本发明专利技术涉及用于调整来自低容量电池单元的功率的新电路拓扑。一种电源电路包括电压受限充电电路和线性调整器，以供给高电流脉冲给负载，同时维持经调整的输出并且不将电池放电到预定电平之下。电压受限充电电路包括共同配置为有源回路的低阻抗晶体管和运算放大器。晶体管用作开关，并且运算放大器提供可调节控制电压，该可调节控制电压根据当前电池电压和最小阈值电压来调节晶体管阻抗。调节晶体管阻抗使得存储电容器能够在电池阻抗低时非常迅速地充电或者在电池阻抗高时非常缓慢地充电。
New circuit topology for adjusting power from a low volume battery cell
The present invention relates to a new circuit topology for adjusting the power from a low volume cell unit. A power circuit includes a voltage limited charging circuit and a linear regulator to supply a high current pulse to the load while maintaining an adjusted output without discharging the battery to a predetermined level. The voltage limited charging circuit includes a low impedance transistor and an operational amplifier configured together as an active circuit. The transistor is used as a switch, and the operational amplifier provides an adjustable control voltage that adjusts the transistor impedance according to the current battery voltage and the minimum threshold voltage. The transistor impedance is adjusted so that the storage capacitor can charge very quickly when the battery impedance is low or charge very slowly when the battery impedance is high.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率调整领域。更特别地，本专利技术涉及调整来自低容量电池单元的功率的领域。
技术介绍
电池被用于要求短持续时间能量“突发”的应用中。示例性应用包括智能信用卡、 宾馆钥匙卡和蜂窝电话，诸如使得蜂窝电话中的相机闪光灯闪光。某些电池类型，称为微能量电池单元，极其薄，例如小于大约150微米厚度。这些电池具有非常低的容量，诸如0.5 毫安时到2毫安时，但是能够递送50毫安到200毫安的对于其大小而言相对较高的电流。 电源电路设计为防止电池电压下降到最小阈值电压之下。这一处理可用于防止对电池的损坏和/或维持最小电压电平，从而使得其能够被用于电源电路所耦合到的其他应用，诸如系统电源。用于维持最小阈值电压的常规解决方案是在电池与存储电容器之间串联地耦合开关和电阻器。存储电容器通过接通开关来充电，并且电阻器防止电池下降到损坏阈值之下。一旦电容器被充电到预定电平，例如完全充满或某些较低的充电电平，则在短时间段内负载能够接收来自已充电电容器的高浪涌电流，而不将电池下拉到最小阈值电压之下。图1图示了用于提供从电池到负载的电流浪涌的常规电源电路的概念性示意图。 功率调整电路设计为防止电池电压下降到预定电压电平之下。功率调整电路2包括电池8、 耦合到电池8的充电电路4、耦合到充电电路4的调整器电路6以及耦合到调整器电路6的负载30。充电电路4包括晶体管10、电阻器12和电容器14。电池8是概念性地表示为电压源16的电源。电池8还具有概念性地表示为电阻器18的电池阻抗。在此所用的对“电池电压”的引用是指电阻器18处的输出端电压。电阻器12表示在电池8与电容器14之间的附加电阻。晶体管10和电阻器12的组合阻抗防止电池电压下降到会发生对电池的损坏的电压之下或者以便维持用于其他应用的最小电压电平。在备选配置中，晶体管10和电阻器12用单一晶体管代替，该单一晶体管所具有的阻抗大到足以具有晶体管10与电阻器12 的相同组合阻抗。晶体管10用作实现从电池8到电容器14的电流流动的开关。调整器电路6包括晶体管22、运算放大器20、电阻器M和沈以及电容器28。负载30耦合到电容器观。晶体管22用作实现从充电电路4到负载30的电流流动的开关。在接通到负载30的电流之前，首先通过接通开关10来对电容器14充电。一旦对电容器14充了电，负载30就被接通，并且存储在电容器14中的能量被递送给负载30并在电容器14的电压放电的同时被调整。这确保了电池8的电压不会被下拉到电池8可能被损坏的阈值电压之下或者以便维持用于其他应用的最小电压电平。调整器6可以始终接通， 在此情况下接通和关断负载实现电流流动，或者调整器6可以接通和关断以实现从充电电路4到负载30的电流流动。一般而言，电容器14在负载30接通之前或者在调整器6接通之前被充电。在损坏阈值之处或之下，电池丧失容量并最终变得不可操作。将电池电压维持在损坏阈值之上使得电池能够用于数千次循环。电源电路2可以用于很多应用，包括传感器和智能信用卡。在智能信用卡的情况中，电池在信用卡内。信用卡还包括微处理器和发射电路。电源电路2的缺点是电池8内的电阻器18的电阻高度依赖于温度。在电源电路的典型操作温度范围内，诸如在_25°C到85°C之间，电阻可能从在该温度范围的高端处的几欧，诸如5-10欧，向上变化到在温度低端处的数千欧，诸如12K欧。这是很大的电阻范围。 环境温度越高，电阻器18的瞬时电阻越低。瞬时电阻越低，来自电池的电流输出越大。来自电池的电流输出需要受到限制以便不会下拉电池电压。电源电路2设计为能应对最差情况的电流输出条件，该最差情况的电流输出条件对应于要操作电源电路2的最低温度。晶体管10和电阻器12的组合阻抗减缓了从电池8到电容器14的电流流动以防止电池电压下降到损坏阈值电压。为了能应对由于温度而引起的电池电阻的较宽的变化，电阻器12根据最差情况的温度条件设计，该最差情况的温度条件对应于预期可操作温度范围中的低温。温度越低，电阻器18的电阻越高，从而对能应对电池8的增加的输出阻抗的更大电阻器12的需求就更大。这样，电源电路2所针对的应用决定了电阻器12的大小。例如，如果电源电路2要用于可操作温度范围的低端将低至10°C的应用中，则使用第一电阻器。如果电源电路2要用于温度将低至0°C的另一应用中，则使用第二电阻器，其中由于较低的预期温度， 第二电阻器具有比第一电阻更大的电阻。因此，电源电路2包括如下的电阻器12，该电阻器 12具有针对最差情况条件而设计的电阻，该最差情况条件为要使用电源电路的最低预期温度。电阻器12越大，对电容器14充电的时间越长。然而，当在非最差情况场景中(例如在20°C )使用电源电路2时，对电容器14充电的时长仍然依赖于针对较低最差情况温度而设计的电阻器12。在20°C时对电容器14充电会耗费几乎与在最差情况温度(例如0°C) 时对电容器14充电一样长的时间。针对这种情况的充电时间长于电源电路是针对20°C的最差情况温度而设计的情形。减小非最差情况条件的充电时间将是有利的。
技术实现思路
电源电路的实施例包括电压受限充电电路和线性调整器，以供给高电流脉冲给负载，同时维持经调整的输出并且不将电池放电到预定电平之下。电压受限充电电路包括共同配置为有源回路的低阻抗晶体管和运算放大器。晶体管用作开关，并且运算放大器提供可调节控制电压，该可调节控制电压根据当前电池电压和最小阈值电压来调节晶体管阻抗。调节晶体管阻抗使得存储电容器能够在电池阻抗低时非常迅速地充电或者在电池阻抗高时非常缓慢地充电。在一个方面，一种电源电路包括电池；存储电容器；有源控制电路，耦合在电池和存储电容器之间，其中有源控制电路被配置为启用电池对存储电容器的充电，同时将电池电压维持在最小电压电平之处或之上；以及负载，耦合到存储电容器。在某些实施例中， 有源控制电路是有源回路，该有源回路被配置为在存储电容器充电时监控电池电压。在某些实施例中，有源回路包括耦合在电池与存储电容器之间的晶体管以及耦合到晶体管和电池的运算放大器。在某些实施例中，运算放大器包括耦合到电池以接收电池电压的第一输入以及用以接收最小电压电平的第二输入。晶体管的阻抗可以由从运算放大器输出的控制信号来调节。有源控制电路使得能够以如下充电速率对存储电容器充电，该充电速率达到并包括针对电池的瞬时阻抗的最大充电速率。瞬时电池阻抗根据环境温度而变化。在某些实施例中，电源电路还包括调整器电路，耦合在存储电容器与负载之间。调整器电路可以配置为在特定时间段内输出经调整的电压给负载。在某些实施例中，电池是微能量电池单元。 在某些实施例中，电池是需要负载保护的能量源。附图说明图1图示了用于提供从电池到负载的电流浪涌的常规电源电路的概念性示意图。图2图示了用于提供从电池到负载的电流浪涌的电源电路的概念性示意图。图3图示了对应于图2中的电源电路操作的示例性波形。针对附图的若干视图来描述电源电路的实施例。在多于一个的附图中，在适当的时候并且仅当公开和示出相同的元件时，将使用相同的参考标号表示这种相同的元件。具体实施例方式本申请的实施例针对电源电路。本领域一般技术人员将会认识到，以下对电源电路的详细描述仅是说明性的，并非旨在以任何方式进行限制。本领域技术人员将容易地得知电源本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电源电路，包括：ａ．电池；ｂ．存储电容器；ｃ．有源控制电路，耦合在所述电池与所述存储电容器之间，其中所述有源控制电路被配置为启用所述电池对所述存储电容器的充电，同时将电池电压维持在最小电压电平之处或之上；以及ｄ．负载，耦合到所述存储电容器。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·洛卡斯西奥，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：US
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