[发明专利]一种减少高压厚栅氧MOS管的电池0V禁止充电电路

说明书

本发明公开了一种减少高压厚栅氧MOS管的电池0V禁止充电电路，在现有技术包括电压采样电路、电平移位电路和输出控制电路的0V禁止充电电路基础上，增设包括二极管和电阻构成的电压钳位电路并对输出控制电路加以改进，通过电压钳位电路和改进的输出控制电路共同作用，本发明0V禁止充电电路仅仅使用普通的高压厚栅氧高阈值MOS管工艺就可以正常工作，巧妙化解了现有技术对工艺参数要求较为苛刻的难题。

技术领域

本发明涉及锂电池的充电保护，尤其涉及一种减少高压厚栅氧MOS管的电池0V禁止充电电路。

背景技术

随着锂电池在社会生活中的应用日趋广泛，为了防止锂电池异常充放电而设计的锂电保护芯片也显得非常重要。当锂电池过放电导致电池电压过低接近0V时，有些锂电池为了避免电池过放电后直接报废会设计为0V允许充电，但为0V锂电池充电可能会有一定风险，对安全性要求更高的锂电池系统会采用更为严苛的0V禁止充电设计。

图2为现有技术锂电池充电系统电路，0V禁止充电电路为图2中电池保护电路芯片内的一个部分，CO为充电控制端，NM2为CO端控制的充电控制MOS管，DO为放电控制端，NM1为DO端控制的放电控制MOS管，VM为CO控制端的低电位（即CO的电压范围最低可以达到VM）同时也是采样控制端和负电压的高压端，由VM端采样信号判断系统充电放电电流是否正常，EB+为充电器正端，EB-为充电器负端。

图1是现有技术0V禁止充电保护电路，由电压采样电路（Part1），电平移位电路（Part2）以及输出控制电路（Part3）组成。其中NMOS管N1、N2、N3、N4和PMOS管P4、P5为低阈值高压厚栅氧MOS管，PMOS管P1、P2、P3为低阈值高压薄栅氧MOS管。电平移位电路（Part2）的作用是将电池保护电路内部位于电平移位电路（Part2）前级的低压数字电路输出的低压电平转换为高压信号L2驱动输出控制电路（Part3）中的反相器P5和N4。图2中的现有技术电池保护电路除了包括0V禁止充电电路，还包括放电检测比较器系列（包括过放电压检测比较器，放电过流检测比较器，放电负载短路检测比较器），充电检测比较器系列（包括过充电压检测比较器，充电过流检测比较器），电压基准电路，延迟电路，低压数字电路。充电检测比较器系列对VDD电压和VM电压采样并与基准电压比较，用来判断电池充电状态是否正常，比较器的输出信号经过延迟电路和内部低压数字电路，将低压数字电路的前级低压输出信号传输到电平移位电路，经过电平移位后的高压输出信号L2再经过反相器P5和N4控制CO端，最终控制外接功率管NM2，检测到充电正常时控制NM2导通系统可以充电，检测到充电异常时控制NM2截止系统禁止充电。放电检测比较器系列对VDD电压和VM电压采样，并与基准电压比较用来判断电池放电状态是否正常，比较器的输出信号经过延迟电路和数字电路，通过DO端控制外接功率管NM1，检测到充电正常时NM1控制导通系统允许充电，检测到充电异常时控制NM1截止系统禁止充电。VDD与VSS之间的压差就是电池电压，PMOS管P1的栅源电压也就等于电池电压。当电池电压低至接近0V时，P1的栅源电压低于其阈值时，P1截止，系统处于0V禁止充电状态。当外部接入充电器时（图2），VDD和VM之间的压差就是充电器输出电压，NMOS管N1的栅源电压为VSS和VM之间的压差。根据锂电池充电芯片工作原理，当充电芯片没有电流流出时充电芯片输出高电压，即VDD和VM之间为高电压，NMOS管N1导通，将PMOS管P4的栅极L1拉低，P4导通将驱动输出管的L2拉高，最终使得CO端拉低将外挂NMOS管NM2关闭禁止为电池充电。当充电器刚刚接入CO端，CO端为异常的高电位时，图2中CO端外的NMOS管NM2导通，充电芯片向锂电池充电，此时由于锂电保护芯片处于过放电保护状态，DO端外挂NMOS管NM1截止，于是电流通过NM1的体二极管为电池充电，此时N1的栅源电压就是NM1的体二极管电压，电路要求N1的栅极能耐高压的同时其阈值要接近NMOS的体二极管电压，即0.65V左右。这样N1管同样可以导通，最终将CO拉高，关闭外置NMOS管NM2，也就是说即使刚刚接入充电器时，CO初始状态为高电位，也可以通过N1、P4、N4配合将CO拉低，确保禁止充电功能正常。当电池电压高于0V禁止充电解除电压时，P1导通，将L1拉高，0V禁止充电控制功能就不工作了。