TWI639286B - 電池充電與放電保護電路 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種保護電池充放電之電池保護電路，其中該電池保護電路的端點採用複數個內部開關互相連接，並且外接一場效電晶體，該場效電晶體的源極端以及汲極端連接於電池的充電與放電路徑，閘極端與基極端由保護電路控制。當電池充電產生異常狀況時，保護電路會打開一內部開關，使得該場效電晶體的閘極端與基極端連接至電池封裝之負端，終止充電動作。當電池放電產生異常狀況時，保護電路會打開另一內部開關，使得該場效電晶體的閘極端與基極端連接至電池之負端，終止放電動作。

Description

電池充電與放電保護電路

本發明關於一種電池保護電路。且特別是一種針對電池充電與放電保護的單一電晶體電池保護電路。

電池保護電路廣泛應用在各種需要電池的電子裝置中，例如：智慧型手機、平板電腦，以及筆記型電腦。電池共有四種異常狀況需要保護，分別是：過度充電、過度放電、充電電流過大，以及放電電流過大。在充電過程中，如果電池電壓高於某特定值就會判定為過度充電。在放電過程中，如果電池電壓低於某特定值就會判定為過度放電。在充電過程中，如果充電電流高於某特定值就會判定為充電電流過大。在放電過程中，如果放電電流高於某特定值就會判定為放電電流過大。當任何一種異常狀況發生時，電池保護電路會啟動電池保護機制終止充電和放電的動作。

台灣專利第I536694號發明專利申請案中，揭露了一種電池保護積體電路及電池裝置，其中該電池保護積體電路包含充電控制端與放電控制端，並且使用兩顆電晶體分別控制充電與放電路徑。發生過充電、過放電或電流過大等異常狀況時，就會透過控制充電控制端或者放電控制端的電壓，關閉控制充電的電晶體或者控制放電的電晶體，保護電池不受損害。然而這種方法需要使用兩個電晶體，增加電路面積與成本，此外在正常模式下，這兩顆電晶體都會導通， 造成更多的功率損失。

台灣專利第I445272號發明專利申請案中，揭露了一種保護電池用的開關嵌入式積體電路及方法，其中採用一個具有基底二極體的MOS電晶體連接於電池充放電的路徑中，並且加上兩個開關在該基底二極體的兩端，切換該基底二極體的電流方向，並且用第三個開關控制該MOS電晶體的閘極，提供過充和過放的保護功能。然而這種方法需要在該基底二極體的兩端加上開關，總共需要三個控制信號控制該MOS電晶體，這樣使得控制邏輯電路更加複雜，此外該基底二極體兩端的開關增加了電路面積以及功率損失。

有鑒於上述現有技術的問題，本發明提供一種針對電池充電與放電保護的電池保護電路，其中電池保護電路之各個端點係由複數個內部開關連接，並且在電池的充電與放電路徑只需外接一顆電晶體，並且由電池保護電路控制該電晶體的閘極端與基極端。在電池的充電或放電過程中如果有異常狀況，保護電路會打開內部開關來控制該電晶體的閘極端與基極端，終止充電或放電的動作。

本發明提供一種電池保護電路，其包含輸入電源端、接地端、輸出電壓端、第一控制信號端以及第二控制信號端。該輸入電源端連接於一電池之正端；該接地端連接於該電池之負端；該輸出電壓端連接於一電池封裝之負端或正端；該第一控制信號端以及該第二控制信號端係用於控制該電池的充電與放電路徑，其中該輸入電源端、該接地端、該輸出電壓端、該第一控制信號端以及該第二控制信號端之間係透過複 數個開關連接。

本發明之電池保護電路進一步包含六個開關並且連接於五個端點之間，其中第一開關連接於輸入電源端和輸出電壓端之間；第二開關連接於接地端和輸出電壓端之間；第三開關連接於接地端和第二控制信號端之間；第四開關連接於接地端和第一控制信號端之間；第五開關連接於輸出電壓端和第二控制信號端之間；第六開關連接於輸出電壓端和第一控制信號端之間。

本發明之電池保護電路在沒有任何異常的正常狀態下，導通第三開關以及第四開關，關閉第一開關、第二開關、第五開關以及第六開關。當第一控制信號端連接至輸入電源端時(而非接地端)，允許電池正常充電與放電。

本發明之電池保護電路進一步包含一過度充電保護模式，在過度充電的異常狀態下，將會導通第一開關、第五開關以及第六開關，關閉第二開關、第三開關以及第四開關，使得在充電時發生過度充電的狀況下，該第一控制信號端與該第二控制信號端透過該輸出電壓端，連接至該電池封裝負端或電池封裝正端，以保護電池。當電池電壓下降到某特定值或者電池封裝端的負載增加時，電池保護電路將會解除保護狀態。

本發明之電池保護電路在過度放電的異常狀態下，將會導通第一開關、第三開關以及第四開關，關閉第二開關、第五開關以及第六開關，以保護電池。使得在放電時發生過度放電的狀況下，該第一控制信號端與該第二控制信號端透過該接地端，連接至該電池負端或 電池正端，以保護電池。當電池電壓上升到某特定值或者電池封裝端加上充電器時，電池保護電路將會解除保護狀態。

本發明之電池保護電路在充電電流過大的異常狀態下，將會導通第一開關、第五開關以及第六開關，關閉第二開關、第三開關以及第四開關，以保護電池。使得在充電時發生充電電流過大的狀況下，該第一控制信號端與該第二控制信號端透過該輸出電壓端，連接至該電池封裝負端或電池封裝正端，以保護電池。當充電電流下降到某特定值或者電池封裝端的充電器移除時，電池保護電路將會解除保護狀態。

本發明之電池保護電路在放電電流過大的異常狀態下，將會導通第二開關、第三開關以及第四開關，關閉第一開關、第五開關以及第六開關，以保護電池。使得在放電時發生放電電流過大的狀況下，該第一控制信號端與該第二控制信號端透過該接地端，連接至該電池負端或電池正端，以保護電池。當放電電流下降到某特定值或者電池封裝端的負載移除時，電池保護電路將會解除保護狀態。

本發明之電池保護電路進一步包含輸入電源端、接地端、輸出電壓端、第一控制信號端以及第二控制信號端。其中第一控制信號端以及一第二控制信號端，係連接於控制充電與放電路徑的單一電晶體。

根據本發明之構想，該電晶體可以是一場效電晶體，該場效電晶體之閘極端連接於該電池保護電路之該第一控制信號端，該場效電晶體之基極端連接於該保護電路之該第二控制信號端，該場效電晶體之源極端與汲極端連接至該電池的充電與放電路徑。

根據本發明之構想，該電晶體為一N型通道場效電晶體，該N型通道場效電晶體之閘極端連接於該第一控制信號端，該場效電晶體之基極端連接於該第二控制信號端，該N型通道場效電晶體的源極端與汲極端分別連接於電池負端與電池封裝負端；該電池保護電路之該電壓輸出端連接於該電池封裝之負端。

本發明之電池保護電路進一步包含一個或複數個電阻，串接於任一端點以及任一開關之間。

本發明之電池保護電路的內部係透過複數個開關連接，此技術特徵也可應用於其他串接多顆電晶體的電池保護電路，而非只限於應用在外接單顆電晶體之電池保護電路。

本發明之電池保護電路，採用外接單顆電晶體之連接方法，此技術特徵也可應用於其他採用不同架構之電池保護電路，而非只限於應用在內部透過複數個開關連接之電池保護電路。

本段文字提取和編譯本發明的部分特色；其他特色將被描述於後續段落裏。它的目的是涵蓋包含於其後專利範圍的精神與範圍中，不同的潤飾與相似的安排方式。

10‧‧‧電池封裝

11‧‧‧電池

12‧‧‧電阻

13‧‧‧電容

14‧‧‧充電器或負載

15‧‧‧電池正端

16‧‧‧電池負端

17‧‧‧電池封裝正端

18‧‧‧電池封裝負端

20‧‧‧保護電路

201‧‧‧輸入電源端

202‧‧‧接地端

203‧‧‧輸出電壓端

204‧‧‧第一控制信號端

205‧‧‧第二控制信號端

211‧‧‧第一開關

212‧‧‧第二開關

213‧‧‧第三開關

214‧‧‧第四開關

215‧‧‧第五開關

216‧‧‧第六開關

30‧‧‧電晶體

301‧‧‧電晶體閘極端

302‧‧‧電晶體基極端

第1圖繪示一電池保護電路架構，為本發明第一實施例之電路圖。

本發明將參照下述實施例而更明確地描述。請注意本發明的實施例的以下描述，僅止於描述用途；這不意味為本發明已詳盡 的描述或限制於該揭露之形式。

本發明之第一實施例請參閱第1圖，其顯示一種電池保護電路架構，其中包含一電池保護電路20以及一電晶體30。該電池保護電路20包含輸入電源端201、接地端202、輸出電壓端203、第一控制信號端204以及第二控制信號端205。輸入電源端201透過電阻12連接至電池正端15，也可以不透過電阻直接連接；接地端202直接連接至電池負端16；輸出電壓端203直接連接至電池封裝負端18，也可以透過一個電阻再連接；第一控制信號端204連接至電晶體的閘極端301；第二控制信號端205連接至電晶體的基極端302。另外，電源端201和接地端202之間可以連接一電容13，電池封裝正端17和電池封裝負端18可以連接充電器或負載14。

第1圖繪示之電池保護電路架構，其中該電晶體30係採用N型金氧半場效電晶體(NMOS)，該電晶體30的源極與汲極分別連接於電池負端與電池封裝負端。

第1圖繪示之電池保護電路20，內部包含六個開關，其中第一開關211連接於輸入電源端201和輸出電壓端203之間；第二開關212連接於接地端202和輸出電壓端203之間；第三開關213連接於接地端202和第二控制信號端205之間；第四開關214連接於接地端202和第一控制信號端204之間；第五開關215連接於輸出電壓端203和第二控制信號端205之間；第六開關216連接於輸出電壓端203和第一控制信號端204之間。

第1圖繪示之電池保護電路20，在沒有任何異常的正常狀態下，導通第三開關213以及第四開關214，關閉第一開關211、第二開關 212、第五開關215以及第六開關216。當第一控制信號端204連接至電池正端15時(而非電池負端16)，允許電池11正常充電與放電。

第1圖繪示之電池保護電路20，在過度充電的異常狀態下，將會導通第一開關211、第五開關215以及第六開關216，關閉第二開關212、第三開關213以及第四開關214，以保護電池11。當電池電壓下降到某特定值或者電池封裝端的負載增加時，電池保護電路20將會解除保護狀態。

第1圖繪示之電池保護電路20，在過度放電的異常狀態下，將會導通第一開關211、第三開關213以及第四開關214，關閉第二開關212、第五開關215以及第六開關216，以保護電池11。使得在放電時發生過度放電的狀況下，該第一控制信號端204與該第二控制信號端205透過該接地端202，連接至該電池負端16或電池正端15，以保護電池11。當電池電壓上升到某特定值或者電池封裝端加上充電器時，電池保護電路20將會解除保護狀態。

第1圖繪示之電池保護電路20，在充電電流過大的異常狀態下，將會導通第一開關211、第五開關215以及第六開關216，關閉第二開關212、第三開關213以及第四開關214，以保護電池11。當充電電流下降到某特定值或者電池封裝端的充電器移除時，電池保護電路20將會解除保護狀態。

第1圖繪示之電池保護電路20，在放電電流過大的異常狀態下，將會導通第二開關212、第三開關213以及第四開關214，關閉第一開關211、第五開關215以及第六開關216以保護電池11。使得在放電時發生 放電電流過大的狀況下，該第一控制信號端204與該第二控制信號端205透過該接地端202，連接至該電池負端16或電池正端15，以保護電池11。當放電電流下降到某特定值或者電池封裝端的負載移除時，電池保護電路20將會解除保護狀態。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種電池保護電路，包含：一輸入電源端，係連接於一電池之正端；一接地端，係連接於該電池之負端；一輸出電壓端，係連接於一電池封裝之負端或正端；一第一控制信號端以及一第二控制信號端，係用於控制該電池的充電與放電路徑；一第一開關，係連接於該輸入電源端和該輸出電壓端之間；一第二開關，係連接於該接地端和該輸出電壓端之間；複數個開關，使該第一控制信號端以及該第二控制信號端透過該複數個開關連接至該接地端和該輸出電壓端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池保護電路，其中該複數個開關包含：一第三開關，係連接於該接地端和該第二控制信號端之間；一第四開關，係連接於該接地端和該第一控制信號端之間；一第五開關，係連接於該輸出電壓端和該第二控制信號端之間；以及一第六開關，係連接於該輸出電壓端和該第一控制信號端之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池保護電路，進一步包含一過度充電保護模式，該模式導通該第一開關、該第五開關以及該第六開關，並且關閉該第二開關、該第三開關以及該第四開關，使得該電池在充電時發生過度充電的狀況下，該第一控制信號端與該第二控制信號端透過該輸出電壓端，連接至該電池封裝之負端。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電池保護電路，進一步包含一過度放電保護模式，該模式導通該第一開關、該第三開關以及該第四開關，並且關閉該第二開關、該第五開關以及該第六開關，使得在放電時發生過度放電的狀況下，該第一控制信號端與該第二控制信號端透過該接地端，連接至該電池之負端。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電池保護電路，進一步包含一充電電流過大保護模式，此時導通該第一開關、該第五開關以及該第六開關，並且關閉該第二開關、該第三開關以及該第四開關，使得在充電時發生充電電流過大的狀況下，該第一控制信號端與該第二控制信號端透過該輸出電壓端，連接至該電池封裝之負端。
6. 如申請專利範圍第2項所述之電池保護電路，進一步包含一放電電流過大保護模式，此時導通該第二開關、該第三開關以及該第四開關，並且關閉該第一開關、該第五開關以及該第六開關，使得在放電時發生放電電流過大的狀況下，該第一控制信號端與該第二控制信號端透過該接地端，連接至該電池之負端。
7. 一種電池保護電路，包含：一輸入電源端，係連接於一電池之正端；一接地端，係連接於該電池之負端；一輸出電壓端，係連接於一電池封裝之負端或正端；以及一第一控制信號端以及一第二控制信號端，係用於控制該電池的充電與放電路徑，其中該輸入電源端、該接地端、該輸出電壓端、該第一控制信號端以及該第二控制信號端之間係透過複數個開關連接， 並且該第一控制信號端以及該第二控制信號端分別連接於控制充電與放電路徑的單一電晶體之兩個端點。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電池保護電路，其中該電晶體為一場效電晶體該場效電晶體之閘極端連接於該保護電路之該第一控制信號端，該場效電晶體之基極端連接於該保護電路之該第二控制信號端，該場效電晶體之源極端與汲極端連接至該電池的充電與放電路徑。
9. 如申請專利範圍第7項所述之電池保護電路，其中該電晶體為一N型通道場效電晶體，該N型通道場效電晶體之閘極端連接於該保護電路之該第一控制信號端，該N型通道場效電晶體之基極端連接於該保護電路之該第二控制信號端，該N型通道場效電晶體的源極端與汲極端分別連接於電池負端與電池封裝負端；該電池保護電路之該電壓輸出端連接於該電池封裝之負端。
10. 如申請專利範圍第1項、第2項、第3項、第4項、第5項或第6項所述之電池保護電路，進一步包含一個或複數個電阻，串接於任一端點以及任一開關之間。