CN102545162B - 锂电池保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池保护电路，该保护电路包括：电平移位电路、功率管、具有第一、第二输出端的逻辑电路。电平移位电路包括：第四NMOS管，与第一输出端经由第四PMOS管相连；第八NMOS管，与第二输出端经由第六PMOS管相连；第一、第二晶体管组，均包括相互串联的至少一个NMOS管，且分别与第四NMOS管、第八NMOS管的源极、漏极相并联；第七PMOS管，与第二输出端经由第一反相器相连；第十二NMOS管，其栅极、源极分别与第八NMOS管的漏极、源极相连，其漏极与第七PMOS管的漏极、功率管的栅极均相连；上述NMOS管中至少有一个为低压NMOS管。该保护电路使用低压NMOS管就能解决耐高压问题。

Description

锂电池保护电路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，更具体地说，涉及一种锂电池保护电路。
背景技术
锂电池在充放电过程中，如果充电电压过高，则会有爆炸的危险；如果充电电压过低，则会影响其本身的使用寿命。除此之外，锂电池在充放电过程中还会出现电流过大、短路等异常情况，情况严重时可能危及人身安全。为了避免上述异常情况的发生，需要设置特定的保护电路对充放电过程中的锂电池进行保护。
参考图1，图1为现有技术中用来保护锂电池的电路结构示意图，该电路由控制电路1(集成IC)、高压功率管M1和M2、电阻R1和R2及电容C1组成。其中，功率管M1和M2的漏端相连，功率管M1和M2的栅端均连接控制电路1，功率管M1的源端接地，功率管M2的源端连接电阻R2的一端且连接外部电路负极“B-”，电阻R2的另一端连接控制电路1。电阻R1的一端连接锂电池的正极，另一端连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端接地并和锂电池的负极相连。电阻R1和电容C1均与控制电路1相连。锂电池的外部两端分别连接正极“B+”和负极“B-”，在这两端之间连接负载时，锂电池放电并向负载提供电流；在这两端之间连接充电器时，锂电池充电。
所述控制电路1包括：偏置与基准电路，多路开关，连接所述多路开关的过放保护电路和过充保护电路，所述过放保护电路和过充保护电路经延时电路与逻辑电路2相连，逻辑电路2一方面连接控制电路1外部功率管M1和M2的栅端，另一方面连接系统休眠电路5，过流保护电路3和短路保护电路4一方面连接控制电路1外部的电阻R2，另一方面经延时电路与逻辑电路2相连。
充电过程中，如果锂电池电压高于过充保护电压(一般是4.2V～4.3V)，则逻辑电路2关闭功率管M2，从而切断充电回路，停止充电。功率管M2关闭后，由于无负载电流流过，因此充电器的输出电压会变高，此时，外部电路负极“B-”会出现负高压(可达-20V)，这就要求逻辑电路2、过流保护电路3、短路保护电路4及功率管M2能够承受负高压，只有这样才能保证该保护电路在高压充电器中应用，同时也可提高其在不同应用条件下的可靠性。
放电过程中，如果锂电池电压低于过放保护电压(一般是2V～2.5V)，且持续时间超过规定的延迟时间，则逻辑电路2关闭功率管M1，停止放电。这种状态下也说明锂电池电量已经耗尽，为了更好地保护锂电池，逻辑电路2启动系统休眠电路5使得整个控制电路1进入休眠状态，从而大大降低控制电路1本身消耗的电量。放电过程中，对于放电电流过大或者短路的情况，也是由逻辑电路2关闭功率管M1，停止放电，进而起到保护锂电池的作用。
图1中所示的保护电路虽然能够实现保护锂电池在充放电过程中安全性的目的，但是，该保护电路中除了控制电路1为集成芯片外，其余均为外部元件，因此，集成度较低，成本较高。
参考图2，图2为现有技术中另一种用来保护锂电池的电路结构示意图，该电路结构相对图1所示的电路结构来说，把外部电阻R1和R2以及功率管M1和M2集成到了控制电路1中，并通过增加电平移位电路6和衬底切换电路7使得功率管M1和M2合二为一，因此，降低了芯片的面积和成本。所述电平移位电路6分别连接逻辑电路、衬底切换电路7和功率管M1的栅端，所述衬底切换电路7连接功率管M1的衬底端和电平移位电路6。
图2所示的保护电路相对图1来说虽然提高了集成度，降低了成本，但由于过流保护电路3、短路保护电路4、电平移位电路6和衬底切换电路7中一般均使用低压MOS器件(低压MOS器件的栅源两端及源漏两端耐压均比较低)，且没有任何其他保护措施，因此，在过充保护状态下，其不能承受来自于外部电路负极“B-”的负高压，故整个保护电路可靠性差，应用范围受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种锂电池保护电路，该保护电路可提高其在不同应用条件下的可靠性，扩大应用范围。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂电池保护电路，该保护电路包括：逻辑电路、电平移位电路、功率管；其中，所述逻辑电路包括第一输出端、第二输出端；电平移位电路包括：
第四NMOS管，与第一输出端经由第四PMOS管相连；
第一晶体管组，包括相互串联的至少一个NMOS管，第一晶体管组与第四NMOS管的源极、漏极相并联；
第八NMOS管，与第二输出端经由第六PMOS管相连；
第二晶体管组，包括相互串联的至少一个NMOS管，第二晶体管组与第八NMOS管的源极、漏极相并联；
第七PMOS管，与第二输出端经由第一反相器相连；
第十二NMOS管，第十二NMOS管的栅极、源极分别与第八NMOS管的漏极、源极相连，第十二NMOS管的漏极与第七PMOS管的漏极、功率管的栅极均相连；
上述NMOS管中至少有一个为低压NMOS管。
优选的，所述锂电池保护电路还包括：衬底切换电路，衬底切换电路与逻辑电路的第一输出端、电平移位电路的第四NMOS管、第八NMOS管相连，用于根据第一输出端的输出电压向电平移位电路提供相应的电压。
优选的，所述锂电池保护电路中的衬底切换电路包括：
第二反相器，与第一输出端相连；
第八PMOS管，第八PMOS管的栅极与第二反相器的输出端相连；
第九PMOS管，第九PMOS管的栅极、源极分别与第八PMOS管的栅极、源极相连；
第十四NMOS管，第十四NMOS管的源极、栅极分别与第九PMOS管的漏极、第四NMOS管的漏极的相连。
优选的，所述锂电池保护电路中的衬底切换电路包括：
第十三NMOS管，第十三NMOS管的栅极与第一输出端相连；
第十四NMOS管，第十四NMOS管的栅极与第四NMOS管的漏极相连；
第三电阻，串联于第十三NMOS管与第十四NMOS管的源极之间。
优选的，上述锂电池保护电路还包括：第一钳位电路，第一钳位电路的输入端、输出端分别与外部电路负极、第十三NMOS管的源极相连。
优选的，所述锂电池保护电路还包括：第二钳位电路，第二钳位电路的输入端与外部电路负极相连，第二钳位电路的输出端与过流保护电路和短路保护电路相连。
优选的，所述锂电池保护电路还包括：过放保护异常处理电路，所述过放保护异常处理电路连接过放保护电路。
优选的，所述锂电池保护电路中的PMOS管均为源漏耐高压、栅源不耐高压的PMOS管。
本发明还提供了另一种锂电池保护电路，该保护电路包括逻辑电路、电平移位电路；所述逻辑电路包括第一输出端、第二输出端；电平移位电路包括：
第一晶体管，与第一输出端经由第二晶体管相连；
第三晶体管组，包括相互串联的第三晶体管，第三晶体管组与第一晶体管的源极、漏极相并联；
第四晶体管，与第二输出端经由第五晶体管相连；
第六晶体管组，包括相互串联的第六晶体管，第六晶体管组与第四晶体管的源极、漏极相并联。
优选的，上述锂电池保护电路还包括衬底切换电路，衬底切换电路与逻辑电路的第一输出端、电平移位电路的第一晶体管、第四晶体管相连，用于根据第一输出端的输出电压向电平移位电路提供相应的电压。
优选的，上述锂电池保护电路中，所述衬底切换电路包括：
反相器，与第一输出端相连；
第七晶体管，第七晶体管的栅极与反相器的输出端相连。
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的锂电池保护电路，所述电平移位电路中使用的NMOS管包括至少一个低压NMOS管，在过充保护状态下，功率管M1截止，外部电路负极“B-”出现负高压，第四、第八NMOS管源漏两端的电压差被与之并联的第一晶体管组、第二晶体管组限制在一个较低的电压范围内，第四、第八NMOS管漏端的负高压由与之分别相连的第四PMOS管、第六PMOS管来承受；第十二NMOS管导通，故其源漏两端的电压差接近0V，其栅源两端的电压差被与第八NMOS管并联的第二晶体管组限制在一个较低的电压范围内，其漏端的负高压由与之相连的第七PMOS管来承受。因此，本发明所提供的锂电池保护电路，通过新的设计使得所述电平移位电路中包括至少一个低压NMOS管即可解决其在过充保护状态下耐负高压的问题，从而提高该保护电路在不同应用条件下的可靠性，扩大应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1为现有技术所提供的一种锂电池保护电路结构示意图；
图2为现有技术所提供的另一种锂电池保护电路结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种锂电池保护电路的部分电路结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的另一种锂电池保护电路的部分电路结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的一种锂电池保护电路的结构示意图；
图6为本发明实施例所提供的另一种锂电池保护电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例一
本发明所提供的锂电池保护电路包括控制电路(集成IC)和与该控制电路相连的电容。其中，所述控制电路内部集成有第一电阻、第二电阻、功率管、偏置与基准电路、多路开关、过放保护电路、过充保护电路、延时电路、逻辑电路、电平移位电路、衬底切换电路、过流保护电路、短路保护电路和系统休眠电路。
充电过程中，如果锂电池电压高于过充保护电压(一般是4.2V～4.3V)，则逻辑电路关闭功率管，从而切断充电回路，停止充电。放电过程中，如果锂电池电压低于过放保护电压(一般是2V～2.5V)，且持续时间超过规定的延迟时间，则逻辑电路关闭功率管，停止放电。同时，启动系统休眠电路使得整个控制电路进入休眠状态，从而大大降低控制电路本身消耗的电量。同样，在放电过程中若出现放电电流过大或者短路，逻辑电路亦关闭功率管，停止放电，起到保护锂电池的作用。
本实施方式中，控制电路内部还可以集成有第一钳位电路，所述第一钳位电路连接外部电路负极和衬底切换电路。
在锂电池处于过充状态下，外部电路负极是负高电压，是电路中的最低电位，为了可靠关闭功率管，就需要功率管的衬底端电位、栅端电位和外部电路负极的负高压相等，此时，需要电平移位电路把逻辑电路输出的低压逻辑电平转换成负高压逻辑电平，加在功率管的栅端，而衬底切换电路负责切换功率管的衬底端电位为负高压。在锂电池处于正常放电状态下，外部电路负极电压会高于0V，为了在过流、短路、过放发生时可靠关闭功率管，需要衬底切换电路把功率管的衬底端电位切换到最低电位0V。因此，所述电平移位电路和衬底切换电路的主要作用是用来切换功率管的栅端电位或衬底端电位。
参考图3，其为本发明一种实施方式的锂电池保护电路的部分电路结构示意图。该锂电池保护电路包括逻辑电路15，与逻辑电路15相连的电平移位电路13，与电平移位电路13相连的衬底切换电路14和功率管M1，连接在外部电路负极“B-”和衬底切换电路14之间的第一钳位电路11。
所述电平移位电路13包括：电流源Ib，通过镜像形式形成的PMOS管电流源(包括：第一、第二、第三、第五PMOS管P1、P2、P3、P5)和NMOS管电流源(包括：第一、第二、第三、第四、第八NMOS管N1、N2、N3、N4、N8)，控制电平移位和翻转的第四、第六PMOS管P4、P6，与第四NMOS管N4并联、用以限制第四NMOS管N4源漏间电压差的第一组NMOS管，与第八NMOS管N8并联、用以限制第八NMOS管N8源漏间电压差的第二组NMOS管，控制功率管M1栅端电压的第七PMOS管P7和第十二NMOS管N12。所述第一组NMOS管可以包括一个NMOS管，或者包括多个以二极管形式串联的NMOS管；所述第二组NMOS管也可以包括一个NMOS管，或者包括多个以二极管形式串联的NMOS管。本实施例中所述第一组NMOS管包括三个以二极管形式串联的NMOS管，分别为第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7，所述第二组NMOS管也包括三个以二极管形式串联的NMOS管，分别为第九、第十、第十一NMOS管N9、N10、N11。
其中，所述电流源Ib和第一NMOS管N1的漏端相连，第二NMOS管N2和第一NMOS管N1以镜像形式连接，且第一NMOS管N1的栅端和漏端相连，第一NMOS管N1的源端和衬底端均接地，第二NMOS管N2的源端和衬底端也均接地。所述以镜像形式连接为：两个或者多个MOS管栅端相连、源端相连，每个MOS管的源端和衬底端相连，且至少有一个MOS管的栅端和漏端相连。第一PMOS管P1的漏端和第二NMOS管N2的漏端相连，第二、第三、第五PMOS管P2、P3、P5均和第一PMOS管P1以镜像形式连接，且第一PMOS管P1的栅端和漏端相连。第三NMOS管N3的漏端和第二PMOS管P2的漏端相连，所述第三NMOS管N3均以镜像形式和第四、第八NMOS管N4、N8连接，且第三NMOS管N3的栅端和漏端相连。
所述第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7以二极管的连接形式串联，串联后的支路和第四NMOS管N4并联。所述以二极管的连接形式串联为：两个或者多个MOS管串联，其中每个MOS管的栅端和漏端相连，相邻的两个MOS管源端和漏端相连，各个MOS管的衬底端相连、且和最后一个MOS管的源端相连。所述第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7串联后的支路和第四NMOS管N4并联，即第五NMOS管N5的漏端和第四NMOS管N4的漏端相连，第七NMOS管N7的源端和第四NMOS管N4的源端相连。且第四NMOS管N4的源端连接衬底切换电路14中第十四NMOS管N14的源端，第四NMOS管N4的漏端(即第四PMOS管P4的漏端)连接衬底切换电路14中第十四NMOS管N14的栅端。所述第九、第十、第十一NMOS管N9、N10、N11以二极管的连接形式串联，串联后的支路和第八NMOS管N8并联。
所述第四PMOS管P4串联在第三PMOS管P3和第四NMOS管N4之间，即第四PMOS管P4的源端连接第三PMOS管P3的漏端，第四PMOS管P4的漏端连接第四NMOS管N4的漏端(两个漏端相连的节点为Sb)，第四PMOS管P4的衬底端和其源端相连，第四PMOS管P4的栅端和衬底切换电路14中第十三NMOS管N13的栅端相连，且第四PMOS管P4的栅端连接逻辑电路15的输出端Sbi。所述第六PMOS管P6串联在第五PMOS管P5和第八NMOS管N8之间，即第六PMOS管P6的源端和第五PMOS管P5的漏端相连，第六PMOS管P6的漏端和第八NMOS管N8的漏端相连(两个漏端相连的节点为Gt)，第六PMOS管P6的衬底端和其源端相连，第六PMOS管P6的栅端和逻辑电路15的输出端Gti相连。
所述第七PMOS管P7的栅端经第一反相器I5和第六PMOS管P6的栅端相连，所述第六PMOS管P6的栅端连接第一反相器I5的输入端，所述第七PMOS管P7的栅端连接第一反相器I5的输出端。所述第七PMOS管P7的源端和衬底端相连，所述第七PMOS管P7的漏端和功率管M1的栅端相连。所述第十二NMOS管N12的栅端和第八NMOS管N8的漏端相连，所述第十二NMOS管N12的源端和第八NMOS管N8的源端相连，所述第十二NMOS管N12的源端和衬底端相连，所述第十二NMOS管N12的漏端和功率管M1的栅端相连，即第十二NMOS管N12的漏端和第七PMOS管P7的漏端相连(两个漏端相连的节点为GtD)。
所述衬底切换电路14包括：第十三NMOS管N13、第十四NMOS管N14，串联在第十三NMOS管N13的源端和第十四NMOS管N14的源端之间的第三电阻R3。所述第十三NMOS管N13的漏端接地，且和功率管M1的源端相连；所述第十三NMOS管N13的源端和所述第一钳位电路11的输出端相连；所述第十三NMOS管N13的栅端和电平移位电路13相连。所述第十四NMOS管N14的漏端和外部电路负极“B-”相连；所述第十四NMOS管N14的栅端和电平移位电路13相连；所述第十四NMOS管N14的源端和功率管M1的衬底端相连，且和所述电平移位电路13相连。第十三NMOS管N13和第十四NMOS管N14其源端和衬底端均相连。
本实施例中所述电流源Ib由偏置与基准电路产生，电流源第一、第二、第三、第四、第八NMOS管N1、N2、N3、N4、N8和第一、第二、第三、第五PMOS管P1、P2、P3、P5产生的电流大小均由各自尺寸和电流源Ib决定。本实施例中所述第一、第二NMOS管N1、N2均为普通低压NMOS管，所述第三至第十四NMOS管N3～N14均为低压衬底隔离型NMOS管，所述第一至第七PMOS管P1～P7均为源漏耐高压、栅源不耐高压的PMOS管。由于第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7以二极管的形式串联，且流过第三PMOS管P3的电流又比较小，故节点Sb和功率管M1的衬底端sub之间的电压被限制在3Vgs(3倍的NMOS管的栅源电压，大约2V～3V)，因此，第四、第五、第六、第七NMOS管N4、N5、N6、N7都只需承受低压。同理，第八、第九、第十、第十一NMOS管N8、N9、N10、N11也只需承受低压。第三NMOS管N3采取二极管的形式(栅端和漏端相连)连接，其栅源之间以及源漏之间均为低压，因此，第三NMOS管N3也不存在耐高压问题。外部电路负极“B-”出现负高压时，经过第一钳位电路11后，电压被限制在-2V～-3V，因此，第十三NMOS管N13的源端也是低压，故第十三NMOS管N13也不需要耐高压。
下面详细介绍锂电池充放电过程中电平移位电路13和衬底切换电路14的具体工作过程。
在锂电池放电过程中，整个保护电路的最高电压即是电池电压，所述最高电压一般低于4.3V。逻辑电路15控制Sbi输出高电平，此时，第十三NMOS管N13导通，第四PMOS管P4截止，第四PMOS管P4的截止导致没有电流流过第四至第七NMOS管N4～N7，节点Sb被第四NMOS管N4拉低到功率管M1的衬底端sub电位，第十四NMOS管N14截止，因此，功率管M1的衬底端sub通过第三电阻R3和第十三NMOS管N13与地接通，其电位约等于0V。锂电池正常放电过程中，逻辑电路15控制Gti输出高电平，所述高电平经过第一反向器15后变为低电平，第七PMOS管P7导通；而第六PMOS管P6截止，节点Gt为低电平，第十二NMOS管N12截止，因此，节点GtD为高电平，功率管M1导通，锂电池正常放电。当锂电池出现过放、过流或短路情况时，逻辑电路15控制Gti输出低电平，此时第七PMOS管P7截止，第六PMOS管P6导通，第五PMOS管P5的电流流向第八至第十一NMOS管N8～N11，但节点Gt的电压被限制在3Vgs(约2V～3V)上，该电压仍然远大于第十二NMOS管N12的开启电压，因此第十二NMOS管N12导通，节点GtD被拉低至低电平，故功率管M1截止，放电回路被切断，从而阻止了锂电池的异常放电，起到了保护作用。
在锂电池正常充电过程中，逻辑电路15控制Sbi输出低电平，第十三NMOS管N13截止，第四PMOS管P4导通，节点Sb的电压被限制在3Vgs(约2V～3V)上，第十四NMOS管N14导通，功率管M1的衬底端sub电位等于外部电路负极“B-”电位，此时由于锂电池电压为低压，且功率管M1导通，故整个电路仍然处于低压状态。随着充电的不断进行，锂电池电压升高并达到过充保护电压时，逻辑电路15控制Gti输出低电平，第七PMOS管P7截止，第十二NMOS管N12导通，节点GtD被拉低至低电平，功率管M1截止，此时外部电路负极“B-”出现负高压，由于第十四NMOS管N14为导通状态，故功率管M1的衬底端sub电位也是负高压，此时节点Sb、Gt的电位均等于3Vgs+VB-(VB-为功率管M1的衬底端sub的电压，即外部电路负极“B-”的负高压)。这样，输入信号Sbi、Gti的低电平(电压为0V)被转换成Sb、Gt的高电平(电压为3Vgs+VB-，其相对功率管M1的衬底端sub电位高出3Vgs)，实现了电平转换。在锂电池过充保护状态下，外部电路负极“B-”的负压较高，故节点Sb和Gt的电压3Vgs+VB-仍然是负高压，这个负的高压则由源漏耐高压的第三至第六PMOS管P3～P6承受。同理，第三NMOS管N3的漏端也是负高压，此负高压由第二PMOS管P2来承受。虽然节点Sb、Gt上为负高压，但由于加在第三至第十一NMOS管N3～N11上的电压差仍然不超过3Vgs，因此，所述第三至第十一NMOS管N3～N11上仍然承受的是低压，不存在承受高压的问题。在锂电池过充保护状态下，第十二、第十四NMOS管N12、N14导通，其源漏端电压差接近0V，其栅源端电压为3Vgs，因此，所述第十二、第十四NMOS管N12、N14也仅承受低压。外部电路负极“B-”的负高压经过第一钳位电路11后被限制在-2V～-3V，因此，第十三NMOS管N13也仅承受低压。而由于第三电阻R3两端电压差很大，故其会承受较高的电压，因此所述第三电阻R3可以使用耐压较高的多晶硅电阻。
由上可知，锂电池在过充保护状态下，外部电路负极“B-”出现负高压，逻辑电路15控制Sbi和Gti输出低电平(0V)，该低电平经电平移位电路13后被转换成3Vgs+VB-，从而控制第十二、第十四NMOS管N12、N14处于导通状态，所述低电平也控制衬底切换电路14在0V和外部电路负极“B-”电压之间转换，而衬底切换电路14把转换后的电压同时提供给功率管M1和电平移位电路13。另一方面，在外部电路负极“B-”出现的负高压由源漏耐压的第二至第七PMOS管P2～P7及第三电阻R3承受，虽然低压NMOS管的各端也会出现负高压，但其各端电压差仍然为低压，从而不需要使用高压的NMOS管。因此，本发明所提供的锂电池保护电路，在电平移位电路13和衬底切换电路14中仅使用源漏耐高压(栅源不耐高压)的PMOS管和低压NMOS管，再在控制电路中集成一个第一钳位电路11，就能解决电平移位电路13和衬底切换电路14耐高压的问题，避免了使用栅源和源漏都耐高压的PMOS管和NMOS管，从而在使用较低成本的前提下达到了耐高压的目的。
实施例二
参考图4，其为本发明另一种实施方式的锂电池保护电路的部分电路结构示意图。本实施例中所述电平移位电路13的具体结构及工作过程和实施例一所述类似，不再赘述。
本实施例中所述衬底切换电路14包括：第二反相器I8，源漏耐高压的第八、第九PMOS管P8、P9，第十四NMOS管N14。
其中，第二反相器I8的输入端和电平移位电路13中第四PMOS管P4的栅端相连，第二反相器I8的输出端和第八、第九PMOS管P8、P9的栅端相连；第八PMOS管P8的源端和第九PMOS管P9的源端相连，第八、第九PMOS管P8、P9的源端均和其自身的衬底端相连；第八PMOS管P8的漏端接地，且和功率管M1的源端相连；第九PMOS管P9的漏端和第十四NMOS管N14的源端相连，且和功率管M1的衬底端、电平移位电路13中第四NMOS管N4的源端相连；第十四NMOS管N14的栅端和电平移位电路13中第四PMOS管P4的漏端相连；第十四NMOS管N14的漏端和外部电路负极“B-”相连。
衬底切换电路14的具体工作过程为：在锂电池放电过程中，逻辑电路15控制Sbi输出高电平，所述高电平经第二反相器I8后输出低电平，第八、第九PMOS管P8、P9导通，第十四NMOS管N14截止；在锂电池充电和过充保护状态下，功率管M1的衬底端sub电位需要切换成外部电路负极“B-”电位，此时第二反相器I8输出高电平，第八、第九PMOS管P8、P9截止，第十四NMOS管N14导通。在外部电路负极“B-”出现负高压时，功率管M1的衬底端sub也是负高压，此时由源漏耐高压的第八、第九PMOS管P8、P9承受高压，而不再需要图3中的第一钳位电路11和第三电阻R3。
本实施例不包括实施例一所述的第一钳位电路，通过在衬底切换电路内部使用源漏耐高压、栅源不耐高压的PMOS管，再加一个反相器和一个低压NMOS管解决了衬底切换电路的耐高压问题，无须在控制电路内部集成第一钳位电路。
实施例三
参考图5，其为本发明实施例所提供的一种锂电池保护电路的结构示意图。该保护电路的结构包括：与锂电池正负极相连的外部电路正极“B+”和外部电路负极“B-”，控制电路16(集成IC)和与该控制电路16相连的电容C1。其中，所述控制电路16内部集成有第一电阻R1、第二电阻R2、功率管M1、偏置与基准电路、多路开关、过放保护电路、过充保护电路、延时电路、逻辑电路、电平移位电路、衬底切换电路、过流保护电路3、短路保护电路4和系统休眠电路。除此之外，所述控制电路16内部还集成有第二钳位电路8，第二钳位电路8一端连接第二电阻R2，另一端连接过流保护电路3和短路保护电路4。所述控制电路16内的其他电路及元器件之间的连接关系和图2中所示的相同。
当锂电池处于过充保护状态时，外部电路负极“B-”常会出现负高压(可达-20V)，此时，第二钳位电路8会将所述负高压限制在一个较低的电压范围(-2V～-3V)内，从而防止了过高的负压击穿所述过流保护电路3和短路保护电路4中的低压MOS器件，进而提高了锂电池保护电路的可靠性，扩大了应用范围。而当锂电池处于正常充电、正常放电或者过放保护状态时，第二钳位电路8不起作用，其输出电压和外部电路负极“B-”的电压相等。
本实施例通过在控制电路内部集成第二钳位电路，进而在外部电路负极出现负高压时，对过流保护电路和短路保护电路中的低压MOS器件进行保护，从而解决了过流保护电路和短路保护电路耐高压的问题。
需要说明的是，在其他可能的实施方式中，通过改变电路的连接方式，可使第二钳位电路和实施例一中的第一钳位电路合二为一，只使用一个钳位电路也可同时实现保护过流保护电路、短路保护电路及衬底切换电路的目的，对此，本发明并无特别限制。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属本发明所保护的范围。
实施例四
参考图6，其为本发明实施例所提供的另一种锂电池保护电路的结构示意图。本实施例中所述锂电池保护电路的结构除了包括图5中所示的各电路及元器件之外，还包括：集成在所述控制电路16内部的过放保护异常处理电路9，所述过放保护异常处理电路9连接过放保护电路10。
在锂电池的放电过程中，当放电导致锂电池电压低于过放保护电压(一般为2V～2.5V)时，所述过放保护电路10起作用，且上述情况在经过延时电路12后，即当放电导致锂电池电压低于过放保护电压且持续时间超过规定的延迟时间时，由逻辑电路15通过电平移位电路13和衬底切换电路14关闭功率管M1，使锂电池停止放电；且逻辑电路15启动系统休眠电路5，使整个控制电路16进入休眠状态，从而大大降低了控制电路16本身所消耗的电量。但是，锂电池放电过程中，难免由于异常情况导致过放保护电路10、逻辑电路15及系统休眠电路5工作，进而使得整个控制电路16进入休眠状态，此时，为了使保护电路恢复到正常状态，需要外部重新给予复位信号。
为了防止上述异常情况的发生，本发明实施例通过在控制电路16中集成过放保护异常处理电路9，所述过放保护异常处理电路9连接过放保护电路10。当锂电池电压低于过放保护电压时，过放保护电路10首先对锂电池的低压情况进行分析，如果发现锂电池的低压属于非正常放电所致，则由过放保护异常处理电路9进行处理，使所述锂电池保护电路恢复到初始状态；如果发现锂电池的低压属于正常放电所致，则当锂电池低压的持续时间超过规定的延迟时间后，由逻辑电路15执行后续操作。
本发明实施例中通过在控制电路中集成了过放保护异常处理电路，从而防止了非正常条件下引起过放保护而进入休眠状态，避免了外部重新给予复位信号来使控制电路恢复到初始状态。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种锂电池保护电路，包括逻辑电路、电平移位电路、功率管，所述逻辑电路包括第一输出端、第二输出端；其特征在于，电平移位电路包括：
第四NMOS管，与第一输出端经由第四PMOS管相连；
第一组NMOS管，包括一个NMOS管，或者包括多个以二极管形式串联的NMOS管；所述第一组NMOS管与第四NMOS管的源极、漏极相并联；
第八NMOS管，与第二输出端经由第六PMOS管相连；
第二组NMOS管，包括一个NMOS管，或者包括多个以二极管形式串联的NMOS管；所述第二组NMOS管与第八NMOS管的源极、漏极相并联；
第七PMOS管，与第二输出端经由第一反相器相连；
第十二NMOS管，第十二NMOS管的栅极、源极分别与第八NMOS管的漏极、源极相连，第十二NMOS管的漏极与第七PMOS管的漏极、功率管的栅极均相连；
上述NMOS管中至少有一个为低压NMOS管。
2.根据权利要求1所述的锂电池保护电路，其特征在于，还包括：衬底切换电路，衬底切换电路与逻辑电路的第一输出端、电平移位电路的第四NMOS管、第八NMOS管相连，用于根据第一输出端的输出电压向电平移位电路提供相应的电压。
3.根据权利要求2所述的锂电池保护电路，其特征在于，衬底切换电路包括：
第二反相器，与第一输出端相连；
第八PMOS管，第八PMOS管的栅极与第二反相器的输出端相连；
第九PMOS管，第九PMOS管的栅极、源极分别与第八PMOS管的栅极、源极相连；
第十四NMOS管，第十四NMOS管的源极、栅极分别与第九PMOS管的漏极、第四NMOS管的漏极相连。
4.根据权利要求2所述的锂电池保护电路，其特征在于，衬底切换电路包括：
第十三NMOS管，第十三NMOS管的栅极与第一输出端相连；
第十四NMOS管，第十四NMOS管的栅极与第四NMOS管的漏极相连；
第三电阻，串联于第十三NMOS管与第十四NMOS管的源极之间。
5.根据权利要求4所述的锂电池保护电路，其特征在于，还包括：第一钳位电路，第一钳位电路的输入端、输出端分别与外部电路负极、第十三NMOS管的源极相连。
6.根据权利要求1～5任一项所述的锂电池保护电路，其特征在于，还包括：第二钳位电路，第二钳位电路的输入端与外部电路负极相连，第二钳位电路的输出端与过流保护电路和短路保护电路相连。
7.根据权利要求1～5任一项所述的锂电池保护电路，其特征在于，还包括：过放保护异常处理电路，所述过放保护异常处理电路连接过放保护电路。
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