1241726 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種當要將N型FET(Field Effect Transistor)連接至電源電路之正極側時非常適用的場效電 晶體驅動器電路。 【先前技術】 近年來，二次電池廣泛被使用作為筆記型電腦或行動電 話等電子機器之電源。為了在充電狀態時，防止二次電池 因為過度充電或過電流而導致劣化或發熱，且在放電狀態 k防止因過電流所致電流路徑之燒壞或因過度放電所致二 次電池之劣化，通常設有保護電路。 在该保護電路中，大都使用p型；PET，其與N型FET相較， 雖然特性較差，但配置於電源之正極側時，易於控制。 如圖19所示，在二次電池141之正極側上，設有放電控制 用之P型FET142，以及充電控制用之卩型FET144。且在 FET142之閘極與二次電池14ι之負極側，設有npn型電晶體 143，並在FET144之閘極與二次電池141之負極側，設有NPN 型電晶體145。電晶體143與145之基極連接至驅動器電路 146。如此，p型FET即作為二次電池之保護電路用。 «亥P型FET係糟由將一比源極電塵還低之電壓加到閘 極’來進行控制，而FEt係藉由將一比源極電壓還高之 電壓加到閘極，來進行控制。因此，當將一與P型FET之特 性相比具有較佳特性之N型FET配置於二次電池之正極側 時’將有需要藉由升壓器來產生一在控制N型FET時所需之 92359.doc 1241726 閘極電壓，且比電池電壓還高（例如參照專利文獻1 )。 [專利文獻1]特開2003-079058號公報 如圖20所示，在二次電池141之正極側，設置一放電控制 用之N型FET152，與一充電控制用N型FET154。然後， FET152之閘極經由電阻153與電壓源156之正極側相連接， FET154之閘極經由電阻155與電壓源156之正極側相連接。 電壓源156之負極與FET152和154之連接點相連接。該電壓 源156係被一為一控制電路158所控制之升壓控制電路157 所控制。如此，N型FET即被作為二次電池之保護電路使用。 然而，當控制FET152與154而使升壓電路動作時，FET152 和1 5 4將在各別閘極與源極之間產生一具有相當大電容之 所謂假電容器，因而當將FET1 52和154作為切換電路使用 時，將有所謂切換速度變慢之問題。 此點係起因於要使FET 1 52和154變OFF時，由於各別假電 容器中所儲存之電荷會通過電阻153和155而被放電，因而 如圖21所示，在FET152與154之閘極電壓將產生活動時段 (active interval)，亦即FET152和154會暫時產生電力。 又’如圖22所示，升壓器171係由切換電路172、174、175、 以及電容器173所構成，並且為控制電路168所控制。 此時，要使FET 152和154變成OFF時，係將電容器173中 所儲存之電荷放電至電阻1 77之後，才切換至OFF，因而閘 極所在之電壓將如圖21所示產生活動時段。如上所述，這 是因為以電阻177將儲存於電容器173之電荷予以放電所 致。藉此，在FET 152和154之閘極上將有暫時性之電力。 92359.doc 1241726 因此，FET 152和154之由ON切換成OFF的動作即變慢了。 【發明内容】 因此，本發明之目的在於在一設置於二次電池之正極側 、呆濩電路中，使用一特性比p型FET還好之N型，而提 供一種可以在不產生延遲之下變成〇FF之場效電晶體驅動 電路。 為了達成上述課題，中請專利範圍第i項之發明係一場效 電晶體之驅動電路，其在一二次電池之正極側連接有一第 二二型場效電晶體之汲極’該第一_場效電晶體之源極與 第一N型％效電晶體之源極相連接，該第二n型場效電晶 體之汲極被導出而作為其中一輸 ^ ^ τ 叛出女而子，上述第一與第二Ν 型場效電晶體之各別閘極，與該二次電池之負極側之間， 連接有一用以將該第一與第二_場效電晶體予以⑽或 OFF之第-和第二切換元件；且連接有一用以控制上述第 一與第二切換元件之驅動裝 衣罝，在s亥第一和第二N型場效電 晶體之相互源極連接點， 乂及上述第一和第二N型場效電晶 體之各別閘極之間，連接一雷 ^ 逆接電壓源，用以提供一比該第一
和弟一 N型場效電晶體之源；)¾rH 又/雄極電位逖咼之閘極電位；且在該
電麼源之負極側，連接一-枚触 X 一極體之陰極，而該二極體之陽 極則被連接至該二次電池 、 也之負極側；該二次電池之負極側 被導出而作為另一輸出端子。 像這樣，藉由在設晋# -工^ ,
一=人電池之正極側的二個N型FET 之間’設置一二極體來作兔Γ 不作為FET之,_ Μ，將可以容易地 驅動Ν型FET。 92359.doc !241726 【實施方式】 以下，就本發明之實施態樣，參照圖式作說明。參照圖1 來就一應用了本發明之第一實施例作說明。FET 2(第一 場效電晶體）之汲極被連接至二次電池丨之正極側，其源極 被連接至N型FET 4(第二場效電晶體）之源極，且其汲極被 導出作為其中一輸出端子。又，二次電池1之負極側被導出 作為另一輸出端子。藉此，在二次電池1之正極側設置FET 2 與4。 FET 2為一放電控制用FET ; FET 4為一充電控制用fet。 又，在該FET 2與4上，設有寄生二極體。NpN型電晶體3(第 一切換元件）之集極被連接至FET 2之閘極，而其射極則被 連接至一次電池1之負極側，而其基極則與驅動電路7相接。 NPN型電晶體5(第二切換元件）之集極連接至FET 4之閘 極，其射極與二次電池丨之負極側相連接，其基極與驅動電 路7相連接。又，驅動電路7與二次電池丨之負極側相連接。 一極體6之陰極與FET 2之源極、FET4之源極間之連接點相 連接；其陽極與二次電池丨之負極側相連接。該二極體係用 以產生一 FET 2和4之動作上所需要之閘極電壓（驅動電 源）。升壓器電路8被連接至FEt 2和4之各別閘極。 像這樣，藉由在電源電路之正極側連接FET 2和4，並在 電源電路之負極側連接驅動電路7，並在fet 2和4之間設置 一極體6 ’即使FET成為電池電壓，仍可以〇FF掉fet 2 和4。忒FET 2和4係受電晶體3和5所控制其on/OFF，而電 晶體3和5則為驅動電路7所控制其〇N/〇FF。 92359.doc 1241726 ’係利用一升壓器電路8，來將一 之閘極電壓，作得比二次電池1還 又，在本第一實施例中 控制N型FET 2和4所需要 高。 又，一次電池1若為非水性 電池以及錄氫二次電池等。 二次電池，可以是鋰離子二次 多…圖2，就本發明所應用之第二實施例作說明。FET 2 甲1極人FET4之閘極之間，串接有電阻^與㈠。電壓源" 之正極側連接至電阻12和13之連接點，其負極側則連接至 FET 2之源極與FET 4之源極間之連接點。 、當ON電晶體3時，透過二極體6，而2之閘極與源極將 被短路FET 2即變成0FF。此時，在不通過電阻。之下， 古子於FET2之閘極與源極間之虛擬電容中的電荷將進行放 電’ FET 2將立刻變成〇FF。 同樣，若將電晶體5予以〇N，則透過二極體卜fet 4之 閘極與源極會短路，因此fet 4成為。此時，顺*之 開極與源極間之虛擬電容中的蓄積之電荷會不透過電阻13 而放電，因此FET 4立刻〇FF。 電壓源11之一例可以使用-由電容器所構成之升壓器電 路。然而，並不限定於升壓器電路，取代升壓器電路，只 要是一可以作為電壓源者即可。 '言樣藉由使用二極體ό，將可以如P型FET般以簡單 之驅動電路來構成。
I 一 冬不使用一極體6時的例子顯示於圖；3中。PNP 型電晶體21之集極係經由電阻12被連接至FET 2之閘極而 92359.doc 1241726 其射極則連接至電壓源}1之正極側，且其基極連接至驅動 包路23。PNP型電晶體22之集極經由電阻13，連接至fe丁 4 之閘極，其射極連接至電壓源12之正極側，其基極連接至 驅動電路23。PNP型電晶體24之射極連接至FET2之閘極， 其木極連接至電壓源11之負極側。pNp型電晶體25之射極連 接至FET 4之閘極，而其集極連接至電壓源丨丨之負極側。 在本圖3之電路中，由於沒有使用二極體6，將無法控制 電晶體21、22、24和25。這是因為電壓源11之電源呈分離 狀悲’沒有用以控制之路徑所致。像這樣，用以控制升壓 器之方式將需要一用以控制各FET之電源的電路。在本實施 例中，藉由使用一個二極體，只需要使用一個升壓器，即 可控制N型FET。 參照圖4，來說明本第二實施例中一用以控制一放電控制 用FET 2之一例。藉由導通（tum 0N)電晶體3，FET 2之閘極 與源極將被短路，而可以關閉（turn 〇ff)Fet 2。此時，即 使FET 2仍處於電池電壓，由於設有一二極體6，仍可以關 閉 FET 2。 如上所述，由於可以在不通過電阻12下，將FET 2之虛擬 電容中所儲存之電荷予以放電，因而在FET2之閘極上，將 呈現一如圖6所示之閘極電壓。在時點tl，一旦電晶體3變 成OFF，FET 2即同時變成〇N ;在時點t2，一旦電晶體3變 成ON，FET 2即同時變成。 參照圖5 ’來說明本第二實施例中一用以控制一充電控制 用FET 4之一例。藉由導通電晶體5，FET 4之閘極與源極將 92359.doc 11 1241726 短路，而可以使FET 4變成OFF。此時，即使FET 4處於電 池電壓，由於設有二極體6，亦能關閉FET 4。 如上所述，由於可以在不通過電阻13之下將FET 4之虛擬 電容中所儲存之電荷予以放電，因而在FET 4之閘極上，將 呈現一如圖6所示之閘極電壓。在時點ti，一旦電晶體5變 成OFF，FET 4即同時變成on ;在時點t2，一旦電晶體5變 成ON，FET 4即同時變成〇ff。 其次，說明一應用本發明之第三實施例。首先，在圖7A 中顯示出和FET 2和4之各別閘極相關的閘極電壓特性，在 圖7B中，顯示出和電晶體3和5之各別基極相關之基極電壓 特性。 在本第二貫施例中，在時點11丨，電晶體3和5變成之 後，FET 2和4變成OFF。此時，升壓器之動作亦被停止。 接著，在經過時間ΔΤ之後的時點tl2，電晶體3和5變成 OFF。接著，在時點tl3, FET 2和4變成〇N，同時升壓器之 動作開始。像這樣，藉由使升壓器動作，在使FET變成〇ff 之後，將可以防止在閘極上有耐壓以上之電壓施加著。 爹照圖8,說明應用了本發明之第三實施例。電阻31設置 於FET 2之閘極與電晶體3之集極之間。定電壓二極體32之 陽極連接至FET 2之閘極，陰極則連接至定電壓二極㈣ 之陽極。定電壓二極體33之陰極連接至二極體6之陽極。 電阻34設置於FET 4之閘極與電晶體5之集極之間。定電 壓二極體35之陽極連接至FET4之閑極，而其陰極則連接至 定電壓二極體36之陽極。定電壓：極體乂之陽極連接至二 92359.doc -12- 1241726 極體6之陰極。 藉由上述構成，如上所述，當電晶體3變成〇n時，FET 2 將變成OFF，當電晶體3變成〇FF時，到超過定電壓二極體 32之齊納電壓之前，fET 2都會維時〇FF。接著，當超過定 電壓二極體32之齊納電壓時，FET2才會變成〇1^。同樣地， 當電晶體5變成0N時，FET4變成〇FF，當電晶體5變成〇FF 時，到超過定電壓二極體35之齊納電壓之前，fet 4維時 OFF;然後，當超過定電壓二極體35之齊納電壓之後，* 才變成ON。 參照圖9,就一應用了本發明之第三實施例的第一變形例 作說明。定電壓二極體41之陽極連接至FET4之閘極，陰極 連接至二極體42之陽極，二極體42之陽極連接至二極體6 之陰極。 二極體43之陽極連接至FET4之閘極，其陰極則連接至定 電壓二極體44之陰極。定電壓二極體44之陽極與二極體6 之陰極相接。FET 4之閘極與電晶體5之集極相接。 本第三實施例之第一變形例在電晶體5變ON時，FET4變 OFF，電晶體5變OFF時，直到超過定電壓二極體41之齊納 電壓前’FET 4都維持0FF。接著，—旦超過定電壓二極體 41之齊納電壓，FET 2即變ON。 參照圖10’就一應用了本發明之第三實施例的第二變形 例作-說明。定電壓二極體51之陽極連接至而4之閉極， 其陰極連接至二極體52之陰極。二極體52之陽極連接至二 極體6之陰極。FET 4之閘極連接至電晶體5之集極。 92359.doc 13 1241726 像這樣，根據第三實施例、第三實施例之第一與第二變 形例所示之電路構成，將可以不需要使用—在？£丁、2與= 各別閘極、源極之間的耐壓安全電路。 找本第三實施例之第二變形例在電晶體5變成0N時，FET 4 變成OFF，在電晶體5變成〇FF時，直到超過定電壓二極體 51之齊納電壓前，FET4都維持〇FF。接著，超過定電壓二 極體51之齊納電壓之後，FET 4變成ON。 參照圖11，就一應用了本發明之第三實施例的第三變形 例作一說明。電阻56設置於FET 4之閘極與二極體6之陰極 之間。 本第二實施例之第三變形例在二次電池1之端子電壓變 高時，藉由電阻34與56之選定，以及改變電晶體5之〇1^期 間，亦即所謂脈衝寬度，即可因應。 參照圖12，就本發明之第四實施例予以說明。升壓電路 61由切換電路62、64、65、66、67以及電容器63所構成， 並為控制電路70所控制。 相串接之切換電路62、64以及電容器63此三者與二次電 池1相並列而設。切換電路62與電容器63之連接點，以及FET 2 之閘極之間，設有一切換電路65。在切換電路62與電容器 63之連接點、以及FET 4之閘極之間，設有切換電路66。電 容器63與切換電路64之連接點、和FET 2之源極之間，設有 切換電路67。 電阻68設置於FET2之源極與閘極之間。在fet 2之閘極/ 源極之間，會有一電容相當大之虛擬電容71。電阻69設置 92359.doc -14· 1241726 於FET 4之源極/閘極之間。在FET 4之閘極/源極之間，有一 電容相當大之虛擬電容72。 首先，當要對虛擬電容71進行充電時，將切換電路62和 64設定成ON，而對電容器63進行充電。接著，將切換電路 62與64設定成OFF，將切換電路65及67設為ON。因此，蓄 積於電容器63之電能，虛擬電容71被充電。同1篆韵，將虛
A 擬電容72充電時，將切換電路62及64設為ON，充€於電容 器63。而後，將切換電路62及64予以OFF，並將切換電路 66和67設定成ON。因此，儲存在電容器63中之電能將被充 電至虛擬電容72中。 像這樣，以升壓電路61來個別地對虛擬電容71和72進行 充電。此時，電阻68和69之電阻值即使設定得較高，如圖6 所示，仍能OFF掉FET 2和4。 參照圖13，就本發明之第五實施例作說明。PNP型電晶 體8 1之射極被連接至FET2之閘極，其集極與FET 2之源極相 接，其基極經由電阻82而與電晶體3之集極相接。PNP型電 晶體83之射極與FET 4之閘極相接，其集極與FET 4之源極 相接’其基極經由電阻8 4而與電晶體5之集極相接。電晶體 3和5被控制電路8 5所控制。 藉由該控制電路85，一旦電晶體3變ON，電晶體8 1之基 極電流即以虛擬電容71、電晶體8 1、電阻82、電晶體3、以 及二極體6之順序流過，並使電晶體8 1變ON。一旦電晶體 81變ON，虛擬電容71中所儲存之電能即放電，且FET 2變 OFF。 92359.doc -15- 1241726 同樣地，藉由控制電路85，一旦電晶體5變〇N，電晶體 83之基極電流即以虛擬電容72、電晶體、電阻料、電晶 體5、以及一極體6之順序流過，使電晶體8 3變on。一旦電 曰曰體83、交ON，虛擬電容72中所儲存之電能即放電，FET 4 變 OFF 〇 本第五貫施例為一使用二極體6於電晶體8丨和83之驅動 中者。 參]圖14 ’就本發明之第六實施例作說明。n型fet 91 之汲極連接至二次電池丨之正極側，其源極連接至fet 96之源極。N型FET1〇1之汲極連接至FEt %之汲極，其源 極則連接至N型FET1 06之源極。像這樣，在二次電池1之正 極側，即設有FET91、96、101、與1〇6。 PNP型電晶體92之射極連接至FET91之閘極，其集極連接 至FET 91之源極’其基極經由電阻93連接至npn型電晶體 111之集極。FET 91之閘極/源極之間，會產生一虛擬電容 94。二極體95之陰極連接至FET91之源極，其陽極則連接至 一次電池1之負極側。 PNP型電晶體97之射極連接至FEt 96之閘極，其集極連 接至FET96之源極，其基極經由電阻98而連接至電晶體lu 之集極。FET96之閘極/源極間，會產生一虛擬電容99。 PNP型電晶體1〇2之射極連接至FET101之閘極，其集極連 接至FET101之源極，其基極經由電阻1〇3連接至電晶體lu 之集極。FET101之閘極/源極之間，有一虛擬電容1〇4。二 極體105之陰極連接至FET101之源極，其陽極則連接至二次 92359.doc -16- 1241726 電池1之負極側。 PNP型電晶體107之射極連接至F]ET106之閘極，其集極連 接至FET106之源極，其基極經由電阻ι〇8連接至電晶體 之集極。FET106之閘極/源極之間，有一虛擬電容1〇9。 電晶體111之射極連接至二次電池丨之負極側，其基極連 接至控制電路112。又，控制電路112亦與二次電池丨之負極 側相連接。 在本第6實施例中，藉由控制電路112，一旦電晶體111變 ON，電晶體92之基極電流即經由虛擬電容94、電晶體92、 電阻93、電晶體111、以及二極體95之順序流過，而使電晶 體92變ON。一旦電晶體92變ON，儲存在虛擬電容94中之電 能即放電，FET 91變OFF。 又，藉由控制電路112，一旦電晶體lu變〇N，電晶體97 之基極電流即經由虛擬電容99、電晶體97、電阻98、電晶 體111、以及一極體95之順序流過，而使電晶體97變on。 一旦電晶體97變ON，虛擬電容99申所儲存之電能即放電， 且 FET96 變 OFF 〇 同樣地，藉由控制電路112, 一旦電晶體ln變ON，電晶 體1 0 2之基極電流即經由虛擬電容1 〇 4、電晶體1 〇 2、電阻 1 03、電晶體111、以及二極體1 〇5之順序流過，而使電晶體 102變ON。一旦電晶體1〇2變〇N，虛擬電容1〇4中所儲存之 電能即放電，FET101變OFF。 又，藉由控制電路112，一旦電晶體lu變〇N，電晶體1〇7 之基極電流即經由虛擬電容109、電晶體1〇7、電阻1〇8、電 92359.doc -17- 1241726 晶體m、以及二極體105之順序流過，而使電晶體ι〇7變 ON。一旦電晶體107變〇1^，虛擬電容1〇9中所儲存之電能即 放電FET1 06即臺OFF。像這樣，藉由將電晶體丨變〇N， FET91、96、101、與 1〇6 即變 off。 多恥圖1 5，就本發明之第6實施例之變形例作說明。本變 幵y例除掉第6貫施例所示電路中之電晶體92、97、} 〇2、與 107，但設置二極體116和117。二極體116之陽極經由電阻 93連接至FET 91之閘極，並經由電阻98連接至FET %之閘 極，而其陰極則與電晶體1U之集極相連接。二極體117之 陽極經由電阻103連接FET101之閘極，並經由電阻1〇8連接 FET1 06之閘極，而其陰極則與電晶體lu之集極相連接。 二極體116與117係用以分離FET91和96，以及FET101與 106之用。又，本第6實施例之變形例亦和上述第6實施例有 相同之動作，藉由將電晶體1U變ON，FET91、96、101和 106即變 OFF。 參照圖16，就本發明之第7實施例作說明。在本第7實施 例中，和上述實施例一樣，在充電控制用P型FET與放電控 制用P型FET之間，設有一二極體。P型FET121之汲極連接 至二次電池1之負極側，其源極連接至p型FET126之源極， 而其閘極則經由電阻122連接至PNP型電晶體123之集極。 FET124之閘極/源極之間，有一虛擬電容124。 FET126之閘極經由電阻127與PNP型電晶體128之集極相 連接。在FET126之閘極/源極之間，有一虛擬電容129。像 這樣，即在二次電池1之負極側設置FET121和126。 92359.doc -18 - 1241726 電晶體123之射極連接至二次電池1之正極側，其基極連 接至控制電路130。電晶體128之射極與二次電池丨之正極側 相連接，其基極與控制電路13〇相連接。二極體125之陽極 與FET121之源極相連接，其陰極與二次電池丨之正極側相連 接。 在本第7實施例中，同樣地，即使設置二極體，即使同N 型FET一樣，仍能控制P型FET。 又，如同習知圖17所示，放電控制用p型FET 131與充電 控制用P型FET 132雖設置於二次電池！之正極側，然如上述 貫施例一樣，藉由使用二極體，即使使用N型feT，亦可以 作同樣之排列。 如圖18所示，N型FET 136之汲極與二次電池丨之正極側相 連接，其源極與N型FET137之源極相連接。二極體138之陰 極連接FET 13 6之源極，其陽極連接二次電池1之負極侧。 像這樣’藉由使用二極體13 8，在上述實施例中，放電控制 用P型FET 131與充電控制用PsFET 132可以作相同之配 列。 本發明並不限定於上述本發明之任一實施例，在不脫本 發明要旨之範圍内，可作各種變形與應用。 [發明之效果] 根據本發明，藉由使用二極體，與p型FET相比，可以使 用特性較佳之N型FET來構成保護電路。又，藉由使用二極 體，可以在不通過電阻之下，將FET之閘極/源極之間所產 生之虛擬電容中所儲存之電荷予以放電。 92359.doc -19· I241726 【圖式簡單說明】 圖1為用以說明一應用了本發明之第一實施例的電路 圖。 圖2為一用以說明一應用了本發明之第二實施例的電 圖。 圖 圖3為一用以說明一應用了本發明之第二實施例的電路 圖4為一用以就一應用了本發明之第二實施例中之一充 電控制例作說明之電路圖。 “圖5為-用以就一應用了本發明之第二實施例中之一放 電控制例作說明之電路圖。 圖6為一就一應用了本發明訾 x A又只轭例作說明之特性圖。 圖7A、7B為用以就一應用了本發 3, ^ 明之苐二實施例作說明 <特性圖。 說明之電 圖8為用以就一應用了本發 路圖 —知5之第二實施例作 圖9為用以就一應用本 仏ά d <弟二實施例的第一變形 例作說明之電路圖。 布文〜 施例的第二變形 圖1 〇為用以就一應用了本發明之第 例作說明之電路圖。 變形 圖11為用以就一應用了本發 彻1 之第三實施例的第三 例作說明之電路圖。 之第四實施例作說明之電 圖12為用以就一應用了本發明 略圖 92359.d〇c -20- 1241726 圖13為用以就一應用了本發明 个知5之弟五實施例作說明之電 路圖。 圖14為用以就一應用了本發明之第六實施例作說明之電 路圖。 圖1 5為用以就一應用了本發明之笛丄〜 _ 如73 <弟六貫施例之變形例作 說明之電路圖。 圖16為用以就一應用了本發明 十知d <弟七貫施例作說明之電 路圖。 圖17為一用以就一使用習知p型 主 < 保蠖電路作說明之電 路圖。 圖1 8為一用以就一應用了本發明 月之貫施例作説明之電路 圖。 圖19為一用以就一使用習知p形 少之保護電路作說明之電 路圖。 圖2 0為一用以就一使用習知n刑夕乂 N空之保護電路作說明之電 路圖。 圖2 1為一用以就一使用習知n型夕位 N1之保護電路作說明之特 性圖。 圖22為一用以就一使用習失，型之保護電路作說明之電 路圖。 【主要元件符號說明】 1 二次電池
2，4 N型 FET 3，5 NPN型電晶體 92359.doc -21 - 1241726 6 二極體 7 驅動電路 8 升壓器電路 11 電壓源 12，13 電阻 22- 92359.doc