[發(fā)明專(zhuān)利]用于電池組應(yīng)用的低側(cè)NMOS保護(hù)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310642967.5
• 申請(qǐng)日: 2013-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103795107B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·杰諾娃;U·H·馬德;M·L·小皮克
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 馬克西姆綜合產(chǎn)品公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02J7/00
• 分類(lèi)號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 永新專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 舒雄文,蹇煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池監(jiān)控集成電路的領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，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(cè)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)

集成電池監(jiān)控電路防止過(guò)壓和欠壓狀況，并且它們最大化了充電之間的電池使用時(shí)間，最小化了充電時(shí)間，以及提高總的電池使用時(shí)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(jì)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(méi)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(huì)呈現(xiàn)問(wèn)題，問(wèn)題諸如是過(guò)壓和欠壓狀況。順便說(shuō)一句，過(guò)充潛在地是一個(gè)非常危險(xiǎn)的問(wèn)題。過(guò)充是對(duì)電池充電至超過(guò)其電容量的狀態(tài)，其能夠引起電池爆炸、泄漏或者對(duì)電池的無(wú)法逆轉(zhuǎn)的損傷。其也可以對(duì)過(guò)充電池后來(lái)要用于其中的充電器或者設(shè)備造成損傷。

電池監(jiān)控集成電路也提供其它關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)，包括最大化充電之間的電池使用時(shí)間，最小化電池充電時(shí)間，以及提高電池使用時(shí)間。電池監(jiān)控集成電路的另一個(gè)方面是其用以檢測(cè)和監(jiān)控電池中的電壓電平的功能設(shè)計(jì)。當(dāng)超過(guò)某些參數(shù)閾值或者存在危險(xiǎn)狀況時(shí)，這些監(jiān)控電路通過(guò)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(wèn)題。已知監(jiān)控電路有各種名稱(chēng)，這些名稱(chēng)包括電池監(jiān)控器、電池保護(hù)電路、和電池燃料計(jì)電路，并且可以包括電池充電電路和復(fù)位電路。

通常來(lái)說(shuō)，監(jiān)控電路使用高邊PFET晶體管或者高邊NFET晶體管作為開(kāi)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(diǎn)和缺點(diǎn)。

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(kāi)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(bulk power source)。如前所述，PMOS開(kāi)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。

通常來(lái)說(shuō)，電路103放在適當(dāng)?shù)牡胤絹?lái)監(jiān)控兩種故障狀況：當(dāng)過(guò)量的電流流入電池106的正極端子時(shí)，以及當(dāng)過(guò)量的電流流入電池106的負(fù)極端子時(shí)。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。

在過(guò)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(guò)測(cè)量跨兩個(gè)PMOS開(kāi)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(lái)檢測(cè)過(guò)電流。如果該電壓超過(guò)閥值，則充電驅(qū)動(dòng)器104關(guān)斷PMOS101。從PACK+107起，經(jīng)過(guò)兩個(gè)PMOS開(kāi)關(guān)101和102、電池106至PACK-108的電路斷開(kāi)。此外，PMOS101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。

在過(guò)電流流入電池106的負(fù)極端子的故障狀況中，電路103類(lèi)似地能夠通過(guò)測(cè)量跨兩個(gè)PMOS開(kāi)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(lái)檢測(cè)過(guò)電流。放電驅(qū)動(dòng)器105關(guān)斷PMOS102，并且與以上所述相同的電路斷開(kāi)。而且，PMOS102內(nèi)的寄生二極管變?yōu)榉聪蚱玫?，并且流入電?06的負(fù)極端子的所有電流中斷。

如上所述，圖1A中的系統(tǒng)100由于使用了PMOS晶體管作為開(kāi)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(duì)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(duì)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。

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(dòng)器124和充電驅(qū)動(dòng)器125。監(jiān)控電路123耦合至電池126。

系統(tǒng)120以與圖1A中的系統(tǒng)100非常類(lèi)似的方式操作。如果存在流入電池126的過(guò)電流，則NMOS122由充電驅(qū)動(dòng)器125關(guān)斷。同樣地，如果存在從電池126流出的過(guò)電流，則放電驅(qū)動(dòng)器124關(guān)斷NMOS121。