[发明专利]含电池管理和保护的单芯片微控制器

说明书

技术领域

一般地，本发明涉及一种微控制器，更具体地涉及一种包含电池管理和保护系统的单芯片微控制器。

背景技术

对诸如笔记本计算机、手机和数码相机之类的便携应用的需求日益增加。这些应用日益小型化、高级化并伴随更激烈的价格竞争。没有应用元件可以回避这些强烈的需求，必不可少的应用电源即电池当然不能例外。电池容量的发展正在滞后于应用的要求，并且电池内化学反应的控制要遵从严格的安全要求，这使得难以突破化学技术的限制。除应用外期望电池尺寸更小而价格更低，这使电池厂商的日子更加难过。

高级电池，或智能电池，含有大量电子元件。这包括确保电池单元不损坏或不危及用户的失效保护电路；解析电池状况并根据电池负载估算剩余电量的监视功能和逻辑；以及与主程序的通信。现有的智能电池应用的实现要采用至少两个集成电路：用于电池管理的微控制器和确保电池保护与测量的模拟前端。此外，有些还需要剩余电量估算和其它监视参数必需的第三芯片，即含有专用于电池化学的数据的EEPROM。这些解决方案成本高昂并占据板空间。

还有，可再充电池的电流能力通常较低。对于需要高瞬时能量的应用，这个问题通过采用许多电池串联得以克服。这产生较高的电压，使得较低电流下具有较高能量。较高的电压对于标准半导体而言是个问题，因为这些半导体通常可应对2～5伏之间的电压。智能电池厂商通过使用独立的驱动器电路解决该高压输入/输出问题。这增加了系统的成本、重量和复杂性。

因此，需要一种用于克服上述问题的系统和方法。本发明即致力于满足这样的需要。

发明内容

公开了一种单芯片微控制器。所述单芯片微控制器包括处理器系统和与该处理器系统相连的高电压接口，该高电压接口适合与电池连接。所述单芯片微控制器还包括用于监视所述电池并基于电池监视管理电池的电池管理系统。所述微控制器是单芯片。除了扩展该智能电池应用的功能性之外，这种单芯片解决方案还节省了设计成本和PCB空间。凭借所述微控制器的精度，可以更精确地预测电池的电荷状态从而有效增加实际电池容量。

附图说明

图1是根据本发明的微控制器的具体实施方式的框图。

图2是根据本发明的稳压器的具体实施方式的框图。

图3是根据本发明的FET控制系统的一种具体实施方式的框图。

图3A是根据本发明的使用所述FET控制系统的一种工作电路的示意图。

图4示出了根据本发明的电池平衡FET线路图的一种具体实施方式。

图5示出了根据本发明的电压ADC的一种具体实施方式。

图6是CC-ADC的具体实施方式的框图。

图7示出了根据本发明的低功耗带隙基准电压源的具体实施方式。

图8示出了根据本发明的电池保护CPU接口的具体实施方式。

具体实施方式

一般地，本发明涉及一种微控制器，更具体地涉及一种包含电池管理和保护系统的单芯片微控制器。下面的描述用于使本领域的技术人员能制作和使用本发明，这些描述存在于专利申请和其要求书的文本中。对本文描述的优选实施方式的各种改进和一般原理及特征对本领域的技术人员而言是清楚明了的。因此，本发明不限于所示具体实施方式，而应被给予与本文描述的原理和特征一致的最宽的范围。

根据本发明的系统和方法提供了一种包含电池管理和保护的单芯片装置。在单个裸片中，微控制器包括中央处理单元和能由多单元电池直接供电的稳压器。所述微控制器还包括适于电池监测的模数转换器、高电压充电及放电FET驱动器、电池单元均衡功能和独立的电池保护电路。除了扩展该智能电池应用的功能性之外，这种单芯片解决方案还节省了设计成本和PCB空间。凭借所述微控制器的精确性，可以更精确地预测电池的电荷状态。对电池的电荷状态了解越多，就可在达到电池单元自身开始损坏的水平之前更多地消耗该电池单元。从而增加电池的实际容量。

所述微控制器具有高电压输入/输出，非常有助于减少系统中的零件总数。所述微控制器还包括内置稳压器。该稳压器使所述微控制器可在预定的电压范围(即4伏～25伏)内工作。所述模数转换器输入通道能测量高达25伏的电池单元电压，从而剔除了外置高电压模拟前端。该装置还提供了多个能计算25V电平的内置FET驱动器，所以无需外置FET驱动器。