CN103532104B - 一种电池保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池保护电路，其包括电池保护单元、开关组合电路、第一电容和第一电阻。所述电池保护电路包括与电芯正极相连的第一检测端、与电芯负极相连的第二检测端、与第二电源端相连的第三检测端、充电控制端和放电控制端，在充电异常时，由所述充电控制端输出充电保护信号，在放电异常时，由所述放电控制端输出放电保护信号；所述开关组合电路连接于所述电芯负极和第二电源端之间；所述电芯的正极与第一电源端相连，所述第一电阻连接于第二电源端和第三检测端之间，所述电容连接于所述第三检测端和所述电芯的负极之间。与现有技术相比，本发明中的电池保护电路可以改善电池保护电路的抗静电检测性能。

Description

一种电池保护电路

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种改善抗静电测试性能的电池保护电路。

【背景技术】

电池保护电路通常被安装在电池内，例如，在手机电池内部，有一块很小的印刷电路板（PrintedCircuitBoard，简称PCB），电池保护电路就安装在此印刷电路板上。电池保护电路用于对电池进行充放电控制，其基本功能包括过电压充电保护、过电压放电保护、放电过流保护、充电过流保护和短路保护。

请参考图1所示，其为现有技术中电池保护电路的电路示意图。所述电池保护电路包括电池保护芯片（或称电池保护单元）110、开关组合电路120、电阻R1、电阻R2和电容C1。

所述电池保护电路的第一电源端VP与电芯Bat的正极直接相连，所述电池保护电路的第二电源端VM通过开关组合电路120与电芯Bat的负极G相连，电阻R1和电容C1串联于电芯Bat的正极和负极G之间。当负载电阻R0连接于第一电源端VP和第二电源端VM之间时，所述电芯Bat处于放电状态；当电池充电器130正接于第一电源端VP和第二电源端VM之间时，所述电芯Bat处于充电状态。

所述开关组合电路120包括第一NMOS（N-ChannelMetalOxideSemiconductor）晶体管MN1和第二NMOS晶体管MN2。所述第一NMOS晶体管MN1的源极与所述电芯Bat的负极G相连，其漏极与所述第二NMOS晶体管MN2的漏极相连，所述第二NMOS晶体管MN2的源极与所述第二电源端VM相连，且在NMOS晶体管MN1中寄生有二极管（未示出），在NMOS晶体管MN2中寄生有二极管（未示出）。

所述电池保护芯片110包括三个连接端(或称为检测端)和两个控制端。三个连接端分别为与电芯BAT正极相连的第一检测端（或称电芯正极连接端）VDD、与电芯BAT负极G相连的第二检测端（或称接地端）VSS和与第二电源端VM相连的第三检测端VMI，两个控制端分别为充电控制端CO和放电控制端DO。其中，连接端VDD与电阻R1和电容C1之间的连接节点相连，连接端VSS与电芯Bat的负极G相连，连接端VMI通过电阻R2与第二电源端VM相连，充电控制端CO与NMOS晶体管MN2的栅极相连，放电控制端DO与NMOS晶体管MN1的栅极相连。

参考图1所示，所述电池保护芯片110包括过充电检测电路112、过放电检测电路114、放电过流检测电路116、充电过流检测电路（未标示）、短路检测电路117和控制电路118。所述控制电路118根据所述过充电检测电路112、过放电检测电路114、放电过流检测电路116、充电过流检测电路和短路检测电路117输出的检测信号生成充电控制信号并通过充电控制端CO输出，生成放电控制信号并通过放电控制端DO输出。具体的，当电池保护芯片110检测到电芯Bat的电压超过过压充电阈值（例如，4.3V），且持续时间大于过充保护延迟时间（例如100mS），则通过控制电路118输出的充电控制信号CO为低电平，使NMOS晶体管MN2关断，以切断电芯Bat的充电回路，从而实现禁止充电；当电池保护芯片110检测到电芯Bat的电压低于过压放电阈值（例如2.3V），且持续时间大于过放保护延迟时间（例如40mS），则通过控制电路118输出的放电控制信号DO为低电平，使NMOS晶体管MN2关断，以切断电芯Bat的放电回路，从而实现禁止放电；当电池保护芯片110检测到第二电源端VM的电压高于放电过流阈值（例如150mV），且持续时间大于过流放电保护延迟时间（例如12mS），则通过控制电路118输出的放电控制信号DO为低电平，使NMOS晶体管MN2关断，从而实现禁止放电；当电池保护芯片110检测到第二电源端VM的电压高于短路保护阈值（例如1V），且持续时间大于短路保护延迟时间（例如2～80uS），则通过控制电路118输出的信号DO1为低电平，使NMOS晶体管MN2关断，从而实现禁止放电。

但是，在实际应用中，例如将上述保护电路安装至电池，再将电池安装至手机中，在对手机进行静电测试时，经常会出现在静电冲击后，手机出现关机的现象。虽然可以通过改进手机内部的印刷电路板设计而改善电池保护电路的抗静电测试性能，但这样对手机印刷电路板的设计要求较高，有时为了满足手机紧凑性设计，无法满足静电测试不关机的要求。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种电池保护电路，其可以改善电池保护电路的抗静电检测性能，进而实现在对手机进行静电测试时不出现关机现象。

为了解决上述问题，本发明提供一种电池保护电路，其包括电池保护单元、开关组合电路、第一电容和第一电阻。所述电池保护电路包括与电芯正极相连的第一检测端、与电芯负极相连的第二检测端、与第二电源端相连的第三检测端、充电控制端和放电控制端，所述电池保护电路基于第一检测端、第二检测端和第三检测端对电芯的充放电回路进行检测，以在充电异常时，由所述充电控制端输出充电保护信号，在放电异常时，由所述放电控制端输出放电保护信号；所述开关组合电路连接于所述电芯负极和第二电源端之间，其根据所述充电保护信号切断所述电芯的充电回路，根据所述放电保护信号切断所述电芯的放电回路；所述电芯的正极与第一电源端相连，所述第一电阻连接于第二电源端和第三检测端之间，所述电容连接于所述第三检测端和所述电芯的负极之间。

进一步的，第一电阻的电阻值和第一电容的乘积大于在手机静电测试中导致第二电源端VM为正电压的最长持续时间。

进一步的，所述第一电阻等于2.2K欧姆，所述第一电容等于0.1uF。

进一步的，所述充电异常包括充电过流异常和充电过压异常，所述放电异常包括是放电过流异常、放电过压异常和短路，所述电池保护电路基于第一检测端VDD以及第二检测端VSS的电压检测电芯Bat的充电电压是否异常，其基于第三检测端的电压来检测电芯的充电电流是否异常；所述电池保护电路基于第一检测端VDD以及第二检测端VSS的电压检测电芯Bat的放电电压是否异常，其基于第三检测端的电压来检测电芯的放电电流是否异常，其基于第三检测端的电压来检测电芯是否出现短路。

进一步的，所述开关组合电路包括第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管的源极与所述电芯的负极相连，其栅极与所述放电控制端相连，其漏极与所述第二NMOS晶体管的漏极相连，所述第二NMOS晶体管的栅极与所述充电控制端相连，其源极与所述第二电源端相连。

进一步的，在充电发生异常时，所述电池保护电路控制第二NMOS晶体管截止，以切断充电回路；在放电发生异常时，所述电池保护电路控制第一NMOS晶体管截止，以切断放电回路。

进一步的，所述第一检测端通过第二电阻与所述电芯的正极相连，所述第一检测端通过第二电容与所述第二检测端相连。

与现有技术相比，本发明中的电池保护电路通过对现有的电池保护电路进行改进，可以改善电池保护电路的抗静电检测性能，进而实现在对手机进行静电测试时不出现关机现象。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中的电源管理电路的电路示意图;

图2为本发明中的电源管理电路的电路示意图。

【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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

通过大量的实验发现，在手机静电测试中，一般静电积累电荷会导致如图1所示的电池保护电路的第二电源端VM积累正电荷，使得第二电源端VM为正电压，并且通过实验还发现静电测试会导致第二电源端VM为正电压的最长持续时间约为200us，此时间长于许多电池保护芯片110内设置的短路延迟时间，从而在手机静电测试中使所述电池保护芯片110误判断出现短路，导致手机电池的放电回路被切断，出现关机现象。基于上述分析，本发明中的电池保护电路通过对现有的电池保护电路进行改进，以实现在对手机进行静电测试时不出现关机现象。

请参考图2所示，其为本发明中的电池保护电路的电路示意图。所述电池保护电路包括电池保护单元110、开关组合电路120、电阻R1、电容C1、电阻R2和电容C2。

所述电池保护单元110包括三个连接端(或称为检测端)和两个控制端。三个连接端分别为与电芯BAT正极相连的第一检测端（或称电芯正极连接端）VDD、与电芯BAT负极G相连的第二检测端（或称接地端）VSS和与第二电源端VM相连的第三检测端VMI。两个控制端分别为充电控制端CO和放电控制端DO。其中，所述电芯BAT的正极与第一电源端VP相连；所述第一检测端VDD通过第一电阻R1与所述电芯BAT的正极相连；所述第一检测端VDD通过电容C1与所述第二检测端VSS相连；所述第三检测端VMI通过第二电阻R2与所述第二电源端VM相连；所述第三检测端VMI通过所述电容C2与电芯BAT的负极G相连。所述电池保护单元110基于第一检测端VDD、第二检测端VSS和第三检测端VMI对电芯BAT的充放电回路进行检测，以在充电异常时由所述充电控制端CO输出充电保护信号，在放电异常时由所述放电控制端DO输出放电保护信号。

在图2所示的实施例中，所述电池保护芯片110包括过充电检测电路112、过放电检测电路114、放电过流检测电路116、充电过流检测电路（未标示）、短路检测电路117和控制电路118。所述控制电路118根据所述过充电检测电路112、过放电检测电路114、放电过流检测电路116、充电过流检测电路和短路检测电路117提供的检测信号生成充电控制信号并通过充电控制端CO输出，生成放电控制信号并通过放电控制端DO输出。

以下具体介绍图2中的电池保护芯片110的工作过程。

所述过充电检测电路112和所述充电过流检测电路用于检测电芯Bat的充电是否异常。所述过充电检测电路112基于第一检测端VDD以及第二检测端VSS的电压检测电芯Bat的充电电压是否异常，当第一检测端VDD与第二检测端VSS的电压差值（其等于电芯Bat的电压）大于预先设定的过压充电阈值（例如，4.3V）时，其输出异常充电电压检测信号（表示充电电压异常），否则输出非异常充电电压检测信号。所述充电过流检测电路基于第三检测端VMI的电压来确定电芯Bat的充电电流是否异常，当第三检测端VMI的电压小于预先设定的充电过流阈值时，其输出异常充电电流检测信号（表示充电电流异常），否则输出非异常充电电流检测信号。所述控制电路118在接收到异常充电电流检测信号和/或异常充电电压检测信号（表示充电异常）时通过所述充电控制端CO输出禁止充电控制信号（即充电保护信号），否则，通过所述充电控制端CO输出允许充电控制信号。该禁止放电控制信号和允许放电控制信号可以是一个信号的两种逻辑状态，比如，禁止放电控制信号为低电平，所述允许放电控制信号为高电平。

所述过放电检测电路114、放电过流检测电路116和短路检测电路117用于检测电芯Bat的放电是否异常。所述过放电检测电路114基于第一检测端VDD以及第二检测端VSS的电压检测电芯Bat的放电电压是否异常，当第一检测端VDD与第二检测端VSS的电压差值（其等于电芯Bat的电压）小于预先设定的过压放电阈值（例如，2.3V）时，其输出异常放电电压检测信号（表示放电电压异常），否则输出非异常放电电压检测信号。所述放电过流检测电路116基于第三检测端VMI的电压来确定电芯Bat的放电电流是否异常，当第三检测端VMI的电压大于预先设定的放电过流阈值（例如，150mV）时，其输出异常放电电流检测信号（表示放电电流异常），否则输出非异常放电电流检测信号。所述短路检测电路117基于第三检测端VMI的电压来确定电芯Bat是否出现短路，当第三检测端VMI的电压大于预先设定的短路保护阈值（例如，1V）时，其输出短路检测信号（表示出现短路），否则输出非短路检测信号。所述控制电路118在接收到异常放电电流检测信号和/或异常放电电压检测信号和/或短路检测信号（表示放电异常）时通过所述放电控制端DO输出禁止放电控制信号（即放电保护信号），否则，通过所述放电控制端DO输出允许放电控制信号。该禁止放电控制信号和允许放电控制信号可以是一个信号的两种逻辑状态，比如，禁止放电控制信号为低电平，所述允许放电控制信号为高电平。

综上可知，所述电池保护单元110基于第一检测端VDD、第二检测端VSS和第三检测端VM检测所述电芯BAT的充电是否异常，如果异常，则通过其充电控制端CO输出禁止充电控制信号（即充电保护信号），如果不异常，则通过其充电控制端CO输出允许充电控制信号，所述充电异常包括充电过流异常和充电过压异常。同理，所述电池保护单元110基于第一检测端VDD、第二检测端VSS和第三检测端VM检测所述电芯BAT的放电是否异常，如果异常，则通过其放电控制端DO输出禁止放电控制信号（即放电保护信号），如果不异常，则通过其放电控制端DO输出允许放电控制信号，所述放电异常包括是放电过流异常、放电过压异常和短路。

所述开关组合电路120连接于所述电芯Bat的负极G和二电源端VM之间，其根据所述禁止充电控制信号（即充电保护信号）切断所述电芯BAT的充电回路；所述开关组合电路120根据所述禁止放电控制信号（即放电保护信号）切断所述电芯BAT的放电回路。

所述开关组合电路120可以采用现有技术中的有关电池充放电通路中通用的开关组合，其有很多实现方式，可以随意选择，在本发明中并不做特殊限定。在图2所示的实施例中，所述开关组合电路120包括第一NMOS晶体管MN1和第二NMOS晶体管MN2。所述第一NMOS晶体管MN1的源极与所述电芯BAT的负极G相连，其栅极与所述放电控制端DO相连，其漏极与所述第二NMOS晶体管MN2的漏极相连；所述第二NMOS晶体管MN2的栅极与所述充电控制端CO相连，其源极与所述第二电源端VM相连，且在NMOS晶体管MN1中寄生有二极管（未示出），在NMOS晶体管MN2中寄生有二极管（未示出）。所述电池保护单元110通过控制NMOS晶体管MN1、MN2的导通和关断可以实现对电芯Bat进行充电保护和放电保护。在正常状态时，所述电池保护单元110控制NMOS晶体管MN1、MN2同时导通，此时既可充电也可以放电。在充电发生异常时，所述电池保护单元110控制NMOS晶体管MN2截止，从而切断了充电回路，但仍可以放电。在放电发生异常时，所述电池保护单元110控制NMOS晶体管MN1截止，从而切断了放电回路，但仍可以充电。

需要特别说明的是，与图1相比，本发明中的电池保护电路在电池保护单元110的第三连接端VMI和电芯Bat的负极G之间增加有电容C2，该电容C2与电阻R2组成RC电路140，通过该RC电路140可以改善电池保护电路的抗静电检测性能，实现在对手机进行静电测试时不出现关机现象。其原因在于，在手机静电测试中，由静电积累电荷在第二电源端VM处形成的正电压加在RC电路140上，产生向电容C2充电的电流，使电容C2的电压按指数规律逐渐升高，将从而控制第三连接端VMI的电压按指数规律逐渐升高，延迟了第三连接端VMI的电压升至所述短路保护阈值的时间，以实现在手机静电测试中所述电池保护单元110不会误检测到短路状态。

由于一般RC电路的升压过程（或称为过渡过程），取决于电阻R和电容C的数值大小，通常电阻R和电容C的乘积称为时间常数，用τ表示，即τ=RC，时间常数越大，RC电路达到稳态的时间越长，过渡过程也越长，因此，在一个优选的实施例中，RC电路130中的电阻R2和电容C2构成的时间常数应该大于静电测试时导致第二电源端VM为正电压的最长持续时间（比如，200us）,例如，电阻R2取2.2K欧姆，电容C2取0.1uF，其RC乘积等于220uS。

需要注意的是，由于RC电路140的存在，会使第三连接端VMI的电压升至第二电源端VM的电压的时间延长，但该延长时间较短，对电池保护电路的其他保护功能的影响很小，可以忽略。

综上所述，本发明中的电池保护电路包括电池保护单元110、开关组合电路120、电阻R2和电容C2。其中，所述电池保护单元110的第三检测端VMI通过电阻R2与所述第二电源端VM相连；所述第三检测端VMI通过所述电容C2与电芯BAT的负极G相连。该电容C2与电阻R2组成RC电路130，在手机静电测试中，所述RC电路140延迟了第三连接端VMI的电压升至所述短路保护阈值的时间，防止所述电池保护单元110误触发短路保护，从而实现在对手机进行静电测试时不出现关机现象实现。

在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (6)

1.一种电池保护电路，其特征在于，其包括电池保护单元、开关组合电路、第一电容和第一电阻，

所述电池保护电路包括与电芯正极相连的第一检测端、与电芯负极相连的第二检测端、与第二电源端相连的第三检测端、充电控制端和放电控制端，所述电池保护电路基于第一检测端、第二检测端和第三检测端对电芯的充放电回路进行检测，以在充电异常时，由所述充电控制端输出充电保护信号，在放电异常时，由所述放电控制端输出放电保护信号；

所述开关组合电路连接于所述电芯负极和第二电源端之间，其根据所述充电保护信号切断所述电芯的充电回路，根据所述放电保护信号切断所述电芯的放电回路；

所述电芯的正极与第一电源端相连，所述第一电阻连接于第二电源端和第三检测端之间，所述第一电容连接于所述第三检测端和所述电芯的负极之间，

第一电阻的电阻值和第一电容构成的时间常数大于在手机静电测试中导致第二电源端VM为正电压的最长持续时间。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一电阻等于2.2K欧姆，所述第一电容等于0.1uF。

3.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，

所述充电异常包括充电过流异常和充电过压异常，所述放电异常包括是放电过流异常、放电过压异常和短路，

所述电池保护电路基于第一检测端VDD以及第二检测端VSS的电压检测电芯Bat的充电电压是否异常，其基于第三检测端的电压来检测电芯的充电电流是否异常；

所述电池保护电路基于第一检测端VDD以及第二检测端VSS的电压检测电芯Bat的放电电压是否异常，其基于第三检测端的电压来检测电芯的放电电流是否异常，其基于第三检测端的电压来检测电芯是否出现短路。

4.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，

所述开关组合电路包括第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管，

所述第一NMOS晶体管的源极与所述电芯的负极相连，其栅极与所述放电控制端相连，其漏极与所述第二NMOS晶体管的漏极相连，所述第二NMOS晶体管的栅极与所述充电控制端相连，其源极与所述第二电源端相连。

5.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，在充电发生异常时，所述电池保护电路控制第二NMOS晶体管截止，以切断充电回路；在放电发生异常时，所述电池保护电路控制第一NMOS晶体管截止，以切断放电回路。

6.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一检测端通过第二电阻与所述电芯的正极相连，所述第一检测端通过第二电容与所述第二检测端相连。