一種電池保護電路及晶片的製作方法

2023-10-23 20:59:57

本申請涉及集成電路設計領域，具體地，涉及一種電池保護電路及晶片。

背景技術：

電池保護電路一般包括電池保護控制晶片和功率開關。

溝槽型垂直工藝和平面工藝是集成電路製造的兩種常用工藝。溝槽型垂直工藝有利於實現較小導通電阻的開關，通常採用該工藝製造功率開關。但溝槽型垂直工藝不適於製造功能複雜的控制電路，因此通常採用平面工藝製造電池保護控制晶片。

由於電池保護控制晶片和功率開關的製造工藝的不同，導致功率開關和電池保護控制晶片處於不同的晶片，難於對功率開關的溫度進行檢測，從而無法對功率開關實現過溫保護。而如果功率開關由於過熱損壞，將導致電池保護電路失控，產生危險。

技術實現要素：

本申請實施例中提供了一種電池保護電路及晶片，能夠解決現有技術中的電池保護電路無法對功率開關實現過溫保護，導致的安全性問題。

根據本申請實施例的第一個方面，提供了一種電池保護電路，包括：功率開關s1，用於控制該電池的充放電狀態；傳感器，用於感應該功率開關s1的溫度，該傳感器的一端接電池保護控制晶片，另一端接地；且該傳感器為負溫度係數傳感器或正溫度係數傳感器；其中，傳感器和功率開關s1位於同一晶片；該電池保護控制晶片，用於在該功率開關s1的溫度高於閾值溫度時，輸出用於觸發該功率開關s1關斷的有效信號。

根據本申請實施例的第二個方面，還提供了一種晶片，包括：功率開關s1，用於控制該電池的充放電狀態；二極體d1，用於感應該功率開關s1的溫度，該二極體d1的一端接電池保護控制晶片，另一端接地；且該二極體d1為負溫度係數的二極體。

採用本申請實施例中提供的一種電池保護電路及晶片，通過負溫度係數或正溫度係數的傳感器來感應功率開關的溫度，並在功率開關的溫度高於閾值溫度時，輸出用於觸發該功率開關s1關斷的有效信號，從而實現了對電池保護電路中功率開關的溫度檢測和過溫保護，提高了電池保護電路的可靠性，從而進一步提高了鋰電池的安全性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1示出了根據本申請實施例一的電池保護電路的電路圖；

圖2示出了根據本申請實施例一的二極體的截面圖；

圖3示出了根據本申請實施例一的電池保護控制晶片的電路圖；

圖4示出了根據本申請實施例二的晶片的截面示意圖。

具體實施方式

在實現本申請的過程中，發明人發現，在現有技術中，難於對功率開關的溫度進行檢測，從而無法對功率開關實現過溫保護。而如果功率開關由於過熱損壞，將導致電池保護電路失控，產生危險。

為解決上述問題，本申請提供了一種電池保護電路及晶片，通過負溫度係數或正溫度係數的傳感器來感應功率開關的溫度，並在功率開關的溫度高於閾值溫度時，輸出用於觸發該功率開關s1關斷的有效信號，從而實現了對電池保護電路中功率開關的溫度檢測和過溫保護，提高了電池保護電路的可靠性，從而進一步提高了鋰電池的安全性。

為了使本申請實施例中的技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖對本申請的示例性實施例進行進一步詳細的說明，顯然，所描述的實施例僅是本申請的一部分實施例，而不是所有實施例的窮舉。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

實施例一

圖1示出了根據本申請實施例一的電池保護電路的電路圖。

如圖1所示，根據本申請實施例的電池保護電路包括：功率開關s1，用於控制該電池的充放電狀態；傳感器，用於感應該功率開關s1的溫度，該傳感器的一端接電池保護控制晶片，另一端接地；該傳感器為負溫度係數元器件或正溫度係數元器件；其中，該傳感器和該功率開關s1位於同一晶片；該電池保護控制晶片，用於在該功率開關s1的溫度高於預定閾值時，輸出用於觸發該功率開關s1關斷的有效信號。

由於功率開關s1和傳感器被集成在同一晶片上，由於熱傳導的作用，兩者的溫度保持相同。

在具體實施時，該功率開關s1採用溝槽型垂直工藝製成；該電池保護控制晶片採用平面工藝製成。

在具體實施時，該傳感器可以採用圖1所示的負溫度係數二極體d1，負溫度係數的二極體d1，是指該二極體d1的導通電壓隨溫度的上升而下降。具體地，該二極體d1的陽極接該電池保護控制晶片中的比較器的一輸入端，陰極與功率開關的源極連接後，接地電平gnd。具體地，該二極體d1可以採用如圖2所示的二極體。如圖2所示，二極體d1可以包括低摻雜濃度的n阱(nwell)，n阱裡設置重摻雜濃度的n+區和重摻雜濃度的p+區；其中n+區接gnd電位，p+區接vts電位。應當理解，該傳感器也可以採用正溫度係數的熱敏電阻，即，電壓差隨溫度上升而升高的電阻；或者是負溫度係數的熱敏電阻，即電壓差隨便溫度上升而下降的電阻，本申請對此均不作限制。

接下來，對根據本申請實施例的電池保護控制晶片的具體實施進行介紹。

根據本申請實施例的電池保護控制晶片集成了檢測溫度的電路，並對功率開關進行控制以實現對功率開關的保護。

在一種具體實施方式中，該電池保護控制晶片可以包括：比較器，該比較器第一輸入端接該傳感器，第二輸入端接參考電壓vr，比較器的輸出端與功率開關連接；該比較器根據該傳感器的端電壓vts與參考電壓之間的高低關係，輸出有效信號或無效信號；電流源，該電流源接該傳感器，用於為該傳感器提供偏置電流。

在具體實施時，該傳感器可以是負溫度係數傳感器，即，其電壓差隨溫度的升高而下降；該比較器的正輸入端接該傳感器，該比較器的負輸入端接參考電壓vr；當傳感器的溫度(與功率開關s1的溫度相同)上升時，傳感器的端電壓vts下降，當端電壓vts下降至小於參考電壓vr時，表明功率開關s1的溫度超過閾值溫度，則比較器輸出有效信號，例如，低電平，以觸發功率開關關斷。當端電壓vts高於參考電壓vr時，所述比較器輸出無效信號，例如，高電平，功率開關不動作。

本領域技術人員應當理解，在該具體實施方式中，該有效信號也可以是高電平，無效信號可以是低電平；當有效信號是高電平時，可以將比較的正輸入端接參考電壓vr，將負輸入端接傳感器即可，本申請對此不作限制。

下面將以一具體實例進行說明。例如，可以設計二極體d1的溫度係數為-1.5mv/℃，其含義是其導通電壓隨溫度每升高1攝氏度，其電壓下降-1.5mv。例如常溫25℃時，d1的兩端電壓為800mv，當溫度上升至125℃時，d1的兩端電壓下降為650mv。根據本發明的電池保護控制晶片中集成了監測二極體d1電壓的功能，當二極體d1電壓低於設定閾值電壓，則表示功率開關s1的溫度超過閾值溫度(例如125℃)，需要關斷開關s1，此時既禁止充電，也禁止放電，讓流過開關s1的電流為零，這樣避免開關s1進一步發熱而損壞。

在具體實施時，當該傳感器是正溫度係數傳感器，即，其兩端電壓差隨溫度的升高而升時；該比較器的負輸入端接該傳感器，該比較器的正輸入端接參考電壓vr；當傳感器的溫度(與功率開關s1的溫度相同)上升時，傳感器的端電壓vts上升，當端電壓vts上升至大於參考電壓vr時，表明功率開關s1的溫度超過閾值溫度，比較器輸出有效信號，例如，低電平，觸發功率開關關斷。當端電壓vts小於參考電壓vr時，所述比較器輸出無效信號，例如，高電平，功率開關不動作。

本領域技術人員應當理解，該有效信號也可以是高電平，當有效信號是高電平時，可以將比較器的負輸入端接參考電壓vr，將正輸入端接傳感器即可，本申請對此不作限制。

圖3示出了根據本申請實施例一的電池保護控制晶片的電路圖。

如圖3所示，該電池保護控制晶片可以包括：比較器，該比較器第一輸入端接該傳感器，第二輸入端接參考電壓vr，該比較器的輸出端連接至與門的輸入端；該比較器根據該傳感器的端電壓vts與參考電壓vr之間的高低關係，輸出有效信號或無效信號；電流源i1，該電流源接該傳感器，用於為該傳感器提供偏置電流；其他保護單元，該其他保護單元的輸出端flag連接至該與門的另一輸入端；用於在檢測到放電過流或短路時，輸出有效信號；與門and，用於對該比較器的輸出信號和其他保護單元的輸出信號進行與運算，並向該功率開關輸出有效信號或無效信號。

具體地，i1可以設計為例如1微安的電流源。參考電壓vr可以由例如帶隙基準電路產生，屬於常規技術，為了簡化描述，此處省略。根據上面設計125℃過溫保護的例子中，可以把vr設計為650mv，當vts電壓低於vr電壓時，比較器輸出信號otpb變為低電平，與門輸出信號on變為低電平，關斷功率開關s1，實現對功率開關s1的保護。其他保護單元如果檢測到例如放電過流或者短路等其他異常時，也會將其輸出信號flag信號置為低電平，經過與門後，on信號也變為低電平，關斷功率開關s1，實現其他的保護功能(例如對放電過流的保護或者對短路情況的保護)。

採用本申請實施例中提供的電池保護電路，通過負溫度係數或正溫度係數的傳感器來感應功率開關的溫度，並在功率開關的溫度高於閾值溫度時，輸出用於觸發該功率開關s1關斷的有效信號，從而實現了對電池保護電路中功率開關的溫度檢測和過溫保護，提高了電池保護電路的可靠性，從而進一步提高了鋰電池的安全性。

實施例二

基於同一發明構思，本申請實施例中還提供了一種晶片，該晶片包括：功率開關s1，用於控制該電池的充放電狀態；二極體d1，用於感應該功率開關s1的溫度，該二極體d1的一端接電池保護控制晶片，另一端接地；且該二極體d1為負溫度係數的二極體。

圖4示出了根據本申請實施例二的晶片的截面示意圖。在圖4中，p+為重摻雜的p型有源區，n+為重摻雜的n型有源區，p-為輕摻雜的p型阱區，n-為輕摻雜的n型襯底，nwell為n型阱區，簡稱n阱。

在圖4中，除去右側由n阱及n阱中的n+、p+構成的二極體之後，晶片的其餘部分構成垂直結構的溝槽型nmos，即本申請中的功率開關。

如圖4所示，根據本申請實施例二的晶片包括：從下至上依次形成的n+襯底和n-層，以及在n-層中形成的p-區；該n+襯底作為該功率開關的漏極；從上至下延伸入p-區、並嵌入n-層的凹形溝槽；該溝槽內填充多晶矽柵；該多晶矽柵作為功率開關的柵極；溝槽兩側分別從內向外依次形成一相鄰的n+區域和p+區域；該兩個n+區域和兩個p+區域共同作為所述功率開關的源極；在該p-區中形成的二極體d1，其中，該二極體d1包括n阱、以及形成於該n阱內的n+區域和p+區域，該n+區域和p+區域間隔分布；其中，該功率開關的柵極接該電池保護控制晶片的輸出端，漏極接外部電路，源極與該二極體d1的n+區域連接後接地電平gnd；該二極體d1的p+區域接該電池保護控制晶片中的比較器的一輸入端。

在具體實施時，該p-區也可以設計為l形。

由於熱傳導的作用，功率開關和二極體的溫度保持相同；從而能夠實現對功率開關s1的溫度的檢測。

採用本申請實施例中提供的晶片，通過負溫度係數或正溫度係數的傳感器來感應功率開關的溫度，並將溫度傳遞給電池保護控制晶片，以使得電池保護控制晶片能夠在功率開關的溫度高於閾值溫度時，輸出用於觸發該功率開關s1關斷的有效信號，從而實現了對電池保護電路中功率開關的溫度檢測和過溫保護，提高了電池保護電路的可靠性，從而進一步提高了鋰電池的安全性。

實施例三

基於同一發明構思，本申請實施例中還提供了一種電池保護控制晶片，包括：比較器，該比較器第一輸入端接傳感器，第二輸入端接參考電壓vr，該比較器的輸出端與功率開關s1連接；該比較器根據該傳感器的端電壓vts與參考電壓vr之間的高低關係，輸出有效信號或無效信號；其中，該傳感器用於感應功率開關s1的溫度，且該傳感器為負溫度係數傳感器或正溫度係數傳感器；該有效信號用於觸發該功率開關s1關斷；電流源，該電流源接該傳感器，用於為該傳感器提供偏置電流。

本申請實施例中的電池保護控制晶片的具體實施可以參照本申請實施例一中的電池保護控制晶片的實施，重複之處不再贅述。

採用本申請實施例中提供的電池保護控制晶片，能夠在功率開關的溫度高於閾值溫度時，輸出用於觸發該功率開關s1關斷的有效信號，從而實現了對電池保護電路中功率開關的溫度檢測和過溫保護，提高了電池保護電路的可靠性，從而進一步提高了鋰電池的安全性。

實施例四

基於同一發明構思，本申請實施例中還提供了一種電池保護控制晶片，包括：比較器，該比較器第一輸入端接傳感器，第二輸入端接參考電壓vr，該比較器的輸出端連接至與門的一輸入端；該比較器根據該傳感器的端電壓vts與參考電壓vr之間的高低關係，輸出有效信號或無效信號；其中，該傳感器用於感應功率開關s1的溫度，且該傳感器為負溫度係數傳感器或正溫度係數傳感器；該有效信號用於觸發該功率開關s1關斷；電流源，該電流源接該傳感器，用於為該傳感器提供偏置電流；其他保護單元，所述其他保護單元的輸出端連接至所述與門的另一輸入端；用於在檢測到放電過流或短路時，輸出有效信號；與門，用於對比較器的輸出信號和其他保護單元的輸出信號進行與運算，並向功率開關輸出有效信號或無效信號。

本申請實施例中的電池保護控制晶片的具體實施可以參照本申請實施例一中的電池保護控制晶片的實施，重複之處不再贅述。

採用本申請實施例中提供的電池保護控制晶片，能夠在功率開關的溫度高於閾值溫度時，輸出用於觸發該功率開關s1關斷的有效信號，從而實現了對電池保護電路中功率開關的溫度檢測和過溫保護，提高了電池保護電路的可靠性，從而進一步提高了鋰電池的安全性。

另外，在其他保護單元檢測到其他異常(例如放電過流或者短路等)，也會將其輸出信號flag信號置為低電平，經過與門後，on信號也變為低電平，關斷開關s1，從而在實現功率開關的過溫保護的同時，實現其他的保護功能(例如對放電過流的保護或者對短路情況的保護)。

本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本申請可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本申請可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。

本申請是參照根據本申請實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

儘管已描述了本申請的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本申請範圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本申請進行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和範圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型屬於本申請權利要求及其等同技術的範圍之內，則本申請也意圖包含這些改動和變型在內。