專(zhuān)利名稱(chēng)：充電開(kāi)關(guān)控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠控制二次電池充電的充電控制電路和利用此電路的可再充電電源設(shè)備。
作為傳統(tǒng)的充電控制電路，已知有諸如圖2所示的電路方框圖等的電路。在這樣的電路中，為了通過(guò)二次電池201的電壓控制充電器208，在這個(gè)充電控制電路中存在兩個(gè)電源系統(tǒng)，亦即二次電池201和充電器208。監(jiān)視二次電池201電壓和控制充電和放電用的充、放電控制電路202是用二次電池201作為電源工作的，而驅(qū)動(dòng)充電控制開(kāi)關(guān)FET-B211用的充電開(kāi)關(guān)控制電路207則是通過(guò)FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)用充電器208或二次電池201作為電源工作。此時(shí)，在二次電池201的電壓由于二次電池異常退化、斷路、短路等而變?yōu)槌?、放電控制電?02的最小工作電壓或更低的情況下，充、放電控制電路202用二次電池作為電源無(wú)法正常工作，而且充電開(kāi)關(guān)控制電路207的輸出變得不穩(wěn)定。因而，它變得無(wú)法正常操作充電控制開(kāi)關(guān)FET-B。結(jié)果，有可能對(duì)二次電池201進(jìn)行異常充電。于是，按照?qǐng)D3所示的充電開(kāi)關(guān)控制電路207，通過(guò)MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)晶體管304的閾值電壓檢測(cè)二次電池電壓的降低，并防止對(duì)異常電池的充電。
在通過(guò)晶體管304的閾值電壓監(jiān)視二次電池201的電池電壓的情況下，若二次電池201的電壓不高于MOS晶體管304的閾值電壓，則充電控制開(kāi)關(guān)FET-B截止以防止充電。若二次電池201的電壓低于充、放電控制電路202的最小工作電壓，則充電控制開(kāi)關(guān)FET-B導(dǎo)通，以便能夠充電。但是，當(dāng)二次電池的電壓處在MOS晶體管304的閾值電壓和充、放電控制電路202的最小工作電壓之間的區(qū)域時(shí)，就不可能控制充電控制開(kāi)關(guān)是應(yīng)該導(dǎo)通還是應(yīng)該截止。另外，即使二次電池201的電壓不高于MOS晶體管的閾值電壓，充電控制開(kāi)關(guān)也可能由于MOS晶體管304的漏電流而導(dǎo)通。結(jié)果，出現(xiàn)一個(gè)缺陷，就是除非二次電池201的電壓變得充分地低于MOS晶體管304的閾值電壓并變?yōu)閹缀?V(伏)，否則無(wú)法完全保證抑制充電。
本發(fā)明是為解決傳統(tǒng)技術(shù)的上述問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種具有高可靠性和安全性的充電控制電路，其中利用MOS反相電路，使得在電池電壓不高于MOS晶體管的閾值電壓時(shí)，充電控制開(kāi)關(guān)不會(huì)由于MOS晶體管的漏電流而導(dǎo)通，并當(dāng)二次電池的電壓不高于MOS反相電路的閾值電壓而此時(shí)連接充電器時(shí)，使充電電流不流過(guò)電池，以引起無(wú)法進(jìn)行充電這樣的狀態(tài)。
為了達(dá)到上述目標(biāo)，在按照本發(fā)明的充電控制電路中，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得在二次電池的電壓變?yōu)镸OS反相電路的閾值電壓或更低時(shí)，和此時(shí)連接充電器時(shí)，一個(gè)開(kāi)關(guān)電路截止，使之不流過(guò)充電電流，使得在異常狀態(tài)下不對(duì)電池進(jìn)行充電。
在如上所述地構(gòu)造的充電控制電路中，若在電池電壓不高于MOS反相電路的閾值電壓而異常連接電池時(shí)連接充電器，則切斷充電電流，使對(duì)二次電池的充電成為不可能。該電路起防止二次電池破壞的作用，提高整個(gè)設(shè)備的可靠性和改進(jìn)其安全性。


圖1是解釋性視圖，表示本發(fā)明的可再充電電源設(shè)備的電路框圖；圖2是解釋性視圖，表示傳統(tǒng)的可再充電電源設(shè)備的電路框圖；圖3是傳統(tǒng)的可再充電電源設(shè)備一部分的電路框圖；圖4是本發(fā)明的可再充電電源設(shè)備一部分的電路框圖；圖5是電路框圖，表示本發(fā)明的可再充電電源設(shè)備一部分的另一個(gè)實(shí)施例；圖6是電路框圖，表示本發(fā)明的可再充電電源設(shè)備一部分的再一個(gè)實(shí)施例；圖7是電路框圖，表示本發(fā)明的可再充電電源設(shè)備一部分的再一個(gè)實(shí)施例；
圖8是電路框圖，表示本發(fā)明的可再充電電源設(shè)備一部分的再一個(gè)實(shí)施例；而圖9是電路框圖，表示本發(fā)明的可再充電電源設(shè)備一部分的再一個(gè)實(shí)施例。
現(xiàn)將參照?qǐng)D1描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖1是包括本發(fā)明的充電控制電路的電路框圖；二次電池101通過(guò)開(kāi)關(guān)電路103與外部端子+VO104和-VO105連接。開(kāi)關(guān)電路103包括兩個(gè)Nch(N溝道)FET。二次電池101的電壓用充、放電控制電路102及充電開(kāi)關(guān)控制電路107監(jiān)視。充、放電控制電路102通過(guò)信號(hào)線114A連接到FET-A110，并控制FET-A110的導(dǎo)通/截止。充電開(kāi)關(guān)控制電路107連接在外部端子+VO104和-VO105之間，通過(guò)過(guò)流檢測(cè)端子113與充電器并聯(lián)，作為電源隨著電壓而工作，通過(guò)信號(hào)線114B連接到FET-B111，并控制FET-B111的導(dǎo)通/截止。
給二次電池101充電用的充電器108和由二次電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備(從二次電池看來(lái)是負(fù)載)連接在外部端子+VO104和-VO105之間。FET-A110和FET-B111與外部端子+VO104和-VO105串聯(lián)。
首先，參照?qǐng)D1描述充電開(kāi)關(guān)控制電路107。一個(gè)來(lái)自充、放電控制電路102的信號(hào)輸入電平移動(dòng)電路401。二次電池101的電池電壓輸入用作電池電壓檢測(cè)電路的P溝道MOS晶體管402的柵極和N溝道MOS晶體管404的柵極。P溝道MOS晶體管402的漏極通過(guò)電阻元件403連接到N溝道MOS晶體管404的漏極。P溝道MOS晶體管402的漏極和電阻元件403之間連接點(diǎn)的輸出和電平移動(dòng)電路401的輸出輸入反邏輯AND(與)產(chǎn)生電路405。反邏輯AND產(chǎn)生電路405的輸出輸入P溝道MOS晶體管406的柵極和N溝道MOS晶體管407的柵極。P溝道MOS晶體管406的漏極連接到N溝道MOS晶體管407的漏極，該信號(hào)通過(guò)充電控制信號(hào)輸出端子112B和通過(guò)信號(hào)線114B傳輸?shù)紽ET-B111的柵極。此時(shí)，構(gòu)成充電開(kāi)關(guān)控制電路107的各組件，亦即電平移動(dòng)電路401、P溝道MOS晶體管402和406、N溝道MOS晶體管404和407、電阻元件403和反邏輯AND產(chǎn)生電路405的電源是通過(guò)外部端子+VO104和-VO105由充電器108提供的。或者該電源通過(guò)開(kāi)關(guān)電路103中的FET-A110和FET-B111和通過(guò)外部端子+VO104和-VO105由二次電池101提供的。
圖4是圖1中的充電開(kāi)關(guān)控制電路207(？？？107？？？)。電平移動(dòng)電路401連接到正電源端子308和負(fù)電源端子的309，而電平移動(dòng)電路401具有輸入端子409。第一P溝道MOS晶體管和N溝道MOS晶體管連接到檢測(cè)端子409和第二N溝道晶體管406和第二N溝道晶體管411連接點(diǎn)輸出端子412。
現(xiàn)將參照?qǐng)D1描述充電開(kāi)關(guān)控制電路107的操作。當(dāng)時(shí)，電平移動(dòng)電路401的輸入信號(hào)，亦即充、放電控制電路102的輸出信號(hào)處于高電平，電平移動(dòng)電路輸出輸出端子+VO104的電壓(下稱(chēng)“H”)，而當(dāng)充、放電控制電路102處于低電平時(shí)，電平移動(dòng)電路輸出外部端子-VO105的電壓(下稱(chēng)“L”)，它變成反邏輯AND產(chǎn)生電路405的輸入。在二次電池101的電壓降低，并變得低于P溝道MOS晶體管的閾值電壓的情況下，由P溝道MOS晶體管402、N溝道MOS晶體管404和電阻元件403構(gòu)成的二次電池101的電壓檢測(cè)電路輸出“L”，它輸入反邏輯AND產(chǎn)生電路405。反邏輯AND產(chǎn)生電路405的輸出通過(guò)由P溝道MOS晶體管406和N溝道MOS晶體管407構(gòu)成的反相輸出電路驅(qū)動(dòng)充電控制FET-B111。就是說(shuō)，只有在電平移動(dòng)電路的輸出和二次電池電壓檢測(cè)電路的輸出都是“H”的情況下，充電控制FET-B的柵極電壓才會(huì)變?yōu)椤癏”，并且充電才變得可能。反之，若這些信號(hào)中的任何一個(gè)為“L”，則FET-B的柵極電壓變?yōu)椤癓”，以致充電被抑制。
盡管上述操作是針對(duì)如圖4所示的充電開(kāi)關(guān)控制電路107的情況的，但是，即使充電開(kāi)關(guān)控制電路是圖5的電路時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)同樣的操作。就是說(shuō)，二次電池電壓檢測(cè)電路由P溝道MOS晶體管502和電阻元件503組成，而其輸出和電平移動(dòng)電路的輸出都受到邏輯AND的操作，使得與圖4相同的操作成為可能。在二次電池電壓不高于P溝道MOS晶體管的閾值電壓的情況下，電池電壓檢測(cè)電路輸出“L”，使得即使作為反邏輯AND產(chǎn)生電路405的另一個(gè)輸入的電平移動(dòng)電路401的輸出為“H”，反邏輯AND產(chǎn)生電路405的輸出也會(huì)變?yōu)椤癏”。結(jié)果，被反相輸出電路反相的“L”信號(hào)輸入充電控制FET-B的柵極，使得充電控制FET-B截止，從而抑制充電。當(dāng)二次電池101的電壓變?yōu)镻溝道MOS晶體管的閾值電壓或更高時(shí)，P溝道MOS晶體管導(dǎo)通，電池電壓檢測(cè)電路的輸出從“L”變?yōu)椤癏”。若作為反邏輯AND產(chǎn)生電路405的另一個(gè)輸入的電平移動(dòng)電路401的輸出為“H”，則反邏輯AND產(chǎn)生電路405的輸出變?yōu)椤癓”。結(jié)果，被反相輸出電路反相的“H”信號(hào)輸出到充電控制FET-B的柵極，使得充電控制FET-B導(dǎo)通，使充電成為可能。
接著，將參照?qǐng)D6描述本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。與圖4相似，充、放電控制電路的輸出變?yōu)殡娖揭苿?dòng)電路601的輸入，而其輸出變?yōu)榉催壿婳R(或)產(chǎn)生電路606的輸入。由P溝道MOS晶體管602、N溝道MOS晶體管604和電阻元件603組成的電池電壓檢測(cè)電路的輸出變?yōu)榉聪嚯娐?05的輸入，在反相電路605的輸出變?yōu)榉催壿婳R產(chǎn)生電路606的輸入。電平移動(dòng)電路的輸出和電池電壓檢測(cè)電路的輸出輸入到該反邏輯OR產(chǎn)生電路，而其輸出輸入到由P溝道MOS晶體管607和二次電池608(？？？圖中為N溝道MOS晶體管？？？)構(gòu)成的的反相輸出電路。另外，反相輸出電路的輸出輸入到充電控制FET-B的柵極。
現(xiàn)將參照?qǐng)D6描述本發(fā)明上述實(shí)施例的操作。當(dāng)電平移動(dòng)電路601的輸入信號(hào)處于高電平時(shí)，電平移動(dòng)電路輸出“H”，而當(dāng)其輸入信號(hào)為低電平時(shí)，該電路輸出“L”，后者變?yōu)榉催壿婳R產(chǎn)生電路606的輸入。在二次電池的電壓降低并變得低于P溝道MOS晶體管602的閾值電壓的情況下，由P溝道MOS晶體管602、N溝道MOS晶體管604、的電阻元件603構(gòu)成的電池電壓檢測(cè)電路輸出“L”。這個(gè)輸出變?yōu)榉聪嚯娐?05的輸入，其輸出為“H”并變?yōu)榉催壿婳R產(chǎn)生電路606的輸入。此外，反邏輯OR產(chǎn)生電路606的輸出通過(guò)由P溝道MOS晶體管607和N溝道MOD晶體管608構(gòu)成的反相輸出電路驅(qū)動(dòng)充電控制FET-B。在電平移動(dòng)電路的輸出為“L”而電池電壓檢測(cè)電路的輸出為“H”的情況下，因?yàn)榉聪嚯娐返妮敵鲎優(yōu)椤癓”，反邏輯OR產(chǎn)生電路606的兩個(gè)輸入都變?yōu)椤癓”，因而反邏輯OR產(chǎn)生電路606的輸出變?yōu)椤癏”。因?yàn)檫@一信號(hào)輸入反相輸出電路，所以充電控制FET-B的柵極電壓變?yōu)椤癓”，故充電變?yōu)椴豢赡堋Ｒ驗(yàn)榉催壿婳R產(chǎn)生電路606的輸出在上述以外的情況下變?yōu)椤癓”，充電控制FET-B的柵極電壓變?yōu)椤癏”，充電變?yōu)椴豢赡?。這樣，與圖4的情況相反，其電池電壓低于P溝道MOS晶體管閾值電壓的二次電池可以被充電。
盡管上述操作是針對(duì)圖6所示的充電開(kāi)關(guān)控制電路的情況的，即使在充電開(kāi)關(guān)控制電路是圖7的電路的情況下也可以實(shí)現(xiàn)同樣的操作。就是說(shuō)，電池電壓檢測(cè)電路由P溝道MOS晶體管702和電阻元件703組成，其輸出被反相電路704反相，而反相電路的輸出和電平移動(dòng)電路的輸出受到邏輯和的操作，所以如同圖6的操作成為可能。在二次電池的電壓不高于P溝道MOS晶體管的閾值電壓的情況下，電池電壓檢測(cè)電路輸出“L”。于是，即使作為反邏輯OR產(chǎn)生電路705的輸入的電平移動(dòng)電路701的輸出為“H”或“L”，反邏輯OR產(chǎn)生電路705的輸出也會(huì)變?yōu)椤癓”。結(jié)果，被反相輸出電路反相的“H”信號(hào)輸入到充電控制FET-B的柵極，使得充電控制FET-B導(dǎo)通，因而充電成為可能。當(dāng)二次電池的電壓變?yōu)镻溝道MOS晶體管的閾值電壓或更高時(shí)，P溝道MOS晶體管導(dǎo)通，電池電壓檢測(cè)電路的輸出從“L”變?yōu)椤癏”，它變?yōu)榉聪嚯娐?04的輸入，而其輸出變?yōu)椤癓”。若作為反邏輯OR產(chǎn)生電路705的輸入的電平移動(dòng)電路701的輸出為“L”，則反邏輯OR產(chǎn)生電路705的輸出變?yōu)椤癏”。結(jié)果，被反相輸出電路反相的“L”信號(hào)輸入到充電控制FET-B的柵極，使得充電控制FET-B截止，充電被抑制。與此類(lèi)似，只有在反邏輯OR產(chǎn)生電路705的兩個(gè)輸入均為“L”的情況下，充電才會(huì)被抑制。
盡管以上描述是針對(duì)Nch(N溝道)-FET用于開(kāi)關(guān)電路的情況的，但即使Pch(P溝道)-FET用于開(kāi)關(guān)電路，也能實(shí)現(xiàn)同樣的操作。圖8是Pch-FET型開(kāi)關(guān)電路用的充電開(kāi)關(guān)控制電路。輸入端子809連接到電平移動(dòng)電路801，而其輸出變?yōu)榉聪嚯娐?05的輸入。反相電路805的輸出變?yōu)榉催壿婳R產(chǎn)生電路806的輸入。由P溝道MOS晶體管805、N溝道MOS晶體管804和電阻元件603(？？？803？？？))構(gòu)成的電池電壓檢測(cè)電路的輸出變?yōu)榉催壿婳R產(chǎn)生電路806的輸入。檢測(cè)端子810連接到P溝道MOS晶體管805和N溝道MOS晶體管804。反邏輯OR產(chǎn)生電路806的輸出是反相輸出電路的輸入，它包括P溝道MOS晶體管和N溝道MOS晶體管，而反相輸出電路的輸出輸出到輸出端子813。電平移動(dòng)電路801、電池電壓檢測(cè)電路和反相輸出電路連接到正電源端子811和負(fù)電源端子812。
現(xiàn)將參照?qǐng)D9描述利用Pch-FET的電路。與圖1不同之點(diǎn)在于，開(kāi)關(guān)電路由Pch FET，而不是Nch-FET構(gòu)成。二次電池901通過(guò)開(kāi)關(guān)電路903連接到外部端子+VO904和-VO905。開(kāi)關(guān)電路903由兩個(gè)Pch-FET構(gòu)成。二次電池的電壓由充、放電控制電路902和充電開(kāi)關(guān)控制電路907監(jiān)視。充、放電控制電路902通過(guò)信號(hào)線914A連接到FET-A910，并控制FET-A910的導(dǎo)通/截止。充電開(kāi)關(guān)控制電路907通過(guò)過(guò)流檢測(cè)端子913連接在外部端子+VO904和-VO905之間，與充電器并聯(lián)。充電開(kāi)關(guān)控制電路由作為電源的電源操作，通過(guò)信號(hào)線914B連接到FET-B911，并控制FET-B911的導(dǎo)通/截止。給二次電池901充電用的充電器908和被該二次電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備連接在外部端子+VO904和-VO905之間。FET-A910和FET-B911串聯(lián)到外部端子-VO905或+VO904。
現(xiàn)將參照?qǐng)D9描述該充電開(kāi)關(guān)控制電路907的操作。來(lái)自充、放電控制電路902的信號(hào)輸入電平移動(dòng)電路801。二次電池901的電池電壓輸入到電池電壓檢測(cè)電路用的P溝道MOS晶體管802的柵極和N溝道MOS晶體管804的柵極。然后，P溝道MOS晶體管802的漏極通過(guò)電阻元件803連接到N溝道MOS晶體管804的漏極。P溝道MOS晶體管802和電阻元件803之間的連接點(diǎn)的輸出，和電平移動(dòng)電路801的輸出通過(guò)反相電路805輸入到反邏輯OR產(chǎn)生電路806。反邏輯OR產(chǎn)生電路806的輸出輸入到P溝道MOS晶體管807的柵極和N溝道MOS晶體管808的柵極。P溝道MOS晶體管807的漏極連接到N溝道MOS晶體管808的漏極，該信號(hào)通過(guò)充電控制信號(hào)輸出端子912B和通過(guò)信號(hào)線914B傳輸?shù)介_(kāi)關(guān)電路903中的FET-B911的柵極。此時(shí)，構(gòu)成充電開(kāi)關(guān)控制電路907的各個(gè)組件，亦即電平移動(dòng)電路801、P溝道MOS晶體管802和807、N溝道MOS晶體管804和808、電阻元件803、反相電路805、反邏輯OR產(chǎn)生電路806的電源是由充電器908通過(guò)外部端子+VO904和-VO905供給的?；蛘?，電源由二次電池901通過(guò)開(kāi)關(guān)電路中的FET-A910和FET-B911以及通過(guò)外部端子+VO904和-VO905供給的。
現(xiàn)將參照?qǐng)D9描述充電開(kāi)關(guān)控制電路907的操作。當(dāng)電平移動(dòng)電路801的輸入信號(hào)，就是說(shuō)充、放電控制電路的輸出信號(hào)處于高電平時(shí)，電平移動(dòng)電路輸出“H”，而當(dāng)充、放電控制電路902的輸出信號(hào)處于低電平時(shí)，電平移動(dòng)電路輸出“L”，這通過(guò)反相電路805變?yōu)榉催壿婳R產(chǎn)生電路806的輸入。在二次電池的電源降低，并低于N溝道MOS晶體管804的閾值電壓的情況下，由P溝道MOS晶體管802、N溝道MOS晶體管804和電阻元件803構(gòu)成的二次電池901電池電壓檢測(cè)電路輸出“L”，它變?yōu)榉催壿婳R產(chǎn)生電路806的輸入。另外，反邏輯OR輸出電路806的輸出通過(guò)由P溝道MOS晶體管807和N溝道MOS晶體管808構(gòu)成的反相輸出電路驅(qū)動(dòng)充電控制FET-B911。就是說(shuō)，只有在電平移動(dòng)電路的輸出和二次電池電池電壓檢測(cè)電路的輸出均為“H”的情況下，充電控制FET-B的柵極電壓才會(huì)變?yōu)椤癓”，充電才變?yōu)榭赡?。在電平移?dòng)電路和二次電池電池電壓檢測(cè)電路的信號(hào)中的任何一個(gè)為“L”的情況下，F(xiàn)ET-B的柵極電壓變?yōu)椤癏”，使得充電被抑制。這樣，不僅像在傳統(tǒng)的電路中一樣來(lái)自充、放電控制電路的控制信號(hào)，而且二次電池電池電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)都直接使用，使恒定電壓的電池的充、放電控制得以實(shí)現(xiàn)。
如上所述，按照本發(fā)明，只要加上一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，在二次電池的電壓變?yōu)镸OS晶體管的閾值電壓或更低的狀態(tài)下連接充電器的情況下，開(kāi)關(guān)電路截止，充電電流被截?cái)?，從而抑制異常電池充電。這樣，便獲得防止二次電池?fù)p壞、提高整個(gè)設(shè)備的可靠性并改進(jìn)安全性的效果。
權(quán)利要求
1.一種充電控制電路，它包括以充電器電壓為電源的MOS反相電路，其中，把二次電池的電壓輸入到所述MOS反相電路，監(jiān)視所述二次電池的電壓，并輸出用來(lái)控制所述二次電池的充電、使之得以進(jìn)行或得以禁止的信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1的充電控制電路，其特征在于在所述二次電池的電壓不高于所述MOS反相電路的閾值電壓的情況下，禁止所述充電。
3.按照權(quán)利要求1的充電控制電路，其特征在于在所述二次電池的電壓不高于MOS反相電路的閾值電壓的情況下，使所述充電成為可能的。
全文摘要
提供一種充電控制電路,其中提高了可再充電電源設(shè)備的可靠性,并改善安全性。在該充電控制電路中,這樣設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)、使得在二次電池的電壓為異常電壓、亦即不高于MOS反相電路的閾值電壓的狀態(tài)下連接充電器時(shí),充電控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi),截?cái)喑潆婋娏?禁止對(duì)異常電池的充電,以此防止二次電池的破壞或爆炸。
文檔編號(hào)H01M10/44GK1270432SQ0010676
公開(kāi)日2000年10月18日 申請(qǐng)日期2000年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月14日
發(fā)明者安藤努 申請(qǐng)人:精工電子有限公司