用于控制电池充电器的装置以及用于对电池充电的系统制造方法及图纸

一种用于控制电池充电器充电电路的单个集成电路封装组件。单个集成电路封装组件包括可制造在单个集成电路芯片上的微控制器（１０２）、开关模式电源控制器（１０４）、模－数变换器（１０６）和模拟输入多路转换器（１０８），或者控制器可安置在一集成电路芯片上而其余的上述电路可安置在第二集成电路芯片上。该开关模式电源控制器适用于连接到用来控制被充电电池的电压和／或电流的功率转换器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微控制器，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。本专利技术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。实施本专利技术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。本专利技术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。在本专利技术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，所期待并是本专利技术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。SMPS控制器与功率转换器一起根据电池充电算法来控制电池的充电曲线(profile)。SMPS控制器接收来自该功率转换器的参量信号(电池电流和/或电压)，并且试图将该参量信号与来自微控制器的有关设置点相匹配。例如在一闭环充电器系统中，如果该参量信号表示由充电电池所汲取的电流，那么当电池充电电流小于所希望的电流设置点值时，来自微控制器的所希望的电流设置点将使得SMPS控制器增加它的脉冲输出占空因数，或者当电池充电电流大于所希望的电流设置点值时，则减小该脉冲输出占空因数。该充电电池的电压可以同样的方式控制。因此，SMPS控制器可具有恒定电压(CV)模式、恒定电流(CC)模式、或依从电流的恒定电压(CVCC)模式。微控制器连同模-数变换器(ADC)和模拟输入多路转换器(如果需要多于一个的模拟输入时)一起还可以检测来自被充电电池的条件值。这些条件可以是充电电压和电流、电池温度等。该微控制器连同编程的充电算法一起使用这些条件值来确定微控制器传送给SMPS控制器的设置点。本专利技术的实施例可包括(但不限于此)(1)单个电池充电器逻辑和控制，它包括微控制器，模-数变换器和适用于连接到功率转换器和充电电池的SMPS控制器。(2)具有至少二个电池的顺序或交替充电的多个电池充电器逻辑和控制，包括微控制器，模-数变换器，模拟多路转换器和至少二个适用于连接到功率转换器、功率转移开关和二个充电电池的SMPS控制器。(3)具有至少二个电池同时充电的多个电池充电器逻辑和控制，包括微控制器，模-数转换器，模拟多路转换器和至少二个适用于连接到至少二个功率转换器和至少二个充电电池的SMPS控制器。上述实施例(1)-(3)中的任何一个还可以或者是包括在与SMPS控制器同一芯片上或者是包含在混合功率集成电路管壳中的分离功率晶体管芯片上的功率转换器。对多个具有不同容量、电压和/或化学类型的电池充电的充电逻辑和控制是所期待并是在本专利技术范围内。根据本专利技术这些电池可以顺序地、交替地和/或同时地被充电。每一电池的充电条件可以与其它电池充电条件无关，并且每一电池可以单独地达到它的满充电条件。本专利技术还可以计算用于充电的功率量并且可将在充电期间所汲取的最大功率限定于一预定的值。本专利技术在电源、不间断电源(UPS)、CO检测器和其它涉及可编程微控制器的智能应用场合的电源中使用中的许多优点是所期望的。从下面结合附图对本专利技术的最佳实施例的说明、用于披露目的的事实可使得其它和进一步的特性和优点变得更为清楚。附图说明图1是根据本专利技术一实施例的具有集成电路封装充电器逻辑和控制的单个电池充电器的示意性框图；图2是图1的充电器逻辑和控制实施例的示意性框图；图3是根据本专利技术的另一实施例的具有集成电路封装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电池充电器逻辑和控制的装置，所述装置包括： 一微控制器； 一开关模式电源控制器； 一连接到所述微控制器的模－数变换器；和 一连接到所述模－数变换器的模拟输入多路转换器，所述模拟输入多路转换器具有多个适于接收来自一电池的多个条件值的模拟输入， 其中，所述微控制器、所述开关模式电源控制器、所述模－数变换器和所述模拟输入多路转换器被制造在一单个集成电路芯片上； 所述开关模式电源控制器具有至少一个模拟输入、至少一个设置点输入和一个适于用来控制对该电池充电的功率转换器的输出； 所述开关模式电源控制器的至少一个设置点输入接收来自所述微控制器的至少一个设置点；和 所述开关模式电源控制器的至少一个模拟输入适于接收来自功率转换器的至少一个参量信号。

【技术特征摘要】
US 1999-2-16 09/250,7561．一种用于电池充电器逻辑和控制的装置，所述装置包括一微控制器；一开关模式电源控制器；一连接到所述微控制器的模-数变换器；和一连接到所述模-数变换器的模拟输入多路转换器，所述模拟输入多路转换器具有多个适于接收来自一电池的多个条件值的模拟输入，其中，所述微控制器、所述开关模式电源控制器、所述模-数变换器和所述模拟输入多路转换器被制造在一单个集成电路芯片上；所述开关模式电源控制器具有至少一个模拟输入、至少一个设置点输入和一个适于用来控制对该电池充电的功率转换器的输出；所述开关模式电源控制器的至少一个设置点输入接收来自所述微控制器的至少一个设置点；和所述开关模式电源控制器的至少一个模拟输入适于接收来自功率转换器的至少一个参量信号。2．如权利要求1的装置，其中来自该功率转换器的至少一个参量信号是正比于由该电池汲取的电流量的信号。3．如权利要求1的装置，其中来自该功率转换器的至少一个参量信号是正比于提供给该电池的电压量的信号。4．如权利要求1的装置，其中来自该功率转换器参量信号是一正比于加给该电池的电压量的信号和另一个正比于由该电池汲取的电流量的信号。5．如权利要求1的装置，其中所述开关模式电源控制器的输出是一被转换的信号。6．如权利要求5的装置，其中来自所述开关模式电源控制器输出的被转换信号包括脉冲宽度调制。7．如权利要求5的装置，其中来自所述开关模式电源控制器输出的被转换信号包括脉冲位置调制。8．如权利要求5的装置，其中来自所述开关模式电源控制器输出的被转换信号包括脉冲跳转调制。9．如权利要求1的装置，其中所述开关模式电源控制器使用一恒定电压模式，以维持在该电池中的恒定电压。10．如权利要求1的装置，其中所述开关模式电源控制器使用一恒定电流模式以维持在该电池中的恒定电流。11．如权利要求1的装置，其中除非来自该功率转换器的电流参量信号超过来自所述微控制器的电流设置点，所述开关模式功率电源控制器使用具有电流依从模式的恒定电压，以在该电池中维持一恒定电压，而后该电池维持一恒定电流，以便不超过该电流设置点。12．如权利要求1的装置，还包括有一适用于控制连接在功率转换器、电池和至少一个另外的电池之间的功率转移开关的输出。13．如权利要求1的装置，还包括一封装所述集成电路芯片的集成电路管壳。14．如权利要求13的装置，其中该集成电路管壳是从包括双列直插式塑料封装(PDIP)、小外型(SO)、缩小外型封装(SSOP)、薄小外型封装(TSSOP)、双列直插式窗口陶瓷封装(CERDIP)、无引线式芯片封装(LCC)、塑料无引线式芯片封装(PLCC)、塑料四方扁平封装(PQFP)、薄四方扁平封装(TQFP)、栅格阵列管脚封装(PGA)、球栅阵列管脚封装(BGA)、TO-220、TO-247和TO-263的一组封装中所选择的。15．如权利要求1的装置，其中该功率转换器被制造在所述单个集成电路芯片中。16．如权利要求1的装置，其中所述开关模式电源控制器是多个开关模式电源控制器。17．如权利要求13的装置，其中该功率转换器被封装在所述集成电路管壳中。18．一种用于电池充电器逻辑和控制的装置，所述装置包括一微控制器；至少一个开关模式电源控制器；一连接到所述微控制器的模-数变换器；和一连接到所述模-数变换器的模拟输入多路转换器，所述模拟输入多路转换器具有适用于接收来自至少一电池的多个条件值的多个模拟输入，其中所述微控制器、所述至少一个开关模式电源控制器、所述模-数变换器和所述模拟输入多路转换器被制造在单个集成电路芯片上；所述至少一个开关模式电源控制器具有至少一个模拟输入、至少一个设置点输入和至少一个适用于控制对至少一个电池充电的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈托诺达马瓦斯基塔，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]