CN102237862B - 产生参考信号的电路、方法以及电池管理电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种产生参考信号的电路、方法以及电池管理电路。该产生参考信号的电路包括第一电阻串、与所述第一电阻串相同的第二电阻串、微调电路和电阻控制器。所述微调电路连接至所述第一电阻串，用于根据所述第一电阻串上的一个端点处的端电压产生所述参考信号。所述电阻控制器连接至所述第一电阻串和所述第二电阻串，用于选择性地短路所述第一电阻串上的电阻和所述第二电阻串上与所述电阻相对应的电阻。采用本发明的参考信号产生电路，可以产生一个或者多个参考信号，微调一个参考信号时，无需采用附加的微调步骤便可以自动微调其它的参考信号，从而降低电路的功耗，减小芯片尺寸，并且增强了设计的灵活性。

Description

产生参考信号的电路、方法以及电池管理电路
技术领域
本发明涉及一种信号产生电路，尤其涉及一种产生参考信号的电路、方法及其应用电路。
背景技术
产生参考电压值的参考电路被用在各种半导体应用中。图1所示为传统的参考电路100的框图。该参考电路100包括误差放大器110、微调控制器120以及电阻串150。电阻串150包括电阻130、电阻140、电阻152以及电阻154。误差放大器110将带隙基准电压VBG与微调控制器120发出的信号相比较，并产生参考电压VOUT。由于带隙基准电压VBG可能会发生变化，因此微调控制器120通过补偿带隙基准电压VBG的变化来提高参考电压的VOUT的精确性，从而产生具有理想电压值或者理想电压范围的参考电压VOUT。更具体地说，微调控制器120能够选择性地短路电阻串150上的一个或者多个电阻，并且能够选择性地将电阻串150上的一个端点处(例如，端点153)的电压值传输至误差放大器110，从而产生具有理想电压值或者电压范围的参考信号VOUT。
在一些应用中(例如电池管理系统)需要多个参考信号。为了产生不同的参考信号，每个参考信号都由相对应的参考电路100通过传统的方法产生，由于每个参考电路都包括相对应的误差放大器、微调控制器以及电阻串，因此增加了芯片尺寸、功耗以及微调电路的复杂性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种产生参考信号的电路，其能够产生一个或者多个参考信号，并且调整一个参考信号的同时不影响其它的参考信号。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种产生参考信号的电路。该产生参考信号的电路包括：第一电阻串；与所述第一电阻串相同的第二电阻串；微调控制器，连接至所述第一电阻串，用于选择性地传输所述第一电阻串上的一个端点处的端电压；放大器，连接至所述微调控制器，用于将所述端电压与基准电压进行比较，从而产生所述参考信号；和电阻控制器，连接至所述第一电阻串和所述第二电阻串，用于选择性地短路所述第一电阻串上的电阻和所述第二电阻串上与所述电阻相对应的电阻。
本发明所述的产生参考信号的电路还包括：端选择器，连接至所述第二电阻串，用于选择所述第二电阻串上的至少一个端点处的端电压作为附加的参考信号。
本发明所述的产生参考信号的电路，所述第一电阻串与所述第二电阻串并联。
本发明所述的产生参考信号的电路，所述微调控制器包括多路复用器，用于选择性地传输所述第一电阻串上的所述端点处的端电压。
本发明所述的产生参考信号的电路，所述参考信号表示电池的过电压阈值。
本发明所述的产生参考信号的电路，所述参考信号表示电池的欠电压阈值。
本发明所述的产生参考信号的电路，所述参考信号表示电池的过电流阈值。
本发明还提供了一种电池管理电路，该电池管理电路包括：电池保护电路，连接至电池，用于根据参考信号控制所述电池的充电和放电；参考电路，连接至所述电池保护电路，用于产生所述参考信号，所述参考电路包括：第一电阻串；与所述第一电阻串相同的第二电阻串；微调电路，连接至所述第一电阻串，用于根据所述第一电阻串上的一个端点处的端电压产生所述参考信号；以及电阻控制器，连接至所述第一电阻串和所述第二电阻串，用于选择性地短路所述第一电阻串上的电阻和所述第二电阻串上与所述电阻相对应的电阻。
本发明所述的电池管理电路，所述第一电阻串与所述第二电阻串并联。
本发明所述的电池管理电路，所述微调电路包括：微调控制器，连接至所述第一电阻串，用于选择性地传输所述第一电阻串上的所述端点处的端电压。
本发明所述的电池管理电路，所述微调电路还包括：放大器，连接至所述微调控制器，用于将所述端电压与基准电压进行比较，从而产生所述参考信号。
本发明所述的电池管理电路，所述参考电路还包括：端选择器，连接至所述第二电阻串，用于选择所述第二电阻串上的至少一个端点处的端电压作为附加的参考信号。
本发明所述的电池管理电路，当所述电池的电池电压大于所述参考信号时，所述电池保护电路终止对所述电池的充电。
本发明所述的电池管理电路，当所述电池的电池电压小于所述参考信号时，所述电池保护电路终止所述电池的放电。
本发明所述的电池管理电路，所述参考信号表示所述电池的过电压阈值。
本发明所述的电池管理电路，所述参考信号表示所述电池的欠电压阈值。
本发明还提供了一种产生参考信号的方法，所述产生参考信号的方法包括：选择性地传输第一电阻串上的一个端点处的端电压；将所述端电压与基准电压进行比较，产生参考信号；以及选择性地短路所述第一电阻串上的电阻以及第二电阻串上与所述电阻相对应的电阻，其中，所述第二电阻串与所述第一电阻串相同。
本发明所述的产生参考信号的方法还包括：选择所述第二电阻串上的至少一个端点处的端电压作为附加的参考电压。
本发明所述的产生参考信号的方法，所述参考信号用来进一步控制电池的充电。
本发明所述的产生参考信号的方法，所述参考信号用来进一步控制电池的放电。
本发明的产生参考信号的电路提供一个或者多个参考信号，且采用本发明的技术方案在微调一个参考信号时，无需采用附加的微调步骤便可以自动微调其它的参考信号，从而降低电路的功耗，减小芯片尺寸，并且增强了设计的灵活性。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1所示为一种传统参考电路的框图；
图2所示为根据本发明一个实施例的产生参考信号的参考电路的框图；
图3所示为根据本发明一个实施例的用于控制电池包充电和放电的电池管理电路的框图；
图4所示为根据本发明一个实施例的产生参考信号的参考电路的示意图；
图5所示为根据本发明一个实施例的产生参考信号的示范性方法流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图2所示为根据本发明一个实施例的产生参考信号的参考电路200的框图。在图2所示的实施例中，参考电路200基于带隙基准电压VBG产生参考信号。在一个实施例中，参考电路200包括微调电路(包括误差放大器210和微调控制器220)、端选择器250、电阻控制器260、第一电阻串230以及第二电阻串240。
在一个实施例中，第一电阻串230和第二电阻串240相同。在图2所示的实施例中，尽管第一电阻串230包括电阻23A至23H，第二电阻串240包括电阻24A至24H，然而本发明并不局限于此。
微调控制器220连接至第一电阻串230，能够选择性地将第一电阻串230上的一个端点处的端电压传输至误差放大器210。在一个实施例中，微调控制器220包括多路复用器(未图示)，用来选择性地将第一电阻串230上的一个端点处的端电压传输至误差放大器210。该误差放大器210将接收到的端电压211与带隙基准电压VBG进行比较，从而产生参考信号VOUT。在一个实施例中，该参考信号VOUT与带隙基准电压VBG成比例。
电阻控制器260连接至第一电阻串230和第二电阻串240，并且能够短路第一电阻串230和第二电阻串240上的相应的电阻。在一个实施例中，第一电阻串230和第二电阻串240相同，并且电阻控制器260能够选择性地短路第一电阻串230上的电阻以及第二电阻串240上与该电阻对应的电阻。例如，电阻控制器260短路第一电阻串230上的电阻23D，并且短路第二电阻串240上与电阻23D相对应的电阻24D。在另一个实施例中，电阻控制器260能够选择性地短路第一电阻串230上的多个电阻以及第二电阻串240上与这些电阻对应的多个电阻，在此不复赘述。
端选择器250能够选择第二电阻串240上的一个或者多个端点，并且将所选择的端点处的端电压作为附加的参考电压输出。例如，在图2所示的实施例中，端选择器250能够选择并输出端点241处的端电压。
有利的是，该参考电路200能够产生多个参考信号。通过采用与第一电阻串230相同的第二电阻串240，能够产生独立的参考信号，例如，当调整一个参考信号时，其它的参考信号不会受到影响，从而使电路设计的灵活性得以提高。此外，当微调一个参考信号时，无需附加的步骤就可以自动微调该参考电路200所产生的其他参考信号。而且，通过采用微调控制器、误差放大器以及两个电阻串，参考电路200的功耗降低，同时芯片尺寸减小。在图2所示的实施例中，尽管参考电路200包括一个端选择器250和一个电阻控制器260，然而本发明并不局限于此。参考电路200还可以包括多个端选择器和多个电阻控制器。
图3所示为根据本发明一个实施例的用于控制电池包310充电和放电的电池管理系统300的框图。电池包310可以是但不局限于锂电池、聚合物电池或者铅酸电池。尽管本发明的描述与电池相关，然而本发明并不局限于此。例如，电池包310还可以是太阳能电池。在图3所示的实施例中，电池管理系统300还进一步包括电池保护电路320、熔丝330、传感器340、开关350、开关360、开关370、电源380以及负载390。
在图3所示的实施例中，电池包310包括电池311至314。传感器340(例如，电阻)检测流经电池包310的电流。电池保护电路320检测电池311至314的状态，例如，电池电压以及流过电池的电流，并且相应地控制开关350、开关360以及开关370来控制电池包310的充电和放电。这样，电池保护电路320保护电池包310免受非期望情况或者异常情况(例如，过电压、过电流以及欠电压)的影响。
在一个实施例中，如果在一段预设的时间间隔内，电池电压大于预设的过电压阈值，电池保护电路320触发过电压保护，例如，终止充电。电池保护电路320产生信号CHG断开开关350，从而隔断从电源380流出经过开关350和熔丝330流至电池包310的充电电流。如果电池电压小于预设的过电压恢复阈值，电池保护电路320闭合开关350从而解除过电压保护。在一个实施例中，如果电池电压大于预设的过电压永久性失效阈值(该过电压永久性失效阈值大于过电压阈值)，电池保护电路320触发过电压永久性失效保护。电池保护电路320产生信号PF，将开关360闭合，从而短路并熔断熔丝330，除非替换一个新的熔丝，否则充电被永久性终止。
在一个实施例中，如果在一段预设的时间间隔内，电池电压小于预设的欠电压阈值，电池保护电路320触发欠电压保护，例如，终止放电。电池保护电路320产生信号DSG断开开关370，从而隔断从电池包310流出经过熔丝330、负载390、开关370和传感器340又流回至电池包310的放电电流。如果电池电压增加至大于预设的欠电压恢复阈值，电池保护电路320闭合开关370从而解除欠电压保护。
在一个实施例中，如果在一段预设的时间间隔内，电池包310的充电电流或者放电电流大于预设的过电流阈值，电池保护电路320通过终止充电或者终止放电来触发过电流保护。例如，在放电过程中，如果传感器340上的压降在一段预设的时间间隔内大于预设的过电流阈值，电池保护电路320触发过电流保护。电池保护电路320断开开关370从而隔断电池放电电流。在充电过程中，如果传感器340上的压降在一段预设的时间间隔内大于预设的过电流阈值，电池保护电路320触发过电流保护。电池保护电路320断开开关350从而隔断电池充电电流。
图4所示为根据本发明一个实施例的产生参考信号的参考电路400的示意图。图4中与图2编号相同的元件具有类似的功能。图4结合图2和图3进行描述。
在图4所示的实施例中，参考电路400包括误差放大器210、微调控制器220、多个端选择器451至453、多个电阻控制器461至463、电阻串430和电阻串440。在一个实施例中，电阻串430与电阻串440相同。
在一个实施例中，参考电路400产生一个或者多个参考信号，例如，图3所示的实施例中的电池管理电路300所应用的过电压阈值、过电压恢复阈值、过电压永久性失效阈值、欠电压阈值、欠电压恢复阈值以及过电流阈值。有利的是，可以根据电池类型以及不同的应用调整这些阈值，从而使得该参考电路可以灵活地应用于不同的电池管理系统中。然而，本发明并不局限于电池管理系统。参考电路400还可以为其它的目的或者应用来产生不同的参考信号。
在图4所示的实施例中，电阻控制器461包括开关461A和开关461B。通过闭合开关461A和开关461B，电阻控制器461能够分别将电阻430A和440A短路。在一个实施例中，信号OVPF控制开关461A和开关461B，该OVPF信号表示电池保护应用中是否需要过电压永久性失效保护。如果需要过电压永久性失效保护，开关461A和开关461B被断开，输出端OUT1处的输出电压为过电压永久性失效阈值，输出端OUT2处的输出电压为过电压阈值；否则，开关461A和461B被闭合，输出端OUT2处的输出电压为过电压阈值。本发明中所描述的开关可以是各种类型的开关，并不局限于N沟道金属氧化物半导体场效应管或者P沟道金属氧化物半导体场效应管。
同样地，电阻控制器462包括开关462A和开关462B，分别用来短路电阻430F和440F。在一个实施例中，信号BATT控制电阻控制器462，该信号BATT表示电池类型。在一个实施例中，对于锂电池或者聚合物电池，开关462A和开关462B被断开。对于铅酸电池，开关462A和开关462B被闭合。例如，对于锂电池或者聚合物电池，过电压阈值是4.0V，对于铅酸电池，过电压阈值是2.4V。有利的是，通过控制电阻控制器462，可以根据不同的电池类型对过电压阈值进行调整。
在图4所示的实施例中，电阻控制器463包括开关463A1、开关463B1、开关463A2和开关463B2。开关463A1和开关463B1分别与电阻430D和电阻430E并联连接，开关463A2和开关463B2分别与电阻440D和电阻440E并联连接。根据信号OVT，电阻控制器463能够短路电阻串430上的一个或者多个电阻以及电阻串440上与所述被短路的电阻相对应的电阻。有利的是，根据不同的系统需要，端点OUT2处的电压可以被调整至不同的电压值。例如，对于锂电池，可以将过电压阈值调整为电压范围4.0V至4.35V之间的八个值。
在图4所示的实施例中，端选择器451包括与电阻440B和电阻440C相连接的开关451A、开关451B和开关451C。端选择器451可以根据信号OVR选择端点OUT2、端点OUT3或者端点OUT4处的端电压，并输出所选择的端电压。在一个实施例中，根据信号OVR所选择并输出的端电压可以是过电压恢复阈值，该过电压恢复阈值不大于过电压阈值。
类似地，端选择器452包括与电阻440K和电阻440L相连接的开关452A、开关452B和开关452C。该端选择器452根据信号OCT选择端点OUT10、端点OUT11或者地处的端电压，并输出所选择的端电压。在一个实施例中，根据信号OCT所选择并输出的端电压可以是过电流阈值，例如，2.5V。
在图4所示的实施例中，端选择器453包括与电阻440G至440J相连接的开关453A至453H。端选择器453根据信号UVT，通过控制开关453D、开关453F以及开关453H，选择端点OUT7、端点OUT8或者端点OUT9处的端电压，并且输出所选择的端电压。在一个实施例中，根据信号UVT所选择并输出的端电压可以是欠电压阈值。此外，端选择器453还可以根据信号UVR，通过控制开关453A至453C、开关453E以及开关453G，选择端点OUT5至OUT9中任意一处的端电压，并输出所选择的端电压。在一个实施例中，根据信号UVR所选择并输出的端电压可以是欠电压恢复阈值。例如，该欠电压阈值比欠电压阈值大0V～1V。
有利的是，在一个实施例中，通过采用端选择器451至453，参考电路400可以在调整一个参考信号的同时不影响其它的参考信号。例如，参考电路400可以调整端选择器451选择并输出的参考信号，同时，不会影响端选择器452选择并输出的参考信号。通过采用电阻选择器462和电阻选择器463，参考电路400能够同时调整多个参考信号，例如，参考电路400可以通过电阻控制器463同时调整端点OUT1和OUT2处的端电压。
图5所示为根据本发明一个实施例的产生参考信号的示范性方法流程图500。图5结合图2进行描述。尽管图5所示为具体的步骤，然而这些步骤仅是示范性的。这就是说，本发明还可以适用于执行其它的步骤或者图5所示步骤的变体。
在步骤512中，选择性地传输第一电阻串上的一个端点处的端电压。在步骤514中，将该端电压与基准电压进行比较，从而产生参考信号。在步骤516中，选择性地短路第一电阻串上的电阻以及第二电阻串上与该电阻相对应的电阻。在步骤518中，选择第二电阻串上的至少一个端点处的端电压作为附加的参考电压。在一个实施例中，根据该参考信号控制电池的充电。在另外一个实施例中，根据该参考信号控制电池的放电。
在此使用的措辞和表达都是用于说明而非限制，使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性的任何等同物(或部分等同物)排除在发明范围之外，在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等同物。
尽管前述说明和附图代表了本发明优选的实施方式，但应当理解，可在不偏离由权利要求所限定的本发明精神和主旨范围的情况下，对其进行多种添附、修正以及替换。本领域技术人员应当理解，在使用本发明中，可进行形式、结构、配置、比例、材料、元素和部件的多种修正，以及在本发明实施中尤其适于特定环境条件和操作要求而进行的不偏离本发明主旨的其它修正。因此，该披露的实施方式应当被完全地理解说明性的，而非限制性的，本发明的范围由后附的权利要求及其法定等同方式，而并不局限于前述说明。

Claims (18)

1.一种产生参考信号的电路，其特征在于，所述产生参考信号的电路包括：
第一电阻串；
与所述第一电阻串相同的第二电阻串；
微调控制器，连接至所述第一电阻串，用于选择性地传输所述第一电阻串上的一个端点处的端电压；
放大器，连接至所述微调控制器，用于将所述端电压与基准电压进行比较，从而产生所述参考信号；和
电阻控制器，连接至所述第一电阻串和所述第二电阻串，用于选择性地短路所述第一电阻串上的电阻和所述第二电阻串上与所述电阻相对应的电阻，
其中，所述第一电阻串与所述第二电阻串并联。
2.根据权利要求1所述的产生参考信号的电路，其特征在于，所述产生参考信号的电路还包括：
端选择器，连接至所述第二电阻串，用于选择所述第二电阻串上的至少一个端点处的端电压作为附加的参考信号。
3.根据权利要求1所述的产生参考信号的电路，其特征在于，所述微调控制器包括多路复用器，用于选择性地传输所述第一电阻串上的所述端点处的端电压。
4.根据权利要求1所述的产生参考信号的电路，其特征在于，所述参考信号表示电池的过电压阈值。
5.根据权利要求1所述的产生参考信号的电路，其特征在于，所述参考信号表示电池的欠电压阈值。
6.根据权利要求1所述的产生参考信号的电路，其特征在于，所述参考信号表示电池的过电流阈值。
7.一种电池管理电路，其特征在于，所述电池管理电路包括：
电池保护电路，连接至电池，用于根据参考信号控制所述电池的充电和放电；以及
参考电路，连接至所述电池保护电路，用于产生所述参考信号，所述参考电路包括：
第一电阻串；
与所述第一电阻串相同的第二电阻串；
微调电路，连接至所述第一电阻串，用于根据所述第一电阻串上的一个端点处的端电压产生所述参考信号；和
电阻控制器，连接至所述第一电阻串和所述第二电阻串，用于选择性地短路所述第一电阻串上的电阻和所述第二电阻串上与所述电阻相对应的电阻，
其中，所述第一电阻串与所述第二电阻串并联。
8.根据权利要求7所述的电池管理电路，其特征在于，所述微调电路包括：
微调控制器，连接至所述第一电阻串，用于选择性地传输所述第一电阻串上的所述端点处的端电压。
9.根据权利要求8所述的电池管理电路，其特征在于，所述微调电路还包括：
放大器，连接至所述微调控制器，用于将所述端电压与基准电压进行比较，从而产生所述参考信号。
10.根据权利要求7所述的电池管理电路，其特征在于，所述参考电路还包括：
端选择器，连接至所述第二电阻串，用于选择所述第二电阻串上的至少一个端点处的端电压作为附加的参考信号。
11.根据权利要求7所述的电池管理电路，其特征在于，当所述电池的电池电压大于所述参考信号时，所述电池保护电路终止对所述电池的充电。
12.根据权利要求7所述的电池管理电路，其特征在于，当所述电池的电池电压小于所述参考信号时，所述电池保护电路终止所述电池的放电。
13.根据权利要求7所述的电池管理电路，其特征在于，所述参考信号表示所述电池的过电压阈值。
14.根据权利要求7所述的电池管理电路，其特征在于，所述参考信号表示所述电池的欠电压阈值。
15.一种产生参考信号的方法，其特征在于，所述产生参考信号的方法包括：
选择性地传输第一电阻串上的一个端点处的端电压；
将所述端电压与基准电压进行比较，以产生参考信号；以及
选择性地短路所述第一电阻串上的电阻以及第二电阻串上与所述电阻相对应的电阻，其中，所述第二电阻串与所述第一电阻串相同，所述第一电阻串与所述第二电阻串并联。
16.根据权利要求15所述的产生参考信号的方法，其特征在于，所述产生参考信号的方法还包括：
选择所述第二电阻串上的至少一个端点处的端电压作为附加的参考电压。
17.根据权利要求15所述的产生参考信号的方法，其特征在于，所述参考信号用来进一步控制电池的充电。
18.根据权利要求15所述的产生参考信号的方法，其特征在于，所述参考信号用来进一步控制电池的放电。
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