專利名稱：多節(jié)電池組保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池保護(hù)電路，尤其涉及一種檢測包含多節(jié)可充電電池的電池組充放電狀態(tài)的電路。
背景技術(shù)：
可充電電池可提供電力并且無電源線限制。它們被廣泛地應(yīng)用在便攜設(shè)備中，例 如手機，個人數(shù)碼助理(PDA，personal digital assistant)，筆記本電腦，以及電力工具， 目前亦被用在電力交通工具中。可充電電池可為鎳鎘電池(NiCd，nickel-cadmium)，鑷氫 電池(NiMH, nickel-metal hydride)，或鋰離子電池(Lilon，Lithium ion)。多節(jié)電池可被串聯(lián)在一起組成電池組。電池組可由直流電源進(jìn)行充電，例如交/ 直流適配器，并可由負(fù)載進(jìn)行放電，例如電阻。如果電池的充電電壓超出高壓閾值，電池組 可能被燒壞甚或爆炸。如果電池的放電電壓低于低壓閾值，電池組也可能是危險的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種電壓檢測電路，所述電壓檢測電路包括狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)和比較網(wǎng) 絡(luò)。所述狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)用以檢測多節(jié)電池電壓，每個所述多節(jié)電池電壓對應(yīng)于多節(jié)電池中 的一節(jié)單獨電池，所述比較網(wǎng)絡(luò)連接至所述狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)，用以將所述多節(jié)電池電壓中的 最高電池電壓與第一(高壓)閾值相比較，將所述多節(jié)電池電壓中的最低電池電壓與第二 (低壓)閾值相比較，從而將所述多節(jié)電池電壓一次性與所述電壓閾值相比較。所述比較網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)一步可在某節(jié)電池電壓不滿足所述電壓閾值時生成指示信號。本發(fā)明還提供一種電池組保護(hù)電路，其至少包括多節(jié)電池、電壓檢測電路和充電 開關(guān)。所述多節(jié)電池包括從第一至第N節(jié)電池串聯(lián)連接。所述電壓檢測電路連接至所述多 節(jié)電池，用以檢測多節(jié)電池電壓，每個所述電池電壓分別對應(yīng)于所述多節(jié)電池中的一個，并 進(jìn)一步將所述多節(jié)電池電壓中的最高電壓與既定高壓閾值相比較，從而一次性比較所述多 節(jié)電池電壓與所述既定高壓閾值。所述充電開關(guān)，連接至所述多節(jié)電池，用以控制所述多節(jié) 電池的充電。所述控制器，連接至所述電壓檢測電路和所述充電開關(guān)，用以在所述最高電壓 大于既定高壓閾值時關(guān)斷所述充電開關(guān)。本發(fā)明還提供一種保護(hù)包括從第一至第N節(jié)電池的多節(jié)電池的電池包的方法，所 述方法至少包括感應(yīng)對應(yīng)于所述多節(jié)電池的多節(jié)電池電壓；將所述多節(jié)電池電壓中的極 值與至少一個既定電壓閾值相比較，從而一次性將所述多節(jié)電池電壓與所述既定電壓閾值 相比較；和當(dāng)所述極值超過所述既定電壓閾值時，生成保護(hù)信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的檢測電路包含一個比較網(wǎng)絡(luò)用來一次性將多節(jié)電池電 壓與閾值相比較，即將最大/最小電池電壓與對應(yīng)的高壓/低壓閾值相比較。與使用多個 比較器逐一將每節(jié)電池電壓與高壓/低壓閾值比較不同，本檢測電路節(jié)約了制造成本及耗 H1^ ο


以下通過對本發(fā)明的一些實施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池組保護(hù)電路的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于電流的電壓檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的基于電壓的電壓檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖3所示的電壓檢測電路中V-WTA網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖3所示的電壓檢測電路中V-LTA網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池組檢測電路的操作流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明將在下文中配合附圖進(jìn)行全面描述。本發(fā)明可能以一些不同的方式實施， 但不應(yīng)理解為本發(fā)明被限制于說明書中介紹的某種具體的結(jié)構(gòu)和功能。而應(yīng)理解說明書提 供的描述能夠完全、充分的向本領(lǐng)域的技術(shù)人員傳達(dá)本發(fā)明所涵蓋的范圍。基于說明書的 描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解到本發(fā)明的范圍旨在涵蓋這里所揭示的本發(fā)明的所有實 施方案，獨立實施或者結(jié)合本發(fā)明的其他實施方案實施。比如，利用這里提出的任意數(shù)量的 實施例來實現(xiàn)一個裝置或者執(zhí)行一種方法。另外，本發(fā)明的范圍還包括這樣一種裝置或者 方法。這種裝置或方法可以用其他的結(jié)構(gòu)、功能來實現(xiàn)，或者是利用本發(fā)明這里提出的實施 方案和其他結(jié)構(gòu)和功能一起實現(xiàn)，再或者是用不同于本發(fā)明這里提出的實施方案的結(jié)構(gòu)和 功能實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解的是這里揭示的本發(fā)明的所有實施方案都可以由權(quán)利要求中的一個或 多個元件來實施。在此說明書中，“極值”一詞可用來指代一組給定值中的最大值或是最小值。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一檢測電路可用來檢測多節(jié)電池的電壓并監(jiān)測這些電 壓不超出一高壓閾值和/或低壓閾值。與使用多個比較器逐一將每節(jié)電池電壓與高壓/ 低壓閾值比較不同，該檢測電路包含一個比較網(wǎng)絡(luò)用來一次性將多節(jié)電池電壓與閾值相比 較，即將最大/最小電池電壓與對應(yīng)的高壓/低壓閾值相比較。這樣，制造成本及耗電都會 相對較低。圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多節(jié)電池組保護(hù)電路100。多節(jié)可充電電池，例如第一節(jié)至第N節(jié)電池，串聯(lián)構(gòu)成一多節(jié)電池組110。在一個實施例中，多節(jié)電池組110 包括四節(jié)可充電電池102、104、106和108。電源122連接至電池組110為其充電。電源122 可為交/直流轉(zhuǎn)換器，將220伏特交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。負(fù)載120連接至電池組110 對其進(jìn)行放電。電池組保護(hù)電路100用來防止對電池組110的充電過壓及放電欠壓。電池組保護(hù) 電路100包括電壓檢測電路112，控制器118，充電開關(guān)，例如MOSFET(Metal-Oxide-Semico nductor Field-Effect Transistor) 126，以及放電開關(guān)，例如 MOSFET 124。電壓檢測電路 112連接至電池102、104、106和108。MOSFET 126禾PM0SFET 124分別連接至充電回路和放 電回路。控制器118連接至電壓檢測電路112以及兩個MOSFET 126和124，用來控制充電過程和放電過程。電壓檢測電路112可包含狀態(tài)感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和比較網(wǎng)絡(luò)。電壓檢測電路112中的狀態(tài)感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)用來監(jiān)測電池102-108中每節(jié)電池的電壓。充電時，電壓檢測電路112中的比較 網(wǎng)絡(luò)將多個檢測電池電壓與一預(yù)定高壓閾值相比較。如果最大檢測電池電壓，例如電池104 的電壓，超出預(yù)定高壓閾值一個預(yù)定時間段，則可認(rèn)為至少電池104正處于過壓狀態(tài)。電壓 檢測電路112中的比較網(wǎng)絡(luò)將輸出過壓保護(hù)信號(over-voltag印rotection，0VP) 114作為 報警信號。類似的，放電時，電壓檢測電路112中的比較網(wǎng)絡(luò)將多個檢測電池電壓與一預(yù)定 低壓閾值相比較。如果最小檢測電池電壓，例如電池106的電壓，低于預(yù)定低壓閾值，電壓 檢測電路112中的比較網(wǎng)絡(luò)將輸出欠壓保護(hù)信號(under-voltage protection，UVP) 116作 為報警信號。電壓檢測電路112的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在圖2和圖3中描述。在一個實施例中，多個預(yù)定高/低壓閾值可用來定義多個不同過壓/欠壓水平，并 可相應(yīng)地輸出多個過壓保護(hù)信號及欠壓保護(hù)信號。這樣，在一個實施例中，電池組保護(hù)電路 100包括的第二預(yù)定高壓閾值用來在最大電池電壓超出第二預(yù)定高壓閾值時產(chǎn)生第二報警 信號，例如第二過壓保護(hù)信號。電池組保護(hù)電路100還可包括第二預(yù)定低壓閾值用來在最 小電池電壓低于第二預(yù)定低壓閾值時產(chǎn)生第二報警信號，例如第二欠壓保護(hù)信號。例如，放 電時，當(dāng)至少一節(jié)電池電壓降至第一低壓閾值時，欠壓保護(hù)信號可被作為報警信號輸出。如 果電池電壓繼續(xù)下降，當(dāng)最小電池電壓降至低于第二低壓閾值時，第二欠壓保護(hù)信號可被 輸出中斷整個放電回路?？刂破?18接收過壓保護(hù)信號114及欠壓保護(hù)信號116。在一個實施例中，控制 器118是可編程處理器用來執(zhí)行計算機程序。在另一個實施例中，控制器118是特定邏 輯電路，例如，可編程門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)或?qū)Ｓ眉呻娐?(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)。控制器 118 響應(yīng)于過壓保護(hù)信號 114可執(zhí)行切斷充電回路。控制器118響應(yīng)于欠壓保護(hù)信號116可切斷放電回路。這樣，因 充電過壓及放電欠壓對電池組110的損害可得到避免。在一個實施例中，MOSFET126和124均為η溝道(n_channel)MOSFET。例如，控制 器118響應(yīng)于過壓保護(hù)信號114可在充電MOSFET 126的柵極輸出電壓。該輸出電壓應(yīng)低 于充電MOSFET 126的源極電壓加一個閾值電壓。這樣，充電M0SFET126被關(guān)斷，從而從電 源122傳輸至電池組110的電力被中斷。當(dāng)檢測到的最高電池電壓降至高壓閾值之下時， 控制器118可開啟充電M0SFET126繼續(xù)充電。類似的，放電M0SFET124可被控制器118關(guān)斷用來阻止繼續(xù)放電。當(dāng)檢測到的最低 電池電壓升至低壓閾值之上時，控制器118可開啟放電M0SFET124繼續(xù)放電。在其他實施 例中，M0SFET126和M0SFET124可為其他類型電子元器件，例如ρ溝道(p-channel)MOSFET 或雙極晶體管。圖2描述了根據(jù)圖1中電壓檢測電路112的一個實施例的基于電流的過壓檢測電 路200。在一個實施例中，基于電流的過壓檢測電路200為一個單獨集成電路(Integrated Circuit, IC)。在圖2所示的實施例中，基于電流的過壓檢測電路200包括電流參考模塊 232，狀態(tài)感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，例如電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)202，和比較網(wǎng)絡(luò)，例如，最大電流選擇 (current winner-take-all ；I-ffTA)網(wǎng)絡(luò) 224。
V/1轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)202連接至電池102-108用來將每節(jié)電池電壓轉(zhuǎn)換為電流。對應(yīng)于 四節(jié)電池102-108，V/I轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)202包括四個運算放電器，四個MOSFET以及四個電阻。為 簡潔起見，圖2中僅示例了運算放大器208，p溝道MOSFET 206和電阻204。與其類似的電 池102-106的相應(yīng)元器件未在圖2中重復(fù)顯示。運算放大器208包含同相輸入端，反相輸入端和輸出端。其中，兩個輸入端連接至 電池108。輸出端經(jīng)由MOSFET 206反饋回至運算放大器208的反相輸入端。MOSFET 206的 柵極連接至運算放大器208的反相端，源極連接至反相輸入端。電阻204連接于點210和 電池108之間。在此假設(shè)運算放大器208為一理想的運算放大器。因為運算放大器208生成深度 負(fù)反饋，因此運算放大器208可被看作虛斷和虛短。即點210處的電壓與電池108的電壓 近似相等。MOSFET 206的漏極的輸出電流222的值近似相等于電池108的電壓除以電阻 204的阻值。這樣，其余對應(yīng)于電池102、104和106的三支電流216、218和220也分別生成。因 為V/I轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)202中的四個運算放大器，四個M0SFET，四個電阻基本相同，所以轉(zhuǎn)換電流 216-222正比于對應(yīng)電池的電壓。因此，最高電池電壓會產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)換電流。四支轉(zhuǎn)換電流 216-222被輸入至I-WTA網(wǎng)絡(luò)224。電流參考模塊232用來生成一個預(yù)定大電流參考252。電流參考模塊232包括可調(diào) 節(jié)帶隙基準(zhǔn)電壓234、運算放大器236、n溝道MOSFET 238、非易失性存儲器(non-volatile memory，NVM) 242、可變電阻244，和一對ρ溝道MOSFET 246和248。帶隙基準(zhǔn)電壓234是相 對穩(wěn)定的電壓參考，應(yīng)用調(diào)節(jié)技術(shù)取得低的溫度影響及高準(zhǔn)確性。帶隙基準(zhǔn)電壓234輸入 至運算放大器236。因為運算放大器236和MOSFET 238形成深度負(fù)反饋，節(jié)點240處的電壓與帶隙基 準(zhǔn)電壓234的電壓相等。因此，可近似認(rèn)為無電流流經(jīng)運算放大器236。MOSFET 238生成 電流250。電流250近似等于帶隙基準(zhǔn)電壓234除以可變電阻244的阻值。因此，通過調(diào)節(jié) 可變電阻244可調(diào)節(jié)電流250。兩個ρ溝道MOSFET 246和248對稱安置形成電流鏡。因為MOSFET 246和248有 相同的柵源極電壓，MOSFET 248生成與電流250相等的預(yù)定大電流參考252。這樣，預(yù)定大 電流參考252由電流參考模塊232生成并作為比較閾值被輸入至I-WTA網(wǎng)絡(luò)224。I-WTA網(wǎng)絡(luò)224包括電流比較器226，用以將電流216-222 —次性與預(yù)定大電流參 考252相比較。如果電流216-222中的最大值大于預(yù)定大電流參考252，I-WTA網(wǎng)絡(luò)224就 輸出過壓保護(hù)信號114用以指示過壓狀態(tài)。例如，過壓保護(hù)信號114可用邏輯“高”來指示 過壓狀態(tài)。過壓保護(hù)信號114可被傳輸至一個控制器，例如圖1中的控制器118。響應(yīng)于過 壓保護(hù)信號114指示的過壓狀態(tài)，控制器依據(jù)過壓狀態(tài)的程度，以及如前所述的應(yīng)用了一 個還是兩個過壓閾值，可停止充電和/或發(fā)出預(yù)警信號。類似地，在另一實施例中，比較網(wǎng)絡(luò)可包括一最小電流選擇(I-LTA， currentloser-take-all)網(wǎng)絡(luò)。I-LTA網(wǎng)絡(luò)可包括一電流比較器用于將電流216-222 —次 性與一預(yù)定低電流參考比較。如果電流216-222小于預(yù)定低電流參考，I-LTA網(wǎng)絡(luò)可輸出 一欠壓保護(hù)信號用于指示欠壓狀態(tài)。圖3描述了根據(jù)圖1中電壓檢測電路112的另一個實施例的基于電壓的過壓及欠壓檢測電路300?；陔妷旱倪^壓及欠壓檢測電路300由圖2中的基于電流的過壓檢測電 路200調(diào)整而得。與圖2中標(biāo)號相同的元件有相似的功能，在此不再贅述。電路300不但 可檢測充電過程中的過壓狀況，而且可檢測放電過程中的欠壓狀況。在一個實施例中，基于 電壓的過壓及欠壓檢測電路300集成于單獨的IC中。 基于電壓的過壓及欠壓檢測電路300包括電壓參考模塊332，狀態(tài)感 應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，例如電壓/電流(V/I)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)202，和比較網(wǎng)絡(luò)，例如，最高電壓選擇 (voltagewinner-take-all ；V-ffTA)網(wǎng)絡(luò) 324 和最低電壓選擇(voltage loser-take-all ； V-LTA)網(wǎng)絡(luò) 328。V/1轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)202連接至電池102-108用來將電池102、104、106和108的電池電 壓轉(zhuǎn)換為電流216、218、220和222。轉(zhuǎn)換電流216-222由四個下拉電阻360、362、364和366 再轉(zhuǎn)換為對地電壓。如圖所示，節(jié)點370、372、374和376處的電壓分別與電池102-108的 電壓近似相等。節(jié)點370-376處的對地電壓被輸入V-WTA網(wǎng)絡(luò)324和V-LTA網(wǎng)絡(luò)328做進(jìn)
一步比較。電壓參考模塊332用來生成兩個比較閾值高壓閾值和低壓閾值。電壓參考模塊 332包括帶隙基準(zhǔn)電壓334、運算放大器336、和三個電阻344、346和350。運算放大器336產(chǎn)生一個負(fù)反饋。假設(shè)運算放大器336為一理想運算放大器，那 么節(jié)點340處的電壓與帶隙基準(zhǔn)電壓334近似相等。流經(jīng)電阻344、346和350的電流與帶 隙基準(zhǔn)電壓334除以電阻344的阻值近似相等。NVM 342用以調(diào)節(jié)電阻344的阻值。通過 選擇適合的電阻346和350，低壓閾值在節(jié)點348產(chǎn)生，高壓閾值在節(jié)點352產(chǎn)生。低壓閾 值和高壓閾值分別被輸入V-LTA網(wǎng)絡(luò)328和V-WTA網(wǎng)絡(luò)324。 V-WTA網(wǎng)絡(luò)324和V-LTA網(wǎng)絡(luò)328與圖2中基于電流的過壓檢測電路200的I-WTA 網(wǎng)絡(luò)224相類似。V-WTA網(wǎng)絡(luò)324包括過壓電壓比較器326，用以將節(jié)點360-366處的電壓 與預(yù)定高壓閾值相比較。節(jié)點360-366處的電壓指示了電池102-108的電池電壓。如果最 大電池電壓高于預(yù)定高壓閾值，V-WTA網(wǎng)絡(luò)324將輸出過壓保護(hù)信號114指示過壓狀態(tài)。例 如，過壓保護(hù)信號114可變?yōu)檫壿嫛案摺?。類似的，V-LTA網(wǎng)絡(luò)328包括欠壓電壓比較器330，用以將再轉(zhuǎn)換的電池102-108 的電池電壓與預(yù)定低壓閾值相比較。如果最小電池電壓低于預(yù)定低壓閾值，V-LTA網(wǎng)絡(luò)328 將輸出欠壓保護(hù)信號116指示欠壓狀態(tài)。過壓保護(hù)信號114和欠壓保護(hù)信號116都被傳輸至一個控制器，例如圖1所示的 控制器118?？刂破骺刹扇〈胧┳柚惯M(jìn)一步的充電或放電，以避免對電池組造成損傷。V-WTA 網(wǎng)絡(luò)324和V-LTA網(wǎng)絡(luò)328將在圖4和圖5中分別描述。圖4詳細(xì)描述了根據(jù)圖3中比較網(wǎng)絡(luò)的一個實施例的V-WTA網(wǎng)絡(luò)324。V-WTA網(wǎng) 絡(luò)324包括第一增益級490，第二增益級492，閾值晶體管(例如，η溝道M0SFET442)，閾值 負(fù)載晶體管(例如，ρ溝道MOSFET 412)和施密特觸發(fā)器(Schimitt trigger) 452.在一個 實施例中，第一增益級490包括N個第一增益晶體管，從第一第一增益晶體管至第N第一增 益晶體管(例如η溝道MOSFET 434-440)。第一增益級490進(jìn)一步包括N個負(fù)載晶體管， 從第一負(fù)載晶體管至第N負(fù)載晶體管(例如ρ溝道MOSFET 404-410)。在一個實施例中，N 個負(fù)載晶體管作為N個第一增益晶體管的負(fù)載。N節(jié)電池電壓，例如圖3中，節(jié)點370、372、 374和376處的電池電壓102、104、106和108，被輸入至第一增益級490，每節(jié)電池電壓被N個第一增益晶體管其中之一所接收。預(yù)定高壓閾值被輸入至閾值晶體管。第二增益級492 包括N個第二增益晶體管，從第一第二增益晶體管至第N第二增益晶體管(例如ρ溝道過 壓保護(hù)M0SFET414-420)，第二增益負(fù)載晶體管(例如ρ溝道MOSFET 448)。在一個實施例 中，第二增益負(fù)載晶體管作為N個第二增益晶體管的負(fù)載。當(dāng)N節(jié)電池電壓中的一個，如N節(jié)電池電壓中最高的第K節(jié)電池電壓(其中，K = 1，2，... N)，超出高壓閾值時，第一增益級490中的第K個第一增益晶體管可被激活，用以放 大輸入到閾值晶體管(例如，η溝道MOSFET 442)的高壓閾值與輸入到第K個第一增益晶 體管的第K節(jié)電池電壓之間的電壓差。對應(yīng)于第K個第一增益晶體管的第二增益級492中 的第K個第二增益晶體管也可被激活，用以進(jìn)一步放大前述電壓差，并在節(jié)點472產(chǎn)生一個 第一邏輯電壓(例如，邏輯“高”)。施密特觸發(fā)器452連接至節(jié)點472，用以過濾節(jié)點472 處的第一邏輯電壓的紋波，并最終輸出過壓保護(hù)信號114。當(dāng)N節(jié)電池電壓中無一超出高壓閾值時，η溝道MOSFET 442和ρ溝道M0SFET412 被激活。同時，第二增益級492中的N個第二增益晶體管無一被激活。因此，在節(jié)點472處 產(chǎn)生第二邏輯電壓(例如，邏輯“低”)。在一個實施例中，第一增益級490包括四個η溝道MOSFET 434、436、438和440， 以及四個P溝道MOSFET 404、406、408和410。第二增益級492包括四個ρ溝道過壓保護(hù) MOSFET 414、416、418 和 420。如圖4所示，在一個實施例中，節(jié)點370、372、374、和376分別連接至四個η溝道 MOSFET 434、436、438和440的柵極。五個η溝道MOSFET 434-442具有相同的尺寸，并在節(jié) 點470處有相同源極電壓。五個ρ溝道MOSFET 404、406、408、410和412具有相同的尺寸。 P溝道MOSFET 404-410具有相同的源極電壓，即電源電壓402，以及在節(jié)點460處相同的柵 極電壓。MOSFET 404-410的漏極分別與M0SFET434-442的漏極相連。MOSFET 412的漏極 連接至節(jié)點460。四個ρ溝道過壓保護(hù)MOSFET 414、416、418和420具有相同的尺寸。其具有相同 的源極電壓(電源電壓402)以及節(jié)點472處相同的漏極電壓。其柵極分別與MOSFET 434 與404、436與406、438與408，和440與410的漏極相連。兩個η溝道MOSFET 446和448 具有相同的尺寸，并在地454處有相同的源極電壓，以及在偏置電壓端444處有相同的閾值 電壓。MOSFET 446和448分別連接至節(jié)點470和472。MOSFET 446和448作為整個V-WTA網(wǎng)絡(luò)324中第一增益級490和第二增益級492 電流源?？刂贫?44可用以調(diào)節(jié)流經(jīng)MOSFET 446和448的電流的電流值。在一個實施例 中，電源電壓402代表邏輯“高”，地454的電壓代表邏輯“低”。因此，節(jié)點470連接至地 454為邏輯“低”。因為MOSFET 434、436、438、440和442相同，所以接受最大柵-源電壓的 MOSFET會最先被激活。例如，如果節(jié)點352處的電壓大于其他電池102-108 (節(jié)點370-276處)，也即無電池電壓超出預(yù)定高壓閾值，則MOSFET 442被激活，所有從MOSFET 446流出的電流從MOSFET 442流至MOSFET 412。因為有共同的柵-源電壓，ρ溝道M0SFET404、406、408和410可將流 經(jīng)MOSFET 412的電流鏡像。但由于η溝道MOSFET 434、436、438和440中無電流流過，這 使得節(jié)點462、464、466和468處的電壓可被拉高至邏輯“高”，從而ρ溝道過壓保護(hù)MOSFET 414、416、418和420會因其柵-源電壓變小而被關(guān)斷。節(jié)點472處的電壓被MOSFET 448拉低。施密特觸發(fā)器452連接至節(jié)點472，用以濾掉節(jié)點472處的電壓紋波，并最終輸出過壓 保護(hù)信號114。過壓保護(hù)信號114為邏輯“低”。在另一實施例中，即在一節(jié)電池電壓高于高壓閾值的情況下，過壓保護(hù)信號114 會變?yōu)檫壿嫛案摺?。例如，如果?jié)點372處的電壓為所有節(jié)點370-376中最高并超出了節(jié)點 352處的電壓，則MOSFET 436被激活。節(jié)點464將變?yōu)檫壿嫛暗汀?，并且MOSFET 416被激活。當(dāng)P溝道過壓保護(hù)MOSFET 416被開通后，節(jié)點472變?yōu)檫壿嫛案摺?。這樣，過壓保護(hù)信號114 將為邏輯“高”。圖5描述了根據(jù)圖3中比較網(wǎng)絡(luò)的一個實施例的V-LTA網(wǎng)絡(luò)328。V-LTA網(wǎng)絡(luò) 328與圖4中的V-WTA網(wǎng)絡(luò)324相似，圖5中與圖4中標(biāo)號相同的元件具有相似功能，在此 不再贅述。V-LTA網(wǎng)絡(luò)324包括第一增益級590，第二增益級592，閾值晶體管(例如，ρ溝 道MOSFET 542)，閾值負(fù)載晶體管(例如，η溝道MOSFET 512)和施密特觸發(fā)器(Schimitt trigger) 552。V-WTA網(wǎng)絡(luò)324中的η溝道MOSFET替換為ρ溝道M0SFET，ρ溝道MOSFET替 換為η溝道M0SFET。ρ溝道MOSFET 546和548作為整個V-LTA網(wǎng)絡(luò)328的電流源。偏置電 壓端544連接至MOSFET 546和548的柵極，用以調(diào)節(jié)流經(jīng)MOSFET 546和548的電流。當(dāng) 偏置電壓端544接收邏輯“低”時，V-LTA網(wǎng)絡(luò)328開始工作。如果節(jié)點370、372、374和376無一低于節(jié)點348處的預(yù)定閾值低壓348，則MOSFET 542 導(dǎo)通。這樣，MOSFET 512、510、508、506 和 504 被激活，進(jìn)而將節(jié)點 562、564、566 和 568 處的電壓拉至邏輯“低”，欠壓保護(hù)MOSFET 520、518、516和514被關(guān)斷。節(jié)點572電壓被 電流源548拉高，欠壓保護(hù)信號116為邏輯“高”。如果一節(jié)電池電壓，例如節(jié)點374處的電 壓，降至節(jié)點348處的預(yù)定低壓閾值之下，MOSFET 538和518被激活。電流將流經(jīng)MOSFET 548和518。由于節(jié)點572接地，欠壓保護(hù)信號116為邏輯“低”。在V-WTA網(wǎng)絡(luò)324或V-LTA網(wǎng)絡(luò)328中，只有一個支路被激活。這樣，V-WTA網(wǎng)絡(luò) 324和V-LTA網(wǎng)絡(luò)328的能耗都相對較低。更高級別的鋰離子電池組可包括電池電量計芯IC，用以估計電池組剩余電量。在 這種電池組中，上述低能耗電池保護(hù)電路可用作第二保護(hù)方案。圖6為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池保護(hù)電路在過壓充電和欠壓放電時保護(hù)電 池組的操作流程600的示意圖。電池組由多節(jié)電池串聯(lián)構(gòu)成。電池組可被連接至電池組保 護(hù)電路。流程圖起始于步驟602，基于初始狀態(tài)(無電池被損壞)。在步驟602中，各電池的電壓被單獨監(jiān)測。在一個實施例中，應(yīng)用了 V/I轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。通過相應(yīng)的運算放大器和M0SFET，電池電壓可被轉(zhuǎn)換為電流。為方便比較，電流被再轉(zhuǎn) 換為對地電壓。所有再轉(zhuǎn)換的對地電壓被監(jiān)測。進(jìn)而，流程圖分兩部分進(jìn)行描述步驟606 和612在充電時實施，步驟616和622在放電時實施。在步驟606中，被監(jiān)測的電池電壓與高壓閾值或過壓保護(hù)閾值相比較。在一個實 施例中，由V-WTA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較。在步驟608中，如果最高電池電壓超出過壓保護(hù)閾值一個 預(yù)定時段，流程進(jìn)行至步驟610。否則，流程進(jìn)行步驟612。在步驟612中，產(chǎn)生激活的過壓 保護(hù)信號，用以指示過壓充電。在一個實施例中，充電過程繼而被停止。為響應(yīng)該過壓保護(hù) 信號，控制器可打開充電M0SFET，從而中斷充電回路。在步驟610后，流程回到步驟602。電 池電壓被繼續(xù)監(jiān)測，新周期開始。在步驟612中，充電回路導(dǎo)通，充電過程繼續(xù)。控制器可 通過開通充電MOSFET重新為電池組充電。
在放電部分時，回到步驟616，電池電壓與低壓閾值或欠壓保護(hù)閾值相比較。在一個實施例中，由圖3和圖5中的V-LTA網(wǎng)絡(luò)328進(jìn)行比較。再轉(zhuǎn)換的對地電池電壓被輸入 V-LTA網(wǎng)絡(luò)328。最低的輸入電壓使能相應(yīng)的MOSFET。在步驟618中，如果最低電池電壓低于欠壓保護(hù)閾值，流程進(jìn)行至步驟620。在步驟620中，控制器可關(guān)斷放電回路以防止繼續(xù)放電造成的進(jìn)一步損壞。代表欠壓狀態(tài)的欠 壓保護(hù)信號被輸出(例如，V-LTA網(wǎng)絡(luò)328可輸出邏輯“低”)。為響應(yīng)該欠壓保護(hù)信號，控 制器可中斷放電回路(例如，關(guān)斷放電M0SFET)?；蛘?，如果無電池電壓低于欠壓閾值，流程回到步驟622。在步驟622中，電池電壓繼續(xù)被監(jiān)測。在一個實施例中，V-LTA網(wǎng)絡(luò)328可輸出代表所有電池都安全的邏輯“高”。 控制器可開通放電MOSFET直至收到邏輯“低”的欠壓保護(hù)信號。在另一個實施例中，與前述中斷充電和放電回路不同，如果電池電壓超出閾值，可發(fā)出一個預(yù)警信號。并且，如前文所述，保護(hù)電路可包含多于一個電壓閾值。如果超出較低 電壓閾值，可輸出預(yù)警信號，如果超出較高閾值，充電或放電回路可被中斷。因此，在一個實施例中，電池組保護(hù)電路中的檢測電路應(yīng)用多個MOSFET構(gòu)成 V-WTA網(wǎng)絡(luò)和V-LTA網(wǎng)絡(luò)，用以一次性監(jiān)測多節(jié)電池的多個電壓。當(dāng)電池電壓中最大值高 于預(yù)定高壓閾值時，V-WTA網(wǎng)絡(luò)可輸出信號，以指示至少一節(jié)電池處于過壓狀態(tài)。當(dāng)電池電 壓中最小值低于預(yù)定低壓閾值時，V-LTA網(wǎng)絡(luò)可輸出信號，以指示至少一節(jié)電池處于欠壓狀 態(tài)。操作中，因為只有一對MOSFET導(dǎo)通，可節(jié)省電壓檢測網(wǎng)絡(luò)的能耗。最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或 者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種電壓檢測電路，其特征在于，所述電壓檢測電路包括狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)，用以檢測多節(jié)電池電壓，每個所述多節(jié)電池電壓對應(yīng)于多節(jié)電池中的一節(jié)單獨電池，其中所述多節(jié)電池包括第一節(jié)至第N節(jié)電池；和比較網(wǎng)絡(luò)，連接至所述狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)，用以將所述多節(jié)電池電壓中的極值與至少一個電壓閾值進(jìn)行比較，從而將所述多節(jié)電池電壓一次性與所述電壓閾值相比較，進(jìn)一步在所述極值超出所述電壓閾值時生成指示信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓檢測電路，其特征在于，所述狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)包括電壓/電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，用以將所述多節(jié)電池電壓轉(zhuǎn)換為多節(jié)電池電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測電路，其特征在于，所述比較網(wǎng)絡(luò)可一次性將所述 多節(jié)電池電流與對應(yīng)于所述電壓閾值的電流閾值相比較，并在所述電池電流中的所述極值 超出所述電流閾值生成所述指示信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓檢測電路，其特征在于，所述電壓檢測電路進(jìn)一步包括多個電阻，連接至所述電壓/電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，用以將所述多節(jié)電池電流再轉(zhuǎn)換為所述多節(jié)電池電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓檢測電路，其特征在于，所述比較網(wǎng)絡(luò)包括V-WTA網(wǎng)絡(luò)，用以一次性將所述多節(jié)電池電壓與預(yù)定高壓閾值相比較，并在所述多節(jié)電 池電壓中的最大值超出所述高壓閾值時輸出所述指示信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓檢測電路，其特征在于，所述V-WTA網(wǎng)絡(luò)包括閾值晶體管，用以接收所述預(yù)定高壓閾值；第一增益級，連接至所述閾值晶體管，包括第一至第N個第一增益晶體管，用以分別接 收所述第一至第N節(jié)電池的所述多節(jié)電池電壓，并用以激活第K個第一增益晶體管，從而在 第K節(jié)電池電壓高于所述預(yù)定高壓閾值時，放大所述預(yù)定高壓閾值與第K節(jié)電池電壓之間 的電壓差，所述第K節(jié)電池電壓為所述多節(jié)電池電壓中最高，并由所述第K個第一增益晶體 管接收；和第二增益級，連接至所述第一增益級，包括第一至第N個第二增益晶體管，用以激活對 應(yīng)于所述第K個第一增益晶體管的第K個第二增益晶體管，進(jìn)一步放大所述電壓差，從而在 第K節(jié)電池電壓高于所述預(yù)定高壓閾值時，生成所述指示信號，其中K = 1、2. . . N。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓檢測電路，其特征在于，所述比較網(wǎng)絡(luò)包括V-LTA網(wǎng)絡(luò)，用以一次性將所述多節(jié)電池電壓與預(yù)定低壓閾值相比較，并在所述多節(jié)電 池電壓中的最小值低于所述低壓閾值時輸出所述指示信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電壓檢測電路，其特征在于，所述V-LTA網(wǎng)絡(luò)包括閾值晶體管，用以接收所述預(yù)定低壓閾值；第一增益級，連接至所述閾值晶體管，包括第一至第N個第一增益晶體管，用以分別接 收所述第一至第N節(jié)電池的所述多節(jié)電池電壓，并用以激活第K個第一增益晶體管，從而在 第K節(jié)電池電壓低于所述預(yù)定低壓閾值時，放大所述預(yù)定低壓閾值與第K節(jié)電池電壓之間 的電壓差，所述第K節(jié)電池電壓為所述多節(jié)電池電壓中最低，并由所述第K個第一增益晶體 管接收；和第二增益級，連接至所述第一增益級，包括第一至第N個第二增益晶體管，用以激活對 應(yīng)于所述第K個第一增益晶體管的第K個第二增益晶體管，進(jìn)一步放大所述電壓差，從而在第K節(jié)電池電壓低于所述預(yù)定低壓閾值時，生成所述指示信號，其中K = 1、2. . . N。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓檢測電路，其特征在于，進(jìn)一步包括第二預(yù)定電壓閾值，用以在所述多節(jié)電池電壓中的最大電池電壓高于所述第二即定電 壓閾值時，生成第二指示信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓檢測電路，其特征在于，進(jìn)一步包括第二預(yù)定電壓閾值，用以在所述多節(jié)電池電壓中的最小電池電壓低于所述第二即定電 壓閾值時，生成第二指示信號。
11.一種保護(hù)包括第一至第N節(jié)電池的多節(jié)電池的電池包的方法，其特征在于，所述方 法至少包括感應(yīng)對應(yīng)于所述多節(jié)電池的多節(jié)電池電壓；將所述多節(jié)電池電壓中的極值與至少一個預(yù)定電壓閾值相比較，從而一次性將所述多 節(jié)電池電壓與所述預(yù)定電壓閾值相比較；和當(dāng)所述極值超過所述預(yù)定電壓閾值時，生成保護(hù)信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括 將所述多節(jié)電池電壓轉(zhuǎn)換為多節(jié)電池電流；和當(dāng)所述電池電流中的極值超過與所述預(yù)定電壓閾值對應(yīng)的預(yù)定電流閾值時，生成所述 保護(hù)信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括 將所述電池電流再轉(zhuǎn)換為所述電池電壓，其中所述電池電壓為對地電壓。
14.一種電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述電池組保護(hù)電路包括 多節(jié)電池，包括串聯(lián)連接的第一至第N節(jié)電池；電壓檢測電路，連接至所述多節(jié)電池，用以檢測多節(jié)電池電壓，每個所述電池電壓分別 對應(yīng)于所述多節(jié)電池中的一個，并進(jìn)一步將所述多節(jié)電池電壓中的最高電壓與預(yù)定高壓閾 值相比較，從而一次性比較所述多節(jié)電池電壓與所述預(yù)定高壓閾值； 充電開關(guān)，連接至所述多節(jié)電池，用以控制所述多節(jié)電池的充電；和 控制器，連接至所述電壓檢測電路和所述充電開關(guān)，用以在所述最高電壓大于預(yù)定高 壓閾值時關(guān)斷所述充電開關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述電壓檢測電路包括 V-WTA網(wǎng)絡(luò)，用以一次性將所述多節(jié)電池電壓與預(yù)定高壓閾值相比較，并在所述多節(jié)電池電壓中的最大電池電壓超出所述高壓閾值時輸出過壓保護(hù)信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述V-WTA網(wǎng)絡(luò)包括 閾值晶體管，用以接收所述預(yù)定高壓閾值；第一增益級，連接至所述閾值晶體管，包括第一至第N個第一增益晶體管，用以分別接 收所述第一至第N節(jié)電池的所述多節(jié)電池電壓，并用以激活第K個第一增益晶體管，從而在 第K節(jié)電池電壓高于所述預(yù)定高壓閾值時，放大所述預(yù)定高壓閾值與第K節(jié)電池電壓之間 的電壓差，所述第K節(jié)電池電壓為所述多節(jié)電池電壓中最高，并由所述第K個第一增益晶體 管接收；和第二增益級，連接至所述第一增益級，包括第一至第N個第二增益晶體管，用以激活對 應(yīng)于所述第K個第一增益晶體管的第K個第二增益晶體管，進(jìn)一步放大所述電壓差，從而在第K節(jié)電池電壓高于所述預(yù)定高壓閾值時，生成所述過壓保護(hù)信號，其中K = 1、2. . . N。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述電池組保護(hù)電路進(jìn)一 步包括V-LTA網(wǎng)絡(luò)，用以一次性將所述多節(jié)電池電壓與預(yù)定低壓閾值相比較，并在所述多節(jié)電 池電壓中的最低電池電壓低于所述低壓閾值時輸出欠壓保護(hù)信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述V-LTA網(wǎng)絡(luò)包括閾值晶體管，用以接收所述預(yù)定低壓閾值；第一增益級，連接至所述閾值晶體管，包括第一至第N個第一增益晶體管，用以分別接 收所述第一至第N節(jié)電池的所述多節(jié)電池電壓，并用以激活第K個第一增益晶體管，從而在 第K節(jié)電池電壓低于所述預(yù)定低壓閾值時，放大所述預(yù)定低壓閾值與第K節(jié)電池電壓之間 的電壓差，所述第K節(jié)電池電壓為所述多節(jié)電池電壓中最低，并由所述第K個第一增益晶體 管接收；和第二增益級，連接至所述第一增益級，包括第一至第N個第二增益晶體管，用以激活對 應(yīng)于所述第K個第一增益晶體管的第K個第二增益晶體管，進(jìn)一步放大所述電壓差，從而在 第K節(jié)電池電壓低于所述預(yù)定低壓閾值時，生成所述欠壓保護(hù)信號，其中K = 1、2. . . N。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述電池組保護(hù)電路進(jìn)一 步包括放電開關(guān)，連接至所述多節(jié)電池和所述控制器，用以控制所述多節(jié)電池的放電，其中， 所述控制器接收所述欠壓保護(hù)信號并根據(jù)所述欠壓保護(hù)信號控制所述放電開關(guān)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述電壓檢測電路包括電壓/電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，用以將所述多節(jié)電池電壓轉(zhuǎn)換為所述多個電源電流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電壓檢測電路，所述電壓檢測電路包括狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)和比較網(wǎng)絡(luò)。所述狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)用以檢測多節(jié)電池電壓，每個所述多節(jié)電池電壓對應(yīng)于多節(jié)電池中的一節(jié)單獨電池，所述比較網(wǎng)絡(luò)連接至所述狀態(tài)檢測網(wǎng)絡(luò)，用以將所述多節(jié)電池電壓中的最高電池電壓與第一(高壓)閾值相比較，將所述多節(jié)電池電壓中的最低電池電壓與第二(低壓)閾值相比較，從而將所述多節(jié)電池電壓一次性與所述電壓閾值相比較。所述比較網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步可在某節(jié)電池電壓不滿足所述電壓閾值時生成指示信號。
文檔編號G01R31/36GK101799491SQ20101011131
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者栗國星 申請人:凹凸電子(武漢)有限公司