CN1728498A - 用于电池供电的便携装置的供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池供电的外设，如MP3播放器，其也被定期连接到另一个功率源，如主墙插座或者USB线缆功率总线。特别地，但不排他地，本发明涉及对这些电压源的调节。总体来说，本发明为用于电池供电的装置的供电电路的负载调节器提供多供给干线。一个供给干线耦合到所述电池，并且另一个耦合到非电池源，如来自USB线缆或类似物的外部主调节源和/或总线功率线。所述调节器具有多个输入，每个用于从这些供给干线之一获取它们的输入电压。

Description

用于电池供电的便携装置的供电电路

技术领域

本发明涉及电池供电的便携***装置，如MP3播放器或蜂窝电话，其被定期连接到另一个功率源，如主墙插座或者USB线缆功率总线。特别地，但不排他地，本发明涉及对这些电压源的调节。

背景技术

图1a示出一种供电***，其用于典型的电池供电的***装置。所述***包括到外部功率供给以及到可再充电电池10的连接11和13。所述外部供给被典型地调节(12)和/或切换到通过充电电路或者控制器14将充电电流供应到所述电池的公用外部供给节点(Vsup)。所述电池10耦合到供应一个或者多个负载调节器15的内部功率总线，所述调节器将经调节的电压输出提供到所述***装置的一个或者多个部分。例如一个负载调节器15a可以供应MP3播放器的盘驱动，而另一个调节器15b供应其信号处理和放大器电路。

电池10可以从诸如USB或者IEEE1394连接的总线线缆中的功率线11来再充电。从总线功率线11获取的供给电流通常将首先通过供给总线调节块12。在USB的情况下，这被需要以保证从所述总线获取的电流被限制到100mA或者500mA。对于1394的情况，需要所述供给调节器12以将可能的48V衰减到供电***电路可以容许的5V左右的最大值。用于这种调节器的技术，通常涉及感测输出电压和电流，并将这些信号馈送到一个或者多个反馈回路中，它们对于精通本领域的人是熟知的。

在另外的工作模式中，所需的供给电流的一些或者全部可以通过附着到所述主电源(mains)的变压器(未示出)，或者可能通过来自汽车电池的12V额定源而源自外部。该供给电压通常例如通过线性或者开关调节器(未示出)再次预调节到5V左右。也可以有用于在所述总线(11)以及外部(13)供给之间选择的装置，例如与一个或者多个这些供给串联的二极管或者具有比较器以及受控开关的较为智能的控制。为了简化，这些没有在图1中示出。这些非电池供给(11，13)耦合到公用节点或者电压干线Vsup，其随后通过这些外部供应源(11或13)之一来供应。

供应到电池10的电流必须被调节电流以在充电时限制电流，被调节电压以防止对电池的过度充电。此功能使用充电控制块或电路14来实现。例如Li离子电池将典型地以恒流(典型为0.5到1.0C安培，其中C是以安培-小时计的电池容量，比如说800mAh)来充电，直到其端子电压达到4.2V，随后其将以恒压4.2V来充电，直到所获取的电流下降到接近零。用于这种充电器调节器14的技术，通常涉及感测输出电压和电流并将这些信号馈送到一个或者多个反馈回路中，它们对于精通本领域的人是熟知的。

依赖于所述电池10的电荷状态，其输出电压Vbat可从完全充电时的比如说4.2V改变到所述电池被如此放电而导致其容量的不可逆降级之前的如大约2.7V那样低。在高电流负载(例如电机)接通和关断时，此电池端子电压也可由于所述电池的输出阻抗(比如说100mΩ)而改变。一些电路能够直接从所述电池接受此未调节的电压。这在***成本方面可能是有吸引力的。但是大多数电路将需要较清洁的，经较好调节的供给，对于逻辑电路可能在1.8V或者3.3V调节，而对于其他应用，在较高电压，如7.2V调节以用于驱动例如白LED组(bank)。因此将有从所述电池线Vbat驱动的一个或者多个电压调节器15a和15b。

取决于所述供给的输入和输出电压电平，所需的效率以及所需的清洁度，这些电压调节器15可以是电容性电荷泵，或者电感性降压(buck)或者升压(boost)开关调节器，或者线性调节器。这些被以简化形式表示在图1a中，并且更多细节在图2中。图2a示出低跌落(low-drop-out)线性调节器；图2b示出了非低跌落(non-low-dropout)线性调节器；图2c示出了降压开关调节器；图2d示出了降压-升压开关调节器；图2e示出了升压开关调节器，图2f示出了非反相升压电容器电荷泵调节器，并且图2g示出了反相电容器电荷泵调节器。存在许多其他众所周知的调节器的变体，包括其中二极管被替换成适当开关的通过晶体管(pass transistor)的那些。

除了简单的升压调节器(图2e)，所有这些电路包括直接连接到输入供给以及到调节器内部或者输出节点Vx的开关型输入通过装置Mp。图2f的电荷泵包括两个这样的装置。图2e的升压调节器包括输入电感器而不是开关型装置，并且其被连接到类似的内部节点Vx。

但是升压调节器将典型地结合电流感测电阻器或者MOS镜像装置(MOS mirror arrangement)以感测输入电流，从而给予较好的回路稳定性。耦合到升压调节器输入的MOS镜像装置在图2h中示出。其包括与输入供给Vdd串联而***的通过装置Mp，以及并联连接的较小的MOS镜像装置Mps，其具有公用的源和栅连接。这产生了通过Mp的电流的经缩放的复制，其可帮助稳定PWM控制回路。该电流监视功能在实施电流限制功能以保护电路中也是有用的。所述通过装置Mp在开关器为off时亦可被用于将所述电池与所述输出隔离以防止泄露；例如从电池到输出负载。

注意，各种通过装置被示出为MOSFET，但可以是任何适当的装置，在适当情况下包括NMOS，PMOS，二极管，或者双极晶体管或者甚至是继电器。

通常，如果另外的供给(13)可用，其将优先于总线供给(11)或者电池(10)而使用。如果没有另外的供给可用，如果可能的话将使用总线供给。仅在总线供给或者另外的供给都不可用时将使用所述电池(10)。可以例如通过感测各种供给上的电压以及根据这些供给中的哪个超过各自的阈值来控制各种开关而实现此操作。这样的控制技术对于本领域的技术人员是熟知的。

类似类型的供电的例子被披露于Maxim Integrated Products的数据表参考MAX1874中。如图1b中所示，其合并了来自图1a的晶体管或者通过装置Ma和Mb以及它们的控制12和14，并且通过并联的晶体管Mb2和控制14’将所述另外的供给耦合到所述电池。此芯片不包括下游的调节器，但是典型地，它们将如所示而连接到电池，以允许***在没有供给的情况下行使从所述电池供电的功能。

有关这种类型的方案的一个问题涉及当在电池10放电时从总线(11)或另外(13)供给供电时***变为激活所花的时间。负载调节器15将具有最小输入电压，可能为3.2V，(或者对于图2a的3.3V线性低跌落调节器为如3.6V那样高)，而所述电池可初始地放电到低于此电压。因此由负载调节器15供应的***将不适当地工作，直到电池10被充上电。在所述电池严重放电的情况下，这可能花费几分钟或者更长。如果所述电池被深度放电，低于比如说2.5V，则电池充电电流事实上典型地被减小到十分之一以最小化电池容量降级效应，并且也作为安全机制，原因在于在缺少足够功率的情况下可能没有对***的软件控制的事实。在此情况下，醒来时间显然将更长。这个表现对于现在想要“即时接通”表现的消费者来说是不合需要的。

另一个问题是充电器电流控制14或者14’限制到节点Vbat的电流，以避免对电池10的过快充电。但是它不能在电池10所获取的电流与其他负载，例如调节器15所获取的电流之间区分。因此如果所述电池充电电流被限制到100mA，那么负载所获取的总量也被限制到100mA。因此，如果获取99mA，则仅1mA可用于对电池充电，从而进一步增加了***适当操作所需要的时间。即使误差没有这么大，并且比如说在实际到达所述电池的充电器电流中仅有25％的减少，这可充分扰乱对电池充电过程的模拟或者数字控制，从而影响有效Icharge-Vbat轨迹，并且导致仍为次优的充电时间，即使考虑了电池充电电流的25％的减少。

在这种方案中，所述***电流也被限制到充电器14或者14’所允许的最大电流，这意味着只要总***电流(包括调节器输入电流)需要充电器控制所允许的电流高的电流，这个电流将被排出电池10。这不仅延长了充电时间，其也减少了电池寿命。

所述电路可以通过在控制进入Vbat的所有电流的同时感测仅流入电池10的电流来改进，但是这仍未保证足够的电流进入其他负载15，这是由于电流的分割将由连接到所述Vbat节点的包括所述电池的所有电路的相应V-I特性来限定，所以放电的电池将趋向于从期望较高电压的负载获取电流。这意味着这个电流将由电池10优先获取，而不是由负载15优先获取。

图3说明了对“即时接通”需求的这种问题的一个解决方案。负载调节器15现在是从总线供给以及外部供给公用节点Vsup，而不是直接从电池10来供应。由于电池节点Vbat可与此公用供给节点Vsup隔离(开关Mc以及充电控制14)，一旦从总线(11)或者另外(13)供给施加了功率，***就可醒来。仅当另外的供给(13)或者总线(11)都不能供应电流时，附加电池开关Mc被接通，并且负载调节器15随后从电池10来供应。

类似设置的例子披露在Linear Technology Corporation的数据表参考LTC3455和LTC4055中。

在这些情况中，电池充电器仅供应电池，于是可精确监视充电电流以允许充电电流-电压轨迹的智能控制。

也是当从所述总线或者另外的供给来驱动***时，此设置避免了与输入到后面的开关调节器之前使电流通过充电器调节器相关联的功率损失。当从非电池供给来驱动时效率本身可能不是主要关心的，但是减少所耗散的功率可以允许较少的热沉并因此允许较低的***成本。

与图1的***相比，有关该解决方案的主要问题是当负载调节器15从电池10来驱动时Vbat和Vsup之间的额外的电压降。电池电压在最好时是4.2V，并且应当减低到尽可能低以延长电池再充电之间的工作时间(即使避免深度放电，低于大约2.6V)。负载调节器15需要最小输入电压(经调节的输出电压加上跌落电压)以维持对其输出电压的调节，于是所述调节器将继续正确地起作用，直到电池放电到此最小输入电压。但是此附加开关装置(Mc)上的电压降有效地增加了从电池需要的最小电压，并因此减少电池可提供它的时间。开关装置(Ma，Mb，Mc)上的电压降随着它们的接通电阻而增加。

给出今天可用的技术，这些开关装置通常是使用MOS开关来实施的，而不是双极晶体管或者继电器。较低接通电阻分立MOS开关是较昂贵的，这是由于它们需要较大的硅面积或者较复杂和专门化的晶片处理。更具体地，对于图1或3的大多数电路实施在单个芯片上的***，这些开关所需的总面积不仅对芯片面积以及由此的成本有影响，而且也可能需要如此多的面积以至于硅片(silicon die)可能不适合于所需的塑料封装。这对于便携设备如MP3播放器或者移动电话是尤其关键的，其中整个***的尺寸是重要的规格并且需要最小的可能封装尺寸。

为了在从4.5V总线供给(11)馈送时使Vbat达到4.2V，可对Ma和Mb定大小以使每个在峰值电池充电电流处下降150mV，但是开关或者线性负载调节器15中的输入晶体管Mp的大小将限定最小输入电压以保持其相应的输出处于调节。因此必须容许工作电池寿命的基本减少，或者必须大大地放大负载调节器15的输入开关Mp，并且可能甚至增加额外的接合线和封装端子，因为循着从芯片到外界的电流的寄生电阻是显著的。例如，如果3.6V的最小电池电压必须供应3.3V输出线性跌落调节器15b，那么必须为每个在峰值负载电流处的150mV跌落电压而设计电池开关Mc以及所述调节器的通过装置Mp。

还有可能发生由于负载调节器15上的负载变化所导致的对Vsup上的电压的调制引起的问题。在下游外设***时，或者在电池供电的外设内部的盘驱动启动时，会有从一个调节器15a所需的供给的迅速波动。这将作为Vsup上的电流阶跃(current step)出现，从而产生Mc的接触电阻上的电压阶跃，并且对于Vsup上的另一个调节器15b，这足以将Vsup瞬时减小到最小输入电压以下，或者在最好时给出此调节器输出上的瞬变(transient)，这是由于其有限的线性调节而造成的。甚至当所述线性调节在直流情况下好时，其频率下降，于是Vsup上的电压阶跃仍可产生所述调节器输出上的瞬变。

如果Mc被控制于本地调节回路中，而不是仅被接通，这可减少瞬变，但是此回路将再次具有有限的增益和带宽，因此在某个水平仍然会有瞬变。这也将增加复杂性并因此增加电路装置的成本。另外，如果Mc被调节成例如以低于Vbat的固定电压差来递送Vsup，则必须将该电压差设置成最差情况的电压降，这将使非最大负载条件条件下的电池电压上方空间(headroom)更差。

发明内容

总的来说，本发明提供了一种双或者多供给干线，其用于电池供电的装置的供电电路的负载调节器。一个供给干线耦合到电池，并且另一个耦合到非电池源，如外部主电源调节的源和/或来自USB或类似物的总线功率线。在使用第三供给干线的情况下，其可以例如从太阳电池来供应，并且在使用多个调节器的情况下，可以耦合到它们的子集。所述调节器从任一供给干线但是经由不同的通过或者开关装置来供应。优选地，所述调节器具有两个(三个或者更多)输入，每个具有关联的通过或者开关装置，并且每个用于直接从所述供给干线之一获取它们的输入电压。

所述调节器可以从电池或者非电池源供电，但是这些源经由不同的通过装置或者晶体管提供到所述调节器。这通过例如成为不同的尺寸和/或类型来允许不同的通过装置具有不同的接通电阻，以便于最优化成本或者性能。优选地，这些通过装置与所述调节器本身是成整体的。

当所述电池正在供应所述调节器时，所述两个或者多个供给干线被有效地彼此隔离。

通过装置将典型地为开关类型的装置，如晶体管，二极管，继电器，或者甚至是电阻器，但是某些类型的调节器需要不同类型的通过装置，并且其双输入版本将因此需要这些输入通过装置的两个。例如升压调节器可可利用简单的电阻器来感测输入电流，并且因此双输入版本可使用两个这种感测电阻器，连同某种开关机构以用于隔离所述供给干线。依赖于该实施例，所述通过装置可以用于(至少部分地)将所述供给干线彼此隔离。在其他实施例，如线性调节器中，可使用开关装置。

在一个实施例中，两个供给干线直接连接到调节器的相应输入。由于在电池和负载调节器之间没有开关，当从所述电池供应功率时在这样的开关装置上没有电压降。来自所述电池的此降低的电压降可以用于改善有效电池寿命。

对电池寿命的改善可以与调节器的电池输入所需要的输入晶体管的大小和/或所述电池的成本和大小的减小折衷。另外，双输入调节器的非电池输入所需的装置典型地可以被制作得较小，这是因为最小非电池源供给电压通常比最小电池电压大，并且在非电池供给的情况下效率不是很重要。所以即使有实施所述双输入调节器所需的额外晶体管，总晶体管面积典型地将被减小。

总通过装置(晶体管)面积的减小不仅减小了制造成本，并且减小的晶体管容量也减小了在开关调节器中开关这些装置所消耗的功率。所述减小的晶体管容量也提高了线性调节器的稳定性，并且附加地减小了到同一芯片上的其他电路的这些供给上的噪声的电容性耦合。

与此同时，当从所述非电池(总线或者外部)供应功率时，所述“即时接通”特征是可用的。

具体而言，在一个方面中，本发明提供了一种用于电池供电的便携装置的便携供电电路，所述电路包括：一个数目的输入，其用于接收相应的电压供给，并且耦合到相应的供电总线，电压供给之一是耦合到第一功率总线的非电池电压供给，并且所述电压供给的另一个是耦合到第二功率总线的电池电压供给；公用多输入调节器，用于将经调节的功率供给提供到所述电池供电的装置，所述调节器具有所述数目的输入通过装置，一个所述通过装置直接连接到相应的功率总线，所述公用调节器被设置成从所述功率总线之一得到所述经调节的功率供给。优选地，所述电路也包括充电电路，其用于对所述电池供给充电，并且耦合在非电池和电池电压供给之间。

在另一个方面中提供了一种用于电池供电的装置的供电电路，所述电路包括：输入，其用于接收第一非电池电压供给，并且耦合到第一功率总线；输入，其用于接收第二非电池电压供给，并且耦合到第二功率总线；公用负载调节器，其具有两个输入装置，一个所述输入装置直接连接到第一功率总线而另一个所述输入装置直接连接到第二功率总线，所述公用调节器被设置成从第一功率总线得到所述调节的功率供给，或者从第二功率总线得到经调节的功率供给；以及充电电路，其耦合在第一功率总线和第二功率总线之间。

所述公用负载调节器输入装置可根据它们连接到哪个功率总线来最优化。例如，由于其接通电阻不是关键的，所述“非电池”输入装置可以制作得小。而所述“电池”输入装置也可以制作得比对应于图3的公知装置小，这是因为不需要附加的电池开关。另一方面，与对应于图1的公知装置不同，所述供电电路从所述非电池供给提供“即时接通”功率而不管电池的充电状态。

所述负载调节器输入装置将典型地是基于MOS的晶体管，如MOSFET，但是可以是其他装置，如二极管或者双极晶体管。所述供电电路可以包括许多负载调节器，全部由上面的双功率总线装置来供应。

在一个实施例中，公用或者多输入调节器包括开关以在用于调节第一功率总线电压的子电路与调节第二功率总线电压供给的子电路之间切换。

所述公用负载调节器可以包括低和非低跌落线性调节器，降压开关和降压-升压开关调节器，以及电容器电荷泵调节器。升压调节器的使用也是可能的，尤其在与诸如基于MOS的输入电流感测装置的输入通过装置一起使用时。所述调节器通常将是电压调节器，但是可以是恒流调节器，或者可以是可切换到例如用于“热交换(Hot-swap)”应用的恒流模式中。

具体而言，在另一方面提供了一种用于电池供电的装置的供电电路，所述电路包括：输入，用于接收第一非电池电压供给；输入，用于接收第二电池电压供给；负载调节器，其通过第一开关装置耦合到第一供给，并且通过不同的第二开关装置耦合到第二供给；以及充电电路，耦合在第一非电池电压供给和第二电池电压供给之间。

第一和第二开关装置耦合到不同的调节器输入。优选地，所述开关装置是与所述调节器成整体的输入晶体管。优选地，所述装置是基于MOS的晶体管。

优选地，所述第一和第二开关装置具有不同的接通电阻。这可以通过使用不同的芯片面积而实现。

总的来说，在另一方面提供了双或者多输入调节器，其具有两个或者多个基于MOS的输入晶体管，用于从两个或者多个不同的源，例如电池源以及非电池源接收输入电压。所述调节器在内部开关以根据使用哪个输入电压来形成具有所述输入晶体管之一的有效调节器电路。

这允许相应的输入晶体管根据它们的源来定大小，并且可允许如上面讨论的晶体管芯片面积的总体减小。

具体而言，在另一方面中，本发明提供了一种多输入调节器，用于向电池供电的便携装置提供经调节的功率供给，所述调节器具有：调节器电路，如线性调节器，用于调节来自一个数目的供电总线之一的输入功率供给；一个数目的输入通过装置，每个直接连接到相应的供电总线；开关装置，用于将所述通过装置切换入以及切换出所述调节电路，以从相应的供电总线得到用于调节的功率供给。

在另一方面中提供了一种多输入调节器，用于将经调节的功率供给提供到电池供电的便携装置，所述调节器具有：升压调节器电路，其包括输入电感器并且用于调节来自一个数目的供电总线之一的输入功率供给；一个数目的输入通过装置，每个直接连接到相应的供电总线；所述调节器被设置成使输入通过装置耦合到输入电感器，并被切换以从相应的供电总线得到用于调节的功率供给。

也为供电电路提供了一种双或者多输入调节器，所述调节器包括：两个输入通过装置，一个所述输入通过装置用于直接连接到第一功率总线，而另一个所述通过装置直接连接到第二功率总线，所述调节器被设置成从第一功率总线得到经调节的功率供给，或者从第二功率总线得到经调节的功率供给；其中所述两个通过装置是基于MOS的晶体管。

在所述调节器的一个实施例中，所述两个输入晶体管的每个具有分别连接到两个电压供给总线的第一连接；所述两个输入晶体管的每个具有连接到经调节的输出的第二连接，所述输出连接到误差放大器的一个输入，所述误差放大器的另一个输入连接到基准电压；所述两个输入晶体管的每个具有可切换地连接到所述误差放大器的输出的第三连接。

在进一步的替换中，所述两个基于MOS的输入或者通过装置被实施为耦合到输入电感器的电流感测装置，例如在所述调节器为简单的升压型的情况中。这些通过装置提供所述供给干线的(DC)隔离。

所述实施例很适合于应用在便携电子装置或者消费者电子装置，如MP3播放器，智能电话(smart phone)，移动电话，照相机和摄像机，以及便携计算装置中。这样的设备典型地采用低电压供给，如5V单极的，其中各个电路元件上的所述电压降可以是相对明显的。与例如AC或者经斩波的DC输入供给相反，这样的装置典型地通过具有基本恒定的功率输入来避免变压器的重量和空间。

附图说明

仅为了举例而不是为了限制，将参照以下附图来描述实施例，其中：

图1a和1b示出了用于电池供电的便携装置的公知供电电路；

图2a到2h示出了适合于用于电池供电的便携装置的供电电路的调节器电路；

图3示出了用于电池供电的便携装置的另一种公知供电电路；

图4示出了根据一个实施例的用于电池供电的便携装置的供电电路；

图5示出了根据另一个实施例的用于电池供电的便携装置的供电电路；

图6示出了根据另一个实施例的用于电池供电的便携装置的供电电路；

图7示出了根据一个实施例的双输入低跌落线性调节器；

图8示出了根据一个实施例的双输入升压调节器；

图9示出了用于电池供电的便携装置并且具有三个供给干线的供电电路；并且

图10示出了根据另一个实施例的三输入低跌落线性调节器。

具体实施方式

图4示出了根据第一实施例的供电电路并且包括两个非电池功率供给，总线供给11，如USB线缆中的功率线，以及外部供给13，如预调节的主电源。总线调节器12调节所述总线供给11，并且其与外部供给13被连接在公用非电池供给节点Vsup，该节点耦合到第一供电干线或者总线PSR1。与图1和3的***一样，电池充电器电路14耦合在非电池公用供给节点Vsup和可再充电电池10之间。与图1和3同样的其他元件被相同地标记。图4的电池10连接到第二供电干线或者总线PSR2(还有Vbat)。这样，两个供电干线(PSR1和PSR2)提供给负载调节器25。

负载调节器25的每个具有两个输入，每个具有关联的通过装置Mp1和Mp2。一个这样的输入(Mp1)直接连接到第一供电干线PSR1，并且第二负载调节器输入(Mp2)直接连接到第二供电干线PSR2。双输入负载调节器25在下面被更详细地描述，但是与图1，2和3的调节器一样，这些可以是线性或者开关模式或者基于电容器电荷泵的。

由于调节器25的一个输入(Mp2)通过第二供电干线PSR2直接连接到电池10，没有从电池10到调节器25的电压降，如在图3的设置中。这增加了充电之间的电池寿命，原因在于它可放电到较低水平，同时仍供应最小输入电压到所述调节器25以便于其维持其输出调节。也可看出由于第一供电干线PSR1被独立地提供给调节器25，当非电池电源(11和/或13)成为可用时，它们可即时启动，即使当电池10被放电时。因此，所述实施例也克服了图1a和1b的“即时接通”问题。

当可从总线11或者从外部源13得到功率时，从Vsup而不是Vbat来直接驱动负载调节器25。但是当这些供给两者都不存在时，负载调节器25从Vbat，即直接从电池10来供应。这去除了由图3中的Mc导致的电压降，代价是每个调节器中的附加的输入晶体管。但是这显著地增加了电池寿命，这是电池供电的装置的消费者非常需要的。

与Mc将下降150mV的情况(图3)相比，这允许电池电压中的额外150mV：如果这意味着电池可从4.2V放电到3.45V而不是从4.2V到3.6V，即下降750mV而不是600mV，这得到了额外的25％的电池寿命。

可替换地，如果成本是最重要的，则负载调节器25的“电池侧”输入晶体管Mp2在大小上可被减小以下降比如说300mV而不是150mV。首先考虑仅具有单个调节器15的***的情况。在此情况中，胜于图3的电路中的电池开关Mc(针对150mV来定大小)以及“外部供给侧”调节器通过装置Mp(针对150mV来定大小)，我们现在仅需要图4的电路中的“电池侧”调节器通过装置Mp2(针对300mV来定大小)。在额定电流处的接通电压由MOS的接通电阻来限定，并且这近似地与所述MOS的面积成反比。对于使Mc和Mp的每个实现从电池10的150mV的电压降，并由此实现总的300mV的下降的给定接通电阻(R)，Mp2的接通电阻可以是Mc或Mp的两倍(即2R)并且仍然实现两倍的电压降(300mV)。于是取代每个具有电阻R，以及对应的面积A的两个晶体管Mp和Mc，我们现在仅需要电阻2R以及对应面积A/2并且因此仅四分之一总面积的一个MOS(Mp2)。相同的参量适用于多个调节器的情况，假设Mc被定大小以针对所有调节器的总电流下降150mV，并且每个调节器的输入装置Mp或者Mp2被定大小以分别在每个调节器的峰值电流处下降150mV或者300mV。

另外，尽管我们需要连接到第一供电干线PSR1(Vsup)的晶体管Mp1，它们将仅必须应对比如说4.35V的最小Vsup(4.5V总线供给11，对于Ma少于150mV)。这意味着这些晶体管可以被设计用于1.05V跌落而不是150mV，所以可以被制作小得多，并且因此与由去除Mc并缩小Mp以充当Mp2所得的面积上的潜在节省相比，由晶体管Mp1占据的总芯片面积是不显著的。

线性调节器的效率将不受这种定大小的影响，这是因为所耗散的功率是负载电流以及输入-输出电压差的产物。然而，当从PSR1来驱动时任何开关调节器的效率将由于增加相应的Mp1开关电阻而降级。当使用外部供给时，降低的效率本身不是主要关心的，但是所得到的芯片上功率耗散可以是，为避免额外的热沉，或者必须在重的开关调节器电流负载的时间内限制充电器电流，于是这将对Mp1的大小施加较低的限制。尽管如此，面积上的基本总体节省是可能的。

总通过装置(晶体管)面积的减小不仅减小了制造成本，而且减小的电容也减小了在开关调节器中开关这些装置所消耗的功率，使线性调节器的稳定性变得容易，并且也减小了到同一芯片上的其他电路的这些供给上的噪声的电容耦合。

在实际中，所述设计将是由减小总MOS面积所得的片大小和成本的潜在减小，与减小最小电池电压以延长激活的电池寿命而不增加电池大小和成本这两者之间的折衷。

作为附带的好处，对于实际的芯片布局，较易布置多个较小的晶体管而不是较少的大晶体管，所以在实际中较容易布置总体芯片。

当电池馈送也减少时调节器供给串扰。这是在一个负载调节器25a上的外设启动或者突然抽取大量功率的情况，这导致供应到其他调节器25b的电压(Vbat)的下沉(dip)，并因此可影响它们到其他外设的输出。在图4的设置中，由于现在在路径中没有公用开关阻抗(Mc)(仅电池的中等非零输出阻抗)，路径阻抗被显著减小，因此减小了这些瞬时条件下的潜在电压下沉。

图5示出了对图4的电路的修改，其中DC-DC转换器30耦合在电池耦合的供电干线PSR2与总线供给11之间。在一些最近的总线标准，如USB On-The-Go中，可预期电池供电的外设将功率供应给附着于(USB)总线11的装置。通常，所需要的电压(例如在USB下游上的标称的5V)大于所述电池电压(例如3.0V到4.2V)，所以需要DC-DC转换器30来使所述电池电压向上阶跃。在此模式中，从总线11到Vsup的路径被关断。

如果从可替换的供给13来对所述外设(即耦合到负载调节器25的输出的装置)供电，则理想的是使用此功率而不是使电池10放电来针对例如USB下游对总线11供电。在图5的电路中，这将涉及使电流通过充电器调节器，从而有效地对电池再充电，以补偿通过总线的电流耗用(currentdrain)。这明显是低效的，因为电压将从比如说供给13的5V下降到电池的4.2V或者以下，并且随后由DC-DC转换器转换回到5V左右。其也将增加封装内所耗散的热，并且因此扩大了热停机(thermal shutdown)的可能性。

图6说明了—优选的解决方案，其中添加了另一个路径，包含另一个通过装置Mr以及关联的控制电路35以提供如所示的从供给13到总线11的更直接的路径，从而避免所述效率和热问题。在供给13正在供应功率到所述***并且USB总线正在需要功率的情况中，这也避免了由否则会已由DC-DC转换器30获取的电流造成的充电器控制14所监视的电池充电电流的畸变。

现在参见图7，示出了双输入低跌落线性调节器25x。调节器25包括两个通过装置，如MOSFET Mp1和Mp2，误差运算放大器26，以及两个开关27a和27b。开关27由控制输入(未示出)来配置，以将所述调节器设置成接受Vbat(来自图4的第二供电干线PSR2)或Vsup(来自图4的第一供电干线PSR1)作为该调节器的输入。

例如可以在所示的配置中看出，Mp1(耦合到PSR1)被有效地切换到调节器电路中，而Mp2(耦合到PSR2)被切换出，在它和误差放大器输出之间没有连接。输出电压Vout通过误差放大器26比较于所需的电压Vref。如果PSR1要充当供给，则放大器26的输出被转向PMOS MP1的栅。线性调节器的具体操作将是本领域的技术人员所熟知的。如果PSR2要充当供给，则进行相反的连接。

此双输入调节器对应于图2a中的线性调节器，并且其中所述两个通过装置的公用节点Vx也是调节器输出节点。其他双输入调节器可以以类似的方式来设计，其中图2b到2d以及图2f到2h中所示的通过装置Mp由一对装置Mp1和Mp2来替换，每个连接到相应的供给干线以及公用节点Vx。在图2f的升压电容器电荷泵的情况下，实际上有两个通过装置Mp和Mp’，每个将由到相应公用内部节点Vx，Vx’的一对装置Mp1，Mp2以及Mp1’，Mp2’来替换。在图2e和2h的升压开关调节器的情况中，所述双输入调节器将具有一对输入通过装置Mp1和Mp2，其具有耦合到电感器L的公用侧以及分别连接到相应的供给干线PSR1和PSR2的另一侧。

图8示出了图2h的升压调节器的双输入版本。通过装置Mp1以及Mps1连接到供给干线PSR1(线)，并且Mp2以及Mps2连接到供给干线PSR2(电池)。根据如先前讨论的可用供给来切换输入通过装置Mp1和Mp2(使用施加到其相应栅的恒定偏置或者控制电压)。所选择的供给(PSR1或PSR2)随后馈送到所述升压调节器的电感器L。如先前所讨论的，感测装置Mps1和Mps2根据经由相应通过装置(Mp1或Mp2)的输入电流来提供感测电流(Isensel或Isense2)，所述通过装置可用于对调节器的控制。

尽管所述设置如以上所指出的需要两个通过装置Mp1和Mp2，所述两个输入通过装置的使用消除了对电池通过装置(图3中的Mc)的需要，而与此同时在所述电池放电之后当从线供给来驱动时提供“即时接通”功率。电池通过装置的不存在减小了如上面讨论的调节器之间的串扰。

可替换地，可使用除基于MOS的晶体管以外的通过装置，如双极晶体管或者二极管。在一些工作情况或者模式中，反馈电路可被省略(如基于图2f的“开环”电容器电荷泵电压二倍器(doubler))或禁止(可能在低电压条件下难以将通过装置接通)。

图9示出了另外的实施例，其中多个(即多于两个)供给干线被用于供应所述或者每个调节器。与图4的设置相同，供给干线PSR1从外部和/或总线供给来提供，并且第二供给干线PSR2从电池10来提供。但是附加地，也为调节器输入提供了第三供给干线PSR3。这个第三供给能够从另一个具有不同电压的电池得到；如直接来自1394总线的较高电压输入(或者向下调节到某个中间电压)；或者另外的能量源，如太阳电池。所述第三(或者实际上所述第二或者第一)可以被路由到所述调节器的子集以限制加载，代价是不允许***的一些特征起作用。图9也示出了电池充电器调节器中的第二输入以及关联的通过装置。

图10示出了三输入线性调节器，其类似于图7，但是具有附加的来自第三供给干线PSR3的输入，并且包括附加的通过装置Mp3。与图7的双输入调节器一样，控制电路(未示出)在三个供给干线之间切换，例如是因为外部电压供给已经断开。该调节器电路中的开关是通过适当地设置开关27a，27b和27c以将对应的通过装置Mp1，Mp2，或者Mp3切换到所述调节器电路的反馈回路中来实现的。适当的控制电路对于本领域的技术人员将是公知的。这与图8的升压调节器开关装置形成对比，其是通过借助施加适当的偏置或者控制电压到相应晶体管的栅来接通输入通过装置Mp1，Mp2，以及Mp3之一(比如说Mp3)，并切断另外两个输入通过装置(Mp1以及Mp2)而实现的。

返回到图9(或图4，5和6)，电池充电器14被示出为线性调节器，但是它当然可以是任何适当的充电电路。例如电池充电器14可以以切换的DC/DC转换器来实施，所述转换器将提供较好的效率来既最大化输出功率又最小化否则可能限制输出功率的芯片上功率耗散。另一个替换是电容器电荷泵。

本领域的技术人员将理解，总体上根据上面的讲授，各种实施例以及针对它们所描述的特定特征可以与其他实施例或者它们具体描述的特征自由地组合。本领域的技术人员也将认识到，可以在所附的权利要求的范围内对所描述的特定例子进行各种改变和修改。

Claims (20)

1.一种便携供电电路，用于电池供电的便携装置，所述电路包括：

一个数目的输入，其用于接收相应的电压供给，并且耦合到相应的供电总线，所述电压供给之一是耦合到第一功率总线的非电池电压供给，而所述电压供给的另一个是耦合到第二功率总线的电池电压供给；以及

公用多输入调节器，用于将经调节的功率供给提供到所述电池供电的装置，所述调节器具有所述数目的输入通过装置，一个所述通过装置直接连接到相应的功率总线，所述公用调节器被设置成从所述功率总线之一得到所述经调节的功率供给。

2.如权利要求1所述的电路，其中所述通过装置是基于MOS的晶体管。

3.如权利要求1或2所述的电路，其中所述公用调节器包括开关，以将一个或者另一个所述通过装置切换到调节子电路中，以便于从相应的功率总线电压供给得到所述经调节的功率。

4.如权利要求1或2所述的电路，其中所述通过装置被用于在所述供电总线之间切换。

5.如权利要求1或2所述的电路，其中直接连接到所述功率总线之一的通过装置具有不同于直接连接到另一个功率总线的另一个通过装置的接通电阻。

6.如权利要求1或2所述的电路，其中所述公用多输入调节器是下列之一：线性调节器；开关模式调节器，电容器电荷泵调节器。

7.如权利要求1或2所述的电路，包括三个或者更多个功率总线以及多个公用输入调节器，并且其中一些所述功率总线耦合到全部所述调节器，并且一些其他的所述功率总线耦合到所述调节器的子集。

8.如权利要求1或2所述的电路，还包括输入，其用于接收第二非电池电压供给，并且耦合到所述第一供电总线。

9.如权利要求1或2所述的电路，其中所述非电池电压供给是组合功率和数据线缆连接或者太阳电池。

10.如权利要求9所述的电路，其中所述线缆是USB或者IEEE1394线缆。

11.如权利要求9所述的电路，还包括DC-DC转换器，其耦合在电池供给电压输入与第一非电池供给电压输入之间。

12.如权利要求10所述的电路，还包括DC-DC转换器，其耦合在电池供给电压输入与第一非电池供给电压输入之间。

13.如权利要求1或2所述的电路，还包括输入调节器，其耦合在第一非电池输入和第一供电总线之间。

14.如权利要求1或2所述的电路还包括充电电路，其用于对所述电池供给充电，并且耦合在所述非电池和电池电压供给之间。

15.一种电池供电的便携装置，包括根据如前面任何一项权利要求所述的供电电路。

16.一种多输入调节器，其适于将经调节的功率供给提供到电池供电的便携装置，所述调节器具有：

调节器电路，用于调节来自两个或者多个供电总线之一的输入功率供给；

对应数目的基于MOS的输入晶体管通过装置，每个直接连接到相应的供电总线；以及

开关装置，用于将所述通过装置切换入和切换出所述调节电路，以从相应的供电总线得到用于调节的功率供给。

17.如权利要求16所述的调节器，其中所述调节器电路是线性调节器电路。

18.如权利要求16所述的调节器，其中所述调节器电路是切换的调节器电路。

19.一种多输入调节器，用于将经调节的功率供给提供到电池供电的便携装置，所述调节器具有：

升压调节器电路，包括输入电感器，并且用于调节来自两个或者多个供电总线之一的输入功率供给；以及

一个数目的基于MOS的输入晶体管通过装置，每个直接连接到相应的供电总线，

所述调节器被设置成使所述输入通过装置耦合到输入电感器并且被切换以从相应的供电总线得到用于调节的功率供给。

20.如权利要求16-19中任何一项所述的输入调节器，其中所述调节器适于提供一个或者多个经调节的5V供给。

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