電池保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種電池保護電路，其包括連接端VM、VSS和VCC，控制電路和過流恢復電路。過流恢復電路包括上拉通路和放電通路，放電通路包括串聯(lián)于連接端VM和連接端VSS之間的第一電阻、二極管和第一開關(guān)器件；上拉通路包括串聯(lián)于連接端VCC和連接端VM之間的第二開關(guān)器件和第二電阻。在進入放電過流保護狀態(tài)后，控制電路控制第二開關(guān)器件導通，強制進入短路保護狀態(tài)；在進入短路保護狀態(tài)后，控制電路控制第二開關(guān)器件關(guān)斷且第一開關(guān)器件導通?？刂齐娐犯鶕?jù)連接端VM的電壓確定是否退出短路保護狀態(tài)，在確定退出短路保護狀態(tài)后，控制電路控制第一開關(guān)器件關(guān)斷，控制放電功率開關(guān)導通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型中的電池保護電路可以克服放電過流保護狀態(tài)的死鎖問題。
【專利說明】電池保護電路
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實用新型涉及電路設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種具有放電過流保護后自恢復功能的電池保護電路。
【【背景技術(shù)】】
[0002]圖1示出了一種電池保護電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述電池保護電路系統(tǒng)(比如，鋰電池)包括電池電芯Bat、電池保護電路110、充電功率開關(guān)130和放電功率開關(guān)120。放電功率開關(guān)120和充電功率開關(guān)130依次串聯(lián)于電池電芯Bat的負極和電池的負極BP-之間，電池電芯Bat的正極直接與電池的正極BP+相連。
[0003]所述充電功率開關(guān)130 包括 NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor)場效應晶體管MC和寄生于其體內(nèi)的二極管(未圖示)。所述放電功率開關(guān)120包括NM0S場效應晶體管MD和寄生于其體內(nèi)的二極管(未圖示)。NM0S晶體管MD的漏極和匪0S晶體管MC的漏極相連，NM0S晶體管MD的源極與電池電芯Bat的負極相連，NM0S晶體管MC的源極與電池的負極BP-相連。
[0004]所述電池保護電路110包括三個連接端(或稱為檢測端)和兩個控制端，三個連接端分別為電池電芯正極連接端VCC，電池電芯負極連接端VSS和電池負極連接端VM，兩個控制端分別為充電控制端C0UT和放電控制端D0UT。其中，連接端VCC與電池電芯Bat的正極相連；連接端VSS與電池電芯Bat的負極相連；連接端VM與電池的負極BP-相連；充電控制端C0UT與充電功率開關(guān)130的控制端相連，即與NM0S晶體管MC的柵極相連，放電控制端D0UT與放電功率開關(guān)120的控制端相連，即與NM0S晶體管MD的柵極相連。
[0005]所述電池保護電路110可以對電池電芯Bat進行充電保護和放電保護。通常電池保護電路(或電池保護芯片)110包括過充電電壓檢測電路112、過充電電流檢測電路114、過放電電壓檢測電路116、過放電電流檢測電路117、短路檢測電路(未標示)、控制電路118和過流恢復電路119。當電池的正極BP+和負極BP-之間連接有負載或充電器后未出現(xiàn)異常狀態(tài)時，NM0S晶體管MC和MD均導通，鋰電池正常進行充放電。
[0006]由于M0S管導通存在導通電阻，所以，當電池的正極BP+和負極BP-之間存在負載時，放電電流會在NM0S晶體管MC和MD上形成壓降，放電電流越大，NM0S晶體管MC和MD上的電壓降越大，即連接端VM相對于連接端VSS的電壓差越大。
[0007]所述電池保護電路110通過設(shè)置過放電電流檢測電路117和短路檢測電路(未圖示)進行兩級過放電電流保護。所述過放電電流檢測電路117和短路檢測電路通過檢測連接端VM和VSS之間的壓差來判定是否放電過流，通常連接端VSS與電池電芯Bat的負極相連且接地，因此，可以通過檢測連接端VM的電壓來判斷是否放電過流。當過放電電流檢測電路117檢測到連接端VM的電壓高于放電過流保護閾值VEDI (例如，80?200mV)，且持續(xù)時間大于過放電保護延遲時間(例如，12mS)，則通過控制電路118控制NM0S晶體管MD關(guān)斷，以使鋰電池進入放電過流保護狀態(tài)(EDI);當短路檢測電路檢測到連接端VM的電壓高于短路保護閾值VSH0RT (例如，IV)，且持續(xù)時間大于短路保護延遲時間(例如，2?80us)，則通過控制電路118控制NMOS晶體管MD關(guān)斷，以使鋰電池進入短路保護狀態(tài)(SHORT)。
[0008]在進入放電過流保護狀態(tài)后，為了使鋰電池能在外部負載變輕時恢復到正常放電狀態(tài)，在電池保護電路110中還設(shè)置有過流恢復電路119，該過流恢復電路119的工作原理為:在進入放電過流保護狀態(tài)后，其會開啟從連接端VM到VSS之間的下拉通路，試圖拉低連接端VM的電壓(也可以說，試圖拉低電池的負極BP-的電壓)，一旦外部負載變輕(即放電過流原因消除)，該下拉通路就可以拉低連接端VM的電壓，從而使電池恢復到正常放電狀態(tài)。
[0009]但是，現(xiàn)有的設(shè)置有過流恢復電路119的電池保護電路在實際使用過程中，經(jīng)常會由于某種異常原因，死鎖在放電過流保護狀態(tài)。
[0010]因此，有必要提出一種改進的技術(shù)方案來克服上述問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]本實用新型的目的在于提供一種電池保護電路，可以克服放電過流保護狀態(tài)的死鎖問題。并且結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
[0012]為了解決上述問題，本實用新型提供一種電池保護電路，其包括與電池負極連接的連接端VM、與電池電芯負極連接的連接端VSS、與電池電芯正極連接的連接端VCC、與放電功率開關(guān)的控制端連接的放電控制端D0UT和與充電功率開關(guān)的控制端連接的充電控制端C0UT，放電功率開關(guān)和充電功率開關(guān)連接于電池負極連接的連接端VM和電池電芯負極連接的連接端VSS之間。所述電池保護電路還包括控制電路和過流恢復電路。所述過流恢復電路包括上拉通路和放電通路,所述放電通路包括串聯(lián)于連接端VM和連接端VSS之間的第一電阻、二極管和第一開關(guān)器件；所述上拉通路包括串聯(lián)于連接端VCC和連接端VM之間的第二開關(guān)器件和第二電阻。在進入放電過流保護狀態(tài)后，所述控制電路控制第二開關(guān)器件導通，連接端VM的電壓被拉高，強制進入短路保護狀態(tài)；在進入短路保護狀態(tài)后，所述控制電路控制第二開關(guān)器件關(guān)斷且第一開關(guān)器件導通。所述控制電路根據(jù)連接端VM的電壓確定是否退出短路保護狀態(tài)，在確定退出短路保護狀態(tài)后，所述控制電路控制第一開關(guān)器件關(guān)斷，控制放電功率開關(guān)導通。
[0013]進一步的，在進入放電過流保護狀態(tài)后，所述控制電路控制第二開關(guān)器件導通的同時，控制第一開關(guān)器件關(guān)斷。
[0014]進一步的，當VEDI < VM < VSH0RT，所述控制電路控制電池進入放電過流保護狀態(tài)；當VM > VSH0RT時，所述控制電路控制電池進入短路保護狀態(tài)，其中，VM為連接點VM的電壓值，VEDI為放電過流保護閾值，VSH0RT為短路保護閾值，在放電過流保護狀態(tài)或短路保護狀態(tài)下，所述控制電路控制所述放電功率開關(guān)關(guān)斷，在退出放電過流保護狀態(tài)和短路保護狀態(tài)后，所述控制電路控制所述放電功率開關(guān)導通。
[0015]進一步的，所述二極管的陰極連接所述第一開關(guān)器件的一個連接端，所述二極管的陽極與所述電池負極連接端VM相連，所述第一開關(guān)器件的另一個連接端與所述電池電芯負極連接端VSS相連。
[0016]進一步的，所述放電通路提供毫安級別及以下的電流。
[0017]進一步的，在短路保護狀態(tài)下，當檢測到連接端VM的電壓低于短路保護電壓閾值時，所述控制電路確定退出短路保護狀態(tài)。
[0018]進一步的，所述第一開關(guān)器件為NM0S晶體管，所述第二開關(guān)器件為PM0S晶體管。
[0019]進一步的所述上拉通路復用充電控制端C0UT的驅(qū)動電路。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的電池保護電路中的過流恢復電路可以在電池進入放電過流保護狀態(tài)后，上拉電池的負極的電壓，以強制電池由放電過流保護狀態(tài)進入短路保護狀態(tài)；在放電過流原因消除后，該過流恢復電路可下拉電池的負極的電壓，以使電池退出短路保護狀態(tài)，恢復到正常放電狀態(tài)，從而克服放電過流保護狀態(tài)的死鎖問題，并且該電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0021]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0022]圖1為一種電池保護電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2其為圖1中的過流恢復電路的電路示意圖；
[0024]圖3為本實用新型在一個實施例中電池保護電路的過流恢復電路的電路示意圖?！尽揪唧w實施方式】】
[0025]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0026]此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本實用新型至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。除非特別說明，本文中的連接、相連、相接的表示電性連接的詞均表示直接或間接電性相連。
[0027]請參考圖2所示，其為圖1中的過流恢復電路的一種具體實現(xiàn)電路。該過流恢復電路包括依次連接于連接端VM和VSS之間的第一電阻R1、二極管D1和第一開關(guān)器件SW1，其中，第一開關(guān)器件SW1的控制端與控制電路118相連。
[0028]所述控制電路118根據(jù)連接端VM和VSS之間的壓差來判定是否放電過流或短路，在檢測到放電過流或短路時，就控制NM0S晶體管MD關(guān)斷，這樣就進入了放電過流保護狀態(tài)或短路保護狀態(tài)，與此同時，還控制所述第一開關(guān)器件SW1導通，這樣，使得連接端VM和VSS之間的放電通路導通。通常，所述控制電路118根據(jù)控制端VM的電壓來判定是否退出放電過流保護狀態(tài)或短路保護狀態(tài)。
[0029]以下結(jié)合圖1具體介紹圖2中的過流恢復電路的工作過程。
[0030]當外部有較大負載時，使VEDI < VM < VSH0RT，所述控制電路118判定放電過流，其控制NM0S晶體管MD關(guān)斷，鋰電池進入放電過流保護狀態(tài)(EDI)。由于NM0S晶體管MD被關(guān)斷,連接端VM的電壓會被外部負載拉高到接近電池的正極BP+的電壓，這時，VM >VSH0RT (相當于鋰電池進入短路保護狀態(tài))。當鋰電池進入放電過流保護狀態(tài)時，控制電路118控制第一開關(guān)器件SW1導通，從而產(chǎn)生從連接端VM經(jīng)第一電阻R1、二極管D1和第一開關(guān)器件SW1到連接端VSS的下拉通路，使連接端VSS向連接端VM提供一個下拉電流，該下拉電流試圖拉低連接端VM的電壓，一旦放電過流原因消除，連接端VM的電壓就會被拉低。
[0031]當外部負載變輕(即放電過流原因消除)時，該下拉電路能將連接端VM的電壓下拉到短路保護閾值VSH0RT以下，控制電路118判定退出短路保護狀態(tài)。當確定退出短路保護狀態(tài)后，所述控制電路118控制第一開關(guān)器件SW1截止，這樣使得連接端VM和VSS之間的放電通路關(guān)斷，并防止漏電；并且控制NM0S晶體管MD導通，連接端VM的電壓會被NM0S晶體管MD迅速拉低到接近連接端VSS的電壓，從而使鋰電池退出短路保護狀態(tài)，恢復到正常放電狀態(tài)。
[0032]但圖2所示的電路存在一個問題，由于二極管D1的存在，當外部負載去掉以后(即空載狀態(tài)下)，過流恢復電路只能將連接端VM拉低到一個二極管壓降(大約0.7V)。目前大部分電池保護電路116的放電過流保護閾值VEDI在200mV以下，如果由于某種異常原因(比如，空載下控制端D0UT錯誤短路到VSS ;裝配電池時，保護電路初次上電錯誤進入放電過流保護狀態(tài)或者電芯微短路導致誤進入放電過流保護等)，連接端VM處于大于放電過流保護閾值VEDI且小于短路保護閾值VSH0RT之間的電壓時，鋰電池處于放電過流保護狀態(tài)，此時，過流恢復電路不能將連接端VM的電壓拉低到放電過流保護閾值VEDI以下，從而死鎖在放電過流保護狀態(tài)，只能通過加充電器激活電池。
[0033]本實用新型對圖2中的電池保護電路中的過流恢復電路進行了改進。
[0034]請參考圖3所示其為本實用新型中的過流恢復電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。所述過流恢復電路包括上拉通路310和放電通路320。
[0035]所述上拉通路包括串聯(lián)于連接端VCC和連接端VM之間的第二開關(guān)器件SW2和第二電阻R2 ;所述放電通路包括串聯(lián)于連接端VM和VSS之間的第一電阻R1、二極管D1和第一開關(guān)器件SWI。所述控制電路118分別與所述第一開關(guān)器件SW1的控制端和第二開關(guān)器件SW2的控制相連。
[0036]在一個實施例中，在進入放電過流保護狀態(tài)后，所述控制電路118控制第一開關(guān)器件SW1關(guān)斷且控制第二開關(guān)器件SW2導通，以使連接端VCC和連接端VM之間的上拉通路310導通，使連接端VM的電壓被拉高。一旦連接端VM的電壓超過短路電壓保護閾值VSH0RT，電池就會進入短路保護狀態(tài)，也就是說，在電池進入放電過流保護狀態(tài)后，所述過流恢復電路中的上拉通路310通過拉高連接端VM的電壓，強制電池由放電過流保護狀態(tài)進入短路保護狀態(tài)。當電池進入短路保護狀態(tài)后，所述控制電路118控制第二開關(guān)器件SW2關(guān)斷且第一開關(guān)器件SW1導通，以使連接端VM和VSS之間的放電通路320導通，以試圖拉低連接端VM上的電壓。若放電過流原因消除(比如，在空載狀態(tài)下)，該放電通路320能將連接端VM的電壓下拉到短路保護閾值VSH0RT以下，控制電路118判定退出短路保護狀態(tài)。當在確定退出短路保護狀態(tài)后，所述控制電路118控制第一開關(guān)器件SW1截止，這樣使得連接端VM和VSS之間的放電通路關(guān)斷，并防止漏電；并且控制NM0S晶體管MD導通，連接端VM的電壓會被NM0S晶體管MD (放電功率開關(guān))迅速拉低到接近連接端VSS的電壓，從而使鋰電池退出短路保護狀態(tài)，恢復到正常放電狀態(tài)。
[0037]在另一個實施例中，在進入放電過流保護狀態(tài)后，所述控制電路118控制第一開關(guān)器件SW1和第二開關(guān)器件SW2均導通，以使連接端VCC和連接端VM之間的上拉通路310導通,且連接端VM和VSS之間的放電通路320也導通，由于放電通路320在導通時的下拉電流很低，一般為毫安及以下級的電流，因此，上拉通路310還是可以強制拉高連接端VM的電壓。一旦連接端VM的電壓超過短路電壓保護閾值VSHORT，電池就會進入短路保護狀態(tài)。當電池進入短路保護狀態(tài)后，所述控制電路118控制第二開關(guān)器件SW2關(guān)斷。連接端VM和VSS之間的放電通路320繼續(xù)導通，其試圖拉低連接端VM上的電壓。若放電過流原因消除(比如在空載狀態(tài)下)，該放電通路320能將連接端VM的電壓下拉到短路保護閾值VSHORT以下，控制電路118判定退出短路保護狀態(tài)。當在確定退出短路保護狀態(tài)后，所述控制電路118控制第一開關(guān)器件SW1截止，這樣使得連接端VM和VSS之間的放電通路關(guān)斷；并且控制NM0S晶體管MD (放電功率開關(guān))導通，連接端VM的電壓會被NM0S晶體管MD迅速拉低到接近連接端VSS的電壓，從而使鋰電池退出短路保護狀態(tài)，恢復到正常放電狀態(tài)。
[0038]為了降低功耗，在放電過流保護狀態(tài)下，從連接端VM流向連接端VSS的下拉電流很小，為毫安及以下級的電流，可以通過設(shè)置第一電阻R1的大小來調(diào)節(jié)所述下拉電流的大小。
[0039]二極管D1的陰極連接所述第一開關(guān)器件的一個連接端，所述陽極與連接端VM相連，所述第一開關(guān)器件的另一個連接端與連接端VSS相連。二極管D1用來允許連接端VM向連接端VSS單向流過電流，阻止連接端VSS向VM漏電，并且利用二極管D1的反向耐壓能力在VM電壓低于VSS電壓時承受連接端VSS到VM的大部分壓降。第一電阻R1也可以放置于第一開關(guān)器件MN1和二極管D1之間，還可以放置于第一開關(guān)器件MN1和連接端VSS之間。
[0040]在本圖3所示的實施例中，所述第一開關(guān)器件SW1為NM0S(N_channel MetalOxide Semiconductor)晶體管，所述第二開關(guān)器件 SW2 為 PMOS (P-channel Metal OxideSemiconductor)晶體管。在另一個實施例中，所述第一開關(guān)器件SWI和第二開關(guān)器件SW2也可以均為PM0S晶體管或NM0S晶體管?；蛘咚龅谝婚_關(guān)器件SW1和第二開關(guān)器件SW2可以為其他類型的開關(guān)器件。
[0041]需要說明的是所述上拉通路310可以復用電池保護電路110中的其他電路，例如，所述上拉電路可以復用充電控制端C0UT的驅(qū)動電路，從而可以節(jié)省芯片成本。
[0042]綜上所述，本實用新型中的過流恢復電路包括上拉通路310和放電通路320，其可以在電池進行放電過流保護狀態(tài)后，通過上拉通路310上拉連接端VM的電壓，以強制電池由放電過流保護狀態(tài)進入短路保護狀態(tài)；在放電過流原因消除后(即使在空載狀態(tài)下)，通過放電通路320下拉連接端VM的電壓，以使電池自動退出短路保護狀態(tài)，恢復到正常放電狀態(tài)，從而克服放電過流保護狀態(tài)的死鎖問題，并且該電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
[0043]在本實用新型中，“連接”、“相連”、“連”、“接”等表示電性連接的詞語，如無特別說明，則表示直接或間接的電性連接。
[0044]需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對本實用新型的【具體實施方式】所做的任何改動均不脫離本實用新型的權(quán)利要求書的范圍。相應地，本實用新型的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實施方式】。
【權(quán)利要求】
1.一種電池保護電路，其包括與電池負極連接的連接端V1、與電池電芯負極連接的連接端與電池電芯正極連接的連接端7(1:、與放電功率開關(guān)的控制端連接的放電控制端00^1和與充電功率開關(guān)的控制端連接的充電控制端放電功率開關(guān)和充電功率開關(guān)連接于電池負極連接的連接端VI和電池電芯負極連接的連接端之間，其特征在于，其還包括控制電路和過流恢復電路， 所述過流恢復電路包括上拉通路和放電通路，所述放電通路包括串聯(lián)于連接端VI和連接端之間的第一電阻、二極管和第一開關(guān)器件；所述上拉通路包括串聯(lián)于連接端乂⑶和連接端VI之間的第二開關(guān)器件和第二電阻， 在進入放電過流保護狀態(tài)后，所述控制電路控制第二開關(guān)器件導通，連接端VI的電壓被拉高，強制進入短路保護狀態(tài)；在進入短路保護狀態(tài)后，所述控制電路控制第二開關(guān)器件關(guān)斷且第一開關(guān)器件導通， 所述控制電路根據(jù)連接端VI的電壓確定是否退出短路保護狀態(tài)，在確定退出短路保護狀態(tài)后，所述控制電路控制第一開關(guān)器件關(guān)斷，控制放電功率開關(guān)導通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池保護電路，其特征在于， 在進入放電過流保護狀態(tài)后，所述控制電路控制第二開關(guān)器件導通的同時，控制第一開關(guān)器件關(guān)斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池保護電路，其特征在于， 當? VI ?所述控制電路控制電池進入放電過流保護狀態(tài)； 當VI ?時，所述控制電路控制電池進入短路保護狀態(tài)， 其中，VI為連接點VI的電壓值，為放電過流保護閾值，冗訊)訂為短路保護閾值， 在放電過流保護狀態(tài)或短路保護狀態(tài)下，所述控制電路控制所述放電功率開關(guān)關(guān)斷，在退出放電過流保護狀態(tài)和短路保護狀態(tài)后，所述控制電路控制所述放電功率開關(guān)導通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池保護電路，其特征在于， 所述二極管的陰極連接所述第一開關(guān)器件的一個連接端，所述二極管的陽極與所述電池負極連接端VI相連，所述第一開關(guān)器件的另一個連接端與所述電池電芯負極連接端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池保護電路，其特征在于，所述放電通路提供毫安級別及以下的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電池保護電路，其特征在于， 在短路保護狀態(tài)下，當檢測到連接端VI的電壓低于短路保護電壓閾值時，所述控制電路確定退出短路保護狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電池保護電路，其特征在于，所述第一開關(guān)器件為匪03晶體管，所述第二開關(guān)器件為？103晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電池保護電路，其特征在于，所述上拉通路復用充電控制端(:011的驅(qū)動電路。
【文檔編號】H02J7/00GK204144922SQ201420631562
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】田文博, 尹航, 李展, 王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司