專利名稱：保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池保護(hù)電路及方法。
背景技術(shù)：
使用電池的電源供應(yīng)器通常配備保護(hù)電路來(lái)偵測(cè)電池的狀況，避免在電池的充放 電期間出現(xiàn)不安全的操作，例如，過(guò)壓(over-voltage)及欠壓(under-voltage)。圖1是傳 統(tǒng)應(yīng)用在可攜式電子裝置的電池封裝10，該電池封裝10包括電池12及保護(hù)電路13。在保 護(hù)電路13中，MOS晶體管Ml及M2各具有基底二極管(bodydiode) Dl及D2，且二者以背對(duì) 背方式排列，偵測(cè)器14監(jiān)視電池12的電壓并據(jù)以切換MOS晶體管Ml及M2，以控制流進(jìn)及 流出電池封裝10的電流。在充電操作時(shí)，充電器18提供充電電流對(duì)電池12充電，在放電 操作時(shí)，電池提供放電電流給負(fù)載16。在正常操作時(shí)，MOS晶體管Ml及M2都閉路，因此允許充電電流及放電電流通過(guò)， 由于MOS晶體管Ml及M2的壓降很小，因此基底二極管Dl及D2都不導(dǎo)通。當(dāng)偵測(cè)器14偵 測(cè)到電池12發(fā)生過(guò)壓事件時(shí)，MOS晶體管Ml開(kāi)路且MOS晶體管M2閉路，基底二極管Dl阻 擋充電電流，只有放電電流可以通過(guò)。當(dāng)偵測(cè)器14偵測(cè)到電池12發(fā)生欠壓事件時(shí)，MOS晶 體管Ml閉路且MOS晶體管M2開(kāi)路，基底二極管D2阻擋放電電流，只有充電電流可以通過(guò)。然而，傳統(tǒng)的保護(hù)電路13需要兩個(gè)MOS晶體管Ml及M2，因此成本及晶粒(die)的 面積較多。此外，不論放電電流或充電電流通過(guò)基底二極管Dl或D2，都容易造成過(guò)熱及功 率損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路及方法。根據(jù)本發(fā)明，一種保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路包括具有基底二極管的MOS 晶體管，以及控制邏輯電路切換該MOS晶體管及該基底二極管的方向，以控制充電電流及 放電電流。第一偵測(cè)器在偵測(cè)到過(guò)壓或欠壓時(shí)，通知該控制邏輯電路關(guān)閉該MOS晶體管。第 二偵測(cè)器根據(jù)電池為連接負(fù)載或充電器或浮接，通知該控制邏輯電路選擇過(guò)壓保護(hù)解除臨 界值及過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明，一種保護(hù)電池用的方法包括在充電及放電路徑安排一個(gè)具有基底二 極管的MOS晶體管，在過(guò)壓及欠壓時(shí)關(guān)閉該MOS晶體管及切換該基底二極管的方向，以控制 充電電流及放電電流，以及根據(jù)電池為連接負(fù)載或充電器或浮接選擇過(guò)壓保護(hù)解除臨界值 及過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明，一種保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路包括具有第一導(dǎo)電型的基 底，具有第二導(dǎo)電型的隔離層在該基底上，具有該第一導(dǎo)電型的井在該隔離層內(nèi)，MOS晶體 管在該井上，以及電流最佳化電路連接該隔離層，提供電壓給該隔離層以防止寄生導(dǎo)通。本發(fā)明所提供的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路及方法，由于只使用一個(gè)MOS 晶體管控制電池的充放電，因此能降低成本及晶粒面積，而且所有的保護(hù)電路整合在同一集成電路，故能簡(jiǎn)化電路板上的電路。


圖1是傳統(tǒng)應(yīng)用在可攜式電子裝置的電池封裝；圖2是用以保護(hù)電池的低位側(cè)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路；圖3是低位側(cè)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路的實(shí)施例；圖4用以說(shuō)明發(fā)生過(guò)壓事件后，接腳VM仍然連接充電器時(shí)，開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路 的過(guò)壓保護(hù)解除反應(yīng)；圖5用以說(shuō)明發(fā)生過(guò)壓事件后，接腳VM為浮接時(shí)，開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路的過(guò)壓保 護(hù)解除反應(yīng)；圖6用以說(shuō)明發(fā)生過(guò)壓事件后，充電器被移除并接上負(fù)載時(shí)，開(kāi)關(guān)嵌大式集成電 路的過(guò)壓保護(hù)解除反應(yīng)；圖7是開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路的剖面圖以及電流最佳化電路的實(shí)施例；圖8是電流傳感器的實(shí)施例；圖9是第二偵測(cè)器的實(shí)施例；圖10是延遲電路的實(shí)施例；圖11用以說(shuō)明圖3電路的欠壓保護(hù)解除反應(yīng)；圖12是用以保護(hù)電池的高位側(cè)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路；以及圖13是高位側(cè)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路的實(shí)施例。
具體實(shí)施例下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)描述。圖2是用以保護(hù)電池的低位側(cè)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20，該開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20 包括三只接腳VDD、GND及VM。電池22連接在接腳VDD及GND之間，負(fù)載或充電器M連接 在接腳VDD及GND之間。圖3是低位側(cè)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20的實(shí)施例，其中MOS晶體管 Ml連接在接腳GND及VM之間，該MOS晶體管Ml具有基底二極管D1，基底二極管Dl的陽(yáng)極 經(jīng)開(kāi)關(guān)S2連接至接腳GND或VM，基底二極管Dl的陰極經(jīng)關(guān)關(guān)S3連接至接腳GND或VM，通 過(guò)切換開(kāi)關(guān)S2及S3可改變基底二極管Dl的方向，電流最佳化電路30用以防止MOS晶體 管Ml在大電流操作時(shí)發(fā)生寄生導(dǎo)通(latch up)，第一偵測(cè)器32連接接腳VDD及GND以監(jiān) 視電池22的電壓來(lái)決定偵測(cè)信號(hào)Sp，第二偵測(cè)器42連接接腳VM以偵測(cè)接腳VM的電壓產(chǎn) 生偵測(cè)信號(hào)SL供判斷接腳VM的狀態(tài)為連接充電器或負(fù)載或浮接，電流傳感器40偵測(cè)充電 或放電電流而產(chǎn)生電流感測(cè)信號(hào)ks，控制邏輯電路34用以控制MOS晶體管Ml、開(kāi)關(guān)S2及 S3，振蕩器36提供頻率CLK，延遲電路38根據(jù)頻率CLK提供多個(gè)延遲時(shí)間toVpl、toVp2及 tovp3給控制邏輯電路34。由于只使用一個(gè)MOS晶體管Ml控制電池22的充放電，因此能 降低成本及晶粒面積，而且所有的保護(hù)電路整合在同一集成電路20，故能簡(jiǎn)化電路板上的 電路，如圖2所示。參照?qǐng)D3，在正常操作時(shí)，MOS晶體管Ml全開(kāi)，因此充電電流或放電電流都可經(jīng)MOS 晶體管Ml流進(jìn)或流出電池22。當(dāng)?shù)谝粋蓽y(cè)器32偵測(cè)到欠壓事件時(shí)，通過(guò)偵測(cè)信號(hào)Sp通 知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1，并使基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極分別連接至接腳GND及接腳VM，以阻擋放電電流，只允許充電電流通過(guò)，因而達(dá)成欠壓保護(hù)功能。當(dāng)?shù)谝粋?測(cè)器32偵測(cè)到過(guò)壓事件時(shí)，通過(guò)偵測(cè)信號(hào)Sp通知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1，并 使基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極分別連接至接腳VM及接腳GND，以阻擋充電電流，只允許放 電電流通過(guò)，因而達(dá)成過(guò)壓保護(hù)功能。在發(fā)生過(guò)壓事件后，根據(jù)接腳VM的狀態(tài)，開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20將有不同的過(guò)壓 保護(hù)解除反應(yīng)。發(fā)生過(guò)壓事件后，若接腳VM是連接充電器，則開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20的過(guò) 壓保護(hù)解除反應(yīng)如圖4所示，其中波形50為電池22的電壓，波形52為接腳VM的電壓，波 形討為通過(guò)MOS晶體管Ml的電流。參照?qǐng)D3及圖4，在時(shí)間tl時(shí)，MOS晶體管Ml導(dǎo)通，充 電器提供充電電流對(duì)電池22充電，如波形M所示，因此電池22的電壓上升，如波形50所 示。由于MOS晶體管Ml的導(dǎo)通電阻，充電電流通過(guò)MOS晶體管Ml時(shí)將產(chǎn)生壓降，因此接腳 VM的電壓為負(fù)壓，如波形52所示。當(dāng)電池22的電壓大于過(guò)壓保護(hù)臨界值Vovp且持續(xù)一段 時(shí)間，第一偵測(cè)器32通過(guò)偵測(cè)信號(hào)Sp通知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1，并使基底 二極管Dl的陽(yáng)極及陰極分別連接至接腳VM及接腳GND，以截止充電電流，如時(shí)間t2所示。 此時(shí)由于接腳VM連接充電器，因此接腳VM的電壓下降，如波形52所示。舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)充 電器提供6V電壓而電池電壓為4V，又充電器及電池22均連接接腳VDD，當(dāng)MOS晶體管Ml開(kāi) 路后，接腳VM的電壓將變?yōu)?2V。當(dāng)?shù)诙蓽y(cè)器42偵測(cè)到接腳VM的電壓低于負(fù)電壓VB2 時(shí)，通過(guò)偵測(cè)信號(hào)SL告知控制邏輯電路34充電器仍然連接接腳VM，控制邏輯電路34因而 送出設(shè)定信號(hào)ket給第一偵測(cè)器32，以選擇電壓Vovp_hySl作為過(guò)壓保護(hù)解除臨界值。在 MOS晶體管Ml開(kāi)路后，由于電池22的自放電，電池22的電壓將緩緩下降，在其低于過(guò)壓保 護(hù)解除臨界值Vovp_hySl時(shí)，如時(shí)間t3，第一偵測(cè)器32關(guān)閉偵測(cè)信號(hào)Sp以使控制邏輯電 路34打開(kāi)MOS晶體管Ml。為了避免誤動(dòng)作，在偵測(cè)信號(hào)Sp持續(xù)關(guān)閉超過(guò)過(guò)壓保護(hù)解除延 遲時(shí)間后，控制邏輯電路34才打開(kāi)MOS晶體管M1，如時(shí)間t4，此時(shí)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20 解除過(guò)壓保護(hù)。在此實(shí)施例中，控制邏輯電路34根據(jù)偵測(cè)信號(hào)SL選擇延遲時(shí)間tovpl作 為過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。由于充電器并未移除，故在MOS晶體管Ml導(dǎo)通后，充電器再次 對(duì)電池22充電。當(dāng)電池22的電壓又大于過(guò)壓保護(hù)臨界值Vovp時(shí)，重復(fù)前述操作。發(fā)生過(guò)壓事件后，若接腳VM為浮接，則開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20的過(guò)壓保護(hù)解除反 應(yīng)如圖5所示。參照?qǐng)D3及圖5，當(dāng)充電器將電池22的電壓充到過(guò)壓保護(hù)臨界值Vovp后， 控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1，并使基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極分別連接至接腳VM 及接腳GND，以截止充電電流。當(dāng)充電器被移除時(shí)，如時(shí)間t5，接腳VM變成浮接，此時(shí)開(kāi)關(guān) 嵌入式集成電路20的內(nèi)部電流可能通過(guò)接腳VM，故接腳VM的電壓為正電壓。若第二偵測(cè) 器42偵測(cè)到接腳VM的電壓小于正電壓VBl但大于負(fù)電壓VB2，則通過(guò)偵測(cè)信號(hào)SL告知控 制邏輯電路；34充電器已被移除，控制邏輯電路34因而選擇延遲時(shí)間tovp2作為過(guò)壓保護(hù) 解除延遲時(shí)間，并送出設(shè)定信號(hào)ket給第一偵測(cè)器32，以選擇電壓Vovp_hyS2作為過(guò)壓保 護(hù)解除臨界值。由于電池22的自放電，電池電壓緩緩下降，在其低于過(guò)壓保護(hù)解除臨界值 Vovp_hys2時(shí)，如時(shí)間t6，第一偵測(cè)器32關(guān)閉偵測(cè)信號(hào)Sp，使控制邏輯電路34打開(kāi)MOS晶 體管Ml以解除過(guò)壓保護(hù)。為了避免誤動(dòng)作，偵測(cè)信號(hào)Sp持續(xù)關(guān)閉超過(guò)過(guò)壓保護(hù)解除延遲 時(shí)間tovp2后，控制邏輯電路34才打開(kāi)MOS晶體管M1，如時(shí)間t7，此時(shí)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電 路20解除過(guò)壓保護(hù)。在MOS晶體管Ml導(dǎo)通后，接腳GND及VM短路，故接腳VM的電壓等于 接腳GND的電壓，電池22則持續(xù)自放電導(dǎo)致電池電壓持續(xù)下降。
發(fā)生過(guò)壓事件后，若充電器被移除并接上負(fù)載，則開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20的過(guò)壓 保護(hù)解放反應(yīng)如圖6所示。參照?qǐng)D3及圖6，當(dāng)充電器將電池22的電壓充到過(guò)壓保護(hù)臨界 值Vovp后，控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1，并使基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極分別連 接至接腳VM及接腳GND，以截止充電電流。在MOS晶體管Ml關(guān)閉后，電池22的電壓因自 放電而下降。在將充電路移除并接上負(fù)載后，電池22提供放電電流通過(guò)MOS晶體管Ml的 基底二極管D1，因此在基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極之間具有順向偏壓VD，如時(shí)間偽所示。 電流傳感器40因感測(cè)到放電電流而產(chǎn)生電流感測(cè)信號(hào)Scs給控制邏輯電路34，以使其打 開(kāi)MOS晶體管M1，如時(shí)間t9所示，此時(shí)放電電流不再通過(guò)基底二極管D1，而是通過(guò)MOS晶 體管M1，故能避免過(guò)熱及減少功率損失。然而，開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20仍處于過(guò)壓保護(hù)狀 態(tài)，因此在MOS晶體管Ml導(dǎo)通一段時(shí)間ton后，控制邏輯電路34將因偵測(cè)信號(hào)Sp而再次 關(guān)閉MOS晶體管M1，如時(shí)間tlO所示。在MOS晶體管Ml關(guān)閉一段時(shí)間toff后，控制邏輯 電路34再次因電流感測(cè)信號(hào)Scs而打開(kāi)MOS晶體管Ml。換言之，在過(guò)壓保護(hù)期間，控制邏 輯電路34根據(jù)偵測(cè)信號(hào)Sp及電流感測(cè)信號(hào)Scs反復(fù)切換MOS晶體管M1，故在此期間，基 底二極管Dl的跨壓的平均值為VA低于順向偏壓VD，因此改善因基底二極管Dl的功率消 耗以及過(guò)熱。在開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20接上負(fù)載時(shí)，如時(shí)間偽所示，第二偵測(cè)器42偵測(cè) 到接腳VM的電壓大于臨界值VB1，因此通過(guò)偵測(cè)信號(hào)SL告知控制邏輯電路34負(fù)載已被接 上，控制邏輯電路34因而選擇延遲時(shí)間tovp3作為過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間，并送出設(shè)定信 號(hào)ket給第一偵測(cè)器32，以選擇電壓Vovp_hyS3作為過(guò)壓保護(hù)解除臨界值。當(dāng)電池22的 電壓低于過(guò)壓保護(hù)解除臨界值Vovp_hyS3時(shí)，如時(shí)間tll，第一偵測(cè)器32關(guān)閉偵測(cè)信號(hào)Sp, 以使控制邏輯電路34打開(kāi)MOS晶體管Ml。為了避免誤動(dòng)作，在持續(xù)過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí) 間tovp3都未收到偵測(cè)信號(hào)Sp后，控制邏輯電路34才打開(kāi)MOS晶體管M1，如時(shí)間tl2，此 時(shí)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20解除過(guò)壓保護(hù)，進(jìn)入正常操作。在圖4至圖6中，過(guò)壓保護(hù)解除臨界值Vovp_hysl小于Vovp_hys2及Vovp_hys3， Vovp_hys2可以等于或不等于過(guò)壓保護(hù)解除臨界值Vovp_hys3，Vovp_hys2及Vovp_hys3也 可以等于過(guò)壓保護(hù)臨界值Vovp0過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間tovpl不等于tovp2及tovp3，但 tovp2可以等于或不等于過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間tovp3。圖7是開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20的剖面圖以及電流最佳化電路30的實(shí)施例，其中 MOS晶體管Ml包括作為基底的P型井70、作為汲極及源極的N型摻雜區(qū)64及66，以及作為 閘極的導(dǎo)電體68在N型摻雜區(qū)64及66之間的區(qū)域上方。由于MOS晶體管Ml與其它電路 整合在同一集成電路中，因此都在同一芯片60上，但使用隔離層62將MOS晶體管Ml與其 它組件隔離，以便切換MOS晶體管Ml的基底二極管Dl的方向。當(dāng)MOS晶體管Ml操作在大 電流，其可能產(chǎn)生寄生導(dǎo)通而使電流由摻雜區(qū)64及66經(jīng)P型井70流向隔離層62。在此實(shí) 施例中，電流最佳化電路30包括電阻Rco連接在接腳VDD及隔離層62之間，以提供電壓給 隔離層62，因而防止寄生導(dǎo)通。圖8是電流傳感器40的實(shí)施例，其包括感測(cè)電阻Rses與MOS晶體管Ml串聯(lián)，放 電比較器72具有正輸入及負(fù)輸入分別連接感測(cè)電阻Rses的兩端N2及附，以及充電比較器 74具有正輸入及負(fù)輸入分別連接感測(cè)電阻Rses的兩端m及N2。當(dāng)放電電流通過(guò)感測(cè)電 阻Rses時(shí)，N2端的電壓大于m端的電壓，故放電比較器72的輸出為高準(zhǔn)位，以告知控制 邏輯電路34有放電電流通過(guò)MOS晶體管Ml。當(dāng)充電電流通過(guò)感測(cè)電阻Rses時(shí)，m端的電壓大于N2端的電壓，故充電比較器74的輸出為高準(zhǔn)位，以告知控制邏輯電路34有充電電 流通過(guò)MOS晶體管Ml。圖9是第二偵測(cè)器42的實(shí)施例，其包括比較器76及78，比較器76的正輸入接收 正電壓VB1，負(fù)輸入連接接腳VM，比較器78的正輸入連接接腳VM，負(fù)輸入接收負(fù)電壓VB2。 當(dāng)接腳VM的電壓低于負(fù)電壓VB2時(shí)，比較器76的輸入為高準(zhǔn)位信號(hào)，比較器78的輸入為低 準(zhǔn)位信號(hào)，以告知控制邏輯電路34充電器連接接腳VM。當(dāng)接腳VM的電壓大于負(fù)電壓VB2 而小于正電壓VBl時(shí)，比較器76及78的輸入均為高準(zhǔn)位的信號(hào)，以告知控制邏輯電路34 接腳VM為浮接。當(dāng)接腳VM的電壓高于正電壓VBl時(shí)，比較器76的輸入為低準(zhǔn)位信號(hào)，比 較器78的輸入為高準(zhǔn)位信號(hào)，以告知控制邏輯電路34負(fù)載連接接腳VM。圖10是延遲電 路38的實(shí)施例，其包括多個(gè)串聯(lián)的D型正反器80、82、84及86，根據(jù)頻率CLK產(chǎn)生延遲時(shí)間 tovpl、tovp2及 tovp30圖11用以說(shuō)明圖3電路的欠壓保護(hù)解除反應(yīng)。參照?qǐng)D3及圖11，在時(shí)間tl3時(shí)， 開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20連接負(fù)載且MOS晶體管Ml導(dǎo)通，電池22提供放電電流給負(fù)載，如波 形M所示，故電池22的電壓下降，如波形50所示，由于MOS晶體管Ml的導(dǎo)通電阻，放電電 流通過(guò)MOS晶體管Ml時(shí)將產(chǎn)生壓降，故接腳VM的電壓為正壓，如波形52所示。當(dāng)電池22 的電壓小于欠壓保護(hù)臨界值Vuvp且持續(xù)一段時(shí)間，第一偵測(cè)器32通過(guò)偵測(cè)信號(hào)Sp通知控 制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1，并使基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極分別連接至接腳GND 及接腳VM，以截止放電電流，如時(shí)間tl4所示，此時(shí)接腳VM的電壓上升。當(dāng)負(fù)載移除且接上 充電器時(shí)，如時(shí)間tl5所示，充電器提供充電電流對(duì)電池22充電，故電池22的電壓開(kāi)始上 升，此時(shí)充電電流通過(guò)MOS晶體管Ml的基底二極管D1，因此在基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極 之間具有順向偏壓VD。接著電流傳感器40因感測(cè)到充電電流而產(chǎn)生電流感測(cè)信號(hào)Scs給 控制邏輯電路；34，以使其打開(kāi)MOS晶體管M1，如時(shí)間tl6所示，此時(shí)充電電流不再通過(guò)基底 二極管D1，而是通過(guò)MOS晶體管M1，故能避免過(guò)熱及減少功率損失。然而，開(kāi)關(guān)嵌入式集成 電路20仍處于欠壓保護(hù)狀態(tài)，因此在MOS晶體管Ml導(dǎo)通一段時(shí)間ton后，控制邏輯電路34 將因偵測(cè)信號(hào)Sp而再次關(guān)閉MOS晶體管M1，如時(shí)間tl7所示。在MOS晶體管Ml關(guān)閉一段 時(shí)間toff后，控制邏輯電路34再次因電流感測(cè)信號(hào)Scs而打開(kāi)MOS晶體管Ml。換言之，在 欠壓保護(hù)期間，控制邏輯電路；34根據(jù)偵測(cè)信號(hào)Sp及電流感測(cè)信號(hào)Scs反復(fù)切換MOS晶體 管Ml，故在此期間，基底二極管Dl的跨壓的平均值為VA低于順向偏壓VD，因此改善因基底 二極管Dl的功率消耗以及過(guò)熱。當(dāng)電池22的電壓高于欠壓保護(hù)解除臨界值Vuvp_hyS時(shí)， 如時(shí)間tl8，第一偵測(cè)器32關(guān)閉偵測(cè)信號(hào)Sp,以使控制邏輯電路34打開(kāi)MOS晶體管Ml。為 了避免誤動(dòng)作，在持續(xù)欠壓保護(hù)解除延遲時(shí)間tuvp都未收到偵測(cè)信號(hào)Sp后，控制邏輯電路 34才打開(kāi)MOS晶體管M1，如時(shí)間tl9，此時(shí)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路20解除欠壓保護(hù)。圖12是用以保護(hù)電池的高位側(cè)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路90，其包括三只接腳VDD、GND 及VM。電池22連接在接腳VDD及GND之間，負(fù)載或充電器34連接在接腳VM及GND之間。 圖13是高位側(cè)開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路90的實(shí)施例，除了與圖3相同的第一偵測(cè)器32、控制邏 輯電路34、振蕩器36、延遲電路38、電流傳感器40以及第二偵測(cè)器42，M0S晶體管Ml是連 接在接腳VDD及VM之間，電流最佳化電路30是連接在接腳GND及隔離層62之間。由于只 使用一個(gè)MOS晶體管Ml控制電池22的充放電，因此能降低成本及晶粒面積，而且所有的保 護(hù)電路整合在同一集成電路30，故能簡(jiǎn)化電路板上的電路，如圖12所示。
參照?qǐng)D13，在正常操作時(shí)，MOS晶體管Ml全開(kāi)，因此充電電流或放電電流都可經(jīng) MOS晶體管Ml流進(jìn)或流出電池32。當(dāng)?shù)谝粋蓽y(cè)器32偵測(cè)到過(guò)壓事件時(shí)，通過(guò)偵測(cè)信號(hào)Sp 通知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1，并使基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極分別連接至接 腳VDD及接腳VM，以阻擋充電電流，只允許放電電流通過(guò)，因而達(dá)成過(guò)壓保護(hù)功能。當(dāng)?shù)谝?偵測(cè)器32偵測(cè)到欠壓事件時(shí)，通過(guò)偵測(cè)信號(hào)Sp通知控制邏輯電路34關(guān)閉MOS晶體管M1， 并使基底二極管Dl的陽(yáng)極及陰極分別連接至接腳VM及接腳VDD，以阻擋放電電流，只允許 充電電流通過(guò)，因而達(dá)成欠壓保護(hù)功能。在發(fā)生過(guò)壓事件后，開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路90根據(jù)接腳VM的狀態(tài)而有不同的過(guò)壓 保護(hù)解除反應(yīng)，其操作與圖3的電路相同。同樣的，開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路90的欠壓保護(hù)解 除反應(yīng)的操作也與3的電路相同。以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，包括第一、第二及第三接腳；具有基底二極管的MOS晶體管連接在該第一及第二接腳之間；第一開(kāi)關(guān)連接至該基底二極管的陽(yáng)極，受控將該基底二極管的陽(yáng)極連接至該第一或第 二接腳；第二開(kāi)關(guān)連接至該基底二極管的陰極，受控將該基底二極管的陰極連接至該第一或第 二接腳；控制邏輯電路連接該MOS晶體管、第一及第二開(kāi)關(guān)，根據(jù)第一偵測(cè)信號(hào)控制該MOS晶體管、第一及第二開(kāi)關(guān)；第一偵測(cè)器連接該控制邏輯電路、第一及第三接腳，監(jiān)視該第一及第三接腳之間的電 壓而決定該第一偵測(cè)信號(hào)；以及第二偵測(cè)器連接該第二接腳，偵測(cè)其電壓而決定第二偵測(cè)信號(hào)，以供該控制邏輯電路 選擇過(guò)壓保護(hù)解除臨界值及過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該控制邏輯 電路根據(jù)該第二偵測(cè)信號(hào)選擇該過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間，并產(chǎn)生設(shè)定信號(hào)給該第一偵測(cè)器 以決定該過(guò)壓保護(hù)解除臨界值。
3.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該第二偵測(cè) 器包括第一比較器，具有正輸入接收正電壓，以及負(fù)輸入連接該第二接腳；以及第二比較器，具有正輸入連接該第二接腳，以及負(fù)輸入接收負(fù)電壓；其中，該第一及第二比較器的輸出組合決定該第二偵測(cè)信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，更包括振蕩器用以提供頻率；以及連接該振蕩器及控制邏輯電路的延遲電路，用于根據(jù)該頻率提供多個(gè)過(guò)壓保護(hù)解除延 遲時(shí)間給該控制邏輯電路。
5.如權(quán)利要求4所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該延遲電路 包括多個(gè)串聯(lián)的正反器。
6.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，更包括連接 該控制邏輯電路及第二接腳的電流傳感器，用于在偵測(cè)到放電電流或充電電流時(shí)產(chǎn)生電流 感測(cè)信號(hào)給該控制邏輯電路，以打開(kāi)該MOS晶體管。
7.如權(quán)利要求6所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該電流傳感 器包括感測(cè)電阻，與該MOS晶體管串聯(lián)；放電比較器，具有正輸入及負(fù)輸入分別連接該感測(cè)電阻的第一端及第二端，在偵測(cè)到 放電電流通過(guò)該感測(cè)電阻時(shí)，觸發(fā)該電流感測(cè)信號(hào)；以及充電比較器，具有正輸入及負(fù)輸入分別連接該感測(cè)電阻的第二端及第一端，在偵測(cè)到 充電電流通過(guò)該感測(cè)電阻時(shí)，觸發(fā)該電流感測(cè)信號(hào)。
8.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，更包括隔離 層，用以隔離該MOS晶體管。
9.如權(quán)利要求8所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，更包括電流 最佳化電路連接該隔離層，用于提供電壓給該隔離層以防止寄生導(dǎo)通。
10.如權(quán)利要求9所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該電流最佳 化電路包括電阻連接在該第三接腳及隔離層之間。
11.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該第一偵測(cè) 器在偵測(cè)到過(guò)壓事件時(shí)，觸發(fā)該第一偵測(cè)信號(hào)使該控制邏輯電路關(guān)閉該MOS晶體管，并切 換該第一及第二開(kāi)關(guān)，因而使該基底二極管阻擋充電電流并允許放電電流。
12.如權(quán)利要求11所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該基底二 極管的陽(yáng)極及陰極分別連接至該第二及第一接腳。
13.如權(quán)利要求11所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該基底二 極管的陽(yáng)極及陰極分別連接至該第一及第二接腳。
14.如權(quán)利要求1所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該第一偵測(cè) 器在偵測(cè)到欠壓事件時(shí)，觸發(fā)該第一偵測(cè)信號(hào)使該控制邏輯電路關(guān)閉該MOS晶體管，并切 換該第一及第二開(kāi)關(guān)，因而使該基底二極管阻擋放電電流并允許充電電流。
15.如權(quán)利要求14所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，該基底二 極管的陽(yáng)極及陰極分別連接至該第一及第二接腳。
16.如權(quán)利要求14所述的保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于該基底二極 管的陽(yáng)極及陰極分別連接至該第二及第一接腳。
17.一種保護(hù)電池的方法，其特征在于，包括(a)在充電及放電路徑安排一個(gè)MOS晶體管，該MOS晶體管具有基底二極管在第一及第 二端之間；(b)監(jiān)視該電池的電壓；(c)在該電池電壓大于過(guò)壓保護(hù)臨界值時(shí)，進(jìn)入過(guò)壓保護(hù)期間，關(guān)閉該MOS晶體管及切 換該基底二極管的方向，以阻擋充電電流及允許放電電流；以及(d)偵測(cè)該第一端的電壓以判斷其狀態(tài)，據(jù)以決定過(guò)壓保護(hù)解除臨界值及過(guò)壓保護(hù)解 除延遲時(shí)間。
18.如權(quán)利要求17所述保護(hù)電池的方法，其特征在于，該步驟d包括比較該第一端的電壓與正電壓而產(chǎn)生第一信號(hào)；比較該第一端的電壓與負(fù)電壓而產(chǎn)生第二信號(hào)；以及根據(jù)該第一及第二信號(hào)判斷該第一端的狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求17所述保護(hù)電池的方法，其特征在于，更包括在該第一端的電壓持續(xù) 低于該過(guò)壓保解除臨界值達(dá)該過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間時(shí)，導(dǎo)通該MOS晶體管。
20.如權(quán)利要求19所述保護(hù)電池的方法，其特征在于，更包括提供頻率；以及根據(jù)該頻率產(chǎn)生多個(gè)延遲時(shí)間。
21.權(quán)利要求20所述保護(hù)電池的方法，其特征在于，更包括根據(jù)該第一端的狀態(tài)從該 多個(gè)延遲時(shí)間中選擇其中之一作為該過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間。
22.如權(quán)利要求17所述保護(hù)電池的方法，其特征在于，更包括在偵測(cè)到放電電流時(shí)導(dǎo) 通該MOS晶體管。
23.如權(quán)利要求22所述保護(hù)電池的方法，其特征在于，更包括在該過(guò)壓保護(hù)期間，自偵測(cè)到放電電流起，交替導(dǎo)通及關(guān)閉該MOS晶體管，以降低該基 底二極管上跨壓的平均值；以及在該電池電壓持續(xù)大于過(guò)壓保護(hù)解除臨界值達(dá)過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間時(shí)，結(jié)束該過(guò)壓 保護(hù)期間。
24.如權(quán)利要求17所述保護(hù)電池的方法，其特征在于，更包括利用隔離層隔離該MOS晶體管。
25.如權(quán)利要求M所述保護(hù)電池的方法，其特征在于，更包括施加電壓到該隔離層以 防止寄生導(dǎo)通。
26.一種保護(hù)電池的方法，其特征在于，包括(a)在充電及放電路徑安排一個(gè)MOS晶體管，該MOS晶體管具有基底二極管在第一及第 二端之間；(b)監(jiān)視該電池的電壓；(c)在該電池電壓小于欠壓保護(hù)臨界值時(shí)，進(jìn)入欠壓保護(hù)期間，關(guān)閉該MOS晶體管及切 換該基底二極管的方向，以阻擋放電電流及允許充電電流；(d)在該欠壓保護(hù)期間，自偵測(cè)到充電電流起，交替導(dǎo)通及關(guān)閉該MOS晶體管，以降低 該基底二極管上跨壓的平均值；以及(e)在該電池電壓持續(xù)大于欠壓保護(hù)解除臨界值達(dá)欠壓保護(hù)解除延遲時(shí)間時(shí)，結(jié)束該 欠壓保護(hù)期間。
27.一種保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路，其特征在于，包括 具有第一導(dǎo)電型的基底；具有第二導(dǎo)電型的隔離層在該基底上； 具有該第一導(dǎo)電型的井在該隔離層內(nèi)； 具有該第二導(dǎo)電型的第一及第二摻雜區(qū)在該井上；導(dǎo)電體在該第一及第二摻雜區(qū)之間區(qū)域的上方，與該第一及第二摻雜區(qū)形成MOS晶體 管；以及電流最佳化電路連接該隔離層，提供電壓給該隔離層以防止寄生導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種保護(hù)電池用的開(kāi)關(guān)嵌入式集成電路及方法，包括具有基底二極管的MOS晶體管，以及控制邏輯電路切換該MOS晶體管及該基底二極管的方向，以控制充電電流及放電電流。該控制邏輯電路在過(guò)壓及欠壓時(shí)關(guān)閉該MOS晶體管，并根據(jù)過(guò)壓保護(hù)解除臨界值及過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間以及欠壓保護(hù)解除臨界值及欠壓保護(hù)解除延遲時(shí)間打開(kāi)該MOS晶體管。該過(guò)壓保護(hù)解除臨界值及過(guò)壓保護(hù)解除延遲時(shí)間是根據(jù)電池為連接負(fù)載或充電器或浮接而決定。
文檔編號(hào)H02H7/18GK102122813SQ20101000052
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者濮正林, 王慧, 王欽輝, 韓穎杰 申請(qǐng)人:日隆電子股份有限公司