单晶圆电池保护电路、电池充放电电路及便携式电子设备制造技术

本申请提供了一种单晶圆电池保护电路、电池充放电电路及便携式电子设备。单晶圆电池保护电路包括：基本保护电路、钳压电路、栅极衬底控制电路和充放电控制MOS管；充放电控制MOS管的源极或漏极的一端连接至电池，另一端连接至充电器或负载，栅极和衬底连接至栅极衬底控制电路；基本保护电路耦接栅极衬底控制电路；钳压电路包括分压电阻和N个单向串联的齐纳管，用于钳制栅极衬底控制电路的供电电压，防止栅极衬底控制电路、充放电控制MOS管损坏。本申请可使电池保护电路免受尖峰电压和直流高电压的破坏，延长充放电电路的使用寿命。延长充放电电路的使用寿命。延长充放电电路的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
单晶圆电池保护电路、电池充放电电路及便携式电子设备


[0001]本申请涉及电池充放电
，尤指一种单晶圆电池保护电路、电池充放电电路及便携式电子设备。

技术介绍

[0002]随着近年来移动终端功能的不断增加，移动终端的性能也在飞速提升，这对终端电池也提出了更大的要求。有的应用电池需要做得很小，有的应用电池需要做得成本很低，而传统的电池保护方案通常占版面积很大，成本很高，已经越来越不适应新的市场需求。
[0003]传统的电池保护方案是由分立器件达成的。需要一个控制电路芯片以及一个包含有两个N型功率MOS管的芯片。控制电路芯片通过控制这两个功率MOS管的栅极电压来实现对电池的充放电控制。控制电路芯片是用CMOS工艺做成，而功率MOS管芯片通常用一种垂直结构的DMOS或UMOS管做成。由于CMOS和DMOS/UMOS是两种完全不同的工艺，因此控制电路芯片和两个功率MOS管芯片通常来自于两个不同的供应商，是两个独立的芯片。另外这种分离器件方案的充放电外围电路需要两个电阻以及一个电容。
[0004]为了缩小上述分离器件电池保护的方案面积以及降低方案成本，在中国专利CN103474967A中，我司提出了单晶圆电池保护电路及充放电电路。这种单晶圆电池保护电路将传统方案的控制电路芯片，两个功率MOS管芯片以及外围的一个电阻都集成到一个半导体衬底上，外围充放电电路只需一个电阻及一个电容。我司提出的单晶圆电池保护方案不但将控制电路芯片与两个功率MOS管芯片集成到一个半导体衬底上，进一步地，我司将传统方案的两个功率MOS管结构合并成一个功率MOS管以进一步缩小方案面积降低方案成本。
[0005]目前，为了将电路面积做到最小以及成本做到最低，通常选用5V CMOS工艺来实现。而5V CMOS工艺MOS管击穿电压在8V至12V之间。由于电池保护电路在充放电以及生产测试过程中可能会产生高达16V的尖峰电压以及直流高电压，用5V CMOS工艺做成的单晶圆电池保护电路会被尖峰电压或者直流高电压击穿从而造成单晶圆电池保护电路的损坏。
[0006]一种直观的解决办法是选用击穿电压更高的半导体工艺来增加单晶圆电池保护电路的耐压值，使其能够承受16V尖峰电压以及直流高电压，但是这样做会增加工艺层数以及大大增加半导体器件在芯片上所占用的面积，使保护电路的成本大大上涨。
[0007]有鉴于此，本申请提供了一种单晶圆电池保护电路、电池充放电电路及便携式电子设备，以解决上述单晶圆电池保护电路被直流高电压和尖峰电压损坏的问题。

技术实现思路

[0008]本申请的目的是提供一种单晶圆电池保护电路、电池充放电电路及便携式电子设备，在电池生产测试过程以及充放电使用时，可使单晶圆电池保护电路免受直流高电压和尖峰电压的损坏，延长充放电电路和电池的使用寿命。
[0009]本申请提供的技术方案如下：
[0010]本申请提供了一种单晶圆电池保护电路，包括：基本保护电路、钳压电路、栅极衬
底控制电路和充放电控制MOS管；
[0011]所述充放电控制MOS管的源极和漏极的一端连接至电池负极，所述充放电控制MOS管的源极和漏极的另一端连接至充电器负极或负载；所述充放电控制MOS管的栅极和衬底分别连接至所述栅极衬底控制电路；
[0012]所述基本保护电路耦接所述栅极衬底控制电路和所述充放电控制MOS管；
[0013]所述钳压电路用于钳制所述栅极衬底控制电路的供电电压，所述钳压电路包括分压电阻和N个单向串联的齐纳管，N≥1；
[0014]所述分压电阻的一端接收供电电压，所述分压电阻的另一端连接所述N个单向串联的齐纳管的负极和所述栅极衬底控制电路的输入端，所述N个单向串联的齐纳管的正极耦接至所述栅极衬底控制电路的输入端。
[0015]本方案中的电池保护电路涉及非常多的半导体器件，在电池生产测试过程以及充放电使用时可能被尖峰电压或直流高电压损坏。例如5V CMOS工艺MOS管的击穿电压在8V至12V之间，若生产测试过程及充放电使用时产生的尖峰电压超过这个击穿电压，就会将MOS管损坏。一般直观的解决办法是将MOS管的耐压值提高，如此会增加工艺层数以及增大MOS管在芯片上的面积，提高芯片的成本。本方案为了在保证成本以及芯片面积的前提下保护器件不受尖峰电压或直流高电压损坏，加入了钳压电路，将电压钳制在一定的范围内，即便在生产测试过程中及充放电使用时有尖峰电压或直流高电压，也会被钳压电路将电压钳制在安全电压范围，保证保护电路不被损坏。
[0016]在电池保护电路的生产测试过程中，首先将电池保护芯片以及电阻电容做成电池保护板，然后将电池保护板与电芯连接到一起成为带保护功能的电池。在所述电池的生产测试过程中会经常用到诸如保护板测试仪，综合测试仪，分容柜等测试设备。保护板测试仪用于检测保护板是否合格，综合测试仪用于检测带保护功能的电池是否合格，分容柜用于检测带保护功能的电池的容量大小。这些测试设备在测试过程中经常会产生高达16V的尖峰电压或直流高电压，因此，传统电池保护方案需要将充电控制MOS管Mc和放电控制MOS管Md的击穿电压做到16V以上，以防止带保护功能的电池在生产测试过程中被16V的尖峰电压或直流高电压击穿。
[0017]理论上，单晶圆电池保护电路需要将充放电控制MOS管的源极和漏极的击穿电压同时做到16V以上，才能保证带保护功能的电池在生产测试过程中不被测试设备产生的高达16V的尖峰电压或直流高电压击穿。但是将充放电控制MOS管的击穿电压做到16V以上，成本会很高。
[0018]采用本申请的钳压电路，充放电控制MOS管的耐压只需12V，也就是传统5V CMOS工艺的击穿电压，即可防止带保护功能的电池在生产测试过程中及充放电使用时不被高达16V的尖峰电压或直流高电压击穿。
[0019]本申请还提供了一种电池充电电路，包括上述的单晶圆电池保护电路、充电器、电池以及RC滤波电路，其中：
[0020]所述第一电阻的一端与所述基本保护电路的供电电压端连接，所述第一电阻的另一端与所述电池的正极连接；
[0021]所述第一电容的一端与所述基本保护电路的供电电压端连接，所述第一电容的另一端与所述电池的负极连接；
[0022]所述充电器的正极与所述电池的正极连接，为所述电池提供充电电压。
[0023]本申请还提供了一种电池放电电路，包括上述的单晶圆电池保护电路、RC滤波电路、电池以及负载，其中：
[0024]所述第一电阻的一端与所述基本保护电路的供电电压端连接，所述第一电阻的另一端与所述电池的正极连接；
[0025]所述第一电容的一端与所述基本保护电路的供电电压端连接，所述第一电容的另一端与所述电池的负极连接；
[0026]所述电池的正极与所述负载的正极连接，为所述负载提供电源，所述负载的负极通过充放电控制MOS管与所述电池的负极连接。
[0027]本申请还提供了一种便携式电子设备，包括单晶圆以及上述的单晶圆电池保护电路。其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单晶圆电池保护电路，特征在于，包括：基本保护电路、钳压电路、栅极衬底控制电路和充放电控制MOS管；所述充放电控制MOS管的源极和漏极的一端连接至电池负极，所述充放电控制MOS管的源极和漏极的另一端连接至充电器负极或负载；所述充放电控制MOS管的栅极和衬底分别连接至所述栅极衬底控制电路；所述基本保护电路耦接所述栅极衬底控制电路和所述充放电控制MOS管；所述钳压电路用于钳制所述栅极衬底控制电路的供电电压，所述钳压电路包括分压电阻和N个单向串联的齐纳管，N≥1；所述分压电阻的一端接收供电电压，所述分压电阻的另一端连接所述N个单向串联的齐纳管的负极和所述栅极衬底控制电路的输入端，所述N个单向串联的齐纳管的正极耦接至所述栅极衬底控制电路的输入端。2.根据权利要求1所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于,所述栅极衬底控制电路包括栅极控制部分和衬底控制部分；所述栅极控制部分与所述充放电控制MOS管的栅极连接，所述衬底控制部分与所述充放电控制MOS管的衬底连接。3.根据权利要求1所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于,所述电池与RC滤波电路并联连接，所述RC滤波电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端连接所述电池的正极，所述第一电阻的另一端通过所述第一电容连接所述电池的负极。4.根据权利要求1所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于,所述单晶圆电池保护电路还包括：过温保护电路，分别与所述基本保护电路和所述栅极衬底控制电路耦接，用于检测所述单晶圆电池保护电路所集成芯片的温度，并同所述基本保护电路共同控制导通所述栅极衬底控制电路。5.根据权利要求4所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于,所述过温保护电路包括过温比较器、第三逻辑控制单元、第四逻辑控制单元和第五逻辑控制单元，所述过温比较器的输入端与所述基本保护电路连接，所述过温比较器的输出端分别与所述第四逻辑控制单元的第一输入端和所述第五逻辑控制单元的第二输入端连接，所述第四逻辑控制单元的第二输入端与所述第三逻辑控制单元的输出端连接，所述第五逻辑控制单元的第一输入端和所述第三逻辑控制单元的输入端与所述基本保护电路连接，所述第四逻辑控制单元的输出端和所述第五逻辑控制单元的输出端耦接所述栅极衬底控制电路。6.根据权利要求1所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于,所述基本保护电路包括基准电路、放电过流比较器、放电短路比较器、充电过流比较器、过放电压比较器、过充电压比较器、延时电路、充放电检测电路、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述基准电路的输出端分别与所述放电过流比较器的第一输入端、所述放电短路比较器的第一输入端、所述充电过流比较器的第二输入端、所述过放电压比较器的第二输入端和所述过充电压比较器的第一输入端连接；所述放电过流比较器的第二输入端、所述放电短路比较器的第二输入端、所述充电过流比较器的第一输入端和所述充放电检测电路的第二输入端分别通过所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭健，蒋锦茂，
申请(专利权)人：苏州赛芯电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：