TWI395964B - 電壓檢測電路、多電池單元之電池組保護電路及保護方法 - Google Patents

電壓檢測電路、多電池單元之電池組保護電路及保護方法 Download PDF

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Description

電壓檢測電路、多電池單元之電池組保護電路及保護方法
本發明係關於一種電池保護電路，特別是一種檢測多電池單元(multi-cell)之可充電電池組的充放電狀態電路。
可充電電池可提供電力且無需受限於電源線。它們被廣泛地應用在可攜式設備中，例如手機、個人數位助理(PDA)、膝上型電腦、以及電力工具等，目前甚至被應用在電力交通工具中。可充電電池可為鎳鎘電池、鑷氫電池、或鋰離子電池。
多個電池單元之電池可被彼此串聯耦接以組成一多電池單元電池組。電池組可由一直流電源(例如，交流/直流適配器)進行充電，並可透過負載，例如電阻，進行放電，例如電阻。如果電池單元的充電電壓超過一高壓臨限值，則電池組可能被燒壞甚至***。如果電池單元的放電電壓低於一低壓臨限值，電池組也可能是危險的。
本發明提供了一種電壓檢測電路，包括一狀態檢測網路，檢測多個電池單元電壓，每一該多個電池單元電壓相對應多個電池單元中的一各別電池單元；以及一比較網路，耦接至該狀態檢測網路，同時比較該多個電池單元電壓中的一極值與至少一個預定電壓臨限值，並在該極值超 出該預定電壓臨限值時產生一指示信號。
本發明還提供一種保護具有多個電池單元之一電池組的方法，包括：感應對應於該多個電池單元之多個電池單元電壓；同時比較該多電池單元之電池電壓中的一極值與至少一個預定電壓臨限值；以及當該極值超過該預定電壓臨限值時，產生一保護信號。
本發明還提供一種多電池單元電池組保護電路，包括：多個電池單元，每一該多個電池單元彼此串聯耦接；一電壓檢測電路，耦接至該多個電池單元，檢測每一該多個電池單元之多個電池單元電壓，並同時比較該多個電池單元電壓之一最大值與一預定高壓臨限值；一充電開關，耦接至該多個電池單元，以控制該多個電池單元之充電；以及一控制器，耦接至該電壓檢測電路和該充電開關，當該最大值超出該預定高壓臨限值時除能該充電開關。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大 家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。
在此說明書中，“極值”一詞可用來指定一組給定值中的最大值或是最小值。
在一實施例中，一檢測電路用於檢測多電池單元之電壓並監測這些電壓使之不超出一高壓臨限值和/或一低壓臨限值。與使用多個比較器逐一比較每一電池單元電壓與高壓臨限值/低壓臨限值不同，檢測電路包含一比較網路，透過比較最大/最小電池單元電壓與相對應之高壓臨限值/低壓臨限值，同時比較多個電池單元之電壓與多個臨限值。這樣，製造成本及電力損耗可相對較低。
圖1所示為根據本發明一實施例多電池單元電池組保護電路100示意圖。多個可充電電池單元(例如第一電池單元至第N電池單元)彼此串聯耦接以構成一多電池單元之電池組110。在一實施例中，多電池單元之電池組110包括四個可充電電池單元102、104、106和108。一電源122耦接至電池組110為其充電。電源122可為一交/直流適配器，將一交流輸入電壓轉換為一直流輸出電壓。一負載120耦接至電池組110以對其進行放電。
電池組保護電路100用於防止對電池組110的過壓充電及欠壓放電。電池組保護電路100包括一電壓檢測電路112、一控制器118、一充電開關126(例如，金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET))、以及一放電開關124(例如，MOSFET)。電壓檢測電路112耦接至電池單元102、104、106和108。充電開關126和放電開關124分別耦接至充 電迴路和放電迴路。控制器118耦接至電壓檢測電路112以及充電開關126和放電開關124，以控制充/放電過程。
電壓檢測電路112可包含一狀態感應網路和一比較網路(圖中未示出)。電壓檢測電路112中的狀態感應網路用以監測電池單元102-108中之每一電池單元之電池單元電壓。充電時，電壓檢測電路112中的比較網路比較檢測而得之電池單元電壓與一預定高壓臨限值。如果最大檢測電池單元電壓(例如，電池單元104的電壓)超出預定高壓臨限值一預定時間長度，則可認定至少電池單元104正處於過壓狀態。電壓檢測電路112中的比較網路將輸出一過壓保護信號(Over Voltage Protection，OVP)114作為指示信號。
類似的，放電時，電壓檢測電路112中的比較網路比較檢測而得之電池單元電壓與一預定低壓臨限值。如果最小檢測電池單元電壓(例如，例如電池106的電壓)低於預定低壓臨限值，電壓檢測電路112中的比較網路將輸出一欠壓保護信號(Under Voltage Protection，UVP)116作為指示信號。電壓檢測電路112的詳細結構將在圖2和圖3中描述。
在一實施例中，多個預定高/低壓臨限值用來定義多個不同的過壓/欠壓位準，並可相應輸出多個過壓保護信號以及欠壓保護信號。因此，在一實施例中，電池組保護電路100具有一第二預定高壓臨限值，以在最高電池單元電壓超出第二預定高壓臨限值時產生一第二指示信號，例如第二過壓保護信號。電池組保護電路100還可具有一第 二預定低壓臨限值，以在最小電池單元電壓低於第二預定低壓臨限值時產生一第二指示信號，例如第二欠壓保護信號。例如，放電時，當至少一電池單元電壓降至一第一低壓臨限值時，欠壓保護信號可被作為一警報信號而輸出。如果電池單元電壓持續下降，當最小電池單元電壓降至低於第二低壓臨限值時，第二欠壓保護信號可被輸出以除能整個放電迴路。
控制器118接收過壓保護信號114及欠壓保護信號116。在一實施例中，控制器118係為一可編程處理器(programmable processor)以執行電腦程式。在另一實施例中，控制器118係為一特定功能邏輯電路，例如，現場可編程邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或特殊用途積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)。控制器118初始(initiate)一動作(action)除能充電迴路，以回應過壓保護信號114。控制器118除能(disable)放電迴路，以回應欠壓保護信號116。因此，可預防因過壓充電及欠壓放電對電池組110的損害。
在一實施例中，充電開關126和放電開關124均為n通道MOSFET。例如，控制器118可在充電開關126的閘極輸出一電壓，以回應過壓保護信號114。輸出之電壓應低於充電開關126的源極電壓加一臨限值電壓之和。接著，充電開關126被關斷，且從電源122傳輸至電池組110的電力被中斷。當最大檢測電池單元電壓回復至低於高壓臨限值時，控制器118可導通充電開關126以繼續充電。
類似地，放電開關124可被控制器118關斷以阻止繼續放電。當最小檢測電池單元電壓回復至高於低壓臨限值時，控制器118可導通放電開關124以繼續放電。在其他實施例中，充電開關126和放電開關124可為其他類型之電子元件，例如p通道MOSFET或雙極電晶體(BJT)。
圖2所示為根據圖1中所示之電壓檢測電路112之以電流為基礎之過壓檢測電路200。在一實施例中，以電流為基礎的過壓檢測電路200為一單獨積體電路。在圖2所示的實施例中，以電流為基礎的過壓檢測電路200包括一電流參考模組232、一狀態感應網路，例如電壓/電流(V/I)轉換網路202、以及一比較網路，例如，電流贏者全取(Winner Take All，I-WTA)網路224。
電壓/電流轉換網路202耦接至電池單元102-108，將每一電池單元電壓轉換為電流。對應於四個電池單元102-108，電壓/電流轉換網路202包括四個運算放大器、四個MOSFET、以及四個電阻。為簡潔起見，圖2中僅示出運算放大器208、p通道MOSFET 206和電阻204。電池單元102-106的相應類似元件並未於圖2中重複示出。
運算放大器208包含一非反相輸入端、一反相輸入端和一輸出端。兩個輸入端皆耦接至電池單元108。輸出端透過MOSFET 206回授至運算放大器208的反相輸入端。其中，MOSFET 206的閘極耦接至運算放大器208的輸出端，源極耦接至反相輸入端。電阻204耦接於節點210和電池單元108之間。
在此假設運算放大器208為一理想的運算放大器。由 於運算放大器208產生一深度負回授，因此運算放大器208可被視為一虛擬短路和虛擬開路。即節點210處之電壓與節點214處之電壓實質相等，且電阻204上之跨壓與電池單元108之電池單元電壓實質相等。MOSFET 206的汲極輸出一電流222，其值近似相等於電池單元108的電池單元電壓除以電阻204的阻值。
因此，其餘對應於電池單元102、104和106的三個電流216、218和220也分別產生。因為電壓/電流轉換網路202中的四個運算放大器、四個MOSFET、四個電阻基本上彼此相同，所以轉換而得之電流216-222正比於對應電池單元的電池單元電壓。因此，最高電池單元電壓會產生最大轉換電流。四個轉換而得之電流216-222被輸入至I-WTA網路224。
電流參考模組232用以產生一預定大參考電流252。電流參考模組232包括可調節帶隙參考電壓234、運算放大器236、n通道MOSFET 238、非揮發性記憶體(NVM)242、可變電阻244、以及一對p通道MOSFET 246和248。帶隙參考電壓234係為一相對穩定的參考電壓，利用調節(trim)技術達到低溫度影響及高準確性之目標。帶隙參考電壓234被輸入至運算放大器236。
由於運算放大器236和MOSFET 238形成一深度負回授，節點240處的電壓與帶隙參考電壓234的電壓相等。因此，可認定無電流流經運算放大器236。MOSFET 238產生一電流250。電流250實質相等於帶隙參考電壓234除以可變電阻244的阻值。因此，透過調整可變電阻244之 阻值可調節電流250。
兩個p通道MOSFET 246和248對稱設置形成一電流鏡。由於MOSFET 246和248具有相同的閘極-源極電壓，MOSFET 248可產生與電流250相等的預定大參考電流252。因此，預定大參考電流252可經由電流參考模組232產生並作為一比較臨限值被輸入至I-WTA網路224。
I-WTA網路224包括一電流比較器226，以同時比較電流216-222與預定大參考電流252。如果電流216-222中的最大值大於預定大參考電流252，則I-WTA網路224輸出一過壓保護信號114以指示一過壓狀態。例如，過壓保護信號114可被轉換為邏輯“高”來指示過壓狀態。過壓保護信號114可被傳輸至一控制器，例如圖1中的控制器118。控制器可取決於過壓狀態的程度，以及如前所述之應用一或二個過壓臨限值以停止充電和/或釋放一警報信號，以回應過壓保護信號114所指示的過壓狀態。
類似地，在另一實施例中，比較網路可包含一電流輸者全取(Loser Take All，I-LTA)網路。I-LTA網路可包含一電流比較器以同時比較電流216-222與一預定低參考電流，如果電流216-222中的最小值低於預定低參考電流252，則I-LTA網路可輸出一欠壓保護信號以指示欠壓狀態。
圖3所示為根據圖1中所示之電壓檢測電路112的以電壓為基礎之過壓及欠壓檢測電路300。過壓及欠壓檢測電路300係由圖2中所示之以電流為基礎的過壓檢測電路200調整而得。與圖2中具有相同元件符號之元件具有相 似的功能，在此不再贅述。過壓及欠壓檢測電路300不但可檢測充電過程中的過壓狀況，且可檢測放電過程中的欠壓狀況。在一實施例中，以電壓為基礎之過壓及欠壓檢測電路300係整合於一單獨晶片中。
以電壓為基礎之過壓及欠壓檢測電路300包括一電壓參考模組332、一狀態感應網路，例如電壓/電流(V/I)轉換網路202、以及一比較網路，例如，電壓贏者全取(V-WTA)網路324和電壓輸者全取(V-LTA)網路328。
電壓/電流轉換網路202將電池單元102、104、106和108的電池單元電壓轉換為電流216、218、220和222。轉換後之電流216-222係透過四個下拉電阻360、362、364和366所構成之裝置再轉換為對地之電壓。如圖所示，節點370、372、374和376處的電壓分別與電池單元102-108的電池單元電壓近似相等。節點370-376處的對地電壓被輸入V-WTA網路324和V-LTA網路328以做進一步比較。
電壓參考模組332用以產生兩個比較臨限值：高壓臨限值和低壓臨限值。電壓參考模組332包括帶隙參考電壓334、運算放大器336、以及三個電阻344、346和350。
運算放大器336產生一個負回授。假設運算放大器336為一理想運算放大器，則節點340處的電壓與帶隙參考電壓334近似相等。流經電阻344、346和350的電流與帶隙參考電壓334除以電阻344的阻值之值近似相等。非揮發性記憶體342用以調節電阻344的阻值。透過選擇適合的電阻346和350，低壓臨限值可在節點348處產生，高壓臨限值在節點352處產生。低壓臨限值和高壓臨限值分 別被輸入至V-LTA網路328和V-WTA網路324。
V-WTA網路324和V-LTA網路328與圖2中所示之以電流為基礎的過壓檢測電路200的I-WTA網路224類似。V-WTA網路324包括一過壓比較器326，用以比較節點370-376處的電壓與預定高壓臨限值。節點370-376處的電壓指示電池單元102-108的電池單元電壓。如果最大之電池單元電壓高於預定高壓臨限值，則V-WTA網路324將輸出過壓保護信號114指示過壓狀態。例如，過壓保護信號114可變為邏輯“高”。
類似的，V-LTA網路328包括一欠壓比較器330，用以比較電池單元102-108的再轉換電池電壓與預定低壓臨限值。如果最小之電池單元電壓低於預定低壓臨限值，則V-LTA網路328將輸出欠壓保護信號116指示欠壓狀態。
過壓保護信號114和欠壓保護信號116皆被傳輸至一個控制器，例如圖1所示之控制器118。控制器可採取措施以阻止進一步的充電或放電，以避免對電池組造成損傷。V-WTA網路324和V-LTA網路328將在圖4和圖5中分別描述。
圖4所示為根據本發明一實施例圖3中所示之比較網路中的V-WTA網路324。V-WTA網路324包括一第一增益級490、第二增益級492、臨限電晶體(例如，n通道MOSFET 442)、臨限負載電晶體(例如，p通道MOSFET 412)、以及Schimitt觸發器452。在一實施例中，第一增益級490包括N個第一增益電晶體(例如，n通道MOSFET 434-440)以及N個負載電晶體(例如，p通道MOSFET 404-410)。 在一實施例中，N個負載電晶體作為N個第一增益電晶體的負載。例如圖3中所示之節點370、372、374和376處的電池單元102、104、106和108之電池單元電壓被輸入至第一增益級490，每一電池單元電壓被N個第一增益電晶體之其中之一所接收。預定高壓臨限值被輸入至臨限電晶體。第二增益級492包括N個第二增益電晶體(例如，p通道過壓保護MOSFET 414-420)以及一第二增益負載電晶體(例如，p通道MOSFET 448)。在一實施例中，第二增益負載電晶體作為N個第二增益電晶體的負載。
當N個電池單元電壓中的其中一個(例如，N個電池單元電壓中最高的第K個電池單元電壓，其中，K=1，2，…N)超出高壓臨限值時，第一增益級490中的第K個第一增益電晶體可被啟動，用以放大被輸入至臨限值電晶體(例如，n通道MOSFET 442)的高壓臨限值與被輸入至第K個第一增益電晶體的第K個電池單元電壓之間的電壓差。對應於第K個第一增益電晶體的第二增益級492中的第K個第二增益電晶體也可被啟動，用以進一步放大此電壓差，並在節點472處產生一第一邏輯電壓(例如，邏輯“高”)。Schimitt觸發器452耦接至節點472，以過濾節點472處的第一邏輯電壓的漣波(dither)，並最終輸出過壓保護信號114。
當N個電池單元電壓中無一超出高壓臨限值時，n通道MOSFET 442和p通道MOSFET 412被啟動。同時，第二增益級492中的N個第二增益電晶體無一被啟動。因此，在節點472處產生第二邏輯電壓(例如，邏輯“低”)。
如圖4所示，在一實施例中，節點370、372、374、和376分別耦接至四個n通道MOSFET 434、436、438和440的閘極。而節點352耦接至n通道MOSFET 442的閘極。五個n通道MOSFET 434-442具有相同的尺寸，並在節點470處共享一源極電壓。五個p通道MOSFET 404、406、408、410和412具有相同的尺寸，且共享一電壓源402(即具有相同源極電壓以及閘極電壓)。MOSFET 404-412的汲極分別耦接至MOSFET 434-442的汲極。MOSFET 412的汲極同樣亦耦接至節點460。
四個p通道過壓保護MOSFET 414、416、418和420具有相同的尺寸，且共享電壓源402(即具有相同源極電壓以及在節點472處具有相同汲極電壓)。其閘極分別耦接至MOSFET 434與404、436與406、438與408，和440與410的汲極。兩個n通道MOSFET 446和448具有相同的尺寸，並在地454處共享相同的源極電壓，以及在偏壓端444處有相同的閘極-源極電壓。MOSFET 446和448的汲極分別耦接至節點470和472。
MOSFET 446和448作為整個V-WTA網路324之第一增益級490和第二增益級492之電流源。偏壓端444可用以調節流經MOSFET 446和448的電流值。在一實施例中，電壓源402代表邏輯“高”，地454的電壓代表邏輯“低”。因此，節點470耦接至地454且電位為邏輯“低”。由於MOSFET 434、436、438、440和442彼此相同，所以接受到最大閘極-源極電壓的MOSFET會最先被啟動。
例如，如果節點352處的電壓大於任一電池單元102-108之電池單元電壓(即節點370-276處之電壓)，也即無電池單元電壓超出預定高壓臨限值，MOSFET 442被啟動，所有來自MOSFET 446的電流從MOSFET 442流至MOSFET 412。由於p通道MOSFET 404、406、408和410具有共同的閘極-源極電壓，可鏡像流經MOSFET 412的電流。然而，由於n通道MOSFET 434、436、438和440中無電流流過，因此節點462、464、466和468處電壓可被拉高至邏輯“高”，由於p通道過壓保護MOSFET 414、416、418和420的閘極-源極電壓變小，p通道過壓保護MOSFET 414、416、418和420被關斷。節點472處的電壓被MOSFET 448拉低。Schimitt觸發器452耦接至節點472，用以過濾節點472處的電壓漣波，並最終輸出過壓保護信號114。過壓保護信號114為邏輯“低”。
在另一實施例中，在一電池單元電壓高於高壓臨限值的情況下，過壓保護信號114會變為邏輯“高”。例如，如果節點372處的電壓為所有節點370-376中最高並超出了節點352處的電壓，MOSFET 436被啟動。節點464將變為邏輯“低”，並且過壓保護MOSFET 416被啟動。當過壓保護MOSFET 416被導通，節點472變為邏輯“高”。這樣，過壓保護信號114將為邏輯“高”。
圖5所示為根據本發明一實施例之圖3中所示之比較網路中之V-LTA網路328。V-LTA網路328與圖4中的V-WTA網路324相似，圖5中與圖4具有相同元件符號之元件具有相似功能，在此不再贅述。V-LTA網路328包括一第一 增益級590、一第二增益級592、臨限電晶體(例如，p通道MOSFET 542)、一臨限負載電晶體(例如，n通道MOSFET 512)、以及一Schimitt觸發器(Schimitt trigger)552。V-WTA網路324中的n通道MOSFET被替換為p通道MOSFET，而p通道MOSFET被替換為n通道MOSFET。p通道MOSFET 546和548作為整個V-LTA網路328的電流源。偏壓端544耦接至MOSFET 546和548的閘極，以調節流經MOSFET 546和548的電流。當偏壓端544接收到邏輯“低”時，V-LTA網路328開始工作。
如果節點370、372、374和376處之電壓無一低於節點348處的預定低壓臨限值，MOSFET 542被導通。因此，MOSFET 512、510、508、506和504被啟動，進而將節點562、564、566和568處的電壓拉至邏輯“低”，欠壓保護MOSFET 520、518、516和514被關斷。節點572處之電壓被電流源(即MOSFET 548)拉高，欠壓保護信號116為邏輯“高”。如果一電池單元電壓(例如，節點374處的電壓)降至節點348處的預定低壓臨限值之下，MOSFET 538和518被啟動。電流將流經MOSFET 548和518。由於節點572接地，欠壓保護信號116為邏輯“低”。
在V-WTA網路324或V-LTA網路328中，只有一個支路被啟動。因此，V-WTA網路324和V-LTA網路328的電力損耗相對較低。
更高階的鋰離子電池組可包括電池電量計(gas gauge)晶片，用以估計電池組之剩餘電量。在這種電池組中，上述之低電力損耗之電池保護電路可用作第二保護 方案。
圖6所示為根據本發明一實施例電池保護電路在過壓充電和欠壓放電時保護電池組的操作流程600示意圖。電池組係由多個電池單元串聯耦接構成。電池組可被耦接至電池組保護電路。流程圖起始於無電池單元被損壞之初始狀態。
在步驟602中，每一電池單元電壓分別被監測。在一實施例中，使用一電壓/電流轉換網路，透過相應的運算放大器和MOSFET，一特定電池單元之電池單元電壓可被轉換為電流。為方便比較，電流將再度被轉換為一對地電壓。所有被轉換的對地電壓被監測。在圖6中，流程600分兩部分進行描述：步驟606至步驟612係為充電時之流程，步驟616至步驟622係為放電時之流程。
在步驟606中，比較被監測的電池單元電壓與一高壓臨限值或一過壓保護臨限值。在一實施例中，係透過一電壓贏者全取(V-WTA)網路進行比較。在步驟608中，如果最高電池單元電壓超出過壓保護臨限值一既定時間長度，則流程600進行至步驟610。否則，流程移至步驟612。在步驟610中，產生一過壓保護信號，以指示過壓充電。在一實施例中，充電過程繼而被除能。一控制器可斷開一充電MOSFET，進而中斷充電迴路，以回應該過壓保護信號。接著，流程600返回到步驟602。電池單元電壓被繼續在新的週期繼續被監測。在步驟612中，充電迴路被致能，充電過程繼續。控制器可透過導通充電MOSFET重新為電池組充電。
關於放電部分，在步驟616中，比較電池單元電壓與一低壓臨限值或一欠壓保護臨限值。在一實施例中，步驟616之比較係利用圖3和圖5中所示之V-LTA網路328進行。轉換後之對地電池單元電壓被輸入V-LTA網路328。最低的輸入電壓致能相應的MOSFET。
在步驟618中，如果最低電池單元電壓低於欠壓保護臨限值，流程600進行至步驟620。在步驟620中，控制器可除能放電迴路以防止繼續放電造成的進一步損壞。代表欠壓狀態的欠壓保護信號被輸出(例如，V-LTA網路328可輸出邏輯“低”)。控制器可採取措施(例如，關斷放電MOSFET)中斷放電迴路，以回應該欠壓保護信號。
在另一實施例中，如果無一電池單元電壓低於欠壓臨限值，則流程600返回到步驟622。在步驟622中，放電過程繼續。在一實施例中，V-LTA網路328可輸出代表所有電池都安全的邏輯“高”。控制器可導通放電MOSFET直至收到邏輯“低”的欠壓保護信號。
在另一實施例中，與前述中斷充電迴路和放電迴路不同，如果電池單元電壓超出臨限值，可發出一警報信號。並且，如前文所述，保護電路可使用多於一個電壓臨限值。如果超出較低電壓臨限值，可輸出警報信號，如果超出較高電壓臨限值，充電迴路或放電迴路可被中斷。
因此，在一實施例中，電池組保護電路中的電壓檢測電路使用多個MOSFET構成一V-WTA網路和一V-LTA網路，以同時監測多電池單元之電池組的多個電池單元電壓。當電池單元電壓中之最大值高於預定高壓臨限值時，V-WTA 網路可輸出信號指示至少一電池單元處於過壓狀態。當電池單元電壓中之最小值低於預定低壓臨限值時，V-LTA網路可輸出信號指示至少一電池單元處於欠壓狀態。操作中，因為只有一對MOSFET導通，可節省電壓檢測網路的能耗。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發明精神和保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本技術領域中具有通常知識者應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法均等物界定，而不限於先前之描述。
100‧‧‧電池組保護電路
102、104、106、108‧‧‧電池單元
110‧‧‧電池組
112‧‧‧電壓檢測電路
114‧‧‧過壓保護信號
116‧‧‧欠壓保護信號
118‧‧‧控制器
120‧‧‧負載
122‧‧‧電源
124‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體/放電開關
126‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體/充電開關
200‧‧‧過壓檢測電路
202‧‧‧電壓/電流轉換網路
204‧‧‧電阻
206‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
208‧‧‧運算放大器
210‧‧‧節點
216、218、220、222‧‧‧電流
224‧‧‧電流贏者全取網路
226‧‧‧電流比較器
232‧‧‧電流參考模組
234‧‧‧帶隙參考電壓
236‧‧‧運算放大器
238‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
240‧‧‧節點
242‧‧‧非揮發性記憶體
244‧‧‧可變電阻
246、248‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
250‧‧‧電流
252‧‧‧預定大參考電流
300‧‧‧過壓及欠壓檢測電路
324‧‧‧電壓贏者全取網路
326‧‧‧過壓比較器
328‧‧‧電壓輸者全取網路
330‧‧‧欠壓比較器
332‧‧‧電壓參考模組
334‧‧‧帶隙參考電壓
336‧‧‧運算放大器
340‧‧‧節點
342‧‧‧非揮發性記憶體
344‧‧‧電阻
346‧‧‧電阻
348‧‧‧節點
350‧‧‧電阻
352‧‧‧節點
360、362、364、366‧‧‧下拉電阻
370、372、374、376‧‧‧節點
402‧‧‧電壓源
404~410‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
412‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
414~420‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
434~440‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
442‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
444‧‧‧偏壓端
446‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
448‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
452‧‧‧Schimitt觸發器
454‧‧‧地
460‧‧‧節點
464‧‧‧節點
470‧‧‧節點
472‧‧‧節點
490‧‧‧第一增益級
492‧‧‧第二增益級
504~520‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
538‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
542‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
544‧‧‧偏壓端
546、548‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體
552‧‧‧Schimitt觸發器
562~568‧‧‧節點
572‧‧‧節點
590‧‧‧第一增益級
592‧‧‧第二增益級
600‧‧‧流程
602~622‧‧‧步驟
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1所示為根據本發明一實施例多電池單元電池組保護電路示意圖。
圖2所示為根據圖1中所示之電壓檢測電路112之以電流為基礎之過壓檢測電路。
圖3所示為根據圖1中所示之電壓檢測電路的以電壓為基礎之過壓及欠壓檢測電路。
圖4所示為根據本發明一實施例圖3中所示之比較網 路中的V-WTA網路。
圖5所示為根據本發明一實施例之圖3中所示之比較網路中之V-LTA網路。
圖6所示為根據本發明一實施例電池保護電路在過壓充電和欠壓放電時保護電池組的操作流程示意圖。
100‧‧‧電池組保護電路
102、104、106、108‧‧‧電池單元
110‧‧‧電池組
112‧‧‧電壓檢測電路
114‧‧‧過壓保護信號
116‧‧‧欠壓保護信號
118‧‧‧控制器
120‧‧‧負載
122‧‧‧電源
124‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體/放電開關
126‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體/充電開關

Claims (20)

  1. 一種低功耗監測具有多個電池單元之一電池組的電壓檢測電路，包括：一狀態檢測網路，檢測多個電池單元電壓，每一該多個電池單元電壓相對應多個電池單元中的一各別電池單元；以及一比較網路，耦接至該狀態檢測網路，同時利用多個指示信號和一預定比較臨限值比較該多個電池單元電壓與至少一個預定電壓臨限值，並在該多個電池單元電壓中的一極值超出該預定電壓臨限值時產生一指示信號，其中，該多個指示信號分別指示該多個電池單元電壓，該預定比較臨限值相對應該預定電壓臨限值，其中，該比較網路包括：一臨限電晶體，接收該預定比較臨限值；一第一增益級，耦接至該臨限電晶體，包括多個第一增益電晶體，以接收該多個指示信號，並在該多個指示信號之一極值超過該預定比較臨限值時，啟動該多個第一增益電晶體中之一相對應第一增益電晶體，以指示該預定比較臨限值與由該極值之間之一差值，其中該極值由該第一增益電晶體接收；以及一第二增益級，耦接至該第一增益級，並在該極值超過該預定比較臨限值時，根據該差值產生該指示信號。
  2. 如申請專利範圍第1項的電壓檢測電路，其中，該多個指示信號至少部分係由該多個電池單元電壓透過 一電壓/電流轉換網路轉換為多個電池單元電流而產生。
  3. 如申請專利範圍第2項的電壓檢測電路，其中，該預定比較臨限值包括以預定電流臨限值，該多個指示信號包括該多個電池單元電流，其中，該比較網路同時比較該多個電池單元電流與該預定電流臨限值，並在該多個電池單元電流中的一極值超出該預定電流臨限值時產生該指示信號。
  4. 如申請專利範圍第2項的電壓檢測電路，其中，該多個指示信號進一步係由該多個電池單元電流透過多個電阻轉換為該多個電池單元電壓而產生，其中，該多個電阻耦接至該電壓/電流轉換網路。
  5. 如申請專利範圍第1項的電壓檢測電路，其中，該臨限電晶體接收一預定高壓臨限值，其中，該第一增益級包括多個第一增益電晶體，以接收指示該多個電池單元電壓的多個指示電壓，並在該多個指示電壓中之該最大值超過該預定高壓臨限值時，啟動該第一增益電晶體，以指示該預定高壓臨限值與該最大值之間一電壓差，其中該最大值由該第一增益電晶體接收。
  6. 如申請專利範圍第5項的電壓檢測電路，其中，該第二增益級包括多個第二增益電晶體，啟動對應於該相對應第一增益電晶體的一相對應第二增益電晶體，以進一步指示該電壓差，並在該最大值高於該預定高壓臨限值時，產生該指示信號。
  7. 如申請專利範圍第1項的電壓檢測電路，其中，該臨 限電晶體接收一預定低壓臨限值，其中，該第一增益級包括多個第一增益電晶體，以接收指示該多個電池單元電壓的多個指示電壓，並在該多個指示電壓中之該最小值低於該預定低壓臨限值時，啟動該第一增益電晶體，以指示該預定低壓臨限值與該最小值之間一電壓差，其中該最小值由該第一增益電晶體接收。
  8. 如申請專利範圍第7項的電壓檢測電路，其中，該第二增益級包括多個第二增益電晶體，啟動對應於該相對應第一增益電晶體的一相對應第二增益電晶體，以進一步指示該電壓差，並在該最小值低於該預定低壓臨限值時，產生該指示信號。
  9. 如申請專利範圍第1項的電壓檢測電路，其中，該比較網絡比較該多個電池單元電壓與一第一高壓臨限值和一第二高壓臨限值，當該多個電池單元電壓中的一最大值高於該第一高壓臨限值時，產生指示該電池組一過壓第一位準的一第一指示信號，當該最大值高於該第二高壓臨限值時，產生指示該電池組一過壓第二位準的一第二指示信號。
  10. 如申請專利範圍第1項的電壓檢測電路，其中，該比較網絡比較該多個電池單元電壓與一第一低壓臨限值和一第二低壓臨限值，當該多個電池單元電壓中的一最小值低於該第一低壓臨限值時，產生指示該電池組一欠壓第一位準的一第一指示信號，當該最小值低於該第二低壓臨限值時，產生指示該電池組一前壓第二位準的一第二指示信號。
  11. 一種低功耗監測並保護具有多個電池單元之一電池組的方法，包括：透過一狀態檢測網絡感應對應於該多個電池單元之多個電池單元電壓；至少部分透過該狀態檢測網絡產生指示該多個電池單元電壓的多個指示信號；在耦接至該狀態檢測網絡的一比較網絡中，透過一臨限電晶體接收一預定比較臨限值；在該比較網絡中透過多個第一增益電晶體接收該多個指示信號；透過該比較網絡在該多個指示信號之一極值超過該預定比較臨限值時，啟動該多個第一增益電晶體中之一相對應第一增益電晶體，以指示該預定比較臨限值與由該極值之間之一差值，其中該極值由該第一增益電晶體接收；以及當該極值超過該預定比較臨限值時，產生一保護信號。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中，該產生該多個指示信號包括將該多個電池單元電壓轉換為多個電池單元電流，其中，該多個指示信號包括該多個電池單元電流，該預定比較臨限值包括一預定電流臨限值。
  13. 如申請專利範圍第11項的方法，其中，該產生該多個指示信號包括將該多個電池單元電壓轉換為多個電池單元電流，透過多個電阻將該多個電池單元電流 再轉換為多個電池單元電壓，其中，該多個指示信號包括該多個電池單元電壓，該預定比較臨限值包括一預定電壓臨限值。
  14. 一種低功耗監測並保護具有多個電池單元之一電池組的保護電路，包括：多個電池單元，每一該多個電池單元彼此串聯耦接；一電壓檢測電路，耦接至該多個電池單元，檢測每一該多個電池單元之多個電池單元電壓，並同時比較該多個電池單元電壓與一預定高壓臨限值，當該多個電池單元電壓之一最大值高於該預定高壓臨限值時，產生一過壓保護信號，其中，該電壓檢測電路包括：一第一電晶體，接收該預定高壓臨限值；一第一增益級，耦接至該第一電晶體，包括多個第一增益電晶體，以接收指示該多個電池單元電壓的多個指示電壓，並在該多個指示電壓中之該最大值超過該預定高壓臨限值時，啟動該多個第一增益電晶體中之一相對應第一增益電晶體，以指示該預定高壓臨限值與由該最大值之間之一第一電壓差；以及一第二增益級，耦接至該第一增益級，並在該最大值高於該預定高壓臨限值時，根據該第一電壓差產生該過壓保護信號；一充電開關，耦接至該多個電池單元，以控制該多個電池單元之充電；以及一控制器，耦接至該電壓檢測電路和該充電開關，根據該過壓保護信號除能該充電開關。
  15. 如申請專利範圍第14項的電池組保護電路，其中，該第二增益級包括多個第二增益電晶體，啟動對應於該相對應第一增益電晶體的一相對應第二增益電晶體，以進一步指示該第一電壓差，並在該最大值高於該預定高壓臨限值時，產生該過壓保護信號。
  16. 如申請專利範圍第14項的電池組保護電路，其中，該電壓檢測電路進一步同時比較該多個電池單元電壓與一預定低壓臨限值，並在該多個電池單元電壓中的一最小值低於該預定低壓臨限值時輸出一欠壓保護信號至該控制器。
  17. 如申請專利範圍第16項的電池組保護電路，其中，該電壓檢測電路進一步包括：一第二臨限電晶體，接收該預定低壓臨限值；一第三增益級，耦接至該第二臨限電晶體，包括多個第三增益電晶體，以接收指示該多個電池單元電壓的該多個指示電壓，並在該多個電池單元電壓中之該最小值低於該預定低壓臨限值時，啟動該多個第三增益電晶體中之一相對應第三增益電晶體，以指示該預定低壓臨限值與該最小值之間之一第二電壓差；以及一第四增益級，耦接至該第三增益級，並在該最小值低於該預定低壓臨限值時，根據該第二電壓差產生該欠壓保護信號。
  18. 如申請專利範圍第17項的電池組保護電路，其中，該第四增益級包括多個第四增益電晶體，啟動對應於該相對應第三增益電晶體的一相對應第四增益電晶 體，以進一步指示該第二電壓差，並在該最小值高=低於該預定低壓臨限值時，產生該欠壓保護信號。
  19. 如申請專利範圍第16項的電池組保護電路，進一步包括：一放電開關，耦接至該多個電池單元和該控制器，控制該多個電池單元之放電，其中，該控制器接收該欠壓保護信號並控制該放電開關，以回應該欠壓保護信號。
  20. 如申請專利範圍第14項的電池組保護電路，其中，該多個指示電壓根據多個電阻和多個電池單元電流產生，該多個電池單元電壓透過該多個電阻轉換為該多個電池電源電流。
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