TWI304480B - - Google Patents

Description

1304480 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種電壓债測電路，特別有關於一種 用於_串聯電池㈣之電池電壓的侧電路及其方法。 【先前技術】

充％ %池在使用上因為可以重複充電使用而相當經濟 方便、°然而當充電電池充電時，須注意充電之保護，藉此 除可避免發生災害外，亦能延長充電電池之壽命。 而電時之保護，不外乎於電池充電時監測電池 上之=包屯壓，若發現電池過充電或過放電時，即發出停 =充屯或如止放電之信號來控制充放電電路，以使充電電 >電壓維持在可容許的範圍，而保護充電電池的安全。 目丨4在身又的甩池組中如果只有單一電池，要偵測i電题 則較為簡單。只耍刺田八间； 文1貝’只 可。紗而产由好―利用刀壓電阻分出預定偵測的電壓值即 、、也iti g以二組或二組以上的電池時，因為偵測的電 池亚不疋以同一接地端為參 兒 壓即是電池保護設計中的重=接地點所以取付一參考電 然而在習知的串聯電池 知電壓偵測電路之電路 之孤測包路如弗一圖習 池B!之偵測電壓/ 在串接電池組上欲偵測電 之電壓Vi，以及接收串〜減法器電路S接收電池 的電壓v2，Vl及電 電池&之下-級〜 及運算放大器〇p之運算二，2、、二過減法态電路8中電阻玟 其值為電壓電壓殳 ^產生電池βι之電壓vBl，

之偵測電S VB2，便取I ^值。以此類推偵測電地B '2之電壓V2與串接於電地拉2 5 04480 之下一級電池B3的電壓V3來運管。产β A々 再根據該些電壓判斷對應之電、、也"T H电〉也電壓後， 情形。 w 也疋否有過充電或過放電之 然而習知的串聯電池組電壓監測電路 =互相赚生誤差較不準確，此將會影 【:=，造成相咖電路在 “二於系利用一正比於絕對溫度的電流 (IPTAT)电路產生一正比於絕對温度的電流 較準電壓產生電路，生 *㈣壓的準;j:二:=電面::藉此提 池提供—種電壓偵測電路’係用於偵測串聯電 器係之電壓’包括複數個分壓器，該些個分壓 分屙雷=5亥些電池之正極及負極，以輸出該電池之一 二參考電壓產生器，係連接於該些電池之負端， 數個參考電壓；及複數個比較器，該些比較器 1、/應連接於該些分㈣及該參考電黯生ϋ之-輸出 二：5收。亥分壓電壓與該參考電壓，藉此偵測該分壓器 、ΜΥ接之該電池是否有過充電或過放電的情形。 、、ί發1另提供—種電_測方法，係用於制串聯電 :,二：：’也之電壓充放電情形，步驟首先由複數個分壓 應之〜該電池之電麼，以產生該電池之-分壓電 壓三接ί一正比於絕對溫度的電流之產生電路提供一正比 於，、皆度的電流，使複數個參考電壓產生電路產生複數 1304480 個參考電壓；最後複數個比較器對應接收該些分壓電壓及 該參考電壓，並比較該分壓電壓與該參考電壓，以判斷對 應之該電池之電壓充放電情形。 為了能更進一步暸解本發明為達成預定目的所採取之 技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與 附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深 入且具體之暸解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並 非用來對本發明加以限制者。 【實施方式】 請參閱第二圖，係為本發明電壓偵測電路之電路圖。 如圖所示本發明之電壓偵測電路包括複數個電池Bi、 B2 · · · Bn彼此係以串耳茆言免置’複數個分壓器D1、D2…Dn ’複 數個比較器Q、C2...Cn以及一參考電壓產生器Vg。其中 分壓器Di係連接於電池Bi之正端及負端，以接收電池I 之正端電壓V及負端電壓Vcl。此時分壓器Di利用分壓電 阻Ru及R12將電池Bi之電壓（V—Vcl)分壓，並於分壓 電阻Rll與Rl2之間的節點輸出一分壓電壓V〇i且傳送至比 較器Q。另一方面，參考電壓產生電路Vg連接於電池B]! 之負端，接收電池B!及電池B2間之電壓Vcl，並提供一參 考電壓Vfl給比較器Q。而比較器Q接收分壓電壓VD1 與參考電壓Vfl，藉以比較分壓電壓VD1與參考電壓Vfl， 來判斷該電池^之充放電情形。 同理，分壓器D2係連接於電池B2之正端及負端，以 接收電池B2之正端電壓Vcl及負端電壓Vc2。此時分壓器 D2利用分壓電阻尺21及R22將電池B2之電壓（Vc厂Vc2) 分壓，並於分壓電阻R21與R22之間的節點輸出一分壓電壓 7 1304480

Vd2且輸出至比較器C2。另一方面，參考電壓產生哭v 連接於電池B2之負端，接收電池B2負端之電壓Vc2，並提g 供一參考電壓給比較器Gy而比較器a接收^壓電^ 與參考電壓，藉以比較分壓電壓與參考電ς Vf2 ’來判斷該電池Β2之充放電情形。 承上以此類推根據待測電池（Bl、Β2···、Bn)之數量 η，同理於偵測電路中設置對應之分壓器（m、此. 及比較器（Cl、C2〜、Cn)。在串聯二組或二組以上的l 池因為偵測的電池並不是以同一接地端為參考接地點，二 以本發明係利用參考電壓產生器¥§提供一參考電壓Vn、 Vf2".Vfn，以偵測各電池Bl、Β2···Βη是否有過充電或過放 電的情況。其中參考電壓Vfl、Vf2...Vfn係可為一過充電戈 一過放電之檢查參考電壓，藉此與各對應之分壓電^ VD1、VD2...VDn做比較即可得知電池Bl、B2···Βη是否有^ 充電或過放電情形。 。 接下來說明苓考電壓產生器Vg如何提供各比較器 Q、C2...Cn —適當的及較準確的參考電壓。請參閱第三 圖，係為本發明參考電壓產生器之電路圖。如圖所示參考 電壓產生器Vg包括一正比於絕對溫度的電流之產生電路 Vgl及複數個參考電壓產生電路Vg2i、vg22〜Vg2n。其中正 比於絕對溫度的電流之產生電路Vgl係包括兩個金屬氧化 物半導體Mu、Μη、一運算放大器、一電阻Ra及兩電 晶體Qu、Qn。正比於絕對溫度的電流之產生電路Vgi主 要係用於產生一正比於絕對溫度的電流（currents proportional to absolute temperature，IPTAT)，也就是流經電 阻Ra之電流。 8 1304480 正比於絕對溫度的電流之產生電路Vgl中運算放大哭 〇ι之正輸入端電壓Va係近似於負輸入端電壓vb (此為運 异放大器特性）。而電晶體Qii之基-射極電壓Vbeb為 外以*ln(M^)，電晶體Q12之基-射極電壓vbea為 〜(施/Λ)。所以vb等於vbeb，而近似於Va。進而電 阻Ra上之電壓可以下式表示： rIda# Is、

=W*lnlO AVRa= Vbeor- Vbeb= F/* In

*1η10 = 0.059152617V 接著可得知流經電阻Ra之電流lRa為 瓜-(UmMnV/RaHPTAT。並可知正比於絕對溫度的電流 IPTAT係為隨溫度上升而上升之電流，並且可藉由調整電 阻Ra來設定大小。而上述之lnl〇係為電晶體Qu與Qu之 面積比例，於本發明係不限定。 、另外，參考電壓產生電路係包括一金屬氧化物半 $體M2!、電阻Ri及一電晶體Q：21。參考電壓產生電路 νθΐ利用金屬氧化物半導體Mu將正比於絕對溫度的電流 之產生電路Vgi所產生之正比於絕對溫度的電流IPTAT鏡 射（mirror )過來，形成一第一正比於絕對溫度的電流 IPTAT1。電阻Rl之一端係連接於金屬氧化物半導體m2i， 另一端係連接於電晶體Q;21之射極。而電晶體Q2i之基極 與集極係連接於電池B1之負端，接收電壓Vcl。而參考 電壓產生電路Vg^於金屬氧化物半導體與電阻I間 =節點輸出參考電壓Vfl給比較器C1，該參考電壓Vfl為 第一正比於絕對溫度的電流〗P T AT i於電阻R〗上產生之電 l3〇448〇 屢加上電晶體QZ1之基_射極電壓Vbel。然而其中電晶體 之基-射極電壓Vbel係為隨溫度上升而下降之電壓特 性’其配合第一正比於絕對溫度的電流IpTATl (隨溫度上 外而上升之電流）可得不隨溫度變化之穩定電壓當參考電 缝。 % 、同理，參考電壓產生電路vg22係包括一金屬氧化物半 ‘體M22、一電阻以2及_電晶體。參考電壓產生電路 公似利用金屬氧化物半導體“η將正比於絕對溫度的電流 之產生電路vgl所產生之正比於絕對溫度的電流IpTAT鏡 ，過來，形成一第二正比於絕對溫度的電流IpTAT2。電阻 2之一端係連接於金屬氧化物半導體Mr，另一端係連接 ^電晶體Q22之射極。而電晶體&之基極與集極係連接 二電池B2之負端，接收電壓ν。2。而參考電壓產生電路v似 ^金屬氧化物半導體m22與電阻及2間之節點輸出參考電壓 ^給比較器c2，該參考電壓Vf2為第二正比於絕對溫度的 二⑽勘於電阻R2上產生之電壓加上電晶體q22之基_ 、亟Vbe2。同理’視串聯的電池數來增設參考電壓產 包括金屬氧化物半導體M2n、第η正比於絕 電阻〜及電晶體〜。其中電晶體 之基極與飾係連接於接地端，與電池&之負端同電 電阻Τ考電壓Vn、^係可藉_ 迅阻或祕Rl、R2〜Rn來調整其電壓值之大小。 紅上所述，參考電壓產+哭 電流之產生電路^產生正％利用正比於絕對溫度的 以提供ί該些參考絕對溫度的電流1ptat， X一包I生電路v印、vg22...Vg2n。進而該 10 1304480 些參考電壓產生，vg21、Vg22...Vg2n產生參考電壓Vn、 Vf2〜vfni、比車“ C!、C2 . .Cn用於與電池Βι、B2 . .Bn之分 壓電壓VD1、VD2...Vbn做比較。藉此债測電池B2 有無過放電或過充電之情形。 n

所以刺財發明之電壓動彳電路偵測電池B1是否過 充電，則設定參考電壓產生器Vg以產生一電池B1之過充 電偵測電壓（參考電壓Vfl)，再利用比較器C1將電池h 之分壓電壓VD1與過充電偵測電壓做比較。若分壓電壓VD1 大於過充電偵測電壓，.則比較器C1輸出一過充電信號。若 欲偵測電池是否過放電則，設定參考電壓產生器\以 產生一電池之過放電偵測電壓（參考電壓vfl)，再利用 比較器Ci將電池艮之分壓電壓VD1與過放電偵測電壓做 比較。若分壓電壓VD1小於過放電偵測電壓，則比較器Ci 輸出一過放電信號。同理，亦可作為電池B2至Bn之過充 電及過放電偵測之用。 比較器CrC〗···。!!之輸出可進一步連接一過電壓或—

過放電保護電路（圖未示），以於出現過充電或過放電時， 讓該些電池Β1、Β2···Βη停止充電或放電，以保護電池、 Β2···Βη。電池Bl、Β2···Βη係可為一鋰離子電池或一鎳鎘電 池0 接著請參閱第四圖，本發明電壓偵測方法之流程圖， 以說明本發明電壓偵測方法之流程。首先由複數個分壓器 Di、D2···%擷取對應之電池仏、Β2···Βη之電壓，並將該 對應電池Βι、Β2···Βη之電壓予以分壓，以產生對應之電池 的一分壓電壓vdi、ν〇2···ν〇η (如第四圖步驟S4〇1)。而 爹考電壓產生器Vg利用正比於絕對溫度的電流之產生電 11 1304480 路Vgl產生正比於絕對溫度的電流ΙΡΤΑΤ，以提供給該些 參考電壓產生電路 Vg21、Vg22...Vg2n。 進而該些爹考電壓產 生電路 Vg21、Vg22..*Vg2n 產生參考電壓vfl、vf2...vfn以提 供給比較器Ci、C2...Cn (如第四圖步驟S403 )。接著該些 比較器Q、C2...Cn將參考電壓Vfl、Vf2...Vfn與分壓電壓 VD1、VD2...VDn做比較，以偵測電池Β!、Β2···Βη有無過放 電或過充電之情形（如第四圖步驟S4〇5)。 惟，以上所述，僅為本發明較佳的具體實施例之詳細 說明與圖式，本發明之特徵並不偈限於此，並非用以限制 本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為 準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實 施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者 在本發明之領域内，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在 以下本案之專利範圍。 【圖式簡單說明】 第一圖係為習知電壓偵測電路之電路圖； 第二圖係為本發明電壓偵測電路之電路圖； 第三圖係為本發明參考電壓產生器之電路圖；及 第四圖係為本發明電壓偵測方法之流程圖。 【主要元件符號說明】 電池 B〗、B2、B3、Bn 分壓器Di、D2、 比較器Ci、C2、Cn 參考電壓產生器Vg 減法器電路s 12 1304480 運算放大器〇p、〇！ 正比於絕對溫度的電流之產生電路Vg 1 .參考電壓產生電路Vg21、Vg22、Vg2n 金屬氧化物半導體Μη、M12、M21、M22、 電晶體 Qll、Ql2、Q21、Q22、Q2n 债測電壓Vb 1 電阻 R、Ra、R]1、R12、R21、R22、Rnl、Rn2、Rl、R2、Rn 分壓電壓Vdi、Vd2、Vdh 參考電壓vfl、vf2、vfn 電壓 V、Vp v2、vcl、vcn、va、vb 電流iRa 正比於絕對溫度的電流IPTAT 第一正比於絕對溫度的電流IPTATl 第二正比於絕對溫度的電流IPTAT2 第η正比於絕對溫度的電流ΙΡΤΑΤη

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Claims (1)

1. yy年日修(更)正本 ^1304480 十、申請專利範圍： 一種電壓偵測電路，包括： 複數個分壓器，該些分壓器係個別連接一電池之正極及 負極，以輸出該電池之一分壓電壓； 一參考電壓產生器，係連接於該些電池之負端，用於輸 出複數個參考電壓；及 複數個比較裔，該些比較器係對應連接於該些分壓器及 該參考電壓產生器之一輸出端，以比較該分壓電壓與 該參考電壓，藉此偵測該分壓器所對應連接之該電池 之電壓是否有過充或過放電之情形； 其中該參考電壓產生器係包括： 一正比於絕對溫度的電流之產生電路，係用於產生一 正比於絕對溫度的電流，及 複數個參考電壓產生電路，係連接於該些電池之負 端，並根據該正比於絕對溫度的電流產生該些參考 電壓，以對應輸出至該些比較器。 2 如申印專利範圍第1項所述之電壓偵測電路，其中該此 參考電壓產生電路係包括一金屬氧化物半導體，以鏡射 該正比於絕對溫度的電流於該參考電壓產生電路。 3、如申請專利範圍第2項所述之電壓偵測電路，其中該些 參考電壓產生電路個別係包括： 黾阻，於該電阻之一端輸出該參考電壓；及 一電晶體，該電晶體之射極係連接於該電阻之另一端， 而該電晶體之基極及集極係連接於對應之該電池的 14 1304480 4 6 8、 9 10 負端。 如申=f利範圍第3項所述之電壓偵測電路，其中該些 餐考電壓值係為該正比於絕對溫度的電流流過該電阻 所產生之電壓加上該電晶體之基_射極電壓。 如申明專利|色圍第i項所述之電壓偵測電路，其中該此 比較器之輸出係連接-過電壓或—過電Ί 保護該些1池。 W 如申明專利範圍第i項所述之電壓偵測電路， 考電壓係為-過充電或—職電之檢查參考電壓。b 如申請專利範圍第1項所述之電壓偵測電路，中該此 電池係為一鋰離子電池或一鎳鎘電池。 、Μ二 一種電壓偵測方法，步驟包括： 複數個分壓ϋ擷取職之_電池之電壓，以產生 之一分壓電壓； 人彳 -正比於絕對溫度的電流之產生電路提供一正比於 對溫度的電流，使複數個參考電壓產生電 個參考電壓；及 座生後數 複數個比較器對應接收該些分壓電壓及該來考電壓 比較該分壓電壓與該參考電壓，以判斷對庫 I 之電壓充放電情形。 W 如申請專利範圍第8項所述之電壓偵測方法，其 考電壓係為一過充電或一過放電之檢查參考電厣。/ 如申請專利範圍第8項所述之電壓偵測方法电^中哕此 電池係為一鋰離子電池或一鎳鎘電池。 /、 ^二 如申請專利範圍第8項所述之電壓偵測方法，其中嗦此 15 11 ,1304480 ‘ I 參考電壓產生電路係利用一金屬氧化物半導體鏡射該 纊 正比於絕對溫度的電流於該些參考電壓產生電路，以產 生該些參考電壓。 12、 如申請專利範圍第8項所述之電壓偵測方法，其中該些 蒼考電壓係猎由該正比於絕對溫度的電流流過該些參 考電壓產生電路中之一電阻所產生的電壓加上該些參 考電壓產生電路中之一電晶體之基-射極電壓所產生。 13、 如申請專利範圍第8項所述之電壓偵測方法，其中該些 _ 參考電壓係藉由調整該正比於絕對溫度的電流之產生 電路中之一電阻來設定。 14、 如申請專利範圍第8項所述之電壓偵測方法，其中該些 . 參考電壓係藉由調整該些參考電壓產生電路中之一電 阻來設定。

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