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

本申请公开了一种单晶电池圆保护电路、电池充放电电路以及便携式电子设备。单晶电池圆保护电路包括：外置电阻、基本保护电路、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电池负极、基本保护电路、栅极衬底控制电路；充放电控制MOS管的源极或漏极的另一端连接充电器负极或负载；充放电控制MOS管的栅极和衬底分别连接至栅极衬底控制电路；基本保护电路与栅极衬底控制电路连接，电池的正极通过外置电阻分别连接基本保护电路和充电器的正极或负载，外置电阻用于保证过流值不随电源电压变化。本申请可实现在全电压工作范围内获得同样的过流值，适合需要高精度应用的工作环境。

【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
本申请涉及电池充放电
，尤指高精度过流值的单晶圆电池保护电路、电池充放电电路以及便携式电子设备。
技术介绍
目前市场上的单节锂电池保护电路判断充电过流和放电过流的原理为：检测VM与VGND之间的电压差值(充放电控制MOS管两端的压差)、与设定的参考电压进行比较，VM与VGND之间电压差值超过设定值时认为充电过流或放电过流，关断充电通路或放电通路。由于VM与VGND之间的电压差值为:VM与VGND之间的电阻乘以流过VM与VGND的电流值，而VM与VGND之间的电阻为保护MOS管的导通电阻，该电阻随VDD变化，因此VM与VGND之间的电压也随VDD变化，但是设定的参考电压是不随VDD变化的，从而导致检测到的电流值也是随VDD变化的。在一些高精度应用中，过流值需要在全电压工作范围内保持不变，不随VDD电压变化而变化。为了解决这一问题，本设计提供了一种高精度过流值的单晶圆电池保护电路结构。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种单晶圆电池保护电路、电池充放电电路以及便携式电子设备，在一些高精度应用中，可使过流值在全电压工作范围内不随电压变化而变化。现有主流的锂电保护芯片，都是电池电压直接作为充放电控制MOS管的gate电压，这样电池电压低时，充放电控制MOS管的gate电压就低，充放电控制MOS管的导通电阻就高，对应的过流值就低。例如在移动电源、电子烟等大功率应用时，为保证不同电池电压下有同样的输出功率，则需要电池电压低时有较大的输出电流，而现有锂电保护的过流值是随电池电压的减少而减少。满足了低电池电压下同样的输出功率，则电池电压高时则有更高的过流值，会超过移动电源或其他标准中的最大过流值。导致产品不能满足要求。采用外置电阻设置过流值，则过流值不会随电池电压的变化而变化，能满足低电池电压有相同的输出功率、也能满足最大过流值小于移动电源或其他标准中的最大过流值。还有一些应用，为了延长电池的寿命，需要过流值尽可能少；现有方案，电池电压高时过流值会大于低电池电压的过流值，因此在高电压时，过流值会更大，则过流的保护效果高电池电压弱于低电池电压。采用外置电阻设置过流值，则电池电压高、电池电压低时过流值都一样，因此在全电池电压范围内保护效果一样。还有、外置电阻调整过流值，系统具有更大的灵活性和兼容性。原来的锂电池保护芯片每个型号对应一种过流值，如果客户需要不同过流值时，只能换不同型号的锂电保护芯片，这样无论是采购、备货、生产都会带来额外的成本。采用外置电阻调整过流值的方案，则只需要一颗锂电保护就能兼容多种不同过流值的应用。极大的降低了成本。本申请提供的技术方案如下：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、栅极衬底控制电路、充放电控制MOS管和外置电阻；所述充放电控制MOS管的源极或漏极的一端连接电池负极、所述基本保护电路、所述栅极衬底控制电路；所述充放电控制MOS管的源极或漏极的另一端连接充电器负极或负载；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；所述基本保护电路与所述栅极衬底控制电路连接，所述电池的正极通过外置电阻分别连接所述基本保护电路和所述充电器的正极或负载。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、电池和RC滤波电路，其中：所述RC滤波电路中第一电阻的一端连接所述基本保护电路的供电电压，所述第一电阻的另一端连接所述电池的正极和所述外置电阻的一端；所述RC滤波电路中第一电容的一端连接所述基本保护电路的供电电压，所述第一电容的另一端连接所述电池的负极；所述充电器的正极通过所述外置电阻连接所述电池的正极，为所述电池提供充电电压，所述充电器的负极通过所述充放电控制MOS管连接所述电池的负极。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、电池和负载，其中：所述RC滤波电路中第一电阻的一端连接所述基本保护电路的供电电压，所述第一电阻的另一端连接所述电池的正极和所述外置电阻的一端；所述RC滤波电路中第一电容的一端连接所述基本保护电路的供电电压，所述第一电容的另一端连接所述电池的负极；所述电池的正极通过所述外置电阻连接所述负载的正极，为所述负载提供电源，所述负载的负极通过所述充放电控制MOS管连接所述电池的负极。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，便携式电子设备可以为具有锂电池的设备，例如手机、玩具、移动电源、电子烟、蓝牙耳机(TWS)等。通过本申请提供的单晶圆电池保护电路、电池充电电路及电池放电电路，至少能够带来以下有益效果：本申请通过设置外置电阻，在全电压工作范围内栅极衬底控制电路的过流值不随电压变化而变化。提高电池保护电路芯片在生产测试过程中以及充放电使用时的耐压，防止电池保护电路中的器件损坏。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一单晶圆电池保护电路、电池充电电路及电池放电电路的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。图1是传统分立器件电池保护电路的充电及放电电路结构示意图；图2是本申请的单晶圆电池保护电路、电池充电电路及电池放电电路一实施例的结构示意图；图3是图2中基本保护电路的结构示意图；图4是图3中放电过流比较器、放电短路比较器和充电过流比较器的电路图；图5是图2中栅极衬底控制电路的电路图。具体实施方式为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本申请的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本申请相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。图1为传统的分立器件电池保护方案的充放电电路。控制电路A通过控制两个功率MOS管(Mc和Md)的栅极电压来实现对电池的充放电控制。控制电路A是用CMOS工艺做成，而功率MOS管(Mc和Md)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A和两个功率MOS管(Mc和Md)通常来自于两个不同的供应商，是两个独立的芯片，外围电路需要两个电阻R0和Rvm以及一个电容C0。如图2-5所示，本申请提供一种单晶圆电池保护电路1，该单晶圆电池保护电路1应用于电池充放电电路2。其中，该电池充放电电路2包括电池、RC滤波电路3、单晶圆电池保护电路1、充电器以及负载，所述电池分别与RC滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶圆电池保护电路，特征在于，包括：基本保护电路、栅极衬底控制电路、充放电控制MOS管和外置电阻；/n所述充放电控制MOS管的源极或漏极的一端连接电池负极、所述基本保护电路、所述栅极衬底控制电路；所述充放电控制MOS管的源极或漏极的另一端连接充电器负极或负载；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；所述基本保护电路与所述栅极衬底控制电路连接，所述电池的正极通过外置电阻分别连接所述基本保护电路和所述充电器的正极或负载。/n

【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、栅极衬底控制电路、充放电控制MOS管和外置电阻；
所述充放电控制MOS管的源极或漏极的一端连接电池负极、所述基本保护电路、所述栅极衬底控制电路；所述充放电控制MOS管的源极或漏极的另一端连接充电器负极或负载；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；所述基本保护电路与所述栅极衬底控制电路连接，所述电池的正极通过外置电阻分别连接所述基本保护电路和所述充电器的正极或负载。


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、延时电路、过放电压比较器、过充电压比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻；
所述基准电路的输出端分别与所述放电过流比较器、所述放电短路比较器、所述充电过流比较器连接；
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连接所述充电器的正极，并通过所述外置电阻连接所述电池的正极；
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、和所述充电过流比较器的第一输入端连接所述电池的正极和所述外置电阻；
所述放电过流比较器的输出端、所述放电短路比较器的输出端、所述充电过流比较器的输出端分别与所述延时电路连接；
所述充电过流比较器的输出端分别连接所述延时电路和所述栅极衬底控制电路；
所述基准电路的输出端分别与所述过放电压比较器的第二输入端、所述过充电压比较器的第一输入端连接；
所述过放电压比较器的输出端、所述过充电压比较器的输出端分别与所述延时电路连接；
所述充放电检测电路的第二输入端通过所述第六电阻与所述充放电控制MOS管的源极或漏极连接；
所述第三电阻的一端连接所述供电电压，所述第三电阻的另一端连接所述过放电压比较器的第一输入端和所述第四电阻的一端；
所述第四电阻的另一端连接所述过充电压比较器的第二输入端和所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述充放电检测电路的第一输入端和接地。


3.根据权利要求2所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，所述基本保护电路还包括第一逻辑控制单元、第二逻辑控制单元、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；
所述延时电路的输出端通过所述第一逻辑控制单元连接所述第三逻辑控制单元的第一输入端；所述充放电检测电路的输出端连接所述第三逻辑控制单元的第二输入端；所述第三逻辑控制单元的输出端连接所述栅极衬底控制电路；
所述延时电路的输出端通过所述第二逻辑控制单元连接所述第四逻辑控制单元的第一输入端；所述充放电检测电路的输出端连接所述第五逻辑控制单元的输入端；所述第五逻辑控制单元的输出端连接所述第四逻辑控制单元的第二输入端；所述第四逻辑控制单元的输出端连接所述栅极衬底控制电路。


4.根据权利要求2所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，所述基本保护电路的放电过流比较器包括第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第七电阻和第八电阻；所述放电短路比较器、所述充电过流比较器的结构与所述放电过流比较器结构相同；
所述第二MOS管的源极连接所述第二MOS管的衬底和所述放电过流比较器正向输入端；所述第二MOS管的漏极连接所述第二MOS管的栅极、所述第三MOS管的栅极和所述第四MOS管的漏极；所述第四MOS管的源极连接所述第四MOS管的衬底、所述第五MOS管的源极、所述第五MOS管的衬底、所述第七MOS管的源极、所述第七MOS管的衬底和接地；所述第四MOS管的栅极连接所述第五MOS管的栅极和基准电路输出端；所述第七电阻的一端连接所述放电过流比较器负向输入端；所述第七电阻的另一端连接所述第三MOS管的源极、所述第三MOS管的衬底；所述第三MOS管的漏极连接所述第五MOS管的漏极、所述第六MOS管的栅极、所述第七MOS管的栅极；所述第六MOS管的源极连接所述第六MOS管的衬底和所述供电电压；所述第六MOS管的漏极连接所述第七MOS管的漏极和所述延时电路。


5.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。


6.根据权利要求5所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，所述栅极衬底控制部分包括第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管、第十八MOS管、第十九MOS管...

【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：江苏;32