[发明专利]用于直接电池充电的开关功率变换器

说明书

提供了一种直接充电方法，其警告移动设备开关功率变换器何时操作在恒流模式中以在不使用次级侧电流感测电阻器的情况下向移动设备警告输出电流。

相关申请的交叉引用

本申请主张2016年5月25日提交的美国临时申请No.62/341,621的权益。

技术领域

本申请涉及对电池充电，并且更特别地涉及借助反激式变换器直接对电池充电的电路和技术。

背景技术

诸如蜂窝电话的电池供电设备通过允许用户具有在不连接到电力网的情况下操作设备的能力而提供自由和移动性。随着这些设备集成更多功能并且力图获得更高性能，它们消耗更多的电力并且需要更长的电池寿命。因此对电池再充电所需要的充电量增加，但是再充电时间越长，移动设备变得越不可用。因此，减少电池供电设备的充电时间增加此种设备的利用和益处。

常规上通过诸如通用串行总线(USB)线缆的数据接口线缆来对诸如蜂窝电话的移动设备充电。USB线缆具有出于安全原因而不能超过的电流限。驱动USB线缆对移动设备的电池再充电的电力适配器(例如反激式变换器)因此不能超过该电流限，这不期望地延长了充电时间。为了在存在USB线缆的电流限的情况下减少充电时间，已经开发了某些快充协议，在其中由功率变换器通过USB线缆驱动的输出电压从默认电平提高(例如，从5V至9V或12V等)以在不将电流增加到超过充电电缆限制的情况下输送较高的功率。但是，如此增加的电压需要移动设备包括DC-DC变换器以将接收的电压降低到合适的电平用于电池充电。DC-DC变换器生成的热量限制了充电时间的减少。此外，移动设备制造成本由于包括了DC-DC变换器而增加。

为了在移动设备中消除对DC-DC变换器的需要，开发了直接充电技术，在其中反激式变换器直接对移动设备的电池充电。因此移动设备在直接充电模式期间或者不包括这样的中介DC-DC开关功率变换器或者避开对其的使用。此外，现代USB电缆电流限已经增加到例如4安培，这使得直接充电提供了令人满意地减少的充电时间。对放完电的电池的直接充电一般在三个阶段上进行。在第一阶段中，电池电压低，因而直接充电在恒流模式中发生，其中用USB线缆上的最大可允许电流(例如4A)来驱动电池。放完电的电池的电压在第一阶段上逐渐上升直到其到达电池电压限(例如4.3V)。直接电池充电随后进入涉及一系列恒流模式的第二阶段，在其中电流限从USB电流限逐步连续减少到降低至最小的最小电流(例如2A)。随着电流限的每次降低，电池电压首先下降然后增加直到其到达最大电压，届时施加较低的电流限。当电流限处于第二阶段的最低限且电池电压再次到达最大电压时，直接电池充电程序在最大电压处进入恒压操作的第三阶段。在第三阶段期间电流缓慢减少直到电池被完全充电。

但是，现代智能电话常常相当昂贵，因此如果电力适配器在直接充电过程中损毁智能电话的电池的话，这将是灾难性的。就这点而言，通常必须在直接充电过程中密切监测来自电力适配器的输出电压和输出电流。可以通过反激式变换器的次级侧控制器利用模数转换器(ADC)来检测输出电压。但是检测输出电流一般需要使用与变压器的次级绕组串联的感测电阻器以使得可以通过ADC来感测输出电流并将其报告给移动设备。鉴于在直接充电中使用的高输出电流(例如4A)，即便感测电阻器的非常小的电阻值(例如几十毫欧姆)也会引入很大的功率损失。

因此，在现有技术中存在对配置成在不使用次级侧感测电阻器的情况下进行直接充电的反激式变换器的需要。

发明内容