專利名稱:保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種電池保護(hù)電路及方法。
背景技術(shù):
使用電池的電源供應(yīng)器通常配備保護(hù)電路來偵測電池的狀況,避免在電池的充放 電期間出現(xiàn)不安全的操作,例如,過壓(over-voltage)及欠壓(under-voltage)。圖1是傳 統(tǒng)應(yīng)用在可攜式電子裝置的電池封裝10,該電池封裝10包括電池12及保護(hù)電路13。在保 護(hù)電路13中,MOS晶體管Ml及M2各具有基底二極管(bodydiode) Dl及D2,且二者以背對 背方式排列,偵測器14監(jiān)視電池12的電壓并據(jù)以切換MOS晶體管Ml及M2,以控制流進(jìn)及 流出電池封裝10的電流。在充電操作時(shí),充電器18提供充電電流對電池12充電,在放電 操作時(shí),電池提供放電電流給負(fù)載16。在正常操作時(shí),MOS晶體管Ml及M2都閉路,因此允許充電電流及放電電流通過, 由于MOS晶體管Ml及M2的壓降很小,因此基底二極管Dl及D2都不導(dǎo)通。當(dāng)偵測器14偵 測到電池12發(fā)生過壓事件時(shí),MOS晶體管Ml開路且MOS晶體管M2閉路,基底二極管Dl阻 擋充電電流,只有放電電流可以通過。當(dāng)偵測器14偵測到電池12發(fā)生欠壓事件時(shí),MOS晶 體管Ml閉路且MOS晶體管M2開路,基底二極管D2阻擋放電電流,只有充電電流可以通過。然而,傳統(tǒng)的保護(hù)電路13需要兩個(gè)MOS晶體管Ml及M2,因此成本及晶粒(die)的 面積較多。此外,不論放電電流或充電電流通過基底二極管Dl或D2,都容易造成過熱及功 率損失。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一,在于提出一種保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路及方法。根據(jù)本發(fā)明,一種保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路包括具有基底二極管的MOS 晶體管,以及控制邏輯電路切換該MOS晶體管及該基底二極管的方向,以控制充電電流及 放電電流。第一偵測器在偵測到過壓或欠壓時(shí),通知該控制邏輯電路關(guān)閉該MOS晶體管。第 二偵測器根據(jù)電池為連接負(fù)載或充電器或浮接,通知該控制邏輯電路選擇過壓保護(hù)解除臨 界值及過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明,一種保護(hù)電池用的方法包括在充電及放電路徑安排一個(gè)具有基底二 極管的MOS晶體管,在過壓及欠壓時(shí)關(guān)閉該MOS晶體管及切換該基底二極管的方向,以控制 充電電流及放電電流,以及根據(jù)電池為連接負(fù)載或充電器或浮接選擇過壓保護(hù)解除臨界值 及過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明,一種保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路包括具有第一導(dǎo)電型的基 底,具有第二導(dǎo)電型的隔離層在該基底上,具有該第一導(dǎo)電型的井在該隔離層內(nèi),MOS晶體 管在該井上,以及電流最佳化電路連接該隔離層,提供電壓給該隔離層以防止寄生導(dǎo)通。本發(fā)明所提供的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路及方法,由于只使用一個(gè)MOS 晶體管控制電池的充放電,因此能降低成本及晶粒面積,而且所有的保護(hù)電路整合在同一集成電路,故能簡化電路板上的電路。
圖1是傳統(tǒng)應(yīng)用在可攜式電子裝置的電池封裝;圖2是用以保護(hù)電池的低位側(cè)開關(guān)嵌入式集成電路;圖3是低位側(cè)開關(guān)嵌入式集成電路的實(shí)施例;圖4用以說明發(fā)生過壓事件后,接腳VM仍然連接充電器時(shí),開關(guān)嵌入式集成電路 的過壓保護(hù)解除反應(yīng);圖5用以說明發(fā)生過壓事件后,接腳VM為浮接時(shí),開關(guān)嵌入式集成電路的過壓保 護(hù)解除反應(yīng);圖6用以說明發(fā)生過壓事件后,充電器被移除并接上負(fù)載時(shí),開關(guān)嵌大式集成電 路的過壓保護(hù)解除反應(yīng);圖7是開關(guān)嵌入式集成電路的剖面圖以及電流最佳化電路的實(shí)施例;圖8是電流傳感器的實(shí)施例;圖9是第二偵測器的實(shí)施例;圖10是延遲電路的實(shí)施例;圖11用以說明圖3電路的欠壓保護(hù)解除反應(yīng);圖12是用以保護(hù)電池的高位側(cè)開關(guān)嵌入式集成電路;以及圖13是高位側(cè)開關(guān)嵌入式集成電路的實(shí)施例。
具體實(shí)施例下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)描述。圖2是用以保護(hù)電池的低位側(cè)開關(guān)嵌入式集成電路20,該開關(guān)嵌入式集成電路20 包括三只接腳VDD、GND及VM。電池22連接在接腳VDD及GND之間,負(fù)載或充電器M連接 在接腳VDD及GND之間。圖3是低位側(cè)開關(guān)嵌入式集成電路20的實(shí)施例,其中MOS晶體管 Ml連接在接腳GND及VM之間,該MOS晶體管Ml具有基底二極管D1,基底二極管Dl的陽極 經(jīng)開關(guān)S2連接至接腳GND或VM,基底二極管Dl的陰極經(jīng)關(guān)關(guān)S3連接至接腳GND或VM,通 過切換開關(guān)S2及S3可改變基底二極管Dl的方向,電流最佳化電路30用以防止MOS晶體 管Ml在大電流操作時(shí)發(fā)生寄生導(dǎo)通(latch up),第一偵測器32連接接腳VDD及GND以監(jiān) 視電池22的電壓來決定偵測信號Sp,第二偵測器42連接接腳VM以偵測接腳VM的電壓產(chǎn) 生偵測信號SL供判斷接腳VM的狀態(tài)為連接充電器或負(fù)載或浮接,電流傳感器40偵測充電 或放電電流而產(chǎn)生電流感測信號ks,控制邏輯電路34用以控制MOS晶體管Ml、開關(guān)S2及 S3,振蕩器36提供頻率CLK,延遲電路38根據(jù)頻率CLK提供多個(gè)延遲時(shí)間toVpl、toVp2及 tovp3給控制邏輯電路34。由于只使用一個(gè)MOS晶體管Ml控制電池22的充放電,因此能 降低成本及晶粒面積,而且所有的保護(hù)電路整合在同一集成電路20,故能簡化電路板上的 電路,如圖2所示。參照圖3,在正常操作時(shí),MOS晶體管Ml全開,因此充電電流或放電電流都可經(jīng)MOS 晶體管Ml流進(jìn)或流出電池22。當(dāng)?shù)谝粋蓽y器32偵測到欠壓事件時(shí),通過偵測信號Sp通 知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1,并使基底二極管Dl的陽極及陰極分別連接至接腳GND及接腳VM,以阻擋放電電流,只允許充電電流通過,因而達(dá)成欠壓保護(hù)功能。當(dāng)?shù)谝粋?測器32偵測到過壓事件時(shí),通過偵測信號Sp通知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1,并 使基底二極管Dl的陽極及陰極分別連接至接腳VM及接腳GND,以阻擋充電電流,只允許放 電電流通過,因而達(dá)成過壓保護(hù)功能。在發(fā)生過壓事件后,根據(jù)接腳VM的狀態(tài),開關(guān)嵌入式集成電路20將有不同的過壓 保護(hù)解除反應(yīng)。發(fā)生過壓事件后,若接腳VM是連接充電器,則開關(guān)嵌入式集成電路20的過 壓保護(hù)解除反應(yīng)如圖4所示,其中波形50為電池22的電壓,波形52為接腳VM的電壓,波 形討為通過MOS晶體管Ml的電流。參照圖3及圖4,在時(shí)間tl時(shí),MOS晶體管Ml導(dǎo)通,充 電器提供充電電流對電池22充電,如波形M所示,因此電池22的電壓上升,如波形50所 示。由于MOS晶體管Ml的導(dǎo)通電阻,充電電流通過MOS晶體管Ml時(shí)將產(chǎn)生壓降,因此接腳 VM的電壓為負(fù)壓,如波形52所示。當(dāng)電池22的電壓大于過壓保護(hù)臨界值Vovp且持續(xù)一段 時(shí)間,第一偵測器32通過偵測信號Sp通知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1,并使基底 二極管Dl的陽極及陰極分別連接至接腳VM及接腳GND,以截止充電電流,如時(shí)間t2所示。 此時(shí)由于接腳VM連接充電器,因此接腳VM的電壓下降,如波形52所示。舉例來說,假設(shè)充 電器提供6V電壓而電池電壓為4V,又充電器及電池22均連接接腳VDD,當(dāng)MOS晶體管Ml開 路后,接腳VM的電壓將變?yōu)?2V。當(dāng)?shù)诙蓽y器42偵測到接腳VM的電壓低于負(fù)電壓VB2 時(shí),通過偵測信號SL告知控制邏輯電路34充電器仍然連接接腳VM,控制邏輯電路34因而 送出設(shè)定信號ket給第一偵測器32,以選擇電壓Vovp_hySl作為過壓保護(hù)解除臨界值。在 MOS晶體管Ml開路后,由于電池22的自放電,電池22的電壓將緩緩下降,在其低于過壓保 護(hù)解除臨界值Vovp_hySl時(shí),如時(shí)間t3,第一偵測器32關(guān)閉偵測信號Sp以使控制邏輯電 路34打開MOS晶體管Ml。為了避免誤動(dòng)作,在偵測信號Sp持續(xù)關(guān)閉超過過壓保護(hù)解除延 遲時(shí)間后,控制邏輯電路34才打開MOS晶體管M1,如時(shí)間t4,此時(shí)開關(guān)嵌入式集成電路20 解除過壓保護(hù)。在此實(shí)施例中,控制邏輯電路34根據(jù)偵測信號SL選擇延遲時(shí)間tovpl作 為過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。由于充電器并未移除,故在MOS晶體管Ml導(dǎo)通后,充電器再次 對電池22充電。當(dāng)電池22的電壓又大于過壓保護(hù)臨界值Vovp時(shí),重復(fù)前述操作。發(fā)生過壓事件后,若接腳VM為浮接,則開關(guān)嵌入式集成電路20的過壓保護(hù)解除反 應(yīng)如圖5所示。參照圖3及圖5,當(dāng)充電器將電池22的電壓充到過壓保護(hù)臨界值Vovp后, 控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1,并使基底二極管Dl的陽極及陰極分別連接至接腳VM 及接腳GND,以截止充電電流。當(dāng)充電器被移除時(shí),如時(shí)間t5,接腳VM變成浮接,此時(shí)開關(guān) 嵌入式集成電路20的內(nèi)部電流可能通過接腳VM,故接腳VM的電壓為正電壓。若第二偵測 器42偵測到接腳VM的電壓小于正電壓VBl但大于負(fù)電壓VB2,則通過偵測信號SL告知控 制邏輯電路;34充電器已被移除,控制邏輯電路34因而選擇延遲時(shí)間tovp2作為過壓保護(hù) 解除延遲時(shí)間,并送出設(shè)定信號ket給第一偵測器32,以選擇電壓Vovp_hyS2作為過壓保 護(hù)解除臨界值。由于電池22的自放電,電池電壓緩緩下降,在其低于過壓保護(hù)解除臨界值 Vovp_hys2時(shí),如時(shí)間t6,第一偵測器32關(guān)閉偵測信號Sp,使控制邏輯電路34打開MOS晶 體管Ml以解除過壓保護(hù)。為了避免誤動(dòng)作,偵測信號Sp持續(xù)關(guān)閉超過過壓保護(hù)解除延遲 時(shí)間tovp2后,控制邏輯電路34才打開MOS晶體管M1,如時(shí)間t7,此時(shí)開關(guān)嵌入式集成電 路20解除過壓保護(hù)。在MOS晶體管Ml導(dǎo)通后,接腳GND及VM短路,故接腳VM的電壓等于 接腳GND的電壓,電池22則持續(xù)自放電導(dǎo)致電池電壓持續(xù)下降。
發(fā)生過壓事件后,若充電器被移除并接上負(fù)載,則開關(guān)嵌入式集成電路20的過壓 保護(hù)解放反應(yīng)如圖6所示。參照圖3及圖6,當(dāng)充電器將電池22的電壓充到過壓保護(hù)臨界 值Vovp后,控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1,并使基底二極管Dl的陽極及陰極分別連 接至接腳VM及接腳GND,以截止充電電流。在MOS晶體管Ml關(guān)閉后,電池22的電壓因自 放電而下降。在將充電路移除并接上負(fù)載后,電池22提供放電電流通過MOS晶體管Ml的 基底二極管D1,因此在基底二極管Dl的陽極及陰極之間具有順向偏壓VD,如時(shí)間偽所示。 電流傳感器40因感測到放電電流而產(chǎn)生電流感測信號Scs給控制邏輯電路34,以使其打 開MOS晶體管M1,如時(shí)間t9所示,此時(shí)放電電流不再通過基底二極管D1,而是通過MOS晶 體管M1,故能避免過熱及減少功率損失。然而,開關(guān)嵌入式集成電路20仍處于過壓保護(hù)狀 態(tài),因此在MOS晶體管Ml導(dǎo)通一段時(shí)間ton后,控制邏輯電路34將因偵測信號Sp而再次 關(guān)閉MOS晶體管M1,如時(shí)間tlO所示。在MOS晶體管Ml關(guān)閉一段時(shí)間toff后,控制邏輯 電路34再次因電流感測信號Scs而打開MOS晶體管Ml。換言之,在過壓保護(hù)期間,控制邏 輯電路34根據(jù)偵測信號Sp及電流感測信號Scs反復(fù)切換MOS晶體管M1,故在此期間,基 底二極管Dl的跨壓的平均值為VA低于順向偏壓VD,因此改善因基底二極管Dl的功率消 耗以及過熱。在開關(guān)嵌入式集成電路20接上負(fù)載時(shí),如時(shí)間偽所示,第二偵測器42偵測 到接腳VM的電壓大于臨界值VB1,因此通過偵測信號SL告知控制邏輯電路34負(fù)載已被接 上,控制邏輯電路34因而選擇延遲時(shí)間tovp3作為過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間,并送出設(shè)定信 號ket給第一偵測器32,以選擇電壓Vovp_hyS3作為過壓保護(hù)解除臨界值。當(dāng)電池22的 電壓低于過壓保護(hù)解除臨界值Vovp_hyS3時(shí),如時(shí)間tll,第一偵測器32關(guān)閉偵測信號Sp, 以使控制邏輯電路34打開MOS晶體管Ml。為了避免誤動(dòng)作,在持續(xù)過壓保護(hù)解除延遲時(shí) 間tovp3都未收到偵測信號Sp后,控制邏輯電路34才打開MOS晶體管M1,如時(shí)間tl2,此 時(shí)開關(guān)嵌入式集成電路20解除過壓保護(hù),進(jìn)入正常操作。在圖4至圖6中,過壓保護(hù)解除臨界值Vovp_hysl小于Vovp_hys2及Vovp_hys3, Vovp_hys2可以等于或不等于過壓保護(hù)解除臨界值Vovp_hys3,Vovp_hys2及Vovp_hys3也 可以等于過壓保護(hù)臨界值Vovp0過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間tovpl不等于tovp2及tovp3,但 tovp2可以等于或不等于過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間tovp3。圖7是開關(guān)嵌入式集成電路20的剖面圖以及電流最佳化電路30的實(shí)施例,其中 MOS晶體管Ml包括作為基底的P型井70、作為汲極及源極的N型摻雜區(qū)64及66,以及作為 閘極的導(dǎo)電體68在N型摻雜區(qū)64及66之間的區(qū)域上方。由于MOS晶體管Ml與其它電路 整合在同一集成電路中,因此都在同一芯片60上,但使用隔離層62將MOS晶體管Ml與其 它組件隔離,以便切換MOS晶體管Ml的基底二極管Dl的方向。當(dāng)MOS晶體管Ml操作在大 電流,其可能產(chǎn)生寄生導(dǎo)通而使電流由摻雜區(qū)64及66經(jīng)P型井70流向隔離層62。在此實(shí) 施例中,電流最佳化電路30包括電阻Rco連接在接腳VDD及隔離層62之間,以提供電壓給 隔離層62,因而防止寄生導(dǎo)通。圖8是電流傳感器40的實(shí)施例,其包括感測電阻Rses與MOS晶體管Ml串聯(lián),放 電比較器72具有正輸入及負(fù)輸入分別連接感測電阻Rses的兩端N2及附,以及充電比較器 74具有正輸入及負(fù)輸入分別連接感測電阻Rses的兩端m及N2。當(dāng)放電電流通過感測電 阻Rses時(shí),N2端的電壓大于m端的電壓,故放電比較器72的輸出為高準(zhǔn)位,以告知控制 邏輯電路34有放電電流通過MOS晶體管Ml。當(dāng)充電電流通過感測電阻Rses時(shí),m端的電壓大于N2端的電壓,故充電比較器74的輸出為高準(zhǔn)位,以告知控制邏輯電路34有充電電 流通過MOS晶體管Ml。圖9是第二偵測器42的實(shí)施例,其包括比較器76及78,比較器76的正輸入接收 正電壓VB1,負(fù)輸入連接接腳VM,比較器78的正輸入連接接腳VM,負(fù)輸入接收負(fù)電壓VB2。 當(dāng)接腳VM的電壓低于負(fù)電壓VB2時(shí),比較器76的輸入為高準(zhǔn)位信號,比較器78的輸入為低 準(zhǔn)位信號,以告知控制邏輯電路34充電器連接接腳VM。當(dāng)接腳VM的電壓大于負(fù)電壓VB2 而小于正電壓VBl時(shí),比較器76及78的輸入均為高準(zhǔn)位的信號,以告知控制邏輯電路34 接腳VM為浮接。當(dāng)接腳VM的電壓高于正電壓VBl時(shí),比較器76的輸入為低準(zhǔn)位信號,比 較器78的輸入為高準(zhǔn)位信號,以告知控制邏輯電路34負(fù)載連接接腳VM。圖10是延遲電 路38的實(shí)施例,其包括多個(gè)串聯(lián)的D型正反器80、82、84及86,根據(jù)頻率CLK產(chǎn)生延遲時(shí)間 tovpl、tovp2及 tovp30圖11用以說明圖3電路的欠壓保護(hù)解除反應(yīng)。參照圖3及圖11,在時(shí)間tl3時(shí), 開關(guān)嵌入式集成電路20連接負(fù)載且MOS晶體管Ml導(dǎo)通,電池22提供放電電流給負(fù)載,如波 形M所示,故電池22的電壓下降,如波形50所示,由于MOS晶體管Ml的導(dǎo)通電阻,放電電 流通過MOS晶體管Ml時(shí)將產(chǎn)生壓降,故接腳VM的電壓為正壓,如波形52所示。當(dāng)電池22 的電壓小于欠壓保護(hù)臨界值Vuvp且持續(xù)一段時(shí)間,第一偵測器32通過偵測信號Sp通知控 制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1,并使基底二極管Dl的陽極及陰極分別連接至接腳GND 及接腳VM,以截止放電電流,如時(shí)間tl4所示,此時(shí)接腳VM的電壓上升。當(dāng)負(fù)載移除且接上 充電器時(shí),如時(shí)間tl5所示,充電器提供充電電流對電池22充電,故電池22的電壓開始上 升,此時(shí)充電電流通過MOS晶體管Ml的基底二極管D1,因此在基底二極管Dl的陽極及陰極 之間具有順向偏壓VD。接著電流傳感器40因感測到充電電流而產(chǎn)生電流感測信號Scs給 控制邏輯電路;34,以使其打開MOS晶體管M1,如時(shí)間tl6所示,此時(shí)充電電流不再通過基底 二極管D1,而是通過MOS晶體管M1,故能避免過熱及減少功率損失。然而,開關(guān)嵌入式集成 電路20仍處于欠壓保護(hù)狀態(tài),因此在MOS晶體管Ml導(dǎo)通一段時(shí)間ton后,控制邏輯電路34 將因偵測信號Sp而再次關(guān)閉MOS晶體管M1,如時(shí)間tl7所示。在MOS晶體管Ml關(guān)閉一段 時(shí)間toff后,控制邏輯電路34再次因電流感測信號Scs而打開MOS晶體管Ml。換言之,在 欠壓保護(hù)期間,控制邏輯電路;34根據(jù)偵測信號Sp及電流感測信號Scs反復(fù)切換MOS晶體 管Ml,故在此期間,基底二極管Dl的跨壓的平均值為VA低于順向偏壓VD,因此改善因基底 二極管Dl的功率消耗以及過熱。當(dāng)電池22的電壓高于欠壓保護(hù)解除臨界值Vuvp_hyS時(shí), 如時(shí)間tl8,第一偵測器32關(guān)閉偵測信號Sp,以使控制邏輯電路34打開MOS晶體管Ml。為 了避免誤動(dòng)作,在持續(xù)欠壓保護(hù)解除延遲時(shí)間tuvp都未收到偵測信號Sp后,控制邏輯電路 34才打開MOS晶體管M1,如時(shí)間tl9,此時(shí)開關(guān)嵌入式集成電路20解除欠壓保護(hù)。圖12是用以保護(hù)電池的高位側(cè)開關(guān)嵌入式集成電路90,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(fù)載或充電器34連接在接腳VM及GND之間。 圖13是高位側(cè)開關(guān)嵌入式集成電路90的實(shí)施例,除了與圖3相同的第一偵測器32、控制邏 輯電路34、振蕩器36、延遲電路38、電流傳感器40以及第二偵測器42,M0S晶體管Ml是連 接在接腳VDD及VM之間,電流最佳化電路30是連接在接腳GND及隔離層62之間。由于只 使用一個(gè)MOS晶體管Ml控制電池22的充放電,因此能降低成本及晶粒面積,而且所有的保 護(hù)電路整合在同一集成電路30,故能簡化電路板上的電路,如圖12所示。
參照圖13,在正常操作時(shí),MOS晶體管Ml全開,因此充電電流或放電電流都可經(jīng) MOS晶體管Ml流進(jìn)或流出電池32。當(dāng)?shù)谝粋蓽y器32偵測到過壓事件時(shí),通過偵測信號Sp 通知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1,并使基底二極管Dl的陽極及陰極分別連接至接 腳VDD及接腳VM,以阻擋充電電流,只允許放電電流通過,因而達(dá)成過壓保護(hù)功能。當(dāng)?shù)谝?偵測器32偵測到欠壓事件時(shí),通過偵測信號Sp通知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1, 并使基底二極管Dl的陽極及陰極分別連接至接腳VM及接腳VDD,以阻擋放電電流,只允許 充電電流通過,因而達(dá)成欠壓保護(hù)功能。在發(fā)生過壓事件后,開關(guān)嵌入式集成電路90根據(jù)接腳VM的狀態(tài)而有不同的過壓 保護(hù)解除反應(yīng),其操作與圖3的電路相同。同樣的,開關(guān)嵌入式集成電路90的欠壓保護(hù)解 除反應(yīng)的操作也與3的電路相同。以上,僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,包括第一、第二及第三接腳;具有基底二極管的MOS晶體管連接在該第一及第二接腳之間;第一開關(guān)連接至該基底二極管的陽極,受控將該基底二極管的陽極連接至該第一或第 二接腳;第二開關(guān)連接至該基底二極管的陰極,受控將該基底二極管的陰極連接至該第一或第 二接腳;控制邏輯電路連接該MOS晶體管、第一及第二開關(guān),根據(jù)第一偵測信號控制該MOS晶體管、第一及第二開關(guān);第一偵測器連接該控制邏輯電路、第一及第三接腳,監(jiān)視該第一及第三接腳之間的電 壓而決定該第一偵測信號;以及第二偵測器連接該第二接腳,偵測其電壓而決定第二偵測信號,以供該控制邏輯電路 選擇過壓保護(hù)解除臨界值及過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該控制邏輯 電路根據(jù)該第二偵測信號選擇該過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間,并產(chǎn)生設(shè)定信號給該第一偵測器 以決定該過壓保護(hù)解除臨界值。
3.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該第二偵測 器包括第一比較器,具有正輸入接收正電壓,以及負(fù)輸入連接該第二接腳;以及第二比較器,具有正輸入連接該第二接腳,以及負(fù)輸入接收負(fù)電壓;其中,該第一及第二比較器的輸出組合決定該第二偵測信號。
4.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,更包括振蕩器用以提供頻率;以及連接該振蕩器及控制邏輯電路的延遲電路,用于根據(jù)該頻率提供多個(gè)過壓保護(hù)解除延 遲時(shí)間給該控制邏輯電路。
5.如權(quán)利要求4所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該延遲電路 包括多個(gè)串聯(lián)的正反器。
6.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,更包括連接 該控制邏輯電路及第二接腳的電流傳感器,用于在偵測到放電電流或充電電流時(shí)產(chǎn)生電流 感測信號給該控制邏輯電路,以打開該MOS晶體管。
7.如權(quán)利要求6所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該電流傳感 器包括感測電阻,與該MOS晶體管串聯(lián);放電比較器,具有正輸入及負(fù)輸入分別連接該感測電阻的第一端及第二端,在偵測到 放電電流通過該感測電阻時(shí),觸發(fā)該電流感測信號;以及充電比較器,具有正輸入及負(fù)輸入分別連接該感測電阻的第二端及第一端,在偵測到 充電電流通過該感測電阻時(shí),觸發(fā)該電流感測信號。
8.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,更包括隔離 層,用以隔離該MOS晶體管。
9.如權(quán)利要求8所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,更包括電流 最佳化電路連接該隔離層,用于提供電壓給該隔離層以防止寄生導(dǎo)通。
10.如權(quán)利要求9所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該電流最佳 化電路包括電阻連接在該第三接腳及隔離層之間。
11.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該第一偵測 器在偵測到過壓事件時(shí),觸發(fā)該第一偵測信號使該控制邏輯電路關(guān)閉該MOS晶體管,并切 換該第一及第二開關(guān),因而使該基底二極管阻擋充電電流并允許放電電流。
12.如權(quán)利要求11所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該基底二 極管的陽極及陰極分別連接至該第二及第一接腳。
13.如權(quán)利要求11所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該基底二 極管的陽極及陰極分別連接至該第一及第二接腳。
14.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該第一偵測 器在偵測到欠壓事件時(shí),觸發(fā)該第一偵測信號使該控制邏輯電路關(guān)閉該MOS晶體管,并切 換該第一及第二開關(guān),因而使該基底二極管阻擋放電電流并允許充電電流。
15.如權(quán)利要求14所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,該基底二 極管的陽極及陰極分別連接至該第一及第二接腳。
16.如權(quán)利要求14所述的保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于該基底二極 管的陽極及陰極分別連接至該第二及第一接腳。
17.一種保護(hù)電池的方法,其特征在于,包括(a)在充電及放電路徑安排一個(gè)MOS晶體管,該MOS晶體管具有基底二極管在第一及第 二端之間;(b)監(jiān)視該電池的電壓;(c)在該電池電壓大于過壓保護(hù)臨界值時(shí),進(jìn)入過壓保護(hù)期間,關(guān)閉該MOS晶體管及切 換該基底二極管的方向,以阻擋充電電流及允許放電電流;以及(d)偵測該第一端的電壓以判斷其狀態(tài),據(jù)以決定過壓保護(hù)解除臨界值及過壓保護(hù)解 除延遲時(shí)間。
18.如權(quán)利要求17所述保護(hù)電池的方法,其特征在于,該步驟d包括比較該第一端的電壓與正電壓而產(chǎn)生第一信號;比較該第一端的電壓與負(fù)電壓而產(chǎn)生第二信號;以及根據(jù)該第一及第二信號判斷該第一端的狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求17所述保護(hù)電池的方法,其特征在于,更包括在該第一端的電壓持續(xù) 低于該過壓保解除臨界值達(dá)該過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間時(shí),導(dǎo)通該MOS晶體管。
20.如權(quán)利要求19所述保護(hù)電池的方法,其特征在于,更包括提供頻率;以及根據(jù)該頻率產(chǎn)生多個(gè)延遲時(shí)間。
21.權(quán)利要求20所述保護(hù)電池的方法,其特征在于,更包括根據(jù)該第一端的狀態(tài)從該 多個(gè)延遲時(shí)間中選擇其中之一作為該過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。
22.如權(quán)利要求17所述保護(hù)電池的方法,其特征在于,更包括在偵測到放電電流時(shí)導(dǎo) 通該MOS晶體管。
23.如權(quán)利要求22所述保護(hù)電池的方法,其特征在于,更包括在該過壓保護(hù)期間,自偵測到放電電流起,交替導(dǎo)通及關(guān)閉該MOS晶體管,以降低該基 底二極管上跨壓的平均值;以及在該電池電壓持續(xù)大于過壓保護(hù)解除臨界值達(dá)過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間時(shí),結(jié)束該過壓 保護(hù)期間。
24.如權(quán)利要求17所述保護(hù)電池的方法,其特征在于,更包括利用隔離層隔離該MOS晶體管。
25.如權(quán)利要求M所述保護(hù)電池的方法,其特征在于,更包括施加電壓到該隔離層以 防止寄生導(dǎo)通。
26.一種保護(hù)電池的方法,其特征在于,包括(a)在充電及放電路徑安排一個(gè)MOS晶體管,該MOS晶體管具有基底二極管在第一及第 二端之間;(b)監(jiān)視該電池的電壓;(c)在該電池電壓小于欠壓保護(hù)臨界值時(shí),進(jìn)入欠壓保護(hù)期間,關(guān)閉該MOS晶體管及切 換該基底二極管的方向,以阻擋放電電流及允許充電電流;(d)在該欠壓保護(hù)期間,自偵測到充電電流起,交替導(dǎo)通及關(guān)閉該MOS晶體管,以降低 該基底二極管上跨壓的平均值;以及(e)在該電池電壓持續(xù)大于欠壓保護(hù)解除臨界值達(dá)欠壓保護(hù)解除延遲時(shí)間時(shí),結(jié)束該 欠壓保護(hù)期間。
27.一種保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路,其特征在于,包括 具有第一導(dǎo)電型的基底;具有第二導(dǎo)電型的隔離層在該基底上; 具有該第一導(dǎo)電型的井在該隔離層內(nèi); 具有該第二導(dǎo)電型的第一及第二摻雜區(qū)在該井上;導(dǎo)電體在該第一及第二摻雜區(qū)之間區(qū)域的上方,與該第一及第二摻雜區(qū)形成MOS晶體 管;以及電流最佳化電路連接該隔離層,提供電壓給該隔離層以防止寄生導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明公開一種保護(hù)電池用的開關(guān)嵌入式集成電路及方法,包括具有基底二極管的MOS晶體管,以及控制邏輯電路切換該MOS晶體管及該基底二極管的方向,以控制充電電流及放電電流。該控制邏輯電路在過壓及欠壓時(shí)關(guān)閉該MOS晶體管,并根據(jù)過壓保護(hù)解除臨界值及過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間以及欠壓保護(hù)解除臨界值及欠壓保護(hù)解除延遲時(shí)間打開該MOS晶體管。該過壓保護(hù)解除臨界值及過壓保護(hù)解除延遲時(shí)間是根據(jù)電池為連接負(fù)載或充電器或浮接而決定。
文檔編號H02H7/18GK102122813SQ20101000052
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者濮正林, 王慧, 王欽輝, 韓穎杰 申請人:日隆電子股份有限公司