TWI431894B - 充／放電控制電路、方法及其電池系統 - Google Patents

充／放電控制電路、方法及其電池系統 Download PDF

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Description

充/放電控制電路、方法及其電池系統
本發明係有關一種充/放電控制電路、方法及其電池系統，特別關於一種控制流過電池的電流的充/放電控制電路、方法及其電池系統。
目前，電池(例如，鋰電池)被廣泛地用來提供電能給不同的電子設備或系統，例如，筆記本電腦，電動汽車，混合動力汽車和電力工具。一般來說，一電池組的充電及/或放電可透過一電路來進行控制。
圖1所示為控制一電池組充放電的一傳統電路100。電池組包括一電池110、兩個端PACK+、PACK-。電路100包括一放電金氧半場效電晶體(discharge MOSFET)142、一充電金氧半場效電晶體122、一小電流放電金氧半場效電晶體144、一小電流充電金氧半場效電晶體124、一電阻184、一電阻186和一保護電路160(例如，保護積體電路)。
在充電期間，充電器耦合至端PACK+和端PACK-以對電池110進行充電。在正常充電模式下，充電金氧半場效電晶體122控制一充電電流。在小電流充電模式下，例如，當電池100的電壓過低時，小電流充電金氧半場效電晶體124被導通以允許相對較小的充電電流對電池100進行充電，進而防止電池組被損壞。電阻186可在小電流充電模式下限制充電電流的大小。通常，在小電流充電模式下的充電電流被稱為一小充電電流。
在放電期間，電池110放電以對耦合至端PACK+和端PACK-的一負載進行供電。放電金氧半場效電晶體142控制在正常放電模式下的一放電電流。在小電流放電模式下，例如，為避免一浪湧電流到負載或當負載發生開路或短路時檢測負載的狀態，小電流放電金氧半場效電晶體144被導通以允許相對較小的一放電電流流向負載。電阻184可限制在小電流放電模式下的放電電流。通常，在小電流放電模式下的放電電流被稱為一小放電電流。
因為使用了至少四個金氧半場效電晶體，所以電路100的成本可能較高。此外，金氧半場效電晶體122、124、142和144中的每一個由驅動模組162中的一個單獨的驅動器來驅動。換言之，驅動模組162必須包括幾個驅動器，且保護積體電路160(包含驅動模組162)可能要有多個接腳以驅動這些金氧半場效電晶體，因此增加了保護積體電路160的成本。此外，隨著小電流充電的進行進而使得電池110的電壓升高，因而導致電阻186的電壓降低。因此，小充電電流會降低，而導致充電時間更長。
本發明要解決的技術問題在於提供一種控制流過電池的電流的充/放電控制電路、方法及其電池系統。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種充/放電控制電路，控制流過一電池的一電流，其中，該電路包括：一驅動器，在一第一工作模式下產生一脈衝信號及在一第二工作模式下產生一第一信號，其中，該驅動器控制流過該電池的該電流； 以及一濾波器，耦合至該驅動器，其中該濾波器在該第一工作模式下基於該脈衝信號的一責任週期，過濾該脈衝信號以提供一過濾後的直流信號來調整串聯至該電池的一第一開關的一導通電阻，且在該第二工作模式下，接收該第一信號，並提供一第二信號以驅動該第一開關在一線性區。
本發明更提供了一種電池系統，包括：一電池；一開關，與該電池串聯；以及一電路，耦合至該電池和該開關，並選擇性地工作在一第一工作模式和一第二工作模式，以驅動該開關分別地工作在一飽和區和一線性區來調整流過該電池的一電流，其中，該電路包括：一驅動器，在該第一工作模式下產生一第一脈衝寬度調變信號；以及一濾波器，耦合至該驅動器，接收該第一脈衝寬度調變信號，並產生一實質上的定直流信號以控制該開關在該飽和區。
本發明更提供了一種充/放電控制方法，控制流過一電池的一電流，其中，該方法包括：在第一工作模式下產生一脈衝信號；過濾該脈衝信號以提供一過濾後的直流信號，該直流信號的大小實質上固定且由該脈衝信號的一責任週期決定；在該第一工作模式下，該過濾後的直流信號調整與該電池串聯的一開關的一導通電阻；以及在第二工作模式下驅動該開關在一線性區。
與現有技術相比，能透過同一個充電開關控制小電流充 電和正常充電，並可以透過同一個放電開關控制小電流放電和正常放電。因此，電路的成本降低。
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進行詳細的說明，以使本發明的特性和優點更為明顯。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。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，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
另外，為了更好的說明本發明，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實施例中，對於大家熟知的方法、流程、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明的主旨。
本發明的實施例提供了控制流過一電池的一電流(例如充電電流或放電電流)的一電路。在一實施例中，電路中的驅動器產生一驅動信號以控制和電池串聯的一開關，例如，一充電開關或一放電開關。電路選擇工作在一第一工作模式(例如，小電流充電模式或小電流放電模式)或一第二工作模式(例如，正常放電模式或正常放電模式)以對電池進行充電或放電。在第一工作模式下，驅動信號包括一脈衝信號，例如，一脈衝寬度調變信號。濾波器過濾脈衝寬度調變信號，並提供實質上固定的一過濾後的直 流信號以調整開關的一導通電阻。在第一工作模式下，流過電池的電流(例如小電流充電電流或小電流放電電流)由脈衝寬度調變信號的責任週期決定。優點在於，小電流充電和正常充電能透過同一個充電開關而被控制，小電流放電和正常放電能透過同一個放電開關而被控制。因此，電路的成本降低。
圖2是根據本發明一實施例的控制流過一電池的一電路200的方塊圖。在圖2中，電路200包括一開關(例如，金氧半場效電晶體)240、一驅動器220和一濾波器260。一電池組包括一電池210、多個端PACK+、PACK-。儘管圖2中顯示了一個電池單元，然而電池210可以包括多個電池單元。開關240和電池210串聯，以控制流過電池210的一電流(例如，一充電電流或一放電電流)。在一實施例中，電路200可以被設置在電池組中。
驅動器220透過濾波器260控制開關240，進而控制流過電池210的電流。在工作時，控制信號232輸入至驅動器220。驅動器220基於控制信號232產生一驅動信號236。在一實施例中，電池210基於驅動信號236而工作在一第一工作模式(例如，一小電流充電模式或一小電流放電模式)和一第二工作模式(例如，一正常充電模式或一正常放電模式)之間切換。在一第一工作模式，驅動信號236可為一脈衝信號。脈衝信號可為一脈衝寬度調變(PWM,pulse width modulation)信號。濾波器260過濾脈衝信號，且產生一過濾後的直流信號以控制開關240。過濾後的直流信號是實質上固定。在這裏，實質上固定是指由於 電子元件的非理想的特性，信號的大小可能會略為改變而固定在一範圍內，因此由信號所驅動的開關的導通電阻比較穩定。更確切的說，在第一工作模式下，基於脈衝信號的責任週期，過濾後的直流信號調整開關240的導通電阻。因此，開關240將工作在飽和區。在一實施例中，在第二工作模式下，驅動信號236為第一直流信號(例如，邏輯1)。濾波器260接收一第一直流信號，提供一第二直流信號以驅動開關240。更確切的說，第二直流信號將控制開關240在線性區，例如，開關240導通。因此，在第一工作模式下流過電池210的電流將小於在第二工作模式下流過電池210的電流。或者，在第二工作模式下，驅動信號236為一脈衝信號，例如，一脈衝寬度調變信號。在一實施例中，驅動信號236(脈衝寬度調變信號)可直接將開關240控制在線性區而無需經過濾波器260。
在一實施例中，第一工作模式為一小電流充電模式，第二工作模式為一正常電流充電模式。因此，電池210可透過控制開關240(充電開關)，而被一小充電電流或一正常充電電流來充電。小充電電流可根據驅動信號236的責任週期而被調整。在另一實施例中，第一工作模式為一小電流放電模式，第二工作模式為一正常電流放電模式。因此，電池210可透過控制開關240(放電開關)而被小放電電流或正常放電電流所放電。小放電電流可根據驅動信號236的責任週期而被調整。
優點在於，同一個充電開關可以被用於正常電流充電和小電流充電。同樣地，同一個放電開關可以被用於正常 電流放電和小電流放電。而開關的數量減少將造成驅動器數量的減少，而且也造成與驅動器220組合的一保護積體電路接腳的減少。因此，電路200的成本將降低。此外，小電流充/放電電流可被調整以適用於不同的應用來安全地使用電池組。
圖3是根據本發明一實施例的控制對一電池充電的一電路300的示意圖。在圖3中，電路300包括一充電開關340、一驅動器320和一濾波器。充電開關340可以為一P型金氧半場效電晶體。P型金氧半場效電晶體340的汲極和源極分別耦合至電池210的陽極和端PACK+。P型金氧半場效電晶體340的閘極耦合至驅動器320。
驅動器320接收一模式選擇信號334和一控制信號332，且產生一驅動信號336。模式選擇信號334在一正常充電模式和一小電流充電模式之間選擇。在正常充電模式下，控制信號332為實質上的定直流信號(例如，邏輯1)。然而，本發明不僅限於此，在正常充電模式下，控制信號332也可以為一脈衝信號(例如，脈衝寬度調變信號)。在小電流充電模式，控制信號332為具有可調整的一責任週期的一脈衝寬度調變信號。濾波器(例如，包括多個電阻327、362、366、一電容364和一充電開關340的一閘極電容)接收來自驅動器320的一驅動信號336，且提供平滑的一直流信號以控制充電開關340。充電開關340在正常充電模式和小電流充電模式下分別工作在線性區和飽和區。
在圖3中，驅動器320包括一或閘328、一緩衝器324、 一P型金氧半場效電晶體322、一N型金氧半場效電晶體326和一電阻327。控制信號332輸入至緩衝器324和或閘328。模式選擇信號334輸入至或閘328。驅動信號336由驅動器320所產生，並輸出至濾波器。
濾波器包括一階濾波器和二階濾波器。在圖3中，一階濾波器可由電阻327、362、366、電容364所組成。二階濾波器可由電阻327、362、366和充電開關340的閘極電容所組成。電阻336耦合在充電開關340的閘極和源極之間。因此，電阻上366的電壓控制充電開關340的閘極和源極間的電壓Vgs。
在實施例中，在小電流充電模式下，模式選擇信號334被設定為一實質上的定直流信號(例如，邏輯1(高位準))，而且控制信號332為一脈衝寬度調變信號。在這種情況下，或閘328的輸出為邏輯1(高位準)，進而關斷P型金氧半場效電晶體322。控制信號332(脈衝寬度調變信號)可透過緩衝器324以驅動N型金氧半場效電晶體326。因此，一節點329將輸出一方波波形的驅動信號336。換言之，節點329也輸出脈衝寬度調變信號。此外，驅動信號336(脈衝寬度調變信號)的責任週期由控制信號332的責任週期決定。
濾波器將使得驅動信號336的方波平滑，以產生具有紋波較少的一平滑直流電壓。在一實施例中，濾波器(包括一階濾波器和二階濾波器)使驅動信號336(脈衝寬度調變信號)平滑，以產生一實質上的定直流電壓信號370。在一實施例中，直流電壓信號370為電阻366上的電壓，以 控制充電開關340的閘極和源極間的電壓Vgs。
在一實施例中，直流電壓信號370驅動充電開關340以工作在飽和區，流過充電開關340的電流的大小由充電340的閘極和源極間的電壓Vgs決定。換言之，透過調整電阻366的直流電壓信號370，可調整充電開關340的導通電阻。信號370的電壓和充電開關340的閘極和源極間的電壓Vgs相等。在一實施例中，直流電壓信號370由驅動信號336的責任週期決定，由控制信號332的責任週期決定。因此，在小電流充電模式，流過充電開關340的小電流充電電流由控制信號332的責任週期決定。
隨著小電流充電的進行，電池210的電壓也隨之增加。當電池210的電壓達到一預設值時，對電池210的充電將切換到正常充電模式。在一實施例中，在正常充電模式，控制信號332被設定為一實質上的定直流電壓，例如，邏輯1(高位準)，模式選擇信號334被設定為一實質上的定直流電壓，例如，邏輯0(低位準)。在這種情況下，或閘328的輸出為邏輯1(高位準)進而關斷P型金氧半場效電晶體322。邏輯1的控制信號332經過緩衝器324，導通N型金氧半場效電晶體326。因此，與充電開關340的閘極和源極間的電壓相等的直流電壓信號370可以表示如下：V370=Vgs=VPACK+*R1/(R1+R2+R3), (1) 其中，V370為直流電壓信號370的電壓、VPACK+為端PACK+的電壓、R1、R2和R3分別為電阻366、362和327的阻值。在一實施例中，直流電壓信號370驅動充電開關 340在線性區工作(例如，導通)。
在另一實施例中，在正常充電模式下，控制信號332為一脈衝寬度調變信號，模式選擇信號334被設定為實質上的定直流電壓，例如，邏輯1(高位準)。在這種情況下，或閘328的輸出為邏輯1(高位準)進而關斷P型金氧半場效電晶體322。為脈衝寬度調變信號的控制信號332經過緩衝器324驅動N型金氧半場效電晶體326。因此，節點329輸出驅動信號336，例如脈衝寬度調變信號。在一實施例中，在正常充電模式下，無需經過電阻362和電容364，驅動信號236直接控制充電開關340在線性區(例如導通)。
在一實施例中，為了終止對電池210的充電，控制信號332被設定為邏輯0(低位準)，模式選擇信號334被設定為邏輯0(低位準)。在這種情況下，或閘328的輸出為邏輯0(低位準)進而導通P型金氧半場效電晶體322。因P型金氧半場效電晶體322的導通電阻比較小，且和串聯的電阻362、366相並聯。因此，電路(包括P型金氧半場效電晶體322、電阻362和366以及電容364)的一RC時間常數比較小。因此，驅動充電開關340的閘極和源極間的電壓能較快地降低到一特定值，進而關斷充電開關340。
在一實施例中，電阻362和366的阻值，電容364的電容值可以根據充電開關340的閘極電容和脈衝寬度調變信號的頻率而被調整，以降低直流電壓信號370的紋波。
優點在於，根據控制信號332，對電池210的正常充電和小電流充電可以透過同一個充電開關340而被控制。 一個各別的驅動器320可被使用來控制充電開關340。因此，電路300的面積和成本都會降低。此外，透過採用和圖3同樣地結構來控制電池組的放電，進而降低控制電池組放電的電路的成本。
圖4是根據本發明另一實施例的控制對一電池充電的一電路400的示意圖。和圖3標號相同的元件具有相似功能。在圖4中，充電電路400包括一充電開關340、一驅動器420和一濾波器。
在圖4中，驅動器420包括一或閘328、緩衝器324、一P型金氧半場效電晶體322、一N型金氧半場效電晶體326、一電阻327、一反相器424、一反或閘428和一N型金氧半場效電晶體426。控制信號332輸入至或閘328、緩衝器324和反相器424。模式選擇信號334輸入至或閘328和反或閘428。反相器424輸出信號給反或閘428。N型金氧半場效電晶體426的汲極和源極分別耦合至節點329和N型金氧半場效電晶體326。N型金氧半場效電晶體426的閘極耦合至反相器428。
小電流充電的運行和圖3中的相似，在這裏不再贅述。優點在於，在一實施例中，透過使用反相器424、反或閘428、N型金氧半場效電晶體426，在正常充電模式，充電開關340較快的被導通。在正常充電模式，控制信號332被設定為實質上的定電壓，例如邏輯1(高位準)，模式選擇信號334被設定為實質上的定電壓，例如邏輯0(低位準)。因此，反或閘428的輸出電壓被拉高。相應地，N型金氧半場效電晶體426的閘極電壓被拉高進而導通N 型金氧半場效電晶體426。較小的N型金氧半場效電晶體426的導通電阻與串聯的電阻327和N型金氧半場效電晶體326的導通電阻相並聯。因此，電路(包括電阻327、N型金氧半場效電晶體326和426、電阻362和366和電容364)的RC時間常數較小。因此，驅動充電開關340的閘極-源極電壓以較快的速度，增加進而導通充電開關340。
在一實施例中，透過採用和圖4同樣地結構，可以較快的導通放電開關。
圖5是根據本發明另一實施例的控制對電池充電的電路500的示意圖。和圖3標號相同的元件具有相似功能。在圖5中，充電電路500包括一充電開關540、一驅動器320、一濾波器、一開關542和多個電阻566和562。在一實施例中，開關542為一小信號模型金氧半場效電晶體，充電開關540為一功率金氧半場效電晶體。
在圖5中，充電開關540為N型金氧半場效電晶體。N型金氧半場效電晶體540的源極和汲極分別耦合至端PACK-和電池210的陰極。N型金氧半場效電晶體540的閘極耦合至電阻562和566的公共點。
在圖5中，開關542為P型金氧半場效電晶體。P型金氧半場效電晶體542的源極和汲極分別耦合至端PACK+和充電開關540。開關542的閘極耦合至濾波器(包括電阻327、362和366、電容364和開關542的閘極電容)。控制信號332控制開關542和充電開關540。
在一實施例中，在小電流充電模式下，模式選擇信號334被設定為一實質上的定電壓，例如邏輯1(高位準)， 控制信號332為一脈衝寬度調變信號。因此，驅動信號336也是一脈衝寬度調變信號。和圖3中的直流電壓信號370相似，濾波器過濾驅動信號336以提供實質上的一直流電壓信號570。在圖5中，經過電阻366的直流電壓信號570的位準和開關542的閘極和源極間的電壓Vgs相等。在一實施例中，直流電壓信號570驅動開關542在飽和區。流過開關542的電流由控制信號332的責任週期決定。因為流過開關542的電流流向電阻562，和開關540的閘極和源極間的電壓Vgs相等的電阻562上的電壓，由控制信號332決定的。在一實施例中，電阻562上的電壓驅動充電開關540在飽和區。因此，在小電流充電模式下，流過充電開關540的小電流充電電流由控制信號332的責任週期決定。
在一實施例中，在正常充電模式下，控制信號332被設置為一實質上的定電壓，例如邏輯1(高位準)，模式選擇信號334被設定為一實質上的定電壓，例如邏輯0(低位準)。在這種情況下，或閘328的輸出為邏輯1(高位準)進而關斷P型金氧半場效電晶體322。邏輯1(高位準)的控制信號332透過緩衝器324導通N型金氧半場效電晶體326。因此，產生了電阻366上的一實質上的定直流電壓信號570。在一實施例中，直流電壓信號570驅動開關在線性區。流過開關542的電流產生電阻562上的壓降。在一實施例中，電阻562上的壓降驅動充電開關540在線性區。
在另一實施例中，在正常充電模式下，控制信號332 為脈衝寬度調變信號，模式選擇信號334被設定為一實質上的定電壓，例如邏輯1(高位準)。在這種情況下，或閘328的輸出為邏輯1(高位準)進而關斷P型金氧半場效電晶體322。控制信號332(脈衝寬度調變信號)透過緩衝器324以驅動N型金氧半場效電晶體326。因此，節點329輸出也輸出為脈衝寬度調變信號的驅動信號336。在一實施例中，在正常充電模式下，無需透過電阻362和電容364，驅動信號336可直接控制開關542在線性區(例如，導通)。流過開關542的電流產生電阻562上的壓降。在一實施例中，電阻562上的壓降驅動充電開關540在線性區。
在一實施例中，放電開關為N型金氧半場效電晶體，透過採用和圖5同樣地結構，可以控制電池的放電。
圖6是根據本發明一實施例的控制對電池放電的電路600的示意圖。和圖3標號相同的元件具有相似功能。在圖6中，電路300包括一放電開關640，一驅動器620和一濾波器。放電開關640為一N型金氧半場效電晶體。N型金氧半場效電晶體640的汲極和源極分別耦合至一端PACK-和一電池610的陰極。N型金氧半場效電晶體的閘極耦合至驅動器620。
在圖6中，驅動器620包括一反或閘628、一反相器624、一N型金氧半場效電晶體622、一P型金氧半場效電晶體626和一電阻627。控制信號632輸入給反相器624和反或閘628。模式選擇信號634輸入給反或閘628。由驅動器620產生的驅動信號636輸出給濾波器(包括電阻 627、362、366、電容364和放電開關640的閘極電容)。
在小電流放電模式下，模式選擇信號634被設定為一實質上的定直流電壓，例如邏輯1(高位準)，控制信號632為一脈衝寬度調變信號。在這種情況下，驅動器620在節點629輸出的驅動信號636為方波。換言之，驅動信號636也為一脈衝寬度調變信號。此外，驅動信號636的責任週期由控制信號632的責任週期決定。
濾波器過濾為脈衝寬度調變信號的驅動信號636以提供實質上的定直流電壓信號670。在圖6中，直流電壓信號670經過電阻366，因此其位準等於放電開關640的閘極和源極間的電壓Vgs。在一實施例中，直流電壓信號670驅動放電開關640在飽和區，其中流過放電開關640的電流由直流電壓信號670的責任週期決定。直流電壓信號670由驅動信號636的責任週期決定，也由控制信號632的責任週期決定。因此，在小電流放電模式下，流過放電開關640的小電流放電電流由控制信號632的責任週期決定。
隨著放電的進行，當電池610的電壓降低到一預設值時，電池610的放電切換到正常放電模式。在正常放電模式下，控制信號632被設定為一實質上的定電壓，例如邏輯1(高位準)，模式選擇信號634被設定為一實質上的定電壓，例如邏輯0(低位準)。在這種情況下，N型金氧半場效電晶體622被關斷，P型金氧半場效電晶體被導通。因此，經過電阻366，且等於放電開關640的閘極和源極間的電壓Vgs的一實質上的定直流電壓信號670被產生。在一實施例中，直流電壓信號670驅動放電開關640在線 性區。
在另一實施例中，在正常放電模式下，控制信號632為一脈衝寬度調變信號，模式選擇信號634被設定為邏輯1(高位準)。在這種情況下，驅動器620在節點629輸出一驅動信號636，例如，脈衝寬度調變信號。在一實施例中，在正常放電模式下，驅動信號636直接控制放電開關640在線性區，而無需經過電阻362和電容364。
在一實施例中，與一路徑(包括反相器424、反或閘428和N型金氧半場效電晶體426，如圖4所示)相似的一額外路徑可以被加至驅動器630中，以較快地導通放電開關640。
圖7是根據本發明一實施例的一電池系統700。結合圖2、圖3和圖6對圖7進行描述。在圖7中，電池系統700包括具有多個電池單元的一電池組710、一充電開關740、一放電開關742、一保護電路720、多個濾波器760、762和一電阻730。在圖7中，保護電路720包括一驅動單元722、一控制邏輯724、一處理器726、一監測模組(例如，多工器)728、一電壓類比數位轉換器729和一電流類比數位轉換器727。電池系統700透過端PACK+和端PACK-耦合至一充電器或一負載。
保護電路720中的驅動單元722產生一充電控制信號(例如，圖3中的驅動信號336)來控制充電開關740，所以如圖3所示以正常充電模式或小電流充電模式對電池組710充電。同樣地，驅動單元722產生放電控制信號(例如，圖6中的驅動信號636)來控制放電開關742，所以 如圖6所示電池組710以正常放電模式或小電流放電模式放電。
在一實施例中，監測模組728輸出表示電池組710中各別的電池單元的一監測信號。例如，監測模組728產生表示電池組710中各別的電池單元的一電壓的一類比電壓信號。電阻730產生表示流過電池組710的一電流的一類比電壓信號。電壓類比數位轉換器729和電流類比數位轉換器727分別將一類比信號轉換成一數位信號，輸出數位信號給處理器726。處理器726基於數位信號發送指令給控制邏輯724。耦合至處理器726的控制邏輯724，基於指令產生驅動器控制信號(例如，圖2中的控制信號232)，提供驅動器控制信號給驅動單元722。驅動單元722產生充電和放電控制信號(例如，圖3中的驅動信號336和圖6中的驅動信號636)去分別驅動開關740和742。如圖3所示，濾波器760過濾充電控制信號，提供基本固定的直流電壓信號控制充電開關740。如圖6所示，濾波器762過濾放電控制信號，提供實質上固定的直流電壓信號控制放電開關742。
在小電流充電/放電模式下，控制邏輯724產生的驅動器控制信號為脈衝寬度調變信號。優點在於，基於監測信號，調整脈衝寬度調變信號的責任週期以調整小電流充電/放電電流。
在一實施例中，脈衝寬度調變信號的責任週期可基於流過電池組710的監測的電流而被調整。例如，若電阻730監測的電流大於預設電流IPRE加上遲滯電流IHYS，處理器 726發送命令給控制邏輯724。相應地，控制邏輯724產生的脈衝寬度調變信號的責任週期被減小。若電阻730監測的電流小於預設電流IPRE減去遲滯電流IHYS，控制邏輯724產生的脈衝寬度調變信號的責任週期被增加。在一實施例中，若電流在(IPRE-IHYS)和(IPRE+IHYS)範圍之間，責任週期保持不變。
在另一實施例中，基於監測的電池組710的電壓，調整脈衝寬度調變信號的責任週期。例如，若監測模組728監測的電壓增加，小電流充電模式下的脈衝寬度調變信號的責任週期被增加。
圖8是根據本發明一實施例的控制流過電池的電流的方法流程圖800。結合圖2和圖7對圖8進行描述。
在步驟802，在一第一工作模式下(例如，小電流充電或小電流放電模式)，產生一脈衝信號。在一實施例中，基於控制信號332，驅動器220產生一脈衝信號，例如，脈衝寬度調變信號。在一實施例中，在第一工作模式下，輸入到驅動器220的控制信號232為一脈衝信號，例如，脈衝寬度調變信號。此外，由控制信號232的責任週期決定的脈衝信號的責任週期，脈衝信號的責任週期可以基於電池的電流或電池的電壓進行調整。
在步驟804，脈衝信號被過濾成一過濾後的直流信號。在一實施例中，過濾後的直流信號的位準是實質上固定，由脈衝信號(驅動信號236)的一責任週期決定，更可由控制信號232的一責任週期決定。
在步驟806，在一第一工作模式下，調整一開關(例 如，與電池210串聯的開關240)的一導通電阻。在一實施例中，過濾後的直流信號控制開關240的閘極和源極間的電壓Vgs。更確切的說，過濾後的直流信號基於驅動信號236的責任週期調整開關240的導通電阻。因此，開關240工作在飽和區，根據驅動信號236的責任週期對流過開關240的電流進行調整。
在步驟808，在一第二工作模式下(例如，一正常充電或一正常放電模式)，驅動開關(例如，開關240)在一線性區(例如，導通)。在一實施例中，驅動器220基於控制信號232產生一驅動信號236。驅動信號236為一實質上的定直流信號(例如，邏輯1)。優點在於，驅動信號236為脈衝信號，例如脈衝寬度調變信號。所以，透過控制開關240在飽和區或線性區，控制流過電池210的電流。優點在於，可以透過同一個充電開關控制小電流充電和正常充電，可以透過同一個放電開關控制小電流放電和正常放電。因此，電路的成本降低。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離申請專利範圍所界定的本發明精神和發明範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元件、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅說明而非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法等同物界定，而不限於此前之描述。
100‧‧‧電路
110‧‧‧電池
122‧‧‧充電金氧半場效電晶體
124‧‧‧小電流充電金氧半場效電晶體
142‧‧‧放電金氧半場效電晶體
144‧‧‧小電流放電金氧半場效電晶體
160‧‧‧保護電路\保護積體電路
162‧‧‧驅動模組
184‧‧‧電阻
186‧‧‧電阻
200‧‧‧電路
210‧‧‧電池
220‧‧‧驅動器
232‧‧‧控制信號
236‧‧‧驅動信號
240‧‧‧開關
260‧‧‧濾波器
300‧‧‧電路
320‧‧‧驅動器
322‧‧‧P型金氧半場效電晶體
324‧‧‧緩衝器
326‧‧‧N型金氧半場效電晶體
327‧‧‧電阻
328‧‧‧或閘
329‧‧‧節點
332‧‧‧控制信號
334‧‧‧模式選擇信號
336‧‧‧驅動信號
340‧‧‧充電開關
362‧‧‧電阻
364‧‧‧電容
366‧‧‧電阻
370‧‧‧直流電壓信號
400‧‧‧電路
420‧‧‧驅動器
424‧‧‧反相器
426‧‧‧N型金氧半場效電晶體
428‧‧‧反或閘
540‧‧‧充電開關\N型金氧半場效電晶體
542‧‧‧開關\小信號模型金氧半場效電晶體\P型金氧半場效電晶體
562‧‧‧電阻
566‧‧‧電阻
570‧‧‧直流電壓信號
600‧‧‧電路
610‧‧‧電池
620‧‧‧驅動器
622‧‧‧N型金氧半場效電晶體
624‧‧‧反相器
626‧‧‧P型金氧半場效電晶體
627‧‧‧電阻
628‧‧‧反或閘
629‧‧‧節點
632‧‧‧控制信號
634‧‧‧選擇信號
636‧‧‧驅動信號
640‧‧‧放電開關\N型金氧半場效電晶體
670‧‧‧定直流電壓信號
700‧‧‧電路
710‧‧‧電池
720‧‧‧保護電路
722‧‧‧驅動單元
724‧‧‧控制邏輯
726‧‧‧處理器
727‧‧‧電流類比數位轉換器
728‧‧‧監測模組
729‧‧‧電壓類比數位轉換器
730‧‧‧電阻
740‧‧‧充電開關
742‧‧‧放電開關
760‧‧‧濾波器
762‧‧‧濾波器
800‧‧‧控制流過電池的電流的方法
802~808‧‧‧步驟
PACK+‧‧‧端
PACK-‧‧‧端
圖1是傳統的控制對一電池組充放電的一電路；圖2是根據本發明一實施例的控制流過一電池的一電路的方塊圖；圖3是根據本發明一實施例的控制對一電池充電的一電路的示意圖；圖4是根據本發明另一實施例的控制對一電池充電的一電路的示意圖；圖5是根據本發明另一實施例的控制對一電池充電的一電路的示意圖；圖6是根據本發明一實施例的控制對一電池放電的一電路的示意圖；圖7是根據本發明一實施例的一電池系統；以及圖8是根據本發明一實施例的控制流過一電池的一電流的方法流程圖。
200‧‧‧電路
210‧‧‧電池
220‧‧‧驅動器
232‧‧‧控制信號
236‧‧‧驅動信號
240‧‧‧開關
260‧‧‧濾波器
PACK+‧‧‧端
PACK-‧‧‧端

Claims (22)

  1. 一種充/放電控制電路，控制流過一電池的一電流，其中，該電路包括：一驅動器，在一第一工作模式下產生一脈衝信號，並在一第二工作模式下產生一第一信號，其中，該驅動器利用該脈衝信號和該第一信號控制流過該電池的該電流；以及一濾波器，耦接至該驅動器，其中該濾波器在該第一工作模式下基於該脈衝信號的一責任週期，過濾該脈衝信號以提供一過濾後的直流信號以調整串聯耦接至該電池的一第一開關的一導通電阻，其中，該過濾後的直流信號驅動該第一開關工作在一飽和區，且在該第二工作模式下，接收該第一信號，並提供一第二信號以驅動該第一開關工作在一線性區。
  2. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，在該第一工作模式下的該電流小於在該第二工作模式下的該電流。
  3. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，該第一工作模式包括一小電流充電模式，該第二工作模式包括一正常充電模式。
  4. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，該第一工作模式包括一小電流放電模式，該第二工作模式包括一正常放電模式。
  5. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，該濾波器包括該第一開關的一閘極電容和與該閘極電容串聯耦 接的一電阻，且該過濾後的直流信號實質上固定。
  6. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，該驅動器接收一控制信號，在該第一工作模式下，該控制信號包括一脈衝寬度調變信號，在該第二工作模式下，該控制信號包括一實質上的定直流信號。
  7. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，該驅動器接收表示該電路在該第一工作模式下或者在該第二工作模式下的一模式選擇信號。
  8. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，該驅動器接收一控制信號，其中，在該第一工作模式下，該控制信號包括一第一脈衝寬度調變信號，在該第二工作模式下，該控制信號包括一第二脈衝寬度調變信號。
  9. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，該驅動器包括：一第二開關，接收一控制信號；以及一電阻，耦接至該第二開關，並根據該控制信號，在該第一工作模式下提供該脈衝信號，且在該第二工作模式下提供該第一信號。
  10. 申請專利範圍第9項的充/放電控制電路，其中，該驅動器進一步包括耦接至該第一開關和該濾波器的一第三開關，該第三開關產生耦接至該濾波器的一導通電阻，該第三開關被導通以致能流過該電池的該電流。
  11. 申請專利範圍第9項的充/放電控制電路，其中，該驅動器進一步包括一第三開關，該第三開關產生與相串聯耦接的該電阻與該第二開關並聯耦接的一導通電阻，該第 三開關被導通以致能流過該電池的該電流。
  12. 申請專利範圍第1項的充/放電控制電路，其中，該脈衝信號的該責任週期基於該電池的一狀態而被調整。
  13. 一種電池系統，包括：一電池；一開關，串聯耦接至該電池；以及一電路，耦接至該電池和該開關，並選擇性地工作在一第一工作模式和一第二工作模式，以驅動該開關分別地工作在一飽和區和一線性區以調整流過該電池的一電流，其中，該電路包括：一驅動器，在該第一工作模式下產生一第一脈衝寬度調變信號，並在該第二工作模式下產生一第一直流信號；以及一濾波器，耦接至該驅動器，在該第一工作模式下接收該第一脈衝寬度調變信號，並產生一第一實質上的定直流信號以驅動該開關工作在該飽和區，在該第二工作模式下接收該第一直流信號，並產生一第二實質上的定直流信號以驅動該開關工作在該線性區。
  14. 申請專利範圍第13項的電池系統，其中，該脈衝信號的一責任週期基於該電池的一狀態而被調整。
  15. 申請專利範圍第13項的電池系統，其中，該濾波器包括該開關的一閘極電容和與該閘極電容串聯耦接的一電阻。
  16. 申請專利範圍第13項的電池系統，其中，該驅動器包括一控制信號，在該第一工作模式下，該控制信號包括一 第二脈衝寬度調變信號，在該第二工作模式下，該控制信號包括該實質上的定直流信號。
  17. 申請專利範圍第13項的電池系統，其中，該驅動器接收表示該電路在該第一工作模式下或者在該第二工作模式下的一模式選擇信號。
  18. 申請專利範圍第13項的電池系統，其中，該驅動器接收一控制信號，在該第一工作模式下，該控制信號包括一第二脈衝寬度調變信號，在該第二工作模式下，該控制信號包括一第三脈衝寬度調變信號。
  19. 一種充/放電控制方法，控制流過一電池的一電流，其中，該方法包括：在一第一工作模式下產生一脈衝信號；在一第二工作模式下產生一第一信號；在該第一工作模式下基於該脈衝信號的一責任週期過濾該脈衝信號以提供一過濾後的直流信號，該過濾後的直流信號的大小實質上固定且由該脈衝信號的該責任週期決定；在該第一工作模式下，該過濾後的直流信號調整與該電池串聯耦接的一開關的一導通電阻，其中，該過濾後的直流信號驅動該開關工作在一飽和區；以及在該第二工作模式下接收該第一信號，並提供一第二信號驅動該開關工作在一線性區。
  20. 申請專利範圍第19項的充/放電控制方法，進一步包括：基於該電池的一電流，調整該脈衝信號的該責任週期。
  21. 申請專利範圍第19項的充/放電控制方法，進一步包括：基於該電池的一電壓，調整該脈衝信號的該責任週期。
  22. 申請專利範圍第19項的充/放電控制方法，其中，該脈衝信號包括一脈衝寬度調變信號。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9535484B2 (en) 2011-11-29 2017-01-03 Maxim Integrated Products, Inc. Extending RunTime with battery ripple cancellation using CPU throttling
JP2014045530A (ja) * 2012-08-24 2014-03-13 Sony Corp 電子機器システム、及び、バッテリパック
US9300129B2 (en) * 2013-03-12 2016-03-29 Ascensia Diabetes Care Holding Ag Reverse battery protection for battery-powered devices
US9419455B2 (en) * 2013-09-06 2016-08-16 Broadcom Corporation Multimode battery charger
JP2015154593A (ja) * 2014-02-14 2015-08-24 ソニー株式会社 充放電制御装置、電池パック、電子機器、電動車両および充放電制御方法
JP6305126B2 (ja) * 2014-03-12 2018-04-04 マクセルホールディングス株式会社 予備充放電機能を有する電池パック
JP2016025553A (ja) * 2014-07-23 2016-02-08 セイコーエプソン株式会社 信号出力回路、電子機器及び移動体
JP6442255B2 (ja) * 2014-11-28 2018-12-19 株式会社マキタ バッテリパック
US9716408B2 (en) * 2015-07-24 2017-07-25 Google Inc. Redundant residential power sources
JP6908842B2 (ja) * 2017-07-14 2021-07-28 ミツミ電機株式会社 二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パック
US20190222137A1 (en) * 2018-01-12 2019-07-18 Gm Global Technology Operations Llc. Bulk capacitor inrush current limiting circuit
CN108736108B (zh) * 2018-05-22 2020-03-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 加热控制方法和加热控制装置
CN110970962A (zh) * 2018-12-07 2020-04-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 充放电电路
CN111431236A (zh) * 2020-04-10 2020-07-17 珠海迈巨微电子有限责任公司 电池管理芯片及电池管理系统
CN113949127B (zh) * 2021-10-19 2023-03-24 珠海智融科技股份有限公司 一种用于系统供电的供电管理电路及控制方法
CN116470596B (zh) * 2022-01-11 2024-04-05 荣耀终端有限公司 电源适配器、充电系统及充电方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4290002A (en) * 1979-06-04 1981-09-15 Gould Inc. Method and apparatus for controlling battery recharging
US4767977A (en) * 1987-01-08 1988-08-30 Hm Electronics, Inc. Battery charger
US4755733A (en) * 1987-02-03 1988-07-05 Irsst Institut De Recherche En Sante Et En Securite Du Travail Du Quebec Battery charging and cycling devices
JPH0690531A (ja) * 1992-07-21 1994-03-29 Sony Corp 充電装置
JPH06124731A (ja) * 1992-08-31 1994-05-06 Toshiba Corp 外部バッテリ接続用アタッチメント、バッテリパック及びバッテリ識別制御方法
KR0163909B1 (ko) * 1995-09-12 1999-10-01 김광호 충전 형태 변환 제어형 니켈카드뮴/니켈금속수소화물 전지 충전회로
EP0806078B1 (en) * 1995-11-27 1999-05-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Power-supply circuit
US5764027A (en) * 1996-06-21 1998-06-09 Ford Global Technologies, Inc. Method and apparatus for battery charge balancing
JP3247618B2 (ja) * 1996-09-12 2002-01-21 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 充電装置及び充電機能付き電子機器
US5781390A (en) * 1996-12-21 1998-07-14 Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. Integrated supply protection
US6064178A (en) * 1998-05-07 2000-05-16 Ford Motor Company Battery charge balancing system having parallel switched energy storage elements
TW530429B (en) * 2001-12-24 2003-05-01 Avid Electronics Corp Intelligent secondary battery management method and device
US7180268B2 (en) * 2004-03-25 2007-02-20 O2Micro International Limited Circuits capable of trickle precharge and/or trickle discharge
JP2005348556A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Ngk Spark Plug Co Ltd 二次電池の過放電防止回路、二次電池及び電気機器
CN1881739B (zh) * 2005-06-17 2011-01-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 充电模式控制电路及方法
KR100954035B1 (ko) * 2006-05-08 2010-04-20 삼성에스디아이 주식회사 이자전지 충전 방법 및 이차전지용 보호회로 장치
JP4966822B2 (ja) * 2007-10-30 2012-07-04 パナソニック株式会社 充電システム、及び電池パック

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