TW561663B - Battery state monitoring circuit and battery device - Google Patents

Description

561663 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（1 ) 曼跑背景 1 ·發明之技術領域 本發明係有關於一種可以監視一第二電池之狀態的電 池監視電路，並且關於一種被提供有該第二電池、一電流 限制構件、一電池狀態監視電路與類似者之電池裝置。 2 ·相關技藝之敘述 如圖2所示，一電池狀態監視電路通常被提供有電池 電壓監視端5至9 ; 一 C〇P端10 ，其用來作爲一充電 控制電晶體閘級連接端；一 D〇P端1 1 ，其用來作爲一 連接至放電控制電晶體閘級之連接端；一 V Μ P端1 2， 其用來作爲一過電流監視端；以及一 C T L端1 3，其用 來作爲一微電腦控制端。 在電池裝置中，如圖2所示，第二電池1至4、一充 電控制電晶體1 4、一放電控制電晶體1 6、以及一微電 腦2 1分別被連接至一電池狀態監視電路2 2 Α與外部端 E B + 與 E B - 〇 藉由第二電池1至4之電源供應所操作之外部負載 1 9 (例如筆記型個人電腦等之C P U )與用來對該第二 電池1至4充電之一充電器2 0的一或兩者被連接於電池 裝置2 3 A的外部端E B +與E B -之間。 當過電源偵測電路1 5偵測到V Μ P端1 2的電壓被 來自VDD的電壓所降低時，導致D〇P端11輸出一放 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 561663 A7 B7 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 電禁止訊號「Η」，藉以使得場效電晶體1 6進入截止（ 〇F F )狀態。此乃稱爲由於過電流所造成的放電禁止狀 態。 此外，在過電流所造成的充電/放電禁止狀態時，電 池狀態監視電路2 2 Α (即圖1中之過電源偵測電路1 5 )造成被提供於其內部之拉升電路18進入導通（ON) 狀態，並且透過給定之阻抗，將V Μ P端1 2拉升（ pu 1 1 - up)至電池電壓監視端5。因此，造成過電 流的外部負載1 9之阻抗足夠地大於拉升電路1 8的阻抗 (亦即，沒有發生過電流的顧慮），而且V Μ P端1 2與 外部端Ε Β +幾乎到達V D D。過電源偵測電路1 5偵測 到VMP端1 2的電壓被來自VDD的電壓所提高，接著 釋放過電流偵測狀態。此乃稱爲從由於過電流所造成的放 電禁止狀態之回返。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在另一方面，當一放電禁止訊號（在此，該放電禁止 訊號以「Η」表示）由於過電流之外的原因，而從微電腦 2 1被輸入至C T L端1 3時，電池狀態監視電路2 2 A 使得D〇P端1 1輸出一放電禁止訊號「Η」，藉以使得 場效電晶體1 6進入截止（〇F F )狀態。此乃稱爲由於 微電腦所造成的放電禁止狀態。 由於微電腦所造成的放電禁止狀態係由一釋放訊號從 微電腦釋放。 然而，在習用電池狀態監視電路2 2 Α與電池裝置 2 3 A中，當外部負載1 9之阻抗很大時，會發生一個問 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!〇'乂297公釐） -5- 561663 A7 B7 五、發明説明（3 ) 題，即在由於微電腦所造成的放電禁止狀態時’外部端 EB+會發生如以下之2·至5.之週期所述之震盪現象 。震盪波形的範例係如圖5所示。該震盪對於電池裝置 2 3 A本身之充電/放電控制沒有影響。然而，在此產生 一個問題，即其會對於週邊裝置有不利的影響，例如成爲 雜訊源。 1 .當進入微電腦所造成的放電禁止狀態時，場效電 晶體1 6進入截止狀態，而且對於外部端E B +的電源供 應也被停止。 2 .外部端E B +被外部負載1 9所下拉（pull-down )，使得其電位下降。 3 ·在此情形下，V Μ P端1 2的電位也跟著外部端 Ε Β +之電位一起被下降，使得電池狀態監視電路2 2 A 能夠辨識由於過電流所造成的放電禁止狀態。 4 .接著，拉升電路1 8進入導通狀態。在此情形下 ，當外部負載1 9的阻抗足夠地大於拉升電路1 8的阻抗 時，V Μ P端1 2與外部端Ε B +被拉升，使得其電位到 達V D D的電位。 5 ·因此，電池狀態監視電路2 2 Α辨識出由於過電 流所造成的放電禁止狀態已被釋放，藉以使得拉升電路 1 8再次進入截止狀態。 6 ·該狀態回返到上述之2 .所述者。 發明之槪沭 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I -I .-----?! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -41 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 561663 A7 B7 五、發明説明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明基於解決上述問題之考量而被提出。根據本發 明之電池狀態監視電路與電池裝置的架構，即使當放電被 一微電腦所限制時，外部端E B +也不會震盪，使得雜訊 之發生可被避免。 亦即，在一放電禁止訊號從外界被輸入至電池狀態監 視電路的情形中，一過電流監視端的阻抗保持不變。 圖式之簡要說明 本發明之特色與優點將自以下之說明而顯現，其係參 照附圖並且藉由用以說明卻不因而爲之所侷限之範例，本 發明之具體實施例係如以下圖式所示，其中： 圖1係爲一方塊示意圖，其顯示本發明之電池狀態監 視電路與電池裝置的範例； 圖2係爲一方塊示意圖，其顯示習知電池狀態監視電 路與電池裝置的範例； 圖3係爲一方塊示意圖，其顯示本發明之電池狀態監 視電路與電池裝置的另一範例； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4係爲一方塊示意圖，其顯示本發明之電池狀態監 視電路與電池裝置的又一範例；以及 圖5係爲一圖表，其顯示習知電池狀態監視電路與習 知電池裝置之震盪波形。 主要元件對照表 1 第二電池 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 561663 A7 B7 五、發明説明（5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 第二 電 池 3 第二 電 池 4 第二 電 池 5 電池 電 壓 監 視 端 6 電池 電 壓 監 視 端 7 電池 電 壓 監 視 端 8 電池 電 壓 監 視 丄山 觸 9 電池 電 壓 監 視 端 1 〇 C〇 Ρ 端 1 1 D〇 Ρ 丄山 m 1 2 V Μ Ρ 端 1 3 C Τ L 端 1 4 充電 控 制 電 晶 Mf#i 體 1 4 B 充電 控 制 電 晶 體 1 5 過電 流 偵 測 電 路 1 6 放電 控 制 電 晶 體 1 6 B 放電 控 制 電 晶 Μ 體 1 7 拉升 林 ^Γν 止 電 路 1 7 B 下拉 止 電 路 1 8 拉升 電 路 1 8 B 下拉 電 路 1 9 外部 負 載 2 〇 充電 器 2 1 微電 腦 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 561663 A7 B7 、發明説明（6 ) 2 2 A 電池狀態監視電路 2 2 電池狀態監視電路 2 3 A 電池裝置 2 3 電池裝置 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之詳細描沭 圖1係爲-方塊示思圖’其顯示本發明之電池狀態監 視電路與電池裝置的範例。以下，本發明將藉由參閱圖1 而加以說明。 如圖1所示’根據本發明之電池狀態監視電路被提供 有電池電壓監視端5至9 ;〜*c〇p端10，其用來作爲 一連接至充電控制電晶體閘級之連接端；一 D〇p端1 1 ，其用來作爲一連接至放電控制電晶體閘級之連接端；一 V Μ P端1 2，其用來作爲一過電流監視端；以及一 C T L端1 3，其用來作爲一微電腦控制端。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在電池裝置中，如圖1所示，第二電池1至4、一充 電控制電晶體1 4、一放電控制電晶體1 6、以及一微電 腦2 1分別被連接至一電池狀態監視電路2 2與外部端 Ε Β +與Ε Β —。根據圖1之架構，電池電壓監視端5的 電位爲VDD，而且電池電壓監視端9之電位爲V S S。 此外，在有些情形中，微電腦2 1被裝設於電池裝置的外 部。 藉由第二電池1至4之電源供應所操作之外部負載 1 9 (例如筆記型個人電腦等之C P U )以及用來對該第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -9- 561663 A7 B7 五、發明説明（7 ) 二電池1至4充電之一充電器2 0的一或兩者被連接於電 池裝置2 3的外部端E B +與E B —之間。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在場效電晶體1 4與場效電晶體1 6保持導通狀態而 且電源被致能以供應至外部負載1 9的正常狀態中， V Μ P端1 2的電壓透過場效電晶體1 4與場效電晶體 1 6被拉升到V D D的電位。在此情形中，當外部負載 1 9之阻抗被降低以增加電流時，V Μ Ρ端1 2的電壓由 於場效電晶體1 4與場效電晶體1 6的導通電阻而從 V D D電位下降。過電源偵測電路1 5偵測到V Μ Ρ端 1 2的電壓被來自V D D的電壓所降低，並且使得D〇Ρ 端1 1輸出一放電禁止訊號「Η」，藉以使得場效電晶體 1 6進入截止狀態。此乃稱爲由於過電流所造成的放電禁 止狀態。在此情形中，由於場效電晶體1 6處於截止狀態 而且電源供應被終止，外部端Ε Β +被外部負載1 9所下 拉，使其電位降低。 此外，在過電流所造成的充電/放電禁止狀態時，電 池狀態監視電路2 2 (即圖1中之過電源偵測電路1 5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 造成被提供於其內部之拉升電路1 8進入導通狀態，並且 透過給定之阻抗，將V Μ Ρ端1 2拉升至電池電壓監視端 5。因此，造成過電流的外部負載1 9之阻抗足夠地大於 拉升電路1 8的阻抗（亦即，沒有發生過電流的顧慮）， 而且VMP端1 2與外部端ΕΒ+幾乎到達VDD。過電 源偵測電路1 5偵測到V Μ Ρ端1 2的電壓被來自V D D 的電壓所提高，接著釋放過電流偵測狀態。因此，電池狀 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -10- 561663 Α7 Β7 五、發明説明（8 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 態監視電路2 2使得場效電晶體1 6再次進入導通狀態’ 並且允許電池裝置2 3回到正常狀態。此乃稱爲從由於過 電流所造成的放電禁止狀態之回返。 在另一方面，當一放電禁止訊號（在此’該放電禁止 訊號以「Η」表示）由於過電流之外的原因，而從微電腦 2 1被輸入至C T L端1 3時，電池狀態監視電路2 2使 得D ◦ Ρ端1 1輸出一放電禁止訊號「Η」，藉以使得場 效電晶體1 6進入截止狀態。此乃稱爲由於微電腦所造成 的放電禁止狀態。在本情形中，由於場效電晶體1 6處於 截止狀態而且電源供應被終止，外部端Ε Β +被外部負載 1 9所下拉，使其電位降低。 由於微電腦所造成的放電禁止狀態係由一釋放訊號從 微電腦釋放。上述之操作的每一者被提供有延遲，以避免 發生故障。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在圖1所示之本發明的電池狀態監視電路2 2中，增 加有一拉升禁止電路1 7。當放電禁止訊號由微電腦所給 定時，拉升禁止電路1 7運作以避免拉升電路1 8將 V Μ Ρ端1 2拉升到電池電壓監視端5。因此，在由微電 腦所導致的靜電禁止狀態發生時，係進行以下的操作。 1 .當進入微電腦所造成的放電禁止狀態時，場效電 晶體1 6進入截止狀態，而且對於外部端Ε Β +的電源供 應也被停止。同時，拉升禁止電路1 7也被啓動。 2 ·外部端Ε Β +被外部負載1 9所下拉，使得其電 位下降。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -11 - 561663 Α7 Β7 五、發明説明（9 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 ·在此情形下，V Μ P端1 2的電位也跟著外部端 Ε Β +之電位一起被下降，使得電池狀態監視電路2 2倉g 夠辨識由於過電流所造成的放電禁止狀態。 4 ·在此情形下，由於拉升禁止電路1 7已如1 ·中 所述地操作，拉升電路1 8保持在截止狀態。 5 .因此，外部端E B +與V Μ P端1 2變成開路， 使其被固定於外部負載1 9所進行的下拉操作被實現的狀 態。亦即，外部端Ε Β +不會發生震盪。 在習知的範例中，當進入微電腦所造成的放電禁止狀 態時，V Μ Ρ端1 2的阻抗由於拉升電路1 8的導通/截 止而被改變。然而，在根據本發明之電池狀態監視電路與 電池裝置的架構中，在微電腦所造成的放電禁止狀態時， 作爲過電流之監視端的V Μ Ρ端1 2之阻抗被保持固定， 使得外部端Ε Β +沒有發生震盪的顧慮。因此，週邊裝置 被不利地影響之顧慮也可以被免除，藉以增加安全性。在 圖1之情形中，V Μ Ρ端1 2被電隔離，以將阻抗保持固 定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3係爲一方塊示意圖，其顯示本發明之電池狀態監 視電路與電池裝置的另一範例。在圖3中，過電流偵測被 微電腦所產生的放電禁止訊號所禁止。因此，在由微電腦 所導致的靜電禁止狀態發生時，係進行以下的操作。 1 ·當進入微電腦所造成的放電禁止狀態時，場效電 晶體1 6進入截止狀態，而且對於外部端Ε Β +的電源供 應也被停止。同時，過電流偵測也被禁止。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -12- 561663 A7 __ B7 五、發明説明（1〇 ) 2 .外部端E B +被外部負載1 9所下拉，使得其電 位下降。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 _在此情形下，V Μ P端1 2的電位也跟著外部端 Ε Β +之電位一起被下降。然而，由於過電流偵測被禁止 ，使得電池狀態監視電路2 2無法辨識由於過電流所造成 的放電禁止狀態。 4 ·於是，拉升電路1 8保持在截止狀態。 5 .因此，外部端Ε Β +與ν Μ Ρ端1 2變成開路， 使其被固定於外部負載1 9所進行的下拉操作被實現的狀 態。亦即，外部端Ε Β +不會發生震盪。。 因此，亦如圖3所示者，其產生如圖1之類似效果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖4係爲一方塊示意圖，其顯示本發明之電池狀態監 視電路與電池裝置的又一範例。在本範例中，藉由使用一 η通道金氧半場效電晶體（Ν Μ 0 S F Ε Τ )而獲得類似 於圖1中的架構。一場效電晶體1 4 Β、一場效電晶體 1 6Β、一下拉禁止電路1 7Β、以及一下拉電路1 8Β (而非一場效電晶體1 4、一場效電晶體1 6、一拉升禁 止電路1 7、以及一拉升電路1 8)分別被連接。雖然其 詳細說明在此不予贅述，很明顯地，其具有與圖1類似的 效果。此外，儘管未繪示於圖中，很明顯地，即使在圖3 之範例係由使用Ν Μ〇S F Ε Τ所構成的情形中，也可以 獲得類似的效果。 此外，在根據本發明之電池狀態監視電路與電池裝® 的架構中，即使在拉升電路1 8或下拉電路1 8 Β被固定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -13- 561663 Α7 Β7 五、發明説明（11 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 而被保持在微電腦產生之放電禁止訊號所造成的導通狀態 時，V Μ P端1 2之阻抗被保持固定，藉以避免外部端的 震盪。在此情形中，V Μ Ρ端1 2的阻抗被拉升電路1 8 或下拉電路1 8 Β所決定，而且V Μ Ρ端1 2的電位被拉 升電路1 8或下拉電路1 8 Β的阻抗以及外部負載1 9之 間的平衡所決定。因此，本發明之目的可以被達成。 是以，根據本發明，任何電路架構均可被使用，只要 其允許過電流監視端被保持固定於放電禁止訊號被輸入至 電池狀態監視電路時。因此，該電路架構並不侷限於上述 具體實施例中的描述。 綜上所述，本發明具有一架構，其使得外部端不會震 盪，而且當放電被外部之微電腦所限制時也不會發生雜訊 ，藉以增加電池裝置與使用該電池裝置之電子設備的安全 性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之圖式與描述以較佳實施例說明如上，僅用於 藉以幫助了解本發明之實施，非用以限定本發明之精神， 而熟悉此領域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本 發明之精神範圍內，當可作些許更動潤飾及同等之變化替 換，其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領 域而定。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210x297公釐） -14 -

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 561663 A8 B8 C8 D8 ___ 六、申請專利範圍 1 1 · 一種電池狀態監視電路，包括： 一 D ◦ P端，其用來控制一場效電晶體，該場效電晶 體控制一第二電池之一放電電流； 一電池電壓監視端，其用來監視該第二電池之一放電 電流； 一控制端，其用來接收一訊號，該訊號控制從一外部 裝置之充電/放電； 一 V Μ P端，其用來監視該第二電池之一過電流； 一拉升電路，其被連接至該VMP端與該電池電壓監 視端； 一過電流偵測電路，其從該V Μ Ρ端接收一訊號； 一或閘電路，其用來輸出一訊號至該DOP端，其從 該V Μ Ρ端與該控制監視端接收訊號；以及 一禁止電路，其用來輸出一拉升訊號至該拉升電路於 其從該控制端接收一用來禁止放電的訊號時，其中該控制 端被連接至該過電流偵測電路的輸出端。 2 · —種電池狀態監視電路，包括： 一 D〇Ρ端，其用來控制一場效電晶體，該場效電晶 體控制一第二電池之一放電電流； 一電池電壓監視端，其用來監.視該第二零池之一放電 電流； 一控制端，其用來接收一訊號，該訊號控制從一外部 裝置之充電/放電； · 一 V Μ Ρ端，其用來監視該第二電池之一過電流； ^紙張尺度逋用中國國家橾準(CNS ) Α4規格（210Χ297公釐f " • 15 - ------ίτ--------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 561663 A8 Β8 C8 D8 々、申請專利範圍 2 一下拉電路，其被連接至該V Μ P端與該電池電壓監 視端； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一過電流偵測電路，其從該V Μ Ρ端接收一訊號； 一反或聞電路，其用來輸出一訊號至該D Ο Ρ端，其 從該V Μ Ρ端與該控制監視端接收訊號；以及 一禁止電路，其用來輸出一下拉訊號至該下拉電路於 其從該控制端接收一用來禁止放電的訊號時，其中該控制 端被連接至該過電流偵測電路的輸出端。 3 · —種電池狀態監視電路，其能夠控制一電流限制 機構以調整可充電/可放電之第二電池的電流，並且能夠 監視該第二電池之一電壓以及一電流之一或二者，其中： 至少一監視端被提供於該電池狀態監視電路中，該監 視端係用來監視該第二電池之一放電電流，以及一控制一 外部裝置之充電/放電的控制端；以及 在一放電限制訊號被輸入至該控制端的情形中，該監 視端被電隔離。 4 _ 一種電池裝置，包括： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可充電/可放電之第二電池，其被提供於作爲外部端 的+端與一端之間； 一電流限制構件，其係用來調整該第二電池之電流； 以及 一電池狀態監視電路，其能夠控制該電流限制構件並 且監視該第二電池之一電壓或一電流之一或二者，其中該 電池狀態監視電路係爲根據申請專利範圍第1項至第3項 本紙張XJL適用中國國家梂準（CNS ) ( 210X297公釐) -16- 561663 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 3的電池狀態監視電路。 --------^裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17