用于電池組應(yīng)用的低側(cè)nmos保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】一種電路，包括用于與耦合至用于測量外部電池的充電狀況的裝置的外部設(shè)備通信的裝置。在一些實施例中，該電路包括至少一個用于改變通信信號的參考電壓的電平移動器。在一些實施例中，該電路包括第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器，該第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器用于驅(qū)動用于電池的受控的充電和放電的外部開關(guān)元件。
【專利說明】用于電池組應(yīng)用的低側(cè)NMOS保護(hù)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池監(jiān)控集成電路的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及集成了電池組保護(hù)的集成電路，所述集成電路具有需要與電池進(jìn)行諸如燃料測定或外部組電壓、電流和溫度監(jiān)控的通信的功能。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電池監(jiān)控電路防止過壓和欠壓狀況，并且它們最大化了充電之間的電池使用時間，最小化了充電時間，以及提高總的電池使用時間。用于例如一些PDA、MP3、數(shù)字相機(jī)、以及膝上型電腦的電池已經(jīng)集成了設(shè)計于它們內(nèi)部的電池監(jiān)控電路，該電池監(jiān)控電路保證恰當(dāng)?shù)毓芾砜煽抗β实耐哆f。沒有這些電池監(jiān)控集成電路，即使是精細(xì)調(diào)節(jié)的手持設(shè)備也會呈現(xiàn)問題，問題諸如是過壓和欠壓狀況。順便說一句，過充潛在地是一個非常危險的問題。過充是對電池充電至超過其電容量的狀態(tài)，其能夠引起電池爆炸、泄漏或者對電池的無法逆轉(zhuǎn)的損傷。其也可以對過充電池后來要用于其中的充電器或者設(shè)備造成損傷。
[0003]電池監(jiān)控集成電路也提供其它關(guān)鍵優(yōu)點，包括最大化充電之間的電池使用時間，最小化電池充電時間，以及提高電池使用時間。電池監(jiān)控集成電路的另一個方面是其用以檢測和監(jiān)控電池中的電壓電平的功能設(shè)計。當(dāng)超過某些參數(shù)閾值或者存在危險狀況時，這些監(jiān)控電路通過外部或內(nèi)部控制機(jī)制起作用，以便如編程地那樣保護(hù)監(jiān)控的電池并校正問題。已知監(jiān)控電路有各種名稱，這些名稱包括電池監(jiān)控器、電池保護(hù)電路、和電池燃料計電路，并且可以包括電池充電電路和復(fù)位電路。
[0004]通常來說，監(jiān)控電路使用高邊PFET晶體管或者高邊NFET晶體管作為開關(guān)或?qū)?pass)設(shè)備。由于它們的尺寸和電流的要求，PFET或NFET在監(jiān)控電路的外部，并且每種拓?fù)鋱D都有其固有的優(yōu)點和缺點。
[0005]圖1A是具有監(jiān)控電路103的高邊電池充電和放電系統(tǒng)100的范例。在此范例中，開關(guān)設(shè)備是PMOS晶體管101和102，且引接(reference)至諸如PACK+107的塊狀電源(bulkpower source)。如前所述，PMOS開關(guān)101和102由于其尺寸和電流處理的要求而在電路103的外部。
[0006]通常來說，電路103放在適當(dāng)?shù)牡胤絹肀O(jiān)控兩種故障狀況:當(dāng)過量的電流流入電池106的正極端子時，以及當(dāng)過量的電流流入電池106的負(fù)極端子時。由于老化相關(guān)的電路退化、跨塊狀電源的短路、或者任何數(shù)量的原因，該故障狀況可以發(fā)生。
[0007]在過電流流入電池106的正極端子的故障狀況中，電路103能夠通過測量跨兩個PMOS開關(guān)101和102的電壓并將該電壓與預(yù)定閥值進(jìn)行比較來檢測過電流。如果該電壓超過閥值，則充電驅(qū)動器104關(guān)斷PM0S101。從PACK+107起，經(jīng)過兩個PMOS開關(guān)101和102、電池106至PACK-108的電路斷開。此外，PM0S101內(nèi)的寄生二極管(未示出)變?yōu)榉聪蚱玫牟⑶易柚钩魏涡孤╇娏饕酝獾乃须娏髁魅腚姵?06的正極端子。
[0008]在過電流流入電池106的負(fù)極端子的故障狀況中，電路103類似地能夠通過測量跨兩個PMOS開關(guān)101和102的電壓并將該電壓與預(yù)定閥值進(jìn)行比較來檢測過電流。放電驅(qū)動器105關(guān)斷PM0S102，并且與以上所述相同的電路斷開。而且，PM0S102內(nèi)的寄生二極管變?yōu)榉聪蚱玫模⑶伊魅腚姵?06的負(fù)極端子的所有電流中斷。
[0009]如上所述，圖1A中的系統(tǒng)100由于使用了 PMOS晶體管作為開關(guān)，所以遭受成本的增加。固有地，PMOS晶體管遭受較低的載流子遷移率的影響，并且因此必須是對應(yīng)的NMOS晶體管的2.8倍大以具有相同的灌電流或拉電流(current sinking or sourcing)能力。結(jié)果，對于成本是重要參數(shù)的系統(tǒng)，PMOS晶體管的使用可以增加不可接受的成本。
[0010]圖1B示出了具有圖1A中所示出的系統(tǒng)100的替代拓?fù)鋱D的電池保護(hù)系統(tǒng)120。系統(tǒng)120利用了引接至諸如PACK+127的塊狀電源的NMOS晶體管121和122。在系統(tǒng)120中，監(jiān)控電路123包括如圖所示出的和如下文所描述的放電驅(qū)動器124和充電驅(qū)動器125。監(jiān)控電路123耦合至電池126。
[0011]系統(tǒng)120以與圖1A中的系統(tǒng)100非常類似的方式操作。如果存在流入電池126的過電流，則NM0S122由充電驅(qū)動器125關(guān)斷。同樣地，如果存在從電池126流出的過電流，則放電驅(qū)動器124關(guān)斷NM0S121。
[0012]然而，在此拓?fù)鋱D中，NMOS設(shè)備121和122的柵極的電位通常都高于或等于PACK+127或電池126的電位。眾所周知，為了被開通，NMOS設(shè)備的柵極必須處于比源極高的電位。因此，為了施加較大的電壓以開通設(shè)備，需要電荷泵133。電荷泵是使用電容器(未示出)作為能量存儲元件來形成較高或較低電壓電源的電子電路。典型的電荷泵電路能夠有高的效率，有時高達(dá)90% -95%，同時是拓?fù)浜唵蔚碾娐贰ｋ姾杀檬褂昧酥T如MOSFET (未示出)的一些形式的開關(guān)設(shè)備來控制至電容器的電壓的連接。例如，為了生成較高的電壓，第一階段涉及跨電壓耦合電容器并對其進(jìn)行充電。在第二階段，將電容器從原始充電電壓斷開，并將其耦合至耦合至原始正充電電壓的負(fù)極端子。因為該電容器保留了跨該電容器的電壓(忽略泄漏效應(yīng))，所以正極端子電壓增加至原始電壓上，有效地使電壓翻倍。典型地通過使用輸出電容器(未示出)來平滑較高電壓輸出的脈沖性質(zhì)。
[0013]盡管電荷泵具有簡單和有效的性質(zhì)，但是其具有固有的缺點。首先，電荷泵電路是高電壓和低電流的，其需要大電阻器和高-電壓設(shè)備區(qū)域，由此增加了顯著量的成本。此夕卜，通常為電容器的能量存儲元件和附加的輸出電容器在電路123的外部。結(jié)果，增加了不可接受的裝配成本，并且能量存儲元件增加至最終系統(tǒng)的總的材料賬單中。
[0014]圖1C仍示出了用于監(jiān)控電池146的系統(tǒng)140的另一個拓?fù)鋱D。系統(tǒng)140包括監(jiān)控電路143和兩個NFET設(shè)備141和142。在此拓?fù)鋱D中，NFET142的源極耦合至電池146的低側(cè)(low side)，并且NFET141的源極耦合至PACK-149，其稱作低側(cè)保護(hù)。NFET141和142的漏極耦合在一起。因為NFET141和142的源極和漏極都處于比它們相應(yīng)的柵極低的電位，所以不需要電荷泵來驅(qū)動NFET141和142以開通它們并方便從PACK-149至電池146的低側(cè)的電流的流動。系統(tǒng)140能夠從使用較便宜的NFET設(shè)備并避免了電荷泵和必需的外部能量存儲元件的令人望而卻步的費用獲益。
[0015]然而，系統(tǒng)140的拓?fù)鋱D也具有固有的缺陷。監(jiān)控電路143仍然必須通過通信總線147與外部控制芯片或AC適配器(未示出)通信。在系統(tǒng)140的使用期間，NFET141、142或者兩者都可以處于斷開狀況中。結(jié)果，至通過通信總線147接收的數(shù)字控制信號的直接連接可能不會正確地引接至地。此錯誤可以造成由電路143感測到的假的I和O。此夕卜，在某些狀況下，電路143中的固有設(shè)備能夠在信號149和151之間提供替代連接。此替代連接在設(shè)備141和142的控制之外，導(dǎo)致對于電池146的不期望的或甚至有危險的狀況。為該目的，設(shè)備143典型地與通信總線147隔離；限制了對于與低側(cè)保護(hù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)集成的可用功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的各個實施例處理在外部控制設(shè)備和布置在具有NMOS開關(guān)設(shè)備的低側(cè)保護(hù)拓?fù)鋱D中的監(jiān)控電路之間通信中的錯誤和風(fēng)險。監(jiān)控電路布置為兩部分。每個部分具有電壓電平移動器，電平移動器用于改變部分被偏置到的參考電壓。電壓電平移動器使用戶能夠設(shè)定至監(jiān)控電路的傳入控制信號的參考電平。結(jié)果，不管保護(hù)裝置的狀態(tài)如何，傳入信號恰當(dāng)?shù)貍鬏斨帘O(jiān)控電路。
[0017]在本發(fā)明的一個方面中，一種用于監(jiān)控電池組的系統(tǒng)包括電池監(jiān)控1C，電池監(jiān)控IC控制兩個NMOS開關(guān)設(shè)備，兩個開關(guān)設(shè)備限定從電池的負(fù)極端子至負(fù)供電軌的路徑。所述系統(tǒng)還包括用于確定流入和流出電池組的電流的傳感器。在一些實施例中，測量與電池組串聯(lián)的已知阻抗的電阻器的電壓，由此確定流經(jīng)電池組的電流。為了使在保持引接至負(fù)供電軌時能夠進(jìn)行通信，提供電平移動器來移動傳入通信信號的電平。
[0018]在本發(fā)明的另一方面，一種用于監(jiān)控電池的充電的集成電路，包括:用于確定電池的充電的傳感器；用于耦合第一和第二 NFET的端口 ；用于與外部設(shè)備通信的通信裝置；以及用于將通信信號引接至期望的參考電壓的電路。優(yōu)選地，通信裝置引接至電池組的負(fù)極端子。集成電路還包括用于移動通信信號的電壓電平的電平移動器。
[0019]盡管于此描述了 NFET，但是得益于此公開內(nèi)容的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到，任何開關(guān)設(shè)備，包括但不限于MOSFET、JFET、雙極型晶體管、IGBT等。在操作中，所實現(xiàn)的是單個IC方案使得能夠進(jìn)行電池監(jiān)控系統(tǒng)中的低側(cè)NMOS保護(hù)，而無需犧牲數(shù)字通信接口。
[0020]在此
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中總體描述了本發(fā)明的某些特點和優(yōu)點；然而，于此介紹了附加特點、益處、以及實施例，或者，基于本發(fā)明的圖、說明書以及權(quán)利要求，附加特點、益處、以及實施例對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的范圍并不局限于此
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中公開的特定實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]將參照本發(fā)明的實施例，實施例的范例可以示例于附圖中。這些圖旨在是示例性的，而非限制性的。盡管在這些實施例的上下文中對本發(fā)明進(jìn)行了總體描述，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，其不是旨在將本發(fā)明的范圍限制于這些特定的實施例。
[0022]圖1A示出了監(jiān)控電路的第一現(xiàn)有技術(shù)示意圖；
[0023]圖1B示出了監(jiān)控電路的第二現(xiàn)有技術(shù)示意圖；
[0024]圖1C示出了監(jiān)控電路的第三現(xiàn)有技術(shù)示意圖；
[0025]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的當(dāng)前發(fā)明的實施例。
【具體實施方式】
[0026]在以下的描述中，為了解釋的目的，闡述了具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯而易見的是，能夠?qū)嵤┍景l(fā)明而沒有這些細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以以各種方式以及使用各種手段來執(zhí)行以下描述的本發(fā)明的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將認(rèn)識到，附加修改、應(yīng)用以及實施例在其范圍內(nèi)，在其中本發(fā)明可以提供效用的附加領(lǐng)域也是如此。因此，以下描述的實施例是示例本發(fā)明的具體實施例，并且意在避免使本發(fā)明模糊。
[0027]說明書中提到的“ 一個實施例”或“實施例”意指結(jié)合該實施例描述的特定特點、結(jié)構(gòu)、特征或功能包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。在說明書中各個地方出現(xiàn)的詞組“在一個實施例中”，“在實施例中”等不必全指同一實施例。
[0028]此外，圖中的組件之間或方法步驟之間的連接不局限于直接實現(xiàn)的連接。相反地，可以通過向圖中所示例的組件之間或方法步驟之間的連接增加中間組件或方法步驟而對該連接進(jìn)行修改或另外地改變，而不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)。
[0029]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于NFET的低側(cè)電池保護(hù)系統(tǒng)200。該系統(tǒng)包括監(jiān)控電路203、電池206、外部電路250、第一 NFET201以及第二 NFET202。電路250能夠?qū)碜员谑讲遄?未示出)的AC電力轉(zhuǎn)換為DC源，以對電池206進(jìn)行充電或者利用電池206作為電壓源來執(zhí)行各種功能。監(jiān)控電路203用于監(jiān)控電池206的充電和放電，以防止對電池206、電路250以及其中集成了電池保護(hù)系統(tǒng)200的較大系統(tǒng)的損傷，較大系統(tǒng)諸如是蜂窩電話、膝上型電腦或如下具有電池的任何其它便攜式設(shè)備:在該電池仍然連接至該便攜式設(shè)備時，能夠?qū)υ撾姵剡M(jìn)行充電。通常，電路250具有兩個電力端子PACK+231和PACK-232。端子PACK+231用作塊狀電源，在充電模式中向電池206提供電流，或者在放電模式期間向外部系統(tǒng)提供電流。充電和放電模式通常由外部監(jiān)視電路(未示出)確定，該監(jiān)視電路在放置了系統(tǒng)200的設(shè)備內(nèi)。該監(jiān)視電路確定電流是必須從系統(tǒng)200流出(source from)還是流至(source to)系統(tǒng) 200。端子 PACK-232 用作塊狀地(bulk ground)。PACK-232 替代地是負(fù)電力供應(yīng)。在充電和放電模式之間進(jìn)行切換的指令能夠通過通信總線260傳輸至電路 203。
[0030]在操作中，除了某些故障狀況外，在該系統(tǒng)的使用時間期間，將兩個NFET201和202驅(qū)動至開通位置，意指存在從PACK+231至電池206，經(jīng)過NFET201和202，并至PACK-232的閉合電路。當(dāng)流入電池206的正極端子的電流超過預(yù)定閾值時或者當(dāng)流入電池206的負(fù)極端子的電流超過預(yù)定閾值時，這些故障狀況發(fā)生。
[0031]在一些實施例中，諸如圖2所示出的，感測電路205被配置為感測跨已知感測電阻器Rsense207的電壓，以確定電池206的充電或放電的速率。Rsense207能夠是分立外部電阻器、監(jiān)控電路203內(nèi)的集成電阻器、半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)的引線框、或與電池206的端子串聯(lián)以便能夠測量跨Rsense207的電壓的任何已知的電阻。因為Rsense207與電池206串聯(lián)I禹合，所以流經(jīng)電池206的電流必須傳播通過Rsense207,生成跨Rsense207的可以被容易地測量并與用于安全操作的預(yù)定閾值進(jìn)行比較的電壓。替代地，感測電路205測量跨NFET201和202兩者的源極的電壓，以確定電池206中的放電速率或充電水平。得益于此公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到替代的電流感測手段和方法。
[0032]監(jiān)控電路203包括兩部分，第一部分210和第二部分220。第一部分210包括第一電平移動器211和充電驅(qū)動器212。充電驅(qū)動器212耦合至第一 NFET201的柵極。優(yōu)選地，充電驅(qū)動器212被配置為向NFET201的柵極施加合適的驅(qū)動電壓，以閉合NFET201并實現(xiàn)從NFET201的漏極至源極的電流流動。通常，合適的電壓優(yōu)選地超過NFET201的閾值電壓，以容許以路徑中最小可能的電阻傳導(dǎo)，由此在系統(tǒng)200中實現(xiàn)達(dá)到最大效率。在標(biāo)準(zhǔn)的操作中，NFET201是閉合的，并且電流自由地流動。在一些實施例中，以及如圖2所示出的，第一電平移動器211、充電驅(qū)動器212通過襯底連接部GSUB引接至監(jiān)控電路203的襯底(未示出)。任何集成電路的襯底層通常是該集成電路內(nèi)的最低電壓電位的點，諸如監(jiān)控電路203。因此，將第一部分210引接至襯底地，以通過通信總線260實現(xiàn)通信是有利的。替代地，能夠如應(yīng)用所需地將放電驅(qū)動器212引接至電池206的負(fù)極端子。在一些應(yīng)用中，襯底開關(guān)電路能夠耦合至監(jiān)控電路203的襯底、PACK-232以及電池206的負(fù)極端子，使得襯底的連接能夠在PACK-232的較低電位與電池206的負(fù)極端子之間切換。
[0033]監(jiān)控電路203還包括第二部分220。第二部分220包括第二電平移動器221。該電平移動器221引接至電路地連接部208。在一些實施例中，電路地連接部208與襯底電池組地209、232是相區(qū)別的。如上所述，在正常操作中，NFET201和202是閉合并且自由傳導(dǎo)的。結(jié)果,襯底電池組地209、232以及電路地208是電氣短路的，并且因此處于相同的電位。第二部分220還包括放電驅(qū)動器222。放電驅(qū)動器222耦合至第二 NFET202的柵極。優(yōu)選地，放電驅(qū)動器222被配置為向NFET202的柵極施加合適的驅(qū)動電壓，以閉合NFET202并且實現(xiàn)從NFET202的漏極至源極的電流流動。與充電驅(qū)動器212類似，放電驅(qū)動器222優(yōu)選地向NFET202的柵極施加超過NFET202的閾值電壓的電壓，以實現(xiàn)從NFET202的漏極至源極的最大傳導(dǎo)和最低電阻。
[0034]如上所述，在系統(tǒng)200的壽命期間，NFET201和202通常是閉合的和傳導(dǎo)的。然而，在故障狀況期間，NFET201和202中的一個或兩個可以是斷開的。哪個NFET是斷開的由存在的故障狀況的類型確定。通常，存在監(jiān)控電路203被配置為抑制的兩種主要的故障狀況:過量電流流入電池206的正極端子或流入電池206的負(fù)極端子。這些故障狀況通常分別發(fā)生于電池206的過充電流期間或跨端子PACK+231和PACK-232的短路期間。電池206上的過電壓將觸發(fā)斷開NFET201的過充故障。電池206上過低的電壓將觸發(fā)斷開202的過放電故障。具有其中NFET201和202都斷開的故障或系統(tǒng)模式的組合是可能的。
[0035]在其中存在流入電池206的正極端子的過電流的狀況中，電池206有可能超過其充電容量。此狀況可以造成電池206被損傷。電池206也可以過熱、起泡或裂開，對內(nèi)部有電池206的諸如智能電話的設(shè)備或用戶造成廣泛的損傷，造成傷害。電池206可以由于諸如有故障的充電器的很多原因而將過電流引入其正極端子。在此故障狀況中，跨Rsense207的電流將增大，并且跨Rsense207的電壓將成比例地增大。感測電路205將檢測電壓的增大，并且當(dāng)該電壓超過用于安全操作的預(yù)定閥值時，監(jiān)控電路203將認(rèn)識出該電壓。在此狀況中，感測電路205將該故障狀況傳輸至充電驅(qū)動器212。充電驅(qū)動器212將停止驅(qū)動NFET201，并且NFET201將表現(xiàn)為開路。由于MOSFET的構(gòu)造，每個MOSFET包括在其源極和漏極之間的固有的或寄生的二極管。該二極管形成于具有不同摻雜極性的主體與襯底之間的結(jié)處。NFET201示出為具有固有二極管201A，該固有二極管201A的陽極在源極處且其陰極在漏極處。在其中存在流入電池206的正極端子的過量電流的故障狀況中，寄生二極管201A將被反向偏置并且將阻斷所有電流完成從PACK+231，經(jīng)過電池206的正極端子至PACK-232的循環(huán)。結(jié)果，電池206將不能夠被過度充電。此外，由于將通信總線260集成到監(jiān)控電路203中，所以監(jiān)控電路203能夠?qū)⒃摴收蠣顩r傳輸至外部目的地。
[0036]類似地，當(dāng)存在流入電池206的負(fù)極端子的過電流的時候，監(jiān)控電路203能夠控制過電流狀況。當(dāng)存在跨PACK+231和PACK-232的短路的時候，此故障狀況將可能發(fā)生。當(dāng)由于損傷或者在諸如智能電話的設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了壽命的終點以及設(shè)備破壞造成短路時，其中放置了電池206的設(shè)備內(nèi)存在短路的時候，該短路可以發(fā)生。另外，如果電池未安裝在設(shè)備內(nèi)，且外來導(dǎo)電對象與PACK+231和PACK-232都接觸時，短路可以發(fā)生。短路可以造成對電池206、監(jiān)控電路203或電路250的損傷，并且可以造成足夠的對用戶造成傷害的熱量。在此故障期間，由于流入電池206的負(fù)極端子的電流，將存在跨Rsense207的電壓降，該電壓降將由感測電路205感測。如果該電壓降低于預(yù)定電平，則放電驅(qū)動器222停止驅(qū)動NFET202，造成NFET202變?yōu)殚_路。與NFET201類似，NFET202內(nèi)固有地存在的寄生晶體管202A變?yōu)榉聪蚱玫牟⑶覍⒆钄噙M(jìn)入電池206的負(fù)極端子的任何電流。還有，監(jiān)控電路203能夠通過通信總線260將該故障狀況傳輸至外部的接收者。
[0037]替代地，監(jiān)控電路203能夠在任何故障狀況期間中止驅(qū)動NFET201和202兩者，而不是根據(jù)故障狀況的類型中止驅(qū)動其中的任一單獨的NFET。在一些應(yīng)用中，NFET201和202集成在單個開關(guān)設(shè)備中，共用共同的漏極。
[0038]由于第一電平移動器211和第二電平移動器221通過通信總線260將傳入或傳出信號引接至襯底、電池組地209、232或電路地208，所以監(jiān)控電路203能夠通過通信總線260與諸如微處理器或電力監(jiān)控單元的外部接收者無誤地進(jìn)行通信。通常，任何類型的通信能夠通過通信總線260傳送至監(jiān)控電路203和從監(jiān)控電路203傳送出來，包括但不限于狀態(tài)數(shù)據(jù)、感測的數(shù)據(jù)、以及用于操作包括電平移動器和驅(qū)動器的監(jiān)控電路的控制信號。
[0039]在一些實施例中，監(jiān)控電路203和通信總線260能夠進(jìn)行通信并且測試電池206是正品(gemiine)0EM部件還是由第三方制造的。其中放置有系統(tǒng)200的設(shè)備將能夠通過從監(jiān)控電路203通過通信總線260提供的通信來確定電池206是否是可以被有缺陷地制造的非正品電池，并且結(jié)果拒絕電池206。
[0040]在操作中，監(jiān)控電路203放置在諸如普通的壁式AC適配器的電源和電池之間的電池充電系統(tǒng)中，以方便電池的恰當(dāng)?shù)某潆姾头烹?。兩個NMOS晶體管用作控制來自電源和電池的電流的流動的開關(guān)。該NMOS晶體管通過它們的源極耦合至地。能夠驅(qū)動或開通它們，而無需使用昂貴的電荷泵。結(jié)果是具有能夠與外部接收者進(jìn)行電池的狀態(tài)的或故障狀況的通信的最小外部組件的低成本電池充電系統(tǒng)。
[0041]盡管于此描述的示范性實施例已經(jīng)示出了 N型MOSFET或NFET的使用，但是，受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會意識到，可以使用任何已知的或?qū)Ｓ玫拈_關(guān)設(shè)備，包括但不限于雙極型晶體管、IGBT、JFET、或其任何組合。通過一般約定，MOSFET和JFET具有柵極、源極以及漏極；而雙極型和IGBT具有基極、集電極以及發(fā)射極。受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地意識到，基極和柵極、集電極和漏極、發(fā)射極和源極分別是雙極型/IGBT和M0SFET/JFET上功能上等同的元件。通常，基極和柵極能夠是晶體管的控制端子，其中漏極-源極或集電極-發(fā)射極是用于電流從其通過的可控阻抗路徑。
[0042]應(yīng)該意識到的是，前述的范例和實施例是示范性的，并且是為了清楚和理解的目的，而不是限制本發(fā)明的范圍。旨在將根據(jù)對說明書的閱讀和對附圖的研究，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的其所有置換、增強(qiáng)、等同、組合、以及改進(jìn)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，旨在權(quán)利要求包括落入本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的所有這些修改、置換、及等同。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)控電池的系統(tǒng)，包括: 電池組，具有正極端子和負(fù)極端子； 通信總線，耦合為與外部設(shè)備通信； 監(jiān)控電路，耦合至所述電池，所述監(jiān)控電路監(jiān)控所述電池的第一參數(shù)，所述監(jiān)控電路還耦合至所述通信總線并將從所述通信總線接收的通信信號與期望的參考電壓進(jìn)行比較； 第一 N型開關(guān)設(shè)備，具有控制端子和第一可控阻抗路徑并耦合至所述監(jiān)控電路，所述第一N型開關(guān)設(shè)備的所述第一可控阻抗路徑耦合至所述電池的負(fù)極端子；以及 第二 N型開關(guān)設(shè)備，具有控制端子和第二可控阻抗路徑并耦合至所述監(jiān)控電路，所述第二N型開關(guān)設(shè)備的所述第二可控阻抗路徑耦合至所述第一N型開關(guān)設(shè)備的所述第一可控阻抗路徑和所述電池組的所述負(fù)極端子； 其中，當(dāng)所述電池組的所述負(fù)極端子未電連接至所述電池的所述負(fù)極端子時，所述通信總線保持通信上是耦合的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述監(jiān)控電路包括第一電壓電平移動器，所述第一電壓電平移動器耦合至所述電池組的負(fù)極端子和所述通信總線，其中，所述第一電壓電平移動器感測引接至所述電池組的所述負(fù)極端子的第一電壓電平；所述第一電壓電平移動器還將第二電壓電平傳遞至引接至所述電池的所述負(fù)極端子的第二電壓電平移動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第一電壓電平和所述第二電壓電平相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述通信比較電壓電平是從所述電池組的所述正極端子的百分比推導(dǎo)的且引接至所述電池組的所述負(fù)極端子。`
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述參考電壓電平是從所述第一電壓電平推導(dǎo)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述監(jiān)控電路還包括耦合至所述第一N型開關(guān)設(shè)備的控制端子且耦合至所述第一電壓電平移動器的充電驅(qū)動器，所述充電驅(qū)動器向引接至所述電池組的所述負(fù)極端子的所述第一 N型開關(guān)設(shè)備的所述控制端子施加驅(qū)動電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，通信總線、所述監(jiān)控電路、所述第一N型開關(guān)設(shè)備和所述第二N型開關(guān)設(shè)備位于耦合至所述電池組的所述負(fù)極端子的襯底層上，使得所述第一電壓電平移動器將所述第一電壓電平引接至所述電池組的所述負(fù)極端子。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述通信總線、所述監(jiān)控電路、所述第一N型開關(guān)設(shè)備和所述第二N型開關(guān)設(shè)備位于耦合至所述電池的所述負(fù)極端子的襯底層上，使得所述第一電壓電平移動器將所述第一電壓電平引接至所述電池的所述負(fù)極端子。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括襯底開關(guān)電路，所述襯底開關(guān)電路耦合至所述監(jiān)控電路并基于所述電池組的所述負(fù)極端子與所述電池的所述負(fù)極端子之間的相對電壓電位來提供至所述電池組的所述負(fù)極端子或所述電池的所述負(fù)極端子的選擇性耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述監(jiān)控電路還包括耦合至所述第二N型開關(guān)設(shè)備的所述控制端子且耦合至所述第二電壓電平移動器的放電驅(qū)動器，所述放電驅(qū)動器被配置為向引接至所述電池的所述負(fù)極端子的所述第二N型開關(guān)設(shè)備的所述控制端子施加驅(qū)動電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述監(jiān)控電路包括單片集成電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述電池組的所述負(fù)極端子與所述電池的所述負(fù)極端子不處于相同的電壓電位時，保持通信。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一N型開關(guān)設(shè)備包括N型MOSFET、IGBT、JFET,以及雙極型晶體管之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二N型開關(guān)設(shè)備包括N型MOSFET、IGBT、JFET,以及雙極型晶體管之一。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一N型開關(guān)設(shè)備的所述可控阻抗路徑和所述第二 N型開關(guān)設(shè)備的所述可控阻抗路徑共用一個共同的漏極。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一N型開關(guān)設(shè)備的所述可控阻抗路徑和所述第二 N型開關(guān)設(shè)備的所述可控阻抗路徑共用一個共同的源極。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括感測電路，其中，所述感測電路測量跨與所述電池組的所述負(fù)極端子串聯(lián)耦合的感測電阻器的感測的電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括感測電路，其中，所述感測電路測量跨與所述電池組的所述正極端子串聯(lián)耦合的感測電阻器的感測的電壓。
【文檔編號】H02J7/00GK103795107SQ201310642967
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】A·杰諾娃, U·H·馬德, M·L·小皮克 申請人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司