AC adapter for laptop

       Tak się składa, że nawalił zasilacz sieciowy do mojego zasłużonego laptopa, a konkretnie uszkodził się  kabel zasilający na jego wyjściu,  co jest dla mnie zagadką techniczna, jak to się mogło stać. Kupiłem więc na Allegro odpowiednik z myślą, że kiedyś jak się zmobilizuje naprawie ten zasilacz i  będę miał dwa. Ładowarka do SAMSUNG NP350E5C NP350E7C NP350V5C: Napięcie wyjściowe: 19V; Natężenie: 4,74A; Typ wtyczki: 5,5x3,0mm; Moc maksymalna: 90W; Napięcie wejściowe: 100V-240V; Zabezpieczenia: przeciwprzepięciowe, przeciążeniowe, przed przegrzaniem, przed przeładowaniem  Problem zasilacza zmobilizował mnie do krótkiego przeglądu patentów z tej dziedziny, który niestety uświadomił mi, że jest to temat rzeka i trudno będzie kompleksowo omówić stan techniki w tej dziedzinie w pojedynczym artykule. Zakładam więc, że opracuje kolejny materiał z tej dziedziny z akcentem na historie rozwoju baterii Li-ion, które obecnie szturmem opanowują różne branże elektroniki użytkowej i motoryzacji.

US5986437 Power supply system for portable electronic, SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD, LEE CHANG-HUM, Data patent: 16.11.1999.  Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie nowatorskiego systemu zasilania dla przenośnego urządzenia elektronicznego z ładowalną baterią, który reguluje prąd ładowania baterii w zależności od prądu pobieranego przez urządzenie przenośne. Dodatkowym atutem jest  zapewnienie systemu zasilania urządzenia przenośnego o małej utracie mocy i wysokiej wydajności ładowania baterii, który jest  zdolnego do szybszego ładowania akumulatora i skracania czasu ładowania akumulatora bez powiększania rozmiaru zasilacza prądu przemiennego.

FIG.1 jest schematem blokowym przykładowego laptopa wyposażonego w baterie; FIG.2 jest schematem obwodu wcześniejszego systemu zasilania urządzenia przenośnego mającego obwód ładowania IS do ładowania baterii wielokrotnego ładowania; FIG.3 jest schematyczną reprezentacją ilustrującą typową operację ładowania baterii we wcześniejszym systemie zasilania;   FIG.4 przedstawia schemat blokowy, a FIG.5 jest szczegółowym schematem obwodu nowatorskiego systemu zasilania urządzenia przenośnego według przykładu wykonania niniejszego wynalazku; FIG.6 jest schematycznym przedstawieniem ilustrującym operację ładowania baterii z  układu zasilania według wynalazku z FIG.4 i 5.

FIG.1 jest schematycznym rysunkiem przedstawiającym przykładowe przenośne urządzenie elektroniczne działające na baterie, w postaci wymiennego akumulatora 8, które są powszechnie używane do zasilania przenośnych urządzeń elektronicznych 6, takich jak komputery osobiste, procesory tekstu, różne przenośne telefony i tak dalej, gdy konwencjonalne gniazdka elektryczne 2 nie są dostępne.  Zasilacz prądu  przemiennego 4  jest  również  zwykle dostarczany do zasilania urządzenia przenośnego, ponieważ współczesny użytkownik ma dostęp do gniazdka elektrycznego 2. Zasilacz prądu przemiennego ponadto dostarcza energię do obwodu ładowania baterii,   który ładuje baterie 8 urządzenia przenośnego.

System zasilania komputera przenośnego według FIG.2 zawiera adapter prądu przemiennego 4, który przekształca napięcie przemienne w stabilne napięcie stałe (prąd stały). Adapter prądu przemiennego 4 jest podłączony do przetwornika DC/DC,10.  Przetwornica DC/DC 10 działa w konwencjonalny sposób, dostarczając energię do obsługi jednostki systemowej 20 przenośnego systemu komputerowego mającego różne komponenty. Zasilacz prądu przemiennego 4 jest również podłączony do obwodu ładowania akumulatora 30 w celu ładowania pakietu akumulatorów 8. Obwód ładowania akumulatora 30 zawiera mikroprocesor  130 do sterowania ładowaniem pakietu akumulatorów 8.  Ten mikroprocesor 130 jest zasilany energią przez obwód regulatora 110, przy czym obwód ładowania akumulatora 30 zawiera ponadto obwód  wykrywania napięcia adaptera 120.  Obwód sterujący ładowania prądem stałym 150 zawiera obwód przełączający 151, obwód  magazynujący  energię 152 do  magazynowania energii elektrycznej  pochodzącej  z obwodu przełączającego 151, obwód wykrywający prąd ładowania 153 do wykrywania prądu ładowania, który przepływa z obwodu przełączającego 151 do pakiet akumulatorów 8,   wykorzystujący spadek napięcia na rezystorze R153   i  wyprowadzający sygnał detekcji prądu o amplitudzie odpowiadającej natężeniu prądu ładowania, oraz sterownik przełączający 154 z modulacją szerokości impulsu (PWM), który steruje czasem włączenia/wyłączenia tranzystora Q152   w obwódzie przełączającym 151, przez wyprowadzanie sygnału impulsowego, który ma cykl roboczy odpowiadający poziomowi napięcia na  jego zacisku sprzężenia zwrotnego FB, podłączonego do zacisku wyjściowego obwodu pomiarowego prądu ładowania 153. Prąd ładowania płynący z zacisku wejściowego 5 do zacisku wyjściowego 7 jest sterowany zgodnie z napięciem sterującym, które jest doprowadzane do zacisku sprzężenia zwrotnego  FB  sterownika  PWM  154.

Rysunek FIG. 3,  ilustruje typową operację ładowania baterii  laptopa według,  którego  cały prąd wejściowy S1 z zasilacza sieciowego 4 jest używany do ładowania akumulatora 8, aż do włączenia jednostki systemowej 20.  Gdy jednostka systemowa 20 jest włączona, prąd ładowania jest zmniejszany do stałego prądu S3, biorąc pod uwagę maksymalny prąd systemowy S2 pobierany przez jednostkę systemową 20. Jednakże jednostka systemowa 20 nie zawsze zużywa swój maksymalny prąd S2 podczas pracy. Oznacza to, że prąd S2a pobierany przez jednostkę systemową 20 zmienia się zgodnie ze stanem roboczym jednostki systemowej 20. W systemie zasilania jest zatem pozostała część  S2b prądu, która nie jest wykorzystywana przez jednostkę systemową. 20 lub obwód ładowania akumulatora 30.   W rezultacie dochodzi do utraty mocy i nieefektywnego ładowania akumulatora w laptopie.

FIG.4 i 5 ilustrują system zasilania według przykładu wykonania niniejszego wynalazku.  System zasilania jest odpowiedni dla komputera przenośnego, który może być zasilany ze źródła prądu stałego zasilanego z akumulatora lub zasilacza sieciowego.  Odnosząc się do FIG.4 i 5, system zasilania zawiera adapter prądu przemiennego 4  do dostarczania pewnej ilości mocy  prądu stałego (np.24 do 30 watów) do komputera przenośnego. W popularnych laptopach  konwerter prądu przemiennego, przekształca napięcie przemienne od 100V do 240V na stabilne napięcie stałe (prąd stały) o wartości około 12V do 15V.   System zasilania zawiera ponadto konwerter DC/DC 10 do dostarczania różnych napięć roboczych niezbędnych dla jednostki systemowej 20 laptopa, mającego różne komponenty i obwód ładowania baterii 30 do ładowania zestawu 8 akumulatorów.  Obwód 120 wykrywający napięcie adaptera i obwód wykrywający napięcie akumulatora 140 wykrywają napięcia wyjściowe adaptera prądu przemiennego 4  i  pakietu  baterii 8  oraz   generują odpowiednio sygnał pomiarowe  napięcia adaptera i sygnał pomiarowy  napięcia akumulatora, które są dostarczane do mikroprocesora  130. Mikroprocesor 130 steruje działaniem obwodu sterowania prądem stałym 150 w odpowiedzi na sygnały detekcji. W szczególności, gdy napięcie akumulatora osiągnie z góry określone napięcie, mikroprocesor 130 kończy ładowanie akumulatora, aby chronić akumulator przed uszkodzeniem w wyniku przeładowania. Mikroprocesor  130 steruje również działaniem obwodu sterującego prądem stałym 150 zgodnie z temperaturą otoczenia pakietu akumulatorów 8, która jest wykrywana przez wrażliwy na temperaturę rezystor TP w pakiecie akumulatorów 8.

Obwód sterujący ładowania prądem stałym 150 zawiera obwód przełączający 151, obwód magazynujący energię 152, obwód 153 wykrywający prąd ładowania i sterownik przełączający 154 z modulacją szerokości impulsu (PWM). Obwód przełączający 151 składa się z rezystorów R151 i R152, diod D151 i D152 oraz tranzystorów Q151 i Q152, którego zadaniem jest  dostarczania zmiennej ilości prądu ładowania do pakietu akumulatorów 8.  Sterownik przełączający PWM 154 steruje czasem włączenia/wyłączenia tranzystora Q152 wewnątrz obwodu przełączającego 151 przez wyprowadzenie sygnału impulsowego, którego cykl roboczy odpowiada  poziomowi napięcia  na  zacisku sprzężenia zwrotnego FB.  Zespół 152 magazynowania energii, składający się z cewki indukcyjnej L151, diody D153 i kondensatora C153, jest przewidziany do magazynowania energii elektrycznej pochodzącej z obwodu przełączającego 151. Obwód pomiarowy 153 prądu ładowania jest podłączony między obwodem magazynującym energię 152  a  zestawem akumulatorów 8.  Obwód 153 pomiarowy prąd ładowania ma rezystor R153 do detekcji  prądu ładowania i obwód wzmacniacza złożony z rezystorów R157, oraz  R158, diody  D154 i wzmacniacz operacyjny U151.  Obwód wzmacniacza wzmacnia spadek napięcia na rezystorze R153 i generuje sygnał detekcji prądu ładowania. Obwód ładowania akumulatora zawiera ponadto obwód pomiarowy prądu wejściowego 170, który jest umieszczony między adapterem prądu przemiennego 4,  a obwodem sterującym 150 stałym prądem ładowania.  Obwód detekcji  prądu wejściowego 170 ma rezystor wykrywający prąd R161 podłączony między zaciskiem wejściowym 5, a węzłem  N1 oraz obwód wzmacniacza, który składa się z rezystorów R162 do R172, diody D171 i wzmacniacza operacyjnego U161. Rezystor R161 ma rezystancję od kilku do kilkudziesięciu Ω -omów, aby maksymalnie zredukować straty mocy. Obwód wzmacniacza wzmacnia spadek napięcia na rezystorze R161  i  generuje sygnał detekcji prądu wejściowego.

Gdy laptop, czyli  jednostka systemowa 20  jest wyłączona, zgodnie z FIG.6  prąd wejściowy, tj. prąd znamionowy S1 (np. 2A) zasilacza prądu przemiennego 4 jest używany do ładowania akumulatora 8. Natomiast gdy laptop,  jednostka systemowa 20 jest włączona,  prąd wejściowy nie przekracza prądu znamionowego adaptera prądu przemiennego 4, a mianowicie suma prądu systemu pobieranego przez jednostkę systemową 20 i prądu ładowania pobieranego przez obwód ładowania akumulatora 30 nie jest większy niż prąd znamionowy zasilacza prądu przemiennego. Wówczas  obwód wykrywający prąd ładowania 153 dostarcza stały poziom napięcia sygnału pomiarowego prądu ładowania do zacisku sprzężenia zwrotnego  FB  sterownika PWM 154.  Dlatego obwód sterujący 150 stałym prądem ładowania dostarcza z góry określony prąd ładowania S3 + S3′ (np. około 1,0. około 1,5A) do pakietu akumulatorów 8.  Z drugiej strony, gdy prąd systemu pobierany przez jednostkę systemową 20 jest zwiększany, prąd wejściowy nie  przekracza prądu znamionowego adaptera prądu przemiennego 4.   W ten sposób poziom napięcia na zacisku sprzężenia zwrotnego FB kontrolera PWM 154 jest zwiększany, co powoduje, że obwód sterowania stałym prądem ładowania 150 zmniejsza prąd ładowania dostarczany do pakietu akumulatorów 8. W tym czasie prąd ładowania jest zmniejszany proporcjonalnie do wzrostu prądu wejściowego z powodu wzrostu prądu systemu pobieranego przez jednostkę systemową 20.   Na przykład, jeśli prąd znamionowy zasilacza prądu przemiennego wynosi 2,0A, a prąd pobierany przez  jednostkę systemową  20 wynosi 1,0A, obwód sterowania 150 stałym prądem ładowania dostarcza 1,0A  prądu do pakietu akumulatorów 8.   W tych samych warunkach, jeśli jednostka systemowa 20 pobiera 0,5A prądu, obwód sterujący 15 stałym prądem ładowania dostarczy 1,5A prądu ładowania do pakietu akumulatorów 8. W ten sposób prąd wejściowy  zachowa wielkość prądu znamionowego zasilacza do momentu zakończenia ładowania akumulatora. Ponadto, jeśli prąd ładowania nie jest już dostarczany do pakietu akumulatorów z powodu zakończenia ładowania akumulatora,  prąd  wejściowy pozostanie poniżej prądu znamionowego zasilacza sieciowego.

US9998611  Method, device and system for implementing quick charging, ZTE CORP, Zhang et al., Data patentu:12.06.2018.  Patent przedstawia  metodę, urządzenie i system do realizacji szybkiego ładowania. System obejmuje: terminal mobilny i podłączony adapter, odpowiednio przełączający linie sygnałowe, które rozciągają się do interfejsu ładowania w celu połączenia z liniami ładowania; oraz adapter ładujący terminal mobilny z ustawionym zasilaniem w trybie szybkiego ładowania.  Praktycznie w  celu zwiększenia natężenia prądu ładowania  wykorzystuje się istniejące linie sygnałowe do zwiększenia przekroju  linii prądu  ładowania, czyli  realizuje się cel realizacji szybkiego ładowania, za pomocą prądu o zwiększonym natężeniu.

 FIG.1 ilustruje schemat blokowy sposobu szybkiego ładowania według wynalazku; FIG.2 ilustruje schematyczny diagram interfejsu linii danych w niniejszym opisie;   FIGA.3 ilustruje schemat strukturalny terminala mobilnego według wynalazku;  FIG.4 przedstawia schemat strukturalny adaptera dostarczonego według wynalazku;  FIG.5 ilustruje schemat zasady działania modułu wykrywania funkcji ładowania;   FIG.6 ilustruje schemat zasady dopasowania funkcji między terminalem mobilnym a adapterem;  FIG.7 przedstawia schemat zasady przełączania linii między terminalem mobilnym a adapterem; FIG.8 ilustruje schemat zasady działania modułu przełączania mocy adaptera,  według wynalazku.

Sposób szybkiego ładowania według schematu blokowego z FIG.1 realizowany jest w następujących krokach:  W etapie 101 terminal mobilny i podłączony adapter odpowiednio przełączają linie sygnałowe, które rozciągają się do interfejsu ładowania w celu połączenia z liniami ładowania,  przy czym  terminal mobilny i podłączony adapter wykonają przełączanie linii sygnałowej,  jeżeli terminal mobilny i podłączony adapter obsługują funkcję szybkiego ładowania. W tym celu terminal mobilny i podłączony adapter muszą komunikować się wzajemnie, aby sprawdzić czy obsługiwana jest funkcja szybkiego ładowania. Jeżeli warunek jest spełniony terminal mobilny wysyła sygnał dopasowujący do podłączonego adaptera,  a adapter odpowiada na odebrany sygnał dopasowania, gdy adapter obsługuje szybkie ładowanie.   Innymi słowy, terminal mobilny, który obsługuje szybkie ładowanie, wyśle ​​sygnał dopasowania,  a  adapter ustali,  że terminal mobilny obsługuje funkcję szybkiego ładowania, gdy adapter odbierze sygnał dopasowania.  Podobnie adapter obsługujący szybkie ładowanie odpowiadałby na dopasowany sygnał,  a terminal mobilny, który odbiera sygnał odpowiedzi, określałby, że adapter obsługuje funkcję szybkiego ładowania. Po komunikacji z wynikiem pozytywnym  można przeprowadzić odpowiednią konfigurację interfejsu do szybkiego ładowania. 

Ponieważ linie ładowania są pogrubione w kroku 101, bieżące linie ładowania mogą przenosić większy prąd ładowania, w tym momencie realizowany jest etap 102, podczas którego adapter jest przełączany na ustawioną moc wysokiego rzędu w celu ładowania terminala mobilnego, aby osiągnąć efekt szybkiego ładowania. Na tym etapie prąd wyjściowy o ustawionej mocy wysokiego rzędu może wynosić 2A. W tym przykładzie wykonania zakłada się, że zarówno terminal mobilny, jak  i podłączony adapter obsługują funkcję szybkiego ładowania, interfejs ładowania używany przez terminal mobilny jest interfejsem USB, a adapter jest interfejsem Micro USB, który jest obecnie stosunkowo powszechnie używany.  Lewa strona FIG.2  ilustruje schemat interfejsu USB, linii danych adaptera,  a  prawa strony ilustruje schemat interfejsu Micro USB  linii danych terminala mobilnego. Po pomyślnym dopasowaniu adaptera do terminala mobilnego, adapter i terminal mobilny odpowiednio łączą linie D + i D−   z  liniami Vbus  i GND, aby zwiększyć maksymalne prąd ładowania, który może przepływać przez linie ładowania w celu realizacji szybkiego ładowania. 

Szczegółowy przebieg operacji dopasowania  polega na tym,  że terminal mobilny monitoruje zmianę napięcia Vbus interfejsu Micro USB   i ocenia, czy terminal mobilny jest w stanie ładowania.  Gdy terminal mobilny jest w stanie ładowania, terminal mobilny wykorzystuje linie sygnałowe D+ i D- do wysyłania kontrolnego sygnału do adaptera ładującego, adapter w sposób ciągły skanuje linie sygnałowe D+ i D- i wysyła  sygnał potwierdzenia do terminala mobilnego, po odebraniu sygnału dopasowania wysłanego przez terminal mobilny, aż dopasowanie powiedzie się po odebraniu przez terminal mobilny sygnału dopasowania, zwróconego przez adapter.  Po pomyślnym dopasowaniu terminal mobilny odłącza linię sygnału D+ w interfejsie Micro USB  od  linii  danych procesora terminala mobilnego  i  łączy linię sygnałową D+ z linią Vbus w interfejsie Micro USB,  aby uzyskać funkcję pogrubienia Vbus linii   i   odłącza linię sygnału D-   w  interfejsie Micro USB od  linii danych procesora terminala mobilnego  i  łączy linię sygnału D- z linią GND w interfejsie Micro USB w celu uzyskania funkcji pogrubienia linii GND, a jednocześnie adapter odłącza linię sygnału D+ w interfejsie Micro USB  od  linii danych procesora adaptera  i  łączy  linię sygnału  D+ z linią Vbus   w   interfejsie Micro USB, aby uzyskać funkcję pogrubienia  linii  Vbus,

Po wykonaniu przez adapter przełączania linii, adapter jest przełączany w ustawiony tryb zasilania wysokiego rzędu,  a  znamionowy prąd wyjściowy wynosi 2A, aby zrealizować szybkie ładowanie. Jeśli jednak adapter i terminal mobilny nie pasują do siebie, tj. co najmniej jeden adapter lub  terminal mobilny nie obsługują funkcji szybkiego ładowania, adapter wykonuje ładowanie zgodnie ze wspólnym trybem ładowania, tzn.. prąd ograniczony jest do  1A, aby zagwarantować bezpieczeństwo użytkowania. Przykładem  mobilnego terminala, może być  telefon komórkowy lub tablet,  w którym do  współpracy z adapterem do realizacji szybkiego ładowania, dodawany jest moduł 310  przełączania  linii sygnałowych, które rozciągają się do interfejsu ładowania w celu połączenia z liniami ładowania po podłączeniu adaptera.  Ponadto terminal mobilny zawiera  moduł 320 monitorowania ładowania i pierwszy moduł 330  dopasowywania funkcji , które są wykorzystywane do współpracy z modułem 310 przełączania  linii sygnałowych  w celu realizacji szybkiego ładowania.

US9590436Quick Master-slave multi-phase QUALCOMM INC, Sporck et al., Data patentu: 7.03.2017.  Obwód ładowania baterii zawiera dwa lub więcej obwodów ładowania, z których każdy może ładować baterię. Wyjścia ładujące obwodów ładowania są ze sobą połączone i można je podłączyć równolegle  do akumulatora, aby zapewnić szybkie ładowanie akumulatora. Obwody ładowania można skonfigurować tak, aby nie zakłócały się wzajemnie podczas ładowania akumulatora.

FIG.1 przedstawia przykład wykonania na poziomie płytki obwodu drukowanego (PCB);  FIG.1A ,1B przedstawiają dodatkowe ilustracyjne przykłady wykonania zgodnie z wynalazkiem;  FIG.2 przedstawia ogólny widok obwodu ładowania;  FIG.3 przedstawia jednofazową konfigurację obwodu ładowania;  FIG.4A i 4B przedstawiają dwufazową konfigurację obwodów ładowania;  FIG.5A,5B, 5C przedstawiają trójfazową konfigurację obwodów ładowania;   FIG.6 ilustruje przykład implementacji obwodu ładowania tylko nadrzędnego;  FIG.7 ilustruje przykład implementacji obwodu ładowania tylko podrzędnego; FIG.8A, 8B i 8C ilustrują przykład wykonania konfiguracji z dwoma wejściami typu master-slave; FIG.9  przedstawia przykład wykonania dla urządzenia głównego z dwoma wejściami; FIG.10 i 10A przedstawiają przykłady wykonania poziomu płytki obwodu drukowanego (PCB); FIG.11 i 11A ilustrują szczegóły obwodu ładowania; FIG.12 przedstawia  przykładowy obwód ładowania baterii; FIG. 13A-13D ilustrują operację ładowania baterii;

FIG.1 przedstawia część płytki obwodu drukowanego (PCB) 10 wypełnioną urządzeniami do ładowania baterii.  PCB 10 może być płytką drukowaną, na przykład w mobilnym urządzeniu komputerowym, smartfonie i ogólnie w dowolnym urządzeniu elektronicznym. Płytka PCB 10 może być wypełniona urządzeniami do ładowania akumulatorów 102, 102a, 102b, przy czym każda z ładowarek 102, 102a, 102b może być umieszczony w dowolnym odpowiednim formacie obudowy układu scalonego (IC)   i  połączone ze sobą na PCB 10.  Zgodnie z przykładem wykonania, urządzenia do ładowania baterii 102 , 102a, 102b mogą być połączony z baterią 22 poprzez złącze 24 (np. zacisk baterii) w celu skoordynowanego ładowania baterii przez urządzenia do ładowania baterii. Bateria 22 może zawierać dowolną znaną konfigurację jednego lub więcej ogniw  różnego typu  np. litowo-jonowe. W niektórych przykładach wykonania urządzenia do ładowania baterii 102, 102a, 102b działają jako konwertery buck, a w innych przykładach wykonania  mogą zawierać konwertery buck-boost. W niektórych przykładach wykonania, element indukcyjny przetwornika buck może być zapewniony jako zewnętrzne elementy indukcyjne 14 umieszczone na PCB 10. Odpowiednio, każde urządzenie do ładowania baterii 102, 102a, 102b może być połączony z odpowiednim zewnętrznym elementem indukcyjnym 14, takim jak cewka indukcyjna. Elementy indukcyjne 14   są „zewnętrzne” w tym sensie, że nie są częścią ładujących układów scalonych, które zawierają urządzenia do ładowania akumulatorów 102, 102a, 102b.  Podobnie, element pojemnościowy przetworników buck może być zapewniony jako zewnętrzny element pojemnościowy 16 na PCB 10, który może być współdzielony przez każde urządzenie do ładowania baterii 102,  102a,  102b.  Element pojemnościowy 16 jest „zewnętrzny” w tym sensie, że nie jest częścią ładujących układów scalonych, które zawierają urządzenia do ładowania akumulatorów 102, 102a, 102b.

Zasilanie urządzeń do ładowania baterii 102, 102a, 102b może być dostarczane zewnętrznie przez dowolny odpowiedni łącznik 26.  Jedynie jako przykład, złącze 26 może być złączem USB. Zasilanie  z  linii  VBUS złącza USB można podłączyć do urządzenia 102. Przykładowe urządzenie do ładowania baterii 102, FIG.2 może zawierać układ IC 202,  który realizuje   funkcje ładowania baterii  przy  użyciu konwertera buck lub konwertera buck-boost, przy czym układ ładujący IC 202  może  zawierać tranzystor FET 214  po stronie z  wysokim napięciem  oraz tranzystor FET po niskiej stronie napięcia 214b, który można skonfigurować w topologii przetwornika buck w połączeniu z elementem indukcyjnym 14   i  elementem pojemnościowym 16.

Obwód sterujący z modulacją szerokości impulsu (PWM) może wytwarzać sygnały sterujące bramką (HS, LS) na swoim wyjściu przełączającym w celu przełączania bramek odpowiednich tranzystorów FET, 214a oraz 214b. Obwód sterownika PWM może odbierać sygnał sterujący trybu prądowego na swoim wejściu sterującym i sygnał zegarowy na swoim wejściu zegarowym, aby sterować przełączaniem tranzystorów FET 214a oraz 214b. Zasilanie (Vph_pwr) z konwertera buck może być podłączone w celu ładowania akumulatora 22 przez tranzystor FET 222, poprzez zaciski VSYS i CHGOUT układu ładowania IC 202.  Tranzystor  FET 222 może służyć do monitorowania prądu ładowania  akumulatora. Sygnał sterujący wytwarzany przez komparator 216 jest „wewnętrzny” w tym sensie, że sygnał sterujący jest generowany przez obwód, wewnątrz  układu ładowania IC 202. Dla porównania, uważa się, że sygnał sterujący jest dostarczany „z zewnątrz”, gdy sygnał jest odbierany ze źródła zewnętrznego względem układu scalonego IC 202 , np. przez terminal CONTROL układu scalonego ładowania. Podobnie układ scalony ładowania IC 202 może zawierać generator zegara 218 do wytwarzania sygnału zegarowego, który  może zawierać obwód generujący zegar 218a oraz element opóźniający 218b. Obwód generujący zegar 218a może wytwarzać sygnał zegarowy, który służy jako generowany wewnętrznie sygnał zegarowy. Element opóźniający 218b może odbierać dostarczony z zewnątrz sygnał zegarowy. Układ scalony  IC 202 może zawierać obwód wyboru 212 do konfigurowania układu scalonego ładowania do pracy w trybie „nadrzędnym” lub „podrzędnym” zgodnie z zewnętrznym wskaźnikiem wyboru 18 dostarczonym na wejściu SEL układu ładowania IC.  Wskaźnik yboru 18 może być obwodem lub źródłem sygnału analogowego (np. Generator sygnału analogowego) lub sygnału cyfrowego.  W niektórych przykładach wykonania, na przykład, wskaźnik wyboru 18 może być połączeniem elektrycznym z potencjałem uziemienia, bezpośrednio lub poprzez element rezystancyjny. Obwód 212  może obsługiwać selektor 216 sterowania i przełącznik zegara 218c zgodnie ze wskaźnikiem wyboru 18.

 Obwód 212 selektora  może również obsługiwać przełącznik 220 w celu włączania lub wyłączania wykrywania prądu wejściowego zgodnie ze wskaźnikiem wyboru 18. Układ ładowania IC 202 może być skonfigurowany jako jednofazowe samodzielne urządzenie lub może być używany w konfiguracji wielofazowej. FIG.3 ilustruje przykład ładowania IC 202 skonfigurowanego do działania jako samodzielna ładowarka baterii.  Układ IC 202 ładowania może być skonfigurowany z wykorzystaniem wejścia SEL do pracy w trybie nadrzędnym.  W niektórych przykładach wykonania, praca w trybie nadrzędnym podczas ładowania IC 202 może być wyznaczona przez wskaźnik wyboru 18, który zawiera połączenie wejścia SEL z potencjałem masy.  Podczas działania, układ IC 202 ładowania w trybie nadrzędnym, FIG.3, układ działa jako konwerter buck do ładowania akumulatora 22.  Sterowanie sprzężeniem zwrotnym w  obwodzie sterownika PWM jest zapewniane przez wewnętrzny obwód układu scalonego IC 202, który jednocześnie generuje wewnętrzny  sygnał zegarowy. Konfiguracja jest konfiguracją „samodzielną” w tym sensie,  że jest tylko jeden układ scalony Ic202, który  realizuje funkcje ładowania.

W konfiguracji dwufazowej dwa ładujące układy scalone 202 są połączone i działają razem, aby ładować akumulator 22. Jeden z ładujących układów scalonych 202 może być skonfigurowany jako urządzenie nadrzędne, a drugi jako urządzenie podrzędne.FIG.4A i 4B pokazują przykład realizacji układów scalonych 202a i 202b skonfigurowane do działania o dpowiednio jako urządzenie główne i urządzenie podrzędne. Układy scalone ładowania 202a, 202b są połączone ze sobą na połączeniach A, B, C, D, E, F i G. Wynikowy przepływ prądu przedstawiono na FIG.4A  i  4B jak przepływ 422.

Układ scalony ładowania IC202a pokazany w FIG.4A jest skonfigurowany do pracy w trybie master, jak opisano w FIG.3.  Zgodnie z opisem sygnał sterujący generowany przez komparator 216 podczas ładowania IC 202a jest dostarczany jako generowany zewnętrznie sygnał sterujący 402 (np. przez terminal CONTROL), dodatkowo służący jako generowany wewnętrznie sygnał sterujący dla obwodu sterownika PWM w ładującym IC.  Podobnie, sygnał zegarowy generowany przez generator zegara 218 jest dostarczany jako generowany zewnętrznie sygnał zegarowy 404 (np. przez terminal CLK), oprócz tego, że służy jako wewnętrznie generowany sygnał  zegarowy  dla obwodu sterownika  PWM  w  układzie  IC 202  ładowania.
Odnosząc się do FIG.4B, układ ładowania IC 202b jest skonfigurowany do pracy w trybie slave. Układ ładowania IC 202b można skonfigurować za pomocą wejścia SEL do pracy w trybie slave. W niektórych przykładach wykonania praca w trybie podrzędnym może być oznaczona wskaźnikiem wyboru 18, który zawiera element rezystancyjny, na przykład, rezystor 10KΩ może być użyty do wskazania pracy w trybie slave. Selektor 212 może być skonfigurowany tak, aby odpowiadał na wykrycie rezystancji 10KΩ na wejściu SEL, poprzez konfigurację układu ładowania IC 202b dla pracy w trybie slave.   

Reasumując obwód ładowania akumulatora zawiera pierwszy i drugi obwód ładowania, przy czym każdy obwód ładowania ma wyjście ładowania, które można podłączyć do akumulatora, a który zawiera regulator napięcia zapewniający odpowiednią moc na wyjściu ładowania, regulowany wartością progową napięcia baterii; oraz kontroler do zmiany stanu ładowania operacji ładowania baterii w oparciu o porównanie wykrytego napięcia baterii z wartością progową napięcia baterii. Wyjście ładowania pierwszego obwodu ładowania połączone jest z wyjściem ładowania drugiego obwodu ładowania, przy czym wartość progowa napięcia akumulatora pierwszego obwodu ładowania ustawiona na wyższą wartość niż wartość progowa napięcia akumulatora drugiego obwodu ładowania, co zapewnia na podstawie porównania wartości progowych napięcia ładowanego akumulatora, wybór obwodu ładowania tzn.: operacja ładowania akumulatora w drugim obwodzie ładowania jest zakończone przed operacją ładowania akumulatora w pierwszym obwodzie ładowania. W konfiguracji dwufazowej operacja ładowania akumulatora w pierwszym obwodzie ładowania rozpoczyna się w stanie ładowania stałoprądowym i przechodzi do stanu ładowania stałonapięciowego po wykryciu poziomu napięcia akumulatora przekraczającego pierwszy poziom progowy i rozpoczyna się operacja ładowania akumulatora w drugim obwodzie ładowania w stanie ładowania stałoprądowym i przechodzi do stanu ładowania stałonapięciowego po wykryciu poziomu napięcia akumulatora przekraczającego drugi progowy poziom napięcia.

FIG.13B ilustruje przykład wykonania, w którym operacja ładowania akumulatora obejmuje stan stałego prądu i stan stałego napięcia. W przedstawionym przykładzie urządzenie główne (obwód ładowania 1202) jest skonfigurowane tak, aby mieć wartość napięcia progowego akumulatora 4,35V, a urządzenie podrzędne (obwód ładowania 1204) jest skonfigurowane z wartością napięcia progowego akumulatora wynoszącą 4,33V. Odpowiednio, gdy napięcie akumulatora VBATT wzrasta z mniej niż 4,33V (FIG.13A ) do 4,33V i przekracza 4,33V, sterownik 1114 w urządzeniu podrzędnym może wykryć to przejście i w odpowiedzi może przełączyć się z ładowania stałym prądem na ładowanie stałym napięciem.  Kontroler 1114 w urządzeniu podrzędnym może sterować działaniem konwertera buck, aby działał jako źródło stałego napięcia 1304, jak pokazano na rysunku, w celu zapewnienia stałego napięcia wyjściowego 4,33V, jak określono, na przykład, na podstawie wartości progowej napięcia akumulatora, która jest ustawiony w urządzeniu slave.
W tym samym czasie konwerter buck w urządzeniu nadrzędnym nadal działa jako źródło prądu stałego. Ponieważ prąd z urządzenia nadrzędnego nadal płynie do akumulatora 1222, napięcie akumulatora V BATT nadal rośnie do wartości większej niż 4,33V.   Wynikająca z tego różnica napięcia na źródle i wyjściu FET 1116 spowoduje narastający efekt blokady, który ostatecznie wyłączy tranzystor FET. Gdy kontroler 1114 w urządzeniu podrzędnym wykryje ten stan, może zakończyć operację ładowania baterii w urządzeniu podrzędnym (np. Wyłączyć kontroler buck 1112).  Ten stan jest pokazany na FIG.13C, gdzie tylko urządzenie główne wykonuje operację ładowania baterii, a urządzenie podrzędne jest schematycznie przedstawione jako wyłączone. Urządzenie główne będzie kontynuowało ładowanie w trybie prądu stałego, aż napięcie akumulatora VBATT przekroczy wartość progową napięcia akumulatora. Odnosząc się do FIG.13D, w odpowiedzi na przekroczenie przez VBATT wartości progowej napięcia akumulatora (np. 4,35V), sterownik 1114 w urządzeniu nadrzędnym może przełączyć się z ładowania stałym prądem na ładowanie stałym napięciem.  Kontroler 1114 może sterować działaniem przetwornicy buck w urządzeniu nadrzędnym, aby działał jako źródło 1304 stałego napięcia, jak pokazano na FIG.13D, aby zapewnić stałe napięcie wyjściowe 4,35V, jak określono, na przykład, na podstawie wartości progowej napięcia akumulatora. Kontroler1114 może wtedy zakończyć operację ładowania baterii, gdy napięcie baterii V BATT przekroczy końcową wartość.

PLEP3379690  SPOSÓB I SYSTEM SZYBKIEGO ŁADOWANIA, Guangdong  Mobile Telecommunications Corp, JIALIANG ZHANG et al., Data patentu: 01.09.2019.  Celem wynalazku jest zapewnienie sposobu szybkiego ładowania i urządzenia do ładowania terminala komórkowego, tak aby wyeliminować możliwość przeładowania akumulatora, w sytuacji gdy  ładowarka wymusza ładowanie akumulatora terminala komórkowego  stałym,  prądem  o dużym  natężeniu, bez kontrolowania   akumlatora  podczas  ładowania.

Fig.1 przedstawia pierwszy schemat działania sposobu szybkiego ładowania terminala komórkowego; Fig.2 przedstawia konkretny schemat działania etapu S6 w sposobie szybkiego ładowania zapewnianym przez postać realizacji przykładu wykonania; Fig.3 przedstawia trzeci schemat działania sposobu szybkiego ładowania; Fig.4 przedstawia pierwszy schemat blokowy systemu szybkiego ładowania terminala komórkowego; Fig.5,6,7,8  przedstawia kolejno – schematy blokowe systemu szybkiego ładowania według wynalazku.

Istota rozwiązania polega na tym, że  jeżeli ładowarka może obsługiwać szybkie ładowanie, to drugi sterownik ładowarki wysyła żądanie szybkiego ładowania do pierwszego sterownika terminala komórkowego, żeby odpytać terminal komórkowy, względem tego, czy szybkie ładowanie może być zaakceptowane. Jeśli terminal komórkowy zaakceptuje szybkie ładowanie, to polecenie zezwolenia na szybkie ładowanie zostanie przekazane zwrotnie do drugiego sterownika, a następnie ładowarka przeprowadza szybkie ładowanie akumulatora terminala komórkowego. W tym samym czasie pierwszy sterownik zażąda od drugiego sterownika podania wartości napięcia akumulatora i wygeneruje polecenie regulacji prądu stosownie do wartości napięcia akumulatora i tablic zakresów progowych, tak żeby sterować obwodem regulacyjnym w celu dokonania regulacji prądu, w taki sposób, aby obwód regulacyjny przekazywał sygnał mocy odpowiadający wartości prądu określonej w poleceniu regulacji prądu. Ładowarka wyprowadza na wyjście sygnał mocy, aby naładować akumulator. W taki sposób, przed przeprowadzeniem szybkiego ładowaniem akumulatora terminala komórkowego, ładowarka zapyta terminal komórkowy, odnośnie tego, czy akceptuje szybkie ładowanie i  steruje prądem ładowania w trakcie procesu ładowania akumulatora, skutecznie zapobiegając w ten sposób przeładowaniu akumulatora.  Urządzenie (1), które ma być ładowane, zawiera pierwszy sterownik (11) skonfigurowany, tak  żeby  odbierać żądanie szybkiego ładowania z urządzenia (2) do ładowania oraz wysyłać polecenie zezwolenia na szybkie ładowanie w odpowiedzi na żądanie szybkiego ładowania do urządzenia (2) do ładowania. Urządzenie (2)  odbiera żądanie potwierdzające w odpowiedzi na polecenie zezwolenia na szybkie ładowanie z urządzenia (2) do ładowania, w celu uzyskania wartości napięcia  akumulatora urządzenia (1), które ma być ładowane, na podstawie żądania potwierdzającego  i wysyłanej wartość napięcia akumulatora do urządzenia (2).  Urządzenie (1), które ma być ładowane otrzymuje sygnał mocy wyprowadzany na wyjście przez urządzenie (2) do ładowania po dokonaniu regulacji prądu przez urządzenie do ładowania na podstawie wartości napięcia akumulatora, w celu ładowania akumulatora. Urządzenie (1)  zawiera ponadto złącze akumulatora, przy czym pierwszy sterownik (11) jest ponadto skonfigurowany  do wysyłania żądania potwierdzającego do złącza akumulatora, a złącze akumulatora jest skonfigurowane do uzyskiwania wartości napięcia na podstawie żądania potwierdzającego  i  do wysyłania wartości napięcia akumulatora do pierwszego sterownika (11).  Urządzenie (1) zawiera ponadto pierwszy obwód przełączający (13), przy czym pierwszy sterownik (11) jest skonfigurowany do wysyłania do pierwszego  obwodu przełączającego (13) polecenia włączenia w odpowiedzi na żądanie szybkiego ładowania, przez urządzenie (2) do ładowania na  podstawie polecenia włączenia,  Pierwszy sterownik (11) jest  skonfigurowany do ustalania tego, czy napięcie akumulatora jest wyższe niż wartość progowa napięcia wyłączenia oraz  do wysyłania polecenia wyłączenia do pierwszego obwodu przełączającego (13), gdy napięcie akumulatora jest wyższe niż wartość progowa napięcia wyłączenia; 

Urządzenie (2) do ładowania, zawiera natomiast drugi sterownik (21) skonfigurowany tak, żeby, wysyłać żądanie szybkiego ładowania do urządzenia (1), które ma być ładowane, odbierać polecenie zezwolenia na szybkie ładowanie w odpowiedzi na żądanie szybkiego ładowania z urządzenia (1), które ma być ładowane oraz wysyłać żądanie potwierdzające w celu uzyskania wartości napięcia akumulatora urządzenia (1), które ma być ładowane.   Po odebraniu  wartość napięcia akumulatora w odpowiedzi na żądanie potwierdzające z urządzenia (1), które ma być ładowane,  urządzenie (2) steruje ładowaniem tak, żeby dokonywać regulacji prądu na podstawie wartości napięcia akumulatora  i wyprowadza  na wyjście sygnał mocy po regulacji prądu, żeby ładować akumulator.   Urządzenie (2) do ładowania  zawiera ponadto obwód (22) regulacji  w którym pierwszy sterownik (21)  jest  skonfigurowany do wyszukiwania w tablicy segmentów progowych w celu znalezienia polecenia regulacji prądu pasującej do segmentu progowego zawierającego wartość napięcia akumulatora  i wysyła polecenia regulacji prądu do obwodu (22) regulacji, przy czym tablica segmentów progowych zapisuje jeden, albo większą liczbę segmentów progowych i poleceń  regulacji prądu mających związek odwzorowujący z tymi segmentami progowymi.   Urządzenie (2) w którym obwód (22) regulacji zawiera obwód wykrywania prądu (221), który  jest skonfigurowany tak, żeby wykrywać wartość prądu sygnału mocy wyprowadzanego na wyjście z obwodu (22) regulacji  i   wysyłać  tę  wykrytą  wartość  prądu  do drugiego sterownika (21).
Drugi sterownik (21) jest ponadto skonfigurowany, żeby uzyskiwać różnicę pomiędzy tą wykrytą wartością prądu a wartością prądu określoną przez polecenie  regulacji prądu oraz  żeby wysyłać polecenie kalibracji do obwodu regulacji, jeżeli wartość bezwzględna tej różnicy jest większa niż próg różnicy. Dodatkowo obwód (22) regulacji jest  skonfigurowany, żeby kalibrować sygnał mocy na podstawie polecenia kalibracji oraz  żeby wyprowadzać na wyjście sygnał mocy po skalibrowaniu, przy czym wartość prądu sygnału mocy po skalibrowaniu jest równa  wartości prądu określonej przez polecenie regulacji prądu.   Urządzenie (2)  zawiera ponadto drugi interfejs (23) ładowania, skonfigurowany do wyprowadzania na wyjście sygnału mocy do pierwszego interfejsu (12) ładowania urządzenia (1), które ma być ładowane pod nadzorem pierwszego sterownika (11).

WNIOSKI

W stanie techniki  znane były  różne systemy do implementacji zestawu baterii i ładowarki baterii w przenośnym komputerze osobistym. Stopień integracji systemu  zasilania z systemem komputerowym  był  różny. We wczesnych konstrukcjach laptopów  procesor kontroli  systemem  (SCP-system control procesor)  był  używany do pomiaru  poziomu naładowania baterii, jak  również  stanu  operacyjnego  systemu  (np. ON/OFF  komputera). W szczególności sygnały reprezentujące napięcie i temperaturę akumulatora, a także stan włączenia-wyłączenia systemu komputerowego były  podawane do SCP, który z kolei dostarcza logiczny sygnał poziomu do sterowania ładowarką akumulatora. W zależności od poziomu naładowania baterii i stanu ON/OFF systemu komputerowego, SCP umożliwiał albo szybkie ładowanie przez stosunkowo krótki czas, albo ładowanie podtrzymujące przez stosunkowo dłuższy czas w celu naładowania baterii. Z takim systemem wiąże się kilka problemów. Po pierwsze, wszelkie zmiany w technologii baterii mającej różne charakterystyki ładowania lub zmiany pojemności baterii wymagają przeprojektowania systemu komputerowego i przeprojektowania ładowarki. Po drugie, wykorzystanie SCP do monitorowania poziomu naładowania pakietu baterii i stanu działania systemu komputerowego stanowi dodatkowe obciążenie dla SCP; zwykle używany do zapewnienia komunikacji między klawiaturą a jednostką centralną- Kontroler PS / 2 (często nazywany „kontrolerem klawiatury”) znajduje się na płycie głównej. Na początku kontroler był pojedynczym chipem (Intel 8042). Na dzień dzisiejszy jest częścią Advanced Integrated Peripheral.  Na kolejnym etapie rozwoju, ładowarka baterii i zestaw baterii są  jako niezależne moduły, umieszczone w oddzielnych obudowach względem systemu komputerowego. W takiej aplikacji jeden lub oba moduły są przystosowane do jednoczesnego podłączenia do systemu komputerowego. Umożliwia to obsługę systemu komputerowego z akumulatora lub ładowarki. Taka aplikacja umożliwia również jednoczesne podłączenie pakietu akumulatorów  i  modułu ładowarki akumulatorów do systemu komputerowego, umożliwiając tym samym ładowanie akumulatorów podczas pracy ładowarki z równoległym zasilaniem laptopa.  W celu złagodzenia obciążenia SCP, w alternatywnych konstrukcjach zastosowano dedykowany mikroprocesor do monitorowania poziomu naładowania baterii i stanu pracy systemu komputerowego w celu sterowania dwupoziomowym systemem ładowania baterii, jak omówiono powyżej. W obudowie z ładowarką znajduje się dedykowany mikroprocesor. Jednak nawet jeśli taki dedykowany mikroprocesor zmniejsza obciążenie SCP, każda zmiana technologii baterii na taką, która ma inną charakterystykę ładowania lub zmiany pojemności baterii, nadal wymaga zmiany konstrukcyjnej ładowarki do baterii, co powoduje, że takie zmiany technologii baterii lub pojemność stosunkowo były kosztowna dla producenta komputerów.

W obecnie znanych konstrukcjach w celu zapewnienia modułowość systemu, dedykowany mikroprocesor jest umieszczony w pakiecie baterii, aby pakiet baterii był bardziej samodzielnym podsystemem. Taki system zapewnia możliwość uaktualnienia do innego typu zestawu baterii o podobnych właściwościach ładowania/ rozładowania. Ponieważ, w celu obniżenia kosztów i ciężaru systemu,  pojemność ładowarki akumulatorów  jest określana na podstawie oszacowania maksymalnego obciążenie systemu komputerowego. więc w znanych systemach zasilania szybkie ładowanie zestawu akumulatorów jest wstrzymane przez większość czasu, wykorzystując w ten sposób tylko ułamek dostępnej pojemności ładowarki akumulatorów. Zatem w takich okresach, kiedy system komputerowy nie działał przy maksymalnym obciążeniu, nadwyżka pojemność ładowarki akumulatorów była bezczynna, zamiast być wykorzystywana do ładowania zestawu akumulatorów z inną szybkością niż ładowanie podtrzymujące.

W pierwszych w przenośnych komputerach osobistych US5629604Zenith (do samodzielnej analizy) stosowane były akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) i niklowo-wodorkowe (NiMH). Takie akumulatory zwykle zapewniają kilka godzin pracy, zanim będą wymagały ponownego naładowania. Charakterystyka ładowania takich akumulatorów umożliwiała  ich ładowanie za pomocą stosunkowo prostych ładowarek akumulatorów posiadających dwa stałe tryby pracy: ładowanie podtrzymujące i ładowanie szybkie. W trybie ładowania podtrzymującego, ładowarka baterii zapewniała stały prąd o stosunkowo niskim poziomie (np. 100 miliamperów)  przez stosunkowo długi czas, na przykład od dziesięciu do dwunastu godzin. W trybie szybkiego ładowania do akumulatora przykładany był  stosunkowo wyższy poziom prądu (np. 2A) w stosunkowo krótszym okresie czasu, na przykład od jednej do trzech godzin. Aby zapobiec uszkodzeniu akumulatorów, poziom naładowania akumulatorów był  stale badany. Gdy akumulator osiągnął maksymalny poziom naładowania, ładowanie akumulatora było  przerywane, aby zapobiec przegrzaniu i uszkodzeniu akumulatorów. Według tego wynalazku system zasilania przenośnych komputerów osobistych zawiera inteligentny zestaw baterii i system ładowania. Inteligentny pakiet akumulatorów jest wyposażony w dedykowany mikrokontroler do kontrolowania poziomu naładowania układu ładowania akumulatorów.  W szczególności do mikrokontrolera podawany jest stan baterii obejmujący napięcie  i  temperaturę baterii wraz z sygnałem reprezentującym aktualne zapotrzebowanie systemu komputerowego na obciążenie.  Mikrokontroler z kolei dostarcza sygnał sterujący w postaci sygnału z modulacją szerokości impulsu (PWM) o stałej częstotliwości i zmiennym cyklu roboczym do kontrolowania poziomu naładowania akumulatora.  Cykl pracy sygnału PWM służy do regulacji prądu ładowania dostarczanego przez ładowarkę.  W szczególności, wartość prądu stałego sygnału PWM jest wykorzystywana jako odniesienie do sterowania prądem ładowania regulatora w celu zapewnienia zmiennego wyjściowego prądu ładowania o stosunkowo szerokim zakresie prądu. Jako taka, ładowarka akumulatorów jest przystosowana do efektywnego wykorzystania  pojemności układu ładowarki akumulatorów do optymalizacji  ładowania akumulatorów we wszystkich warunkach pracy systemu komputerowego.  Ponadto użycie sygnału PWM wysyłanego z pakietu akumulatorów do sterowania ładowarką umożliwia wykorzystanie jednego typu ładowarki akumulatorów do różnych technologii akumulatorów.

Obecnie w  większości przenośnych systemów komputerowych akumulatory można ładować w dwóch trybach ładowania, to znaczy w trybie szybkiego ładowania, gdy systemy komputerowe są wyłączone oraz w trybie ładowania, gdy są włączone. System zasilania komputera dostarcza więc dwa stałe poziomy prądu ładowania akumulatora. Aby zapewnić, że zawsze jest wystarczająca ilość prądu do ładowania akumulatora podczas pracy systemu komputerowego,  poziom prądu ładowania generowanego przez ładowarkę akumulatora musi być dobrany zgodnie z maksymalnym prądem, który może być pobierany przez system. Dlatego zasilacz sieciowy musi być zaprojektowany do sytuacji, w której komputer zużywa maksymalną moc.

W erze akumulatorów Li-ion pierwszy omówiony patent US5986437 dotyczy systemu zasilania dla przenośnego urządzenia elektronicznego działającego na wewnętrznej ładowalnej baterii, który zawiera: zasilacz prądu stałego do dostarczania zmiennej ilości mocy wejściowej, w tym zmiennej ilości mocy dla obsługi urządzenia przenośnego i zmiennej ilości mocy ładowania do ładowania akumulatora,  przy czym wewnętrzny obwód ładowania akumulatora zapewnia dostarczania zmiennej ilości prądu ładowania przepływającego przez zacisk wyjściowy do akumulatora. Obwód pomiarowy prądu wejściowego mierzy  prądu wejściowy dostarczany  z  zasilacza prądu stałego i  zapewnia  generowania sygnału pomiarowego  o wielkości, która zmienia się w zależności od prądu wejściowego. Oznacz to w praktyce, że system  z ładowalną baterią,  reguluje prąd ładowania baterii w zależności od prądu pobieranego przez przenośne urządzenie, a  obwód sterujący prądem ładowania sterowany jest  sygnałem pomiarowym.

Przechodząc do szczegółów konstrukcji zasilacza laptopa w/w patentu należy zauważyć, że   mikrokomputer 130 steruje działaniem obwodu sterowania prądem stałym 150 w odpowiedzi na sygnały detekcji. W szczególności, gdy napięcie akumulatora osiągnie z góry określone napięcie, mikrokomputer 130 kończy ładowanie akumulatora, aby chronić akumulator przed uszkodzeniem z powodu przeładowania. Mikrokomputer 130 steruje również działaniem obwodu sterującego prądem stałym 150 zgodnie z temperaturą otoczenia pakietu akumulatorów 8, która jest wykrywana przez wrażliwy na temperaturę rezystor TP   wewnątrz pakietu akumulatorów 8.   Gdy jednostka systemowa 20 jest włączona, a prąd wejściowy nie przekracza prądu znamionowego adaptera prądu przemiennego 4, a mianowicie suma prądu systemu pobieranego przez jednostkę systemową 20  i  prądu ładowania pobieranego  przez obwód ładowania akumulatora 30 nie jest większy niż prąd znamionowy adaptera AC, obwód wykrywający prąd ładowania 153 dostarcza stały poziom napięcia sygnału wykrywania prądu ładowania do zacisku sprzężenia zwrotnego FB  sterownika  PWM 154. Dlatego obwód sterujący stałym prądem ładowania 150 dostarcza z góry określony prąd ładowania S3 + S3’ (np. około 1,0 - 1,5A) do pakietu akumulatorów 8.  Z drugiej strony, gdy prąd systemowy pobierany przez jednostkę systemową 20 wzrasta, prąd wejściowy przekracza prąd znamionowy adaptera prądu przemiennego 4, co powoduje, że  poziom napięcia zacisku sprzężenia zwrotnego FB kontrolera PWM 154 jest zwiększony tak, że obwód sterowania stałym prądem ładowania 150 zmniejsza prąd ładowania dostarczany do pakietu akumulatorów 8.   W tym czasie prąd ładowania jest zmniejszany proporcjonalnie do wzrostu prądu wejściowego z powodu wzrostu prądu systemowego pobieranego przez jednostkę systemową 20. Na przykład, jeśli prąd znamionowy zasilacza prądu przemiennego wynosi 2A, a prąd systemu pobierany przez jednostkę systemową 20 wynosi 1A, obwód sterujący 150 stałym prądem ładowania dostarczy 1A prądu ładowania do pakietu akumulatorów 8. W tych samych warunkach, jeśli jednostka systemowa 20 pobiera 0,5A prądu systemowego, obwód sterujący 150 stałym prądem ładowania dostarcza 1,5A prądu ładowania do pakietu akumulatorów 8. W ten sposób prąd wejściowy zachowa wielkość prądu znamionowego zasilacza do momentu zakończenia ładowania baterii.

Oznacza to, że  gdy prąd pobierany przez urządzenie przenośne jest mniejszy niż jego maksimum S2, pozostała część S3'  prądu może być wykorzystana do ładowania baterii.   Dzięki temu zasilacz sieciowy jest mniejszy i mniej waży, a także maksymalizuje wydajność ładowania akumulatora. Ponadto system zasilania urządzenia przenośnego ma niskie straty mocy i zapewnia wysoką wydajność ładowania baterii w porównaniu z wcześniejszymi systemami, a ponadto może szybciej ładować baterie, co oznacza skrócenie czasu ładowania baterii.

Reasumując opracowany  system zasilania dla przenośnego urządzenia elektronicznego z ładowalną baterią, reguluje prąd ładowania baterii w zależności od prądu pobieranego przez przenośne urządzenie - np. laptop, co oznacza, że  obwód sterujący prądem ładowania steruje prądem ładowania tak, aby był stały, gdy amplituda sygnału pomiarowego jest mniejsza niż z góry określony poziom progowy, a także tak, aby zwiększyć wielkość prądu ładowania w zależności od amplitudy sygnał pomiarowego, gdy amplituda tego  sygnału jest nie mniejsza niż określony z góry poziom progowy.

Szybkie ładowanie [RS Elektronika]

https://www.youtube.com/watch?v=kNP079LT-hk