一种锂电池保护电路制造技术

本发明专利技术涉及一种锂电池保护电路，目的在于提供一种采用低压工艺制造、能够适用于各种充电电压值的锂电池保护电路，其技术方案是：一种锂电池保护电路，由过充电控制管、过放电控制管和保护ＩＣ组成，过充电控制管和过放电控制管由保护ＩＣ监视电池电压并进行控制，保护ＩＣ为ＣＭＯＳ集成电路块，其中包括过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路，保护ＩＣ中，在输出负极Ｖ－和与输出负极Ｖ－连接的ＭＯＳ晶体管的栅极之间设有钳位电路，在输出负极Ｖ－的电压在较大范围内变化时，钳位电路承受大部分的负压，使得ＭＯＳ晶体管的栅极承受电压限制在－２．５Ｖ以内，并且不影响所述过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体集成电路，更具体地说涉及一种锂离子电池的保护电路。
技术介绍
一般而言，锂离子电池有三部分构成:l.锂离子电芯2.保护电路(PCM)3.外壳。锂 离子电芯的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运 动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。所以， 在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。因 而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。锂电池具有体积小、容量大、重量轻、 无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，锂电池的充放电有一 定的要求，根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则 会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。因锂电池的内部结构所致，放电时锂 离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离 子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应縮短。为了保证石墨层中放电后留 有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。为 了达到锂离子电芯的充放电要求，锂电池都配有保护电路，用于控制外部的充放电 电流。如图l所示，现有的锂电池保护电路一般由两个场效应管和保护集成块组成， 过充电控制管Ml和过放电控制管M2串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行 控制，保护集成块中包括过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路。保 护IC检测电池电压，当电池电压上升至电池过充点(假定为《2V)时，启动过度 充电保护，过充电保护管M1截止，停止充电。当电池处于放电状态下，保护IC检 测电池电压，电池电压降至其过放电电压检测点(假定为2.55V)时，启动过放电 保护，过放电控制管M2截止，停止向负载供电，当锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。过电流保护是在当负 载上有较大电流流过时，控制M2使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电 池和场效应管。过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电 压降，当电压降超过设定值时就停止放电。当用不同电压规格的充电器给锂电池充电时，保护IC在VDD—V-端的会加载 到不同的电压范围。如果用高压充电器给电池充电，电池充饱后保护IC的V-脚会 有较高的负电压，如果保护IC内部的MOSFET晶体管按照低电压(5V及其5V以下) 工艺设计，其栅极的耐压值不够。通常的设计是对保护IC内部与V-脚相连接的M0S 采用高压管，这样就不能使用普通的5V及其5V以下的CMOS工艺来生产保护IC， 而必须采用更高耐压的工艺，增大了成本。即保护IC在VDD—V-端的耐压值限制 了锂电池在不同规格的充电器的使用范围，如果按照低电压工艺设计的保护IC在 VDD—V-端的耐压能够大于12V或以上高压，其应用范围将扩大，使得锂电池的成 本降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种锂电池保护电路，该电路采用 低电压(5V及其5V以下)工艺制造的CMOS集成电路块，其VDD—V-端具有18V 以上耐压，该电路既能在5V耐压中使用又能在高压中使用，使锂电池的制造成本 降低。实现上述专利技术目的的技术方案是 一种锂电池保护电路，由过充电控制管、过 放电控制管和保护IC (即保护集成块)组成，所述过充电控制管和过放电控制管 由保护IC监视电池电压并进行控制，所述保护IC为CMOS集成电路块，其中包括 过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路，所述保护IC中，在输出负 极和与输出负极连接的MOS晶体管的栅极之间设有钳位电路，在输出负极的电压 在较大范围内变化时，钳位电路承受大部分的负压，使得MOS晶体管的栅极承受 电压限制在-3V以内，并且不影响所述过充电保护电路，过放电保护电路和过电流 保护电路的功能。上述钳位电路的功能可以采用多种结构形式实现。作为钳位电路的一种具体实现，该电路由控制电路和分压电路组成，控制电路 和分压电路串联；控制电路根据输出负极的电压控制钳位电路的开启，分压电路用于承受负压。本专利技术通过在保护IC的输出负极和内部MOS晶体管的栅极之间加设钳位电 路，MOS晶体管的栅极与钳位电路的电压控制点连接，钳位电路将电压控制点的 电压控制在-2.5V以内，使得MOS晶体管的栅极不需要承受高压，解决了保护IC 输出负极V-的MOSFET晶体管栅极耐压值不够的问题，这样使用普通的5V及其 5V以下的CMOS工艺生产出来的保护IC,就能够用于在锂电池使用不同电压规格 的充电器充电时的保护。附图说明图1是本专利技术
技术介绍
电路2是本专利技术的电路框3是本专利技术实施例1的电路结构4是本专利技术实施例2的钳位电路5是本专利技术实施例1的计算机仿真图具体实施方式下面结合附图做进一步说明。 实施例1一种锂电池保护电路1，由过充电控制管Ml和过放电控制管M2和保护IC1 组成，过充电控制管Ml和过放电控制管M2串联于电路，过充电控制管Ml和过 放电控制管M2由保护IC1监视电池电压并进行控制。保护IC1为CMOS集成电路 块，包括过充电控制电路2、过放电控制电路3、过电流保护电路4和逻辑控制电 路5。在输出负极V-和与输出负极V-连接的MOS晶体管的栅极之间设有钳位电路6， 在输出负极V-的电压在较大范围内变化时，钳位电路承受了大部分的负压，使得过 电流保护电路4中的MOS晶体管的栅极承受电压限制在-3V以内，并且不影响所 述保护IC中过充电保护电路，过放电保护电路、过电流保护电路和逻辑控制电路 的功能。如图3所示，在过电流保护电路4中M0S晶体管P3、 ^的栅极和输出负极￥-之间设有钳位电路6，过电流保护电路4中M0S晶体管P3、 N2的栅极与钳位电路6 的电压控制点B连接。钳位电路6由控制电路61和分压电路62组成，控制电路61和分压电路62串 联，其中，控制电路61由恒流源Il ，第一NM0S管N1、第二NM0S管N3， PNP晶 体管Ql，第一 PMOS管Pl、第二 PMOS管P2组成，分压电路62为电阻Rl。第一 NMOS 管Nl、第一 PMOS管Pl、第二 PMOS管P2的栅漏短接，PNP晶体管Ql的集电极基极 短接，恒流源II的一端与电源连接，另一端A与N3的栅极和第一丽OS管的栅漏 极连接，第一 NM0S管的源极与PNP晶体管Ql的发射极连接，PNP晶体管Ql的基极 集电极接地，第二 NM0S管N3的漏极接电源，第二 NM0S管N3的源极与第一 PM0S 管Pl的源极相连，第一 PM0S管Pl的漏极与P2的源极相连，P2的漏极接电阻Rl 的一端B，电阻R1的另外一端接输出负极V-端。钳位电路6的原理是第一画OS管是一个二极管接法的NMOS， PNP晶体管Q1 是一个二极管接法的PNP晶体管，从电源到A点连接一个恒流源II，因为电流恒定， A点的电压固定是一个基准电压，约等于1.4V。VA=Vbe—Ql+Vgs—Nl， VA是A点电压值，Vbe—Ql是Ql的BE结电压，Vgs—Nl 是第一 NMOS管的Vgs电压。当V-端没有出现负电压时， 一般是大于0V的。假设V-X)V，从电源VDD、 N3、 Pl、 P2、 Rl到V-端，此时是没有电流流过，不形成通路，对原电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池保护电路，由过充电控制管、过放电控制管和保护ＩＣ组成，所述过充电控制管和过放电控制管由保护ＩＣ监视电池电压并进行控制，所述保护ＩＣ为ＣＭＯＳ集成电路块，其中包括过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路，其特征是，所述保护ＩＣ中，在输出负极（Ｖ－）和与输出负极（Ｖ－）连接的ＭＯＳ晶体管的栅极之间设有钳位电路，在输出负极（Ｖ－）的电压在较大范围内变化时，钳位电路承受大部分的负压，使得ＭＯＳ晶体管的栅极承受的电压限制在－３Ｖ以内，并且不影响所述过充电保护电路、过放电保护电路和过电流保护电路的功能。

【技术特征摘要】
1、一种锂电池保护电路，由过充电控制管、过放电控制管和保护IC组成，所述过充电控制管和过放电控制管由保护IC监视电池电压并进行控制，所述保护IC为CMOS集成电路块，其中包括过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路，其特征是，所述保护IC中，在输出负极(V-)和与输出负极(V-)连接的MOS晶体管的栅极之间设有钳位电路，在输出负极(V-)的电压在较大范围内变化时，钳位电路承受大部分的负压，使得MOS晶体管的栅极承受的电压限制在-3V以内，并且不影响所述过充电保护电路、过放电保护电路和过电流保护电路的功能。2、 根据权利要求1所述的锂电池保护电路，其特征是，所述钳位电路设在输 出负极(V-)和过电流保护电路的MOS晶体管的栅极之间。3、 根据权利要求1所述的锂电池保护电路，其特征是，所述钳位电路由控制 电路和分压电路串联组成；控制电路根据输出负极(V-)的电压控制钳位电路的开 启，分压电路用于承受负压。4、 根据权利要求3所述的锂电池保护电路，其特征是，所述控制电路(61) 由恒流源(II)，第一丽0S管(Nl)、第二蘭0S管(N3)， PNP晶体管(Ql)，第 一PM0S管(Pl)、第二PM0S管(P2)组成，分压电路(62)为电阻(Rl);第一丽0S 管(Nl)、第一PM0S管(Pl...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁川，
申请(专利权)人：无锡华润上华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]