TWI583089B - 電池放電保護裝置 - Google Patents

Description

電池放電保護裝置

本發明電池放電保護裝置係一種電池在放電中保護電池之技術領域，包括：低電壓的保護電路及過電流的保護電路，為保護電池在放電中，避免電池過低電壓及過大電流或負載短路所造成之損害。

目前電池放電保護積體電路(Cell Discharge Protection IC)產品皆無關於電池在放電應用中，當電池發生過低電壓及當電池發生過大電流或負載短路時，應用半導體技術可以得到電池安全保護功能之資料及敘述；因為目前電池放電保護積體電路產品並沒有本發明所敘述之電路特徵，而成為目前電池保護積體電路在功能上之缺點。

本發明的目的：

本發明應用第一半導體及第一半導體電路，達到電池在放電中不發生過低電壓及過大電流或負載短路之保護。

本發明應用第三半導體及第二半導體電路，達到電池在放電中不發生過低電壓及過大電流或負載短路之保護。

本發明有下列之特徵：

1.本發明為應用第一半導體或第三半導體的漏極電流相對閘極到源極電壓的轉換特性，以無漏極電流做為電池放電的動作終止，達到放電中之電池在過低電壓時執行負載與電池開路，以達到電池過低電壓之保護。

2.本發明為應用第一半導體與第一半導體電路的電路特徵，達到保護電池在放電中發生過低電壓及過大電流或負載短路時之安全。

3.本發明為應用第三半導體或第二半導體電路的電路特徵，達到保護電池在放電中發生過低電壓及過大電流或負載短路時之安全。

11‧‧‧電池

12‧‧‧第一半導體

13‧‧‧第三半導體

14‧‧‧第二半導體

15‧‧‧第一集極電阻

16‧‧‧第一基極電阻

20‧‧‧第四半導體

21‧‧‧第二集極電阻

22‧‧‧第二基極電阻

100‧‧‧充電裝置

200‧‧‧負載

V+‧‧‧電路正電端

V-‧‧‧電路負電端

圖1 為本發明電池放電保護裝置的第一示意圖。

圖2 為本發明電池放電保護裝置的第二示意圖。

如圖1所示，為本發明電池放電保護裝置的第一示意圖，自圖中可知，其包括第一半導體12及第一半導體電路(First Semiconductor Circuit)；第一半導體電路包括第二半導體14、第一集極電阻15(First Collector Resistor)及第一基極電阻16(First Base Resistor)，第二半導體14的集極C連接第一集極電阻15的另一端及第一半導體12的閘極G(Gate,G)，第一集極電阻15的一端連接電路正電端V+(Positive Circuit Terminal)，第二半導體14的射極E(Emitter,E)連接第一半導體12的源極S(Source,S)，第二半導體14的基極B連接第一基極電阻16的一端，第一基極電阻16的另一端連接電路負電端V-(Negative Circuit Terminal)，第一半導體12的漏極D(Drain,D)連接電路負電端V-，第一半導體12為N通道金屬氧化半導體場效電晶體(N Channel Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)，其體內含有體二極體(Body Diode)，第二半導體14為NPN型電晶體(NPN Type Transistor)；第一半導體12的源極S與第二半導體14的射極E連接電池11的負電端，電路正電端V+連接 電池11正電端；電路正電端V+連接充電裝置(Charge Device)100的正電端G+或負載(Load)200的正電端，電路負電端V-連接充電裝置100的負電端G-或負載200的負電端。

如圖1所示，當充電裝置100對電池11執行充電動作時，充電裝置100的正電端G+供給正電壓於第一集極電阻15到第一半導體12的閘極G，此時第一半導體12的源極S及漏極D導通，其充電電流經過電池11的正電端，電池11的負電端，第一半導體12的源極S，第一半導體12的漏極D，而回到充電裝置100的負電端G-，而達成電池11的充電動作。

如圖1所示，當充電裝置100對電池11執行充電動作時，第二半導體14的基極B電位比射極E低，因此第二半導體14呈開路(Off Circuit)狀態，不影響電池11的充電動作。

如圖1所示，當充電動作完成時，將充電裝置100改為負載200，電池11對負載200執行放電動作，此時電池11的正電端供給正電壓於第一集極電阻15到第一半導體12的閘極G，因此第一半導體12的源極S及漏極D導通(On circuit)，其放電電流經過負載200的正電端，負載200的負電端，第一半導體12的漏極D，第一半導體12的源極S，而回到電池11的負電端，而達成電池11的放電動作；當電池11對負載200放電到電池11的電壓低於第一半導體12的漏極電流相對閘極到源極電壓特性表的關係值，此時漏極電流斷電流，而電池11可以得過低電壓的保護。

如圖1所示，當電池11對負載200執行放電動作中發生過電流時，第一半導體12的漏極D及源極S之間電位急速上升，此時第二半導體14的基極B電位高於射極E而使第二半導體14導通，第一半導體12的閘極G的正電位等於第一半導體12的源極S的正電位，因此第一半導體12開路，此時第一半導體12的漏極電流斷電流，以保護電池11因發生過電流而造成電池11的損壞，若欲解除第二半導體14的導通狀態只需將負 載200解除，即可解除第二半導體14的導通狀態，而恢復第一半導體12的正常狀態。

如圖1所示，當電池11對負載200執行放電動作中發生負載200短路(Short Circuit)時，第二半導體14的基極B的電位為電路正電位，因此第二半導體14的基極B的電位高於射極E而使第二半導體14導通，此時第一半導體12的閘極G與源極S的電位相等，因此第一半導體12開路，此時第一半導體12的漏極電流斷電流，以保護電池11因發生負載200短路而造成電池11的損壞，若欲解除第二半導體14的導通狀態只需將短路原因去除，即可解除第二半導體14的導通狀態，而恢復第一半導體12的正常狀態。

如圖2所示，為本發明電池放電保護裝置的第二示意圖，自圖中可知，其包括第三半導體13及第二半導體電路(Second Semiconductor Circuit)；第二半導體電路包括第四半導體20、第二集極電阻21及第二基極電阻22，第四半導體20的射極E連接第三半導體13的源極S，第四半導體20的集極C連接第二集極電阻21的一端及第三半導體13的閘極G，第二集極電阻21的另一端連接電路負電端V-，第二基極電阻22的一端連接電路正電端V+，第二基極電阻22的另一端連接第四半導體20的基極B，第三半導體13的漏極D連接電路正電端V+，第三半導體13為P通道金屬氧化半導體場效電晶體(P Channel Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)，其體內含有體二極體，第四半導體20為PNP型電晶體(PNP Type Transistor)；第三半導體13的源極S與第四半導體20的射極E連接電池11的正電端，電路負電端V-連接電池11負電端；電路正電端V+連接充電裝置100的正電端G+或負載200的正電端，電路負電端V-連接充電裝置100的負電端G-或負載200的負電端。

如圖2所示，當充電裝置100對電池11執行充電動作時， 第三半導體13的閘極G的負電位高於第三半導體13的源極S的負電位，第三半導體13的漏極D及源極S導通，其充電電流從充電裝置100的正電端G+，經過第三半導體13的漏極D，源極S，電池11的正電端，負電端，而回到充電裝置100的負電端G-，而執行充電動作。

如圖2所示，當充電裝置100對電池11執行充電動作時，第四半導體20基極B的正電位比射極E高，因此第四半導體20呈開路狀態，而不影響電池11的充電動作。

如圖2所示，當充電動作完成時，將充電裝置100改為負載200，電池11對負載200執行放電動作，此時電池11的正電端供給正電壓於第三半導體13的源極S，同時第三半導體13的閘極G從第二集極電阻21得負電位，而第二集極電阻21的負電位為由電路負電端V-供給，因此第三半導體13的源極S與漏極D導通，其放電電流經過第三半導體13的源極S與漏極D，負載200的正電端，負載200的負電端，而回到電池11的負電端，而達成電池11的放電動作；當電池11對負載200放電到電池11的電壓低於第三半導體13的漏極電流相對閘極到源極電壓特性表的關係值，此時漏極電流斷電流，而電池11可以得過低電壓的保護。

如圖2所示，當電池11對負載200執行放電動作中發生過電流時，第三半導體13的源極S及漏極D之間電位上升，此時第四半導體20的基極B電位低於射極E，而使第四半導體20導通，此時第三半導體13的閘極G的正電位等於源極S的正電位，因此第三半導體13開路，此時第三半導體13的漏極電流斷電流，以保護電池11因發生過電流而造成電池11的損壞，若欲解除第四半導體20的導通狀態只需將負載200去除，即可解除第四半導體20的導通狀態，而恢復第三半導體13的正常狀態。

如圖2所示，當電池11對負載200執行放電動作中發生負載 200短路時，等同第四半導體20的基極B連接電池11的負電端，此時第四半導體20導通，因此第三半導體13開路，第三半導體13的漏極電流斷電流，若欲解除第四半導體20的導通態只需將短路原因去除，即可解除第四半導體20的導通狀態，而恢復第三半導體13的正常狀態。

由以上動作原理分析可知，本發明以電池11為標的，一般而言，其直流電源即以通稱的電池為代表，因此本發明可以包含應用上述的動作原理於直流電源過低電壓、過大電流或負載短路之保護，例如一般市售的直流電源供應器，照明之直流電源供應電路及直流電源控制系統等，而不自限。

以上所述實施例僅是為充分說明本發明所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員，在本發明基礎上所作的等同替代或變換，皆在本發明的保護範圍內，本發明的保護範圍以申請專利範圍書為準。

11‧‧‧電池

12‧‧‧第一半導體

14‧‧‧第二半導體

15‧‧‧第一集極電阻

16‧‧‧第一基極電阻

100‧‧‧充電裝置

200‧‧‧負載

V+‧‧‧電路正電端

V-‧‧‧電路負電端

Claims (10)

1. 一種電池放電保護裝置，供一電路在電池放電過程中提供過低電壓及過大電流或負載短路保護之功能，該電路具有一電路正電端與電路負電端，其特徵在於，該電池放電保護裝置包括：一第一半導體，具有一漏極、一源極與一閘極，該漏極連接該電路負電端；一第二半導體，具有一集極、一射極與一基極，該集極連接該第一半導體的閘極，該射極連接該第一半導體的源極；一第一集極電阻，該第一集極電阻的一端連接該電路正電端，該第一集極電阻的另一端連接該第二半導體的集極；及一第一基極電阻，該第一基極電阻的一端連接該第二半導體的基極，該第一基極電阻的另一端連接該電路負電端。
2. 如申請專利範圍第1項的電池放電保護裝置，其中該第一半導體為N通道金屬氧化半導體場效電晶體內含體二極體。
3. 如申請專利範圍第1項的電池放電保護裝置，其中該第二半導體為NPN型電晶體。
4. 如申請專利範圍第1項的電池放電保護裝置，其中該第一半導體的源極與該第二半導體的射極連接電池的負電端，該電路正電端連接該電池的正電端。
5. 如申請專利範圍第1項的電池放電保護裝置，其中該電路正電端連接充電裝置的正電端或負載的正電端，該電路負電端連接該充電裝置的負電端或該負載的負電端。
6. 一種電池放電保護裝置，供一電路在電池放電過程中提供過低電壓及過大電流或負載短路保護之功能，該電路具有一電路正電端與電路負電端，其特徵在於，該電池放電保護裝置包括：一第三半導體，具有一漏極、一源極與一閘極，該漏極連接該電路正電端；一第四半導體，具有一集極、一射極與一基極，該集極連接該第三半導體的閘極，該射極連接該第三半導體的源極； 一第二集極電阻，該第二集極電阻的一端連接該第四半導體的集極，該第二集極電阻的另一端連接該電路負電端；及一第二基極電阻，該第二基極電阻的另一端連接該第四半導體的基極，該第二基極電阻的一端連接該電路正電端。
7. 如申請專利範圍第6項的電池放電保護裝置，其中該第三半導體為P通道金屬氧化半導體場效電晶體內含體二極體。
8. 如申請專利範圍第6項的電池放電保護裝置，其中該第四半導體為PNP型電晶體。
9. 如申請專利範圍第6項的電池放電保護裝置，其中該第三半導體的源極與該第四半導體的射極連接電池的正電端，該電路負電端連接該電池的負電端。
10. 如申請專利範圍第6項的電池放電保護裝置，其中該電路正電端連接充電裝置的正電端或負載的正電端，該電路負電端連接該充電裝置的負電端或該負載的負電端。