電流を調整するための監視及び制御回路
【課題】電流を調整するための監視及び制御回路を提供する。
【解決手段】監視及び制御回路は、検知ブロックと、第１及び第２の比較器と、制御モジュールとを備える。電流検知ブロックは、スイッチを流れる電流を表している監視信号を生成するために、スイッチに連結される。検知ブロックに連結された第１の比較器は、監視信号を第１のしきい値と比較すると共に、監視信号と第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を提供するように動作可能である。検知ブロックに連結された第２の比較器は、監視信号を第２のしきい値と比較すると共に、監視信号と第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を提供するように動作可能である。第１の比較器及び第２の比較器に連結された制御モジュールは、電流を調整するために、第１の信号及び第２の信号に従ってスイッチを制御する制御信号を提供する。
【解決手段】監視及び制御回路は、検知ブロックと、第１及び第２の比較器と、制御モジュールとを備える。電流検知ブロックは、スイッチを流れる電流を表している監視信号を生成するために、スイッチに連結される。検知ブロックに連結された第１の比較器は、監視信号を第１のしきい値と比較すると共に、監視信号と第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を提供するように動作可能である。検知ブロックに連結された第２の比較器は、監視信号を第２のしきい値と比較すると共に、監視信号と第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を提供するように動作可能である。第１の比較器及び第２の比較器に連結された制御モジュールは、電流を調整するために、第１の信号及び第２の信号に従ってスイッチを制御する制御信号を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施例は、電子的なシステム、及び保護システムに関係する。
【背景技術】
【０００２】
この出願は、その仕様全体がこの参照によってここに組み込まれると共に、“over current protection circuit with pulse width modulation control”と題名が付けられて２００８年３月１２日に出願された米国暫定特許出願シリアル番号61/069,086号の利益を主張する。
【０００３】
過電流保護は、システム内の電子部品に対するダメージを防止するように、広く、バッテリ充電システムのような多くのシステムに使用された。一般的な過電流保護方法は、充電電流／放電電流を検知すると共に、検知された電流をしきい値と比較することである。充電電流／放電電流、または検知された電流が所定のレベルを越える場合に、電流を削減するか、または制限するように、所定期間の間電流を遮断するために、タイマが起動されることになる。もし、充電電流／放電電流が、所定期間の後、まだ所定のレベルを越える場合に、充電回路／放電回路は、動作を停止されることになる。もし充電電流／放電電流が、所定期間の間に、所定のレベルより低下するならば、制御器は、充電処理／放電処理を再開し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば丸のこ（circular saw）のような極めて重い負荷を備える電動工具において問題となる可能性がある上述の従来の方法によって、電流のレベルは、安全なレベル内にあることを効果的に保証されないであろう。極めて重い作業が実行される場合、そして比較的大きな負荷電流が引き込まれる場合に、一時的な過電流状態が発生するであろう。もし遮断期間が適切に選択されないならば、電動工具は突然停止されると共に、対象物に入り込んで抜け出せなくなり得る。１つの特定のアプリケーションに対して、たとえ遮断期間が適切に選択され得るとしても、異なる電動工具は異なる負荷能力を有している可能性があるので、システム保護は、この特定のアプリケーションだけに対して適しているであろう。従って、様々なアプリケーションにおけるシステム保護の互換性は、適切でない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施例によれば、監視及び制御回路は、検知ブロックと、第１及び第２の比較器と、制御モジュールとを備える。電流検知ブロックは、スイッチを流れる電流を表している監視信号を生成するために、スイッチに連結される。検知ブロックに連結された第１の比較器は、監視信号を第１のしきい値と比較すると共に、監視信号と第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を提供するように動作可能である。検知ブロックに連結された第２の比較器は、監視信号を第２のしきい値と比較すると共に、監視信号と第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を提供するように動作可能である。第１の比較器及び第２の比較器に連結された制御モジュールは、電流を調整するために、第１の信号及び第２の信号に従ってスイッチを制御する制御信号を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施例による代表的な保護回路を示す図である。
【図２】本発明の一実施例による図１の保護回路の代表的な波形を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による保護回路を含むバッテリ管理システムを示す図である。
【図４】本発明の一実施例による電流を調整するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の実施例の特徴及び利点は、以下の詳細な説明の進行、及び同等の参照符号が同等の要素を描写する図面に対する参照によって明白になる。
【０００８】
本発明の実施例に対する詳細な参照がここで行われることになる。発明が実施例と共に説明されることになる一方、それらが、発明をこれらの実施例に限定することを意図していない、ということが理解されることになる。これに反して、発明は、添付された特許請求の範囲によって定義された発明の精神及び範囲の中に含まれ得る代替物、改良物、及び等価物をカバーすることを意図している。
【０００９】
更に、本発明の完全な理解を提供するために、下記の本発明の実施例の詳細な説明において、多数の特定の詳細が説明される。しかしながら、当業者によって、本発明はこれらの特定の詳細なしで実施され得るということが認識されることになる。他の例では、本発明の実施例の特徴を不必要に不明瞭にしないように、周知の方法、手順、構成要素、及び回路は、詳細に説明されなかった。
【００１０】
後述する詳細な説明のいくらかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに関する操作の手続き、論理ブロック、処理、及び他の象徴に関連して示される。これらの説明及び表現は、彼らの仕事の内容を他の当業者に対して最も効果的に伝えるために、データ処理技術における当業者によって使用される手段である。本願において、手続き、論理ブロック、処理等は、望ましい結果につながる首尾一貫したステップまたは命令のシーケンスであるべきである、と考えられる。それらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、しかし必ずしもでないが、これらの量は、コンピュータシステムにおいて、格納されて、転送されて、結合されて、比較されて、そして他の場合には操作されることができる電気信号もしくは磁気信号の形式を取る。
【００１１】
しかしながら、これらまたは同様の用語の全ては、適切な物理量と関連付けられるべきであると共に、これらの量に適用される単に便利なラベルであるということが、留意されるべきである。明確に別の方法で表明されない限り、以下の考察から明白であるように、本願の全体において、“受け取る”、“変換する”、“比較する”、“生成する”、“増幅する”等のような用語を利用する考察は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリの中の物理的(電子的な)量として表されるデータを処理して、同様にコンピュータシステムのメモリまたはレジスタ、あるいは他のそのような情報記憶装置、伝送装置、または表示装置の中の物理量として表された他のデータへ変換する、コンピュータシステムまたは同様の電子計算装置の動作及び処理のことを指しているということが認識される。
【００１２】
ここで説明された実施例は、一般的に、１つ以上のコンピュータまたは他の装置によって実行されるプログラムモジュールのような、いくらかの形式のコンピュータで使用できる媒体上に存在するコンピュータ実行可能な命令に照らして論じられ得る。一般的に、プログラムモジュールは、特別なタスクを実行するか、もしくは特別な抽象的データタイプを実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。プログラムモジュールの機能性は、様々な実施例において望まれるように、結合され得るか、もしくは分散され得る。
【００１３】
限定ではなく一例として、コンピュータで使用できる媒体は、コンピュータ記憶媒体、及び通信媒体を含み得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータのような情報の記憶のためにあらゆる方法または技術で実現された揮発性媒体及び不揮発性媒体、取り外し可能媒体及び取り外し不可能媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去書き込み可能型ＲＯＭ（ＥＥＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、または他の光学記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶装置、あるいは、所望の情報を格納するために使用され得るあらゆる他の媒体を含むが、しかしそれに限定されない。
【００１４】
通信媒体は、搬送波または他の搬送機構のような変調されたデータ信号におけるコンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを具現化することができると共に、あらゆる情報配信媒体を含む。用語“変調されたデータ信号”は、信号における符号化情報の特性のセットの内の１つ以上を有するか、または信号における符号化情報に応じたそのような方法において変更された信号を意味する。限定ではなく一例として、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接的配線接続のような有線媒体、及び音響、無線周波数（ＲＦ）、赤外線、及び他の無線媒体のような無線媒体を含む。上記の内のいずれかの組み合わせも、同様に、コンピュータ読み取り可能な媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００１５】
一実施例において、保護回路は、電流を監視すると共に、電流を所定の範囲／希望する範囲内に制御するために提供される。一実施例において、保護回路は、電流が所定のレベルを超える場合に、平均電流を削減するように、スイッチを交互に有効または無効にするための制御モジュールを備えることができる。制御モジュールは、スイッチを制御するために、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のようなパルス変調信号を生成することができる。従って、電流は、パルス変調信号のデューティサイクルを調整することによって、調整されることができる。更に、保護回路は、制御モジュールの周波数を適切に設定することによって、例えばＰＷＭ信号の周波数を設定することによって、様々なアプリケーションに適応することができる。
【００１６】
図１は、本発明の一実施例による代表的な保護回路１００を示す。保護回路１００は、過電流状態のような好ましくない状態を検出すると共に、従って保護動作を実行するために使用され得る。保護回路１００は、スイッチ、例えばパワー金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）１３２と、検知ブロック、例えば電流検知／制御ブロック１０２と、制御モジュール１０８と、２つの比較器１０４及び１０６を備えることができるモード選択器とを備える。電流検知／制御ブロック１０２は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を流れる電流１０９を表している平均電圧信号１１０のような監視信号を生成するために使用されることができる。制御モジュール１０８は、制御信号、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ１３２を制御するためのＰＷＭ制御信号１２０を生成することができる。一実施例において、制御モジュール１０８は、ＰＷＭ信号を生成するためのパルス幅変調モジュール１０８であり得る。
【００１７】
図１の例における電流検知／制御ブロック１０２は、演算増幅器１３４と、キャパシタンス（コンデンサ）１４４と、３個の抵抗器１４２、１３６、及び１３８と、検知抵抗器１４０とを備える。しかしながら、電流検知／制御ブロック１０２は、多数の他の構成を有することができると共に、図１における代表的な構成に制限されない。検知抵抗器１４０は、電流１０９を検知電圧１５０に変換するために使用される。キャパシタンス１４４及び抵抗器１４２は、検知電圧１５０に従って平均電圧を提供するために、ローパスフィルタとして機能することができる。抵抗器１３６及び抵抗器１３８が組み合わされた演算増幅器１３４は、平均電圧を、第１のしきい値電圧１１２及び第２のしきい値電圧１１４のような第１のしきい値及び第２のしきい値と比較され得る平均電圧信号１１０へ増幅するために使用され得る。一実施例において、第１のしきい値電圧１１２は、第２のしきい値電圧１１４より大きい。抵抗器１３６と抵抗器１３８との比率を変えることによって、演算増幅器１３４の利得は変更され得る。
【００１８】
一実施例において、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、寄生抵抗を含む。検知抵抗器１４０を使用する代りに、寄生抵抗が、電流１０９を検知電圧１５０に変換するために使用され得る。すなわち、一実施例において、検知抵抗器１４０は省略され得る。
【００１９】
パワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、それがオンとオフを切り替えるためにＰＷＭ制御信号１２０によって制御され得るスイッチとして機能するならば、他の半導体コンポーネントであり得る。代わりに、制御モジュール１０８は、直線的にスイッチ１３２を制御するためのアナログ信号を生成し得る。
【００２０】
平均電圧信号１１０は、比較器１０４及び比較器１０６に対して入力される。第１のしきい値電圧１１２及び第２のしきい値電圧１１４は、同様に、比較器１０４及び比較器１０６に対してそれぞれ入力される。モード信号は、比較器１０４によって生成される第１の信号１１６であり得るか、または比較器１０６によって生成される第２の信号１１８であり得る。モード信号は、所定の状態、例えば過電流状態が発生したか否かを判定するために使用され得る。もし所定の状態が発生した場合、保護回路１００は、保護モードに切り替えられ得る。他の場合には、保護回路１００は、通常モードにおいて機能し得る。
【００２１】
一実施例において、第１のしきい値電圧１１２は、電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”より大きいか否かに基づいて、所定の状態が発生したか否かを判定するために使用され得る。しきい値電流“Ｉ１”は、以下に示す式（１）において計算され得る。
【００２２】
「数１」
Ｉ１＝Ｖ＿ｏｃ１／（Ｒｓｅｎｓｅ×Ａｇ）・・・（１）
【００２３】
ここで、“Ｖ＿ｏｃ１”は、第１のしきい値電圧１１２であり、“Ｒｓｅｎｓｅ”は、検知抵抗器の抵抗であり、“Ａｇ”は、演算増幅器１３４の利得である。電流検知／制御ブロック１０２において、検知抵抗器は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２の寄生抵抗か、または独立した検知抵抗器、例えば検知抵抗器１４０であり得る。
【００２４】
一実施例において、動作の間、平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２より小さいとき、それは電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”より小さいことを示すことができ、制御モジュール１０８は、通常モードにおいて機能するか、もしくは無効にされる。通常モードにおいて、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、オンである。一実施例において、平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２より大きいとき、それは電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”より大きいことを示すことができ、比較器１０４は、保護回路１００を保護モードに切り替えるために、第１の信号１１６を出力することができる。保護モードの間、制御モジュール１０８は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を制御するために、ＰＷＭ制御信号１２０を出力する。一実施例において、ＰＷＭ制御信号１２０は、交互にパワーＭＯＳＦＥＴ１３２をオン及びオフに切り替えるために、調整可能なデューティサイクル及び調整可能な周波数を有する複数のパルスを含むことができる。この特徴に関して、一実施例において、電流１０９は、完全に遮断されないことになるが、しかし削減され得る。そのようなものとして、負荷電力が削減され得る。更に、一実施例において、過渡期における過電流状態が回避され得る。この保護モードにおける電流１０９の平均レベル“Ｉ０”は、電流１０９にＰＷＭ制御信号１２０のデューティサイクルを乗算したものとしておおよそ計算され得る。
【００２５】
一実施例において、第２のしきい値電圧１１４は、電流１０９を、安全な電流を表しているしきい値電流“Ｉ２”より下に制御するために使用され得る安全なレベルを表す。一実施例において、しきい値電流“Ｉ２”はしきい値電流“Ｉ１”より小さい。しきい値電流“Ｉ２”は、以下に示す式（２）において計算され得る。
【００２６】
「数２」
Ｉ２＝Ｖ＿ｏｃ２／（Ｒｓｅｎｓｅ×Ａｇ）・・・（２）
【００２７】
ここで、“Ｖ＿ｏｃ２”は、第２のしきい値電圧１１４であり、“Ｒｓｅｎｓｅ”は、検知抵抗器の抵抗であり、“Ａｇ”は、演算増幅器１３４の利得である。一実施例において、平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より小さいとき、それは平均電流“Ｉ０”がしきい値電流“Ｉ２”より低下したことを示すことができ、比較器１０６は、保護回路１００をパワーＭＯＳＦＥＴ１３２がオンである通常モードに戻すように切り替えるために、第２の信号１１８を出力することができる。
【００２８】
有利に、しきい値電圧１１２としきい値電圧１１４との比率がＰＷＭ制御信号１２０のデューティサイクルと同様に調整され得るので、保護回路１００の柔軟性が拡張され得る。保護回路１００は、様々なアプリケーションにおいて使用され得ると共に、しきい値電圧１１２及びしきい値電圧１１４、そしてＰＷＭ制御信号１２０のデューティサイクルは、異なるアプリケーションニーズに従って調整され得る。
【００２９】
図２は、本発明の一実施例による保護回路１００の代表的な波形２００を示す。図２は、ここで、図１の保護回路１００を参照して説明される。ｘ軸は時刻を表し、そしてｙ軸は電圧を表す。保護モード２０４、そして２つの通常モード２０２及び２０６という２つのタイプのモードが例証される。図２の例において、図１におけるＰＷＭ信号１２０の代表的なデューティサイクルは、５０％である。従って、図１に示されるパワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、保護モード２０４の間、５０［％］の時間の間ターンオンされ、残りの５０［％］の時間の間ターンオフされる。
【００３０】
図２において示されるように、初めに、図１の保護回路１００は通常モード２０２において動作している。平均電圧信号１１０は、電流１０９の増加に起因して増加し得る。時刻“ｔ１”において平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２を越えるとき、もしくは、すなわち図１で示される電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”を越えるとき、図１の保護回路１００は、自動的に、保護モード２０４に切り替えられ得る。
【００３１】
保護モード２０４において、図１の制御モジュール１０８は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を駆動するために、５０％の代表的なデューティサイクルを有するＰＷＭ制御信号１２０を出力することができる。一実施例において、そのようなものとして、図１に示されるパワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、交互にターンオン及びターンオフされ得る。図２の例において、図１に示される電流１０９は、時刻“ｔ１”において、しきい値電流“Ｉ１”から“（Ｉ１／２）”に削減され得る。一点鎖線で示される線（curve）１５０は、保護モード２０４における図１の検知電圧１５０の例を示す。一実施例において、検知電圧１５０の周波数は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２のオン／オフ周波数に対応する。
【００３２】
保護モード２０４は、時刻ｔ２において平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より低下するまで、もしくは、すなわち図１に示される電流１０９の平均電流がしきい値電流“Ｉ２”より低下するまで続けられる。一実施例において、時刻ｔ２において１度平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より低下すると、図１に示される保護回路１００は、通常モード２０６に戻るように切り替わる。
【００３３】
一実施例において、図１の保護回路１００がちょうど通常モード２０６に戻るように切り替わる瞬間に、電流１０９は、しきい値電流“Ｉ１”より同様に小さい“２Ｉ２”になり得る。図２に示されるように、時刻“ｔ２”における平均電圧信号１１０の値は、代表的なデューティサイクルが５０［％］であるので、２倍になる。
【００３４】
図２における平均電圧信号１１０は、実例とする目的のためのものである。実用的な動作において、平均電圧信号１１０は、連続的であり得ると共に、時間で変化し得る。
【００３５】
図３は、本発明の一実施例による、バッテリ管理システム３００における保護回路１００の代表的な応用例を示す。２つの充電パッド３１６及び３１８を備えるバッテリ３０２は、負荷３０４に電力を供給するために、負荷３０４に対して直列に連結される。バッテリ３０２は、１つ以上のバッテリセルを備えることができる。保護回路１００は、電流１０９を監視して、電流１０９が所定のレベル、例えば図１における第１のしきい値電圧１１２を越えないように制御するために使用され得る。
【００３６】
一実施例において、バッテリ３０２を充電するために充電器（図示せず）が充電パッド３１６及び３１８に連結される場合に、保護回路１００は、充電電流を監視するために使用され得る。別の実施例において、バッテリ３０２が負荷３０４に電力を供給する場合に、保護回路１００は、放電電流を監視するために使用され得る。
【００３７】
バッテリ保護システム３００は、電圧超過状態／電圧低下状態を回避するようにバッテリ３０２を監視するために、同様に電圧保護回路を備えることができる。一実施例において、バッテリ３０２の電圧が所定のレベルを超過する／下回る場合に、電圧保護回路３０８は、電圧警報信号を送出する。
【００３８】
バッテリ保護システム３００は、同様に、バッテリ３０２の温度を監視するために、温度保護回路３１２を備えることができる。一実施例において、バッテリ３０２の温度が所定のレベルを超過する／下回る場合に、温度保護回路３１２は、温度警報信号を送出する。
【００３９】
図４は、本発明の一実施例による電流を調整するための方法４００を示す。図４は、図１と組み合わせて説明される。
【００４０】
４１０において、電流１０９がパワーＭＯＳＦＥＴ１３２のようなスイッチによって受け取られる。
【００４１】
４１２において、電流１０９のレベルを表すために使用されることができる平均電圧信号１１０のような監視信号が生成される。一実施例において、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を流れる電流１０９は、電流検知／制御ブロック１０２によって、平均電圧信号１１０に変換される。パワーＭＯＳＦＥＴ１３２の寄生抵抗か、または独立した検知抵抗器１４０であり得る検知抵抗器は、電流１０９を検知電圧１５０に変換することができる。コンデンサ１４４及び抵抗器１４２は、検知電圧１５０に従って平均電圧を提供するためのローパスフィルタとして機能することができる。平均電圧は、抵抗器１３６及び抵抗器１３８と組み合わされた演算増幅器１３４によって、平均電圧信号１１０へ増幅され得る。抵抗器１３６と抵抗器１３８との比率を変えることによって、演算増幅器１３４の利得は変更され得る。
【００４２】
４１４において、監視信号と第１のしきい値電圧１１２との比較結果に従って第１の信号１１６が生成される。一実施例において、平均電圧信号１１０は、比較器１０４によって、第１のしきい値電圧１１２と比較される。平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２より大きい場合に、比較器１０４は、第１の信号１１６を出力することができる。第１のしきい値電圧１１２は、電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”より大きいか否かに基づいて、所定の状態が発生したか否かを判定するために使用され得る。例えば、平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２より大きい場合に、比較器１０４は、第１の信号１１６を出力することができる。
【００４３】
４１６において、監視信号と第２のしきい値電圧１１４との比較結果に従って第２の信号１１８が生成される。一実施例において、平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より小さい場合に、比較器１０６は、第２の信号１１８を出力することができる。第２のしきい値電圧１１４は、電流１０９がしきい値電流“Ｉ２”を下回っていることを保証するために使用され得る安全なレベルを表す。すなわち、平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より小さい場合に、比較器１０６は、第２の信号１１８を出力することができる。
【００４４】
４１８において、制御信号１２０は、第１の信号１１６及び第２の信号１１８に従って、制御モジュール１０８によって生成される。制御信号１２０は、電流１０９を調整するように、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を制御するために使用され得る。一実施例において、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、保護モードにおいて、電流１０９の平均電流を削減するために、交互に有効及び無効にされる。
【００４５】
従って、本発明の一実施例による保護回路は、電流を監視し、電流が所定のレンジを超える場合に保護モードにおいて機能することによって、電流を所定のレンジの範囲内に制御するために使用され得る。一実施例において、保護回路におけるスイッチが交互に有効及び無効にされ、従って、その電流は削減され得るが、しかし完全に遮断されない。適切に制御モジュールを設定することによって、有利に、保護回路は、様々なアプリケーションに適応することができる。
【００４６】
前述の説明、及び図面が、本発明の実施例を表す一方、様々な追加物、改良物、そして代用物が、添付の特許請求の範囲において定義された本発明の原理の精神及び範囲からはずれることなく、その中で生成され得るということが理解されることになる。当業者は、本発明が、本発明の原理からはずれることなしに、特殊環境及び作動要求に特に適合する本発明の実践において使用される形式、構造、装置、割合、材料、構成要素、構成部品、及びその他、の多くの改良と共に使用され得ると認識することになる。ここで開示された実施例は、従って、全ての点で実例となり、そして制限的でなく、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲、及びそれらの法律上の等価物によって示され、そして前述の説明に制限されない、と考えられるべきである。
【符号の説明】
【００４７】
１００ 保護回路
１０２ 電流検知／制御ブロック
１０４、１０６ 比較器
１０８ 制御モジュール（パルス幅変調モジュール）
１０９ 電流
１１０ 平均電圧信号
１１２ 第１のしきい値電圧
１１４ 第２のしきい値電圧
１１６ 第１の信号
１１８ 第２の信号
１２０ ＰＷＭ制御信号
１３２ パワー金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）
１３４ 演算増幅器
１３６、１３８、１４２ 抵抗器
１４０ 検知抵抗器
１４４ キャパシタンス（コンデンサ）
１５０ 検知電圧
２００ 保護回路１００の代表的な波形
２０２、２０６ 通常モード
２０４ 保護モード
３００ バッテリ管理システム
３０２ バッテリ
３０４ 負荷
３０８ 電圧保護回路
３１２ 温度保護回路
３１６、３１８ 充電パッド
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施例は、電子的なシステム、及び保護システムに関係する。
【背景技術】
【０００２】
この出願は、その仕様全体がこの参照によってここに組み込まれると共に、“over current protection circuit with pulse width modulation control”と題名が付けられて２００８年３月１２日に出願された米国暫定特許出願シリアル番号61/069,086号の利益を主張する。
【０００３】
過電流保護は、システム内の電子部品に対するダメージを防止するように、広く、バッテリ充電システムのような多くのシステムに使用された。一般的な過電流保護方法は、充電電流／放電電流を検知すると共に、検知された電流をしきい値と比較することである。充電電流／放電電流、または検知された電流が所定のレベルを越える場合に、電流を削減するか、または制限するように、所定期間の間電流を遮断するために、タイマが起動されることになる。もし、充電電流／放電電流が、所定期間の後、まだ所定のレベルを越える場合に、充電回路／放電回路は、動作を停止されることになる。もし充電電流／放電電流が、所定期間の間に、所定のレベルより低下するならば、制御器は、充電処理／放電処理を再開し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば丸のこ（circular saw）のような極めて重い負荷を備える電動工具において問題となる可能性がある上述の従来の方法によって、電流のレベルは、安全なレベル内にあることを効果的に保証されないであろう。極めて重い作業が実行される場合、そして比較的大きな負荷電流が引き込まれる場合に、一時的な過電流状態が発生するであろう。もし遮断期間が適切に選択されないならば、電動工具は突然停止されると共に、対象物に入り込んで抜け出せなくなり得る。１つの特定のアプリケーションに対して、たとえ遮断期間が適切に選択され得るとしても、異なる電動工具は異なる負荷能力を有している可能性があるので、システム保護は、この特定のアプリケーションだけに対して適しているであろう。従って、様々なアプリケーションにおけるシステム保護の互換性は、適切でない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施例によれば、監視及び制御回路は、検知ブロックと、第１及び第２の比較器と、制御モジュールとを備える。電流検知ブロックは、スイッチを流れる電流を表している監視信号を生成するために、スイッチに連結される。検知ブロックに連結された第１の比較器は、監視信号を第１のしきい値と比較すると共に、監視信号と第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を提供するように動作可能である。検知ブロックに連結された第２の比較器は、監視信号を第２のしきい値と比較すると共に、監視信号と第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を提供するように動作可能である。第１の比較器及び第２の比較器に連結された制御モジュールは、電流を調整するために、第１の信号及び第２の信号に従ってスイッチを制御する制御信号を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施例による代表的な保護回路を示す図である。
【図２】本発明の一実施例による図１の保護回路の代表的な波形を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による保護回路を含むバッテリ管理システムを示す図である。
【図４】本発明の一実施例による電流を調整するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の実施例の特徴及び利点は、以下の詳細な説明の進行、及び同等の参照符号が同等の要素を描写する図面に対する参照によって明白になる。
【０００８】
本発明の実施例に対する詳細な参照がここで行われることになる。発明が実施例と共に説明されることになる一方、それらが、発明をこれらの実施例に限定することを意図していない、ということが理解されることになる。これに反して、発明は、添付された特許請求の範囲によって定義された発明の精神及び範囲の中に含まれ得る代替物、改良物、及び等価物をカバーすることを意図している。
【０００９】
更に、本発明の完全な理解を提供するために、下記の本発明の実施例の詳細な説明において、多数の特定の詳細が説明される。しかしながら、当業者によって、本発明はこれらの特定の詳細なしで実施され得るということが認識されることになる。他の例では、本発明の実施例の特徴を不必要に不明瞭にしないように、周知の方法、手順、構成要素、及び回路は、詳細に説明されなかった。
【００１０】
後述する詳細な説明のいくらかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに関する操作の手続き、論理ブロック、処理、及び他の象徴に関連して示される。これらの説明及び表現は、彼らの仕事の内容を他の当業者に対して最も効果的に伝えるために、データ処理技術における当業者によって使用される手段である。本願において、手続き、論理ブロック、処理等は、望ましい結果につながる首尾一貫したステップまたは命令のシーケンスであるべきである、と考えられる。それらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、しかし必ずしもでないが、これらの量は、コンピュータシステムにおいて、格納されて、転送されて、結合されて、比較されて、そして他の場合には操作されることができる電気信号もしくは磁気信号の形式を取る。
【００１１】
しかしながら、これらまたは同様の用語の全ては、適切な物理量と関連付けられるべきであると共に、これらの量に適用される単に便利なラベルであるということが、留意されるべきである。明確に別の方法で表明されない限り、以下の考察から明白であるように、本願の全体において、“受け取る”、“変換する”、“比較する”、“生成する”、“増幅する”等のような用語を利用する考察は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリの中の物理的(電子的な)量として表されるデータを処理して、同様にコンピュータシステムのメモリまたはレジスタ、あるいは他のそのような情報記憶装置、伝送装置、または表示装置の中の物理量として表された他のデータへ変換する、コンピュータシステムまたは同様の電子計算装置の動作及び処理のことを指しているということが認識される。
【００１２】
ここで説明された実施例は、一般的に、１つ以上のコンピュータまたは他の装置によって実行されるプログラムモジュールのような、いくらかの形式のコンピュータで使用できる媒体上に存在するコンピュータ実行可能な命令に照らして論じられ得る。一般的に、プログラムモジュールは、特別なタスクを実行するか、もしくは特別な抽象的データタイプを実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。プログラムモジュールの機能性は、様々な実施例において望まれるように、結合され得るか、もしくは分散され得る。
【００１３】
限定ではなく一例として、コンピュータで使用できる媒体は、コンピュータ記憶媒体、及び通信媒体を含み得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータのような情報の記憶のためにあらゆる方法または技術で実現された揮発性媒体及び不揮発性媒体、取り外し可能媒体及び取り外し不可能媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去書き込み可能型ＲＯＭ（ＥＥＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、または他の光学記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶装置、あるいは、所望の情報を格納するために使用され得るあらゆる他の媒体を含むが、しかしそれに限定されない。
【００１４】
通信媒体は、搬送波または他の搬送機構のような変調されたデータ信号におけるコンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを具現化することができると共に、あらゆる情報配信媒体を含む。用語“変調されたデータ信号”は、信号における符号化情報の特性のセットの内の１つ以上を有するか、または信号における符号化情報に応じたそのような方法において変更された信号を意味する。限定ではなく一例として、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接的配線接続のような有線媒体、及び音響、無線周波数（ＲＦ）、赤外線、及び他の無線媒体のような無線媒体を含む。上記の内のいずれかの組み合わせも、同様に、コンピュータ読み取り可能な媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００１５】
一実施例において、保護回路は、電流を監視すると共に、電流を所定の範囲／希望する範囲内に制御するために提供される。一実施例において、保護回路は、電流が所定のレベルを超える場合に、平均電流を削減するように、スイッチを交互に有効または無効にするための制御モジュールを備えることができる。制御モジュールは、スイッチを制御するために、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のようなパルス変調信号を生成することができる。従って、電流は、パルス変調信号のデューティサイクルを調整することによって、調整されることができる。更に、保護回路は、制御モジュールの周波数を適切に設定することによって、例えばＰＷＭ信号の周波数を設定することによって、様々なアプリケーションに適応することができる。
【００１６】
図１は、本発明の一実施例による代表的な保護回路１００を示す。保護回路１００は、過電流状態のような好ましくない状態を検出すると共に、従って保護動作を実行するために使用され得る。保護回路１００は、スイッチ、例えばパワー金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）１３２と、検知ブロック、例えば電流検知／制御ブロック１０２と、制御モジュール１０８と、２つの比較器１０４及び１０６を備えることができるモード選択器とを備える。電流検知／制御ブロック１０２は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を流れる電流１０９を表している平均電圧信号１１０のような監視信号を生成するために使用されることができる。制御モジュール１０８は、制御信号、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ１３２を制御するためのＰＷＭ制御信号１２０を生成することができる。一実施例において、制御モジュール１０８は、ＰＷＭ信号を生成するためのパルス幅変調モジュール１０８であり得る。
【００１７】
図１の例における電流検知／制御ブロック１０２は、演算増幅器１３４と、キャパシタンス（コンデンサ）１４４と、３個の抵抗器１４２、１３６、及び１３８と、検知抵抗器１４０とを備える。しかしながら、電流検知／制御ブロック１０２は、多数の他の構成を有することができると共に、図１における代表的な構成に制限されない。検知抵抗器１４０は、電流１０９を検知電圧１５０に変換するために使用される。キャパシタンス１４４及び抵抗器１４２は、検知電圧１５０に従って平均電圧を提供するために、ローパスフィルタとして機能することができる。抵抗器１３６及び抵抗器１３８が組み合わされた演算増幅器１３４は、平均電圧を、第１のしきい値電圧１１２及び第２のしきい値電圧１１４のような第１のしきい値及び第２のしきい値と比較され得る平均電圧信号１１０へ増幅するために使用され得る。一実施例において、第１のしきい値電圧１１２は、第２のしきい値電圧１１４より大きい。抵抗器１３６と抵抗器１３８との比率を変えることによって、演算増幅器１３４の利得は変更され得る。
【００１８】
一実施例において、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、寄生抵抗を含む。検知抵抗器１４０を使用する代りに、寄生抵抗が、電流１０９を検知電圧１５０に変換するために使用され得る。すなわち、一実施例において、検知抵抗器１４０は省略され得る。
【００１９】
パワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、それがオンとオフを切り替えるためにＰＷＭ制御信号１２０によって制御され得るスイッチとして機能するならば、他の半導体コンポーネントであり得る。代わりに、制御モジュール１０８は、直線的にスイッチ１３２を制御するためのアナログ信号を生成し得る。
【００２０】
平均電圧信号１１０は、比較器１０４及び比較器１０６に対して入力される。第１のしきい値電圧１１２及び第２のしきい値電圧１１４は、同様に、比較器１０４及び比較器１０６に対してそれぞれ入力される。モード信号は、比較器１０４によって生成される第１の信号１１６であり得るか、または比較器１０６によって生成される第２の信号１１８であり得る。モード信号は、所定の状態、例えば過電流状態が発生したか否かを判定するために使用され得る。もし所定の状態が発生した場合、保護回路１００は、保護モードに切り替えられ得る。他の場合には、保護回路１００は、通常モードにおいて機能し得る。
【００２１】
一実施例において、第１のしきい値電圧１１２は、電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”より大きいか否かに基づいて、所定の状態が発生したか否かを判定するために使用され得る。しきい値電流“Ｉ１”は、以下に示す式（１）において計算され得る。
【００２２】
「数１」
Ｉ１＝Ｖ＿ｏｃ１／（Ｒｓｅｎｓｅ×Ａｇ）・・・（１）
【００２３】
ここで、“Ｖ＿ｏｃ１”は、第１のしきい値電圧１１２であり、“Ｒｓｅｎｓｅ”は、検知抵抗器の抵抗であり、“Ａｇ”は、演算増幅器１３４の利得である。電流検知／制御ブロック１０２において、検知抵抗器は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２の寄生抵抗か、または独立した検知抵抗器、例えば検知抵抗器１４０であり得る。
【００２４】
一実施例において、動作の間、平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２より小さいとき、それは電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”より小さいことを示すことができ、制御モジュール１０８は、通常モードにおいて機能するか、もしくは無効にされる。通常モードにおいて、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、オンである。一実施例において、平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２より大きいとき、それは電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”より大きいことを示すことができ、比較器１０４は、保護回路１００を保護モードに切り替えるために、第１の信号１１６を出力することができる。保護モードの間、制御モジュール１０８は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を制御するために、ＰＷＭ制御信号１２０を出力する。一実施例において、ＰＷＭ制御信号１２０は、交互にパワーＭＯＳＦＥＴ１３２をオン及びオフに切り替えるために、調整可能なデューティサイクル及び調整可能な周波数を有する複数のパルスを含むことができる。この特徴に関して、一実施例において、電流１０９は、完全に遮断されないことになるが、しかし削減され得る。そのようなものとして、負荷電力が削減され得る。更に、一実施例において、過渡期における過電流状態が回避され得る。この保護モードにおける電流１０９の平均レベル“Ｉ０”は、電流１０９にＰＷＭ制御信号１２０のデューティサイクルを乗算したものとしておおよそ計算され得る。
【００２５】
一実施例において、第２のしきい値電圧１１４は、電流１０９を、安全な電流を表しているしきい値電流“Ｉ２”より下に制御するために使用され得る安全なレベルを表す。一実施例において、しきい値電流“Ｉ２”はしきい値電流“Ｉ１”より小さい。しきい値電流“Ｉ２”は、以下に示す式（２）において計算され得る。
【００２６】
「数２」
Ｉ２＝Ｖ＿ｏｃ２／（Ｒｓｅｎｓｅ×Ａｇ）・・・（２）
【００２７】
ここで、“Ｖ＿ｏｃ２”は、第２のしきい値電圧１１４であり、“Ｒｓｅｎｓｅ”は、検知抵抗器の抵抗であり、“Ａｇ”は、演算増幅器１３４の利得である。一実施例において、平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より小さいとき、それは平均電流“Ｉ０”がしきい値電流“Ｉ２”より低下したことを示すことができ、比較器１０６は、保護回路１００をパワーＭＯＳＦＥＴ１３２がオンである通常モードに戻すように切り替えるために、第２の信号１１８を出力することができる。
【００２８】
有利に、しきい値電圧１１２としきい値電圧１１４との比率がＰＷＭ制御信号１２０のデューティサイクルと同様に調整され得るので、保護回路１００の柔軟性が拡張され得る。保護回路１００は、様々なアプリケーションにおいて使用され得ると共に、しきい値電圧１１２及びしきい値電圧１１４、そしてＰＷＭ制御信号１２０のデューティサイクルは、異なるアプリケーションニーズに従って調整され得る。
【００２９】
図２は、本発明の一実施例による保護回路１００の代表的な波形２００を示す。図２は、ここで、図１の保護回路１００を参照して説明される。ｘ軸は時刻を表し、そしてｙ軸は電圧を表す。保護モード２０４、そして２つの通常モード２０２及び２０６という２つのタイプのモードが例証される。図２の例において、図１におけるＰＷＭ信号１２０の代表的なデューティサイクルは、５０％である。従って、図１に示されるパワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、保護モード２０４の間、５０［％］の時間の間ターンオンされ、残りの５０［％］の時間の間ターンオフされる。
【００３０】
図２において示されるように、初めに、図１の保護回路１００は通常モード２０２において動作している。平均電圧信号１１０は、電流１０９の増加に起因して増加し得る。時刻“ｔ１”において平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２を越えるとき、もしくは、すなわち図１で示される電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”を越えるとき、図１の保護回路１００は、自動的に、保護モード２０４に切り替えられ得る。
【００３１】
保護モード２０４において、図１の制御モジュール１０８は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を駆動するために、５０％の代表的なデューティサイクルを有するＰＷＭ制御信号１２０を出力することができる。一実施例において、そのようなものとして、図１に示されるパワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、交互にターンオン及びターンオフされ得る。図２の例において、図１に示される電流１０９は、時刻“ｔ１”において、しきい値電流“Ｉ１”から“（Ｉ１／２）”に削減され得る。一点鎖線で示される線（curve）１５０は、保護モード２０４における図１の検知電圧１５０の例を示す。一実施例において、検知電圧１５０の周波数は、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２のオン／オフ周波数に対応する。
【００３２】
保護モード２０４は、時刻ｔ２において平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より低下するまで、もしくは、すなわち図１に示される電流１０９の平均電流がしきい値電流“Ｉ２”より低下するまで続けられる。一実施例において、時刻ｔ２において１度平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より低下すると、図１に示される保護回路１００は、通常モード２０６に戻るように切り替わる。
【００３３】
一実施例において、図１の保護回路１００がちょうど通常モード２０６に戻るように切り替わる瞬間に、電流１０９は、しきい値電流“Ｉ１”より同様に小さい“２Ｉ２”になり得る。図２に示されるように、時刻“ｔ２”における平均電圧信号１１０の値は、代表的なデューティサイクルが５０［％］であるので、２倍になる。
【００３４】
図２における平均電圧信号１１０は、実例とする目的のためのものである。実用的な動作において、平均電圧信号１１０は、連続的であり得ると共に、時間で変化し得る。
【００３５】
図３は、本発明の一実施例による、バッテリ管理システム３００における保護回路１００の代表的な応用例を示す。２つの充電パッド３１６及び３１８を備えるバッテリ３０２は、負荷３０４に電力を供給するために、負荷３０４に対して直列に連結される。バッテリ３０２は、１つ以上のバッテリセルを備えることができる。保護回路１００は、電流１０９を監視して、電流１０９が所定のレベル、例えば図１における第１のしきい値電圧１１２を越えないように制御するために使用され得る。
【００３６】
一実施例において、バッテリ３０２を充電するために充電器（図示せず）が充電パッド３１６及び３１８に連結される場合に、保護回路１００は、充電電流を監視するために使用され得る。別の実施例において、バッテリ３０２が負荷３０４に電力を供給する場合に、保護回路１００は、放電電流を監視するために使用され得る。
【００３７】
バッテリ保護システム３００は、電圧超過状態／電圧低下状態を回避するようにバッテリ３０２を監視するために、同様に電圧保護回路を備えることができる。一実施例において、バッテリ３０２の電圧が所定のレベルを超過する／下回る場合に、電圧保護回路３０８は、電圧警報信号を送出する。
【００３８】
バッテリ保護システム３００は、同様に、バッテリ３０２の温度を監視するために、温度保護回路３１２を備えることができる。一実施例において、バッテリ３０２の温度が所定のレベルを超過する／下回る場合に、温度保護回路３１２は、温度警報信号を送出する。
【００３９】
図４は、本発明の一実施例による電流を調整するための方法４００を示す。図４は、図１と組み合わせて説明される。
【００４０】
４１０において、電流１０９がパワーＭＯＳＦＥＴ１３２のようなスイッチによって受け取られる。
【００４１】
４１２において、電流１０９のレベルを表すために使用されることができる平均電圧信号１１０のような監視信号が生成される。一実施例において、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を流れる電流１０９は、電流検知／制御ブロック１０２によって、平均電圧信号１１０に変換される。パワーＭＯＳＦＥＴ１３２の寄生抵抗か、または独立した検知抵抗器１４０であり得る検知抵抗器は、電流１０９を検知電圧１５０に変換することができる。コンデンサ１４４及び抵抗器１４２は、検知電圧１５０に従って平均電圧を提供するためのローパスフィルタとして機能することができる。平均電圧は、抵抗器１３６及び抵抗器１３８と組み合わされた演算増幅器１３４によって、平均電圧信号１１０へ増幅され得る。抵抗器１３６と抵抗器１３８との比率を変えることによって、演算増幅器１３４の利得は変更され得る。
【００４２】
４１４において、監視信号と第１のしきい値電圧１１２との比較結果に従って第１の信号１１６が生成される。一実施例において、平均電圧信号１１０は、比較器１０４によって、第１のしきい値電圧１１２と比較される。平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２より大きい場合に、比較器１０４は、第１の信号１１６を出力することができる。第１のしきい値電圧１１２は、電流１０９がしきい値電流“Ｉ１”より大きいか否かに基づいて、所定の状態が発生したか否かを判定するために使用され得る。例えば、平均電圧信号１１０が第１のしきい値電圧１１２より大きい場合に、比較器１０４は、第１の信号１１６を出力することができる。
【００４３】
４１６において、監視信号と第２のしきい値電圧１１４との比較結果に従って第２の信号１１８が生成される。一実施例において、平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より小さい場合に、比較器１０６は、第２の信号１１８を出力することができる。第２のしきい値電圧１１４は、電流１０９がしきい値電流“Ｉ２”を下回っていることを保証するために使用され得る安全なレベルを表す。すなわち、平均電圧信号１１０が第２のしきい値電圧１１４より小さい場合に、比較器１０６は、第２の信号１１８を出力することができる。
【００４４】
４１８において、制御信号１２０は、第１の信号１１６及び第２の信号１１８に従って、制御モジュール１０８によって生成される。制御信号１２０は、電流１０９を調整するように、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２を制御するために使用され得る。一実施例において、パワーＭＯＳＦＥＴ１３２は、保護モードにおいて、電流１０９の平均電流を削減するために、交互に有効及び無効にされる。
【００４５】
従って、本発明の一実施例による保護回路は、電流を監視し、電流が所定のレンジを超える場合に保護モードにおいて機能することによって、電流を所定のレンジの範囲内に制御するために使用され得る。一実施例において、保護回路におけるスイッチが交互に有効及び無効にされ、従って、その電流は削減され得るが、しかし完全に遮断されない。適切に制御モジュールを設定することによって、有利に、保護回路は、様々なアプリケーションに適応することができる。
【００４６】
前述の説明、及び図面が、本発明の実施例を表す一方、様々な追加物、改良物、そして代用物が、添付の特許請求の範囲において定義された本発明の原理の精神及び範囲からはずれることなく、その中で生成され得るということが理解されることになる。当業者は、本発明が、本発明の原理からはずれることなしに、特殊環境及び作動要求に特に適合する本発明の実践において使用される形式、構造、装置、割合、材料、構成要素、構成部品、及びその他、の多くの改良と共に使用され得ると認識することになる。ここで開示された実施例は、従って、全ての点で実例となり、そして制限的でなく、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲、及びそれらの法律上の等価物によって示され、そして前述の説明に制限されない、と考えられるべきである。
【符号の説明】
【００４７】
１００ 保護回路
１０２ 電流検知／制御ブロック
１０４、１０６ 比較器
１０８ 制御モジュール（パルス幅変調モジュール）
１０９ 電流
１１０ 平均電圧信号
１１２ 第１のしきい値電圧
１１４ 第２のしきい値電圧
１１６ 第１の信号
１１８ 第２の信号
１２０ ＰＷＭ制御信号
１３２ パワー金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）
１３４ 演算増幅器
１３６、１３８、１４２ 抵抗器
１４０ 検知抵抗器
１４４ キャパシタンス（コンデンサ）
１５０ 検知電圧
２００ 保護回路１００の代表的な波形
２０２、２０６ 通常モード
２０４ 保護モード
３００ バッテリ管理システム
３０２ バッテリ
３０４ 負荷
３０８ 電圧保護回路
３１２ 温度保護回路
３１６、３１８ 充電パッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視及び制御回路であって、
スイッチに連結されると共に、前記スイッチを流れる電流を表している監視信号を生成するための検知ブロックと、
前記検知ブロックに連結されると共に、前記監視信号を第１のしきい値と比較し、前記監視信号と前記第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を提供するための第１の比較器と、
前記検知ブロックに連結されると共に、前記監視信号を第２のしきい値と比較し、前記監視信号と前記第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を提供するための第２の比較器と、
前記第１の比較器及び前記第２の比較器に連結されると共に、前記電流を調整するために、前記第１の信号及び前記第２の信号に従って前記スイッチを制御する制御信号を提供するための制御モジュールと
を備えることを特徴とする監視及び制御回路。
【請求項２】
もし前記監視信号が前記第１のしきい値より大きい場合、前記第１の比較器が前記第１の信号を提供する
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項３】
もし前記監視信号が前記第２のしきい値より小さい場合、前記第２の比較器が前記第２の信号を提供する
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項４】
前記監視信号が、平均電圧信号を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項５】
前記検知ブロックが、
前記スイッチに連結されると共に、前記電流を検知電圧に変換するための検知抵抗と、
前記検知抵抗に連結されると共に、前記検知電圧に従って平均電圧を提供するためのローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに連結されると共に、前記平均電圧を前記平均電圧信号へ増幅するための演算増幅器と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の監視及び制御回路。
【請求項６】
前記スイッチが、前記電流を検知電圧に変換するための寄生抵抗を更に含む
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項７】
前記監視信号が、平均電圧信号を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の監視及び制御回路。
【請求項８】
前記検知ブロックが、
前記スイッチに連結されると共に、前記検知電圧に従って平均電圧を提供するためのローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに連結されると共に、前記平均電圧を前記平均電圧信号へ増幅するための演算増幅器と
を備えることを特徴とする請求項７に記載の監視及び制御回路。
【請求項９】
前記制御信号が、前記スイッチを交互に有効及び無効にするための複数のパルスを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項１０】
前記制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項１１】
保護回路であって、
スイッチに連結されると共に、前記スイッチを流れる電流を表している監視信号を生成するための検知ブロックと、
前記検知ブロックに連結されると共に、前記監視信号に従って少なくとも通常モード及び保護モードからモードを選択し、モード信号を生成するためのモード選択器と、
前記モード選択器に連結されると共に、前記モード信号に従って前記スイッチに対して制御信号を提供するための制御モジュールとを備え、
前記保護モードにおいて前記スイッチが交互に有効及び無効にされ、前記通常モードにおいて前記スイッチが有効にされる
ことを特徴とする保護回路。
【請求項１２】
前記モード選択器が、
前記監視信号を第１のしきい値と比較し、前記監視信号と前記第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を提供するための第１の比較器と、
前記監視信号を第２のしきい値と比較し、前記監視信号と前記第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を提供するための第２の比較器と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の保護回路。
【請求項１３】
前記モード信号が、前記第１の信号及び前記第２の信号の内の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の保護回路。
【請求項１４】
もし前記監視信号が前記第１のしきい値より大きい場合、前記第１の比較器が前記第１の信号を提供する
ことを特徴とする請求項１２に記載の保護回路。
【請求項１５】
もし前記監視信号が前記第２のしきい値より小さい場合、前記第２の比較器が前記第２の信号を提供する
ことを特徴とする請求項１２に記載の保護回路。
【請求項１６】
前記制御信号が、前記スイッチを交互に有効及び無効にするための複数のパルスを含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の保護回路。
【請求項１７】
前記制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の保護回路。
【請求項１８】
電流を調整するための方法であって、
スイッチによって前記電流を受け取る段階と、
前記電流を表している監視信号を生成する段階と、
前記監視信号と第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を生成する段階と、
前記監視信号と第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を生成する段階と、
前記電流を調整するために、前記第１の信号及び前記第２の信号に従って前記スイッチを制御する制御信号を生成する段階と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記制御信号が、前記スイッチを交互に有効及び無効にするための複数のパルスを含む
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含む
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
監視及び制御回路であって、
スイッチに連結されると共に、前記スイッチを流れる電流を表している監視信号を生成するための検知ブロックと、
前記検知ブロックに連結されると共に、前記監視信号を第１のしきい値と比較し、前記監視信号と前記第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を提供するための第１の比較器と、
前記検知ブロックに連結されると共に、前記監視信号を第２のしきい値と比較し、前記監視信号と前記第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を提供するための第２の比較器と、
前記第１の比較器及び前記第２の比較器に連結されると共に、前記電流を調整するために、前記第１の信号及び前記第２の信号に従って前記スイッチを制御する制御信号を提供するための制御モジュールと
を備えることを特徴とする監視及び制御回路。
【請求項２】
もし前記監視信号が前記第１のしきい値より大きい場合、前記第１の比較器が前記第１の信号を提供する
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項３】
もし前記監視信号が前記第２のしきい値より小さい場合、前記第２の比較器が前記第２の信号を提供する
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項４】
前記監視信号が、平均電圧信号を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項５】
前記検知ブロックが、
前記スイッチに連結されると共に、前記電流を検知電圧に変換するための検知抵抗と、
前記検知抵抗に連結されると共に、前記検知電圧に従って平均電圧を提供するためのローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに連結されると共に、前記平均電圧を前記平均電圧信号へ増幅するための演算増幅器と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の監視及び制御回路。
【請求項６】
前記スイッチが、前記電流を検知電圧に変換するための寄生抵抗を更に含む
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項７】
前記監視信号が、平均電圧信号を含む
ことを特徴とする請求項６に記載の監視及び制御回路。
【請求項８】
前記検知ブロックが、
前記スイッチに連結されると共に、前記検知電圧に従って平均電圧を提供するためのローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに連結されると共に、前記平均電圧を前記平均電圧信号へ増幅するための演算増幅器と
を備えることを特徴とする請求項７に記載の監視及び制御回路。
【請求項９】
前記制御信号が、前記スイッチを交互に有効及び無効にするための複数のパルスを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項１０】
前記制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の監視及び制御回路。
【請求項１１】
保護回路であって、
スイッチに連結されると共に、前記スイッチを流れる電流を表している監視信号を生成するための検知ブロックと、
前記検知ブロックに連結されると共に、前記監視信号に従って少なくとも通常モード及び保護モードからモードを選択し、モード信号を生成するためのモード選択器と、
前記モード選択器に連結されると共に、前記モード信号に従って前記スイッチに対して制御信号を提供するための制御モジュールとを備え、
前記保護モードにおいて前記スイッチが交互に有効及び無効にされ、前記通常モードにおいて前記スイッチが有効にされる
ことを特徴とする保護回路。
【請求項１２】
前記モード選択器が、
前記監視信号を第１のしきい値と比較し、前記監視信号と前記第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を提供するための第１の比較器と、
前記監視信号を第２のしきい値と比較し、前記監視信号と前記第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を提供するための第２の比較器と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の保護回路。
【請求項１３】
前記モード信号が、前記第１の信号及び前記第２の信号の内の少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の保護回路。
【請求項１４】
もし前記監視信号が前記第１のしきい値より大きい場合、前記第１の比較器が前記第１の信号を提供する
ことを特徴とする請求項１２に記載の保護回路。
【請求項１５】
もし前記監視信号が前記第２のしきい値より小さい場合、前記第２の比較器が前記第２の信号を提供する
ことを特徴とする請求項１２に記載の保護回路。
【請求項１６】
前記制御信号が、前記スイッチを交互に有効及び無効にするための複数のパルスを含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の保護回路。
【請求項１７】
前記制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の保護回路。
【請求項１８】
電流を調整するための方法であって、
スイッチによって前記電流を受け取る段階と、
前記電流を表している監視信号を生成する段階と、
前記監視信号と第１のしきい値との間の第１の比較結果に従って第１の信号を生成する段階と、
前記監視信号と第２のしきい値との間の第２の比較結果に従って第２の信号を生成する段階と、
前記電流を調整するために、前記第１の信号及び前記第２の信号に従って前記スイッチを制御する制御信号を生成する段階と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記制御信号が、前記スイッチを交互に有効及び無効にするための複数のパルスを含む
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含む
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２１９３４８（Ｐ２００９−２１９３４８Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５３２５（Ｐ２００９−５５３２５）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（５００５２１８４３）オーツー マイクロ， インコーポレーテッド (138)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（５００５２１８４３）オーツー マイクロ， インコーポレーテッド (138)
【Ｆターム（参考）】
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