TWI281299B

TWI281299B - Circuit for controlling precharge/discharge state and method, apparatus and system thereof

Info

Publication number: TWI281299B
Application number: TW094104238A
Authority: TW
Inventors: Bruce S Denning; Guoxing Li; Liusheng Liu
Original assignee: O2Micro Int Ltd
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2007-05-11
Also published as: JP5253366B2; TW200534561A; CN2812375Y; CN100594649C; CN101095271A; TW200536231A; JP2010110208A; CN1674402A; CN100373742C; JP2005278396A; US20050212489A1; CN100345356C; JP2005278395A; HK1081000A1; US7589499B2; US7180268B2; CN2812374Y; HK1080999A1; US20100007350A1; TWI281300B

Description

1281299 彳-Ί I年月曰修(更)正替換y 九、發明說明： ^ -— 、【發明所屬之技術領域】， '本發明涉及電池充電電路’更具體的是涉及能夠進行谓流預充電和/或涓流放電的電池充電電路。本發明可以應用於可攜式電子裝置的電池充電系統，例如筆記型電腦、個人數位助理、手機和/或具有充電電池的任何類型的電子裝置。 φ 【先前技術】充電電池，特別是鋰離子電池，需要在深度放電狀態後進行預充電（恢復充電），以防止電池的過度耗盡。當一個充電電池被深度放電，且它的電池單元電壓小於一閾值電壓 Vuv時，不能直接採用大的充電電流對其充電。反而，需要一個預充電模式。在預充電模式下，採用一個小的充電電流’直至電池電壓充電至高於該電壓Vuv，然後可以在正常模式下充電，即採用較大電流充電。對於鋰離子電池，根魯據電池類型和生產廠商的不同，一個電池單元的閾值電壓 Vuv大約為2·4 V〜3·0 V。預充電電流大約為10 mA〜1〇〇 m A。然而，根據電池電量的不同，正常充電電流可以為幾百毫安培至1安培。圖1A為一個鋰離子充電電池的充電曲線圖5〇。當該電池 . 電壓高於Vuv時，電池進入恒流（CC)充電模式，且採用一個 ' 大的恒電流對該電池充電（該電池電壓也隨著該電池電量的增加而增加）。當該電池電壓超過v〇v(v〇v代表過電壓，對於經離子電池，通常大約為4·2 V)，電池進入恒壓（cv) 99401-950725.doc 1281299 - 日修(更)正替換頁丨充電模式。在該模式下，充電器將該電壓保持在v〇v。當該 · • 充電電流減小到一個預設的最小值時，例如50 mA，充電過 ’ ' 私停止。在恒壓充電模式期間，該充電器必須精確地調節 • 孩電壓至Vov(誤差在+/_·〇〇5 v内），否則，隨著電池電量增大’充電電流將不會減小。例如，如果充電輸出大於，則會出現電池過度充電的現象，鋰離子電池會出現安全問題。 φ 圖1B為一個實現預充電的傳統電路1〇。一個預充電 MOSFET(盃屬氧化物半導體場效應電晶體）i2與一個電阻 14串聯’匕們用於預充電。在預充電的同時，充電feT(場效應管）16斷開，預充電FET12導通。所以，預充電電流大致由充電器輸入電壓VPACK+和總電池單元電壓Vcell2 差’ VPACK+-VceU，除以串聯電阻14 Rpre決定。當交流配接器存在時，VPACK+比電池組電壓Vcell高，根據每個電池單元的初始電壓開始充電或預充電。如果任何一個電池 • 單元的電壓低於閾值電壓Vuv，則電池組將進入預充電模式。否則，進入正常充電模式。本領域的技術人員將知道，圖1B中的電路1 〇包括一個電池監測裔積體電路20，該電池監測器積體電路2〇包括監測電池組22的每個電池單元（Celll，Cell2 . Cell4)的電壓、電流狀悲的電路。該電路可以包括一個開關網路24對每個電池單兀的電壓進行採樣。為了控制預充電m〇sfet12的工、作，傳統電路10包括一個比較器26，該比較器26經由開關 30，將一個恒值參考電壓28(Vuv)與每個電池單元的電壓作 99401-950725.doc 1281299 比較 ο ....................'二'、.一.....… $而’圖1中的該拓撲有—個缺陷，它需要-個額外的功 .率職FET(即M0SFET12)和電隨，它們既昂貴又會增加 -印刷電路板的面積。另外，根據這個拓撲，電池組電塵越低，預充電電流越大。而且，預充電電流會隨著電池單元電壓的增加而減小，這意味著需要更長的時間來完成預充電。 φ ，另外’電阻14的值通常是固定的，最大和最小預充電電流通常也是固定的，因此它們不能進行調整以滿足不同電池組的需求。【發明内容】本發明的一實施例關於一種裝置，包括至少-個具有完全導通狀態和可控導通狀態的開關；和能夠檢測狀態的開關控制電路’該開關控制電路還能夠產生至少一個控制信號，該信號能夠至少部分地根據該檢 # 測到的狀態控制該開關的導通狀態。本發明的另一實施例關於一種系統，包括：一個包括至少一個可充電電池單元的電池組；至ν個具有完全導通狀態和可控導通狀態的開關；和能夠檢測狀態的開關控制電路，該開關控制電路還能夠產生至少一個控制信號，該信號能夠至少部分地根據該檢測到的狀態控制該開關的導通狀態。、本發明的另一實施例關於一種方法，包括：為一個電池檢測須流充電狀態和須流放電狀態中的至少 9940U950725.doc 1281299 — a ->**.>.. iwi I i^i I iiutu»^^^, ,.,.r:*r. i手篮月7 ▼(更)止替換肩i 一個狀態；和 —’^w一™"-1-: 控制至少一個開關的導通狀態，以允許該電池接收涓流 -充電電流和產生涓流放電電流的至少一個。【實施方式】圖2A描述了本發明的一個典型的涓流預充電拓撲1〇〇。在該實施例中’可以採用兩個FET(充電FET CHG一FET和放電 FET DSG—FET)。在該實施例中，充電FET 1〇4和放電FET • 102可以如圖所示”背對背，，串聯放置，該方法為本領域所知。在涓流預充電模式下，放電FET 1〇2斷開（非導通）。但是，若充電FET(CHG-FET)導通，則電流仍然可以通過放電 FET 102的主體二極體流入電池組。若chG—FET斷開，則沒有電流流出或流入電池組。除了兩個MOSFET，此涓流預充電拓撲1〇〇還包括一個參考二極體D1 110、放電驅動器1〇6、充電驅動器1〇8和參考電流源Iref 112。充電驅動器1〇8和放電驅動器1〇6可以具有 , 各自的比較器。在正常充電模式下，開關（尺丨和K2) 114、116 被設置在位置2。在該位置上，充電驅動電壓CHG被驅動到大致等於一個相對參考電壓CHG_REF的值，該參考電壓值可以操作以完全導通充電FET 104。因此，參考電壓 CHG—REF是根據充電FET裝置104的導通要求來選擇的。在涓流預充電模式下，開關K1和K2被設置在位置1。當加入交流配接器時，電壓VPACK+會上升。充電FET 104被充電驅動器108驅動進入飽和狀態，這意味著充電fEt 1〇4 作為一個可變電阻，且涓流電流可以流經開關丨04。充電驅 99401-950725.doc 1281299

年月日修(更)正替換頁I 95. 7 9Γ： ______ I 動器108可以適應以調節充電FET(CHG—FET)1〇4迫使電壓

Vc相等於Vd，該Vd的電壓由二極體D1 11〇和參考電流源 Iref 112來設置。

Vc由開關之間的電壓所得。Vc可以作為比較器負極的輸入，Vd(由Iref和D1設置）可以作為正極的輸入。輸出信號 CHG為Vd-Vc。當Vc可能大致等於¥(1時，可以選擇放大器的增益以產生一個大的輸出信號來足夠令充電FET在飽和 φ 區工作。因此，充電驅動器108可以調適在涓流預充電期間將固定的信號（Vd)與Vc比較。在正偏壓條件下，該二極體01的直流電流由下式給出：

Iref=Al*ISl*(exp(Vdl/Vt)-l) 其中’ A1為二極體D1的接合區域，isi為二極體〇1的單位反向飽和電流，Vdl為橫越二極體D1的壓降，且 Vdl=Vd-Vcell，Vt為二極體閾值電壓。放電FET102的主體二極體的直流電流由下式給出： # Ipch=A2*IS2*(exp(Vd2/Vt)-l) 其中，A2為體二極體的接合區域，m為主體二極體的單位反向飽和電流，Vd2為橫越放電FET主體二極體的壓降，且 Vd2=Vc-Vcell。如本領域所知，IS丨和182由所選半導體裝置的類型決定。若迫使Vd和Vc大致相等，則該涓流預充電電流與參考電 ' 流1ref成正比，且由下式給出：

Ipch-A2/Al*(lS2/ISl)*Iref 較佳地’儘管本發明沒有要求，但是充電和放電FET的 99401-950725.doc -10- 1281299 ___ %,，日修(更)正替換頁丨主體二極體的接合區域六2由於低導通電大電流^要— . 而通带較大，而為了節省晶圓晶片面積，二極體D1的接合— ；區域A1較小。因此，由於A2»A1，可以用小電流Iref(幾十微安）來控制大電流lpch(幾十到幾百毫安培）。圖2B描述了本發明的一個典型的涓流放電拓撲2〇〇。除了务考電流源112和二極體11〇與放電mqsfeT 102相連之外，該實施例與圖2A所示的拓撲100相似。在涓流放電期 _ 間，充電M〇SFET 104斷開，放電電流流經它的主體二極體。拓撲200在其他方面的操作可以參考上述圖2A。圖3A描述了本發明的另一個典型涓流預充電拓撲3〇〇。在 5亥實施例中’充電FET和放電FET可以，，面對面”串聯放置，而不是’’背對背’’放置（如圖2A所示）。圖2B的實施例還可以包括一個參考二極體D1 3 1 0，在該實施例中，充電FET驅動器306受開關K1和K2控制。在正常充電模式下，開關K1和K2被設置在位置2，所以 • 該充電FET的閘極電壓被驅動至CIiG—REF，該電壓值可以操作以完全導通充電FET 3 02。在涓流預充電模式下，放電 FET 304斷開，K1和K2被設置在位置i。在這種情況下，充電FET驅動3 06可以操作以調節充電fet 302以迫使電壓 Vc大致等於Vd。在正偏壓條件下，該二極體d 1的直流電流 . 為：

Iref=Al*ISl*(exp(Vdl/Vt)-l) 其中，A1為二極體D1的接合區域，Ml為二極體D1的單位反向飽和電流’ Vdl為橫越二極體D1的壓降，且 99401-950725.doc 1281299

Vt為二極體閾值電壓

Vdl=VPACK+-Vd 放電FET的主體二極體的直流電流由下式給出：

Ipch=A2*IS2*(exp(Vd2/Vt)-l) 其中’A2為主體二極體的接合區域，IS2為主體二極體的單位反向飽和電流，Vd2為橫越放電FET體二極體的壓降，且 Vd2=VPACK+-Vc 〇如本領域所知，IS1和IS2由所選半導體裝置的類型決定。 φ 若Vd和Vc被強制相等，則涓流預充電電流為：

Ipch=A2/Al*(IS2/ISl)*Iref 圖3B描述了本發明的一個典型的涓流放電拓撲4〇〇。除了蒼考電流源312和二極體31〇與充電MOSFET302相連之外’該實施例與圖3A的拓撲3〇〇相似。在涓流放電期間，充電MOSFET302斷開，放電電流流經其主體二極體。拓撲4〇〇在其他方面的操作可以參考上述圖3A。為了加快該涓流預充電進程，可以容易地根據電池單元 • 電壓大小調整涓流預充電電流Ipch。電池單元電壓越高，通過對參考電流Iref的程式化可以將涓流預充電電流設置得越大。圖4的可程式化參考電流源可以調適根據電池單元電Μ大小而產生一個參考電流，這為本技術領域所熟知。圖4描述了本發明的另一個典型的涓流預充電拓撲5〇〇。在該典型實施例中，充電FET 504和放電FET 502，，背對背” 串聯放置的方式如圖所示，且為本領域所知。在涓流預充電模式下，放電FET 502可以斷開（非導通），若充電 FET(CHG-FET)導通，則電流仍然可以通過放電fEt 5〇2的 99401-950725.doc 12 1281299 -— 年月曰修(更)正替換 95, 7- Μ ...................m . u n 主體一極體流入電池單元。若CHG_FET斷開，則沒有電流 * «電池單元流出或流入電池單元。本貫施例還可以包括一個參考電阻、放電驅動器5〇6、充電驅動器508和參考電流源Irefl 512。充電驅動器508和放電驅動器506可以包括各自的比較器。在一個正常充電模式下，開關（K1和K2)518、520被設置到位置1。在該位置上，充電驅動電壓CHG被驅動到大致等於一個相對參考電壓 φ CHG-REF的值，該參考電壓值可以操作以完全導通充電 FET 504。因此，參考電壓CHG 一 REF是根據充電FET5〇4的導通要求來選擇。當需要涓流充電（即涓流預充電）時，開關K1和K2可以與節點2相連。在這種情況下，比較器5〇8的輸入為橫越 Rsens( + )的電壓和橫越R1的壓降（由Irefl 512產生）。比較器 5 08的增盈可以選擇地大一點（例如>8μβ)，俾使由Ire;Q產生的橫越R1的壓降將大致等於由涓流充電電流Ipch橫越檢測電阻Rsens的電壓。涓流預充電電流由下式給出：

Ipch=Irefl*Rl/Rsens ; 其中，Irefl是一個可程式化電流參考源。通常Rsens很小 (例如大約10到20毫歐姆），而R1大約選擇1〇歐姆的次方。因此，R1與Rsens之比可能很大，這樣，由於R1/Rsens的大增益，可以用一個較小的參考電流Irefl產生一個相對大的涓流預充電電流。圖4的實施例中，在涓流預充電模式期間，該放電FET可 99401-950725.doc -13 - 1281299 --- I月日修(更)正替换> 丨 95· 7· 25 _, 以完全導通，這樣，消除了在VPAcK+與電池組電壓之間的· 二極體正偏壓壓降。在該模式下，開關（K4)514和（K3) 516 - 、可以设置到位置1 ’這樣，以放電參考電壓驅動放電FET而完全導通該放電FET (方式如上所述）。仍然參考圖4 ’在一個正常放電模式下，開關Κ3和Κ4可以分別與節點1相連。在這種方式下，該放電Fet驅動器可以作為一個緩衝器並驅動該放電FET以完全導通。當處在涓 φ 流放電模式下，開關Κ3和Κ4可以與節點2相連。由於驅動器的高增益，由Iref2產生的橫越電阻R2的壓降大致等於橫越檢測電阻Rsens的電壓。因此，涓流放電電流為： Idsg=Iref2*R2/Rsens 其中’ Iref2是一個可程式化電流參考源。通常Rsens可以很小，因此R2與Rsens之比可能很大，這樣，由於R2/Rsens 的大增益，可以用一個較小的參考電流Iref2產生一個相對大的涓流放電電流。因為在放電期間該電流方向係反向， • 所以橫越檢測電阻Rsens和橫越R2的壓降極性相反。因此，可以提供一個極性反向電路522以反向流經Rsens的電流極性。在該實施例中，在涓流充電期間，放電FET完全導通。這樣，消除了在VPACK+與電池組電壓之間的二極體正偏壓 • 壓降。同樣，在涓流放電期間，充電FET完全導通，消除了在電池組電壓與VPACK +之間的二極體正偏壓壓降。在本發明中，一旦MOSFET與二極體固定，仍然可以通過可程式化電流源（Iref)112、312、510和/或512調整化(：11。 99401-950725.doc -14- 1281299

Ik ^ 9歹修(更)正替接圖5描述了本發明的—個典 ‘ I的了耘式化電流源的電路拓撲。圖5的電路可以調適以雨週通過成比例的鏡像電流產生電流

Iref，如本技術領域所知。田…、可耘式化參考電流源為本技術領域所熟知，除了圖5戶斤+ φ々 ^ /圓5所不電路之外，可程式化參考電流源還能通過各種方法實現。圖6描述了本發明的一個典型的須流預充電和須流放電拓撲_。在該實施例中’充電FET6〇4和放電FET6〇2”背對背"串聯放置的方式如圖所示，且為本領域所知，或者，可以採用先前所述的”面對面，，串聯放置的方式。在該典型實施例_，一個數位類比轉換器電路（DAC)616可以用以產生FET驅動電壓，下文將詳細描述。該實施例包括一個控制迴路，該控制迴路包括一個類比數位轉換器電路（ADC)614、一個控制器612和一個數位類比轉換器電路（DAC)616。ADC 614接收流經檢測電阻Rsens 61 8的檢測所得電流。接著，該ADC產生代表檢測所得電位準的數位#號’並將那些信號傳送給控制器612。操作時’若流經電阻Rsens 61 8的電流比預設閾值小，控制器612 會向DAC 616發送資料以增加相關fet的驅動電壓。否則，控制器612會向DAC616發送資料以降低FET的驅動電壓，直至檢測所得電流與預設電流大致相等。該實施例的這些操作上的特點將在下文中更詳細地描述。在正常充電或放電模式下，可以不啟動DAC 616，並且充電FET 604和放電FET 602導通。在該實施例中，DAC 616 月b夠可控地啟動和/或不啟動，藉由例如通過使用一個圖中 9940l-950725.doc -15- 1281299

所示的DAC—ΕΝ信號。充電FET驅動器608可以將充電FET 6〇4的閘極驅動至CHG—REF值，該值可以令充電FET 604完全導通。放電FET驅動器606可以將放電FET 602的閘極驅動至DSG—REF值，該值可以令放電FET 602完全導通。通過諸如分別採用CHGJEN和DSG—EN信號的方法，充電FET驅動裔608和放電FET驅動器606能夠可控地啟動或不啟動。

在涓流放電模式下，開關K1 (620)可以與節點i相連。可以不啟動放電驅動器606(例如DSG—EN為低電位），其可以操作以在放電驅動器606的輸出端產生一個高阻抗。放電FET 602的導通狀態由DAC 616和控制器612控制。這樣，放電

FET 602、檢測電阻Rsens 618、aDC 614、控制器 612和 dAC 61 6可以組成控制迴路。通過控制放電FET6〇2的導通電阻，本實施例能夠將涓流放電電流調整至一個期望值，該操作可以在控制器中預程式化。如先前的實施例，放電邱丁㈣的導通電阻可以通過調整其閘極驅動電壓來調整。控制器612可以包括控制DAC616工作的電路。這裏的^ 何實施例中提到的”電路，，包括：例如，單個的固線式電路可b式化電路、機電路和/杨體（存儲可程式化電路棄行的指令），或上述電路的組合。控制器612可以包括一布或更多積體電路。在^ ,,β 在、晨的1壬何貫施例中提到的”積體電妈疋私一個半導體裝置和/或罨子裝置，例如一個半積體電路晶片。雖鈇勻古*回 ^ 以一雖'、、"又有在圖6中示出，該實施例還可以έ 括圯憶體，該記憶體可以一 # _ 括一個或多個以下類型的記憶體.丰¥體靭體記憶體，可式化β己彳思體，非揮發性記偉 99401-950725.doc 1281299 電可程式化記憶體，隨機存取記憶體，體，唯讀記憶體快閃6己fe體，石兹石造卜立遍 ^ /、5己彳思體和/或光碟記憶體。另外或又或者 _ σ 、匕括其他和/或今後開發出的電腦可讀記憶體

類型。機器可讀知辦# +&人體秋式“々可以存儲在記憶體内。如下所述’控制 6 1 2 可 Μ > 了u存取並執行這些指令，並且這些指令會令控制器612執杆#直My从订k晨的插作。這些操作可由控制器6丄2 和/或該：施例中包括的其他電路執行。在該實施例中，控制器612能夠產生一個或多個資料位一貝料位元代表期望的涓流放電電流值ltd。為了達

到那個目的’控制器612能夠根據流經Rsens 618檢測到的實際電流=執行順序和/或迴圈操作以獲得一個期望的須流電=例如，若期望的須流放電電流被設置為ltd，則 I: ^ 612可以採用一個逐次近似暫存器（sar)法產生合適 :貝料，凡° SAR方法包括將DAC MSB(最高有效位）初始、，為门電位，然後檢測流經Rsens61 8的電流。若流經檢 J 8的電流（Isen)大於1td，則控制器612可以將DAC 謂设置為低電位，否則控制器612令DAC MSB保持為高二接著，控制器612將第二個最高有效位（MSB)設置為问電位，然後測量流經Rsens的電流。若Itd大於Isen，則第、二個最回有效位（MSB)設置為低電位，否則該位為高電位。 L個逐久近似暫存器法可以繼續，直至DACLSB(最小有# 。因此，可執行指令可以存儲在記憶體中（未示 )彳工制裔6 12存取這些指令並執行操作，例如執行逐次 7γ a? 仔夯法。若對於一個給定的電池組Itd是固定的，則 99401-950725.doc -17- 1281299 _

t月曰修(更)正替換貝I . —85. 7 j 存儲在記憶體中的指令也是固定的。紅γ . y 一一疋的任何時候需要涓流放 -電’控制器612都能夠控制daC616以產生一個期望的須流-放電，這樣，電池組能夠將Itd傳送到外部負載。產生合適 Μ流放電電流的控制代碼可以存儲在記憶體中，並且控制器612可以存取控制代碼以進行隨後的項流放電操作。若須流放電電流需要調整，則可以採用這裏的控制迴路相應地增大或減小ltd。在渭流放電模式下，充電驅動器6〇8可以 φ 啟動也可以不啟動。差別在於項流放電電流將分別地流經充電FET或流經其主體二極體。在涓流充電模式下，開關Κ1與節點2相連。可以不啟動充電驅動|§ 608(CHG一ΕΝ為低電位）。充電FET6〇4的導通狀態可以由DAC 616和控制器612控制。在該模式下，充電fet 604，檢測電阻Rsens 618，ADC 614，控制器 616 可以組成控制迴路。通過控制充電FET 6〇4的導通電阻，本實施例能夠將涓流充電電流調整至一個期望的值。預充電鲁 t流通常是-個固定的值。在該模式下，本實施例可以通過採用諸如上述的SAR方法產生^仏，並把控制代碼存儲在記憶體中。對於涓流預充電電流，其值可以在最大限度與最小限度之間變化，這樣，控制代碼可以調適令Ipch在最间和最低範圍内變動。這樣，允許涓流充電電流被相應地调整。在須流充電模式期間，放電驅動器606也可以啟動或不啟動’差別在於涓流充電電流將分別地流經放電FET或流經其主體二極體。從圖1 A中’我們知道，在預充電期間和恒壓（CV)充電期 99401-950725.doc -18- 1281299 [年路月7更)正替間，可能需要控制充電電流。在傳統的電路中，需要一個 - 附加的預充電FET來控制預充電電流。在這樣—個2統電路- 2，恒壓充電必須完全依賴於充電器精確地將充電電壓調節至Vov，然後充電電流會逐步減小。在本發明中，預充電功能可以在沒有附加的預充電叩丁 :況下實現。另外，為了加速預充電進程，預充電電流_ 能夠根據電池單元電壓容易地進行調整。電池單元電壓越高，通過對參考電流Iref的程式化提供的預充電電流越大，參考如圖2A、圖3 A、圖4、或圖6中的控制迴路所述。本發明的一個優勢是，正如本揭示内容中多個實施例，可以在恒壓期間採用涓流預充電電流控制，其中涓流預充電電路能夠根據電池單元電壓產生一個消流充電電流。以這種方式，恒壓充電電流的逐步減小不需要依賴充電器將電壓調節至Vov。因&，本發明的優勢是，本揭示内容提供了夕個可以避開使用昂貴、精確的電壓調節充電器的實施例。事實上，一個簡單㈤交流配接器可以用來對鐘離子電池充電。因為在恒壓充電期間，即使充電器也不能將電壓恒定保持在Vov，但是充電電流可以被限制到一個預程式化的巧流電流值，且該值取決於單元電池電壓。因此，不會 ^生過度充電情況。該充電電流的限制可以作為次要的過 i保叹（通過將電流限制設置至略微大於實際觀測到的電抓=侍到期望的v〇v)，和/或作為主要的過壓保護（通過調節充電電流’直至得到確切期望的Vov)。本毛明的另一優勢是，本發明的涓流放電可以為電池組 99401-950725.doc -19- 1281299 ，- 提i、更好的短路保護。在傳統的電池組中，放電fet可以完全導通以允許放電，或者可以完全斷開以終止放電。當電池組不在系統中時（例如不使用電池組時），放電附保持在導通狀態，以便為電池組插入到系統那刻能給系統供電做準備在k種情況下，若發生了不正常的事情，例如VPACK+ 端短路，會有大電流從電池流出，這個電流會反過來損壞電池。或者，在傳統的電池組中，放電啦可以保持在斷開 _狀態以保護電池不受短路的危害。但是，當電池組插入系統中時，該做法會阻止電池對系統的供電。為了克服這個困難，一些傳統的電池組提供一個機械方法以通知電池組令放電FET導通。這會給客戶帶來不便，同時還會增加價格和/或電池組的尺寸。根據這裏所描述的至少一個實施例，當電池不在/脫離系統時，電池組可以處在須流放電模式下。當電池組插入到系統日寺m電電流值可以選擇得較大，例如100 mA，以驅動擁有嵌入式系統的控制器。然 > 後’擁有散入式系統的控制器1會檢測到冑池存在，並通知電池在正常的放電模式下工作。因為放電阳將電流限制至預設的涓流放電值，例如100mA，可以防止大電流的突然增加，從而起到VPACK+短路保護作用。這裏所描述的涓流放電和涓流充電拓撲還可以用於多電池系統。當多個電池組同時放電，他們可以向系統提供更大的功率。由於多個電池組採用並聯方式以增加效率，所以採用多個電池組還可以減少電池内部阻抗。然而，若多個電池組同時放電，就需要一個嚴格的規定，即那些電= 994〇l-95〇725.doc -20- 1281299 % 1曰修浼)正替換頁丨的電源必須擁有完全相同的電壓。否則，由於和電池相連匯流排的微小電阻（例如2 mn)的存在，兩個電池組之間會有Μ小的電壓差，即使兩個電池組之間的電壓差很小（例如 1〇 mV)，也會有一個大電流（在此例中5Α)從高電壓電池組流向低電壓電池組。在實際操作中，很難使多電池組保持一個相同的電壓，而且即使有一個很精確的ADC來檢測電池電壓，也很難判 φ 疋兩個電池組是否處在相同的電壓，這是由於電池組電壓會隨放電電流變化。本揭示内容中的多個實施例的涓流放電操作月b夠解決多個電池組的問題。例如，一個系統可以包括兩個電池組，電池組A和電池組3。假定初始狀態電池組A的電壓高於電池組b。電池組A可以先放電以給系統供電，且電池組a的電壓逐步下降。電池組B的放電FET斷開以終止電池組B的放電。當電池組A的電壓下降至與電池組B相同的電壓，本發明可 # 以將電池組B設置在涓流充電模式或涓流放電模式。若電池組B在涓流充電模式下工作，放電FET可以完全導通，充電 FET可以被控制在飽和導通範圍内工作。在這種方式下，充電FET可以作為一個限流電阻。若電池組3在涓流放電模式下工作，充電FET可以完全導通，放電FET可以被控制在飽 • 和導通範圍内工作。在這種方式下，放電FET可以作為一個限流電阻。為了更安全些，參考圖6的拓撲6〇〇，可以通過令充電FET和放電FET在飽和導通範圍内工作以增加充電 FET和/或放電FET的等效電阻令涓流充電操作和/或涓流放 99401-950725.doc 21 1281299 I巧2。日修⑻正替換: 電操作可控地產生一個相對小的電流值。在先前的例子中，由於電池組A正在放電，電池組b處於閒置狀態’電池組A的實際電壓將高於電池組B的電壓，即使它們所測得的電壓可能相同。若出現這種情況，電池組A 可以對電池組B充電。然而，充電電流被充電FET(若令電池組B處在涓流充電模式）或放電FET(若令電池組3處在涓流

放電模式）的電阻所限制。被限制的電流由諸如控制器612 執行的控制器代碼決定。本發明中，該充電電流被電池組B中的ADC所監測。隨著電池、、且A與電池組b之間的電壓差的減小，從電池組a流向電池組B的充電電流也減小。當充電電流小於一個預設值，例如10 mA，控制器可以將電池組B從涓流充電模式或涓流放電模式轉換至完全放電模式。 •〜W "丨L J只几电π /戏 >月流%

電路和方法，它們與傳統的拓撲相比，完成預充電更為活、使用的元件更少且效率更高。應該知道的是，電灿測益積體電路根據電池單元所處的不同充電狀態（深度電應採用〉、1流充電模式）控制開關（Κ!、Κ2和/或Κ3#σΚ4 以令這晨的至少一個實施例中的可程式化消流充電電路入〉月流預充電模式或正常充電模式。還應該知道的是，裏的拓撲可以採用獨立的件和/或集成于積體電路中；或以上兩者的結合來實現。本^明可以應用於使用克雷

Mm 電電池的任何可攜式電子裝 (可攜式電腦，手機，個人古衣械個人數位助理，等等）。為了 9940J-950725.doc -22- 1281299

曰修(更)正替換 :?的拓撲可以集成到一可攜式電子裝置的電池組 ::晨所使用的"電池組”可以定義為一個至少包括一個蛩池早7L的電池。一個電池組可以包括一個或多個的可充離子電池單元。-個電池組還可以包括-個或多個的電子兀件’例如能㈣助電池組進行可控充電和/或放電和 /或操作的元件。本領域的技術人員將意識到可以有多種不脫離本揭示内 :的精神和範圍的修改’本發明的精神和範圍由申請專利範圍界定。【圖式簡單說明】圖1A為一個鋰離子電池的典型的充電曲線圖；圖1B為一個傳統的電池預充電電路；圖2A為本發明的-個典型的涓流預充電拓撲；圖2B為本發明的一個典型的須流放電拓撲；

圖3A為本發明的另—個典型的須流預充電拓撲；圖3B為本發明的另-個典型的涓流放電拓撲；圖4為本發明的另一個典型的須流預充電拓撲；圖5為本發明的一個典型可程式化電流源；和〇圖6為本發明的一個典型的渭流預充電和須流放【主要元件符號說明】、電阻 10 ^ 傳統電路

12、16、102、1〇4、302、MOSFET 304 、 502 、 504 、 602 、 604 99401-950725.doc 23 1281299

Μ 日修(更)正替換頁 20 電池監測器積體電路 22 電池組 24 開關網路 26 比較器 30、 114、 116、 514、開關 516 > 518 、520 、620 50 充電曲線圖 100 、200 、300 、400、涓流預充電拓撲 500 >600 110 、310 二極體 106 ^ 506 ^ 606 放電驅動器 108 、3 06 、508 、608 充電驅動器 112 、312 、512 參考電流源 522 極性反向電路 614 類比數位轉換器電路 612 控制器 616 數位類比轉換器電路 618 檢測電阻 99401-950725.doc -24-

Claims

1281299 —---π 咒5日修(¾正替換頁十、申請專利範圍： --J • 1 · 一種控制導通狀態之裝置，包括： - 至少一個具有完全導通狀態和可控導通狀態的開關；和能夠檢測狀態的開關控制電路，該開關控制電路還能夠產生至少一個控制信號，該信號能夠至少部分地根據該檢測到的狀態控制該開關的導通狀態。 2·根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該開關包括一個充電開關以控制充電至一個電池的充電電流，該狀態包括該電池的一個涓流充電狀態，和其中該充電開關響應代表3 >月流充電狀怨存在的控制信號，從而進入該可控導通狀態，由此允許涓流充電電流從一個電源流向該電池。 3 ·根據申請專利範圍第2項之裝置，其中該充電開關響應代表該涓流充電狀態不存在的控制信號，從而進入該完全導通狀態，由此允許一個完全充電電流從該電源流向該電池’該完全充電電流比該涓流充電電流大。 4·根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該開關包括一個放電開關’該放電開關用於控制來自相關電池的放電電流，該狀態包括一個錯誤狀態，且該放電開關響應代表该錯誤狀態存在的控制信號，從而進入該可控導通狀態，由此允許涓流放電電流從該電池流出。 5·根據申請專利範圍第4項之裝置，其中該放電開關響應代表該涓流放電狀態不存在的控制信號，從而進入該完全導通狀態，由此允許一個完全放電電流從該電池流出， 99401~950725.doc 1281299 ’年月日修(更)正替換頁| 該完全放電電流比該涓流放電電流大。^7,25 - 6_根據申請專利範圍第4項之裝置’其十若該電池提供的一. 個放電電流位準大於―個項流放電電流閾值，則可以檢測出該涓流放電狀態的存在。 7.根據申請專利範圍第旧之裝置，其中該開關控制電路包括—㈣比數位轉換器（ADC)’該類比數位轉換器接收代表一個電池的電流位準的類比信號，並提供一個代表該電池的電流位準的數位信號，—個控制器配置以接收該數位信號’並向—個數位類比轉換器（DAC)提供-個數位輸出控制信號，該數位類比轉換器提供該控制信號給該開關。 8· 一種控制導通狀態之系統，包括·· 一個包括至少一個可充電電池單元的電池組；至少一個具有完全導通狀態和可控導通狀態的開關；能夠檢測狀態的開關控制電路，該開關控制電路還能夠產生至少一個控制信號，該信號能夠至少部分地根據該檢測到的狀態控制該開關的導通狀態。 9.根據申請專利範圍第8項之系統，其中該開關包括一個充電開關以控制充電至該至少一個電池單元的充電電流，该狀悲包括該電池單元的一個涓流充電狀態，和其中該充電開關響應代表該涓流充電狀態存在的控制信號，從而進入該可控導通狀態，由此允許涓流充電電流從一個電源流向該至少一個電池單元。 99401-950725.doc 1281299 L 10 ·根據申請專利範圍第9項之系統，其中該充電開關響應代表該涓流充電狀態不存在的控制信號，從而進入該完全導通狀態，由此允許一個完全充電電流從該電源流向該至少一個電池單元，該完全充電電流比該涓流充電電流大0 11 ·根據申請專利範圍第8項之系統，其中該開關包括一個放電開關，該放電開關用於控制來自該至少一個電池單元的放電電流’該狀態包括一個涓流放電狀態，且該放電開關響應代表該須流放電狀態存在的控制信號，從而進入該可控導通狀態，由此允許涓流放電電流從該至少一個電池單元流出。 12·根據申請專利範圍第丨丨項之系統，其中該放電開關響應代表该涓流放電狀態不存在的控制信號，從而進入該完王導通狀態，由此允許一個完全放電電流從該至少一個電池單元流出，該完全放電電流比該涓流放電電流大。 U·根據申請專利範圍第丨丨項之系統，其中若該電池提供的一個放電電流位準大於一個須流放電電流閾值，則可以檢測出該涓流放電狀態的存在。 14.根射請專利範圍第8項之系統，其中該開關控制電路包括-個類比數位轉換器（ADC) ’該類比數位轉換器接收代表該至少-個電池單元的電流位準的類比信號，並提供一個代表該至少-個電池單元的電流位準的數位信號’ 一個控制器’該控制器接收該數位信號，並向一個數位類比轉換器（DAC)提供一個數位輸出控制信號，該 99401-950725.d〇( 1281299 -— i年φΛ日修便)正替換貝1 I______^ 7. 9 K \ 數位類比轉換器提供該控制信號給該開關。 15 · —種控制導通狀態之方法，包括： - 為一個電池檢測涓流充電狀態和涓流放電狀態中的至少一個狀態；和控制至少一個開關的導通狀態，以允許該電池接收谓流充電電流和產生涓流放電電流的至少一個。 16·根據申請專利範圍第15項之方法，還包括： • 控制一個放電開關的導通狀態，以進入飽和導通範圍’從而允許該電池產生-個可控涓流放電電流。 17·根據申請專利範圍第15項之方法，還包括：控制一個充電開關的導通狀態，以進入飽和導通範圍，從而允許該電池接收一個可控須流充電電流。

99401-950725.doc 1281299 厂一一一丨年更)正替換七、指定代表圖： I—————一一一 (一)本案指定代表圖為：第（2Α )圖。 ' (二)本代表圖之元件符號簡單說明： 100 涓流預充電拓撲 102、 104 MOSFET 106 放電驅動器 108 充電驅動器 110 二極體 112 參考電流源 114、 116 開關八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無)

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