半导体装置、电池组及便携式终端制造方法及图纸

一种半导体装置、电池组及便携式终端，在CPU的高速时钟动作时高精度地计算从电池能提供的最大电量。半导体装置(10、30)具有测定电池(11)的电压的电压测定部(106)、测定电池的充电电流及放电电流的电流测定部(104)、数据处理控制部(100)和电流检测部(105)。在由电流检测部检测出放电电流(Id)超过预定的阈值(Ith)时，电压测定部和电流测定部能够测定电池的电压及放电电流。数据处理控制部根据电压测定部对应于电流检测部的检测而测定的电压测定值(Vb)和电流测定部对应于电流检测部的检测而测定的电流测定值(Ib)，推定电池的内部阻值(R)，根据推定值计算能从电池提供的最大电量(Pmax)。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置、电池组及便携式终端
本专利技术涉及半导体装置、电池组及便携式终端，尤其涉及有效应用于监视电池的 状态的半导体装置的技术。
技术介绍
近年来，作为搭载于笔记本电脑等便携式终端的内部电路（PC系统）中的CPU(包 括GPU)，具备可变频率功能的CPU在日益增加，以便取得消耗电力与运算性能与可靠性（寿 命）的平衡。所谓可变频率功能，在通常时通过将CPU的时钟频率设定为比较低的值（通 常时钟动作），能够实现低功耗，并且抑制CPU的温度上升，抑制CPU的可靠性的下降，而在 应用的CPU资源请求增加时，通过将CPU的时钟频率设定为比较高的值（高速时钟动作）， 能够提1?运算性能。 在CPU进行高速时钟动作时，在笔记本电脑没有连接AC适配器的情况下，CPU进行 高速时钟动作所需要的电力全部从电池（组合了多个二次电池单元得到的组电池）提供。 另一方面，在笔记本电脑连接了AC适配器的情况下，CPU进行高速时钟动作所需要的电力 从AC适配器和电池双方提供。这是因为将AC适配器的最大电力设定得小于进行高速时钟 动作时所需要的最大电力，以便实现轻量化、低功耗化及低成本化。另外，在高速时钟动作 时作为AC适配器的不足量的电力而从电池获取的电力，通过在通常时钟动作时利用AC适 配器对电池充电而得到补充。 如上所述，与有无连接AC适配器无关，CPU进行高速时钟动作都需要来自电池的 电力供给。因此，CPU进行高速时钟动作的期间和高速时钟动作时的时钟频率，是根据电池 能够提供的电量确定的。例如，具备可变频率功能的CPU构成为能够选择比通常时钟动作 时的时钟频率高的多个时钟频率，作为高速时钟动作时的时钟频率，并根据此时的电池能 够提供的电量选择最佳的时钟频率。 另一方面，搭载于笔记本电脑等便携式终端中的电池的状态，由和电池一起搭载 于电池组中的电池监视系统进行监视。通常，电池监视系统构成为包括电池控制IC(FGIC: Fuelgauge1C)、用于检测电池的充电电流及放电电流作为电压信息的检测电阻器、充电 控制用的MOS晶体管、放电控制用的MOS晶体管、及晶闸管和熔断器等的保护电路。电池控 制IC例如构成为包括微型控制器，实现电池的余量管理功能和充电控制用/放电控制用 MOS晶体管的控制功能、电池的保护功能等。例如，电池控制IC根据电池的充电电流及放 电电流和电池电压的检测结果，生成表示电池状态的信息，并通知给便携式终端的内部电 路。关于表示电池状态的信息，例如有充满电容量FCC(FullChargeCapacity)、电池的余 量RC(RemainingCapacity)、和电池的充电状态S0C(StateofCharge)等。关于电池控制 IC的现有示例，例如有专利文献1?3公开的示例。 在安装了具备上述可变频率功能的CPU的笔记本电脑的电池组中所搭载的电池 控制1C，除了上述表示电池状态的信息以外，还根据电池的放电电流和电池电压的测定结 果，生成从电池能够提供给内部电路的最大电量的信息。最大电量的信息被随时（例如1 秒钟1次）通知给笔记本电脑的PC系统（内部电路），如前面所述被用来确定高速时钟动 作时的时钟频率和高速时钟动作的期间。 【现有技术文献】 【专利文献】 【专利文献1】日本特开2010-34016号公报 【专利文献2】日本特开2003-79059号公报 【专利文献3】日本特开2001 - 51029号公报
技术实现思路
具备可变频率功能的CPU需要更准确的最大电量的信息，以便按照最佳的时钟频 率进行最佳期间的高速时钟动作。最大电量例如是根据在施加给PC系统的电源电压不低 于保证PC系统的动作的最低动作电压的范围内从电池能够提供的最大电流、和上述最低 动作电压计算出的。 通常，二次电池单元的内部阻抗根据放电电流值而变化，因而在放电电流变化时， 电池的输出电压变化，导致施加给PC系统的电源电压也变化。因此，为了得到准确的最大 电量，必须在PC系统的CPU实际进行高速时钟动作时计测放电电流及电池电压，根据其计 测结果推定内部阻抗，根据推定出的内部阻抗的值求出最大电流Imax。 但是，在高速时钟动作过程中计测放电电流及电池电压并非易事。关于其理由 可以列举如下：高速时钟动作的期间比较短约为l〇ms，以及高速时钟动作的产生没有规律 性，而且不具备从PC系统向电池组侧（电池控制IC)通知从通常时钟动作向高速时钟动作 的切换的功能。因此，在现有的电池控制IC中，难以判别PC系统是否在以高速时钟动作模 式进行动作，并且在进行高速时钟动作的较短期间中难以准时计测放电电流及电池电压。 为了解决这种问题，也可以考虑使PC系统侧具备仅在预定期间中进行高速时钟动作的功 能的方法，但是这种功能将徒劳地增加耗电，并且需要PC系统侧的规格变更，因而不是合 适之举。另外，上述专利文献1?3公开的结构完全没有考虑准时测定意外产生的短时间 的大电流和电池电压的情况。 下面说明用于解决这种问题的手段等，其它问题和新的特征在本说明书的记述及 附图中得以明确。 将本申请所公开的实施方式中的代表性方式的概要简单说明如下。 即，本半导体装置具有：电压测定部，用于测定所述电池的电压；电流测定部，用 于测定所述电池的充电电流及放电电流；数据处理控制部，根据所述电压测定部及所述电 流测定部的测定结果，生成表示电池的状态的状态信息；以及电流检测部。在由所述电流检 测部检测出所述放电电流超过所述预定的阈值时，所述电压测定部和所述电流测定部能够 进行所述电压及所述放电电流的测定。所述数据处理控制部根据所述电压测定部对应于所 述电流检测部的检测而测定出的电压测定值、和所述电流测定部对应于所述电流检测部的 检测而测定出的电流测定值，推定所述电池的内部阻值，根据所推定的推定值计算能够从 所述电池提供的最大电量。 将根据本申请所公开的实施方式中的代表性方式得到的效果简单说明如下。 即，根据本半导体装置，能够在CPU的高速时钟动作时高精度地计算从电池能够 提供的最大电量。 【附图说明】 图1是示例搭载了包括实施方式1的电池控制IC的电池组的便携式终端的图。 图2是表示电流检测部的内部结构例的图。 图3是表示电流检测部的动作例的时序图。 图4是表示电流检测部的内部结构的另一例的图。 图5是用于说明最大电量Pmax的计算方法的图。 图6是表示实施方式1的电池控制IC的处理流程的图。 图7是有关实施方式1的电池控制IC进行的最大电量Pmax的计算的时序图。 图8是示例搭载了包括实施方式2的电池控制IC的电池组的便携式终端的图。 图9是表示实施方式2的电流检测部的内部结构例的图。 图10是表示实施方式2的电池控制IC的动作例的时序图。 【具体实施方式】 1.实施方式的概要 首先，说明本申请所公开的代表性实施方式的概要。在有关代表性实施方式的概 要说明中，附加括弧进行参照的附图中的参照标号只不过是示例包含在带有该标号的构成 要素的概念中的要素。 [1](由不同于电流测定部的电流检测部检测放电电流的大幅增加，并测定在放电 电流增加的状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，用于监视电池的状态，该半导体装置具有：电压测定部，用于测定所述电池的电压；电流测定部，用于测定所述电池的充电电流及放电电流；数据处理控制部，根据所述电压测定部及所述电流测定部的测定结果，生成表示电池的状态的状态信息；以及电流检测部，用于检测所述放电电流是否超过预定的阈值，在由所述电流检测部检测出所述放电电流超过所述预定的阈值时，所述电压测定部和所述电流测定部能够进行所述电压及所述放电电流的测定，所述数据处理控制部根据所述电压测定部对应于所述电流检测部的检测而测定出的电压测定值、和所述电流测定部对应于所述电流检测部的检测而测定出的电流测定值，推定所述电池的内部阻值，根据所推定的推定值计算从所述电池能够提供的最大电量。

【技术特征摘要】
2013.08.22 JP 2013-1721351. 一种半导体装置，用于监视电池的状态，该半导体装置具有： 电压测定部，用于测定所述电池的电压； 电流测定部，用于测定所述电池的充电电流及放电电流； 数据处理控制部，根据所述电压测定部及所述电流测定部的测定结果，生成表示电池 的状态的状态信息；以及 电流检测部，用于检测所述放电电流是否超过预定的阈值， 在由所述电流检测部检测出所述放电电流超过所述预定的阈值时，所述电压测定部和 所述电流测定部能够进行所述电压及所述放电电流的测定， 所述数据处理控制部根据所述电压测定部对应于所述电流检测部的检测而测定出的 电压测定值、和所述电流测定部对应于所述电流检测部的检测而测定出的电流测定值，推 定所述电池的内部阻值，根据所推定的推定值计算从所述电池能够提供的最大电量。2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中， 所述电流测定部包括△ 2方式的A/D转换电路， 所述A/D转换电路的分辨能力对应于所述电流检测部的检测而下降。3. 根据权利要求2所述的半导体装置，其中， 所述半导体装置还具有控制部，用于控制串联连接于所述电池和外部装置之间的电力 供给路径中的充电控制用晶体管和放电控制用晶体管， 所述控制部通过使所述充电控制用晶体管导通，能够进行所述电池的充电，通过使所 述放电控制用晶体管导通，能够进行所述电池的放电，在所述电池的放电过程中，在由所述 电流检测部检测出所述放电电流超过所述预定的阈值时，在使所述放电控制用晶体管导通 的状态下，还使所述充电控制用晶体管导通。4. 根据权利要求2所述的半导体装置，其中， 所述电流检测部包括比较器电路，将对应于所述放电电流的检测电压和对应于所述预 定的阈值的基准电压进行比较。5. 根据权利要求4所述的半导体装置，其中， 所述电流检测部还具有信号生成电路，在所述检测电压超过所述基准电压的状态持续 了预定期间时，输出用于指示执行测定的中断信号， 所述电压测定部和所述电流测定部根据所述中断信号开始测定。6. 根据权利要求5所述的半导体装置，其中， 所述电流检测部还具有放大部，将所述检测电压的信号电平放大并提供给所述比较器 电路。7. -种电池组，具有： 组电池，由多个二次电池构成； 第1端子和第2端子，将所述组电池与外部装置连接； 充电控制用晶体管和放电控制用晶体管，串联连接于所述第1端子和所述组电池之间 的电力供给路径中； 检测电阻器，串联连接于所述第2端子和所述组电池之间的电力供给路径中；以及 电池控制1C，监视所述组电池的状态，并且控制所述充电控制用晶体管和所述放电控 制用晶体管的导通及截止， 所述电池控制IC具有： 电压测定部，用于测定所述组电池的输出电压； 电流测定部，用于根据所述检测电阻器的两端的电压，测定所述组电池的放电电流和 充电电流； 数据处理控制部，根据所述电压测定部和所述电流测定部的测定结果，生成表示电池 的状态的状态信息； 电流检测部，用于检测所述检测电阻器的两端的电压是否超过预定的阈值电压；以及 控制部，用于控制所述充电控制用晶体管和所述放电控制用晶体管， 在由所述电流检测部检测出所述放电电流超过所述预定的阈值时，所述电压测定部和 所述电流测定部能够进行所述输出电压及所述放电电流的测定， 所述数据处...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹈饲俊贵，永户秀和，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP