专利名称：充放电控制电路以及充电型电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种充放电控制电路以及二次电池的充电型电源装置。特别是，本发明涉及一种切入和切出用于评价充放电控制电路特性的测试状态的方法。
2.现有技术锂离子二次电池大大有助于以移动电话和PHS为代表的移动装置的推广的特点在于其体积小、重量轻以及容量大。这些特点使得实现移动装置的长时间驱动和轻便。但是，由于二次电池被反复充电和放电，因此二次电池很可能发生过充电状态或过放电状态。如果二次电池发生过充电状态，那么电池温度升高，以致由于电解液的分解而产生的气体引起二次电池的内部压力升高以及金属锂沉淀。这样，会有电池燃烧或爆炸的危险。另一方面，如果二次电池发生过放电状态，那么电解液分解而损坏电池的特性。为了防止这种情况的发生，在充电型电源装置中结合充放电电路。
充放电控制电路采用的基本技术包括在二次电池与移动装置之间的充放电路径中提供充放电控制开关电路。该充放电控制电路检测异常状态，诸如二次电池被充电到等于或高于预定电压的过充电状态、二次电池被放电到等于或低于预定电压的过放电状态、以及二次电池由过电流放电引起的过电流状态。当检测到异常状态时，使充电型电源装置的电流路径闭合和断开的充放电控制开关断开，由此防止过充电、过放电、以及过电流状态。
锂离子二次电池的内部阻抗高，因此可以看到电池电压根据充放电电流而发生变化。当流过充电电流时，可以看到电池电压是高的，而当流过放电电压时，可以看到电池电压是低的。因此必须要对譬如过充电和过放电的异常状态的检测提供延迟时间。但是，延迟时间导致在检查过程中需要用额外的时间来测试充放电控制电路。
特别是，用于检测过充电的延迟时间通常被设定为几秒数量级的值。因此为了缩短测试时间，必须提供使延迟时间缩短的充放电控制电路的测试状态。
存在两种方法用于测试充放电控制电路的状态，一种是通过给充放电控制电路增加一个输入端子来控制延迟电路的方法，一种是通过给充电装置的连接端子施加高电压来启动测试状态的方法。
图2示出了传统的充放电控制电路，并且公开了一种给充电装置的连接端子施加等于或大于规定的电压，该电压高于在正常工作时施加的电压。
当在正常工作状态中出现过充电状态时，来自过充电检测比较器213的输出变为高电平，并且内部部分控制电路220给内部部分延迟电路221输出控制信号。在使用输出电压作为输入信号指定延迟时间t1后，内部部分延迟电路221输出控制开关电路202的信号。
当给充电装置的连接端子施加等于或大于高规定电压时，并且过电流检测端子的电压增加到等于或大于规定电压时，来自电压检测比较器215的输出变为高电平。此时，内部部分控制电路220置于测试状态，从而输出使内部部分延迟电路221的延迟时间缩短的控制信号。
当在测试状态中出现过充电状态时，来自过充电检测比较器213的输出变为高电平，并且内部部分控制电路220给内部部分延迟电路221输出控制信号。在使用输出电压作为输入信号使延迟时间t2缩短后，内部部分延迟电路221输出控制开关电路202的信号。
使用上述的传统技术会存在有类似下面所描述的问题。
使用大量装入小尺寸封装中的充放电控制电路。因此，为了控制测试过程中的延迟时间而增加的外部部分端子使得成本增加，这是不被市场所接受的。因此，通过使用少量外部部分端子来实现这种控制功能就成为了一个很大的问题。
另一方面，对于使用过电流检测端子的方法，为了将过电流检测端子的电压分成多个等级并检测电平，必须增加电路。特别是，当需要多个级别的过电流检测时，使用上述技术会使电路结构变得复杂，并且会存在难于确保稳定操作的问题。
为了将用于检测和释放过充电及过放电的电压整定(trim)为设定电压，必须在充放电控制电路的制造期间进行初始测量。当这样做时，在分步增加输入给充放电控制电路的电压时，需要等待等于或大于几秒延迟时间的一段时间。假设分成25步来测量检测电压，并且将延迟时间设置成5秒钟，那么测量过充电检测电压所需的时间就成为125秒。即使例如使用将延迟时间缩短至正常延迟时间的1/50的测试状态，每个芯片也仍然需要2.5秒。这将是一个很严重的问题，其会引起生产过程中测试成本的增加。
换句话说，必须进一步缩短生产设备中的检测延迟时间。还有必要具有在正常工作时存在延迟时间的状态和有短延迟时间的测试状态，用于客户IC评估和类似功能。
发明内容
因此，本发明的目的是在不增加外部部分端子的情况下，通过实现根据外部部分控制的测试功能以及进一步通过提供多种延时模式，减少批量生产的成本。
为解决上述问题，充放电控制电路提供有根据是否从外部部分给控制信号的输出端子施加电压用于在正常状态和测试状态之间进行切换的设备，其中正常状态控制二次电池的充放电，测试状态评估控制电路的特性。
另外，提供有用于通过增加构成延迟电路的振荡电路的振荡频率在测试状态中缩短延迟电路延迟时间的加速设备。
另外，提供有用于根据测试状态中是否有用于充放电控制电路的熔断器在两种延时模式之间进行切换的设备，在第一种延时模式(此后称为延迟时间模式1)中部分充放电控制电路的延迟不经过延迟电路的计数器电路，在第二种延时模式(此后称为延迟时间模式2)中充放电控制电路的所有延迟都经过延迟电路的计数器电路。
根据本发明，可通过从外部部分给充放电控制电路的控制信号的输出端子施加电压，在正常状态和测试状态之间进行切换。此外，根据在测试状态中是否有熔断器使得可以切换延迟时间。因此，本发明的充放电控制电路在不增加外部端子的情况下实现了测试功能，并且通过在测试状态中提供多个延迟时间实现了测试时间效率的提高。
附图中
图1是表示本发明的充放电控制电路实施例的结构图；图2是传统充放电控制电路实施例的结构图；图3是本发明的充放电控制电路实施例的结构图；图4是本发明提出的充放电控制电路和充电型电源装置的结构图；图5是说明关于本发明充放电控制电路测试状态的各种延迟时间和正常状态的详细资料图。
具体实施例下面参照附图详细描述本发明的实施例。图1是本发明一个实施例充放电控制电路101的结构图。包括延迟电路的充放电开关控制电路109确定充放电控制电路的延迟时间。图3示出包括图1延迟电路的充放电控制电路109的细节。图4示出使用本发明提出的充放电控制电路401的充电型电源装置的结构。
图4的充放电控制电路401包括二次电池402的正电极连接端子VDD和负电极连接端子VSS、过电流检测端子VM、充电控制输出端子CO、以及放电控制输出端子DO。充放电控制电路401通过监控二次电池402上的电流和电压并通过将控制信号输出给充放电控制开关电路403，控制二次电池402的充放电。充放电控制开关电路403设置在负电极连接端子VSS侧上，并由NMOS晶体管充电开关404和NMOS晶体管放电开关405构成。充放电控制开关电路403还可以设置在正电极连接端子VDD侧，并且由此可以使用PMOS晶体管。
在图3中，检测信号输入电路301输入来自检测二次电路状态的电路的检测信号。振荡电路302是确定延迟时间的延迟电路的一部分。振荡电路302确定时钟周期Tclk。计数器电路303是确定延迟时间的延迟电路的一部分。控制电路304控制二次电池的充放电。控制电路304基于来自检测信号输入电路301的信号，通过输出驱动器317和318，给充电控制输出端子CO和放电控制输出端子DO输出控制信号，由此断开和闭合充放电控制开关电路403并进行二次电池的充放电控制。
图3的熔断器305在延时模式1和延时模式2之间进行切换。输入到输出驱动器317的开关控制信号Predo和输出信号Vdo被输入给“或非门”316。来自“或非门”316的输出信号Test确定使用的是正常工作状态还是测试状态。
接下来参照图1、3、4描述本发明充放电控制电路的工作。
在图4中，当充放电控制开关电路403使用NMOS晶体管时，电路构成如下。当二次电池402处于正常工作状态时，充电控制输出端子CO和放电控制输出端子DO都为高(此后表示为“H”)，而处于过充电状态、过放电状态、或过电流状态时则不为此。当二次电池402处于过充电状态时，充电控制输出端子CO为低(此后表示为“L”)，而当二次电池402处于过放电状态或过电流状态时，放电控制输出端子DO为“L”。控制电路304输出的开关控制信号Predo为“L”，而放电控制输出端子DO为“H”，即正常工作状态中的正电势VDD。
如图3所示，除当电压是由外部部分施加到放电控制输出端子DO时之外，“或非门”316输出的测试信号Test一直为“L”。在该点，与VSS电势相同的电压被从外部施加到放电控制输出端子DO，迫使放电控制输出端子DO为“L”。由此测试信号Test变为“H”，由此将充放电控制电路401置于测试状态。当电压不再从外部部分施加时，测试信号Test变为“L”，并且充放电控制电路401返回到正常工作状态。
在正常工作状态中，控制电路304通过充电控制输出端子CO和放电控制输出端子DO，基于从检测信号输入电路301获取的信息，诸如电池状态和充放电电流，开启或关闭充放电控制开关电路403。当测试信号Test为“L”时，振荡电路以正常时钟周期Tclk进行振荡。此外，一旦“与非门”307的输出由于信号Test变为“H”，过充电和过放电检测延迟时间就变为经过计数器电路303的延迟时间。例如，当检测信号输入电路301检测到二次电池402的过充电状态时，振荡电路进行振荡，并且给计数器电路303发送时钟周期Tclk的信号。根据下面的公式算出从计数器电路303的M级Qm得出的过充电延迟时间TcTc＝2m-1*Tclk (公式1)当检测信号输入电路301检测到二次电池402的过充电状态时，充电控制开关404在经过过充电检测延迟时间Tc后关闭。同样，根据下面的公式计算从计数器电路303的N级Qn得出的过放电检测延迟时间Td
Td＝2n-1*Tclk (公式2)当检测信号输入电路301检测到二次电池402的过放电状态时，控制电路304在经过过放电检测延迟时间Td后通过放电控制输出端子DO关闭放电控制开关405。例如，当振荡电路的周期Tclk是300微秒时，过充电检测延迟时间由计数器的第15级Q15得出，而过放电延迟时间由计数器的第10级Q10得出，根据公式1和公式2，过充电检测延迟时间Tc然后变为4.9毫秒，而过放电检测延迟时间Td变为154毫秒。
另一方面，当处于测试状态时，控制电路304基于从检测信号输入电路301获取的信息，诸如电池状态和充放电电流，通过充电控制输入端子CO和放电控制输出端子DO使充放电控制开关电路403开启和关闭。然而，测试信号Test为“H”。因此，振荡电路以K倍振荡频率的加速进行振荡，由此获得Tclk/K的加速时钟周期。此外，“与非门”307的输出由熔断器305的连接状态决定。因此，在过充电检测延迟时间和过放电检测延迟时间期间，可以在直接从振荡电路302得到的输出和从计数器电路303得到的输出之间进行切换。
当为了通过整定来调整过充电/过放电检测/释放电压而在生产设备中进行测量时，熔断器305被置成连接状态。“与非门”307的输出由此变为“L”。在这种情况下，由包括反向器308和309、以及“与非门”310、311、312、313、314和315的逻辑电路，直接从振荡电路302的输出得出过充电检测延迟时间和过放电检测延迟时间。因此，根据下面的公式计算过充电检测延迟时间TcTc＝Tclk/k (公式3)同样根据下面的公式计算过放电检测延迟时间TdTd＝Tclk/k (公式4)
而且，从计数器电路303得出过电流延迟时间，并且因此由于振荡电路302的加速而引起的只有缩短效应。例如，当振荡电路的时钟周期Tclk是300微秒并且振荡电路302的加速系数K设置为50时，根据公式3和公式4，过充电检测延迟时间Tc和过放电检测延迟时间Td都变为6微秒。与在正常工作状态下使用的几秒相比，过充电检测延迟时间在几微秒之内完成。因此，当准确测量过充电检测电压时，可以节省大量测试时间。
当由于用户或其他人进行IC评估而将熔断器305置成切断状态时，并且由于下拉电阻306使“与非门”307的输出为“H”。在这种情况下，过充电检测延迟时间和过放电检测延迟时间同样变为由包括反相器308和309、以及“与非门”310、311、312、313、314和315的逻辑电路从计数器得到的延迟时间。但是，输出端子DO在该点连接到VSS，并且测试信号Test变为“H”。因此，振荡电路被加速K因数，并根据下面的公式计算过充电检测延迟时间TcTc＝2m-1*Tclk/k(公式5)根据下面的公式计算过放电检测延迟时间TdTd＝2n-1*Tclk/k(公式6)而且，振荡电路的加速也缩短了过电流检测延迟时间。这是延时模式2。例如，当振荡电路302的时钟周期Tclk为300微秒并且振荡电路的加速系数K设置成50时，根据公式5和公式6，过充电检测延迟时间Tc变为98毫秒，而过放电检测延迟时间Td变为3毫秒。这样，对于过充电检测、对于过充电释放电压值的测量、对于过放电检测和对于过放电释放电压值的测量，可以缩短延迟时间。此外，在评估过充电检测延迟时间和过放电检测延迟时间时，也可以节省测试时间。
图5总结了对于本发明充放电控制电路的正常工作状态和测试状态的延迟时间的详细资料。可以看出，可以大大缩短在生产设备中进行测量所需的时间，并且当在正常工作状态下保持足够长的延迟时间时，充放电控制电路测试所需的时间也可以缩短。
在图3中，通过利用由外部部分施加到放电控制输出端子DO的电压，实现充放电控制电路的测试状态。根据电路的结构，也可以通过使用充电控制端子CO实现相同的功能。
权利要求
1.一种充放电控制电路，通过监控二次电池电压或电流中的至少一个以及控制所述二次电池的充放电路径中的开关电路，控制所述二次电池的充放电，所述充放电控制电路包括充放电开关控制电路，控制所述开关电路；输出端子，输出来自所述充放电开关控制电路的信号；以及检测电路，检测由外部部分施加给所述输出端子的电压；其中可以通过由外部部分向所述输出端子施加电压，在正常工作状态和测试状态之间切换所述充放电控制电路。
2.根据权利要求1的充放电控制电路，进一步包括延迟电路，产生延迟时间，所述延迟电路包括振荡器和计数器；以及加速设备，通过在所述测试状态中增加所述振荡器的振荡频率，缩短延迟时间。
3.根据权利要求2的充放电控制电路，进一步包括用于在所述测试状态中在所有检测信号都经过计数器的延时模式和至少一个检测信号没有经过计数器的延时模式之间进行切换的设备。
4.根据权利要求3的充放电控制电路，其中根据在所述充放电开关控制电路中是否设置熔断器而在所述延时模式之间进行切换。
5.一种充电型电源装置，包括二次电池；根据权利要求1所述的充放电控制电路；开关电路，根据从所述充放电控制电路输出的信号，控制所述二次电池的充放电。
全文摘要
提供一种在不增加外部部分端子的情况下能够在正常工作状态和测试状态之间进行切换、并且能够在测试状态中切换延迟时间的充放电控制电路。可以根据是否存在由外部部分施加给二次电池中使用的充放电控制电路的控制信号输出端的电压，在正常工作状态和测试状态之间进行切换。此外，设置有熔断器，使得可以切换测试状态中的延迟时间。
文档编号H02J7/04GK1667911SQ200510054259
公开日2005年9月14日 申请日期2005年2月8日 优先权日2004年2月13日
发明者张伟 申请人:精工电子有限公司