專利名稱：充電/放電控制電路和充電式電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種充電/放電控制電路，通過開關電路的接通/斷開操作能夠控制蓄電池的充電/放電，以及使用這種電路的一種充電式電源電路。
背景技術：
作為由蓄電池構成的常規(guī)的充電式電源裝置，已經知道的是圖2的電路方框圖示出的電源裝置。這種結構在例如題為“充電式電源裝置”的日本未經審查的專利公報的平4-75430中公開了。也就是，蓄電池101經開關電路103連接外端子-VO 105或+VO 104。充電和放電控制電路102也與蓄電池101并聯連接。
充電/放電控制電路102具有檢測蓄電池101的電壓的功能。在蓄電池處于過充電狀態(tài)(電池電壓高于給定的電壓值的一種狀態(tài)；以下稱為“過充電保護狀態(tài)”)或處于過放電狀態(tài)(電池電壓低于給定的電壓值的一種狀態(tài)；以下稱為“過放電保護狀態(tài)”)的情況下，充電/放電控制電路102輸出一個信號，將開關電路103斷開。此外，當外端子+VO 104達到一定電壓時，如果放電操作停止，它能夠限制流經開關電路103的電流。換言之，當流經開關電路103的電流過大時放電操作能停止(過流控制)。這種狀態(tài)以下稱為“過流保護狀態(tài)”。
作為由蓄電池構成的常規(guī)充電式電源裝置的另一個例子，還知道的是圖3的電路方框圖示出的電源裝置。設計這個電路把圖2中所示的開關電路103與蓄電池的負極111串聯連接。
圖4顯示了一個具體的充電/放電控制電路的電路方框圖的常規(guī)示例。蓄電池101經開關電路103連接到一個外端子-VO 105。開關電路103由兩個n溝道FET(場效應晶體管)組成。充電/放電控制電路102檢測蓄電池101上的電壓。充電/放電控制電路102由一個過充電檢測比較器119，一個過放電檢測比較器118，一個過電流檢測比較器117，一個基準電壓電路A 116，一個基準電壓電路B 114，一個分壓電路A 120，一個分壓電路B121，一個輸出邏輯控制電路124等組成。充電/放電控制電路102通過信號線107A和107B連接到開關電路103以便發(fā)送開關電路103的接通/斷開信號。對蓄電池101進行充電的充電器和可由蓄電池101驅動的設備(從蓄電池看的負載)被連接在外端子+VO 104和-VO 105之間。FET-A 112和FET-B 113串聯連接到外端子-VO 105或+VO 104。
過充電檢測比較器119和過放電檢測比較器118具有一個功能，可對蓄電池101上的電壓和基準電壓電路116上的電壓進行比較。由于輸出邏輯控制電路124根據比較器119和118各自的輸出而發(fā)送一個信號到端子125A和125B，各自的FET柵壓依據各個狀態(tài)變化，以致于接通/斷開蓄電池的充電/放電操作。例如，在過充電狀態(tài)，過充電檢測比較器119的正輸入端電壓高于基準電壓電路116的電壓，并且比較器119的輸出從低變換到高。當輸出信號輸入到輸出邏輯控制電路124時，在開關電路中的FET-B113的柵壓從高變到低。結果，放電電流不流入蓄電池101，從而停止充電操作。
過電流檢測比較器117比較外端子-VO 105的電壓和基準電壓電路B114上的電壓并依據各個狀態(tài)輸出一個信號到輸出邏輯控制電路124。在過電流保護狀態(tài)，輸出邏輯控制電路124發(fā)送一個信號到FET-A 112以便停止放電操作，同時發(fā)送一個信號到FET-C 126s，從而通過電阻127降低外端子-VO 105的電壓。在檢測了過電流之后，當負載109超出過電流保護狀態(tài)時，就需要下降，以便穩(wěn)定外端子-VO 105的電壓在基準電壓B 114的電壓上或更低并返回到正常狀態(tài)。
盡管用一個FET代替上面的開關電路實現開關是可能的，但需要改變FET的柵電位和基極電位以便達到上述的結果。如果沒有進行上述改變，由于FET的源極電位高于漏極電位，上述的充電/放電控制是不可能的。目前，通常采用兩個FET來控制充電/放電。
然而，在這樣構成的充電/放電的控制電路中，當負載超出過電流保護狀態(tài)并且充電/放電控制電路返回到正常狀態(tài)時，將出現參考圖4敘述的以下缺點。
當負載超出過電流保護狀態(tài)時，為了充電/放電控制電路能自動恢復，需要使外端子-VO 105的電壓變成基準電壓B 114的電壓Va或更低。為此，當負載超出過電流保護狀態(tài)時，一個開路阻抗必須是一個恒定值(Ra)或大于電阻127(Rb)。如果蓄電池101是Vb，Ra能由下式表示。
Ra＞Rb(Vb/Va-1) …(1)在正常操作過程中，通常Vb設置為大約3.5V。在充電/放電控制裝置是由半導體集成電路組成的情況下，當充電器108連接到充電/放電控制裝置時，由于外端子-VO 105的電位變?yōu)榈陀谛铍姵氐呢摌O111的電位，且電流從FET-C 126的漏極流經電阻127(Rb)，Rb通常被設為大約100KΩ以便限制該電流。Va通常設為大約0.1V，它的值基于FET-A 112和FET-B 113的電阻以及流過電阻的電流設置的。
如果上面提到的值輸入到公式(1)中，Ra表示如下RA＞100KΩ(3.5V/0.1-1)＝3.4MΩ發(fā)明內容按照諸如安裝的基片的特性，實際的開路阻抗有可能變?yōu)?MΩ或低于1MΩ，并且僅僅在負載超出過電流保護狀態(tài)的時候，充電/放電控制電路不能返回到正常的狀態(tài)。因此，本發(fā)明的一個目的是解決這一技術問題。
為了實現上述目的，按照本發(fā)明，提供一種充電/放電控制電路，當充電式電源裝置從過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)時，具有不同于檢測過電流的檢測電壓的另一個返回檢測電壓。
根據本發(fā)明的一種充電/放電控制電路，能夠控制用于調節(jié)能夠充電和放電的蓄電池的電流的電流限制裝置，而且能夠監(jiān)視所述蓄電池的電壓和電流中的任意一個或兩個，所述充電/放電控制電路包括一個過電流檢測裝置，用于監(jiān)視由所述蓄電池可放電的過電流作為電壓信息；其中由所述過電流檢測裝置檢測的隨放電電流增加的電壓與所述過電流檢測裝置在檢測狀態(tài)返回時隨放電電流減少的電壓是不同的。
根據本發(fā)明的一種充電/放電控制電路，能夠控制用于調節(jié)能夠充電和放電的蓄電池電流的電流限制裝置，而且能夠監(jiān)視所述蓄電池的電壓和電流中的任意一個或兩個，所述充電/放電控制電路包括一個過電流檢測裝置，用于監(jiān)視由所述蓄電池可放電的過電流作為電壓信息；其中由所述過電流檢測裝置檢測的隨放電電流增加的電壓絕對值大于通過所述過電流檢測裝置在檢測狀態(tài)返回時隨放電電流減少的電壓絕對值。
根據本發(fā)明的一種充電式電源裝置，具有能充電和放電的一個蓄電池，一個電流限制裝置，用于調節(jié)所述蓄電池的電流，和一個充電/放電控制電路，能夠監(jiān)視所述電流限制裝置和能夠監(jiān)視在所述蓄電池外端子的正極和負極之間的電壓和電流的任意一個或兩個，其中所述充電/放電控制電路包括一個根據本發(fā)明的充電/放電控制電路。
本發(fā)明的充電/放電控制電路的有益效果在于，只有當充電式電源裝置的開路阻抗低時，充電/放電控制電路確保從過電流保護狀態(tài)返回正常的狀態(tài)。


從結合附圖的以下詳細描述中本發(fā)明在這些和其他的目的及優(yōu)點將更加明顯，其中圖1是表示按照本發(fā)明的一個充電式電源裝置的電路方框例子的說明圖；圖2是表示常規(guī)的一個充電式電源裝置的電路方框例子的說明圖；圖3是表示常規(guī)的充電式電源裝置的另一個電路方框例子的說明圖；圖4是表示常規(guī)的充電式電源裝置的另一個電路方框例子的說明圖；圖5是表示按照本發(fā)明的充電式電源裝置的另一個電路方框例子的說明圖；圖6是表示按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框例子的說明圖；
圖7是表示按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框例子的說明圖；圖8是表示按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框例子的說明圖；圖9是表示按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框例子的說明圖；圖10是表示按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框例子的說明圖。
具體實施例方式
現在參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行更詳細的描述。
圖1是說明按照本發(fā)明的一個充電式電源裝置的電路方框示例圖。
在圖1顯示的電路中，一個過電流返回檢測比較器128和一個基準電壓C 129被加到圖4的電路中?；鶞孰妷篊 129被設為電壓Vc，它高于基準電壓B 114。當過電流檢測比較器117檢測到一個過電流時，過電流返回檢測比較器128處于返回檢測狀態(tài)，并且FET-A 112不輸出邏輯控制電路124接通，直到過電流返回檢測比較器128反向為止以便不出現故障。同樣，FET-A 112不斷開直到過電流檢測比較器117在過電流返回的時間反向。在這種情況下，如果Vc是1V，開路阻抗Ra由下面的表示式(1)表示Ra＞100KΩ(3.5V/1V-1)＝0.25MΩ在這種情形下，在過電流檢測端115的電壓，即從過電流檢測的返回電壓是1V。
如上所述，因為過電流檢測電壓是0.1V，而從過電流檢測的返回電壓是1V，即使負載的開路阻抗是1MΩ或少于1MΩ，充電/放電控制裝置必定從過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)，這是顯而易見的。
圖5是說明按照本發(fā)明的充電式電源裝置的另一個電路方框示例圖。
與圖1的電路的不同點在于，開關電路103由P溝道FET的一個FET-D 132和一個FET-E 133組成，并且充電/放電控制電路102的結構隨需要而變化以便對由P溝道FET組成的開關電路103進行控制。一個過充電檢測比較器119，一個過放電檢測比較器118，一個基準電壓電路A 116，一個分壓電路A 120，一個分壓電路B 121，一個磁滯電路A 122和一個磁滯電路B 123共同形成了一個過充電/放電檢測電路141。
除了一個基準改變到蓄電池101的正電壓端以外，過電流檢測電路142的工作與圖1中所示的電路是相同的。過電流檢測比較器117比較外端子+VO 104與基準電壓B 114的電壓并按照各個狀態(tài)輸出一個信號到輸出邏輯控制電路144。在過電流保護狀態(tài)，輸出邏輯控制電路144發(fā)送一個信號到FET-D 132以便停止放電操作，同時發(fā)送一個信號到FET-F 156，從而通過電阻127提升外端子+VO 104。在檢測到過電流后，當負載109超出過電流保護狀態(tài)時，需要把外端子+VO 104的電壓降低以便穩(wěn)定在基準電壓B 114的電壓或更低并返回該狀態(tài)到正常狀態(tài)。
設為電壓Vc的基準電壓C 129高于基準電壓B 114。當過電流檢測比較器117檢測到過電流時，過電流返回檢測比較器128處于一種返回檢測狀態(tài)，并且FET-D 132不輸出邏輯控制電路144接通，直到過電流返回檢測比較器128反向為止以便不出現故障。同樣地，FET-D 132不斷開直到過電流檢測比較器117在過電流返回的時間反向為止。在這種情況下，開路阻抗Ra以與表達式(1)的相同方式表示，并且Ra通過使用上述Rb，Vb和Vc的值與圖1中的表示一樣。
Ra＞100KΩ(3.5V/1V-1)＝0.25MΩ在這種情形下，在過電流檢測端115的電壓，即從過電流檢測的返回電壓是3.5至1V。
如上所述，因為過電流檢測電壓是3.5至0.1V而從過電流檢測的返回電壓是3.5至1V，即使負載的開路阻抗是1MΩ或少于1MΩ，充電/放電控制裝置必定從過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)，這是顯而易見的。
如上所述，即使在開關電路103是由P溝道FET組成的情況下，進行完全相同的操作是顯然的。
圖6是說明按照本發(fā)明的充電式電源裝置的另一個電路方框示例圖。
圖6的電路增加了一個電阻161到圖4的電路中。電阻161連接在過電流檢測端115和過電流檢測比較器117的輸入端及電阻127之間。在進行檢測過電流的情況下，由于FET-C 126是斷開的，當過電流檢測端115變?yōu)閳D4中基準電壓B 114的電位時，過電流被檢測。在另一方面，在從過電流檢測返回的情況下，由于FET-C126是接通的，當過電流檢測端115的電位高于基準電壓B 114時，充電/放電控制裝置返回。
假設在負載不符時開路阻抗是Ra，電阻127的電阻是Rb，電阻161的電阻是Rc，如果基準電壓B 114的電壓是Va和蓄電池101的電壓是Vb，Ra能用下式表示。
Ra＞Rb(Vb/Va-1)-Rc …(2)在這種情形下，過電流檢測端115的電壓，即從過電流檢測返回的電壓Vd表示如下Vd＜(Rb+Rc)/Rb*Va …(22)在這個表達式中，例如，假設Rb＝10KΩ，Rc＝90KΩ，Va＝0.1V和Vb＝3.5V，Ra＞10KΩ(3.5V/0.1V-1)-90KΩ＝0.25MΩVd＜(10KΩ+90KΩ)/10KΩ*0.1V＝1V如上所述，因為過電流檢測電壓是0.1V，而從過電流檢測的返回電壓是1V，即使負載的開路阻抗是1MΩ或少于1MΩ，充電/放電控制裝置必定從過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)，這是顯而易見的。
此外，由于Rb+Rc＝100KΩ，過電流檢測端115的輸入阻抗與圖4中的阻抗是相同的。順便說一下，由于Rb和Rc可隨意設置，從過電流檢測返回所需的開路阻抗能按照用途隨意設置。
圖7是說明按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框示例圖。
在圖7中，使用由P-溝道FET組成開關電路103的充電式電源裝置的結構變?yōu)榕c圖6的結構相同。顯然進行與圖6相同的操作。
圖8是說明按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框示例圖。
圖8的電路具有圖1和圖6二者的功能。
假設在負載超出時開路阻抗是Ra，電阻器127的電阻是Rb，電阻器161的電阻是Rc，蓄電池101的電壓是Vb，和基準電壓C 129的電壓是Vc，Ra可用下式表示。
Ra＞Rb(Vb/Vc-1)-Rc …(3)在這種情況下，過電流檢測端115的電壓，即從過電流檢測返回的電壓Vd表示如下Vd＜(Rb+Rc)/Rb*Vc …(22)在這個表達式中，例如，假設Rb＝136KΩ，Rc＝90KΩ，Vb＝3.5V，和Vc＝1V，Ra＞136KΩ(3.5V/1V-1)-90KΩ＝0.25MΩVd＜(136KΩ+90KΩ)/136KΩ*1V＝1.66V如上所述，因為過電流檢測電壓是0.1V，而從過電流檢測的返回電壓是1.66V，即使負載的開路阻抗是1MΩ或少于1MΩ，充電/放電控制裝置必定從過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)，這是顯而易見的。
此外，由于Rb+Rc＝226KΩ，甚至具有與其他例子中相同的返回阻抗，過電流檢測端115的輸入阻抗能設置為高。當充電器108被連接到充電/放電控制裝置時，通過使外端子-VO105的電位低于蓄電池負極的電位，在充電/放電控制裝置102是由半導體集成電路形成的情況下，這對于限制流過FET-C 126的寄生二極管的電流是有效的。
圖9是說明按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框示例圖。
在圖9中，使用由P溝道FET組成開關電路103的充電式電源裝置的結構變?yōu)榕c圖8的結構相同。顯然進行與圖8的操作相同的操作。
圖10是表示按照本發(fā)明的充電式電源裝置的又另一個電路方框示例圖。
圖10的電路把一個返回電壓調整電路162增加到圖6的電路中。返回電壓調整電路162例如可以由一個保險絲組成，和電阻器127與電阻器161的比率可通過斷開一個任意的保險絲而任意的調節(jié)，并且調節(jié)來自過電流檢測的返回電壓以便快速響應各種開路阻抗的請求。不用說，返回電壓調整電路162可以用于除圖6實施例以外的其他的實施例。
此外，返回電壓調整電路162能由任意的電路構成，只要這個電路能調節(jié)返回電壓，而且本發(fā)明并不局限于這些實施例。
另外，為了能夠穩(wěn)定地控制由于各種因素引起的過度的電壓浮動，包括由于上面提到的負載109和充電器108的添加/拆去所引起的，在這個實施例的充電/放電控制電路102的需要部分增加一個延遲電路是有效的。
例如，由于檢測信號和返回信號輸入到輸出邏輯控制電路24，直到一個信號輸出到FET-A 112，FET-B 113和FET-C 126，如果增加一個適當的延遲電路，能夠很穩(wěn)定的進行控制。
這個實施例的電路解決了常規(guī)電路存在的問題，如上所述的，對使用蓄電池的所有環(huán)境沒有不良的影響。
上述的諸實施例控制蓄電池的充電/放電的工作。然而，即使把多個電池串聯連接，如果改變結構，使得各個電池的電壓都能由充電/放電控制電路102進行檢測的話，充電/放電控制裝置可以簡單地構成，而且本發(fā)明這樣的結構中也是有效的。
在這個實施例中，充電/放電控制電路除了可由一個雙極性晶體管構成以外，還可由一個C-MOS(互補金屬-氧化物-半導體)電路構成，并且實現是容易的。
此外，當充電/放電控制裝置從過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)時，如果構成本發(fā)明使其具有不同于檢測過電流的檢測電壓的另一個返回檢測電壓，能夠應用任何其它的電路結構，而且本發(fā)明并不局限于上述的實施例。
如上所述，按照本發(fā)明，即使通過一個等于或小于1MΩ的電阻使負載開路，充電/放電控制裝置必定從過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)，從而提高了產品的可靠性。
為了說明和敘述的目的，前面的描述已經給出了本發(fā)明的多個實施例。不是要排他地或者限制本發(fā)明在所公開的準確的形式，而按照上述的教導或可從本發(fā)明實踐中得到的啟示，各種修改和變化是可能的。選擇和描述實施例僅是為了解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，使本領域的普通技術人員可以利用各種實施例的本發(fā)明和具有適合于特定的應用的各種修改。本發(fā)明的保護范圍由所附的權利要求或與其等效的范圍限定。
權利要求
1.一種充電/放電控制電路，用于蓄電池的充電和放電，包括第一外端子，通過開關電路連接到所述蓄電池；第二外端子，連接到所述蓄電池的另一側；電阻電路，連接在所述第一外端子和所述蓄電池之間；過電流檢測電路，用于將由所述蓄電池的電流在所述開關電路所產生的一個過電流檢測電壓與一個第一基準電壓相比較，并且用于控制所述開關電路當所述過電流檢測電路檢測到所述過電流檢測電壓高于所述第一基準電壓的過電流檢測時便停止所述蓄電池的電流；和過電流返回檢測電路，用于將由所述蓄電池的電流在所述電阻電路所產生的一個過電流返回電壓與一個第二基準電壓相比較，并且用于控制所述開關電路當所述過電流返回檢測電路檢測到所述過電流返回電壓低于所述第二基準電壓時允許所述蓄電池的電流流過，其中，所述第一基準電壓低于所述第二基準電壓。
2.如權利要求1所述的充電/放電控制電路，還包括一個與所述電阻電路串聯連接的晶體管，其中由于所述晶體管在所述過電流檢測期間的操作而使所述電阻電路產生一個過電流返回電壓。
3.如權利要求1所述的充電/放電控制電路，其中所述蓄電池的電壓是3.5伏，所述第一基準電壓是0.1伏，所述第二基準電壓是1.0伏，并且所述電阻電路的電阻是100千歐。
4.一種充電式電源裝置，具有蓄電池、開關電路、和如權利要求1所述的充電/放電控制電路。
全文摘要
一種充電/放電控制電路具有一個電路結構，當從一種過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)時，具有不同于檢測過電流的檢測電壓的另一個返回檢測電壓。使用這樣的結構，即使處于低阻抗的1MΩ或小于1MΩ的負載開路的情況下，充電/放電控制裝置必定從過電流狀態(tài)返回到正常狀態(tài)。
文檔編號H02J7/00GK1812221SQ20051012909
公開日2006年8月2日 申請日期2001年5月12日 優(yōu)先權日2000年5月12日
發(fā)明者櫻井敦司, 山崎浩一 申請人:精工電子有限公司