[发明专利]测量电池充电和放电电流的方法和装置

说明书

根据美国法典第35章第119(e)款，要求对由Antti Ruha在2000年12月29日提交的快件号为EL 562 863 469 US、题为“测量电池充电和放电电流的方法和装置”的共同未决的部分专利申请第60/＿号的优先权。

技术领域  本发明一般地涉及电池充电电路和方法，更具体地说，涉及测量电池充电电流以及电池放电电流所用的方法和装置。

背景技术  对于这些论述最感兴趣的电池充电电路是与亦称为移动台或个人通信器的无线终端配合使用的电路。在充电操作过程中，需要测量和监视相对较高的电流，一般在几百毫安(mA)甚至更大的范围内。参照图1，常规做法是在以充电器1表示的充电电流源和相关的充电器开关(Msw)2之间设置串联电阻(Rmeas)。Msw耦合到要再充电的电池3。电池充电电流(Ich)流经Rmeas，并检测在Rmeas两端得到的电压降(Vmeas)，以便控制充电周期。例如，模数转换器(ADC)4可以用来把Vmeas转换成数字表示，而后者又可用来调制从脉宽调制器(PWM)5输出的信号的脉冲宽度。也可把Vmeas用作电池电压的测量值。可直接使用PWM 5的输出、或由充电控制器6进一步修改、以便向Msw提供开关信号(Vcntrl)。以这种方法改变Msw的导通状态，以便随着电池3达到充足电、可以逐渐减少Msw的导通时间，直至最后Msw只向电池3提供维持(微电流)充电。在另一个实施例中，从Rmeas到Vcntrl的反馈回路可以用全模拟的方式、或以模拟/数字混合方式实现。

使用和操作这类常规充电电路的一个明显缺点是：要求Rmeas为低欧姆值的高精度的电阻。由于流经Rmeas的电流很大，它还必须实际上大些，以便散发所产生的热量。使用物理体积大的电阻意味着要使用单独的分立元件，而不是集成元件，这增大了成本以及制造和测试操作的复杂性。另外，Rmeas必须被精心定位，以免过分加热邻近的电路元件。此外，由于Rmeas的阻值低，产生的电压降Vmeas也小，这可能要求使用高分辨率ADC 4来获得准确的Ich测量值。

发明内容  本发明的第一个目的和优点是提供一种改进的电池能量管理电路。

本发明的另一个目的和优点是提供一种供无线终端用的克服了上述及其他问题的改进的电池充电电路。

本发明的再一个目的和优点是提供一种用于做电池容量及其他类型的测量的改进的电池放电电路。

由按照本发明实施例的方法和装置来克服上述和其他问题以及实现上述目的和优点。

这里所公开的是对电池充电的方法和实现该方法的电路。该方法包括以下步骤：(a)产生电池用的充电电流(Ich)；(b)产生Ich的复制电流(Irep)，其中Irep＝Ich/N，式中N＞1；(c)测量Irep在测量电阻两端引起的电压降；以及(d)利用所测得的电压降来控制Ich的大小。N约大于10较好，N约大于100则更好，在最佳实施例中，N在大约100至大约1000的范围内。产生充电电流(Ich)的步骤包括操作具有耦合到充电电流源的输入节点的第一器件的步骤；产生复制电流(Irep)的步骤包括操作具有耦合到充电电流源的输入节点的第二器件的步骤；其中第一器件和第二器件均由相同的控制信号来驱动。该控制信号可以是脉冲宽度被控制而随着测得的测量电阻两端的电压降变化而变化的脉宽调制信号。该控制信号也可以是具有可调电压值的直流电压，其电压值被控制、随着所测得的测量电阻两端的电压降变化而变化。在最佳实施例中，产生复制电流(Irep)的步骤包括操作伺服回路以迫使第二器件的输出节点上出现的电位等于第一器件的输出节点上出现的电位的步骤。

按照这些论述的电池充电电路包括由控制信号驱动的第一器件，该信号控制第一器件的通断时间和/或导通状况，从而控制提供给要再充电的电池的充电电流量(Ich)。第一器件具有耦合到充电电流源的输入节点和把充电电流Ich耦合到要再充电的电池的输出节点。电池充电电路还包括第二器件，它由控制信号驱动，并且具有耦合到充电电流源的输入节点和耦合到测量电阻的输出节点。检测由流经测量电阻的电流Irep在该测量电阻两端产生的电压降，以便控制第一器件的导通。

最好Irep等于Ich/N，其中N是大于1的比例因子。

该电路还包括差分放大器，该差分放大器的第一输入端耦合到第一器件的输出节点，第二输入端耦合到第二器件的输出节点，而其输出端耦合到与测量电阻串联的晶体管的控制端。该差分放大器操作晶体管，迫使出现在第二器件的输出节点的电位等于出现在第一器件的输出节点的电位。