当在设备充电期间在睡眠模式与正常模式之间切换时电力消耗被降低的电力转换器

本申请要求在2009年12月1日提交的美国专利申请No. 12/628,976的优先权，在此加入其全部内容作为参考。

技术领域

本公开涉及使用电力转换器以给电子设备充电的系统，并且尤其 是，涉及电力转换器和电子设备协作以确保电力转换器可在任何可能 的时候进入低电力睡眠模式以降低电力消耗的系统。

背景技术

电力转换器电路可被用于将交流（AC）电力转换成直流（DC） 电力。AC电力一般从壁装插座被供给，并且有时被称为线路电力。 电子设备包括从DC电源伸展的电路。通过AC到DC电力转换器产 生的DC电力可被用于向电子设备供电。也可使用产生的DC电力以 给电子设备中的电池充电。

在一些应用中，AC到DC电力转换器电路可被加入到电子设备 中。例如，台式计算机常常包括计算机电源单元形式的AC到DC电 力转换器电路。计算机电源单元具有接收AC电力线的插座。通过这 种类型的配置，AC电力线可被直接插入到计算机的后面以在不使用 外部电力转换器的情况下供给AC电力。

虽然台式计算机足够大以容纳内部电源，但是，诸如手持电子设 备和便携式计算机的其它设备不够大。结果，典型的手持电子设备和 膝上型计算机需要使用外部电力转换器。当与电力转换器断开时，可 通过内部电池向手持电子设备或便携式计算机供电。当AC线电力可 用时，使用电力转换器以将AC电力转换成用于电子设备的DC电力。

小型AC-DC电力转换器设计一般基于开关模式电源结构。开关 模式电力转换器包括与能量存储部件（诸如电感元件和电容元件）协 作工作以调节从AC源产生DC电力的开关，诸如基于晶体管的开关。 反馈路径可被用于开发转换器输出并由此确保在改变的负载下产生希 望的DC电压电平。

为了节省电力，希望具有高电力转换器效率。可通过使用有效的 转换器布局和低损失部分获得高电力转换器效率。但是，即使当使用 最佳的设计时，当操作电力转换器时，也存在残余电力损失。这些残 余损失与源自运行转换器的开关模式电路的泄漏电流和其它寄生效应 相关，并且即使当电力转换器不被用于向电子设备供给较大数量的电 力时，电力转换器也导致电力消耗。虽然希望使电力损失最小化的用 户可在不使用时手动断开电力转换器与AC线电力，但是，这种类型 的手动方法对于用户来说是十分麻烦的。

因此，希望提供能够以允许在不给用户带来负担的情况下使电力 消耗最小化的方式相互协作的电力转换器和电子设备。

发明内容

在电子设备具有电池的环境中，电力转换器可被用于将来自壁装 插座的交流（AC）电力转换成直流（DC）电力以将电池充电。电子 设备可具有输入输出端口。电力转换器可与输入输出端口连接。当以 这种方式连接时，电力转换器可在其输出上供给由电子设备接收的DC 电力。电子设备中的电池充电电路可使用来自电力转换器的DC电力 以将电子设备中的电池充电。

使电力转换器保持在恒定的活动状态会浪费电力。因此，可能希 望向电力转换器提供可在不使用时关断电力转换器的控制电路。当正 常操作需要电力转换器时，控制电路将电力转换器置于其内部电路完 全工作的正常活动模式。当不需要电力转换器在其输出上将AC电力 转换成DC电力时，控制电路可关断电力转换器电路中的大部分以节 省电力。可在电子设备需要电力之前或者在希望将电容器、电池或电 力转换器中的其它能量存储元件再充电之前保持这种低电力睡眠模 式。

电力转换器可包括通过输入输出端口中的路径从电子设备接收控 制信号的通信电路。例如，电力转换器可在电子设备希望接收电力以 将其电池再充电时接收将电力转换器置于其活动模式的模拟或数字命 令，并且在电子设备不希望接收电力时接收将电力转换器置于其睡眠 状态的模拟或数字命令。

电力转换器还可包括自动负载检测电路。当不存在跨电力转换器 的输出存在的负载时，自动负载检测电路可被用于将电力转换器置于 其睡眠模式。当负载被检测到时，电力转换器可被置于其活动模式以 传输电力。

电子设备可在其输入输出端口上具有包括开关电路的保护电路或 其它电路。在希望针对范围外的电源电压保护电子设备的内部电路的 任何时候，开关电路可被置于开路状态。也可以以将电力转换器引向 其睡眠模式和活动模式之间的过渡的方式控制开关电路。当电力转换 器正在使用其自动负载检测电路以监视其输出时，即使当电力转换器 和电子设备仍然相互物理连接时，电子设备中的保护电路开关的打开 也将导致电力转换器断定跨其输出不存在负载。因此，当电子设备暂 时使用其内部电池工作时，电力转换器可进入其睡眠状态。一旦电池 变得稍微耗尽，电子设备就可关闭保护电路开关。这将导致电力转换 器检测输出负载并从其睡眠状态醒来以补充电池的能量。通过以这种 方式在活动状态与睡眠状态之间切换电力转换器，可以节省电力。

从附图和优选实施例的以下详细描述中，本发明的其它特征、其 本质和各种优点将更加明显。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的包括具有负载检测器电路的电力转 换器和与电力转换器连接的电子设备或其它负载的系统的电路图。

图2是示出根据本发明的实施例的示出来自图1所示的类型的电 力转换器的输出电压可如何在各种条件下演变的示图。

图3是根据本发明的实施例的可通过图1所示的类型的电力转换 器充电的类型的说明性电子设备的电路图。

图4是示出根据本发明的实施例的示出可如何通过使用图1所示 的类型的电力转换器将图3所示的类型的电子设备中的电池充电的示 图。

图5是根据本发明的实施例的在操作包括图1所示的类型的电力 转换器和图3所示的类型的电子设备的系统时包括的说明性步骤的流 程图。

具体实施方式

电力转换器（有时称为电力适配器）可被用于将交流（AC）电力 转换成直流（DC）电力。例如，用于便携式电子设备的壁装充电器可 包括AC到DC电力转换器电路。壁装充电器代表一种类型电力转换 器。电力转换器可被用于各种应用，但是，这里作为例子描述用于将 诸如便携式电子设备的电子设备中的电池充电的电力转换器的用途。

电力转换器一般表现出损失。在相对高电力下，可通过对于电力 转换器选择适当的电力转换器布局使电力损失最小化。在较低的负载 下，电力转换器趋于表现转换效率的降低。当不存在负载时，由于电 力转换器的部件中的不可忽略的电力消耗量（例如，泄漏电流等）， 一些电力转换器表现出固定的损失。

为了确保电力转换效率是可接受的，电力转换器以其峰值效率（高 负载条件）工作的时间量可被最大化，并且电力转换器以低效率（低 负载或无负载条件）工作的时间量可被最小化。

尤其是，可通过在电力转换器不被主动用于供给电力的任何时候 将电力转换器置于睡眠模式中，使由于电力转换器在无负载条件下工 作而导致的损失最小化。当正常操作需要电力转换器时，可从睡眠模 式唤醒电力转换器。

在睡眠模式中，可通过关断不必要的电路减少电力消耗。如果例 如电力转换器使用开关模式AC-DC转换器电路，那么该电路可在睡 眠模式期间被关断，以减少来自其内部部件的损失。诸如电容器或电 池的能量存储元件可被用于在睡眠模式中向相对低电力控制电路供 电。该电路消耗相对很少的电力，但能够识别电力转换器应在何时被 唤醒。

在一个适当的配置中，电力转换器可具有负载检测电路。当没有 存在于电力转换器上的负载时，负载检测电路可感测负载的不存在， 并且可自动将电力转换器置于低电力睡眠模式。

当用户希望将电子设备中的电池被充电时，用户可连接电子设备 与电力转换器。当电子设备中的电池处于耗尽状态时，电子设备可通 过使用来自电力转换器的电力将电池充电。当完成充电时，不需要电 力转换器。为了避免在低输出状态中连续操作时电力转换器中的损失， 即使电子设备仍与电力转换器连接时，电力转换器也可被置于睡眠模 式中。由于电力转换器处于睡眠模式中，因此，电子设备将耗尽其电 池储备。当电池变得充分耗尽以使有理由需要另外的充电时，可从睡 眠状态唤醒电力转换器。

可以使用任何适当的通信方案以使电力转换器睡眠并唤醒它。例 如，电子设备可在电子设备与电力转换器之间的数据路径上与电力转 换器中的控制单元通信。在这种类型的方案中，电子设备可监视其电 池水平。当电池需要充电时，电子设备可在数据路径上向电力转换器 提供指示电力转换器醒来的指令。一旦电池被充电到希望的水平，电 子设备就可在数据路径上向电力转换器提供指示电力转换器睡眠的指 令。

在另一适当的通信方案中，电子设备可通过调制电力转换器上的 表观负载与电力转换器通信。电力转换器可利用负载的存在或不存在 以确定电力转换器是否应自动进入睡眠模式。为了充分利用该行为， 电子设备可在希望将电力转换器置于睡眠模式的任何时候在其输入上 产生开路。

电子设备可例如在其输入上具有保护电路。保护电路可具有开关 （例如，基于晶体管的开关电路）。在正常操作中，当在电子设备输 入上存在适当水平的电源电压（例如，约4.5～5.5伏）时，开关可被 关闭以允许电力流入电子设备中。在其作为保护电路的一部分的容量 中，开关可在输入电力漂移到范围外面（例如，在本实施例中，下降 到3.0伏的不可接受的水平）的任何时候被打开。不管由电力转换器 提供的电压如何，都可在电子设备希望通过使用电池电力工作时通过 电子设备打开开关。

为了避免电池上的过量耗损并且为了避免在无效率的低负载状态 下连续操作电力转换器，在电池被充电到其标称最大值的给定量内的 任何时候，电子设备可返回到电池电力。作为例子，电子设备可在电 池被充电到充满的97%的任何时候从使用电力转换器切换到使用其 内部电池。由于电池不被充电到97%阈值（在本实施例中）以上，因 此，可以避免过充电。并且，由于使用电池电力而不是来自电力转换 器的滴流被用于给电子设备供电，因此，不需要电力转换器并可将其 置于睡眠模式。一旦电池下降为稍低于阈值（例如，充满的95%）， 电子设备就可唤醒电力转换器以确保电池保持被完全充电。

可以使用保护电路中的开关的状态来指示电力转换器睡眠或醒 来。当从电力转换器要求电力以将电池充电时，保护电路开关可被关 闭。在这种情况下，电力转换器的负载检测电路可感测到负载存在于 电力转换器的输出上。作为响应，电力转换器可唤醒自身并可使用其 开关模式转换器电路以在其输出上产生DC电力。当电子设备确定电 子设备中的电池被充分地充电时，电子设备可打开保护电路开关（即 使电力转换器正在向电子设备供给的电压电平处于其可接受的范围 内）。电子设备的输入上的打开开关在电力转换器电路的输出上产生 开路。电力转换器负载检测电路将在输出上不存在负载解释为睡眠的 指令。因此，电力转换器电路被置于其睡眠状态中。如果必要的话， 可以重复该过程。在设备的电池变得在某种程度上耗尽的任何时候， 保护电路开关可被关闭，由此唤醒电力转换器并将电池重新充电。当 电池被充分充电时，电子设备可打开开关以将电力转换器置于睡眠模 式下以节省电力。

这种类型的节电方案可一般被用于任何类型的电力转换器和任何 类型的附接负载。电力转换器被用于转换电力电平和类型。例如，电 力转换器可被用于升高或降低直流（DC）电力电平。电力转换器也可 被用于将交流（AC）电力转换成DC电力。有时在这里作为例子描述 在将AC电力转换成DC电力时使用的电力转换器。但是，一般而言， 电力转换器电路可包括用于将任何适当的输入信号（例如，AC或DC 电流和电压）变换成任何适当的输出信号（例如，升压、降低或另外 变换的AC或DC电流和电压）的电路。从AC输入信号产生调节后 的DC输出电压的诸如AC到DC电力转换器的电力转换器的使用仅 是说明性的。

在典型的方案中，电力转换器可被插入诸如壁装插座的AC线电 源中。AC电源可以120伏特或240伏特（作为例子）提供电力。电 力转换器中的电路可将接收的AC线电力转换成DC电力。例如，AC 到DC电力转换器可在输入上接收AC线电力，并可在相应的输出上 供给DC电力。输出电压电平可以为12伏特、5伏特或任何其它适当 的DC输出电平。

电力转换器中的电路可基于开关模式电源结构。开关模式电源使 用诸如金属氧化物半导体功率晶体管的开关和诸如脉冲宽度调制控制 方案或频率调制控制方案的相关控制方案，以在相对小型化的电路中 实现电力转换功能。当开关电路具有第一配置时，电力从电源被传送 到诸如电感器（例如，变压器）或电容器的存储元件。当开关电路具 有第二配置时，电力从存储元件被释放到负载中。可以使用反馈以调 节电力传送操作，并由此确保输出电压保持在希望的电平上。可在电 力转换器中使用的开关模式电源布局的例子包括降压转换器(buck  converter)、升压转换器和回扫转换器(flyback converter)等。

利用在这里作为例子描述的一个适当的配置，可通过使用电压整 流器和回扫转换器实现AC到DC电力转换器。电压整流器在相对高 的电压电平上将AC线电力转换成DC电力。为了操作电子设备中的 电路，电力转换器的回扫转换器部分将整流器电路的输出上的DC电 力逐步下降到12伏特、5伏特或其它适当的较低电平。如果希望的话， 可以使用其它电力转换器结构。这里，作为例子描述基于回扫转换器 设计的开关模式电力转换器配置的使用。

AC到DC电力转换器可向任何适当的负载供给DC电力。作为例 子，电子设备可接收DC电力。可从AC到DC电力转换器或其它电 力电路接收DC电力的电子设备的例子包括手持计算机、小型或可佩 带设备、便携式计算机、台式计算机、路由器、访问点、具有无线通 信能力的备用存储设备、移动电话、音乐播放器、遥控器、全球定位 系统设备和组合这些设备中的一个或多个的功能的设备。利用有时在 这里作为例子描述的一个适当配置，从AC到DC转换器接收电力的 电子设备是便携式计算机或诸如手持电子设备（例如，移动电话或音 乐播放器）的小型便携式设备。但是，这仅是说明性的。可与任何适 当的电子设备或任何其它负载协作地操作AC到DC电力转换器。

在图1中示出诸如电力转换器的电路或处理电力信号的其它电路 可向电子设备或其它负载提供电力的说明性系统环境。如图1所示， 系统8可包括诸如AC电源14的AC电力源、诸如AC到DC电力转 换器12的电力转换器和诸如电子设备10的电子设备或其它适当负载。

AC电源14可以为例如通过电力线供给AC线电力的标准壁装插 座。一般传输约110伏特到240伏特的AC电压的壁装插座电力。

电力转换器12可包括诸如AC-DC电力转换器电路122的电力转 换器电路。AC-DC电力转换器电路122可基于诸如回扫转换器的开关 模式电源设计或其它适当的电力转换器布局。

电子设备10可具有用于向未附接到电力转换器12的设备10供电 的电池。当电力转换器12被插入AC电源14中时以及当电子设备10 与电力转换器12连接时，电力转换器12可将从AC电源14接收的 AC电力变换成用于设备10的DC电力。

如果希望的话，可以在电力转换器12的输入和/或输出上设置连 接器。例如，设备10可具有其中可插入USB电缆的通用串行总线 （USB）端口。USB电缆可被用于在电力转换器12与电子设备10之 间传输DC电力。例如，USB电缆或其它电缆可包括诸如正电源线72 的第一线，其用于从转换器12向设备10传输12伏特、5伏特或其它 适当的正DC电压电平的正DC电压。该DC电压电平有时被称为 Vbus，并且，转换器12的线73有时被称为电源总线或输出线。USB 电缆或其它电缆也可具有诸如接地线74的第二线，其用于从接地线 75向设备10传输0伏特或其它适当接地电压电平的接地电压。诸如 USB电缆的电缆也可包括数据线，其可任选地被用于在设备10与转 换器12之间传输信息。

当与电力转换器12连接时，电子设备10可通过USB连接器的电 力管脚和电缆（作为例子）接收DC电力。但是，使用USB连接器以 连接电力转换器12与电子设备10仅是说明性的。如果希望的话，可 以使用任何适当的插头、插孔、端口、管脚、其它连接器或硬接线连 接，以断开电力转换器12与电子设备10。类似地，可以使用硬接线 连接或适当的插头、插孔、端口、管脚结构或其它连接器以连接电力 转换器12与电源14。

AC-DC电力转换器电路122可将来自AC源14的AC电力转换 成输出路径64和70上的DC电力。路径64可以是通过串联连接的电 流感测电阻器R1和开关SW与转换器输出线73耦合的正电源线。在 操作中，电流可流过电阻器R1，从而导致跨线80和82的可测量的电 压降。可通过使用控制电路54（例如，通过使用耦合在线80和82之 间的控制电路54中的诸如电压检测器90的电压检测器）测量跨电阻 器R1的电压的大小。由于可事先确定R1的大小，因此，可以利用跨 电阻器R1的电压的测量结果以确定流过线64的电流的量（使用欧姆 定律）。可通过电路54或转换器12中的其它电路进行该计算。

电压路径70可以是与转换器12的接地输出75和连接转换器12 与设备10的电缆或其它路径中的接地线74耦合的接地电源线。诸如 开关SW的开关电路可基于可控制DC电力从AC-DC电力转换器电 路122的输出向与电子设备10相关的电源输入线（例如，与电源线 72和74连接的设备10的输入）的流动的任何适当的电气部件。例如， 可通过使用诸如一个或多个功率场效应晶体管（功率FET）的一个或 多个晶体管实现开关SW。在诸如电子设备10的电子设备与电力转换 器12连接的正常操作中，电力转换器12可使用AC-DC电力转换器 电路122以在线64和70上供给DC电源电压。开关电路SW在正常 操作期间将一般被关闭，因此，线64将对于输出线73被短路。这允 许AC-DC电力转换器电路122的输出上的DC电源电压通过路径72 和74被提供给电子设备。

AC-DC电力转换器电路122可包括用于控制内部开关电路（例如， 基于晶体管的开关）的控制电路38。控制电路可响应反馈信号。例如， 可以使用通过使用线60、电路54和隔离段78形成的反馈路径以向 AC-DC电力转换器电路122供给关于输出线73上的电压Vbus的电 流电平的信息。响应于该反馈信息，AC-DC电力转换器电路122中的 控制电路（即，控制电路38）可对于正在供给到AC-DC电力转换器 电路的输出的DC电压的量进行实时调整。例如，如果输出64上的 DC电压具有5伏特的标称值Vsec并且反馈表示电压已不希望地上升 到5.05伏特，那么AC-DC电力转换器电路122中的控制电路可进行 调整以使DC输出电压重新降低到标称值（Vsec）。

电力转换器12可包括能量存储电路50。能量存储电路50（有时 也称为能量存储元件）可基于用于存储能量的任何适当电路。作为例 子，能量存储电路50可包括一个或多个电池、电容器等。在AC-DC 电力转换器电路122向输出路径64供给电力时的电力转换器12操作 期间，可以使用诸如路径66的路径以将电力路由到能量存储电路50。 以这种方式路由到能量存储电路50的电力可被用于补充电池、电容器 或电路50中的其它能量存储部件。在图1的例子中，能量存储电路 50通过路径64与66与AC-DC电力转换器电路122耦合。但是，这 仅是说明性的。如果希望的话，可以使用任何适当的路由路径以从 AC-DC电力转换器电路122向能量存储电路50供给补充的电力。

电压检测器90可被控制电路54使用以监视跨电阻器R1的电压 并由此评定流过设备10的电流。路径80和82可被用于向电路54和 电压检测器90供给来自电阻器R1的信号。电压检测器电路90也可 被用于监视使用路径66的转换器电路122的输出64上的输出电压和 使用路径60的输出72上的电压Vbus。

如果希望的话，控制电路54可包括任选的通信电路92。通信电 路92可处理通过诸如路径94的路径从设备10接收的信号。路径94 可由单个导电线、多个路径（例如，为了支持差分信令方案）、支持 模拟信号的路径、支持数字信号的路径或设备10和转换器12之间的 其它适当通信路径形成。诸如路径94的路径可被用于接收来自设备 10的命令（例如，指示电力转换器12从睡眠模式醒来、当醒来时进 入睡眠模式的命令，等等）。

可在路径76中插入诸如隔离段78的隔离元件。在路径76之上提 供的控制信号可被用于指示控制电路38对于转换器电路122的操作进 行调整（例如，增加或降低线64上的输出电压并且/或者将AC-DC电 力转换器电路置于适当的操作模式下）。一般地，如果希望的话，可 通过AC-DC电力转换器电路122支持任意适当数量的操作模式。

利用有时在这里作为例子描述的一个适当配置，AC-DC电力转换 器电路122可被置于活动模式和睡眠（待机）模式。在有时也称为高 电力模式或正常操作模式的活动模式中，AC-DC电力转换器电路122 为开并且供给用于补充能量存储电路50并用于向电子设备10供电的 DC输出电力。在有时称为待机模式或低电力模式的睡眠模式中， AC-DC电力转换器电路122被置于AC-DC电力转换器电路122不消 耗或者消耗很少的电力（即，AC-DC电力转换器电路122通过禁止其 开关模式电源开关的调制而被关断）的状态。如果希望的话，AC-DC 电力转换器电路122可具有多个低电力状态（例如，部分关状态和全 关状态）。有时在这里作为例子描述AC-DC电力转换器电路122被 置于待机状态或活动状态的配置。但是，这仅是说明性的。电力转换 器12可一般支持任意适当数量的操作模式（例如，全开模式、部分开 模式、睡眠模式、深睡眠模式等）。

当AC-DC电力转换器电路122处于待机模式中时，AC-DC电力 转换器电路122为关并允许输出64浮动。在这种情况下，存储于能量 存储电路50中的电力可从能量存储电路50内被传输到路径66。例如， 如果能量存储电路50包括电池或电容器，那么电池或电容器可被用于 向路径66供给电池或电容器电压。由能量存储电路50供给的电压可 以以与当AC-DC电力转换器电路122处于活动模式时AC-DC电力转 换器电路122向路径64供给的标称输出电压电平（Vsec）相同的电压 电平供给。

电压调节器52可在其输入IN上接收通过路径66由能量存储电 路50供给的电压，并且可通过其输出OUT向输出路径58输出相应 的输出电压。在输出线73上不存在负载的情况下，可相对于Vsec评 估电压调节器52向路径58供给的电压（即，在待机操作中由电压调 节器52供给到路径58的电压可等于大于Vsec的升高电压Vaux）。 如果例如Vsec为5.0伏特（作为例子），那么Vaux可以为5.1伏特 （作为例子）。

输出线58可与输出线73和路径72耦合。在待机模式中，电路 54可通过诸如路径62的路径向开关电路SW供给开关控制信号。控 制信号可将SW置于线64和73相互电气断开的开放模式。使输出线 73与路径64断开使输出73与AC-DC电力转换器电路122和能量存 储电路50隔离。输出线73在通过电路54打开开关电路SW之后采取 的电压依赖于电子设备10的状态。

如果电子设备10与电力转换器12断开或者被配置成对于转换器 12的输出表现出无负载，那么电压调节器52将在开关电路SW打开 时通过路径58和56向输出线73供给更高的电压Vaux，由此将Vbus 驱动到Vaux。如果当控制电路54打开开关电路SW时电子设备10 与电力转换器12连接并且被配置成向电力转换器12的输出呈现出负 载，那么电子设备10将作为负载操作并且将通过线58和56从电压调 节器输出OUT汲取电力。电压调节器52可包括确保电压调节器52 将只能向电子设备10供给相对最适量的电流的限流电路。结果，从电 子设备10汲取的电力将Vbus拉低。

如果在电路92中包括通信电路92，那么电力转换器12可在确定 适当的操作模式时使用来自设备10的在路径94上接收的信息。但是， 当电力转换器12使用其自动负载检测能力时，不需要使用通信电路 92和路径94。可通过使用电阻器R1、开关SW及其相关电路、或电 阻器R1和开关SW二者（作为例子），实现这些负载检测能力。

在典型的自动负载检测方案中，电路54通过经由路径56和60 监视输出线73上的电压Vbus确定电子设备10的附接状态。如果电 路54检测到开关电路SW被打开时电压Vbus的上升，那么电路54 可断定电子设备10当前从电力转换器12被拆卸掉或者设备10通过打 开其保护电路开关使其输入开路。在这些条件中的任一个中，电力转 换器12不需要产生输出电力并可进入睡眠模式。如果电路54检测到 开关电路SW被打开时电压Vbus的下降，那么监视器54可断定电子 设备10当前被附接到电力转换器12上并且需要电力。在电路54确定 电子设备10被附接到电力转换器12上并且需要电力的任何时候，电 路54可将AC-DC电力转换器电路122置于活动模式并可关闭开关 SW以向设备10供给电力。如果没有检测到电子设备10的存在，那 么电路54可将AC-DC电力转换器电路留在待机模式以节省电力。如 果电路54检测到能量存储电路50由于待机模式下延长的操作而变得 被耗尽，那么电路54可即刻唤醒AC-DC电力转换器电路122以为能 量存储电路50补充能量。

在活动模式下，电路54可连续监视其输出以确定需要电力的设备 是否与线72和74连接。可以在不打开开关SW的情况下通过使用电 流感测电阻器R1检测相对较大的负载电流。这种大小的电流一般与 设备10中的电池的活动充电和/或向设备10中的活动电路的供电相 关。可通过在使用电路52监视电压Vbus的同时周期地打开开关SW，， 检测可与典型的恒流恒压充电次序的后段或设备10中的小量电路的 操作相关的类型的较少电流。为了防止开关SW的周期性的打开中的 电压Vbus的不希望的过量变化，电路54可使用电流感测电阻器R1， 以测试开关SW的每次被调度打开之前的大的负载电流的存在。如果 检测到大的负载电流，那么电路54可禁止开关SW的打开（即，只要 通过使用电阻器R1检测到电流，就可中断开关SW的周期性打开）。

图2的示图示出电压Vbus会如何在打开开关SW时在不同的情 况下演变。如图2所示，Vbus上的电压最初是恒定的（时间t1）。如 果在时间t2上打开开关SW，那么来自AC-DC电力转换器电路122 的电力传输将被中断。电压调节器52（例如，电流限制升压电路）可 从转换器122在线56上供给相对于标称输出电压被升高的电压。如虚 线84所示，当开关SW被打开并且不存在负载时，该升高的电压将导 致电压Vbus上升。控制电路54可检测该上升并由此断定不存在负载。 负载的不存在指示设备10已完全与电力转换器12断开或者可指示设 备10已通过打开其输入电路中的开关而在其输入上产生开路。

如果Vbus在开关SW被打开时下降，那么电路54可检测电压 Vbus的相应下降并可断定负载与线72和74连接。在一些情况下，可 存在流过设备10的大的负载电流。例如，如果设备10中的电池被充 电或者跨转换器12的输出存在具有相对较高的电力需求的另一负载， 那么1～2安培或更大的电流会流过负载。如果相对较大的负载电流流 动并且/或者如果开关SW由于传播延迟被打开相对较长的时间量，那 么电压Vbus会在SW被打开的时间周期中过量下降。在图2中由虚 线86示出电压Vbus的过量下降的这种可能性。如果Vbus过量下降， 那么设备10可经历不希望的锁定或者会导致其它不希望或意想不到 的操作。因此，一般希望限制电压Vbus可在开关SW的开放开关条 件下下降的量（例如，限制在图2的实线88所示的类型的电压降）。

确保电压Vbus下降不大于线88所示的情况的一种方式是对于开 关SW使用高速晶体管和控制电路。虽然该方法在一些情况下是令人 满意的，但是，对于开关SW的速度的过度要求实现起来是代价高昂 的。并且，对于开关SW使用短的“打开”时间会使得难以区分低负 载和无负载条件。

通过使用电流感测电阻器R1以执行高电流检测操作，开关SW 和电压调节器52的使用可被保留用于低电流检测操作中。这种类型的 配置包括通过使用电阻器R1和电路54进行初始（粗略）负载电流测 量（例如，在时间t1上）。只有确定没有粗电流（例如，1～2安培 电流或更大）流过负载，才使用更灵敏的电流感测技术（即，涉及开 关SW的打开的技术）。

在打开开关SW之前确定大的负载电流是否流过线64和70的能 力可帮助避免用快速晶体管和驱动电路实现开关SW的需要。一旦确 定没有汲取大的负载电流，就可通过打开开关SW并监视得到的电压 Vbus的变化研究更小的负载电流的存在或不存在。如果没有负载与线 72和74连接，那么，由于Vbus正通过电流限制升压电路52的输出 被驱动为较高，因此开关SW的这种随后的打开将导致Vbus上升。 如果存在负载，那么开关SW的打开将使Vbus与AC-DC电力转换器 电路的输出断开。电压调节器电路52的输出是电流受限的，因此，来 自设备10的负载电流将Vbus拉低。由于已通过使用电阻器R1预先 测量负载，因此，将避免可导致虚线86所示的类型的电压降的高电流 情况（即，电压降将表现得如实线88所示的那样）。

感测多个不同范围中的负载电流的这种类型的负载检测电路有时 可被称为多范围负载检测电路。在图1的例子中，通过电阻器R1和 监视器54检测高范围负载电流，并且，通过使用监视器54、开关SW 和电流限制电压调节器52检测低范围负载电流。如果希望的话，可以 使用其它配置。例如，可通过使用三个或更多个负载电流检测范围实 现多范围负载检测电路，可通过使用不同类型的电流传感器实现多范 围负载检测电路，等等。

如图3所示，可通过使用控制电路100协调电子设备10的操作。 控制电路100可通过使用路径136与输入输出电路和其它部件（电路 114）耦合。电路114可包括例如触摸屏显示器、按钮、扬声器、麦克 风、状态灯、用于音频和视频附件的输入输出端口、传感器等。控制 电路100可包括诸如存储器芯片的存储电路、硬盘驱动、固态驱动和 可去除介质。控制电路100还可包括诸如微处理器、微控制器、数字 信号处理器、应用特定集成电路等的处理电路。可通过使用一个或多 个集成电路、离散部件、集成电路和离散部件的组合等实现这些电路。

设备10可在其输入上具有连接器，诸如连接器116。连接器116 可包括诸如接触116A、116B、116C和116D的电接触。在图3的例 子中，连接器116具有四个接触，但是，如果希望的话，可以在连接 器116中使用更少的接触或更多的接触。连接器116可与匹配的连接 器118连接。连接器118可例如为与电力转换器12相关的插头或作为 连接电力转换器12与设备10的电缆的一部分的插头。

任选的通信电路104可被用于与电力转换器12的任选的通信电路 92（图1）通信。通信电路104可通过使用诸如路径123的路径与控 制电路110连接。当控制电路100希望向电力转换器12传送数据时， 可以使用路径123以指示通信电路104在输入输出路径118中的一个 或多个导电线上传送模拟或数字数据信号（例如，多位数据分组）。 可然后通过使用诸如接触116A和116B的接触、连接器118中的匹配 接触和路径94（图1）将这些信号传输到电力转换器12的通信电路 92。在数据接收操作中，可通过接触116A和116B由通信电路104接 收通过电力转换器12的通信电路92传送的信号。这些接收的信号可 然后通过路径123被传送到控制电路100。

连接器116的接触116C和116D可通过它们与连接器118中的匹 配接触的连接而与电力转换器12的输出73和75电耦合（图1）。例 如，接触116C可通过线72从输出73接收电压Vbus，并且，接触116D 可通过线74与接地75电连接。

由于连接器116的接触可被用于处理设备10的输入信号和输出信 号，因此，可以说，连接器116和接触116A、116B、116C和116D 形成设备10的输入输出端口。

设备10可在其输入上具有开关电路。可以在调节流过连接器116 的电力时使用该开关电路。在图3的例子中，可以在保护电路106中 以开关108的形式设置设备10的输入输出端口处的开关电路。但是， 这仅是说明性的。如果希望的话，任何适当的开关电路可与设备10 的输入输出端口耦合。

保护电路106及其内部开关电路（在图3中示为开关108）可被 用作设备10的保护电路。控制电路100可具有诸如电压检测器102 的电压检测电路。电压检测器102可通过使用路径126与接触126C 耦合。当电力转换器12操作以向设备10传输电力时，路径126上的 电压Vbus应正常落入预定的可允许范围（例如，4.5～5.5伏特）内。 如果电压检测器102检测到路径126上的电压不在其允许的范围内 （即，如果输入电压意想不到地低至3.0伏特），那么控制电路100 可使用路径124以指示保护电路106打开开关108。这通过电隔离接 触116C与设备的内部电路，并且如果希望的话，电隔离接触116D与 设备的内部电路，在设备10的输入输出端口上产生开路。通过在电源 电压处于范围外面时电隔离设备10的电路与设备10的输入输出端口， 可以避免对于设备10中的部件的损伤。

当希望在电力转换器12的输出上产生开路以中断充电操作时，开 关108可被置于开路条件。例如，当设备10希望通过使用来自电池 112的电力进行操作并由此允许电力转换器12进入其睡眠状态时，控 制电路100可指示保护电路106打开开关108。在这种情况下，设备 10的输入上的端子被开路，并且，跨电力转换器12的线73和75（图 1）表现出无负载。通过有效地从电力转换器12的输出去除的负载， 电力转换器12将断定在其输出上不需要电力并且将进入待机操作。来 自电池112的电力可通过线134被传输到控制电路100。

在正常操作中，开关108被关闭。在这种配置中，在输入设备10 上接收的来自电力转换器12的电力通过保护电路106和路径128被提 供给充电电路110。充电电路110可被用于调节通过路径132向电池 112的电力传输。当正在从电力转换器接收电力时，来自充电电路110 或其它适当的电源电路的输出电压可被用于向设备10中的部件供电。 例如，控制电路100可通过路径134从充电电路110的输出接收电力。

在路径132和134上产生的电压VBAT随时间改变。例如，当用 户正在用电池电力操作设备10时，VBAT将趋于随时间降低。当电池 112被完全充电时由电池112产生的电压依赖于在实现电池112时使 用的电池化学的类型和包括的单元的数量。在典型的配置中，可通过 使用产生约4.2伏特的标称完全充电输出电压的锂离子电池实现电池 112。由于这种类型的电池在使用中变得耗尽，因此，电压VBAT将 趋于下降。下降速率在开始时是逐渐的，并且当电池116接近耗尽时， 将趋于加速。

电池112的过量充电会不利地影响电池寿命。控制电路100因此 可使用电压检测器电路102以通过使用路径134监视VABT的大小。 当电池电压VABT通过阈值量VH（例如，充满的97%）时，充电可 被中止。控制电路100可例如打开开关108以防止电力在电力转换器 12与设备10之间流动。通过在电池112达到其理论的最大充电值之 前中止充电操作，可以延长电池寿命。如果希望的话，电池112可更 满地被充电（例如，以使电池容量最大化）或者不那么被充满（以帮 助进一步延长电池寿命）。使用电池的完全充电电压的97%的最大充 电阈值仅是说明性的。

当控制电路100打开开关108以中止充电时，电力转换器12使用 其负载检测电路以识别跨其输出的负载的不存在。这允许电力转换器 12进入睡眠模式以节省电力。

设备10可继续通过使用其电池储备正常地操作。将电力转换器 12插入设备10中的用户一般期望设备10完全充电。因此，当附接电 力转换器12时，可能希望限制设备10可耗尽其电池的量。可通过使 用电压检测器102以检测电池112何时被充分放电以导致电池输出电 压VBAT下降为低于给定阈值（例如，低于阈值电压VH但仍相对较 高的阈值电压VL）来实现这一点。如果例如上阈值电压VH为电池 112的最大电池电压的97%，那么下阈值电压VL可以为电池112的 最大电池电压的95%（作为例子）。也可使用VH和VL的其它值（例 如，高于充满的85%的值、高于充满的90%的值、高于充满的95% 的值等）。使用上下阈值电压VH和VL的充满阈值的97%和95%仅 是说明性的。

只要VBAT保持高于VL，控制电路100就可允许设备10利用其 电池储备进行操作。这允许电力转换器12保持在其睡眠状态。但是， 如果电压检测器电路102确定VBAT低于VL，那么电力转换器12可 被唤醒以对电池112进行再充电。

在图4中示出图解说明典型的使用方案的示图。在图4的例子中， 电池112的电压VBAT在开始处于电压V1上（即，在时间t1上）。 本例子中的设备10在开始时不与电力转换器12连接，因此，电池112 被用于向设备10供电。因此，电力转换器12不具有跨其输出的负载， 并进入其睡眠状态。在设备10被操作时，设备10的电路消耗电力并 且电池电压VBAT下降到电压V2。

在时间t2上，用户决定设备10中的电池应被充电并因此连接设 备10与电力转换器12。用户可例如使用通用串行总线电缆或其它电 缆以电连接电力转换器12的输出与设备10的输入（即，连接图3中 的连接器118中的接触与连接器116的相应接触）。

当设备10与电力转换器12连接时，由于保护电路106中的开关 108被关闭，因此，电力转换器12的自动负载检测电路自动检测设备 10的存在。当负载被检测到时，电力转换器12醒来并向设备10供给 电力。该电力被用于将电池112充电。如果希望的话，可以在设备10 的显示器上显示诸如图标138的视觉状态指示符以指示设备10当前正 在充电。在时间t3上，电压VBAT上升为高于阈值电压VL。虽然没 有充电到其理论最大值，但是，VL上的电池电压足够高，以至于可 能希望在设备10的显示器上显示诸如图标140的图标以指示电池112 被充电。为了避免把用户搞糊涂，即使可以将电池112充电到高于VL 的值的范围中的任一个，只要VBAT具有高VL的值时就可显示该“完 全充电”指示。

在充电过程中，设备10可使用电压检测器102以监视线134上的 VBAT的值。当VBAT在时间t4上达到（超过）上阈值电压VH时， 控制电路100可打开开关108并允许设备10由电池112供电。当开关 108在时间t4上被打开时，在设备10的输入端口上存在开路条件。 结果，电力转换器12的自动负载检测电路感测跨其输出的负载的不存 在。因此，指示电力转换器12进入其睡眠模式以节省电力。如果希望 的话，可通过使用通信电路104和通信电路92在设备10的控制电路 100与电力转换器12的控制电路54之间传送使电力转换器12进入睡 眠状态的命令。当可以接受电路104和92的增大的复杂性时（例如， 当这些电路也被用于实现系统8中的附加功能时），通信电路104和 92的使用会是令人满意的。在希望使成本和复杂性最小化的情况下， 可能优选地通过调制保护电路106中的开关108的状态来控制电力转 换器12。因此，有时在这里作为例子描述设备10指示电力转换器12 通过控制开关电路108的状态改变其状态的说明性方案。

在时间t4上打开开关108之后，设备10转为电池电力。因此， VBAT的值从时间t4上的VH下降到时间t5上的VL。时间t4与时 间t5之间的所显示的电池指示符图标的变化会把期望设备10被完全 充电的用户搞糊涂。如图4所示，会因此希望即使在电压VBAT在 VL与VH之间波动时也在设备10的显示器上显示固定的“完全充电” 电池充电状态指示符（例如，图标140）。当控制电路100检测到VBAT 下降到VL（时间t5）时，控制电路100可关闭开关108。因此，电力 转换器12检测跨其输出的负载的存在，并且将从其睡眠模式醒来以向 设备10传输电力。当电力被传输时，充电电路110将电池112充电。

在图4的例子中，电池112的电压VBAT在时间t6上达到上电 压阈值VH。当通过电压检测器102检测到该条件时，控制电路100 可重新打开开关108。这将电力转换器12置于睡眠模式。只要设备10 和电力转换器12保持连接，该过程就可被重复。每当电池电压在充电 中达到VH，设备10就切换到电池电力并打开开关108或另外指示电 力转换器12进入其待机模式。每当电池电压下降到VL，开关108就 被关闭，或者采取其它行动以唤醒电力转换器12并将电池再充电。

在图4例子中，用户决定在时间t7上从电力转换器12断开设备 10。这从电力转换器12的输出去除通过设备10给出的负载，使得电 力转换器12可进入其睡眠模式。设备10可在时间t7之后的时间上利 用电池电力进行操作。当电池112的电力被消耗时，电压VBAT将因 此下降。可以在设备10上显示电池水平指示符以向用户提供关于电池 水平的实时信息。例如，可以显示诸如指示符142的电池水平指示符 （例如，通过使用具有大量的不同水平的满/空量计，表示作为完全充 电的百分比的剩余量，等等）。

在图5中示出包括于系统8的操作设备10和电力转换器12的操 作中的说明性步骤的流程图。

在步骤146的操作中，设备10与电力转换器12相互连接（例如， 通过使用电缆或其它连接）。电池电压VBAT比阈值电压VH低。电 力转换器12被唤醒并且向设备10供电以将电池112充电。电压检测 器102被用于监视VBAT的电平。步骤146作为例子可与图4的t2 与t4之间的时间上的系统8的配置对应。

控制电路100使用电压检测器102以确定VBAT何时超过VH。 当VBAT上升为高于VH时，控制电路10打开开关108（步骤148）。 当开关108被打开时，不再存在跨电力转换器12的输出的负载。电力 转换器感测跨其输出的负载的不存在（步骤150）并进入睡眠模式。

当电力转换器12正在睡眠时，不从电力转换器12向设备10传输 电力。在这种状态下，设备10在监视电压VBAT的同时利用电池电 力进行操作（步骤160）。在没有外部电源的情况下，如图4的示图 的t4与t5之间的时间的所示，电池电压VBAT下降。

当设备10感测到VBAT下降为低于VL时，设备10关闭开关108 （步骤158）。在步骤144上，电力转换器12感测跨其输出存在负载 （由于开关108的关闭状态）并因此从睡眠状态醒来。电力从而可被 传输到设备10（步骤146）。

如果在步骤146的操作或步骤160的操作期间用户断开电力转换 器12与设备10，那么，在电力转换器12将进入睡眠模式的同时，设 备10将在来自电池112的电池电力下进行操作（步骤156）。开关108 可在步骤156的操作期间保持关闭，使得电力转换器12将能够检测设 备10与电力转换器12何时相互连接。

一旦用户重新连接设备10与电力转换器12，电力转换器12就将 感测其输出上存在负载（步骤152）。电力转换器12因此进入其正常 的活动状态并开始向设备10供给电力（步骤146）。

如果希望的话，作为通过打开和关闭开关108进行通信并通过使 用转换器12的负载检测电路来检测开关108的状态的替代，设备10 和电力转换器12可通过使用通信电路104和92进行通信。作为例子 给出使用开关108的状态以指示转换器12在睡眠模式或活动状态下进 行操作。

根据一实施例，提供一种操作电子设备的方法，所述电子设备从 在睡眠模式和活动模式下操作的电力转换器接收电力，所述方法包括： 在电力转换器与电子设备连接时，周期性地使用电子设备中的电路以 在睡眠模式和活动模式之间切换电力转换器。

根据另一实施例，提供一种方法，其中，周期性地使用电路包括 通过使用电子设备中的通信电路向电力转换器发送数字数据。

根据另一实施例，提供一种方法，其中，电子设备具有带有电接 触的输入输出端口，并且，周期性地使用电子设备中的电路以在睡眠 模式与活动模式之间切换电力转换器包括通过电接触中的至少第一电 接触向电力转换器传送控制信号，该方法还包括：当电力处于活动模 式时，通过与电接触中的第一电接触不同的电接触中的至少第二电接 触从电力转换器接收电力。

根据另一实施例，提供一种方法，其中，周期性地使用电路包括 周期性地打开和关闭与电子设备中的输入输出端口相关的开关电路， 以向电力转换器给出在存在和不存在之间交替的输出负载。

根据一实施例，提供一种选择性地耦合到交流（AC）到直流（DC） 电力转换器的电子设备，该电子设备包括：电池；电连接电力转换器 中的输出线的连接器；和电路，该电路被配置成：在电力转换器与连 接器连接的同时，在使连接器与电池电隔离的同时从电池接收电力； 和在电耦合连接器与电池的同时通过输出线从电力转换器接收电力。

根据另一实施例，提供一种电子设备，其中，电路包括被配置成 监视电池上的电压以确定电池在使连接器与电池电隔离之前是否具有 足够的电荷的电压检测器。

根据另一实施例，提供一种电子设备，该电子设备还在电路中包 括显示表示由电池产生多大电压的电池状态信息的显示器。

根据一实施例，提供一种操作具有电池的电子设备以使得被附接 到电子设备上的电力转换器可周期性地进入低电力睡眠状态的方法， 该方法包括：在从电池将电子设备供电的同时，通过使用电子设备中 的开关电路将附接的电力转换器与电子设备电隔离，使得附接的电力 转换器感测到输出负载的不存在并进入低电力睡眠状态；并且，当电 池上的电压下降为低于给定量时，通过使用开关电路电气连接附接的 电力转换器与电子设备，使得附接的电力转换器感测到存在输出负载 并从低电力睡眠状态醒来以向电子设备供给电力。

根据另一实施例，提供一种方法，其中，电子设备具有电压检测 器，该方法还包括监视电池上的电压以确定何时电池上的电压下降为 低于给定量。

根据另一实施例，提供一种方法，其中，开关电路在与电子设备 中的输入输出端口连接器耦合的保护电路中包括至少一个开关，并且， 电隔离附接的电力转换器包括打开开关以电隔离电子设备内的电路与 输入输出端口连接器。

根据另一实施例，提供一种方法，其中，该方法还包括：监视电 池上的电压以确定电池上的电压何时上升为高于阈值电压，其中，阈 值电压大于给定量。

根据另一实施例，提供一种方法，其中，该方法还包括：当电池 上的电压在高于给定量的不同值之间波动时，在电子设备中的显示器 上显示表示电池充满的固定电池充电水平指示符。

根据一实施例，提供一种电子设备，该电子设备包括：输入；产 生电池电压的电池；与所述电池耦合的电路；与所述输入耦合的开关 电路，所述开关电路能够在使所述输入与所述电路电隔离的打开状态 和电连接所述输入与所述电路的关闭状态下操作；和所述电路中的感 测所述电池电压的电压检测器，其中，所述电路被配置成：在所述电 压检测器感测到所述电池电压超过第一阈值电压的任何时候，打开所 述开关电路以电隔离所述输入；和在所述电压检测器感测到所述电池 电压低于第二阈值的任何时候，关闭所述开关电路以电连接所述输入 与所述电路，其中，所述第二阈值电压比所述第一阈值电压低。

根据实施例，提供一种电子设备，该电子设备还包括：与所述输 入耦合的保护电路，其中，所述开关电路形成所述保护电路的至少一 部分。

根据实施例，提供一种电子设备，该电子设备还包括：当所述开 关电路被关闭时从所述输入接收电力并且给所述电池充电的充电电 路。

根据实施例，提供一种电子设备，该电子设备还包括：当所述开 关电路被关闭时从所述输入接收电力并给所述电池充电的充电电路。

根据实施例，提供一种电子设备，该电子设备还包括：在所述电 池电压在高于所述第二阈值的范围内波动时显示固定电池充电状态指 示符的显示器。

根据实施例，提供一种电子设备，该电子设备还包括：在所述输 入处的输入连接器，其中，所述输入连接器具有多个接触，其中所述 输入连接器被配置成从与所述接触中的至少一些接触连接的电力转换 器接收电力；和所述电路中的通过所述接触向所述电力转换器传送数 字数据信号的通信电路。

根据一实施例，提供一种用于操作包括具有连接器的电子设备并 且包括电力转换器的系统的方法，所述电力转换器有时与所述连接器 连接并且有时与所述连接器断开，所述方法包括：在所述电力转换器 与所述连接器断开的任何时候，使用所述电力转换器中的负载检测电 路以检测在所述电力转换器中不存在输出负载，并且，响应于检测到 所述输出负载的不存在，将所述电力转换器置于睡眠模式下；并且在 所述电力转换器与所述电子设备连接的任何时候，周期性地电隔离所 述电子设备中的电路与在用电池向所述电路供电时与所述电力转换器 连接的所述连接器。

根据另一实施例，提供一种方法，其中，周期性地电隔离所述电 子设备中的电路与所述连接器包括：当所述电池具有高于给定阈值电 压的电压时，周期性地打开开关以使所述电路与所述连接器隔离。

以上仅是本发明的原理的解释，并且，本领域技术人员可以在不 背离本发明的范围和精神的情况下提出各种变更方式。可单独地或者 以任何的组合实现以上的实施例。