CN101572422B - 电池保护电路及电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供可降低制造成本的电池保护电路及电池装置。在电池保护电路(30)的所有端子与电池BAT1～BAT4分别连接之前，即便因它们的连接顺序，引起P阱(32a～32b)的寄生双极性晶体管(32)动作致使逻辑电路(31)误动作，逻辑电路(31)也会借助P阱(32a)及P阱(33b)的寄生双极性晶体管(33)的动作而被复位，因此不会因它们的连接顺序而截断电池BAT1～BAT4的充放电路径。因而，消除了它们的连接顺序相关的限制。

Description

电池保护电路及电池装置

技术领域

本发明涉及保护串联连接的多个电池(battery)的电池保护电路及电池装置。

背景技术

膝上型计算机(lap top computer)或便携电话设备等便携设备具有电池装置，该电池装置具有串联连接的多个电池及第一～第二电池保护电路。第一电池保护电路通过控制电池的充放电来保护电池。如果第一电池保护电路应该工作时而不工作，电池就会处于过充电状态，这时第二电池保护电路使电池装置的功能停止，以防止电池起火等。第二电池保护电路承担最终保护电池的功能，因此第二电池保护电路一工作，电池装置就不能使用(例如，参照专利文献1：日本特开2000-295777号公报)。

具体地说，如图4所示，第二电池保护电路10监视电池BAT1～BAT4的电压，若该电压成为规定电压以上，则第二电池保护电路10切断设置在充放电路径上的熔丝20，切断充放电路径，电池装置就停止。

在此，如图4所示，第二电池保护电路10在P阱12a和N衬底(sub)之间具有寄生二极管，其中P阱与中间端子VC2连接。此外，第二电池保护电路10具有以基极为N衬底、发射极为P阱12a、集电极为P阱12b的寄生双极性晶体管12。此外，最上级的电池BAT1的正极端子设为电源端子VDD，最下级的电池BAT4的负极端子设为接地端子VSS，电池BAT2～BAT3的端子设为中间端子VC1～VC3。

这样，在例如只有中间端子VC2及接地端子VSS与电池连接的场合，正向电流会从中间端子VC2经由寄生二极管流到电源端子VDD，寄生双极性晶体管12响应该正向电流(基极电流)而工作，从而逻辑电路11会出现误动作。由于该误动作，第二电池保护电路10可能会输出使电池装置不能使用的信号。

因而，与第二电池保护电路10的各端子和各电池的连接顺序相关的限制变得必要，由此电池装置的制造工艺变得复杂而且成品率降低，提高了电池装置的制造成本。

发明内容

本发明鉴于上述问题构思而成，提供可降低制造成本的电池保护电路及电池装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种保护串联连接的多个电池的电池保护电路，包括最上级的所述电池的正极端子经由开关组连接的电源端子、最下级的所述电池的负极端子经由所述开关组连接的接地端子、以及所述电池间的连接点经由所述开关组连接的中间端子，所述电池保护电路的特征在于包括：监视各所述电池的电压的多个监视电路；当所述电池的电压在规定电压以上时，进行截断各所述电池的充放电路径的动作的逻辑电路；设置在所述中间端子的第一阱；没有设置在所述中间端子而接近所述第一阱地配置的第二阱；以及没有设置在所述中间端子而接近所述第一阱地配置，且包围所述第一阱的第三阱。

此外，为了解决上述问题，本发明提供一种电池装置，具备电池保护电路，该电池保护电路保护串联连接的多个电池，且具有最上级的所述电池的正极端子经由开关组连接的电源端子、最下级的所述电池的负极端子经由所述开关组连接的接地端子以及所述电池间的连接点经由所述开关组连接的中间端子，所述电池装置的特征在于包括所述电池保护电路、多个所述电池和所述开关组，其中所述电池保护电路包括：监视各所述电池的电压的多个监视电路；当所述电池的电压在规定电压以上时，进行截断各所述电池的充放电路径的动作的逻辑电路；设置在所述中间端子的第一阱；没有设置在所述中间端子而接近所述第一阱地配置的第二阱；以及没有设置在所述中间端子而接近所述第一阱地配置，且包围所述第一阱的第三阱。

在本发明中，在电池保护电路的所有端子分别与各电池连接之前，即便因它们的连接顺序，引起第一阱及第二阱的寄生双极性晶体管动作致使逻辑电路误动作，逻辑电路也会借助第一阱及第三阱的寄生双极性晶体管的动作而复位，因此电池的充放电路径不会因它们的连接顺序而被截断。因此，没有了与它们的连接顺序相关的限制，从而电池装置的制造工艺变得简单且成品率变高，降低了电池装置的制造成本。

附图说明

图1是电池保护电路的示图。

图2是表示电池保护电路的布局图。

图3是表示电池保护电路的布局图。

图4是表示传统电池保护电路的布局图。

(符号说明)

BAT1～BAT4......电池；SW1～SW5......开关；VDD......电源端子；VC1～VC3......中间端子；VSS......接地端子；VOUT......输出端子；20......熔丝；30......电池保护电路；31......逻辑电路；31a......复位电路；32～33......寄生双极性晶体管；32a～32b、33b......P阱；34......下拉电阻；36～39......比较电路；36a～39a......基准电压电路。

具体实施方式

以下，参照附图，就本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

首先，就电池保护电路的结构进行说明。图1是电池保护电路的示图。图2是表示电池保护电路的布局图。

电池装置具有电池BAT1～BAT4、开关SW1～SW5、电池保护电路30及熔丝20。电池保护电路30具备电源端子VDD、中间端子VC1～VC3、接地端子VSS及输出端子VOUT。此外，电池保护电路30具备下拉电阻34、比较电路36～39、基准电压电路36a～39a及逻辑电路31。逻辑电路31具有复位电路31a。比较电路及基准电压电路具有监视电路的功能。

比较电路38具有P阱32a及P阱33b。逻辑电路31具有P阱32b。电池保护电路30在P阱32a和N衬底之间具有寄生二极管，其中P阱32a与中间端子VC2连接。此外，电池保护电路30具有寄生双极性晶体管32，该寄生双极性晶体管32的基极为N衬底，发射极为P阱32a，集电极为P阱32b。此外，电池保护电路30具有寄生双极性晶体管33，该寄生双极性晶体管33的基极为N衬底，发射极为P阱32a，集电极为P阱33b。

电池BAT1～BAT4依次串联连接。电池BAT1的正极端子经由开关SW1连接到电源端子VDD。电池BAT2的正极端子经由开关SW2连接到中间端子VC1。电池BAT3的正极端子经由开关SW3连接到中间端子VC2。电池BAT4的正极端子经由开关SW4连接到中间端子VC3。电池BAT4的负极端子经由开关SW5连接到接地端子VSS。此外，电池BAT1的正极端子经由熔丝20连接到充电器(未图示)或负载(未图示)。电源端子VDD、中间端子VC1、中间端子VC2和中间端子VC3，分别连接到比较电路36～39的非反相输入端子。基准电压电路36a～39a的输出端子分别连接到比较电路36～39的反相输入端子。比较电路36～39的输出端子分别连接到逻辑电路31的各输入端子。逻辑电路31的输出端子与输出端子VOUT连接。在输出端子VOUT与电池BAT1的正极端子之间设有熔丝20。下拉电阻34的一端与接地端子VSS连接，另一端与P阱33b及复位电路31a的输入端子连接。

寄生双极性晶体管32的基极与电源端子VDD连接，发射极与P阱32a连接，集电极与32b连接。寄生双极性晶体管33的基极与电源端子VDD连接，发射极与P阱32a连接，集电极与33b连接。P阱32a与中间端子VC2连接。下拉电阻34的一端与接地端子VSS连接，另一端与P阱33b及复位电路31a的输入端子连接。

还有，在电源端子VDD与逻辑电路31之间，设有稳压器(未图示)，该稳压器从电源端子VDD的电压生成比电源端子VDD的电压低的一定的电压。此外，在比较电路36～39与逻辑电路31之间，设有电平移位器电路(未图示)，该电平移位器电路将比较电路36～39的输出电压的电平向低处移位。此外，在逻辑电路31和输出端子VOUT之间，设有电平移位器电路(未图示)，该电平移位器电路将逻辑电路31的输出电压的电平向高处移位。

在此，P阱32a设置在中间端子VC2。P阱32b没有设置在中间端子VC2，而是接近P阱32a地配置。P阱33b没有设置在中间端子VC2，而是接近P阱32a地配置，且包围P阱32a地配置。

此外，复位电路31a电路设计成为在P阱33b的电压为中间端子VC2的电压附近时，使复位电路31a的输入端子的电压成为高电平。

此外，基准电压电路36a～39a生成基准电压。基于基准电压，基准电压电路36a～39a及比较电路36～39分别监视电池BAT1～BAT4的电压。若电池BAT1～BAT4的电压在基准电压以上，则逻辑电路31工作，以使电池BAT1～BAT4的充放电路径截断。

此外，比较电路36～39及基准电压电路36a～39a的电源电压是电源端子VDD的电压。即，比较电路36～39及基准电压电路36a～39a位于高压区域。逻辑电路31的电源电压是稳压器生成的比电源端子VDD的电压低的一定的电压。即，逻辑电路31位于低压区域。

此外，电池保护电路30形成在N衬底的基板上。

接着，就以下情形即在连接电源端子VDD之前连接中间端子VC2，电池保护电路30正在与电池BAT1～BAT4连接，仅开关SW3及开关SW5导通，中间端子VC2与电池BAT3的正极端子连接，接地端子VSS与电池BAT4的负极端子连接的情形的、电池保护电路30的动作进行说明。

P阱32a成为电池保护电路30的最高电压，因此正向电流从中间端子VC2经由寄生二极管流入电源端子VDD，通过该正向电流(基极电流)，寄生双极性晶体管32工作。因而，电流从作为发射极的P阱32a流入作为集电极的P阱32b，P阱32b的电压成为中间端子VC2的电压。

此时，与上述同样地寄生双极性晶体管33也工作，电流会从作为发射极的P阱32a流入作为集电极的P阱33b，P阱33b的电压也成为中间端子VC2的电压，复位电路31a的输入端子的电压成为高电平。在这种情况下，复位电路31a强制地使逻辑电路31内部的规定触发器(未图示)等复位，因此逻辑电路31复位，逻辑电路31不会输出使电池装置不能使用的信号。

在此，中间端子VC2的电压因寄生双极性晶体管32～33而成为与电源端子VDD的电压大致相等。该电源端子VDD的电压是逻辑电路31及复位电路31a的电源电压，因此中间端子VC2的电压成为逻辑电路31及复位电路31a的电源电压。因而，当P阱33b的电压成为中间端子VC2的电压附近时，逻辑电路31及复位电路31a识别P阱33b的电压为高电平。

接着，就以下情形即电池保护电路30与电池BAT1～BAT4连接完，开关SW1～SW5导通，接地端子VDD与电池BAT1的正极端子连接，中间端子VC1～VC3与电池BAT2～BAT4的正极端子连接，接地端子VSS与电池BAT4的负极端子连接的情形的、电池保护电路30的动作进行说明。

N衬底成为电池保护电路30的最高电压，因此正向电流不会从中间端子VC2经由寄生二极管流入电源端子VDD，寄生双极性晶体管32～33不会工作。因而，减少了相应的电流损耗。在此，下拉电阻34下拉P阱33b，因此P阱33b的电压确定为接地电压附近。

此外，电池BAT1～BAT4被充电，电池BAT1～BAT4的电压变高，如果电池BAT1～BAT4中的任何一个电池例如电池BAT3的电压成为基准电压电路38a的基准电压以上，则比较电路38的输出电压就会成为高电平。此时电池BAT3的状态为过充电状态。该高电平信号通过逻辑电路31被进行延迟处理等，作为过充电检测信号从输出端子VOUT输出。

此外，进行逻辑电路31的延迟处理过程中，若电池BAT3的电压小于基准电压电路38a的基准电压，则比较电路38的输出电压成为低电平。此时电池BAT3的状态为正常状态。该低电平信号作为过充电检测解除信号输入到复位电路31a的输入端子。

如此，在电池保护电路30的全部端子分别与电池BAT1～BAT4连接之前，即便因它们的连接顺序，引起P阱32a～32b的寄生双极性晶体管32动作致使逻辑电路31误动作，逻辑电路31也会借助P阱32a及P阱33b的寄生双极性晶体管33动作而复位，因此，电池BAT1～BAT4的充放电路径不会因它们的连接顺序而被截断。因而，没有了这种与它们的连接顺序相关的限制，因此电池装置的制造工艺变得简单且成品率变高，降低了电池装置的制造成本。

此外，通过仅设置P阱33b及下拉电阻34而使逻辑电路31不会误动作，因此无需利用复杂制造工艺进行使逻辑电路31不会误动作的元件分离，复杂的制造工艺不再必要。从而，降低了制造成本。

还有，在图2中只记载了与中间端子VC2相关的寄生二极管及寄生双极性晶体管，但是实际上还存在与中间端子VC1及中间端子VC3相关的寄生二极管及寄生双极性晶体管(未图示)。此时，与各中间端子连接的各P阱，可由一个P阱包围，也可由各个P阱分别包围。

此外，逻辑电路31具有P阱32b，但也可令基准电压电路或比较电路具有P阱32b。

此外，在图2中使用四个电池，但也可使用小于四个或五个以上的电池。此时，对照电池的数目设置开关、中间端子以及包围与中间端子连接的P阱的P阱。

此外，当设计电路使过充电检测解除信号为高电平信号时，过充电检测解除信号的节点可连接在P阱33b。此时，无论输出过充电检测解除信号还是P阱33b的电压成为高电平，逻辑电路31都不会输出使电池装置不能使用的信号。

此外，其它复位功能单元的输出端子与P阱33b连接也可。此时，无论其它复位功能单元动作还是P阱33b的电压成为高电平，逻辑电路31都不会输出使电池装置不能使用的信号。

此外，若电池保护电路30形成于N衬底的基板，且电源端子VDD、中间端子VC1～VC3和接地端子VSS依次与电池BAT1～BAT4分别连接，则逻辑电路31不会输出使电池装置不能使用的信号。

此外，若电池保护电路30形成于P衬底的基板，且接地端子VSS、中间端子VC3～VC1和电源端子VDD依次与电池BAT4～BAT1分别连接，则逻辑电路31不会输出使电池装置不能使用的信号。

(第二实施方式)

在此，电池保护电路30形成于N衬底的基板，但如图3所示，电池保护电路40也可形成在P衬底的基板。这样，寄生双极性晶体管在图2中是PNP双极性晶体管，但在图3中成为NPN双极性晶体管。此外，熔丝20在图2中设于输出端子VOUT与电池BAT1的正极端子之间，但在图3中设于输出端子VOUT与电池BAT4的负极端子之间。

首先，就电池保护电路的结构进行说明。图3是表示电池保护电路的布局图。

电池装置具有电池BAT1～BAT4、开关SW1～SW5、电池保护电路40和熔丝20。电池保护电路40具备电源端子VDD、中间端子VC1～VC3、接地端子VSS和输出端子VOUT。此外，电池保护电路40具备上拉电阻44、比较电路(未图示)、基准电压电路(未图示)和逻辑电路41。逻辑电路41具有复位电路41a。比较电路和基准电压电路具有监视电路的功能。

比较电路具有N阱42a及N阱43b。逻辑电路41具有N阱42b。电池保护电路40具有在中间端子VC2上连接的N阱42a与P衬底之间的寄生二极管。此外，电池保护电路40具有基极为P衬底、发射极为N阱42a且集电极为N阱42b的寄生双极性晶体管42。此外，电池保护电路40具有基极为P衬底、发射极为N阱42a且集电极为N阱43b的寄生双极性晶体管43。

在此，N阱42a设置在中间端子VC2。N阱42b没有设置在中间端子VC2，而接近N阱42a地配置。N阱43b没有设置在中间端子VC2，而接近N阱42a地配置，且包围N阱42a地配置。

此外，复位电路41a被电路设计成为当N阱43b的电压成为中间端子VC2的电压附近时，使复位电路41a的输入端子的电压成为低电平。

接着，就以下情形即连接接地端子VSS之前连接中间端子VC2，且电池保护电路40正在与电池BAT1～BAT4连接的过程中，只开关SW1及开关SW3导通，电源端子VDD与电池BAT1的正极端子连接，中间端子VC2与电池BAT3的正极端子连接的情形的、电池保护电路40的动作进行说明。

若N阱42a的电压成为中间端子VC2的电压，且P衬底的电压高于N阱42a的电压，则正向电流从接地端子VSS经由寄生二极管流入中间端子VC2，通过该正向电流(基极电流)使寄生双极性晶体管42动作。因而，电流从作为集电极的N阱42b流入作为发射极的N阱42a，N阱42b的电压成为中间端子VC2的电压。

此时，寄生双极性晶体管43也与上述同样地动作，电流从作为集电极的N阱43b流入作为发射极的N阱42a，N阱43b的电压也成为中间端子VC2的电压，复位电路41a的输入端子的电压成为低电平。这样，复位电路41a就会使逻辑电路41内部的预定触发器(未图示)等强制地复位，因此逻辑电路41被复位，逻辑电路41不会输出使电池装置不能使用的信号。

Claims (2)

1.一种保护串联连接的多个电池的电池保护电路，其特征在于具备：

所述多个电池中最上级的电池的正极端子经由开关组连接的电源端子；

所述多个电池中最下级的电池的负极端子经由所述开关组连接的接地端子；

所述多个电池间的连接点经由所述开关组连接的中间端子；

监视各所述电池的电压的多个监视电路；以及

当所述电池的电压在规定电压以上时，进行截断各所述电池的充放电路径的动作的逻辑电路，

所述监视电路，具备设置在所述中间端子的第一阱；以及没有设置在所述中间端子而接近所述第一阱地配置，且包围所述第一阱地配置的第三阱，

所述监视电路或所述逻辑电路，具备没有设置在所述中间端子而接近所述第一阱地配置的第二阱。

2.一种电池装置，具备电池保护电路，该电池保护电路保护串联连接的多个电池并具有最上级的所述电池的正极端子经由开关组连接的电源端子、最下级的所述电池的负极端子经由所述开关组连接的接地端子、以及所述电池间的连接点经由所述开关组连接的中间端子，所述电池装置的特征在于，

包括所述电池保护电路、多个所述电池和所述开关组，

所述电池保护电路包括：

监视各所述电池的电压的多个监视电路；以及

当所述电池的电压在规定电压以上时，进行截断各所述电池的充放电路径的动作的逻辑电路，

所述监视电路包括设置在所述中间端子的第一阱；以及没有设置在所述中间端子而接近所述第一阱地配置，且包围所述第一阱地配置的第三阱，

所述监视电路或所述逻辑电路，包括没有设置在所述中间端子而接近所述第一阱地配置的第二阱。

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