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CN115777166A - 具有高功率和低功率工作模式的电源 - Google Patents

具有高功率和低功率工作模式的电源 Download PDF

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CN115777166A
CN115777166A CN202180039863.8A CN202180039863A CN115777166A CN 115777166 A CN115777166 A CN 115777166A CN 202180039863 A CN202180039863 A CN 202180039863A CN 115777166 A CN115777166 A CN 115777166A
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Milwaukee Electric Tool Corp
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Abstract

一种用于控制电池供电的电源的方法。该方法包括：从该电池供电的电源内的第一电源生成第一输出。该第一输出耦接到输出总线。该方法进一步包括：监测该输出总线的电压；以及使用该电池供电的电源的控制器来确定该输出总线的电压是否小于第一预定水平。该方法进一步包括：响应于确定该输出总线的电压低于该第一预定水平，停用该第一电源；以及从该电池供电的电源内的第二电源生成第二输出。该第二输出被配置为耦接到该输出总线。该第二电源具有比该第一电源更高的额定输出。

Description

具有高功率和低功率工作模式的电源
相关申请
本申请要求于2020年6月4日提交的美国临时专利申请号63/034,715的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过援引并入本文。
背景技术
电池供电的电动工具和其他装置在工地、家用工具套装等场景中继续变得更加普遍。此外，诸如智能手机、平板电脑、加热器可穿戴设备(例如，夹克、帽子、手套等)等其他装置也变得很常见。然而，当在工地上操作或在房屋周围进行项目时，可能没有地方为这些装置供电。电池供电的电源可以用于允许使用可充电电池组(比如，电动工具电池组)向用户提供各种输出电压。电源可以被配置为与一种或多种电池类型连接，并且可以向用户提供一种或多种电压输出，比如12VDC、5VDC等。进一步地，电池供电的电源可以具有一种或多种输出类型，比如USB、USB-C等。
在电池供电的开关型电源中使用的传统电压转换器(例如，开关电源)通常放置在开关或其他激活电路的负载侧。由于电压转换器的寄生电流消耗，开关或激活电路被配置为当不使用电源时移除电压转换器的电源。该寄生电流消耗会消耗电池电量，并且即使在不使用电源时也会随着时间的推移完全耗尽电池电量。类似地，其他装置可以包括激活电路，该激活电路允许用户激活输出，从而激活电压转换器一段时间，比如两个小时。
虽然开关或激活电路可以消除电压转换器的寄生消耗，但是用户必须记得关闭电压转换器，以防止电池放电。类似地，定时器的使用可能导致过早地关闭用户的电源，或者导致相关联的电池的不必要放电。
发明内容
本文描述的实施例提供了用于操作电池供电的开关型电源的系统和方法，以在不使用开关、激活电路或定时器的情况下减少电压转换器的不必要的寄生功率消耗。
在一个实施例中，提供了一种用于控制电池供电的电源的方法。该方法包括：从电池供电的电源内的第一电源生成第一输出。第一输出耦接到输出总线。该方法进一步包括：监测输出总线的电压；以及经由电池供电的电源的控制器来确定输出总线的电压是否小于第一预定水平。该方法进一步包括：响应于确定输出总线的电压低于第一预定水平，停用第一电源；以及从电池供电的电源内的第二电源生成第二输出。第二输出被配置为耦接到输出总线。第二电源具有比第一电源更高的额定输出功率。
在一个方面，该方法包括：监测输出总线的电流；以及经由电池供电的电源的控制器来确定该电流是否小于第二预定值。该方法可以进一步包括：响应于确定电流小于第二预定值，停用第二电源，并重新激活第一电源。
在一个方面，该方法包括：监测电池供电的电源的输入的电流；以及经由电池供电的电源的控制器来确定该电流是否小于第二预定值。该方法可以进一步包括：响应于确定电流小于第二预定值，停用第二电源，并随后重新激活第一电源。
在一个方面，电池供电的电源由可充电的电动工具电池供电。
在一个方面，第一电源的空载电流消耗为1mA。
在一个方面，第一电源的最大输出电流为10mA。
在一个方面，第二电源的最大输出电流为500mA。
本文描述的电池供电的电源包括电压转换器，该电压转换器包括第一电源和第二电源。第一电源和第二电源被配置为向公共输出总线提供输出。电压转换器被配置为从可移除电池组接收功率。电池供电的电源进一步包括电压传感器、电流传感器以及控制器，该电压传感器耦接到输出总线并且被配置为感测输出总线上的电压，该电流传感器被配置为感测流过输出总线的电流。该控制器被配置为：在第一电源的激活时段期间监测输出总线的电压，并确定输出总线的电压是否小于预定电压水平。该控制器进一步被配置为：响应于确定电压小于预定电压水平，停用该第一电源并激活第二电源。
在一个方面，控制器被配置为：在第二电源的激活时段期间监测流过输出总线的电流，确定流过输出总线的电流是否小于预定电流水平，以及响应于确定电流小于预定电流水平，停用第二电源并激活第一电源。
在一个方面，预定电流水平为10mA。
在一个方面，第二电源具有比第一电源更高的额定输出功率。
在一个方面，可移除电池是电动工具电池。
在一个方面，第一电源的空载电流消耗为1mA。
在一个方面，第二电源的最大输出电流为500mA。
在另一个实施例中，提供了一种用于控制电池供电的电源的方法。该方法包括：从电池供电的电源内的第一电源生成第一输出。第一输出耦接到输出总线。该方法进一步包括：监测输出总线处的功率输出；以及经由电池供电的电源的控制器来确定输出总线处的功率输出是否大于第一预定水平。该方法进一步包括：响应于确定输出总线处的功率输出大于第一预定水平，停用第一电源；以及从电池供电的电源内的第二电源生成第二输出。第二输出被配置为耦接到输出总线。第二电源具有比第一电源更高的额定输出功率。
在一个方面，第一预定水平为120mW。
在一个方面，第一电源的最大输出电流为10mA。
在一个方面，第二电源的最大输出电流为500mA。
在一个方面，电池供电的电源由可充电的电动工具电池供电。
在一个方面，该方法包括：监测输出总线的功率；以及使用电池供电的电源的控制器来确定输出总线处的功率输出是否小于第一预定水平。该方法还包括：响应于确定输出总线处的功率输出小于第一预定水平，停用第二电源，并重新激活第一电源。
在详细解释任何实施例之前，应该理解的是，实施例并不将其应用限制于以下说明中阐述的或在附图中展示的配置细节和部件布置。实施例能够以多种不同的方式来实践或实施。还应理解的是，本文使用的措辞和术语是出于说明的目的，而不应被视为是限制性的。“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有”、及其变型的使用意指涵盖了下文列出的项及其等同物、以及附加项。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变型以广义使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦接。
另外，应理解的是，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，这些部件或模块可以被展示和描述为好像大多数部件仅在硬件中实现。然而，本领域的普通技术人员基于对这个详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以在可由一个或多个处理单元(例如微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”))执行的软件(例如，存储在非暂态计算机可读介质上)中实现。这样，应注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实现实施例。例如，说明书中描述的“服务器”、“计算装置”、“控制器”、“处理器”等可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接部件的多个不同的连接件(例如，系统总线)。
结合量或条件使用的相对术语，比如“约”、“大约”、“基本上”等，将被本领域普通技术人员理解为包含所述的值并且具有由上下文所规定的含义(例如，术语至少包括与测量精度相关联的误差程度、与特定值相关联的公差[例如，制造、组装、使用等]等)。这样的术语还应被视为披露了由两个端点的绝对值定义的范围。例如，表述“约2到约4”也披露了范围“2到4”。相对术语可以指加减所指示的值的百分比(例如，1％、5％、10％、或更多)。
应当理解，虽然某些附图展示了位于特定装置内的硬件和软件，但是这些描绘仅出于说明的目的。本文中描述为由一个部件执行的功能可以由多个部件以分布式方式执行。同样，由多个部件执行的功能可以由单一部件合并和执行。在一些实施例中，所展示的部件可以组合或划分成单独的软件、固件和/或硬件。例如，逻辑和处理可以分布在多个电子处理器之间，而不是位于单一电子处理器中并由其执行。无论硬件部件和软件部件如何组合或划分，硬件部件和软件部件都可以位于同一计算装置上或者可以分布在通过一个或多个网络或其他合适的通信链路连接的不同计算装置之间。类似地，被描述为执行特定功能的部件也可以执行本文未述的附加功能。例如，以某种方式“配置”的装置或结构至少以该方式被配置，但是也可以以未明确列出的方式被配置。
通过考虑具体实施方式和附图，本实施例的其他方面将变得清楚。
附图说明
图1是根据一些实施例的电池供电的电源的侧视图。
图2是根据一些实施例的图1的电池供电的电源的后视图。
图3是根据一些实施例的替代性电池供电的电源的立体图。
图4是根据一些实施例的电池供电的电源的框图。
图5是展示了根据一些实施例的用于控制电池供电的电源的过程的流程图。
具体实施方式
以下实施例描述了电池供电的电源，这些电池供电的电源被配置为通过结合可以基于感测到的负载自动工作的低功率电源和高功率电源，来消除或补充用户提供输入以打开和/或关闭电池供电的电源的需求。
图1展示了电池供电的电源100的侧视图。电池供电的电源100被示出为耦接到电池组102。在一些实施例中，电池组102可以是可充电的电动工具电池组。电池组102可以是18VDC电池组、12VDC电池组、5VDC电池组或其他电压类型的电池组。在一些实施例中，电池组102包含各种串联和/或并联组合的一个或多个电池单体，以提供期望的输出电压。电池单体可以是具有例如锂钴(Li-Co)、锂锰(Li-Mn)或Li-Mn尖晶石的化学物质的锂离子电池单体。在另一些实施例中，电池单体可以具有其他合适的锂或锂基化学物质。在又一些实施例中，电池单体可以具有其他电池化学物质，比如钠基化学物质、镍镉化学物质、铅酸化学物质、碱性电池化学物质等。电池供电的电源100可以进一步包括第一输出连接器104。第一输出连接器104可以是专用连接类型。然而，可以设想各种连接类型。在一些实施例中，第一输出连接器104是12VDC输出。也可以设想大于12VDC或小于12VDC的电压。
图2展示了电池供电的电源100的后视图。如图2所示，电池供电的电源100包括第二输出连接器106。在一些实施例中，第二输出连接器106是USB类型的连接器。在另一些实施例中，第二输出连接器106可以是其他类型的连接器，比如USB-C、Firewire、Micro-USB、Mini-USB等。第二输出连接器106可以被配置为输出5VDC输出。然而，也可以设想大于5VDC或小于5VDC的输出。电池供电的电源100进一步被示出为包括电源开关108，该电源开关被配置为打开或关闭电池供电的电源100。
图3展示了电池供电的电源300的替代实施例。电池供电的电源300可以被配置为与直棒型电池组302(比如来自美沃奇工具(Milwaukee Tool)的
Figure BDA0003977502140000051
电池组)连接。类似于上述电池供电的电源100，电池供电的电源300可以包括用户界面304以及与上述输出类似的一个或多个输出。用户界面304可以耦接到控制器，并且被配置为激活电池供电的电源300的输出。
图4展示了电池供电的电源400的框图。在一些实施例中，电池供电的电源400类似于上述电池供电的电源100、300之一。然而，也可以设想其他电池供电的电源类型。电池供电的电源400包括端子402，这些端子用于连接到电池组406的电池端子404。电池组406可以是类似于上述电池组的电池组。在一个实施例中，电池组406是可移除的电池组。在其他实施例中，电池组406是不可移除的电池组。电池供电的电源400进一步包括控制器408、电压转换器410、电压传感器412和电流传感器414。
在一些实施例中，控制器408被配置为控制电池供电的电源400的一个或多个部件，比如电压转换器410、电压传感器412和/或电流传感器414。控制器408可以是或可以包括处理电路，比如专用集成控制器(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、编程微处理器或其他适用的控制器类型。在一些实施例中，控制器408可以包括存储器装置，比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或其他非暂态计算机可读介质。
电压转换器410被配置为将电池组102的电压(例如，18VDC、12VDC)转换成一个或多个期望的电压水平，比如12VDC、-12VDC、5VDC、-5VDC、3.3VDC等。如图4所示，电压转换器410包括低功率电源(PS)416和高功率电源(PS)418。低功率PS 416和高功率PS 418都被配置为经由输出总线420输出期望的电压。在一些实施例中，低功率PS 416和/或高功率PS418经由电阻器耦接到输出总线420。低功率PS 416和高功率PS 418的输出电压相同。在一些示例中，低功率PS 416和高功率PS 418可以输出不同的电压以及公共电压。低功率PS416被配置为以较低的可用电流量(即，较低的功率输出)输出期望的输出电压。例如，低功率PS 416可以被配置为具有10mA的最大电流输出。然而，也可以设想大于10mA或小于10mA的输出电流值。相比之下，高功率PS 418被配置为以较高的可用电流量(即，较高的功率输出)输出期望的输出电压。例如，高功率PS 418可以被配置为具有500mA的最大电流输出。然而，也可以设想大于500mA或小于500mA的输出电流值。
低功率PS 416被配置为当没有负载耦接到电源400的输出总线420时需要最小的工作电流。例如，当没有负载连接到电源400时，低功率PS416可以被配置为消耗小于1mA的电流。这种减少的寄生电流消耗减少了电池组406的放电。进一步地，通过维持来自低功率PS 416的最小量的输出功率，当有负载连接到需要附加输出功率的电源400时，高功率PS418可以被快速激活。附加地，当电池组406耦接到电源400时，低功率PS 416可以向控制器408供电。在一些实施例中，控制器408可以被配置为当只有低功率PS 416工作时以低功率模式工作。
在一些实施例中，低功率PS 416和高功率PS 418由控制器408控制，以经由输出总线420提供输出。例如，控制器408可以响应于由控制器408确定的一个或多个条件(比如下文更详细描述的条件)，向电压转换器410提供信号以激活低功率PS 416或高功率PS 418。
电压传感器412被配置为感测输出总线420上代表电压转换器410的输出的电压。电压传感器412可以进一步被配置为向控制器408提供代表感测到的电压的信号。电流传感器414被配置为感测经由输出总线420提供给负载的电流。电流传感器414可以进一步被配置为向控制器408提供代表感测到的电流的信号。
电源400可以进一步包括用户输入422。用户输入422可以是开关或其他用户输入，以允许用户选择性地控制电池组到电源400的电路(即，电压转换器410)的连接。在一些实施例中，可以向控制器408提供输入，以使电压转换器410通电。
图5是展示了用于控制电源输出的过程500的流程图。在一些实施例中，使用上述电源400执行过程500。在过程框502处，控制器408激活低功率PS 416。在一些实施例中，控制器408可以响应于接收到电池组已经耦接到电源400的指示来激活低功率PS 416。在另一些实施例中，控制器408可以响应于接收来自用户输入422的信号来激活低功率PS 416。如上所述，激活低功率PS 416使得低功率PS经由输出总线420提供输出。在过程框504处，控制器408监测提供给负载的输出电压。在一些实施例中，电压传感器412向控制器408提供代表在输出总线420上感测到的电压的信号。
在过程框506处，控制器408确定输出电压是否低于预定水平。在一些实施例中，预定水平可以是低于提供给输出总线420的标称电压水平的20％的电压。例如，当电压转换器410的标称输出电压是12V时，预定水平可以是9.6V(12V-20％)。然而，也可以设想大于20％或小于20％的预定水平。输出电压的下降可能是由于负载被连接到输出总线420，而该负载需要的功率比低功率PS 416所能够提供的功率更多。因此，电压下降指示负载被连接到输出总线420。由于低功率PS 416提供所需功率的能力有限，从低功率PS 416输出的电压将开始下降。响应于确定输出电压不低于预定值，控制器408在过程框504处继续监测输出电压。
响应于在过程框506处确定输出电压低于预定值，控制器408在过程框508处停用低功率PS 416并激活高功率PS 418。虽然上述实施例描述了响应于输出电压低于预定阈值，停用低功率PS 416，但是诸如输出功率或输出电流的其他参数也可以用于停用低功率PS 416。控制器408可以根据输出电压和输出电流来计算输出功率。例如，如果确定输出功率超过预定阈值，则控制器408可以停用低功率PS 416。增加的功率的预定值的示例可以是比空载功率消耗增加10％。然而，也可以设想大于10％或小于10％的增加。预定值的其他示例可以是120mW的阈值。然而，也可以设想大于120mW或小于120mW的值。在其他实施例中，还可以监测输入功率或电流，以确定电源400的功率消耗。例如，确定的或感测到的输入功率或电流的增加可以指示应该停用低功率PS 416，并且应该激活高功率PS 418。例如，如果输入电流或功率超过预定阈值，比如空载电流或功率的10％，则在过程框508处，控制器408可以停用低功率PS 416并激活高功率PS 418。也可以设想大于10％或小于10％的预定阈值。
在一些实施例中，低功率PS 416响应于从控制器408接收到的信号向高功率PS418供电。在另一些实施例中，控制器408向电压转换器410提供信号，然后该电压转换器将输出功率从低功率PS 416转移到高功率PS 418，以在停用低功率PS 416之前打开高功率PS418。在进一步的实施例中，低功率PS 416可以向电压转换器410内的控制电路提供功率，从而允许电压转换器410激活高功率PS 418并将来自电池组的功率提供给高功率PS 418。在一些示例中，低功率PS 416可以保持激活，并且高功率PS 418也被激活以补充可用的输出功率。
在过程框510处，控制器408监测输出总线420的一个或多个输出特征。在一个实施例中，控制器408监测电压转换器410的输出电流。在一些实施例中，电流传感器414经由输出总线420向控制器408提供代表流向负载的电流的信号。在过程框512处，控制器408确定输出电流是否低于预定值。在一些实施例中，预定水平是电流阈值。例如，预定水平可以为10mA。然而，也可以设想大于10mA或小于10mA的预定水平。在一些示例中，预定水平可以等于低功率PS 416的最大电流输出水平。在另一些示例中，控制器408可以监测输出总线420处的输出功率，如上所述。控制器408可以确定功率是否低于预定阈值，比如空载功率的10％。在另一些示例中，预定值可以是功率值，比如120mW。然而，也可以设想大于120mW或小于120mW的功率值。
预定水平被配置为表示负载显著降低或负载不存在。因此，电流或功率的下降可以指示负载从输出总线420移除。在其他实施例中，电流或功率的下降可以指示负载降低，比如当经由输出总线420充电的外部装置充满电或几乎充满电时，只需要很少或不需要来自电源400的电流。响应于确定输出电流或功率不低于预定值，控制器408在过程框510处继续监测输出电流。
响应于确定输出电流或功率低于预定值，控制器408停用高功率PS418并重新激活低功率PS 416，以避免因给高功率PS 418供电而造成不必要的电池放电。然后在过程框504处，控制器408恢复监测输出电压水平。
因此，除了其他事项之外，本文所描述的实施例提供了电池供电的电源，该电池供电的电源包括可以基于感测到的负载自动工作的低功率电源和高功率电源。在所附权利要求中阐述了各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种用于控制电池供电的电源的方法，该方法包括：
从该电池供电的电源内的第一电源生成第一输出，该第一输出耦接到输出总线；
监测该输出总线的电压；
使用该电池供电的电源的控制器来确定该输出总线的电压是否小于第一预定水平；
响应于确定该输出总线的电压低于该第一预定水平，停用该第一电源；以及
从该电池供电的电源内的第二电源生成第二输出，该第二输出被配置为耦接到该输出总线，
其中，该第二电源具有比该第一电源更高的额定输出功率。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
监测该输出总线的电流；
经由该电池供电的电源的控制器来确定该电流是否小于第二预定值；以及
响应于确定该电流小于该第二预定值，停用该第二电源；以及
重新激活该第一电源。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
监测该电池供电的电源的输入的电流；
经由该电池供电的电源的控制器来确定该电流是否小于第二预定值；以及
响应于确定该电流小于该第二预定值，停用该第二电源；以及
重新激活该第一电源。
4.如权利要求1所述的方法，其中，该电池供电的电源由可充电的电动工具电池组供电。
5.如权利要求1所述的方法，其中，该第一电源的空载电流消耗为1mA或更低。
6.如权利要求1所述的方法，其中，该第一电源的最大输出电流至少为10mA。
7.如权利要求1所述的方法，其中，该第二电源的最大输出电流至少为500mA。
8.一种电池供电的电源，包括：
电压转换器，该电压转换器包括：
第一电源，以及
第二电源，
其中，该第一电源和该第二电源被配置为向公共输出总线提供输出，并且
其中，该电压转换器被配置为从可移除电池组接收功率；
电压传感器，该电压传感器耦接到该输出总线并且被配置为感测该输出总线的电压；
电流传感器，该电流传感器被配置为通过该输出总线感测电流；以及
控制器，该控制器被配置为：
在该第一电源的激活时段期间监测该输出总线的电压，
确定该输出总线的电压是否小于预定电压水平，
响应于确定该电压小于该预定电压水平，停用该第一电源并激活该第二电源。
9.如权利要求8所述的电源，其中，该控制器被进一步配置为：
在该第二电源的激活时段期间监测通过该输出总线的电流；
确定流过该输出总线的电流是否小于预定电流水平；以及
响应于确定该电流小于该预定电流水平，停用该第二电源并激活该第一电源。
10.如权利要求9所述的电源，其中，该预定电流水平为10mA。
11.如权利要求8所述的电源，其中，该第二电源具有比该第一电源更高的额定输出功率。
12.如权利要求8所述的电源，其中，该可移除电池组是电动工具电池组。
13.如权利要求8所述的电源，其中，该第一电源的空载电流消耗为1mA或更低。
14.如权利要求8所述的电源，其中，该第二电源的最大输出电流至少为500mA。
15.一种用于控制电池供电的电源的方法，该方法包括：
从该电池供电的电源内的第一电源生成第一输出，该第一输出耦接到输出总线；
监测该输出总线处的功率输出；
使用该电池供电的电源的控制器来确定该输出总线处的功率输出是否大于第一预定水平；
响应于确定该输出总线处的功率输出大于该第一预定水平，停用该第一电源；以及
从该电池供电的电源内的第二电源生成第二输出，该第二输出耦接到该输出总线，
其中，该第二电源具有比该第一电源更高的额定输出功率。
16.如权利要求15所述的方法，其中，该第一预定水平至少为120mW。
17.如权利要求15所述的方法，其中，该第一电源的最大输出电流至少为10mA。
18.如权利要求15所述的方法，其中，该第二电源的最大输出电流至少为500mA。
19.如权利要求15所述的方法，其中，该电池供电的电源由可充电的电动工具电池组供电。
20.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
监测该输出总线的功率；
使用该电池供电的电源的控制器来确定该输出总线处的功率输出是否小于该第一预定水平；
响应于确定该输出总线处的功率输出小于该第一预定水平，停用该第二电源；以及
重新激活该第一电源。
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