ITBO20100337A1 - Dispositivo di controllo di alimentatori stacked con anello a rilevamento duplicato - Google Patents
Dispositivo di controllo di alimentatori stacked con anello a rilevamento duplicato Download PDFInfo
- Publication number
- ITBO20100337A1 ITBO20100337A1 IT000337A ITBO20100337A ITBO20100337A1 IT BO20100337 A1 ITBO20100337 A1 IT BO20100337A1 IT 000337 A IT000337 A IT 000337A IT BO20100337 A ITBO20100337 A IT BO20100337A IT BO20100337 A1 ITBO20100337 A1 IT BO20100337A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- detection
- replication
- branch
- coupled
- module
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 67
- 230000010076 replication Effects 0.000 claims description 64
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000032364 Undersensing Diseases 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
- G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
- G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
- G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
- G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/569—Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/22—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
- H03K5/24—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude
- H03K5/2436—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using a combination of bipolar and field-effect transistors
- H03K5/2445—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using a combination of bipolar and field-effect transistors with at least one differential stage
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
DESCRIZIONE
CAMPO TECNICO DELL'NVENZIONE
La presente invenzione ? generalmente diretta a circuiti di monitoraggio per alimentatori di potenza e pi? specificamente ad un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con un anello di rilevazione-replica.
BACKGROUND DELL'NVENZIONE
Molti tipi di dispositivi e sistemi utilizzano alimentatori di potenza che sono sovrapposti in stack o accoppiati in serie. Per esempio, i veicoli elettrici spesso comprendono molteplici batterie al litio o altre batterie configurate in stack. Ogni batteria ? tipicamente progettata per fornire una tensione specificata (per esempio di circa 5 V) fino a una tensione massima (per esempio di circa 5,5 V), In uno stack di dodici batterie, lo stack potrebbe essere progettato per fornire una tensione di circa 60 V. Pu? rendersi necessario o essere auspicabile misurare la tensione tra singole batterie dello stack. Questo pu? risultare utile, per esempio, per controllare la carica o la scarica di singole batterie dello stack. Tuttavia, le batterie vicine alla sommit? dello stack possono avere tensioni significativamente pi? alte (per esempio di circa 45 V - 55 V) e questo pu? rendere difficile misurare la tensione tra tali batterie.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Per una comprensione pi? approfondita della presente invenzione e delle sue caratteristiche, si far? ora riferimento alla seguente descrizione considerata congiuntamente ai disegni accompagnatori in cui:
la FIGURA 1 illustra un esempio di circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con un anello di rilevazione-replica secondo la presente invenzione;
la FIGURA 2 illustra un esempio di unit? di trimmer in un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con un anello di rilevazione-replica secondo la presente invenzione;
la FIGURA 3 illustra dettagli di un esempio di anello di rilevazione-replica in un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack secondo la presente invenzione;
la FIGURA 4 illustra ulteriori dettagli di un esempio di un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con un anello di rilevazione-replica secondo la presente invenzione;
le FIGURE 5 e 6 illustrano altri esempi di circuiti di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con anelli di rilevazione-replica secondo la presente invenzione; e
la FIGURA 7 illustra un metodo esemplificativo per monitorare un alimentatore di potenza in un sistema di alimentatori di potenza in stack utilizzando un anello di rilevazione-replica secondo la presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Le FIGURE da 1 a 7 discusse nel seguito e le varie forme realizzative utilizzate per descrivere i principi della presente invenzione in questo documento di brevetto sono esclusivamente a scopo di illustrazione e non devono in alcun modo essere interpretate come atte a limitare l?ambito di tutela della presente invenzione. Gli esperti del settore comprenderanno che i principi dell?invenzione possono essere applicati in qualsiasi tipo di dispositivo o sistema idoneamente configurato.
La FIGURA 1 illustra un esempio di circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack 100 con un anello di rilevazionereplica secondo la presente invenzione. Come illustrato in FIGURA 1, il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 comprende o ? utilizzato congiuntamente a uno stack di alimentatori di potenza 102a-102n. Gli alimentatori di potenza 102a-102n rappresentano qualsiasi sorgente di potenza idonea, come batterie (per esempio al litio o altri tipi di batterie), supercondensatori, pile a combustibile o altri generatori di tensione. Un numero qualsiasi di alimentatori di potenza possono essere accoppiati in serie per formare lo stack, per esempio dodici batterie al litio in un veicolo elettrico.
Il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 misura una tensione di ingresso ?VIN ai capi di almeno uno degli alimentatori di potenza (in questo caso l?alimentatore di potenza 102m) dello stack. Per esempio, la tensione continua su ciascun alimentatore di potenza 102a-102n potrebbe raggiungere un massimo di circa 5,5V, mentre la tensione massima sulla sommit? dello stack potrebbe essere di circa 60 V. In generale, il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 opera generando una corrente di rilevazione attraverso un modulo di rilevazione tensione-corrente 104 sulla base della tensione AVIN ai capi del?alimentatore di potenza 102m e specchiando tale corrente di rilevazione in un modulo di replica tensione-corrente 106 mediante l?uso di un preciso specchio di corrente legato a una linea di tensione di alimentazione negativa (per esempio di circa -5 V). Il modulo di replica 106 ? identico o sostanzialmente identico nella struttura al modulo di rilevazione 104.
Come sopra osservato, la tensione suU?alimentatore di potenza sotto rilevazione potrebbe essere elevata, per esempio pari o superiore a circa 60 V. In questo esempio, il modulo di replica 106 ha uno dei suoi terminali accoppiati alla massa e una tensione di uscita VOUT sull?altro suo terminale. Il modulo di replica 106 genera una corrente di rilevazione sulla base della tensione VOUT, e il circuiteria del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 opera per forzare le correnti di rilevazione ad eguagliarsi, cos? forzando la tensione di uscita VOUT ad almeno sostanzialmente eguagliare la tensione di ingresso AV?N. Ne consegue che il modulo di replica 106 produce una misura della tensione AVIN ai capi dell?alimentatore di potenza sotto misurazione, dove tale tensione di uscita VOUT ? riferita alla massa.
In questo esempio, il modulo di rilevazione 104 comprende un ramo sinistro contenente un diodo 108 e transistori metallo-ossidosemiconduttore a canale n (NMOS) 110-112. Il modulo di rilevazione 104 comprende anche un ramo destro contenente un resistore 114, un transistore bipolare 116 e un transistore metallo-ossido-semiconduttore a canale p (PMOS) 118, Il ramo sinistro del modulo di rilevazione 104 ? accoppiato ad un terminale di tensione inferiore dellalimentatore di potenza 102m sotto misurazione. Il ramo destro del modulo di rilevazione 104 ? accoppiato ad un terminale di tensione superiore dell 'alimentatore di potenza 102m sotto misurazione. Il modulo di replica 106 ha una struttura analoga con un ramo sinistro contenente un diodo 120 e transistori NMOS 122-124 e un ramo destro contenente un resistore 126, un transistore bipolare 128 e un transistore PMOS 130. Il ramo sinistro del modulo di replica 106 ? accoppiato alla massa, e il ramo destro del modulo di replica 106 ? accoppiato a un?uscita del circuito di monitoraggio 100. In particolari forme realizzative, i componenti 108-118 e i corrispondenti componenti 120-130 dei moduli 104-106 sono matchati, e i componenti sono configurati utilizzando un approccio centroide comune.
Ognuno dei diodi 108, 120 comprende qualsiasi struttura idonea per sostanzialmente limitare il flusso di corrente in una direzione, per esempio un transistore collegato a diodo. Ogni transistore NMOS 110-112, 122-124 comprende qualsiasi transistore MOSFET a canale n idoneo. Ogni resistore 114, 126 comprende qualsiasi struttura resistiva idonea avente qualsiasi resistenza idonea, per esempio un resistore da IMO. Ogni transistore bipolare 116, 128 comprende qualsiasi struttura a transistore bipolare idonea, per esempio un transistore PNP. Ogni transistore PMOS 118, 130 comprende qualsiasi transistore MOSFET a canale p idoneo.
Il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 pu? anche comprendere uno o pi? stadi cascode 132a-132d. Gli stadi cascode 132a-132d generalmente operano per ridurre la tensione alla quale i segnali emessi dal modulo di rilevazione 104 sono riferiti. Ogni stadio cascode 132a-132d essenzialmente assorbe la tensione di uno o pi? degli alimentatori di potenza 102a-102n. In tal modo, possono essere utilizzati transistori di bassa tensione negli stadi cascode 132a-132d e pu? essere gestita l?ampia tensione di modo comune (rispetto alla massa) che ? presente pi? in alto nello stack. Possono essere utilizzati un numero qualsiasi di stadi cascode 132a-132d, incluso un singolo stadio cascode, molteplici stadi cascode o zero stadi cascode. Come esempio particolare, ogni alimentatore di potenza 102a-102n potrebbe essere accoppiato a uno stadio cascode associato.
Ogni stadio cascode 132a-132d comprende qualsiasi struttura cascode idonea. Come sopra osservato, in alcune forme realizzative, gli stadi cascode 132a-132d possono comprendere transistori di bassa tensione. In forme realizzative particolari, gli stadi cascode 132a-132d sono formati utilizzando una struttura di silicio su isolatore (SOI, silicon-on-insulator) in cui tutti i transistori cascode sono isolati da un substrato di silicio con diossido di silicio o altro(i) materiale(i) dieie ttrico(i). Questo permette di utilizzare un processo SOI a bassa tensione negli stack in cui la tensione di modo comune sulla sommit? dello stack ? pari o superiore a circa 60 V. In altre forme realizzative, potrebbe essere utilizzato un processo di fabbricazione ad alta tensione per realizzare il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100.
Il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 inoltre comprende un generatore di corrente 134 che genera una corrente che percorre un transistore 136, Per esempio, il generatore di corrente 134 potrebbe generare una piccola corrente, per esempio una corrente inferiore a ???. La corrente attraverso il transistore 136 ? specchiata attraverso i transistori 138-140 che sono accoppiati ai rami di sinistra del modulo di rilevazione 104 e del modulo di replica 106, rispettivamente. Le correnti nei rami di sinistra del modulo di rilevazione 104 e del modulo di replica 106 possono rappresentare correnti di riferimento utilizzate per misurare la tensione ?VIN e generare la tensione VOUT. I rami di destra del modulo di rilevazione 104 e del modulo di replica 106 sono rispettivamente accoppiati ai transistori 142-144. La corrente attraverso il ramo destro del modulo di rilevazione 104 e il transistore 142 rappresenta la corrente di rilevazione, e questa corrente di rilevazione ? specchiata attraverso il transistore 144 e il ramo destro del modulo di replica 106. La corrente di rilevazione specchiata crea la tensione di uscita VOUT nel ramo destro del modulo di replica 106. Il generatore di corrente 134 comprende qualsiasi struttura idonea per generare una corrente. Ogni transistore 136-144 comprende qualsiasi struttura di transistore idonea, come un transistore bipolare NPN.
I resistori 146-154 sono accoppiati in serie ai transistori 136-144, rispettivamente. I resistori 146-154 sono accoppiati anche a una linea di tensione inferiore VM che potrebbe rappresentare una tensione negativa. I resistori 146-150 sono resistori di degenerazione per lo specchio di corrente formato dai transistori 136-140, e i resistori 152-154 sono resistori di degenerazione per lo specchio di corrente formato dai transistori 142-144. Ogni resistore 146-154 comprende qualsiasi struttura resistiva idonea avente qualsiasi resistenza idonea. Per esempio, ognuno dei resistori 146-150 potrebbe rappresentare un resistere da 420 kO, e ognuno dei resistori 152-154 potrebbe rappresentare un resistere da 260 k?. Si osservi, tuttavia, che i resistori 146-154 potrebbero essere omessi (sostituiti da fili conduttori diritti).
Il ramo destro del modulo di replica 106 ? accoppiato all'ingresso invertente di un amplificatore operazionale 156. L?ingresso non invertente dellamplificatore operazionale 156 ? accoppiato a un generatore di tensione 158 che fornisce una tensione sostanzialmente costante allamplificatore operazionale 156. In questo esempio, la tensione sostanzialmente costante ? generalmente uguale alla tensione sulla linea di tensione inferiore VM pi? la tensione fornita dal generatore di tensione 158. L?uscita dell'amplificatore operazionale 156 ? accoppiata all?uscita VOUT del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100, formando un anello di retroazione negativa. L?amplificatore operazionale 156 comprende qualsiasi struttura di amplificatore idonea. Il generatore di tensione 158 comprende qualsiasi struttura idonea per fornire una tensione.
Secondo un aspetto del funzionamento, il modulo di rilevazione 104 converte la tensione di ingresso ?VIN (la tensione dell?alimentatore di potenza sotto misurazione) in una corrente. Il modulo di replica 106 converte la tensione di uscita VOUT in una corrente nella stessa maniera del modulo di rilevazione 104. Le due correnti sono comparate utilizzando l?amplificatore 156, e la differenza ? amplificata. A causa dell?anello di retroazione negativa, il circuito si stabilisce in una condizione in cui le due correnti sono sostanzialmente uguali, forzando la tensione di ingresso AVIN a sostanzialmente eguagliare la tensione di uscita VouT? La conversione della tensione di ingresso AVIN in una corrente permette di instradare la corrente attraverso uno o pi? stadi cascole 132a-132d per trasformare gradualmente il segnale da una tensione di modo comune elevata (per esempio circa 60 V) ad un potenziale prossimo a quello di massa.
In questo esempio, il generatore di corrente 134 fornisce una corrente che percorre il transistore 136 e che ? specchiata attraverso i transistori 138-140. Le correnti specchiate percorrono i rami di sinistra del modulo di rilevazione 104 e del modulo di replica 106 per fornire riferimenti per i moduli 104-106. Tuttavia, le resistenze dei resistori 148-150 possono essere leggermente diverse, per esempio a causa di variazioni nel processo produttivo. La differenza, anche se minima, pu? generare una differenza tra le correnti di riferimento che percorrono i resistori 148-150. Un?unit? di trimmer di offset 160 ? utilizzata per regolare almeno uno dei resistori 148-150, per esempio posizionando una resistenza in parallelo con uno dei resistori 148-150 per regolare la resistenza di quel resistore 148-150. Questo pu? contribuire a ridurre o eliminare uno sbilanciamento (offset) tra la tensione di ingresso AVIN e la tensione di uscita VOUT. L?unit? di trimmer di offset 160 comprende qualsiasi struttura idonea per tarare o regolare una resistenza di almeno un resistore. Un esempio di forma realizzativa dell?unit? di trimmer di offset 160 ? illustrata in FIGURA 2 e descritta nel seguito.
La corrente di rilevazione che percorre il ramo destro del modulo di rilevazione 104 ? proporzionale alla tensione di ingresso ?VIN.
Tale corrente di rilevazione percorre il transistore 142 ed ? specchiata attraverso il transistore 144, La corrente di rilevazione attraverso il transistore 144 genera la tensione di uscita VOUT, che ? riferita alla massa. Tuttavia, pu? esistere un errore di guadagno dovuto a qualsiasi disuguaglianza (mismatch) tra le resistenze dei resistori 152-154, Idealmente, i resistori 152-154 sono perfettamente matchati e la tensione di uscita VOUT eguaglia la tensione di ingresso ?VIN. Se ? presente una disuguaglianza tra i resistori, VouT=ax?ViN, dove il valore di a ? prossimo ma non uguale a uno. La grandezza della differenza tra a e uno dipende dall?entit? della disuguaglianza tra i resistori. Per contribuire a compensare tale condizione, ? utilizzata un?unit? di trimmer di guadagno 162 per tarare almeno uno dei resistori 152-154, per esempio posizionando una resistenza in parallelo con uno dei resistori 152-154 per regolare la resistenza di quel resistere 152-154. Questo pu? contribuire a ridurre o eliminare Terrore di guadagno provocato dalla disuguaglianza tra i resistori 152-154. L?unit? di trimmer 162 comprende qualsiasi struttura idonea per tarare o regolare una resistenza di almeno un resistere. Un esempio di forma realizzativa dell?unit? di trimmer di guadagno 162 ? illustrato in FIGURA 2 (poich? le unit? di trimmer di offset e di guadagno 160-162 potrebbero entrambi avere strutture identiche o analoghe).
La linea (rail) di tensione inferiore VM pu? fornire una tensione negativa a vari componenti del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100. Per esempio, i resistori 146-154 e le unit? di trimmer di guadagno 160-162 potrebbero essere accoppiate alla linea di tensione inferiore VM. La linea di tensione inferiore VM potrebbe fornire qualsiasi tensione negativa idonea, per esempio di circa -5V. Tale tensione potrebbe essere generata o altrimenti fornita da qualsiasi generatore idoneo, per esempio una pompa di carica.
Una caratteristica aggiuntiva del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 ? costituita dal fatto che supporta una modalit? di arresto (shut-down) del funzionamento in cui la corrente attraverso il ramo destro del modulo di rilevazione 104 scende a livelli di corrente di dispersione (leakage) (per esempio a livelli inferiori a ???). La modalit? di arresto pu? essere attivata interrompendo una corrente che polarizza i diodi 108, 120 (per esempio quando i diodi sono realizzati utilizzando transistori bipolari). Questo pu? contribuire a ridurre significativamente le perdite di energia provocate dal circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100.
Sebbene la FIGURA 1 illustri un solo esempio di circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack 100 con un anello di rilevazione- replica, varie modifiche possono essere apportate alla FIGURA 1. Per esempio, nell?esempio illustrato in FIGURA 1, il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 ? configurato per misurare la tensione ai capi dei singoli alimentatori di potenza 102a-102n. Tuttavia, vari componenti illustrati in FIGURA 1 possono essere replicati e utilizzati per misurare le tensioni tra molteplici alimentatori di potenza 102a-102n. A titolo di esempio in particolare, l?intero circuito illustrato in FIGURA 1 potrebbe essere replicato per ogni alimentatore di potenza di uno stack. Come descritto in maggior dettaglio nel seguito, tuttavia, altre tecniche possono essere utilizzate per ridurre il numero di componenti replicati. Inoltre, un singolo modulo di rilevazione e un singolo modulo di replica potrebbero essere utilizzati per misurare la tensione tra molteplici alimentatori di potenza, per esempio due o pi? batterie. Inoltre, sebbene particolari elementi del circuito siano illustrati in FIGURA 1, qualsiasi circuiteria idoneo potrebbe essere utilizzato per svolgere funzioni identiche o analoghe a quelle sopra descritte. Per esempio, la FIGURA 1 specchia la corrente dal ramo destro del modulo di rilevazione 104 nel ramo destro del modulo di replica 106, e lanello di retroazione opera per rendere uguali queste correnti. Tuttavia, potrebbero essere utilizzati altri approcci di controllo, per esempio quando la corrente dal ramo destro del modulo di replica 106 ? specchiata nel ramo destro del modulo di rilevazione 104. Queste correnti potrebbero essere anche instradate attraverso resistenze matchate per la generazione di tensioni, e Fanello di retroazione potrebbe comparare tali tensioni. Inoltre, i rami di sinistra dei moduli 104-106 potrebbero essere omessi, e ogni modulo 104-106 potrebbe comprendere un singolo transistore PMOS e un singolo resistore. Il gate del transistore PMOS potrebbe essere collegato al terminale negativo delFalimentatore di potenza sotto misurazione. Il source del transistore PMOS pu? essere collegato a un singolo terminale del resistere, e il secondo terminale del resistore pu? essere collegato al terminale positivo delFalimentatore di potenza. Il drain del transistore PMOS pu? fornire una corrente di uscita.
La FIGURA 2 illustra un esempio di unit? di trimmer 200 in un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con un anello di rilevazione-replica secondo la presente invenzione. L?unit? di trimmer 200 potrebbe essere utilizzata, per esempio, come unit? di trimmer di offset 160 o come unit? di trimmer di guadagno 162 del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 della FIGURA 1.
Come illustrato in FIGURA 2, l?unit? di trimmer 200 comprende molteplici resistori 202a-202m accoppiati in parallelo. Ogni resistore 202a-202m comprende qualsiasi struttura resistiva idonea avente qualsiasi resistenza idonea. In questo esempio, i resistori 202a-202m aumentano in modo binario da sinistra a destra, dove ogni resistore successivo ha una resistenza che ? doppia rispetto siila resistenza del resistore precedente.
L?unit? di trimmer 200 comprende anche molteplici commutatori 204a-204m, dove ogni commutatore 204a~204m ? accoppiato in serie con uno dei resistori 202a-202m. I commutatori 204a-204m operano per controllare quali resistori 202a-202m sono utilizzati per tarare un resistore esterno. Per esempio, quando otto commutatori 204a-204m sono accoppiati a otto resistori binari 202a-202m come illustrato in FIGURA 2, l?unit? di trimmer 200 pu? generare 255 resistenze particolari aprendo e/o chiudendo i vari commutatori 204a-204m per generare diverse combinazioni di resistori 202a-202m. Ogni commutatore 204a-204m comprende qualsiasi dispositivo di commutazione idoneo, come un transistore.
Due commutatori aggiuntivi 206-208 controllano quale resistore esterno ? tarato dall?unit? di trimmer 200. Una prima coppia di terminali 210a-210b ? accoppiata al primo resistore esterno che pu? essere tarato dall?unit? di trimmer 200. Una seconda coppia di terminali 212a-212b ? accoppiata al secondo resistore esterno che pu? essere tarato dall?unit? di trimmer 200. Per esempio, come illustrato in FIGURA 1, l?unit? di trimmer di offset 160 ? accoppiato al resistore 148 a sinistra e al resistore 150 a destra. Uno dei commutatori 206-208 pu? essere aperto e l?altro chiuso per controllare quale dei resistori 148-150 ? tarato dai resistori 202a-202m. Analogamente, l?unit? di trimmer di guadagno 162 in FIGURA 1 ? accoppiato al resistore 152 a sinistra e al resistore 154 a destra. Uno dei commutatori 206-208 pu? essere aperto e l?altro chiuso per controllare quale dei resistori 152-154 ? tarato dai resistori 202a-202m, Ogni commutatore 206-208 comprende qualsiasi dispositivo di commutazione idoneo, come un transistore. Ogni terminale 210a-210b, 212a-212b comprende qualsiasi struttura idonea per l?accoppiamento a un dispositivo o circuito esterno.
In questa unit? di trimmer 200, uno o pi? dei resistori 202a-202m possono essere accoppiati in parallelo a uno dei molteplici resistori esterni. I resistori specifici 202a-202m utilizzati per tarare il resistore esterno sono controllati dai commutatori 204a-204m, Accoppiando questo(i) resistore(i) 202a-202m in parallelo con il resistore esterno si riduce la resistenza complessiva (a causa della formula della resistenza parallela standard I/R1+. 1 /RN= 1 /RTOTAL). Il resistore esterno specifico tarato ? controllato dai commutatori 206-208. Per esempio, pu? essere identificato il resistore esterno con la resistenza pi? alta e pu? essere chiuso il commutatore 206-208 associato a quel resistore. Questo permette la taratura per ridurre la resistenza pi? alta in modo da renderla pari o sostanzialmente prossima alla resistenza inferiore dell?altro resistore esterno. In altre forme realizzative, uno o pi? resistori 202a-202m potrebbero essere accoppiati in serie con il resistore esterno inferiore per aumentare la resistenza di quel resistore esterno.
In alcune forme realizzative, l?unit? di trimmer 200 forma un convertitore digitale-analogico (DAC). Il DAC pu? convertire un valore di ingresso digitale in una resistenza analogica corrispondente. In particolari forme realizzative, l?unit? di trimmer 200 riceve un valore di ingresso digitale a nove bit, come un valore a otto bit e un valore di segno a un bit. Il valore di segno a un bit pu? essere utilizzato per controllare i commutatori 206-208, per esempio utilizzando il valore di segno per controllare il commutatore 206 e un valore di segno invertito per controllare il commutatore 208. Il valore a otto bit pu? essere utilizzato per controllare gli otto commutatori 202a-202m in FIGURA 2.
Sebbene la FIGURA 2 illustri un solo esempio di una unit? di trimmer 200 in un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con un anello di rilevazione-replica, vari cambiamenti possono essere apportati alla FIGURA 2. Per esempio, l?unit? di trimmer 200 potrebbe comprendere qualsiasi numero di resistori 202a-202m e commutatori 204a-204m. Inoltre, mentre ogni resistore 202a-202m ? illustrato come un resistore singolo, un resistore 202a-202m potrebbe rappresentare molteplici resistori in serie e/o in parallelo. In aggiunta, unit? di trimmer separate potrebbero essere accoppiate per separare resistori esterni (eliminando l?uso dei commutatori 206-208) e una o molteplici unit? di trimmer possono operare per rendere sostanzialmente uguali le resistenze di quei resistori esterni.
La FIGURA 3 illustra i particolari di un esempio di anello di rilevazione-replica 300 in un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack secondo la presente invenzione. In questo esempio, l?anello di rilevazione-replica 300 comprende un modulo di rilevazione 304 e un modulo di replica 306. Il modulo di rilevazione 304 comprende un transistore collegato a diodo 308, e il modulo di replica 306 comprende un transistore collegato a diodo 320. Ogni transistore 308, 320 rappresenta un transistore PNP bipolare avente il proprio emettitore accoppiato alla propria base. Inoltre, i resistori 314 e 326 nei moduli di rilevazione e replica 304-306 sono qui illustrati come regolabili o variabili. I resistori 314 e 326 potrebbero essere regolati per eseguire una taratura di guadagno grossolana, mentre la taratura di guadagno fine potrebbe essere eseguita utilizzando l'unit? di trimmer di guadagno 162, I transistori 316 e 328 sono anch?essi inclusi nei moduli di rilevazione e replica 304-306.
I rami di sinistra dei moduli di rilevazione e replica 304-306 sono accoppiati a generatori di corrente 338-340, rispettivamente. I generatori di corrente 338-340 potrebbero rappresentare transistori che formano specchi di corrente, come i transistori 138-140 illustrati in FIGURA 1. Idealmente, le correnti di riferimento I che percorrono i rami di sinistra dei moduli 304-306 e i generatori di corrente 338-340 sono uguali. Tuttavia, l?unit? di trimmer di offset 160 pu? essere utilizzata per contribuire a rendere le correnti di riferimento I identiche o sostanziali uguali.
I rami di destra dei moduli di rilevazione e replica 304-306 sono accoppiati ai transistori 342-344, rispettivamente. Tali transistori 342-344 sono accoppiati a resistori 352-354, rispettivamente. La tensione ?Vm tra i terminali di ingresso INm e INP del modulo di rilevazione 304 genera una corrente di rilevazione ISENSE attraverso il ramo destro del modulo di rilevazione 304. La corrente di rilevazione ISENSE ? specchiata attraverso il ramo destro del modulo di replica 306 dai transistori 352-354, generando la tensione di uscita VOUT. Idealmente, le correnti di rilevazione ISENSE che percorrono i rami di destra dei moduli 304-306 sono uguali. Tuttavia, l?unit? di trimmer di guadagno 162 (eventualmente insieme alla resistenze regolabili 314 e 326) pu? essere utilizzata per contribuire a rendere le correnti di rilevazione ISENSE identiche o sostanzialmente uguali.
In particolari forme realizzative, la corrente di rilevazione ISENSE nel modulo di rilevazione 304 potrebbe essere espressa come:
dove INp e INm indicano le tensioni dei terminali di ingresso del modulo di rilevazione 304 (dove INp>INm). Inoltre, VCB e VBE indicano la tensione collettore -base e la tensione base-emettitore del transistore 316, e R indica la resistenza del resistere 314. La tensione collettorebase del transistore 316 potrebbe essere espressa come:
dove VT indica la tensione di soglia del transistore 316, e I indica la corrente di riferimento attraverso il ramo sinistro del modulo di rilevazione 304. La resistenza R e il rapporto I/ISENSE possono entrambi essere regolati utilizzando l?unit? di trimmer 162 {e opzionalmente i resistori regolabili 314 e 326).
Come sopra osservato, il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 pu? operare in una modalit? di arresto (shut-down) del funzionamento per conservare energia. La modalit? di arresto pu? essere attivata interrompendo una corrente che polarizza i transistori collegati a diodo 308 e 320. Quando la corrente di polarizzazione ? rimossa, la corrente di base di ogni transistore 308 o 320 alza la sua tensione di base finch? la tensione base-emettitore del diodo scende a zero, il diodo si spegne, e nessuna corrente ? inviata ad uno specchio di corrente inferiore nel circuito. In questo esempio di forma realizzativa, ogni transistore 308, 320 ? un transistore bipolare PNP che forma un diodo, dove la giunzione che forma il diodo ? la giunzione base-collettore del transistore PNP. La giunzione basecollettore di un transistore PNP pu? tollerare alte tensioni di polarizzazione inversa (come tensioni di polarizzazione inversa di 5,5 V).
Sebbene la FIGURA 3 illustri i dettagli di un solo esempio di anello di rilevazione-replica 300 in un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack, alla FIGURA 3 possono essere apportate varie modifiche. Per esempio, i moduli di rilevazione e replica potrebbero essere realizzati in qualsiasi altra maniera idonea.
La FIGURA 4 illustra dettagli aggiuntivi di un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack a titolo esemplificativo con un anello di rilevazione-replica secondo la presente invenzione. In particolare, la FIGURA 4 illustra un esempio di realizzazione dei componenti illustrati mediante linee tratteggiate in FIGURA 3. Tali componenti comprendono generatori e specchi di corrente, un amplificatore operazionale e unit? di trimmer.
I resistori cerchiati rappresentano i resistori tarati utilizzando unit? di trimmer di offset e guadagno fine (pu? esserci un guadagno grossolano utilizzando i resistori variabili illustrati in FIGURA 3). La coppia sinistra di terminali pu? essere accoppiata al modulo di rilevazione 304, e la coppia destra dei terminali pu? essere accoppiata al modulo di replica 306. La linea di tensione VM indica la linea di alimentazione inferiore (per esempio di circa -5V). Una linea di tensione Vp indica una linea di alimentazione superiore che potrebbe rappresentare qualsiasi tensione idonea a seconda dell?applicazione (per esempio di circa 5V). In aggiunta, la tensione di uscita VOUT illustrata in FIGURA 4 pu? essere accoppiata ad uno dei terminali INP del modulo di replica 304 come illustrato in FIGURA 3.
Sebbene la FIGURA 4 illustri dettagli aggiuntivi di un solo esempio di circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con un anello di rilevazione-replica, varie modifiche possono essere apportate alla FIGURA 4. Per esempio, un amplificatore operazionale potrebbe essere realizzato in qualsiasi maniera idonea. Inoltre, i segnali di controllo per le unit? di trimmer di offset e guadagno fine potrebbero essere generati o ricevuti da qualsiasi generatore idoneo, come un controllore esterno.
Le FIGURE 5 e 6 illustrano altri circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack esemplificativi con anelli di rilevazionereplica secondo la presente invenzione. In FIGURA 5, un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack 500 comprende o ? utilizzato in combinazione con uno stack di alimentatori di potenza 502a-502n. il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 500 comprende moduli di rilevazione e replica 504-506 per misurare una tensione tra almeno uno degli alimentatori di potenza (in questo caso lalimentatore di potenza 502m). Ognuno dei moduli 504-506 ? illustrato come comprendente un diodo nel suo ramo sinistro e un resistore e un transistore bipolare PNP nel suo ramo destro. I moduli 504-506 potrebbero, tuttavia, avere una qualsiasi delle strutture descritte sopra.
Il modulo di rilevazione 504 ? accoppiato a zero o pi? stadi cascode 532. Ogni stadio cascode 532 comprende un transistore NMOS a sinistra e un transistore PMOS a destra. In questo esempio, ogni stadio cascode 532 potrebbe essere polarizzato da uno degli alimentatori di potenza sotto misurazione utilizzando il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 500. In altre parole, i transistori in ogni stadio cascode 532 potrebbero essere accoppiati ad uno degli alimentatori di potenza sotto misurazione. In questo esempio, la corrente di polarizzazione nel ramo sinistro dello stadio cascode 532 ? prelevata da sotto (per esempio da uno stadio cascode inferiore), cosicch? il ramo sinistro utilizza un transistore NMOS. Inoltre, il modulo di rilevazione 504 spinge attivamente una corrente di rilevazione nel ramo destro dello stadio cascode 532, cosicch? il ramo destro utilizza un transistore PMOS. Le rimanenti strutture 534-562 possono essere uguali o analoghe ai corrispondenti componenti sopra descritti e illustrati FIGURA 1 .
In questo esempio, i moduli di rilevazione e replica 504-506 misurano la tensione ai capi di un singolo alimentatore di potenza 502m. Tuttavia, i moduli di rilevazione e replica 504-506 possono essere duplicati per altri alimentatori di potenza da monitorare (eventualmente per ogni singolo alimentatore di potenza). In altre parole, i moduli di rilevazione e replica 504-506 illustrati in FIGURA 5 sono utilizzati per monitorare l?alimentatore di potenza 502m. Analoghi moduli di rilevazione e replica 504-506 potrebbero essere utilizzati per monitorare ognuno degli altri alimentatori di potenza dello stack.
In FIGURA 5, i componenti 534-562 non devono necessariamente (anche se ovviamente potrebbero) essere replicati per ogni alimentatore di potenza da monitorare. Invece, un multiplexer di rilevazione 564 ? accoppiato a molteplici moduli di rilevazione 504. Il multiplexer di rilevazione 564 ? utilizzato per controllare quale modulo di rilevazione 504 ? accoppiato agli altri componenti 534-562 del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 500. Analogamente, un multiplexer di replica 566 ? accoppiato a molteplici moduli di replica 506. I multiplexer di replica 566 sono utilizzati per controllare quale modulo di replica 506 ? accoppiato agli altri componenti 534-562 del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 500.
Controllando i multiplexer 564-566, ? possibile misurare la tensione tra un singolo alimentatore di potenza (o un gruppo di alimentatori di potenza) utilizzando uno dei molteplici moduli di rilevazione e uno dei molteplici moduli di replica. Questo potrebbe permettere a un controllore esterno, per esempio, di controllare i multiplexer 564-566 in modo tale che gli alimentatori di potenza dello stack siano monitorati in sequenza o in qualsiasi altro ordine idoneo. L?uso dei multiplexer 564-566 pu? contribuire a ridurre la circuiteria necessaria per monitorare gli alimentatori di potenza multipli, riducendo le dimensioni e il costo del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 500. Ogni multiplexer 564-566 comprende qualsiasi struttura idonea per ricevere molteplici segnali di ingresso e selettivamente emettere un sottoins?eme di tali segnali di ingresso.
Si osservi che la FIGURA 5 illustra un esempio di tecnica per condividere la circuiteria per monitorare la tensione ai capi di diversi alimentatori di potenza. Potrebbero essere utilizzate anche altre tecniche. Per esempio, un multiplexer potrebbe essere inserito tra il modulo di rilevazione 504 e gli alimentatori di potenza 502a-502n, dove il multiplexer controlla quale alimentatore di potenza ? accoppiato al modulo di rilevazione 504. In queste forme realizzative, possono essere utilizzati un solo modulo di rilevazione 504 e un solo modulo di replica 506, bench? il multiplexer possa richiedere l?uso di transistori MOSFET ad alta tensione o altre strutture.
In FIGURA 6, un circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack 600 comprende un modulo di rilevazione 604 e un modulo di replica 606. Tali moduli 604-606 potrebbero essere uguali o analoghi a qualsiasi modulo di rilevazione/ replica sopra descritto. Il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 600 comprende anche zero o pi? stadi cascode 632. Un generatore di corrente 634 e transistori 636-640 generano una corrente di riferimento attraverso il ramo sinistro del modulo di rilevazione 604 e il ramo destro del modulo di replica 606.
In questo particolare esempio, i transistori 642-644 non sono accoppiati agli altri rami dei moduli di rilevazione e replica 604-606. Al contrario, il circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 600 qui utilizza un design a cascode ripiegato (folded). Un resistere 670, un transistore bipolare PNP 672 e un generatore di corrente 674 sono accoppiati in serie tra la linea di tensione Vp e la massa. Inoltre, un resistere 676, un transistore bipolare PNP 678 e un transistore PMOS 680 sono accoppiati in serie tra la linea di tensione Vp e il transistore 642. Inoltre, un resistere 682, un transistore bipolare PNP 684 e un transistore NMOS 686 sono accoppiati in serie tra la linea di tensione Vp e il transistore 644. In aggiunta, il transistore 684 ? accoppiato a un amplificatore 688 (per esempio un amplificatore di Classe AB) che pilota un transistore PMOS 690 e un transistore NMOS 692. I transistori 680 e 686 potrebbero essere replicati uno o pi? volte per formare stadi cascode aggiuntivi nel design a cascode ripiegato. L?uscita nel design a cascode ripiegato ? generata tra i transistori 690-692, con accoppiamento anche al modulo di replica 606. Questa uscita rappresenta la tensione di uscita VOUT-I transistori 636, 638, 640, 642 e 644 sono accoppiati in serie ai resistori 646, 648a-648b, 650a-650b, 652a-652b e 654a-654b, rispettivamente. La resistenza di almeno uno dei resistori 648a~648b, 650a-650b pu? essere regolata utilizzando un?unit? di trimmer di offset. Analogamente, la resistenza di almeno uno dei resistori 652a-652b, 654a-654b pu? essere regolata utilizzando un?unit? di trimmer di guadagno. Le unit? di trimmer non sono illustrate in FIGURA 6 ma potrebbero avere una o pi? strutture qualsiasi, per esempio quella(e) sopra descritta(e) e illustrata(e) in FIGURA 2.
Sebbene le FIGURE 5 e 6 illustrino altri esempi di circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza in stack con anelli di rilevazione-replica, varie modifiche possono essere apportate alle FIGURE 5 e 6. Per esempio, vari componenti illustrati in FIGURA 6 possono essere replicati e utilizzati per misurare le tensioni tra altri alimentatori di potenza. Inoltre, mentre particolari elementi circuitali sono illustrati nelle FIGURE 5 e 6, qualsiasi circuiteria idonea potrebbe essere utilizzata per svolgere funzioni identiche o analoghe a quelle sopra descritte. In aggiunta, le caratteristiche illustrate come formanti uno o pi? dei circuiti di monitoraggio per alimentatori di potenza illustrati nelle FIGURE 1-6 potrebbero essere utilizzate in altri circuiti di monitoraggio per alimentatori di potenza illustrati nelle FIGURE 1-6.
La FIGURA 7 illustra un metodo esemplificativo 700 per monitorare un alimentatore di potenza in un sistema di alimentatori di potenza in stack utilizzando un anello di rilevazione-replica secondo la presente invenzione. Per facilitare la spiegazione, il metodo 700 ? descritto con riferimento al circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 illustrato in FIGURA 1. Tuttavia, lo stesso o un analogo metodo 700 potrebbe essere utilizzato con qualsiasi altro circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza idoneo.
I resistori in un circuito di monitoraggio di tensione sono tarati per ridurre (e idealmente eliminare) gli errori di offset e guadagno nel passaggio 702. Questo potrebbe comprendere, per esempio, laccoppiamento di una tensione di ingresso nota tra i terminali di ingresso del modulo di rilevazione 104 nel circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100. Questo potrebbe anche comprendere la taratura da parte dell?unit? di trimmer di offset 160 di almeno uno dei resistori 148-150 per ridurre o eliminare uno sbilanciamento (offset) tra la tensione di ingresso AVIN e la tensione di uscita VOUT. Questo potrebbe inoltre comprendere la taratura da parte dell?unit? di trimmer di guadagno 162 di almeno uno dei resistori 152-154 per ridurre o eliminare il guadagno tra la tensione di ingresso AVIN e la tensione di uscita VOUT. In aggiunta, questo potrebbe comprendere l?uso di una resistenza regolabile nei moduli di rilevazione e replica 104-106 per eseguire una taratura di guadagno grossolana, nonch? l?uso dell?unit? di trimmer di guadagno 162 per un?ulteriore taratura di guadagno fine.
II circuito di monitoraggio di tensione ? accoppiato ad un alimentatore di potenza in stack nel passaggio 704. Questo potrebbe comprendere, per esempio, l?accoppiamento dei terminali del modulo di rilevazione 104 nel circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 ad almeno uno degli alimentatori di potenza 102a-102n. Questo accoppiamento potrebbe essere permanente o temporaneo. Per esempio, se ? utilizzato un multiplexer, questo accoppiamento potrebbe richiedere la configurazione del multiplexer per l?accoppiamento del circuito di monitoraggio per alimentatori di potenza 100 ad uno specifico degli alimentatori di potenza 102a-102n.
Una corrente di riferimento ? generata attraverso un primo ramo di una cella di rilevazione nel passaggio 706. Questo potrebbe comprendere, per esempio, la generazione da parte del generatore di corrente 134 di una ridotta corrente I che ? specchiata dal transistore 136 nel transistore 138 accoppiato al ramo sinistro del modulo di rilevazione 104, La corrente di riferimento ? specchiata in un primo ramo di una cella di replica nel passaggio 708. Questo potrebbe comprendere, per esempio, la specchiatura della corrente I utilizzando il transistore 140 accoppiato al ramo sinistro del modulo di replica 106.
Una corrente di rilevazione ? generata attraverso un secondo ramo della cella di rilevazione nel passaggio 710. Questo potrebbe comprendere, per esempio, la generazione di una corrente di rilevazione ISENSE che ? proporzionale alla tensione di ingresso AVIN tra i terminali di ingresso del modulo di rilevazione 104. La corrente di rilevazione ISENSE percorre il transistore 142. La corrente di rilevazione ? specchiata attraverso un secondo ramo della cella di replica nel passaggio 712. Questo potrebbe comprendere, per esempio, la specchiatura della corrente di rilevazione ISENSE attraverso il transistore 144 e il secondo ramo del modulo di replica 106.
Questo induce la generazione di una tensione di uscita riferita alla massa nel passaggio 714. Questo potrebbe comprendere, per esempio, la creazione da parte della corrente attraverso il secondo ramo del modulo di replica 106 di una tensione che ? fornita all?amplificatore 156. Questo potrebbe comprendere anche la generazione da parte dell?amplificatore 156 della tensione di uscita VOUT che ? uguale o sostanzialmente uguale alla tensione VIN tra l?alimentatore di potenza (o gli alimentatori di potenza) sotto monitoraggio.
Sebbene la FIGURA. 7 illustri un solo esempio di un metodo 700 per monitorare un alimentatore di potenza in un sistema di alimentatori di potenza in stack utilizzando un anello di rilevazionereplica, varie modifiche possono essere apportate alla FIGURA 7. Per esempio, sebbene siano illustrati come una serie di passaggi, vari passaggi in FIGURA 7 potrebbero sovrapporsi, attuarsi in parallelo, attuarsi molteplici volte o attuarsi in un diverso ordine. Inoltre, potrebbero essere omessi passaggi, per esempio quando i resistori sono precisamente matchati od omessi, cosicch? non sia necessaria o richiesta alcuna taratura.
Pu? essere vantaggioso riportare le definizioni di particolari termini ed espressioni di cui si ? fatto uso nel presente documento di brevetto. Il termine ?accoppiare? e i suoi derivati fanno riferimento a qualunque comunicazione diretta o indiretta tra due o pi? componenti, indipendentemente dal fatto che questi componenti siano o meno in contatto fisico tra loro. I termini ?include? e ?comprende? e i loro derivati hanno un significato di inclusione senza limitazione. Il termine ?o? ? inclusivo, avendo il significato di ?e/o?. Le espressioni ?associato a? e ?a ci? associato" e i loro derivati possono avere il significato di includere, essere incluso in, interconnettersi con, contenere, essere contenuto in, collegarsi a/ con, accoppiarsi a/ con, essere comunicante con, cooperare con, interporsi a, sovrapporsi a, essere prossimo a, essere legato a/ con, avere, avere propriet? di, avere relazione con, o analoghi significati. Il termine ?controllore? indica qualsiasi dispositivo, sistema o parte dello stesso che controlla almeno una operazione. Un controllore pu? essere realizzato come hardware, firmware, software o una combinazione di almeno due degli stessi. La funzionalit? associata a qualsiasi particolare controllore pu? essere centralizzata o distribuita, sia localmente sia in remoto.
Sebbene la presente invenzione descriva particolari forme realizzative e metodi generalmente associati, possibili modifiche e sostituzioni di queste forme realizzative e questi metodi appariranno evidenti agli esperti del settore. Analogamente, la suddetta descrizione delle forme realizzative esemplificative non definisce n? limita la presente invenzione. Altre modifiche, sostituzioni e variazioni sono possibili senza discostarsi dallo spirito e dalfambito della presente invenzione quali definiti nelle rivendicazioni seguenti.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. Apparato comprendente: un modulo di rilevazione configurato per essere accoppiato ad almeno un alimentatore di potenza, il modulo di rilevazione avendo un primo ramo; un modulo di replica avente un secondo ramo, il primo e secondo ramo avendo una struttura comune; e un anello di retroazione configurato per indurre una tensione di uscita tra i terminali del modulo di replica che sia almeno sostanzialmente uguale a una tensione di ingresso tra i terminali del modulo di rilevazione sulla base delle correnti di rilevazione de primo e secondo ramo, 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, comprendente ulteriormente: almeno uno stadio cascode accoppiato al modulo di rilevazione e configurato per ridurre una tensione alla quale sono riferiti uno o pi? segnali provenienti dal modulo di rilevazione. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui: il modulo di rilevazione comprende ulteriormente un terzo ramo; il modulo di replica comprende ulteriormente un quarto ramo, il terzo e quarto ramo avendo una seconda struttura comune; e l?apparato comprende ulteriormente una circuiteria di corrente di riferimento configurata per generare una corrente di riferimento in ognuno del terzo e quarto ramo. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, comprendente ulteriormente: una pluralit? di resistenze, ogni resistenza essendo accoppiata ad uno dei rami; e una o pi? unit? di trimmer configurata(e) per regolare almeno una delle resistenze. 5. Apparato secondo la rivendicazione 4, in cui: la pluralit? di resistenze comprende una prima resistenza accoppiata al primo ramo, una seconda resistenza accoppiata al secondo ramo, una terza resistenza accoppiata al terzo ramo e una quarta resistenza accoppiata al quarto ramo; e la almeno una unit? di trimmer comprende una prima unit? di trimmer configurata per regolare almeno una della prima e seconda resistenza e una seconda unit? di trimmer configurata per regolare almeno una della terza e quarta resistenza. 6. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui: il modulo di rilevazione comprende uno di molteplici moduli di rilevazione; il modulo di replica comprende uno di molteplici moduli di replica; e l?apparato inoltre comprende un primo multiplexer e un secondo multiplexer, il primo multiplexer essendo configurato per lemissione di segnali da uno dei moduli di rilevazione, e il secondo multiplexer essendo configurato per lemissione di segnali da uno dei moduli di replica. 7. Apparato secondo la rivendicazione 1, comprendente ulteriormente: uno stadio cascode ripiegato accoppiato al modulo di replica e configurato per generare la tensione di uscita. 8. Un sistema comprendente: una pluralit? di alimentatori di potenza accoppiati in serie; e un circuito di monitoraggio di alimentazione configurato per misurare una tensione tra almeno uno degli alimentatori di potenza, il circuito di monitoraggio di alimentazione comprendendo: un modulo di rilevazione avente un primo ramo accoppiato all?almeno un alimentatore di potenza; un modulo di replica avente un secondo ramo, il primo e secondo ramo avendo una struttura comune; e un anello di retroazione configurato per indurre una tensione di uscita tra i terminali del modulo di replica per renderla almeno sostanzialmente uguale ad una tensione di ingresso tra i terminali del modulo di rilevazione sulla base delle correnti di rilevazione del primo e secondo ramo. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui il circuito di monitoraggio di alimentazione inoltre comprende: almeno uno stadio cascode accoppiato al modulo di rilevazione e configurato per ridurre una tensione alla quale sono riferiti uno o pi? segnali provenienti dal modulo di rilevazione. 10. Metodo che comprende: la generazione di una corrente di rilevazione in un ramo di una cella di rilevazione sulla base di una tensione di uscita tra i terminali della cella di rilevazione; la generazione di una corrente di rilevazione in un ramo di una cella di replica sulla base di una tensione di uscita tra i terminali della cella di replica, in cui i rami delle celle di rilevazione e replica hanno una struttura comune; e Fuso delle correnti di rilevazione per indurre la tensione di uscita ad essere almeno sostanzialmente uguale alla tensione di ingresso.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000337A ITBO20100337A1 (it) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | Dispositivo di controllo di alimentatori stacked con anello a rilevamento duplicato |
| US13/086,156 US9250298B2 (en) | 2010-05-31 | 2011-04-13 | Stacked power supply monitor with sense-replica loop |
| JP2013513276A JP6085557B2 (ja) | 2010-05-31 | 2011-05-31 | 感知−レプリカループを備えたスタック電源モニタ |
| PCT/US2011/038603 WO2011153161A2 (en) | 2010-05-31 | 2011-05-31 | Stacked power supply monitor with sense-replica loop |
| CN201180026925.8A CN102918412B (zh) | 2010-05-31 | 2011-05-31 | 具有感测复制回路的堆叠的电源监控器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000337A ITBO20100337A1 (it) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | Dispositivo di controllo di alimentatori stacked con anello a rilevamento duplicato |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITBO20100337A1 true ITBO20100337A1 (it) | 2011-12-01 |
Family
ID=43740644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT000337A ITBO20100337A1 (it) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | Dispositivo di controllo di alimentatori stacked con anello a rilevamento duplicato |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9250298B2 (it) |
| JP (1) | JP6085557B2 (it) |
| CN (1) | CN102918412B (it) |
| IT (1) | ITBO20100337A1 (it) |
| WO (1) | WO2011153161A2 (it) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9797959B2 (en) * | 2013-11-19 | 2017-10-24 | Qualcomm Incorporated | Battery fuel gauges using FET segment control to increase low current measurement accuracy |
| CN106771519B (zh) * | 2016-12-14 | 2019-05-14 | 上海贝岭股份有限公司 | 电源电压检测电路 |
| JP6948572B2 (ja) * | 2018-04-26 | 2021-10-13 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 車載用の電圧検出回路 |
| US11817698B2 (en) | 2018-07-06 | 2023-11-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Battery management circuit, power storage device, and electric device |
| IT202200008768A1 (it) * | 2022-05-02 | 2023-11-02 | St Microelectronics Srl | Circuito convertitore a commutazione DC-DC multifase, circuito integrato di gestione dell’alimentazione e dispositivo di visualizzazione corrispondenti |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2322488A (en) * | 1997-02-21 | 1998-08-26 | Daimler Benz Ag | Battery monitor and circuit breaker |
| US6166549A (en) * | 1998-12-31 | 2000-12-26 | Daimlerchrysler Corporation | Electronic circuit for measuring series connected electrochemical cell voltages |
| DE102006036834A1 (de) * | 2005-08-05 | 2007-02-08 | Denso Corp., Kariya | Stromspiegelschaltung und diese aufweisende Konstantstromschaltung |
| FR2899340A1 (fr) * | 2006-03-31 | 2007-10-05 | Atmel Grenoble Soc Par Actions | Circuit de mesure et controle de tensions differentielles |
| US20080100266A1 (en) * | 2006-10-25 | 2008-05-01 | Denso Corporation | Semiconductor integrated circuit device |
| US20090179650A1 (en) * | 2007-09-14 | 2009-07-16 | Texas Instruments Incorporated | Cell voltage abnormality detector and cell voltage monitoring device for a multi-cell series battery |
| US20100289497A1 (en) * | 2009-05-15 | 2010-11-18 | Texas Instruments Incorporated | Multi-Cell Power System Controller |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3874150B2 (ja) * | 1999-04-23 | 2007-01-31 | 株式会社日立超エル・エス・アイ・システムズ | 二次電池保護回路 |
| ITVA20000031A1 (it) | 2000-09-07 | 2002-03-07 | St Microelectronics Srl | Rilevazione della corrente erogata ad un carico. |
| JP4210030B2 (ja) * | 2000-11-02 | 2009-01-14 | パナソニック株式会社 | 積層電圧計測装置 |
| US20050110464A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | Baker Howard S. | Fuel cell voltage monitoring system |
| US7683577B2 (en) * | 2005-03-07 | 2010-03-23 | O2Micro International Limited | Battery state monitoring circuitry with low power consumption during a stand-by-state of a battery pack |
| US7202730B2 (en) | 2005-05-04 | 2007-04-10 | Saft | Voltage to current to voltage cell voltage monitor (VIV) |
| KR101163457B1 (ko) * | 2006-02-24 | 2012-07-18 | 삼성전자주식회사 | 저전압 레귤레이티드 캐스코드 회로 및 이를 이용한 시모스아날로그 회로 |
| CN101606319B (zh) * | 2006-12-28 | 2012-06-20 | 日本电气株式会社 | 半导体集成电路器件和电源电压控制系统 |
| JP4983377B2 (ja) * | 2007-01-11 | 2012-07-25 | パナソニック株式会社 | 蓄電素子の電圧検出器 |
| JP2008178202A (ja) * | 2007-01-17 | 2008-07-31 | Omron Corp | キャパシタ充電制御回路 |
| JP5237685B2 (ja) * | 2008-05-09 | 2013-07-17 | パナソニック株式会社 | センサ装置 |
| US20100066378A1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-03-18 | Uti Limited Partnership | Current Mirror Potentiostat |
| US9091736B2 (en) * | 2009-01-06 | 2015-07-28 | Texas Instruments Incorporated | Systems and methods of battery cell anomaly detection |
| CN201821267U (zh) * | 2010-07-20 | 2011-05-04 | 周光友 | 一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的电路 |
| CN101867299B (zh) * | 2010-07-20 | 2012-03-21 | 周光友 | 一种用于开关电源反馈电压检测和采样保持的电路及方法 |
-
2010
- 2010-05-31 IT IT000337A patent/ITBO20100337A1/it unknown
-
2011
- 2011-04-13 US US13/086,156 patent/US9250298B2/en active Active
- 2011-05-31 CN CN201180026925.8A patent/CN102918412B/zh active Active
- 2011-05-31 JP JP2013513276A patent/JP6085557B2/ja active Active
- 2011-05-31 WO PCT/US2011/038603 patent/WO2011153161A2/en active Application Filing
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2322488A (en) * | 1997-02-21 | 1998-08-26 | Daimler Benz Ag | Battery monitor and circuit breaker |
| US6166549A (en) * | 1998-12-31 | 2000-12-26 | Daimlerchrysler Corporation | Electronic circuit for measuring series connected electrochemical cell voltages |
| DE102006036834A1 (de) * | 2005-08-05 | 2007-02-08 | Denso Corp., Kariya | Stromspiegelschaltung und diese aufweisende Konstantstromschaltung |
| FR2899340A1 (fr) * | 2006-03-31 | 2007-10-05 | Atmel Grenoble Soc Par Actions | Circuit de mesure et controle de tensions differentielles |
| US20080100266A1 (en) * | 2006-10-25 | 2008-05-01 | Denso Corporation | Semiconductor integrated circuit device |
| US20090179650A1 (en) * | 2007-09-14 | 2009-07-16 | Texas Instruments Incorporated | Cell voltage abnormality detector and cell voltage monitoring device for a multi-cell series battery |
| US20100289497A1 (en) * | 2009-05-15 | 2010-11-18 | Texas Instruments Incorporated | Multi-Cell Power System Controller |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110291485A1 (en) | 2011-12-01 |
| CN102918412A (zh) | 2013-02-06 |
| JP6085557B2 (ja) | 2017-02-22 |
| JP2013534618A (ja) | 2013-09-05 |
| WO2011153161A2 (en) | 2011-12-08 |
| WO2011153161A3 (en) | 2012-04-05 |
| US9250298B2 (en) | 2016-02-02 |
| CN102918412B (zh) | 2015-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103430373B (zh) | 具有自治的单元平衡的蓄电池 | |
| CN103492888B (zh) | 开关电路、选择电路、以及电压测定装置 | |
| US20100052656A1 (en) | Voltage sensing device | |
| US8274259B2 (en) | Method and charge-up circuit capable of adjusting charge-up current | |
| TWI451112B (zh) | 電池管理系統 | |
| US8416012B2 (en) | Reference voltage generating circuit and analog circuit using the same | |
| US20080018300A1 (en) | Method and system for monitoring and balancing cells in battery packs | |
| TW200540431A (en) | Excess current detecting circuit and power supply using it | |
| ITBO20100337A1 (it) | Dispositivo di controllo di alimentatori stacked con anello a rilevamento duplicato | |
| EP3621199B1 (en) | Instrumentation amplifier | |
| CN106199299B (zh) | 用于负载链中的短路检测的系统和方法 | |
| US11567522B2 (en) | Voltage reference buffer circuit | |
| CN114217130B (zh) | 高精确度低温度漂移高侧电流感测硬件及方法 | |
| JP2000199771A (ja) | 組み電池の電圧検出装置 | |
| US9620967B2 (en) | Autonomous battery balancing | |
| US20160252923A1 (en) | Bandgap reference circuit | |
| US9671435B2 (en) | Differential voltage measurement circuit | |
| KR101068189B1 (ko) | 차동 증폭 회로 | |
| US7692468B1 (en) | Voltage clamp | |
| US7202730B2 (en) | Voltage to current to voltage cell voltage monitor (VIV) | |
| EP3314752B1 (en) | Method for measuring one or more characteristics of one or more photovoltaic cells | |
| CN116324456A (zh) | 电流传感器泄漏补偿技术 | |
| TW202207573A (zh) | 電池管理系統及其應用 | |
| Jie | High precision voltage monitoring technology for multi-cell battery management system | |
| Fernqvist et al. | Design of a 10 mA DC current reference standard |