电池保护电路制造技术

本申请公开了一种电池保护电路。该电池保护电路包括：开关管，包括与电池的负供电端连接的第一端，以及与外部负载的接地端或外部电源的负输入端相连接的第二端；衬底切换模块，基于电池的负供电端电压和外部电源的负输入端电压之间的电压差控制开关管的衬底偏置状态，可在电池电压过小时能够及时切换开关管衬底的连接路径，使得开关管处于正确的偏置状态，进一步保护电池，从而提高电池保护电路的可靠性。可靠性。可靠性。

Battery protection circuit

【技术实现步骤摘要】
电池保护电路


[0001]本申请涉及电池供电技术，具体地，涉及一种电池保护电路。

技术介绍

[0002]锂电池之类的电池已经广泛地用于便携电子设备和电动车等产品中。电池在寿命期中反复经历充放电过程，在充电状态电流从外部电流供给到电池，在放电状态电流从电池供给至外部负载。电池保护电路在充放电过程中对电池提供双向保护，例如过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护，以防止充放电过程的异常情形对电池的使用寿命和性能造成损害。
[0003]图1示出根据现有技术的电池保护电路的示意图。电池保护电路100包括在电池101的正负供电端之间与负载102串联连接的开关管M1、M2，以及控制开关管M1、M2的导通状态的栅极控制模块110。进一步地，电池保护电路100还包括串联连接在电池101的正负端之间电阻R1和电容C1，用于根据电池101的电池电压Vdd产生栅极控制模块110正常工作所需的供电电压Vcc。
[0004]在电池101的正常充电状态下，开关管M1、M2均处于导通状态。如果在充电过程中检测到异常发生，则开关管M2关断以终止充电过程。在电池101的正常放电状态下，开关管M1、M2均处于导通状态。如果在放电过程中检测到异常发生，则开关管M1关断以终止充电过程。该电池保护电路100中使用两个开关管M1、M2，其中，开关管M1的衬底偏置于电池负端，开关管M2的衬底偏置于的外部电源负端。
[0005]上述现有的电池保护电路101在电流路径上使用两个开关管分别用于充放电的保护性断开，导致保护电路的芯片面积过大且成长增加。
[0006]进一步改进的电池保护电路在电流路径上采用单个开关管，以及根据开关管的源漏电压切换衬底的连接路径以实现充放电过程的不同偏置状态。这种方法一般在开关管衬底不同的连接路径上分别设置两个开关，通过控制两个开关的导通和关断来实现充放电过程的不同偏置状态。该改进的方法虽然可以减小芯片面积以及降低成本。然而，当电池电压小于一定阈值(例如开关的导通阈值)时，可能出现两个开关无法及时导通和关断的情形，使得开关管处于错误的偏置状态，导致电池保护芯片误动作而损伤电池。
[0007]在双向电流路径上使用单个开关管的电池保护电路中，期待进一步改进衬底偏置切换方式以提高电池保护电路的可靠性。

技术实现思路

[0008]鉴于上述问题，本专利技术的目的在提供一种电池保护电路，其中，衬底切换模块可在电池电压过低时基于电池的负供电端电压和外部电源的负输入端电压之间的电压差切换开关管的衬底偏置状态，从而提高电池保护电路的可靠性。
[0009]根据本专利技术实施例，提供了一种电池保护电路，包括：开关管，包括与电池的负供电端连接的第一端，以及与外部负载的接地端或外部电源的负输入端相连接的第二端；以
及衬底切换模块，基于所述电池的负供电端电压和所述外部电源的负输入端电压之间的电压差控制所述开关管的衬底偏置状态。
[0010]优选地，所述电池保护电路还包括：第一开关，连接在所述开关管的衬底和第一端之间；第二开关，连接在所述开关管的衬底和第二端之间；以及偏置控制模块，用于根据保护信号、所述负供电端电压以及负输入端电压产生所述第一开关的第一开关控制信号、以及所述第二开关的第二开关控制信号，从而改变所述开关管与所述第一端、所述第二端的连接路径以切换衬底偏置状态。
[0011]优选地，所述衬底切换模块包括：第三开关，连接在所述开关管的衬底和第一端之间；第四开关，连接在所述开关管的衬底和第二端之间；第一电阻，第一端与所述第三开关的控制端连接，第二端与所述开关管的第二端连接；以及第二电阻，第一端与所述第四开关的控制端连接，第二端与所述开关管的第一端连接。
[0012]优选地，所述保护信号包括禁止充电信号、关断控制信号以及衬底切换控制信号。
[0013]优选地，所述偏置控制模块包括：比较单元，用于将所述负供电端电压和所述负输入端电压进行比较，以产生第一比较信号和第二比较信号；逻辑控制单元，用于根据所述禁止充电信号、所述关断控制信号、所述衬底切换控制信号和所述第二比较信号产生第一衬底选择信号和第二衬底选择信号；以及输出单元，用于根据所述第一比较信号、所述第一衬底选择信号和所述第二衬底选择信号产生所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号。
[0014]优选地，所述比较单元包括：连接于供电电压和所述负输入端电压之间的第一晶体管；连接于所述供电电压和所述负输入端电压之间的第二晶体管和第三晶体管；连接于所述供电电压和所述负供电端电压之间的第四晶体管和第五晶体管；以及连接于所述供电电压和所述负供电端电压之间的第六晶体管和第七晶体管，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第四晶体管和所述第六晶体管构成电流镜，所述第三晶体管、所述第五晶体管和所述第七晶体管构成电流镜，所述第四晶体管的第二端用于提供所述第一比较信号，所述第六晶体管的第二端用于提供所述第二比较信号。
[0015]优选地，所述逻辑控制单元包括：第一或非门，其具有用于接收所述关断控制信号的第一输入端、用于接收所述衬底切换控制信号的第二输入端和输出端；第一反相器，其具有用于接收所述第二比较信号的输入端和输出端；与非门，其具有用于接收所述禁止充电信号的第一输入端、与所述第一反相器的输出端连接的第二输入端和输出端；第二反相器，其具有与所述与非门的输出端连接的输入端和输出端；第二或非门，其具有与所述第一或非门的输出端连接的第一输入端、与所述第二反相器的输出端连接的第二输入端和输出端；以及第三反相器，其具有与所述第二或非门的输出端连接的输入端和输出端，其中，所述第三反相器的输出端用于提供所述第一衬底选择信号，所述第二或非门的输出端用于提供所述第二衬底选择信号。
[0016]优选地，所述逻辑控制单元还包括：施密特触发器，其具有用于接收所述第二比较信号的输入端以及与所述第一反相器的输入端连接的输出端，所述施密特触发器用于对所述第二比较信号进行整形。
[0017]优选地，所述输出单元包括：依次串联连接于供电电压和开关管衬底电位之间的第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管；以及依次串联连接于所述供电电压
和开关管衬底电位之间的第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管和第十五晶体管，其中，所述第九晶体管和所述第十三晶体管的控制端与所述负供电端电压连接，所述第十晶体管和所述第十一晶体管的控制端彼此连接且都连接至所述第十四晶体管的第一端，所述第十四晶体管和所述第十五晶体管的控制端彼此连接且都连接至所述第十晶体管的第一端，所述第八晶体管的控制端用于接收所述第二衬底选择信号，所述第十二晶体管的控制端用于接收所述第一衬底选择信号，所述第十晶体管的第一端用于接收所述第一比较信号，所述第十四晶体管的第一端用于提供所述第一开关控制信号，所述第十晶体管的第一端用于提供所述第二开关控制信号。
[0018]优选地，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第四晶体管以及所述第六晶体管分别为PMOS晶体管，所述第三晶体管、所述第五晶体管以及所述第七晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池保护电路，其特征在于，包括：开关管，包括与电池的负供电端连接的第一端，以及与外部负载的接地端或外部电源的负输入端相连接的第二端；以及衬底切换模块，基于所述电池的负供电端电压和所述外部电源的负输入端电压之间的电压差控制所述开关管的衬底偏置状态。2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，还包括：第一开关，连接在所述开关管的衬底和第一端之间；第二开关，连接在所述开关管的衬底和第二端之间；以及偏置控制模块，用于根据保护信号、所述负供电端电压以及负输入端电压产生所述第一开关的第一开关控制信号、以及所述第二开关的第二开关控制信号，从而改变所述开关管与所述第一端、所述第二端的连接路径以切换衬底偏置状态。3.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述衬底切换模块包括：第三开关，连接在所述开关管的衬底和第一端之间；第四开关，连接在所述开关管的衬底和第二端之间；第一电阻，第一端与所述第三开关的控制端连接，第二端与所述开关管的第二端连接；以及第二电阻，第一端与所述第四开关的控制端连接，第二端与所述开关管的第一端连接。4.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述保护信号包括禁止充电信号、关断控制信号以及衬底切换控制信号。5.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述偏置控制模块包括：比较单元，用于将所述负供电端电压和所述负输入端电压进行比较，以产生第一比较信号和第二比较信号；逻辑控制单元，用于根据所述禁止充电信号、所述关断控制信号、所述衬底切换控制信号和所述第二比较信号产生第一衬底选择信号和第二衬底选择信号；以及输出单元，用于根据所述第一比较信号、所述第一衬底选择信号和所述第二衬底选择信号产生所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号。6.根据权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于，所述比较单元包括：连接于供电电压和所述负输入端电压之间的第一晶体管；连接于所述供电电压和所述负输入端电压之间的第二晶体管和第三晶体管；连接于所述供电电压和所述负供电端电压之间的第四晶体管和第五晶体管；以及连接于所述供电电压和所述负供电端电压之间的第六晶体管和第七晶体管，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第四晶体管和所述第六晶体管构成电流镜，所述第三晶体管、所述第五晶体管和所述第七晶体管构成电流镜，所述第四晶体管的第二端用于提供所述第一比较信号，所述第六晶体管的第二端用于提供所述第二比较信号。7.根据权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于，所述逻辑控制单元包括：第一或非门，其具有用于接收所述关断控制信号的第一输入端、用于接收所述衬底切换控制信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：骞海荣，王虎，李卓，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：