一种自恢复保护电路及过放电保护电路制造技术

一种自恢复保护电路及过放电保护电路，其中电路包括使能输入端、放电输入端、电荷泵、比较器、输出电压端；所述使能输入端用于接收使能信号；所述放电输入端用于接收过放电保护控制电路放电控制管脚的输出信号；所述电荷泵包括电荷泵开关电路和充放电容，所述使能输入端与电荷泵开关电路连接，放电输入端与电荷泵开关电路连接，电荷泵开关电路与充放电容连接，所述充放电容还与比较器一输入端连接，比较器另一输入端与参考电压连接，比较器输出端与输出电压端连接。通过设计电荷泵电路稳定OD输出管脚的波动，起到了在电池放电直到电压不足过程中稳定OD管脚输出波动，降低无谓的能耗，并在电池放电电压不足后切断反馈信号Vout，达到了提升电路设计安全性的效果。

A self recovery protection circuit and over discharge protection circuit

A self recovery protection circuit and over discharge protection circuit, wherein the circuit includes an enable input, discharge input, charge pump, voltage comparator, the output end; the enable input for receiving an enable signal; the discharge input terminal for receiving control over discharge protection circuit and discharge control output signal pin; the charge pump includes a charge pump circuit and charge discharge capacitor, the enable input and the charge pump circuit is connected with the input end of the switch, discharge and charge pump switch circuit, charge pump switch circuit and charge discharge capacitor is connected, the charge and discharge capacitance and a comparator connected with the input end of the comparator, the other an input end is connected with the reference voltage, the output end of the comparator and the output voltage is connected. Through the design of charge pump circuit stable OD output pin to pin fluctuations, fluctuations in output stability in OD battery discharge until the voltage problem, reduce unnecessary energy consumption, and cut off the feedback signal Vout when the battery voltage is insufficient, and improve the effect of safety circuit design.

【技术实现步骤摘要】
一种自恢复保护电路及过放电保护电路
本专利技术涉及电子电路设计领域，尤其涉及一种新颖的自恢复保护电路及应用了该自恢复保护电路的过放电保护电路。
技术介绍
锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点，因而广泛的应用于手机、数码相机、平板电脑等电子产品中。与镍镉、镍氢电池不太一样，锂电池必须考虑充电、放电时的安全性，以防止特性劣化：锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性；而锂电池放电时也要有电压下限，当电芯电压过低时，部分材料会开始被破坏。锂电池充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。因此，针对锂电池的过度充电、过度放电、过电流及短路保护很重要，所以通常都会在电池包内使用锂电池保护IC来保护锂电池。一种典型的锂电池包中锂电池保护IC及其外围应用电路如图1所示：包括锂电池保护IC和两颗作为开关管使用的功率MOS管M1、M2，VDD和VSS之间的电压即为锂电池的电压，电容C0对VDD和VSS之间的电压起到稳定作用，电阻R1和R2起到限流的作用。图1中，PB+管脚连接锂电池的正极，同时在锂电池充电时接充电器的正极；PB-管脚在充电时与充电器负极相连。PB+与PB-之间连接负载电路。CS管脚是芯片的电流检测端子，通过电阻R2与PB-管脚相连。OC和OD管脚分别是芯片的充电控制管脚和放电控制管脚，在不同公司的产品中，可能会有不同的命名方式，本文以下部分将放电控制管脚统称为OD。OC和OD管脚分别控制开关管M1和M2，当锂电池正常充放电时，OD和OC管脚输出高电平，开启M1和M2，与锂电池和负载形成充放电回路。在锂电池保护IC的内部，可以将起到过放电保护功能的电路模块划分为过放电保护电路。一种典型的锂电池保护IC内部过放电保护电路如图2所示：包括2选1MUX电路，比较器1，振荡器、计数器和过放电保护控制电路。MUX电路的选择信号sel_od由过放电保护控制电路产生，锂电池IC在正常状态下，sel_od选择MUX输出VDL(过放电保护电压)，芯片正常状态下，VDD-VSS>VDL，因此比较器1输出低电平，过放电保护控制电路控制OD管脚输出高电平，功率MOS管M1开启。VDD-VSS之间的电压小于VDL，且持续时间大于过放电保护延迟时间td_od，过放电保护电路控制锂电池保护IC进入过放电保护状态，逻辑电路控制OD管脚输出低电平关断功率MOS管M1，切断了锂电池与负载之间的放电回路，防止过度放电对电池造成损坏。芯片的过放电保护状态必须满足一定的条件才能解除，而根据过放电保护状态的解除方式，锂电池IC内部的过放电保护电路可分为两种主要的类型：1.休眠型2.自恢复型。休眠型过放电保护电路的工作原理是：休眠型过过放电保护电路在芯片进入过放电保护状态后，如图2所示，sel_od信号选择MUX电路输出过放电释放电压VDR，CS管脚由内部电路上拉到高电平，过放电保护控制电路一直保持使OD输出低电平。过放电保护状态的解除条件是：过放电保护电路检测到PB+和PB-端之间接入充电器，CS被下拉到低电平，并且充电器将锂电池电压VDD-VSS充电到大于过放电释放电压VDR的情况下，芯片才能解除过放电保护状态。此时由于VDD-VSS>VDR,图2中比较器输出低电平，过放电保护控制电路电路令OD输出高电平，打开M1。自恢复型过过放电保护电路的工作原理是：当电池电压低于VDL后，CS管脚由内芯片内部上拉到高电平，芯片进入过放电保护状态，OD脚输出低电平，关断M1。由于锂电池电压存在自恢复特性，并且电量越充足的电池，自恢复速度越快。当锂电池与负载之间的放电回路切断后，锂电池电压开始自恢复，一旦电池电压恢复到大于过放电释放电压VDR，比较器1输出低电平，过放电保护控制电路令OD管脚输出高电平，此时无论PB+与PB-之间是否接入充电器，即CS管脚是否检测到低电平，过放电保护状态都可解除。自恢复型锂电池保护IC又可分为两大类，第一类自恢复型锂电保护IC的过放电恢复电压VDR大于VDL；第二类的自恢复型锂电池保护IC的VDR等于VDL。休眠型过放电保护电路的特点是，芯片一旦进入过放电保护状态后，OD管脚始终输出低电平，切断放电回路，能够有效的防止锂电池过度放电造成的损坏。然而休眠型过放电保护电路使得芯片过放电保护状态的解除，必须通过电池包外接充电器来实现，因此，它的应用缺乏灵活性，常用于对于功耗极其敏感的仪器设备、军工产品等。而对于数码相机，手机，MP3、平板电脑等便携式电子产品，由于不方便携带充电器，带有休眠型过放电保护电路的锂电池保护IC的应用还是有局限性。而自恢复型过放电保护电路的特点是，一旦其检测到电池电压大于VDR，就是驱使芯片解除过放电保护状态，控制OD管脚输出高电平，打开M1。上文中提到，自恢复型锂电池保护IC又可分为两大类，第一类自恢复型锂电保护IC的过放电恢复电压VDR大于VDL；第二类的自恢复型锂电池保护IC的VDR等于VDL。对于上述第二类的锂电池保护IC，在实际应用中很容易产生以下现象：正常工作情况下，某个时刻由于负载电流突然增大，电池电压短时间内快速下降到VDL以下，由于电池电压的自恢复效应又升高到VDR以上，芯片立即解除过放电保护状态，OD管脚变成高电平打开M1，此时若锂电池的负载电路未移除且保持上述异常大电流状态(但不触发放电过流保护)，锂电池将继续以相同的电流放电，电池电压将再次下降到VDL以下，触发过放电保护状态，由于电池的自恢复效应，芯片再次解除过放电状态，M1导通继续对负载放电。以上状态将在短时间内将不断重复发生，对应的电池电压与OD管脚的波形如图3所示：在开始阶段，由于电池电量充足，恢复能力强，OD管脚短时间关端后立即恢复高电平，其波形表现为占空比高的方波信号。随着电池对负载的连续放电，电池的电量下降，恢复能力减弱，OD脚一个开关周期内高电平的时间将不断减小，OD波形表现为占空比不断减小的方波信号。当锂电池的电量下降到一定程度后，池电压将无法自行恢复到VDR以上，OD管脚将一直保持低电平。上述现象的危害是：1.锂电池会不断对负载进行放电，消耗电量，当锂电池保护IC的VDR值设置较低时，甚至有可能引起锂电池过度放电造成的损坏。2.功率MOS管短时间的连续频繁开关动作会导致器件发热,影响其性能。3.电池由于连续放电而无法自恢复后，芯片还会继续消耗电池的电量，因为自恢复型锂电池保护IC一般需要在电池电量下降到2V左右才能启动休眠模式，远低于芯片的VDL值。
技术实现思路
为此，需要提供一种能够防止电池过度放电，并且在电池电压过低无法自行恢复后减少电路能耗的创新过放电保护电路。为实现上述目的，专利技术人提供了一种自恢复保护电路，包括使能输入端、放电输入端、电荷泵、比较器、输出电压端；所述使能输入端用于接收使能信号；所述放电输入端用于接收过放电保护控制电路放电控制管脚的输出信号；所述电荷泵包括电荷泵开关电路和充放电容，所述使能输入端与电荷泵开关电路连接，放电输入端与电荷泵开关电路连接，电荷泵开关电路与充放电容连接，所述充放电容还与比较器一输入端连接，比较器另一输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自恢复保护电路，其特征在于，包括使能输入端、放电输入端、电荷泵、比较器、输出电压端；所述使能输入端用于接收使能信号；所述放电输入端用于接收过放电保护控制电路放电控制管脚的输出信号；所述电荷泵包括电荷泵开关电路和充放电容，所述使能输入端与电荷泵开关电路连接，放电输入端与电荷泵开关电路连接，电荷泵开关电路与充放电容连接，所述充放电容还与比较器一输入端连接，比较器另一输入端与参考电压连接，比较器输出端与输出电压端连接。

【技术特征摘要】
1.一种自恢复保护电路，其特征在于，包括使能输入端、放电输入端、电荷泵、比较器、输出电压端；所述使能输入端用于接收使能信号；所述放电输入端用于接收过放电保护控制电路放电控制管脚的输出信号；所述电荷泵包括电荷泵开关电路和充放电容，所述使能输入端与电荷泵开关电路连接，放电输入端与电荷泵开关电路连接，电荷泵开关电路与充放电容连接，所述充放电容还与比较器一输入端连接，比较器另一输入端与参考电压连接，比较器输出端与输出电压端连接。2.根据权利要求1所述的自恢复保护电路，其特征在于，所述比较器输出端通过第四反相器、第五反相器与输出电压端连接。3.根据权利要求1所述的自恢复保护电路，其特征在于，所述电荷泵开关电路包括电流源、开关管；所述电流源用于给电容供电，所述开关管为多个三极管或场效应管，设置于电流源给电容的供电通路上，开关管的控制端与使能输入端或放电输入端连接。4.根据权利要求1所述的自恢复保护电路，其特征在于，所述电荷泵开关电路包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、P型场效应管MP2，MP3，MP4，MP5、N型场效应管MN2，MN3,MN4；所述第一输入端与MP4和MP5的栅极连接，MP4、MP2和MP5的源极与电压源VDD连接，MP5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈崴，陈然斌，李云峰，徐栋，
申请(专利权)人：福建省福芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35