[发明专利]用于电量计量的集成MOSFET电流感测有效

专利信息
申请号: 201110306382.7 申请日: 2011-09-21
公开(公告)号: CN102539899A 公开(公告)日: 2012-07-04
发明(设计)人: D·哈林顿;J·B·范登维梅伦伯格;M·L·小皮克;J·A·沃萨姆 申请(专利权)人: 马克西姆综合产品公司
主分类号: G01R19/25 分类号: G01R19/25
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 张金金;朱海煜
地址: 美国加利*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 用于 电量 计量 集成 mosfet 流感
【说明书】:

相关申请的交叉引用

该申请要求2010年9月21日提交的美国临时专利申请号61/385,090和2010年9月22日提交的美国临时专利申请号61/385,475的权益。

技术领域

本发明涉及用于监测电池充电或电池充电状态(state of charge)的电量计量(fuel gauging)的领域。

背景技术

电量计量技术可以通过监测电池特性和充电状态并且根据需要对充电参数做出调节而预测并且增加电池寿命。对于大多数电量计量算法需要的重要输入数据中的一个是电池电流的准确采样。电池电流测量所需要的高准确度,以及在所有条件下测量电池充电和放电电流的需要在以前需要在电池充电和放电路径内部具有额外感测元件。该额外感测元件(典型地是小电阻器)在电池充电和放电两者期间增加功率损耗,其与通过电池电流感测元件的电压和电流成比例。

图1示出前面的现有技术。电流感测元件(典型地如由Rsense示出的电阻器)与电池组串联连接。该电流感测元件然后用于通过将该感测电阻器两端的电压降转换成数字表示来测量电池电流。典型地,还提供热敏电阻来感测电池的温度以用于电池性能的更准确预测并且用于故障检测(该读数也被数字化)。该信息然后提供给电量计量算法。

蜂窝电话、膝上型计算机等的典型的电池组将包括过电流保护,其将保护以防御过大的充电和放电电流。为该目的,当然需要测量电池电流,并且因此典型的电池组将包括与实际电池串联的电流感测电阻器,外加两个具有相反本体连接的串联连接的MOSFET以便能够关断过大的充电电流或过大的放电电流。另外,充电电流一般由外部电流感测电阻器感测,该电阻器与耦合于开关调整器的输出的另一个晶体管开关串联。所有这些装置必须能够传导所允许的最大电流,并且因此都是相对大的,并且在感测电阻器的情况下由于它们的容量和准确度要求从而是相对昂贵的。

此外,当然特别地与充电器串联的许多开关和感测电阻器是发热和功率损耗的可观来源,并且对于实际上封装在电池组中的那些装置而言,开关和感测电阻器两端的电压降在系统关闭前将要求更高的电池电压,由此将放电电压限制于更高的电压并且从而将电池的有用容量限制于更低的容量。

附图说明

图1是图示导致更高的功率耗散的额外电流感测元件(Rsense)的现有技术使用的图。

图2是用于充电/放电功率MOSFET在三极管区域中的操作的本发明的实施例。

图3示出图2的实施例,但具有对MOSFET A和MOSFET A/K的不同源极漏极电压的校正。

图4图示用于充电功率MOSFET在饱和区中的操作的本发明的实施例,其包括图3的不同源极漏极电压的校正。

图5图示包含进入电池组的与图2的相似的实施例。

图6图示包含进入电池组的与图3的相似的实施例。

具体实施方式

本发明的一些实施例在所有条件下测量电池充电和放电电流,同时排除对与电池电流串联的额外感测元件的需要并且消除该额外感测元件。这减少了功率耗散从而实现当电池向负载供电时更长的电池放电时间,以及当将电池充电时更低的装置温度和功率要求。电池电流测量通过以下完成:

1.创建参考电压,其代表在全量程电流(即,将碰到的最大充电/放电电流)时将出现在电池充电/放电功率MOSFET两端的电压(V_Full_scale)。

2.使用开关电容器或其他模数转换技术将电池充电/放电功率MOSFET两端的电压(作为V_Full_scale参考电压的分数)转换成数字表示。

该数字表示则是可以用作电量计量操作的一部分的电池电流测量信息。

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