对具有输出等效串联电阻的任何电源的自适应电流限制

摘要

对任何电源的自适应电流限制以限制该电源上的一个负载的功率消耗，从而维持用于电源上的其它负载的适当操作的最小电源电压。对于电池应用来说，例如对于闪光系统来说，本发明在没有必须首先计算系统等效串联电阻的情况下允许利用升压转换器的最大输出电流。本发明还在高负载事件期间向上或向下调整电流负载以补偿其它负载的改变。以增量来进行电流负载的改变，并且滞后区域避免恒定地向上和向下增量。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年9月10提交的美国临时专利申请No.60/971,184的权益。

技术领域

本发明涉及电池供电系统中的电池负载管理的领域。

背景技术

在许多电池供电的设备中，存在许多需要功率的子系统。通常，如果有必要的话，至少其中一个子系统可以以减小的功率操作。这样的设备包括：具有使用Xenon或LED闪光元件的照相机闪光灯的设备(包括蜂窝电话)；以及TDMA传输系统，其中为电容器充电以在TDMA传输脉冲串期间提供功率放大器功率。

采用具有照相机闪光灯的设备，期望尽可能快地为闪光电容器充电。然而，在高负载电流期间，系统电压将会由于电池的内部ESR(等效串联电阻)以及电池和负载之间的任何串联阻抗而暂时下降。对于需要最小的电压以稳定操作的装置来说，需要计算系统(电池加上串联阻抗)的ESR，以便在不使系统电压下降到低于稳定操作的阈值的情况下估计可以从电池汲取的最大电流。

如果不能完成上述情况，则两种场景是可能的：

1、系统切断电压(即系统停止操作并且使供电下降的预定电压)将必须被设置成不自然地高，以提供高于电池不再可靠操作的点的充足界限。结果是减小操作时间。

2、在蜂窝电话中，高电流峰值导致不稳定的行为，或者有可能甚至导致电话关机，即使电池有充足的剩余容量。

对于前述的原因，期望在有必要的时候将闪光电容器充电系统的电池耗用电流限制成低于标称设计值，以便为其它子系统的操作维持需要的电池电压，因此延长了电池的使用寿命，或者延长了可再充电电池的充电之间的时间。

在现有技术中，添加了附加的硬件和软件。所添加的硬件是高精度高速ADC。在该系统的最初加载期间，利用ADC来测量电池的电压降，并且使用软件来计算电池ESR，据此确定电池能够支持的最大负载。

附图说明

图1说明由于电池的系统ESR(等效串联电阻)和线路阻抗而引起的系统电压降。

图2说明使用ESR计算来保证在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件正常情况结束时的最小系统电压。

图3说明在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件开始时使用ESR计算来保证在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件结束时的最小系统电压，并且在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间有附加负载事件。

图4说明使用ESR计算来保证在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件结束时的最小系统电压并且在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间有负载释放。

图5说明具有用于调整电池操作的系统中的FLASH电流的MAXFLASH的闪光驱动器的使用，所述电池操作的系统具有可选的降压/升压(buck/boost)开关式调节器。

图6是说明MAXFLASH功能的优选实施方式的框图。

图7说明在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间利用增加的系统负载的MAXFLASH功能操作。

图8说明在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间利用减小的系统负载的MAXFLASH功能操作。

具体实施方式

对于电池应用来说，本发明在没有必须首先计算系统等效串联电阻(ESR)的情况下允许利用升压转换器的最大输出电流。如之前所提到的那样，这在诸如下述的应用中是有用的：

1、使用氙气或LED闪光元件的照相机闪光灯。

2、TDMA(时分多址接入)传输系统，在该系统中为电容器充电以在TDMA传输脉冲串期间提供功率放大器功率。

此处被称为MAXFLASH的示例性方法消除了在电池供电的装置中在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间测量电池ESR的需要。

图1示出由于系统ESR引起的电压降。对于诸如照相机闪光灯或电影灯光(也被称为电筒光)之类的应用，应该测量系统ESR以便计算由闪光灯消耗的最大电流，以便确保在闪光结束时，系统电压不会下降到低于用于剩余系统的最小需求系统电压(切断电压)。

蓄电池单元ESR取决于电池的化学特性、负载电流、温度以及该蓄电池单元的寿命。因为这些原因，必须在实时的基础上计算ESR，以便得到最准确的确定。在大多数系统中，由照相机模块本身来触发照相机闪光灯。因此，在闪光事件的开始期间必须实时测量电池ESR。图2说明使用ESR计算来保证在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件正常情况结束时的最小系统电压。

因为大多数系统包含许多彼此独立操作的复杂功能，所以可能在闪光/电影(FLASH/MOVIE)持续时间期间改变负载电流。如果系统内的其它负载在闪光/电影(FLASH/MOVIE)持续时间期间开始汲取明显更多的电流，这会使系统电压下降到低于系统的最小需求操作电压，从而产生乱真事件。这在图3中说明，图3示出使用最初的ESR计算来保证在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件结束时的最小系统电压，并且在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间有附加负载事件。

另一方面，如果在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间应用从高电流模式进行到低电流模式，则在闪光/电影(FLASH/MOVIE)持续时间结束时的电池电压将高于最小电池电压。这意味着对于剩余持续时间，实际闪光/电影(FLASH/MOVIE)电流应该已经被设置得更高，从而允许利用可能最高的输出电流。这在图4中说明，图4示出使用最初的ESR计算来保证在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件结束时的最小系统电压并且在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间有负载释放。

图5说明使用用于调整FLASH驱动器电流的MAXFLASH来针对系统的其余部分保持足够的操作电压的系统。图6示出MAXFLASH的框图，用于控制提供给用于驱动器输出存储电容器的充电电路的电流IOUT_MAX，在这种情况下，为闪光灯供电，并且图7和图8示出MAXFLASH操作的实例。为了避免必须测量系统的ESR并且仍然实现确保系统电压不下降到低于预定义的阈值的目标，图6的电路按照如下的方式操作(见图7和图8)：在闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件期间使用到系统轨道(rail)的开尔文(Kelvin)连接来监控设备的输入电压，其被称为V_SYS或V_BATT。如果输入电压下降到低于预定义的阈值(被称为V_{LB_TH})，如由比较器CP1所感测的，则这是闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件正在汲取比系统可以支持的电流更多的电流的指示。

作为对此的反应，驱动闪光/电影(FLASH/MOVIE)的电流调节器将单步减小(向下)输出电流(LSB)。这将减小到驱动闪光/电影(FLASH/MOVIE)的电流调节器的输入电流，因此减小从系统电池汲取的总电流。因为现在减小了系统电流，所以电池电压将由于剩余系统和蓄电池单元的内部ESR而开始升高。然后电流调节器将延迟(禁止定时器，INHIBIT TIMER)用户预定义的时间，其被称为t_{LB_TMR_F}(用于下降沿检测(即电池电压小于V_{LB_TH}))，以及t_{LB_TMR_R}(用于上升沿检测(即电池电压大于由比较器CP2感测的V_{LB_TH}+V_{LB_HYS}))。

然后再次对电池电压采样并且将该电池电压与V_{LB_TH}相比较。如果电池电压仍低于V_{LB_TH}阈值，则将使得电流调节器再一次一个单位地(one unit)降低输出电流，以保证最小电池电压可用于系统的剩余部分。如果电池电压升高到高于V_{LB_TH}阈值加上被称为V_{LB_HYS}的用户定义的滞后，则将使得电流调节器一个单位地增加(向上)输出电流(LSB)，但只是在输出电流小于用户定义的输出电流的时候。在优选实施例中，向下或向上的增量重新设置这两个禁止定时器，以启动新的时间延迟，然而这不是对本发明的限制。

延迟t_{LB_TMR_F}和t_{LB_TMR_R}可以是相同或不同的时间段，并且通常(尽管不是必需的)在秒到毫秒的范围内。这些延迟可以在硬件中或者在系统处理器的程序控制下。从图7和图8注意到，延迟是电路再次对系统电压响应之前的最小延迟，在此之后该电路将立即对变得低于V_{LB_TH}阈值或高于V_{LB_TH}阈值加上V_{LB_HYS}滞后的系统电压做出响应。可替换地，系统电压应该被周期性地采样，并且如在优选实施例中那样增加或减小电流增量。此处所使用的采样意味着对比较器的输出做出响应，并且没有必要一开始就感测电池电压或比较器的输出。而且，尽管在图6中示出了优选实施例，但是一旦时间延迟被编程并且通常被永久地存储，就可以在系统处理器的控制下完成不受系统处理器干预的功能、采样和/或增加或减小电流消耗，然而这通常不是所期望的。

转换器输出中的单位减小和单位增加可以根据需要是相同的或者是不同的。然而，如果相同，增量应该对小于V_{LB_HYS}的电池电压有影响，因为否则下降到V_{LB_TH}的电压将使得电池电压改变超过V_{LB_TH}+V_{LB_HYS}，并且下一改变将电池电压带回到V_{LB_TH}或者更低。作为代替，转换器中输出电流的单位减小对电池电压的影响应该小于V_{LB_HYS}并且通常被充分重复以阻止电池电压变得低于V_{LB_TH}。可替换地，转换器中输出电流的单位减小应该比转换器中输出电流的单位增加要大，使得转换器中输出电流的单位增加跟随在转换器中输出电流的单位减小之后将不会引起电池电压返回到在这两个变化发生之前它所处的状态。

每次一LSB(one-LSB-at-a-time)向上/向下调整将针对闪光/电影(FLASH/MOVIE)事件的整个持续时间而继续，从而确保例如对于特定操作情况总是最大化闪光/电影(FLASH/MOVIE)输出电流，而与在事件期间改变电池上的负载无关。

因此，尽管为了说明目的而非限制目的已在此处公开和描述了本发明的特定优选实施例，但是本领域的那些技术人员应该理解可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行形式上和细节上的各种改变。