[发明专利]对有效高速电池充电的反馈控制

说明书

一种电压调节器系统，包括：开关电容器(SC)调节器，其在开关频率下进行操作并接收输入电压；和控制器，其被配置为通过基于效率来调节SC调节器的开关频率而控制SC调节器的操作。在一些实施例中，扫描开关频率以确定最佳效率。在一些实施例中，在针对输入电压的多个值中的每个值处扫描开关频率。在一些实施例中，该系统还包括与SC调节器串联的一个或多个开关。在一些实施例中，SC调节器包括被耦合到电池的输出终端。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月1日提交的美国临时专利申请号62/416,028的权益，其通过在本文中引用其整体而并入于此。

其它相关申请

本申请涉及于2016年9月26日提交的标题为“Efficient High-SpeedBatteryCharging”的美国临时申请62/399,588并通过在本文中引用其整体而将其并入。

技术领域

本公开涉及用于对电池进行充电的系统和方法。

背景技术

迫切需要减小电子系统的尺寸。尺寸减小特别适用于空间非常宝贵的移动电子器件中，但在大数据中心中放置的服务器中也是期望的，这是因为将尽可能多的服务器硬塞进固定尺寸的实际区域(real estate)是重要的。

电子系统中的最大组件之一包括电压调节器(也称为功率调节器)。功率调节器通常包括大量庞大的片外组件以向集成芯片(包括处理器、存储器设备(例如，动态随机存取存储器(DRAM))、射频(RF)芯片、WiFi组合芯片、以及功率放大器)递送电压。因此，希望减小电子系统中的电压调节器的尺寸。

功率调节器包括半导体芯片，诸如DC-DC调节器芯片，其从电源(例如，电池)向输出负载递送功率。输出负载可以包括电子设备中的各种集成芯片(例如，应用处理器、DRAM、NAND闪存)。为了高效地递送功率，电压调节器可以使用“降压(buck)”拓扑。这种调节器被称为降压调节器(也称为降压转换器)。降压调节器使用电感器将电荷从电源传输到输出负载。降压调节器可以使用功率开关来将电感器连接到多个电压之一/从多个电压之一断开，从而提供作为多个电压的加权平均值的输出电压。降压调节器可以通过控制电感器耦合到多个电压之一的时间量来调节输出电压。

不幸的是，降压调节器不适用于高度集成的电子系统。降压调节器的转换效率取决于电感器的尺寸，特别是当功率转换比高时以及当输出负载所消耗的电流量高时。由于电感器可以占用大面积且体积庞大以集成在管芯上或封装上，因此现有的降压调节器通常使用大量的片外电感器组件。该策略通常需要印刷电路板上的大面积，这继而增加了电子设备的尺寸。随着移动的片上系统(SoC)变得更复杂并且需要由电压调节器递送越来越多数量的电压域，这一挑战更加严峻。

此外，降压调节器不太适合于对电池的高速充电。高速充电通常需要使用高输入电压。继而，使用高输入电压需要降压调节器提供高电压转换比(V_IN/V_OUT)，以将高输入电压(V_IN)转换为适合电池的输出电压(V_OUT)。不幸的是，在高电压转换比下，降压调节器的效率实质上很低，并且降压调节器通过散热浪费了大量功率。降压调节器散发的热量可能会升高电子系统内设备的操作温度，这可能导致故障。因此，降压调节器不太适合对电池进行高速充电。

代替降压调节器，高速充电系统可以使用开关电容器调节器来为电池充电。已知开关电容器调节器即使在高电压转换比下也是有效的，只要电压转换比是整数的比率即可。

发明内容