CN101123356A - 充电和放电控制电路以及充电型电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电和放电控制电路以及充电型电源装置。提供一种实现过电流检测状态中的低电流消耗、容易计算的自动返回阻抗、以及高可用性的充电和放电保护电路。用来将过电流检测端下拉到VSS端的下拉电路串联连接在该过电流检测端和开关电路之间。该开关电路串联连接在该下拉电路和该VSS端之间。

Description

充电和放电控制电路以及充电型电源装置

技术领域

本发明涉及用来控制二次电池的充电和放电的充电和放电控制电路，并且涉及包括充电和放电控制电路的充电型电源装置。

背景技术

使用二次电池的充电型电源装置包括，为了保护二次电池的用来检测二次电池的过充电和过放电以及流入负载的过电流以控制二次电池的充电和放电的充电和放电控制电路。为了保护二次电池并且减小电流消耗，以不同的方式设计了充电和放电控制电路并且提出了如JP 2002-238173 A中所述的电路。

图7示出了常规充电型电源装置。

在常规充电型电源装置中，电流从二次电池流入通过开关电路102连接在外部端子105和106之间的负载103。当与外部端子106连接的过电流检测端113处的电压变得高于过电流检测电压时，充电和放电控制电路210控制关断开关电路102。该状态被称作过电流检测状态。

在过电流检测状态中，下拉电路219的N沟道晶体管251和开关电路220的N沟道晶体管252被导通。然后，过电流检测端113通过电阻器253被下拉到VSS端112。在充电和放电控制电路210进入过电流检测状态后，当负载103与外部端子105和106断开时，过电流检测端113处的电压接近VSS电压。当过电流检测端113处的电压低于过电流检测电压时，充电和放电控制电路210从过电流检测状态被释放以接通开关电路102。

上述电路操作被称作自动返回(automatic return)操作。在自动返回时外部端子105和106之间的阻抗被称作自动返回阻抗。

在过充电状态中，其中充电器104被连接在外部端子105和106之间并且二次电池101具有比预定电压值高的电压，充电和放电控制电路210控制关断开关电路102。该状态被称作过充电检测状态。

在过充电检测状态中，过电流检测端113处的电压通过充电器104变得低于VSS电压。因此，充电和放电控制电路210控制关断开关电路220的N沟道晶体管252，由此防止充电电流流过下拉电路219的电阻器253和寄生二极管254。

然而，常规充电型电源装置具有这样的问题：电流消耗会由于下述现象而增加。

图8是示出常规充电和放电控制电路210中的下拉电路和开关电路的截面图。在过电流检测状态中，过电流检测端113通过外部端子106、负载103、以及外部端子105被上拉到VDD端111。因此，存在以下问题。基极电流从过电流检测端113流入N沟道晶体管252的P阱。然后，寄生双极晶体管501被导通并且电流通过电阻器253从VDD端111流到VSS端112，由此增加了充电和放电控制电路的电流消耗。

对于自动返回，必需将基极电流减小到寄生双极晶体管501不被导通的值。即，必需增加自动返回阻抗。然而，上述的开关电路和下拉电路具有这样的问题：因为自动返回阻抗通过二次电池101的电压被非线性地改变，所以自动返回阻抗的计算复杂。

发明内容

因此，本发明的目的是解决这些问题，并且提供实现过电流检测状态中的低电流消耗、容易计算的自动返回阻抗、以及高可用性的充电和放电保护电路。

为了实现该目的，根据本发明，充电和放电控制电路包括：

过充电检测电路，用来监控二次电池的电压以检测二次电池是否处于过充电状态，

开关电路，用来控制二次电池和外部端子之间的连接，

过电流检测电路，用来根据过电流检测端处的电压监控流入开关电路的电流以检测过电流，

充电和放电控制电路，用来根据来自每一个检测电路的信号控制开关电路的切换，

由充电和放电控制电路控制的下拉电路，用来下拉处于过电流检测状态的过电流检测端，

充电器检测电路，以及

开关电路，用来在充电器被连接到下拉电路和VSS端之间时响应来自充电器检测电路的信号使下拉电路与VSS端断开。

根据本发明，能够提供实现过电流检测状态中的低电流消耗、容易计算的自动返回阻抗、以及高可用性的充电和放电控制电路，并且能够提供包括该充电和放电保护电路的充电型电源装置。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据本发明的第一实施例的充电型电源装置的电路方块图；

图2是示出根据本发明的第一实施例的充电和放电控制电路中的下拉电路和开关电路的截面图；

图3是示出根据本发明的第二实施例的充电型电源装置的电路方块图；

图4是示出根据本发明的第二实施例的充电和放电控制电路中的下拉电路和开关电路的截面图；

图5是示出根据本发明的第三实施例的充电型电源装置的电路方块图；

图6是示出根据本发明的第三实施例的充电和放电控制电路中的下拉电路和开关电路的截面图；

图7是示出常规充电型电源装置的电路方块图；以及

图8是示出常规充电和放电控制电路中的下拉电路和开关电路的截面图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1是示出根据本发明的第一实施例的充电型电源装置的电路方块图。

充电型电源装置100包括可充电并且可放电的二次电池101、用作能够调整充电和放电电流的电流调整装置的开关电路102、外部端子105和106、以及用来控制开关电路102的充电和放电控制电路110。诸如移动电话的负载103或充电器104被连接在外部端子105和106之间。

充电和放电控制电路110包括与二次电池101连接的VDD端111和VSS端112、作为开关电路102的控制端的输出端114、用于过电流检测的过电流检测端113和过电流检测电路117、过充电检测电路115、用来根据来自检测电路的信号控制开关电路102的内部控制电路116、充电器检测电路118、下拉电路119、以及开关电路120。过充电检测电路115包括比较器121、参考电压电路122、以及电阻器123和124。过电流检测电路117包括比较器131和参考电压电路132。充电器检测电路118包括恒流电路141和N沟道晶体管142。下拉电路119包括N沟道晶体管151、寄生二极管154、以及电阻器153。开关电路120包括N沟道晶体管152。

在具有上述结构的充电型电源装置中，当负载103被连接在外部端子105和106之间时，对应于该负载的电流流入开关电路102。在过电流状态中，其中与外部端子106连接的过电流检测端113处的电压比参考电压电路132的电压高，检测信号从比较器131输出到内部控制电路116。内部控制电路116通过输出端114输出控制信号到开关电路102以停止放电。该状态被称作过电流检测状态。在一些情况下，内部控制电路116产生被延迟了预定延迟时间的控制信号。

在该过电流检测状态中，下拉电路119的N沟道晶体管151和开关电路120的N沟道晶体管152被导通。然后，过电流检测端113通过电阻器153被下拉到VSS端112。因此，在充电和放电控制电路110进入过电流检测状态后，当负载103与外部端子105和106断开时，过电流检测端113处的电压接近VSS端处的电压。当过电流检测端113处的电压变得低于参考电压电路132的电压时，过电流检测状态被释放。该操作被称作自动返回(automatic return)操作，并且在自动返回时外部端子105和106之间的阻抗被称作自动返回阻抗。

当充电器104被连接到外部端子105和106之间时，检测信号从比较器121输出到处于过充电状态的内部控制电路116，其中通过由电阻器123和124分割二次电池101的电压所获得的电压高于参考电压电路122的电压。内部控制电路116通过输出端114输出控制信号到开关电路102以停止充电。该状态被称作过充电检测状态。在一些情况下，内部控制电路116产生被延迟了预定延迟时间的控制信号。

在过充电检测状态中，过电流检测端113处的电压通过充电器104变得低于VSS端112处的电压，因此N沟道晶体管142被导通以下拉N沟道晶体管142的漏极，该N沟道晶体管142的漏极在恒流电路141中被上拉到过电流检测端113处的电压。因此，开关电路120的N沟道晶体管152被关断以防止充电电流流过下拉电路119的电阻器153和寄生二极管154。在一些情况下，输出端114和开关电路102被提供用于充电和放电中的每一个。

图2是示出第一实施例中的下拉电路和开关电路的截面图。

在过电流检测状态中，过电流检测端113通过负载103被上拉到VDD端111。这时，N沟道晶体管151被导通，因此电流通过电阻器153流入N沟道晶体管152。然而，N沟道晶体管152也被导通，因此其P阱的电压变得等于VSS端112处的电压。因此，寄生双极晶体管没有被导通，从而该充电和放电控制电路的电流消耗没有增加。

因为该寄生双极晶体管没有导通，因此该自动返回阻抗由以下表达式简单表示。

RZ＝(VDD/VREF-1)×RPD    (表达式1)

其中RZ表示自动返回阻抗，VDD表示二次电池101的电压，VREF表示参考电压电路132的电压，以及RPD表示下拉电路119的电阻值。

因此，根据上述第一实施例，能够提供实现过电流检测状态中的低电流消耗、容易计算的自动返回阻抗、以及高可用性的充电和放电控制电路，并且能够提供包括该充电和放电保护电路的充电型电源装置。

(第二实施例)

图3是示出根据第二实施例的充电型电源装置的电路方块图。

下拉电路319中的连接关系不同于根据第一实施例的充电型电源装置的下拉电路119中的连接关系。即，过电流检测端113与电阻器353连接。该电阻器353与N沟道晶体管351和寄生二极管354连接。其它结构和检测操作与根据第一实施例的充电型电源装置的那些相同。

图4是示出根据第二实施例的下拉电路和开关电路的截面图。

在过电流检测状态中，过电流检测端113通过负载103被上拉到VDD端111。这时，N沟道晶体管351被导通，因此电流通过电阻器353流入N沟道晶体管152。然而，N沟道晶体管152也被导通，因此P阱的电压变得等于VSS端112处的电压。因此，寄生双极晶体管没有被导通，从而该充电和放电控制电路的电流消耗没有增加。

因此，可以获得与第一实施例相同的效果。该P阱通常可以用于图4中所示的下拉电路和开关电路，因此可以减小电路面积。

(第三实施例)

图5是示出根据第三实施例的充电型电源装置的电路方块图。

下拉电路419的结构不同于根据第一实施例的充电型电源装置的下拉电路119的结构。即，该下拉电路419仅由N沟道晶体管451和寄生二极管454构成。代替电阻器153，调整N沟道晶体管451的尺寸来获得预定的电阻值。其它结构和检测操作与根据第一实施例的充电型电源装置的那些相同。

图6是示出第三实施例中的下拉电路和开关电路的截面图。

在过电流检测状态中，过电流检测端113通过负载103被上拉到VDD端111。这时，N沟道晶体管451被导通，因此电流流入N沟道晶体管152。然而，N沟道晶体管152也被导通，因此P阱的电压变得等于VSS端112处的电压。因此，寄生双极晶体管没有被导通，从而该充电和放电控制电路的电流消耗没有增加。

因此，可以获得与第一实施例相同的效果。该P阱通常可以用于图6中所示的下拉电路和开关电路，因此可以减小电路面积。

Claims (5)

1.一种充电和放电控制电路，用来监控二次电池的电压和电流之一以控制外部端子和该二次电池之间的连接，包括：

过电流检测电路，用来监控过电流检测端处的电压以检测过电流状态；

控制电路，用来根据过电流检测电路的输出控制外部端子和二次电池之间的连接；

与过电流检测端连接的下拉电路，用来在过电流状态中以预定的电阻值连接过电流检测端和VSS端；

与过电流检测端连接的充电器连接检测电路，用来检测充电器是否与外部端子连接；以及

开关装置，其被连接在下拉电路和VSS端之间并且响应于充电器连接检测电路的输出被控制。

2.根据权利要求1的充电和放电控制电路，其中该下拉电路包括：

电阻器，以及

N沟道晶体管，该晶体管的漏极与过电流检测端连接，栅极与控制电路连接，并且源极与电阻器连接。

3.根据权利要求1的充电和放电控制电路，其中该下拉电路包括：

与该过电流检测端连接的电阻器，以及

第一N沟道晶体管，该晶体管的漏极与电阻器连接并且栅极与控制电路连接；

该开关电路包括第二N沟道晶体管；并且

该第一N沟道晶体管的源极电压和衬底电压与该第二N沟道晶体管的源极电压和衬底电压彼此相等。

4.根据权利要求1的充电和放电控制电路，其中

该下拉电路包括第一N沟道晶体管，该晶体管的漏极与该过电流检测端连接并且栅极与控制电路连接，

该开关电路包括第二N沟道晶体管，以及

该第一N沟道晶体管的源极电压和衬底电压与该第二N沟道晶体管的源极电压和衬底电压彼此相等。

5.一种充电型电源装置，包括：

与负载和充电器之一连接的外部端子；

二次电池，其是可充电的和可放电的并且与外部端子连接；

连接在外部端子和二次电池之间的充电和放电控制开关；以及

根据权利要求1的充电和放电控制电路，用来监控该二次电池的电压和电流之一以控制该充电和放电控制开关。

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