(57)【要約】【課題】従来の過電圧保護回路は、3つのDC電流分岐部である、電圧基準ユニット分岐部、検知抵抗器ストリング分岐部、およびコンパレータ分岐部を有する。これら3つのDC電流分岐部の電力消費はかなり高く、したがって、回路の性能が非効率である。【解決手段】検出回路は、検知ユニット、信号基準源、および検出ユニットを有する。検知ユニットは、バッテリーの状態を表す入力信号を検知することによって、検知信号を供給する。信号基準源は、基準ノードを備え、基準ノードにおいて信号基準を定め、同一の基準ノードにおいて、検知信号を受け取り、かつ検知信号によってバイアスされて、検知信号と信号基準との差を示すトリガー信号を生成する。検出ユニットは、信号基準源と結合し、トリガー信号に応じてバッテリーに異常状態が存在することを示す出力信号を生成する。【選択図】図2
2013140565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーの状態を表す入力信号を検知することによって、検知信号を供給する検知ユニットと、
前記検知ユニットに結合し、基準ノードを備える信号基準源であって、前記基準ノードにおいて信号基準を定め、前記基準ノードにおいて前記検知信号を受け取り、かつ前記検知信号によってバイアスされて、前記検知信号と前記信号基準との差を示すトリガー信号を生成する、信号基準源と、
前記トリガー信号に応じて出力信号を生成して、異常状態が前記バッテリーに存在することを示す、前記信号基準源に結合する、検出ユニットと
を備える、検出回路。
【請求項２】
前記信号基準源が、周囲条件が変化しても実質的に一定のままである電圧基準を前記基準ノードにおいて提供することができるバンドギャップ基準回路を備え、前記信号基準が、前記電圧基準を含む、請求項1に記載の検出回路。
【請求項３】
前記バンドギャップ基準回路が、前記検知信号を前記電圧基準と比較して、前記トリガー信号を生成する、請求項2に記載の検出回路。
【請求項４】
前記検出ユニットが、前記トリガー信号によって制御されるスイッチを備え、前記検出ユニットが、前記スイッチの状態に基づいて前記出力信号を生成する、請求項1に記載の検出回路。
【請求項５】
前記検知信号が、前記信号基準よりも大きい場合は、前記スイッチが第1の状態にあり、かつ前記出力信号が第1の出力レベルにあり、前記検知信号が、前記信号基準よりも小さい場合は、前記スイッチが第2の状態にあり、かつ前記出力信号が第2の出力レベルにある、請求項4に記載の検出回路。
【請求項６】
前記異常状態が、前記バッテリーの過電圧状態を含み、前記信号基準が、前記バッテリーの過電圧閾値を表す、請求項1に記載の検出回路。
【請求項７】
前記異常状態が、前記バッテリーの過小電圧状態を含み、前記信号基準が、前記バッテリーの過小電圧閾値を表す、請求項1に記載の検出回路。
【請求項８】
前記信号基準源が、第1のトランジスタおよび前記基準ノードを介して前記第1のトランジスタに結合する第2のトランジスタを備え、前記第1および第2のトランジスタが、前記基準ノードを介して前記検知信号によってバイアスされる、請求項1に記載の検出回路。
【請求項９】
バッテリーの状態を表す入力信号を検知することによって、検知信号を生成するステップと、
信号基準源内部の基準ノードにおいて信号基準を定めるステップと、
前記信号基準源をバイアスするために、前記検知信号を前記基準ノードに供給するステップと、
前記定めるステップおよび前記供給するステップに基づいて、前記検知信号と前記信号基準との差を示すトリガー信号を生成するステップと、
前記トリガー信号に応じて、異常状態が前記バッテリーに存在することを示す出力信号を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記トリガー信号を生成する前記ステップが、
バンドギャップ基準回路を使用して、前記基準ノードにおいて電圧基準を提供するステップであって、前記信号基準が前記電圧基準を含み、前記電圧基準が、周囲の条件が変化しても実質的に一定のままである、ステップと、
前記基準ノードにおいて前記検知信号を前記電圧基準と比較して、前記トリガー信号を生成するステップと
を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記出力信号を生成する前記ステップが、
前記トリガー信号によってスイッチを制御するステップと、
前記スイッチの状態に応じて前記出力信号を生成するステップと
を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
前記スイッチの前記状態に応じて前記出力信号を生成する前記ステップが、
前記検知信号が前記信号基準よりも大きい場合は、第1の状態にある前記スイッチに応じて第1の出力レベルにある前記出力信号を生成するステップと、
前記検知信号が前記信号基準よりも小さい場合は、第2の状態にある前記スイッチに応じて第2の出力レベルにある前記出力信号を生成するステップと
を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記異常状態が、前記バッテリーの過電圧状態および前記バッテリーの過小電圧状態からなるグループから選択された状態である、請求項9に記載の方法。
【請求項１４】
バッテリーの状態を表す検知信号を受け取る入力端子と、
異常状態が前記バッテリーに存在することを示す出力信号を生成する出力端子と、
前記入力および出力端子に結合する検出回路であって、前記検出回路内部の基準ノードにおいて信号基準を定め、前記基準ノードにおいて前記検知信号を受け取り、前記検知信号と前記信号基準との差に基づいて前記出力信号を生成する検出回路と
を備える、検出回路。
【請求項１５】
前記検出回路が、周囲の条件が変化しても実質的に一定のままである電圧基準を前記基準ノードにおいて提供することができるバンドギャップ基準回路を備え、前記信号基準が前記電圧基準を含む、請求項14に記載の検出回路。
【請求項１６】
前記検知信号および前記電圧基準が、前記バンドギャップ基準回路を使用して前記基準ノードにおいて比較され、前記検知信号と前記電圧基準との差を示すトリガー信号が、前記バンドギャップ基準回路のトリガーノードにおいて生成される、請求項15に記載の検出回路。
【請求項１７】
前記検出回路が、前記検知信号と前記信号基準との前記差に基づいて制御されるスイッチを備え、前記出力信号が、前記スイッチの状態に基づいて生成される、請求項14に記載の検出回路。
【請求項１８】
前記検知信号が前記電圧基準よりも大きい場合は、前記スイッチが第1の状態にあり、かつ前記出力信号が第1の出力レベルにあり、前記検知信号が前記電圧基準よりも小さい場合は、前記スイッチが第2の状態にあり、かつ前記出力信号が第2の出力レベルにある、請求項17に記載の検出回路。
【請求項１９】
前記異常状態が、前記バッテリーの過電圧状態を含み、前記信号基準が前記バッテリーの過電圧閾値を表す、請求項14に記載の検出回路。
【請求項２０】
前記異常状態が、前記バッテリーの過小電圧状態を含み、前記信号基準が前記バッテリーの過小電圧閾値を表す、請求項14に記載の検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2011年12月28日に出願した米国仮出願第60/580899号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラップトップコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末などの携帯機器は、そうした機器の能力および有用性が広がり続けるにつれ、今日より一般的になりつつある。多くの携帯電子機器は、再充電可能なバッテリー、例えば、リチウムタイプのバッテリー、ニッケルカドミウムタイプのバッテリー、またはニッケル水素タイプのバッテリーによって電力を供給され、そうした機器の携帯性を容易にしている。また、そうした携帯電子機器は、状況が許す場合は、例えば、AC/DCアダプターが従来のAC(交流)コンセントに差し込まれている場合は、DC(直流)電源によって、電力を供給されうる。また、DC電源は、バッテリー充電モードにおいて再充電可能なバッテリーセルを再充電するための電力を供給することができる。バッテリー充電モードにおいて、再充電可能なバッテリーセルは、セルの燃焼につながるおそれのある過電圧状態を回避するように保護される。
【０００３】
図1は、再充電可能なバッテリーセル用の、過電圧保護(OVP)を提供する従来の検出回路100(以降、OVP回路100)のブロック図である。従来のOVP回路100では、抵抗器R11およびR12を含む検知抵抗器ストリングが、再充電可能なバッテリーセル101の電圧を検知するために用いられている。電圧基準ユニット103は、コンパレータ105によって、検知電圧VSENと比較される固定の基準電圧VREFを提供する。コンパレータ105は、過電圧状態が存在する場合、出力信号OVPを生成する。検知電圧VSENが、基準電圧VREFよりも低い場合は、出力信号OVPは、ロジックロー(logic low)であり、セル101のセル電圧が正常範囲にあることを示す。検知電圧VSENが、基準電圧VREFよりも高い場合は、出力信号OVPは、ロジックハイ(logic high)であり、セル101において過電圧状態が発生していることを示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図1に示すように、従来のOVP回路100は、3つのDC電流分岐部である、電圧基準ユニット分岐部、検知抵抗器ストリング分岐部、およびコンパレータ分岐部を有する。これら3つのDC電流分岐部の電力消費はかなり高くなる場合があり、したがって、回路の性能が非効率である。この欠点に対処する回路があれば有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、検出回路は、検知ユニット、信号基準源、および検出ユニットを有する。検知ユニットは、バッテリーの状態を表す入力信号を検知することによって検知信号を供給する。検知ユニットに結合し、基準ノードを備える信号基準源は、基準ノードにおいて信号基準を定め、また信号基準源は、同一の基準ノードにおいて検知信号を受け取り、かつ検知信号によってバイアスされて、検知信号と信号基準との差を示すトリガー信号を生成する。検出ユニットは、信号基準源に結合し、トリガー信号に応じて出力信号を生成して、異常状態がバッテリーに存在することを示す。
【０００６】
本発明の実施形態の特徴および利点は、以下の詳細な説明が進むにつれ、また図面を参照して明らかになるであろう。図中、同様の数字は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】再充電可能なバッテリーセル用の過電圧保護を提供する従来の検出回路を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による検出回路の例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による検出回路の例を示す概略図である。
【図４】本発明の別の実施形態による検出回路の例を示す概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による検出回路の例を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による、検出回路によって実行された動作の例を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、本発明の実施形態を詳細に参照する。本発明はこれらの実施形態と関連して説明されるが、これらの実施形態が、本発明をこれら実施形態に限定することが意図されているものではないということが理解されるであろう。それどころか、本発明は、本発明の趣旨および範囲の範囲内に含まれうる、代替形態、変更形態、および均等形態を包含することが意図されている。
【０００９】
さらに、以下の本発明の詳細な説明において、数多くの具体的な詳細について、本発明の完全な理解が得られるように説明される。しかし、本発明がこれらの具体的な詳細なしに実行されうることは、当業者には認識されるであろう。本発明の態様を不必要に曖昧にすることがないように、他の実例で、よく知られた方法、手続き、構成要素、および回路について、詳細には記載されていない。
【００１０】
本発明による実施形態は、バッテリーの異常状態を検出する、バッテリー用の検出回路を提供する。一実施形態において、検出回路は、バッテリーセルの過電圧状態または過小電圧状態を検出して、バッテリーセルを過充電または過放電からそれぞれ保護する。検出回路は、従来の設計と比較してより低い電力消費および簡略化された回路構成を有していることが有利である。
【００１１】
図2は、本発明の一実施形態による検出回路200の例のブロック図を示す。検出回路200は、検知ユニット203、信号基準源205、および検出ユニット207を有する。検知ユニット203は、入力信号INを検知し、結果として、検知信号SENを信号基準源205の端子Rに供給する。入力信号INは、バッテリーセル201の状態、例えば、電圧レベルを表す。信号基準源205は、端子Rにおいて検知信号SENを受け取り、かつ検知信号SENによってバイアスされて、端子Tにおいてトリガー信号TRGを生成する。また、信号基準源205は、端子Rにおいて信号基準REFを定める。一実施形態において、信号基準源205は、バンドギャップ基準回路を有し、信号基準REFは、たとえ周囲温度が変化しても実質的に一定のバンドギャップ電圧基準であり、また信号基準REFは、信号基準源205の内部構成素子の特性パラメータにより定められる。バンドギャップ基準を提供する技術は、当技術分野で知られている。本実施形態において、端子Rにおいて受け取られた検知信号SENが、信号基準REFよりも大きいか小さい場合(言い換えれば、端子Rがバンドギャップ電圧基準のレベル以外の電圧レベルによってバイアスされる場合)、端子Tにおいて生成されるトリガー信号TRGは、トリガー信号TRGが検知信号SENと信号基準REFとの差を示すように、それなりに変化する。検出回路200の精度は、信号基準REFが実質的に一定値を有するため、改善されうることが有利である。本明細書で使用するように、「実質的に一定」とは、信号が、例えば、回路構成素子が理想的でないために一定値から逸脱しうるが、この逸脱が無視しうる範囲内にあることを意味する。検出ユニット207は、トリガー信号TRGに応じて出力信号OUTを生成する。出力信号OUTは、バッテリーセル201に異常状態があるかどうかを示す。
【００１２】
上記したように、バイアス信号として検知信号SENを受け取ることによって、バイアスされた信号基準源205は、信号基準REFを検知信号SENと比較し、検知信号SENと信号基準REFとの差を示すトリガー信号TRGを生成する。検出回路200において、コンパレータなどを必要としないことが有利である。言い換えれば、信号基準源205が、信号基準源205の電流消費を増加させることなく、比較機能を組み込んでいる。その結果、コンパレータまたは追加の/他の比較デバイスを利用しないので、検出回路200の全電力消費およびコストが低減される。
【００１３】
図3は、本発明の一実施形態による検出回路300の例の概略図を示す。図3について図2と組み合わせて説明する。本実施形態において、検出回路300は、バッテリーセル301に異常状態があるかどうかを検出する。検出回路300は、検知ユニット303、信号基準源305、および検出ユニット307を有する。検知ユニット303は、セル301の電圧レベルを検知するための抵抗器R31およびR32を含む電圧デバイダーを有し、セル301の電圧レベルに相当する検知電圧VSENを供給する。一実施形態において、信号基準源305は、周囲の温度が変化しても実質的に一定のままであるバンドギャップ電圧基準VREFを供給することができるバンドギャップ基準回路である。
【００１４】
図3の例において、信号基準源305は、抵抗器RSおよびR1、一対のMOS(金属酸化膜半導体)トランジスタM1AおよびM1B、ならびに一対のバイポーラ接合トランジスタQ1AおよびQ1Bを有する。図3に示すように、検知ユニット303に結合する信号基準源305は、基準ノードKを備え、例えば、図2の実施形態における端子Rに結合する基準ノードKにおいて検知電圧VSENを受け取る。信号基準源305は、検知電圧VSENによってバイアスされて、例えば、図2の実施形態における端子Tと結合するトリガーノードPにおいてトリガー信号STRGを生成する。具体的には、バイポーラ接合トランジスタQ1AおよびQ1Bは、基準ノードKを介して結合し、基準ノードKにおいて検知電圧VSENによってバイアスされる。基準電圧VREFも、基準ノードKにおいて信号基準源305によって定められる。したがって、信号基準源305、例えば、バンドギャップ基準回路は、検知電圧VSENを基準電圧VREFと比較して、検知電圧VSENと基準電圧VREFとの差を示すトリガー信号STRGを生成する。検出ユニット307は、スイッチおよび電流源IBを有する。スイッチは、図3に示すように、PMOS(pチャネル金属酸化膜半導体)トランジスタ(以降、PMOSスイッチ)M1Cを有する。検出ユニット307は、信号基準源305のトリガーノードPにおけるトリガー信号STRGを検出し、出力信号SOUTを生成する。PMOSスイッチM1Cは、トリガー信号STRGによって制御され、出力信号SOUTは、PMOSスイッチ
M1Cの状態に応じて生成される。
【００１５】
一実施形態において、検知電圧VSENが基準電圧VREFに等しい場合、トリガー信号STRGは、検出ユニット307のPMOSスイッチM1Cのゲート-ソース間電圧VGSを、ゲート-ソース間電圧VGSがPMOSスイッチM1Cの閾値電圧VTHに等しくなるように制御する電圧レベルを有する。検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも大きい場合は、トリガー信号STRGは、PMOSスイッチM1Cのゲート-ソース間電圧VGSが閾値電圧VTHよりも大きくなり、したがってPMOSスイッチM1Cが第1の状態になるように、例えば、PMOSスイッチM1Cがターンオンするように、ある電圧レベルにまで減少しうる。検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも小さい場合は、トリガー信号STRGは、PMOSスイッチM1Cのゲート-ソース間電圧VGSが閾値電圧VTHよりも小さくなり、したがってPMOSスイッチM1Cが第2の状態になるように、例えば、PMOSスイッチM1Cがターンオフするように、ある電圧レベルにまで増加しうる。
【００１６】
一実施形態において、基準電圧VREFは、セル301の過電圧閾値を表し、その結果検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも大きい場合に、検知電圧VSENは過電圧状態がセル301に存在することを示す。より具体的には、そうした一実施形態において、抵抗器R31およびR32の抵抗は、セル301のセル電圧が正常な範囲にある場合は、検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも小さくなるように選ばれる。その場合、検知電圧VSENと基準電圧VREFとの差を示すトリガー信号STRGは、検出ユニット307のPMOSスイッチM1Cをターンオフさせるほどに十分高いレベルにあり、その結果出力信号SOUTは、第1のレベル、例えばロジックローにある。セル301が、セル301のセル電圧が増加するように充電されていき、その結果検知電圧VSENが、基準電圧VREFと実質的に等しくなるところまで増加する場合は、トリガー信号STRGは、下降し始め、出力信号SOUTは、ロジックローの状態に留まる。過電圧状態がセル301に存在する場合は、検知電圧VSENは、基準電圧VREFよりも大きく、トリガー信号STRGは、PMOSスイッチM1Cをターンオンさせるほどに十分低いレベルを有し、その結果出力信号SOUTは、第2のレベル、例えばロジックハイになる。
【００１７】
別の実施形態において、基準電圧VREFは、セル301の過小電圧閾値を表し、その結果検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも小さい場合に、検知電圧VSENは過小電圧状態がセル301に存在することを示す。より具体的には、そうした一実施形態において、抵抗器R31およびR32の抵抗は、セル301のセル電圧が正常な範囲にある場合は、検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも大きくなるように選ばれる。検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも小さい場合は、過小電圧状態がセル301に対して発生していると見なされる。検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも大きい場合は、出力信号SOUTが第2のレベル、例えば、ロジックハイであって、セル301が正常な範囲にあることを示し、検知電圧VSENが基準電圧VREFよりも小さい場合は、出力信号SOUTが第1のレベル、例えば、ロジックローであって、セル301における過小電圧状態を示すということを除いて、過小電圧検出プロセスは、過電圧検出プロセスと同様である。過電圧および過小電圧の例は、単に例示するためのものであり、本発明を限定することは意図されていない。検出回路300は、過電流状態および過小電流状態などの、他の異常状態を検出するために使用されうる。
【００１８】
一実施形態において、PMOSスイッチM1Cが第1の状態にある、例えば、ターンオンしている場合、検出回路300内に、3つのDC電流分岐部である、検知ユニット分岐部、検出ユニット分岐部、および信号基準源分岐部がある。検出ユニット分岐部を流れる電流は、検出ユニット分岐部を流れる電流が比較的小さな値となりうるように、電流源IBによって決められ、従来の設計と比べて検出回路300の電力消費全体を低減するのが有利である。PMOSスイッチM1Cが第2の状態にある、例えば、ターンオフしている場合、検出回路300内に2つのDC電流分岐部である、検知ユニット分岐部、および信号基準源分岐部がある。したがって、検出回路300の電力消費は、従来の設計と比較して低くなる。さらに、信号基準源305に含まれるバンドギャップ基準回路は、温度に依存しない基準ユニットであるため、基準ノードKにおいて信号基準源305によって定められる基準電圧VREFは、温度によって影響を受けない安定した値を有する。検知ユニット303によって生成された検知電圧VSENが基準ノードKに供給されて、信号基準源305をバイアスするとき、基準電圧VREFおよび検知電圧VSENは、コンパレータなどを使用せずに比較されるのが有利である。したがって、検出回路300は、バッテリー保護機能を実現するが、従来の設計と比較して、電力消費がより低い簡略化された構成を有する。
【００１９】
さらに、上記の検出プロセスにおいて、セル301の電圧レベルを表す検知電圧VSENは、信号基準源305によって定められる基準電圧VREFと比較される。検知電圧VSENは、セル301の電圧レベルに線形に比例し、例えば、VSEN=VCELL・R32/(R31+R32)であり、ここにVCELLは、セル301のセル電圧を表し、R31およびR32は、それぞれ抵抗器R31およびR32の抵抗値を表す。上記のように、一実施形態において、セル301のセル電圧が正常な範囲にある場合は、検知電圧VSENは基準電圧VREFよりも小さい。セル301がバッテリー充電モードにあり、セル電圧が過電圧閾値VCELL_OVにまで増加し、ここに、VCELL_OV=VSEN_OV・ (R31+R32)/R32であり、これによりセル301において過電圧状態が発生していることを示すとき、検知電圧、例えば、VSEN_OVは、過電圧閾値VCELL_OVを表す基準電圧VREFに達する。言い換えると、式VCELL_OV=VSEN_OV・ (R31+R32)/R32により、ここに、VSEN_OV=VREFであり、セル301に対する過電圧閾値VCELL_OVが、(R31+R32)/R32の値によって決められる。例えば、過電圧閾値VCELL_OVによって示されるセル301に対する過電圧保護のレベルは、この保護のレベルを提供する抵抗値を有する抵抗器R31およびR32を選ぶことによって設定されうることが有利である。同様に、別の実施形態において、セル301の過小電圧閾値VCELL_UNは、(R31+R32)/R32の値によって決められ、例えば、過小電圧閾値VCELL_UNによって示されるセル301に対する過小電圧保護のレベルは、この保護のレベルを提供する抵抗値を有する抵抗器R31およびR32を選ぶことによって設定されうる。
【００２０】
図4は、本発明の別の実施形態による検出回路400の例の概略図を示す。図4について、図2および図3と関連して説明する。本実施形態において、検出回路400は、検知ユニット403、信号基準源305、および検出ユニット307を有する。検知ユニット403が2つの信号レベル、例えば、上側検知電圧VSENUおよび下側検知電圧VSENLを供給するという点において、検知ユニット403は、検出回路400を検出回路300とは異なるものにしている。検知ユニット403は、セル301の電圧レベルを検知することによって、上側検知電圧VSENUおよび下側検知電圧VSENLを供給する3つの抵抗器R41、R42、およびR43を有する。これは、単に例示のためであり、本発明を限定することは意図されていない。別の実施形態において、検知ユニット403は、3つ以上の信号レベルを供給する4つ以上の抵抗器を有することができる。
【００２１】
一実施形態において、検出回路400は、過電圧および過小電圧状態を検出するために使用されうる。検知ユニット403は、信号レベルのうちの1つ、例えば、上側検知電圧VSENUまたは下側検知電圧VSENLを選択的に供給して信号基準源305をバイアスするフィードバックスイッチS1を有する。例えば、フィードバックスイッチS1を「U」側に入れた場合は、検出回路400は、過小電圧状態を検出することができ、またはフィードバックスイッチS1を「L」側に入れた場合は、検出回路400は、過電圧状態を検出することができる。検出回路400によって実行される過電圧および過小電圧の検出プロセスは、検出回路300によって実行される検出プロセスと同様である。図3の実施形態と同様に、セル301の過電圧閾値VCELL_OVおよび過小電圧閾値VCELL_UNは、VCELL_OV=VREF*(R41+R42+R43)/R43、およびVCELL_UN=VREF*(R41+R42+R43)/(R42+R43)によって与えられえて、ここにR41、R42、およびR43は、それぞれ抵抗器R41、R42、およびR43の抵抗値を表す。したがって、セル301に対する過電圧保護のレベルおよび過小電圧保護のレベルは、それぞれ、(R41+R42+R43)/R43の値、および(R41+R42+R43)/(R42+R43)の値によって決まる。セル301の過電圧保護のレベルおよび過小電圧保護のレベルは、抵抗器R41、R42、およびR43に対して適切な抵抗値を選ぶことによって設定されうる。
【００２２】
別の実施形態において、検出回路400は、複数レベルの過電圧保護を検出するために用いられうる。例として、セル301は、セル301に対して過電圧保護の第1のレベルおよび過電圧保護の第2のレベルを提供する第1の過電圧閾値VCELL_OV1および第2の過電圧閾値VCELL_OV2を有しうる。過電圧保護の第1のレベルは、フィードバックスイッチS1を「U」側に入れたとき実行されえて、過電圧保護の第2のレベルは、フィードバックスイッチS1を「L」側に入れたとき実行されうる。上記と同様に、第1および第2の過電圧閾値、VCELL_OV1およびVCELL_OV2は、抵抗器R41、R42、およびR43に対して適切な抵抗値を選ぶことによって設定されうる。同様に、さらに別の実施形態において、検出回路400は、複数レベルの過小電圧保護を検出するために用いられえて、セル301は、複数の過小電圧閾値を有しうる。
【００２３】
検出ユニット400は、検知ユニット403のスイッチS1を制御する制御信号を供給する制御ユニット(図4には示さず)をさらに有しうる。あるいは、この制御ユニットは、検出回路400に制御信号を供給する外部デバイスであってよい。制御信号は、スイッチS1を制御して、周期的に「U」側または「L」側に切り替える。異常状態を示す、検出器307から生成された出力信号U/LBは、制御信号と組み合わされて、異常状態が過電圧状態であるのか過小電圧状態であるのかを特定することができる。例として、制御信号がスイッチS1を「U」側に切り替えたとき、検出回路400は、セル301の過小電圧状態を検出することができる。検出ユニット307から生成された出力信号U/LBがロジックハイの場合は、セル301の電圧レベルは、正常範囲の範囲内に収まり、異常状態は検出されず、出力信号U/LBがロジックローの場合は、検出回路400は、セル301の過小電圧状態を検出する。同様に、制御信号がスイッチS1を「L」側に切り替えたとき、検出回路400は、セル301の過電圧状態を検出することができる。出力信号U/LBがロジックローの場合は、セル301の電圧レベルは、正常範囲の範囲内に収まり、異常状態は検出されず、出力信号U/LBがロジックハイの場合は、検出回路400は、セル301の過電圧状態を検出する。
【００２４】
別の実施形態において、制御信号は、スイッチS1を制御して、3つ以上の位置間で、手動でまたは周期的に切り替え、その結果検出回路400が、上記したように、複数レベルの過電圧保護および/または過小電圧保護を実現することができる。制御信号は、出力信号U/LBと組み合わされて、セル301の異常状態に対する保護のレベルを特定し、異常状態が過電圧状態か過小電圧状態かをさらに特定することができる。
【００２５】
過電圧および過小電圧状態は、単なる例であり、本発明を限定することが意図されたものではない。過電流状態および過小電流状態などの、他の異常状態もまた検出回路400によって検出することができる。
【００２６】
図5は、本発明の別の実施形態による検出回路500の例の概略図を示す。図5について図2および図3と関連して説明する。検出回路500は、検知ユニット503、信号基準源505、および検出ユニット307を有する。検知ユニット503は、検知電圧VSENおよびバイアス電圧VBを供給するための直列結合した抵抗器R51、R52、およびR53を有する。図5の信号基準源505は、信号基準源505が、カスコード構成を有する一対のMOSトランジスタMN1AおよびMN1Bをも備えていることを除いて、図3の信号基準源305と同様である。この一対のMOSトランジスタMN1AおよびMN1Bは、検知ユニット503によって供給される電圧VBによってバイアスされる。
【００２７】
また、図3および図5の実施形態における信号基準源は、第1段の増幅ユニットとして機能し、トリガーノードPにおけるトリガー信号STRGは、第1段の増幅ユニットの出力信号として働くことができ、トリガー信号STRGは、検知電圧VSENと基準電圧VREFとの差を示す。増幅ユニットの出力信号のゲインは、増幅ユニットの出力インピーダンスによって決まる。図5の実施形態と図3の実施形態を比較すると、信号基準源505の出力インピーダンスは、一対のMOSトランジスタMN1AおよびMN1Bを追加することによって増加している。その結果、図5の実施形態における信号基準源505のゲインは、図3の信号基準源305のゲインよりも大きい。より大きなゲインによって、基準電圧VREFと検知信号電圧VSENとを比較した結果がより正確になるのが有利である。結果として、検出回路500の精度が改善される。信号基準源の出力信号のゲインを改善するため、MOSトランジスタ以外の構成を信号基準源に組み込むことができる。
【００２８】
一対のMOSトランジスタMN1AおよびMN1Bは、検知ユニット503から生成される電圧VBによってバイアスされ、したがって他のバイアス電流を必要としない。その結果、回路をより複雑にすることなく、または回路のコストを増加させることなく、検出回路500の精度が改善される。
【００２９】
一実施形態において、図5における抵抗器R51、R52、およびR53は、図3における抵抗器R31およびR32と同様に、検出回路500が過電圧状態または過小電圧状態のいずれかを検出できるように選ばれうる。しかし、別の実施形態において、検出回路500が、図4における検出回路400と同様のやり方で、様々な保護レベルを提供しえて、過電圧検出モードまたは過小電圧検出モードにおいて選択的に動作するように、図5における抵抗器R52およびR53は、例えば、図4における抵抗器R41、R42、およびR43と同様の3つの抵抗器によって置き換えられえて、もしくは他の何らかの数の抵抗器によって置き換えられうる。
【００３０】
図2、図3、図4、および図5の実施形態によって提供される検出回路は、バッテリーセル、例えば、セル201または301、に異常状態が発生しているかどうかを検出する。しかし、複数のバッテリーセルを、複数の検出回路を使用して監視することができ、各検出回路(例えば、本発明の実施形態において提供される検出回路200、300、400、または500)が対応するバッテリーセルを監視する。検出回路から生成された出力信号は、組み合わされて、1つまたは複数のバッテリーセルの異常状態の発生を示すことができ、もしくは検出回路から生成された各出力信号は、別々に取得されて、対応するバッテリーセルの異常状態の発生を示すことができる。
【００３１】
図6は、本発明の一実施例による、検出回路によって実行される動作の例の流れ図を示す。図6において具体的なステップを開示したが、そうしたステップは、例示目的のための例である。すなわち、本発明は、様々な他のステップまたは図6に記載したステップの変形形態を実行するのに適切である。図6について、図2、図3、図4、および図5と関連して説明する。
【００３２】
ステップ602において、検知信号SENは、検出回路(例えば、200、300、400、または500)の入力信号INを検知することによって生成され、入力信号INは、バッテリーセル(例えば、201または301)の状態、例えば、セル電圧を表す。検出回路は、入力信号INに基づいて、バッテリーセルの異常状態、例えば、過電圧状態または過小電圧状態の発生を検出する。
【００３３】
ステップ604において、信号基準REFは、信号基準源(例えば、205、305、または505)内部の特定のノード、例えば、基準ノードKにおいて定められる。信号基準REFは、周囲の条件、例えば、周囲温度が変化しても実質的に一定である。
【００３４】
ステップ606において、検知信号SENは、この特定のノードに供給されて、信号基準源をバイアスする。
【００３５】
ステップ608において、検知信号SENと信号基準REFとの差を示すトリガー信号TRGが、信号基準源によって生成される。
【００３６】
ステップ610において、出力信号OUTが、検出回路によって生成される。出力信号OUTは、バッテリーセルの異常状態を示す。
【００３７】
要約すると、本発明による実施形態は、バッテリーセルの過電圧状態および/または過小電圧状態などの異常状態を検出する検出回路を提供する。バンドギャップ電圧基準などの信号基準源は、周囲の条件、例えば、周囲温度が変化しても実質的に一定である信号基準を定め、同時にセル電圧を示す検知信号をこの信号基準と比較する。検知信号と信号基準との比較は、コンパレータなどを使用せずに、正確に実行される。検出回路は、様々な用途で使用されうる。例えば、この検知回路は同様の回路と組み合わされて、複数セルのセル電圧を監視し、またセルの充電/放電電流を監視するバッテリー監視システムにおいて使用されうる。この検知回路は、心拍情報、脈拍情報、血圧情報などを示す信号を監視する医療機器においても使用されうる。
【００３８】
上記の説明および図面は、本発明の実施形態を表しているが、本発明の原理の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な追加、変更および置き換えが本発明においてなされうることが理解されるであろう。当業者は、本発明が、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境および動作要求に具体的に適合する、形状、構造、配置、割合、材料、要素、および構成要素に関する多くの変更形態とともに使用されえて、さもなければ本発明の実施において使用されうることが理解されるであろう。それゆえ、現に開示された実施形態は、全ての点において、例示的であり、非限定的と見なされるべきであり、上記の説明を限定するものではない。
【符号の説明】
【００３９】
100  検出回路
101  バッテリーセル
103  電圧基準ユニット
105  コンパレータ
200  検出回路
201  バッテリーセル
203  検知ユニット
205  信号基準源
207  検出ユニット
300  検出回路
301  バッテリーセル
303  検知ユニット
305  信号基準源
307  検出ユニット
400  検出回路
403  検知ユニット
500  検出回路
503  検知ユニット
505  信号基準源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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