CN107579548A - 电池充电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池充电保护装置，包括有：可调整精密并接调整器(Adjustable Precision Shunt Regulator)电路、第一半导体电路、第二半导体电路及第三半导体电路，该电池充电保护装置为保护电池在设定电压下进行充电，避免电池过电压所造成的损害。

Description

电池充电保护装置

技术领域

本发明的电池充电保护装置属于电池充电保护电路的技术领域，其特征在于保护电池在设定电压下进行充电， 避免电池过高电压所造成的损害。

背景技术

目前电池充电保护集成电路如德仪公司(Texas Instruments Company, TI)的bq29410系列及bq77910，Atmel公司(Atmel Company) 的ATA6870，凌芮科技公司(LinearTechnology Company) 的LTC3557/LTC3557-1，LAPIS 半导体公司(LAPIS SemiconductorCompany) 的ML610Q486P，Intersil公司的ISL94208，Microchip公司的AN231，MAXIM公司(Maxim Integrated Products Company) 的DS2726及Vishay Siliconix公司的Si9730等公司的集成电路产品均无关于电池在充电中，可以用单一半导体与电池串联连接可以保护当电池充电中发生过高电压时，将半导体与电池电路分开，并且将充电装置的电流利用分流电阻将其电流旁路，而避免电池的损壤，而具有电池保护及电流旁路功能的叙述。因为上述集成电路并没有本发明所叙述的电路特征，而成为上述集成电路在功能上的缺点。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种电池充电保护装置，应用于定电压，定电流的电池充电装置，可以达到充电中的电池因为过电压而执行分流的功能，以使电池达到充电所设定的电压值。

本发明的第二目的提供一种电池充电保护装置，应用于定电压，定电流的电池充电装置，可以达到充电中的电池因为过电压时而执行半导体与电池开路，以达到电池过电压的保护。

为达到上述目的或其他目的， 本发明提供一种电池充电保护装置，应用可调整精密并接调整器电路，其包括可调整精密并接调整器、第一电阻及第二电阻，其特征为借由可调整精密并接调整器的精密参考电压值而达到精确的过高电压控制值。

为达到上述目的或其他目的， 本发明提供一种电池充电保护装置，应用第一半导体电路，其包括第一半导体、基极(Base)电阻及射极(Emitter) 电阻，其特征为第一半导体射极电阻为提供第一半导体射极电压，当第一半导体导通时，亦具有可调整精密并接调整器的限电流作用。

为达到上述目的或其他目的， 本发明提供一种电池充电保护装置，应用第二半导体电路，其包括第二半导体、分流电阻(Shunt Resistor)及第一闸极电阻，其特征为第二半导体的闸极(Gate)连接第一闸极电阻的一端及第一半导体的受极(Collector)，第一闸极电阻的另一端连接负电端，第二半导体的漏极(Drain)连接分流电阻，第二半导体的源极连接负电端。

为达到上述目的或其他目的， 本发明提供一种电池充电保护装置，应用第三半导体电路，其包括第三半导体及第二闸极电阻，其特征为第三半导体的闸极连接第二闸极电阻的一端及第二半导体的漏极，第二闸极电阻的另一端连接负电端，第三半导体的漏极连接电池的负电端，第三半导体的源极(Source)连接电路的负电端。

为达到上述目的或其他目的， 本发明提供一种电池充电保护装置，应用等功能电路(Equivalent Function Circuit)，替代第三半导体电路，其等功能电路为第四半导体电路，第四半导体电路包括有第三闸极电阻、第四半导体、第四闸极电阻及第五半导体，第四半导体为N通道金属氧化半导体场效晶体管(N Channel Metal-Oxide SemiconductorField-Effect Transistor)，第五半导体为P通道金属化半导体场效晶体管(P ChannelMetal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) ，以提供更多的应用选择。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的电池充电保护装置的电路图。

图2 为本发明的第二实施例的电池充电保护装置的电路图。

图3 为本发明的第三实施例的电池充电保护装置的电路图。

图中：

11 第一电阻；

12 第二电阻；

13 可调整精密并接调整器；

21 第一半导体的基极电阻；

22 第一半导体的射极电阻；

23 第一半导体；

31 第一闸极电阻；

32 第二半导体；

33 分流电阻；

41 第二闸极电阻；

42 第三半导体；

51 第三闸极电阻；

52 第四半导体；

61 第四闸极电阻；

62 第五半导体；

100 电池过电压保护装置；

200 电池；

300 充电装置；

400 第一电池电路；

500 第二电池电路；

600 第三电池电路；

700 第N电池电路；

V+ 电路正电端；

V- 电路负电端；

Vref 参考电压；

G+ 正电端；

G- 负电端；

G 闸极；

D 漏极；

S 源极；

E 射极；

B 基极；

C 受极；

K 阴极端；

A 阳极端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明的第一实施例的电池充电保护装置的电路图。自图1可知，电池充电保护装置100包含可调整精密并接调整器电路、第一半导体电路、第二半导体电路及第三半导体电路。

该可调整精密并接调整器电路，该电路进一步包括第一电阻11、第二电阻12及可调整精密并接调整器13。可调整精密并接调整器13的参考电压端Vref连接第一电阻11的另一端及第二电阻12的一端串联连接的中㸃端。第一电阻11的一端连接电路正电端V+，第二电阻12的另一端连接电路负电端V-。可调整精密并接调整器13的阳极端A(Anode, A)连接电路负电端V-，可调整精密并接调整器13的阴极端K(Cathode, K)连接到第一半导体23的基极B及基极电阻21的另一端。

该第一半导体电路23包括有第一半导体23、射极电阻22及基极电阻21。第一半导体23为PNP型晶体管(PNP Type Transistor)，第一半导体23的基极B连接基极电阻21的另一端及可调整精密并接调整器13的阴极端K，基极电阻21的一端连接电路正电端V+，第一半导体23的射极E连接射极电阻22的另一端，射极电阻22的一端连接电路正电端V+，第一半导体23的受极C连接第二半导体32的闸极G(Gate, G)及第一闸极电阻31的另一端。

第二半导体电路包括有第二半导体32、第一闸极电阻31及分流电阻33，第二半导体32为N通道金属氧化半导体场效晶体管(N Channel Metal-Oxide SemiconductorField-Effect Transistor)，其体内含有体二极管（Body Diode），第二半导体32的闸极G连接第一半导体23的受极C与第一闸极电阻31的一端，第一闸极电阻31的另一端连接电路的负电端V-，第二半导体32的漏极D连接分流电阻33的另一端，分流电阻33的一端连接电路正电端V+，第二半导体32的源极S连接电路负电端V-。

第三半导体电路包括有第三半导体42及第二闸极电阻41，第三半导体42为N通道金属氧化半导体场效晶体管，其体内含有体二极管，第三半导体42的闸极G连接第二半导体32的漏极D及第二闸极电阻41的一端，第二闸极电阻41的另一端连接电路负电端V-，第三半导体42的漏极D连接电池200的负电端，第三半导体42的源极S连接电路负电端V-。

如图1所示，将充电装置300的正电端G+连接于电路正电端V+，充电装置300的负电端G-连接于电路负电端V-，其充电动作原理为：

1) 当电路正电端V+的电压由低电压逐渐上升，且低于可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时，可调整精密并接调整器13的阳极端A及阴极端K开路，第一半导体23的基极B的正电位高于第一半导体23的射极E的正电位，因而第一半导体23开路，第一半导体23的受极C无电压供给第二半导体32的闸极G，此时第二半导体32的漏极D及源极S开路，因而分流电阻33无电流通过，此时分流电阻33的另一端供应正电压于第三半导体42的闸极G，于是第三半导体42的漏极D及源极S导通，电池200由充电装置300执行充电动作。

2)当电路正电端V+的电压由低电压逐渐上升，且大于或等于可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时：此时可调整精密并接调整器13的阳极端A及阴极端K导通，第一半导体23的基极B的正电位低于第一半导体23的射极E的正电位，因而第一半导体23导通，第一半导体23的受极C供给电压给第二半导体32的闸极G，此时第二半导体32的漏极D及源极S导通，而分流电阻33有电流通过而执行分流作用，因第二半导体32的漏极D与源极S导通，此时分流电阻33的另一端无正电压供应第三半导体42的闸极G，于是第三半导体42的漏极D及源极S开路，充电装置300对电池200不执行充电动作，以避免电池200因其过高电压造成损坏，而达到过高电压保护的目的。

3)当电路正电端V+的电压由低电压逐渐上升，且大于可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时：此时可调整精密并接调整器13的阳极端A及阴极端K导通，第一半导体23的基极B的正电位低于第一半导体23的射极E的正电位，因而第一半导体23导通，第一半导体23的受极C供给电压给第二半导体32的闸极G，此时第二半导体32的漏极D及源极S导通，因而分流电阻33有电流通过而执行分流作用，只是其经过分流电阻33的分流电流增加而己，因第二半导体32的漏极D与源极S导通，此时分流电阻33的另一端无正电压供应第三半导体42的闸极G，于是第三半导体42的漏极D及源极S开路，充电装置300对电池200仍继续不执行充电动作，以避免电池200因其过高电压造成损坏，而达到过高电压保护的目的。

如图2所示，为本发明的第二实施例的电池充电保护装置的电路图。自图2可知，为多个图1所示的电池充电保护装置100电路正电端V+及电路负电端V-之间连接电池200及第三半导体42成为一组电池电路，电池充电保护装置100电路正电端V+及电路负电端V-之间连接电池200及第三半导体42的第一电路称为第一电池电路400。

电池充电保护装置100电路正电端V+及电路负电端V-之间连接电池200及第三半导体42的第二电路称为第二电池电路500。电池充电保护装置100电路的电路正电端V+及电路负电端V-之间连接电池200及第三半导体42的第三电路称为第三电池电路600。电池充电保护装置100电路正电端V+及电路负电端V-之间连接电池200及第三半导体42的第N电路称为第N电池电路700； 其第一电池电路400的正电端V+连接充电装置300的正电端G+，第N电池电路700的负电端V-连接充电装置300的负电端G-。

将充电装置300的正电端G+连接于第一电池电路400的正电端V+，充电装置300的负电端G-连接于第N电池电路700的负电端V-，其充电动作原理为：

1)当充电装置300对第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700执行充电动作时，各电池电路的电池200电位逐渐上升，且未达到可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时：此时第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700执行充电动作。

2)当充电装置300对第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700执行充电动作时，且第一电池电路400的电池200电位先达到可调整精密并接调整器13额参考电压Vref 2.5V时：此时第一电池电路400中的电池过电压保护装置100的第二半导体32的漏极D及源极S导通，因而分流电阻33有电流通过而执行分流作用，第三半导体42的漏极D及源极S开路，以保护电池200安全，可以避免电池200因其过高电压造成损坏，而达到过高电压保护的目的，其余第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700继续执行充电动作。

3)当充电装置300对第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700执行充电动作时，且第一电池电路400与第二电池电路500的电池200电位达到可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时：此时第一电池电路400与第二电池电路500中的电池充电保护装置100的第二半导体32的漏极D及源极S导通，因而分流电阻33有电流通过而执行分流作用，第三半导体42的漏极D及源极S开路，以保护电池200安全，可以避免电池200因其过高电压造成损坏，而达到过高电压保护的目的，其余第三电池电路600及第N电池电路700继续执行充电动作。

4)当充电装置300对第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700执行充电动作时，第一电池电路400、第二电池电路500及第三电池电路600的电池200电位达到可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时：此时第一电池电路400、第二电池电路500及第三电池电路600中的电池充电保护装置100的第二半导体32的漏极D及源极S导通，因而分流电阻33有电流通过而执行分流作用，第三半导体42的漏极D及源极S开路，以保护电池200安全，可以避免电池200因其过高电压造成损坏，而达到过高电压保护的目的，其第N电池电路700继续执行充电动作。

5)当充电装置300对第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700执行充电动作时，第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700的电池200电位达到可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时：此时第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700中的电池充电保护装置100的第二半导体32的漏极D及源极S导通，因而分流电阻33有电流通过而执行分流作用，第三半导体42的漏极D及源极S开路，可以保护电池200安全，以避免电池200因其过高电压造成损坏，而达到过高电压保护的目的，而其充电电流变小，充电装置300的充电任务完成；在实际的充电过程中其第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700执行充电动作时，其电位达到可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V的顺序是不一定是依第一电池电路400、第二电池电路500、第三电池电路600及第N电池电路700的顺序，在此特别声明，但其动作原理相同。

如图3所示，为本发明的第三实施例的电池充电保护装置的电路图。自图3可知，为在图1本发明电池充电保护装置100中，将第三半导体电路以第四半导体电路替换，因为其功能相同而称第四半导体电路为第三半导体电路的等功能电路(Equivalent FunctionCircuit)，其等功能电路的第四半导体电路包括有第三闸极电阻51、第四半导体52、第四闸极电阻61及第五半导体62，第四半导体52为N通道金属氧化半导体场效晶体管，其体内含有体二极管，第五半导体62为P通道金属化半导体场效晶体管(P Channel Metal-OxideSemiconductor Field-Effect Transistor) ，其体内含有体二极管，第三闸极电阻51的一端连接第四半导体52的闸极G及第二半导体32的漏极D，第三闸极电阻51的另一端连接电路负电端V-，第四半导体52的漏极D连接第五半导体62的闸极G及第四闸极电阻61的另一端，第四半导体52的源极S连接电路负电端V-，第四闸极电阻61的另一端连接第四半导体52的漏极D及第五半导体62的闸极G，第四闸极电阻61的一端连接电路正电端V+，第五半导体62的源极S连接电路正电端V+，第五半导体62的漏极D连接电池200的正电端；其他电路结构完全与图1相同，而不赘述。

将充电装置300的正电端G+连接于电路正电端V+，充电装置300的负电端G-连接于电路负电端V-，其充电动作原理为：

1) 当电路正电端V+的电压由低电压逐渐上升，且低于可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时：此时可调整精密并接调整器13的阳极端A及阴极端K开路，第一半导体23的基极B的正电位高于第一半导体23的射极E的正电位，因而第一半导体23开路，第一半导体23的受极C无电压供给第二半导体32的闸极G，此时第二半导体32的漏极D及源极S开路，因而分流电阻33无电流通过，此时分流电阻33的另一端供应正电压于第四半导体52的闸极G，于是第四半导体52的漏极D及源极S导通，第五半导体62的闸极G为与电路负电端V-导通，因第五半导体62的源极S及漏极D导通，电池200由充电装置300执行充电动作。

2)当电路正电端V+的电压由低电压逐渐上升，且大于或等于可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V时：此时可调整精密并接调整器13的阳极端A及阴极端K导通，第一半导体23的基极B的正电位低于第一半导体23的射极E的正电位，因而第一半导体23导通，第一半导体23的受极C供给电压给第二半导体32的闸极G，此时第二半导体32的漏极D及源极S导通，而分流电阻33有电流通过而执行分流作用，因第二半导体32的漏极D与源极S导通，此时分流电阻33的另一端无正电压供应第四半导体52的闸极G，于是第四半导体52的漏极D及源极S开路，第五半导体62的闸极G为与电路正电端V+导通，因第五半导体62的源极S及漏极D开路，充电装置300对电池200不执行充电动作，以避免电池200因其过高电压造成损坏，而达到过高电压保护的目的。

3)当电路正电端V+的电压由低电压逐渐上升，且大于可调整精密并接调整器13的参考电压Vref 2.5V以上时：此时可调整精密并接调整器13的阳极端A及阴极端K导通，第一半导体23的基极B的正电位低于第一半导体23的射极E的正电位，因而第一半导体23导通，第一半导体23的受极C供给电压给第二半导体32的闸极G，此时第二半导体32的漏极D及源极S导通，因而分流电阻33有电流通过而执行分流作用，只是其经过分流电阻33的分流电流增加而己，因第二半导体32的漏极D与源极S导通，此时分流电阻33的另一端无正电压供应第四半导体52的闸极G，于是第四半导体52的漏极D及源极S开路，第五半导体62的闸极G为与电路正电端V+导通，因第五半导体62的源极S及漏极D开路，充电装置300对电池200仍继续不执行充电动作，以避免电池200因其过高电压造成损坏，而达到过高电压保护的目的。

如图3所示，可用多个图3所示的电池充电保护装置的正电端V+及负电端V-之间连接第五半导体62及电池200，电池充电保护装置电路正电端V+及电路负电端V-之间连接第五半导体62及电池200亦可成为一组电池电路，并可以将多组电池电路串联连接于充电装置300，如图2所示的电路连接，而不予自限。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员，在本发明基础上所作的等同替代或变换，皆在本发明的保护范围内。本发明的保护范围以申请专利范围书为准。

Claims (10)

1.一种电池充电保护装置，让一电池在充电中提供过高电压保护及分流，其特征在于，该电池充电保护装置包括：

一可调整精密并接调整器电路，具有一可调整精密并接调整器、一第一电阻及一第二电阻；

一第一半导体电路，连接该可调整精密并接调整器电路，该第一半导体电路具有一第一半导体、一射极电阻及一基极电阻；

一第二半导体电路，连接该第一半导体电路，该第二半导体电路具有一第二半导体、一第一闸极电阻及一分流电阻，该分流电阻的一端连接电路正电端，该第二半导体的源极连接电路负电端；以及

一第三半导体电路，连接该第二半导体的漏极，该第三半导体电路具有一第三半导体与一第二闸极电阻，该第三半导体的源极连接该电路负电端。

2.根据权利要求1所述的电池充电保护装置，其特征在于，其中该第三半导体的漏极连接该电池的负电端，该电池的正电端连接该电路正电端。

3.根据权利要求1所述的电池充电保护装置，其特征在于，其中该电路正电端供连接该电池的正电端，该电池的负电端连接该第三半导体的漏极，该第三半导体的源极连接电路负电端成为一电池电路，及该电池电路至少一组串联连接于该充电装置的正电端与负电端。

4.一种电池充电保护装置，让一电池在充电中提供过高电压保护及分流，其特征在于，该电池充电保护装置包括：

一可调整精密并接调整器电路，具有一可调整精密并接调整器、一第一电阻及一第二电阻；

一第一半导体电路，连接可调整精密并接调整器电路，该第一半导体电路具有一第一半导体、一射极电阻及一基极电阻；

一第二半导体电路，连接该第一半导体电路，该第二半导体电路具一第二半导体、一第一闸极电阻及一分流电阻，该分流电阻的一端连接电路正电端，该第二半导体的源极连接电路负电端；以及

一第四半导体电路，连接该第二半导体电路，该第四半导体电路具有一第三闸极电阻、一第四半导体、一第四闸极电阻及一第五半导体，该第四半导体的源极连接电路负电端，该第四半导体的漏极连接第三闸极电阻的另一端及该第五半导体的闸极，该第五半导体的源极连接该电路正电端。

5.根据权利要求4所述的电池充电保护装置，其特征在于，其中该第五半导体的漏极供连接电池的正电端，该电池的负电端连接该电路负电端。

6.根据权利要求4所述的电池充电保护装置，其特征在于，其中该电路正电端连接该第五半导体的源极，该第五半导体的漏极连接该电池的正电端，该电池的负电端连接该电路负电端成为一电池电路，及该电池电路至少一组串联连接于该充电装置的正电端与负电端。

7.根据权利要求1或4所述的电池充电保护装置，其特征在于，其中该可调整精密并接调整器的参考电压端连接该第一电阻的另一端及该第二电阻的一端串联连接的中点端。

8.根据权利要求1或4所述的电池充电保护装置，其特征在于，其中该可调整精密并接调整器的阴极端为连接该第一半导体的基极，该第一半导体的受极为连接该第二半导体的闸极。

9.根据权利要求1或4所述的电池充电保护装置，其特征在于，其中该第二半导体的漏极及该分流电阻的另一端连接第三半导体的闸极或该第四半导体的闸极。

10.根据权利要求1、3、4或6中任意一项所述的电池充电保护装置，其特征在于，其中该电路正电端连接充电装置的正电端，该电路负电端连接该充电装置的负电端。