CN106877425A

CN106877425A - 阻断来自电池负载的充电电压的负载侧方法

Info

Publication number: CN106877425A
Application number: CN201611078697.XA
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·L·斯奈德; 穆罕默德·瑞德祖安·宾·阿兹占; 罗格·L·博耶尔; 唐纳德·L·弗劳尔斯
Original assignee: Motorola Solutions Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2036-11-14
Also published as: CN106877425B; GB2547298B; US10103556B2; US20170141592A1; GB201617634D0; GB2547298A

Abstract

本发明涉及阻断来自电池负载的充电电压的负载侧方法。提供针对充电过程中的电池和电池连接设备的保护电路的方法和装置。在一个实施例中，所述装置包括连接在可再充电电池和电子设备之间的负载阻断开关以及连接在所述可再充电电池和充电器之间的充电阻断开关。所述装置还包括安全电路以检测所述可再充电电池两端的电压以及流过所述可再充电电池的电流。当所述安全电路监视到所述电池两端的电压或流过所述电池的电流超过预定阈值时，断开所述负载阻断开关和所述充电阻断开关。

Description

阻断来自电池负载的充电电压的负载侧方法

技术领域

本公开涉及用于阻断来自电池负载的充电电压的负载侧方法。

背景技术

电子设备通常包括可再充电电池，其可通过将电子设备连接到充电器上而被充电。在可再充电电池正在充电的同时，这些充电器同样提供电力给电子设备。将电子设备连接到故障充电器上可导致将过电压或者过电流施加到电子设备以及可再充电电池上。这种过电压或者过电流，如果不被去除的话，可损坏该可再充电电池，电子设备，或者这二者。

发明内容

一个实施例提供了一种针对具有可再充电电池的电子设备的保护电路。该保护电路包括将可再充电电池连接到该电子设备的负载路径以及将可再充电电池连接到充电器的充电路径。负载阻断开关电连接在负载路径中，并且充电阻断开关电连接在充电路径中。保护电路还包括电连接到可再充电电池上的安全电路、负载阻断开关以及充电阻断开关。安全电路监视可再充电电池的电气参数。

另一个实施例提供了一种保护连接到可再充电电池上的电子设备的方法。该方法包括在可再充电电池和电子设备之间提供负载路径以及在可再充电电池和充电器之间提供充电路径。该方法还包括在负载路径中连接负载阻断开关以及在充电路径中连接充电阻断开关。安全电路检测可再充电电池的电气参数，并在电气参数超过阈值时断开负载阻断开关以及充电阻断开关。

附图说明

附图将与下面的详细描述组合在一起并且形成说明书的一部分，并用于进一步图示包括所要求的发明的概念的实施例，并解释这些实施例的各种原理以及优点，在附图中，相同的附图标记在各个附图中表示相同或者功能类似的元件。

图1是根据某些实施例的阻断充电电压的正极负载侧方法的电路图。

图2是根据某些实施例的阻断充电电压的负极负载侧方法的电路图。

图3是根据某些实施例的保护连接到可再充电电池的负载的方法的流程图。

本领域技术人员将清楚，附图中的元件进行了简化和清楚地演示，并且不必按比例进行绘制。例如，附图中某些元件的尺寸可以相对于其它元件进行放大，以有助于促进对本发明实施例的理解。

已经在附图中由常规的标记适当地表示了所述装置和方法的部件，所示出的仅仅是它们那些特定的细节，这些细节与理解本发明的实施例有关，从而不会使得以对于从本文描述中受益的本领域技术人员来说显而易见的细节来混淆本公开内容。

具体实施方式

图1是用于实现阻断充电电压的正极负载侧方法的电池保护电路100的一个实施例的电路图。在所图示的示例中，电池保护电路100包括充电器110，负载120，可再充电电池130，初级安全电路150，负载阻断开关170，以及充电阻断开关180。可再充电电池130包括电池单元140。在所图示的示例中，充电器110的正极端子CH+连接到可再充电电池130的正极端子Cell+以及负载120的正极端子R+。同样，充电器110的负极端子CH-连接到可再充电电池130的负极端子Cell-以及负载120的负极端子R-。充电器110的端子(CH+和CH-)和可再充电电池130的端子(Cell+和Cell-)之间的路径限定了电池保护电路100的充电路径185。应该注意的是，充电路径185是示例性的路径，其它实施例中可使用不同结构的充电路径。充电器110对可再充电电池130充电。

在一个实施例中，在电子器件设备的壳体中提供电池保护电路100，而且充电器110位于电子器件设备的壳体外面。当充电器插入到电子器件设备中时，充电器110的正极端子CH+和负极端子CH-通过触头190电连接到电池保护电路100上。在其他其它实施例中，充电器110可位于电子器件设备的壳体中。在另外的其他其它实施例中，可再充电电池130和电池保护电路100位于电子器件设备壳体的外部(例如，在单独的壳体中)。

可再充电电池130提供用于负载120运行的电力。例如，负载120可以是电子器件设备的其他其它电路部件(例如，微处理器、存储器、放大器、通讯电路等等)，电子器件设备可以是收音机或者移动电话。可再充电电池130的正极端子Cell+连接到负载120的正极端子R+，且可再充电电池130的负极端子Cell-连接到负载120的负极端子R-。可再充电电池130的端子(Cell+和Cell-)和负载120的端子(R+和R-)之间的路径限定了电池保护电路100的负载路径175。正如关于充电路径185那样注意所说明的，负载路径175是示意性示例性路径。可以与所示出的方式不同的方式来构建负载路径175。在特定实施例中，负载120在可再充电电池130进行充电的时候同样从充电器110接收电力。

初级安全电路150监视可再充电电池130的电气参数。例如，除其它以外，初级安全电路150监视可再充电电池130两端的电压以及流过可再充电电池130的电流。在所图示的示例中，初级安全电路150连接到可再充电电池130的正极端子Cell+，负极端子Cell-以及中间端子Cell Mid。在所图示的示例中，过电流(OC)缩放(scaling)电阻器165和感测电阻器195与可再充电电池130串联连接。初级安全电路150利用过电流缩放电阻器165和感测电阻器195来监视可再充电电池130的电流和电压状态。在特定实施例中，电池保护电路100被提供有次级安全电路155。次级安全电路155是在初级安全电路150故障时执行与初级安全电路150相同功能的冗余电路。

在运行中，当初级安全电路150检测到可再充电电池130处于过电流或过电压状态，初级安全电路150驱动控制信号Co来控制负载阻断开关170和充电阻断开关180。当充电器110提供的电流超过预定阈值时出现过电流状态。当可再充电电池130两端的电压超过预定阈值时出现过电压状态。控制信号Co可采用以下两种逻辑状态中的一种：高(HIGH)状态和低(LOW)状态。在正常运行中(即，当未检测到过电压或过电流时)，控制信号是高。一旦检测到过电流、过电压或者过充电状态，初级安全电路150驱动控制信号Co为低。可以例如使用可获取的集成电路——诸如可从Seiko Instruments Inc购买的S-8252集成电路——来实现初级安全电路150和次级安全电路155。

在特定实施例中，控制信号Co输入到电平移位器160。电平移位器160将数字信号从一个逻辑标准转换为另一个，并输出电平移位后的控制信号Co_LS。例如，在其中负载阻断开关170和充电阻断开关180由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)实现的特定实施例中，电平移位器160将控制信号Co转换为互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑信号Co_LS。在其它实施例中，电平移位器160将控制信号Co转换成与其它开关技术(例如，发射极耦合逻辑、晶体管-晶体管逻辑等，等等)兼容的逻辑信号Co_LS。

在所图示的示例中，延迟电路145电连接在电平移位器160和充电阻断开关180之间。在将负载120从充电器110断开之前将可再充电电池130从充电器110断开可以使得可能导致电压尖峰施加在负载120上施加电压尖峰。在断开负载阻断开关170和断开充电阻断开关180之间引入延迟(或者延迟充电阻断开关180的断开)有助于防止电压尖峰施加到负载120上施加电压尖峰。延迟电路145在用于断开负载阻断开关170和充电阻断开关180的控制信号之间提供这个延迟。延迟电路145在电平移位后的控制信号Co_LS中引入延迟，并输出充电阻断控制信号Co_CH。

在所图示的示例中，反相器电路135电连接在电平移位器160和负载阻断开关170之间。反相器电路135将电平移位后的控制信号Co_LS反相，并输出负载阻断控制信号Co_POV。将负载阻断控制信号Co_POV提供给负载阻断开关170，并将充电阻断控制信号Co_CH提供给充电阻断开关180。控制信号(Co_POV和Co_CH)可以与控制信号Co类似地采用高状态和低状态的两种逻辑状态中的一种，与控制信号Co类似。当控制信号Co_POV处于低状态且时，Co_CH是高状态时，，负载阻断开关170和充电阻断开关180闭合。当控制信号Co_POV是高状态并且Co_CH是低状态时，负载阻断开关170和充电阻断开关180断开。在其它实施例中，上述元件的不同组合可连接在初级安全电路150，、负载阻断开关170和充电阻断开关180之间。此外，可采用使用不同的逻辑状态来断开和闭合负载阻断开关170和充电阻断开关180。

在所图示的示例中，负载阻断开关170电连接在可再充电电池130的正极端子Cell+和负载120的正极端子R+之间的电池保护电路100的负载路径175中。在特定实施例中，P沟道场效应晶体管(FET)可用作负载阻断开关170。P沟道场效应晶体管的体二极管阳极连接到负载120的正极端子R+上。初级安全电路150使用控制信号Co控制负载阻断开关170。控制信号Co通过电平移位器160以及反相器电路135，从而采用负载阻断控制信号Co_POV来驱动负载阻断开关170。负载阻断控制信号Co_POV断开和闭合负载阻断开关170。当初级安全电路150检测到过电流或过电压状态时，初级安全电路150将控制信号Co设定为低状态，电平移位器160将电平移位后的控制信号Co_LS驱动为互补金属氧化物半导体逻辑低状态，且反相器电路135将负载阻断控制信号Co_POV驱动为高状态。负载阻断控制信号Co_POV在高状态时断开负载阻断开关170。当负载阻断开关170断开时，负载120从充电器断开，即，负载120的正极端子R+从充电器110的正极端子CH+以及可再充电电池130的正极端子Cell+电气断开。

在所图示的示例中，充电阻断开关180电连接在充电器110的负极端子CH-和可再充电电池130的负极端子Cell-之间的电池保护电路100的充电路径185中。在其它实施例中，充电阻断开关180可电连接在充电器110的正极端子CH+和可再充电池130的正极端子Cell+之间。充电阻断开关180由初级安全电路150采用控制信号Co进行控制充电阻断开关180。控制信号Co通过电平移位器160和延迟电路145，从而输出延迟的充电阻断控制信号Co_CH。该充电阻断控制信号Co_CH断开和闭合充电阻断开关180。当初级安全电路150检测到过电流或过电压状态时，该初级安全电路150将控制信号Co设定为低状态，电平移位器160驱动该电平移位的控制信号Co_LS到互补金属氧化物半导体逻辑低状态。在电平移位后的控制信号Co_LS被设定为低后，延迟电路145将该充电阻断控制信号Co_CH驱动为低直至预定时间量(例如，一个时钟周期)。当充电阻断控制信号Co_CH为低状态时，断开充电阻断开关180。当充电阻断开关180断开时，可再充电电池130从充电器110断开。

在特定实施例中，高阻电阻器RH连接在负载阻断开关170两端间，从而为过充电的可再充电电池130提供放电路径。当可再充电电池130处于过充电状态时，可再充电电池130可能使用高电压和电流对负载120放电，因此损坏负载120。当初级安全电路150检测到可再充电电池130过充电时，初级安全电路150断开负载阻断开关170。当负载阻断开关170断开时，连接在负载阻断开关170两端的高阻电阻器RH将可再充电电池130放电，从而使可再充电电池130返回到正常状态。

在其它实施例中，电池保护电路100还可包括热敏电阻器115来监视可再充电电池130和负载120的温度。当该温度超过预定阈值时，热敏电阻器115断开电连接在充电器110和可再充电电池130之间的放电阻断开关125。热敏电阻器115采用控制信号TH驱动(即，断开和闭合)放电阻断开关125。

图2是图示阻断充电电压的负极负载侧方法的电池保护电路200的电路图。在所图示的示例中，电池保护电路200与图1的电池保护电路100类似，但负载阻断开关270电连接在可再充电电池230的负极端子Cell-和负载220的负极端子R-之间。在特定实施例中，可将N沟道场效应晶体管(FET)用作负载阻断开关270。

图3是保护连接到可再充电电池130上的负载120的示例性方法的流程图。尽管结合图1和2的系统和装置来描述该方法模块，但是方法300可与其它系统和装置一起使用。此外，可以修改方法300，或者与所提供的特定实施例不同地执行方法300。

方法300由电子设备(即，电池保护电路100、初级安全电路150、或者其组合)来执行。应该理解，方法300中提供的功能可以各种结构分布在初级安全电路150和电子设备之间。

方法300包括在可再充电电池130和负载120之间提供负载路径175(框310)。在框320中，在可再充电电池130和充电器110之间提供充电路径185。在框330中，负载阻断开关170电连接在负载路径175中。在框340中，充电阻断开关180电连接在充电路径185中。

在框350中，初级安全电路150检测到可再充电电池130的电气参数。例如，初级安全电路150可以检测可再充电电池130两端的电压和/或流过可再充电电池130的电流。在框360中，当电气参数超过阈值时，初级安全电路150断开负载阻断开关170和充电阻断开关180。

所公开的技术的一个优点是，通过将阻断开关移动到负载路径，当阻断开关断开时，未从安全电路去除充电电压。这使得安全电路保持阻断开关断开来维持过充电状态，直到过电压或者过电流充电被去除为止。

所公开的技术的另一个优点是，电池保护电路不需要充电熔断器。此外，从充电路径中去除阻断开关阻抗，因此，减小了发热并且导致电池更快速充电。

在前面的说明书中，已经描述了特定实施例。然而，本领域的普通技术人员知道，可以在不脱离下面权利要求书中提出的本发明的范围的情况下，进行各种变形和改变。因此，应将说明书和附图看作说明性而不是限制性含义，且所有的这些变形旨在被包括在当前教导的范围内。

不应将益处、优点、问题的解决方案、以及可导致任何益处、优点或者解决方案出现或变得更加显著的任何要素解释为任何权利要求或者全部权利要求的紧要的、必需的、或关键的特征或者要素。该发明仅仅由包括在该申请未决的过程中进行的任何修改的所附权利要求以及所提出的那些权利要求的全部等效物来限定。

此外，在这篇文档中，诸如第一和第二、顶部和底部以及类似情况的相关术语可仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作进行区分，而不必要求或者隐含这些实体或者动作之间任何实际的这种关系或者顺序。术语“包括”，“具有”，“含有”，“包含”或者其任何变形都旨在覆盖非排他性包括，使得包括、具有、含有、包含要素列表的过程、方法、文章或者装置并不仅仅包括那些要素，而是可以包括未明确列出或者隐含在这些过程、方法、器件或者装置中的其它要素。没有更多限制的情况下，跟随有“包括......一”，“具有......一”，“含有......一”，“包含......一”的要素并不排除包括、具有、含有、包含该要素的过程、方法、器件或者装置中存在另外的相同要素。除非本文中另有明确陈述，术语“一”定义为一个或多个。术语“基本上”、“主要”、“接近”，“大约”或者其其它形式被定义为如本领域技术人员所理解的靠近，并且在一个非限制性实施例中将该术语定义为在10％以内，在另一个实施例中为5％以内，在另一个实施例中为1％以内，并且在另一个实施例中为0.5％以内。本文中所述的术语“耦合”被定义为连接，尽管不必是直接地并且不必是机械地。以特定方式“构造”的设备或结构至少以那个方式构造，但也可以以未列出的方式进行构造。

应该清楚，某些实施例可包括一个或多个通用或者专用处理器(或者“处理设备”)——诸如微处理器、数字信号处理器、定制处理器以及现场可编程门阵列(FPGA)，以及统一存储的程序指令(包括软件和固件)，该指令控制该一个或多个处理器结合某些非处理器电路来实现本文所公开的方法和/或装置的某些、大多数或全部功能。替选地，某些或全部功能可由没有存储的程序指令的状态机来实现，或者在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现，其中每个功能或者某些功能的一些组合被实现为定制逻辑。当然，可使用所述两个方案的组合。

此外，可以将实施例实现为计算机可读取存储介质，所述计算机可读取存储介质具有存储在其上的计算机可读取代码，所述计算机可读取代码用于对计算机(例如，包括处理器)进行编程来执行本文所描述和要求的方法。这种计算机可读取存储介质的示例包括，但不局限于硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)、以及闪存。此外，尽管可能由例如可用的时间、当前技术和经济考虑因素而驱动可能的显著努力和很多设计选择，但期望当由本文所公开的概念和原则引导时，本领域技术人员能够容易以最小的实验来生成这种软件指令和程序以及IC。

提供所述公开的摘要以允许读者快速确定本技术公开内容的实质。应理解递交的本公开并不用于解释或者限制权利要求书的范围或含义。此外，在前述的具体实施方式中可以看出，为了合理化本公开的目的，可以在各种实施例中将各种特征组合在一起。本发明的这种方法并不解释为反映出所要求的实施例要求比在每个权利要求中明确阐述的更多的特征。相反，正如下面的权利要求所反映的那样，所发明的主题在于比单个所公开的实施例的全部特征少。因此，下面的权利要求因此并入到具体实施方式中，每个权利要求基于其自身作为单独要求的主题。

Claims

1.一种用于具有可再充电电池的电子设备的保护电路，所述保护电路包括：

负载路径，其将所述可再充电电池连接到所述电子设备的负载；

充电路径，其将所述可再充电电池连接到充电器；

负载阻断开关，其被电连接在所述负载路径中；

充电阻断开关，其被电连接在所述充电路径中；以及

安全电路，其被电连接到所述可再充电电池、所述负载阻断开关以及所述充电阻断开关，

其中，

所述安全电路监视所述可再充电电池的电气参数。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其中，

在检测到所述电气参数超过预定阈值时，所述安全电路断开所述负载阻断开关并断开所述充电阻断开关。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其中，

所述电气参数是所述可再充电电池两端间的电压。

4.根据权利要求2所述的保护电路，其中，

所述电气参数是流过所述可再充电电池的电流。

5.根据权利要求1所述的保护电路，其中，

所述负载阻断开关被电连接在所述可再充电电池的正极端子和所述电子设备的正极端子之间。

6.根据权利要求1所述的保护电路，其中，

所述负载阻断开关被电连接在所述可再充电电池的负极端子和所述电子设备的负极端子之间。

7.根据权利要求1所述的保护电路，还包括被电连接在所述负载阻断开关两端间的电阻器，其中，

当所述可再充电电池处于过充电状态时，通过所述电阻器来从所述可再充电电池提供放电路径。

8.根据权利要求5所述的保护电路，其中，

所述负载阻断开关包括P沟道场效应晶体管。

9.根据权利要求6所述的保护电路，其中，

所述负载阻断开关包括N沟道场效应晶体管。

10.根据权利要求1所述的保护电路，还包括：

被电连接在所述安全电路、所述负载阻断开关和所述充电阻断开关之间的电平移位器。

11.根据权利要求10所述的保护电路，还包括：

被电连接在所述电平移位器和所述充电阻断开关之间的、用于在断开所述负载阻断开关和断开所述充电阻断开关之间提供延迟的延迟电路。

12.根据权利要求10所述的保护电路，还包括：

被电连接在所述电平移位器和所述负载阻断开关之间的反相器电路。

13.根据权利要求1所述的保护电路，还包括：

放电阻断开关，其被电连接在所述充电器和所述可再充电电池之间；

热敏电阻器，其被连接到所述可再充电电池和所述放电阻断开关以便用于监视所述可再充电电池的温度，其中，在所述可再充电电池的温度超过预定阈值时，所述热敏电阻器断开所述放电阻断开关。

14.一种用于保护被连接到可再充电电池的电子设备的方法，所述方法包括：

在所述可再充电电池和所述电子设备之间提供负载路径；

在所述可再充电电池和所述充电器之间提供充电路径；

将负载阻断开关电连接在所述负载路径中；

将充电阻断开关电连接在所述充电路径中；

用安全电路来检测所述可再充电电池的电气参数；以及

当所述电气参数超过阈值时，断开所述负载阻断开关和所述充电阻断开关。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，

所述电气参数是所述可再充电电池两端间的电压。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，

所述电气参数是流过所述可再充电电池的电流。

17.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在断开所述负载阻断开关之后，以预定时间量来延迟断开所述充电阻断开关。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括：

将电平移位器电连接在所述安全电路、所述负载阻断开关和所述充电阻断开关之间。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括：

检测所述可再充电电池处于过充状态；以及

通过被电连接在所述负载阻断开关两端间的电阻器，来对所述可再充电电池提供放电路径。

20.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在所述充电器和所述可再充电电池之间提供放电阻断开关；

使用热敏电阻器，来监视所述可再充电电池的温度；以及

当所述温度超过预定阈值时，断开所述放电阻断开关。