JP4317207B2 - バッテリ充電／放電制御回路 - Google Patents

Description

仮出願の相互参照
この出願は、本発明の譲受人に譲渡された２００５年１０月４日出願の「バッテリ充電／放電制御回路」という名称の共同係属の仮特許出願シリアル番号６０／７２３．９０４号（代理人整理番号Ｏ２−ＩＰ−０２５８Ｐ）に対する優先権を主張するものであり、その全体において参照によりここに組み込まれるものとする。

技術分野
本発明は、バッテリ充電及び放電回路に関するものであり、一層詳細には、低価格かつ高効率のバッテリ充電及び放電回路に関するものである。

バッテリ保護の応用においては、代表的には、２つの金属酸化半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が、充電及び放電ループを制御するために用いられる。一方のＭＯＳＦＥＴは、放電ループをターン・オン及びターン・オフするために用いられ、他方のＭＯＳＦＥＴは、充電ループをターン・オン及びターン・オフするために用いられる。ＭＯＳＦＥＴは、従来技術の図１及び２に示されるように、固有のボディ・ダイオード（ｂｏｄｙ ｄｉｏｄｅｓ）を有するということに留意すべきである。

従来技術の図１を参照すると、従来技術における直列接続トポロジ（構造）１００が示されている。直列接続トポロジ１００は、直列に結合された２つのＭＯＳＦＥＴ１０４及び１０２を有している。ＭＯＳＦＥＴ１０４は、ボディ・ダイオード１１４を有し、そして充電ループをイネーブル（可能化）またはディセーブル（不能化）するために用いられる。ＭＯＳＦＥＴ１０２は、ボディ・ダイオード１１２を有し、そして放電ループをイネーブル（可能化）またはディセーブル（不能化）するために用いられる。負荷または電源１３０がノード１４０及び１４２に結合される。

ＭＯＳＦＥＴ１０２及びＭＯＳＦＥＴ１０４は、それらが同じ電流を運ぶので、高電流容量及び低いオン状態抵抗（Ｒｏｎ）のような或る規準を叶えなければならない。ＭＯＳＦＥＴ１０２及び１０４がこれらの規準を叶えるためには、直列接続トポロジ１００の価格は、法外に高い。

さらに、ＭＯＳＦＥＴ１０４が充電ループを可能化するためにターン・オンされる間、ＭＯＳＦＥＴ１０２も電圧損失を減少するためにターン・オンされる。同様に、放電ループに対しても、ＭＯＳＦＥＴ１０２及び１０４の双方は、ターン・オンされる。このようなものとして、ＭＯＳＦＥＴ１０２及び１０４は、常にターン・オンされ、それ故、挿入インピーダンスは、（Ｒｏｎ_２＋Ｒｏｎ_３）であり、ここに、Ｒｏｎ_２は、ＭＯＳＦＥＴ１０２のオン状態抵抗であり、Ｒｏｎ_３は、ＭＯＳＦＥＴ１０４のオン状態抵抗である。従って、インピーダンスは比較的高く、このことは、一層多くの電力損失を意味する。

従来技術の図２を参照すると、従来技術におけるもう１つの接続トポロジ２００、すなわち、並列接続が示されている。高電力応用において、このタイプのトポロジは好ましいものである。

並列接続トポロジ２００は、並列に結合されたＭＯＳＦＥＴ２０４及びＭＯＳＦＥＴ２０２を有している。ＭＯＳＦＥＴ２０４は、ボディ・ダイオード２１４を有し、充電ループを可能化または不能化するために用いられる。ＭＯＳＦＥＴ２０２は、ボディ（本体）・ダイオード２１２を有し、放電ループを可能化または不能化するために用いられる。充電ループは、放電ループとは独立している。

放電ループに対して、負荷２１２は、モード２４０及び２４２に結合される。放電電流は、負荷２２２及びＭＯＳＦＥＴ２０２を介して流れる。挿入インピーダンスは、ＭＯＳＦＥＴ２０２のオン状態の抵抗（Ｒｏｎ_２）だけである。従って、放電ループは、低い電力損失を有する。同様に、充電ループに対して、外部電源２２０は、ノード２４０及び２４４に結合され、充電電流は、ＭＯＳＦＥＴ２０４を介して流れる。挿入インピーダンスは、ＭＯＳＦＥＴ２０４のオン状態抵抗（Ｒｏｎ_３）だけである。充電及び放電電流は、ＭＯＳＦＥＴ２０４及びＭＯＳＦＥＴ２０２をそれぞれ介して流れる。従って、ＭＯＳＦＥＴ２０４及び２０２は、異なったタイプのＭＯＳＦＥＴを用いることができる。例えば、電力が外部電源２２０によって与えられ、充電中に重要でないので、トポロジ２００におけるＭＯＳＦＥＴ２０４は、高いオン状態抵抗を有して価格を節約することができる。

しかしながら、電源２２０は、故障するかもしれない。例えば、図２に示されるトポロジ２００において、出力ポートとして働くノード２４０及び２４４は、従来技術の図３ａにおける回路２０１として示されるように短絡されるかもしれず、もしくは、ノード２４０及び２４４は、従来技術の図３ｂにおける回路２０３として示されるように、逆にプラグ・インされているかもしれない。いずれの場合においても、ＭＯＳＦＥＴ２０４がターン・オフされているとしても、バッテリ２１０は、ＭＯＳＦＥＴ２０４におけるボディ・ダイオード２１４を介して放電される。すなわち、充電ループは、従来技術の図３ａ及び３ｂに示されるこれらの場合の双方において、完全にカット・オフされることができない。さらに、放電ループ及び充電ループが図２において互いに独立しているので、充電及び放電電流は、１つのフィードバック信号によって感知されることができず、このことは価格を上げる。

本発明の目的は、低価格かつ高い効率で保護機能を有するバッテリの充電及び放電を制御するための回路または方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明は、直列―並列接続トポロジでバッテリの充電及び放電を制御するための回路を提供する。該回路は、バッテリの放電を制御するための第１のＭＯＳＦＥＴと、バッテリの充電を制御するためにバッテリ及び第１のＭＯＳＦＥＴに直列に結合される第２のＭＯＳＦＥＴとを備える。第１及び第２のＭＯＳＦＥＴは、それぞれボディ・ダイオードを有し、第１のＭＯＳＦＥＴの第１のボディ・ダイオード及び第２のＭＯＳＦＥＴの第２のボディ・ダイオードは、反対方向にある。バッテリと、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ間の共通ノードとに負荷が結合され、これにより、第１のＭＯＳＦＥＴがターン・オンされるときにバッテリにおける電力が負荷に与えられる。回路は、さらに、直列に第２のスイッチに結合される電源を備え、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴがターン・オンされたとき、電源からバッテリに電力が与えられる。

特許請求の範囲の主題に関する実施形態の特徴及び利点は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明の進展と共に明瞭となるであろう。なお、図面において同様の数字は同様の部品を示す。

さて、本発明の実施形態であるバッテリ充電／放電制御回路を詳細に参照する。本発明を実施形態と共に説明するけれども、本発明をそれら実施形態に制限することを意図するものでは無いことを理解されたい。それどころか、本発明は、添付された特許請求の範囲によって限定される本発明の精神並びに範囲内に含まれ得る代替物、変更及び等価物を包摂するよう意図されている。

さらに、本発明の以下の詳細な説明においては、本発明の完全な理解を与えるよう、多くの特定の詳細を述べている。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細が無くても行い得るということを当業者には認識されるであろう。他の例においては、良く知られた方法、手順、構成要素、及び回路は、本発明の態様を不必要に不明瞭としないように、詳細には説明されていない。

図４を参照すると、本発明の一実施形態による直列―並列接続トポロジを有するバッテリ３１０を充電及び放電するための回路３００が示されている。回路３００は、バッテリと、直列に結合されたＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４のような２つのスイッチとを含んでいる。２つのＭＯＳＦＥＴは、共通のドレイン接続で互いに結合され、そして、一実施形態においては、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴである。

図４及び５ｂに示されるように、充電中、充電ループ３０３が図５ｂに示されるように可能化され、回路３００のバッテリ３１０は、電源３２０に結合される。図４及び５ａに示されるように、放電中、放電ループ３０１が図５ａに示されるように可能化され、バッテリ３１０は、負荷３３０に結合される。以下、充電及び放電ループを詳細に説明する。

通常、ＭＯＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソース間に形成される固有の寄生ダイオード、すなわち、ボディ・ダイオードを有するということが当業者には明白である。Ｎ−ＭＯＳＦＥＴに関しては、一実施形態において、ボディ・ダイオードのカソードはＭＯＳＦＥＴのドレインに位置し、アノードはソースに位置する。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴに関しては、もう１つの実施形態において、極性の位置は反対である。図４に示されるように、ＭＯＳＦＥＴ３０４はボディ・ダイオード３１４を有し、ＭＯＳＦＥＴ３０２はボディ・ダイオード３１２を有する。

図４及び５ｂに戻ると、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ３０４は、充電ループ３０３を可能化または不能化するために用いられる。ＭＯＳＦＥＴ３０４のゲート上の電圧が、ＭＯＳＦＥＴ３０４のソース上の電圧よりも高い閾値電圧であるならば、ＭＯＳＦＥＴ３０４は、ターン・オンされ、充電ループ３０３が可能化される。閾値電圧でなければ、充電ループ３０３は不能化される。

同様に、図４及び５ａのＭＯＳＦＥＴ３０２は、放電ループ３０１を可能化または不能化するために用いられる。ＭＯＳＦＥＴ３０２のゲート上の電圧が、ＭＯＳＦＥＴ３０２のソース上の電圧よりも高い閾値電圧であるならば、ＭＯＳＦＥＴ３０２は、ターン・オンされ、放電ループ３０１が可能化される。閾値電圧でなければ、放電ループ３０１は不能化される。

図４に示されるように、回路３００は、さらに、ＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４をターン・オンまたはターン・オフするためにＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４のゲートに結合される制御器３５０を含んでいる。具体的に言うと、制御器３５０は、ＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４のゲート上の電圧を調節することにより、それぞれの充電及び放電ループを可能化または不能化することができる。

もう１つの実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４の共通ノードからの信号が制御器に伝送される。該信号は、過電流保護のために、回路３００の充電または放電を監視するための電流感知信号である。

さて、図５ａに戻って参照すると、回路３００の放電ループ３０１が示されている。示されているように、負荷３３０が回路３００のノード３４０及び３４４に結合されている。ＭＯＳＦＥＴ３０４は、放電ループ３０１の部分として示されていない。ＭＯＳＦＥＴ３０２は、放電電流がＭＯＳＦＥＴ３０２のドレインからソースに流れるようにターン・オンされる。放電電流は、放電ループにおけるＭＯＳＦＥＴ３０２にだけを介して流れるとういうことが当業者には明白であろう。このようなものとして、挿入インピーダンスは、ＭＯＳＦＥＴ３０２のオン状態抵抗（Ｒｏｎ_２）だけである。従来技術の図１における直列接続と比較すると、回路３００は、低い放電損失を有する。従って、本実施形態においては、低熱でかつ高効率を達成することができる。

さて、図５ｂに戻って参照すると、回路３００の充電ループ３０３が示されている。図５ｂに示されるように、電源３２０がノード３４０及び３４２に結合されている。充電ループ３０３において、ＭＯＳＦＥＴ３０４は、充電電流がＭＯＳＦＥＴ３０４のドレインからソースに流れるようにターン・オンされる。

さらに、充電ループ３０３においては、充電電流もＭＯＳＦＥＴ３０２を介して流れる。電圧損失を最小とするために、ＭＯＳＦＥＴ３０２もターン・オンされる。ＭＯＳＦＥＴ３０２が充電ループ３０３においてオフであるならば、電流はボディ・ダイオード３１２を介して流れ、順方向電圧降下は、ダイオードの順方向電圧降下、代表的には約０．７ボルトに等しい。他方、ＭＯＳＦＥＴ３０２がターン・オンされるならば、電圧降下は、１００ミリボルトよりも少ない値に減少される。

本発明の一実施形態によれば、充電ループ３０３及び放電ループ３０１は、互いに独立して可能化される。

本発明のもう１つの実施形態においては、充電ループ３０３及び放電ループ３０１の双方は、効率を改善するよう同時に可能化され得る。換言すれば、電源３２０及び負荷３３０は、図４の回路構成に示されるように、ノード３４０及び３４２、そしてノード３４０及び３４４に同時に結合される。

図４の回路３００は、特にバッテリ３１０の充電中に、電源３２０と関連しているバッテリの早すぎる放電の故障を取り扱うことができる。例えば、ノード３４０及び３４２間にショートがあるとき、充電ループ３０３に故障が生じる。もう１つの故障は、ノード３４０及び３４２が逆にプラグ・インされたときに生じる。これらの状況の双方において、ＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４は、本発明の一実施形態に従って、制御器３５０によってターン・オフされる。このようなものとして、バッテリ３１０は、ボディ・ダイオード３１２及び放電電流が反対方向にあるので、ＭＯＳＦＥＴ３０２におけるボディ・ダイオード３１２を介して放電されることができない。従って、充電ループ３０３は、完全にカット・オフ（遮断）され、バッテリ３１０の早すぎる放電は、阻止され得る。

本発明の一実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴ３０２は、図４の回路３００における充電／放電電流センサとして用いられる。具体的に言うと、ＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４は、制御器３５０によって形成される所定の電流を運ぶことができる。電源３２０の出力電流が大きいためにＭＯＳＦＥＴ３０２を介して流れる電流が所定の電流より大きいとき、または、負荷３３０が大きいためにＭＯＳＦＥＴ３０２を流れる電流が所定の電流より大きいとき、ＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４は、損傷され得る。このようなものとして、充電／放電電流センサ（図示せず）が過電流保護のために設けられる。一実施形態において、充電／放電電流センサは、制御器３５０内に設けられる。充電／放電電流センサによって感知された電流が所定電流よりも大きいということを制御器３５０が決定したとき、制御器３５０は、回路３００を保護するためにＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４を下げる（ターン・ダウンさせる）であろう。

具体的に言うと、ＭＯＳＦＥＴ３０２は、放電ループ３０１においてかつ充電ループ３０３においての双方においてターン・オンされ、ＭＯＳＦＥＴ３０２のオン状態抵抗は、放電ループ３０１及び充電ループ３０３の双方において存在する。制御器３５０は、回路３００における電流を監視してＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４を制御するために、充電及び放電ループにおけるＭＯＳＦＥＴ３０２を介する電流を感知する。充電ループ３０３において、電流は、ＭＯＳＦＥＴ３０２を介して流れる。充電電流は、以下の式１において計算される：
Ｉ＝Ｖ_ＤＳ／Ｒｏｎ （１）
式１において、Ｖ_ＤＳは、ＭＯＳＦＥＴ３０２のドレイン及びソース間の電圧降下である。また、Ｒｏｎは、ＭＯＳＦＥＴ３０２のオン状態抵抗である。本実施形態において、制御器３５０は、電圧信号としてＶ_Ｄを感知し、そして充電ループを通る電流を得る。

同様に、放電ループ３０１において、電流は、また、ＭＯＳＦＥＴ３０２を通して流れ、そして放電電流の値は、式１を用いて計算される。

従って、ＭＯＳＦＥＴ３０２は、放電ループ３０１または充電ループ３０３における電流感知抵抗として用いられ得る。電流感知信号は、本発明の一実施形態において、ノード３４４において得られるであろう。この観点において、電流感知抵抗に対する価格は、本発明の一実施形態によって減少される。

ほとんどの場合において、放電電流は充電電流よりも大きい。充電電流が充電中にＭＯＳＦＥＴ３０２及び３０４を通して流れ、そして電力損失が比較的意味ある場合でさえ、充電性能は重大問題ではない。電源３２０は、バッテリ３１０に対する充電電力及び浪費電力を含むすべての電力を提供する。このように、本発明の一実施形態によれば、ＭＯＳＦＥＴ３０４は、安価な中位電流ＭＯＳＦＥＴであることができ、ＭＯＳＦＥＴ３０２は、高価な高電流の低いオン状態抵抗ＭＯＳＦＥＴであることができる。従って、充電及び放電回路のための価格は、２つのＭＯＳＦＥＴが同じ電流を運んで同じ高規格電力ＭＯＳＦＥＴでなければならないという従来技術の図１に示された従来の回路における直列の解決法に比較して、減少され得る。

図６における回路４００は、本発明の実施形態によるもう１つの実施形態である。回路４００は、図４に示された回路３００と類似している。このようなものとして、図４及び図６における類似の要素は、類似の参照数字を用いて示されている。明瞭さのために、回路４００及び３００における類似の要素は、図３と関連して先に説明されており、ここでは、さらに詳細には説明しないであろう。

図６に示されるように、回路４００は、２つのＰ−ＭＯＳＦＥＴ４０２及び４０４を有している。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴに関しては、ボディ・ダイオードの接続は、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴとは異なっているということに留意すべきである。ＭＯＳＦＥＴ４０２及び４０４のボディ・ダイオード４１２及び４１４として示されているように、ボディ・ダイオードのカソードは、ＭＯＳＦＥＴのソースに位置し、アノードは、ドレインに位置する。

図６に示されているバッテリ４１０を充電及び放電するための回路４００は、直列に結合されたＰ−ＭＯＳＦＥＴ４０２及び４０４のような２つのスイッチを備えている。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ４０４は、バッテリ４１０の充電ループを可能化または不能化するために用いられる。充電中、回路４００のバッテリ４１０は、充電ループにおけるノード４４０及び４４２を介してかつＰ−ＭＯＳＦＥＴ４０４及び４０２を介して、電源４２０に結合される。

さらに、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ４０２は、バッテリ４１０の放電ループを可能化または不能化するために用いられる。放電中、バッテリ４１０は、放電ループにおけるノード４４０及び４４４並びにＰ−ＭＯＳＦＥＴ４０２を介して、負荷４３０に結合される。さらに、本発明の一実施形態においては、充電及び放電の双方は、効率を改善するために、同時に可能化され得る。

充電中、電源４２０は、故障状態になり得る。例えば、回路４００のノード４４０及び４４２がショートされ得るか、またはノード４４０及び４４２が逆にプラグ・インされる。双方の場合において、ＭＯＳＦＥＴ４０２は、本実施形態において、制御器４５０によってターン・オフされる。このようなものとして、バッテリ４１０は、ボディ・ダイオード４１２及び放電電流が反対方向にあるので、ＭＯＳＦＥＴ４０２におけるボディ・ダイオード４１２を通して放電されることができない。このように、充電ループは、完全にカット・オフ（遮断）され、早すぎる放電が阻止され得る。

回路４００は、さらに、バッテリ４１０を充電及び放電するのを可能化または不能化するようＭＯＳＦＥＴ４０２及び４０４をターン・オンまたはターン・オフするためにＭＯＳＦＥＴ４０２及び４０４のゲートに結合された制御器４５０を含んでいる。ＭＯＳＦＥＴ４０２及び４０４の共通ノードからの信号は制御器に伝送される。本発明の一実施形態によれば、該信号は、回路４００の充電または放電を監視するための電流感知信号である。

図７を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリを充電及び放電するのを制御するための方法５００が示されている。図７に示されるように、５１０において、第１のＭＯＳＦＥＴ及び第２のＭＯＳＦＥＴが直列にバッテリに結合される。第１及び第２のＭＯＳＦＥＴは、共通のドレイン接続で互いに結合される。第１のＭＯＳＦＥＴは、放電ループを制御するために用いられる。第２のＭＯＳＦＥＴは、充電ループを制御するために用いられる。

５１２において、放電及び充電を履行するよう第１及び第２のＭＯＳＦＥＴのゲート上の電圧を制御するために第１及び第２のＭＯＳＦＥＴのゲートに制御器が結合される。本発明の一実施形態によれば、例えば、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴである。第２のＭＯＳＦＥＴのゲート上の電圧が第２のＭＯＳＦＥＴのソースにおける電圧よりも大きい閾値電圧であるならば、第２のＭＯＳＦＥＴはターン・オンされ、充電ループが可能化される。閾値電圧でなければ、充電ループは不能化される。同様に、第１のＭＯＳＦＥＴは、制御器により第１のＭＯＳＦＥＴのゲート上の電圧を制御することにより、放電ループを可能化または不能化するために用いられる。

５１４において、制御器は、バッテリを過電流から保護するために電流信号を感知するよう、バッテリと、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ間の共通ノードとに結合される。制御器は、第１のＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソース間の電圧降下信号を得、そして、第１のＭＯＳＦＥＴのオン状態抵抗及び電圧降下信号により第１のＭＯＳＦＥＴを通って流れる電流を計算する。計算された電流値が前以って制御器によって形成された所定の電流よりも大きいとき、制御器は、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴが損傷されるのを阻止するために、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴをターン・オフするであろう。

５１６において、バッテリから負荷に電力を出力するための放電ループを形成するよう、バッテリと、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ間の共通モードとに負荷が結合される。放電電流は、放電ループにおける第１のＭＯＳＦＥＴだけを通して流れるということに留意すべきである。このようなものとして、挿入インピーダンスは、第１のＭＯＳＦＥＴのオン状態抵抗だけである。従来技術における直列接続と比較して、本発明の一実施形態による方法は、低い放電損失を有している。

５１８において、第１のＭＯＳＦＥＴは、放電ループを可能化するよう制御器によってターン・オンされる。バッテリにおける電力は、負荷に出力されるであろう。代替的には、第１のＭＯＳＦＥＴは、放電ループを不能化するよう制御器によってターン・オフされる。

５２０において、電源からバッテリに電力を出力するための充電ループを形成するよう、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴと、バッテリとに直列に電源が結合される。

５２２において、第２のＭＯＳＦＥＴは、充電ループを可能化するよう制御器によってターン・オンされる。電力は、電源からバッテリに出力される。電圧損失を最小とするために、第１のＭＯＳＦＥＴもターン・オンされる。なぜならば、第１のＭＯＳＦＥＴが充電ループにおいてオフである場合には、電流が第１のＭＯＳＦＥＴの固有のボディ・ダイオードを通して流れ、第１のＭＯＳＦＥＴの順方向電圧降下がダイオードの順方向電圧降下、代表的には約０．７ボルトに等しいからである。さらに、第１のＭＯＳＦＥＴが充電ループにおいてターン・オンされるならば、第１のＭＯＳＦＥＴの電圧降下は、１００ミリボルトよりも小さい値に減少される。第１及び第２のＭＯＳＦＥＴは、充電ループを不能化するよう制御器によってターン・オフされる。さらに、第１のＭＯＳＦＥＴのボディ・ダイオードは、電源が故障しているとき、例えば、電源の双方のノードがショートしているとき、または電源が反対にプラグ・インされているときに、早すぎる放電を阻止することができる。双方の場合において、ボディ・ダイオード及び放電電流は、反対方向にあるので、バッテリは、第１のＭＯＳＦＥＴのボディ・ダイオードを通して放電されることができない。このようなものとして、充電ループは完全にカット・オフ（遮断）され、早すぎる放電は阻止され得る。

前述の説明及び図面は、本発明の好適な実施形態を表わしているけれども、添付の特許請求の範囲に限定された本発明の原理の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の追加、変更及び置換えが為され得ることを理解されるであろう。本発明の原理を逸脱することなく、特定の環境及び動作要件に特別に適合された本発明の実施に用いられる、形状、構造、配置、割合、材質、素子及び構成要素、その他の多くの変更でもって本発明を用い得るということが当業者には理解されるであろう。従って、ここに開示された実施形態は、すべての点で説明的なものであり、制限的なものではないと考慮されるべきであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲並びにその法的等価物によって示されるものであり、前述の説明に制限されるものではない。

従来技術におけるバッテリを充電及び放電するための直列接続トポロジを示す図である。 従来技術におけるバッテリを充電及び放電するための並列接続トポロジを示す図である。 従来の図２に示されたトポロジの１つの故障状況を示す図である。 従来の図２に示されたトポロジのもう１つの故障状況を示す図である。 本発明の一実施形態による充電及び放電回路を示す図である。 本発明の一実施形態による、図４に示された充電及び放電回路の放電ループを示す図である。 本発明の一実施形態による、図４に示された充電及び放電回路の充電ループを示す図である。 本発明の一実施形態による充電及び放電回路を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリを充電及び放電するのを制御するための方法を示す図である。

符号の説明

３００ 回路
３０１ 放電ループ
３０２ ＭＯＳＦＥＴ
３０３ 充電ループ
３０４ ＭＯＳＦＥＴ
３１０ バッテリ
３１２ ボディ・ダイオード
３１４ ボディ・ダイオード
３２０ 電源
３３０ 負荷
３４０ ノード
３４２ ノード
３４４ ノード
３５０ 制御器
４００ 回路
４０２ Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ
４０４ Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ
４１０ バッテリ
４１２ ボディ・ダイオード
４１４ ボディ・ダイオード
４２０ 電源
４３０ 負荷
４４０ ノード
４４２ ノード
４４４ ノード
４５０ 制御器

Claims (17)

1. バッテリを充電及び放電するための回路であって、
   第１のボディ・ダイオードを備えて、前記バッテリの放電を制御するために前記バッテリに結合されることができる第１のＭＯＳＦＥＴと、
   第２のボディ・ダイオードを有して、前記バッテリの充電を制御するために前記第１のＭＯＳＦＥＴに直列に結合される第２のＭＯＳＦＥＴであって、前記第１のＭＯＳＦＥＴの前記第１のボディ・ダイオードと前記第２のＭＯＳＦＥＴの前記第２のボディ・ダイオードとは反対方向に結合され、
   前記第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ間の共通ノードに結合された負荷であって、前記第１のＭＯＳＦＥＴがターン・オンされたときに前記バッテリにおける電力が前記負荷に出力されるように前記バッテリに結合されることができる前記負荷と、
   前記第１及び第２のＭＯＳＦＥＴのゲートに結合される制御器であって、前記充電中及び前記放電中に前記第１のＭＯＳＦＥＴを通して流れる電流を感知し、該電流を所定の閾値と比較する前記制御器と、を備え、前記電流が前記閾値を満足していなければ、次に、前記制御器の制御下で前記電流が調整される回路。
2. 前記第２のＭＯＳＦＥＴに直列に結合される電源をさらに備え、前記第１及び第２のＭＯＳＦＥＴがターン・オンされたときに前記電源から前記バッテリに電力が出力される請求項１に記載の回路。
3. 前記第１のＭＯＳＦＥＴを通して流れる前記電流は、充電電流である請求項１に記載の回路。
4. 前記第１のＭＯＳＦＥＴを通して流れる前記電流は、放電電流である請求項１に記載の回路。
5. 前記第１のＭＯＳＦＥＴは、前記バッテリを充電するために前記第２のＭＯＳＦＥＴに結合される電源が故障しているときに、早すぎる放電を阻止することができる固有のボディ・ダイオードを備える請求項１に記載の回路。
6. バッテリを充電及び放電するための方法であって、
   前記バッテリに直列に第１のＭＯＳＦＥＴを結合する段階と、
   前記第１のＭＯＳＦＥＴに直列に第２のＭＯＳＦＥＴを結合する段階と、
   前記第２のＭＯＳＦＥＴに直列に結合されている電源で前記第１及び第２のＭＯＳＦＥＴを介して前記バッテリを充電する段階と、
   前記第１及び第２のＭＯＳＦＥＴに共通に結合される共通ノードと、前記バッテリとに結合される負荷に前記第１のＭＯＳＦＥＴを介して前記バッテリを放電する段階と、
   前記充電中及び前記放電中の双方の間に、前記第１のＭＯＳＦＥＴを通して流れる電流を制御器において感知し、該電流を所定の閾値と比較し、そして該比較の結果に基づいて前記閾値を満足させるよう前記電流を調整する段階と、
   を含む方法。
7. 前記感知する段階は、
   前記第１のＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソース間の電圧降下信号を感知する段階と、
   前記電圧降下信号及び前記第１のＭＯＳＦＥＴのオン状態抵抗によって前記第１のＭＯＳＦＥＴを通る電流を決定する段階と、
   前記電流の値が前記閾値よりも大きいとき、前記第１及び第２のＭＯＳＦＥＴをターン・オフする段階と、
   を含む請求項６に記載の方法。
8. 前記バッテリを充電する前記段階は、
   前記第２のＭＯＳＦＥＴをターン・オンする段階
   を含む請求項６に記載の方法。
9. 電圧損失を減少するために前記第１のＭＯＳＦＥＴをターン・オンする段階をさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 前記第１のＭＯＳＦＥＴの固有のボディ・ダイオードによって早すぎる放電を阻止する段階をさらに含み、ここに、前記第１のＭＯＳＦＥＴの前記固有のボディ・ダイオード及び前記第２のＭＯＳＦＥＴの第２の固有のボディ・ダイオードは、反対方向に結合されている請求項９に記載の方法。
11. 充電を停止するよう前記第１及び第２のＭＯＳＦＥＴをターン・オフする段階
    をさらに含む請求項６に記載の方法。
12. 前記放電する段階は、
    前記第１のＭＯＳＦＥＴをターン・オンする段階と、
    前記第１のＭＯＳＦＥＴをターン・オフする段階と、
    を含む請求項６に記載の方法。
13. バッテリを充電及び放電するための回路であって、
    電源から前記バッテリに電力を出力するための充電ループを備え、該充電ループは、前記バッテリに結合される第１のスイッチと、前記充電ループを制御するために前記第１のスイッチ及び前記電源に直列に結合される第２のスイッチと、を備え、
    前記バッテリから負荷に電力を出力するための放電ループを備え、ここに、前記負荷は、前記バッテリと、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの間の共通ノードとに結合され、そして前記第１のスイッチは、前記放電ループを制御するために用いられ、そして
    前記第１及び第２のスイッチのゲートに結合される制御器を備え、ここに、前記制御器は、前記充電中及び前記放電中に前記第１のスイッチを通る電流を感知し、該電流を所定の閾値と比較し、前記電流が前記閾値よりも大きければ、次に、前記制御器の制御下で前記電流が調整される回路。
14. 前記制御器は、前記第１及び第２のスイッチ間の共通ノードに結合される請求項１３に記載の回路。
15. 前記第１のスイッチは、前記バッテリを充電するために前記第２のスイッチに結合された電源が故障したとき、早すぎる放電を阻止することができる固有のボディ・ダイオードを備える請求項１３に記載の回路。
16. 前記第１のＭＯＳＦＥＴは、前記充電中及び前記放電中の双方の間にターン・オンされるが、前記第２のＭＯＳＦＥＴは、前記充電中のみターン・オンされる請求項１に記載の回路。
17. 前記制御回路は、前記第１のＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソース間の電圧降下信号を感知し、前記電圧降下信号及び前記第１のＭＯＳＦＥＴのオン状態抵抗により前記第１のＭＯＳＦＥＴを通る前記電流を決定し、そして該電流の大きさに従って前記第１及び第２のＭＯＳＦＥＴを制御する請求項１に記載の回路。

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