JP2012135190A

JP2012135190A - 電池の充電用および放電電流保護の能力を備えた電力トポロジ

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Publication number: JP2012135190A
Application number: JP2011237033A
Authority: JP
Inventors: Laszlo Lipcsei; ラスズロ・リプセイ; Popovici Catalin; カタリン・ポポヴィッチ; Gherghescu Alin; アリン・ゲルゲシュ
Original assignee: O2Micro Inc
Current assignee: O2Micro Inc
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: TWI463722B; JP6057506B2; CN102457086B; CN102457086A; US20120105008A1; EP2448083A3; EP2448083B1; EP2448083A2; TW201225377A; US8450976B2

Abstract

【課題】電池の充電用および放電電流保護の能力を備えた電力トポロジを提供すること。
【解決手段】システムは、一般に、電流を検出するように構成された制御回路であって、その検出された電流は、電池放電電流または電池充電用電流の1つである、制御回路と、電池放電電流が最大電池放電電流設定を超える場合、電池およびDC-DCコンバータの少なくとも1つから負荷を切り離すように構成された第1のトランジスタと、充電用電流を調節して、充電電流設定に、またはその近傍に充電用電流を維持するように構成された第2のトランジスタとを含む。
【選択図】図1

Description

この発明は、電池の充電用および放電電流保護の能力を備えた電力トポロジに関する。

いくつかの応用、たとえば電気自動車において、入力電力供給システムが、所望の供給電圧より高い、または低い電圧を、1つまたは複数の電気負荷、たとえば車両システムに提供することができる。かかる応用においては、入力供給電圧を所望の供給電圧に変換するためにDC-DCコンバータを使用することができる。かかるシステムのいくつかにおいては、たとえば、万が一、入力電力供給システムが故障した場合、1つまたは複数の電気的負荷に給電する、および/またはDC-DCコンバータと負荷の間のバッファとして機能するように構成された電池を含めることができる。DC-DCコンバータは、電池に直接接続することができる。これらの応用では、入力電力供給システムは、電池を充電するように構成することができ、電池は、負荷、たとえば1つまたは複数の車両システムに給電するように構成することができる。

DC-DCコンバータは、出力電流リミッタを含むことができ、このリミッタは、DC-DCコンバータから引き出される出力電流を限定するように構成され、それゆえ、電池および/または負荷に供給される電流を限定することができる。この電流リミッタは、一般にDC-DCコンバータを保護するように構成される。したがって、DC-DCコンバータの電流リミッタは、電池への充電用電流を制御することができない、そして、たとえば負荷の短絡状態では、電池と負荷の間での放電電流を限定するようには構成されない。

1態様によれば、システムが開示される。このシステムは、電流を検出するように構成された制御回路であって、その検出された電流は、電池放電電流または電池充電用電流の1つである、制御回路と、電池放電電流が最大電池放電電流設定を超える場合、電池およびDC-DCコンバータの少なくとも1つから負荷を切り離す(disconnect)ように構成された第1のトランジスタと、充電用電流を調節し、充電電流設定に、またはその近傍に充電用電流を維持するように構成された第2のトランジスタとを含むことができる。

もう1つの態様によれば、方法が開示される。その方法は、制御回路を使用して電流を検出するステップであって、検出された電流は、電池放電電流または電池充電用電流の1つである、ステップと、電池放電電流が最大電池放電電流設定を超える場合、電池およびDC-DCコンバータの少なくとも1つから負荷を、第1のトランジスタを使用して切り離すステップと、第2のトランジスタを使用して充電用電流を調節し、充電電流設定に、またはその近傍に充電用電流を維持するステップとを含むことができる。

クレームする主題の特徴および利点は、次の詳細な、それと一致した実施形態の記述から明らかになり、その記述は、添付図面に関連して考察されているはずである。

本開示と一致する、電池の充電用および放電電流保護の能力を備えた、1つの例示の電力トポロジのブロック図である。本開示と一致する、電池の充電用および放電電流保護の能力を備えた、もう1つの例示の電力トポロジのブロック図である。本開示と一致する、図2に示すトポロジのための電池充電器制御器回路の1つの例のブロック図である。本開示と一致する、図2に示すトポロジのための電池放電電流保護回路の1つの例のブロック図である。本開示と一致する、電池の充電用および放電電流保護の能力を備えた、さらにもう1つの例示の電力トポロジのブロック図である。本開示と一致する、電池の充電を制御する、および/または電池の放電を保護するための例示の動作を示すフローチャートである。本開示と一致する、電池の充電を制御する、および/または電池の放電を保護するための例示の動作を示すフローチャートである。本開示と一致する、電池の充電を制御する、および/または電池の放電を保護するための例示の動作を示すフローチャートである。

本開示と一致するシステムおよび/または方法が、電池の充電のための制御および放電電流保護の能力を設けるように構成される。このシステムは、DC-DCコンバータから入力電力を受け取り、電池および/または負荷に電力を供給するように構成される。システムへの入力電力(すなわち、DC-DCコンバータからの入力電力)は、DC-DCコンバータの出力電力に対応する。電池は、DC-DCコンバータへの入力電圧と異なることがある電圧で、1つまたは複数の他のシステム(「負荷」)に電力を供給するように構成される。システムは、電池の充電用経路および電池の放電用経路を個別に制御するように構成される。電池の充電用経路の一部分は、電池の放電用経路の一部と重複させることができる。電池の充電用経路は、入力供給電圧を電池の充電用電圧に変換するように構成されたDC-DCコンバータを含むことができる。電池の放電経路は、負荷を含むことができ、電池(および/またはDC-DCコンバータ)からの電力をその負荷に供給するように構成される。システムおよび/または方法は、電池充電用電流を独立して制御し、かつ電池の放電電流保護を設けるように構成される。

システムは、電池充電用電流を検出してその電池充電用電流を調節し、所定の充電電流設定の値(たとえば±5%)内に電池充電用電流を維持するように構成される。システムは、電池放電電流を検出し、検出された放電電流が閾値を超える場合(たとえば、万が一、負荷が短絡した場合)、電池(および/またはDC-DCコンバータ)から負荷を切り離すように構成される。

負荷および電池の文脈において「接続された(connected)」が、本明細書で使用されたとき、電流の流れることが可能になるような形で結合される(coupled)ことに対応し、「切り離された(disconnected)」は、電流の流れることが可能なような形では結合されないことを意味する。たとえば、電流が電池と負荷の間を流れることができる場合、負荷は、電池に「接続されている」。言い換えると、連続した経路が、電池の正極から負荷を通って電池の負極まで存在する(したがって、電流は流れることができる)場合、負荷は、電池に接続されている。負荷が電池から「切り離されている」場合、電流は、電池と負荷の間で流れることができない。切り離された負荷および電池は、それでも結合することができ、たとえば、電池の正極は、負荷に取り付けることができるが、しかし電池の負極は、負荷に取り付けることができない。

負荷、電池およびその間での電流の流れの文脈以外では、「結合された(coupled)」は、介在する部品を含むことができ、「接続された(connected)」は、直接に結合されることを意味する、すなわち、介在する部品を含まない。たとえば、連続した経路が第1の要素と第2の要素の間に存在し、その連続した経路は、介在する要素を含むことができる場合、第1の要素は、第2の要素に結合されている。もう1つの例では、連続した経路が第1の要素と第2の要素の間に存在し、その連続した経路は、介在する要素を含まない場合、第1の要素は、第2の要素に接続されている(直接結合されている)。

図1に、本開示と一致する、電池の充電用および放電電流保護の能力を備えたシステム102を含む、1つの例示の電力トポロジ100のブロック図を示す。電力トポロジ100は、DC-DCコンバータ104と、電池106と、負荷108とを含むことができる。システム102は、制御回路、たとえば電池充電器および電池放電電流保護回路114と、検知抵抗器Rsと、第1のトランジスタQ11と、第2のトランジスタQ12とを含むことができる。システム102は、電池の放電電流が、電池106から負荷108に第1の(電池放電)経路110に沿って過大に流れないように防止し、かつ第2の(電池充電用)経路112に沿って流れる電池充電用電流を制御するように構成される。

DC-DCコンバータ104は、その入力端子VIN+およびVIN-で入力電力(電圧および電流)を受け取るように構成され、かつ端子VDC+およびVDC-に結合することができる、その出力端子で電圧および電流を提供するように構成される。出力端子VDC+およびVDC-での電圧は、入力端子VIN+およびVIN-での電圧と異なってもよく、電池106の公称電圧に対応することができる。

たとえば、電気自動車では、入力電力を、電気自動車の主電池、すなわち自動車を推進させるように構成された電池から供給することができる。電池のテクノロジ(たとえば、鉛酸式、リチウムイオン式など)に応じて、主電池の電圧は、その範囲が約50ボルトから約1000ボルトであることがある。この例を続けると、DC-DCコンバータの出力電圧は、負荷108に含められる1つまたは複数の自動車システム用の従来の供給電圧に対応することができる。自動車システムは、これらに限定されないが、電動のシート、ウインドウおよび/またはドアロック、エンターテインメントシステム、ナビゲーションシステム、コンフォートシステム、および/または、従来の自動車供給電圧、たとえば12ボルト(公称)によって電力を供給されるように構成された他の自動車システムを含むことができる。電池106は、万が一、自動車推進用主電池の故障および/または利用不可の場合、これらの自動車システムに電力を供給するように構成することができる。したがって、電池106は、公称電圧を12ボルトとすることができる。これらの例は、説明のために提示されている。本開示は、特定の電池電圧に限定されるものでなく、DC-DCコンバータの出力電圧がそれより高い、および/または低い応用において使用することができる。

電池106は、その公称電圧で負荷108に電力を供給するように構成される。電池106は、DC-DCコンバータの出力電圧のバッファとして機能することができる。電池106は、万が一のDC-DCコンバータおよび/または入力電力供給の切り離し、利用不可および/または故障の場合、所定の期間の間、負荷108に電力を供給するように構成することができる。たとえば、電池106は、電池が特定の電流を供給することができる時間の長さに対応し、その上、所定の値より高く(たとえば、負荷に付随した最小動作電圧より高く)、電池の出力電圧を維持することに付随する電池容量定格を備えることができる。

システム102は、電池の充電用経路112および電池の放電経路110を個別に制御するように構成される。システム102は、電池106への充電用電流を制御し、かつ、たとえば負荷が短絡した場合、放電電流が過大に流れないように電池を保護するように構成される。電池放電経路110中の電流(放電電流)は、電池106の正極から端子BATT+に流れ、そして第2のトランジスタQ12の内部ダイオードを通り、検知抵抗器Rsを通り、第1のトランジスタQ11を通り、端子VOUTを通り、負荷108を通り、端子VOUT-/BATT-および電池106の負極に流れることができる。電池の充電用経路112中の電流(充電電流)は、DC-DCコンバータ104の正出力端子VDC+から検知抵抗器Rsを通り、第2のトランジスタQ12を通って端子BATT+に、そして電池106に流れ、そして電池106から端子VOUT-/BATT-に、そしてDC-DCコンバータ104の負出力端子VDC-に流れることができる。電力トポロジ100は、本明細書で述べるように、DC-DCコンバータ104から負荷108に給電し、さらに電池106を充電することを可能にするように構成される。電力トポロジ100は、過大な電池放電電流が検出された場合、電池106および/またはDC-DCコンバータ104から負荷108を切り離すことを可能にするように構成される。

電池充電器および電池放電電流保護回路114は、検知抵抗器Rsを介して電流(すなわち、放電電流または充電電流)を検出するように構成される。たとえば、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、検知抵抗器を通って流れる電流を反映する、検知抵抗器の両端間の電圧を検出するように構成することができる。電池充電器および電池放電電流保護回路114は、少なくとも一部分は検出された電圧および/または電流に基づき、第1のトランジスタQ11への第1の信号(放電制御信号)、および/または第2のトランジスタQ12への第2の信号(充電制御信号)を生成するように構成される。

たとえば、Q11およびQ12は、pチャネルMOSFET(pMOS)トランジスタとすることができる。当業者が理解されるように、pMOSトランジスタは、ゲート電圧をローに駆動することによってオンにすることができ(すなわち、電気を伝導することができる)、かつゲート電圧をハイに駆動することによってオフにすることができる(すなわち、電気を伝導しないようにすることができる)。pMOSトランジスタの導電状態は、ゲート駆動電圧を調節することによってオン状態とオフ状態の間で制御することができる。

放電制御信号は、第1のトランジスタQ11の状態を制御するように(たとえば、第1のトランジスタQ11のゲート電圧を調節することによって第1のトランジスタQ11をオンまたはオフにするように)構成することができる。電池充電器および電池放電電流保護回路114は、Rsを介して検出された電流が、所定の最大放電電流に対応した閾値を超える場合、第1のトランジスタQ11をオフにするように構成することができる。Q11をオフにするステップは、電流が電池106から負荷108に、かつDC-DCコンバータ104から負荷108に流れないように防止することができる。言い換えると、Q11がオフのとき(すなわち、非導電状態のとき)、負荷108は、電池106およびDC-DCコンバータ104の両方から切り離すことができる。いくつかの実施形態では、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、第1のトランジスタQ11がオフにされ、そして電池充電器および電池放電電流保護回路114は、ある期間の経過後、Q11をオンにするように(すなわち、負荷108を電池106および/またはDC-DCコンバータ104に再接続するように)構成することができる。Rsを介して検出された電流が継続して閾値を超える場合、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、第1のトランジスタQ11を再びオフにするように構成することができる。このようにして、故障(たとえば短絡)が取り除かれた場合、負荷108は、電池106および/またはDC-DCコンバータ104に再び接続することができる。

いくつかの実施形態では、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、電池106が接続されているとき、逆電流が検知抵抗器Rs中で検出された場合(たとえば、電池106が、極性が逆で接続された場合、つまり、電池の正極が端子VOUT-/BATT-に接続され、かつ電池の負極が端子BATT+に接続された場合)、Q12をオフにするように構成することができる。したがって、本明細書で述べるように、Q12をオフにするステップは、電池を負荷から分離(decouple)することができる。

充電制御信号は、第2のトランジスタQ12の導電状態を(たとえば、Q12のゲート電圧を調節することによって)制御し、所定のレベル(充電電流設定)に、またはその近傍に充電電流を維持するように構成することができる。充電制御信号は、第2のトランジスタQ12の動作をその線形領域中に維持するように構成することができる。電池充電器および電池放電電流保護回路114は、少なくとも一部分はRsを介して検出された電流に基づいて第2のトランジスタQ12の導電状態を調節するように構成することができる。Rsを介して検出された電流が、所定の充電電流設定より多い第1の量である場合、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、Q12の導電状態を縮小させて(たとえば、Q12のゲート電圧を増加させて)、充電電流を減少させるように構成することができる。Rsを介して検出された電流が、所定の充電電流設定より少ない第2の量である場合、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、Q12の導電状態を増大させて(たとえば、Q12のゲート電圧を減少させて)、充電電流を増加させるように構成することができる。このようにして、DC-DCコンバータ104および電池106を含む第2の経路112中の充電電流は、第2のトランジスタQ12の導電状態を制御することによって(たとえば、ゲート電圧を調節することによって)、充電電流設定に、またはその近傍になるように調節することができる。いくつかの実施形態では、第1の量および第2の量は、同じとすることができる。

図1の電力トポロジ100では、充電用電流または放電電流は、検知抵抗器Rs中を流れることができる。充電用電流または放電用電流のどちらが流れているのかは、DC-DCコンバータ104、電池106および/または負荷108に依存することができる。DC-DCコンバータが、電池106を充電し、かつ負荷108に給電するのに十分な電流を供給しているとき、充電用電流は、DC-DCコンバータ104と電池106の間を(検知抵抗器Rsを通り)流れることができる。DC-DCコンバータ104が負荷108用には不十分である電流を供給しているとき、放電電流は、電池から流れることができる。この場合、電池106およびDC-DCコンバータ104は、共に負荷108に給電することができ(電流を供給することが可能な場合)、または電池単独で負荷に給電することができる(DC-DCコンバータが電流を供給することが可能でない場合)。

たとえば、DC-DCコンバータ104は、その内部電流上限に至るまで電流を供給するように構成される。DC-DCコンバータ104から供給される電流は、電池106(充電用電流)と負荷108(負荷電流)の間で分割することができる。充電用電流が電池106に供給されるかどうかは、少なくとも一部分は負荷電流に基づく。負荷電流が、DC-DCコンバータ104の電流上限と電池の充電電流設定の間の差より小さい場合、充電用電流(本明細書で述べるように、電池充電器および電池放電電流保護回路114によって調節される)は、電池106に供給することができる。負荷電流が、DC-DCコンバータ104の電流上限と電池の充電電流設定の間の差より大きい、かつDC-DCコンバータ104の電流上限より小さい場合、充電用電流は、充電電流設定より低い恐れがある。この場合、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、トランジスタQ12へのゲート電圧を調節して、トランジスタQ12のコンダクタンスを最大化することができる。負荷電流が、電流上限より大きい場合、放電電流は、電池106から負荷108に流れることができる。この場合、放電電流は、最大放電電流に至るまで電池106から引き出すことができる。放電電流が増加して最大放電電流を超える場合、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、本明細書で述べるように、Q11を制御して、DC-DCコンバータ104および/または電池106から負荷108を切り離すことができる。

放電電流が検知抵抗器Rs中を流れているとき、この電流は、電池106から流れ、放電経路110に沿って第2のトランジスタQ12を通り(たとえば、Q12の内部ダイオードを通り)、検知抵抗器Rsを通り、そして第1のトランジスタQ11を通って負荷108に流れる。DC-DCコンバータ104も電流を供給している場合、電池106からの電流およびDC-DCコンバータ104からの電流は、両方とも第1のトランジスタQ11を通って流れることができる。電池充電器および電池放電電流保護回路114は、少なくとも一部分は検知抵抗器Rsを通って流れる電流に基づき、第1のトランジスタQ11を制御するように構成される。電池106から引き出された放電電流が最大放電電流設定を超える場合、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、第1のトランジスタQ11をオフにして、電池106およびDC-DCコンバータ104の両方から負荷108を切り離すように構成される。たとえば、負荷108が短絡した場合、放電電流は、最大放電電流設定を超える恐れがある。

充電用電流が検知抵抗器Rs中を流れているとき、この電流(充電用電流)は、DC-DCコンバータ104から流れ、検知抵抗器Rsを通り、第2のトランジスタQ12を通って電池106に流れることができる。DC-DCコンバータ104も電流を負荷108に供給している場合、この電流(負荷電流)は、DC-DCコンバータから流れ、第1のトランジスタQ11を通って負荷108に流れることができる。電池充電器および電池放電電流保護回路114は、第2のトランジスタQ12の導電状態を調節して、充電電流設定に、またはその近傍に充電用電流を維持するように構成される。電池充電器および電池放電電流保護回路114は、第1のトランジスタQ11をオン状態に維持し、負荷電流が、電池106が充電されている間、DC-DCコンバータ104から負荷108に流れることを可能にするようにも構成することができる。

有利にも、図1の電力トポロジ100では、検知抵抗器Rsは、充電用電流および放電電流の両方を検知するのに使用することができる。充電用電流が流れている場合、充電用電流は、放電電流と反対方向に流れるので、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、第1のトランジスタQ11をオン状態に維持することができる。というのは、充電用電流は、負の放電電流に対応するからである。

いくつかの実施形態では、システム102は、極性が逆で結合されても電池を保護するように構成することができる。この状況(逆極性)では、電池106の負極を端子BATT+に接続することができ、かつ電池106の正極を端子BATT-に接続することができる。

逆極性の状況にある場合、DC-DCコンバータ104は、結合されて動作可能であり、DC-DCコンバータ104の電圧と電池106の電圧の和(たとえば、VDC+VB)に対応した電圧を、検知抵抗器RsとトランジスタQ12の直列結合に加えることができる。検知抵抗器Rs中を流れる電流は、充電用電流の向きで正であることができる。したがって、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、トランジスタQ12を制御して(たとえば、そのコンダクタンスを減少させて)、充電電流設定に、またはその近傍に電流を維持することができる。「通常の」極性の状況では、DC-DCコンバータ104の電圧と電池106の電圧の間の差に対応した電圧(たとえば、VDC-VB)を直列結合に加えることができる。和VDC+VBは、差VDC-VBより大きいので、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、この逆極性の状況では、トランジスタQ12のゲート電圧を調節して、そのコンダクタンスを減少させ、電流の流れを減少させることができる。

逆極性の状況にあり、DC-DCコンバータ104は、結合されない、および/または動作していない(すなわち、電流を供給しない)場合、電池充電器および電池放電電流保護回路114および/またはトランジスタQ12に電圧を供給することができない。したがって、トランジスタQ12は、オフであることがある(導電状態でない)。この状況では、逆電流が、電池106から流れることができない。というのは、トランジスタQ12の内部ダイオードが、逆バイアスされることになるからである。

いくつかの実施形態では、電池106の極性は、たとえば電池充電器および電池放電電流保護回路114によって、モニタすることができる。これらの実施形態では、電池106が逆極性で接続された場合、電池充電器および電池放電電流保護回路114は、Q12をオフして、DC-DCコンバータ104および負荷108から電池106を切り離すように構成することができる。

したがって、図1の電力トポロジ100は、電池の充電用経路および電池の放電用経路を設け、かつ電池充電用電流のための制御および/または電池放電電流保護のための制御を個別に実施するように構成される。これらの経路に沿った電流は、第1のトランジスタQ11および/または第2のトランジスタQ12によって制御する(すなわち、調節する)ことができる。電流、すなわち電池の充電用電流または電池の放電用電流は、電池充電器および電池放電電流保護回路114によって、検知抵抗器Rsを使用して検出することができる。有利にも、充電用電流は、DC-DCコンバータ104の電流上限に依存する代わりに、第2のトランジスタQ12の導電状態を制御することによって、充電電流設定に、またはその近傍に維持することができる。電池106は、検知抵抗器Rs中で検出された放電電流に応答してQ11を制御する(たとえば、オンまたはオフにする)ことによって、放電電流が過大に引き出されないように保護することができる(たとえば、万が一、負荷が短絡した場合)。たとえば、Q11は、検出された放電電流が閾値を超えていることに応答してオフにして、電池および/またはDC-DCコンバータから負荷108を切り離すことができる。電池充電器および電池放電電流保護回路114は、ある期間の経過後、電池106および/またはDC-DCコンバータに負荷108を再接続(すなわち再試行)するように構成することができる。

図1の電力トポロジ100は、本明細書で述べるように、pチャネルMOSFETを使用して実装することができる。いくつかの実施形態では、nチャネルMOSFETを使用することが、望ましいことがある。図1の電力トポロジ100では、第1および第2のトランジスタは、電池106の正極と負荷108の正極の間の接続、および/またはDC-DCコンバータ104の正出力端子VDC+への接続を制御するように構成される。この第1の構成では、電池106および負荷108の負極は、DC-DCコンバータ104の負出力端子VDC-に接続することができる(すなわち、負極は、「コモン」とすることができる)。nチャネルMOSFETが使用された場合、nチャネルトランジスタは、電池106の負極と負荷108の負極の間の接続、および/またはDC-DCコンバータ104の負出力端子VDC-への接続を制御するように構成することができる。この第2の構成では、電池106および負荷108の正極は、DC-DCコンバータの正出力端子VDC+に接続することができる(すなわち、正極は、「コモン」とすることができる)。当業者が理解されるように、nチャネルMOSFETは、pチャネルMOSFETに比べて、コストをより低く、かつ性能を高めることができる。

図2に、本開示と一致する、電池の充電用および放電電流保護の能力を備えたシステム202を含む、もう1つの例示の電力トポロジ200のブロック図を示す。電力トポロジ200は、本明細書で述べるように、電力トポロジ100と同様に、DC-DCコンバータ104と、電池106と、負荷108とを含むことができる。システム202は、制御器電源214と、第1の制御回路、たとえば電池充電器制御器回路216と、第2の制御回路、たとえば電池放電電流保護回路218と、検知抵抗器Rsと、第1の抵抗器R1と、第2の抵抗器R2と、第1、2、3および4のトランジスタQ1、Q2、Q3およびQ4とを含むことができる。システム202は、電池の放電電流が、第1の(放電)経路210に沿って電池106から負荷108に過大に流れないように防止し、かつ、第2の(充電用)経路212に沿ってDC-DCコンバータ104から電池106に流れる電池の充電用電流を制御するように構成される。

システム202は、電池の充電用経路212および電池の放電経路210を個別に制御するように構成される。システム202は、電池106への充電用電流を制御し、および/または、たとえば負荷108が短絡した場合、放電電流が過大に流れないように電池106を保護するように構成される。第1の経路210中の電流(放電電流)は、電池106の正極から負荷108を通って端子VOUT-に流れ、そして第1のトランジスタQ1を通り、検知抵抗器Rsを通り、第2のトランジスタQ2の内部ダイオードを通って(および/またはオン時にはQ2を通って)端子BATT-に、そして電池106の負極に流れることができる。第2の経路212中の電流(充電電流)は、DC-DCコンバータ104の正出力端子VDC+から端子VOUT/BATT+に、そして電池106に流れ、そして電池106から流れて第2のトランジスタQ2を通り、検知抵抗器Rsを通り、DC-DCコンバータ104の負出力端子VDC-に流れることができる。

制御器電源214は、DC-DCコンバータ104および/または電池106から給電することができる。制御器電源214は、端子VDC+およびVDC-に結合することができる。DC-DCコンバータ104がシステム202に結合されて動作可能であるとき、制御器電源214は、DC-DCコンバータ104からVDC+およびVDC-を介して電力を受け取ることができる。DC-DCコンバータ104が結合されていない、および/または動作可能でない場合、制御器電源214は、電池106がシステム202に接続されている場合、電池106から電力を受け取ることができる。電池106が接続されている場合、制御器電源214は、電池106から端子VDC+およびVDC-においてQ1の内部ダイオードを介して電力を受け取ることができる。

電池充電器制御器回路216は、検知抵抗器Rsを介して充電電流を検出するように構成される。電池放電電流保護回路218は、検知抵抗器Rsを介して放電電流を検出するように構成される。たとえば、電池充電器制御器回路216および/または電池放電電流保護回路218は、検知抵抗器を通って流れる電流を反映する、検知抵抗器の両端間の電圧を検出するように構成することができる。電池放電電流保護回路218は、少なくとも一部分は検出された電圧および/または電流に基づき、第1および第3のトランジスタQ1およびQ3を含む第1のトランジスタペア(放電トランジスタペア)への第1の信号(放電制御信号)を生成するように構成され、および/または電池充電器制御器回路216は、第2および第4のトランジスタQ2およびQ4を含む第2のトランジスタペア(充電トランジスタペア)への第2の信号(充電用制御信号)を生成するように構成される。たとえば、Q1、Q2、Q3およびQ4は、nチャネルMOSFET(nMOS)トランジスタとすることができる。

当業者が理解されるように、nMOSトランジスタの場合、nMOSトランジスタをオンにするために、そのゲートをソースより高く駆動する、すなわちゲート電圧がnMOSトランジスタのソースにおける電圧より高い。電力トポロジ200では、もしトランジスタQ3およびQ4が除外されたとすると、トランジスタQ1およびQ2のゲートは、ノード1(電池放電電流保護回路218の出力)に、およびノード2(電池充電器制御器回路216の出力)に、それぞれ結合されることになるはずである。もし電池放電電流保護回路218および/または電池充電器制御器回路216が機能することが不可能であるとすると(たとえば、制御器電源214が故障したため)、トランジスタQ1およびQ2は、それゆえオフであるはずである。トランジスタQ1およびQ2がオフであると、DC-DCコンバータ104および電池106は、負荷108から切り離されることになるはずであり、DC-DCコンバータは、電池106から切り離されることになるはずである。

システム202は、トランジスタQ3およびQ4を含み、電池放電電流保護回路218および/または電池充電器制御器回路216が機能することが不可能な場合(たとえば、制御器電源214の故障のため)、電池106を負荷108およびDC-DCコンバータ104に接続するように構成される。言い換えると、トランジスタQ3およびQ4がオフのとき、トランジスタQ1およびQ2は、トランジスタQ1およびQ2のゲートをVDC+およびVOUT/BATT+に結合する抵抗器R1およびR2によって、オンになるように構成される。電池放電電流保護回路218および/または電池充電器制御器回路216が機能することが不可能な場合、トランジスタQ1およびQ2がオンなので(すなわち、導電状態なので)、電力は、DC-DCコンバータ104から電池106および/または負荷108に供給することができ、および/または電池106は、負荷108に給電することができる。このモード(すなわち、制御器電源の故障)では、電池106への充電用電流は、DC-DCコンバータ104の電流リミッタによって限定することができ、電池106は、たとえば負荷108の短絡によって放電電流が過大に流れることから保護することができない。この機能は、システム202がない電力トポロジに対応する。

電池放電電流保護回路218は、トランジスタQ3の状態を制御し、Q3を介してQ1の状態を制御する、すなわちトランジスタQ3およびQ1を2つの状態の一方または他方(オンまたはオフ)に駆動するための放電制御信号を生成するように構成される。電池放電電流保護回路218は、検知抵抗器Rsを介して検出された電流が所定の最大放電電流設定に対応した閾値を超える場合、トランジスタQ3をオンにし、それに応じてトランジスタQ1をオフにするように構成される。Q1をオフにするステップは、本明細書で述べるように、電池106および/またはDC-DCコンバータ104から負荷108を切り離すように構成される。いくつかの実施形態では、電池放電電流保護回路218が第1のトランジスタQ1をオフにした場合、電池放電電流保護回路218は、ある期間の経過後、Q1をオンにするように(すなわち、負荷108を電池106および/またはDC-DCコンバータ104に再接続するように)構成することができる。Rsを介して検出された電流が継続して閾値を超える場合、電池放電電流保護回路218は、第1のトランジスタQ1を再びオフにするように構成することができる。このようにして、負荷108は、故障(たとえば短絡)が取り除かれた場合、電池106および/またはDC-DCコンバータ104に再び結合することができる。

電池充電器制御器回路216は、Q4の導電状態を調節し、Q4を介してQ2の導電状態を調節して、トランジスタQ4およびQ2をそれらの線形動作領域中に維持し、それによって電池充電用電流を連続的に調節するように構成される。電池充電器制御器回路216は、本明細書で述べるように、少なくとも一部分は検知抵抗器Rsを介して検出された電流に基づき、Q4(およびQ2)の導電状態を調節するように構成される。このようにして、DC-DCコンバータ104および電池106を含む第2の経路212中の充電用電流は、本明細書で述べるように、Q4の導電状態を制御し、それによってQ2の導電状態を制御することによって、充電電流設定に、またはその近傍になるように調節することができる。

このようにして、システム202は、電池充電用電流を、おおよそ設定点(たとえば、充電電流設定)になるように制御するように構成される。システム202は、検出された放電電流が最大電池放電電流設定を超えるとき、負荷を切り離すことによって、電池放電電流が過大に流れないように保護するように、さらに構成される。

図3に、本開示と一致する、図2のトポロジのための電池充電器制御器回路302の1つの例のブロック図を示す。電池充電器制御器回路302は、少なくとも一部分は検出された電池充電用電流および充電電流設定に基づき、電池充電用電流を閉ループ制御するように構成される。この例の電池充電器制御器回路302は、増幅器OA31と、コンデンサC31と、抵抗器R31およびR32とを含み、抵抗器R33を含むことができる。電池充電器制御器回路302は、充電電流設定を受け取り、検知抵抗器Rsに結合され、出力OUTを、たとえば図2のシステム202のノード2に提供するように構成される。

抵抗器R31は、抵抗器R32に結合され、抵抗器R31およびR32は、増幅器OA31の反転入力に結合される。抵抗器R31は、電池充電器制御器の入力に結合されており、充電電流設定を反映した信号(たとえば電圧)を受け取るように構成される。いくつかの実施形態では、充電電流設定は、電池充電器制御器回路302内で生成することができる。抵抗器R31およびR32は、充電電流設定の電圧分割器になり、この分割された電圧を増幅器OA31の反転入力に提供するように構成される。

コンデンサC31は、増幅器OA31の出力と増幅器OA31の反転入力の間に結合される。コンデンサC31は、電池充電器制御器回路302に支配極を設ける（したがって安定性をもたらす）ように構成される。当業者には理解され得るように、トランジスタ、たとえばnMOSトランジスタQ2およびQ4は、内部キャパシタンスを含む。たとえば、Q4のゲートに付随したキャパシタンスおよびQ4のドレインに付随した寄生キャパシタンスは、R32に結合され、電池充電器制御器回路に比較的高い周波数の極をもたらす恐れがある。C31は、支配(周波数がより低い)極を設け、したがって電池充電器制御器回路302中で比較的より高い安定性をもたらすように構成される。

R33は、増幅器OA31の反転入力に結合することができる。R33は、当業者が理解されるように、増幅器OA31への入力の理想的でない特性を補償するように構成される。R32およびR33は、検知抵抗器Rsに結合されるように構成される。

電池充電器制御器回路302が図2のシステム202中で結合されたとき、検知抵抗器Rsは、抵抗器R32と抵抗器R33の間に接続することができ、増幅器OA31の出力は、ノード2およびトランジスタQ4のゲートに結合することができる。R31およびR32は、増幅器OA31の非反転入力における電圧(たとえば、検知抵抗器Rsの両端間の電圧)が、増幅器OA31の反転入力における電圧(たとえば、R32/(R31+R32)*充電電流設定電圧)である、またはそれに近いとき、検知抵抗器Rsを通って流れる電流が充電電流設定に対応するように、選択することができる。検知抵抗器Rsを通って流れる電流が充電電流設定より大きい場合、電池充電器制御器回路302は、Q4のコンダクタンスを調節して(たとえば増加させて)、Q2のコンダクタンスを調節し(たとえば減少させ)、それによって電池104への充電用電流を減少させるように構成される。検知抵抗器Rsを通って流れる電流が充電電流設定より小さい場合、電池充電器制御器回路302は、Q4のコンダクタンスを調節して(たとえば減少させて)、Q2のコンダクタンスを調節し(たとえば増加させ)、それによって電池104への充電用電流を増加させるように構成される。言い換えると、検出された充電用電流が充電電流設定より大きい場合、電池充電器制御器回路302は、その出力を増加させて、Q4へのゲート電圧を高め、そしてQ2へのゲート電圧を低下させるように構成される。それとは逆に、検出された充電用電流が充電電流設定より小さい場合、電池充電器制御器回路302は、その出力を減少させて、Q4へのゲート電圧を低下させ、そしてQ2へのゲート電圧を高めるように構成される。このようにして、電池充電器制御器回路302は、充電電流設定に対応した電流に、またはその近傍に充電用電流を維持するように構成される。

図4に、本開示と一致する、図2に示すトポロジのための電池放電電流保護回路402の1つの例のブロック図を示す。この例の電池放電電流保護回路402は、増幅器OA41と、複数の抵抗器R41、R42、R43、R44およびR45と、コンデンサC41と、ダイオードD1とを含む。いくつかの実施形態では、増幅器OA41は、コンパレータとすることができる。増幅器OA41は、非反転入力での電圧が反転入力での電圧より高いとき、その正供給電圧(正供給レール)で、またはその近傍の電圧で出力を生成し、かつ非反転入力での電圧が反転入力での電圧より低いとき、その負供給電圧(負供給レール)で、またはその近傍の電圧で出力を生成するように構成される。当業者が理解されるように、負供給電圧は、ゼロ、すなわちグラウンドとすることができる。

電池放電電流保護回路402は、電池の最大放電電流設定を反映した信号(たとえば電圧)を受け取るように構成される。電池放電電流保護回路402は、検知抵抗器Rsに結合されるように構成される。電池放電電流保護回路402は、図2に示すシステム202のノード1(およびQ3のゲート)に出力を提供するように構成される。その出力は、Q3をオンまたはオフにし、Q1をオフまたはオンにして、電池106および/またはDC-DCコンバータ104と負荷108の間での電流の流れを阻止する、または可能にするように構成される。

電池放電電流保護回路402のこの例では、抵抗器R41およびR42は、互いに接続され、かつ増幅器OA41の反転入力に接続される。抵抗器43は、増幅器OA41の出力と増幅器OA41の非反転入力の間に結合される。抵抗器R44は、コンデンサC41と直列に結合され、この直列結合は、抵抗器R43と並列で、増幅器OA41の出力と非反転入力の間に結合される。抵抗器R45は、増幅器OA41の非反転入力に結合される。ダイオードD1のアノードは、R45に結合され、ダイオードD1のカソードは、抵抗器R44およびコンデンサC41に結合される。

抵抗器R41は、電池の最大放電電流設定を反映した信号を受け取るように構成される。R42は、検知抵抗器Rsの第1の端子に結合されるように構成される。R45およびダイオードD1のアノードは、電池放電電流保護回路402が図2のシステム202中に結合されたとき、検知抵抗器Rsの第2の端子に結合されるように構成される。

電池放電電流保護回路402は、「ヒステリシスコンパレータ」として構成される。当業者が理解されるように、コンパレータの出力は、コンパレータの入力端子への信号の相対的大きさに依存して、ローで(たとえば、負電力供給レールで、またはその近傍で)あることができ、またはハイで(たとえば、正電力供給レールで、またはその近傍で)あることができる。たとえば、非反転入力への信号が反転入力への信号より高い場合、コンパレータの出力は、ハイになることができ、反転入力への信号が非反転入力への信号より高い場合、コンパレータの出力は、ローになることができる。通常、コンパレータの一方の入力が基準に結合され、コンパレータの他方の入力が、この基準と比較されることになる入力信号に結合される。この場合、コンパレータの出力は、入力信号がこの基準より高いか低いかの指示器になる。

ヒステリシスコンパレータでは、コンパレータの出力が「切り替わる」ようにさせる入力信号の値は、入力信号の値だけでなくコンパレータの出力(コンパレータの状態)にも依存する。たとえば、入力信号が非反転入力に加えられ、基準が反転入力に加えられた状態で、コンパレータの出力がローの場合、コンパレータの出力が切り替わるようにさせる入力信号の値は、出力がハイのとき、コンパレータの出力が切り替わるようにさせる入力信号の値より大きくすることができる。

電池放電電流保護回路402は、検知抵抗器中で検出された電流が、電池の最大放電電流設定に対応した電池の最大放電電流を超える場合、第1の(切り離された)期間の間、トランジスタQ3をオンにし、かつトランジスタQ1をオフにするように構成される。トランジスタQ3がオンで、トランジスタQ1がオフのとき、負荷108は、電池106および/またはDC-DCコンバータ104から切り離され、したがって放電電流は、電池から流れることができず、検知抵抗器Rs中もまた流れることができない。充電用電流は、負荷108が切り離されたとき、検知抵抗器Rs中を流れることができる。このことによって、負荷108が切り離されている間、DC-DCコンバータ104から電池106を充電することを可能にすることができる。

電池放電電流保護回路402は、第1の期間の後に続く第2の(接続された)期間の間、トランジスタQ3をオフにし、トランジスタQ1をオンにするように構成される。検知抵抗器中で検出された電流が、電池の最大放電電流設定に対応した電池の最大放電電流を継続して超える場合、電池放電電流保護回路402は、検知抵抗器中で検出された電流が電池の最大放電電流をもう超えることがなくなるまで、第1の期間の間、トランジスタQ3をオンし、トランジスタQ1をオフにし、その後、第2の期間の間、トランジスタQ3をオフにし、トランジスタQ1をオンにするステップを繰り返すように構成される。検知抵抗器中で検出された電流が電池の最大放電電流をもう超えることがない場合、電池放電電流保護回路402は、トランジスタQ3をオフそしてトランジスタQ1をオンの状態に維持し、かつ検知抵抗器Rsを介して電池放電電流をモニタし続けるように構成される。

第1の(切り離された)期間および第2の(接続された)期間は、同じでないようにすることができる。第1の期間の継続時間は、少なくとも一部分は、コンデンサC41と抵抗器R43、R44およびR45とに付随した時定数に基づくことができる。第2の期間の継続時間は、少なくとも一部分は、コンデンサC41と、抵抗器R43、R44およびR45と、ダイオードD1とに付随した時定数に基づくことができる。ダイオードD1は、第2の期間の継続時間を第1の期間に比べて減少させるように構成される。たとえば、第1の期間の継続時間は、約20ms(ミリ秒)とすることができ、第2の期間の継続時間は、約1msとすることができる。他の継続時間が可能であり、本開示の範囲内である。

たとえば、最初では検出された放電電流が電池の最大放電電流より小さく、そして増幅器OA41の出力がロー(たとえば、負供給レール、またはそれに近い電圧)であると仮定すると、電池106と負荷108は、互いに接続することができ、放電電流は、検知抵抗器Rs中を流れることができ、そして放電電流を反映した、検出された電圧Vs(たとえば、Vs=Rs*放電電流)は、電池の最大放電電流設定を分割した電圧(たとえば、(R42/(R41+R42)*電池の最大放電電流設定))より小さいことがある。放電電流が、最大放電電流より高い値まで増加した場合(たとえば、負荷が短絡したので)、Vsは、電池の最大放電電流設定を分割した電圧を超える恐れがある。そのとき、増幅器OA41の非反転入力における電圧は、増幅器OA41が「切り替わる」ようにさせる、反転入力における電圧を超えることができる。その結果、増幅器OA41の出力は、ローからハイに切り替わり、その結果トランジスタQ3をオンにし、トランジスタQ1をオフにし、それによって電池106および/またはDC-DCコンバータ104から負荷108を切り離し、放電電流が電池106から流れるのを阻止することができる。本明細書で使用されるとき、切り替わり(switch)は、状態を変えることを意味し、ローは、負供給レールにおける、またはそれに近い出力電圧に対応し、ハイは、正供給レールにおける、またはそれに近い出力電圧に対応する。増幅器OA41の出力の、ローからハイへの移行は、抵抗器R43による正フィードバックのために比較的短い継続時間のもの(すなわち比較的速い)とすることができる。

第1の期間は、増幅器OA41が出力のハイ状態に切り替わったときに開始させることができる。第1の期間中、コンデンサC41は、増幅器OA41の出力電圧(ハイ)に向けて充電するように構成される。コンデンサC41を充電する速度は、少なくとも一部分は、コンデンサC41のキャパシタンスおよび抵抗器R44のレジスタンスに基づくことができる。C41が充電されるにつれて、増幅器OA41の非反転入力での電圧は、減少することができる。増幅器OA41の非反転入力での電圧が、増幅器OA41の反転入力での電圧より低くなるまで減少したとき、増幅器OA41は、切り替わることができる。その結果、増幅器OA41の出力は、ハイからローに変化し、その結果、トランジスタQ3をオフにし、トランジスタQ1をオンにし、それによって負荷108を電池106および/またはDC-DCコンバータ104に再び接続し、そして放電電流が電池106から負荷に流れ、検知抵抗器Rsを通って流れることを可能にすることができる。

第2の期間は、増幅器OA41が出力のロー状態に切り替わったとき、開始させることができる。第2の期間中、コンデンサC41は、増幅器OA41の出力電圧(ロー)に向けて放電するように構成される。コンデンサC41が放電する速度は、少なくとも一部分は、コンデンサC41のキャパシタンスおよびダイオードD1に基づくことができる。ダイオードD1は、本明細書で述べるように、コンデンサC41のために放電経路を設け、その結果、コンデンサの放電に関連した時定数が、コンデンサの充電に関連した時定数に比べてより短くなるように構成される。コンデンサC41が放電しているとき、負荷108は、電池106および/またはDC-DCコンバータ104に結合されて、放電電流が検知抵抗器Rs中を流れることを可能にすることができる。放電電流が電池の最大放電電流より小さい場合、増幅器OA41は、出力のロー状態に留まり、電池106を負荷108に接続したままに維持することができる。第2の期間の最後に、放電電流が最大放電電流より高い値まで増加した場合(たとえば、負荷が短絡したままである場合)、Vsは、そのとき、電池の最大放電電流設定を分割した電圧を超える恐れがある。増幅器OA41の非反転入力での電圧は、そのとき、反転入力での電圧を超えて増幅器OA41が出力のハイ状態に「切り替わる」ようにさせ、それによって電池106および/またはDC-DCコンバータ104を負荷108から切り離すことができ、このサイクルは、繰り返すことができる。言い換えると、本明細書で述べるように、負荷108が短絡したままである場合、電池放電電流保護回路402は、負荷108を電池106および/またはDC-DCコンバータ104から再び切り離すことができる。

このようにして、電池放電電流保護回路402は、検出された放電電流が最大電池放電電流を超える場合、第1の期間の間、電池106および/またはDC-DCコンバータ104を負荷108から切り離すように構成される。電池放電電流保護回路402は、第1の期間の経過後に、電池106および/またはDC-DCコンバータ104の負荷108への接続を「再試行(retry)」するように、さらに構成される。放電電流が過大な状態のままである場合、電池放電電流保護回路402は、第2の期間の経過後に、電池106および/またはDC-DCコンバータ104を負荷108から再び切り離し、そしてこのサイクルを繰り返すように構成される。第1の(切り離された)期間は、通常、最大放電電流設定より大きい放電電流が、比較的短い時間の間、電池106から引き出される恐れがあるので、第2の(接続された)期間より長くすることができる。

図5に、本開示と一致する、電池の充電用および放電電流保護の能力を備えたシステム502を含む、さらにもう1つの例示の電力トポロジ500のブロック図を示す。電力トポロジ500は、本明細書で述べるように、電力トポロジ100および電力トポロジ200と同様に、DC-DCコンバータ104と、電池106と、負荷108とを含むことができる。システム502は、本明細書で述べるように、システム202と同様に、制御器電源214と、検知抵抗器Rsと、第1の抵抗器R1と、第2の抵抗器R2と、第1、2、3および4のトランジスタQ1、Q2、Q3およびQ4とを含むことができる。システム502は、制御回路、たとえば、電池充電用電流を制御し、および/または電池放電電流を保護するように構成された制御器510を含むことができる。

制御器510は、本明細書で述べるように、電池充電器制御器回路216および/または302と、および/または電池放電電流保護回路218および/または402と同等の機能を備えるように構成することができる。制御器510は、プロセッサ(CPU)512、入力および/または出力回路(I/O)514および/またはメモリ516を含むことができる。当業者が理解されるように、制御器510は、追加の回路を含むことができる。システム502は、電池放電電流が、第1の(放電)経路210に沿って電池106から負荷108に過大に流れないように防止し、かつ第2の(充電用)経路212に沿って流れる電池充電用電流を制御するように構成される。

システム502は、システム102および202と同様に、電池の充電用経路(たとえば、電池充電用経路212)および電池の放電経路(たとえば、電池放電経路210)を個別に制御するように構成される。システム502は、システム202と同様に、電池106への充電用電流を制御し、および/または、たとえば負荷108が短絡した場合、電池106が放電電流を過大に流さないように保護するように構成される。制御器510は、検知抵抗器Rsを介して電流(たとえば、電池充電用電流または電池放電電流)を検出する、たとえば検知抵抗器Rsを通って流れる電流を反映した電圧を検出することによって、検出するように構成される。制御器510は、検出された電流に応答して1つまたは複数の出力信号をトランジスタQ3および/またはQ4に提供するように、さらに構成される。

制御器510は、メモリ516中に格納されたインストラクションを含むことができ、それは、プロセッサCPU512によって実行されたとき、制御器510に、検知抵抗器Rs中の電流を検出させ、その検出された電流に応答して出力を生成させる。メモリ516は、充電電流設定および/または電池の最大放電電流設定を反映したデータを含むことができる。I/O回路514は、検出されたアナログ信号を、その検出されたアナログ信号のデジタル表示に変換するように構成されたアナログデジタルコンバータ(ADC)を含むことができる。ADCは、検知抵抗器Rsを通って流れる電流(充電用または放電)を反映した、検知抵抗器の両端間の電圧を検出し、そして検出された電圧を、その検出された電圧のデジタル表示に変換するように構成することができる。

制御器510は、所定の時間間隔で、検知抵抗器Rsを通って流れる電流を検出するように構成することができる。制御器510は、検出された電流が閾値より高い、または低い場合、インタラプトを受け取るように構成することができる。

制御器510は、検出された電圧が、充電用電流を表すのか、放電電流であるかを決定するように構成される。検出された電圧が充電用電流を表している場合、制御器510は、トランジスタQ4のゲートに結合される出力信号を調節するように構成される。たとえば、I/O回路514は、デジタルデータを、それに対応したアナログ出力信号に変換するように構成されたデジタルアナログコンバータ(DAC)を含むことができる。制御器510は、当業者が理解されるように、アナログ出力信号をトランジスタQ4のゲートに、DACを使用して提供するように構成することができる。検出された電圧が放電電流を表している場合、制御器510は、トランジスタQ3のゲートに結合される出力信号を調節するように構成される。

動作時、制御器510は、トランジスタQ4のゲート電圧を調節し、次いでトランジスタQ2のゲート電圧を調節して、電池充電用電流を、充電電流設定に対応した充電用電流に、またはその近傍に維持するように構成される。制御器510は、検出された電池放電電流に応答してトランジスタQ3のゲート電圧を調節して、トランジスタQ1をオンまたはオフにするように構成される。検出された電池放電電流が、電池の最大放電電流設定に対応した電流を超える場合、制御器510は、トランジスタQ3をオンにし、トランジスタQ1をオフにして、電池106および/またはDC-DCコンバータ104から負荷108を切り離すように構成される。制御器510は、第1の時間間隔の間、負荷108を切り離すように構成することができる。制御器510は、次いで、第2の時間間隔の間、負荷108を再接続し(すなわち、トランジスタQ3をオフにし、トランジスタQ1をオンにする)、そして電池の放電電流の状態が過大のままである場合、第1の時間間隔の間、負荷を再び切り離すように構成することができる。時間間隔の継続時間は、1つまたは複数のタイマによって規定することができる。タイマは、当業者が理解されるように、制御器510中に含めることができる。

したがって、システム502は、充電電流設定に、またはその近傍に電池充電用電流を維持する、および/または電池の最大放電電流設定より大きい、電池の放電電流が、電池106から引き出されないように防止するように構成される。

図6A〜6Cに、本開示と一致する、電池を充電する、および/または電池の放電を保護するための例示の動作のフローチャート600、630および660を示す。その動作は、本明細書で述べるように、制御器510を含む回路によって実行することができる。図6Aおよびフローチャート600を参照すると、動作605で、電流を検出することができる。電流は、電池放電電流または電池充電用電流であることができる。動作610は、電池放電電流が最大電池放電電流設定を超える場合、負荷を切り離すステップを含むことができる。動作615で、充電用電流は、充電電流設定に、またはその近傍に充電用電流を維持するように調節することができる。

フローチャート630(図6B)は、本開示と一致する、充電電流設定に、またはその近傍に電池充電用電流を維持するステップの1つの例である。動作635で、電池充電用電流を検出することができる。動作640で、検出された電池充電用電流は、充電電流設定と比較することができる。動作645は、充電電流設定の値を用いて、検出される電池充電用電流を維持するように調節するステップを含むことができる。このようにして、電池充電用電流は、充電電流設定に、またはその近傍に電池充電用電流を維持するように制御することができる。

フローチャート660(図6C)は、電池が電池放電電流を過大に流さないように保護するステップの例である。動作665で、電池放電電流を検出することができる。動作670は、検出された電池放電電流が閾値(たとえば、電池の最大放電電流設定)を超える場合、第1の期間の間、負荷を切り離すステップを含むことができる。動作675で、負荷は、第2の期間の間、再接続することができる。次いで、これらの動作は、繰り返すことができる。このようにして、負荷は、最大電池放電電流設定を超える電池放電電流が検出された場合(たとえば、万が一、負荷中で短絡が起きた場合)、電池および/またはDC-DCコンバータから切り離すことができる。負荷を電池および/またはDC-DCコンバータに再接続するステップは、再試行することができ、放電電流が最大放電電流設定より低い場合、負荷は接続されたままとすることができる。

したがって、電池充電用経路および電池放電用経路を個別に制御するように構成された、複数のシステムを本明細書に述べてきた。これらのシステムは、電池充電用電流または電池放電電流を検出し、そして電池充電用電流を制御して、充電電流設定に、またはその近傍に充電用電流を維持する、および/または、検出された放電電流が最大放電電流設定を超える場合(たとえば、万が一、負荷中での短絡の場合)、電池および/またはDC-DCコンバータから負荷を切り離すように構成される。

もちろん、図6A〜図6Cに、いくつかの実施形態による例示の動作を示しているものの、他の実施形態では、図6A〜図6Cに示す動作のすべてが必要でないことがあることを理解すべきである。実際、本開示の他の実施形態が、図6A〜図6Cに示す動作の一部の組合せおよび/または追加の動作を含むことができることを、本明細書では十分に企図している。したがって、1つの図面に厳密には示されていない特徴および/または動作を対象としたクレームは、本開示の範囲およびコンテンツ内に含まれると見なされる。

メモリ516は、1つまたは複数の次のタイプのメモリを含むことができる。半導体ファームウェアメモリ、プログラム可能なメモリ、不揮発性メモリ、リードオンリーメモリ、電気的にプログラム可能なメモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ、磁気ディスク記憶装置、および/または光ディスク記憶装置である。追加的に、または代替的に、メモリ516は、他の、および/またはより最近開発されたタイプのコンピュータ可読メモリを含むことができる。

本明細書に述べられた方法の実施形態は、プロセッサおよび/または他のプログラム可能な装置を使用して実施することができる。その目的で、本明細書に述べられた方法は、それにインストラクションが格納された有体のコンピュータ可読メディアに実装することができ、インストラクションが実行されたとき、プロセッサおよび/または他のプログラム可能な装置がこれらの方法を実行する。格納メディアは、どのようなタイプの有体のメディアでも、たとえば、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ(CD-ROM)、書き換え可能なコンパクトディスク(CD-RW)および光磁気ディスクを含む、いずれものタイプのディスク、リードオンリーメモリ(ROM)、ダイナミックおよびスタティックRAMなどのランダムアクセスメモリ(RAM)、消去可能でプログラム可能なリードオンリーメモリ(EPROM)、電気的に消去可能でプログラム可能なリードオンリーメモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ、磁気または光カードなどの半導体装置、あるいは電子インストラクションを格納するのに適切な、いずれものタイプのメディアを含むことができる。

具体的な別段の記述がない限り、これまでの議論から明らかなように、「動作(operation)」、「処理(processing)」、「計算(computing)」、「算出(calculating)」、「決定(determining)」などの用語を利用した明細書の議論全体にわたって、コンピュータまたは計算システム、あるいは同様な電子計算装置または器具の働きおよび/またはプロセスを参照すると、それらは、計算システムのレジスタおよび/またはメモリ内にある、電子的など物理的な量として表現されたデータを、計算システムのメモリ、レジスタまたは他のかかる情報記憶、伝送または表示装置内にある物理的な量として同様に表現された他のデータに操作および/または変換するものと理解される。

「回路(circuitry)」は、本明細書のどのような実施形態中でも使用されたとき、たとえば、単独で、またはどのような組合せでも、配線で接続された回路、プログラム可能な回路、状態機械回路、および/またはプログラム可能な回路によって実行されるインストラクションを格納するファームウェアを含むことができる。

本明細書で用いられた用語および表現は、記述するための言葉として使用されており、限定するものでなく、かかる用語および表現の使用では、示され述べられた特徴(またはその一部分)のいかなる同等物も排除する意図はなく、そして様々な修正形態が、クレームの範囲内で可能であるものと認められる。したがって、クレームは、すべてのかかる同等物をカバーするものと企図される。

100 電力トポロジ
102 システム
104 DC-DCコンバータ
106 電池
108 負荷
110 第1の(電池放電)経路
112 第2の(電池充電用)経路
114 電池充電器および電池放電電流保護回路
Q11 第1のトランジスタ
Q12 第2のトランジスタ
Rs 検知抵抗器
VDC+ 正出力端子
VDC- 負出力端子
VIN+、VIN- 入力端子
VOUT 端子
BATT+ 端子
VOUT-/BATT- 端子
200 電力トポロジ
202 システム
210 第1の(放電)経路
212 第2の(充電用)経路
214 制御器電源
216 電池充電器制御器回路
218 電池放電電流保護回路
R1 第1の抵抗器
R2 第2の抵抗器
Q1 第1のトランジスタ
Q2 第2のトランジスタ
Q3 第3のトランジスタ
Q4 第4のトランジスタ
302 電池充電器制御器回路
OA31 増幅器
R31、R32、R33 抵抗器
C31 コンデンサ
OUT 出力
Vs 検出された電圧
402 電池放電電流保護回路
OA41 増幅器
R41、R42、R43、R44、R45 抵抗器
C41 コンデンサ
D1 ダイオード
500 電力トポロジ
502 システム
510 制御器
512 プロセッサ(CPU)
514 入力および/または出力回路(I/O)
516 メモリ
ADC A-Dコンバータ
DAC D-Aコンバータ
600、630、660 フローチャート

Claims

電流を検出するように構成された制御回路であって、検出された電流は、電池放電電流または電池充電用電流のうちの1つである、制御回路と、
前記電池放電電流が最大電池放電電流設定を超える場合、電池およびDC-DCコンバータのうちの少なくとも1つから負荷を切り離すように構成された第1のトランジスタと、
前記充電用電流を調節して、充電電流設定に、またはその近傍に前記充電用電流を維持するように構成された第2のトランジスタとを含む、システム。
前記第1のトランジスタは、少なくとも一部分は前記制御回路からの第1の信号に基づき、前記負荷を切り離す、または前記負荷を接続するように構成され、前記第1の信号は、前記第1のトランジスタをオフまたはオンにするように構成される、請求項1に記載のシステム。
前記第2のトランジスタは、前記制御回路からの第2の信号に応答して前記充電用電流を調節するように構成され、前記第2の信号は、前記第2のトランジスタを線形動作領域中で動作させるように構成される、請求項1に記載のシステム。
検知抵抗器をさらに含み、前記検出された電流は、前記検知抵抗器中の電流に対応する、請求項1に記載のシステム。
前記制御回路が機能することが不可能な場合、前記負荷、前記電池および前記DC-DCコンバータの間の接続を維持するように構成された第3のトランジスタおよび第4のトランジスタをさらに含む、請求項1に記載のシステム。
前記制御回路は、前記充電電流設定と前記検出された電流を比較し、少なくとも一部分は前記比較に基づき、前記第2のトランジスタへの第2の信号を生成するように構成された電池充電器制御器回路を含む、請求項1に記載のシステム。
前記制御回路は、前記最大電池放電電流設定と前記検出された電流を比較し、少なくとも一部分は前記比較に基づき、前記第1のトランジスタへの第1の信号を生成するように構成された電池放電保護回路を含む、請求項1に記載のシステム。
前記第1のトランジスタは、第1の期間の間、前記負荷を切り離した状態に維持し、前記第1の期間の経過後、前記負荷を再接続するように構成される、請求項1に記載のシステム。
前記第1のトランジスタは、第2の期間の間、前記負荷を再接続した状態に維持し、前記電池放電電流が前記最大電池放電電流設定を超える場合、前記第2の期間の経過後、前記負荷を切り離すように構成される、請求項8に記載のシステム。
制御回路を使用して電流を検出するステップであって、検出された電流は、電池放電電流または電池充電用電流の1つである、ステップと、
前記電池放電電流が最大電池放電電流設定を超える場合、電池およびDC-DCコンバータの少なくとも1つから負荷を、第1のトランジスタを使用して切り離すステップと、
第2のトランジスタを使用して前記充電用電流を調節して、充電電流設定に、またはその近傍に前記充電用電流を維持するステップとを含む、方法。
前記負荷を切り離す前記ステップは、少なくとも一部分は、前記制御回路からの第1の信号に基づき、前記第1の信号は、前記第1のトランジスタをオンまたはオフにするように構成される、請求項10に記載の方法。
前記充電用電流を調節する前記ステップは、前記制御回路からの第2の信号に応答し、前記第2の信号は、前記第2のトランジスタを線形動作領域中で動作させるように構成される、請求項10に記載の方法。
前記電流を検出する前記ステップは、検知抵抗器の両端間の電圧を検出するステップを含み、検出された電圧は、前記検知抵抗器中の前記電流に対応する、請求項10に記載の方法。
前記制御回路が機能することが不可能である場合、前記負荷、前記電池および前記DC-DCコンバータの間の接続を、第3のトランジスタおよび第4のトランジスタを使用して維持するステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
前記充電電流設定と前記検出された電流を比較するステップと、少なくとも一部分は前記比較に基づき、前記第2のトランジスタへの第2の信号を生成するステップとをさらに含み、前記負荷を切り離す前記ステップは、前記第2の信号に応答する、請求項10に記載の方法。
前記最大電池放電電流設定と前記検出された電流を比較するステップと、少なくとも一部分は前記比較に基づき、前記第1のトランジスタへの第1の信号を生成するステップとをさらに含み、前記充電用電流を調節する前記ステップは、前記第1の信号に応答する、請求項10に記載の方法。
第1の期間の間、前記負荷を切り離した状態に維持するステップと、前記第1の期間の経過後、前記負荷を再接続するステップとをさらに含む、請求項10に記載の方法。
第2の期間の間、前記負荷を再接続された状態に維持するステップと、前記電池放電電流が前記最大電池放電電流設定を超える場合、前記第2の期間の経過後、前記負荷を切り離すステップとをさらに含む、請求項17に記載の方法。