[发明专利]一种锂电池保护电路

说明书

本发明公开一种锂电池保护电路，锂电池保护电路包括基准电压产生电路、参考电压产生电路、基准电流产生电路、过充电检测比较器、过放电检测比较器、充电过流检测比较器、放电过流检测比较器、逻辑控制电路、振荡器与计数器电路、短路保护检测电路、CS开路保护电路、OD驱动电路、OC电平转换电路，本发明可以实现对锂电池的保护。

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种锂电池保护电路。

背景技术

锂离子电池(通常简称为锂电池)，是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂离子电池具有电压高、循环寿命长、充电快速、工作温度范围广的优点，因此可充电锂离子电池是手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池。然而，锂离子电池在使用中如果出现过度充电、过度放电、放电过流等现象，会对锂电池产生不可逆的损坏，甚至引发爆炸、火灾等严重安全事故。因此，锂离子电池在使用的过程中，必须与锂电池保护板搭配使用。一种典型的锂电池保护板电路如图1所示，由电阻、电容、功率MOS管以及锂电池保护芯片组成，其中，锂电池保护芯片是保护板的核心器件。

图1中，MN1和MN2是功率MOS管，开启和关断受到锂电池保护芯片控制，用于开通/切断锂电池的充放电回路，D1、D2是功率MOS管MN1、MN2的寄生体二极管。锂电池保护芯片的电源管脚VDD和地管脚VSS之间的电压，也就是锂电池的电压，电池电压经过分压后，与多个参考检测电压进行比较，当电池电压高于过充保护电压时，并且持续时间超过过充电保护延时后，芯片控制充电保护MOS管MN2关断，切断了充电器和电池之间的充电回路；同理当VDD和VSS之间电压的分压值小于过放电检测电压，芯片将控制MN1关断，切断锂电池与负载之间的放电回路。锂电池在对负载放电的过程中，放电电流在MN1和MN2的内阻上形成压降，CS管脚电压极性为正(相对于VSS管脚)，而充电过程中，充电电流在MN1和MN2形成负压降，CS管脚电压极性为负。R1、C1构成低通滤波电路，用于滤除芯片VDD管脚上的高频干扰。

在图1中，锂电池保护芯片内部的基准电压产生电路为整颗芯片产生基准电压，参考电压电路用于为芯片内部的比较器产生参考电压；振荡器和分频器电路用于产生检测延时。OD和OC分别是放电MOS和充电MOS管的栅极控制管脚，从图1中可以看出，OD和OC并非由逻辑电路直接驱动，由于功率MOS管有较大的栅极寄生电容，芯片内部的逻辑电路与OD/OC管脚之间，需要插入驱动电路，以提供足够的驱动能力，防止OD和OC的关断/开启时间过长。更需要注意的是，逻辑电路与OC之间，除了驱动电路，还需要增加电平转换电路，这是由于锂电池在充电过程中，CS是负电压，当锂电池出现了过度充电或充电过流的情况，为了将充电MOS管MN2管完全关断，也就是令MN2管的V_GS＝0V，必须使OC管脚的输出电压等于V_CS，显然，芯片的内部逻辑电路输出的低电平只能是VSS，因此在逻辑电路和OC之间，必须加上VSS到V_CS的电平转换电路。从图1还能看出，当芯片发生过充电保护或者充电过流保护后，MN2关断，VDD和CS管脚之间的电压等于充电器开路电压V_CH，因此V_OC＝V_CS＝VDD-V_CH，目前市场上主流的充电器，其开路电压从5V到30V不等，而锂电池保护芯片的过充保护电压普遍在3.6～4.5V左右，因此，OC管脚需要能够承受-25V左右的负向高压。因此，OC管脚的电平转换电路，需要兼顾驱动能力、电平转换和耐负高压的性能要求。

现有技术中，充电MOS管的驱动电路主要有以下两种结构：1.采用厚栅氧BCD工艺的电平转换电路加输出反相器的结构；2.采用大电阻做下拉器件的输出反相器结构。如上所述现有的第一类OC电平转换电路如图2所示：cout是该模块的控制信号，反相器INV1，高压PMOS管PM1、PM2，高压NMOS管NM1、NM2构成电平转换电路(level-shifter)，高压MOS管PM3和NM3构成输出反相器，R1是OC管脚的限流电阻，与NM4构成静电放电保护电路(ESDProtector)。