TWI504101B

TWI504101B - 充電系統及其電力管理單元與電力管理方法

Info

Publication number: TWI504101B
Application number: TW101146844A
Authority: TW
Inventors: 凱莉湯普森; 約翰麥克尼特; 馬克盧瑟福
Original assignee: 美國博通公司
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2015-10-11
Also published as: US9190854B2; EP2675036A3; EP2675036B1; US20130335035A1; CN103516005B; US20160049807A1; CN103516005A; HK1189716A1; EP2675036A2; TW201351841A

Description

充電系統及其電力管理單元與電力管理方法

本發明涉及電源充電，諸如電池充電。本發明也涉及確定和控制充電電流。

各類電子裝置的巨大消費需求部分由低成本製造和不斷增加的裝置功能所推動。現在，一個人擁有多個手機、便攜式遊戲裝置、音樂播放器、平板電腦或者GPS裝置和其它裝置並不少見。這些裝置的一個共同特徵是，它們很大程度上依賴於，有時完全依賴於可充電電源，例如可充電電池。電池充電的改良將繼續使這樣的裝置成為對消費者有吸引力的選項。

本公開的一方面涉及一種電力管理單元(power management unit)，其包括：開關裝置控制輸出端，用於控制開關裝置；裝置電源電流測量輸入端；以及開關裝置模型，與所述開關裝置控制輸出端和所述裝置電源電流測量輸入端通訊，所述開關裝置模型包括所述開關裝置的模型參數；以及充電邏輯，被配置為：從所述裝置電源電流測量輸入端確定從充電電源取得的充電電流；以及根據所述模型參數來調整所述開關裝置控制輸出端，以控制所述充電電流。

在上述電力管理單元中，優選所述電源電流測量輸入端包括可充電電池電流測量輸入端。

在上述電力管理單元中，優選所述充電邏輯被配置為通過以下步驟來確定充電電流：在所述開關裝置控制輸出端允許充電電流流過所述開關裝置時，從所述裝置電源電流測量輸入端進行第一測量；在所述開關裝置控制輸出端已經停止充電電流流過所述開關裝置時，從所述裝置電源電流測量輸入端進行第二測量；以及確定所述第一測量與所述第二測量之差。

在上述電力管理單元中，優選所述模型參數包括晶體管增益。

在上述電力管理單元中，優選所述充電邏輯被配置為通過以下步驟來調整所述開關裝置控制輸出端：通過根據被調整以初始地減少所述充電電流的所述模型參數來驅動所述開關裝置控制輸出端，從而實施充電啟動時段。

在上述電力管理單元中，優選所述充電邏輯還被配置為：在多個時間點確定所述充電電流，並且在所述多個時間點中的至少一個之後，驅動所述開關裝置控制輸出端以增大所述充電電流。

在上述電力管理單元中，優選所述充電邏輯還被配置為：在多個時間點確定所述充電電流，並且隨著時間推移，將充電電流增大至由命令電流值指定的量。

在上述電力管理單元中，優選所述充電邏輯還被配置為：在多個偽隨機時間點確定所述充電電流，並且在所述多個偽隨機時間點中至少一個之後，驅動所述開關裝置控制輸出端以增大所述充電電流。

本公開的另一方面涉及一種方法，其包括：測量從充電電源流出的充電電流，而不是測量流過連接至所述充電電源的可充電電池的電池電流，所述充電電流包括可充電電池電流和補充電流；使用對於充電電流流過的開關裝置的裝置模型的模型參數來控制所述充電電流。

在上述方法中，優選所述補充電流包括數位邏輯電流、功率放大器電流或這兩者。

在上述方法中，優選所述模型參數包括所述開關裝置的增益。

在上述方法中，優選控制包括：隨著時間推移，增大所述充電電流。

在上述方法中，優選控制包括：在測量所述充電電流以確保它在預定界限內之後，隨著時間推移增大所述充電電流。

在上述方法中，優選測量充電電流包括：在所述充電電流流過所述可充電電池時，進行所述電池電流的第一測量；在所述充電電流已經停止流到所述可充電電池時，進行所述電池電流的第二測量；以及確定所述第一測量與所述第二測量之差。

本公開的又一方面涉及一種充電系統，其包括：充電電路，包括：開關裝置；以及電池電流傳感器，與所述開關裝置通訊；電力管理單元，包括：所述開關裝置的開關模型；所述開關裝置的開關驅動器；以及充電電流測量邏輯，可操作為：利用所述開關驅動器來驅動所述開關裝置，以提供包括流過所述電池電流傳感器的電池電流的充電電流，並獲得所述電池電流的第一測量；利用所述開關驅動器來停用所述開關裝置，以停止所述充電電流，並獲得所述電池電流的第二測量；從所述第一測量和所述第二測量確定所述充電電流；以及根據所述開關模型通過驅動所述開關裝置來控制所述充電電流。

上述充電系統中，優選所述開關模型包括所述開關裝置的增益參數。

上述充電系統中，優選所述電力管理單元可操作為通過隨著時間推移增大所述充電電流來控制所述充電電流。

上述充電系統中，優選所述電力管理單元可操作為通過從充電操作開始時起隨著時間推移增大所述充電電流來控制所述充電電流。

上述充電系統中，優選所述電力管理單元可操作為遞增增大所述充電電流。

上述充電系統中，優選所述電力管理單元可操作為在獲得充電電流測量結果且確定所述充電電流測量結果滿足充電電流標準之後，遞增增大所述充電電流。

100‧‧‧裝置

102‧‧‧電力管理單元(PMU)

104‧‧‧充電電路

106‧‧‧電源

108‧‧‧外部電源

110‧‧‧通訊介面

112‧‧‧系統邏輯

114‧‧‧用戶界面

116‧‧‧處理器

118‧‧‧儲存器

120‧‧‧裝置功能邏輯

122‧‧‧電量計

124‧‧‧充電裝置模型

126‧‧‧充電邏輯

200‧‧‧傳統充電監測技術

204‧‧‧開關裝置

206‧‧‧充電電流感測電阻器

208‧‧‧電源

210‧‧‧電池電流感測電阻器

212‧‧‧裝置引腳

214、216‧‧‧測量電路

300‧‧‧充電設計

302‧‧‧驅動電路

304‧‧‧調節器

306‧‧‧逐次逼近(SAR)類比數位轉換器(ADC)

308‧‧‧類比數位轉換器(ADC)

310‧‧‧功能模塊

312‧‧‧恒定電流/恒定電壓迴路

314‧‧‧功率限制邏輯

316‧‧‧計時器

318‧‧‧保護邏輯

320‧‧‧電池電流測量輸入端

322‧‧‧開關裝置控制輸出端

402‧‧‧有限狀態機(FSM)

404‧‧‧CC-設定迴路

406‧‧‧CV-設定迴路

408‧‧‧PD-設定迴路

410‧‧‧限制邏輯

412‧‧‧乘法器

414‧‧‧DAC斜波控制

416‧‧‧第一級驅動器

418‧‧‧計算模塊

420‧‧‧累加器

422‧‧‧限幅控制

424‧‧‧功率控制邏輯

426‧‧‧計算模塊

428‧‧‧轉接器崩潰邏輯

430‧‧‧採樣控制邏輯

432‧‧‧PA輸入信號

434‧‧‧過流邏輯

500‧‧‧示例波形

502‧‧‧DAC使能輸出

504‧‧‧DAC輸出

506‧‧‧採樣波形

508‧‧‧充電器電流(I-充電)波形

510‧‧‧系統電流(I-系統)波形

512‧‧‧電池電流(I-電池)波形

514‧‧‧第一I-電池樣本

516‧‧‧第二I-電池樣本

518‧‧‧第三I-電池樣本

600‧‧‧實例

436‧‧‧加法器

438‧‧‧限制邏輯

440‧‧‧濾波器

700‧‧‧軟啟動

702‧‧‧軟啟動時段

704‧‧‧人為高值

706、708、712‧‧‧增益值

714‧‧‧增益點

800~1300‧‧‧實例

1400‧‧‧邏輯

602~626‧‧‧步驟

參考以下附圖和描述可更好地理解本發明。圖中，類似參考數字標出不同視圖中對應部分。

圖1為包括電力管理單元的裝置的實例。

圖2示出傳統充電監測技術。

圖3示出利用電力裝置模型來更高效監測和控制充電電流的電力管理單元的實例。

圖4示出使用裝置模型的電力管理單元的示例實施方案。

圖5示出進行電池電流測量的示例波形。

圖6為可如何實施裝置模型的實例。

圖7為軟啟動的實例。

圖8、圖9和圖10表示電力管理單元如何利用不同環反饋值使充電電流向命令值(commanded value)增大的不同實例。

圖11、圖12和圖13示出假設開關裝置的不同增益電力管理單元如何使充電電流向命令值增大的不同實例。

圖14示出電力管理單元可實施的邏輯。

圖1示出裝置100的實例，裝置100包括電力管理單元102。在本實例中，雖然裝置100為智慧型手機，但是裝置100可為包括可充電電源的任何裝置，包括便攜式遊戲機、音樂或者視頻播放器、膝上型電腦、平板電腦或者其它裝置。電力管理單元(PMU)102包括充電邏輯104且控制電源106的充電，包括控制到電源106的充電電流。外部電源108供應充電電流。

例如，電源106可為可充電電池。可充電電池的化學成分可以是各種不同的化學成分。實例包括鎳金屬氫化物(NiMH)、鋰離子(Li離子)和鋰離子聚合物(Li離子聚合物)化學成分。外部電源108也可以是各種不同的外部電源。例如，外部電源108 可為通用串行總線(USB)端口、交流(AC)電源插座、直流(DC)電源、輸出DC電壓的AC壁式轉接器或者任何其它電源。

裝置100包括通訊介面110，通訊介面110可包括例如無線收發器、天線以及驅動天線的功率放大器(PA)。裝置也可包括系統邏輯112和用戶界面114。系統邏輯112可包括硬件、軟件、固件或者其它邏輯的任何組合。例如，系統邏輯112和PMU 102可在一個以上片上系統(SoC)、特定應用集成電路(ASIC)中、採用分立電路或者以其它方式實施。系統邏輯112為裝置100中任何所需功能的實施的一部分。作為一個例子，系統邏輯112包括處理器116和儲存器118，儲存器118中裝置功能邏輯120(例如，軟件或者固件的應用程序)實施任何所需功能。在這方面，系統邏輯112可易於例如運行應用程序、接受用戶輸入、保存和檢索應用程序數據、建立、維護和終止電話呼叫、無線網絡連接、處理全球定位信號、藍芽連接或者其它連接以及在用戶界面114上顯示相關信息。用戶界面114可包括圖形用戶界面、觸摸敏感顯示器、語音或者面部識別輸入、按鈕、開關和其它用戶界面元件。

特別是，系統邏輯112可監測電源106的充電狀態。為此，系統邏輯112可與電力管理單元102通訊，以監測關於電源106的充電活動和放電活動。為了在用戶界面114上顯現電量計(fuel gauge)122或者其它充電狀態指示器，系統邏輯112可跟蹤充電和放電活動。

如上所述，系統邏輯112可包括一個以上處理器116和儲存器118。儲存器118儲存例如處理器116執行任何所需裝置功能的裝置功能邏輯120。在一些實施方案中，儲存器118可儲存幫助監測和控制電源106的過充電的充電裝置模型124和充電邏輯126。在其它實施方案中，電力管理單元102可包括充電裝置模型124和充電邏輯126的全部或者一部分。儲存器118自身可實施為非易失性(但是可選為可重程式程式的)固件儲存器、易失性系統儲存器(例如SRAM或者DRAM)或者這樣的儲存器的任何組合。因此，可根據需要更新充電裝置模型124和充電邏輯126。例如，當改良裝置模型變為可用時，網絡控制器(例如，基站)可根據在儲存器118中或者PMU 102中用改良裝置模型取代舊裝置模型的指令將改良裝置模型傳遞到裝置100。

充電邏輯104可包括外部裝置。換言之，用於給電源106充電的電路並不一定全部包括在實施電力管理單元102或者系統邏輯112的單個ASIC或者SoC中。在某種程度上，這是因為半導體製造工藝往往耐受最高大約3至5伏特，而在例如有人將錯誤的充電器連接到裝置100的情況下，充電輸入通常要求承受最高20伏特或者更高的輸入電壓。因此，電力管理單元102可利用可耐受更高電壓的外部裝置來給電源106充電。

電力管理單元102可通過外部裝置來監測電流。特別是，電力管理單元102可通過外部開關裝置來監測電流，電流流過外部開關裝置以給電源106充電。開關裝置可為功率晶體管，諸如PNP或者FET功率晶體管，但是根據具體的裝置，開關裝置可以其它方式實施。例如，監測電流使得電力管理單元102確保到電源106的充電電流在可接受範圍內且確保取向電源108的充電電流在可接受限度內。此外，電流監測使得電力管理單元102在充電時跟蹤流入到電源106中的電流，當給裝置100供電時跟蹤從電源106流出的電流。跟蹤這些電流，電源106可提供電量計功能(有時稱為庫侖計功能)，電量計功能確定電源106的充電電平。除了流入到電源106和從電源106流出的電流，電力管理單元102獲得其它電流的測量結果，諸如流到其它負載的電流，以確保電流如上所述在可接受限度內。

圖2示出傳統充電監測技術的實例。圖2中，USB外部電源將流過開關裝置204(在此例中，PNP功率晶體管)和充電電流感測電阻器206的充電電流I-充電提供給電源208(例如可充電電池)。通過電源208的電流(I-電池)通過電池電流感測電阻器210流到接地。此外，I-充電中一些流到裝置的其它部分，諸如流到射頻功率放大器(RFPA)(例如用於驅動天線)以及系統裝置(例如數位邏輯)。圖2將這兩個電流標記為I-RFPA和I-系統。流到裝置的電源208之外的部分的電流在下文中被稱為補充電流I-sup，且除了I-RFPA和I-系統之外，可能有構成I-sup的另外更少或者不同的電流。I-充電=I-sup+I-電池，對於圖2實例，I-充電=I-系統+I-RFPA+I-電池。

圖2中，跨充電電流感測電阻器206兩端的電壓提供I-充電的測量。為了測量I-充電，裝置引腳212將跨充電電流感測電阻器206兩端的電壓傳遞到在電力管理單元200內部的測量電路214，諸如類比數位轉換器(ADC)。類似地，跨電池電流感測電阻器210兩端的電壓提供I-電池的測量。在電力管理單元200內部的測量電路216(例如Δ-Σ ADC)測量跨電池電流感測電阻器210兩端的電壓以確定I-電池。注意，在圖2所示設計中需要充電電流感測電阻器206、測量電路214和裝置引腳212以確定I-充電，這是因為由於補充電流，測量I-電池與測量I-充電不同。電流感測電阻器206、測量電路214和裝置引腳212的存在增加了複雜性和設計成本。

圖3示出充電設計300，其中電力管理單元102使用充電裝置模型124。充電設計300無需充電電流感測電阻器206、在電力管理單元內部的測量電路214以及裝置引腳212。因此，充電設計300可使得裝置100的複雜性和設計成本更低。

充電設計300包括驅動電路302、調節器304和電壓測量邏輯，諸如測量電源電壓的逐次逼近(SAR)類比數位轉換器(ADC)306以及通過電池電流測量輸入端(battery current measurement input)320測量I-電池的電量計Δ-Σ ADC 308。驅動電路302可為以每秒2至30兆個樣本(MS/s)操作、具有10至14位分辨率的DAC，以通過開關裝置控制輸出端(switching device control output)322直接或者間接驅動開關裝置204。調節器304提供由裝置100中任何其它電路使用的任何電壓(例如3.3V或者5V)。SAR ADC 306可具有8至12位分辨率且以0.2至1MS/s操作，而電量計ADC可具有12至14位分辨率且以5至15KS/s操作。根據PMU 102的實施方案，充電設計300中任何電路的規格可能有所不同。

如圖3所示，充電邏輯104也包括功能模塊310。功能模塊可包括恒定電流/恒定電壓迴路312、功率限制邏輯314、計時器316和保護邏輯318。圖4圖示功能模塊312可以實施的方式的一個實例。

在充電設計300中，驅動電路302將電流驅動到開關裝置204的基極。例如，驅動電路302可實施為數位類比轉換器(DAC)。特別地，驅動電路302調整開關裝置204的操作點，以使得I-充電的所需量自外部電源108流入。如下文將更詳細描述，PMU 10智慧地控制開關裝置204以獲得I-充電的測量結果，而無需圖2所示的額外電路。

在充電設計300中，當開關裝置204允許I-充電流動時，PMU 102使測量電路216測量I-電池。然後，電力管理單元102使用驅動電路302來關閉開關裝置204，且進行I-電池的第二測量。然而，因為當開關裝置204關閉時電源106不充電，所以I-電池的第二測量實際上為補充電流I-sup(具體地負I-sup)的測量。換言之，利用開關裝置204關閉，電源106將電力提供給裝置100，包括第二測量獲得的I-sup電流。PMU 102然後確定第一測量與第二測量之差，以獲得I-充電的第一測量。換言之，I-充電1=I-電池1-I-電池2，式中，I-電池1為開關裝置204供應充電電流的I-電池測量，I-電池2為開關裝置204關閉的I-電池測量。在第二測量之後，電力管理單元102驅動開關裝置204，以再次將充電電流提供給電源106。此外，一旦充電電流再次流動，PMU就可獲得第三測量I-電池3，且可確定I-充電的第二測量為I-充電2=I-電池3-I-電池2。

PMU 102可分隔I-電池的樣本，以避免對I-充電短暫影響的裝置事件。例如，PMU 102可延遲或者以其它方式重新安排I-電池的測量，以避開裝置啟用或者停用PA(例如發射2G/3G/4G脈衝群(burst))的時間。PA啟用/停用信號可通過基頻控制器芯片提供給PMU 102，所述基頻控制器芯片調度(schedule)這樣的脈衝群。此外，PMU 102可基於偽隨機偏移I-電池樣本，以避開可能將重複偏壓引入到測量中的顧慮的規律的定期裝置活動。留意到此框架，PMU 102可例如標稱每100ms採樣，三個樣本間隔1ms。然而，可使用樣本或者樣本組之間的任何其它間距，間距取決於電源特性、開關裝置204特性、電源106特性或者其它裝置特性中任何一個或者多個。

充電裝置模型124提供一種機制(mechanism)，通過該機制電力管理單元102通過驅動開關裝置204(或者替代使用的任何其它開關裝置，例如FET)來控制I-充電。作為概述，充電裝置模型124對開關裝置204的增益(例如PNP晶體管的β)建模。因此，假定驅動開關裝置204的信號強度，充電邏輯104可確定I-充電輸出。在BJT開關裝置情況下，驅動信號可為電流，或者在FET開關裝置情況下，驅動信號可為電壓。雖然增益在開關裝置204之間可能差別很大，但是通常緩慢變化，並且隨著溫度最劇烈地變化。例如，PMU 102採樣I-電池的速率是由於其它因素增益變化時的速率的5-10倍。雖然圖3示出直接驅動開關裝置204(例如，直接驅動PNP晶體管的基極)的驅動電路302，但是驅動電路302可改為首先驅動中間級，如下文關於圖4的描述。

圖4示出PMU 102的另一個示圖。有限狀態機(FSM)402控制PMU 102，包括三個迴路：CC-設定迴路(CC-Set loop)404、 CV-設定迴路406和PD-設定迴路408。FSM 402利用表示所需充電電流的值來驅動CC-設定迴路404，利用響應於電池電壓(例如，對於充電循環電流控制結束)的值來驅動CV-設定迴路，以及利用表示對於開關裝置204中功耗控制不應超過的電流的值來驅動PD-設定迴路408。PMU 102應用限制邏輯410(例如，最小值選擇器)來選擇對於I-充電的幾個選項的最小電流，且對於I-充電控制的實際電流，所得值被示出為I-cmd。以此方式，如果任何控制迴路需要限制或者完全關閉I-充電，那麼它可通過將其輸入到限制邏輯410的電流值限制或者設定為零來實現。

充電裝置模型124提供裝置增益(例如，以1/增益形式)，乘法器412將其乘以I-cmd。所得驅動值通過DAC斜波控制(slew control)414傳遞以驅動開關裝置204。在圖4實例中，驅動電路302通過第一級驅動器416來驅動開關裝置204。DAC斜波控制414引入逐漸關閉和逐漸打開波形形狀，其在其他情況下將是快速轉換開關信號。這樣做可有助於降低通常由快速信號轉換產生的RF雜訊和開關瞬態。

計算模塊418從例如I-電池的三個樣本確定I-充電，如上文所述。I-電池的三個樣本產生I-充電的兩個測量結果(measurement，測量)，同樣如上文所述。與經由I-cmd實際命令的I-充電電流相比，I-充電的兩個測量結果產生兩個不同的誤差項：I-err1=[I-電池(樣本1)+I-電池(樣本2)]-I-cmd；I-err2=[1-電池(樣本3)+I-電池(樣本2)]-I-cmd；PMU 102可通過應用任何期望選擇函數來選擇用於更新充電裝置模型124的I-err。例如，PMU 102可選擇I-err為：I-err=min(I-err1，I-err2)。

在其它實施方案中，PMU 102可獲得一個I-err測量結果或者超過兩個I-err測量結果，且以任何期望方式合併它們(例如，通過平均化、加權平均化、或者丟棄高值或低值)以獲得用於更新充電裝置模型124的I-err值。

充電裝置模型124包括累加器420和限幅控制(clip control)422。累加器420累積I-err，試圖通過調整施加於乘法器412的裝置增益來將I-err驅動為零。可選限幅控制422可防止裝置增益超過選定可程式限幅上限(例如1000)且低於選定可程式限幅下限(例如50)。因此，累加器420增加裝置增益以將I-err驅動為零。充電裝置模型124可以裝置增益的人為高值啟動以確保I-充電人為低地啟動，以對充電處理提供軟啟動。當裝置增益人為高地啟動時，由於與I-cmd相比I-充電將太低，所以將有大量I-ert。充電裝置模型124通過降低增益值來作出響應。因此，施加於乘法器的(1/增益)項增加，從而增大最終驅動開關裝置204的電流或者電壓，導致增大的I-充電。

功率限制功能314和保護邏輯318也存在於圖4中。例如，隨著電池電壓接近任何期望的設定點(例如，充電電壓結束)，CV-設定迴路406可將命令減少的電流。圖4所示的Verr項表示電池電壓與設定點的接近程度，且當設定點接近時，命令電流(commanded current)可被減少(且可降至低於CC-設定迴路404值)。作為另一個實例，PD-設定迴路408可包括功率控制邏輯424，用於監測開關裝置204的功耗。如果功率超過在選定數目樣本上的任何選定設定點，那麼功率控制邏輯424可將命令電流減少或者驅動為零。功率控制邏輯424可根據I-充電以及跨開關裝置204兩端由的電壓來確定功率，所述電壓由計算模塊426確定為外部電源108轉接器電壓(Vadp)減去電池電壓(Vbat)。例如，功率控制邏輯424可將命令電流限制為比將導致最大允許功耗的電流低10%的值(或者另一個可程式值)。

作為另一個實例，轉接器崩潰邏輯428可確定轉接器電壓是否顯著下降或者上升，其表明正在試圖從轉接器汲取比它可供應的更多的電流。如果轉接器突然恢復，為了防止充電電流的不必要擺動，轉接器崩潰邏輯428可減少命令電流，直至轉接器電壓穩定。其他保護包括在過流邏輯434檢測到太多電池電流流動時的I-充電關閉以及在SAR ADC 306檢測到電池電壓超過預定閾值時的I-充電關閉。

如上所述，PMU 102可分隔I-電池的樣本，以避免對I-充電有短暫影響的裝置事件。例如，PMU 102可延遲或者以其它方式重新安排I-電池的測量，以避開裝置啟用或者停用PA(例如發射2G/3G/4G脈衝群)的時間。此外，PMU 102可基於偽隨機偏移I-電池樣本，以避免可能將重複偏壓引入到測量中的規律的定期裝置啟用。為了實現這些目標，PMU 102可包括採樣控制邏輯430。採樣控制邏輯430可包括設定採樣週期(例如100ms)的一個或多個可程式計時器以及將偏移添加到樣本組或者單獨樣本的採樣時間的一個或多個偽隨機計數器。雖然偏移可能差別很大，但是在一個實施方案中，它可能為(+/-)10%(例如每90ms至110ms開始一組三個樣本)。當PA信號有效(assert)時，PA輸入信號432可使採樣控制邏輯430中任何一個計時器停止，使得在PA活動期間不採樣。

在視為充電邏輯104和視為PMU 102之間無需嚴格區分。充電邏輯104可表示整個PMU 102。在其它視圖中，充電邏輯104可表示PMU 102的子集，例如控制環404、406、408和FSM 402。充電邏輯104還可視為包括充電裝置模型124。

圖5示出進行電池電流測量的示例波形500。圖5示出DAC使能502、DAC輸出504以及當進行三個I-電池採樣時所呈現的採樣波形506。此外，圖5示出充電器電流(I-充電)波形508、系統電流(I-系統)波形510和電池電流(I-電池)波形512。特別地，PMU 102將DAC使能輸出504提供給斜波控制414，斜波控制414產生DAC輸出504。DAC輸出504以受控方式打開和關閉開關裝置204。

在點1處，PMU採樣I-電池，其中開關裝置204導通，以獲得第一I-電池樣本514。在點2處，PMU已經關閉開關裝置204，且充電電流因此已經降為零。電源106因此在第二I-電池樣本516時供應I-系統。在點3處，PMU已經打開開關裝置204，且當取得第三I-電池樣本518時，充電電流已經恢復流自電源108。任何I-電池樣本可使用隨機偏移在時間上隨機化為(例如)每隔100ms的標稱樣本間距1ms。此外，如果基頻控制器使PA啟用/停用信號有效，那麼PMU可延遲採樣I-電池，直至PA啟用/停用信號為無效(de-assert)。

圖6示出充電裝置模型124可如何實現的實例。上述三個樣本被表示為電量計輸入(FGin[13：0])，同時命令電流被表示為Icmd[9：0]。不同實施方案可使用對於這些參數不同的位分辨率。加法器436產生上述I-err的兩個值，同時選擇和限制邏輯438選擇I-err值(例如，通過選擇最小或者I-err1和I-err2)，且也可限制I-err值超過選定可程式上限值(ceiling value)或者低於選定可程式下限值(floor value)。濾波器440可實施增益累加器420，其中累加器迴路反饋值a1根據以下公式來確定：

式中，Ts表示採樣週期，wp表示弧度極點頻率，fs表示採樣時鐘頻率(Ts=1/fs)，以及fp表示極點頻率(wp=2 x pi x fp)。這個方程表示實施低通濾波器440功能的A1反饋項，其中極點位置在fp處。極點位置fp可被選擇為是採樣時鐘頻率fs的1/5至1/10。低通濾波器440功能集成選定誤差，且允許整個反饋迴路600以受控方式將這個誤差驅動為零。

圖7示出軟啟動700的實例。如上所述，充電裝置模型124 可以裝置增益的人為高值啟動，從而在軟啟動時段702最初保持低I-充電。在PMU 102操作的多個時間點處，PMU測量I-充電，且調整供應給乘法器412的裝置增益以將I-err驅動為零，且達到命令電流I-cmd。圖7中，充電裝置模型124以受控方式通過一系列減少增益值706、708和712從最初人為高值704減少裝置增益，以達到標稱增益點714，其中I-充電=I-cmd。在裝置增益的每個變化處，I-充電向命令值I-cmd增大，如由I-充電測量結果716、718、720、722和724指示。

圖8、圖9和圖10分別表示電力管理單元102如何利用不同累加器迴路反饋值使充電電流向命令值增大的不同實例800、900和1000。圖8示出a1=2的實例，圖9示出a1=8的實例，以及圖9示出a1=32的實例。如圖示出，增加累加器迴路反饋值使充電裝置模型124更迅速地將充電電流調整為命令電流I-cmd。

圖11、圖12和圖13分別示出假設開關裝置的不同增益電力管理單元102如何使充電電流向命令值增大的不同實例1100、1200和1300。圖11示出增益=50的實例，圖12示出增益=200的實例，以及圖13示出增益=900的實例。如圖示出，隨著開關裝置204的增益增加，充電裝置模型124將充電電流調整為命令電流I-cmd需要的時間更少。其中一個原因是，裝置模型以假定為人為高增益來啟動。因此，與開關裝置的增益為900且實際上接近假定人為高啟動值(例如，其可為1000)的情況相比，當開關裝置的增益為相對低(例如50或者200)時，充電電流達到I-cmd需要更長時間。

圖14示出電力管理單元可實施的邏輯1400。邏輯1400設定充電裝置模型124中的初始增益參數(602)。例如，初始增益參數可人為設定為高，例如1000。邏輯1400也使用例如CC-設定迴路404或者PMU 102和限制邏輯410中的其它控制迴路來設定命令充電電流(604)。當已經達到採樣I-電池的時間(例如，每隔 100ms)時，PMU 102可使每個樣本偏移偽隨機偏移量(pseudo random offset)(606)，且也可延遲任何採樣，直至PA信號為無效(608)。

如上所述，邏輯1400進行第一I-電池採樣，其中開關裝置204為活動且供應I-充電(610)。邏輯1400進行第二I-電池採樣，其中開關裝置204為非活動且電源106供應系統電流(612)。此外，邏輯1400進行第三I-電池採樣，其中開關裝置204為活動(614)。從這三個測量結果，邏輯1400確定I-充電1和I-充電2以及對應誤差項I-err1和I-err2(616)。

邏輯1400例如通過選擇最小值在I-err1和I-err2之間選擇(618)。選定的I-err被提供給充電裝置模型124(620)，響應於I-err，充電裝置模型124更新建模裝置增益(622)。充電裝置模型124可限制裝置增益(624)，以確保它不超過最大值或者低於最小值。裝置模型輸出更新的裝置增益，以控制I-充電(626)。

PMU 102可以許多方式描述，其中上文給出一個實例。作為另一個實例，PMU 102可被描述為包括用於控制開關裝置204的開關裝置控制輸出端、裝置電源106電流測量輸入以及包括開關裝置的模型參數(例如，增益或者β)的開關充電裝置模型124。電力管理單元被配置為從裝置電源電流測量輸入端確定取自充電電源的充電電流，且根據模型參數來調整開關裝置控制輸出端，以控制充電電流(例如，朝著命令值I-cmd)。

PMU 102可被配置為通過當開關裝置控制輸出端允許充電電流流過開關裝置時從裝置電源電流測量輸入端進行第一測量，當開關裝置控制輸出端已停止充電電流流過開關裝置時從裝置電源電流測量輸入端進行第二測量，確定第一測量和第二測量之差，從而確定充電電流。PMU 102也可進行充電電流的任何數目的其他測量，用於更新充電裝置模型124。

在操作中，PMU 102可通過根據設定為最初減少充電電流的模型參數驅動開關裝置控制輸出端來實施充電啟動時段(charging starting period，充電啟動週期)(例如，軟啟動)。PMU 102也可在多個時間點確定充電電流，且在多個時間點中至少一個之後，驅動開關裝置控制輸出端以例如向命令值I-cmd增加充電電流。多個時間點可為偽隨機時間點，且可避免裝置100中功率放大器或者其它雜訊電路的啟用或者停用。

上文描述的方法、裝置和邏輯可在硬件、軟件或者硬件和軟件的許多不同組合中以許多不同方式實施。例如，系統的全部或者部分可包括在控制器、微處理器或者特定應用集成電路(ASIC)中的電路，或者可用分立邏輯或者組件、或者合併在單個集成電路上或者分佈在多個集成電路之間的其它類型模擬或者數位電路的組合來實施。上述邏輯的全部或者部分可實施為由處理器、控制器或者其它處理裝置執行的指令，且可儲存於有形或者非暫時機器可讀或者計算機可讀介質中，諸如閃儲存器、隨機存取儲存器(RAM)或者只讀儲存器(ROM)、可擦除可程式只讀儲存器(EPROM)或者其它機器可讀介質，諸如光碟只讀儲存器(CDROM)或者磁碟或者光碟。因此，產品(諸如計算機程序產品)可包括儲存介質以及儲存於介質上的計算機可讀指令，當在端點、計算機系統或者其它裝置中執行時，計算機可讀指令促使裝置執行根據以上描述中任何一個的操作。

系統的充電控制能力可分佈在多個系統組件之間，諸如在多個處理器和儲存器之間。參數、模型和其它數據結構可分開儲存和管理，可併入到單個儲存器或者數據庫中，可以許多不同方式在邏輯上和在物理上組織，以及可以許多方式實施，包括數據結構，諸如鏈表、哈希表或者隱式儲存機制。程序可為單個程序一部分(例如子程序)，跨幾個儲存器和處理器分佈，或者諸如在庫(諸如共享庫(例如動態鏈接庫(DLL))中以許多不同方式實施。例如，DLL可儲存執行上述充電控制中任何一個的代碼。雖然已經描述本發明的各種實施方案，但是對於該發明所屬領域中具有通常知識者顯而易見的是，在本發明範圍內可以有更多實施方式和實施方案。因此，本發明不受除了所附申請專利範圍及其等方案外的內容的限制。