TW201434230A - 電源供應電路 - Google Patents

Abstract

一種電源供應電路包括一電池模組以及一開關電路。電池模組包括一電池以及一電池保護電路。電池保護電路具有一第一電源端耦接至一電池之正極，以及一第二電源端耦接電池之負極。電池保護電路用以當於電池發生一過放電電流事件時，使得電池模組由一正常操作模式進入一過放電電流保護模式。開關電路用以於電池發生過放電電流事件時，在電池保護電路與一負載之間提供一高阻抗，使得電池模組由過放電電流保護模式回到正常操作模式。

Description

電源供應電路

本發明係有關於電源供應電路，特別係有關於一種可解除過放電電流保護的電源供應電路。

一般目前所使用之電池保護電路，可用於避免電池發生過度充電、過度放電以及過放電電流之情況。然而，目前的電池保護電路卻有可能因為電池瞬間放電電流過大而啟動過放電電流保護之後，卻無法解除過放電電流保護之情形。因此，需要一種可以解除過放電電流保護之電路。

本發明提供一種電源供應電路，當電池保護電路為過放電電流保護模式時，於電池保護電路以及負載之間提供高阻抗，以避免發生無法解除過放電電流保護之情況。

一種電源供應電路包括一電池模組以及一開關電路。電池模組包括一電池以及一電池保護電路。電池保護電路具有一第一電源端耦接至一電池之正極，以及一第二電源端耦接電池之負極。電池保護電路用以當於電池發生一過放電電流事件時，使得電池模組由一正常操作模式進入一過放電電流保護模式。開關電路用以於電池發生過放電電流事件時，在電池保護電路與一負載之間提供一高阻抗，使得電池模組由過放電 電流保護模式回到正常操作模式。

5‧‧‧電子系統

10‧‧‧電源供應電路

11‧‧‧負載

20‧‧‧電池

21‧‧‧電池保護電路

22‧‧‧電池模組

23‧‧‧開關電路

R1、R2、R11、R12、Rvm、Rf1、Rload、Rs、RP1、RP2‧‧‧電阻

F1、F2、F3、32‧‧‧開關

D1、D2‧‧‧單向導通元件

31‧‧‧邏輯判斷電路

P+‧‧‧第一電源端

P-‧‧‧電二電源端

V1、V2‧‧‧偵測電壓

I1‧‧‧放電電流

P1、P2‧‧‧路徑

第1圖系根據本發明之電子系統的示意圖。

第2圖系根據本發明之電子系統的另一示意圖。

第3圖系根據本發明之電子系統的另一示意圖。

第1圖為本發明所提供之電子系統5的示意圖。如第1圖所示，電子系統5包括一電源供應電路10以及一負載11。在某些實些例中，電源供應電路10與負載11係整合於一個一體成形之外殼中，使得使用者無法輕易地將電源供應電路10與負載11分開。舉例而言，電子系統5可以是手機、智慧型手機、導航裝置、MP3隨身聽等裝置，但並不以此為限。再者，負載11可包括構成手機、智慧型手機、導航裝置或MP3隨身聽之主要元件，例如觸控面板、處理器、記憶體、鏡頭，但不限定於此。

電源供應電路10包括一電池模組22以及一開關電路23。電池模組22包括一電池20以及一電池保護電路21。電池保護電路21具有一第一電源端P+(顯示於第2圖中)耦接至電池20之正極，以及一第二電源端P-(顯示於第2圖中)耦接至電池20之負極。電池保護電路21於電池20瞬間放電電流I1超過一安全電流值而造成一過放電電流(discharge over-current)事件時，可使得電池模組22進入一過放電電流保護模式。於某些實施例中，電池保護電路21尚可避免電池20發生過充電電壓 (overcharge)、過放電電壓(over discharge)、過充電電流(charge over-current)等情況，但並不以此無限。開關電路23係耦接於電池模組22及一負載11之間，用以當電池20發生過放電電流事件時，在電池保護電路21與負載11之間提供一高阻抗，使得電池模組22由過放電電流保護模式回到正常操作模式。

第2圖為本發明所提供之電子系統5的另一示意圖。如第2圖所示，電池保護電路21包括一邏輯判斷電路31、一電阻R11、一保護開關32、一電阻R12以及一電阻Rvm。舉例而言，保護開關32可以為NMOS電晶體、PMOS電晶體、CMOS電晶體，但並不以此為限。於某些實施例中，邏輯判斷電路31可以為微處理器、單晶片微控制器或是邏輯運算電路，但並不以此為限。邏輯判斷電路31用於偵側電阻R11上的一第一偵測電壓V1以及電阻Rvm上的一第二偵測電壓V2。當邏輯判斷電路31偵測到第一偵測電壓V1大於一第一預設值時，代表電池20發生過放電電流事件，邏輯判斷電路31發出控制訊號使得保護開關32截止(開路)，而具有高阻抗(保護開關32的電阻值>100M歐姆，理想上可視為具有無限大之阻抗)，使得電池模組22由正常操作模式進入過放電電流保護模式。

當邏輯判斷電路31發出控制訊號使得保護開關32截止之後，邏輯判斷電路31則會根據電阻Rvm上的第二偵測電壓V2，決定是否電池模組22由過放電電保護模式回復到正常操作模式。舉例而言，當第二偵測電壓V2小於一第二預設值時，則邏輯判斷電路31發出控制訊號，使得保護開關32導通(短路)，電池模組22由過放電電保護模式回復到正常操作模式。

請再繼續參考第2圖，開關電路23包括一第一開關F1、一第二開關F2、一第三開關F3、一第一單向導通元件D1、一第二單向導通元件D2、一第一電阻R1以及一第二電阻R2。第一開關F1具有一第一端電性連接至電池保護電路21的第一電源端P+、一第二端電性連接至負載11，以及一控制端電性連接至第二開關F2與第一電阻R1。於本實施例中，第一開關為PMOS電晶體，但不限定於此。

第二開關F2具有一第一端電性連接至第一開關F1的控制端、一第二端電性連接至電池保護電路21的第二電源端P-以及一控制端電性連接至一第一單向導通元件D1與一第二單向導通元件D2。於本實施例中，第二開關為NMOS電晶體。當負載11上的兩端之電壓小於第二單向導通元件D2的導通電壓以及第二開關F2的臨界電壓之和(簡稱第二電壓)時，將使得第二開關F2截止。在此實施例中，負載11的兩端分別電性連接至第一開關F1之第二端和第二電源端P-。當第二開關F2截止時，電性連接於第一開關F1的第一端與第一開關F1的控制端之間的第一電阻R1並沒有電流流過，使得第一開關的第一端以及控制端之間的電壓差為零，第一開關F1截止。

開關電路23更包括一第三開關F3以及一第二單向導通元件D2。於一實施例中，第三開關F3為一電源按鍵。於另一實施例中，第三開關F3係由電源按鍵所致能。當電源按鍵被按壓時，則第三開關F3導通(短路)，反之則截止(開路)。於本實施例中，第一單向導通元件D1以及第二單向導通元件D2可為二極體、蕭特基二極體或是齊納二極體(Zener Diode)，但並 不以此為限。

以下將說明第2圖中電池保護電路10之操作方式。於初始狀態時，開關電路23中的第一開關F1以及第二開關F2皆為開路。當電源按鍵被按壓時，第三開關F3則會導通。此時，若第一電源端P+與第二電源端P-之間的電壓差大於第二單向導通元件D2的導通電壓以及第二開關F2的臨界電壓之和(簡稱第二電壓)時，則第二開關F2導通。

當第二開關F2導通時，第一開關F1的控制端會電性連接至第二電源端P-，使得第一開關之第一端與控制端之間的電壓差大於第一開關F1的臨界電壓，因此第一開關F1會導通。當第一開關F1導通時，第一開關F1之阻抗值非常小(小於0.1m歐姆)，理想上可視為短路，因此負載11兩端的電壓分別等於(或接近)電池保護電路21的第一電源端P+與第二電源端P-之跨壓。

當負載11之兩端的電壓差大於第一單向導通元件D1的導通電壓以及第二開關F2的臨界電壓之和(簡稱第一電壓)時，則第二開關F2維持導通。於本實施例中，第一單向元件D1以及第二單向元件D2的導通電壓相等，因此第一電壓與第二電壓也會相等，但並不以此為限。同理，當負載11之兩端的電壓小於第一電壓時，則第二開關F2截止。當第一開關F1以及第二開關F2都導通之後，縱然電源鍵並未被按壓(第三開關截止)，但只要第一電源端P+以及第二電源端P-之電壓差仍大於第一電壓，則第一開關F1及第二開關F2仍能維持導通。

第3圖為本發明所提供之電子系統5的另一示意 圖。第3圖係表示第2圖中之電子系統的阻抗值以及操作狀態，其中電阻Rf1用以表示第一開關F1的阻抗，電阻Rs用以表示保護開關32的阻抗以及Rload用以表示負載11之阻抗。於正常操作模式時，保護開關32會導通，保護開關32的電阻Rs非常小(小於0.1m歐姆)，理想上可視為短路電阻值為零。

於正常操作模式時，由於電池保護電路21內由電阻R11以及保護開關32所構成的第一路徑P1之阻抗Rp1(典型值為0.01歐姆)遠小於由電阻R12以及電阻Rvm所構成的第二路徑P2之阻抗Rp2(典型值為202K歐姆)，因此電池20之放電電流I1流經電池保護電路21時係經由第一路徑P1回到電池20。同時，邏輯判斷電路31根據第一路經P1上的第一偵測電壓V1是否大於第一預設值，判斷電池20是否發生過電流放電事件。當第一偵測電壓V1大於第一預設值則表示電池20之放電電流I1過大，電池20發生過電流放電事件。當第一偵測電壓V1小於第一預設值則表示電池20未發生過電流放電事件。

當電池20發生過電流放電事件時，邏輯判斷電路31發出控制訊號使得保護開關32截止，電池模組22將由正常操作模式進入過放電電流保護模式。同時，邏輯判斷電路31會偵測第二偵測電壓V2，以判斷電池20之過電流事件是否已解除。當第二偵測電壓V2小於第二預設值時，則表示電池20之過電流事件已經解除。因此，邏輯判斷電路31將發出控制訊號使得保護開關32再次導通，電池模組22將由過放電流保護模式回到正常操作模式。

詳細而言，第二偵測電壓V2可由以下計算式表示： 其中，Vbattery用以表示電池20之電壓。當電池模組22進入過放電流保護模式時，由於第一路徑P1之阻抗RP1(典型值100M歐姆)遠大於第二路徑P2之阻抗RP2(典型值202K歐姆)，故第二偵測電壓V2可簡化如下： 當發生過電流放電事件時，電池保護電路21之第二電源端P-之電壓Vp-可以下列計算式表示： 由於第一電源端P+之電壓Vp+等於電池20之正極電壓Vbattery，並且阻抗RP2遠大於阻抗Rf1與阻抗Rload之和，因此第二電源端P-之電壓Vp-會接近或等於電池20之電壓 詳細而言，當發生過電流放電事件，使得電池模組22由正常操作模式進入過放電流保護模式時，由於電池保護電路21之第二路徑P2的阻抗RP2遠大於第一開關F1的阻抗Rf1以及負載11之阻抗Rload，此時電池保護電路21之第一電源端P+以及第二電源端P-之電壓差趨近於零。

當第一電源端P+以及第二電源端P-之電壓差趨近於零時，意味著負載11之兩端的電壓差也趨近於零。當負載11兩端之電壓差小於第一電壓(即第一單向導通元件D1的導通電壓以及第二開關F2的臨界電壓之和)時，開關電路23之第一開關F1以及第二開關F2由導通變為截止。

當第一開關F1截止時，阻抗Rf1趨近於無窮大(大於 100M歐姆)，由第二偵測電壓V2的計算式 可得到當阻抗Rf1趨近於無窮大時，第二偵測電壓V2趨近於零。當邏輯判斷電路31偵測到第二偵測電壓V2小於第二預設值時，則會發出控制訊號使得保護開關32導通，使得電池模組22由過放電流保護模式回復到正常操作模式。

綜上所述，本發明之電源供應電路在因發生電池過放電電流而進入過放電流保護模式時，可於電池保護電路與負載之間提供高阻抗，使得電池保護電路可以解除過放電流保護模式回到正常操作模式。

5‧‧‧電子系統

10‧‧‧電源供應電路

11‧‧‧負載

20‧‧‧電池

21‧‧‧電池保護電路

22‧‧‧電池模組

23‧‧‧開關電路

R1、R2、R11、R12、Rvm‧‧‧電阻

F1、F2、F3、32‧‧‧開關

D1、D2‧‧‧單向導通元件

31‧‧‧邏輯判斷電路

P+‧‧‧第一電源端

P-‧‧‧電二電源端

V1、V2‧‧‧偵測電壓

I1‧‧‧放電電流

Claims (9)

1. 一種電源供應電路，包括：一電池模組，包括：一電池；一電池保護電路，具有一第一電源端耦接至一電池之正極，以及一第二電源端耦接上述電池之負極，用以當於上述電池發生一過放電電流事件時，使得上述電池模組由一正常操作模式進入一過放電電流保護模式；以及一開關電路，用以於上述電池發生上述過放電電流事件時，在上述電池保護電路與一負載之間提供一高阻抗，使得上述電池模組由上述過放電電流保護模式回到上述正常操作模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應電路，其中上述開關電路包括：一第一單向導通元件，具有一第一端耦接至上述負載；一第一開關，具有一第一端電性連接至上述電池保護電路之上述第一電源端，以及一第二端電性連接至上述負載；一第二開關，具有一第一端電性連接至上述第一開關之一控制端，一控制端電性連接至上述單向導通元件電性之一第二端，以及一第二端電性連接上述電池保護電路之上述第二電源端，用以當上述負載之兩端的電壓小於一第一電壓時，將上述第一開關為截止，以便在上述電池保護電路與上述負載之間提供上述高阻抗。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應電路，其中上述開關 電路更包括：一第一電阻，具有一第一端電性連接至上述電池保護電路之上述第一電源端，以及一第二端電性連接至上述第一開關之上述控制端。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應電路，其中上述開關電路更包括：一第二電阻，具有一第一端電性連接至上述第二開關之上述控制端，以及一第二端電性連接至上述電池保護電路之上述第二電源端。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應電路，其中上述開關電路包括：一第三開關，具有一第二端電性連接至上述電池保護電路之上述第一電源端；以及一第二單向導通元件，具有一第一端電性連接至上述第三開關之一第二端，以及一第二端電性連接至上述第二開關之上述控制端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源供應電路，其中上述第一單向導通元件與上述第二單向導通元件為二極體。
7. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應電路，其中上述第一開關為PMOS，並且上述第二開關為NMOS。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應電路，其中上述電池保護電路用於偵測到一第一偵測電壓大於一第一預設值時，致使上述電池模組進入上述過放電電流保護模式。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電源供應電路，其中上述電池 保護電路更用於偵測到一第二偵測電壓小於一第二預設值時，致使上述電池模組由過放電電流保護模式回復到正常操作模式。