CN1223066C

CN1223066C - 充电开关控制电路

Info

Publication number: CN1223066C
Application number: CNB001067672A
Authority: CN
Inventors: 安藤努
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: KR20010014735A; TW466815B; JP2000308266A; CN1270432A; US6380763B1; HK1032153A1

Abstract

提供一种充电控制电路，其中提高了可再充电电源设备的可靠性，并改善安全性。在该充电控制电路中，这样设计电路结构、使得在二次电池的电压为异常电压、亦即不高于MOS反相电路的阈值电压的状态下连接充电器时，充电控制开关断开，截断充电电流，禁止对异常电池的充电，以此防止二次电池的破坏或爆炸。

Description

充电开关控制电路

技术领域

本发明涉及能够控制二次电池充电的充电控制电路和利用此电路的可再充电电源设备。

背景技术

作为传统的充电控制电路，已知有诸如图2所示的电路方框图等的电路。在这样的电路中，为了通过二次电池201的电压控制充电器208，在这个充电控制电路中存在两个电源系统，亦即二次电池201和充电器208。监视二次电池201电压和控制充电和放电用的充、放电控制电路202是用二次电池201作为电源工作的，而驱动充电控制开关FET-B211用的充电开关控制电路207则是通过FET(场效应晶体管)用充电器208或二次电池201作为电源工作。此时，在二次电池201的电压由于二次电池异常退化、断路、短路等而变为充、放电控制电路202的最小工作电压或更低的情况下，充、放电控制电路202用二次电池作为电源无法正常工作，而且充电开关控制电路207的输出变得不稳定。因而，它变得无法正常操作充电控制开关FET-B。结果，有可能对二次电池201进行异常充电。于是，按照图3所示的充电开关控制电路207，通过MOS(金属-氧化物-半导体)晶体管304的阈值电压检测二次电池电压的降低，并防止对异常电池的充电。

在通过晶体管304的阈值电压监视二次电池201的电池电压的情况下，若二次电池201的电压不高于MOS晶体管304的阈值电压，则充电控制开关FET-B截止以防止充电。若二次电池201的电压低于充、放电控制电路202的最小工作电压，则充电控制开关FET-B导通，以便能够充电。但是，当二次电池的电压处在MOS晶体管304的阈值电压和充、放电控制电路202的最小工作电压之间的区域时，就不可能控制充电控制开关是应该导通还是应该截止。另外，即使二次电池201的电压不高于MOS晶体管的阈值电压，充电控制开关也可能由于MOS晶体管304的漏电流而导通。结果，出现一个缺陷，就是除非二次电池201的电压变得充分地低于MOS晶体管304的阈值电压并变为几乎0V(伏)，否则无法完全保证抑制充电。

发明内容

本发明是为解决传统技术的上述问题而设计的。因此，本发明的一个目标是提供一种具有高可靠性和安全性的充电控制电路，其中利用MOS反相电路，使得在电池电压不高于MOS晶体管的阈值电压时，充电控制开关不会由于MOS晶体管的漏电流而导通，并当二次电池的电压不高于MOS反相电路的阈值电压而此时连接充电器时，使充电电流不流过电池，以引起无法进行充电这样的状态。

为了达到上述目标，在按照本发明的充电控制电路中，电路结构设计得在二次电池的电压变为MOS反相电路的阈值电压或更低时，和此时连接充电器时，一个开关电路截止，使之不流过充电电流，使得在异常状态下不对电池进行充电。

按照本发明，提供了一种充电控制电路，包括一个MOS晶体管电路和一个充、放电控制电路，其中，把一个二次电池的电压输入MOS晶体管电路，所述充、放电控制电路监视所述二次电池的电压，以及输出来自所述MOS晶体管电路和充、放电控制电路的、用来控制所述二次电池的充电使之得以进行或得以禁止的信号。

在如上所述地构造的充电控制电路中，若在电池电压不高于MOS反相电路的阈值电压而异常连接电池时连接充电器，则切断充电电流，使对二次电池的充电成为不可能。该电路起防止二次电池破坏的作用，提高整个设备的可靠性和改进其安全性。

附图说明

图1是解释性视图，表示本发明的可再充电电源设备的电路框图；

图2是解释性视图，表示传统的可再充电电源设备的电路框图；

图3是传统的可再充电电源设备一部分的电路框图；

图4是本发明的可再充电电源设备一部分的电路框图；

图5是电路框图，表示本发明的可再充电电源设备一部分的另一个实施例；

图6是电路框图，表示本发明的可再充电电源设备一部分的再一个实施例；

图7是电路框图，表示本发明的可再充电电源设备一部分的再一个实施例；

图8是电路框图，表示本发明的可再充电电源设备一部分的再一个实施例；而

图9是电路框图，表示本发明的可再充电电源设备一部分的再一个实施例。

具体实施方式

现将参照图1描述本发明的一个实施例。

图1是包括本发明的充电控制电路的电路框图；二次电池101通过开关电路103与外部端子+VO 104和-VO 105连接。开关电路103包括两个Nch(N沟道)FET。二次电池101的电压用充、放电控制电路102及充电开关控制电路107监视。充、放电控制电路102通过信号线114A连接到FET-A 110，并控制FET-A 110的导通/截止。充电开关控制电路107连接在外部端子+VO 104和-VO 105之间，通过过流检测端子113与充电器并联，作为电源随着电压而工作，通过信号线114B连接到FET-B 111，并控制FET-B 111的导通/截止。

给二次电池101充电用的充电器108和由二次电池驱动的设备(从二次电池看来是负载)连接在外部端子+VO 104和-VO 105之间。FET-A110和FET-B 111与外部端子+VO 104和-VO 105串联。

首先，参照图1描述充电开关控制电路107。一个来自充、放电控制电路102的信号输入电平移动电路401。二次电池101的电池电压输入用作电池电压检测电路的P沟道MOS晶体管402的栅极和N沟道MOS晶体管404的栅极。P沟道MOS晶体管402的漏极通过电阻元件403连接到N沟道MOS晶体管404的漏极。P沟道MOS晶体管402的漏极和电阻元件403之间连接点的输出和电平移动电路401的输出输入反逻辑AND(与)产生电路405。反逻辑AND产生电路405的输出输入P沟道MOS晶体管406的栅极和N沟道MOS晶体管407的栅极。P沟道MOS晶体管406的漏极连接到N沟道MOS晶体管407的漏极，该信号通过充电控制信号输出端子112B和通过信号线114B传输到FET-B 111的栅极。此时，构成充电开关控制电路107的各组件，亦即电平移动电路401、P沟道MOS晶体管402和406、N沟道MOS晶体管404和407、电阻元件403和反逻辑AND产生电路405的电源是通过外部端子+VO 104和-VO 105由充电器108提供的。或者该电源通过开关电路103中的FET-A 110和FET-B 111和通过外部端子+VO 104和-VO 105由二次电池101提供的。

图4是图1中的充电开关控制电路107。电平移动电路401连接到正电源端子308和负电源端子的309，而电平移动电路401具有输入端子409。第一P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管连接到检测端子409和第二N沟道晶体管406和第二N沟道晶体管411连接点输出端子412。

现将参照图1描述充电开关控制电路107的操作。当时，电平移动电路401的输入信号，亦即充、放电控制电路102的输出信号处于高电平，电平移动电路输出输出端子+VO 104的电压(下称“H”)，而当充、放电控制电路102处于低电平时，电平移动电路输出外部端子-VO 105的电压(下称“L”)，它变成反逻辑AND产生电路405的输入。在二次电池101的电压降低，并变得低于P沟道MOS晶体管的阈值电压的情况下，由P沟道MOS晶体管402、N沟道MOS晶体管404和电阻元件403构成的二次电池101的电压检测电路输出“L”，它输入反逻辑AND产生电路405。反逻辑AND产生电路405的输出通过由P沟道MOS晶体管406和N沟道MOS晶体管407构成的反相输出电路驱动充电控制FET-B 111。就是说，只有在电平移动电路的输出和二次电池电压检测电路的输出都是“H”的情况下，充电控制FET-B的栅极电压才会变为“H”，并且充电才变得可能。反之，若这些信号中的任何一个为“L”，则FET-B的栅极电压变为“L”，以致充电被抑制。

尽管上述操作是针对如图4所示的充电开关控制电路107的情况的，但是，即使充电开关控制电路是图5的电路时，也能实现同样的操作。就是说，二次电池电压检测电路由P沟道MOS晶体管502和电阻元件503组成，而其输出和电平移动电路的输出都受到逻辑AND的操作，使得与图4相同的操作成为可能。在二次电池电压不高于P沟道MOS晶体管的阈值电压的情况下，电池电压检测电路输出“L”，使得即使作为反逻辑AND产生电路405的另一个输入的电平移动电路401的输出为“H”，反逻辑AND产生电路405的输出也会变为“H”。结果，被反相输出电路反相的“L”信号输入充电控制FET-B的栅极，使得充电控制FET-B截止，从而抑制充电。当二次电池101的电压变为P沟道MOS晶体管的阈值电压或更高时，P沟道MOS晶体管导通，电池电压检测电路的输出从“L”变为“H”。若作为反逻辑AND产生电路405的另一个输入的电平移动电路401的输出为“H”，则反逻辑AND产生电路405的输出变为“L”。结果，被反相输出电路反相的“H”信号输出到充电控制FET-B的栅极，使得充电控制FET-B导通，使充电成为可能。

接着，将参照图6描述本发明的另一个实施例。与图4相似，充、放电控制电路的输出变为电平移动电路601的输入，而其输出变为反逻辑OR(或)产生电路606的输入。由P沟道MOS晶体管602、N沟道MOS晶体管604和电阻元件603组成的电池电压检测电路的输出变为反相电路605的输入，在反相电路605的输出变为反逻辑OR产生电路606的输入。电平移动电路的输出和电池电压检测电路的输出输入到该反逻辑OR产生电路，而其输出输入到由P沟道MOS晶体管607和N沟道MOS晶体管608构成的的反相输出电路。另外，反相输出电路的输出输入到充电控制FET-B的栅极。

现将参照图6描述本发明上述实施例的操作。当电平移动电路601的输入信号处于高电平时，电平移动电路输出“H”，而当其输入信号为低电平时，该电路输出“L”，后者变为反逻辑OR产生电路606的输入。在二次电池的电压降低并变得低于P沟道MOS晶体管602的阈值电压的情况下，由P沟道MOS晶体管602、N沟道MOS晶体管604、的电阻元件603构成的电池电压检测电路输出“L”。这个输出变为反相电路605的输入，其输出为“H”并变为反逻辑OR产生电路606的输入。此外，反逻辑OR产生电路606的输出通过由P沟道MOS晶体管607和N沟道MOS晶体管608构成的反相输出电路驱动充电控制FET-B。在电平移动电路的输出为“L”而电池电压检测电路的输出为“H”的情况下，因为反相电路的输出变为“L”，反逻辑OR产生电路606的两个输入都变为“L”，因而反逻辑OR产生电路606的输出变为“H”。因为这一信号输入反相输出电路，所以充电控制FET-B的栅极电压变为“L”，故充电变为不可能。因为反逻辑OR产生电路606的输出在上述以外的情况下变为“L”，充电控制FET-B的栅极电压变为“H”，充电变为不可能。这样，与图4的情况相反，其电池电压低于P沟道MOS晶体管阈值电压的二次电池可以被充电。

尽管上述操作是针对图6所示的充电开关控制电路的情况的，即使在充电开关控制电路是图7的电路的情况下也可以实现同样的操作。就是说，电池电压检测电路由P沟道MOS晶体管702和电阻元件703组成，其输出被反相电路704反相，而反相电路的输出和电平移动电路的输出受到逻辑和的操作，所以如同图6的操作成为可能。在二次电池的电压不高于P沟道MOS晶体管的阈值电压的情况下，电池电压检测电路输出“L”。于是，即使作为反逻辑OR产生电路705的输入的电平移动电路701的输出为“H”或“L”，反逻辑OR产生电路705的输出也会变为“L”。结果，被反相输出电路反相的“H”信号输入到充电控制FET-B的栅极，使得充电控制FET-B导通，因而充电成为可能。当二次电池的电压变为P沟道MOS晶体管的阈值电压或更高时，P沟道MOS晶体管导通，电池电压检测电路的输出从“L”变为“H”，它变为反相电路704的输入，而其输出变为“L”。若作为反逻辑OR产生电路705的输入的电平移动电路701的输出为“L”，则反逻辑OR产生电路705的输出变为“H”。结果，被反相输出电路反相的“L”信号输入到充电控制FET-B的栅极，使得充电控制FET-B截止，充电被抑制。与此类似，只有在反逻辑OR产生电路705的两个输入均为“L”的情况下，充电才会被抑制。

尽管以上描述是针对Neh(N沟道)-FET用于开关电路的情况的，但即使Pch(P沟道)-FET用于开关电路，也能实现同样的操作。图8是Pch-FET型开关电路用的充电开关控制电路。输入端子809连接到电平移动电路801，而其输出变为反相电路805的输入。反相电路805的输出变为反逻辑OR产生电路806的输入。由P沟道MOS晶体管805、N沟道MOS晶体管804和电阻元件803构成的电池电压检测电路的输出变为反逻辑OR产生电路806的输入。检测端子810连接到P沟道MOS晶体管805和N沟道MOS晶体管804。反逻辑OR产生电路806的输出是反相输出电路的输入，它包括P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管，而反相输出电路的输出输出到输出端子813。电平移动电路801、电池电压检测电路和反相输出电路连接到正电源端子811和负电源端子812。

现将参照图9描述利用Pch-FET的电路。与图1不同之点在于，开关电路由Pch_FET，而不是Nch-FET构成。二次电池901通过开关电路903连接到外部端子+VO 904和-VO 905。开关电路903由两个Pch-FET构成。二次电池的电压由充、放电控制电路902和充电开关控制电路907监视。充、放电控制电路902通过信号线914A连接到FET-A 910，并控制FET-A 910的导通/截止。充电开关控制电路907通过过流检测端子913连接在外部端子+VO 904和-VO 905之间，与充电器并联。充电开关控制电路由作为电源的电源操作，通过信号线914B连接到FET-B 911，并控制FET-B 911的导通/截止。给二次电池901充电用的充电器908和被该二次电池驱动的设备连接在外部端子+VO 904和-VO 905之间。FET-A 910和FET-B 911串联到外部端子-VO 905或+VO 904。

现将参照图9描述该充电开关控制电路907的操作。来自充、放电控制电路902的信号输入电平移动电路801。二次电池901的电池电压输入到电池电压检测电路用的P沟道MOS晶体管802的栅极和N沟道MOS晶体管804的栅极。然后，P沟道MOS晶体管802的漏极通过电阻元件803连接到N沟道MOS晶体管804的漏极。P沟道MOS晶体管802和电阻元件803之间的连接点的输出，和电平移动电路801的输出通过反相电路805输入到反逻辑OR产生电路806。反逻辑OR产生电路806的输出输入到P沟道MOS晶体管807的栅极和N沟道MOS晶体管808的栅极。P沟道MOS晶体管807的漏极连接到N沟道MOS晶体管808的漏极，该信号通过充电控制信号输出端子912B和通过信号线914B传输到开关电路903中的FET-B 911的栅极。此时，构成充电开关控制电路907的各个组件，亦即电平移动电路801、P沟道MOS晶体管802和807、N沟道MOS晶体管804和808、电阻元件803、反相电路805、反逻辑OR产生电路806的电源是由充电器908通过外部端子+VO 904和-VO 905供给的。或者，电源由二次电池901通过开关电路中的FET-A 910和FET-B 911以及通过外部端子+VO904和-VO 905供给的。

现将参照图9描述充电开关控制电路907的操作。当电平移动电路801的输入信号，就是说充、放电控制电路的输出信号处于高电平时，电平移动电路输出“H”，而当充、放电控制电路902的输出信号处于低电平时，电平移动电路输出“L”，这通过反相电路805变为反逻辑OR产生电路806的输入。在二次电池的电源降低，并低于N沟道MOS晶体管804的阈值电压的情况下，由P沟道MOS晶体管802、N沟道MOS晶体管804和电阻元件803构成的二次电池901电池电压检测电路输出“L”，它变为反逻辑OR产生电路806的输入。另外，反逻辑OR输出电路806的输出通过由P沟道MOS晶体管807和N沟道MOS晶体管808构成的反相输出电路驱动充电控制FET-B911。就是说，只有在电平移动电路的输出和二次电池电池电压检测电路的输出均为“H”的情况下，充电控制FET-B的栅极电压才会变为“L”，充电才变为可能。在电平移动电路和二次电池电池电压检测电路的信号中的任何一个为“L”的情况下，FET-B的栅极电压变为“H”，使得充电被抑制。这样，不仅像在传统的电路中一样来自充、放电控制电路的控制信号，而且二次电池电池电压检测电路的检测信号都直接使用，使恒定电压的电池的充、放电控制得以实现。

如上所述，按照本发明，只要加上一个简单的电路，在二次电池的电压变为MOS晶体管的阈值电压或更低的状态下连接充电器的情况下，开关电路截止，充电电流被截断，从而抑制异常电池充电。这样，便获得防止二次电池损坏、提高整个设备的可靠性并改进安全性的效果。

Claims

1.一种充电开关控制电路，包括：

一个MOS反相电路，监视二次电池的电压；

一个逻辑电路，输入来自充、放电控制电路和所述MOS反相电路的输出信号；以及

一个反相输出电路，输入来自所述逻辑电路的输出信号，

其中所述逻辑电路和所述反相输出电路的电源是一充电器的电压。

2.按照权利要求1的充电开关控制电路，其特征在于，在所述二次电池的电压不高于MOS反相电路的阈值电压的情况下，禁止所述二次电池的充电。

3.按照权利要求1的充电开关控制电路，其特征在于，在所述二次电池的电压不高于MOS反相电路的阈值电压的情况下，使所述二次电池的充电得以进行。