CN1199512A

CN1199512A - 供电装置

Info

Publication number: CN1199512A
Application number: CN97191159A
Authority: CN
Inventors: 藤田裕之; 井上晃一
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2017-08-28
Also published as: EP0863597A4; WO1998009361A1; CA2234734A1; EP0863597A1; MY116134A; US5914586A; KR19990066995A; CN1080941C

Abstract

一种供电装置带有一个用来检测电源过度放电的过度放电检测电路、一个用来检测过电流的过电流检测电路、和一个用来按照过度放电检测信号或过电流检测信号停止过度放电或过电流的停止电路。该供电装置还带有一个延迟电路,以防止过度放电检测电路和过电流检测电路被外部噪声错误地致动。这种延迟电路提供有一个可变的延迟时间,从而延迟时间当检测过度放电时比检测过电流时长。这就必定能够停止过度放电和过电流。

Description

供电装置

本发明涉及一种供电装置，该供电装置检测象用作电源的锂离子电池之类的蓄电池的过度放电和过电流，并由此防止蓄电池的过度放电和过电流放电。

用蓄电池作电源的供电装置通常带有一个称作电源监视IC的保护IC(集成电路)，以稳定装置的操作。由这一IC实现的保护包括过度放电和过电流保护，并且这种保护要求使用延迟电路，以消除外部噪声。

使用蓄电池的常规供电装置(这样一种供电装置也称作“蓄电池组”)的主要部分的方块图表示在图7中。在图7中，数字1表示代表一个由一个或多个蓄电池(锂电池)组成的电源，数字2代表一个放电控制FET(场效应晶体管)，数字3代表一个FET控制电路，数字5代表一个第一延迟电路，数字7代表一个第二延迟电路，数字8代表一个OR电路，数字9代表一个正输出端子，数字10代表一个负输出端子，及数字11代表连接到端子9和10上的外部负载。

数字4代表一个电源监视电路，用一个比较器实现，用来检测过度放电。这一电路4监视电源1的电压，并且当该电压下降到低于一个预定电压V_ref1时，它输出高电平。这一输出经第一延迟电路5，即延迟预定时间长度T1，供给到OR电路8。作为响应，OR电路8把一个OFF信号输出给FET控制电路3(即，OR电路输出一个高电平)。在接收到OFF信号时，FET控制电路3切断放电控制FET2。以这种方式，保护电源1以防过度放电。

数字6代表一个用来检测过电流的电源监视电路。这一电路6通过监视跨过放电控制FET2的ON电阻出现的电压，监视电源1流出的电流，并且当该电压超过一个预定电压V_ref2时，它输出高电平。这一输出经第二延迟电路7，即延迟预定时间长度T2，供给到OR电路8。作为响应，OR电路8把一个OFF信号输出给FET控制电路3(即，OR电路输出一个高电平)。在接收到OFF信号时，FET控制电路3切断放电控制FET2。以这种方式，保护电源1以防过电流放电。

然而，在过电流的情况下，电源1的内阻以这样一种方式变化，以致于电源1的电压降低，结果错误地判断电源1在过度放电的状态中。为了防止这种情形，需要把第一延迟电路5的延迟时间T1设置得比第二延迟电路7的延迟时间T2长。

如上所述，根据先有技术，需要不同地设置用于过度放电检测的延迟时间、和用于过电流检测的延迟时间，因此必须以额外的成本为过度放电检测和过电流检测提供两个独立的延迟电路。而且，由于延迟电路包括电容器作为其电路元件，所以对于IC芯片和其上安装IC芯片的电路板，就不可避免地要求较大的面积。这就导致限制所能使用的蓄电池尺寸，并因此减小电源容量。

此外，不同装置的电容器或其他元件的常数变化导致延迟时间的变化，并且因此在最坏的情况下，两个延迟电路的延迟时间之间的关系甚至可能颠倒。在这种情况下，不能够正确地检测过充电和过电流。

根据本发明，一种带有一个由诸蓄电池组成的电源、一个用来检测电源过度放电的过度放电检测电路、和一个用来检测过电流的过电流检测电路的供电装置的特征在于：提供一种可变延迟时间延迟电路用作延迟电路，需要加到过度放电检测电路和过电流检测电路上，以防止这些电路错误地由外部噪声致动。

图1是一种实施本发明的供电装置的方块图；

图2是电路图，表示在本发明供电装置中所用延迟电路结构的一个例子；

图3是电路图，表示在图2中所示延迟电路结构一个改进例子的一部分；

图4用来解释用于过度放电检测和过电流检测的延迟时间之间的差别；

图5是电路图，表示本发明供电装置中所用电源监视电路结构的一个例子；

图6是电路图，表示本发明供电装置中所用电源监视电路结构的另一个例子；及

图7是常规供电装置的方块图。

下文将参照附图描述本发明的实施例。图1是一种实施本发明的供电装置主要部分的方块图。注意在图1和如下的描述中，也在图7中所示先有技术中有的这些元件用相同的标号标出，并且将略去重复的解释。

FET控制电路3接收延迟电路101的输出。当延迟电路101不产生输出时(即，当它输出低电平时)，FET控制电路3接通放电控制FET2。当延迟电路101输出OFF信号时(即，当它输出高电平时)，FET控制电路3切断放电控制FET2。

延迟电路101被设计成可在两个延迟时间T1与T2(T1＞T2)之间切换，并且作为其第一输入信号S₁，接收OR电路8的输出，及作为其第二输入信号S₂，接收第二电源监视电路6的输出。在第一输入信号S₁为低的同时，延迟电路101保持无效，并且输出低电平。因而，在正常条件下，即只要第一或第二电源监视电路4或6没有检测到过度放电或过电流，放电FET2就继续驱动外部负载11。

当第一输入信号S₁成为高时，延迟电路101按照第二输入信号S₂的状态，在选择的延迟时间末端，把其输出升高到高电平。特别是，只要没有检测到过电流，第二输入信号S₂就保持为低，并且选择延迟时间T1；相反，当检测到过电流时，第二输入信号S₂就变成为高，并且选择延迟时间T2。

因而，当检测到过度放电或过电流时，在延迟时间T1或T2的末端切断放电控制FET2，并由此停止过度放电或过电流。此外，由于把用于过度放电检测的延迟时间设置得比用于过电流检测的延迟时间长，所以能正确地检测过度放电和过电流。

图2表示延迟电路101的结构的一个例子。在图2中，数字21代表一个第一输入端子；数字22代表一个第二输入端子；CC1、CC2、CC3、和CC4代表分别输出电流I1、I2、I3、和I4的恒流源(I3＞I4)；Q1、Q2、和Q6代表pnp型晶体管；Q3、Q4、和Q5代表npn型晶体管；SW1、SW2、和SW3代表开关电路；KSW代表一个选择电路；R1和R2代表电阻器；C代表一个电容器；及CV代表一个恒压源。

晶体管Q1和Q2形成一个差动对，其发射极经开关电路SW2连接到恒流源CC2。晶体管Q1的基极连接到节点a，节点a一方面经开关电路SW1连接到恒流源CC1，而另一方面连接到电容器C。电容器C的另一端接地。晶体管Q2的基极连接到节点b，节点b一方面经开关电路SW3和选择电路KSW连接到恒流源CC3和CC4，而另一方面连接到电阻器R1。电阻器R1的另一端接地。晶体管Q1的集电极连接到用作电流镜电路输入晶体管的晶体管Q3的集电极和基极。晶体管Q2的集电极连接到用作电流镜电路输出晶体管的晶体管Q4的集电极。晶体管Q3和Q4的发射极接地。当接通开关电路SW2且由此把晶体管Q1和Q2的发射极连接到恒流源CC2时，致动这些晶体管Q1和Q2以作为一个差动放大器工作。

晶体管Q5的基极连接到晶体管Q2与Q4的集电极之间的节点c。晶体管Q5的集电极经电阻器R2连接到恒压源CV。晶体管Q5的发射极接地。晶体管Q6的基极连接到电阻器R2与晶体管Q5的集电极之间的节点d，而晶体管Q6的发射极连接到恒压源CV。该晶体管Q6的集电极用作延迟电路101的输出端。流出该集电极的电流由一个电流-电压转换电路(未表示)转换成电压，然后供给FET控制电路3。还能够直接用输出电流而不用电流-电压转换电路驱动FET控制电路3。晶体管Q5和Q6及电阻器R2组成一个连接到晶体管Q2的集电极的输出电路。

延迟电路101经第一和第二输入端21和22分别接收其第一和第二输入信号S₁和S₂。来自第一输入端21的第一输入信号S₁供给到开关电路SW1、SW2、和SW3，并且当第一输入信号S₁升高到高电平时，接通开关电路SW1、SW2、和SW3。另一方面，来自第二输入端22的第二输入信号S₂供给到选择电路KSW，并且当第二输入信号S₂低时，该选择电路KSW选择恒流源CC3，当第二输入信号S₂高时，选择恒流源CC4。

尽管在以上实施例中，来自第二电源监视电路106的过电流检测信号用作第二输入信号S₂，但也能够把来自第一电源监视电路104的过度放电检测信号用作第二输入信号S₂。然而，在后一种情况下，当第二输入信号S₂为低时，选择电路KSW需要选择恒流源CC4，而当第二输入信号S₂为高时，选择恒流源CC3。

具有上述结构的延迟电路101，仅当检测到过度放电或过电流时才工作。特别是，在这样一种情况下，晶体管Q1的基极电压一超过晶体管Q2的基极电压，输出电流就出现在晶体管Q6的集电极处。在这时，尽管晶体管Q2的基极电压突然升高，但电容器C导致晶体管Q1的基极电压逐渐升高，并且以这种方式，产生延迟时间。通过改变晶体管Q2的基极电压能改变这一延迟时间。

现在让电阻器R1的电阻为R1。那么，当检测到过度放电时，晶体管Q2的基极电压是I3×R1，而当检测到过电流时为I4×R1。由于I3＞I4，所以当检测到过度放电时晶体管Q2的基极电压比检测到过电流时高，因而用于过度放电检测的延迟时间比用于过电流检测的延迟时间长。图4表示在用于过度放电检测与过电流检测的延迟时间之间的差别。在图4中，t₀表示当检测到过度放电或过电流时的时刻，T2代表当检测到过电流时产生的延迟时间，而T1代表当检测到过度放电时产生的延迟时间。

即使不同装置的电容器C的电容不同，用于过度放电和过电流的延迟时间也在相同方向变化。因而，永远不会出现两个延迟时间之间的关系被颠倒，这样能够正确地检测过度放电和过电流。

例如，在以下讨论的实施例中，其中连接有一个锂离子电池(电压≈3.6V每电池)，把I4×R1设置为2.3V，而把I3×R1设置为3.5V，从而T1比T2长约10毫秒。

本发明不仅可用于上述的实施例，而且可用于其中在放电控制FET2与输出端10之间***充电控制FET的锂离子电池供电装置。

而且，在延迟电路101中，表示在图2中、用来产生晶体管Q2的基极电压的恒流源CC3和CC4可以按图3中连接。在该情况下，如此配置选择开关KSW，从而当第二输入为高时切断选择开关KSW，而当当第二输入为低时接通选择开关KSW。

以上描述的供电装置仅需要一个延迟电路，因此它能以较低成本和以较小的IC芯片面积实现。此外，由于把单一的延迟电路用来为过度放电检测和过电流检测产生延迟时间，所以即使不同装置的延迟时间不同，两个延迟时间之间的关系也永远不会颠倒，因此能够正确地检测过度放电和过电流。

下面，参照图5将描述图1中所示电源监视电路104和106的结构的一个例子。电源监视电路104用于过度放电检测，而电源监视电路106用于过电流检测。这些电源监视电路104和106以类似于图2中所示延迟电路的结构实现。因而，在表示电源监视电路结构的一个例子的图5中、及在如下的描述中，在图2中也有的这些元件用相同的标号标记，并且省去重复的解释。还要注意如下描述所涉及的情形，这里图5中所示电路应用于过电流检测的电源监视电路106。

当供电装置200从过电流或过度放电状态返回静止状态(静止状态是指其中供电装置200准备过电流或过度放电检测的状态)时，电源监视电路在输入端21处接收作为所产生的高电平信号的信号SA。另一方面，电源监视电路还在另一输入端31处接收作为跨过FET2的导通(ON)电阻出现的电压的信号SB。

输入端21经一个延迟电路D连接到开关SW1。因而，当接收到输入信号SA时，尽管开关SW2和SW3立即接通，但开关SW1延迟接通。如果不提供这一延迟电路D，则在理论上开关SW1、SW2、和SW3同时接通。然而，在实际中，电路元件的特性或其他因素的变化可能导致晶体管Q1的基极电压比晶体管Q2的基极电压升高得早，结果晶体管Q6输出指示过电流检测的电流。就是说，在这种情况下，即使在输入端31没有接收到输入信号SB，也错误地输出过电流检测电流。相反，如果如图所示提供有延迟电路D，则延迟电路D使晶体管Q1的基极电压升高得比晶体管Q2的基极电压晚，这样就防止当供电装置返回静止状态时可能发生的错误电流输出。

通过省去开关SW1和SW3，代之以把恒流源CC1和CC3直接连接到晶体管Q1和Q2的基极，并通过用输入信号SA仅控制开关SW2，能够省去延迟电路D。然而，在该情况下，恒流源CC1和CC3需要恒定地供给几个微安的电流I1和I3。十分不利的是，这不仅增大了电流消耗，而且加剧了蓄电池组的过度放电，并因此恶化了其特性。

当开关SW1在开关SW2和SW3之后接通时，供电装置进入静止状态。在这种状态下，尽管信号SB足够低，晶体管Q6也不从其集电极输出过电流检测电流，但是当信号SB超过预定值时，晶体管Q6被接通并输出过电流检测电流。这一过电流检测电流供给到以前描述的延迟电路101(图2)。注意，虽然以上描述涉及图5中所示电路应用于过电流检测的电源监视电路106的情形，但图5中所示电路也可用于过度放电检测的电源监视电路104。

图6表示图5中所示电源监视电路结构的另一个例子。在图6中，CC代表输出电流I的电流源，Q7至Q10是其基极连接在一起且其发射极连接到直流电压源CV的pnp型晶体管，及C代表用来实现延迟的电容器；此外，在图5中也有的这些元件用相同的标号标记。

在图6中，晶体管Q8、Q9、和Q10每个都与晶体管Q7一起形成一个电流镜电路。在这些电流镜电路中，晶体管Q7用作输入晶体管，而晶体管Q8、Q9、和Q10每个都用作输出晶体管。晶体管Q8的集电极连接到电容器C的一端，并且对于晶体管Q8的集电极与电容器C之间的这一节点，连接有晶体管Q1的基极。电容器C的另一端接地。晶体管Q10的集电极连接到一个电阻器R1的一端，并且对于晶体管Q10的集电极与电阻器R1之间的这一节点，连接有晶体管Q2的基极。而且，晶体管Q1和Q2的发射极连接到晶体管Q9的集电极。

当供有指示过电流或过度放电检测的控制信号时，接通恒流源CC，并且从上述电流镜电路的输入晶体管抽取电流I。结果，电流I开始同时流经电容器C和流经电阻器R1，导致晶体管Q1和Q2的基极电压升高。这里，假定电容器C的电容为C，那么晶体管Q1的基极电压以斜率I/C升高。

因而，只要适当地确定电容器C的电容，就能把晶体管Q1与Q2的基极电压升高时间之间的关系保持为初始设置的那样，而不需要预先供给电流，并因而能防止电源监视电路的错误操作。

晶体管Q1的基极电压随时间流逝而继续升高，并且超过晶体管Q2的基极电压所需的时间，就是通过电源监视电路得到的延迟时间。

在图5和6中，代替把外部信号供给电源监视电路，也可以以这样一种方式改变从恒流源CC1输出的电流，以致于在预定时间长度末端颠倒晶体管Q1与Q2的基极电压之间的关系。

在上述的电源监视电路中，不是通过预先供给电流，而是通过延长基极电压的升高时间，来建立初始状态。结果，永远不会错误地操作该电源监视电路，此外还把过度放电状态的电流消耗减小到约与漏电流一样低(低于1微安)。这样，能够防止蓄电池组的特性变坏。

如上所述，根据本发明，供电装置仅需一个延迟电路，并因此能以较低的成本和以较小的IC芯片面积实现。此外，由于把一个单一的延迟电路用来产生即用于过度放电又用于过电流检测的延迟时间，所以即使不同装置的延迟时间不同，两个延迟时间之间的关系也绝不会颠倒，并因此能够正确地检测过度放电和过电流。因而，本发明在把蓄电池用作电源的供电装置中是有用的，特别是在把这样一种供电装置中，其中指示过度放电和过电流检测的信号需要用不同的延迟输出，例如，供电装置带有一个蓄电池组成的电源、一个用来检测电源过度放电的过度放电检测电路、和一个用来检测过电流的过电流检测电路。

Claims

1.一种供电装置，带有一个锂离子电池组成的电源、一个用来检测电源过度放电的过度放电检测电路、和一个用来检测过电流的过电流检测电路，该供电装置还包括：

一个延迟电路，延迟过度放电检测电路和过电流检测电路的输出，

其中延迟电路在检测过度放电时和检测过电流时，提供不同的延迟时间。

2.根据权利要求1所述的供电装置，其中延迟时间在检测过度放电时比在检测过电流时长。

3.一种供电装置，包括：

一个电源，由一个充电-放电蓄电池组成；

一个第一电源监视电路，用来监视电源的电压，以便当电压降到低于一个预定电压时输出一个过度放电检测信号；

一个第二电源监视电路，用来监视从电源输出的电流，以便当电流超过一个预定电流时输出一个过电流检测信号；

一个可变延迟时间型延迟电路，延迟过度放电检测信号和过电流检测信号，当检测过度放电时比检测过电流时用得延迟时间长；

停止装置，用来停止电源的放电；及

一个控制电路，用来按照延迟电路的输出控制停止装置。

4.根据权利要求3所述的供电装置，其中延迟电路包括：

pnp型第一和第二晶体管，形成一个差动对；

一个输出电路，连接到第二晶体管的集电极；

一个电容器，连接在第一晶体管的基极与地之间以得到延迟；

一个第一恒流源，经一个第一开关连接到第一晶体管的基极；

一个第二恒流源，经一个第二开关连接到第一和第二晶体管的发射极；

一个第三开关，一端连接到第二晶体管的基极；

第三和第四恒流源；

一个第四开关，把第三和第四恒流源的任一个输出加到第三开关的另一端；

在接收到过度放电检测信号或过电流检测信号任一个时把检测信号输送到第一、第二、和第三开关从而按通这些开关的装置；及

把过度放电检测信号或过电流检测信号输送到第四开关以用检测信号控制第四开关的装置。

5.根据权利要求3所述的供电电路，其中第一或第二电源监视电路包括：

pnp型第一和第二晶体管，形成一个差动对；

一个输出电路，连接到第二晶体管的集电极；

串联连接的一个第一恒流源和一个第一电阻器；

串联连接的一个第二恒流源和一个第二电阻器；

在接收到用于过度放电和过电流检测的静止信号后经过预定时间长度之后、使第一恒流源把电流供给第一电阻器的装置；及

在接收到静止信号时、使第二恒流源把电流供给第二电阻器的装置，

其中第一晶体管的基极连接到第一恒流源与第一电阻器之间的一个节点，而第二晶体管的基极连接到第二恒流源与第二电阻器之间的一个节点。

6.根据权利要求3所述的供电电路，其中第一或第二电源监视电路包括：

第一和第二晶体管，形成一个差动对；

串联连接的一个第一恒流源和一个电容器；

串联连接的一个第二恒流源和一个电阻器；

在接收到用于过度放电检测信号或过电流检测信号时、使第一恒流源把电流供给电容器，和使第二恒流源把电流供给电阻器的装置，和

输出装置，连接到第二晶体管的集电极，

其中第一晶体管的基极连接到第一恒流源与电容器之间的一个节点，而第二晶体管的基极连接到第二恒流源与电阻器之间的一个节点。