[发明专利]电源监控集成电路及电池组

说明书

本发明涉及用于监控锂离子电池等的电压的电源监控集成电路器件(以下称为“电源监控IC”)以及含有这种电源监控IC的电池组。

电源监控IC监控例如锂离子电池等电池的电压，并进行必要的控制操作，以避免电池进入过充电或过放电状态。例如，当电池电压高于过充电电压时，电源监控IC输出控制信号，关断与电池串联连接的开关器件，禁止电池继续充电。例如对于锂离子电池来说，过充电电压为4.2伏。

然而，当电池充电到接近过充电电压时，由于噪声等的存在，电池的电压(即被检测电压)可能会暂时超过过充电电压。在这种情况下如果电源监控IC对其响应立即输出控制信号，就会产生错误的检测结果。这将使电池不可能充满到尽可能接近过充电电压，因此使电池的使用时间比其应该使用的时间缩短。由于这个原因，如图3所示，在电源监控IC中提供禁止响应间隔设置电路，用来设置对噪声不响应的禁止响应间隔(即不输出对应噪声的控制信号的时间间隔)。这样，只有被检测电压高于过充电电压维持的时间长度大于禁止响应间隔时，电源控制IC才输出控制信号。这样，防止了产生错误的检测。

在图3中，输出电流I1的恒流源1通过开关器件2连接到晶体管3c的基极。当电池的电压超过过充电电压时，高电平信号S1加到开关器件2。当这个信号S1加到开关器件2时，开关器件2关断。用开关晶体管等作为开关器件2。晶体管3c的发射极连接到地，集电极连接到恒流源4。

在晶体管3c的集电极和地之间，连接着用于设置禁止响应间隔的电容器5。为了检测电容器5两端的电压，比较器6的同相输入端(+)连接到晶体管3c的集电极，比地电平高出禁止响应间隔设置电压Vref的电压送到比较器6的反相输入端(-)。

根据这个电路结构，当电池的电压高于过放电电压时，送入信号S1。使开关器件2关断，因此晶体管3c关断。恒流源4流出的电流I2送到电容器5，对其进行充电。这使电容器5两端的电压线性增加。比较器6把电压Vc与预定的禁止响应间隔设置电压Vref相比较，如果电压Vc高于Vref则输出高电平，如果电压Vc低于Vref则输出低电平。

现在，考虑由于噪声使得产生信号S1的情况。这时，开关器件2关断，因此晶体管3c也关断。结果，电容器5开始充电。然而，由于噪声通常持续的时间很短(即宽度窄)，因此信号S1立即消失，使开关器件2和晶体管3c接通。这样电容器5两端的电压Vc不会高于电压Vref。图4中说明了这种情况。图4中，VH代表过充电电压，Vi代表输入电压(在这种情况下，为电池电压和噪声的合成电压)。当晶体管3c接通时，流过集电极电流β^*I1(其中β表示晶体管3c的电流放大系数)，因此电容器5放电。这样即使由于噪声等的存在使被检测电压暂时超过过充电电压，比较器6也不输出信号S2。

相反，如图5所示，当被检测电压高于充电电压持续的时间长度比间隔T1长时，信号S1使开关器件2关断及使晶体管3c导通足够长的时间，使得电容器5两端的电压上升。当电压Vc高于电压Vref时，电源监控IC输出控制信号S2。禁止响应间隔T1由下式给出：

          T1＝C^*(Vref-Vsat)/I2

             ≈C^*Vref/I2

  (其中C表示电容器5的电容值，Vsat表示当电容器5充电时晶体管3c集电极-发射极之间的电压，Vsat≈0)

然而，在这种常规电源监控IC中，如图6(图6是图4中所示波形图的放大)所示，电容器放电需要间隔T2，而该间隔T2很难减少到充电间隔T1的百分之几到千分之几这么短。因此在具有高频时钟的设备中，例如手持电话，由于连续不断的高频噪声，输入电压Vi的波形可能如图7所示。在这种情况下，电容器5在放电完毕之前开始充电，因此电压Vc逐渐上升，直到在时间t1达到电压Vref。结果比较器6输出高电平信号S2。这样高频噪声会造成误操作。

为了防止这种误操作，必须如图8所示，最大化电容器5的放电速度，由此使时间周期T2最小(参看图6)。然而，在如上所述的常规电源监控IC中，是通过晶体管3c的集电极电流β^*I1放电的，因此为了提高放电速度，必须使电流I1增加。这增加了电源监控IC的电流消耗。由于电源监控IC利用电池馈送的电流进行监控，因此其电流消耗的增加是不期望的。

此外，电压Vsat依赖于温度，因此所使用的电路元件中与制造有关的特性和与温度有关的特性的偏离会导致禁止响应间隔的设置不准确。