[发明专利]净零能源设备中的峰值功率应用的早期预充电启用

说明书

系统、装置和方法可以针对峰值功率事件提供早期预充电。通过刚好在根据合格的系统唤醒源触发器启动系统唤醒之前对超级电容进行预充电，可以提高应用性能。另外，超级电容的预充电可以由时间限定的预充电时段控制，并且也可以由预定的阈值电压控制。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年8月22日提交的美国非临时专利申请No.15/682,724的优先权权益。

技术领域

概括而言，实施例涉及用于计算负载的功率管理。更具体地，实施例涉及为在某些操作期间需要较高峰值功率的净零能量(NZE)计算设备提供功率管理。

背景技术

例如NZE收集设备的低功率计算解决方案可能极大地依赖于可用功率的有效利用。这些设备可以使用从各种来源收集的能量为整个系统供电。对于平均和峰值(短期)功耗之间具有很大差异的大多数情况下，能量收集和系统电池可能无法满足峰值功率要求(例如，由于电池化学性质和收集能力)并因此诸如超级电容器的技术(例如，“超级电容”)可以被采用。

超级电容可以与电池并联，以保持系统消耗的额外(例如峰值)瞬时充电。传统上，超级电容可以直接连接到充电电路，由于超级电容的泄漏特性，这可能会降低系统的能源效率。一种直接的选择可以是标称地使超级电容处于放电状态，并仅在实施峰值功率耗尽的很短时间之前对其进行预充电。当NZE系统处于活动状态时，控制超级电容的这种“及时”预充电也可能导致能量效率低下(例如，许多电路在仅为等待超级电容充电时上电)。另外，超级电容与电池的并联意味着超级电容被用作去耦电容器，而不是用于存储能量。例如，如果电池的开路电压为3.2V，则标称额定的超级电容可仅充电至3.2V，并用于降低电池提供的阻抗。

附图说明

通过阅读以下说明书和所附权利要求，并参考以下附图，实施例的各种优点对于本领域技术人员将变得显而易见。

图1是根据实施例的电源管理系统的示例的框图；

图2是根据实施例的电源管理系统的另一示例的框图；

图3A至图3D是根据实施例的指示在各种操作状态下的充电流的示例电源管理系统的框图；

图4A是根据实施例的电源管理单元的数字逻辑部分的框图；

图4B是根据实施例的在电源管理单元的数字逻辑部分内使用的控制和状态寄存器内容的框图；

图5是根据示例实施例的电源管理单元的操作的流程图；和

图6是根据实施例的计算系统的示例的图示。

具体实施方式

本文所述的技术可以解决及时超级电容预充电的问题，其被约束为在发生预充电时使功率消耗最小化，并且被约束为最大化超级电容效率或等效地最小化超级电容尺寸(例如，将超级电容充电至其满标称额定电压)。

零净能量(NZE)系统可能在尽可能长时间处于最低的功耗状态。因此，只有在存储了足够的电荷以在唤醒后立即执行所需的任务时(例如，无需等待超级电容充电)，才可能发生从睡眠状态到活动状态的转换。为了有效地支持NZE系统中峰值功耗与平均功耗之间的巨大差异，提出的IP的基本原理是双重的：首先，使超级电容充电至其最大端电压(如果需要)，并最小化给定的输出能量峰值所需的超级电容的尺寸并最小化所需峰值能量的充电时间。其次，可以使用两阶段的唤醒过程以进行超级电容预充电，其中第一阶段对应于被异步激活并由电池充电水平认定的唤醒条件，第二阶段处理及时超级电容预充电(例如，将超级电容暂时连接到充电器，同时将唤醒延迟到超级电容充电之前)。