一种断线检测电路制造技术

本实用新型专利技术公开一种断线检测电路，包括电源切换电路、B1～Bn断线检测子单元和最低节电池BAT1断线检测控制电路；电源切换电路的输入端与芯片管脚Vcn和芯片管脚Vcn‑1连接，电源切换电路的输出端与电源VDD连接，电源切换电路用于在芯片管脚Vcn与最高节电池BATn之间发生开路时电源VDD由次高节电池BATn‑1提供；B1～Bn断线检测子单元用于判断电池组是否与芯片管脚之间发生开路，最低节电池BAT1断线检测控制电路的输入端接B1断线检测子单元的输出端，用来控制B1断线检测子单元中开关管的导通与关断。解决了串联锂电池组中最高电池断线无法检测的问题，使锂电池组的充放电更加安全可靠。

A circuit for detecting broken wires

【技术实现步骤摘要】
一种断线检测电路
本技术涉及锂电池断线检测领域，尤其涉及一种断线检测电路。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、充电效率高、自放电率低、体积小、质量轻、环保等优势，目前已取代镉镍和锌锰等电池，广泛应用于智能手机、平板电脑等便携式产品，也为电动工具、电动自行车、电动汽车等提供动力来源。多节锂电池组是通过对单节锂电池的串/并联来提高电压和容量，为较大功率的设备供电。为了保证电池组的安全工作，电池组必须配备锂电池保护板，锂电池保护板的核心是锂电池保护芯片，其功能是用于监测每一节电池的电压、充放电电流以及是否发生断线，当发现锂电池出现异常状态时，切断充/放电回路，防止锂电池因为过度充/放电而造成损坏或引起其他安全事故。断线检测电路是多节锂电池保护芯片中的一个重要的组成部分。由于在锂电池保护板生产过程中会出现虚焊等问题，使得锂电池组中的其中一节或多节电池与锂电池保护芯片相对应的检测管脚之间发生了开路，那么这些电池的电压、电流等工作状态无法被锂电池保护芯片及时且准确的检测到，如果这些电池发生了过充电或者过放电，芯片就无法正确的对电池进行保护，容易导致电池发生损坏甚至引发火灾等安全事故。针对多节锂电池保护芯片中的断线检测电路，目前许多公司都提出了自己的专利技术方案：例如专利CN108008301A提出的多节电芯保护板断线检测电路，其工作原理是在窄脉冲信号期间检测电池是否发生了断线，当第j节电池发生断线且窄脉冲信号的下降沿到来时，该节电池所对应的芯片管脚电压Vcj能够被芯片内部的电流源上拉到一个高电压以上，这个电压等于第j+1节电池所对应的芯片管脚电压与PMOS开关管的阈值电压之和，则判断第j节电池发生了断线，并输出断线检测控制信号。又如专利CN103825252A提出的一种电池连接断线保护装置及保护系统，其工作原理是：先预设好各节电池的断线保护电压，当芯片内部的电压采集电路所采集到的电池电压大于该预设电压值时，则认为电池发生了断线。上述第一种断线检测方案的缺点如下：(1)此方案无法检测最高节电池是否发生断线，因为在该方案中，芯片的电源电压是由最高节电池提供的，一旦最高节电池发生断线，芯片就失去了供电，无法工作。(2)此方案也无法检测次高节电池是否发生断线，次高节电池对应的芯片管脚的电压最大只能被上拉到电源电压vdd，而按照此方案的电路拓扑结构，如果需要检测出次高节电池发生了断线，需要将次高节电池对应检测管脚的电压上拉到vdd+VTH,PMOS以上，这显然是无法实现的。(3)此方案采用周期性的窄脉冲信号来检测电池是否发生断线，其目的是为了降低断线检测电路的平均功耗，然而，该方案所专利技术的窄脉冲信号的周期为32s，脉冲却宽度只有500μs，如果需要将芯片的管脚电压在500μs内上拉到断线检测所需要的高电压，需要很大的上拉电流。假设每节电池所对应的芯片管脚处接上0.1μF的滤波电容，且电池组的某一节电池两端的电压差为4.25V，PMOS开关管的阈值电压为0.7V，若该节电池发生了断线，则该节电池所对应的芯片管脚电压需要在窄脉冲宽度500μs内被上拉到4.25V+0.7V以上，因此需要的上拉电流为由于锂电池保护芯片为低功耗芯片，其内部的基准电流一般为nA数量级，如果要产生1mA的电流，需要经过大尺寸电流镜电路镜像得到，这将占据很大的芯片面积。(4)此方案在电池已发生断线且窄脉冲信号的下降沿没有到来期间芯片无法及时有效的对电池进行保护，容易导致电池发生损坏。该方案仅在窄脉冲信号的下降沿到来时才进行断线检测，为了降低断线检测电路的功耗，要求所专利技术的窄脉冲的周期很大且脉冲宽度很小，若在窄脉冲信号的下降沿还没到来前，电池组中的电池就已经发生了断线，则在很长的时间内芯片无法准确的检测到电池的工作状态，使得芯片无法正确的对电池进行保护，无法保证电池的安全。上述所提到的第二种断线检测方案的缺点：(1)无法有效的区分电池发生过充电(过放电)状态与断线的状态。该方案是将芯片内的电压采集模块检测到的电池电压与预设的断线保护电压进行比较，若检测到的电池电压大于该预设值，则判断该节电池发生了断线。然而，当电池组中的电池发生过充电或者过放电，此时电压采集模块采集到的电压也可能会大于预设的断线保护电压，则芯片会将电池的过充电或者过放电状态误判为发生了断线。(2)电路结构比较复杂，需要使用大量的比较器将电池电压与参考电压相比较，并需要专利技术复杂参考电压产生电路，将占据较大的芯片的面积。(3)该断线检测电路的电池电压采样电路是通过对电池电压进行电阻分压实现的，由于在串联状态下多节锂电池组的总电压比较高，为了减小分压电阻上的电流消耗，分压电阻需要很大的阻值，这将显著增大芯片的面积。
技术实现思路
为此，需要提供一种断线检测电路，解决现有断线检测电路无法有效保证电池安全的问题。为实现上述目的，专利技术人提供了一种断线检测电路，包括电源切换电路、参考电压源VCC、B2～Bn断线检测子单元；电源切换电路的输入端与芯片管脚Vcn和芯片管脚Vcn-1连接，电源切换电路的输出端与电源VDD连接，电源切换电路用于在芯片管脚Vcn与最高节电池BATn之间发生开路时电源VDD由次高节电池BATn-1提供。B2～Bn断线检测子单元包含有高压电流镜管Mh2～Mhn、低压电流镜管Ma2～Man、低压电流镜管Mb2～Mbn、高压隔离管Mc2～Mcn和开关管Mf2～Mfn、Mg2～Mgn,高压电流镜管Mhi的源极与电源VDD连接，高压电流镜管Mhi的漏极与开关管Mgi的栅极和开关管Mfi的漏极连接，开关管Mfi的栅极与芯片管脚Vci-1连接，开关管Mfi的源极与芯片管脚Vci和高压隔离管Mci的漏极连接，高压隔离管Mci的栅极与参考电压源VCC连接，高压隔离管Mci的源极与低压电流镜Mai的漏极连接，开关管Mgi的源极与参考电压源VCC连接，开关管Mgi的漏极与低压电流镜管Mbi的漏极和或门A1的一输入端连接，低压电流镜管Mai的源极和低压电流镜管Mbi的源极接地，其中2≤i≤n,或门A1的输出信号为断线检测信号VBLD。进一步地，还包括B1断线检测子单元，B1断线检测子单元包含高压电流镜管Me1、高压电流镜管Me2、低压电流镜管Ma1、高压隔离管Mc1和开关管Md1、Md2、Md3,高压电流镜管Me1、高压电流镜管Me2的源极与电源VDD连接，高压电流镜管Me1的漏极与开关管Md2的源极连接，开关管Md2的栅极和开关管Md1的栅极与最低节电池BAT1断线检测控制电路的输出信号dn连接，开关管Md2的漏极与开关管Md1的漏极、开关管Md3的栅极和芯片管脚Vc1连接，开关管Md1的源极与高压隔离管Mc1的漏极连接，高压隔离管Mc1的栅极与参考电压源VCC连接，高压隔离管Mc1的源极与低压电流镜管Ma1的漏极连接，低压电流镜管Ma1的源极和开关管Md3的源极接地，开关管Md3的漏极与高压电流镜管Me2的漏极和最低节电池BAT1断线检测控制电路的输入端out1连接。进一步地，还包含最低节电池BAT1断线检测控制电路，所述最低节电池BAT1断线检测控制电路包含D触发器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种断线检测电路，其特征在于：包括电源切换电路、参考电压源VCC、B2～Bn断线检测子单元；电源切换电路的输入端与芯片管脚Vcn和芯片管脚Vcn-1连接，电源切换电路的输出端与电源VDD连接，电源切换电路用于在芯片管脚Vcn与最高节电池BATn之间发生开路时电源VDD由次高节电池BATn-1提供；B2～Bn断线检测子单元包含有高压电流镜管Mh2～Mhn、低压电流镜管Ma2～Man、低压电流镜管Mb2～Mbn、高压隔离管Mc2～Mcn和开关管Mf2～Mfn、Mg2～Mgn,高压电流镜管Mhi的源极与电源VDD连接，高压电流镜管Mhi的漏极与开关管Mgi的栅极和开关管Mfi的漏极连接，开关管Mfi的栅极与芯片管脚Vci-1连接，开关管Mfi的源极与芯片管脚Vci和高压隔离管Mci的漏极连接，高压隔离管Mci的栅极与参考电压源VCC连接，高压隔离管Mci的源极与低压电流镜Mai的漏极连接，开关管Mgi的源极与参考电压源VCC连接，开关管Mgi的漏极与低压电流镜管Mbi的漏极和或门A1的一输入端连接，低压电流镜管Mai的源极和低压电流镜管Mbi的源极接地，其中2≤i≤n,或门A1的输出信号为断线检测信号VBLD。/n...

【技术特征摘要】
1.一种断线检测电路，其特征在于：包括电源切换电路、参考电压源VCC、B2～Bn断线检测子单元；电源切换电路的输入端与芯片管脚Vcn和芯片管脚Vcn-1连接，电源切换电路的输出端与电源VDD连接，电源切换电路用于在芯片管脚Vcn与最高节电池BATn之间发生开路时电源VDD由次高节电池BATn-1提供；B2～Bn断线检测子单元包含有高压电流镜管Mh2～Mhn、低压电流镜管Ma2～Man、低压电流镜管Mb2～Mbn、高压隔离管Mc2～Mcn和开关管Mf2～Mfn、Mg2～Mgn,高压电流镜管Mhi的源极与电源VDD连接，高压电流镜管Mhi的漏极与开关管Mgi的栅极和开关管Mfi的漏极连接，开关管Mfi的栅极与芯片管脚Vci-1连接，开关管Mfi的源极与芯片管脚Vci和高压隔离管Mci的漏极连接，高压隔离管Mci的栅极与参考电压源VCC连接，高压隔离管Mci的源极与低压电流镜Mai的漏极连接，开关管Mgi的源极与参考电压源VCC连接，开关管Mgi的漏极与低压电流镜管Mbi的漏极和或门A1的一输入端连接，低压电流镜管Mai的源极和低压电流镜管Mbi的源极接地，其中2≤i≤n,或门A1的输出信号为断线检测信号VBLD。


2.根据权利要求1所述的一种断线检测电路，其特征在于：还包括B1断线检测子单元，B1断线检测子单元包含高压电流镜管Me1、高压电流镜管Me2、低压电流镜管Ma1、高压隔离管Mc1和开关管Md1、Md2、Md3,高压电流镜管Me1、高压电流镜管Me2的源极与电源VDD连接，高压电流镜管Me1的漏极与开关管Md2的源极连接，开关管Md2的栅极和开关管Md1的栅极与最低节电池BAT1断线检测控制电路的输出信号dn连接，开关管Md2的漏极与开关管Md1的漏极、开关管Md3的栅极和芯片管脚Vc1连接，开关管Md1的源极与高压隔离管Mc1的漏极连接，高压隔离管Mc1的栅极与参考电压源VCC连接，高压隔离管Mc1的源极与低压电流镜管Ma1的漏极连接，低压电流镜管Ma1的源极和开关管Md3的源极接地，开关管Md3的漏极与高压电流镜管Me2的漏极和最低节电池BAT1断线检测控制电路的输入端out1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣晶，陈崴，郑达真，何巧蓉，黄华清，徐栋，
申请(专利权)人：福建省福芯电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35