鋰電池保護電路的製作方法

2023-06-29 22:42:46

專利名稱：鋰電池保護電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路技術領域，更具體地說，涉及一種鋰電池保護電路。
背景技術：
鋰電池在充放電過程中，如果充電電壓過高，則會有爆炸的危險；如果充電電壓過低，則會影響其本身的使用壽命。除此之外，鋰電池在充放電過程中還會出現電流過大、短路等異常情況，情況嚴重時可能危及人身安全。為了避免上述異常情況的發生，需要設置特定的保護電路對充放電過程中的鋰電池進行保護。參考圖1，圖1為現有技術中用來保護鋰電池的電路結構示意圖，該電路由控制電路1 (集成IC)、高壓功率管Ml和M2、電阻Rl和R2及電容Cl組成。其中，功率管Ml和M2 的漏端相連，功率管Ml和M2的柵端均連接控制電路1，功率管Ml的源端接地，功率管M2的源端連接電阻R2的一端且連接外部電路負極「B-」，電阻R2的另一端連接控制電路1。電阻Rl的一端連接鋰電池的正極，另一端連接電容Cl的一端，所述電容Cl的另一端接地並和鋰電池的負極相連。電阻Rl和電容Cl均與控制電路1相連。鋰電池的外部兩端分別連接正極「B+」和負極「B-」，在這兩端之間連接負載時，鋰電池放電並向負載提供電流；在這兩端之間連接充電器時，鋰電池充電。所述控制電路1包括偏置與基準電路，多路開關，連接所述多路開關的過放保護電路和過充保護電路，所述過放保護電路和過充保護電路經延時電路與邏輯電路2相連， 邏輯電路2 —方面連接控制電路1外部功率管Ml和M2的柵端，另一方面連接系統休眠電路5，過流保護電路3和短路保護電路4 一方面連接控制電路1外部的電阻R2，另一方面經延時電路與邏輯電路2相連。充電過程中，如果鋰電池電壓高於過充保護電壓(一般是4. 2V 4. 3V)，則邏輯電路2關閉功率管M2，從而切斷充電迴路，停止充電。功率管M2關閉後，由於無負載電流流過，因此充電器的輸出電壓會變高，此時，外部電路負極「B-」會出現負高壓(可達-20V)， 這就要求邏輯電路2、過流保護電路3、短路保護電路4及功率管M2能夠承受負高壓，只有這樣才能保證該保護電路在高壓充電器中應用，同時也可提高其在不同應用條件下的可靠性。放電過程中，如果鋰電池電壓低於過放保護電壓(一般是2V 2. 5V)，且持續時間超過規定的延遲時間，則邏輯電路2關閉功率管M1，停止放電。這種狀態下也說明鋰電池電量已經耗盡，為了更好地保護鋰電池，邏輯電路2啟動系統休眠電路5使得整個控制電路 1進入休眠狀態，從而大大降低控制電路1本身消耗的電量。放電過程中，對於放電電流過大或者短路的情況，也是由邏輯電路2關閉功率管M1，停止放電，進而起到保護鋰電池的作
ο圖1中所示的保護電路雖然能夠實現保護鋰電池在充放電過程中安全性的目的， 但是，該保護電路中除了控制電路1為集成晶片外，其餘均為外部元件，因此，集成度較低， 成本較高。
參考圖2，圖2為現有技術中另一種用來保護鋰電池的電路結構示意圖，該電路結構相對圖1所示的電路結構來說，把外部電阻Rl和R2以及功率管Ml和M2集成到了控制電路1中，並通過增加電平移位電路6和襯底切換電路7使得功率管Ml和M2合ニ為一，因此，降低了晶片的面積和成本。所述電平移位電路6分別連接邏輯電路、襯底切換電路7和功率管Ml的柵端，所述襯底切換電路7連接功率管Ml的襯底端和電平移位電路6。圖2所示的保護電路相對圖1來說雖然提高了集成度，降低了成本，但由於過流保護電路3、短路保護電路4、電平移位電路6和襯底切換電路7中一般均使用低壓MOS器件 (低壓MOS器件的柵源兩端及源漏兩端耐壓均比較低)，且沒有任何其他保護措施，因此，在過充保護狀態下，其不能承受來自於外部電路負極「B-」的負高壓，故整個保護電路可靠性差，應用範圍受到限制。

發明內容
有鑑於此，本發明提供一種鋰電池保護電路，該保護電路可提高其在不同應用條件下的可靠性，擴大應用範圍。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種鋰電池保護電路，該保護電路包括邏輯電路、電平移位電路、功率管；其中， 所述邏輯電路包括第一輸出端、第二輸出端；電平移位電路包括第四NMOS管，與第一輸出端經由第四PMOS管相連；第一電晶體組，包括相互串聯的至少ー個NMOS管，第一電晶體組與第四NMOS管的源極、漏極相併聯；第八NMOS管，與第二輸出端經由第六PMOS管相連；第二電晶體組，包括相互串聯的至少ー個NMOS管，第二電晶體組與第八NMOS管的源極、漏極相併聯；第七PMOS管，與第二輸出端經由第一反相器相連；第十二 NMOS管，第十二 NMOS管的柵極、源極分別與第八NMOS管的漏極、源極相連，第十二 NMOS管的漏極與第七PMOS管的漏極、功率管的柵極均相連；上述NMOS管中至少有ー個為低壓NMOS管。優選的，所述鋰電池保護電路還包括襯底切換電路，襯底切換電路與邏輯電路的第一輸出端、電平移位電路的第四NMOS管、第八NMOS管相連，用於根據第一輸出端的輸出電壓向電平移位電路提供相應的電壓。優選的，所述鋰電池保護電路中的襯底切換電路包括第二反相器，與第一輸出端相連；第八PMOS管，第八PMOS管的柵極與第二反相器的輸出端相連；第九PMOS管，第九PMOS管的柵極、源極分別與第八PMOS管的柵極、源極相連；第十四NMOS管，第十四NMOS管的源極、柵極分別與第九PMOS管的漏極、第四NMOS 管的漏極的相連。優選的，所述鋰電池保護電路中的襯底切換電路包括第十三NMOS管，第十三NMOS管的柵極與第一輸出端相連；第十四NMOS管，第十四NMOS管的柵極與第四NMOS管的漏極相連；
第三電阻，串聯於第十三NMOS管與第十四NMOS管的源極之間。優選的，上述鋰電池保護電路還包括第一鉗位電路，第一鉗位電路的輸入端、輸出端分別與外部電路負極、第十三NMOS管的源極相連。優選的，所述鋰電池保護電路還包括第二鉗位電路，第二鉗位電路的輸入端與外部電路負極相連，第二鉗位電路的輸出端與過流保護電路和短路保護電路相連。優選的，所述鋰電池保護電路還包括過放保護異常處理電路，所述過放保護異常處理電路連接過放保護電路。優選的，所述鋰電池保護電路中的PMOS管均為源漏耐高壓、柵源不耐高壓的PMOS管。本發明還提供了另ー種鋰電池保護電路，該保護電路包括邏輯電路、電平移位電路；所述邏輯電路包括第一輸出端、第二輸出端；電平移位電路包括第一電晶體，與第一輸出端經由第二電晶體相連；第三電晶體組，包括相互串聯的第三電晶體，第三電晶體組與第一電晶體的源扱、 漏極相併聯；第四電晶體，與第二輸出端經由第五電晶體相連；第六電晶體組，包括相互串聯的第六電晶體，第六電晶體組與第四電晶體的源扱、 漏極相併聯。優選的，上述鋰電池保護電路還包括襯底切換電路，襯底切換電路與邏輯電路的第一輸出端、電平移位電路的第一電晶體、第四電晶體相連，用於根據第一輸出端的輸出電壓向電平移位電路提供相應的電壓。優選的，上述鋰電池保護電路中，所述襯底切換電路包括反相器，與第一輸出端相連；第七電晶體，第七電晶體的柵極與反相器的輸出端相連。從上述技術方案可以看出，本發明所提供的鋰電池保護電路，所述電平移位電路中使用的NMOS管包括至少ー個低壓NMOS管，在過充保護狀態下，功率管Ml截止，外部電路負極「B-」出現負高壓，第四、第八NMOS管源漏兩端的電壓差被與之並聯的第一電晶體組、 第二電晶體組限制在ー個較低的電壓範圍內，第四、第八NMOS管漏端的負高壓由與之分別相連的第四PMOS管、第六PMOS管來承受；第十二 NMOS管導通，故其源漏兩端的電壓差接近0V，其柵源兩端的電壓差被與第八NMOS管並聯的第二電晶體組限制在一個較低的電壓範圍內，其漏端的負高壓由與之相連的第七PMOS管來承受。因此，本發明所提供的鋰電池保護電路，通過新的設計使得所述電平移位電路中包括至少ー個低壓NMOS管即可解決其在過充保護狀態下耐負高壓的問題，從而提高該保護電路在不同應用條件下的可靠性，擴大應用範圍。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。CN 102545162 A圖1為現有技術所提供的一種鋰電池保護電路結構示意圖；圖2為現有技術所提供的另ー種鋰電池保護電路結構示意圖；圖3為本發明實施例所提供的一種鋰電池保護電路的部分電路結構示意圖；圖4為本發明實施例所提供的另ー種鋰電池保護電路的部分電路結構示意圖；圖5為本發明實施例所提供的一種鋰電池保護電路的結構示意圖；圖6為本發明實施例所提供的另ー種鋰電池保護電路的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。實施例一本發明所提供的鋰電池保護電路包括控制電路(集成IC)和與該控制電路相連的電容。其中，所述控制電路內部集成有第一電阻、第二電阻、功率管、偏置與基準電路、多路開關、過放保護電路、過充保護電路、延時電路、邏輯電路、電平移位電路、襯底切換電路、過流保護電路、短路保護電路和系統休眠電路。充電過程中，如果鋰電池電壓高於過充保護電壓(一般是4. 2V 4. 3V)，則邏輯電路關閉功率管，從而切斷充電迴路，停止充電。放電過程中，如果鋰電池電壓低於過放保護電壓(一般是2V 2. 5V)，且持續時間超過規定的延遲時間，則邏輯電路關閉功率管，停止放電。同時，啟動系統休眠電路使得整個控制電路進入休眠狀態，從而大大降低控制電路本身消耗的電量。同樣，在放電過程中若出現放電電流過大或者短路，邏輯電路亦關閉功率管，停止放電，起到保護鋰電池的作用。本實施方式中，控制電路內部還可以集成有第一鉗位電路，所述第一鉗位電路連接外部電路負極和襯底切換電路。在鋰電池處於過充狀態下，外部電路負極是負高電壓，是電路中的最低電位，為了可靠關閉功率管，就需要功率管的襯底端電位、柵端電位和外部電路負極的負高壓相等，此吋，需要電平移位電路把邏輯電路輸出的低壓邏輯電平轉換成負高壓邏輯電平，加在功率管的柵端，而襯底切換電路負責切換功率管的襯底端電位為負高壓。在鋰電池處於正常放電狀態下，外部電路負極電壓會高於0V，為了在過流、短路、過放發生時可靠關閉功率管，需要襯底切換電路把功率管的襯底端電位切換到最低電位0V。因此，所述電平移位電路和襯底切換電路的主要作用是用來切換功率管的柵端電位或襯底端電位。參考圖3，其為本發明一種實施方式的鋰電池保護電路的部分電路結構示意圖。該鋰電池保護電路包括邏輯電路15，與邏輯電路15相連的電平移位電路13，與電平移位電路 13相連的襯底切換電路14和功率管Ml，連接在外部電路負極「B-」和襯底切換電路14之間的第一鉗位電路11。所述電平移位電路13包括電流源Ib，通過鏡像形式形成的PMOS管電流源(包括第一、第二、第三、第五PMOS管PI、P2、P3、P5)和NMOS管電流源(包括第一、第二、第三、第四、第八NMOS管m、N2、N3、N4、N8)，控制電平移位和翻轉的第四、第六PMOS管P4、P6， 與第四NMOS管N4並聯、用以限制第四NMOS管N4源漏間電壓差的第一組NMOS管，與第八 NMOS管N8並聯、用以限制第八NMOS管N8源漏間電壓差的第二組NMOS管，控制功率管Ml 柵端電壓的第七PMOS管P7和第十二 NMOS管附2。所述第一組NMOS管可以包括ー個NMOS 管，或者包括多個以ニ極管形式串聯的NMOS管；所述第二組NMOS管也可以包括ー個NMOS 管，或者包括多個以ニ極管形式串聯的NMOS管。本實施例中所述第一組NMOS管包括三個以 ニ極管形式串聯的NMOS管，分別為第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7，所述第二組NMOS管也包括三個以ニ極管形式串聯的NMOS管，分別為第九、第十、第i^一 NMOS管N9、N10, Nll0其中，所述電流源Λ和第一 NMOS管m的漏端相連，第二 NMOS管N2和第一 NMOS 管m以鏡像形式連接，且第一 NMOS管m的柵端和漏端相連，第一 NMOS管m的源端和襯底端均接地，第二 NMOS管N2的源端和襯底端也均接地。所述以鏡像形式連接為兩個或者多個MOS管柵端相連、源端相連，每個MOS管的源端和襯底端相連，且至少有ー個MOS管的柵端和漏端相連。第一 PMOS管Pl的漏端和第二 NMOS管N2的漏端相連，第二、第三、第五 PMOS管P2、P3、P5均和第一 PMOS管Pl以鏡像形式連接，且第一 PMOS管Pl的柵端和漏端相連。第三NMOS管N3的漏端和第二 PMOS管P2的漏端相連，所述第三NMOS管N3均以鏡像形式和第四、第八NMOS管N4、N8連接，且第三NMOS管N3的柵端和漏端相連。所述第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7以ニ極管的連接形式串聯，串聯後的支路和第四NMOS管N4並聯。所述以ニ極管的連接形式串聯為兩個或者多個MOS管串聯，其中每個MOS管的柵端和漏端相連，相鄰的兩個MOS管源端和漏端相連，各個MOS管的襯底端相連、且和最後ー個MOS管的源端相連。所述第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7串聯後的支路和第四NMOS管N4並聯，即第五NMOS管N5的漏端和第四NMOS管N4的漏端相連，第七 NMOS管N7的源端和第四NMOS管N4的源端相連。且第四NMOS管N4的源端連接襯底切換電路14中第十四NMOS管W4的源端，第四NMOS管N4的漏端(即第四PMOS管P4的漏端) 連接襯底切換電路14中第十四NMOS管W4的柵端。所述第九、第十、第十一 NMOS管N9、 N10, Nll以ニ極管的連接形式串聯，串聯後的支路和第八NMOS管N8並聯。所述第四PMOS管P4串聯在第三PMOS管P3和第四匪OS管N4之間，即第四PMOS 管P4的源端連接第三PMOS管P3的漏端，第四PMOS管P4的漏端連接第四NMOS管N4的漏端(兩個漏端相連的節點為Sb)，第四PMOS管P4的襯底端和其源端相連，第四PMOS管P4 的柵端和襯底切換電路14中第十三NMOS管附3的柵端相連，且第四PMOS管P4的柵端連接邏輯電路15的輸出端Sbi。所述第六PMOS管P6串聯在第五PMOS管P5和第八NMOS管 N8之間，即第六PMOS管P6的源端和第五PMOS管P5的漏端相連，第六PMOS管P6的漏端和第八NMOS管N8的漏端相連(兩個漏端相連的節點為Gt)，第六PMOS管P6的襯底端和其源端相連，第六PMOS管P6的柵端和邏輯電路15的輸出端Gti相連。所述第七PMOS管P7的柵端經第一反相器15和第六PMOS管P6的柵端相連，所述第六PMOS管P6的柵端連接第一反相器15的輸入端，所述第七PMOS管P7的柵端連接第一反相器15的輸出端。所述第七PMOS管P7的源端和襯底端相連，所述第七PMOS管P7的漏端和功率管Ml的柵端相連。所述第十二 NMOS管附2的柵端和第八NMOS-NS的漏端相連， 所述第十二 NMOS管W2的源端和第八NMOS管N8的源端相連，所述第十二 NMOS管W2的源端和襯底端相連，所述第十二 NMOS管W2的漏端和功率管Ml的柵端相連，即第十二 NMOS 管附2的漏端和第七PMOS管P7的漏端相連(兩個漏端相連的節點為GtD)。所述襯底切換電路14包括第十三NMOS管附3、第十四NMOS管附4，串聯在第十三 NMOS管附3的源端和第十四NMOS管附4的源端之間的第三電阻R3。所述第十三NMOS管 N13的漏端接地，且和功率管Ml的源端相連；所述第十三NMOS管W3的源端和所述第一鉗位電路11的輸出端相連；所述第十三NMOS管W3的柵端和電平移位電路13相連。所述第十四NMOS管W4的漏端和外部電路負極「B-」相連；所述第十四NMOS管W4的柵端和電平移位電路13相連；所述第十四NMOS管W4的源端和功率管Ml的襯底端相連，且和所述電平移位電路13相連。第十三NMOS管N13和第十四NMOS管N14其源端和襯底端均相連。本實施例中所述電流源Λ由偏置與基準電路產生，電流源第一、第二、第三、第四、第八NMOS管Ni、N2、N3、N4、N8和第一、第二、第三、第五PMOS管PI、P2、P3、P5產生的電流大小均由各自尺寸和電流源Λ決定。本實施例中所述第一、第二 NMOS管Ni、N2均為普通低壓NMOS管，所述第三至第十四NMOS管N3 N14均為低壓襯底隔離型NMOS管，所述第一至第七PMOS管Pl P7均為源漏耐高壓、柵源不耐高壓的PMOS管。由於第五、第六、 第七NMOS管N5、N6、N7以ニ極管的形式串聯，且流過第三PMOS管P3的電流又比較小，故節點Sb和功率管Ml的襯底端sub之間的電壓被限制在3Vgs(3倍的NMOS管的柵源電壓，大約2V 3V)，因此，第四、第五、第六、第七NMOS管N4、N5、N6、N7都只需承受低壓。同理，第八、第九、第十、第i^一 NMOS管N8、N9、N10, Nll也只需承受低壓。第三NMOS管N3採取ニ 極管的形式(柵端和漏端相連)連接，其柵源之間以及源漏之間均為低壓，因此，第三NMOS 管N3也不存在耐高壓問題。外部電路負極「B-」出現負高壓時，經過第一鉗位電路11後， 電壓被限制在-2V -3V，因此，第十三NMOS管N13的源端也是低壓，故第十三NMOS管N13 也不需要耐高壓。下面詳細介紹鋰電池充放電過程中電平移位電路13和襯底切換電路14的具體エ 作過程。在鋰電池放電過程中，整個保護電路的最高電壓即是電池電壓，所述最高電壓ー 般低於4. 3V。邏輯電路15控制Sbi輸出高電平，此時，第十三NMOS管N13導通，第四PMOS 管P4截止，第四PMOS管P4的截止導致沒有電流流過第四至第七NMOS管N4 N7，節點Sb 被第四NMOS管N4拉低到功率管Ml的襯底端sub電位，第十四NMOS管N14截止，因此，功率管Ml的襯底端sub通過第三電阻R3和第十三NMOS管N13與地接通，其電位約等於0V。鋰電池正常放電過程中，邏輯電路15控制Gti輸出高電平，所述高電平經過第一反向器15後變為低電平，第七PMOS管P7導通；而第六PMOS管P6截止，節點Gt為低電平，第十二 NMOS 管N12截止，因此，節點GtD為高電平，功率管Ml導通，鋰電池正常放電。當鋰電池出現過放、過流或短路情況時，邏輯電路15控制Gti輸出低電平，此時第七PMOS管P7截止，第六 PMOS管P6導通，第五PMOS管P5的電流流向第八至第i^一匪OS管N8 附1，但節點Gt的電壓被限制在3Vgs (約2V 3V)上，該電壓仍然遠大於第十二 NMOS管W2的開啟電壓，因此第十二 NMOS管N12導通，節點GtD被拉低至低電平，故功率管Ml截止，放電迴路被切斷， 從而阻止了鋰電池的異常放電，起到了保護作用。
在鋰電池正常充電過程中，邏輯電路15控制Sbi輸出低電平，第十三NMOS管N13 截止，第四PMOS管P4導通，節點Sb的電壓被限制在3Vgs (約2V 3V)上，第十四NMOS管 W4導通，功率管Ml的襯底端sub電位等於外部電路負極「B-」電位，此時由於鋰電池電壓為低壓，且功率管Ml導通，故整個電路仍然處於低壓狀態。隨著充電的不斷進行，鋰電池電壓升高並達到過充保護電壓時，邏輯電路15控制Gti輸出低電平，第七PMOS管P7截止，第十二 NMOS管N12導通，節點GtD被拉低至低電平，功率管Ml截止，此時外部電路負極「B-」 出現負高壓，由於第十四NMOS-NH為導通狀態，故功率管Ml的襯底端sub電位也是負高壓，此時節點Sb、Gt的電位均等於3Vgs+VB_(VB_為功率管Ml的襯底端sub的電壓，即外部電路負極「B-」的負高壓)。這樣，輸入信號Sbi、Gti的低電平(電壓為0V)被轉換成Sb、 Gt的高電平(電壓為3Vgs+VB_，其相對功率管Ml的襯底端sub電位高出3Vgs)，實現了電平轉換。在鋰電池過充保護狀態下，外部電路負極「B-」的負壓較高，故節點Sb和Gt的電壓3Vgs+VB_仍然是負高壓，這個負的高壓則由源漏耐高壓的第三至第六PMOS管P3 P6承受。同理，第三NMOS管N3的漏端也是負高壓，此負高壓由第二 PMOS管P2來承受。雖然節點Sb、Gt上為負高壓，但由於加在第三至第i^一 NMOS管N3 Nll上的電壓差仍然不超過 3Vgs,因此，所述第三至第十一 NMOS管N3 Nll上仍然承受的是低壓，不存在承受高壓的問題。在鋰電池過充保護狀態下，第十二、第十四NMOS管N12、N14導通，其源漏端電壓差接近0V，其柵源端電壓為3Vgs，因此，所述第十二、第十四NMOS管N12、N14也僅承受低壓。外部電路負極「B-」的負高壓經過第一鉗位電路11後被限制在-2V -3V，因此，第十三NMOS 管W3也僅承受低壓。而由於第三電阻R3兩端電壓差很大，故其會承受較高的電壓，因此所述第三電阻R3可以使用耐壓較高的多晶矽電阻。由上可知，鋰電池在過充保護狀態下，外部電路負極「B-」出現負高壓，邏輯電路 15控制Sbi和Gti輸出低電平(OV)，該低電平經電平移位電路13後被轉換成3Vgs+VB_，從而控制第十二、第十四NMOS管N12、N14處於導通狀態，所述低電平也控制襯底切換電路14 在OV和外部電路負極「B-」電壓之間轉換，而襯底切換電路14把轉換後的電壓同時提供給功率管Ml和電平移位電路13。另ー方面，在外部電路負極「B-」出現的負高壓由源漏耐壓的第二至第七PMOS管P2 P7及第三電阻R3承受，雖然低壓NMOS管的各端也會出現負高壓，但其各端電壓差仍然為低壓，從而不需要使用高壓的NMOS管。因此，本發明所提供的鋰電池保護電路，在電平移位電路13和襯底切換電路14中僅使用源漏耐高壓(柵源不耐高壓)的PMOS管和低壓NMOS管，再在控制電路中集成ー個第一鉗位電路11，就能解決電平移位電路13和襯底切換電路14耐高壓的問題，避免了使用柵源和源漏都耐高壓的PMOS管和 NMOS管，從而在使用較低成本的前提下達到了耐高壓的目的。實施例ニ參考圖4，其為本發明另ー種實施方式的鋰電池保護電路的部分電路結構示意圖。 本實施例中所述電平移位電路13的具體結構及工作過程和實施例一所述類似，不再贅述。本實施例中所述襯底切換電路14包括第二反相器18，源漏耐高壓的第八、第九 PMOS管P8、P9，第十四NMOS管附4。其中，第二反相器18的輸入端和電平移位電路13中第四PMOS管P4的柵端相連， 第二反相器18的輸出端和第八、第九PMOS管P8、P9的柵端相連；第八PMOS管P8的源端和第九PMOS管P9的源端相連，第八、第九PMOS管P8、P9的源端均和其自身的襯底端相連；第八PMOS管P8的漏端接地，且和功率管Ml的源端相連；第九PMOS管P9的漏端和第十四 NMOS管附4的源端相連，且和功率管Ml的襯底端、電平移位電路13中第四NMOS-M的源端相連；第十四NMOS管W4的柵端和電平移位電路13中第四PMOS管P4的漏端相連；第十四NMOS管附4的漏端和外部電路負極「B-」相連。襯底切換電路14的具體工作過程為在鋰電池放電過程中，邏輯電路15控制Sbi 輸出高電平，所述高電平經第二反相器18後輸出低電平，第八、第九PMOS管P8、P9導通，第十四NMOS管W4截止；在鋰電池充電和過充保護狀態下，功率管Ml的襯底端sub電位需要切換成外部電路負極「B-」電位，此時第二反相器18輸出高電平，第ノV、第九PMOS管P8、P9 截止，第十四NMOS管N14導通。在外部電路負極「B-」出現負高壓時，功率管Ml的襯底端 sub也是負高壓，此時由源漏耐高壓的第八、第九PMOS管P8、P9承受高壓，而不再需要圖3 中的第一鉗位電路11和第三電阻R3。本實施例不包括實施例一所述的第一鉗位電路，通過在襯底切換電路內部使用源漏耐高壓、柵源不耐高壓的PMOS管，再加一個反相器和一個低壓NMOS管解決了襯底切換電路的耐高壓問題，無須在控制電路內部集成第一鉗位電路。實施例三參考圖5，其為本發明實施例所提供的一種鋰電池保護電路的結構示意圖。該保護電路的結構包括與鋰電池正負極相連的外部電路正極「B+」和外部電路負極「B-」，控制電路16(集成IC)和與該控制電路16相連的電容Cl。其中，所述控制電路16內部集成有第 ー電阻R1、第二電阻R2、功率管Ml、偏置與基準電路、多路開關、過放保護電路、過充保護電路、延時電路、邏輯電路、電平移位電路、襯底切換電路、過流保護電路3、短路保護電路4和系統休眠電路。除此之外，所述控制電路16內部還集成有第二鉗位電路8，第二鉗位電路8 一端連接第二電阻R2，另一端連接過流保護電路3和短路保護電路4。所述控制電路16內的其他電路及元器件之間的連接關係和圖2中所示的相同。當鋰電池處於過充保護狀態時，外部電路負極「B-」常會出現負高壓(可達-20V)， 此時，第二鉗位電路8會將所述負高壓限制在ー個較低的電壓範圍(-2V -3V)內，從而防止了過高的負壓擊穿所述過流保護電路3和短路保護電路4中的低壓MOS器件，進而提高了鋰電池保護電路的可靠性，擴大了應用範圍。而當鋰電池處於正常充電、正常放電或者過放保護狀態吋，第二鉗位電路8不起作用，其輸出電壓和外部電路負極「B-」的電壓相等。本實施例通過在控制電路內部集成第二鉗位電路，進而在外部電路負極出現負高壓時，對過流保護電路和短路保護電路中的低壓MOS器件進行保護，從而解決了過流保護電路和短路保護電路耐高壓的問題。需要說明的是，在其他可能的實施方式中，通過改變電路的連接方式，可使第二鉗位電路和實施例一中的第一鉗位電路合ニ為一，只使用一個鉗位電路也可同時實現保護過流保護電路、短路保護電路及襯底切換電路的目的，對此，本發明並無特別限制。本領域普通技術人員在不付出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，均屬本發明所保護的範圍。實施例四參考圖6，其為本發明實施例所提供的另ー種鋰電池保護電路的結構示意圖。本實施例中所述鋰電池保護電路的結構除了包括圖5中所示的各電路及元器件之外，還包括集成在所述控制電路16內部的過放保護異常處理電路9，所述過放保護異常處理電路9連接過放保護電路10。在鋰電池的放電過程中，當放電導致鋰電池電壓低於過放保護電壓(一般為2V 2. 5V)吋，所述過放保護電路10起作用，且上述情況在經過延時電路12後，即當放電導致鋰電池電壓低於過放保護電壓且持續時間超過規定的延遲時間時，由邏輯電路15通過電平移位電路13和襯底切換電路14關閉功率管M1，使鋰電池停止放電；且邏輯電路15啟動系統休眠電路5，使整個控制電路16進入休眠狀態，從而大大降低了控制電路16本身所消耗的電量。但是，鋰電池放電過程中，難免由於異常情況導致過放保護電路10、邏輯電路15 及系統休眠電路5工作，進而使得整個控制電路16進入休眠狀態，此時，為了使保護電路恢復到正常狀態，需要外部重新給予復位信號。為了防止上述異常情況的發生，本發明實施例通過在控制電路16中集成過放保護異常處理電路9，所述過放保護異常處理電路9連接過放保護電路10。當鋰電池電壓低於過放保護電壓時，過放保護電路10首先對鋰電池的低壓情況進行分析，如果發現鋰電池的低壓屬於非正常放電所致，則由過放保護異常處理電路9進行處理，使所述鋰電池保護電路恢復到初始狀態；如果發現鋰電池的低壓屬於正常放電所致，則當鋰電池低壓的持續時間超過規定的延遲時間後，由邏輯電路15執行後續操作。本發明實施例中通過在控制電路中集成了過放保護異常處理電路，從而防止了非正常條件下引起過放保護而進入休眠狀態，避免了外部重新給予復位信號來使控制電路恢復到初始狀態。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將ー個實體或者操作與另ー個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備
所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括ー個......」限定的要素，並不排
除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種鋰電池保護電路，包括邏輯電路、電平移位電路、功率管，所述邏輯電路包括第 ー輸出端、第二輸出端；其特徵在幹，電平移位電路包括第四NMOS管，與第一輸出端經由第四PMOS管相連；第一電晶體組，包括相互串聯的至少ー個NMOS管，第一電晶體組與第四NMOS管的源極、漏極相併聯；第八NMOS管，與第二輸出端經由第六PMOS管相連；第二電晶體組，包括相互串聯的至少ー個NMOS管，第二電晶體組與第八NMOS管的源極、漏極相併聯；第七PMOS管，與第二輸出端經由第一反相器相連；第十二 NMOS管，第十二 NMOS管的柵極、源極分別與第八NMOS管的漏極、源極相連，第十二 NMOS管的漏極與第七PMOS管的漏極、功率管的柵極均相連； 上述NMOS管中至少有ー個為低壓NMOS管。
2.根據權利要求1所述的鋰電池保護電路，其特徵在於，還包括襯底切換電路，襯底切換電路與邏輯電路的第一輸出端、電平移位電路的第四NMOS管、第八NMOS管相連，用於根據第一輸出端的輸出電壓向電平移位電路提供相應的電壓。
3.根據權利要求2所述的鋰電池保護電路，其特徵在於，襯底切換電路包括第二反相器，與第一輸出端相連；第八PMOS管，第八PMOS管的柵極與第二反相器的輸出端相連； 第九PMOS管，第九PMOS管的柵極、源極分別與第八PMOS管的柵極、源極相連； 第十四NMOS管，第十四NMOS管的源極、柵極分別與第九PMOS管的漏極、第四NMOS管的漏極的相連。
4.根據權利要求2所述的鋰電池保護電路，其特徵在於，襯底切換電路包括 第十三NMOS管，第十三NMOS管的柵極與第一輸出端相連；第十四NMOS管，第十四NMOS管的柵極與第四NMOS管的漏極相連； 第三電阻，串聯於第十三NMOS管與第十四NMOS管的源極之間。
5.根據權利要求4所述的鋰電池保護電路，其特徵在於，還包括第一鉗位電路，第一鉗位電路的輸入端、輸出端分別與外部電路負極、第十三NMOS管的源極相連。
6.根據權利要求1 5任一項所述的鋰電池保護電路，其特徵在於，還包括第二鉗位電路，第二鉗位電路的輸入端與外部電路負極相連，第二鉗位電路的輸出端與過流保護電路和短路保護電路相連。
7.根據權利要求1 5任一項所述的鋰電池保護電路，其特徵在於，還包括過放保護異常處理電路，所述過放保護異常處理電路連接過放保護電路。
8.—種鋰電池保護電路，包括邏輯電路、電平移位電路，所述邏輯電路包括第一輸出端、第二輸出端；其特徵在幹，電平移位電路包括第一電晶體，與第一輸出端經由第二電晶體相連；第三電晶體組，包括相互串聯的第三電晶體，第三電晶體組與第一電晶體的源極、漏極相併聯；第四電晶體，與第二輸出端經由第五電晶體相連；第六電晶體組，包括相互串聯的第六電晶體，第六電晶體組與第四電晶體的源極、漏極相併聯。
9.根據權利要求8所述的鋰電池保護電路，其特徵在於還包括襯底切換電路，襯底切換電路與邏輯電路的第一輸出端、電平移位電路的第一電晶體、第四電晶體相連，用於根據第一輸出端的輸出電壓向電平移位電路提供相應的電壓。
10.根據權利要求9所述的鋰電池保護電路，其特徵在於襯底切換電路包括 反相器，與第一輸出端相連；第七電晶體，第七電晶體的柵極與反相器的輸出端相連。
全文摘要
本發明公開了一種鋰電池保護電路，該保護電路包括電平移位電路、功率管、具有第一、第二輸出端的邏輯電路。電平移位電路包括第四NMOS管，與第一輸出端經由第四PMOS管相連；第八NMOS管，與第二輸出端經由第六PMOS管相連；第一、第二電晶體組，均包括相互串聯的至少一個NMOS管，且分別與第四NMOS管、第八NMOS管的源極、漏極相併聯；第七PMOS管，與第二輸出端經由第一反相器相連；第十二NMOS管，其柵極、源極分別與第八NMOS管的漏極、源極相連，其漏極與第七PMOS管的漏極、功率管的柵極均相連；上述NMOS管中至少有一個為低壓NMOS管。該保護電路使用低壓NMOS管就能解決耐高壓問題。
文檔編號H02H7/18GK102545162SQ20101058145
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者雷順輝 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司