CN101410721A

CN101410721A - 测量和控制电压差的电路

Info

Publication number: CN101410721A
Application number: CNA2007800110870A
Authority: CN
Inventors: T·马松; P-A·皮农斯利; L·埃斯普诺; S·勒布雷顿; M·杜尔
Original assignee: e2v Semiconductors SAS
Current assignee: Teledyne e2v Semiconductors SAS
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2009-04-15
Also published as: WO2007113199A1; DE602007001599D1; FR2899340B1; US8018202B2; EP2002274B1; CA2647482A1; EP2002274A1; ES2329633T3; JP2009532007A; KR20080113041A; FR2899340A1; US20090128095A1

Abstract

本发明涉及用于管理串连电压差的电路。为了分别控制串连电压源的电压差，提供一种集成控制电路，用于串联的一组N个源(Bi)。这个电路包括N个放电控制和测量单元(CMi)，这些单元在分开的阱中制作，与基片绝缘，并且与其它阱绝缘。这些单元通过电平变换电路(BHi、HBi)连接到基片中形成的电路，电平变换电路具有阱内的部分和阱外的部分。这些电路使用能够承受几十伏电压的晶体管。如果希望控制一组k*N个源，k＞1，这些集成电路可以级联在SPI总线上。

Description

测量和控制电压差的电路

技术领域

[0001]本发明涉及如何管理一组数个串连源组成的电源。这些源串联起来，以便能够提供比单个基本源能够提供的电压高得多的电压。

[0002]本发明的典型应用涉及如何管理电动车辆或混合动力车辆(与电动机和引擎有关的车辆)的电池。

背景技术

[0003]对于这种非常高能耗的应用，需要存储容量大，同时尺寸小，重量轻的电池，例如锂离子电池。这些电池提供的电压只有几伏特，但是人们希望使用工作在数十伏，甚至几百伏的电动机。这就是为什么将数十个基本电池串联起来，例如随着充电状态不同，电压从2.2到5伏变化的60个电池。60个电池能够提供130到300伏的电压。

[0004]这些电池非常脆弱，它们的寿命取决于它们的使用状况。需要让它们工作在清楚地确定的电压范围内，不能太高，也不能太低。还需要让它们按照同样的方式工作和老化。如果做不到这些，最先老化的电池会导致故障，甚至整个电池组损坏。此外，为了降低***风险，有必要防止这些电池过度充电。所有这些都要求严格控制串联电池组中每个基本电池的电压，还可能要求能够对过度充电的电池进行单独放电。

[0005]单个电压的控制必须非常精确。通常电压测量精度必须达到几个毫伏。这一控制通常是在电池管理电子电路的基础之上进行的。这些电路的功能首先是分别测量每个电池的电压，然后对绝对电压(因为***风险)或者相对于其它电池的相对电压(避免各个电池的老化程度不同)有可能太高的所有电池进行放电。

[0006]但是，分别控制串联的数个电池非常困难，主要是因为用于这种控制的集成电路不适合于工作在数十伏。现在，不仅有必要能够控制接近串联电池组低电位的那些电池，还有必要能够控制在中间电位，以及接近高电位的那些电池。低电位和高电位之间的间隔可能达到几百伏。即使将60个电池的一组分成12个电池一组的5个模块，通过给每个模块提供一个集成控制电路，这个集成控制电路与其它控制电路绝缘，高电压问题(例如60伏)仍然非常严重，因为很难以几个毫伏的精度测量共模电压(common-mode voltage)在0和60伏之间变化，有几伏的电压差(differentialvoltage)。即使是优良的共模抑制也会存在几个毫伏的测量误差。另外，无法用支持这些电压的晶体管来制作仪器放大器，因为这些晶体管是特殊元件(所谓的“漂移mos”晶体管)，它们不适合于制作精细测量电路。制作这些电路的困难对于制作放电控制电路也存在：如果有人希望控制电池以恒定电流放电，就需要这样的电子电路，它能够工作于互相之间很不相同的共模电压。最后，同样由于存在高电压，即使将这组电池分成12个电池一组的五个模块，这五个模块仍然需要全局管理电路，这个全局管理电路还必须与每个模块的单个控制电路通信，因此关系到互相之间很不相同的工作电压。

[0007]解决可变共模电压这个问题的一条途径是，在将电压差施加到多路复用器和模数转换器之前，针对各个电池中的每一个，在要测量的电池的端子和公共地之间使用分压桥，将共模电压减小到几伏的程度。于是前两个那些电路元件可以形成标准技术中的低电压因此相对便宜的集成电路的一部分。但是，最终的准确度非常差，因为分压桥只会带来附加的误差，原因是它们必然的不准确性，特别是分压比，测量误差按照分压比放大。另外，分压桥的电流消耗是连续的，在电动车辆应用中，这是不可接受的。此外，对于不同的电池，这种消耗不同，这也是不可接受的。于是，需要额外电路来减少给分压桥的电源，这会使得整个方案更加复杂。

发明内容

[0008]为了克服这些缺点，本发明提出一种电子电路，用于控制串联的一组k*N个电池，k是大于或等于1的整数，N是大于1的整数；包括k个集成控制电路微片，每个都与串联的N个电池构成的一个子组相联系，其特征在于：

[0009]-每个控制微片包括连接到这组N个电池最末端端子的基片，以及所述基片中形成的控制电路；

[00010]-每个微片包括N个电压测量和放电控制单元(cell)，每个单元由相应的电池供电，并提供该电池的数字电压测量结果，每个单元都能够从所述控制电路接收命令对该电池进行部分放电的控制命令，并在收到这个命令时建立与该电池并联的电流放电路径；

[00011]-除了可以选择地N个电池构成的这个子组的第一个单元以外，每个单元都在相应的阱中制作，该阱与微片的基片绝缘，并且与对应于其它单元的阱绝缘，这个阱和与该单元有关的电池端子之一保持相同电位；

[00012]-每个单元与一个电压电平变换电路相关联，从而允许逻辑电平在通过电池供电的单元和所述基片中形成的控制电路之间传输，所述电平变换电路包括在与所述单元有关的阱中形成的部分和在所述基片中形成的部分。

[00013]这些阱是通过例如基片中的扩散形成的，这些扩散具有与基片相反类型的导电率。它们还可以通过将SOI(绝缘体上的硅，Silicon On Insulant)类型的基片中的半导区域分开来形成。每个阱由埋入的绝缘层在其下部以及由扩散或绝缘分开区在其周边界定。

[00014]这种结构能够被用于如下情形：电池的数量N使得能够用单个集成电路微片(k＝1)获得所需要的全局电压，例如12个电池的60伏；并且将单个集成电路微片用于管理12个电池。在这种情况下，微片的基片中形成的控制电路完成所有操作：提供测量命令，接收测量值，处理这些值，提供放电命令。但是，这种控制电路还能够从分开的集成电路(例如简单编程的微处理器)接收测量命令和放电命令，并发送测量得到的数值。这些值的处理由分开的集成电路完成。

[00015]这种结构还能够用于以下情况：所需要的电压更高，需要k个电池模块(k＞1)和k个控制电路微片。在这种情况下，本发明的优选解决方案包括进行配置(provision)，用SPI(串行并行接口)类型的总线级联微片，其中的总线从其它集成电路(通用控制电路，例如已编程微处理器)接收命令，通过接连进入这个级联中的中间微片来级联发送这些命令给各个微片，收集数值，并将它们发送给通用控制电路。每个微片包括连接到前一个微片的三个输入/输出端子(时钟、输入、输出)，以及连接到后续微片的三个其它输入/输出端子。第一位片连接到通用集成控制电路。

[00016]电平变换电路包括降低逻辑信号共模电压的部分和提高逻辑信号共模电压的部分。这些部分采用因为其特殊沟道结构而支持高电压的晶体管(称为“漂移mos”的晶体管)。

[00017]当k大于1时，将每组N个电池的k组串联起来，k个集成电路微片连接到k组的端子。这些微片用SPI(标准“串行/并行/接口”总线)类型的控制总线级联。于是每个微片包括三个连接端子用于连接到上游微片，还有三个连接端子用于连接到下游微片。每个微片作为前一微片的从微片，后一微片的主微片，以便级联各个微片来控制每组N个电池的几组。SPI总线发送命令，并收集各个电池电压数字测量结果。

附图说明

[00018]通过阅读后面的详细说明，并且参考附图，将会更加了解本发明的其它特征和优点。在这些附图中：

[00019]图1说明其控制电路符合本发明的电池模块的总体结构；

[00020]图2是放电控制和测量单元的简单示意图；

[00021]图3是放电控制和测量单元的另一个简单示意图；

[00022]图4是低电平到高电平变换电路的示意图；

[00023]图5是高电平到低电平变换电路的示意图；

[00024]图6和7分别是图4和5所示电路的部分结构；

[00025]图8说明一组k*N个电池的控制电路的级联原理，其中k＞1；以及

[00026]图9说明在级联中两个相邻微片之间进行信号通信的一个实例。

具体实施方式

[00027]在图1中，可以看到串联的一组九个电池B1～B9。这些电池是例如锂离子电池，当它们每一个被充电充到2.2～5伏时，它们能够正确地工作。因此，这一组提供的总电压在20～45伏之间。给出这些数字是将它们作为实例。同样可以将8个或12个电池串联。但是要明白，集成电路技术对这个数量有限制，因为需要控制电路的某个部分来支持串联组的最高电压。

[00028]用于控制这个组中各个电池的集成电路微片10与这组N＝9个电池相联系。如果要生成的电压高于60伏，将使用每个组有N个电池串联起来形成的几个组，例如k＝5组串联，也就是说如果N＝9，那么将有k*N＝45个电池串连，来获得在100到225伏之间变化的电压。在这种情况下，将使用五个集成电路微片来控制各个电池，每个微片与相应的一组N个电池相联系。后面将回过来讨论这种情况下控制电路的结构。

[00029]在控制微片10上有与第i级(rank i)的每个电池Bi有关的相应的电子电路单元。这个单元CMi是用于测量电池电压并且用于控制电池放电的单元。因此有N个单元CM1～CM9。第i级的每个测量和控制单元CMi连接到微片的两个相应连接焊盘，这些焊盘连接到有关电池的端子。它们从这些端子接收电位V_i-1和V_i。因此1和9之间中间级的单元与较低级的相邻单元共享连接焊盘，与较高级的相邻单元共享另一个焊盘。

[00030]与单元CMi有关的电池Bi充当这个单元的电源，下面将对此进行详细说明。因此，这个单元和这个有关的电池之间表示的连接同时充当电源输入的角色和测量输入的角色，因为这个单元用于测量电池电压，但是将这个电压用作电源电压。

[00031]所有单元都连接到控制电路CC，CC形成微片的一部分，并且具有以下功能：提供电池电压测量命令给这些单元；收集每个单元测量得到的电压值；利用它们并将它们发送给另一个集成电路供其使用；为单元提供命令让其给有关的电池放电，如果上述使用表明这个电池的电压太高。

[00032]以数字形式将电压测量值提供给电路CC。这意味着在每个单元中提供相应的模数转换器。

[00033]测量单元建立电池的端子之间存在的电压的差值测量V_i-V_i-1，但是共模电压随着单元不同而不同，因为它依赖于这个电池在N个串联电池中的位置。因此，测量电路提供具有可变共模电压的差值。为了简单起见，后面将考虑电路CMi的共模电压是V_i-1这个电压，也就是这个电路的电源的低电位。最低共模电压是V₀，它是N个串联电池构成的这一组的最低电位。

[00034]随着单元不同而不同的共模电压对于控制电路CC而言是非常麻烦的，这个控制电路CC必须使用或发送单元测量得到的值，并且还必须提供命令给单元。这就是为什么在单元CMi的输出端(提供数字测量值的输出端)和控制电路CC的相应输入端之间提供高电平到低电平变换电路HBi。这个电路能够将存在很高共模电压(正比于电池在N个串联电池中的级)的情况下测量得到的数值减小到相同的数值，但是这个数值具有低共模电压(V₀)，对于所有单元都一样。测量得到的具有低共模电压的数值就能够被电路CC使用。

[00035]同样，控制电路CC(以数字形式)提供给单元的命令可以被单元CMi使用，有必要将逻辑电平从电路CC(共模电压V₀)提高到这样一个电平：其共模电压对应于这个单元的电源，因此提高到电平V_i-1，V_i-1对应于有关电池的级。于是电平变换电路BHi与单元CMi相联系。

[00036]为了将工作于低共模电压的电子功能(也就是控制电路CC)从工作于不同单元不同的共模电压的功能分开来，有电路CC的配置需要在集成电路的基板中直接生成，而测量单元CM1～CM9各自在相应的半导体阱中产生，这个半导体阱与基板绝缘，其电位等于连接到这个阱的电池的端子之一的电位。这些阱用围绕每个单元的虚线表示。与单元相联系的每个电平变换电路一部分在阱内，一部分在阱外。这一点在图中用如下方式表示出来：虚线穿越这些电平变换电路的中间。

[00037]最后，在图1中还有另一个集成电路微片CGG。它是一个全局管理电路(实际上是一个已编程微处理器)，基本上用于要控制的电池的数量远大于9或12，并且需要几个集成控制电路例如微片10级联这种情况。这一点将会在后面进一步回过头来讨论，但是可以说全局管理电路与第一控制微片通信，控制微片各自与前一个微片和后一个微片通信。这样，全局管理电路可以将命令交给任何集成控制电路，并从它们接收测量结果。每个微片上游有三个通信端子CLK_A、MOSI_A、MISO_A(用于与前一个微片或者与全局管理微片CGG通信)，下游有三个通信端子(用于后续芯片)CLK_B、MOSI_B、MISO_B。当然还可以根据需要提供其它通信端子，例如微片选择端子能够被用于将信号提供给微片，这些微片据此互相认识，作为它要跟随的消息接收方。

[00038]图2是电池电压测量和放电控制单元CMi的示例性简化框图。这个单元连接到串联电池组第i级的电池Bi，接收电压V_i-1和V_i。

[00039]单元CMi包括模数转换器ADC，它提供数字电压测量结果给电平变换电路HBi。

[00040]转换器ADC接收电池Bi的电压差V_i-V_i-1作为要转换的电压。它还接收电压基准电路REF的基准电压Vref。电压基准Vref是相对于与这个单元相对应的低电位V_i-1以差值方式定义的。电平变换电路BHi为转换器ADC提供转换命令，转换器响应这一命令，提供电池电压测量值。

[00041]电平变换电路BHi还可以提供源自控制电路CC的放电命令(disch)，用于电池的放电电路，形成电路CMi的一部分。放电电路位于电池的端子之间，能够按照放电命令的持续时间定义的时间对电池放电。放电最好是以恒定电流进行。为了简单起见，用一组两个串联晶体管的形式表示放电电路，其中一个用作放电控制(由disch命令激活)，另一个用作电阻，定义放电电流值。当电池电压测量结果表明电池的相对或绝对电压太高时，由控制电路CC根据微处理器CGG提供的指令提供放电命令disch。可以按照重复短脉冲的形式提供放电命令，交替有新的电池电压测量结果，直到电池电压具有微处理器CGG定义的值。

[00042]单元CMi的那组元件由电池从电池的端子V_i和V_i-1供电。在端子V_i(这个单元电压最高的端子)和集成电路10基片的电位V₀(N个电池构成的组的第一个电池的最低的电位)之间提供了电平变换电路，如同下面将会详细说明的一样。如果有几个集成电路10级联，每个对应于N个电池构成的子组，那么基片电位全部不同，等于电池相应子组的最低电位。

[00043]图3说明放电控制和测量电路更加复杂的一个实例。在这个版本中，模数转换器ADC不仅能测量电池电压，还能为校准测量电压值。具体而言，回忆起希望高精度地(几个毫伏)测量电池电压，校准操作对于减小误差也是必不可少的。为此目的，在转换器ADC上游提供多路复用器MUX，它能够接收几个电压值，并且能够将这些值中的一个或其它发送给转换器以进行测量。

[00044]转换器能够测量的电压值为：

[00045]-电池的电压差V_i-V_i-1；

[00046]-零电压差V_i-1-V_i-1，利用它能够确定转换器的偏移值(或偏置)，也就是转换误差，这意味着在输入端提供零电压，会在转换器的输出端给出非零数值；

[00047]-基准电压Vref，以差值方式相对于电压V_i-1来定义；这一测量结果能够校准转换器的增益；

[00048]-最后，代表电池温度的电压Vtemp。

[00049]代表温度的电压是在例如粘在电池上连接到集成电路一个特殊端子的(每个CMi的温度测量端子)热敏电阻TH的帮助下获得的。通过连接到基准电压Vref的电阻给热敏电阻供电，从而构成分压桥，其中点连接到多路复用器。

[00050]数字电平变换电路BHi为单元提供给多路复用器的命令(选择要测量的电压)，给转换器的命令(转换命令)，以及给放电电路的命令(disch命令)。它还可以为整个单元提供命令，让其进入低功耗的待机模式，条件是这个单元配备了装置用来切断使用期间耗电的元件的电源。

[00051]图4说明一个示例性的数字电压电平转换电路BHi，利用它能够将参考N个串联电池构成的组的低电位V₀获得的逻辑电平，转换成参考第i级的电池Bi的低电位V_i-1获得的逻辑电平。电位V₀是集成电路10的基片的电位。在图4所示的实例中，有单个逻辑电平比特需要转换，这个比特用值A表示。如果需要几个比特(并联而不是串联工作)，就使用相似数量的电路。

[00052]图4的电路BHi包括两部分：在P型掺杂基片中直接形成的部分以及在N型弱掺杂的阱HVNW中形成的部分，将它保持为电池Bi的电位V_i-1。用虚线矩形表示阱。这个阱和形成电池Bi涉及的整个测量和控制单元CMi的那个阱相同(每个单元的相应阱)。选择阱的掺杂N，从而能够确保在阱/基片反向结的端子处几十伏的电压承受能力，通常是30伏。

[00053]电平变换电路包括：

[00054]-能够支持低电压(例如5伏)的普通电路元件，例如晶体管T1、T2、T3、T4和反相器I1、I2，它们都在阱内形成，在电池Bi的电压V_i和V_i-1之间供电；

[00055]-能够支持低电压的普通电路元件，例如反相器I3，在集成电路10的基片中直接形成，由N个电池构成的组中第一个电池B1的电压V₀和电压V₁之间供电；

[00056]-最后，具有增强的电压承受能力的电路元件，能够支持几十伏的电压，例如NMOS晶体管Q1和Q2，直接在集成电路10的基片中形成，但是包括特定结构的沟道，从而能够承受所需要的电压。

[00057]如同下面将看到的一样，高电压NMOS晶体管的特殊沟道结构优选使用如下区域之间的沟道划分：邻接源极和形成基片一部分的弱掺杂P型区域，以及邻接漏极由基片中N型扩散的阱形成的弱掺杂N型区域。这个N型区域在图4中用虚线圆圈表示。这种晶体管被称为“漂移mos”。

[00058]图4给出的示例性电路包括高电压NMOS晶体管Qn1，它的基极接收0和5伏之间的逻辑电平A；安装成二极管的PMOS晶体管Tp1，它与晶体管Qn1串连，并连接到电压为V_i的电池Bi的正端子；安装成晶体管Tp1的电流镜像的PMOS晶体管Tp2，它的源极处于电位V_i，它的漏极连接到反相器I1输入端。第二反相器I2反向安装在在I1的输出和输入之间，从而确认I1输入端存在的逻辑状态Q。在V_i和V_i-1之间给反相器I1和I2供电，因此电平Q以低电压V_i-1作为参考电压。

[00059]当逻辑电平A从低电平(处于V₀)变到高电平(处于V₁，第一电池的高电位)时，晶体管Qn1变成导通，将晶体管Tp1和晶体管Tp2的栅极电位拉下来。晶体管Tp2导通；反相器I1的输入电平Q改变状态，变成高电平(处于V_i)。反相器I2确认这一切换，并将逻辑电平Q维持在高电平(处于V_i)。

[00060]对于相反方向的状态改变，提供一个设置，它与Qn1、Tp1和Tp2的设置相同，但是受到与电平A互补的电平AB的控制。这个互补电平是通过基片中形成的在V₀和V₁(这一组的第一个电池B1)之间供电的反相器I3获得的。反相器I3接收逻辑电平A作为输入，提供互补电平AB。将这个电平应用于和晶体管Q1一样的高电压NMOS晶体管Qn2。一组PMOS晶体管Tp3和Tp4，象Tp1和Tp2一样安装，充当与那组Tp1、Tp2对称的角色。但是当Tp2的漏极连接到I1的输入端，提供逻辑电平Q时，Tp4的漏极连接到I2的输入端，提供互补逻辑电平QB，在V_i-1(低电平)和V_i(高电平)之间。

[00061]因此明白，高电压晶体管Qn1和Qn2形成(集成电路基片中)电压V₀和V₁之间供电的电路元件和(阱HVNW中)电压V_i-1和V_i之间供电的电路元件之间的链路。

[00062]图5说明数字电平变换电路HBi，它工作于前一个的相反方向，能够将逻辑电平在V_i-1和V_i之间的逻辑信号A变换成逻辑电平在V₀和V₁之间的逻辑信号Q。我们将不讨论细节：电气示意图跟图4所示的示意图完全互补。高电压晶体管现在是PMOS Qp1和Qp2而不是NMOS。它们的源极连接到V_i而不是V₀。晶体管Tn1、Tn2、Tn3、Tn4安装成象晶体管Tp1～Tp4一样，是NMOS，它们的源极连接到V₀而不是V_i。反相器I1和I2在V₀和V₁之间供电，而不是V_i-1和V_i。反相器I3在V_i-1和V_i之间供电，而不是V₀和V₁。

[00063]除了极性和电压电平相反以外，与图4的基本差别为：

[00064]-这次在基片上直接形成的是元件Tn1、Tn2、Tn3、Tn4、I1、I2，在阱HVNW中形成的是元件Qp1、Qp2和I3，这个阱和包括测量单元CMi的所有电路元件的那个一样，因此，与包括BHi的那个一样；

[00065]-高电压晶体管包括能够承受所需电压的特殊结构沟道，这种结构优选使用如下区域之间的沟道划分：邻接源极和形成阱HVNW一部分的弱掺杂N型区域，以及邻接漏极由阱HVNW中形成的弱掺杂P型区域。这个P型区域在图5中用虚线圆圈表示。

[00066]图6中的集成电路部分说明实际上制作逻辑电平变换电路BHi的方式。在例如在其上部包括P型外延有源层的P+型基片中形成集成电路10。这个图没有按比例画出。没有画出这个基片上形成的电路元件，例如控制电路CC的元件。它们都由第一电池B1的电压V₀和电压V₁之间供电。让基片保持电位V₀，例如通过P+型局部表面扩散上形成的触点。N型的扩散深阱HVNW包括与电池Bi有关的测量单元CMi的所有电路元件。通过在N+型局部表面扩散上的触点，它被保持到电位V_i。在这个阱中形成图4的晶体管Tp1这种PMOS晶体管。可以在阱HVNW内的扩散阱P里制作NMOS晶体管(例如对于基于PMOS和NMOS的反相器I1和I2)。对应于图4所示晶体管Qn1的晶体管Qn1包括基片中连接到电位V₀并且扩散的N+型源极，以及通过在N型阱内的N+型扩散形成的漏极，这种扩散在掺杂和深度上能够与阱HVNW的扩散相似，但是它不形成后者的一部分。这个Qn1的沟道阱具有位于源极区域和漏极区域之间晶体管栅极下面的边界。在这个栅极下面，它留下了与源极邻接的P型沟道区域。这种高电压晶体管Qn1的沟道(“漂移mos”类型)被绝缘栅覆盖，因此在某种意义上包括两部分：邻近源极的P型基片部分和邻近漏极的N型部分。

[00067]图7画出了集成电路部分，它说明在包括单元CMi和电路BHi的部分的同样扩散深阱HVNW的基础之上，实际上制作逻辑电平变换电路HBi的方法。NMOS晶体管，例如图6中的晶体管Tn1，直接在基片上形成。图6的PMOS晶体管Qp1包括P+型源极，在阱HVNW中扩散，并连接到电位V_i；以及漏极，通过在弱掺杂P型阱HVPW中的P+型扩散形成，在阱HVNW中扩散。这个P型阱具有位于在源极区域和漏极区域之间的晶体管栅极下面的边界，它留下了邻近源极的N型沟道区域。这种“漂移mos”型高电压晶体管的沟道，被绝缘栅覆盖，因此在某种意义上包括两部分：邻近源极的N型阱部分和邻近漏极的P型部分。

[00068]图8是用于控制一组3个子组的三个集成电路10a、10b、10c的级联设置，每个子组由8个电池构成。三个集成电路在微处理器(全局管理电路)的统一控制之下。微处理器的主要功能是向各种集成控制电路提供必要的各个电池的电压测量命令，收集根据这些命令测量得到的数值，利用它们来从绝对和相对方面验证这些值，并且为各个电池发布放电命令。

[00069]电路之间的通信通过SPI(串联/并联/接口)型总线进行，因此能够将级联电路连接成互成主从关系，其中上游的电路为主，下游的电路为从。相对于第一微片10a，微处理器是主。

[00070]每个电路包括与上游电路的三个连接：连接MOSI_A，使它能够从上游主接收数字命令；时钟连接CLK_A，使它能够从上游主接受同步时钟信号；以及连接MOSI_B，使它能够从微片向上游主发送串行数字数据。缩写MOSI和MISO代表主出从入和主入从出。

[00071]同样，每个集成电路都包括与下游电路的三个连接：用于发布命令和同步时钟给下游电路的连接MOSI_B和CLK_B，用于从下游电路接收数据的连接MISO_B。

[00072]发出的命令和接收的数据伴随着作为它们的目的地或者它们的来源的集成电路的地址。它们还包括与集成电路中的这些命令和这些数据有关的测量和放电单元的准确标识。

[00073]使用数据的微处理器可以形成一组的一部分，这个一部分由这些电路管理的k*N个电池构成的组以外供电。它可以由例如车辆独立于功率电池的12伏电池供电。

[00074]命令和数据通过参考图1介绍的控制电路CC从一个电路到达另一个电路(这个电路基本上是用于寻址并为命令和数据进行路由的电路，也是确保在SPI总线上进行交换的协议的电路)。因此这些命令、时钟和数据能够从一个微片到达另一个，虽然相邻微片的基片处于非常不同的电位(电位差是电池电压的N倍)，优选为电平变换电路提供有些特别的布局，类似于已经描述的布局，但是其中的变换电路被两个微片共享，而不是被基片和阱共享。共享是在高电压MOS晶体管的漏极的位置进行的，该晶体管的漏极连接到低电压互补晶体管漏极。晶体管之一在微片上，其漏极连接到MOSI或MISO的连接端子，另一个在另一微片上，其漏极连接到对应的连接端子。

[00075]也可以换成为特殊接口电路进行配置，允许在级联的组中的两个相邻微片之间传递信号。

[00076]图9说明一个示例性的电路，这个电路能够将微片10i中生成的逻辑信号发送给相邻微片10i+1。第一个在电压V_i-1和高于V_i-1的电压V_i之间供电；第二个在电压V_i和高于V_i的电压V_i+1之间供电。在第一微片的节点S上生成逻辑信号，必须将它传送到第二微片的节点S’上，这一传送是通过图8所示第一微片的外部端子MOSI_B和第二微片的外部端子MOSI_A进行的。

[00077]这一传送的原理如下：逻辑信号S控制MOS晶体管，使它根据其逻辑电平导通或截止。MOS晶体管是支持高电压的晶体管，按照上面说明的原理制作出来。当它导通时，它从MOSI_B这样的端子拉出电流2I₀(由电流镜像MC和电流源2I₀的组装生成)。当晶体管不导通时，不拉出电流2I₀。

[00078]第二微片的端子MOSI_A由电阻连接到运算放大器AO的负输入端(-输入端)，这个运算放大器AO的正输入端(+输入端)保持等于(V_i+1-V_i)/2的固定电位。通过反馈电阻环回的运算放大器通常用于将其负输入端维持在其正输入端的电位。它的负输入端还接收值为I₀的电流源的电流(第一微片的MOS晶体管拉出的电流值的一半)。运算放大器的输出端S’提供第二微片中需要的逻辑信号。可以提供反相器，从而实际获得信号S’，它等于信号S而不是与信号S互补。

[00079]根据信号S的状态，输出S’处于一个逻辑状态或者另一个状态。

[00080]可以看出，在这个实例中，逻辑信号从第一微片向第二相邻微片的传送是通过支持高电压(第一微片中)的晶体管以两个微片的两个对应端子之间电流的切换这种形式完成的，这些端子被第二微片维持在固定电位，具有非常低的阻抗。非常低的阻抗来自第二微片的运算放大器的表现，这个运算放大器将其负输入端的电位维持在固定值(正输入端的值)，而不关电流的值如何。

[00081]在图9所示的实例中，已经为第二微片的运算放大器的正输入端进行了配置，这个正输入端要连接到第二微片的电源之间的平均电压。还可以进行配置，以便它连接到电压V_i，也就是对于两个微片相同的电源电位(第一个的高电位，第二个的低电位)。

[00082]对于相反方向的通信，电路的本质相同，只需要翻转电压和电流极性以及晶体管类型(在传递到更高电位的微片的情形中，MOS晶体管是NMOS)。但是，对于从较高电源电压的第一微片向较低电源电压的第二微片这一相反方向的通信，优选为第二微片的运算放大器的正输入端进行配置，这个正输入端要连接到两个微片的公共电源电位而不是第二微片的电源电位之间的平均值，从而避免第二微片在基片电位以下的电压工作。

[00083]在前面考虑了阱是P基片中N型深扩散的阱。如果基片是N型的，当然需要翻转极性和掺杂类型。另外，可以按照不同的方式定义这些阱，而不是与基片的掺杂不同。SOI型基片上包括氧化硅绝缘埋入层的电路都是这样。包围半导体区并且与下降到绝缘层的厚氧化硅区使得阱的定义成为可能。这一点适用于保持到相应电池低电位的全局阱，而不适用于构成沟道和漂移mos晶体管的漏极的N或P型局部区域。后面那些区域保持具有所表明掺杂的已扩散区域。

Claims

1.一种电子电路，用于控制串联的一组k*N个电池，k是大于或等于1的整数，N是大于1的整数，该电子电路包括k个集成控制电路微片，每个微片都与串联的N个电池构成的一个子组相关联，其特征在于：

-每个控制微片(10)包括连接到这组N个电池最末端端子的基片，以及所述基片中形成的控制电路(CC)；

-每个微片包括N个电压测量和放电控制单元(CMi)，每个电压测量和放电控制单元都由相应的电池(Bi)供电，并提供该电池的电压的数字测量结果，每个单元都能够从所述控制电路接收控制命令，该控制命令命令对该电池进行部分放电，并在收到这个命令时建立与该电池并联的电流放电路径；

-除了可以选择地N个电池构成的这个子组的第一个单元以外，每个单元都在相应的阱(HVNW)中制作，该阱与所述微片的基片绝缘，并且与对应于其它单元的阱绝缘，这个阱保持与该单元有关的电池的端子之一的电位(V_i)；

-每个单元与一个电压电平变换电路(HBi、BHi)相关联，从而允许逻辑电平在通过电池供电的单元和所述基片中形成的控制电路之间传输，所述电平变换电路包括在与所述单元有关的阱中形成的部分和在所述基片中形成的部分。

2.如权利要求1所述的电子控制电路，其特征在于每个单元是在所述基底中扩散的相应阱中制作的。

3.如权利要求1所述的电子电路，其特征在于：所述微片的所述基片是包括埋入的绝缘层的SOI类型的基片，其特征还在于那些阱由这一层在它们的下部以及由和所述绝缘层一样深的绝缘区在它们的周边界定。

4.如权利要求1到3之一所述的电子电路，其特征在于：所述电平变换电路包括用于降低所述逻辑信号的共模电压的部分(HBi)和用于提高所述逻辑信号的共模电压的部分(BHi)。

5.如权利要求4所述的电子电路，其特征在于：所述电平变换电路包括支持高电压的晶体管，所述晶体管包括位于绝缘栅下源极区和漏极区之间被划分成两个部分的沟道，第一部分包括N型区域和P型区域，这些区域之一包括构成所述漏极的局部表面扩散。

6.如以上权利要求中之一所述的电子电路，其特征在于：所述控制微片包括分别连接到那些电池的端子的N+1个输入端，连接到上游微片的三个连接端子以及连接到下游微片的三个连接端子，每个微片作为前一微片的从微片，并且作为后一微片的主微片，以便级联各个微片来控制每组N个电池的几组。

7.如权利要求6所述的电子电路，其特征在于：第一微片和第二微片之间的逻辑信号的传递是通过利用支持高电压的晶体管在所述两个微片的两个对应端子(MISO_B、MISO_A)之间切换电流来完成的，那些端子由所述第二微片用非常低的阻抗保持固定电位。