TWI474025B - 用於二次電池的保護性半導體裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種用於二次電池的保護性半導體裝置。
容易處理的電池組被廣泛地用於移動電子裝置。這種電池組由一個或多個二次電池封裝形成。對於所述二次電池，使用高容電池如鋰電池，鋰聚合物電池，鎳氫電池等。如果產生過充電，過放電，電流過大等，很有可能演變成高溫熱量導致的點火，因為這些高容電池具有大量的能量。
因而，防止發生過充電、過放電、充電電流過大、放電電流過大、短路電流、異常過熱等的保護性半導體裝置包含在二次電池的電池封裝中。該保護性半導體裝置還防止二次電池的劣化，同時如果有必要，藉由阻擋充電器或負載裝置的連接，防止過熱以及點火的發生。
近幾年來，已經開發出的保護性半導體裝置，其藉由以串聯連接複數個二次電池而保護該等二次電池。然而，在傳統保護性半導體裝置中，其藉由以串聯連接該等二次電池而保護該等二次電池，存在的問題是當在二次電池和保護性半導體裝置之間的一部分連接中發生斷開(disconnection)時無法被探測到。
在日本專利申請公開文件第2008-027658號(專利文獻1)中，為了探測二次電池和保護性半導體裝置之間的斷開，揭露了一種方法，來比較充放電電流流過和電流不流過時候的電池電壓。然而，利用如專利文獻1揭露的方法，無法探測到使用二次電池時出現在二次電池和保護性半導體裝置之間連接中的斷開。
本發明的目的是提供一種保護性半導體裝置，如果二次電池和保護性
半導體裝置之間的連接一部分中出現斷開，則可靠地探測斷開的發生。
為了實現上述目的，根據本發明的一實施例為一種能夠探測到串聯的複數個二次電池的電壓狀態的保護性半導體裝置，該保護性半導體裝置包括：複數個連接端，其等可連接到每個二次電池的一電極；複數個第一電阻，其等探測每個二次電池的電壓，設置以對應每個二次電池，並且連接在對應每個電極的一高壓側和一低壓側的端子之間；複數個比較器，其等設置以對應每個二次電池並且根據該等第一電阻獲得的電壓而能夠探測該每個二次電池的電壓是否在參考電壓範圍內；複數個串聯電路，其等每一個皆由一第二.電阻和一第一開關元件所構成，設置以對應每個二次電池，並且連接在該等連接端之間；以及一控制電路，其控制每個第一開關元件的開啟/關閉，該第一開關元件藉由開啟而連接該等連接端之間的該第二電阻，該第一開關元件藉由關閉而將該第二電阻從該等連接端斷開，並且該控制電路在保持在一斷開測試信號的一開啟狀態下的同時，依次開啟該等第一開關元件，而且該控制電路根據從對應至開啟的該第一開關元件的該比較器的輸出信號探測該等二次電池和該等連接端之間的斷開。
1、2‧‧‧保護性半導體裝置
10、20‧‧‧故障探測電路
11、12、13、14‧‧‧比較器
15‧‧‧NAND電路
100、300‧‧‧內部電阻改變電路
101、102、103、104‧‧‧感壓改變電路
110、210、410‧‧‧控制電路
120、320‧‧‧判斷電路
121‧‧‧邏輯電路A
122‧‧‧邏輯電路B
123‧‧‧延遲電路
124、125‧‧‧AND電路
126、127‧‧‧反相電路
140‧‧‧XOR電路
142、144、148、355、356‧‧‧反相器
145‧‧‧NAND電路
146‧‧‧NOR電路
150‧‧‧正反器
201、202、203、204‧‧‧電壓探測電路
220‧‧‧電池放電控制電路
322‧‧‧NOR電路
324、325‧‧‧AND電路
326‧‧‧反相電路
327‧‧‧選擇電路
351、352、353、354‧‧‧滯後形成電路
BAT1、BAT2、BAT3、BAT4‧‧‧二次電池
CB1、CB2、CB3、CB4、CBx‧‧‧端子
CBCTL‧‧‧控制信號
Cf1、Cf2、Cf3、Cf4‧‧‧電容
DLY1、DLY2‧‧‧延遲輸出
LCout‧‧‧斷開探測信號
LTDet‧‧‧斷開探測運作信號
LTEST‧‧‧斷開測試信號
M1、M2、M3、M4、M11、M12、13、M14‧‧‧PMOS電晶體
M31、M32、M33、M34‧‧‧NMOS電晶體
Mcb1、Mcb2、Mcb3、Mcb4‧‧‧外部NMOS電晶體
Rcb1、Rcb2、Rcb3、Rcb4‧‧‧外部電阻
Rs11、Rs12、Rs21、Rs22、Rs31、Rs32、Rs41、Rs42、R11、R21、R31、R41、Rf1、Rf2、Rf3、Rf4、Rs13、Rs23、Rs33、Rs43‧‧‧電阻
Rsw1、Rsw2、Rsw3、Rsw4、Rs14、Rs24、Rs34、Rs44‧‧‧控制信號
tcb‧‧‧時序
tpw‧‧‧時間週期寬度
twait‧‧‧固定時間間隔/斷開測試間隔
VC1、VC2、VC3、VC4‧‧‧電池連接端
VDD‧‧‧供電端
VHDet‧‧‧高壓探測運作信號
VHout‧‧‧高壓探測信號
VHoutb‧‧‧反相信號
VHS‧‧‧探測信號
VHsens‧‧‧高壓探測位準
VHhys‧‧‧高壓滯後
VG1、VG2、VG3、VG4‧‧‧控制信號
Vr11、Vr21、Vr31、Vr41‧‧‧參考電壓
VSS‧‧‧接地端
Vvc1、Vvc2、Vvc3、Vvc4‧‧‧電壓
第1圖為本發明第一實施例之保護性半導體裝置以及二次電池的示意圖；第2圖為說明本發明第一實施例之保護性半導體裝置中控制電路的一控制信號的範例圖式；第3圖為本發明運作探測高壓的第一實施例中保護性半導體裝置的運作時序圖；第4圖為本發明僅第一實施例(意味著，第二實施例不應用)的保護性半導體裝置的實作示意圖；第5圖為本發明第二實施例之保護性半導體裝置以及二次電池的示意圖；
第6圖為說明本發明第二實施例之保護性半導體裝置中控制電路的控制信號的範例圖式；第7圖說明本發明第二實施例之保護性半導體裝置以及二次電池的實作示意圖；第8圖為本發明運作探測斷開的第二實施例中保護性半導體裝置的實作示意圖；第9圖為本發明第三實施例之保護性半導體裝置以及二次電池的示意圖；第10圖為本發明第三實施例之保護性半導體裝置的以及二次電池實作示意圖；第11圖為說明本發明第三實施例之保護性半導體裝置的控制電路的控制信號的範例圖式；第12圖為本發明第三實施例之保護性半導體裝置的運作時序圖；第13圖為說明本發明第一至第三實施例之保護性半導體裝置的判斷電路中輸入和輸出部分的電路結構；第14圖為本發明第四實施例之保護性半導體裝置以及二次電池的示意圖；以及第15圖說明本發明第四實施例之保護性半導體裝置的判斷電路的輸入和輸出部分的電路結構。
現在參考所附圖式對本發明實施例進行詳細描述。
<第一實施例>
本發明涉及保護複數個串聯二次電池的保護性半導體裝置並具有以下結構。
保護性半導體裝置包括與二次電池並聯的感壓電阻，用來檢測電壓。以固定的時間間隔，一電阻值小於感壓電阻的電阻值的電阻暫時性地並聯到感壓電阻。如果保護性半導體裝置和二次電池之間不出現斷開，則二次電池的電壓波動不會出現在保護性半導體裝置連接到二次電池的連接端上。另一方面，如果保護性半導體裝置和二次電池之間出現斷開，在與二
次電池斷開的連結端上，電壓伴隨著電阻值中的波動而波動，其中，電阻值的波動係由上述並聯電阻的暫時性地產生所造成的。保護性半導體裝置探測該因斷開而伴隨著電阻波動而產生的電壓波動。
1.1保護性半導體裝置的結構
第1圖為本發明第一實施例之保護性半導體裝置以及二次電池的示意圖。保護性半導體裝置1包括：故障探測電路10，其執行高壓(high-voltage)和斷開(disconnection)的探測；內部電阻改變電路100；控制電路110；以及判斷電路120。注意到，故障探測電路10可包括低電壓探測電路、電流過大探測電路等等。再者，二次電池的數量在第1圖中顯示為四個，但第一實施例的保護性半導體裝置中使用的二次電池的數量並不侷限於這個數量。
保護性半導體裝置1包括電池連接端VC1至VC4以及接地端VSS，用於連接四個二次電池。第一二次電池BAT1的正電極連接到電池連接端VC1，且第一二次電池BAT1的負電極和第二二次電池BAT2的正電極連接到電池連接端VC2。第二需電池BAT2的負電極和第三二次電池BAT3的正電極連接到電池連接端VC3。第三二次電池BAT3的負電極和第四二次電池BAT4的正電極連接到電池連接端VC4。第四二次電池BAT4的負電極連接到接地端VSS。供電端VDD連接到電路(圖中未示)的電源和電池連接端VC1。
故障探測電路10為探測二次電池的高壓或二次電池和保護性半導體裝置1之間的斷開的電路。故障探測電路10由比較器11、12、13、14；參考電壓Vr11、Vr21、Vr31、Vr41：局部電阻Rs11、Rs12、Rs21、Rs22、Rs31、Rs32、Rs41、Rs42和NAND電路15構成。其中，比較器11、電阻Rs11、Rs12和參考電壓Vr11構成探測高壓和二次電池BAT1的斷開的電路。電阻Rs11和Rs12串聯並在電池連接端VC1和VC2之間。電阻Rs11和Rs12的連接點連接到比較器11的反相輸入端。參考電壓Vr11在比較器11的非反相輸入和電池連接端VC2之間連接。注意到，電阻Rs11和Rs12為與第一二次電池BAT1相關的感壓電阻。
第二二次電池BAT2至第四電池BAT4的故障探測電路10具有與第一二次電池BAT1的故障探測電路10相同的結構，因此在此省略描述。
比較器11、12、13、14的所有輸出均連接到NAND電路15的輸入，且作為來自於NAND電路15的輸出的探測信號VHS連接到判斷電路120的輸入。
內部電阻改變電路100由PMOS電晶體M1至M4以及電阻R11至R41構成。其中，PMOS電晶體M1和電阻R11構成改變對應第一二次電池BAT1的內部電阻的串聯電路，從而探測斷開。PMOS電晶體M1和電阻R11串聯，且進一步在電池連接端VC1和VC2之間連接。從控制電路110中出來的控制信號VG1連接到PMOS電晶體M1的閘極。
第二二次電池BAT2至第四二次電池BAT4的內部電阻改變電路100與第一二次電池BAT1的內部電阻改變電路100相同，在此省略描述。
電阻R11至R41的電阻值相同且小於電阻Rs11至Rs42的電阻值，其中，電阻Rs11至Rs42形成部分的故障探測電路10。
控制電路110被輸入高壓探測運作信號VHDet和高壓探測信號VHout，且分別地輸出控制信號VG1、VG2、VG3、VG4到內部電阻改變電路100的PMOS電晶體M1至M4以及輸出斷開測試信號LTEST到邏輯電路B 122。再者，圖中沒有顯示的時脈、外部觸發等係作為輸入而連接到控制電路110，從而產生控制信號VG1至VG4和斷開測試信號LTEST。
判斷電路120為判斷故障探測電路10是否已經探測高壓或斷開的電路。判斷電路120包括：邏輯電路A 121；邏輯電路B 122；延遲電路123；AND電路124；AND電路125；反相電路126；以及反相電路127。
AND電路124被輸入作為來自於故障探測電路10的輸出的探測信號VHS以及被輸入經反相電路126反相的斷開測試信號LTEST，而輸出高壓探測運作信號VHDet。AND電路125被輸入作為來自於故障探測電路10的輸出的探測信號VHS，被輸入斷開測試信號LTEST和被輸入經反相電路127反相的高壓探測運作信號VHDet，而輸出斷開探測運作信號LTDet。藉由AND電路124、125的作用，在執行高壓探測時不執行斷開探測，以及在執行斷開探測時不執行高壓探測。
邏輯電路A 121被輸入高壓探測運作信號VHDet和來自於延遲電路123的延遲輸出DLY1，而輸出高壓探測信號VHout到延遲電路123和內部電路(圖中未示)。
邏輯電路B 122被輸入斷開探測運作信號LTDet和來自於延遲電路123的延遲輸出DLY2，而輸出斷開探測信號LCout到延遲電路123和該內部電路(圖中未示)。
延遲電路123被輸入高壓探測運作信號VHDet、斷開探測運作信號LTDet、高壓探測信號VHout、和斷開探測信號LCout。再者，延遲電路123輸出延遲輸出DLY1到邏輯電路A 121，以及延遲輸出DLY2到邏輯電路B 122。
判斷電路120可具有任意結構，只要能判斷是否高壓或斷開已經被探測到。
延遲電路123為配置探測/返回的延遲時間以防止雜訊等引起的錯誤探測的電路。當故障探測電路10探測到高壓，一旦從AND電路124輸出的高壓探測運作信號VHDet從“低位準”變為“高位準”延遲電路123就開始執行，然後如果高壓探測運作信號VHDet為“高位準”，延遲電路123輸出高位準-脈衝到輸出DLY1直到預定週期結束。要從高壓探測模式返回，一旦從AND電路124輸出的高壓探測運作信號VHDet從“高位準”變為“低位準”，延遲電路123開始執行，且如果高壓探測運作信號VHDet為“低位準”，延遲電路123輸出高位準-脈衝直到預定週期結束。探測/返回的判斷係根據高壓探測信號VHout而執行的。例如，高壓探測信號VHout“高位準”判斷為“探測”且“低位準”判斷為“返回”。
當故障探測電路10已經探測斷開時，一旦從AND電路125輸出的斷開探測運作信號LTDet從“低位準”變為“高位準”，延遲電路123就開始執行，並且如果斷開探測運作信號LTDet為“高位準”，則延遲電路123輸出高位準-脈衝到延遲輸出DLY2直到預定週期結束。要返回到斷開探測模式，一旦從AND電路125輸出的斷開探測運作信號LTDet從“高位準”變為“低位準”，延遲電路123開始執行，且如果斷開探測運作信號LTDet為“高位準”，延遲電路123輸出高位準-脈衝直到預定週期結束。探測/返回的判斷係根據斷開探測信號LCout而執行的。例如，斷開探測信號LCout“高位準”判斷為“探測”且“低位準”判斷為“返回”。
注意到，這些高壓探測時間、從高壓的返回時間、斷開探測、以及從斷開的返回時間的預定週期不需要相同，可彼此不同。進而，延遲電路123可具有任意結構，如，計數器以及如果電路以相同方式工作之充作恆定電
流的電容。
1.2在斷開探測時保護性半導體裝置的運作
第2圖為說明本發明第一實施例之保護性半導體裝置中控制電路的控制信號的範例圖式。下面將根據控制電路110的運作而描述保護性半導體裝置的運作。控制電路110基於進入時脈等產生控制信號VG1至VG4以及斷開測試信號LTEST，從而在固定時間間隔twait上控制二次電池和保護性半導體裝置之間的連接測試。
如第2圖所示，控制電路110使得從斷開測試信號LTEST輸出，在固定時間間隔twait的時間週期寬度tpw過程中，斷開測試信號LTEST告知在測試斷開的判斷電路120以變成“高位準”。
關於控制信號VG1至VG4，他們的其中之一隨著斷開測試信號LTEST而變成“低位準”且開啟連接到各個控制信號VG1至VG4的PMOS電晶體M1至M4，然後基於這些開啟的PMOS電晶體M1至M4將電阻R11至R41並聯到感壓電阻。
在第1圖顯示的電路中，假設電池連接端VC2和二次電池之間的斷開發生。此時，假設斷開測試信號LTEST變成“高位準”狀態，且控制信號VG1變為“低位準”狀態。然後，在電池連接端VC1和VC2之間，串聯電阻藉由與由第一串聯電阻、電阻Rs11和Rs12、和電阻R11構成的第一並聯電阻之間的連接所形成(即，串聯電阻係由第一並聯電阻和第二串聯電阻所形成)。如果電阻Rs11和Rs12的電阻值相同，且電阻Rs12和Rs22的電阻值相同，則第二串聯電阻在電阻值上大於第一並聯電阻。
然後，第二串聯電阻(電阻Rs21和Rs22)上的電壓大於電池連接端VC2和二次電池之間的斷開發生之前的電壓。這個“變得更大“係通過比較器12探測到且經由NAND電路15，以“高位準”狀態的探測信號VHS告知判斷電路120。此時，以回應斷開測試信號LTEST的“高位準”狀態，判斷電路120以“高位準”狀態輸出為斷開探測信號LCout。
假設斷開測試信號LTEST變成“高位準”狀態，則控制信號VG2在電池連接端VC2和二次電池斷開時變為“低位準”。然後，在電池連接端VC1和VC2之間，串聯電阻藉由與由第二串聯電阻、電阻Rs21和Rs22、和電阻R21構成的第二並聯電阻之間的連接所形成(即，串聯電阻係由第二並聯
電阻和第一串聯電阻所形成)。此時，第一串聯電阻在電阻值上大於第二並聯電阻。
然後，第一串聯電阻(電阻Rs11和Rs12)上的電壓大於電池連接端VC2和二次電池之間的斷開發生之前的電壓。這個“變得更大“係通過比較器11探測到且經由NAND電路15，以“高位準”狀態的探測信號VHS告知判斷電路120。此時，以回應斷開測試信號LTEST的“高位準”狀態，判斷電路120以“高位準”狀態輸出為斷開探測信號LCout。
如果一個電池連接端(如，VC3端)和二次電池之間發生斷開，則以同樣的方式探測斷開，且判斷電路120以“高位準”狀態輸出斷開探測信號LCout。
注意到，斷開測試間隔twait和斷開測試時間週期寬度tpw可為任意週期，但斷開測試時間週期寬度tpw應短於延遲電路123產生的延遲時間。
再者，測試斷開的斷開測試間隔twait和斷開測試信號LTEST處於“高位準”狀態的斷開測試時間週期寬度tpw可以以任何的方式產生，即，外部觸發輸入到保護性半導體裝置1、保護性半導體裝置1中的內嵌振盪電路等等。
1.3探測高壓時保護性半導體裝置的運作
根據第一實施例，本發明保護性半導體裝置的高壓探測運作將在下面參考第3圖至第1圖描述。第3圖為本發明運作探測高壓之第一實施例中保護性半導體裝置的運作時序圖。在時序圖中，僅僅顯示描述所必要的信號。下文中，將按時序描述運作。
[時序T1]：二次電池在某一點開始充電，以及二次電池BAT1的電壓VBAT1，在時序T1超過高壓探測位準VHsens。
[數1]VHsens如下面方程式。
[方程式1]VHsens=(Rs11+Rs12)/Rs12 x Vr11
因為，二次電池BAT1的電壓VBAT1超過了高壓探測位準VHsens，比較器11的輸出反相且變為“低位準”，因此，從故障探測電路10輸出的探測信號VHS，反相且變為“高位準”。因為斷開測試不在過程中(斷開測試信號LTEST的輸出為“低位準”)，判斷電路120中的AND電路124將高壓
探測運作信號VHDet從“低位準”反相到“高位準”。因為斷開測試不在過程中，判斷電路120中的AND電路125保留斷開探測運作信號LTDet為“低位準”。
[時序T2]：斷開測試間隔twait流逝，但控制電路110不進入斷開測試過程，因為高壓探測運作信號VHDet仍為“高位準”。也就是說，控制電路110保留以“低位準”作為輸出的斷開測試信號LTEST。
[時序T3]：以響應探測高壓的延遲時間流逝，延遲電路123輸出高位準-脈衝到輸出DLY1，因而，邏輯電路A 121將高壓探測信號VHout從“低位準”反相到“高位準”。因為保護性半導體裝置1來到了高壓保護探測模式，控制電路110的運作係由高壓探測信號VHout阻止。
[時序T4]：當二次電池BAT1的VBAT1電壓下降到高壓探測位準VHsens或更小時，比較器11的輸出反相且變為“高位準”。因此，從故障探測電路10輸出的探測信號VHS，反相且變為“低位準”。高壓探測運作信號VHDet隨著探測信號VHS同樣地反相且變為“低位準”。
[時序T5]：以響應從高壓探測模式返回的延遲時間流逝，高位準-脈衝從延遲電路123的輸出DLY1中輸出，因此邏輯電路A 121將高壓探測信號VHout從“高位準”反相到“低位準”。因為保護性半導體裝置1不再處於高壓探測模式，控制電路110的執行重啟。
1.4第一實施例的摘述
如上所述，在第一實施例中，在二次電池的保護性半導體裝置中，電阻串聯地且臨時連接到形成於各個二次電池的比較器的電阻上，其中探測電壓波動的比較器建立於串聯的二次電池中。藉由使用比較器比較各個並聯連接的二次電池的連接端和保護性半導體裝置之間的電壓的波動，可以探測每個二次電池和保護性半導體裝置之間的斷開。
<第二實施例>
根據本發明第一實施例之保護性半導體裝置存在的問題是如果該裝置係藉由低通濾波器而連接以抗雜訊，形成低通濾波器的電阻的兩端上所產生的電壓會導致即使沒有出現斷開，二次電池和保護性半導體裝置之間的斷開的錯誤探測的問題。因此，根據本發明第二實施例，保護性半導體裝置的特徵在於減少比較器的錯誤探測，且這些特徵將以下面的方式獲得。
藉由分別地將電阻與所有二次電池的各個感壓電阻串聯，而具有較小電阻值的電阻也同時臨時地並聯感壓電阻，則與感壓電阻連接的比較器的反相位準(inversion level)升高。
2.1第二實施例的目的
首先，將描述本發明第二實施例的目的。第4圖為本發明僅第一實施例(意味著，第二實施例不應用)的保護性半導體裝置的實作示意圖。
保護性半導體裝置在實際使用中不直接與二次電池相連，而經常通過低通濾波器連接以作為抗噪的方法(由電阻Rf1至Rf4和電容Cf1至Cf4形成)，如第4圖所示。
當不應用第二實施例時產生的問題將在下面參考第4圖描述。問題在於，在斷開測試過程中，因為由形成低通濾波器的電阻的兩端上產生的電壓，即使沒有斷開產生，二次電池和保護性半導體裝置2之間的斷開可被探測到。
為了方便說明，假設二次電池BAT1至BAT4的電壓VBAT1至VBAT4、電阻Rs11至Rs42、和電阻Rf1至Rf4滿足下面條件(條件1至條件5)。
VBAT1=VBAT2=VBAT3=VBAT4 (條件1)
Rs11+Rs12=Rs21+Rs22=Rs31+Rs32=Rs41+Rs42 (條件2)
Rf1=Rf2=Rf3=Rf4 (條件3)
Rs11+Rs12>>Rf1 (條件4)
Rs11+Rs12>>R11 (條件5)
其後，第2圖中顯示斷開測試間隔twait的狀態流逝，將描述控制信號VG1變為“低位準”且PMOS電晶體M1開啟。此時，因為電阻R11並聯電阻Rs11和Rs12，電池連接端VC1和VC2之間的電流I1滿足下面方程式(1-1)。
I1=VBAT1/(((Rs11+Rs12)xR11/(Rs11+Rs12+R11))+Rf1+Rf2) (1-1)
現在，將條件方程式(條件3)和條件方程式(條件4)代入方程式(1-1)中，電流I1表達為下面方程式(1-2)。
並且，因為與電阻Rs21和Rs22串聯，電池連接端VC2和VC3之間的電流I2如下面方程式(1-3)表達。
I2=VBAT2/(Rs21+Rs22+Rf2+Rf3) (1-3)
以如方程式(1-1)相同的方式，將條件方程式(條件3)和條件方程式(條件4)代入方程式(1-3)中，電流I2如下面方程式(1-4)所示。
再者，將條件方程式(條件1)和條件方程式(條件2)代入方程式(1-4)，如下面方程式(1-5)所示。
利用方程式(1-2)和(1-5)，發現電池連接端VC1和VC2之間的電流I1大於電池連接端VC2和VC3之間的電流I2，且其相差的值如下面方程式(1-6)所示。
I3=I1-I2=VBAT1/R11 (1-6)
通過方程式(1-6)計算出的電流通過形成低通濾波器的電池連接端VC2和電阻Rf2漏進二次電池。因此，電壓於電阻Rf2的兩端中產生的，以及電池連接端VC2和VC3之間的電壓Vvc2變的比二次電池BAT2的電壓VBAT2更大。此時，電池連接端VC2和VC3之間的電壓Vvc2如下面方程式(1-7)所示。
如果二次電池BAT2的電壓VBAT2使得下面的方程式(1-9)和(1-10)滿足由方程式(1-8)計算得到高壓探測位準VHsens，比較器12的輸出反相且故障探測電路20的輸出VHS輸出“高位準”。此時，因為斷開測試信號LTEST為“高位準”，判斷電路120判斷二次電池和保護性半導體裝置1之間的連接為斷開且輸出表達斷開探測模式的“高位準”。
VHsens=(Rs21+Rs22)/Rs22xVr21 (1-8)
VBAT2+(VBAT1/R11)xRf2>VHsens (1-9)
VHsens>VBAT2 (1-10)
也就是說，在斷開測試過程中，即使沒有發生斷開，根據由形成低通濾波器的電阻的兩端上的電壓產生的二次電池的電壓，保護性半導體裝置和二次電池之間的斷開也可被探測到。注意到，如果二次電池BAT2的電壓VBAT2滿足下面的方程式(1-11)，則斷開或高壓均無法探測到，且如果電壓VBAT2滿足下面方程式(1-12)，則探測到高壓。
VBAT2+(VBAT1/R11)xRf2<VHsens (1-11)
VHsens<VBAT2 (1-12)
本發明第二實施例的目的是在解決在斷開測試過程中，即使沒有發生斷開，根據由形成低通濾波器的電阻的兩端上的電壓產生的二次電池的電壓，保護性半導體裝置和二次電池之間的斷開也可被探測到的問題。
2.2保護性半導體裝置的結構
第5圖為本發明第二實施例之保護性半導體裝置1以及二次電池的示意圖。根據第二實施例之保護性半導體裝置的結構具有與本發明第一實施例相似的結構。因此，將描述兩者的區別。
根據本發明第二實施例之保護性半導體裝置1的故障探測電路10包括：比較器11、12、13、14；參考電壓Vr11、Vr21、Vr31、Vr41；局部電阻Rs11、Rs12、Rs21、Rs22、Rs31、Rs32、Rs41、Rs42；NAND電路15；以及感壓改變電路101、102、103、104。在這些元件中，比較器11，電阻Rs11、Rs12，參考電壓Vr11和感壓改變電路101構成探測第一二次電池BAT1的高壓和斷開的電路。電阻Rs11、Rs12和感壓改變電路101串聯且進而在電池連接端VC1和VC2之間連接。電阻Rs11和Rs12之間的連接點連接比較器11的反相輸入。參考電壓Vr11在比較器11的非反相輸入和電池連接端VC2之間連接。注意到，電阻Rs11和Rs12形成第一二次電池BAT1的感壓電阻。
感壓改變電路101由並聯的PMOS電晶體M1和電阻Rs13構成。PMOS電晶體M11的閘極連接到來自控制電路110的控制信號Rsw1。感壓改變電路101為將電阻Rs13與電阻Rs11和Rs12串聯的電路，從而在斷開測試過程中改變比較器的反相電壓，其中電阻Rs11和Rs12為感壓電阻。
第二二次電池BAT2至第四二次電池BAT4的故障探測電路10具有與第一二次電池BAT1相同的結構。
控制電路110被輸入高壓探測運作信號VHDet和高壓探測信號VHout，而輸出控制信號VG1、VG2、VG3、VG4到內部電阻改變電路100的PMOS電晶體M1至M4以及輸出斷開測試信號LTEST到邏輯電路B 122。再者，控制電路110輸出控制信號Rsw1、Rsw2、Rsw3、Rsw4到感壓改變電路101至104的PMOS電晶體M11至M14的閘極。再者，圖中
沒有顯示的時脈、外部觸發等被輸入到控制電路110，從而產生控制信號VG1至VG4、斷開測試信號LTEST，以及控制信號Rsw1、Rsw2、Rsw3、Rsw4。
2.3控制電路的控制信號
第6圖為說明本發明第二實施例之保護性半導體裝置中控制電路110的控制信號的範例圖式。首先，為了描述保護性半導體裝置的運作，將作為背景資訊描述控制電路110的運作。控制電路110產生控制信號VG1至VG4、Rsw1至Rsw4，以及來自進入的時脈的斷開測試信號LTEST等，從而在二次電池和保護性半導體裝置之間在固定時間間隔twait上執行連接測試。
如第6圖所示，在固定時間間隔twait的時間週期寬度tpw中，控制電路110使斷開測試信號LTEST輸出變為“高位準”，來告知判斷電路120斷開測試正在執行。
關於控制信號VG1至VG4，他們中的其中之一隨著斷開測試信號LTEST變為“低位準”且開啟連接到各個信號上的PMOS電晶體M1至M4，然後根據這些開啟的PMOS電晶體M1至M4，使得電阻R11至R41並聯感壓電阻。
關於控制信號Rsw1至Rsw4，這些信號全部隨著斷開測試信號LTEST變為“高位準”且關閉與其分別連接的PMOS電晶體M11至M12，然後基於關閉的PMOS電晶體，這導致電阻Rs13、Rs23、Rs33、Rs43串聯感壓電阻。
斷開測試間隔twait和斷開測試時間週期寬度tpw可為任意週期，但斷開測試時間週期寬度tpw應短於延遲電路123產生的延遲時間。
2.4保護性半導體裝置的運作
第7圖說明本發明第二實施例的保護性半導體裝置以及二次電池的實作示意圖。第7圖所示的保護性半導體裝置1也通過由電阻Rf1至Rf4和電容Cf1至Cf4構成的低通濾波器連接作為抗雜訊的方式，如第4圖所示。
在第二實施例中，電阻Rs13、Rs23、Rs33和Rs43僅在斷開探測過程中利用感壓改變電路101至104串聯到故障探測電路10的每個感壓電阻。這藉由設定高壓探測位準VHsens提高比較器的反相位準，且解決了不應用
第二實施例時所產生的問題(參見第4圖)，其中，高壓探測位準VHsens高於斷開探測位準LTsens。
將參考第7圖描述第二實施例中保護性半導體裝置的運作。為了方便說明，假設二次電池BAT1至BAT4的電壓VBAT1至VBAT4、電阻Rs11至Rs43、和電阻Rf1至Rf4滿足下面條件(條件6至條件11)。
VBAT1=VBAT2=VBAT3=VBAT4 (條件6)
Rs11+Rs12=Rs21+Rs22=Rs31+Rs32=Rs41+Rs42 (條件7)
Rf1=Rf2=Rf3=Rf4 (條件8)
Rs11+Rs12>>Rf1 (條件9)
Rs11+Rs12>>R11 (條件10)
Rs13=Rs23=Rs33=Rs43 (條件11)
之後，在第6圖中顯示的斷開測試間隔twait流逝的狀態下，將描述控制信號VG1變為“低位準”且PMOS電晶體M1開啟，且同時，控制信號Vsw1至Vsw4變為“高位準”且PMOS電晶體M11至M14關閉。此時，因為電阻Rs11和Rs12串聯到電阻R13上，並並聯電阻R11，電池連接端VC1至VC2之間的電流I1滿足下面方程式(2-1)。
I1=VBAT1/((Rs11+Rs12)xR11/(Rs11+Rs12+Rs11)+Rf1+Rf2) (2-1)現在，將條件方程式(條件8)和條件方程式(條件9)代入方程式(2-1)，電流I1表達如下(2-2)。
並且，因為電阻Rs23與電阻Rs21和Rs22串聯，電池連接端VC2和VC3之間的電路I2如下面方程式(2-3)表達。
I2=VBAT2/(Rs21+Rs22+Rs23+Rf2+Rf3) (2-3)
以如方程式(2-1)相同的方式，將條件方程式(條件8)和條件方程式(條件9)代入方程式(2-3)中，電流I2如下面方程式(2-4)所示。
再者，將條件方程式(條件6)和條件方程式(條件7)代入方程式(2-4)，如下面方程式(2-5)所示。
利用方程式(2-2)和(2-5)，發現電池連接端VC1和VC2之間的電
流I1大於電池連接端VC2和VC3之間的電流I2，且其差值如下面方程式(2-6)所示。
I3=I1-I2=VBAT1/R11 (2-6)
通過方程式(2-6)計算出的電流通過形成低通濾波器的電池連接端VC2和電阻Rf2漏進二次電池。因此，電壓在電阻Rf2的兩端中產生，以及電池連接端VC2和VC3之間的電壓Vvc2比二次電池BAT2的電壓VBAT2更大。此時，電池連接端VC2和VC3之間的電壓Vvc2如下面方程式(2-7)所示。
到現在為止的描述與第4圖的描述相同。然而，比較器的反相位準不是由上述方程式(1-8)計算出的高壓探測位準VHsens，而是通過下面方程式(2-8)計算得出的斷開探測位準LTsens。
LTsens=(Rs21+Rs22)/Rs22xVr21+(Rs23/Rs22)xVr21 (2-8)
如果電阻Rs23係設置以滿足下面方程式(2-9)，由於即使二次電池BAT2的電壓VBAT2滿足方程式(1-9)和(1-10)，二次電池BAT2的電壓VBAT2也不滿足為比較器12的輸出反相的條件的下面方程式(2-10)，因此第4圖所示的斷開的錯誤探測被防止。
(Rs23/Rs22)xVr21>(VBAT1/R11)xRf2 (2-9)
VBAT2+(VBAT1/R11)xRf2>LTsens (2-10)
如果電池連接端VC2和二次電池之間發生斷開，在考量了條件方程式(條件9)之後，則電池連接端VC2和VC3之間的電壓Vvc2為可通過下面方程式計算的電壓值。
Vvc2=(Rs21+Rs22+Rs23)/(R11x(Rs11+Rs12+Rs13)/(R11+Rs11+Rs12+Rs13)+Rs21+Rs22+Rs23)x(VBAT1+VBAT2) (2-11)
接下來，將條件方程式(條件7)和條件方程式(條件10)代入方程式(2-11)，且獲得下面的方程式(2-12)。
也就是說，探測斷開是沒有任何困難的，即便在斷開探測過程中比較器的判斷條件改變為斷開探測位準LTsens高於高壓探測位準VHsens。
2.5探測斷開時保護性半導體裝置的運作
下面將參考第8圖和第5圖描述保護性半導體裝置的斷開探測運作。第8圖為本發明運作探測斷開的第二實施例中保護性半導體裝置的運作時序圖。在時序圖中，僅顯示對描述有必要的信號。為了方便說明，假設二次電池BAT1至BAT4的電壓VBAT1至VBAT4的值，以及電阻Rs11至Rs43的電阻值滿足下面條件方程式(條件31至條件33)。
VBAT1=VBAT2=VBAT3=VBAT4 (條件31)
Rs11+Rs12=Rs21+Rs22=Rs31+Rs32=Rs41+Rs42 (條件32)
Rs13=Rs23=Rs33=Rs43 (條件33)
在第8圖所示的時序圖中，說明了一個範例，保護性半導體裝置和二次電池首先“連接”，其次“斷開”，最後又“連接”。下文中，將按時間順序描述。
[時序T1]：假設二次電池和電池連接端VC2斷開。此時，電池連接端VC2和VC3之間的電壓通過局部電阻Rs11至Rs22獲得，且導出根據下面方程式(3-1)計算出的電壓V2A。
V2A=(Rs21+Rs22)/(Rs11+Rs12+Rs21+Rs22)x(VBAT1+VBAT2) (3-1)
參考條件方程式(條件31至條件33)，發現電池連接端VC2和VC3之間的電壓V2A與斷開前的電壓VBAT2相同。因此，比較器11至14的任何輸出都是固定的。
[時序T2]：自控制電路110輸出的斷開測試信號LTEST，從“低位準”輸出變為輸出“高位準”輸出，且告知判斷電路120斷開測試正在執行。同時，控制信號VG1從“高位準”變為“低位準”且PMOS電晶體M1開啟。再者，自控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“低位準”變為“高位準”且所有的PMOS電晶體M11至M14關閉。因此，電阻Rs13串聯電阻Rs11和Rs12，且與電阻R11並聯。因為電阻Rs23串聯電阻Rs21和Rs22，電池連接端VC2和VC3之間的電壓為根據下面方程式(3-2)計算出的電壓V2B，。
V2B=(Rs21+Rs22+Rs23)/(R11x(Rs11+Rs12+Rs13)/(R11+Rs11+Rs12+Rs13)+Rs21+Rs22+Rs23)x(VBAT1+VBAT2) (3-2)
電池連接端VC2和VC3之間的電壓基本等於根據下面表達是(3-3)計算出的電壓V2C，如果電阻R11相較於電阻Rs11、Rs12和Rs13的總和
足夠小。
利用方程式(3-2)和(3-3)，電池連接端VC2的電壓上拉接近電池連接端VC1的電壓，該電池連接端VC1為二次電池BAT1的正端。也就是說，電池連接端VC2和VC3之間的電壓增加，因此，比較器12的輸出變為說明探測狀態的“低位準”。因此，故障探測電路10輸出的探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”。
因為斷開測試正在執行(即，斷開測試信號LTEST的輸出為“高位準”)，即使探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”，判斷電路120中的AND電路124仍將高壓探測運作信號VHDet保持在“低位準”(即，此時不執行高壓探測)。也就是說，控制電路110將斷開測試信號LTEST保持在“低位準”。由於正在運作斷開測試，則判斷電路120中的其他AND電路125隨著探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”，將斷開探測運作信號LTDet從“低位準”變為“高位準”，。
[時序T3]：因為探測信號VHS將維持“高位準”直到預定週期結束，判斷電路120中的延遲電路123將高位準-脈衝輸出延遲輸出DLY2。藉由在斷開測試信號LTEST為“高位準”以及故障探測電路10輸出的探測信號VHS為“高位準”的同時，輸出來自於延遲電路123的延遲輸出DLY2的高位準-脈衝，邏輯電路B 122判斷斷開的產生，並將斷開探測信號LCout變為“高位準”表示斷開探測狀態。
[時序T4]：斷開測試信號LTEST變為“低位準”，控制信號VG1從輸出“低位準”變為“高位準”，因而PMOS電晶體M1返回關閉狀態，且控制信號Rsw1至Rsw4從輸出“高位準”變為“低位準”，因而PMOS電晶體M11至M14返回開啟狀態。電池連接端VC2和VC3之間的電壓返回到根據上面方程式(3-1)計算出的電壓V2A。因而，從故障探測電路10輸出的探測信號VHS，從“高位準”變為(返回)到“低位準”，但由於斷開測試信號LTEST為“低位準”，從邏輯電路B 122輸出的斷開探測信號LCout保持在“高位準”且不改變。
[時序T5]：從控制電路110輸出的斷開測試信號LTEST，從輸出“低位
準”變為“高位準”，且告知判斷電路120斷開測試正在執行。同時，控制信號VG2的輸出從“高位準”變為“低位準”，因而PMOS電晶體M2開啟。再者，控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“低位準”變為“高位準”且所有的PMOS電晶體M11至M12關閉。
因而，電阻Rs13串聯到電阻Rs11和Rs12。因為電阻Rs23串聯到電阻Rs21和Rs22以及並聯電壓R21，電池連接端VC2和VC3之間的電壓為根據下面方程式(3-4)計算出的電壓V2D。
V2D=(R21x(Rs21+Rs22+Rs23)/(R21+Rs21+Rs22+Rs23))/(Rs11+Rs12+Rs13+(R21x(Rs21+Rs22+Rs23)/(R21+Rs21+Rs22+Rs23)))x(VBAT1+VBAT2) (3-4)
如果電壓R21相較於電阻Rs21、Rs22和Rs23的總和足夠小，電池連接端Vc2和VC3之間的電壓基本等於根據下面方程式(3-5)計算出的電壓V2E。
利用方程式(3-4)和(3-5)發現，電池連接端VC2的電壓下拉接近電池連接端VC3的電壓，電池連接端VC3為二次電池BAT2的正端。也即是說，當電池連接端VC2和VC3之間的電壓降低，則電池連接端VC1和VC2之間的電壓V1A增加，其通過下面方程式(3-6)表達。因此，比較器11探測高壓且其輸出變為“低位準”表明高壓探測狀態。因此，故障探測電路10輸出的探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”。
V1A=VBAT1+VBAT2-V2E (3-6)
進而，當斷開測試運作時(即，當斷開測試信號LTEST為“H”時)，從故障探測電路10輸出的探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”，但從邏輯電路B122輸出的斷開探測信號LCout已經為“高位準”且不會改變。
[時序T6]：以與時序T4相同的方式，斷開測試信號LTEST變為“低位準”，控制信號VG2的輸出從“低位準”變為“高位準”，因而PMOS電晶體M1返回關閉狀態，且控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“高位準”變為“低位準”，因而PMOS電晶體M11至M14返回開啟狀態。電池連接端VC2和VC3之間的電壓返回到根據上面方程式(3-1)計算出的電壓V2A。因而，從故障探測電路10輸出的探測信號VHS，從“高位準”變為(返回)到“低
位準”，且由於斷開測試信號LTEST為“低位準”，從邏輯電路B122輸出的斷開探測信號LCout保持在“高位準”而保持不變。
[時序T7]：現在，假設斷開的點是固定的。
[時序T8]：從控制電路110輸出的斷開測試信號LTEST從“低位準”變為“高位準”，且告知邏輯電路B 122斷開測試正在執行。同時，控制信號VG1從“高位準”變為“低位準”且開啟PMOS電晶體M1。再者，控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“低位準”變為“高位準”且所有的PMOS電晶體M11至M14關閉。因此，電阻Rs13串聯電阻Rs11和Rs12，且並聯電阻R11。再者，電阻Rs23串聯電阻Rs21和Rs22。然而，不同於[時序T2]至[時序T3]、或[時序T4]至[時序T5]，因為電池連接端VC2連接到二次電池，電池連接端VC2和VC3之間的電壓不從電壓VBAT2改變。因而，故障探測電路VHS的輸出是固定的。
[時序T9]：當探測信號VHS保持在“低位準”，判斷電路120中的延遲電路123將高位準-脈衝輸出延遲輸出DLY2，直到預定週期結束。在斷開測試信號LTEST為“高位準”並且從故障探測電路10輸出的探測信號VHS為“低位準”時，高位準-脈衝係從延遲電路123的延遲輸出DLY2輸出。因而，邏輯電路B 122判斷保護性半導體裝置已經從斷開返回且將斷開探測信號LCout變為“低位準”，以表示從斷開探測狀態返回。
[時序T10]：從控制電路210輸出的斷開測試信號LTEST從“高位準”變為“低位準”，以告知邏輯電路B122斷開測試已結束。同時，控制信號VG1的輸出從“低位準”變為“高位準”，因而PMOS電晶體M1返回關閉狀態，且控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“高位準”變為“低位準”，因而PMOS電晶體M11至M14返回到開啟狀態。與[時序T8]相同，因為電池連接端VC2連接到二次電池，電池連接端VC2和VC3之間的電壓不從電壓VBAT2改變。
這是一個當二次電池和電池連接端VC2之間出現斷開時保護性半導體裝置運作的範例。對於其他電池連接端(如，VC3或VC4)和二次電池的斷開，其運作與上面範例的原理相同，因此省略描述。
2.6第二實施例的摘述
如上所述，在第二實施例中，在二次電池的保護性半導體裝置中，其
中探測電壓波動的比較器係安裝於的串聯的二次電池中，其他電阻係順序地且暫時性地連接到形成每個二次電池的比較器的電阻上，且此時，比較器探測二次電池和保護性半導體裝置之間每個端上的電壓波動。當並聯上述電阻時，且同時其他電阻串聯地連接到與形成全部各個二次電池的比較器的電阻的每個電阻上，比較器的反相位準變高。依據這個方式，即便保護性半導體裝置通過低通濾波器連接以抗雜訊，也可以防止二次電池和電池連接端之間斷開的錯誤探測的問題。
<第三實施例>
根據本發明第二實施例，如果包括較小值電阻的電路並聯到每個二次電池上，以便拉平複數個二次電池的電壓，保護性半導體裝置有時無法正常運作斷開探測。因而，根據本發明第三實施例中的保護性半導體裝置能夠藉由在探測斷開時不使用較小值的電阻而正常運作斷開探測。
3.1保護性半導體裝置的結構
第9圖為本發明第三實施例之保護性半導體裝置以及二次電池的示意圖。第10圖為本發明第三實施例之保護性半導體裝置以及二次電池的實作示意圖。如第10圖所示的保護性半導體裝置1也通過低通濾波器(由電阻Rf1至Rf4和電容Cf1至Cf4形成)以抗雜訊，如第7圖中所示。
根據第三實施例的保護性半導體裝置1基本具有與第5圖所示之保護性半導體裝置1相同的結構。因此，僅參考第9圖、第10圖和第5圖描述兩者的區別。
如果增加一個藉由連接較小值電阻到每個二次電池的功能，根據第二實施例的保護性半導體裝置，則有時斷開探測無法正常運作。根據第三實施例的保護性半導體裝置的配置，在解決這個問題的同時，可以使斷開探測正常運作。
首先，將對在每個二次電池上連接具有較小值電阻而獲得附加功能的範例進行描述。在第9圖和第10圖所示的電路中，外部電阻Rcb1至Rcb4、外部NMOS電晶體Mcb1至Mcb4、和輸出控制信號來控制外部NMOS電晶體Mcb1至Mcb4的開啟或關閉的端子CB1至CB4被增加到第5圖所示的電路中。再者，電壓探測電路201至204和電池放電控制電路220加入到電路來控制保護性半導體裝置1中的外部NMOS電晶體Mcb1至Mcb4
的開啟或關閉。第5圖所示的控制電路110由控制電路210替代，其藉由控制信號CBCTL在第9圖和第10圖中所示的電路中附加地控制電池放電控制電路220。外部電阻Rcb1至Rcb4、外部NMOS電晶體Mcb1至Mcb4、端子CB1至CB4、電壓探測電路201至204、以及電池放電控制電路220為獲得上述的附加功能的電路。
獲得上述附加功能的電路執行拉平複數個二次電池的電壓的功能。首先，電壓探測電路201至204為電壓探測電路，用以設定電壓位準來觸發外部NMOS電晶體Mcb1至Mcb4。例如，當二次電池BAT1的電壓超過4.0V時，電壓探測電路201的輸出為“低位準”。然後，該信號被傳送到電池放電控制電路220。以回應從電壓探測電路201至204的輸出，根據保護性半導體裝置1的狀態，電池放電控制電路220為輸出到端子CB1至CB4的控制電路。例如，當電壓探測電路201的輸出為“低位準”時，如果根據保護性半導體裝置1的狀態，電池放電控制電路220判斷可以輸出“高位準”到端子CB1，“高位準”信號被輸出到端子CB1。因此，“高位準”信號輸入到NMOS電晶體Mcb1，進而具有較小電阻值的電阻Rcb1分流二次電池BAT1的正端和負端。藉由在含有電阻Rcb1的路徑上載入電流，如果每個二次電池的電壓超過4.0V，則二次電池放出超過4.0V的過量電荷。通過放電直到所有二次電池的電壓達到4.0V，可以拉平複數個二次電池的電壓。
如上所述，獲得附加功能的電路執行拉平複數個二次電池電壓的功能。獲得這個功能的電路配置具有相對小值的電阻。對於這些電阻Rcb1至Rcb4，經常使用等於或小於電阻R11至R41的電阻。因此，如果當大量電流載入於包括電阻Rcb1至Rcb4的路徑，利用連接電阻Rcb1至Rcb4來執行斷開探測，斷開探測的運作不會正常運作。類似的，如果隨著斷開探測，電壓探測電路201至204輸出“低位準”，斷開探測的運作同樣地不會正常運作，且作為其回應，電池放電控制電路220藉由開啟NMOS電晶體Mcb1至Mcb4來使電阻Rcb1至Rcb4連接。
控制電路210就在開始運作斷開探測之前輸出“低位準”到控制信號CBCTL。為了不開啟外部NMOS電晶體Mcb1至Mcb4，控制電路210傳送到控制電路220，告知斷開探測正要開始。以此方式，可以正常執行斷開的探測。
注意到，獲得附加功能的電路不限於執行拉平複數個二次電池電壓的功能。而且任意獲得此附加功能的電路均可應用到本發明的第三實施例，如，通過連接較小值電阻到每個二次電池。
3.2控制電路的控制信號
第11圖為說明本發明第三實施例之保護性半導體裝置的控制電路210的控制信號的範例圖式。電阻Rcb1至Rcb4連接到在第9圖和第10圖顯示第三實施例的電路中，其中電阻Rcb1至Rcb4小於電阻值小於當探測斷開時連接的感壓電阻的電阻R11至R41。
每個控制信號的基本功能與第6圖中所示的第二實施例中的保護半導體裝置中的控制電路110的每個控制信號一樣。然而，在一種端子CB1至CB4其中之一(如，端子CBx)在斷開測試信號LTEST變為“高位準”之前輸出“高位準”，進而連接到電阻Rcbx的NMOS電晶體其中之一開啟的情況下，控制電路210在時間週期tpw之前將控制信號CBCTL從“高位準”切換到“低位準”，其中該時間週期tpw為斷開測試信號LTEST變為“高位準”的時間。以對此回應，電池放電控制電路220不管端子CB1至CB4的狀態而迫使他們的輸出變為“低位準”。在這之後片刻，當斷開探測的運作在斷開測試信號LTEST變為“高位準”之後執行時，根據第三實施例中的保護性半導體裝置變為與第一實施例中保護性半導體裝置相同的狀態，其中在第一實施例中不具有獲得上述附加功能的電路。注意到，代表在探測斷開運作之前控制電阻的時序tcb，該時序tcb要是足夠使二次電池和整體電路返回到正常運作的時序。
3.3保護性半導體裝置的運作
根據本發明第三實施例之保護性半導體裝置的運作將參考第12圖、第9圖和第10圖描述。第12圖為本發明第三實施例之保護性半導體裝置的運作時序圖。在時序圖中，僅顯示需要描述的信號。探測斷開的運作基本與第8圖所示的相同。又在第12圖中所示，顯示了一個範例說明保護性半導體裝置和二次電池首先“連接”，其次“斷開”，然後在結束再次“連接”。之後，將按時間順序描述運作。
[時序T1]：此時序為說明二次電池和電池連接端VC2斷開的時序。
[時序T2]：控制電路10輸出的控制信號CBCTL從“高位準”變為“低位
準”，迫使電池放電控制電路220的輸出變為“低位準”，且將“低位準”輸出到NMOS電晶體Mcb1至Mcb4，而不考慮電壓探測電路201至204的狀態。
[時序T3]：控制電路210輸出的斷開測試信號LTEST，從“低位準”輸出變為“高位準”輸出，且告知判斷電路120斷開測試正在進行。同時，控制信號VG1已經從“高位準”變為“低位準”且開啟PMOS電晶體M1。再者，控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“低位準”變為“高位準”且所有的PMOS電晶體M11至M14關閉。因此，電阻Rs13串聯電阻Rs11和Rs12，且電阻R11並聯。電阻Rs23串聯電阻Rs21和Rs22。
電池連接端VC2的電壓上拉接近電池連接端VC1的電壓，其中電池連接端VC1為二次電池BAT1的正端。進而，電池連接端VC2和VC3之間的電壓增加，因此，比較器12的輸出變為說明探測狀態的“低位準”。因此，故障探測電路10輸出的探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”。因為斷開測試正在執行(即，斷開測試信號LTEST的輸出為“高位準”)，即使探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”，判斷電路120中的AND電路124仍將高壓探測運作信號VHDet保持在“低位準”(即，此時不執行高壓探測)。判斷電路120中的AND電路125隨著探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”，將斷開探測運作信號LTDet從“低位準”變為“高位準”。
[時序T4]：因為探測信號VHS將維持“高位準”直到預定週期結束，判斷電路120中的延遲電路123將高位準-脈衝輸出延遲輸出DLY2。藉由在斷開測試信號LTEST為“高位準”以及故障探測電路10輸出的探測信號VHS為“高位準”的同時，輸出來自於延遲電路123的延遲輸出DLY2的高位準-脈衝，邏輯電路B 122判斷斷開的產生，並將斷開探測信號LCout變為“高位準”表示斷開探測狀態。
[時序T5]：斷開測試信號LTEST變為“低位準”，控制信號VG1的輸出從“低位準”變為“高位準”，因而PMOS電晶體M1返回關閉狀態，且控制信號Rsw1至Rsw3的輸出從“高位準”變為“低位準”，因而PMOS電晶體M11至M14返回開啟狀態。因而，電池連接端VC2和VC3之間的電壓返回。因而，故障探測電路10輸出的探測信號VHS從“高位準”變為(返回)到“低位準”，但邏輯電路B 122輸出的斷開探測信號LCout保持在“高位準”
且由於斷開測試信號LTEST為“低位準”而保持不變。控制電路210正在被輸入斷開探測信號LCout的“高位準”信號，並保持控制信號CBCTL的“低位準”狀態。因而，電池放電控制電路220繼續輸出信號“低位準”到NMOS電晶體Mcb1至Mcb4，不考慮電壓探測電路201至204的狀態。
[時序T6]：控制電路110輸出的斷開測試信號LTEST從“低位準”變為“高位準”，且告知判斷電路120斷開測試正在執行。同時，控制信號VG2輸出從“高位準”變為“低位準”，因而PMOS電晶體M2開啟。再者，控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“低位準”變為“高位準”且所有的PMOS電晶體M11至M12關閉。因此，電阻Rs13串聯到Rs11和Rs12。因為電阻Rs23串聯電阻Rs21和Rs22，且電阻Rs21並聯，所以電池連接端VC2的電壓下拉接近電池連接端VC3的電壓，其中電池連接端VC為二次電池BAT2的負端。進而，當電池連接端VC2和VC3之間的電壓降低，則電池連接端VC1和VC2之間的電壓V1A增加。因此，故障探測電路10輸出的探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”。
進而，當斷開測試運作時(即，當斷開測試信號LTEST為“高位準”時)，故障探測電路10輸出的探測信號VHS從“低位準”變為“高位準”，但邏輯電路B 122輸出的斷開探測信號LCout已經為“高位準”且保持不變。
[時序T7]：以與[時序T5]相同的方式，斷開測試信號LTEST變為“低位準”，控制信號VG1的輸出從“低位準”變為“高位準”，因而PMOS電晶體M1返回關閉狀態，且控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“高位準”變為“低位準”，因而PMOS電晶體M11至M14返回開啟狀態。電池連接端VC2和VC3之間的電壓返回。因而，故障探測電路10輸出的探測信號VHS從“高位準”變為(返回)到“低位準”，但邏輯電路B 122輸出的斷開探測信號LCout保持在“高位準”且由於斷開測試信號LTEST為“低位準”而保持不變。由於斷開探測信號LCout為“高位準”，則控制信號CBCTL保持為“低位準”，並電池放電控制電路220的輸出也被迫保持為“低位準”。
[時序T8]：現在，假設斷開的點是固定的。
[時序T9]：控制電路210輸出的斷開測試信號LTEST從“低位準”變為“高位準”，且告知邏輯電路B 122斷開測試正在執行。同時，控制信號VG1從“高位準”變為“低位準”且開啟PMOS電晶體M1。再者，控制信號Rsw1
至Rsw4的輸出從“低位準”變為“高位準”且所有的PMOS電晶體M11至M14關閉。因此，電阻Rs13串聯電阻Rs11和Rs12，且並聯電阻R11。再者，電阻Rs23串聯電阻Rs21和Rs22。然而，不同於[時序T2]至[時序T3]，或[時序T4]至[時序T5]，因為電池連接端VC2連接到二次電池，電池連接端VC2和VC3之間的電壓不變於電壓VBAT2。因而，故障探測電路VHS的輸出是固定的。
[時序T10]：當探測信號VHS保持在“低位準”，判斷電路120中的延遲電路123將高位準-脈衝輸出延遲輸出DLY2，直到預定週期結束。在斷開測試信號LTEST為“高位準”並且從故障探測電路10輸出的探測信號VHS為“低位準”時，高位準-脈衝係從延遲電路123的延遲輸出DLY2輸出。因而，邏輯電路B 122判斷保護性半導體裝置已經從斷開返回且將斷開探測信號LCout變為“低位準”，以表示從斷開探測狀態返回。
[時序T11]：控制電路210輸出的斷開測試信號LTEST從“高位準”變為“低位準”，以告知邏輯電路B 122斷開測試的結束。同時，控制信號VG1的輸出從“低位準”變為“高位準”，因而PMOS電晶體M1返回關閉狀態，且控制信號Rsw1至Rsw4的輸出從“高位準”變為“低位準”，因而PMOS電晶體M11至M14返回到開啟狀態。與[時序T9]相同，因為電池連接端VC2連接到二次電池，電池連接端VC2和VC3之間的電壓不變於電壓VBAT2。因而，故障探測電路VHS的輸出是固定的。
再者，因為判斷電路120輸出的斷開探測信號LCout變為“低位準”且斷開測試信號LTEST變為“低位準”，控制電路210將從“低位準”切換到“高位準”的控制信號CBCTL輸出到電池放電控制電路220。以對此回應，如果電壓探測電路201至204和保護性半導體裝置1處於可能輸出“高位準”到NMOS電晶體Mcb1至Mcb4的狀態，則電池放電控制電路220變到輸出“高位準”的狀態中。
這是一個當二次電池和電池連接端VC2之間出現斷開時保護性半導體裝置運作的範例。對於其他電池連接端(如，VC3或VC4)和二次電池的斷開，其運作與上面的範例原理相同，因此省略描述。
3.4第三實施例的摘述
如上所述，在第三實施例中，在二次電池的保護性半導體裝置中，其
中探測電壓波動的比較器係安裝於的串聯的二次電池中，其他電阻係順序地且暫時性地連接到形成每個二次電池的比較器的電阻上，且此時，比較器探測二次電池和保護性半導體裝置之間每個端上的電壓波動。當並聯上述電阻時，且同時其他電阻串聯地連接到與形成全部各個二次電池的比較器的電阻的每個電阻上，比較器的反相位準變高。此時，並聯到每個二次電池上的電阻被失能。因此，保護性半導體裝置使二次電池和每個電池連接端之間的斷開探測能夠正常運作，也關係到在正和負端之間具有電阻的串聯的每個二次電池。
<第四實施例>
第一至第三實施例中的保護性半導體裝置執行高壓和斷開的探測。當保護性半導體裝置處於高壓保護探測模式時進行斷開探測，這個狀態不再有效保持，判斷電路120在高壓保護的探測過程中控制，使其無法執行斷開探測的運作。
然而，至少一個二次電池由於出現斷開而進入過充電狀態，有時這導致保護性半導體裝置變成高壓保護探測模式。在這種情況下，儘管出現了斷開，探測斷開的測試(斷開測試運作)不能進行，並因此探測不到斷開。
因此，根據第四實施例中的保護性半導體裝置，增加了一個尾隨選擇器電路。該尾隨選擇器電路不將故障探測電路的信號輸入到保持過充電(overcharge)探測模式(高壓保護探測模式)的電路中，而是當代表正在進行探測斷開測試的內部信號(斷開測試信號LTEST)為開啟時，遞迴地輸入在過充電探測模式(高壓保護探測模式)電路上保持的狀態。因此，不管探測斷開的測試是否執行，過充電探測模式(高壓保護探測模式)可保持，且斷開的探測可在過充電探測模式(高壓保護探測模式)下進行。
4.1第一至第三實施例中判斷電路的一部分的結構和運作
在描述第四實施例之前，將描述第一至第三實施例之保護性半導體裝置中判斷電路120的部分電路的輸入和輸出部分的結構。第13圖為說明本發明第一至第三實施例知保護性半導體裝置的判斷電路120中輸入和輸出部分的電路結構。
第13圖所示的電路包括：包含在故障探測電路10中的NAND電路15；XOR電路140；NAND電路145；NOR電路146；正反器150；以及反相器
142、144、148。XOR電路140發出信號到產生延遲時序以從高壓探測返回之包含在延遲電路123的電路，以便設定從高壓探測返回的延遲時序，而在此同時，NAND電路15的輸出信號和正反器150的輸出信號的高壓探測信號VHout被輸入。NAND電路145的輸入信號為延遲電路123的兩個輸出信號和NAND電路145的反相輸出信號。NOR電路146的輸入信號為NAND電路15的輸出信號、延遲電路123的輸出信號其中之一、以及正反器150的輸出信號的高壓探測信號VHout的反相位信號VHoutb。正反器150的輸入信號為NAND電路145的輸出信號、NAND電路145的輸出信號的反相信號、NOR電路146的輸出信號，而正反器150的輸出信號為高壓探測信號VHout與其反相位信號VHoutb。
下文中，將描述第13圖所示的電路的運作。首先，一情況是假設判斷電路120不保持在高壓保護探測模式下。在此情況中，除了在高壓保護探測模式(即，VHout=“低位準”)，代表了判斷電路120的狀態的高壓探測信號被輸入到XOR電路140的輸入的其中之一。NAND電路15輸出比較器11、12、13、14的NAND信號以用於高壓探測。如果至少一個比較器的輸出變為探測狀態(“低位準”狀態)，則NAND電路15輸出的“高位準”信號被輸入到XOR電路140的另一個輸入。因此，根據NAND電路15的輸出，XOR電路140發送“高位準”信號到產生延遲時序的電路以從高壓探測返回。在結束預訂(延遲)時序之後，如果NAND電路15輸出“高位準”信號，高壓探測信號VHout變為“高位準”，且保護性半導體裝置進入高壓保護探測模式。
其次，假設判斷電路120保持在高壓保護探測模式下。在此情況中，除了在高壓保護探測模式(即，VHout=“低位準”)，代表了判斷電路120的狀態的高壓探測信號被輸入到XOR電路140的輸入的其中之一。如果從所有比較器的輸出變成正常狀態(“高位準”狀態)，則NAND電路15輸出的“低位準”信號被輸入到XOR電路140的另一個輸入。因此，XOR電路140發出“高位準”信號到產生延遲時序的電路，來根據兩個輸入從高壓探測返回。在結束預訂(延遲)時序之後，如果NAND電路15仍舊輸出“低位準”信號，從判斷電路120輸出的高壓探測信號VHout變為“低位準”，且保護性半導體裝置返回到不是高壓保護探測模式的狀態。
注意到，當判斷電路120保持高壓保護探測模式(即，VHout=“高位準”)，第1圖、第5圖和第9圖所示的控制電路110將斷開測試信號LTEST保持在“低位準”。進而，在此狀態下，不執行斷開測試。
4.2保護性半導體裝置的結構
接下來，將描述第四實施例之保護性半導體裝置1。第14圖為本發明第四實施例的保護性半導體裝置1以及二次電池的示意圖。根據第四實施例之保護性半導體裝置具有與第二實施例相似的結構。因此僅描述兩者的區別。
根據本發明第四實施例之保護性半導體裝置1的故障探測電路10包括：比較器11、12、13、14；參考電壓Vr11、Vr21、Vr31、Vr41；局部電阻Rs11、Rs12、Rs21、Rs22、Rs31、Rs32、Rs41、Rs42；NAND電路15；感壓改變電路101、102、103、104；以及滯後(hysteresis)形成電路351、352、353、354。
如第14圖所示，滯後形成電路351由電阻Rs14和NMOS電晶體M31的並聯所構成。其他滯後形成電路352、353、354相同。
在第14圖所示第四實施例之保護性半導體裝置的故障探測電路10中，探測二次電池BAT1的高壓和斷開的電路係由比較器11，電阻Rs11、Rs12、Rs14，形成滯後的NMOS電晶體M31，參考電壓Vr11，以及感壓改變電路101所構成。電阻Rs11、Rs12、Rs14和感壓改變電路101串聯並進而在電池連接端VC1和VC2之間連接。電阻Rs11和Rs12的連接點連接到比較器11的反相輸入。參考電壓Vr11在比較器11的非反相輸入和電池連接端VC2之間連接。注意到，電阻Rs11和Rs12為第一二次電池BAT1的感壓電阻。
當探測二次電池BAT1的高壓和斷開的電路不探測高壓時，電阻Rs14通過開啟滯後形成電路351中的NMOS電晶體M31分流。另一方面，探測高壓時，NMOS電晶體M31利用高壓滯後VHhys(下面描述)的信號關閉。因此，電阻Rs14在電阻Rs12和電池連接端VC2之間插入。結果，在探測高壓和斷開的電路中，從高壓保護探測模式返回的電壓小於變成高壓保護探測模式的電壓。意味著，探測高壓和斷開的電路相對於高壓保護探測模式具有滯後。
這個實施例中的感壓改變電路101具有與第二實施例中感壓改變電路相似的結構。第二二次電池BAT2至第四二次電池BAT4的故障探測電路具有與第一二次電池BAT1的故障探測電路相同的結構。
控制電路410被輸入斷開探測信號LCout，而輸出控制信號VG1、VG2、VG3、VG4到內部電阻改變電路300的PMOS電晶體M1至M4以及輸出斷開測試信號LTEST到判斷電路320。再者，控制電路410分別輸出控制信號Rsw1、Rsw2、Rsw3、Rsw4到感壓改變電路101至104的PMOS電晶體M11至M14的閘極。再者，圖中沒有顯示的時脈、外部觸發等連接以作為其輸入，從而產生控制信號VG1至VG4和斷開測試信號LTEST、以及控制信號Rsw1、Rsw2、Rsw3、Rsw4。
判斷電路320為判斷故障探測電路10是否已經探測高壓或斷開的電路。判斷電路320包括：選擇電路327；AND電路324；AND電路325；邏輯電路A 121；邏輯電路B 121；NOR電路322；延遲電路123；以及反相電路326。
判斷電路320被輸入故障探測電路10輸出的探測信號VHS和斷開測試信號LTEST，而輸出高壓探測信號VHout，高壓滯後VHhys的信號，以及斷開探測信號LCout。判斷電路320的內部結構將在下面詳細描述。
位於判斷電路320的輸入部分的選擇電路327被輸入高壓探測信號VHout和探測信號VHS，其中探測信號VHS為故障探測電路10的(NAND電路15的)輸出，且選擇電路327根據斷開測試信號LTEST的狀態選擇輸出至少一個信號。
AND電路324被輸入高壓探測信號VHout和選擇電路327的反相輸出信號，而輸出高壓探測運作信號VHDet。AND電路325被輸入來自於故障探測電路10(的NAND電路15)的輸出的探測信號VHS和斷開測試信號LTEST，而輸出斷開探測運作信號LTDet。
邏輯電路A 121被輸入高壓探測運作信號VHDet和來自於延遲電路123的延遲輸出DLY1，而輸出高壓探測信號VHout。
邏輯電路B 122被輸入斷開探測運作信號LTDet和來自於延遲電路123的延遲輸出DLY2，輸出斷開探測信號LCout。
NOR電路322被輸入高壓探測信號VHout和斷開測試信號LTEST，而
輸出高壓滯後VHhys的信號。
延遲電路123被輸入高壓探測運作信號VHDet，斷開探測運作信號LTDet，高壓探測信號VHout和斷開探測信號LCout。再者，延遲電路123輸出延遲輸出DLY1到邏輯電路A 121，以及延遲輸出DLY2到邏輯電路B 122作為其輸入。
延遲電路123為設定探測/返回的延遲時間以防止雜訊等而引起錯誤探測的電路。當故障探測電路10探測到高壓，一旦從AND電路124輸出的信號VHDet從“低位準”變為“高位準”，延遲電路123就開始執行，然後如果信號VHDet持續為“高位準”，輸出高位準-脈衝到輸出DLY1直到預定週期結束。為了從高壓探測模式返回，一旦從AND電路124輸出的信號VHDet從“高位準”變為“低位準”，延遲電路123開始執行，且如果信號VHDet為“低位準”，輸出高位準-脈衝直到預定週期結束。探測/返回的判斷基於高壓探測信號VHout而執行。例如，高壓探測信號VHout“高位準”判斷為“探測”且“低位準”判斷為“返回”。
當故障探測電路10已經探測斷開時，一旦從AND電路125輸出的斷開探測運作信號LTDet從“低位準”變為“高位準”，延遲電路123就開始執行，如果信號LTDet為“高位準”，輸出高位準-脈衝到延遲輸出DLY2直到預定週期結束。為了返回到斷開探測模式，一旦從AND電路125輸出的信號LTDet從“高位準”變為“低位準”，延遲電路123開始執行，且如果信號LTDet為“低位準”，輸出高位準-脈衝直到預定週期結束。探測/返回的判斷基於斷開探測信號LCout而執行。例如，斷開探測信號LCout“高位準”判斷為“探測”且“低位準”判斷為“返回”。
注意到，這些高壓探測時間的預定週期，從高壓返回的預定週期，斷開探測的預定週期以及從斷開返回的預定週期不需要相同，可彼此不同。進而，如果電路以相同方式工作，延遲電路123可具有任意結構，如計數器以及充以固定電流的電容。
4.3一部分的判斷電路的結構和性能
接下來，具體而言，將描述第四實施例之保護性半導體裝置中判斷電路320的輸入和輸出部分的結構。第15圖說明本發明第四實施例之保護性半導體裝置的判斷電路的輸入和輸出部分的電路結構。
第15圖所示的電路包括：NAND電路15，其包括在故障探測電路10中；選擇電路327；XOR電路140；NAND電路145；NOR電路146；正反器150；NOR電路322；以及反相器148、355、356。
相較於第13圖所示的第一至第三實施例的保護性半導體裝置的判斷電路20的輸入和輸出部分，選擇電路327被加入到第15圖所示的電路中。選擇器電路327被輸入高壓探測信號VHout作為第一輸入，以及被輸入故障探測電路10的NAND電路15的輸出信號作為第二輸入。再者，斷開測試信號LTEST被輸入到選擇器電路327的選擇端。當“高位準”信號輸入到選擇端時，選擇器電路327輸出輸入到第一輸入(第15圖所示的端A)的信號，且當“低位準”信號輸入到選擇端時，選擇器電路327輸出輸入到第二輸入(第15圖所示的端B)的信號。也就是說，當斷開測試信號LTEST為“高位準”時(在斷開測試下)，選擇器電路327輸出高壓探測信號VHout，而當斷開測試信號LTEST為“低位準”(不在斷開測試下)時，選擇器電路327輸出來自於故障探測電路10的NANd電路15的輸出信號。
在選擇電路327的輸出信號和作為正反器150的輸出信號的高壓探測信號VHout被輸入時，XOR電路140發出信號到產生延遲時序的電路以返回高壓探測，其中該電路包含在設定從高壓探測返回的延遲時序的延遲電路123中。NAND電路145被輸入延遲電路123的兩個輸出信號和選擇電路327的輸出信號。NOR電路146被輸入NAND電路15的輸出信號，延遲電路123的輸出信號，以及作為正反器150的輸出信號的高壓探測信號VHout的反相位信號VHoutb。正反器150被輸入NAND電路145的輸出信號，NAND電路145的反相輸出信號，以及NOR電路146的輸出信號，而輸出高壓探測信號VHout且其反相位信號，高壓探測信號VHoutb。
下文中，將描述第15圖所示的電路的運作。首先，當不執行斷開測試時(即，斷開測試信號LTEST=“低位準”)，“低位準”信號被輸入到選擇器電路327的選擇端，且輸入到選擇器電路327的B端(第二輸入)的故障探測電路10的NAND電路15的輸出信號從選擇器電路327輸出。因此，當不進行斷開測試時，第四實施例中的保護性半導體裝置不能進入高壓保護探測模式且從高壓保護探測模式返回，就像第一至第三實施例中的保護性半導體裝置。
當執行斷開測試時(即，斷開測試信號LTEST=“高位準”)，“高位準”信號被輸入到選擇器電路327的選擇端，且輸入到選擇器電路327的A端(第一輸入)的高壓探測信號VHout從選擇電路327輸出。此時，同相位(in-phase)信號被輸入到位於選擇器電路327之後的XOR電路140的兩端。也就是說，當高壓探測信號為高壓保護探測模式(VHout=“高位準”)時，“高位準”信號被輸入到XOR電路140的兩端，而當高壓探測信號不在高壓保護探測模式下(VHout=“低位準”)時，“低位準”信號被輸入到兩端。由於XOR電路140此時輸出“低位準”信號，則之後設置的產生延遲時序的電路，無法執行從高壓探測的返回。由於產生延遲時序的電路無法執行高壓探測的返回，所以高壓探測信號VHout不變。
意味著，即便斷開探測被執行並因此故障探測電路10的輸出改變，因為產生延遲時序以從高壓探測返回的電路不執行，所以高壓探測信號VHout不變。因此，即便當保護性半導體裝置處於高壓保護探測模式下執行斷開探測測試，正反器150的高壓保護探測模式被保持。因此，不需要控制判斷電路320在高壓探測保護過程中不執行斷開探測的運作。
下面表1說明了高壓探測信號VHout，斷開測試信號LTEST，和選擇電路327的輸出(vdlq)之間的關係。注意到，“VHS”代表NAND電路15的輸出信號。
再者，一電路連接在第15圖所示電路中正反器150之後，其中該電路以反相器355和356構成並形成高壓探測信號VHout的滯後(VHhys)。就在這個電路之前，設置NOR電路322。高壓探測信號VHout和斷開測試信號LTEST被輸入到NOR電路322。在斷開探測測試過程中(即，LTEST=“高位準”)，高壓滯後的信號利用NOR電路322固定為“低位準”，而不考慮高壓探測信號VHout的狀態。結果，滯後形成電路351、352、353、354的
NMOS電晶體M31、M32、M33、M34開啟，然後滯後形成電路351、352、353、354分流。也就是說，NOR電路322控制閾值電壓不因高壓探測信號的滯後而降低，其閾值電壓代表斷開是否已經出現(具體地，從探測斷開狀態返回的電壓)。結果，代表是否已經出現斷開的閾值電壓保持不變，不考慮就在探測斷開測試之前高壓探測信號的狀態，且防止了斷開狀態的錯誤探測。
下面表2描述了高壓探測信號VHout，斷開測試信號LTEST，和高壓滯後VHhys的信號。
4.4第四實施例的摘述
如上所述，在第四實施例中，在二次電池的保護性半導體裝置中，其中探測電壓波動的比較器設置於串聯的二次電池中，電阻順序地且暫時性地連接到形成每個二次電池的比較器的電阻上。進而，比較器探測每個二次電池和保護性半導體裝置之間的每個電池連接端上的電壓波動。保護性半導體裝置包括電路，其就在探測運作過程中，將信號保持在二次電池和保護性半導體裝置之間的斷開探測之前的狀態。信號的狀態表明是否至少一個二次電池為高壓。以此方式，即便當保護性半導體裝置在高壓保護探測模式下執行了探測斷開測試，也保持了高壓保護探測模式。
如上所述，通過應用本發明，如果在使用二次電池時，二次電池和保護性半導體裝置之間的一部分連接出現斷開，可可靠地探測到這個斷開的發生。
儘管本發明已經就具體實施例進行了描述，但本發明不侷限於此。顯而易見地是，熟悉本領域的技術人員在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，可以對本發明作出各種修改及變換。因此，可以意識到，本發明涵蓋在申請專利範圍及其等同物的範圍內所提供的本發明的修改及變換。
1‧‧‧保護性半導體裝置
10‧‧‧故障探測電路
11、12、13、14‧‧‧比較器
15‧‧‧NAND電路
100‧‧‧內部電阻改變電路
110‧‧‧控制電路
120‧‧‧判斷電路
121‧‧‧邏輯電路A
122‧‧‧邏輯電路B
123‧‧‧延遲電路
124、125‧‧‧AND電路
126、127‧‧‧反相電路
BAT1、BAT2、BAT3、BAT4‧‧‧二次電池
DLY1、DLY2‧‧‧延遲輸出
LCout‧‧‧斷開探測信號
LTDet‧‧‧斷開探測運作信號
LTEST‧‧‧斷開測試信號
M1、M2、M3、M4‧‧‧PMOS電晶體
R11、R21、R31、R41‧‧‧電阻
Rs11、Rs12、Rs21、Rs22、Rs31、Rs32、Rs41、Rs42‧‧‧局部電阻
VC1、VC2、VC3、VC4‧‧‧電池連接端
VDD‧‧‧供電端
VHDet‧‧‧高壓探測運作信號
VHout‧‧‧高壓探測信號
VHS‧‧‧探測信號
VG1、VG2、VG3、VG4‧‧‧控制信號
Vr11、Vr21、Vr31、Vr41‧‧‧參考電壓
VSS‧‧‧接地端
Claims (11)
- 一種能夠探測到串聯的複數個二次電池的電壓狀態的保護性半導體裝置，該保護性半導體裝置包括：複數個連接端，其等可連接到每個二次電池的一電極；複數個第一電阻，其等探測每個二次電池的電壓，設置以對應每個二次電池，並且連接在對應每個電極的一高壓側和一低壓側的端子之間；複數個比較器，其等設置以對應每個二次電池並且根據該等第一電阻獲得的電壓而能夠探測該每個二次電池的電壓是否在參考電壓範圍內；複數個串聯電路，其每一個皆由一第二電阻和一第一開關元件所構成，設置以對應每個二次電池，並且連接在該等連接端之間；以及一控制電路，其控制每個第一開關元件的開啟/關閉，該第一開關元件藉由開啟而連接該等連接端之間的該第二電阻，該第一開關元件藉由關閉而將該第二電阻從該等連接端斷開，並且該控制電路在保持在一斷開測試信號的一開啟狀態下的同時，依次開啟該等第一開關元件，而且該控制電路根據從對應至開啟的該第一開關元件的該比較器的輸出信號探測該等二次電池和該等連接端之間的斷開。
- 如申請專利範圍第1項所述的保護性半導體裝置，進一步包括：複數個第三電阻，其等對應至每個第一電阻；以及複數個第二開關元件，其等切換每個連接端和該第一電阻之間的第三電阻的連接/斷開，其中，在該斷開測試信號保持在該開啟狀態的同時，該控制電路藉由發送一信號來改變該比較器的探測標準的該參考電壓位準以控制第二開關元件來連接第三電阻。
- 如申請專利範圍第2項所述的保護性半導體裝置，其中，該等比較器探測該每個二次電池的電壓是否大於該參考電壓。
- 如申請專利範圍第2項所述的保護性半導體裝置，其中，該等比較器探測該每個二次電池的電壓是否小於該參考電壓。
- 如申請專利範圍第2項所述的保護性半導體裝置，只有在當該控制電路保持該斷開測試信號的該開啟狀態時執行該等二次電池和該等連接端之間的該斷開探測。
- 如申請專利範圍第2項所述的保護性半導體裝置，其中，當該控制電路保持該斷開測試信號的該關閉狀態時，如果該比較器探測一對應的二次電池的電壓超出了參考電壓範圍，只要探測持續著，則該控制電路繼續保持該斷開測試信號的該關閉狀態。
- 如申請專利範圍第2項所述的保護性半導體裝置，進一步包括：複數個第四電阻，其等連接在每個二次電池的一高壓側和一低壓側的端子之間；以及複數個第三開關元件，其等切換每個第四電阻的連接/斷開，其中，在開啟斷開測試信號之前，從預定週期到該斷開測試信號的該開啟狀態結束，該控制電路發送一控制第三開關元件的信號到第三開關元件以使第四電阻斷開。
- 如申請專利範圍第1項所述的保護性半導體裝置，進一步包括將信號保持在該斷開測試信號進入該開啟狀態前的 那一刻的電路，該信號代表藉由對應的該比較器所探測的該每個二次電池的電壓是否超出了該參考電壓範圍。
- 如申請專利範圍第8項所述的保護性半導體裝置，其中，該等比較器探測該每個二次電池的電壓是否大於該參考電壓。
- 如申請專利範圍第8項所述的保護性半導體裝置，其中，該等比較器探測該每個二次電池的電壓是否小於該參考電壓。
- 如申請專利範圍第8項所述的保護性半導體裝置，進一步包括一滯後形成電路，其對應了代表對應的該比較器所探測的該每個二次電池的電壓是否超出參考電壓範圍而形成一滯後信號，其中，當該斷開測試信號處於該開啟狀態時，該滯後形成電路的輸出保持在該關閉狀態。
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