用于电池供电设备的保护开关制造技术

供电给对输入电压敏感的设备１４的电池组件１２包括保护开关２８和控制电路２６。当电池件１２由充电器１０充电时，电池组件的电压达到设备１４的最大安全值，控制电路２６使保护开关２８电气上开断，以保护设备１４防止充电器输出可能的过电压。如果电池单元１６是锂离子型电池或有最大安全电压的类型电池，还要包括安全开关４９去切断通过电池单元１６的充电电流５２。采用电阻／电容结线５１，５３，使安全开关４９延迟动作，所以，它在保护开关２８以后开断。安全开关４９包括二极管５８，在安全开关切断充电电流的同时，允许设备１４继续供电。此外，如果电池组件１２通过设备接点２０和２４充电，需要二极管４０和４２来消除控制电路２６的测量误差。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及可充电电池领域，特别涉及用于可充电电池的电池过电压保护电路。随着电子电路集成化为更小、更高效的具体设备，诸如双路收音机，移动电话和计算机等复杂电子设备越来越多地变为便携式。与此同时，对于向便携式设备供电的优质电池系统的需求量日益增长。对于诸如移动电话和便携式计算机之类大功率的设备，可充电电池系统，特别是镍-镉和镍金属氢化物系统是最经济的选择。然而，电池的使用对这些设备的设计人员提出了重要的挑战，不使用稳压电源，设备不是运行在其一特定电压下，而是必须运行在一个输入电压范围内。此外，随着设备中不同子系统的接通和开断，电池电压连续地变化着，因此，问题是当电子电路的偏压在连续不断变化时，使设备能够始终如一地运行。无论在设备中或者在电池本身中，调节电池电压的手段和知识确实是现有的。将未经处理的电池电压转换成稳定电压而供给设备的集成化线性电压调节器也是可以得到的。然而，鉴于运行时间是一个关键的市场特性这个事实，线性调节器除了用于设备的小电流子系统外，均为很不经济的。投切式调节器(switched mode regulator)可以提供更有效的电池电压调节手段，但是价格和复杂性也阻碍此种手段用于低电流子系统。因此，电池电压可以以完全放电状态到正在充电时的峰值电压之间100％变化是留给便携式设备的设计人员的竞争。充电过程可以花费一小时或更长的时间，当电池正在充电时允许设备运行便是十分有利的。其结果是设备容易受充电器电压的影响。如前所述，最佳充电所需的峰值电压可以是非常高的。允许设备有效地运行在电池的运行电压范围内的解决方法因此可能会使设备在加以峰值充电器电压时发生不可逆转的损坏。对于手持通讯设备更是如此，它的无线电频率放大器通常是直接跨接到未经加工的电池电压上。有经验的电池系统设计人员通过限制充电器电压来保护设备，以避免损坏，但是牺牲了充电时间作为补偿。然而，第三方电池充电器的制造商可能并未认识到这样的限制，仍然生产和出售可能会损坏设备的充电器。出现这种情况时，用户却认为是设备有缺陷，并未意识到问题户是由充电器造成的。设备可能受到过高充电器电压影响的另一种情况出现于使用基于锂离子的电池时。基于此类的电池单元在能量密度方面比镍基电池有显著的优点，能向用户提供较长的运行时间，重量轻，或者是两者兼而有之。然而，这类电池单元对电压灵敏，为了安全起见，绝对不能在超过某一安全限制电压下充电。为了确保安全，必须提供一个安全开关与电池单元串联，在必要时切断充电电流。安全开关用对电池电压敏感的电路控制，当电池电压达到安全限制电压时，电路便起动安全开关。在为锂离子电池设计的充电器中，这种情况极少发生。然而，现有的事实是许多用户并不愿买一个新的充电器仅仅是用在锂离子电池充电，如果锂离子电池设计成可以使用现有的镍基系统充电器来充电将是有利的。在用镍基系统充电器中充电的锂离子电池的安全开关在每一个充电周期中都会切断，因为锂离子电池的安全限制电压大约为同样用途的镍基电池在充电时可以达到的电压的三分之二。当安全开关跳开时，镍基系统充电器将提高其输出电压，以保持恒定电流调节。由于电池和安全开关形成串联结构与设备并联，最大充电器电压便加在正在由电池供电的设备上。因而，对于镍基电池系统以及更特别的锂离子电池，都需要在电池充电过程中保护相联的设备免受充电器产生的过电压。这种装置应驻存在电池组件内，使电池可用于任何充电器中。附图说明图1为电池组件原理图，其中包括根据本专利技术的过电压保护电路；图2为保护电路第一选择方案的原理性电路图；图3为保护电路第二选择方案的原理性电路图；图4为保护电路第三选择方案的原理性电路图。说明书以及权利要求书中限定了本专利技术的被认为新颖的特征，相信从以下的说明与附图一起的研究中，将会更好地理解本专利技术。在附图中，相同的标号贯彻始终。现在参考图1，图1中示出电池组件10，充电器12和所供电的设备14。电池组件10包括了至少一个电池单元16，保护开关28，响应电池电压和充电器电压的控制电路26以及安全开关49，其中，电池单元16是锂离子型。向设备供电的放电电流从电池单元16沿箭头52的方向通过正设备接点20，然后从负设备接点24返回。当电流从充电器沿箭头54的方向流过正充电器接点18，然后通过负充电器接点22返回到充电器时，电池单元16由充电器12充电。无论是充电器的接点18，还是接点22都可以包括例如二极管19的阻断器件，使电流只能沿充电方向流动，防止电池通过充电器接点放电。保护开关28是由一个包括源极46，漏极48和栅极50的P沟道增强型金属氧化物场效应晶体管44组成，源极46连接到正充电器接点18，漏极48连接到电池单元16的正端，栅极50连接到带有比较器输出的控制电路26的输出上；就是说，该输出是在高电压值和低电压值之间切换。当保护开关28允许电流流入电池组件10时，控制电路26的输出吸引电流通过上拉电阻64，产生电压并且使金属氧化物场效应晶体管MOSFET44偏置为最低电阻状态，称之为“接通”。当控制电路26起动保护开关28，电流停止通过上拉电阻64流入控制电路26和流入MOSFET44的栅极50，因此，从MOSFET44上去掉使之变为高电阻的偏压，称之为“开断”。其作用正如电气接点被打开，从而防止电流和充电器电压加在电池单元16和设备14上。在采用锂离子电池作为电池单元16的实施例中，安全开关49是由N沟道增强型MOSFET47组成，其位置是在电池单元的负端17和负接点22和24之间与电池单元16串联。MOSFET47的栅极55通过由电阻51和电容53所形成的延迟电路，接到控制电路26的输出上，使得MOSFET47接通或断开动作紧接着保护开关28投切到同一对应状态以后。利用MOSFET作为安全开关49的优点在于它利用本征二极管58，仍然允许设备14运行。本征二极管58是生产MOSFET的副产品，是此类器件的一个众所周知的特点。甚至在MOSFET47开断时，放电电流将流过二极管58。在开关49开断期间，充电器10通过提高它的输出电压，企图继续充电。如果没有保护开关28，设备14可能被损坏。控制电路26包括有反相输入31，非反相输入35和输出39的运算放大器作为比较器30；向运算放大器非反相输入35提供稳定电压的电压参考脚33；以及向运算放大器的反相输入31提供与充电器电压成比例的电压的分压器脚37。电压参考脚33包括一个连接在运算放大器非反相输入35和负充电器接点22之间的电压参考32，以及连接在运算放大器非反相输入35和正充电器接点18之间的电压参考偏压电阻34。尽管此处所示电压参考偏压电阻34是连接到正充电器接点18上，它也可以连接到任何充足的正电压上，只要有足量电流通过它，使电压参考32偏压，以产生稳定的电压。分压器脚37包括连接在负充电器接点22和运算放大器反相输入31之间的第一电阻38和连接在运算放大器反相输入31和一对相对二极管40和42阴极的公共接点41之间的第二电阻36，二极管40和42以跨立形式跨接在保护开关28上。二极管40的阳极连接到保护开关的源极46上，二极管42的阳极连接到保护开关的漏极48上。运算放大器的输出39提供了第一比较器输出，它连接到安全开关49的延迟电阻5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可充电电池组件，有接受充电电流的正充电接点；返回所述充电电流的负充电接点；向连接到所述电池组件上设备供电的设备接点，其中，所述电池组件是通过所述充电接点充电，同时通过所述设备接点向所述设备供电，所述电池组件包括： 至少一个带有正端和负端的电池单元； 电气上串联在所述充电接点和所述至少一个电池单元之间的保护开关装置；和 控制电路，其中的比较器输出根据所述充电接点的电压起动所述保护开关装置。

【技术特征摘要】
US 1994-10-31 08/332,1661.一种可充电电池组件，有接受充电电流的正充电接点；返回所述充电电流的负充电接点；向连接到所述电池组件上设备供电的设备接点，其中，所述电池组件是通过所述充电接点充电，同时通过所述设备接点向所述设备供电，所述电池组件包括至少一个带有正端和负端的电池单元；电气上串联在所述充电接点和所述至少一个电池单元之间的保护开关装置；和控制电路，其中的比较器输出根据所述充电接点的电压起动所述保护开关装置。2.如权利要求1所述的电池组件，其中，所述保护开关装置由增强型MOSFET组成，它包括源极，漏极和栅极，所述源极电气上连接到所述正充电接点，所述漏极电气上连接到至少一个电池单元，所述栅极电气上连接到所述控制电路的所述比较器输出上。3.如权利要求2所述的电池组件，其中，所述增强型MOSFET是P沟道型，在高侧结线中，它在电气上连接于所述充电接点和所述至少一个电池单元之间。4.如权利要求2所述的电池组件，其中，所述增强型MOSFET是N沟道型，在低侧结线中，它在电气上连接于所述充电接点和所述至少一个电池单元之间。5.如权利要求1所述的电池组件，其中，所述保护开关装置由包括发射极，集电极和基极的双极晶体管组成，所述发射极电气上连接到所述正充电接点，所述集电极连接到所述至少一个电池单元，所述基极连接到所述控制电路的所述比较器输出。6.如权利要求5所述的电池组件，其中，所述双极晶体管为PNP型，它在高侧接线中电气上连接在所述充电接点和所述至少一个电池单元之间。7.如权利要求5所述的电池组件，其中，所述双极晶体管为NPN型，它在低侧结线中，电气上连接在所述充电接点和所述至少一个电池单元之间。8.如权利要求1所述的电池组件，其中，所述保护开关装置由一对按达林顿结线布置的双极晶体管组成，形成一个具有发射极，集电极和基极的效应晶体管，所述发射极电气上连接到所述正充电接点，所述集电极连接到所述至少一个电池单元，所述基极连接到所述控制电路的所述比较器输出上。9.如权利要求8所述的电池组件，其中，所述一对双极晶体管是PNP型，它在高侧结线中电气连接在所述充电接点和所述至少一个电池单元之间。10.如权利要求8所述的电池组件，其中，所述一对双极晶体管是NPN型，它在低侧结线中，电气上连接在所述充电接点和所述至少一个电池单元之间。11.如权利要求1所述的电池组件，其中，所述控制电路包括比较器装置，它具有反相输入，非反相输入和使比较器在所述输入的相对电压值基础上运行的输出；向所述比较器装置的所述非反相输入提供参考电压的电压参考装置；和向所述比较器装置的所述反相输入提供与所述电池组件的电压成比例的电压的分压器装置。12.如权利要求11所述的电池组件，其中，所述电压参考装置包括连接在所述比较装置的非反相输入和所述至少一个电池单元的所述负端之间的电压参考；和向所述电压参考提供偏置电流的偏置电阻，它连接在所述比较器装置的所述非反相输入及正电压之间。13.如权利要求11所述的电池组件，其中，所述分压器装置包括连接在所述比较器装置的所述反相输入和所述至少一个电池单元的所述负端之间的第一电阻；和连接在所述比较器装置的所述反相输入和所述正充电接点之间的第二电阻。14.如权利要求1所述的电池组件，其中所述至少一个电池单元是锂离子型电池单元，并且所述电池组件还包括安全开关，其包括电耦接到所述控制电路和所述设备接点的MOSFET和所述至少一个电池单元。15.一种可充电电池组件，包括有接受充电电流的正接点和返回所述充电电流的负接点的充电器接点；还包括有向设备提供电流对所述设备供电的正接点和接受从所述设备流出电流的负接点的设备接点，其中，所述电池组件是通过所述充电接点装置充电，同时通过所述设备接点装置向所述设备供电，所述电池组件包括有预先规定上限充电电压的至少一个锂电池单元；电...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟M佛南德，斯考特M伽勒特，沃诺米多斯，
申请(专利权)人：摩托罗拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]