Cargador de baterías serie bus universal.

Un cargador de batería bus serie universal, USB, (101; 400; 500;

800; 1100; 1200; 1300; 1600) que comprende:

un regulador de conmutación (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) que tiene al menos un transistor de conmutación (821; 1602), teniendo el transistor de conmutación (821; 1602) una primera entrada y una primera salida, en donde la primera entrada del transistor de conmutación (821; 1602) está acoplada a una fuente de alimentación del USB (110; 810) para recibir una corriente de entrada;

un filtro (104; 804; 1103, 1104; 1203, 1204) que tiene una primera entrada y una primera salida, en el que la primera entrada del filtro (104; 804; 103, 1104; 1203, 1204) está acoplada a la primera salida del transistor de conmutación (821; 1602); y

una batería (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) acoplada a la primera salida del filtro (104; 804; 1103, 104; 1203, 1204), en donde el regulador de conmutación (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) está configurado para recibir un tensión USB, y en donde una tensión de conmutación y corriente de conmutación en la salida del transistor de conmutación (821; 1602) están acopladas a través del filtro (104; 804; 1103, 1104; 1203, 1204) para generar una corriente filtrada y una tensión filtrada para cargar la batería (150; 450; 550; 850; 1150; 1250),

caracterizado por que

el cargador de batería del USB (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) está configurado para reducir la corriente filtrada como la tensión filtrada en la batería (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) aumenta para mantener la corriente de entrada aproximadamente constante.

Cargador de baterïas serie bus universal.

Antecedentes La presente invenciïn se refiere a cargadores de baterïas y, en particular, a sistemas y procedimientos de carga de baterïas de conmutaciïn.

Se han utilizado baterïas como fuente de energïa para los dispositivos electrïnicos mïviles. Las baterïas proporcionan energïa en forma de corrientes elïctricas y tensiones que permiten funcionar a los circuitos. Sin embargo, la cantidad de energïa almacenada en una baterïa es limitada y las baterïas pierden energïa cuando los dispositivos electrïnicos estïn en uso. Cuando el suministro de energïa de la baterïa se agota, la tensiïn de la baterïa comenzarï a caer de su tensiïn nominal y el dispositivo electrïnico que depende de la para su energïa ya no funcionarï correctamente. Tales umbrales serïn diferentes para diferentes tipos de dispositivos electrïnicos.

Muchos tipos de baterïas estïn diseïados para un solo uso. Estas baterïas se desechan despuïs de que se agote la carga. Sin embargo, algunas baterïas estïn diseïadas para ser recargables. Las baterïas recargables suelen requerir algïn tipo de sistema de carga de baterïa. Los sistemas tïpicos de carga de baterïa transfieren energïa de una fuente de alimentaciïn, tal como un enchufe de CA en la baterïa. El proceso de recarga incluye tïpicamente procesar y acondicionar tensiones y corrientes de la fuente de alimentaciïn de manera que las tensiones y corrientes suministradas a la baterïa cumplen con las especificaciones de carga de la baterïa en particular. Por ejemplo, si las tensiones o corrientes suministradas a la baterïa son demasiado grandes, la baterïa puede daïarse o incluso explotar. Por otro lado, si las tensiones o corrientes suministradas a la baterïa son demasiado pequeïas, el proceso de carga puede ser muy ineficiente o totalmente ineficaz. El uso ineficiente de la especificaciïn de carga de la baterïa puede conducir a tiempos de carga muy largos, por ejemplo. Ademïs, si el proceso de carga no se lleva a cabo de manera eficiente, la capacidad de la celda de la baterïa (es decir, la cantidad de energïa que la baterïa puede mantener) no puede ser optimizado. Por otra parte, una carga ineficiente puede afectar a la vida del ïtil de la baterïa (es decir, nïmero de ciclos de carga/descarga disponibles en una baterïa en particular) . Ademïs, la carga ineficiente puede resultar de caracterïsticas de la baterïa cambiantes en el tiempo. Estos problemas se ven agravados por el hecho de que las caracterïsticas de la baterïa, incluyendo tensiones especificadas de una baterïa y las corrientes de recarga, pueden ser diferentes de baterïa a baterïa.

US 2005/0001595 A1, US 2005/0134220 A1 y US 2002/0130638 A1 describen ejemplos de cargadores de baterïas.

Los cargadores de baterïas existentes son sistemas tïpicamente estïticos. El cargador estï configurado para recibir energïa de una fuente en particular y proporcionar tensiones y corrientes a una baterïa en particular en base a la especificaciïn de carga de la baterïa. Sin embargo, la falta de flexibilidad de los cargadores existentes resulta en muchas de las ineficiencias y problemas descritos anteriormente. Serïa muy ventajoso tener sistemas de carga de la baterïa y los procedimientos que fueran mïs flexibles que los sistemas existentes o incluso adaptables a baterïas particulares o el medio ambiente de la baterïa de carga cambiante. Por lo tanto, hay una necesidad de mejorar los sistemas de cargador de baterïa y procedimientos que mejoran la eficiencia del proceso de carga de la baterïa.

RESUMEN

Esta necesidad se ve satisfecha por la materia objeto de las reivindicaciones independientes. La presente invenciïn resuelve estos y otros problemas al proporcionar un cargador de baterïa de bus serie universal segïn la reivindicaciïn independiente 1 y un procedimiento de carga de una baterïa segïn la reivindicaciïn independiente 14. Las realizaciones de la presente invenciïn incluyen tïcnicas para la carga de una baterïa con un regulador de conmutaciïn. Algunas realizaciones incluyen cargadores de baterïas de conmutaciïn programables que se pueden configurar mediante tïcnicas digitales. Otras realizaciones incluyen cargadores de baterïas de conmutaciïn que modifican la corriente de la baterïa en base a las condiciones del circuito detectadas tales como tensiïn de la baterïa o corriente de entrada para el regulador de conmutaciïn.

En una forma de realizaciïn, la presente invenciïn incluye un cargador de baterïa bus serie universal (USB) que comprende un regulador de conmutaciïn que tiene al menos un transistor de conmutaciïn, teniendo el transistor de conmutaciïn una primera entrada y una primera salida, en el que la primera entrada del transistor de conmutaciïn estï acoplada a una fuente de alimentaciïn del USB, un filtro que tiene una primera entrada y una primera salida, en el que la primera entrada del filtro estï acoplada a la primera salida del transistor de conmutaciïn y una baterïa acoplada a la primera salida del filtro, en donde el regulador de conmutaciïn estï configurado para recibir una tensiïn USB y, en conformidad con ello, generar una seïal de conmutaciïn al terminal de control del transistor de conmutaciïn y en donde una corriente y la tensiïn de conmutaciïn de conmutaciïn en la salida del transistor de conmutaciïn estïn acopladas a travïs del filtro para generar una corriente filtrada y una tensiïn filtrada para cargar la baterïa.

En una forma de realizaciïn, la tensiïn filtrada es detectada por un controlador de tensiïn para controlar la seïal de conmutaciïn en el terminal de control del transistor de conmutaciïn.

En una forma de realizaciïn, el controlador de tensiïn incluye una primera entrada acoplada a un elemento programable de almacenamiento de datos, una segunda entrada acoplada a al menos una entrada de detecciïn de tensiïn, y una salida acoplada a la entrada de control del transistor de conmutaciïn, en donde el elemento programable de almacenamiento de datos configura el controlador de tensiïn para generar una tensiïn programada a dicha baterïa si la tensiïn en dicha baterïa estï por encima del primer umbral.

En una forma de realizaciïn, la corriente filtrada es detectada por un controlador de corriente para controlar la seïal de conmutaciïn en el terminal de control del transistor de conmutaciïn.

En una forma de realizaciïn, el controlador de corriente incluye una primera entrada acoplada a un elemento programable de almacenamiento de datos, una entrada de realimentaciïn acoplada a al menos una entrada de detecciïn de corriente, y una salida acoplada a la entrada de control del transistor de conmutaciïn, y en donde el elemento programable de almacenamiento de datos configura el controlador de corriente para suministrar una primera corriente programada para dicha baterïa si una tensiïn de dicha baterïa estï por debajo de un primer umbral.

En una forma de realizaciïn, la presente invenciïn comprende ademïs la recepciïn de una seïal de entrada que indica una corriente mïxima de entrada, y la programaciïn del controlador de corriente para establecer una corriente mïxima de la baterïa en base a la corriente mïxima de entrada.

En una forma de realizaciïn, el controlador de corriente tiene una entrada de control para ajustar la corriente filtrada, y en el que la entrada de control del controlador de corriente estï acoplada a la primera entrada del transistor de conmutaciïn o a la baterïa para reducir la corriente filtrada al aumentar la tensiïn en la baterïa.

En una forma de realizaciïn, la corriente filtrada es mayor que una primera corriente de entrada en la primera entrada del transistor de conmutaciïn, y la corriente de filtrado se reduce a medida que aumenta la tensiïn en la baterïa.

En una forma de realizaciïn, la tensiïn de USB estï en un intervalo de al menos 4, 1 voltios hasta 5, 25 voltios.

En otra realizaciïn, la presente invenciïn incluye un procedimiento de carga de una baterïa de puerto bus serie universal (USB) que comprende recibir una primera tensiïn de entrada y una primera corriente de entrada en la entrada de un regulador de conmutaciïn de una fuente de alimentaciïn de USB, el acoplamiento de una salida del regulador de conmutaciïn a un terminal de una baterïa, la generaciïn de una primera tensiïn de salida y una primera corriente de salida en el terminal de la baterïa, la detecciïn de la primera corriente de salida en la baterïa o una primera tensiïn de salida de la baterïa, y la generaciïn de una seïal de conmutaciïn a un terminal de control del regulador de conmutaciïn en respuesta a la primera corriente de salida o a la primera tensiïn de salida... [Seguir leyendo]

1. Un cargador de baterïa bus serie universal, USB, (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) que comprende:

un regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) que tiene al menos un transistor de conmutaciïn (821; 1602) , teniendo el transistor de conmutaciïn (821; 1602) una primera entrada y una primera salida, en donde la primera entrada del transistor de conmutaciïn (821; 1602) estï acoplada a una fuente de alimentaciïn del USB (110; 810) para recibir una corriente de entrada;

un filtro (104; 804; 1103, 1104; 1203, 1204) que tiene una primera entrada y una primera salida, en el que la primera entrada del filtro (104; 804; 103, 1104; 1203, 1204) estï acoplada a la primera salida del transistor de conmutaciïn (821; 1602) ;

y

una baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) acoplada a la primera salida del filtro (104; 804; 1103, 104; 1203, 1204) ,

en donde el regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) estï configurado para recibir un tensiïn USB,

y en donde una tensiïn de conmutaciïn y corriente de conmutaciïn en la salida del transistor de conmutaciïn (821; 1602) estïn acopladas a travïs del filtro (104; 804; 1103, 1104; 1203, 1204) para generar una corriente filtrada y una tensiïn filtrada para cargar la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) ,

caracterizado por que el cargador de baterïa del USB (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) estï configurado para reducir la corriente filtrada como la tensiïn filtrada en la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) aumenta para mantener la corriente de entrada aproximadamente constante.

2. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn la reivindicaciïn 1, en el que la tensiïn filtrada es detectada por un controlador de tensiïn (430; 530; 1130) para controlar el transistor de conmutaciïn (821; 1602) .

3. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn la reivindicaciïn 2, en el que el controlador de tensiïn (430; 530; 1130) incluye una primera entrada acoplada a un elemento programable de almacenamiento de datos, una segunda entrada acoplada a al menos una entrada de detecciïn de tensiïn y una salida acoplada a un terminal de control del transistor de conmutaciïn (821; 1602) , en donde el elemento programable de almacenamiento de datos estï adaptado para configurar el controlador de tensiïn (430; 530; 1130) para establecer una tensiïn programada para dicha baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) si la tensiïn en dicha baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) es superior a un primer umbral.

4. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la corriente filtrada es detectada por un controlador de corriente (420; 520; 823) para controlar el transistor de conmutaciïn (821; 1602) .

5. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn la reivindicaciïn 4, en el que el controlador de corriente (420; 520; 823) estï adaptado para ajustar la corriente de salida en la baterïa (150; 450 ; 550; 850; 1150; 1250) , y en el que una primera seïal lïgica que corresponde a una corriente mïxima de USB estï acoplada a un terminal de control del controlador de corriente (420; 520; 823) para ajustar la corriente de salida en la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) .

6. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn la reivindicaciïn 4, en el que el controlador de corriente (420; 520; 823) incluye una primera entrada acoplada a un elemento programable de almacenamiento de datos, una entrada de realimentaciïn acoplada a al menos una entrada de detecciïn de corriente, y una salida acoplada a un terminal de control del transistor de conmutaciïn (821; 1602) , y en donde el elemento programable de almacenamiento de datos estï adaptado para configurar el controlador de corriente (420; 520; 823) para que establezca una corriente programada para dicha baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) si la tensiïn en dicha baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) estï por debajo de un primer umbral.

7. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn la reivindicaciïn 4, que comprende ademïs una entrada para recibir una seïal de entrada que indica una corriente mïxima de entrada, y en donde controlador de corriente (420; 520; 823) estï adaptado para ser programado para

establecer una corriente mïxima de la baterïa en base a la corriente mïxima de entrada.

8. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn la reivindicaciïn 4, en el que el controlador de corriente (420; 520; 823) tiene una entrada de control para ajustar la corriente filtrada, y en el que el control de entrada del controlador de corriente (420; 520; 823) estï acoplado a la primera entrada del transistor de conmutaciïn (821; 1602) o a la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) .

9. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende ademïs un controlador (111; 460; 545; 645; 1145) que tiene una primera entrada acoplada para recibir una seïal lïgica que corresponde a un tipo de puerto USB, en donde la corriente de salida en la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) es mayor que 100 mA y la corriente de entrada en el regulador de conmutaciïn (401; 510; 803 ; 1110; 1210; 1303; 1601) estï por debajo de 100 mA cuando la seïal lïgica estï en un primer estado y la corriente de salida en la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) es mayor que 500 mA y la corriente de entrada al regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) estï por debajo de 500 mA cuando la seïal lïgica estï en un segundo estado.

10. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la corriente filtrada es mayor que una primera corriente de entrada en la primera entrada del transistor de conmutaciïn (821 ; 1602) .

11. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la tensiïn de USB estï en un intervalo de al menos 4, 1 voltios a 5, 25 voltios.

12. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende ademïs un elemento programable de almacenamiento de datos para almacenar un parïmetro de carga, en el que la primera corriente de salida se establece por dicho parïmetro de carga.

13. El cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) segïn cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende ademïs un elemento programable de almacenamiento de datos para almacenar un parïmetro de carga, en el que la primera tensiïn de salida es establecida por dicho parïmetro de carga, y en el que el regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) detecta la primera tensiïn de salida y genera una seïal de conmutaciïn para controlar la primera tensiïn de salida.

14. Un procedimiento de carga de una baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) de un bus serie universal (USB) con un cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) , comprendiendo el procedimiento:

recibir una primera tensiïn de entrada y una primera corriente de entrada en la entrada de un regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) de una fuente de alimentaciïn del USB (110; 810) , en el que el regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) comprende al menos un transistor de conmutaciïn (821; 1602) ,

proporcionar una salida del regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) a travïs de un filtro (104; 804; 1103, 1104; 1203, 1204) a un terminal de la baterïa (150; 450; 550 ; 850; 1150; 1250) ;

en donde el regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) recibe una tensiïn de USB,

en donde una corriente de conmutaciïn y una tensiïn de conmutaciïn en la salida del transistor de conmutaciïn (821; 1602) estïn acopladas a travïs del filtro (104; 804; 1103, 1104; 1203, 1204) para generar una corriente filtrada y una tensiïn filtrada para cargar la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) , y

en el que el cargador de baterïa (101; 400; 500; 800; 1100; 1200; 1300; 1600) reduce la corriente filtrada al aumentar la tensiïn filtrada en la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) para mantener la entrada corriente aproximadamente constante.

15. El procedimiento segïn la reivindicaciïn 14, que comprende ademïs detectar la tensiïn filtrada por un controlador de voltaje (430; 530; 1130) para controlar el transistor de conmutaciïn (821; 1602) .

16. El procedimiento segïn la reivindicaciïn 15, en el que el controlador de tensiïn (430; 530; 1130) incluye una primera entrada acoplada a un elemento de almacenamiento de datos programable, una segunda entrada acoplada a al menos una entrada de detecciïn de voltaje y una salida acoplada a un terminal de control del transistor de conmutaciïn (821; 1602) , en donde el elemento de almacenamiento de datos programable configura el controlador de voltaje (430; 530; 1130) para establecer una tensiïn programada para dicha baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) si la tensiïn en dicha baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) es superior a un primer umbral.

17. El procedimiento segïn cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, que comprende ademïs detectar la

corriente filtrada por un controlador de corriente (420; 520; 823) para controlar el transistor de conmutaciïn (821; 1602) .

18. El procedimiento segïn la reivindicaciïn 17, que comprende ademïs establecer la corriente de salida en la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) en respuesta a una primera seïal lïgica que corresponde a una corriente USB mïxima acoplada a un terminal de control del controlador de corriente (420; 520; 823) .

19. El procedimiento segïn la reivindicaciïn 17, en el que el controlador de corriente (420; 520; 823) incluye una primera entrada acoplada a un elemento de almacenamiento de datos programable, una entrada de realimentaciïn acoplado a al menos una entrada de detecciïn de corriente y una salida acoplada a un terminal de control del transistor de conmutaciïn (821; 1602) , y en donde el elemento de almacenamiento de datos programable configura el controlador de corriente (420; 520; 823) para establecer una primera corriente a dicha baterïa programada (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) si la tensiïn de dicha baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) estï por debajo de un primer umbral.

20. El procedimiento segïn la reivindicaciïn 17, que comprende ademïs recibir una seïal de entrada que indica una corriente mïxima de entrada, y establecer una corriente mïxima de la baterïa en base a la corriente de entrada mïxima por dicho controlador de corriente (420; 520; 823) .

21. El procedimiento segïn la reivindicaciïn 17, que comprende ademïs establecer la corriente filtrada, en donde el controlador de corriente (420; 520; 823) tiene una entrada de control, y en el que la entrada de control del controlador de corriente (420; 520; 823) estï acoplada a la primera entrada del transistor de conmutaciïn (821; 1602) o a la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) .

22. El procedimiento segïn cualquiera de las reivindicaciones 14 a 21, que comprende ademïs recibir una seïal lïgica que corresponde a un tipo de puerto USB, en donde la corriente de salida en la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) es mayor que 100 mA y la corriente de entrada en el regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) estï por debajo de 100 mA cuando la seïal lïgica estï en un primer estado, y la corriente de salida en la baterïa (150; 450; 550; 850; 1150; 1250) es superior a 500 mA y la corriente de entrada al regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) estï por debajo de 500 mA cuando la seïal de la lïgica estï en un segundo estado.

23. El procedimiento segïn cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22, en el que la corriente filtrada es mayor que una primera corriente de entrada en la primera entrada del transistor de conmutaciïn (821; 1602) .

24. El procedimiento segïn cualquiera de las reivindicaciones 14 a 23, que comprende ademïs almacenar un parïmetro de carga en un elemento de almacenamiento de datos programable, en el que la primera corriente de salida se establece mediante dicho parïmetro de carga.

25. El procedimiento segïn cualquiera de las reivindicaciones 14 a 24, que comprende ademïs almacenar un parïmetro de carga en un elemento de almacenamiento de datos programable, en el que la primera tensiïn de salida se establece mediante dicho parïmetro de carga, y en el que el regulador de conmutaciïn (401; 510; 803; 1110; 1210; 1303; 1601) detecta la primera tensiïn de salida y genera una seïal de conmutaciïn para controlar la primera tensiïn de salida.