CN1324132A - 充电/放电控制电路和充电式电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种充电/放电控制电路具有一个电路结构,当从一种过电流状态返回到正常状态时,具有不同于检测过电流的检测电压的另一个返回检测电压。使用这样的结构,即使处于低阻抗的1MΩ或小于1MΩ的负载开路的情况下,充电/放电控制装置必定从过电流状态返回到正常状态。

Description

充电/放电控制电路和充电式电源装置
本发明涉及一种充电/放电控制电路，通过开关电路的接通/断开操作能够控制蓄电池的充电/放电，以及使用这种电路的一种充电式电源电路。
作为由蓄电池构成的常规的充电式电源装置，已经知道的是图2的电路方框图示出的电源装置。这种结构在例如题为“充电式电源装置”的日本未经审查的专利公报的平4-75430中公开了。也就是，蓄电池101经开关电路103连接外端子-VO 105或+VO 104。充电和放电控制电路102也与蓄电池101并联连接。
充电/放电控制电路102具有检测蓄电池101的电压的功能。在蓄电池处于过充电状态(电池电压高于给定的电压值的一种状态；以下称为“过充电保护状态”)或处于过放电状态(电池电压低于给定的电压值的一种状态；以下称为“过放电保护状态”)的情况下，充电/放电控制电路102输出一个信号，将开关电路103断开。此外，当外端子+VO 104达到一定电压时，如果放电操作停止，它能够限制流经开关电路103的电流。换言之，当流经开关电路103的电流过大时放电操作能停止(过流控制)。这种状态以下称为“过流保护状态”。
作为由蓄电池构成的常规充电式电源装置的另一个例子，还知道的是图3的电路方框图示出的电源装置。设计这个电路把图2中所示的开关电路103与蓄电池的负极111串联连接。
图4显示了一个具体的充电/放电控制电路的电路方框图的常规示例。蓄电池101经开关电路103连接到一个外端子-VO 105。开关电路103由两个n沟道FET(场效应晶体管)组成。充电/放电控制电路102检测蓄电池101上的电压。充电/放电控制电路102由一个过充电检测比较器119，一个过放电检测比较器118，一个过电流检测比较器117，一个基准电压电路A 116，一个基准电压电路B 114，一个分压电路A 120，一个分压电路B 121，一个输出逻辑控制电路124等组成。充电/放电控制电路102通过信号线107A和107B连接到开关电路103以便发送开关电路103的接通/断开信号。对蓄电池101进行充电的充电器和可由蓄电池101驱动的设备(从蓄电池看的负载)被连接在外端子+VO 104和-VO 105之间。FET-A112和FET-B113串联连接到外端子-VO105或+VO 104。
过充电检测比较器119和过放电检测比较器118具有一个功能，可对蓄电池101上的电压和基准电压电路116上的电压进行比较。由于输出逻辑控制电路124根据比较器119和118各自的输出而发送一个信号到端子125A和125B，各自的FET栅压依据各个状态变化，以致于接通/断开蓄电池的充电/放电操作。例如，在过充电状态，过充电检测比较器119的正输入端电压高于基准电压电路116的电压，并且比较器119的输出从低变换到高。当输出信号输入到输出逻辑控制电路124时，在开关电路中的FET-B113的栅压从高变到低。结果，放电电流不流入蓄电池101，从而停止充电操作。
过电流检测比较器117比较外端子-VO 105的电压和基准电压电路B114上的电压并依据各个状态输出一个信号到输出逻辑控制电路124。在过电流保护状态，输出逻辑控制电路124发送一个信号到FET-A 112以便停止放电操作，同时发送一个信号到FET-C 126s，从而通过电阻127降低外端子-VO 105的电压。在检测了过电流之后，当负载109超出过电流保护状态时，就需要下降，以便稳定外端子-VO 105的电压在基准电压B114的电压上或更低并返回到正常状态。
尽管用一个FET代替上面的开关电路实现开关是可能的，但需要改变FET的栅电位和基极电位以便达到上述的结果。如果没有进行上述改变，由于FET的源极电位高于漏极电位，上述的充电/放电控制是不可能的。目前，通常采用两个FET来控制充电/放电。
然而，在这样构成的充电/放电的控制电路中，当负载超出过电流保护状态并且充电/放电控制电路返回到正常状态时，将出现参考图4叙述的以下缺点。
当负载超出过电流保护状态时，为了充电/放电控制电路能自动恢复，需要使外端子-VO 105的电压变成基准电压B114的电压Va或更低。为此，当负载超出过电流保护状态时，一个开路阻抗必须是一个恒定值(Ra)或大于电阻127(Rb)。如果蓄电池101是Vb,Ra能由下式表示。
Ra＞Rb(Vb/Va-1)    …(1)
在正常操作过程中，通常Vb设置为大约3.5V。在充电/放电控制装置是由半导体集成电路组成的情况下，当充电器108连接到充电/放电控制装置时，由于外端子-VO 105的电位变为低于蓄电池的负极111的电位，且电流从FET-C 126的漏极流经电阻127(Rb),Rb通常被设为大约100KΩ以便限制该电流。Va通常设为大约0.1V，它的值基于FET-A 112和FET-B 113的电阻以及流过电阻的电流设置的。
如果上面提到的值输入到公式(1)中，Ra表示如下：
RA＞100KΩ(3.5V/0.1-1)=3.4MΩ
按照诸如安装的基片的特性，实际的开路阻抗有可能变为1MΩ或低于1MΩ，并且仅仅在负载超出过电流保护状态的时候，充电/放电控制电路不能返回到正常的状态。
因此，本发明的一个目的是解决上面的问题。
为了实现上述目的，按照本发明，提供一种充电/放电控制电路，当充电式电源装置从过电流状态返回到正常状态时，具有不同于检测过电流的检测电压的另一个返回检测电压。
从结合附图的以下详细描述中本发明在这些和其他的目的及优点将更加明显，其中：
图1是表示按照本发明的一个充电式电源装置的电路方框例子的说明图；
图2是表示常规的一个充电式电源装置的电路方框例子的说明图；
图3是表示常规的充电式电源装置的另一个电路方框例子的说明图；
图4是表示常规的充电式电源装置的另一个电路方框例子的说明图；
图5是表示按照本发明的充电式电源装置的另一个电路方框例子的说明图；
图6是表示按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框例子的说明图；
图7是表示按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框例子的说明图；
图8是表示按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框例子的说明图；
图9是表示按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框例子的说明图；
图10是表示按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框例子的说明图。
现在参考附图对本发明的优选实施例进行更详细的描述。
图1是说明按照本发明的一个充电式电源装置的电路方框示例图。
在图1显示的电路中，一个过电流返回检测比较器128和一个基准电压C129被加到图4的电路中。基准电压C 129被设为电压Vc，它高于基准电压B114。当过电流检测比较器117检测到一个过电流时，过电流返回检测比较器128处于返回检测状态，并且FET-A112不输出逻辑控制电路124接通，直到过电流返回检测比较器128反向为止以便不出现故障。同样，FET-A112不断开直到过电流检测比较器117在过电流返回的时间反向。在这种情况下，如果Vc是1V，开路阻抗Ra由下面的表示式(1)表示：
Ra＞100KΩ(3.5V/1V-1)=0.25MΩ
在这种情形下，在过电流检测端115的电压，即从过电流检测的返回电压是1V。
如上所述，因为过电流检测电压是0.1V，而从过电流检测的返回电压是1V，即使负载的开路阻抗是1MΩ或少于1MΩ，充电/放电控制装置必定从过电流状态返回到正常状态，这是显而易见的。
图5是说明按照本发明的充电式电源装置的另一个电路方框示例图。
与图1的电路的不同点在于，开关电路103由P沟道FET的一个FET-D132和一个FET-E133组成，并且充电/放电控制电路102的结构随需要而变化以便对由P沟道FET组成的开关电路103进行控制。一个过充电检测比较器119，一个过放电检测比较器118，一个基准电压电路A116，一个分压电路A120，一个分压电路B121，一个磁滞电路A122和一个磁滞电路B123共同形成了一个过充电/放电检测电路141。
除了一个基准改变到蓄电池101的正电压端以外，过电流检测电路142的工作与图1中所示的电路是相同的。过电流检测比较器117比较外端子+VO104与基准电压B114的电压并按照各个状态输出一个信号到输出逻辑控制电路144。在过电流保护状态，输出逻辑控制电路144发送一个信号到FET-D132以便停止放电操作，同时发送一个信号到FET-F156，从而通过电阻127提升外端子+VO 104。在检测到过电流后，当负载109超出过电流保护状态时，需要把外端子+VO 104的电压降低以便稳定在基准电压B114的电压或更低并返回该状态到正常状态。
设为电压Vc的基准电压C129高于基准电压B114。当过电流检测比较器117检测到过电流时，过电流返回检测比较器128处于一种返回检测状态，并且FET-D132不输出逻辑控制电路144接通，直到过电流返回检测比较器128反向为止以便不出现故障。同样地，FET-D132不断开直到过电流检测比较器117在过电流返回的时间反向为止。在这种情况下，开路阻抗Ra以与表达式(1)的相同方式表示，并且Ra通过使用上述Rb,Vb和Vc的值与图1中的表示一样。
Ra＞100KΩ(3.5V/1V-1)=0.25MΩ
在这种情形下，在过电流检测端115的电压，即从过电流检测的返回电压是3.5至1V。
如上所述，因为过电流检测电压是3.5至0.1V而从过电流检测的返回电压是3.5至1V，即使负载的开路阻抗是1MΩ或少于1MΩ，充电/放电控制装置必定从过电流状态返回到正常状态，这是显而易见的。
如上所述，即使在开关电路103是由P沟道FET组成的情况下，进行完全相同的操作是显然的。
图6是说明按照本发明的充电式电源装置的另一个电路方框示例图。
图6的电路增加了一个电阻161到图4的电路中。电阻161连接在过电流检测端115和过电流检测比较器117的输入端及电阻127之间。在进行检测过电流的情况下，由于FET-C126是断开的，当过电流检测端115变为图4中基准电压B114的电位时，过电流被检测。在另一方面，在从过电流检测返回的情况下，由于FET-C126是接通的，当过电流检测端115的电位高于基准电压B114时，充电/放电控制装置返回。
假设在负载不符时开路阻抗是Ra，电阻127的电阻是Rb，电阻161的电阻是Rc，如果基准电压B114的电压是Va和蓄电池101的电压是Vb,Ra能用下式表示。
Ra＞Rb(Vb/Va-1)-Rc        …(2)
在这种情形下，过电流检测端115的电压，即从过电流检测返回的电压Vd表示如下：
Vd＜(Rb+Rc)/Rb*Va         …(22)
在这个表达式中，例如，假设Rb=10KΩ,Rc=90 KΩ,Va=0.1V和Vb=3.5V,
Ra＞10KΩ(3.5V/0.1V-1)-90KΩ=0.25MΩ
Vd＜(10KΩ+90KΩ)/10KΩ*0.1V=1V
如上所述，因为过电流检测电压是0.1V，而从过电流检测的返回电压是1V，即使负载的开路阻抗是1MΩ或少于1MΩ，充电/放电控制装置必定从过电流状态返回到正常状态，这是显而易见的。
此外，由于Rb+Rc=100KΩ，过电流检测端115的输入阻抗与图4中的阻抗是相同的。顺便说一下，由于Rb和Rc可随意设置，从过电流检测返回所需的开路阻抗能按照用途随意设置。
图7是说明按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框示例图。
在图7中，使用由P-沟道FET组成开关电路103的充电式电源装置的结构变为与图6的结构相同。显然进行与图6相同的操作。
图8是说明按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框示例图。
图8的电路具有图1和图6二者的功能。
假设在负载超出时开路阻抗是Ra，电阻器127的电阻是Rb，电阻器161的电阻是Rc，蓄电池101的电压是Vb，和基准电压C129的电压是Vc,Ra可用下式表示。
Ra＞Rb(Vb/Vc-1)-Rc         …(3)
在这种情况下，过电流检测端115的电压，即从过电流检测返回的电压Vd表示如下：
Vd＜(Rb+Rc)/Rb*Vc          …(22)
在这个表达式中，例如，假设Rb=136KΩ,Rc=90KΩ,Vb=3.5V，和Vc=1V,
Ra＞136KΩ(3.5V/1V-1)-90KΩ=0.25MΩ
Vd＜(136KΩ+90KΩ)/136KΩ*1V=1.66V
如上所述，因为过电流检测电压是0.1V，而从过电流检测的返回电压是1.66V，即使负载的开路阻抗是1MΩ或少于1MΩ，充电/放电控制装置必定从过电流状态返回到正常状态，这是显而易见的。
此外，由于Rb+Rc=226KΩ，甚至具有与其他例子中相同的返回阻抗，过电流检测端115的输入阻抗能设置为高。当充电器108被连接到充电/放电控制装置时，通过使外端子-VO105的电位低于蓄电池负极的电位，在充电/放电控制装置102是由半导体集成电路形成的情况下，这对于限制流过FET-C126的寄生二极管的电流是有效的。
图9是说明按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框示例图。
在图9中，使用由P沟道FET组成开关电路103的充电式电源装置的结构变为与图8的结构相同。显然进行与图8的操作相同的操作。
图10是表示按照本发明的充电式电源装置的又另一个电路方框示例图。
图10的电路把一个返回电压调整电路162增加到图6的电路中。返回电压调整电路162例如可以由一个保险丝组成，和电阻器127与电阻器161的比率可通过断开一个任意的保险丝而任意的调节，并且调节来自过电流检测的返回电压以便快速响应各种开路阻抗的请求。不用说，返回电压调整电路162可以用于除图6实施例以外的其他的实施例。
此外，返回电压调整电路162能由任意的电路构成，只要这个电路能调节返回电压，而且本发明并不局限于这些实施例。
另外，为了能够稳定地控制由于各种因素引起的过度的电压浮动，包括由于上面提到的负载109和充电器108的添加/拆去所引起的，在这个实施例的充电/放电控制电路102的需要部分增加一个延迟电路是有效的。
例如，由于检测信号和返回信号输入到输出逻辑控制电路24，直到一个信号输出到FET-A112,FET-B113和FET-C126，如果增加一个适当的延迟电路，能够很稳定的进行控制。
这个实施例的电路解决了常规电路存在的问题，如上所述的，对使用蓄电池的所有环境没有不良的影响。
上述的诸实施例控制蓄电池的充电/放电的工作。然而，即使把多个电池串联连接，如果改变结构，使得各个电池的电压都能由充电/放电控制电路102进行检测的话，充电/放电控制装置可以简单地构成，而且本发明这样的结构中也是有效的。
在这个实施例中，充电/放电控制电路除了可由一个双极性晶体管构成以外，还可由一个C-MOS(互补金属-氧化物-半导体)电路构成，并且实现是容易的。
此外，当充电/放电控制装置从过电流状态返回到正常状态时，如果构成本发明使其具有不同于检测过电流的检测电压的另一个返回检测电压，能够应用任何其它的电路结构，而且本发明并不局限于上述的实施例。
如上所述，按照本发明，即使通过一个等于或小于1MΩ的电阻使负载开路，充电/放电控制装置必定从过电流状态返回到正常状态，从而提高了产品的可靠性。
为了说明和叙述的目的，前面的描述已经给出了本发明的多个实施例。不是要排他地电或者限制本发明在所公开的准确的形式，而按照上述的教导或可从本发明实践中得到的启示，各种修改和变化是可能的。选择和描述实施例仅是为了解释本发明的原理及其实际应用，使本领域的普通技术人员可以利用各种实施例的本发明和具有适合于特定的应用的各种修改。本发明的保护范围由所附的权利要求或与其等效的范围限定。

Claims (7)

1．一种充电/放电控制电路，能够控制用于调节蓄电池的电流的电流限制装置，蓄电池能够充电和放电，而且能够监视所述蓄电池的电压和电流中的任意一个或两个，所述充电/放电控制电路包括：
一个电流监视装置，用于监视由蓄电池可放电的上限电流作为电压信息；
其中由所述电流监视装置检测的随放电电流增加的电压与电流监视装置在检测状态返回时随放电电流减少的电压是不同的。
2．一种充电/放电控制电路，能够控制用于调节蓄电池电流的电流限制装置，蓄电池能够充电和放电，而且能够监视所述蓄电池的电压和电流中的任意一个或两个，所述充电/放电控制电路包括：
一个电流监视装置，用于监视由所述蓄电池放电的上限电流作为电压信息；
其中由所述电流监视装置检测的随放电电流增加的电压绝对值大于通过所述电流监视装置在检测状态返回时随放电电流减少的电压绝对值。
3．如权利要求1所述的充电/放电控制电路，其特征在于，所述电流监视装置包括一个检测电路，用于检测放电电流的增加；和一个返回检测电路，用于检测放电电流的减少。
4．如权利要求1所述的充电/放电控制电路，其特征在于，所述电流监视装置包括一个分压电路，用于把所述电压信息按任意比例进行分压；和一个检测电路，用于检测由所述分压电路分压的电压。
5．如权利要求1所述的充电/放电控制电路，其特征在于，所述电流监视装置包括：一个分压电路，用于把所述电压信息按任意比例进行分压；一个检测电路，用于检测由所述分压电路的分压而增加的放电电流；和一个返回检测电路，用于检测由所述分压电路的分压而减少的放电电流。
6．如权利要求4所述的充电/放电控制电路，其特征在于，用于按任意比例划分所述电压信息的分压电路能调整所述任意比例。
7．一种充电式电源装置，具有能充电和放电的一个蓄电池，一个电流限制装置，用于调节所述蓄电池的电流，和一个充电/放电控制电路，能够监视所述电流限制装置和能够监视在所述蓄电池外端子的正极和负极之间的电压和电流的任意一个或两个，其中所述充电/放电控制电路包括一个如权利要求1所述的充电/放电控制电路。
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