專利名稱：保護電池用的開關嵌入式集成電路和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種集成電路，具體地說，是一種保護電池用的開關嵌入式集成電路 及方法。
背景技術：
在使用電池的電源供應器(battery-based power supply)中，通常包括保護電路 檢測電池，從而避免在電池的充放電期間出現(xiàn)不安全的狀況，例如，過充(over charging)、 過放(over discharging)及過電流(over current)狀況。圖1為傳統(tǒng)應用在可攜式電子 裝置的電池封裝10，其包括電池12、M0S晶體管Ml和M2以及保護電路14。M0S晶體管Ml 和M2各具有一基底二極管(body diode) D1和D2，而且M0S晶體管Ml和M2以背對背方式 排列。保護電路14檢測電池12的電壓并據(jù)以控制M0S晶體管的開關，進而控制流進和流 出電池封裝10的電流。電阻16和電流源18分別為負載和充電器，在充電操作下，由電流 源18提供充電電流對電池12充電，在放電操作下，電池提供放電電流給電阻16。在正常的充電或放電操作下，M0S晶體管Ml和M2都打開(turn on)，因此充電電 流的路徑跟放電電流的路徑一樣都通過M0S晶體管Ml和M2，由于M0S晶體管Ml和M2上的 壓降很小，因此基底二極管D1和D2都不導通。當保護電路14檢測到電池12發(fā)生充電事 件時，M0S晶體管Ml關閉(turn off)而M0S晶體管M2打開，此時充電電流被基底二極管 D1阻擋，只有放電電流可以通過。當保護電路14檢測到電池12發(fā)生放電事件時，M0S晶體 管Ml打開而M0S晶體管M2關閉，此時放電電流被基底二極管D2阻擋，只有充電電流可以 通過。然而，傳統(tǒng)的方法需要使用二個M0S晶體管Ml和M2，這將使得成本和晶粒(die) 的面積增加。此外，當放電電流或充電電流通過基底二極管D1或D2時，將造成過熱情況和 功率損失。因此已知的電池保護電路存在著上述種種不便和問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，在于提出一種降低成本、減少晶粒面積、避免過熱和減少功率損失 的保護電池用的開關嵌入式集成電路及方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是一種保護電池用的開關嵌入式集成電路，其特征在于包括一 M0S晶體管，連接在所述開關嵌入式集成電路的第一接腳和第二接腳之間，設 有一基底二極管，所述第一接腳供連接電池的一端，所述第二接腳供連接負載或充電器；一第一開關，連接至所述基底二極管的陽極，受控將所述基底二極管的陽極連接 至所述第一接腳或第二接腳；一第二開關，連接至所述基底二極管的陰極，受控將所述基底二極管的陰極連接 至所述第一接腳或第二接腳；
一控制邏輯電路，連接所述M0S晶體管、第一開關和第二開關，根據(jù)檢測信號控制 所述M0S晶體管、第一開關和第二開關；一檢測電路，連接所述控制邏輯電路、所述第一接腳以及所述開關嵌入式集成電 路的第三接腳，監(jiān)視所述第一接腳和第三接腳之間的電壓而決定所述檢測信號，所述第三 接腳連接所述電池的另一端。本發(fā)明的開關嵌入式集成電路還可以采用以下的技術措施來進一步實現(xiàn)。前述的開關嵌入式集成電路，其中所述檢測電路在檢測到過充電事件時，觸發(fā)所 述檢測信號使所述控制邏輯電路關閉所述M0S晶體管并切換所述第一和第二開關，因而使 所述基底二極管阻擋充電電流并允許放電電流。前述的開關嵌入式集成電路，其中所述基底二極管的陽極和陰極分別連接至所述 第二接腳和所述第一接腳。前述的開關嵌入式集成電路，其中更包括一比較器連接所述控制邏輯電路，比較 所述第二接腳上的電壓和臨界值，在所述第二接腳上的電壓大于所述臨界值時，提供比較 信號至所述控制邏輯電路以打開所述M0S晶體管。前述的開關嵌入式集成電路，其中所述基底二極管的陽極和陰極分別連接至所述 第一接腳和所述第二接腳。前述的開關嵌入式集成電路，其中更包括一比較器連接所述控制邏輯電路，比較 所述第二接腳上的電壓和臨界值，在所述第二接腳上的電壓低于所述臨界值時，提供比較 信號至所述控制邏輯電路以打開所述M0S晶體管。前述的開關嵌入式集成電路，其中所述檢測電路在檢測到過放電事件時，觸發(fā)所 述檢測信號使所述控制邏輯電路關閉所述M0S晶體管并切換所述第一和第二開關，因而使 所述基底二極管阻擋放電電流并允許充電電流。前述的開關嵌入式集成電路，其中所述基底二極管的陽極和陰極分別連接至所述 第一接腳和所述第二接腳。前述的開關嵌入式集成電路，其中更包括一比較器連接所述控制邏輯電路，比較 所述第二接腳上的電壓和臨界值，在所述第二接腳上的電壓小于所述臨界值時，提供比較 信號至所述控制邏輯電路以打開所述M0S晶體管。前述的開關嵌入式集成電路，其中所述基底二極管的陽極和陰極分別連接至所述 第二接腳和所述第一接腳。前述的開關嵌入式集成電路，其中更包括一比較器連接所述控制邏輯電路，比較 所述第二接腳上的電壓和臨界值，在所述第二接腳上的電壓大于所述臨界值時，提供比較 信號至所述控制邏輯電路以打開所述M0S晶體管。一種保護電池用的方法，其特征在于包括下列步驟第一步驟監(jiān)視所述電池的電壓而決定檢測信號；第二步驟根據(jù)所述檢測信號打開或關閉M0S晶體管以及切換所述M0S晶體管的 基底二極管的方向，所述M0S晶體管的第一端供連接所述電池，且所述M0S晶體管的第二端 供連接負載或充電器。如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二步驟包括在檢測到過充電事件 時，關閉所述M0S晶體管，并切換所述基底二極管的方向以阻擋充電電流和允許放電電流。
本發(fā)明的保護電池用的方法還可以采用以下的技術措施來進一步實現(xiàn)。前述的方法，其中所述基底二極管的陽極和陰極分別連接至所述M0S晶體管的第
二端禾口第一端。前述的方法，其中更包括比較所述M0S晶體管第二端上的電壓和臨界值，在所述 M0S晶體管第二端上的電壓大于所述臨界值時打開所述M0S晶體管。前述的方法，其中所述基底二極管的陽極和陰極分別連接至所述M0S晶體管的第
一端禾口第二端。前述的方法，其中更包括比較所述M0S晶體管第二端上的電壓和臨界值，在所述 M0S晶體管第二端上的電壓低于所述臨界值時打開所述M0S晶體管。前述的方法，其中所述第二步驟包括在檢測到過放電事件時，關閉所述M0S晶體 管，并切換所述基底二極管的方向以阻擋放電電流和允許充電電流。前述的方法，其中所述基底二極管的陽極和陰極分別連接至所述M0S晶體管的第 一端禾口第二端。前述的方法，其中更包括比較所述M0S晶體管第二端上的電壓和臨界值，在所述 M0S晶體管第二端上的電壓小于所述臨界值時打開所述M0S晶體管。前述的方法，其中所述基底二極管的陽極和陰極分別連接至所述M0S晶體管的第
二端禾口第一端。前述的方法，其中，更包括比較所述M0S晶體管第二端上的電壓和臨界值，在所述 M0S晶體管第二端上的電壓大于所述臨界值時打開所述M0S晶體管。采用上述技術方案后，本發(fā)明的保護電池用的開關嵌入式集成電路和方法具有以 下優(yōu)點1.降低成本，減少晶粒面積。2.避免過熱情況，減少功率損失。
圖1為已知的可攜式電子裝置的電池封裝示意圖； 圖2為本發(fā)明的保護電池的低位側開關嵌入式集成電路示意圖； 圖3為圖2中低位側開關嵌入式集成電路的實施例示意圖； 圖4為本發(fā)明的保護電池的高位側開關嵌入式集成電路示意圖； 圖5為圖4中高位側開關嵌入式集成電路的實施例示意圖。 組件符號說明 10電池封裝 12 電池
14電池保護電路
16 電阻
18 電流源
20 開關嵌入式集成電路
2002 檢測電路
2004 控制邏輯電路
2006比較器
2008比較器
22電池
24負載或充電器
30開關嵌入式集成電路
3002控制邏輯電路
3004檢測電路
3006比較器
3008比較器
32電池
34負載或充電器。
具體實施例方式以下結合實施例及其附圖對本發(fā)明作更進一步說明?，F(xiàn)請參閱圖2，圖2為本發(fā)明的保護電池的低位側開關嵌入式集成電路示意圖。如 圖所示，所述保護電池的低位側開關嵌入式集成電路20，其包括三只接腳VDD、GND及VM。電 池22連接在接腳VDD及GND之間，負載或充電器24連接在接腳VDD及GND之間。圖3為 圖2中低位側開關嵌入式集成電路20的實施例示意圖，其中M0S晶體管Ml連接在接腳GND 及VM之間，其具有基底二極管D1，基底二極管D1的陽極經(jīng)開關S2連接至接腳GND或VM， 基底二極管D1的陰極經(jīng)開關S3連接至接腳GND或VM，藉由切換開關S2及S3可以改變基 底二極管D1的方向，檢測電路2002連接接腳VDD及GND以監(jiān)視電池22上的電壓來決定檢 測信號SP，控制邏輯電路2004根據(jù)檢測信號SP產(chǎn)生控制信號CS_M1、CS_S2及CS_S3分別 控制M0S晶體管Ml、開關S2及開關S3，比較器2006比較接腳VM上的電壓及臨界值VB2產(chǎn) 生比較信號C0MP2給控制邏輯電路2004，比較器2008比較接腳VM上的電壓及臨界值VB1 產(chǎn)生比較信號C0MP1給控制邏輯電路2004。由于只使用單個M0S晶體管Ml控制電池22的 充放電，因此能降低成本及減少晶粒面積，而且保護電路及M0S晶體管Ml整合在同一集成 電路20中，故能簡化電路板上的電路，如圖2所示。在正常充電或放電操作時，M0S晶體管Ml全開，因此充電電流或放電電流可以經(jīng) 由M0S晶體管Ml流進或流出電池22。當檢測電路2002檢測到過放電事件時，檢測電路 2002送出檢測信號SP給控制邏輯電路2004以關閉M0S晶體管M1，并使基底二極管D1的 陽極及陰極分別連接至接腳GND及接腳VM，此時，基底二極管D1阻擋放電電流，只允許充 電電流通過，因而達成過放電保護功能。在過放電保護期間，若開始對電池22充電，充電電 流通過基底二極管D1，因而在基底二極管D1上產(chǎn)生約為0. 7V的壓降，這將導致基底二極 管D1發(fā)熱及功率消耗，在開始充電一段時間后，接腳VM上的電壓小于臨界值VB2，比較器 2006因而送出比較信號C0MP2給控制邏輯電路2004以打開M0S晶體管M1，進而結束過放 電保護。由于M0S晶體管Ml的跨壓遠小于0. 7V，因此充電電流不再通過基底二極管D1而 是通過M0S晶體管M1，故能避免過熱情況及減少功率損失。當檢測電路2002檢測到過充電事件時，檢測電路2002送出檢測信號SP給控制邏 輯電路2004以關閉M0S晶體管M1，并使基底二極管D1的陽極及陰極分別連接至接腳VM及接腳GND，此時，基底二極管D1阻擋充電電流，只允許放電電流通過，因而達成過充電保 護功能。同樣，在過充電保護期間，若電池22開始放電，放電電流通過基底二極管D1，因此 導致基底二極管D1發(fā)熱及功率消耗，在開始放電一段時間后，接腳VM上的電壓大于臨界值 VB1,因此比較器2008送出比較信號C0MP1給控制邏輯電路2004以打開M0S晶體管M1，進 而結束過充電保護。由于M0S晶體管Ml的跨壓遠小于0. 7V，因此放電電流不再通過基底二 極管D1而是通過M0S晶體管M1，故能避免過熱情況及減少功率損失。圖4為用以保護電池的高位側開關嵌入式集成電路30，其包括三只接腳VDD、GND 及VM。電池32連接在接腳VDD及GND之間，負載或充電器34連接在接腳VM及GND之間。 圖5為圖4中高位側開關嵌入式集成電路30的實施例，其中M0S晶體管Ml連接在接腳VDD 及VM之間，其具有基底二極管D1，基底二極管D1的陽極經(jīng)開關S2連接至接腳VDD或VM， 基底二極管D1的陰極經(jīng)開關S3連接至接腳VDD或VM，藉由切換開關S2及S3可以改變基 底二極管D1的方向，檢測電路3004連接接腳VDD及GND以監(jiān)視電池32上的電壓并決定檢 測信號SP，控制邏輯電路3002根據(jù)檢測信號SP產(chǎn)生控制信號CS_M1、CS_S2及CS_S3分別 控制M0S晶體管Ml、開關S2及開關S3，比較器3006比較接腳VM上的電壓及臨界值VB1產(chǎn) 生比較信號C0MP1給控制邏輯電路3002，比較器3008比較接腳VM上的電壓及臨界值VB2 產(chǎn)生比較信號C0MP2給控制邏輯電路3002。由于只使用單個M0S晶體管Ml控制電池32的 充放電，因此能降低成本及減少晶粒面積，而且保護電路及M0S晶體管Ml整合在同一集成 電路30中，故能簡化電路板上的電路，如圖4所示。在正常充電或放電操作時，M0S晶體管Ml全開，因此充電電流或放電電流可以經(jīng) 由M0S晶體管Ml流進或流出電池32。當檢測電路3004檢測到過充電事件時，檢測電路 3004送出檢測信號SP給控制邏輯電路3002以關閉M0S晶體管M1，并使基底二極管D1的 陽極及陰極分別連接至接腳VDD及接腳VM，此時，基底二極管D1阻擋充電電流，只允許放電 電流通過，因而達成過充保護功能。在過充電保護期間，若電池32開始放電，放電電流通過 基底二極管D1，因此在基底二極管上產(chǎn)生壓降，進而導致基底二極管D1發(fā)熱及功率消耗， 在開始放電一段時間后，接腳VM上的電壓小于臨界值VB2，因此比較器3008送出比較信號 C0MP2給控制邏輯電路3002打開M0S晶體管Ml以結束過充電保護，在M0S晶體管Ml打開 后，放電電流不再通過基底二極管D1而是通過M0S晶體管Ml，故能避免過熱情況及減少功 率損失。當檢測電路3004檢測到過放電事件時，檢測電路3004送出檢測信號SP給控制邏 輯電路3002以關閉M0S晶體管M1，并使基底二極管D1的陽極及陰極分別連接至接腳VM及 接腳VDD，此時，基底二極管D1阻擋放電電流，只允許充電電流通過，因而達成過放保護功 能。在過放保護期間，若開始對電池32充電，充電電流通過基底二極管D1，因此導致基底二 極管D1發(fā)熱及功率消耗，在開始充電一段時間后，接腳VM上的電壓大于臨界值VB1，因此比 較器3006送出比較信號C0MP1給控制邏輯電路3002打開M0S晶體管Ml以結束過放電保 護，在M0S晶體管Ml打開后，充電電流不再通過基底二極管D1而是通過M0S晶體管M1，進 而避免過熱情況及減少功率損失。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人 員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同 的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求限定。
權利要求
一種保護電池用的開關嵌入式集成電路，其特征在于包括一MOS晶體管，連接在所述開關嵌入式集成電路的第一接腳和第二接腳之間，設有一基底二極管，所述第一接腳供連接電池的一端，所述第二接腳供連接負載或充電器；一第一開關，連接至所述基底二極管的陽極，受控將所述基底二極管的陽極連接至所述第一接腳或第二接腳；一第二開關，連接至所述基底二極管的陰極，受控將所述基底二極管的陰極連接至所述第一接腳或第二接腳；一控制邏輯電路，連接所述MOS晶體管、第一開關和第二開關，根據(jù)檢測信號控制所述MOS晶體管、第一開關和第二開關；一檢測電路，連接所述控制邏輯電路、所述第一接腳以及所述開關嵌入式集成電路的第三接腳，監(jiān)視所述第一接腳和第三接腳之間的電壓而決定所述檢測信號，所述第三接腳連接所述電池的另一端。
2.如權利要求1所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，所述檢測電路在檢測到過 充電事件時，觸發(fā)所述檢測信號使所述控制邏輯電路關閉所述MOS晶體管并切換所述第一 和第二開關，因而使所述基底二極管阻擋充電電流并允許放電電流。
3.如權利要求2所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，所述基底二極管的陽極和 陰極分別連接至所述第二接腳和所述第一接腳。
4.如權利要求3所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，更包括一比較器連接所述 控制邏輯電路，比較所述第二接腳上的電壓和臨界值，在所述第二接腳上的電壓大于所述 臨界值時，提供比較信號至所述控制邏輯電路以打開所述MOS晶體管。
5.如權利要求2所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，所述基底二極管的陽極和 陰極分別連接至所述第一接腳和所述第二接腳。
6.如權利要求5所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，更包括一比較器連接所述 控制邏輯電路，比較所述第二接腳上的電壓和臨界值，在所述第二接腳上的電壓低于所述 臨界值時，提供比較信號至所述控制邏輯電路以打開所述MOS晶體管。
7.如權利要求1所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，所述檢測電路在檢測到過 放電事件時，觸發(fā)所述檢測信號使所述控制邏輯電路關閉所述MOS晶體管并切換所述第一 和第二開關，因而使所述基底二極管阻擋放電電流并允許充電電流。
8.如權利要求7所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，所述基底二極管的陽極和 陰極分別連接至所述第一接腳和所述第二接腳。
9.如權利要求8所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，更包括一比較器連接所述 控制邏輯電路，比較所述第二接腳上的電壓和臨界值，在所述第二接腳上的電壓小于所述 臨界值時，提供比較信號至所述控制邏輯電路以打開所述MOS晶體管。
10.如權利要求7所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，所述基底二極管的陽極和 陰極分別連接至所述第二接腳和所述第一接腳。
11.如權利要求10所述的開關嵌入式集成電路，其特征在于，更包括一比較器連接所 述控制邏輯電路，比較所述第二接腳上的電壓和臨界值，在所述第二接腳上的電壓大于所 述臨界值時，提供比較信號至所述控制邏輯電路以打開所述MOS晶體管。
12.—種保護電池用的方法，其特征在于包括下列步驟第一步驟監(jiān)視所述電池的電壓而決定檢測信號；第二步驟根據(jù)所述檢測信號打開或關閉M0S晶體管以及切換所述M0S晶體管的基底 二極管的方向，所述M0S晶體管的第一端供連接所述電池，且所述M0S晶體管的第二端供連 接負載或充電器。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二步驟包括在檢測到過充電事件 時，關閉所述M0S晶體管，并切換所述基底二極管的方向以阻擋充電電流和允許放電電流。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述基底二極管的陽極和陰極分別連接 至所述M0S晶體管的第二端和第一端。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，更包括比較所述M0S晶體管第二端上的電 壓和臨界值，在所述M0S晶體管第二端上的電壓大于所述臨界值時打開所述M0S晶體管。
16.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述基底二極管的陽極和陰極分別連接 至所述M0S晶體管的第一端和第二端。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，更包括比較所述M0S晶體管第二端上的電 壓和臨界值，在所述M0S晶體管第二端上的電壓低于所述臨界值時打開所述M0S晶體管。
18.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二步驟包括在檢測到過放電事件 時，關閉所述M0S晶體管，并切換所述基底二極管的方向以阻擋放電電流和允許充電電流。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述基底二極管的陽極和陰極分別連接 至所述M0S晶體管的第一端和第二端。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，更包括比較所述M0S晶體管第二端上的電 壓和臨界值，在所述M0S晶體管第二端上的電壓小于所述臨界值時打開所述M0S晶體管。
21.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述基底二極管的陽極和陰極分別連接 至所述M0S晶體管的第二端和第一端。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，更包括比較所述M0S晶體管第二端上的電 壓和臨界值，在所述M0S晶體管第二端上的電壓大于所述臨界值時打開所述M0S晶體管。
全文摘要
一種保護電池用的開關嵌入式集成電路，包括一MOS晶體管，連接在所述開關嵌入式集成電路的第一接腳和第二接腳之間，設有一基底二極管，所述第一接腳供連接電池的一端，所述第二接腳供連接負載或充電器；一第一開關，連接至所述基底二極管的陽極，受控將所述基底二極管的陽極連接至所述第一接腳或第二接腳；一第二開關，連接至所述基底二極管的陰極，受控將所述基底二極管的陰極連接至所述第一接腳或第二接腳；一控制邏輯電路，連接所述MOS晶體管、第一開關和第二開關，根據(jù)檢測信號控制所述MOS晶體管、第一開關和第二開關；一檢測電路，連接所述控制邏輯電路、所述第一接腳以及所述開關嵌入式集成電路的第三接腳。
文檔編號H02H7/18GK101872962SQ20091013800
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權日2009年4月23日
發(fā)明者濮正林, 王欽輝, 韓穎杰 申請人:上海立隆微電子有限公司