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。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含电池管理和保护的单芯片微控制器
一般地，本专利技术涉及一种微控制器，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。
技术介绍
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EEPR0M。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。本专利技术即致力于满足这样的需要。
技术实现思路
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是根据本专利技术的微控制器的具体实施方式的框图。图2是根据本专利技术的稳压器的具体实施方式的框图。图3是根据本专利技术的FET控制系统的一种具体实施方式的框图。图3A是根据本专利技术的使用所述FET控制系统的一种工作电路的示意图。图4示出了根据本专利技术的电池平衡FET线路图的一种具体实施方式。图5示出了根据本专利技术的电压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示出了根据本专利技术的低功耗带隙基准电压源的具体实施方式。 图8示出了根据本专利技术的电池保护CPU接口的具体实施方式。具体实施方式一般地，本专利技术涉及一种微控制器，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 专利技术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。根据本专利技术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。所述微控制器的电池监视功能适用于智能电池。所述电池监视功能包括电压 模数转换器，该转换器在12伏直流电时的最低有效位(LSB)最大误差为+-l， 这提供了对整个电池单元的良好电压测量。专用电量计量电流感测ADC可以高分 辨率(如18位分辨率)和高精度地进行连续的电流监视。校准后误差+-1%的片 上基准电压源使所述微控制器电池监视的高精度成为可能。例如，2004年3月4 日递交的并通过引用全部并入本文的题为Method and Apparatus of Temperature Compensation for an Integrated Circuit Chip Using On—Chip Sensor and Computation Means的10/795,027号美国申请描述了这类校准的 实例。电压和电流测量使得可以非常精确地估算电池中的剩余电量，使应用系统 可以从电池汲取更多的能量。众所周知，如果电池的单元被耗尽至某一电压电平 之下，该电池单元可能受损。然而，如果能确切获知该电平，就可以安全地使耗 尽非常接近该电平而不会有电池单元受损的风险。如果可以确切获知电池电荷状 态，就可能将前述安全限制进一步接近耗尽。测量装置的精确度较低时，必须将 安全频带插入估算以确保用户可以安全地关闭。该安全频带表示所述估算确实可 以信赖时可以利用的能量。根据本专利技术的微控制器提供了利用该能量所需的精度。现参考下面结合附图的阐述，以更详细地说明本专利技术的特征。以一种具体的 微控制器为背景对本专利技术进行说明；然而，本领域的技术人员应认识到本专利技术的特征可在各种装置中使用并且这种使用落在本专利技术的精神和范围内。Atmel公司 制造的Smart Battery AVR (ATmega 406)是一种包含本专利技术特征的装置。2005 年6月的ATmega 406 Preliminary Complete Document对ATmega 406作了 描述，通过引用将其全部并入本文。图1为根据本专利技术的微控制器100的具体实施方式的框图。 一具体实施方式 中的微控制器100包括下述组件处理器、数据总线118、带同时读写 (read-while-write)功能的在系统可编程快闪存储器、EEPR0M134、 SRAM132、 多个通用工作寄存器(未示出)、多条通用1/0线(未示出)、多条通用高电压I/O 线(未示出)、片上调试支持和编程用JTAG接口 139、两个带脉宽调制和比较模 式的活用计时器/计数器147和148、唤醒计时器136、适应系统管理总线(SM-bus) 的双线接口模块142、内部和外部中断、具有内置振荡器的可编程监视计时器124、 和四个软件可选节电模式。微控制器100还包括振荡电路/时钟生成电路120、电 源监管电路126、和充电器检测电路128。所述数据总线118与端口 138、 140、 144和142相连。微控制器100还包括稳压器102、 FET控制电路104、专用电池保护电路106、 集成的电池单元均衡FET 108、高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微控制器，包括： 处理器系统； 高电压接口，其连接至所述处理器系统并适合与电池连接；和 电池管理系统，用于监视所述电池并基于所述对电池的监视管理所述电池， 其中，所述微控制器为单芯片。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-1-19 60/645,460;US 2006-1-18 11/335,0571. 一种微控制器，包括处理器系统；高电压接口，其连接至所述处理器系统并适合与电池连接；和电池管理系统，用于监视所述电池并基于所述对电池的监视管理所述电池，其中，所述微控制器为单芯片。2. 如权利要求1所述的微控制器，其特征在于，所述电池管理系统包括电池保 护电路，用于防止所述电池上的非法状况并且在需要时保护所述电池免遭这 些状况。3. 如权利要求2所述的微控制器，其特征在于，所述非法状况包括放电期间的 深度欠电压、放电期间的短路、以及充电或放电期间的过电流中的一个、或 它们的任意组合。4. 如权利要求1所述的微控制器，其特征在于，所述处理器系统包括中央处理单元(CPU)和 与所述CPU通信的数据总线。5. 如权利要求1所述的微控制器，其特征在于，所述电池管理系统包括适合经所述高电压接口与所述电池连接的稳压器，所述稳压器将供给所 述微控制器的电压调节至预设电平。6. 如权利要求5所述的微控制器，其特征在于，向所述稳压器的输入可在基本4 伏至基本25伏直流电之间变化，且所述稳压器向所述微控制器提供基本为 3.3伏的内部输入。7. 如权利要求1所述的微控制器，其特征在于，所述电池管理系统包括第一 模数转换器(ADC)，用于提供瞬时电流和累计电流。8. 如权利要求7所述的微控制器，其特征在于，当所述瞬时电流大于可编程门 限电流时所述第一 ADC生成对所述微控制器的中断以允许低功耗运行。9. 如权利要求7所述的微控制器，其特征在于，所述电池管理系统包括第二模数转换器(ADC)，用于所述电池单元的电压测量，其中，所述第一和第二ADC 被用于连续监视所述电池的电压和电流。10. 如权利要求9所述的微控制器，其特征在于，所述电池管理系统包括连接至 所述第一和第二 ADC的片上基准电压源，为所述第一和第二 ADC提供精确的 基准电压。11. 如权利要求l所述的微控制器，其特征在于，所述电池管理系统包括FET控 制系统，用于所述电池的充电和放电。12. 如权利要求4所述的微控制器，其特征在于，所述电池管理系统包括连接到 所述电池单元并连接到所述数据总线的多个电池单元均衡FET，其中每个电 池单元有一个电池单元均衡FET。13. 如权利要求4所述的微控制器，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：贡纳甘思托，阿恩阿斯，朗纳索拉森，
申请(专利权)人：爱特梅尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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