[发明专利]用于电池组应用的低侧NMOS保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及电池监控集成电路的领域。更具体地说，本发明涉及集成了电池组保护的集成电路，所述集成电路具有需要与电池进行诸如燃料测定或外部组电压、电流和温度监控的通信的功能。

背景技术

集成电池监控电路防止过压和欠压状况，并且它们最大化了充电之间的电池使用时间，最小化了充电时间，以及提高总的电池使用时间。用于例如一些PDA、MP3、数字相机、以及膝上型电脑的电池已经集成了设计于它们内部的电池监控电路，该电池监控电路保证恰当地管理可靠功率的投递。没有这些电池监控集成电路，即使是精细调节的手持设备也会呈现问题，问题诸如是过压和欠压状况。顺便说一句，过充潜在地是一个非常危险的问题。过充是对电池充电至超过其电容量的状态，其能够引起电池爆炸、泄漏或者对电池的无法逆转的损伤。其也可以对过充电池后来要用于其中的充电器或者设备造成损伤。

电池监控集成电路也提供其它关键优点，包括最大化充电之间的电池使用时间，最小化电池充电时间，以及提高电池使用时间。电池监控集成电路的另一个方面是其用以检测和监控电池中的电压电平的功能设计。当超过某些参数阈值或者存在危险状况时，这些监控电路通过外部或内部控制机制起作用，以便如编程地那样保护监控的电池并校正问题。已知监控电路有各种名称，这些名称包括电池监控器、电池保护电路、和电池燃料计电路，并且可以包括电池充电电路和复位电路。

通常来说，监控电路使用高边PFET晶体管或者高边NFET晶体管作为开关或导通(pass)设备。由于它们的尺寸和电流的要求，PFET或NFET在监控电路的外部，并且每种拓扑图都有其固有的优点和缺点。

图1A是具有监控电路103的高边电池充电和放电系统100的范例。在此范例中，开关设备是PMOS晶体管101和102，且引接(reference)至诸如PACK+107的块状电源(bulk power source)。如前所述，PMOS开关101和102由于其尺寸和电流处理的要求而在电路103的外部。

通常来说，电路103放在适当的地方来监控两种故障状况：当过量的电流流入电池106的正极端子时，以及当过量的电流流入电池106的负极端子时。由于老化相关的电路退化、跨块状电源的短路、或者任何数量的原因，该故障状况可以发生。

在过电流流入电池106的正极端子的故障状况中，电路103能够通过测量跨两个PMOS开关101和102的电压并将该电压与预定阀值进行比较来检测过电流。如果该电压超过阀值，则充电驱动器104关断PMOS101。从PACK+107起，经过两个PMOS开关101和102、电池106至PACK-108的电路断开。此外，PMOS101内的寄生二极管(未示出)变为反向偏置的并且阻止除任何泄漏电流以外的所有电流流入电池106的正极端子。

在过电流流入电池106的负极端子的故障状况中，电路103类似地能够通过测量跨两个PMOS开关101和102的电压并将该电压与预定阀值进行比较来检测过电流。放电驱动器105关断PMOS102，并且与以上所述相同的电路断开。而且，PMOS102内的寄生二极管变为反向偏置的，并且流入电池106的负极端子的所有电流中断。

如上所述，图1A中的系统100由于使用了PMOS晶体管作为开关，所以遭受成本的增加。固有地，PMOS晶体管遭受较低的载流子迁移率的影响，并且因此必须是对应的NMOS晶体管的2.8倍大以具有相同的灌电流或拉电流(current sinking or sourcing)能力。结果，对于成本是重要参数的系统，PMOS晶体管的使用可以增加不可接受的成本。

图1B示出了具有图1A中所示出的系统100的替代拓扑图的电池保护系统120。系统120利用了引接至诸如PACK+127的块状电源的NMOS晶体管121和122。在系统120中，监控电路123包括如图所示出的和如下文所描述的放电驱动器124和充电驱动器125。监控电路123耦合至电池126。

系统120以与图1A中的系统100非常类似的方式操作。如果存在流入电池126的过电流，则NMOS122由充电驱动器125关断。同样地，如果存在从电池126流出的过电流，则放电驱动器124关断NMOS121。