TWI692175B - 電源控制電路與電源控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的實施例提供一種電源控制電路與電源控制方法。所述電源控制電路包括電池單元、電源控制器及開關電路。所述電源控制器用以提供控制訊號。所述開關電路耦接在所述電池單元與所述電源控制器之間。所述開關電路包括二極體元件。所述二極體元件用以接收所述控制訊號。所述開關電路響應於所述二極體元件的第一端與第二端之間的電壓差而切斷所述電池單元的電源傳遞路徑。

Description

電源控制電路與電源控制方法
本發明是有關於一種電源控制技術，且特別是有關於一種電源控制電路與電源控制方法。
隨著電動車等電子裝置的耗電量越來越大，電池模組的安全性也越來越被注意。當電池模組的輸出電流過大時，電子裝置中的電池保護晶片可能會啟動低電壓保護機制，以即時停止電池模組的充/放電，避免發生危險。目前來說，大多數的電池模組都是使用高功率場效電晶體來作為電池模組的開關電路。然而，在低電壓保護機制中，若流經高功率場效電晶體的電流很大，則高功率場效電晶體的關閉時間可能會被延長(例如千分之幾十秒)，從而導致高功率場效電晶體或其餘電子元件發生損壞。
本發明提供一種電源控制電路與電源控制方法，可有效改善上述問題。
本發明的實施例提供一種電源控制電路，其包括電池單元、電源控制器及開關電路。所述電源控制器用以提供控制訊號。所述開關電路耦接在所述電池單元與所述電源控制器之間。所述開關電路包括二極體元件。所述二極體元件用以接收所述控制訊號。所述開關電路響應於所述二極體元件的第一端與第二端之間的電壓差而切斷所述電池單元的電源傳遞路徑。
本發明的實施例另提供一種電源控制方法，其包括：由電源控制器提供控制訊號；由二極體元件接收所述控制訊號；以及響應於所述二極體元件的第一端與第二端之間的電壓差而切斷電池單元的電源傳遞路徑。
基於上述，開關電路中的二極體元件可接收來自電源控制器的控制訊號。在特定情況下，響應於所述二極體元件的第一端與第二端之間的電壓差，電池單元的電源傳遞路徑可被切斷。藉此，可有效減少切斷電池單元之電源傳遞路徑的延遲時間，進而提高對於所述開關電路、所述電池單元及/或電子裝置中其餘電子元件的保護效率。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是根據本發明的一實施例所繪示的電源控制電路的示意圖。請參照圖1，電源控制電路10可設置於各類由電池單元11對耗電裝置101進行供電的電子裝置，例如電動車、筆記型電腦或智慧型手機等等。以電動車為例，耗電裝置101可以是車用儀錶板、車燈、動力系統及/或剎車系統等受電池單元11提供之電源驅動的電子裝置。或者，以筆記型電腦為例，耗電裝置101可以是顯示器、中央處理器、記憶體模組、通訊模組及/或各式功能電路。
電源控制電路10包括電池單元11、開關電路12及電源控制器13。電池單元11用以執行放電操作以提供電源至耗電裝置101。例如，電池單元11可包括鎳鎘(Ni-Cd)電池、鎳氫(Ni-MH)電池、鋰離子(Li-lon)電池、鋰聚合物(Li-polymer)電池及鉛酸(Sealed)電池的至少其中之一，且電池單元11的類型不限於此。此外，電池單元11中電池的數目可以是一或多個，本發明不加以限制。
電源控制器13可包括一或多個晶片(或晶片組)。例如，電源控制器13可包括處理器、或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器、數位訊號處理器、可程式化控制器、特殊應用積體電路、可程式化邏輯裝置或其他類似裝置或這些裝置的組合。在一實施例中，電源控制器13亦稱為電源管理晶片或電池保護晶片。
開關電路12耦接在電池單元11與電源控制器13之間。電源控制器13可提供控制訊號CS至開關電路12。特別是，電源控制器13可藉由控制訊號CS來控制開關電路12導通或切斷電池單元11的電源傳遞路徑102。當電源傳遞路徑102被開關電路12導通時，電池單元11可經由電源傳遞路徑102提供電源至耗電裝置101。然而，當電源傳遞路徑102被開關電路12切斷時，電池單元11無法經由電源傳遞路徑102提供電源至耗電裝置101。
在一實施例中，電源控制器13可偵測電源傳遞路徑102上的電流及/或電壓。電源控制器13可根據所偵測的電流及/或電壓來判斷是否啟動低電壓保護機制、高/低電流保護機制、溫度保護機制及/或短路保護機制。以上保護機制中的至少一者可稱為電源保護機制。在正常情況下，電源控制器13可藉由控制訊號CS維持開關電路12導通電源傳遞路徑102，使電池單元11正常供電至耗電裝置101。
然而，當判定須啟動電源保護機制時(例如當電源傳遞路徑102上的電流及/或電壓發生異常時)，電源控制器13可改變控制訊號CS的電壓準位，以控制開關電路12切斷電源傳遞路徑102。例如，電源控制器13可將控制訊號CS的電壓準位從邏輯高調整為邏輯低。響應於控制訊號CS的電壓準位從邏輯高調整為邏輯低，開關電路12可切斷電源傳遞路徑102。須注意的是，開關電路12切斷電源傳遞路徑102的速度及/或效率攸關電源保護機制的效能與系統安全性。若開關電路12切斷電源傳遞路徑102的速度較慢(例如63.4毫秒)，則可能在電源傳遞路徑102被完全切斷之前，開關電路12及/或耗電裝置101中的部分電子元件就被損壞。
在本實施例中，開關電路12包括二極體元件D1。二極體元件D1的數目可以是一或多個。二極體元件D1可接收控制訊號CS。開關電路12可響應於二極體元件D1的第一端(例如輸入端)與第二端(例如輸出端)之間的電壓差而切斷電源傳遞路徑102。例如，開關電路12可偵測二極體元件D1的第一端與第二端之間的電壓差。當電源控制器13改變控制訊號CS的電壓準位之瞬間，二極體元件D1兩端的電壓差會大於一臨界值。此時，根據此電壓差，開關電路12可瞬間切斷電源傳遞路徑102。
在一實施例中，開關電路12可持續將所偵測之電壓差與一臨界值進行比較。若所偵測之電壓差大於此臨界值，表示電源控制器13已改變控制訊號CS的電壓準位，故開關電路12可立即切斷電源傳遞路徑102。在一些實施例中，根據二極體元件D1兩端之間的電壓差來切斷電源傳遞路徑102約只需要花費0.5至6.05微秒，大幅提高電源傳遞路徑102的切斷效率。然而，若所偵測之電壓差不大於此臨界值，開關電路12可維持電源傳遞路徑102為導通狀態。
在一實施例中，開關電路12還包括電晶體(亦稱為第一電晶體)Q1。電晶體Q1耦接在二極體元件D1與電池單元11之間，如圖1所示。電晶體Q1可用以導通或切斷電源傳遞路徑102。例如，電晶體Q1可為高功率金屬氧化物半導體場效電晶體(power MOSFET)或其他具有相似功能的電子元件。
在一實施例中，開關電路12還包括電晶體(亦稱為第二電晶體)Q2(1)。電晶體Q2(1)耦接在二極體元件D1與電晶體Q1之間，如圖1所示。電晶體Q2(1)可偵測二極體元件D1兩端的電壓差並響應於此電壓差而改變電晶體Q1的控制電壓CV。接著，電晶體Q1可響應於控制電壓CV之改變而切斷電源傳遞路徑102。
在圖1的實施例中，是以雙極性接面型電晶體(BJT)作為電晶體Q2(1)的範例。電晶體Q2(1)的第一端(例如基極)與第二端(射極)分別耦接至二極體元件D1的第一端(例如輸入端)與第二端(例如輸出端)以偵測二極體元件D1兩端的電壓差。此外，電晶體Q2(1)的第三端(例如集極)耦接至參考接地電壓GND，如圖1所示。
若二極體元件D1兩端的電壓差大於一臨界值(例如0.8至0.9伏特)，電晶體Q2(1)可響應於此電壓差而被導通。經導通的電晶體Q2(1)可根據參考接地電壓GND來改變電晶體Q1的控制電壓CV。例如，當電晶體Q2(1)被導通時，電晶體Q2(1)可瞬間將控制電壓CV調整為等於或接近參考接地電壓GND。此時，電晶體Q1可迅速切斷電源傳遞路徑102。
圖2是根據本發明的一實施例所繪示的電源控制電路的示意圖。請參照圖2，相較於圖1的電源控制電路10，在本實施例中，電源控制電路20包括開關電路22，且開關電路22中的電晶體Q2(2)是以P型金屬氧化物半導體場效電晶體作為範例。其餘相同標號的電子元件可參照圖1的實施例之說明，在此不重複贅述。
在本實施例中，電晶體Q2(2)的第一端(例如閘極)與第二端(源極)分別耦接至二極體元件D1的第一端(例如輸入端)與第二端(例如輸出端)以偵測二極體元件D1兩端的電壓差。此外，電晶體Q2的第三端(例如汲極)耦接至參考接地電壓GND，如圖2所示。
若二極體元件D1兩端的電壓差大於一臨界值(例如1至3伏特)，電晶體Q2(2)可響應於此電壓差而被導通。一旦電晶體Q2(2)被導通，電晶體Q2(2)可瞬間將控制電壓CV調整為等於或接近參考接地電壓GND。響應於控制電壓CV之變化，電晶體Q1可迅速切斷電源傳遞路徑102。
換言之，在圖1與圖2的實施例中，當電源控制器13改變控制訊號CS的電壓準位之瞬間，二極體元件D1兩端的電壓差會大於一臨界值。一旦二極體元件D1兩端的電壓差大於此臨界值，電晶體Q2(1)或Q2(2)可瞬間將控制電壓CV拉近至約等於參考接地電壓GND，使得電晶體Q1迅速切斷電源傳遞路徑102。因此，當異常情形發生(例如電壓、電流及/或溫度異常)時，電源控制器13可以在幾乎沒有延遲的情況下快速啟動電源保護機制，有效提高對於開關電路12(或22)及/或耗電裝置101的保護能力。
圖3是根據本發明的一實施例所繪示的電源控制電路的示意圖。請參照圖3，相較於圖1與圖2的實施例，在本實施例中，電源控制電路30更包括充電電路31。當開關電路32維持電源傳遞路徑102為導通狀態時，充電電路31可經由電源傳遞路徑102對電池單元11進行充電。
然而，當發生異常時，電源控制器13可改變控制訊號CS。響應於控制訊號CS之變化，開關電路32可藉由參考接地電壓GND來瞬間切斷電源傳遞路徑102，以啟動電源保護機制。相關的操作細節亦可參考圖1與圖2之實施例，在此不重複贅述。此外，在切斷電源傳遞路徑102後，充電電路31即無法對電池單元11進行充電。
須注意的是，雖然在前述實施例中開關電路12、22及32中作為開關使用的電晶體(例如電晶體Q1)之數目皆為1個，然而，本發明並不限制前述實施例中開關電路12、22及32中作為開關使用的電晶體(例如電晶體Q1)之數目。以圖1為例，在一實施例中，若電晶體Q1的數目為多個，則此些電晶體Q1可以並聯的方式連接於電源傳遞路徑102上，且控制電壓CV可用於控制每一個電晶體Q1以導通或切斷電源傳遞路徑102。
須注意的是，在前述實施例中，電源傳遞路徑102之切斷皆不需由額外的控制元件(例如微處理器單元)進行控制，從而可減少訊號傳遞延遲及/或提高切斷電源傳遞路徑102之效率。此外，相較於僅將一或多個電阻串接在電晶體Q1與參考接地電壓GND之間，前述實施例中將電晶體Q2(1)或Q2(2)串接在電晶體Q1與參考接地電壓GND之間，可減少電晶體Q1與參考接地電壓GND之間的漏電流。
圖4是根據本發明的一實施例所繪示的電源控制方法的流程圖。請參照圖4，在步驟S401中，由電源控制器提供控制訊號。在步驟S402中，由二極體元件接收所述控制訊號。在步驟S403中，響應於所述二極體元件的第一端與第二端之間的電壓差而切斷電池單元的電源傳遞路徑。
然而，圖4中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖4中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明不加以限制。此外，圖4的方法可以搭配以上範例實施例使用，也可以單獨使用，本發明不加以限制。
綜上所述，設置於開關電路中的二極體元件可接收來自電源控制器的控制訊號。在特定情況下，響應於所述二極體元件的第一端與第二端之間的電壓差，電池單元的電源傳遞路徑可被切斷。藉此，可有效減少切斷電池單元之電源傳遞路徑的延遲時間，進而提高對於所述開關電路、所述電池單元及/或電子裝置中其餘電子元件的保護效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30:電源控制電路 11:電池單元 12、22、32:開關電路 13:電源控制器 101:耗電裝置 102:電源傳遞路徑 D1:二極體元件 Q1、Q2(1)、Q2(2):電晶體 31:充電電路 S401~S403:步驟 CS:控制訊號 CV:控制電壓 GND:參考接地電壓
圖1是根據本發明的一實施例所繪示的電源控制電路的示意圖。 圖2是根據本發明的一實施例所繪示的電源控制電路的示意圖。 圖3是根據本發明的一實施例所繪示的電源控制電路的示意圖。 圖4是根據本發明的一實施例所繪示的電源控制方法的流程圖。
10:電源控制電路
11:電池單元
12:開關電路
13:電源控制器
101:耗電裝置
102:電源傳遞路徑
D1:二極體元件
Q1、Q2(1):電晶體
CS:控制訊號
CV:控制電壓
GND:參考接地電壓

Claims (9)

  1. 一種電源控制電路，包括：一電池單元；一電源控制器，用以提供一控制訊號；以及一開關電路，耦接在該電池單元與該電源控制器之間，其中該開關電路包括一二極體元件，該二極體元件用以接收該控制訊號，並且該開關電路響應於該二極體元件的第一端與第二端之間的一電壓差而切斷該電池單元的一電源傳遞路徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源控制電路，其中該開關電路更包括：一第一電晶體，耦接在該二極體元件與該電池單元之間並且用以切斷該電池單元的該電源傳遞路徑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電源控制電路，其中該開關電路更包括：一第二電晶體，耦接在該二極體元件與該第一電晶體之間並且用以響應於該電壓差而改變該第一電晶體的一控制電壓，並且該第一電晶體響應於該控制電壓之改變而切斷該電池單元的該電源傳遞路徑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電源控制電路，其中該第二電晶體的第一端與第二端分別耦接至該二極體元件的該第一端與該第二端以偵測該電壓差， 該第二電晶體的第三端耦接至一參考接地電壓，該第二電晶體響應於該電壓差而被導通，並且經導通的該第二電晶體根據該參考接地電壓來改變該第一電晶體的該控制電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電源控制電路，其中該開關電路是響應於該電壓差大於一臨界值而切斷該電池單元的該電源傳遞路徑。
  6. 一種電源控制方法，包括：由一電源控制器提供一控制訊號；由一二極體元件接收該控制訊號；以及響應於該二極體元件的第一端與第二端之間的一電壓差而切斷一電池單元的一電源傳遞路徑，其中響應於該二極體元件的該第一端與該第二端之間的該電壓差而切斷該電池單元的該電源傳遞路徑之步驟包括：響應於該電壓差大於一臨界值而切斷該電池單元的該電源傳遞路徑。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電源控制方法，其中響應於該二極體元件的該第一端與該第二端之間的該電壓差而切斷該電池單元的該電源傳遞路徑之步驟包括：由一第一電晶體切斷該電池單元的該電源傳遞路徑，其中該第一電晶體耦接在該二極體元件與該電池單元之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電源控制方法，其中由耦接在該二極體元件與該電池單元之間的該第一電晶體切斷該電池單元的該電源傳遞路徑之步驟包括：由一第二電晶體響應於該電壓差而改變該第一電晶體的一控制電壓，其中該第二電晶體耦接在該二極體元件與該第一電晶體之間；以及由該第一電晶體響應於該控制電壓之改變而切斷該電池單元的該電源傳遞路徑。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電源控制方法，其中由該第二電晶體響應於該電壓差而改變該第一電晶體的該控制電壓之步驟包括：由該第二電晶體的第一端與第二端偵測該電壓差；由該第二電晶體的第三端接收一參考接地電壓；響應於該電壓差而導通該第二電晶體；以及由經導通的該第二電晶體根據該參考接地電壓來改變該第一電晶體的該控制電壓。
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