CN109874374B - 压控电荷泵和电池充电器 - Google Patents

Abstract

本公开的某些方面涉及压控电荷泵和电池充电器的方法和装置。本公开的某些方面提供了一种操作压控电荷泵的方法。该方法包括：基于反馈路径上的电压来选择性地断开和闭合多个开关。该多个开关被耦合在电压输入端子与电压输出端子之间。第一电容器被耦合在多个开关中的至少第一开关与第二开关之间。第二电容器被耦合至该电压输出端子。该反馈路径被耦合至电压输出端子、第一电容器和第二电容器中的至少一个。

Description

压控电荷泵和电池充电器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月15日所提交的美国临时专利申请No.62/395,208号，以及于2017年6月26日所提交的美国专利申请No.15/633,561号的权益。上述申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般地涉及电源控制，并且特别地涉及一种压控电荷泵和电池充电器。

背景技术

越来越多和各种各样的电子设备都是经由可充电电池供电。这样的设备包括：移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机***设备、通信设备(例如，蓝牙设备)、数码相机、助听器、医用植入物等。虽然电池技术已得到改进，但是电池供电的电子设备越来越多地需要并消耗更大量的电力。因此，这些设备经常需要再充电。可再充电设备通常经由有线连接充电，该有线连接需要电缆或被物理连接至电源的其他类似的连接器。电缆和类似的连接器有时候可能不方便或麻烦的并且有其他缺点。例如，无线功率传输***可以允许用户在没有物理、电气连接的情况下对电子设备充电和/或供电，从而减少操作电子设备所需的组件的数目并且简化了电子设备的使用。

进一步地，一些电子设备可能不是电池供电，但是利用无线功率传输来为这样的设备供电仍然可能是有益的。特别地，无线功率的使用可以消除对要被附接至电子设备的电线/电缆的需求，这可能不方便且在美观方面使人不愉快。

不同的电子设备可以具有不同的形状、大小和功率要求。在工业设计和对各种设备的支持方面，组成无线功率发射器和/或无线功率接收器的组件(例如，磁性线圈、充电板等)具有不同的大小和形状的灵活性。

发明内容

本公开的某些方面，提供了一种压控电荷泵。该压控电荷泵包括：电压输入端子。该压控电荷泵还包括电压输出端子。该压控电荷泵还包括多个开关，该多个开关被耦合在电压输入端子与电压输出端子之间。该压控电荷泵还包括第一电容器，该第一电容器被耦合在多个开关中的至少第一开关与第二开关之间。该压控电荷泵还包括第二电容器，该第二电容器被耦合至电压输出端子。该压控电荷泵还包括控制器，该控制器被配置为选择性地断开和闭合多个开关。该压控电荷泵还包括反馈路径，该反馈路径是从电压输出端子、第一电容器和第二电容器中的至少一个到控制器。控制器被配置为基于反馈路径上的电压来选择性地断开和闭合多个开关。

本公开的某些方面，提供了一种压控电池充电器。该压控电池充电器包括：电荷泵和被耦合至电荷泵的输出的线性稳压器。线性稳压器被配置为确定电池的电压电平。线性稳压器还被配置为基于所确定的电池的电压电平来设置对电荷泵的输出电压的限制。线性稳压器还被配置为选择性地将输出电压施加至电池。

本公开的某些方面，提供了一种操作压控电荷泵的方法。该方法包括：基于反馈路径上的电压来选择性地断开和闭合多个开关。多个开关被耦合在电压输入端子与电压输出端子之间。第一电容器被耦合在多个开关中的至少第一开关与第二开关之间。第二电容器被耦合至电压输出端子。反馈路径被耦合至电压输出端子、第一电容器和第二电容器中的至少一个。

本公开的某些方面，提供了一种操作压控电池充电器的方法。该方法包括：确定电池的电压电平。该方法还包括：基于所确定的电池的电压电平来设置电源的输出电压的限制。该方法还包括：选择性地将输出电压施加至电池。

本公开的某些方面，提供了一种压控电荷泵。该压控电荷泵包括：用于基于反馈路径上的电压来选择性地断开和闭合多个开关的装置。多个开关被耦合在电压输入端子与电压输出端子之间。第一电容器被耦合在多个开关中的至少第一开关与第二开关之间。第二电容器被耦合至电压输出端子。反馈路径被耦合至电压输出端子、第一电容器和第二电容器中的至少一个。该压控电荷泵还包括：用于选择性地控制多个开关、以在充电模式下将第一电容器耦合在电压输入端子与电压输出端子之间、以及在放电模式下将第一电容器耦合在参考电位与电压输出端子之间的装置。

本公开的某些方面，提供了一种压控电池充电器。该压控电池充电器包括：用于确定电池的电压电平的装置。该压控电池充电器还包括：用于基于所确定的电池的电压电平来设置电源的输出电压的限制的装置。该压控电池充电器还包括：用于选择性地将输出电压施加至电池的装置。

本公开的某些方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质具有其上所存储的、用于执行操作压控电荷泵的方法的指令。该方法包括：基于反馈路径上的电压来选择性地断开和闭合多个开关。多个开关被耦合在电压输入端子与电压输出端子之间。第一电容器被耦合在多个开关中的至少第一开关与第二开关之间。第二电容器被耦合至电压输出端子。反馈路径被耦合至电压输出端子、第一电容器和第二电容器中的至少一个。

本公开的某些方面，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质具有其上所存储的、用于执行操作压控电池充电器的方法的指令。该方法包括：确定电池的电压电平。该方法还包括：基于所确定的电池的电压电平来设置电源的输出电压的限制。该方法还包括：选择性地将输出电压施加至电池。

本公开的某些方面，提供了一种操作压控电荷泵的方法。该方法包括：在旁路模式下选择性地操作该压控电荷泵，其中压控电荷泵的输出电压基本上等于该压控电荷泵的输入电压。该方法还包括：在活动模式下选择性地操作该压控电荷泵，其中压控电荷泵的输出电压基于指示输出电压的电压与阈值电压的比较而被控制。

本公开的某些方面，提供了一种压控电荷泵。该压控电荷泵包括：用于在旁路模式下选择性地操作该压控电荷泵的装置，其中该压控电荷泵的输出电压基本上等于该压控电荷泵的输入电压。该压控电荷泵还包括：用于在活动模式下选择性地操作该压控电荷泵的装置，其中该压控电荷泵的输出电压基于指示输出电压的电压与阈值电压的比较而被控制。

本公开的某些方面，提供了一种操作压控电荷泵的方法。该方法包括：在旁路模式下选择性地操作该压控电荷泵，其中该压控电荷泵的输出电压基本上等于该压控电荷泵的输入电压。该方法还包括：在活动模式下选择性地操作该压控电荷泵，其中该压控电荷泵的输出电压基于指示输出电压的电压与阈值电压的比较而被控制。

本公开的某些方面，提供了一种压控电荷泵。该压控电荷泵包括：用于在旁路模式下选择性地操作该压控电荷泵的装置，其中该压控电荷泵的输出电压基本上等于该压控电荷泵的输入电压。该压控电荷泵还包括：用于在活动模式下选择性地操作该压控电荷泵的装置，其中该压控电荷泵的输出电压基于指示输出电压的电压与阈值电压的比较而被控制。

以下详细描述和附图提供了对本公开的性质和优点的更好理解。

附图说明

关于以下讨论，特别是附图，强调的是所示出的详情表示用于说明性讨论的目的的示例，并且为了提供本公开的原理和概念性方面的描述而被提出。在这方面，没有试图示出超出对本公开的基本理解所需的实施细节。结合附图，随后的讨论使得根据本公开的实施例可以如何被实践对本领域的技术人员是显而易见的。在附图中：

图1是根据说明性方面的无线功率传输***的功能框图。

图2是根据说明性方面的无线功率传输***的功能框图。

图3是根据说明性方面的包括功率发射或接收元件的、图2的发射电路***或接收电路***的一部分的示意图。

图4图示了根据某些方面的电荷泵。

图5图示了根据某些方面的压控电荷泵。

图6图示了根据某些方面的、图5的电荷泵的反馈路径和控制器的示例实施方式的电路图。

图7图示了根据某些方面的、图5的电荷泵的反馈路径和控制器的示例实施方式的电路图。

图8图示了根据某些方面的、图5的电荷泵的反馈路径和控制器的示例实施方式的电路图。

图9是根据本公开的某些方面的用于操作压控电荷泵的示例操作的流程图。

图10是根据本公开的某些方面的用于操作压控电荷泵的示例操作的流程图。

图11图示了根据某些方面的压控电池充电器。

图12是图示了根据某些方面的由图11的压控电池充电器执行的三相充电过程的示例的曲线图。

图13图示了根据某些方面的图11的压控电池充电器的示例的部分的电路图。

图14是根据本公开的某些方面的用于操作压控电池充电器的示例操作的流程图。

具体实施方式

以下图中共有的图元件可以使用相同的附图标记来标识。

无线功率传输可以指将与电场、磁场、电磁场或其他相关联的任何形式的能量从发射器传输至接收器而并未使用物理电导体(例如，可以通过自由空间传输功率)。输出至无线场(例如，磁场或电磁场)的功率可以由“功率接收元件”接收、捕获或耦合以实现功率传输。

图1是根据说明性方面的无线功率传输***100的功能框图。输入功率102可以从电源(图1中未示出)被提供至发射器104，以生成用于执行能量传输的无线场105(例如，磁场或电磁场)。接收器18可以耦合至无线场105并且生成输出功率110以用于存储或者由耦合至输出功率110的设备(图1中未示出)消耗。发射器104和接收器108可以被分开距离112。发射器104可以包括用于将能量发射/耦合至接收器108的功率发射元件114。接收器108可以包括用于接收或捕获/耦合从发射器104所发射的能量的功率接收元件118。

在一个说明性方面中，发射器104和接收器108可以根据相互谐振关系来配置。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率基本上相同或非常接近时，减小了发射器104与接收器108之间的传输损耗。同样地，可以在更大距离之上提供无线功率传输。因此，谐振感应耦合技术可以允许改进效率和在各种距离上的功率传输，以及具有各种感应功率发射和接收元件配置。

在某些方面，无线场105可以对应于发射器104的“近场”。近场可以对应于其中存在由远离功率发射元件114而最小地辐射功率的功率发射元件114中的电流和电荷导致的强反应场的区域。近场可以对应于在功率发射元件114的约一个波长(或其一小部分)内的区域。相反地，远场可以对应于大于功率发射元件114的约一个波长的区域。

在某些方面中，通过将无线场105中的一大部分能量耦合至功率接收元件118而不是将电磁波中的大部分能量传播至远场，可以发生高效能量传输。

在某些实施方式中，发射器104可以输出具有与功率发射元件114的谐振频率对应的频率的时变磁场(或电磁场)。当接收器108在无线场105内时，时变磁场(或电磁场)可以在功率接收元件118中感生电流。如上所述，如果功率接收元件118被配置为谐振电路以在功率发射元件114的频率处谐振，则可以更有效地传输能量。可以对在功率接收元件118中所感生的交流(AC)信号进行整流，以产生可以被提供以向负载充电或对负载供电的直流(DC)信号。

图2是根据另一说明性方面的无线功率传输***200的功能框图。***200可以包括发射器204和接收器208。发射器204(在本文中也被称为功率传输单元PTU)可以包括发射电路***206，该发射电路***206可以包括振荡器222、驱动器电路224和前端电路226。振荡器222可以被配置为在所需频率(例如，基频)下生成振荡器信号(例如，振荡信号)，该振荡器信号可以响应于频率控制信号223而被调整。振荡器222可以向驱动器电路224提供振荡器信号。驱动器电路224可以被配置为基于输入电压信号(VD)225例如在功率发射元件214的谐振频率下驱动功率发射元件214。驱动器电路224可以是开关放大器，该开关放大器被配置为从振荡器222接收方波、并且输出正弦波作为驱动信号。

前端电路226可以包括被配置为滤除谐波或其他不希望的频率的滤波器电路。前端电路226可以包括被配置为将发射器204的阻抗与功率发射元件214的阻抗匹配的匹配电路。如下文更详细地阐释，前端电路226可以包括调谐电路以与功率发射元件214产生谐振电路。作为驱动功率发射元件214的结果，功率发射元件214可以生成无线场205以在足以用于对电池236充电或用于另外对负载供电的电平下无线地输出功率。

发射器204还可以包括控制器240，该控制器240可操作地被耦合至发射电路***206、以及被配置为控制发射电路***206的一个或多个方面，或者完成与管理功率的传输相关的其他操作。控制器240可以是微控制器或处理器。控制器240可以被实施为专用集成电路(ASIC)。控制器240可以可操作地、直接地或间接地被连接至发射电路***206的每个组件。控制器206还可以被配置为接收来自发射电路***206的每个组件的信息、并且基于所接收到的信息执行计算。控制器240可以被配置为针对每个组件生成控制信号(例如，信号223)，该控制信号可以调整该组件的操作。同样地，控制器240可以被配置为基于由其所执行的操作的结果来调整或管理功率传输。发射器204还可以包括被配置为存储数据(例如诸如，用于使得控制器240执行特定功能(诸如，与无线功率传输的管理相关的功能)的指令)的存储器(未示出)。

接收器208(在本文中也被称为功率接收单元PRU)可以包括接收电路***210，该接收电路***210可以包括前端电路232和AC/DC转换器(例如，整流器电路234)。前端电路232可以包括匹配电路***，该匹配电路***被配置为将接收电路***210的阻抗与功率接收元件218的阻抗匹配。如下文将阐释的，前端电路232还可以包括调谐电路，以与功率接收元件218产生谐振电路。整流器电路234可以从AC功率输入生成DC功率输出以对电池236充电，如图2中所示。尽管关于整流器描述了某些方面，但是一些这样的方面也可以使用另一种类型的AC/DC转换器。接收器208和发射器204可以附加地在单独通信信道219(例如，蓝牙、Zigbee、蜂窝等)上通信。接收器208和发射器204可以使用无线场205的特性经由带内发信号来交替地通信。

接收器208可以被配置为确定由发射器204发射以及由接收器208接收的功率的量是否适用于对电池236充电。在某些方面中，发射器204可以被配置为生成具有直接场耦合系数(k)的主要非辐射场以用于提供能量传输。接收器208可以直接地耦合至无线场205、并且可以生成输出功率，以用于存储或由被耦合至输出或接收电路***210的电池(或负载)236所消耗。

接收器208还可以包括控制器250，类似于如上文所描述的发射控制器240，该控制器250被配置成管理无线功率接收器208的一个或多个方面。接收器208还可以包括存储器(未示出)，该存储器被配置为存储数据，例如，诸如用于使得控制器250执行特定功能(诸如，与无线功率传输的管理相关的功能)的指令。

如上文所讨论，发射器204和接收器208可以被分开一定距离并且可以根据相互谐振关系而被配置为最小化发射器204与接收器208之间的传输损耗。

图3是根据说明性方面的、图2的发射电路***206或接收电路***210的一部分的示意图。如图3中所示，发射或接收电路***350可以包括：功率发射或接收元件352以及调谐电路360。功率发射或接收元件352也可以被称为或被配置为天线或“环形”天线。术语“天线”一般指可以无线地输出或接收能量以用于耦合至另一天线的组件。功率发射或接收元件352在本文中也被称为或被配置为“磁性”天线、或感应线圈、谐振器、或谐振器的一部分。功率发射或接收元件352也可以被称为将被配置为无线地输出或接收功率的类型的线圈或谐振器。如本文所使用的，功率发射或接收元件352是被配置为无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传输组件”的示例。功率发射或接收元件352可以包括空气核心或物理核心，诸如，铁氧体核心(在图3中未示出)。

当功率发射或接收元件352被配置为谐振电路或具有调谐电路360的谐振器时，功率发射或接收元件352的谐振频率可以是基于电感和电容。电感可以只是由线圈所产生的电感和/或形成功率发射或接收元件352的其他电感器。电容(例如，电容器)可以由调谐电路360提供以在所需谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性示例，调谐电路360可以包括电容器354和电容器356，电容器354和电容器356可以被添加至发射和/或接收电路***350以产生谐振电路。

调谐电路360可以包括：用于与功率发射或接收元件352形成谐振电路的其他组件。作为另一非限制性示例，调谐电路360可以包括：被并行放置在电路***350的两个端子之间的电容器(未示出)。其他设计仍然是可能的。在一些方面中，前端电路226中的调谐电路可以具有与前端电路232中的调谐电路相同的设计(例如，360)。在其他方面中，前端电路226可以使用与前端电路232中不同的调谐电路设计。

对于功率发射元件，其具有频率基本上对应于功率发射或接收元件352的谐振频率的信号358可以是通向功率发射或接收元件352的输入。对于功率接收元件，其具有频率基本上对应于功率发射或接收元件352的谐振频率的信号358可以是来自功率发射或接收元件352的输出。

虽然本文所公开的方面可以被用于在与谐振无线功率传输相关的***中，但是本领域的普通技术人员将领会的是，本文所公开的方面可以被用于无线功率传输的其他非谐振实施方式，以及有线功率应用中。特别地，本文中的一些方面涉及压控电荷泵，该压控电荷泵可以被用于基于来自电源(例如，无线功率接收器)的输入电压来限制被施加至负载的输出电压(例如，以对电池、功率管理集成电路(PMIC)、设备等充电)。

在某些方面中，归因于由无线功率发射器(例如，发射器204)生成的无线场(例如，无线场205)的、在无线功率接收器(例如，接收器208)处的所感生的电压可以变化。例如，无线功率接收器208与无线功率发射器204之间的耦合可能归因于接收器208与发射器204之间的距离或材料而改变，从而导致接收器208处的所感生的电压变化。

某些设备(例如，移动设备、电池供电的设备等的充电端口)可以被配置为只接受限制范围的电压(例如，4V至10V、4V至12V等)。因为接收器208处的所感生的电压可能归因于发射器204与接收器208之间的可变互感而变化，所以电路可以被用来缩放接收器208的电压。例如，在某些方面中，接收器208包括压控电荷泵，该压控电荷泵包括被耦合在整流器234与负载236之间的多个开关。整流器234可以被耦合至压控电荷泵的电压输入端子。来自整流器234的DC电压充当压控电荷泵的输入电压(Vin)。进一步地，负载236可以被耦合至压控电荷泵的电压输出端子、以及接收输出电压(Vout)。在某些方面中，压控电荷泵被配置为将由接收器208输出的电压限制为适合负载236的电压。

图4图示了根据某些方面的电荷泵400。在某些方面中，电荷泵400可以包括：开环二分电荷泵(divide-by-two charge pump)。在某些方面中，电荷泵可以在二分模式(divide-by-two mode)下操作，其中电荷泵400的输出电压Vout是电荷泵400的输入电压Vin的一半(Vout＝Vin/2)。在某些方面中，电荷泵400可以在旁路模式下操作，其中电荷泵400的输出电压Vout等于输入电压Vin。

如图4所示，电荷泵400包括电压输入端子402。电压输入端子402可以被耦合至电源(例如，接收器208)。电荷泵还包括输入电容器(Cin)404，该输入电容器(Cin)404被耦合在电压输入端子402与参考电位(例如，接地)之间。

电荷泵400还包括第一晶体管406、第二晶体管408、第三晶体管410和第四晶体管412。在一些方面中，第一晶体管406和第二晶体管408中的每一个的栅极端子可以被耦合至第一控制信号(例如，来自控制器，诸如PMIC、处理器、控制器250等)。因此，第一晶体管406和第二晶体管408的操作(即，断开和闭合)可以相同并且由将被施加至第一晶体管406和第二晶体管408的相同的第一控制信号(例如，高或低)控制。同样地，第三晶体管410和第四晶体管412中的每一个的栅极端子可以被耦合至第二控制信号(例如，来自控制器，诸如PMIC、处理器、控制器250等)。因此，第三晶体管410和第四晶体管412的操作(即，断开和闭合)可以相同并且由将被施加至第三晶体管410和第四晶体管412的相同的第一控制信号(例如，高或低)控制。

第一晶体管406被耦合在电压输入端子402与飞跨电容器(Cfly)414之间。Cfly414被耦合在第一晶体管406与第二晶体管408之间。第二晶体管408被耦合在Cfly 414与电压输出端子418之间。第三晶体管410被耦合在参考电位(例如，接地)与Cfly 414之间。第四晶体管412被耦合在Cfly 414与电压输出端子418之间。输出电容器(Cout)还被耦合在电压输出端子418与参考电位(例如，接地)之间。

电荷泵400在二分模式、充电模式和放电模式下的同时在两种模式下操作。在一些方面中，在充电模式下，电容器Cfly 414和Cout 416被串联耦合，并且由将被施加至电压输入端子402的输入电压充电。特别地，第一晶体管406和第二晶体管408在充电模式下被闭合(基于第一控制信号)，并且第三晶体管410和第四晶体管412被断开(基于第二控制信号)。

进一步地，在放电模式下，电容器Cfly 414和Cout 416被并联耦合，并且放电和将电压供应至电压输出端子418。特别地，第一晶体管406和第二晶体管408在放电模式下被断开(基于第一控制信号)，并且第三晶体管410和第四晶体管412被闭合(基于第二控制信号)。

电荷泵400可以被配置为基于时钟信号(例如，基于振荡器)在充电模式与放电模式之间改变模式。例如，时钟信号可以根据频率(例如，固定频率)和占空比在低信号与高信号之间振荡，并且为第一晶体管406、第二晶体管408、第三晶体管410和第四晶体管412生成控制信号的控制器可以基于时钟信号来生成控制信号。电荷泵400在时钟是第一值(例如，高或低)时可以处于充电模式，以及在时钟是第二值(例如，高或低中的另一个)时可以处于放电模式。在一些方面中，在电荷泵400是开环二分电荷泵的情况下，频率和占空比可以被设置(例如，被设置为50％)以确保输出端子处的电压Vout等于Vin/2。

如上所讨论，在某些方面中，电荷泵400可以在二分模式或旁路模式下起作用。在旁路模式下，输入端子402可以被直接地耦合至输出端子418，意指Vin＝Vout，并且负载被直接地耦合至输入电压Vin(例如，第一晶体管406和第四晶体管412被闭合，以及第二晶体管408和第三晶体管410被断开)。，旁路模式与在二分模式时所使用的充电模式和放电模式不同。特别地，在旁路模式下，与充电模式和放电模式不同，Cfly 414和Cout 416不会被充电和放电。进一步地，在二分模式下，Vout＝Vin/2。因此，如果设备具有电压要求Vreq(例如，4V至10V)，则输入电压Vin在任何地方都是从4V到20V，并且电荷泵400可以生成电压Vreq。因此，输入电压Vin(例如，在接收器208处所感生的电压)不一定被约束为Vreq，但是具有更广泛的约束。然而，即使利用电荷泵400，基于负载所接受的电压范围，输入电压仍然具有约束范围。特别地，电荷泵400的输出电压Vout仍然高度依赖于Vin。进一步地，在一些方面中，尽管负载可以接受宽电压范围以用于操作，但是当在该范围(例如，某些较低电压的范围)内的某些电压下操作时，可能存在效益增益。电荷泵400不可以被配置为将输出电压Vout控制/限制为在操作因为Vin可能会变化而更有效的情况下的这种电压。因此，电荷泵400需要利用另一个控制器(例如，PMIC)来操作以确保通向负载的电压在操作约束内，这可以增加复杂性和成本。因此，本文中的某些方面提供了一种压控电荷泵，该压控电荷泵可以将输出电压Vout限制为独立于Vin的值。

图5图示了根据某些方面的压控电荷泵500。特别地，电荷泵500与电荷泵400相似。然而，除了被包括在电荷泵400中的元件之外，电荷泵500包括被耦合至控制器530的反馈路径520。

在某些方面中，电荷泵可以在活动模式下操作，其中电荷泵500的输出电压Vout是基于如本文所讨论的由控制器530选择性断开和闭合开关(诸如，第一晶体管506、第二晶体管508、第三晶体管510和第四晶体管512)。活动模式可以与如本文所讨论的二分模式相似，其中电荷泵500被配置为在两种模式(充电模式和放电模式下)操作，然而，开关的频率和占空比可能不同(例如，50％的不同)以实现输出端子处的其他电压。在某些方面中，电荷泵500可以在旁路模式下操作，其中电荷泵500的输出端子518被耦合至输入端子502并且电荷泵500的输出电压Vout等于输入电压Vin。

如图5所示，控制器530被耦合至第一晶体管506、第二晶体管508、第三晶体管510和第四晶体管512的栅极端子，并且生成控制信号以选择性地断开和闭合第一晶体管506、第二晶体管508、第三晶体管510和第四晶体管512。与电荷泵400相似，在一些方面中，第一晶体管506和第二晶体管508中的每一个都被耦合至相同的控制信号和/或可以被一起控制，并且第三晶体管510和第四晶体管512中的每一个都被耦合至相同的控制信号和/或可以被一起控制。

在某些方面中，在活动模式下，控制器530可以至少部分地基于时钟信号(例如，基于振荡器)来生成控制信号。例如，时钟信号可以根据频率和占空比在低信号与高信号之间振荡，并且控制器530可以基于时钟信号来生成控制信号。在一些方面中，时钟信号的频率是固定的。在一些方面中，时钟信号的频率可以是基于动态负载自适应开关频率技术，其中频率取决于将被耦合至输出端子518的负载。在一些方面中，负载自适应开关频率可以提高效率并且适应更高的Vin/Vout比。例如，电荷泵500可以包括被耦合至Cfly 514和Cout 516中的一个或多个的定时器电路，该定时器电路被配置为确定电容器多长时间才能充电到目标电压电平。基于可以被输入至控制器530的由定时器电路计算得到的持续时间，控制器530可以改变时钟信号的频率和/或占空比，使得基于频率和/或占空比的充电模式的持续时间将Cfly 514和/或Cout 516大致充电到目标电压电平以更好地控制Vout(例如，充电模式的持续时间是由定时器电路计算得到的持续时间)。在一些方面中，Cfly 514和/或Cout516的目标电压可以是所需Vout的两倍。

在一些方面中，在活动模式下，当时钟处于第一值(例如，高或低)时，控制器530可以在充电模式下操作电荷泵500，并且当时钟处于第二值(例如，高或低中的另一个)时，控制器530可以在放电模式下操作电荷泵500。与电荷泵400相似，在充电模式下，第一晶体管506和第二晶体管508被闭合(基于第一控制信号)，并且第三晶体管510和第四晶体管512被断开(基于第二控制信号)。进一步地，在放电模式下，第一晶体管506和第二晶体管508被断开(基于第一控制信号)，并且第三晶体管510和第四晶体管512被闭合(基于第二控制信号)。

在某些方面中，除了基于时钟信号选择性地断开和闭合第一晶体管506、第二晶体管508、第三晶体管510和第四晶体管512之外，控制器530被配置为基于反馈路径520上的电压(例如，基于从反馈路径520所接收到的信号)选择性地断开和闭合多个开关。如图5所示，反馈路径520包括比较器525。反馈路径520被耦合至输出端子518(并且因此也被耦合至Cout 516)。因此，反馈路径520上的电压等于电压Vout，该电压Vout也等于Cout 516处的电压。然而，如本领域的普通技术人员将要认识到的，反馈路径520可以替代地被耦合至例如Cfly 514。因此，反馈路径上的电压等于Cfly 514处的电压(Vfly)。在一些实施例中，当电容Cfly＝电容Cout，则Vfly＝Vout。应该注意，在某些方面中，反馈路径520可以被实施为模拟回路或数字回路。

因此，反馈路径520上的电压被输入至比较器525的第一端子。例如，比较器525的第一端子可以被耦合至输出端子518或Cfly 514。进一步地，参考电压被输入至比较器525的第二端子。例如，比较器525的第二端子可以被耦合至参考电压(由数字-模拟转换器(DAC)540生成)。在一些方面中，参考电压可以是被耦合至输出端子518的负载的目标或上限电压。参考电压可以是固定的，或可以(例如，经由可编程寄存器)配置。因此，比较器525可以将信号输出至控制器530，不管反馈路径上的电压是否低于参考电压。应该注意，尽管讨论了来自比较器525的信号由控制器530使用，但是在一些方面中，指示反馈路径520上的电压的其他信号可以由控制器530使用来控制第一晶体管506、第二晶体管508、第三晶体管510和第四晶体管512的断开和闭合。

在一些方面中，基于来自比较器525的信号，控制器530可以修改电荷泵500的操作。在一些方面中，控制器530可以修改电荷泵500的充电模式的持续时间。如上文所讨论的，时钟信号可以向控制器530指示在充电模式下操作电荷泵500。在某些方面中，控制器530还可以基于来自比较器525的信号来确定是否在充电模式下操作电荷泵500。例如，如果来自比较器525的信号指示反馈路径上的电压低于参考电压，并且时钟信号指示在充电模式下操作电荷泵500，则控制器530在充电模式下操作电荷泵500。然而，如果时钟信号指示在充电模式下操作电荷泵500，但是来自比较器525的信号指示了反馈路径上的电压处于或高于参考电压，则控制器530在保持模式下操作电荷泵500。在保持模式下，第一晶体管506、第二晶体管508、第三晶体管510和第四晶体管512中的每一个都被断开，并且Cfly 514和Cout 516既不被充电也不被放电。因此，可以基于反馈路径520上的电压来减小一个时钟周期的充电模式的持续时间。特别地，控制器530可以基于反馈防止Cfly 514和Cout 516的电压高于参考电压(例如，负载的目标或上限电压)。因此，参考电压充当反馈路径上的电压的上限阈值，其中如果反馈路径上的电压高于阈值，则修改充电模式的持续时间。因此，当电荷泵500处于放电模式(例如，基于时钟信号)，并且负载被耦合至Cfly 514和Cout 516时，输出端子518处的电压限于参考电压。因此，与电荷泵400不同，电荷泵500可以独立于输入端子502处的输入电压来限制输出端子518处的电压。因此，电荷泵500可以在仍然提供输出电压限制的同时直接被耦合至负载，并且不需要附加的控制器(例如，PMIC)，该控制器被耦合在负载与电荷泵500之间以确保通向负载的电压在操作约束内。

在一些其他方面中，代替或除了基于来自比较器525的信号通过启用如上文所讨论的保持模式来改变充电模式的持续时间之外，控制器530可以被配置为基于来自比较器525的信号改变时钟信号的占空比。例如，如果来自比较器525的信号指示了反馈路径520上的电压高于参考电压，则控制器530可以改变占空比以使充电模式的持续时间相对于时钟周期期间的放电模式减小。如果来自比较器525的信号指示了反馈路径520上的电压低于参考电压，则控制器530可以将占空比设置为基线占空比或使得充电模式的持续时间相对于时钟周期期间的放电模式增加。因此，当反馈路径520上的电压高于参考电压时，修改占空比，使得充电模式时间减少一个时钟周期，并且因此可以降低Cfly 514和Cout 516被充电的电压电平。因此，输出端子518处的电压是基于参考电压而被限制的。

如本文所讨论的，在一些方面，输入至比较器525的参考电压可以是将被耦合至输出端子518的负载的目标或上限电压。特别地，如上文所讨论的，目标或上限电压被控制器530用来修改充电模式的持续时间(例如，通过进入保持模式和/或修改时钟信号的占空比)。在一些方面中，附加地或备选地，控制器530可以基于反馈路径520上的电压是否低于参考电压来修改电荷泵500的放电模式的持续时间。例如，反馈路径520可以包括：第二比较器(未示出)，该第二比较器具有被耦合至输出端子518或Cfly 514的第一端子；以及第二端子，该第二端子被耦合至第二参考电压。第二参考电压可以被设置为将被耦合至输出端子518的负载的下限电压。来自第二比较器的信号可以指示反馈路径520上的电压是否高于第二参考电压或低于第二参考电压。控制器530可以基于来自第二比较器的信号来修改电荷泵500的放电模式的持续时间。例如，当时钟信号向控制器530指示电荷泵500处于放电模式，并且来自第二比较器的信号指示反馈路径520上的电压高于第二参考电压时，控制器530在放电模式下操作电荷泵500。然而，当时钟信号向控制器530指示电荷泵500处于放电模式，但是来自第二比较器的信号指示了反馈路径520上的电压低于第二参考电压时，控制器530在充电模式下操作电荷泵500。例如，控制器530可以在一个或多个时钟周期的充电模式下异步操作电荷泵500。因此，可以基于反馈路径520上的电压减小一个或多个时钟周期的放电模式的持续时间。进一步地，可以基于反馈路径520上的电压在一个或多个周期来增加充电模式的持续时间。特别地，电荷泵500操作以将Cfly 514和Cout 516充电到高于下限电压。因此，电荷泵500可以限制被施加至输出端子518的电压有多低。因此，反馈路径520上的电压充当修改放电模式和充电模式的持续时间的下限阈值。

在一些方面中，代替包括第二比较器的电荷泵500，可以基于时钟信号来改变输入至比较器525的参考电压。例如，如果时钟信号指示了电荷泵500处于充电模式，则可以参考电压可以被设置为如上文所讨论的目标或上限电压。如果时钟信号指示了电荷泵500处于放电模式，则参考电压可以被设置为将被耦合至输出端子518的负载的下限电压。因此，来自比较器525的信号可以被控制器530用来修改放电周期的持续时间。

在一些其他方面中，代替或除了基于来自第二比较器或比较器525的信号通过异步进入充电模式来改变放电模式的持续时间之外，控制器530可以被配置为基于来自第二比较器或比较器525的信号改变时钟信号的占空比。例如，如果来自第二比较器或比较器525的信号指示了反馈路径520上的电压低于下限电压，则控制器530可以改变占空比以使充电模式的持续时间相对于时钟周期期间的放电模式增加。如果来自第二比较器或比较器525的信号指示了反馈路径520上的电压高于下限电压，则控制器530可以将占空比设置为基线占空比或使得充电模式的持续时间相对于时钟周期期间的放电模式减小。因此，当反馈路径520上的电压低于下限电压时，修改占空比，从而减小一个或多个时钟周期的放电模式时间，并且因此可以增加Cfly 514和Cout 516被充电的电压电平。因此，输出端子518处的电压是基于下限电压而被限制的。

在一些方面中，控制器530可以利用脉冲宽度调制(PWM)来控制第一晶体管506、第二晶体管508、第三晶体管510和第四晶体管512，以基于本文所描述的方面中的任一方面来调节电荷泵500的输出电压。

图6图示了根据某些方面的图5的电荷泵500的反馈路径520和控制器530的示例实施方式的电路图。在一些方面中，图6中的实施方式包括数字实施方式。

如图6所示，如上文所讨论的，反馈路径520包括被耦合至DAC 540以及输出端子518、Cfly 514和Cout 516中的一个的比较器525。控制器530还包括AND门(AND gate)602和栅极驱动器604。AND门602的第一输入端子被耦合至比较器525的输出端子。AND门602的第二输入端子被耦合至携带有基于时钟信号的信号的路径以用于控制电荷泵500的操作。AND门602的输出端子被耦合至栅极驱动器604的输入。栅极驱动器604的输出被耦合至一组晶体管中的一个晶体管(例如，第一晶体管506和第二晶体管508、或第三晶体管510和第四晶体管512)的栅极端子。因此，通向晶体管的控制信号不仅基于时钟信号还基于来自比较器525的信号。

例如，在某些方面中，只有在时钟信号指示充电模式并且比较器指示沿反馈路径520的电压低于DAC 540所设置的上限电压时，AND门602才可以输出信号以闭合第一晶体管506和第二晶体管508。在某些方面中，只有在时钟信号指示放电模式并且比较器指示沿反馈路径520的电压高于DAC 540所设置的下限电压时，AND门602才可以输出信号以闭合第三晶体管510和第四晶体管512。在某些方面中，只有在时钟信号指示放电模式并且比较器指示沿反馈路径520的电压低于DAC 540所设置的下限电压时，AND门602才可以输出信号以闭合第一晶体管506和第二晶体管508。

图7图示了根据某些方面的图5的电荷泵的反馈路径520和控制器530的示例实施方式的电路图。在一些方面中，图7中的实施方式包括模拟实施方式。

反馈路径520包括比较器525。比较器525的第一输入端子被耦合至误差放大器702的输出端子。参考电压Vref被施加至误差放大器702的第一输入端子。进一步地，误差放大器702的第二输入端子被耦合至补偿网络704，该补偿网络704还被耦合至输出端子518、Cfly514或Cout 516。比较器525的第二端子被耦合至斜坡发生器706的输出，该斜坡发生器706的输入被耦合至携带有时钟信号的路径。比较器525的输出被耦合至S-R锁存器708，特别地，比较器525的输出被耦合至S-R锁存器708的S(例如，设置)端子。S-R锁存器708的R(例如，重置)端子被耦合至携带有时钟信号的路径。

端子被耦合至栅极驱动器710的输入。栅极驱动器710的输出被耦合至一组晶体管中的一个晶体管(例如，第一晶体管506和第二晶体管508、或第三晶体管510和第四晶体管512)的栅极端子。因此，通向晶体管的控制信号不仅基于时钟信号还基于来自比较器525的信号。

图8图示了根据某些方面的图5的电荷泵的反馈路径和控制器的示例实施方式的电路图。在一些方面中，图8中的实施方式包括数字实施方式。

如图8所示，如上文所讨论的，反馈路径520包括被耦合至DAC 540以及输出端子518、Cfly 514和Cout 516中的一个的比较器525。如上文所讨论的，反馈路径520还包括被耦合至第二DAC 840以及输出端子518、Cfly 514和Cout 516中的一个的第二比较器825。

控制器530还包括RS触发器(例如，S-R锁存器)808、AND门802和栅极驱动器804。RS触发器808的R端子被耦合至比较器525的输出，并且RS触发器808的S端子被耦合至第二比较器825的输出。RS触发器808的输出(例如，

端子或Q端子)被耦合至AND门802的第一输入端子。AND门802的第二输入端子被耦合至携带有基于时钟信号的信号的路径以用于控制电荷泵500的操作。AND门802的输出端子被耦合至栅极驱动器804的输入。栅极驱动器804的输出被耦合至一组晶体管中的一个晶体管(例如，第一晶体管506和第二晶体管508、或第三晶体管510和第四晶体管512)的栅极端子。因此，通向晶体管的控制信号是基于时钟信号、来自比较器525的信号以及来自第二比较器825的信号。

例如，RS触发器808的状态可以指示反馈路径520上的电压的状态。最初，RS触发器808可以被设置为指示电荷泵500应该在充电模式下操作的状态。因此，在某些方面中，当不仅时钟信号指示充电模式，RS触发器也指示充电模式时，AND门802可以输出信号以闭合第一晶体管506和第二晶体管508。进一步地，当反馈路径520上的电压变得大于DAC 540所设置的上限电压时，RS触发器808的状态被重置并且指示电荷泵500不应该在充电模式下操作。因此，在某些方面中，当时钟信号指示充电模式，但是RS触发器指示不在充电模式下操作时，AND门802可以输出信号以断开第一晶体管506和第二晶体管508。在一些方面中，当时钟信号指示充电模式，但是RS触发器指示不在充电模式下操作时，电荷泵500可以在保持模式下操作。进一步地，当反馈路径520上的电压变得低于DAC 840所设置的下限电压时，RS触发器808的状态被设置并且指示电荷泵500应该再次在充电模式下操作。因此，在某些方面中，当不仅时钟信号指示充电模式，并且RS触发器指示充电模式时，AND门802可以输出信号以闭合第一晶体管506和第二晶体管508。因此，RS触发器808基于反馈路径520上的电压为电荷泵500的充电模式提供了一种类型的滞后。

图9是根据本公开的某些方面的、用于操作压控电荷泵的示例操作900的流程图。

在步骤905中，确定时钟信号是否指示电荷泵应该在充电模式下操作。例如，电荷泵可以包括多个开关以及至少一个电容器。在充电模式下，电荷泵可以被配置为选择性地断开和闭合开关以将来自电压源的输入电压耦合至至少一个电容器，以对电容器充电。

如果在905中，确定时钟信号指示电荷泵应该在充电模式下操作，则操作900继续到910。在910中，确定在电荷泵的输出端子处或在至少一个电容器处的电压是否低于阈值电压。如果在910中，确定在电荷泵的输出端子处或在至少一个电容器处的电压低于阈值，则操作900继续到915。在915中，在充电模式下操作电荷泵。

如果在910中，确定在电荷泵的输出端子处或在至少一个电容器处的电压处于或高于阈值电压，则操作900继续到920。在920中，在保持模式下操作电荷泵。在保持模式下，电荷泵可以被配置为断开所有开关并且将至少一个电容器与负载和输入电压解耦合。

如果在905中，确定时钟信号指示电荷泵应该在放电模式下操作，则操作900继续到925。在放电模式下，电荷泵可以被配置为选择性地断开和闭合开关以将至少一个电容器耦合至负载，因此，至少一个电容器可以将电压供应给负载。在925中，确定在电荷泵的输出端子处或在至少一个电容器处的电压是否高于阈值电压。如果在925中，确定在电荷泵的输出端子处或在至少一个电容器处的电压高于阈值电压，则操作900继续到930。在930中，在放电模式下操作电荷泵。

如果在925中，确定在电荷泵的输出端子处或在至少一个电容器处的电压处于或低于阈值电压，则操作900继续到935。在935中，在充电模式下操作电荷泵。

图10是根据本公开的某些方面的、用于操作压控电荷泵的示例操作1000的流程图。

在步骤1005中，控制器接收指示电荷泵的操作模式的时钟信号。在步骤1010中，控制器接收沿反馈路径的电压，该电压是在电荷泵的输出端子处或在电荷泵的电容器处的电压。在步骤1015中，控制器生成控制信号以基于时钟信号和沿反馈路径的电压来操作电荷泵。在某些方面中，电荷泵可以包括多个开关以及至少一个电容器。在某些方面中，电荷泵可以在充电模式、放电模式或保持模式下操作。在充电模式下，电荷泵可以被配置为选择性地断开和闭合开关以将来自电压源的输入电压耦合至少一个电容器，以对电容器充电。在放电模式下，电荷泵可以被配置为选择性地断开和闭合开关以将至少一个电容器耦合至负载，因此，至少一个电容器可以将电压供应给负载。在保持模式下，电荷泵可以被配置为断开所有开关，并且将至少一个电容器与负载和输入电压解耦合。

图9和图10的方法可以被用于操作/控制压控电荷泵500或任何其他适合的电荷泵。

图11图示了根据某些方面的压控电池充电器1100。在某些方面中，压控电池充电器1100可以在其他电池充电器之上提供效率增益。例如，归因于功率损耗和压差(dropout)，其他电池充电器在广泛范围的电压内操作以对电池充电时可能会降低效率。然而，在某些方面中，限制从电池充电器110被选择性地施加至电池1120的电压(例如，基于压控电荷泵500的操作)，从而减少功率损耗和压差。例如，可以使用电池充电器1100的电池1120的电压电平来控制从电池充电器1100被选择性地施加至电池1120的电压的电压电平。因此，电池充电器110可以在输入至电池充电器1100的广泛范围的电压内操作。

在某些方面中，如图11所示，电池充电器1100包括作为电池充电器1100的电源的压控电荷泵500。在某些方面中，如同压控电荷泵500，电池充电器1100可以被用于有线和无线功率传输实施方式中。

电池充电器1100包括线性电池充电器控制器1102、热传感器1104、涓流充电单元1106、电池电压Vbatt传感器1108、充电开关控制器1110、电流传感器1112、电阻器1114、第一开关1116(例如，场效应晶体管(FET))以及第二开关1118(例如，FET)。如图11所示的电池充电器1100被耦合至电池1120。电荷泵500的输出端子518被耦合至电阻器1114。电阻器1114被耦合至第一开关1116，该第一开关1116被耦合至第二开关1118。第二开关1118还被耦合至电池1120的端子。因此，基于第一开关1116和第二开关1118的控制，在输出端子518处具有电压Vout的信号选择性地被施加至电池1120。

在一些方面中，充电器控制器1102被配置为限制将被施加至电池1120的电压。例如，充电器控制器1102可以被耦合至DAC 540、并且被配置为设置DAC 540的参考电压。因此，在一些方面中，充电器控制器1102被配置为控制/限制如本文所讨论的电荷泵500的Vout，从而限制将被施加至电池1120的电压。例如，在一些方面中，充电器控制器1102可以被配置为将被施加至电池1120的电压限制为电池1120的不同充电模式的不同电压电平。例如，电池充电器1100可以被配置为在涓流充电模式、预充电模式、电池电压充电模式以及恒定电压充电模式下操作。

在一些方面中，各种充电模式可以被用于如图12的曲线图1200所示的电池1120的标准三相充电过程的不同阶段。线1205指示电池1120的充电率(C-rate)，并且线1210指示电池1120的电压Vbatt。x轴指示时间，并且y轴指示电池1120的充电率/电压。涓流充电模式和预充电模式可以被用于电池调节阶段。电池电压充电模式可以被用于恒定电流阶段，其中被施加至电池1120的电流保持恒定。恒定电压充电模式可以被用于恒定电压阶段，其中被施加至电池1120的电压保持恒定。

在一些方面中，当电池1120的电压低于第一阈值(例如，2.0V)时，电池充电器1100可以被配置为在涓流充电模式下操作。当电池充电器1100处于涓流充电模式时，充电器控制器1102可以被配置为将被施加至电池1120的电压限制为第一阈值电压(例如，2.0V)。因此，在一些方面中，充电器控制器1102将电荷泵500的Vout限制为第一阈值电压(例如，2.0V)加设定电压(例如，200mV)(例如，Vout＝第一阈值电压+设定电压)。在一些方面中，可以基于可能在电池充电器110中发生的最大压差来选择设定电压的电压，以确保充电器控制器1102的稳定性。最大压差可以是基于电池类型和充电器控制器1102的带宽(例如，电压带宽)。

在一些方面中，当电池1120的电压高于第一阈值且低于第二阈值(例如，2.8V)时，电池充电器1100被配置为在预充电模式下操作。当电池充电器1100处于预充电模式时，充电器控制器1102可以被配置为将被施加至电池1120的电压限制为第二阈值电压(例如，2.8V)。因此，在一些方面中，充电器控制器1102将电荷泵500的Vout限制为第二阈值电压(例如，2.8V)加设定电压(例如，200mV)(例如，Vout＝第二阈值电压+设定电压)。

在一些方面中，当电池1120的电压高于第二阈值且低于第三阈值(例如，4.2V)时，电池充电器1100被配置为在电池电压充电模式下操作。当电池充电器1100处于电池电压充电模式时，充电器控制器1102可以被配置为将被施加至电池1120的电压限制为电池1120的电压(例如，Vbatt)。因此，在一些方面中，充电器控制器1102将电荷泵500的Vout限制为Vbatt加设定电压(例如，200mV)(例如，Vout＝Vbatt+设定电压)。

在一些方面中，当电池1120的电压处于或高于第三阈值(例如，4.2V)时，电池充电器1100被配置为在恒定电压充电模式下操作。当电池充电器1100处于恒定电压充电模式时，充电器控制器1102可以被配置为将被施加至电池1120的电压限制为第三阈值(例如，4.2V)。因此，在一些方面中，充电器控制器1102将电荷泵500的Vout限制为第三阈值电压加设定电压(例如，200mV)(例如，Vout＝第三阈值电压+设定电压)。

进一步地，充电器控制器1102还被耦合至充电开关控制器1110并且被配置为控制充电开关控制器1110，该充电开关控制器1110被耦合至第一开关1116和第二开关1118并且被配置为选择性地断开和闭合第一开关1116和第二开关1118。在一些方面中，充电器控制器1102对充电开关控制器1110发信号以选择性地断开和闭合第一开关1116和第二开关1118，以调整被施加至电池1120的电流和/或电压的量以对电池充电。因此，除了或备选的通过控制电荷泵500的Vout来控制被施加至电池1120的电压，电池充电器1100可以通过选择性地断开和闭合第一开关1116和第二开关1118来控制/调节被施加至电池1120的电压。换而言之，电池充电器1100充当线性稳压器。进一步地，充电器控制器1102附加地可以通过选择性地断开和闭合第一开关1116和第二开关1118来控制被施加至电池1120的电流。

由于电池充电器1100被配置为独立于被供应给电池充电器1100的功率来控制被施加至电池1120的电压和电流，电池充电器1100可以将高电压/低电流输入信号利用于电池充电器1100，同时仍然提供低电压/更高电流信号以对电池1120充电。对于有线应用，高电压/低电流输入信号可以减少电线上的功率损耗。对于无线应用，可以在无线功率接收器处更有效地实现高电压/低电流输入信号，并且在无线功率接收器的前端(例如，谐振电路)上提供更好的性能。

充电器控制器1102还被耦合至热传感器1104，该热传感器1104被耦合至电池1120、并且被配置为确定电池1120的温度。在一些方面中，充电器控制器1102被配置为基于由热传感器1104指示的电池1120的温度来控制将Vout施加到电池1120。例如，如果温度高于阈值，则充电器控制器1102可以停止将Vout施加至电池1120直到温度降低。

充电器控制器1102还被耦合至涓流充电单元1106，该涓流充电单元1106被耦合至电池1120。涓流充电单元1106可以被配置为确定电池1120的电压电平Vbatt，并且在Vbatt低于阈值电压(例如，2.0V)时生成信号。在一些方面中，充电器控制器1102被配置为基于来自涓流充电单元1106的信号来控制电池充电器1100是否处于涓流充电模式。例如，当涓流充电单元1106生成Vbatt低于阈值电压的信号时，充电器控制器1102在涓流充电模式下操作电池充电器1100。

充电器控制器1102还被耦合至电流传感器1112，该电流传感器1112被耦合至电阻器1114、并且被配置为确定输出端子518处的电流。如上文所讨论的，在一些方面中，充电器控制器1102被配置为控制将电流施加到电池1120。充电器控制器1102可以基于电流传感器1112所确定的电流来确定被施加至电池1120的电流。因此，充电器控制器可以基于电流传感器1112所指示的电流来控制电流(例如，开关1116和1118)。

应注意，在某些方面中，代替压控电池充电器1100包括用于供应电压(Vout)的压控电荷泵500，压控电池充电器1100可以包括用于将电压(例如，功率)供应给压控电池充电器1100的不同组件。在一些这样的方面中，由组件供应的电压(Vout)是固定的，或者可以被线性电池充电器控制器1102编程或控制，与本文中关于由电池充电器1100对压控电荷泵500的控制所讨论的相似。例如，在一些方面中，可以将电压(Vout)供应给压控电池充电器1100的组件是另一电荷泵(例如，与电荷泵400相似)。

在一些方面中，可以将电压(Vout)供应给压控电池充电器1100的组件是DC-DC转换器(例如，降压转换器)。DC-DC转换器可以被配置为输出电压Vout，该电压Vout等于对电池1120充电所需的Vbatt加说明压差或其他因素的净空电压(例如，Vout＝Vbatt+Vheadroom)。在一些方面中，电池充电器1100可以通过控制第一开关1116和第二开关1118来控制从DC-DC转换器被施加至电池1120的电压以调整被施加至电池1120的电压。在一些方面中，DC-DC转换器可以接收来自电源(例如，壁***式AC-DC电源适配器)的输入电压。在一些方面中，输入电压可以被设置为DC-DC转换器的Vout的两倍，并且DC-DC转换器可以在二分模式下操作以输出Vout。在一些方面中，DC-DC转换器本身可能具有电压调节特征，并且Vout可以被线性电池充电器控制器1102设置或限制。

在一些方面中，将Vout供应给压控电池充电器1100的组件是AC-DC转换器(例如，壁***式AC-DC电源适配器)。在一些方面中，AC-DC转换器本身可能具有电压调节特征，并且Vout可以被线性电池充电器控制器1102设置或限制。

在一些方面中，将Vout供应给压控电池充电器1100的组件是无线功率接收器(例如，接收器208)。在一些方面中，无线功率接收器本身可能具有电压调节特征，并且Vout可以被线性电池充电器控制器1102设置或限制。例如，在一些方面中，无线功率接收器包括可变电容器，该可变电容器用于选择性地调整接收器208的谐振频率，并且因此调整在接收器208处所感生的电压。线性电池充电器控制器1102可以被配置为调整可变电容器的电容以调整无线功率接收器的Vout。在一些方面中，线性电池充电器控制器1102可以被配置为调整整流器234(例如，无源整流器或有源整流器)的操作，诸如，通过接通和断开无源整流器的组件、改变有源整流器的开关的操作等，以调整无线功率接收器的Vout。

图13图示了根据某些方面的压控电池充电器1100的示例的部分的电路图。如图13所示，用于限制电池充电器1100的Vout的参考电压是基于多路复用器1310和加法器电路1320来设置的。特别地，多路复用器1310接收涓流电压模式电压阈值、预充电电压模式阈值、以及电池1120的电压Vbatt。多路复用器1310基于关于图11所讨论的电压Vbatt输出涓流电压模式电压阈值、预充电电压模式阈值、以及Vbatt中的一个。例如，多路复用器1310可以由充电器控制器1102控制。多路复用器1310的输出被耦合至加法器电路1320连同关于图11所讨论的设定电压(例如，最大压差电压)。加法器电路1320的输出被用作比较器525的参考电压，以用于限制如本文所讨论的Vout。因此，多路复用器1310和加法器电路1320被配置为基于Vbatt来限制Vout。

图14是根据本公开的某些方面的、用于操作压控电池充电器的示例操作1400的流程图。

在1405中，确定电池的电压电平。例如，电池充电器的充电器控制器确定电池的电压电平。在1410中，基于所确定的电池的电压电平来设置电源的输出电压的限制。例如，电池充电器的充电器控制器可以基于电池的电压电平将电压电平设置为涓流电压、预充电电压、电池的电压或恒定电压中的一个。特别地，涓流电压、预充电电压、电池的电压或恒定电压中的每一个都可能与本文所讨论的一个或多个阈值相关联。在1415中，来自电源的电压和电流被调节并且被施加至电池。例如，充电器控制器可以控制一个或多个开关以基于对电池充电的限制选择性地将电压和电流施加至电池。

上文所描述的方法的各种操作可以由能够执行对应功能的任何合适的装置来执行。该装置可以包括各种硬件和/或软件组件(一个或多个)和/或模块(一个或多个)，包括但不限于电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。一般地，在附图中所图示的操作存在的情况下，这些操作可能具有对应的配对装置加功能组件，该组件具有相似的编号。

如本文中所使用的，术语“确定”涵盖各种各样的动作。例如，“确定”可以包括计算、运算、处理、推导、研究、查找(例如，在表、数据库或其他数据结构中查找)、探知等。同样，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。同样，“确定”可以包括解析、选择、选取、建立等。

如本文中所使用的，指代项目列表“中的至少一个”的短语是指这些项目的任意组合，其包括单一成员。举例而言，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c、以及具有倍数个相同的元素的任意组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c和c-c-c或者a、b、和c的任何其他排序)。

结合本公开所描述的各种例示性的逻辑框、模块和电路可以利用被设计用于执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件(PLD)、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是作为备选方案，处理器可以是任何商业可用的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实施为计算设备(例如，DSP和微处理器的组合)、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置的组合。

本文所公开的方法包括用于实现所描述方法的一个或多个步骤或动作。在不背离权利要求的范围的前提下，方法步骤和/或动作可彼此之间互换。换而言之，除非指定了步骤或动作的特定顺序，否则可在不背离权利要求的范围的前提下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

所述的功能可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实施。如果以硬件来实施，示例硬件配置可以包括无线节点中的处理***。处理***可以利用总线架构来实施。依据处理***的具体应用和整体设计约束条件，总线可以包括任意数目的互连总线和桥。总线可以将包括处理器、机器可读介质和总线接口的各种电路链接在一起。总线接口可以被用于经由总线将网络适配器等连接到处理***。网络适配器可以被用于实施物理(PHY)层的信号处理功能。在用户终端的情况下，用户接口(例如，键盘、显示器、鼠标、操纵杆等)还可以被连接至总线。总线还可以将诸如定时源、***设备、电压调整器、电源管理电路等各种其他电路链接在一起，这些电路是本领域公知的，故不做任何进一步描述。

处理***可以被配置为通用处理***，该通用处理***具有提供处理器功能的一个或多个微处理器和提供机器可读介质的至少一部分的外部存储器，所有这些通过外部总线架构与其他支持电路***链接在一起。备选地，处理***可以利用具有处理器、总线接口、用户接口(在接入终端的情况下)、支持电路***、以及被集成到单一芯片中的机器可读介质的至少一部分的ASIC来实施，或利用一个或多个FPGA、PLD、控制器、状态机、门逻辑、分立硬件组件、或任何其他适合的电路***、或能够执行本公开全文所描述的各种功能的电路的任意组合来实施。本领域技术人员将认识到，如何根据具体应用和对整个***所施加的整体设计约束条件，来最佳地实施处理***的所描述功能。

应当理解，权利要求并不限于上文所示的精确配置和组件。在不背离权利要求书的范围的前提下，可以对上述方法和装置的布置、操作和细节做出各种修改、改变和变化。

Claims (29)

1.一种压控电荷泵，包括：

电压输入端子；

电压输出端子；

多个开关，被耦合在所述电压输入端子与所述电压输出端子之间；

第一电容器，被耦合在所述多个开关中的至少第一开关与第二开关之间；

第二电容器，被耦合至所述电压输出端子；

控制器，被配置为选择性地断开和闭合所述多个开关；

反馈路径，所述反馈路径从所述电压输出端子、所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个到所述控制器，其中所述控制器被配置为基于所述反馈路径上的电压来选择性地断开和闭合所述多个开关；以及

线性稳压器，被耦合至所述电压输出端子，其中所述线性稳压器耦合在所述反馈路径和电池之间，并且所述线性稳压器被配置为：

确定所述电池的电压电平；

基于所确定的所述电池的所述电压电平，在所述电压输出端子处设置输出电压的限制，包括设置所述反馈路径的参考电压；以及

选择性地将所述输出电压施加至所述电池。

2.根据权利要求1所述的压控电荷泵，其中所述多个开关包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管。

3.根据权利要求1所述的压控电荷泵，其中所述控制器被配置为选择性地控制所述多个开关，以在充电模式下将所述第一电容器耦合在所述电压输入端子与所述电压输出端子之间，以及在放电模式下将所述第一电容器耦合在参考电位与所述电压输出端子之间。

4.根据权利要求3所述的压控电荷泵，其中所述控制器被配置为基于所述反馈路径上的所述电压来修改所述充电模式的持续时间。

5.根据权利要求4所述的压控电荷泵，其中所述控制器被配置为基于所述反馈路径上的所述电压是否低于第一阈值来修改所述充电模式的所述持续时间。

6.根据权利要求5所述的压控电荷泵，其中所述控制器被配置为基于所述反馈路径上的所述电压是否高于第二阈值来修改所述充电模式的所述持续时间。

7.根据权利要求3所述的压控电荷泵，其中所述控制器被配置为基于所述反馈路径上的所述电压来修改所述放电模式的持续时间。

8.根据权利要求7所述的压控电荷泵，其中所述控制器被配置为基于所述反馈路径上的所述电压是否低于第一阈值来修改所述放电模式的所述持续时间。

9.根据权利要求1所述的压控电荷泵，其中所述反馈路径包括比较器，所述比较器被配置为将所述电压输出端子、所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个的电压与参考输出电压进行比较，以及其中所述控制器被配置为基于所述比较来选择性地断开和闭合所述多个开关。

10.根据权利要求1所述的压控电荷泵，其中所述控制器被配置为基于所述反馈路径上的所述电压来控制所述多个开关的占空比。

11.根据权利要求1所述的压控电荷泵，其中所述多个开关的开关频率基于所述电压输出端子上的负荷。

12.根据权利要求1所述的压控电荷泵，还包括：

谐振器；以及

AC/DC转换器，具有被耦合至所述谐振器的输出，其中所述电压输入端子还被耦合至所述AC/DC转换器的输出。

13.根据权利要求1所述的压控电荷泵，其中所述线性稳压器被配置为在所述电池的所述电压电平高于第一阈值、且低于第二阈值时，基于所述电池的所述电压电平来设置所述输出电压的所述限制，以及其中所述线性稳压器被配置为在所述电池的所述电压电平高于所述第二阈值时，将对所述输出电压的所述限制设置为恒定电压电平。

14.根据权利要求13所述的压控电荷泵，其中所述电压输出端子处的所述输出电压基于指示所述输出电压的电压与所述限制的比较而被控制。

15.一种压控电池充电器，包括：

电荷泵；以及

线性稳压器，被耦合至所述电荷泵的输出，其中所述线性稳压器耦合在电池和所述电荷泵的反馈路径之间，并且所述线性稳压器被配置为：

确定所述电池的电压电平；

基于所确定的所述电池的所述电压电平来设置所述电荷泵的输出电压的限制，包括设置所述反馈路径的参考电压；以及

选择性地将所述输出电压施加至所述电池。

16.根据权利要求15所述的压控电池充电器，其中所述线性稳压器被配置为在所述电池的所述电压电平高于第一阈值、且低于第二阈值时，基于所述电池的所述电压电平来设置所述输出电压的所述限制，以及其中所述线性稳压器被配置为在所述电池的所述电压电平高于所述第二阈值时，将所述输出电压的所述限制设置为恒定电压电平。

17.根据权利要求15所述的压控电池充电器，其中所述电荷泵的所述输出电压基于指示所述输出电压的电压与所述限制的比较而被控制。

18.根据权利要求15所述的压控电池充电器，其中所述线性稳压器还被配置为确定被施加至所述电池的电流电平，并且基于所确定的所述电流电平来控制被施加至所述电池的所述电流电平。

19.一种操作压控电荷泵的方法，所述方法包括：

在旁路模式下选择性地操作所述压控电荷泵，其中所述压控电荷泵的输出电压基本上等于所述压控电荷泵的输入电压；

在活动模式下选择性地操作所述压控电荷泵，其中所述压控电荷泵的所述输出电压基于指示所述输出电压的电压与阈值电压的比较而被控制；

由耦合在电池和所述压控电荷泵的反馈路径之间的线性稳压器确定所述电池的电压电平；

由所述线性稳压器基于所确定的所述电池的所述电压电平，设置所述输出电压的限制，包括设置所述反馈路径的参考电压；以及

由所述线性稳压器选择性地将所述输出电压施加至所述电池。

20.根据权利要求19所述的方法，其中在所述活动模式下选择性地操作所述压控电荷泵包括：基于指示所述输出电压的所述电压来断开和闭合所述电荷泵的多个开关。

21.根据权利要求19所述的方法，其中在所述活动模式下选择性地操作所述压控电荷泵包括：基于指示所述输出电压的所述电压，在充电模式和放电模式下选择性地操作所述电荷泵。

22.根据权利要求21所述的方法，其中在所述充电模式下，所述压控电荷泵的一个或多个电容器被充电，以及其中在所述放电模式下，所述压控电荷泵的所述一个或多个电容器被放电。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括：基于指示所述输出电压的所述电压来修改所述充电模式的持续时间。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：基于指示所述输出电压的所述电压是否低于第一阈值来修改所述充电模式的所述持续时间。

25.根据权利要求24所述的方法，还包括：基于指示所述输出电压的所述电压是否高于第二阈值来修改所述充电模式的所述持续时间。

26.根据权利要求21所述的方法，还包括：基于指示所述输出电压的所述电压来修改所述放电模式的持续时间。

27.根据权利要求26所述的方法，还包括：基于指示所述输出电压的所述电压是否低于第一阈值来修改所述放电模式的所述持续时间。

28.一种压控电荷泵，包括：

用于在旁路模式下选择性地操作所述压控电荷泵的装置，其中所述压控电荷泵的输出电压基本上等于所述压控电荷泵的输入电压；

用于在活动模式下选择性地操作所述压控电荷泵的装置，其中所述压控电荷泵的所述输出电压基于指示所述输出电压的电压与阈值电压的比较而被控制；以及

线性稳压器，其耦合在电池和所述压控电荷泵的反馈路径之间，并且所述线性稳压器被配置为：

确定所述电池的电压电平；

基于所确定的所述电池的所述电压电平来设置所述输出电压的限制，包括设置所述反馈路径的参考电压；以及

选择性地将所述输出电压施加至所述电池。

29.根据权利要求28所述的压控电荷泵，其中用于在所述活动模式下选择性地操作所述压控电荷泵的装置包括：用于基于指示所述输出电压的所述电压来断开和闭合所述电荷泵的多个开关、以选择性地对所述压控电荷泵的一个或多个电容器进行充电和放电的装置。

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