TWI436189B - 參考信號產生電路、電池管理電路及其方法 - Google Patents

Description

參考信號產生電路、電池管理電路及其方法

本發明係有關一種參考信號產生電路，特別關於一種參考信號產生電路、電池管理電路及其方法。

產生一參考電壓值的一參考電路被使用在各種半導體的應用中。圖1所示為習知的一參考電路100的方塊圖。參考電路100包含一誤差放大器110、一微調控制器120以及一電阻串150。電阻串150包含多個電阻130、140、152及154。誤差放大器110將一能隙參考電壓V_BG與微調控制器120發出的一信號相比較，並產生一參考電壓V_OUT。由於能隙參考電壓V_BG可能會發生變化，因此微調控制器120透過補償能隙參考電壓V_BG的變化來提高參考電壓V_OUT的精確性，進而產生具有預期的電壓值或者預期的電壓範圍的參考電壓V_OUT。更具體地說，微調控制器120能夠選擇性地短路電阻串150上的一個或者多個電阻，並且能夠選擇性地將電阻串150上的一端點(例如，端點153)的一電壓值傳輸至誤差放大器，進而產生具有預期的電壓值或者預期的電壓範圍的參考信號V_OUT。

在一些應用中(例如電池管理系統)需要多個參考信號。為了產生不同的參考信號，每個參考信號都由相對應的參考電路100透過習知的方法而產生，由於每個參考電路都包含相對 應的誤差放大器、微調控制器以及電阻串，因此增加了晶片尺寸、功耗以及微調電路的複雜性。

本發明要解決的技術問題在於提供一種可以產生一個或者多個參考信號，並且調整一個參考信號的同時不影響其他的參考信號的參考信號產生電路、電池管理電路及其方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種參考信號產生電路，包含：一第一電阻串；一第二電阻串，與該第一電阻串實質上相同；一微調控制器，耦接至該第一電阻串，並選擇性地傳輸該第一電阻串上的一端點的一端電壓；一放大器，耦接至該微調控制器，並將該端電壓與一第二電壓進行比較，以產生該參考信號；以及一電阻控制器，耦接至該第一電阻串與該第二電阻串，並選擇性地短路該第一電阻串上的一電阻和該第二電阻串上與該第一電阻串上的該電阻相對應的一電阻。

本發明進一步提供了一種電池管理電路，包含：一控制電路，耦接至一電池，並根據一參考信號控制該電池的一充電和一放電；以及一參考電路，耦接至該控制電路，並產生該參考信號，其中該參考電路包含：一第一電阻串，一第二電阻串，與該第一電阻串實質上相同，一微調電路， 耦接至該第一電阻串，並根據該第一電阻串上的一端點的一端電壓產生該參考信號，及一電阻控制器，耦接至該第一電阻串與該第二電阻串，並選擇性地短路該第一電阻串上的一電阻和該第二電阻串上與該第一電阻串上的該電阻相對應的一電阻。

本發明進一步提供了一種電池管理方法，包含：選擇性地傳輸一第一電阻串上的一端點的一端電壓；將該被傳輸的一端電壓與一第二參考電壓進行比較，以產生一參考信號；以及選擇性地短路該第一電阻串上的一電阻以及一第二電阻串上與該第一電阻串上的該電阻相對應的一電阻，其中，該第二電阻串與該第一電阻串實質上相同。

本發明的參考信號產生電路、電池管理電路及其方法提供一個或者多個參考信號，當微調一個參考信號時，無需採用附加的微調步驟便可以自動微調其他的參考信號，進而降低電路的功耗，減小晶片尺寸，並且增強了設計的靈活性。

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。

此外，在以下對本發明的詳細描述中，闡明大量的具體細節以提供針對本發明的全面理解。然而，本技術領域中具有通常知識者應理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在其他實例中，對於習知方法、流程、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。

本發明的實施例所提供的產生參考信號的參考電路將具有改善精準度、減小晶片尺寸、降低功耗以及減少電路結構的複雜性。

圖2所示為根據本發明一實施例的產生參考信號的參考電路200的方塊圖。在圖2所示的實施例中，電路200基於一能隙參考電壓V_BG產生一參考信號。在一實施例中，電路200包含一微調電路(包含一誤差放大器210和一微調控制器220)、一端選擇器250、一電阻控制器260、多個電阻串230及240。

在一實施例中，電阻串230(以下稱第一電阻串230)和電阻串240(以下稱第二電阻串240)實質上相同。在圖2所示的實施例中，儘管第一電阻串230包含多個電阻23A~23H，第二電阻串240包含多個電阻24A~24H，然而本發明並不局限於此。

微調控制器220耦接至第一電阻串230，能夠選擇性地將第一電阻串230上的一端點的一端電壓傳輸至誤差放大器 210。在一實施例中，微調控制器220包含一多工器，以選擇性地將第一電阻串230上的端點的端電壓傳輸至誤差放大器210。誤差放大器210將接收到的端電壓211與能隙參考電壓V_BG進行比較，進而產生一參考信號V_OUT。在一實施例中，參考信號V_OUT與能隙參考電壓V_BG成比例。

電阻控制器260耦接至電阻串230及240，並且能夠短路電阻串230及240上相應的電阻。在一實施例中，電阻串230和電阻串240實質上相同，並且電阻控制器260能夠選擇性地短路第一電阻串230上的電阻以及第二電阻串上與第一電阻串230上的電阻對應的電阻。例如，電阻控制器260短路第一電阻串230上的電阻23D，並且短路第二電阻串240上與第一電阻串230上的電阻23D對應的電阻24D。

端選擇器250能夠選擇第二電阻串240上的一個或者多個端點，並且將所選擇的端點的端電壓作為附加的參考電壓輸出。例如，在圖2所示的實施例中，端選擇器250能夠輸出端點24_1的端電壓。

優點在於，參考電路200能夠產生多個參考信號。透過採用與第一電阻串230實質上相同的第二電阻串240，能夠產生獨立的參考信號，例如，當調整一個參考信號時，其他的參考信號不會受到影響，進而使電路設計的靈活性得以提高。此外，當微調一個參考信號時，無需附加的步驟就可以自動微調 參考電路200所產生的其他參考信號。而且，透過採用微調控制器、誤差放大器以及兩個電阻串，參考電路200的功耗降低，同時晶片尺寸減小。在圖2所示的實施例中，儘管參考電路200包含一端選擇器250和一電阻控制器260，然而本發明並不局限於此。參考電路200更可以進一步包含多個端選擇器和多個電阻控制器。

圖3所示為根據本發明一實施例的控制電池組310充電和放電的電池管理電路/系統300的方塊圖。電池組310可以是但不局限於鋰電池、聚合物電池或者鉛酸電池。儘管本發明的描述與電池相關，然而本發明並不局限於此。例如，電池組310可以是一太陽能電池。在圖3所示的實施例中，電池管理電路300可進一步包含一電池保護電路320、一熔絲330、一感測器340、多個開關350、360及370、一電源380以及一負載390。

在圖3所示的實施例中，電池組310包含多個電池311~314。感測器340(例如，電阻)檢測流經電池組310的電流。電池保護電路320檢測電池311~314的狀態，例如，電池電壓以及流過電池的電流，並且相應地控制開關350、360及370來控制電池組310的充電和放電。這樣，電池保護電路320保護電池組310免受非期望情況或者不正常情況(例如，過電壓、過電流以及欠電壓)的影響。

在一實施例中，如果在一段預設的時間間隔內，電池電 壓大於預設的過電壓臨界值，電池保護電路320觸發過電壓保護，例如，終止充電。電池保護電路320產生一信號CHG，以斷開開關350，進而將從電源380流出經過開關350和熔絲330至電池組310的充電電流隔斷。如果電池電壓小於預設的過電壓恢復臨界值，電池保護電路320閉合開關350，進而解除過電壓保護。在一實施例中，如果電池電壓大於預設的過電壓永久性失效臨界值(過電壓永久性失效臨界值大於過電壓臨界值)，電池保護電路320觸發過電壓永久性失效保護。電池保護電路320產生一信號PF，將開關360閉合進而短路並熔斷熔絲330，除非替換一個新的熔絲，否則充電被永久性終止。

在一實施例中，如果在一段預設的時間間隔內，電池電壓小於預設的欠電壓臨界值，電池保護電路320觸發欠電壓保護，例如，終止放電。電池保護電路320產生一信號DSG斷開開關370，進而將從電池組310流出，經過熔絲330、負載390、開關370和感測器340，又流回至電池組310的放電電流隔斷。如果電池電壓增加至大於預設的欠電壓恢復臨界值，電池保護電路320閉合開關370進而解除欠電壓保護。

在一實施例中，如果在一段預設的時間間隔內，電池組310的充電電流或者放電電流大於預設的過電流臨界值，電池保護電路320透過終止充電或者終止放電來觸發過電流保護。例如，在放電過程中，如果感測器340上的壓降在一段預設的 時間間隔內大於預設的過電流臨界值，電池保護電路320觸發過電流保護。電池保護電路320斷開開關370進而隔斷電池放電電流。在充電過程中，如果感測器340上的壓降在一段預設的時間間隔內大於預設的過電流臨界值，電池保護電路320觸發過電流保護。電池保護電路320斷開開關350進而隔斷電池充電電流。

圖4所示為根據本發明一實施例的產生參考信號的參考電路400的示意圖。圖4中與圖2編號相同的元件具有類似的功能。圖4結合圖2和圖3進行描述。

在圖4所示的實施例中，參考電路400包含一誤差放大器210、一微調控制器220、多個端選擇器451~453、多個電阻控制器461~463、多個電阻串430及440。在一實施例中，電阻串430及440相同。

在一實施例中，參考電路400產生一個或者多個參考信號，例如，圖3所示的實施例中的電池管理電路300所應用的過電壓臨界值、過電壓恢復臨界值、過電壓永久性失效臨界值、欠電壓臨界值、欠電壓恢復臨界值以及過電流臨界值。優點在於，可以根據電池類型以及不同的應用調整這些臨界值，進而使得參考電路可以靈活地應用於不同的電池管理系統中。然而，本發明並不局限於電池管理系統。電路400更可以為其他的目的或者應用來產生不同的參考信號。

在圖4所示的實施例中，電阻控制器461包含多個開關461A及461B。透過閉合開關461A及461B，電阻控制器461能夠分別將電阻430A及440A短路。在一實施例中，信號OVPF控制開關461A及461B，信號OVPF表示電池保護應用中是否需要過電壓永久性失效保護。如果需要過電壓永久性失效保護，開關461A及461B被斷開，輸出端OUT1的輸出電壓為過電壓永久性失效臨界值，輸出端OUT2的輸出電壓為過電壓臨界值。否則，開關461A及461B被閉合，輸出端OUT2的輸出電壓為過電壓臨界值。本發明中所描述的開關可以是各種類型的開關，並不局限於N通道金屬氧化物半導體場效應電晶體或者P通道金屬氧化物半導體場效應電晶體。

同樣地，電阻控制器462包含一開關462A和一開關462B，分別短路電阻430F和440F。在一實施例中，信號BATT控制電阻控制器462，信號BATT表示電池類型。在一實施例中，對於鋰電池或者聚合物電池，開關462A和開關462B被斷開。對於鉛酸電池，開關462A和開關462B被閉合。例如，對於鋰電池或者聚合物電池，過電壓臨界值是4.0V，對於鉛酸電池，過電壓臨界值是2.4V。優點在於，透過控制電阻控制器462，可以根據不同的電池類型對過電壓臨界值進行調整。

在圖4所示的實施例中，電阻控制器463包含開關463A1、開關463B1、開關463A2和開關463B2。開關463A1和開關 463B1分別與電阻430D和電阻430E並聯耦接，開關463A2和開關463B2分別與電阻440D和電阻440E並聯耦接。根據信號OVT，電阻控制器463能夠短路電阻串430上的一個或者多個電阻以及電阻串440上與所述被短路的電阻相對應的電阻。優點在於，根據不同的系統需要，端點OUT2的電壓可以被調整至不同的電壓值。例如，對於鋰電池，可以將過電壓臨界值調整為電壓範圍4.0V至4.35V之間的八個值。

在圖4所示的實施例中，端選擇器451包含與一電阻440B和一電阻440C相耦接的一開關451A、一開關451B和一開關451C。端選擇器451可以根據一信號OVR選擇一端點OUT2、一端點OUT3或者一端點OUT4的一端電壓，並輸出所選擇的端電壓。在一實施例中，根據信號OVR所選擇並輸出的端電壓可以是過電壓恢復臨界值，過電壓恢復臨界值不大於過電壓臨界值。

類似地，端選擇器452包含與電阻440K和電阻440L相耦接的一開關452A、一開關452B和一開關452C。端選擇器452根據信號OCT選擇端點OUT10、端點OUT11或者接地端的端電壓，並輸出所選擇的端電壓。在一實施例中，根據信號OCT所選擇並輸出的端電壓可以是過電流臨界值，例如，2.5V。

在圖4所示的實施例中，端選擇器453包含與電阻440G~440J相耦接的開關453A~453H。端選擇器453根據信號 UVT，透過控制開關453D、開關453F以及開關453H，選擇端點OUT7、端點OUT8或者端點OUT9的端電壓，並且輸出所選擇的端電壓。在一實施例中，根據信號UVT所選擇並輸出的端電壓可以是欠電壓臨界值。此外，端選擇器453還可以根據信號UVR，透過控制開關453A~453C、開關453E以及開關453G，選擇端點OUT5~OUT9中任意一個的端電壓，並輸出所選擇的端電壓。在一實施例中，根據信號UVR所選擇並輸出的端電壓可以是欠電壓恢復臨界值。例如，欠電壓臨界值可以大於欠電壓臨界值0~1V。

優點在於，在一實施例中，透過採用端選擇器451~453，參考電路400可以在調整一個參考信號的同時不影響其他的參考信號。例如，參考電路400可以調整端選擇器451選擇並輸出的參考信號，同時不會影響端選擇器452選擇並輸出的參考信號。透過採用電阻選擇器462和電阻選擇器463，參考電路400能夠同時調整多個參考信號，例如，參考電路400可以透過電阻控制器463同時調整端點OUT1及OUT2的端電壓。

圖5所示為根據本發明一實施例的產生參考信號的方法500的示意流程圖。圖5結合圖2進行描述。儘管圖5所示為具體的步驟，然而這些步驟僅是示意的。也就是說，本發明還可以適用於執行其他的步驟或者圖5所示步驟的變化態樣。

在步驟512中，選擇性地傳輸一第一電阻串上的一端點的 一端電壓。在步驟514中，將端電壓與一第二電壓值進行比較，進而產生一參考信號。在步驟516中，選擇性地短路第一電阻串上的一電阻以及一第二電阻串上與第一電阻串上的電阻相對應的一電阻。在步驟518中，選擇第二電阻串上的任一端點的一端電壓作為一第二參考電壓值。在一實施例中，方法500更可包含根據參考信號控制電池的充電的步驟。在另一實施例中，方法500更可包含根據參考信號控制電池的放電的步驟。

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‧‧‧參考電路

110‧‧‧誤差放大器

120‧‧‧微調控制器

130、140‧‧‧電阻

150‧‧‧電阻串

152、154‧‧‧電阻

200‧‧‧參考電路

210‧‧‧誤差放大器

211‧‧‧端電壓

220‧‧‧微調控制器

230‧‧‧電阻串

23A~23H‧‧‧電阻

240‧‧‧電阻串

24A~24H‧‧‧電阻

24_1‧‧‧端點

250‧‧‧端選擇器

260‧‧‧電阻控制器

300‧‧‧電池管理電路/系統

310‧‧‧電池組

311~314‧‧‧電池

320‧‧‧電池保護電路

330‧‧‧熔絲

340‧‧‧感測器

350~370‧‧‧開關

380‧‧‧電源

390‧‧‧負載

400‧‧‧參考電路

430‧‧‧電阻串

430A~430F‧‧‧電阻

440‧‧‧電阻串

440A~440L‧‧‧電阻

451‧‧‧端選擇器

451A~451C‧‧‧開關

452‧‧‧端選擇器

452A~452C‧‧‧開關

453‧‧‧端選擇器

453A~453H‧‧‧開關

461‧‧‧電阻控制器

461A~461B‧‧‧開關

462~463‧‧‧電阻選擇器

463A1~463B2‧‧‧開關

462A~462B‧‧‧開關

500‧‧‧產生參考信號的方法

512~518‧‧‧步驟

BATT‧‧‧信號

CHG‧‧‧信號

DSG‧‧‧信號

OVPF‧‧‧信號

OVT‧‧‧信號

OVR‧‧‧信號

OCT‧‧‧信號

OUT1~OUT11‧‧‧端點

PF‧‧‧信號

V_BG‧‧‧能隙參考電壓

VOUT‧‧‧參考電壓

UVR‧‧‧信號

UVT‧‧‧信號

圖1所示為一種習知參考電路的方塊圖；圖2所示為根據本發明一實施例的產生參考信號的參考電路的方塊圖；圖3所示為根據本發明一實施例的控制電池組充電和放電的電池管理電路的方塊圖；圖4所示為根據本發明一實施例的產生參考信號的參 考電路的示意圖；以及圖5所示為根據本發明一實施例的產生參考信號的方法示意流程圖。

200‧‧‧參考電路

210‧‧‧誤差放大器

211‧‧‧端電壓

220‧‧‧微調控制器

230‧‧‧電阻串

23A~23H‧‧‧電阻

240‧‧‧電阻串

24A~24H‧‧‧電阻

24_1‧‧‧端點

250‧‧‧端選擇器

260‧‧‧電阻控制器

V_BG‧‧‧能隙參考電壓

VOUT‧‧‧參考電壓

Claims (18)

1. 一種參考信號產生電路，包含：一第一電阻串；一第二電阻串，與該第一電阻串實質上相同；一微調控制器，耦接至該第一電阻串，並選擇性地傳輸該第一電阻串上的一端點的一端電壓；一放大器，耦接至該微調控制器，並將該端電壓與一第二電壓進行比較，以產生該參考信號；以及一電阻控制器，耦接至該第一電阻串與該第二電阻串，並選擇性地短路該第一電阻串上的一電阻和該第二電阻串上與該第一電阻串上的該電阻相對應的一電阻，其中，該第一電阻串並聯於該第二電阻串。
2. 如申請專利範圍第1項的參考信號產生電路，進一步包含：一端選擇器，耦接至該第二電阻串，並選擇第二電阻串上的一端點的一端電壓作為一第二參考信號。
3. 如申請專利範圍第1項的參考信號產生電路，其中，該微調控制器包含一多工器，選擇性地傳輸該第一電阻串上的該端點的該端電壓。
4. 如申請專利範圍第1項的參考信號產生電路，其中，該參考信號表示一電池的一過電壓臨界值。
5. 如申請專利範圍第1項的參考信號產生電路，其中，該參考信號表示一電池的一欠電壓臨界值。
6. 如申請專利範圍第1項的參考信號產生電路，其中，該參考信號表示一電池的一過電流臨界值。
7. 一種電池管理電路，包含：一控制電路，耦接至一電池，並根據一參考信號控制該電池的一充電和一放電；以及一參考電路，耦接至該控制電路，並產生該參考信號，其中該參考電路包含：一第一電阻串，一第二電阻串，與該第一電阻串實質上相同，一微調電路，耦接至該第一電阻串，並根據該第一電阻串上的一端點的一端電壓產生該參考信號，及一電阻控制器，耦接至該第一電阻串與該第二電阻串，並選擇性地短路該第一電阻串上的一電阻和該第二電阻串上與該第一電阻串上的該電阻相對應的一電阻，其中，該第一電阻串並聯於該第二電阻串。
8. 如申請專利範圍第7項的電池管理電路，其中，該微調電路包含：一微調控制器，耦接至該第一電阻串，並選擇性地傳輸該第一電阻串上的該端點的該端電壓。
9. 如申請專利範圍第8項的電池管理電路，其中，該微調電路進一步包含：一放大器，耦接至該微調控制器，並將該端電壓與一第二電壓進行比較，以產生該參考信號。
10. 如申請專利範圍第7項的電池管理電路，其中，該參考電路進一步包含：一端選擇器，耦接至該第二電阻串，並選擇該第二電阻串上的一端點的一端電壓作為一第二參考信號。
11. 如申請專利範圍第7項的電池管理電路，其中，當該電池的一電池電壓大於該參考信號時，該控制電路終止對該電池的該充電。
12. 如申請專利範圍第7項的電池管理電路，其中，當該電池的一電池電壓小於該參考信號時，該控制電路終止該電池的該放電。
13. 如申請專利範圍第7項的電池管理電路，其中，該參考信號表示該電池的一過電壓臨界值。
14. 如申請專利範圍第7項的電池管理電路，其中，該參考信號表示該電池的一欠電壓臨界值。
15. 一種電池管理方法，包含： 選擇性地傳輸一第一電阻串上的一端點的一端電壓；將該被傳輸的一端電壓與一第二參考電壓進行比較，以產生一參考信號；以及選擇性地短路該第一電阻串上的一電阻以及一第二電阻串上與該第一電阻串上的該電阻相對應的一電阻，其中，該第二電阻串與該第一電阻串實質上相同，該第一電阻串並聯於該第二電阻串。
16. 如申請專利範圍第15項的電池管理方法，進一步包含：選擇該第二電阻串上的一端點的一端電壓作為一第二參考電壓。
17. 如申請專利範圍第15項的電池管理方法，進一步包含：根據該參考信號，控制一電池的一充電。
18. 如申請專利範圍第15項的電池管理方法，進一步包含：根據該參考信號，控制一電池的一放電。