(SMPS)控制器、模-数变换器(ADC)和模拟输入多路转换器的电池充电器逻辑和控制封装在一单个的集成电路中来克服上述问题和其它缺点以及现有技术中存在的缺陷。该微控制器、SMPS控制器、ADC和模拟输入多路转换器可以组装在单个的集成电路芯片中，或者该微控制器可装在一集成电路芯片中，而上述其余电路装在第二个集成电路芯片中。实施本发明的一个或二个集成电路芯片可包括在一个集成电路管壳之中。这种封装从经济角度来看是一种低成本集成电路部件而且其高可靠性封装可满足军事标准。

对于使用较低功率电池的情况，功率转换器可包括在单芯片或双芯片实施例中。通常对于双芯片实施例来说，该功率转换器被包含在作为该SMPS控制器的同一芯片上。本发明的另一个实施例包括一包含用于该功率转换器的大功率晶体管的第三芯片。这里所述的单芯片或双芯片实施例可与该功率晶体管芯片一起封装在一大功率混合集成电路管壳中。

在本发明的单芯片或双芯片实施例中，该微控制器读取一电池的充电条件值。该条件值由模-数转换器所检测，或者如果需要的条件值多于一个，则可将模拟输入多路转换器与该模-数转换器一起使用。该模-数转换器将电池的模拟条件值转换成该微控制器使用的数字表示的电池条件值。

该SMPS控制器具有至少一个适于接受来自功率转换器的参量信号的模拟输入端。参量信号可以是电池电流和/或电压，并且取决于充电算法，其中的任何一个或两个参量信号可由SMPS控制器使用。设置点(setpoint)信号从微控制器传送到SMPS控制器。该设置点信号可以按照该电池的充电算法根据该电池的已充电时间、温度、电流和/或电压而改变。该设置点信号可以是电流和/或电压，并且依据该充电算法，其中的任何一个或二个可从微处理器传送到SMPS控制器。SMPS控制器具有一可以用来驱动功率转换器的功率晶体管电路的重复的通/断脉冲的输出。这些通/断脉冲例如可以是脉冲宽度、脉冲位置或脉冲跳跃调制，但并不限于此。

通常，该功率转换器由分立半导体功率器件构成，以适应电池所需的相当大的电压和电流要求。该功率转换器可包括一线性或开关电源，如有必要还包括一隔离变压器，以及在电池的充电周期期间控制加到该电池的电压和/或电流量的功率晶体管。另外，所期待并是本发明范围的是该功率转换器可被置于如上所述的同一集成电路管壳中。