TW201029288A - Protection circuit with timer, battery systems and protection methods - Google Patents
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Description
201029288 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 特別是一種對電池保護 本發明係關於一種保護電路 電路。
L无别技術J 現在,電池(例如’鐘電池)被廣泛應用於提供電能 至多種由電池供電的設備,例如筆記型電腦、電力車、混 合電力車和電力玉具。電池通常_充電電路進行充電。 在充電過程中,電池的非預期情況(例如,過電壓、 壓'過電流和過溫度情況)可能會減少電池的壽命。 可採用保護裝置來保護電池。圖i所示為傳統保 置刚的示意圖。保護裝置刚包括檢測模組120和保護 致能模組180。 電池中的每個電池單元的狀態(例如,電池單元電 壓、電流和溫度)可被監測。監測信號m被發送至檢測 模組120。檢測模組120檢查監測信號1〇1以檢測電池中 的非預期情況。當檢咖_期情況,檢賴組12〇發送 -警告信號152至㈣賴⑽。倾致能模組18〇 產生-觸發彳§號158以燒斷保險絲,這樣電池可和充 路斷開。 然而,在傳統的保護裝置1〇〇中,保險絲的耐用性 (robustness)可能降低。例如,電壓脈衝(gHtch)所 導致的非預期情況可碰職組丨2 G檢酬。紐信號丄5 8 被觸發以燒斷錄絲。在保㈣被完全燒斷之前,非預期 情況可被移除’這樣’保護過程會突然巾斷。所以,由於 4 0589-TW-CH Spec+aaim(file(]-201〇〇3l i).d〇c 201029288 保護過程的頻繁啟動和中斷’保險絲的耐用性可能會降 低。如此,導致保護裝置100需要經常更換保險絲。 【發明内容】 為解決上述技術問題,本發明提供了一種保護電路, 包括:一檢測模組,比較一監測信號和一參考信號,若該 監測彳S號和該參考信號之間的一差值超過一臨限值的時 間長達第一預設時間長度,則產生一警告信號;一計時 器,耦接至該檢測模組,產生一第二預設時間長度的一致 能信號以回應該警告信號;以及一保護致能模組,耦接至 該5十時器’產生-第-時間長度的_觸發信號以回應該致 能信號,其中,該第一時間長度係由該第二預設時間長度 決定。 又 【實施方式】 以下將對本發明的實施例做出詳細說明。雖然本發明 將結合實施例進行闡述,但應理解這並非意指將本發明限
定於這些實施例。相反地,本發㈣在涵蓋由後附申請專 利範圍所界定的本發明精神和範_所定義的各種變 化、修改和均等物。 ,外,在以下對本發明的詳細描述中,_大量的具 ^田卽以提供針對本發明的全面理解。然而,本技術領威 Z具有通常知識者應理解,沒有這些具體細節,本發明同 在其他實例中,對於習知方法、流程、元件 和電路未作相描述,以便於凸顯本發明之主旨。 以及 以下部分詳細描述係以程序、邏輯方塊、步驟 0589-TW-CH Spec+CIaim(fiIed-201〇〇3l I).d〇c 5 201029288 其他代表電腦記愧體沾 些描述與表料的運算切縣示之。這 用以傳達红作處理技術領域巾具有通常知識者 程序、-邏輯方塊谷的最有效方式。在本發明中,一 身-致順序之步驟或 -自 驟係需要將物理量r κ 所而之&果。攻些步 (manipulation) 〇^jfriCal 了電信號或磁信二=必要,但通常這些物理量採用 結合、比較等等式俾使在電腦系統中儲存、傳送、 僅是 調,否+ 枝賴之標7^。除非特別強 ^從U下述描述可知,在本發明令,這些“比較 «tT( relett· ^ ^ ( },?' * ( measurinS > ^' 似:電子計6二等等之用語’係參考電腦系統或其他類 备j於代表電腦系統記憶體或暫存器内或其他 諸如資訊儲存、傳送或顯林置内之物理量之其他資料。 本發月實施例係透過以—般文字來描述以電腦可使 的媒體形式(例如,程式模組)存在且透過-或多個電 =或其他設備來執行之電腦可執行指令。-般來說,程式 、,,且執行特定駐作或執行特定抽象資料型態,程式模級 包含常規(―)、程式、物件、元件、f料結構等等。 程式模組的功能將因各種不同實補樣而有所結合或分 配。 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).d〇c 6 201029288 舉例來說’電腦可用之媒體可包含電腦儲 訊媒體’但不以此為限。電腦儲存舰包含叫何 :支::施以儲存例如電腦可讀之指令、資料結 = 組或其他資料之可變(volatile) /不可變、 式模 腦儲存媒體。電腦儲存媒體包括隨機存取 / = )、唯讀記(ROM)、電子式可抹除可程式; 6己憶體(EEPROM)'快閃記憶體或其他 1 數位多;力能磁碟 ,卡式磁I (cassettes)、磁帶(tape)、磁碟 式儲存或其他可用於儲存資料之媒體,但不以此為阳 通訊媒體可使用電腦可讀指令、資料結構、程^ f其他調變資料信號上之資料,例如載波或其他^輸機 制,且包括任何資訊傳送媒體。術語「調變資料信】 指具有-❹組特徵組’或以例如在該信號上加^之= =密方法較變之信號。舉例來說,軌制包括例如有 線網路或以直接線路相連之有線媒體,或例如聲學= acoustic )、無線射頻(radi〇 freqUency,RF )、紅外線其 他等等無線媒體,但不以此為限。上述媒體之結合义 在電腦可讀媒體之範圍中。 s 根據本發明實施例係提供一保護電路。當監測信號和 參考信號間之差值超過一臨限值逾第一預設時間長声 夺计時器產生長達第一預設時間長度之一致能信號,以 啟動-保護過程。有利之處在於,在第二預設時間長度期 間,在一實施例中,一斷路器(例如,耦接於電池和^電 電路之間之保險絲)可被完全燒斷,因此保護過程不會被 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-201〇〇31 l).doc 201029288 中斷。 圖2所示為根據本發明一實施例保護電路2〇〇示竟 圖。在圖2的實施例中,保護電路2⑼包括檢測模組22〇二 計時器260和保護致能模組280。監測信號2〇1係指示保 護目標的狀態。例如,指示電池狀態(例如,電池電壓、 電池單元電壓、電池單元電流和電池單元溫度等等)的監 測信號201被輸入至檢測模組220。保護致能模組28〇輸 出一觸發信號258以觸發保護功能,例如,將電池和充^ 電路斷開。 檢測模組220比較監測信號201和一參考信號以檢測 電池中之非預期情況的發生。非預期情況包括,過電壓、 欠電壓、過電流和過高溫度情況,但不以此為限。若監測 信號201和參考信號之間的差值超過臨限值達第一預設時 間長度,檢測模組220則認定非預期情況發生,且產生一 警告信號252給計時器260。 輕接至檢測模組220的計時器260產生第二預設時間 長度的致能信號256以回應警告信號252 ^致能信號256 還被提供至保護致能模組280。轉接至計時器260的保護 致能模組280產生一由第二預設時間長度所決定之時間長 度的觸發信號258以回應致能信號256,進而完成保護功 能。例如,若保護致能模組280產生觸發信號258,電池 和充電電路得以斷開。 有利之處在於,計時器260產生一預設時間長度的致 月號256。所以,可產生預設時間長度的觸發信號258, 預设時間長度的長度足以使耦接於電池和充電電路之間 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 8 201029288 的保險絲完全燒斷。換言之,當檢測模組220檢測到非預 期情況,完成保護功能的信號的時間長度足以使保險絲燒 斷。所以,在一實施例中’保護過程並不會因為頻繁的電 壓脈衝而中斷。 在一實施例中’保護電路200還包括耦接至計時器26〇 的重設模組270,用於重設計時器260。在一實施例中, 在第二預設時間長度逾時之後,重設模組27Q重設計時5| 260 。 ° ° ° ❹圖3所示為根據本發明一實施例保護電路3〇〇示音 圖。圖3中與圖2具有相同元件符號之元件具有類似功 能。在圖3的實施例中,保護電路30〇包括檢測模組22〇、 §十時器260和保護致能模組280。指示電池狀態(例如: 電池電壓、電池單元電壓、溫度和電池電流)之監測信號 201被輸入至保護電路300。保護電路300輸出的輸出電 壓V〇DT被用於燒斷保險絲。 在圖3的實施例中,檢測模組220包括第一比較器 322、測量模組324和確認模組326。第一比較器322比較 • 監測信號和參考信號。在一實施例中,若監測信號2〇1 和參考信號之間的差值超過一臨限值,第一比較器322產 生的一邏輯“Γ之信號354。否則,信號354為邏輯 “0”。信號354被輸出至測量模組324。在一實施例中, 第一比較器322為一遲滞比較器。 測量模組324用於測量監測信號201和參考信號的差 值超過臨限值的時間長度T.。測量模組324包括電流源 384、第·一開關334、第*一開關364、電容374和反相器394。 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 9 201029288 第一開關334和電容374耦接電流源384至地。第二開關 364與電容374並聯耦接。第一比較器322所輸出的信號 354被輸入至反相器394。相應地,信號357被產生。在 一實施例中,第一開關334受控於信號354,第二開關364 受控於信號357。 在一實施例中,若監測信號201和參考信號間的差值 超過臨限值’邏輯“Γ的信號354被產生。這樣,在一 實施例中’第一開關334被導通,第二開關364被關斷。 電流源384對電容374充電。這樣,節點359處的電壓(電 容374上的壓降)被升高且被提供至確認模組326。 耦接至測量模組324的確認模組326用於比較時間長 度T (監測信號201和參考信號之間的差值超過臨限值的 時間)和上述之第一預設時間長度,若時間長度T大於第 一預設時間長度,則產生警告信號252。確認模組326包 括比較器336和參考電壓366。測量模組324所輸出的電 壓被提供至比較器336的非反相輸入端。參考電壓366被 提供至比較器336的反相輸入端。比較器366比較測量模 組324的輸出電壓和參考電壓366,以判斷是否發生非預 期情況。例如,若測量模組324輸出的電壓高於參考電壓 366 ’表示時間長度T (監測信號201和參考信號之間的差 值超過臨限值的時間)大於第一預設時間長度,則確認模 組326認為非預期情況發生,且產生警告信號252給計時 器 260。 一旦計時器260接收到警告信號252,致能信號256 被產生且輸出至保護致能模組28〇。如上所述,致能信號 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2〇i〇〇3i i).doc 1〇 201029288 256的時間長度為第二預設時間長度。第二預設時間長度 可由計時器260計時。 在圖3的實施例中,保護致能模組280包括電阻382 和開關386 (例如,場效電晶體)。電阻382和開關386耦 接電源Vcc至地。開關386受控於致能信號256。相應地, 節點358上產生一輸出電壓V〇UT。在一實施例中,輸出電 壓Vdut被用於完成保護功能,例如,燒斷保險絲。致能信 號256的時間長度足夠長以完全燒斷保險絲。 @ 在一實施例中’保護電路300還包括耦接至計時器260 的重設模組270 ’重設模組270用於重設計時器260。在 一實施例中,在第二預設時間長度逾時之後,重設模組270 重設計時器260。 圖4所示為根據本發明一實施例保護電路的波形4〇〇 示意圖。圖4將結合圖3進行描述。圖4中所示出之四個 波形分別表示監測信號201、節點359處的電壓、警告信 號252和致能信號256。在一實施例中,第一比較器322 可為遲滯比較器,且電壓Vhys為遲滯電壓。 • 第一比較器322比較監測信號201和參考電壓vREF1。 當監測信號201和參考電壓Vrefi之間的差值超過臨限值, 則第一比較器322產生邏輯“1”的信號354給測量模組 324。這樣,第一開關334被導通,第二開關364被關斷。 電容374被電流源384充電’節點359處的電壓相應地升 南。比較器336比較b卩點359處的電壓和一參考電壓yREF2。 當節點359處的電壓大於參考電壓Vref2,表示時間長度τ (監測信號201和參考信號VREF1之間的差值超過臨限值的 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 11 201029288 時間)大於第一預設時間長度ΤΙ,確認模組326則確認發 生非預期情況,產生邏輯“Γ的警告信號252。一旦計時 器260接收到警告信號252 ’產生時間長度為第二預設時 間長度Τ2的致能信號256。在第二預設時間長度Τ2逾時 之後’重設模組270重設致能信號256。相應地,節點358 處產生一段時間長度的輸出電壓Vcrn以燒斷保險絲,該時 間長度係由第二預設時間長度T2決定。 圖5所示為根據本發明一實施例電池系統5〇〇示意 圖。在圖5的實施例中,電池系統5〇〇包括電池520、保 護電路200和充電電路560。圖5中的保護電路2〇〇和圖 2的保護電路200相似。 當充電電路560對電池520充電,指示電池52〇狀態 的監測信號501可被提供至保護電路2〇(^如上所述,保 護電路200比較監測信號501和參考信號,以判斷電池 是否發生非職情況。料預期情況發生,保護電路咖 產生一觸發信號558將電池52〇和充電電路560斷開。在 一實施例中,觸發信號558持續一預設時間長度,使 520和充電電路560完全斷開。 4 雖然本發明結合電池系統5〇〇對保護電路2〇〇進行 述,本發明不僅限於電池系統5〇(^例如,保護電路2^ 可耦接至電池520和負載。當電池52〇發生非預期情況(你0 如,欠電壓),則保護電路2〇〇將電池520和負載斷開。列 圖6所示為根據本發明—實施例保護電路的方法漭 圖600。圖6將結合圖3進行描述。 '〜程 例 在步驟602中,監測信號2〇1與一參考信號比較 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 12 201029288 如,監測模組220中的第一比較器322比較監測信鱿2〇1 ^參考信號,以判斷監測信號201和參考信號之間1的 是否,過一臨限值。若差值超過臨限值,產生邏輯“Γ, 的信號354 ’且輸出至測量模組324。否則,信 邏輯 “〇,’。 04 ^ 在步驟604中,若監測信號201和參考信號之間 值超過臨限值長達第一預設時間長度,則產生警告俨號 252。更確切地說,若差值超過臨限值,邏輯“丨”:栌 φ 354被提供至測量模組324。然後,第一開關犯4被導 第二開關364被關斷。這樣,電流源384對電容374充電。 電容374上的壓降相應地升高。電容374上的壓降可护示 監測信號201和參考信號之間的差值超過臨限值的時^長 度。比較器336比較電容374上的壓降和參考電壓。 當電容374上的壓降大於參考電壓366,確認模組3找則 認為發生非預期情況,即產生警告信號252。 在步驟606中,計時器260產生致能信號256以回應 警告信號252。如上所述,警告信號256將持續第二預設 9 時間長度。 在步驟608中’保護致能模組280產生一觸發信號^例 如’輸出電壓Vout)以回應致能信號256,進而完成保護功 能。觸發信號的時間長度由第二預設時間長度決定。在觸 發信號持續的時間長度中’保險絲可被完全燒斷。 上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施 例。顯然,在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發明精 神和保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換《本 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 13 201029288 技術領域巾具有通常知識者應舰解,本發明在實際應用 :可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則^矿 ,下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及= 它方面有所變化。因此’在此彼露之實施例僅用於說明而 非限制,本發明之範圍由後附申請專利範圍及其人 物界定,而不限於此前之描述。 σ/ = 【圖式簡單說明】 〜以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進 行詳細的描述’以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中: 〜以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進 行詳細的描述,以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中: 圖1所示為傳統保護裝置的示意圖。 圖2所示為根據本發明一實施例保護電路示意圖。 圖3所示為根據本發明一實施例保護電路示意圖。 圖4所示為根據本發明一實施例保護電路的波形示意 圖。 圖5所示為根據本發明一實施例電池系統示意圖。 圖6所示為根據本發明一實施例保護電路的方法流程 圖。 【主要元件符號說明】 100 :保護裝置 101 :監測信號 120 :檢測模組 152 :警告信號 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-201〇〇3] ^〇c 14 201029288 ❹
:觸發信號 :保護致能模組 :保護電路 :監測信號 :檢測模組 :警告信號 :致能信號 :觸發信號 :計時器 :重設模組 :保護致能模組 :保護電路 :第一比較器 :測量模組 :確認模組 :第一開關 :比較器 :信號 :信號 :節點 :節點 :第二開關 :參考電壓 :電容 :電阻 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 201029288 384 :電流源 386 :開關 394 :反相器 400 :波形 500 :電池系統 501 :監測信號 520 :電池 558 :觸發信號 560 :充電電路 600 :方法流程 602、604、606、608 :步驟 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 16
Claims (1)
- 201029288 七、申請專利範圍: 1. 一種保護電路,包括: 一檢測模組,比較一監測信號和一參考信號,若該監 測信號和該參考信號之間的一差值超過一臨限值達 一第一預設時間長度,則產生一警告信號; 一計時器,耦接至該檢測模組,產生一第二預設時間 長度的一致能信號以回應該警告信號;以及 一保護致能模組,耦接至該計時器,產生一第一時間 長度的一觸發信號以回應該致能信號以完成保護功 ® 能,其中,該第一時間長度係由該第二預設時間長度 決定。 2. 如申請專利範圍第1項的保護電路,其中,該觸發信 號用於燒斷一保險絲。 3. 如申請專利範圍第1項的保護電路,進一步包括: 一重設模組,耦接至該計時器,以重設該計時器。 4. 如申請專利範圍第1項的保護電路,其中,該監測信 號指示一電池的一狀態,且其中,該觸發信號保護該 修 電池。 5. 如申請專利範圍第1項的保護電路,其中,該檢測模 組比較該監測信號和該參考信號以檢測一非預期情 況。 6. 如申請專利範圍第5項的保護電路,其中,該非預期 情況包括一過電壓情況。 7. 如申請專利範圍第5項的保護電路,其中,該非預期 情況包括一欠電壓情況。 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 17 201029288 8. 如申請專利範圍第5項的保護電路,其中,該非預期 情況包括一過電流情況。 9. 如申請專利範圍第5項的保護電路,其中,該非預期 情況包括一過溫度情況。 10. 如申請專利範圍第1項的保護電路,其中,該檢測模 組包括: 一比較器,比較該監測信號和該參考信號以判斷該監 測信號和該參考信號之間的該差值是否超過該臨限 值; 一測量模組,耦接至該比較器,測量該監測信號和該 參考信號之間的該差值超過該臨限值的一第二時間 長度;以及 一確認模組,辆接至該測量模組,比較該第二時間長 度和該第一預設時間長度,且若該第二時間長度大於 該第一預設時間長度,則產生該警告信號。 11. 如申請專利範圍第10項的保護電路,其中,該測量 模組包括: 一電容; 一第一開關,串聯耦接至該電容;以及 一第二開關,與該電容並聯耦接。 12. 如申請專利範圍第1項的保護電路,其中,該保護致 能模組包括: 一電阻;以及 一開關,耦接該電阻至地,其中,該開關係受控於該 致能信號。 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 18 201029288 13. —種電池系統,包括: 一電池; 一充電電路,耦接至該電池,對該電池充電;以及 一保護電路,耦接至該電池和該充電電路,該保護電 路包括: 一檢測模組,搞接至該電池,比較指示該電池的一 狀態的一監測信號和一參考信號,若該監測信號和該 參考信號之間的一差值超過一臨限值達一第一預設 時間長度,則產生一警告信號; 一計時器,耦接至該檢測模組,產生一第二預設時 間長度之一致能信號以回應該警告信號;以及 一保護致能模組,耦接至該計時器,產生一第一時 間長度的一觸發信號以回應該致能信號,進而斷開該 電池與該充電電路,其中,該第一時間長度係由該第 二預設時間長度決定。 14. 如申請專利範圍第13項的電池系統,其中,該觸發 信號可燒斷一保險絲。 參 15.如申請專利範圍第13項的電池系統,其中,該保護 電路還包括一重設模組,耦接至該計時器,以重設該 計時器。 16. 如申請專利範圍第13項的電池系統,其中,該檢測 模組比較該監測信號和該參考信號以檢測該電池的 一非預期情況。 17. 如申請專利範圍第16項的電池系統,其中,該非預 期情況包括一過電壓情況。 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 19 201029288 18. 如申請專利範圍第16項的電池系統复 期情況包括一欠電壓情況。 ^ 5亥非預 19. 如申請專利範圍第16項的電池系統, 期情況包括一過電流情況。 、該非預 20. 如申請專利範圍第16項的電池系統, 期情況包括一過溫度情況。 、,該非預 21. 如申請專利範圍第13項的電池系統, 模組進一步包括: 、’該檢琪ij 一=㈣,比㈣監難鮮尊考錢財崎該監 測信號和該參考信號之間之該差值是否超過該臨限 值; 一測量模組’耦接至該比較器,测量該監測信號和該 參考信號之間之該差值超過該臨限值之一第二時間 長度;以及 一確認模組’耦接至該測量模組,比較該第二時間長 度和該第一預設時間長度,且若該第二時間長度大於 該第一預設時間長度,則產生該警告信號。 22. —種保護方法,包括: 比較一監測號和一參考信號; 若該監測信號和該參考信號的一差值超過一臨限值 達一第一預設時間長度,則產生一警告信號; 產生一第二預設時間長度的一致能信號以回應該警 告信號;以及 產生一第一時間長度的一觸發信號以回應該致能信 號,進而完成保護功能,該第一時間長度係由該第二 0589-TW-CH Spec+CIaim(filed-2010031 l).doc 20 201029288 預設時間長度決定。 23. 如申請專利範圍第22項的保護方法,進一步包括: 使用該觸發信號燒斷一保險絲。 24. 如申請專利範圍第22項的保護方法,進一步包括: 測量該監測信號和該參考信號之間的該差值超過該 臨限值的一第二時間長度;以及 比較該第二時間長度和該第一預設時間長度。 25. 如申請專利範圍第22項的保護方法,其中,該監測 信號指示一電池的一狀態。 0589-TW-CH Spec+Claim(filed-2010031 l).doc 21
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