专利名称：带有旁路的过电压保护电池充电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池充电器，尤其涉及包括过电压保护和旁路电路的电池充电器。 相关申请的交叉引用
本申请要求2007年7月3日提交的题为"OVER-VOLTAGE PROTECTED BATTERY CHARGER WITH BYPASS (带有旁路的过电压保护电池充电器)" (代理机构案巻号为INTS-28,355)的美国临时专利申请No. 60/947,700的优先权， 该临时申请通过引用结合于此。
背景技术：
电池充电器是通过迫使电流穿过可再充电的电池或电池组而将能量置入该电 池或电池组中的一种设备。响应于已提供的输入电压而提供由电池充电器产生的充 电电流，该输入电压在一些应用中可从AC适配器或USB端口处获得。电池充电 器接受来自诸如AC适配器或USB端口的外部源的输入电压，并且使用化学依赖 充电法将电池组或电池组电池充电至所需电压电平。在电池组充电应用中经常遇到 的问题是，输入电压可能超出包含在充电电路中的充电晶体管的最大额定电压。这 可能引起被充电设备的损坏，并且可能导致该电子设备中的电池组失效。
用来避免过电压状态下被充电电子设备中的损坏的一个解决方案是在输入电 压和电池充电器之间插入过电压保护电路。现在参见图l，该图示出了过电压保护 电路的一个现有技术实施方式100。输入电压VrN在节点102处施加于过电压保护 电路100的节点102。该输入电压V!N施加于过电压比较器104的正输入端。同样， 基准电压VREF在过电压比较器104的负输入端施加于过电压保护电路100。输入 电压VjN施加并贯通晶体管106,其源/漏通路在节点102和节点108之间连接。晶 体管106的栅连接在过电压比较器104的输出端。晶体管106是由连接在晶体管 106栅上的过电压保护比较器104所控制的过电压保护MOSFET。晶体管106的电 压被额定为超出系统所能被提供的作为输入电压V!N的最大电压。当施加于输入节
点102的输入电压VjN被过电压比较器104确定为超出基准电压Vref吋，从比较 器104施加于晶体管106的栅的控制信号关断晶体管106以断开输入电压Vjn不再 给电池组充电。
第二个晶体管110的源/漏通路在节点108和输出电压节点VBATll2之间连接。
晶体管110是由化学依赖充电控制电路114控制的充电MOSFET。通常，被充电 的设备需要直接来自输入电压的一些电流但不能容耐高输入电压。由此，在节点 108处的晶体管106的漏端进行连接，以提供经过晶体管110的图示为VrN—BYPASS 的过电压保护输入电压。晶体管106和晶体管IIO是比高阻抗晶体管更昂贵更大的 低阻抗晶体管。需要提供一种更小的、费钱更少的并且简单的提供过电压保护的方 法
发明内容
如本说明书所公开及描述地，本发明包括电池充电器，该电池充 电器包含响应于输入电压而提供电池组充电电压的充电电路。该电池充电器还 包含响应于输入电压而提供过电压保护和输入电压旁路信号的第一电路。第一 电路包含用于将输入电压连接到输出电压节点的电阻不小于500mQ的低阻抗 开关，和用于提供作为电压旁路信号的输入电压的电阻不小于1000mQ的高阻 抗开关。
为了更完全地理解本发明及其优点，现参考结合附图进行的下列描述 图1示出了过电压保护电路的一个现有技术实施方式；
图2是与其中带有可再充电电池组的便携式电子设备互连的电池充电器的框
图3是包含旁路电路的过电压保护电路的框图； 图4a示出了图3中的过电压保护电路和旁路电路；
图4b是图3中包含旁路电路的过电压保护电路的更详细的例示图；以及 图5是示出了图4a和图4b中电路的工作的流程图。
具体实施方式
现在参见这些图，其中在这里用相同的附图标记来指示遍及 各个视图的相同的元件，示出并描述了本公开的实施方式，并且描述了本公开的其它可能的实施方式。这些图形并不一定按比例绘制，并且某些实例中在仅 仅以说明为目的在一些地方放大和/或简化了这些图。本领域的普通技术人员基 于本公开的可能实施方式的以下示例将会认识到本公开的许多可能的应用及 变型。
现在参见图2，该图示出了与含有可再充电电池组206的便携式电子设备 204互连的电池充电器202的框图。电池充电器202包含用于接收输入电压VIN 的输入端208。电池充电器202还包含充电电路210，该充电电路210对施加 于输入端208的输入电压Vm响应可产生通过输出连接212施加于便携式电子 设备204的充电电流和充电电压。施加于电池充电器202和充电电路210的输 入电压Vw在某些情况下会太高以至于损坏充电电路210。最坏的设想情况是 已损坏的充电电路210造成这样一种情形，线路212上提供的输出电池组电压 上升到它的正常工作范围之上从而可以损坏便携式电子设备204中的电池组 206。例如，锂离子电池组很容易由过电压状态造成过充电。对锂离子电池组 过充电可能导致爆炸、燃烧或其它危险情形。电池充电器需要将锂离子电池组 充电至一个高度精确的最终电压以使该电池组不会过充电或者充电不足。从安 全角度来看，正确保护锂离子电池组使其免于过充电是非常关键的。
为了防止过电压状况，电池充电器202包含可以断开输入电压VIN 208的 过电压保护电路214，从而当检测到过电压状态时便可使通过输出端212施加 于便携式电子设备204的电压不起作用。另外，过电压保护电路214可以经由 输出端216提供当连接输入电源时提供给系统的输入电压旁路。
电池组充电电压Vbat在瑜出端212施加于便携式电子设备204，而输入电 压旁路经由输出端216提供给便携式电子设备。便携式电子设备204可以包括 诸如便携式计算机、蜂窝式电话、便携式娱乐设备、MP3播放器、PDA (个人 数字助理)的任何便携式电子设备或其中含有可再充电电池组206的任何其它 便携式电子设备。在一个实施方式中，电池充电器电路202可以包括例如由 Intersil公司提供的ISL6299A或ISL9200设备。
现在参见图3，该图示出了包含过电压保护电路和旁路电路的电池充电器 202的一个实施方式的框图。该电路由提供输入电压VjN和控制信号的过电压保 护电路302组成。该控制信号施加于从充电控制电路306接收控制信号的控制逻辑 304。过电压保护电路302被配置成在输入端308接收输入电压V!n和在瑜入端310
接收基准电压VREF。响应于该输入电压VjN和该基准电压VreF，过电压保护电路 302在第一个输出端312提供施加于控制逻辑304的输入电压以及在输出端 314提供同样提供给控制逻辑304的控制信号。
从过电压保护电路在输出端314施加的控制信号指示何时输入电压V!n超出基 准电压Vref。该控制信号314用于将作为电池组电压Vbat施加于瑜出端316的输 入电压V!n断开。响应于过电压保护电路302提供的控制信号的指示，控制逻辑 304将Vjn与Vbat瑜出端断幵。另夕卜，来自过电压保护电路302的控制信号可以控 制是否将输入电压VjN作为输出端318的来自控制逻辑304的旁路信号 Vjn—BYPASS提供。当输入电压V^未超出基准电压时，电压V^也作为 Vjn_BYPASS施加。充电控制电路306也向控制逻辑304提供控制信号以在相关联
的电子设备的电池组全充电时将作为Vbat施加的V!n断开。
现在参见图4a，该图更具体地示出了图3的过电压保护电路和旁路电路。图 4a的电路中输入电压VrN施加于输入节点402。输入节点402与过电压保护比较器 404的正输入端和开关450相连接。开关450连接在输入电压节点402和提供电池
组充电电压vbat的输出节点414之间。基准电压vref施加于过电压保护比较器404
的负输入端。过电压保护比较器404的输出端提供控制信号，该控制信号用于开关 连接在节点402与节点414之间的开关450，以及用于开关连接在节点402与提供 输出信号V!n_BYPASS的旁路电压节点408之间的开关452。开关450另外还由充 电控制电路412控制。为了在过电压状况下断开输入电压V!n使之不被施加于提供 电压vbat的输出节点414，开关450可以基于来自充电控制电路412的控制信号 而开关。开关452响应于指示过电压状态的来自过电压保护比较器404的控制信号 而开关，以在节点408提供旁路电压信号V!n一BYPASS。
现在参见图4b，该图更具体地示出了图3的过电压保护电路和旁路电路的一 个特定实施方式。这一实施方式使用MOSFET晶体管作为开关450和开关452。
不过，也可以使用其它类型的晶体管或开关。图4b的电路中输入电压V!n施加于
输入节点402。输入节点402与过电压保护比较器404的正输入端和晶体管410相 连接。晶体管410连接在输入电压节点402和提供电池组充电电压vbat的输出节 点414之间。基准电压vref施加于过电压保护比较器404的负输入端。过电压保 护比较器404的输出端提供控制信号，该控制信号用于开或关连接在节点402与节 点414之间的晶体管410，以及用于开或关连接在节点402与提供输出信号 Vjn—BYPASS的旁路电压节点408之间的晶体管406。晶体管410另外还由充电控 制电路412控制。为了在过电压状态下断开输入电压V!n使之不被施加于提供电压
vbat的输出节点414，晶体管410可以基于来自充电控制电路412的控制信号而开 关。晶体管406响应于来自过电压保护比较器404的指示过电压状态的控制信号而 开或关，以在节点408提供旁路电压信号Vjn—BYPASS。
在图4b示出的电路中，晶体管410是由化学依赖充电控制电路412和过电压 比较器404的输出端所控制的充电MOSFET。晶体管410的额定电压超过输入到 电池组充电系统中的最大输入电压。充电MOSFET晶体管410另外还由可使充电 MOSFET能够提供充电和系统保护双重功能的过电压比较器404的输入端控制。 为了向系统提供Vjn—BYPASS信号，第二个高阻抗MOSFET406连接到输入电压 节点402并且由比较器404控制，从而生成系统所需的过电压保护工作输入信号。 当输入电压V!n超出基准电压Vref吋，比较器404的输出端关掉提供旁路电压通 路的晶体管406。与晶体管410类似，晶体管406也是额定接受高电压并且可以在 关掉设备时阻止反向电流。图4所示出的电路可应用于单输入以及双重和多重输入 电池充电器。
现有的解决方案需要使用两个低阻抗开关来提供所需的系统电压，而图4b的 电路使得能够使用单个低阻抗开关410来运载电池组充电电流以及使用高阻抗开 关406来运载旁路信号。晶体管410的阻抗可以在100mQ范围内。晶体管406 的阻抗可以在1000mQ范围内。当输入电压v!n超出基准电压vref时，过电压比 较器404将向旁路晶体管406和电压控制晶体管410提供控制信号。该控制信号将 关断晶体管410以使输入电压V!n与输出节点414断开，并且也将关断晶体管406 以为输入电压提供节点408的旁路。
图4b的电路提供了与相关于图1所描述的解决方案同样的功能但是利用了更 小的、更便宜的元件。在图l所示出的电路中，包含晶体管106和晶体管110的串 联通路的总阻抗约为500mQ。晶体管106的阻值约为300mQ，而晶体管110 的阻值约为200mQ 。对于输入电压处于最低水平，电池组电压接近其最大电压， 而充电器进入回动状态的情形，维持小于500mQ的总阻抗是充电通路的临界规 格。图4的电路通过使充电晶体管410具有保护和电池组充电的双重功能而排 除了对两个低阻抗过电压保护MOSFET晶体管的需要。附加的旁路MOSFET 晶体管406可以具有高得多的阻抗，通常为l欧姆或更高，这取决于系统电流 的要求，并且它通常比图l所描述的旁路晶体管小很多且更便宜。为了进一步 的优化，晶体管410可以从200mQ增加到500mQ，该晶体管是可被做得更小 更便宜的另一个器件。现在参见图5，该图示出了描述图4b电路的工作的流程图。最初，由比较 器404接收基准电压VREF和输入电压Vjn，并且输入电压VjN通过开关410施加 于充电电压节点414。在步骤502接收到输入电压V!N和基准电压VREF之后，询问 步骤504使用比较器404确定输入电压VjN是否超出基准电压Vref。当输入电压超 出基准电压时，在步骤506中打开将输入电压连接到输入电压旁路节点408的开关 以使输入电压与Vw—BYPASS节点断开。同样，在步骤508中，打开将输入电压 连接到电池组充电节点VBAT414的开关410以使输入电压与电池组充电节点断开。
如果询问步骤504确定输入电压未超出基准电压，则询问步骤510将进一步确
定用VBAT电压进行充电的电池组是否将所连接的电子设备中的电池组全充电。如
果没有，控制回到询问步骤504。如果询问步骤510确定电池组已经全充电，控制 转到步骤508，打开将输入电压连接到电池组充电节点414的开关以使输入电压与 充电节点414断开。
受益于本公开的本领域技术人员将会认识到本发明提供了相对于现有充电器 具有改良的过电压保护和旁路选择的电池充电器。应当理解，本文中的附图和详细 描述是以说明性而非限制性的方式看待的，并且无意将本发明限于所公开的特定形 式和示例。例如，可以使用除MOSFET外的其它晶体管。相反，本发明包括由下 列权利要求限定的不背离本发明精神和范围的任何进一步的更改、改变、调整、代 替、替换、设计选择以及对本领域普通技术人员来说显而易见的实施方式。因此， 旨在将下列权利要求解释为包含所有这种进一步的更改、改变、调整、代替、替换、 设计选择以及各种实施方式。
权利要求
1.一种电池充电器，包括响应于输入电压而提供电池组充电电压的充电电路；响应于所述输入电压而提供过电压保护和输入电压旁路信号的第一电路，所述第一电路还包括用于将所述输入电压连接到输出电压节点的电阻为至少500mΩ的低阻抗开关；用于将所述输入电压作为电压旁路信号提供的电阻为至少1000mΩ的高阻抗开关。
2. 如权利要求l所述的电池充电器，其特征在于，所述第一电路还包括将 所述输入电压与基准电压相比较的电压比较器，所述比较器响应于所述比较而 产生第一控制信号。
3. 如权利要求2所述的电池充电器，其特征在于，当所述输入电压超出所 述基准电压时，所述低阻抗开关被关断，并且所述高阻抗开关也被关断。
4. 如权利要求1所述的电池充电器，还包括充电控制电路，所述充电控制电路响应于与连接的电池组有关的确定而产 生第二控制信号，所述第二控制信号发送到所述低阻抗开关以使所述输入电压 与所述输出电压节点断开。
5. 如权利要求4所述的电池充电器，其特征在于，所述确定包括所述连接 的电池组已经完全充电的确定。
6. —种电池充电器，包括响应于输入电压而提供电池组充电电压的充电电路；响应于所述输入电压而提供过电压保护和输入电压旁路信号的第一电路，所述 第一电路还包括将所述输入电压与基准电压相比较的电压比较器，所述比较器响应于所述比较而产生第一控制信号；响应于所述第一控制信号而将所述输入电压连接到输出电压节点的电 阻不小于500mQ的低阻抗开关；响应于所述第一控制信号而将所述输入电压作为电压旁路信号提供的 电阻不小于1000mQ的高阻抗开关；以及其中，当所述输入电压超出所述基准电压时，所述低阻抗开关被关断，并 且所述高阻抗开关被开通。
7. 如权利要求6所述的电池充电器，还包括充电控制电路，所述充电控制电路响应于与连接的电池组有关的确定而产 生第二控制信号，所述第二控制信号发送到所述低阻抗开关以使所述输入电压 与所述输出电压节点断开。
8. 如权利要求7所述的电池充电器，其特征在于，所述确定包括所述连接 的电池组已经完全充电的确定。
9. 一种用于提供过电压保护和输入电压旁路信号的电路，包括将输入电压与基准电压相比较的电压比较器，所述比较器响应于所述比较而产生第一控制信号；响应于所述第一控制信号而将所述输入电压连接到输出电压节点的电阻 为至少500mQ的低阻抗开关；响应于所述第一控制信号而将所述输入电压作为电压旁路信号提供的电 阻为至少1000mQ的高阻抗开关。
10. 如权利要求9所述的电路，其特征在于，当所述输入电压超出所述基 准电压时，所述低阻抗开关被关断，并且所述高阻抗开关也被关断。
11. 如权利要求9所述的电路，还包括充电控制电路，所述充电控制电路响应于与连接的电池组有关的确定而产 生第二控制信号，所述第二控制信号发送到所述低阻抗开关以使所述输入电压 与所述输出电压节点断开。
12. 如权利要求ll所述的电路，其特征在于，所述确定包括所述连接的电 池组已经完全充电的确定。
13. —种充电系统，其包括 便携式电子设备；用于向所述便携式电子设备供给能量的可再充电电池组； 响应于输入电压而向所述电子设备提供电池组充电电压以给所述可再充电电池组充电的电池充电器电路；所述电池充电器内的响应于所述输入电压而提供过电压保护和输入电压旁路信号的第一电路，所述第一电路还包括 用于将所述输入电压连接到输出电压节点的电阻为至少500mQ的低阻 抗开关；用于将所述输入电压作为电压旁路信号提供的电阻为至少1000mQ的 高阻抗开关。
14. 如权利要求13所述的充电系统，其特征在于，所述第一电路还包括将 所述输入电压与基准电压相比较的电压比较器，所述比较器响应于所述比较而 产生第一控制信号。
15. 如权利要求14所述的充电系统，其特征在于，当所述输入电压超出所 述基准电压时，所述低阻抗开关被关断，并且所述高阻抗开关也被关断。
16. 如权利要求13所述的充电系统，还包括充电控制电路，所述充电控制电路响应于与连接的电池组有关的确定而产 生第二控制信号，所述第二控制信号发送到所述低阻抗开关以使所述输入电压 与所述输出电压节点断开。
17. 如权利要求16所述的充电系统，其特征在于，所述确定包括所述连接 的电池组已经完全充电的确定。
18. —种在电池充电器内提供过电压保护和输入电压旁路信号的方法，包 括以下步骤响应于输入电压而产生电池组充电电压； 提供作为电压旁路信号的所述输入电压；将所述输入电压与基准电压相比较，所述基准电压指示过电压极限； 如果所述输入电压超出所述基准电压，则将所述输入电压与所述电池组充 电电压断开；以及如果所述输入电压超出所述基准电压，则将所述输入电压与所述电压旁路 信号断开。
19. 如权利要求18所述的方法，还包括以下步骤 确定由所述电池组充电电压充电的电池组是否完全充电； 如果所述电池组完全充电则将所述输入电压与所述电池组充电电压断开。
全文摘要
一种电池充电器包括响应于输入电压而提供电池组充电电压的充电电路。第一电路响应于该输入电压而提供过电压保护和输入电压旁路信号。该第一电路包含将输入电压连接到输出电压节点的电阻为至少500mΩ的低阻抗开关。该第一电路还包含提供作为电压旁路信号的输入电压的电阻为至少1000mΩ的高阻抗开关。
文档编号H02H3/20GK101350532SQ20081012791
公开日2009年1月21日 申请日期2008年7月2日 优先权日2007年7月3日
发明者H-S·徐 申请人:英特赛尔美国股份有限公司