TW383492B - Multiple battery switchover circuits - Google Patents

Description

發明背景 1 範圍 ^ 本發明；!·關於可右备 以多電池組中的任―：池的動力元件““1是指能夠 2 · -池動作的可乞雷式電池動力元件。 :::式裝備如筆記型電腦中，於多電 -¾机及選擇哪—彻啦， τ休枚尤书 。由於電池的化^性㈣負載充電是—種很普通的應用 會造成非常不同的輪出：：裝::=，及充電的狀態等都 導場效電晶體巾的^ j斤在現今數位功率金氧半 用里 '寄生本體一極體的作用之下，是不可能 用早—的金氧半導場效雷θ邮 、 。如果椹 日曰aa伋馬无电或是放電的開關的 將電氧半導場效電晶體，則會造成二級體 .的心成’這通常是不被接受的，因爲大部份 揭帶式設備的系統中，：==隔離開來。而在 ::::導場效電晶體串接所產生出來的高溫也不::計 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 ^常來説，隔離效果是將兩個金氧半導場效電晶體背對 祂匕所產生的，如此可以使其中的一個本體二極體一直維 持在反向偏壓的狀態之下。如W1所示，此種做法—般需要 四個金氧半導場效電晶體形成一個電池組電路，兩個用來 充電兩個用來放電（對負載充電）。如此一▲，任—個電池 組都可以和其它的電池組有電壓差卻+會在本體二極體中 產生導通路徑。金氧半導場效電晶體都是由控制訊號、 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（〇~5)/\4規格（210'乂297公慶） A7 五、發明説明（2 所控制，高壓訊號會將個別的金氧半導場效 0日虹Q到Q8關閉，而低壓訊號則會將個別的金氧 效：晶師到㈣通。此圖中，在充電電路關閉或是移： 閉狀-所有的金乳半導場效電晶體（Ρ ·通道）也都維持在關 、士'恶义下，無論電池組是在何種充電狀態，負載都不备 ^无屯°在无電電路關閉時，負載可以經由導通金氧丰導 :晶體Q5和q6(C3爲低壓訊號）而從電池組a獲得電能 或疋、工由導通金氧半導場效電晶體Q 7和。 1 - - 1 · C請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁〕 ----VI ^1 池組B獲得電能…二極體D1爲反偏壓二 :不'透過无電電路與任-電池组相連接。所應用的直 値表如下： /、

與負載連接 訂 部份的眞値表 j P L道金氧半導場效電晶體爲例，低表示導通 乂上的叹计可以擴充至兩個電池組以上，但是盔論任 ’=，每-個電池組都需要四個金氧半導場效電晶體來達 成龟池組的隔離。 發明概述 一^發明馬多電池轉接電路，其用來選擇i電池抵中始板 ^也與負載或是充電㈣瑋計而同時能維持此電池與 Ί私_水相卩遇離。衣發明中每一個電池组只採用三 -5- 本紙張又度適用中國

W 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ' , B7 五、發明説明（3 ) 個金氧半導場效電晶體來維持所需的隔離和導通效果，不 同於先前技藝中需要四個金氧半導場效電晶體。轉接電路 中任一個電池的三個金氧半導場效電晶體在導通時，其一 組帶電流的通路爲共用，而金氧丰導場效電晶體另外的帶 電流通路則分別與充電電路，負截以及一相對應的電池互 相耦合。運用奋氫车導場效電晶體的適當連接，其保證在 透過任兩組金氧半導場效電晶體所產生的可能導通狀態下 ，其中一組金氧半導場效電晶體的寄生本體二極體會產生 反向偏壓。本發明並揭π替代的具體實施例，__包含使用η -通道和ρ -通道的具體實施例。 圖式簡要説明 圖1爲一.先前技藝之多電池轉接電路圖，_其中隔離效果是 將兩個金乳半導場效電晶·體背對擺置所產生的如此可以 +使其中的一個本體二極體一直雄持在反向偏壓的狀態之下。 圖2a所示符號爲在.圖1和圖4電路中所用的ρ -通道金氧半. .導場效電晶體。 圖2b所示爲ρ-通道金氧半導場效電晶體的結構圖。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3 a所示符號爲在圖5電路中所用的η -通道金氧半導場效 電晶體。 .圖3 b.所tf爲η 通道金乳半導場欢電晶體的結構圖。 圖4爲本發明採用ρ…通道金氧半導場效電晶體之多電池轉 接電路，其只採用三俩金氧半導埽效電晶i來維持所需的 隔離效果.，不同於先前技藝中.的電路需要四個金氧半導場 i y ' 效>電晶體。 -6- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 五、發明説明（ 圖5爲> 類似於圖4之，多雷 ，氧半導場福11她通道金 feL詳細説明 以下的説明(以及前述之先前技藝之 的卜通道金氧半導場效電 ）、/㈣圖2a >,- ^ 圖3a的η -通道金氧车道^ 效電晶體。Ρ-通道金氧半導ίθ 、土虱+導％ 於圖2be此元件爲-^導琢政“體實際的結構則表示 土厓，p型的源極和集極。在其命‘ =之間形成的寄生本體二極體具有如圖2;向 :=和基座之間形成的本體二極體(未圖示)與=本 :美二串接1 有和圖2b所示相反的導通方向。因 的：厭：而維持在最高電壓，但必需在-個Pn連接二極體 之内，或是比源極（或集極）所承接的電壓高。有 :基：會連接另一個電壓源，形成四端點的元件， 基極會與P-通道元件的源極相連接，而形成三端點的元件 。此錢2b所示之接法，以及圖2晴示之結構和圖}及圖4 所示之電路。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 對於圖3b中的n-通道金氧半導場效電晶體來説，此元件 爲P型基座，η型的源極和集極。在基座和集極之間形成的 寄生本體二極體具有如圖3b的導通方向。而在源極和基座 之間形成的本體二極體（未圖示）與寄生本體二極體形成_ 接’具有和圖2b所示相反的導通方向。因此基座必需維持 在最低電壓，但必需在一個”連接二極體&電壓降之内， 或是比源極（或集極）所承接的電壓低。相同地，有的基極 會連接另一個電壓源，形成四端點的元件，但通常基極會 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（21〇'〆297公釐）

發明説明 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 與η-通道元件的源極相連接， 开杜 圖3b所示之接法，以及圖3 ^件。此爲 所不 <結構和圖5所示之雪炚。

在此所描述的多電池|| H 電0〜#、 ㈣〜連接功率金氧半導場效 τ广的一種万法，其能維持所需的隔離效果，但… ::金氧半導場效電晶體(圖4)，不同於先前技蓺中二 ::乳半導場效電晶體(圖1}。雖然其中的控制邏辑 f本的設計要複雜得多，但是此複雜度的花#卻比不 池中少用一個金氧半導場效電晶體所節省的花費。 U U也斗已輕將此額4外的邏輯電路包含在多電池轉接 =積體電路中，用來提供邏輯訊號轉動多重三全氧丰 單元的外接數位功率金氧半導場效ΐ晶體^ 晶體單元複製’就可以很容易地由此種設計^ 屙任思的電池組數目。正常情況血 ” 負載都是由二極體D1來提供電源，而:二:何時打開， +把仏電源，而无電電路則充當第二 =源。通常二極體叫都是由輸人端取得電源再灌到充兩 电路中，但是也有可能是取自於一組完全無關的電源。v 圖4中任㈣三金氧半柄效電㈣會導通麵相對的· 、接到无電電路或是負載。例如導通金氧半導場效電: 體Q12和q13會使充電電路對電池A充電，而導通金氧= 場蛛電晶體Q1 5和Q16會使充電電路對電池B充電。導通金 氧半導場效電晶體QH和Q13會使電池載充電^導 通金乳半導場效電晶體Ql4和Q16會使電㈣對自載充泰. 像圖1中的二極體IM —樣，圖4中的二極體Du在導通 -8 - 本紙張尺度適财國國家ϋ CNS ) A4規格（21GX297公楚） VI ^--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、ρ ,—综_ #’、 A7 , . B7 五、發明説明（6 ) ' 使充電電路對負載充電，但是在充電電路斷路時，卻不會 使得正在對負載動作的電池與負載連接。以下是六種控制 訊號和電池連接方式的部份眞値表： C11 C12 C13 C14 C15 C16 電池A 電池B 低 低 南 咼 向 與充電電路連接 斷路 低 南 低 南 與負載連接 斷路 高 向 低 低 斷路 與充電電路連接 高 低 低 斷路 與負載連接 此爲部份的眞値表 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 以p -通道金氧半導場效電晶體爲例，低表示導通 從圖4中可以看出每一個電池是用三個金氧半導場效電晶 體，而不是四個。此三個金屢丰導煬旄電體是乱來做爲^ 開關用，且排列的方式也正是讓其寄生體二極體指向連接 此三個金氧半導場效電晶體的端點方向。如此便可以確保 任意兩個金乳半導場效電晶.體内的寄生本體二極體導通時 的電流方向相反，因此在三個開關都關閉時，不會有任何 電流。再者，因爲任一個電池都有可能在充電時暫時具有 一個特別低的端電壓，圖4中用來使每一電池與負載相耦合 的上端兩個金氧半導場效電晶體（Q 1 1和Q 1 4)中的寄生本體 二極體就會在充電電路透過D 1 1對負載充電（只要充電電路 被啓動）及一組特別低的電池也正近行充電動作時產生反偏 壓。如此一來，只要個別的電池由一組低壓電池充電，充 電電池就會以所欲的電壓値驅動負載，而不會使個別的本 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 五 '發明説明( Λ7 B7 經濟部中央摇準局員工消費合作社印製 體二極體產生偏壓。 雖然所示爲P-通道的金氧半導場效電晶體，但是本發明 的電池轉接電路對n_通道之金氧半導場效電晶體也能動作 士此種電路如圖5所示’如果是使用^通道的金氧半導場效 :晶體的具體實施例，控制訊號C11到C16的邏輯値則會盥 ，述表格中應用在圖4的訊號相反。在者…㈣差的具體 I施例是混合使用n.通道和p•通道的金氧半導場效電晶骨^ 丄其哥生本體二極體必需如圖4和圖5所示般排列。如此， 金氧丰導場效電晶體就不會朝著其連接點的方向導通，而 會朝著離開連接點的方向導通。 在所揭示的具體實施例中，是使用傳統的反差（ΜΑ t〇PWgy)充電電路'然而，此發明僅亦祕其它型式的充 2路，例如，會將輸出電流分到電池與負載的電流源變 、路’或是任意型式的電流源限電壓充電電路，電壓源 限電流充電電路。要注意的是，圖4和圖5中所示的是兩個 電池的轉接電路，也就是所示連接於電路中的兩個電池， 忒圖π上來看其可以移除而以連接器cm和CN2來代替， 因此本發明的轉接電路使用多電池的能力並不限定要多少 數目的電池才能夠使電路動作。以—特定的例子來説明， 筆計型電腦可能具有本發明的多電池轉接電路以提供使用 多電池的能力，但是在銷售時卻只附一個電池，第二個電 池則爲額外的選用配備，因此該電腦的標價就可以盡量壓 低而不需要攜牲多電池能力。 因此，在以某種較佳具體實施例揭示並描述本發明的同 •10- ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS )A4S7210X297^ {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 襞 .tl Λ7 B7 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 時，諳熟此藝者皆會了解到只要本發明的精神和含蓋範圍 式型的 同不 種 多有以可是 變不 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝- ,ιτ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Λ8 B8 C8 1 1 DS 六、申請專利範圍 1 . 一種多'電_池轉接電路，包括： 一組第一電源； 一組弟—電源； 一個負載； 且係複數個； 弟一 ’弟一 ’和弟二個場效電晶體’每一個都具有一 基座，一控制閘，一源極，和一集極；每一個場效電晶 體的基座都與所相對的場效電晶體的其中·一電極相竊合 ’而該基-座和每一個場效電晶體的另一電極則形成·一個 寄生體一極體’其與所相對的場效電晶體的兩個電極相 耦合。該寄生體二極體會在該兩個電極其中之第一個電 極的電壓値大於第二個時導通，而在兩個電極中之第一 個電極的電壓値小於第二個時斷路； 遠弟·一 ’弟一 ’和弟二個場效電晶體的.第一個電極互 相耦合； 該弟一個場效電晶體的第二個電極與負載和該第一電 源.相#禹合； .該第二個場效電晶體的第二個電極與該第二電源相耦 合； 該第三個場效電晶體的第二個電極則用來與一個別之 電池相耦合。 2 ·如申請專利範圍第1項之多電池轉接電路，其中該場效電 晶體爲P _通道'之金氧!半導場效電晶體。 3 ·如申請專利範圍第1項之多電池轉接電路，其中該場效電 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 S83492 Λ8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

   申請專利範圍 晶體爲η.-通道之金氧半導場效電晶體。 4 _如f叫專利範圍第1項之多電池轉接電路，其中該第二兩 源爲反差（buck-topology)型式之充電電路。 ％ 5·却申請專利範圍第w之多電池轉接，其中該多電池 轉接電路所可能耦合的電池數目爲二。 6 · 一種多電池轉接電路，包括: 一組.第一.電源； ' 一组第二電源； 一個負載； 且係複數個； - .第-，第二，和第三個p_通道之場效電晶體， :具有—基厘’ -控制閘，-源極，和-集極，每—個 :效電晶體的基座都與所相對的場效電晶體的」原 &，而該基座和每-個場效電.晶體的集接劾成—個 =體:極ft .，。其與所.相對的場效㈣复㈣個電極 合。料生體二極.體會在集極的電壓値大 轉 ，而在集極的電壓値小於源極時斷路；1:’、，導通 ¥一個兔效電晶體的源極與該負載: ,耦合； ^ %源相 該第二個場效電晶體的源極與該第二電源 .該第三個場效電晶體的源極則用來逝—♦ σ \如_請專利範嚴第6項之多電池轉接電路，^目 源爲反差（bUCk-tOpoiogy)型式之充電電路。H二電、 ---,--„--------Ί 裝------訂------^.浓 (請先閱讀背面之注意事項一^填寫本頁} 13-

   S8S432 Λ8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 8 .:如申請專利範圍第6項之多電池轉接....電路，其中該多電池 轉接電路爲一個雙電池的轉接電路。 9. 一種多電池轉接電路，包括： 一組第一電源； 一組第二電源； 一個負載； ..且係複數個； 第一，第二，和第三個η -通道之場效電晶體，每一個. 都具雀一-基座，一控制閘，一源極、和一集極，每一個 場给'電•晶體的基座都與個別,的場效電晶體的集極相藕合 ，而該基座和每一個.場效電晶體的源極則形成一個寄生 骨豊.-一極體’其與個.別的场效電晶體的兩個電極相輕合。 該寄生體二極體會在源極的電壓値大於集極時導通，而 在源極的電壓値小·•於集極時斷路； 該第一，第二，和第三偃場效電晶禮+命:源極互相耦合； 該弟一個場效.電晶體的集..極..與該負載_.和-..該第一電源相 耦合； 該弟二個場效電晶體的集極與該第二電源相輕合； 該第三個場效電晶體的集極則甩來與一電池相耦合。 1 0 .如申請專利範圍第9項与多電池轉接電路，其中該第二電 - 源爲反差（buck-topology)型式之充電電路。 1 1 .如申請專利範圍第9項之多電池轉接電路，其中該多電池 轉格電路爲一個雙„電池的轉接電路。 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Λ4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) $ 、言 I