(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源への接続のためのシステム電力ノードと、
バッテリーへの接続のためのバッテリー・ノードと、
前記システム電力ノードおよび前記バッテリー・ノードの間の電圧差を検出するために接続されている比較器回路と、
前記バッテリーへの電流フローを示す第１の信号を生成するように動作可能な第１の検出回路と、ここにおいて、前記第１の検出回路は、アナログ回路である、
前記バッテリーへの前記電流フローを示す第２の信号を生成するように動作可能な第２の検出回路と、ここにおいて、前記第２の検出回路は、デジタル回路を備える、および、
前記システム電力ノードおよび前記バッテリー・ノードの間に接続されているバッテリー・スイッチと、なお、前記バッテリー・スイッチは、オン状態およびオフ状態を有し、ここにおいて、前記バッテリー・ノードは、前記バッテリー・スイッチが前記オン状態であるときに前記システム電力ノードに電気的に接続され、前記バッテリー・スイッチが前記オフ状態であるときに前記システム電力ノードから電気的に接続解除され、
前記バッテリー・スイッチは、前記比較器回路によって検出される、前記バッテリー・ノードおよび前記システム電力ノードの間の前記電圧差に基づいて前記オン状態であり、
前記バッテリー・スイッチは、前記第１の検出回路が前記第１の信号を生成するときに、または、前記第２の検出回路が前記第２の信号を生成するときに、前記オフ状態であり、
前記第１の検出回路は、第１の検出下限を有し、前記第２の検出回路は、前記第１の検出下限未満の第２の検出下限を有し、
前記第１の検出回路は、前記第２の検出回路の検出時間より速い検出時間を有する、
を備えるバッテリー充電回路。
【請求項２】
前記第１の検出回路は、アナログ比較器であり、前記第２の検出回路は、シグマ・デルタ・アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）である、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記第１の検出回路は、アナログ比較器であり、前記第２の検出回路は、クーロン計数ＡＤＣである、請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記第１の検出回路から離れているバッテリー管理システム（ＢＭＳ）をさらに備え、ここにおいて、前記ＢＭＳは、前記第２の検出回路を備える、請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記第２の検出回路は、前記ＢＭＳにおけるシグマ・デルタＡＤＣである、または、前記第２の検出回路は、前記ＢＭＳにおけるクーロン計数ＡＤＣである、請求項４に記載の回路。
【請求項６】
バッテリーの充電が有効にされるかどうかを示すバッテリー充電イネーブル信号をさらに備え、ここにおいて、前記バッテリー・スイッチは、前記バッテリー充電イネーブル信号が、バッテリーの充電が無効にされることを示すときにのみ、前記第１の検出回路および前記第２の検出回路によって制御可能である、請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記外部電源は、ＤＣ調整電圧源である、請求項１に記載の回路。
【請求項８】
外部電源、バッテリーおよびロードに接続するための接続を有するバッテリー充電回路であって、前記バッテリー充電回路は、
前記ロードの電気の流れ（「電流」）の要求が、前記外部電源の電流容量を超過するときに、前記外部電源および前記バッテリーを前記ロードに接続するための、電圧崩壊保護（ＶＣＰ）起動手段と、
前記バッテリーを通る電流フローを感知し、前記電流フローを示す第１の信号をアサートするための第１の信号手段と、
前記バッテリーを通る前記電流フローを感知し、前記電流フローを示す第２の信号をアサートするための第２の信号手段と、および、
前記第１の信号がアサートされるか前記第２の信号がアサートされるときに、前記ロードから前記バッテリーを接続解除するためのＶＣＰ終了手段と、
ここにおいて、前記第１の信号手段は、前記第２の信号手段の検出下限より大きい検出下限を有し、
前記第１の信号手段は、前記第２の信号手段の検出時間より速い検出時間を有する、
を備える、バッテリー充電回路。
【請求項９】
前記第１の信号手段は、アナログ回路であり、前記第２の信号手段は、デジタル回路である、請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
前記バッテリー充電回路は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）をさらに備え、ここにおいて、前記第１の信号手段は、前記ＢＭＳから離れており、ここにおいて、前記第２の信号手段は、前記ＢＭＳにおいて回路を備える、請求項８に記載の回路。
【請求項１１】
前記ＶＣＰ起動手段は、前記外部電源の電圧レベル、および前記バッテリーの電圧レベルを感知するために接続されている比較器を備える、請求項８に記載の回路。
【請求項１２】
バッテリー充電回路における方法であって、
前記バッテリー充電回路において電圧崩壊保護（ＶＣＰ）の動作を起動し、これによって外部電源からの電流およびバッテリーからの電流をロードに提供することと、
前記バッテリーを通る電流フローを示す第１の信号をアサートするために第１の検出回路を使用して、および、前記バッテリーを通る前記電流フローを示す第２の信号をアサートするために第２の検出回路を使用して、前記バッテリーを通る前記電流フローを感知することと、および、
前記第１の信号が前記第１の検出回路によってアサートされるか、前記第２の信号が前記第２の検出回路によってアサートされるときに、前記ＶＣＰの動作を終了することと、
なお、前記第１の検出回路は、第１の検出下限を有し、前記第２の検出回路は、前記第１の検出下限より小さい第２の検出下限を有し、
前記第１の検出回路は、前記第２の検出回路の検出時間より短い検出時間を有する、
を備える方法。
【請求項１３】
前記第１の検出回路は、アナログ回路であり、前記第２の検出回路は、デジタル回路である、および、望ましくは、前記第２の検出回路は、ＡＤＣ回路である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記バッテリー充電回路は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）を備え、ここにおいて、前記第１の検出回路は、前記ＢＭＳから離れており、前記第２の検出回路は、前記ＢＭＳのコンポーネントである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＶＣＰの動作を終了することは、前記ロードから前記バッテリーを接続解除することを含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]  本開示は、２０１３年３月１４日に提出された米国出願第１３／８０４，６６６号の優先権を主張し、これはまた、２０１２年９月７日に提出された米国仮出願第６１／６９８，２０８号の優先権を主張し、これら両方の内容は、その全体があらゆる目的で参照により本書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  本書に別の指定がない限り、このセクションで説明されるアプローチは、本願の請求項に対する従来技術ではなく、このセクションに含めることによって従来技術であるとは認められない。
【０００３】
[0003]  デバイスのバッテリー充電回路（a battery charging circuit）において、デバイスのシステム電流負荷（device’s system current load）が、電流制限充電器（current-limited charger）が提供できるものを超過すると、充電器の電圧出力が下がる。この状態（condition）は、「電圧崩壊（voltage collapse）」と呼ばれる。バッテリー充電回路は、典型的に、デバイスの潜在的な電圧低下（brownout）および電圧崩壊を防ぐための電圧崩壊保護（ＶＣＰ：voltage collapse protection）機能を利用する。ＶＣＰ動作は、典型的に、このシステム負荷を補うために、バッテリーを接続することを含む。
【０００４】
[0004]  過度のシステム負荷がなくなると、充電器からの電流がバッテリーに流れ込み始め得る。バッテリーが十分に充電されている場合、または、（例えば、バッテリーが過度に冷たい、または過度に熱い、またはそうでなければ充電が業界安全基準に違反するなどの理由で）バッテリーの充電が生じないと想定される場合、ＶＣＰの終了時に充電器からの電流フロー（current flow）を遮断することが重要である。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]  バッテリー充電回路は、電流負荷をサポートするためにバッテリーを接続することによって増大した電流負荷による電圧崩壊から外部電力源（an external power source）を保護するために、電圧崩壊保護（ＶＣＰ）を提供し得る。ＶＣＰの終了は、第１の検出回路および第２の検出回路を使用して前記バッテリーへの電流フローを感知することに基づき得る。いくつかの実施形態では、第１の検出回路は、第２の検出回路の電流検出下限より大きい電流検出下限（a lower current detection limit）を有し得る。いくつかの実施形態では、第１の検出回路は、第２の検出回路の検出時間より速い検出時間を有し得る。第１の検出回路は、アナログ回路であり得、第２の検出回路はデジタル回路を含み得る。
【０００６】
[0006]  いくつかの実施形態では、バッテリー充電回路は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）を含み得る。ＢＭＳは、第２の検出回路としての使用のために再度目的を持たされることができるデジタル電流感知回路を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0007]  図１は、本開示に係るバッテリー充電回路の一例を示す。
【図２】[0008]  図２は、バッテリー充電回路におけるワークフローを示す。
【図３】[0009]  図３は、バッテリー充電回路の特定の実施形態を示す。
【図４】[0010]  図４は、バッテリー管理システムを用いるバッテリー充電回路の一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0011]  図１は、本開示にかかる電圧崩壊保護を有するバッテリー充電回路１００の高いレベルのブロックダイヤグラムを示す。いくつかの実施形態では、回路１００は、システム電力ノード（a system power node）１０２ａ、バッテリー・ノード１０２ｂ、感知ノード１０２ｃ、１０２ｄ、スイッチ１０４、比較器回路（a comparator circuit）１０６、制御ロジック１０８、感知レジスタ（ＲＳＮＳ）１１０、および、第１および第２の検出回路１１２、１１４を備える。典型的な実施形態では、回路１００は、回路のノード１０２ｂ、１０２ｃに再充電可能なバッテリー１２６を接続するために、端子（terminals）（図示されていない）を含み得る。バッテリー１２６は、単一のエネルギー・セル構造、または、直列に接続された複数のエネルギー・セル（例えば、２Ｓスタック（2S stack））などであり得る。
【０００９】
[0012]  システム電力ノード１０２ａは、典型的に充電回路１２３を介して外部電源（an external power supply）１２２に接続され得る。いくつかの実施形態では、例えば、充電回路は、バック・コンバータ（a buck converter）、または、任意の適切なＤＣ−ＤＣコンバータであり得る。外部電源１２２は、ＤＣ調整電圧源（DC regulated voltage source）（例えば、ＡＣアダプタ）、またはその他任意の適切な電源であり得る。スイッチ１０４は、ノード１０２ａをノード１０２ｂに電気的に接続し、かくして外部電源１２２およびバッテリー１２６間の充電経路を提供するように、動作され得る。
【００１０】
[0013]  回路１００は、ロード１２４をシステム電力ノード１０２ａに接続するために、端子（図示されていない）を含み得る。下記により詳しく説明されるように、ロード１２４は、外部電源１２２から、バッテリー１２６から、またはこれら両方の電力源から、電力を受け取り得る。ロード１２４は、電力を必要とする任意の電気回路、例えばコンピュータ・タブレットにおけるコンピューティング・コンポーネント、スマートフォン・デバイスにおける電話のコンポーネント、ディスプレイ・コンポーネント、メモリなどであり得る。
【００１１】
[0014]  制御ロジック１０８は、システム電力ノード１０２ａをバッテリー・ノード１０２ｂに電気的に接続するためにオン状態に、および、バッテリー・ノードからシステム電力ノードを接続解除するためにオフ状態に、スイッチ１０４を動作し得る。充電イネーブル信号（charge_enable signal）は、バッテリーが充電されることができるか否かを示すために、回路１００における別の回路（図示されていない）によって生成され得る。例えば、充電イネーブル信号は、バッテリーが十分に充電された状態であるときに、または充電を行うにはバッテリー温度が過度に熱い、または過度に冷たいときに、バッテリー１２６は充電されるべきではない、ということを示し得る。制御ロジック１０８は、ロジックＨＩまたはロジックＬＯをそれぞれアサートする（asserting）充電イネーブル信号に従って、オン状態、またはオフ状態にスイッチ１０４を動作し得る。
【００１２】
[0015]  比較器回路１０６は、システム電力ノード１０２ａにおける電圧レベルを、およびバッテリー・ノード１０２ｂにおける電圧レベルを感知し、感知された電圧レベルに基づいて、制御ロジック１０８に信号を与え得る。いくつかの実施形態では、例えば、比較器回路１０６は、システム電力ノード１０２ａおよびバッテリー・ノード１０２ｂの間の電圧差が、しきい値の値より下がるときに、ロジックＨＩを、そうでなければロジックＬＯを、アサートし得る。制御ロジック１０８は、比較器回路１０６によって提供される信号のロジック・レベルにさらに従って、オン状態、またはオフ状態にスイッチ１０４を動作し得る。
【００１３】
[0016]  回路１００は、バッテリー１２６に流れ込む電流を示す信号をアサートすることができる第１の検出回路１１２を含む。いくつかの実施形態では、第１の検出回路１１２は、バッテリー１２６に流れ込む電流のインジケーションとして、感知レジスタ１１０を通した電圧（a voltage across・・）を感知し得る。いくつかの実施形態では、第１の検出回路１１２は、アナログ回路である。本開示の原則に従えば、回路１００は、例えば感知レジスタ１１０を通した電圧を感知することによって、バッテリー１２６に流れ込む電流を示す信号をアサートすることができる第２の検出回路１１４をさらに含む。いくつかの実施形態では、第２の検出回路１１４は、デジタル回路を含む。制御ロジック１０８は、第１および第２の検出回路１１２、１１４によってアサートされる信号にさらに従って、オン状態またはオフ状態にスイッチ１０４を動作し得る。
【００１４】
[0017]  図２は、回路１００の複数の動作状態の間の遷移、および図１に示されている回路構成の動作を示すフローチャートである。ブロック２０２において、外部電源１２２は、ノード１０２ａへの接続を介してロード１２４に電力を提供する。監視ブロック２０４において、回路１００は、状態がバッテリー１２６の充電を有効にする（enable）ために適切であるか、または無効にする（disable）ために適切であるかを決定し得る。いくつかの実施形態では、業界基準はバッテリー充電が無効にされるべき、または無効にされなければならない状態を説明するために、使用され得る。例えば、十分に充電されたバッテリーの継続的な充電は、バッテリーにダメージを与え得るか、そうでなければ、バッテリーの寿命を短縮し得る。同様に、過度に熱いまたは過度に冷たいバッテリーを充電することもまた、ダメージを与え得るか、そうでなければバッテリーの耐用寿命（useful lifetime）を短縮し得る。充電を可能にするか無効にするか（enable or disable）を決定するための他の基準もまた、用いられ得る。
【００１５】
[0018]  管理ブロック２０４において、状態がバッテリー充電に適している場合、ブロック２０６において、充電イネーブル信号は、ＴＲＵＥとアサートし（assert TRUE）得、それに応じて、制御ロジック１０８は、オン状態にスイッチ１０４を動作し（operate the switch 104 in the ON state）得る。結果として、外部電源１２２は、ロード１２４に電力を提供することに加えて、（例えば、図示されていない充電回路を使用して）バッテリー１２６を充電し得る。回路１００は、ブロック２０４において、監視を再開し得る。
【００１６】
[0019]  回路１００が、監視ブロック２０４において、状態がバッテリー充電を認めないことを決定する場合、充電イネーブル信号はＦＡＬＳＥとアサートし（assert FALSE）得る。例えば、バッテリー１２６が十分に充電されている、または十分に充電される場合、充電イネーブル信号はＦＡＬＳＥ、即ち、バッテリー充電は無効にされる、とアサートし得る。同様に、バッテリー温度が過度に高い、または過度に低い、あるいは、過度に高くなる、または過度に低くなる場合、充電イネーブル信号は、バッテリー充電を無効にするために、ＦＡＬＳＥとアサートし得る。ブロック２０８では、制御ロジック１０８は、ＦＡＬＳＥとアサートする充電イネーブル信号に応答して、オフ状態にスイッチ１０４を動作し得る。
【００１７】
[0020]  回路１００は、システム電圧崩壊の状態を検出するために、監視ループ２１０に入り得る。システム電圧崩壊は、ロード１２４における電流要求が電流制限された外部電源１２２の容量を超過するレベルまで増大するときに、生じ得る。例えば、ロード１２４がＣＰＵであり、ユーザが、高解像度のビデオを観る、ビデオゲームをする、などのＣＰＵに負担をかけるアプリケーション（a CPU intensive application）を開始することを想定する。ＣＰＵは、外部電源１２２によって提供されることができるより多くの電流を使い（draw）得る。外部電源１２２における過度の電流負荷は、外部電源の出力において、電圧降下（電圧崩壊）を引き起こし得る。
【００１８】
[0021]  いくつかの実施形態では、比較器回路１０６は、システム電力ノード１０２ａにおける電圧レベル、および、バッテリー・ノード１０２ｂにおける電圧レベルを感知することによって、電圧崩壊状態の発生（onset）を検出し得る。電圧崩壊状態は、例えば、システム電力ノード１０２ａにおける電圧が、所定の量だけバッテリー・ノード１０２ｂにおける電圧よりも低く降下する（falls below the voltage at battery node 102b by・・）ときに、示され得る。他の実施形態では、電圧崩壊状態を検出するための他の方法が用いられ得ることが、理解されるだろう。
【００１９】
[0022]  電圧崩壊状態がブロック２１０において検出されると、比較器回路１０６は、ブロック２１２において、電圧崩壊保護（ＶＣＰ）モードの動作を起動するために、制御ロジック１０８への信号をアサートし得る。例えば、制御ロジック１０８は、スイッチ１０４をオン状態に制御し得る。これは、バッテリー１２６をシステム電力ノード１０２ａに接続し、このことが、外部電源１２２から供給される電流の不足したフローを補うために、電流がバッテリーからロード１２４に流れることを可能にする。
【００２０】
[0023]  そして、回路１００は、電圧崩壊状態の終了を監視するために、監視ループ２１４に入り得る。例えば、上記に説明された例では、ユーザがビデオ観賞から離れる（quit out of・・）と、またはビデオゲームをやめる（quit）と、ロード１２４の電流要求が、外部電源１２２によって完全に満たされることができるレベルに戻り得る。電流は、この場合、もはやバッテリー１２６から取り出され（drawn）ず、つまり、かなりの量の電流（an amount of current）が、外部電源１２２からバッテリーに流れ込み始め得る。この時点において、回路１００の動作状態は、（例えばバッテリーが十分に充電されているために）バッテリーの充電が無効にされる状態であるため、ブロック２１６において、制御ロジック１０８は、オフ状態にスイッチ１０４を動作する。そして、回路１００は、電圧崩壊状態の次の発生を監視するために監視ブロック２１０に戻り得る。説明されるように、電圧崩壊状態の終了は、第１の検出回路１１２および第２の検出回路１１４を使用して、バッテリー１２６を通る電流フローの逆戻りを検出することによって、本開示に係る監視ブロック２１４において検出され得る。
【００２１】
[0024]  図３は、回路１００の例示的な実施を示す。例えば、比較器回路１０６の一例は、バッテリー・ノード１０２ｂにおける電圧と、システム電力ノード１０２ａにおける電圧とを比較するための、（例えば、オペアンプを用いて作られた）電圧比較器３０６である。６０ｍＶオフセットは、ノード１０２ａ、１０２ｂにおける電圧レベル間の差を確立するために、提供され得る。バッテリー・ノード１０２ｂおよびシステム電力ノード１０２ａ間の差（例えば、Ｖ１０２ｂ−Ｖ１０２ａ）が６０ｍＶ未満であるとき、電圧比較器３０６の出力は、大地電位であるだろう（will be at ground potential）。ロジック１０８は、スイッチ１０４をオフ状態に維持するだろう。
【００２２】
[0025]  システム電力ノード１０２ａにおける電圧がバッテリー・ノード１０２ｂにおける電圧よりも６０ｍＶ低く降下する（falls 60 mV below）と、電圧比較器３０６の出力は、例えばＶＢＡＴＴのような電圧比較器の電源であり（will be at the power supply）、システム電圧崩壊が生じた、または、今にも生じようとしていると見なされ、ＶＣＰが、（例えば図２のブロック２１２によって）起動されることができ、例えば、ロジック１０８は、ＯＮ状態にスイッチを動作するだろう。６０ｍＶの値は、実施に特有であり、異なる実施においては、６０ｍＶ以外の値であり得ることが、当然理解されるだろう。
【００２３】
[0026]  スイッチ１０４は、充電ポンプ（a charge pump）３２４、および電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：field effect transistor）３２２、または他のスイッチ・デバイスを備え得る。充電ポンプ３２４は、ＦＥＴ３２２がオン（導電状態）であるときに、ドレイン・ソース間抵抗（drain-source resistance）を最小限にするように大きなゲート・バイアス電圧を提供するために、使用され得る。
【００２４】
[0027]  一実施形態では、図１に示されている第１の検出回路１１２は、アナログの比較器３１２を使用して実施され得る。比較器３１２は、感知レジスタ１１０を通した電圧を比較し得る。感知レジスタ１１０（ＲＳＮＳ）を通した電圧（ＶＲＳＮＳ）は、下記に従って、バッテリー１２６を通る電流フロー（Ｉｂａｔｔ）を示す。
【００２５】
Ｉｂａｔｔ＝ＶＲＳＮＳ／ＲＳＮＳ．
電圧崩壊保護の間、電流Ｉｂａｔｔはバッテリー１２６からロード１２４に流れ込むので、比較器３１２の出力は、大地電位（例えばＶＳＳ）となる（go to ground potential (e.g., VSS)）だろう。電圧崩壊状態が終了したときに、電流Ｉｂａｔｔは、外部電源１２２からバッテリー１２６に流れ込んでいるところであり得、比較器３１２の出力は、正（例えば、ＶＤＤ）となる（go positive (e.g., VDD)）だろう。バッテリー１２６に流れ込む電流は、例えばバッテリーが十分に充電されている場合、望ましくないものであり得る。従って、比較器３１２の正の電圧出力（the positive voltage output）は、（例えば、図２のブロック２１６によって、）制御ロジック１０８をトリガしてスイッチ１０４をオフ状態に動作し、ＶＣＰを終了して、バッテリー１２６の意図的でない充電を防ぐように、機能し得る。
【００２６】
[0028]  比較器３１２は、アナログ回路であるので、電流Ｉｂａｔｔがバッテリー１２６に流れ込んでいるということの迅速な決定を提供することができる。例えば、オペアンプは、アナログの比較器の設計で使用され得、典型的に、「整定時間（settling time）」と呼ばれる反応性（responsiveness）を示すパラメータによって特徴付けられており、この整定時間は、約数十ナノセカンドであることができる。比較器３１２の迅速な検出応答時間は、バッテリー１２６の意図的でない充電の時間の長さを低減するので、有利である。
【００２７】
[0029]  しかしながら、比較器３１２は、固有のオフセット電圧ＶＯＳを有しており、これは、比較器の電流検出範囲のローエンド（low end）を制限し、それは、Ｉｔｕｒｎｏｆｆ１＝ＶＯＳ／ＲＳＮＳによって定義され得る。即ち、Ｉｔｕｒｎｏｆｆ１未満の電流フローは、比較器によって検出され得ない。特定の実施形態では、例えば、比較器３１２は、およそＩｔｕｒｎｏｆｆ１＝１００ｍＡまでの電流レベルを検出するように設計されることができる。電圧崩壊状態の終了の後に、外部電源１２２が約１００ｍＡまたはそれ以下の電流をバッテリー１２６に調達する（source）場合、比較器３１２は、その電流フローを検出することができないだろう。スイッチ１０４は、オフに変えられず、電流は、バッテリー１２６に流れ込み続けるだろう。バッテリー１２６が十分に充電されている場合、この意図的でない充電の電流は、バッテリーにダメージを与えるか、そうでなければ、バッテリーの充電に関わる業界安全基準に違反し得る。
【００２８】
[0030]  比較器３１２の電流検出範囲のローエンド（low end）Ｉｔｕｒｎｏｆｆ１は、その比較器のオフセット電圧ＶＯＳを低減することによって、低減され得る。しかしながら、非常に低いオフセット定格電圧（offset voltage ratings）を有する比較器の実施は、典型的に、広い領域を必要とする、および／または、高電力を消費する、設計を含む。このような設計パラメータは、小型の低電力デバイスには適していない。従って、バッテリーの充電回路に適した比較器の設計は、約１００ｍＡ等の電流検出のローエンド（a low end of current detection on the order of 100 mA or so）を有する。
【００２９】
[0031]  本開示の原則に従って、前記の比較器より低い電流検出下限（Ｉｔｕｒｎｏｆｆ２、ここにおいて、Ｉｔｕｒｎｏｆｆ２＜Ｉｔｕｒｎｏｆｆ１）を有する第２の検出回路１１４（図１）が、比較器３１２に加えて提供され得る。いくつかの実施形態では、第２の検出回路１１４は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）回路であり得る。特定の実施形態では、第２の検出回路１１４は、クーロン計数（coulomb counting）（ＣＣ）ＡＤＣ３１４を用い得る。例えば、ＣＣ ＡＤＣ３１４は、Ｉｔｕｒｎｏｆｆ２＝２．５ｍＡと同じくらい低い電流を検出するように設計され得る。他のＡＤＣの設計、例えば、シグマ・デルタＡＤＣが、使用され得ることが理解されるだろう。
【００３０】
[0032]  比較器３１２およびＣＣ ＡＤＣ３１４の両方は、バッテリー電流Ｉｂａｔｔを検出するために、ＲＳＮＳを通した電圧ＶＳＮＳを感知し得る。比較器３１２は、約Ｉｔｕｒｎｏｆｆ１と同じくらい低い、バッテリー１２６に流れ込む電流Ｉｂａｔｔを検出し、およびスイッチ１０４を切る（turn off）ようにロジック１０８に信号を送る（signal）ことができる。ＣＣ ＡＤＣ３１４は、約Ｉｔｕｒｎｏｆｆ２と同じくらい低い、バッテリー１２６に流れ込む電流Ｉｂａｔｔを検出し、およびスイッチ１０４を切るようにロジック１０８に信号を送ることができる。
【００３１】
[0033]  かくして、ほんの約１００ｍＡあるいはそれ以下の電流が、電圧崩壊状態の終了後に、外部電源１２２からバッテリー１２６に流れ始める場合、比較器３１２は、このようなフローを検出することができず、しかしながら、ＣＣ ＡＤＣ３１４は、（約２．５ｍＡまでの）フローを検出するだろう。従って、ＣＣ ＡＤＣ３１４は、（例えば、図２のブロック２１６によって、）ＶＣＰ動作を終了し、かくしてバッテリー１２６の意図的でない充電を防ぐために、スイッチ１０４をオフ状態に動作するように制御ロジック１０８をトリガし得る。
【００３２】
[0034]  ＡＤＣ回路は低い電流レベルを感知することが可能であるが、高精度のＡＤＣ設計は、典型的に、アナログの比較器に対してよりゆっくり動作する。しかしながら、電圧崩壊状態の終了の後に（例えば約１００ｍＡ未満の）小さい充電電流を検出するために高精度のＡＤＣにかかる時間の間に結果として生じる意図的でない充電は、許容され得る。これに対して、電圧崩壊状態の終了の後に（例えば１００ｍＡより大きい）大きい充電電流を検出するためにＡＤＣにかかる時間の間に（during the time it takes an ADC）結果として生じる意図的でない充電は、許容され得ない。従って、ＡＤＣ３１４と並行して動作する比較器３１２は、大きい充電電流に非常に速く応答し、かつスイッチ１０４をオフに変えて、ＶＣＰ動作を終了し、意図的でない充電を防ぐことができる。
【００３３】
[0035]  高速および高精度のＡＤＣ設計が利用可能である。しかしながら、このような設計は、典型的に非常に大きく（即ち、作るために大きな面積のシリコンを必要とし）、動作するために多量の電力を消費する。高速、高精度のＡＤＣは、従って、典型的に、小型の低電力のデバイスには適していない。
【００３４】
[0036]  従って、本開示は、ＶＣＰ動作を速く終了させ、かくして大電流による、潜在的にダメージを与える、意図的でないバッテリーの充電を防ぐために、（例えばアナログ比較器３１２を使用して）大電流の速い感知を提供できるという有利な解決法を提供する。同時に、本開示は、例えばＣＣ ＡＤＣ３１４を使用して小さい電流を検出することによって、電圧崩壊状態の終了の後に小さい充電電流のみが生じるときに、ＶＣＰ動作を終了させることができる。
【００３５】
[0037]  図４を参照すると、いくつかの実施形態では、回路１００は、バッテリー管理システム（ＢＮＳ）４１４を含み得る。名称が暗示しているように、ＢＭＳ４１４は、デバイス中のバッテリー（またはバッテリー・パック）の出力、充電、および放電を管理するためのさまざまな機能を実施する。ＢＭＳ４１４は、充電の状態（state of charge）（ＳＯＣ）、健康の状態（state of health）（ＳＯＨ）などのような、バッテリーの状態についてさまざまな通知を提供するために、電圧、電流、温度を監視し得る。
【００３６】
[0038]  ＢＭＳ４１４は、典型的に、ＢＭＳによって実施されるさまざまな機能のための電流測定値および電圧測定値をデジタル化するために、ＡＤＣサブシステム、または他の同様のコンポーネントを含む。本開示に従って、バッテリー充電回路１００における既存の（already-exiting）ＢＭＳ４１４の一部であるＡＤＣは、第２の検出経路１１４としての使用のために、同時に（dynamically）再度目的を持たされ得る。かくして、動作の1つのモードにおいて、ＢＭＳ４１４は、標準のバッテリー管理機能を提供するように機能し得る。ＶＣＰ動作の間、ＢＭＳ４１４は、上述の方法で、第１の検出回路１１２と共に、ＲＳＮＳを通って流れるバッテリー電流Ｉｂａｔｔを感知するために、第２の検出回路１１４として機能するように電流感知ＡＤＣコンポーネントを再設定し得る。ＶＣＰの終了の後に、ＢＭＳ４１４は、動作の第1のモードにおける動作を再開し得る。第２の検出回路１１４として作用するようにＢＭＳ４１４におけるＡＤＣ回路に再び目的を持たせることによって、第２の検出回路として別個の回路を実施する必要性を回避することができる。
【００３７】
[0039]  上述の説明は、特定の実施形態の態様がどのように実施され得るかについての例と共に、本発明のさまざまな実施形態を示す。上記の例は、単なる実施形態であると見なされるべきではなく、下記の請求項によって定義されるような特定の実施形態の有効性および柔軟性を例示するために、示されている。上記の開示および下記の請求項に基づいて、他の配列、実施形態、実施およびそれらと同等のものが、請求項によって定義されている本開示の範囲から逸脱しないで使用され得る。
なお、本願の出願当初の請求項と同一の記載を以下に付記する。
［Ｃ１］ 外部電源への接続のためのシステム電力ノードと、
バッテリーへの接続のためのバッテリー・ノードと、
前記システム電力ノードおよび前記バッテリー・ノードの間の電圧差を検出するために接続されている比較器回路と、
前記バッテリーへの電流フローを示す第１の信号を生成するように動作可能な第１の検出回路と、ここにおいて、前記第１の検出回路は、アナログ回路である、
前記バッテリーへの前記電流フローを示す第２の信号を生成するように動作可能な第２の検出回路と、ここにおいて、前記第２の検出回路は、デジタル回路を備える、および、
前記システム電力ノードおよび前記バッテリー・ノードの間に接続されているバッテリー・スイッチと、なお、前記バッテリー・スイッチは、オン状態およびオフ状態を有し、ここにおいて、前記バッテリー・ノードは、前記バッテリー・スイッチが前記オン状態であるときに前記システム電力ノードに電気的に接続され、前記バッテリー・スイッチが前記オフ状態であるときに前記システム電力ノードから電気的に接続解除され、
前記バッテリー・スイッチは、前記比較器回路によって検出される、前記バッテリー・ノードおよび前記システム電力ノードの間の前記電圧差に基づいて前記オン状態であり、
前記バッテリー・スイッチは、前記第１の検出回路が前記第１の信号を生成するときに、または、前記第２の検出回路が前記第２の信号を生成するときに、前記オフ状態である、
を備えるバッテリー充電回路。
［Ｃ２］ 前記第１の検出回路は、第１の検出下限を有し、前記第２の検出回路は、前記第１の検出下限未満の第２の検出下限を有する、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ３］ 前記第１の検出回路は、前記第２の検出回路の検出時間より速い検出時間を有する、Ｃ２に記載の回路。
［Ｃ４］ 前記第１の検出回路は、アナログ比較器であり、前記第２の検出回路は、シグマ・デルタ・アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）である、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ５］ 前記第１の検出回路は、アナログ比較器であり、前記第２の検出回路は、クーロン計数ＡＤＣである、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ６］ 前記第１の検出回路から離れているバッテリー監視システム（ＢＭＳ）をさらに備え、ここにおいて、前記ＢＭＳは、前記第２の検出回路を備える、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ７］ 前記第２の検出回路は、前記ＢＭＳにおけるシグマ・デルタＡＤＣである、Ｃ６に記載の回路。
［Ｃ８］ 前記第２の検出回路は、前記ＢＭＳにおけるクーロン計数ＡＤＣである、Ｃ６に記載の回路。
［Ｃ９］ バッテリーの充電が有効にされるかどうかを示すバッテリー充電イネーブル信号をさらに備え、ここにおいて、前記バッテリー・スイッチは、前記バッテリー充電イネーブル信号が、バッテリーの充電が無効にされることを示すときにのみ、前記第１の検出回路および前記第２の検出回路によって制御可能である、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ１０］ 前記外部電源は、ＤＣ調整電圧源である、Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ１１］ 外部電源、バッテリーおよびロードに接続するための接続を有するバッテリー充電回路であって、前記バッテリー充電回路は、
前記ロードの電気の流れ（「電流」）の要求が、前記外部電源の電流容量を超過するときに、前記外部電源および前記バッテリーを前記ロードに接続するための、電圧崩壊保護（ＶＣＰ）起動手段と、
前記バッテリーを通る電流フローを感知し、前記電流フローを示す第１の信号をアサートするための第１の信号手段と、
前記バッテリーを通る前記電流フローを感知し、前記電流フローを示す第２の信号をアサートするための第２の信号手段と、および、
前記第１の信号がアサートされるか前記第２の信号がアサートされるときに、前記ロードから前記バッテリーを接続解除するためのＶＣＰ終了手段と
を備える、バッテリー充電回路。
［Ｃ１２］ 前記第１の信号手段は、前記第２の信号手段の検出下限より大きい検出下限を有する、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１３］ 前記第１の信号手段は、前記第２の信号手段の検出時間より速い検出時間を有する、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１４］ 前記第１の信号手段は、アナログ回路であり、前記第２の信号手段は、デジタル回路である、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１５］ 前記バッテリー充電回路は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）をさらに備え、ここにおいて、前記第１の信号手段は、前記ＢＭＳから離れており、ここにおいて、前記第２の信号手段は、前記ＢＭＳにおいて回路を備える、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１６］ 前記ＶＣＰ起動手段は、前記外部電源の電圧レベル、および前記バッテリーの電圧レベルを感知するために接続されている比較器を備える、Ｃ１１に記載の回路。
［Ｃ１７］ バッテリー充電回路における方法であって、
前記バッテリー充電回路において電圧崩壊保護（ＶＣＰ）の動作を起動し、これによって外部電源からの電流およびバッテリーからの電流をロードに提供することと、
前記バッテリーを通る電流フローを示す第１の信号をアサートするために第１の検出回路を使用して、および、前記バッテリーを通る前記電流フローを示す第２の信号をアサートするために第２の検出回路を使用して、前記バッテリーを通る前記電流フローを感知することと、および、
前記第１の信号が前記第１の検出回路によってアサートされるか、前記第２の信号が前記第２の検出回路によってアサートされるときに、前記ＶＣＰの動作を終了することと、
なお、前記第１の検出回路は、第１の検出下限を有し、前記第２の検出回路は、前記第１の検出下限より小さい第２の検出下限を有する、
を備える方法。
［Ｃ１８］ 前記第１の検出回路は、前記第２の検出回路の検出時間より短い検出時間を有する、Ｃ１７に記載の方法。
［Ｃ１９］ 前記第１の検出回路は、アナログ回路であり、前記第２の検出回路は、デジタル回路である、Ｃ１７に記載の方法。
［Ｃ２０］ 前記第２の検出回路は、ＡＤＣ回路である、Ｃ１９に記載の方法。
［Ｃ２１］ 前記バッテリー充電回路は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）を備え、ここにおいて、前記第１の検出回路は、前記ＢＭＳから離れており、前記第２の検出回路は、前記ＢＭＳのコンポーネントである、Ｃ１７に記載の方法。
［Ｃ２２］ 前記ＶＣＰの動作を終了することは、前記ロードから前記バッテリーを接続解除することを含む、Ｃ１７に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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