CN103647259A - 一种电池保护电路及其内的电压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池保护电路及其内的电压保护电路，其中，电池保护电路中的电压保护电路包括：依次串联于第一电源端和第二电源端之间的电阻R1、电阻R2_1、电阻R2_2、电阻R3；第一比较器，其第一输入端连接至电阻R2_1、电阻R2_2的中间节点，其第二输入端连接一参考电压；选通电路，其第一输入端连接至电阻R1和电阻R2_1的中间节点，其第二输入端连接至电阻R2_2、电阻R3的中间节点，其基于控制端上的信号有选择的确定将第一输入端或第二输入端连接至其输出端；第二比较器，其第一输入端连接至所述选通电路的输出端，其第二输入端连接所述参考电压。这样用同一个第二比较器REF实现过充过放检测，消除用两个比较器分别检测时两个比较器之间的偏差，有利于精度和良率的提高。

Description

一种电池保护电路及其内的电压保护电路

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种电池保护电路及其内的电压保护电路。

【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（Printed Circuit Board，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，其为现有技术中的一种电池保护系统的示意图。所述电池保护系统包括电池保护芯片（或称电池保护电路）110和开关组合电路120。

所述电池保护系统的第一电源端BP+与电芯Battery的正极相连，所述电池保护系统的第二电源端BP-通过开关组合电路120与电芯Battery的负极相连。当负载电阻（未示出）连接于第一电源端BP+和第二电源端BP-之间时，所述电芯Battery处于放电状态；当电池充电器（未示出）正接于第一电源端BP+和第二电源端BP-之间时，所述电芯Battery处于充电状态。

所述开关组合电路120包括第一NMOS（N-Channel Metal OxideSemiconductor）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Battery的负极相连，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BP-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）。

所述电池保护电路110包括三个检测端(或称为连接端)和两个控制端。三个检测端分别为第一检测端VDD、第二检测端VSS和第三检测端VM，两个控制端分别为充电控制端COUT和放电控制端DOUT。其中，第一检测端VDD与电芯Battery的正极相连，第二检测端VSS与电芯Battery的负极相连，第三检测端VM与所述第二电源端BP-相连，充电控制端COUT与NMOS晶体管MN2的栅极相连，放电控制端DOUT与NMOS晶体管MN1的栅极相连。所述电池保护电路110基于第一检测端VDD、第二检测端VSS和第三检测端VM的电压对电芯BAT的充放电回路进行检测，以通过所述充电控制端COUT输出充电控制信号，通过所述放电控制端DOUT输出放电控制信号。当所述电池保护电路110检测到所述电芯BAT充电异常时，其充电控制端COUT输出的充电控制信号为低电平（其为充电保护信号），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；当所述电池保护电路110检测到所述电芯BAT放电异常时，其放电控制端DOUT输出的放电控制信号为低电平（其为放电保护信号），使NMOS晶体管MN1关断，以切断电芯BAT的放电回路，从而实现禁止放电。

请参考图2所示，其为图1中的电池保护电路在现有技术中的电压保护电路的示意图。所述电压保护电路包括：依次串联在第一电源端VDD和第二电源端GND之间的电阻R1、R2和R3、过放比较器CMP1和过充比较器CMP2。过放比较器CMP1的正相输入端连接一参考电压REF,过充比较器的负相输入端连接所述参考电压REF，过放比较器的负相输入端连接至电阻R1和R2的中间节点，过充比较器的正相输入端连接至电阻R2和R3的中间节点。

比较器CMP1、CMP2分别用于检测充电过压和放电过压（以下简称OC、OD），R1、R2、R3为电源电压VDD相对地GND的分压电阻，相互匹配且有

$(\mathrm{VDD}\&times;\frac{R3}{R1+R2+R3})<(\mathrm{VDD}\&times;\frac{R2+R3}{R1+R2+R3}),$

VA为电阻R1和R2之间的节点电压，

VB为电阻R2和R3之间的节点电压。

当VA<REF时，过放比较器CMP1输出高电平，过充比较器CMP2输出低电平，电芯处于放电过压状态；当VA<REF<VB时，CMP1输出低电平，CMP2输出低电平，芯片处于正常工作状态；当REF<VB时，CMP1输出低电平,CMP2输出高电平，芯片处于充电过压状态。

由此可知充电过压阈值

放电过压阈值 $\mathrm{VOD}=(\mathrm{REF}\&times;\frac{R1+R2+R3}{R2+R3}).$

在电池保护电路芯片的制造过程中，需要对芯片中的各种阈值进行校正，由于对过充电压要求较高，校正修调过程中均以过充电压阈值为准调整。这样在校正过程中仅考虑过充比较器的偏差(offset)，却忽略了过放比较器的偏差，若两个比较器的偏差方向不一致或相差很大，将会对电池保护电路芯片的良率、精度都有一定得影响。

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电池保护电路及其内的电压保护电路，其可以消除或降低现有技术中过充比较器和过放比较器的偏差带来的影响。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种电池保护电路中的电压保护电路，其包括：依次串联于第一电源端和第二电源端之间的电阻R1、电阻R2_1、电阻R2_2、电阻R3；第一比较器，其第一输入端连接至电阻R2_1、电阻R2_2的中间节点，其第二输入端连接一参考电压；选通电路，其包括控制端、第一输入端、第二输入端和输出端，其控制端与第一比较器的输出端相连，其第一输入端连接至电阻R1和电阻R2_1的中间节点，其第二输入端连接至电阻R2_2、电阻R3的中间节点，其基于控制端上的信号有选择的确定将第一输入端或第二输入端连接至其输出端；第二比较器，其第一输入端连接至所述选通电路的输出端，其第二输入端连接所述参考电压。

进一步的，在第一比较器的第一输入端的电压低于所述参考电压时，所述第一比较器通过其输出端输出信号使得所述选通电路将其第一输入端连接至其输出端，第二比较器比较电阻R1、电阻R2_1的中间节点的电压和所述参考电压。在第一比较器的第一输入端的电压高于所述参考电压时，所述第一比较器通过其输出端输出信号使得所述选通电路将其第二输入端连接至其输出端，第二比较器比较电阻R2_2、电阻R3的中间节点的电压和所述参考电压。

进一步的，在第一比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压，并且第二比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压时，认为电池保护电路处于放电过压状态，在第一比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压，并且第二比较器的第一输入端的电压高于第二输入端的电压时，认为电池保护电路处于充电过压状态。在第一比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压，第一比较器输出第一电平，第二比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压，第二比较器输出第一电平，在第一比较器的第一输入端的电压高于第二输入端的电压，第一比较器输出第二电平，第二比较器的第一输入端的电压高于第二输入端的电压，第二比较器输出第二电平。

进一步的，所述选通电路包括第一开关、第二开关和反相器，所述反相器的输入端与第一开关的控制端相连，所述反相器的输出端与第二开关的控制端相连，所述反相器的输入端作为所述选通开关的控制端与第一比较器的输出端相连，第二开关的一个连接端作为选通电路的第一输入端连接至电阻R1和电阻R2_1的中间节点，第一开关的一个连接端作为选通电路的第二输入端连接至电阻R2_2和电阻R3的中间节点，第二开关的另一个连接端和第一开关的另一个连接端相连后作为所述选通电路的输出端与第二比较器的第一输入端相连。

进一步的，在第一比较器输出第一电平时，第一开关截止，第二开关导通，在第一比较器输出第二电平时，第一开关导通，第二开关截止。电阻R2_1和电阻R2_2的阻值相等。第一电源端与受保护的电芯的正极相连，第二电源端与为受保护的电芯的负极相连。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种电池保护电路，其包括第一检测端、第二检测端、第三检测端、充电控制端和放电控制端，所述第一检测端与电芯的正极相连；所述第二检测端与所述电芯的负极相连，所述第三检测端与所述电池保护电路的第二电源端相连，所述电芯的正极与所述电池保护电路的第一电源端相连，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的电压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禁止充电控制信号，在放电异常时，由所述放电控制端输出禁止放电控制信号。所述电池保护电路还包括电压保护电路，

所述电压保护电路包括：依次串联于第一电源端和第二电源端之间的电阻R1、电阻R2_1、电阻R2_2、电阻R3；第一比较器，其第一输入端连接至电阻R2_1、电阻R2_2的中间节点，其第二输入端连接一参考电压；选通电路，其包括控制端、第一输入端、第二输入端和输出端，其控制端与第一比较器的输出端相连，其第一输入端连接至电阻R1和电阻R2_1的中间节点，其第二输入端连接至电阻R2_2、电阻R3的中间节点，其基于控制端上的信号有选择的确定将第一输入端或第二输入端连接至其输出端；第二比较器，其第一输入端连接至所述选通电路的输出端，其第二输入端连接所述参考电压。其中第一电源端与第一检测端相连，第二电源端与第二检测端相连，基于第一比较器和第二比较器的输出信号确定是否充电过压或放电过压。

与现有技术相比，本发明中的第一比较器用于初步判断电芯电压位于充电过压趋势还是放电过压趋势，第二比较器用于判断电芯电压处于充电过压状态还是放电过压状态，这样用同一个第二比较器REF实现过充过放检测，消除用两个比较器分别检测时两个比较器之间的偏差，有利于精度和良率的提高。

【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为一种电池保护电路的示意图；

图2为现有技术中的电压保护电路的电路示意图；

图3为本发明中的电压保护电路的电路示意图。

【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。

图3为本发明中的电压保护电路的电路示意图，所述电压保护电路可以应用于图1所示的电池保护芯片110中。如图3所示，所述电压保护电路包括：依次串联于第一电源端和第二电源端之间的电阻R1、电阻R2_1、电阻R2_2、电阻R3、第一比较器CMP1、第二比较器CMP2、选通电路310。

第一比较器CMP1的第一输入端连接至电阻R2_1、电阻R2_2的中间节点，其第二输入端连接一参考电压REF。所述选通电路310包括控制端、第一输入端、第二输入端和输出端，其控制端与第一比较器CMP1的输出端相连，其第一输入端连接至电阻R1和电阻R2_1的中间节点，其第二输入端连接至电阻R2_2、电阻R3的中间节点，其基于控制端上的信号有选择的确定将第一输入端或第二输入端连接至其输出端。第二比较器CMP2的第一输入端连接至所述选通电路的输出端，其第二输入端连接所述参考电压REF。

在一个示例中，第一电源端为电源电压端VDD，其连接图1中的电池保护芯片的第一检测端，第二电源端为接地端GND，其连接图1中的电池保护芯片的第二检测端。

可以看出，电阻R1和电阻R2_1的中间节点的电压VA为:

$\mathrm{VA}=(\mathrm{VDD}\&times;\frac{R2\_1+R2\_2+R3}{R1+R2\_1+R2\_2+R3}).$

电阻R2_1和电阻R2_2的中间节点的电压VB为:

$\mathrm{VB}=(\mathrm{VDD}\&times;\frac{R2\_1+R2\_2+R3}{R1+R2\_1+R2\_2+R3}).$

电阻R2_2和电阻R3的中间节点的电压VC为:

$\mathrm{VC}=(\mathrm{VDD}\&times;\frac{R3}{R1+R2\_1+R2\_2+R3}).$

在第一比较器CMP1的第一输入端的电压VB低于所述参考电压REF时，认为目前为过放电趋势，所述第一比较器CMP1通过其输出端输出信号使得所述选通电路310将其第一输入端连接至其输出端，这样将电阻R1、电阻R2_1的中间节点连接至第二比较器CMP2的第一输入端，第二比较器CMP2比较电阻R1、电阻R2_1的中间节点的电压VA和所述参考电压REF。在第一比较器CMP1的第一输入端的电压VB低于第二输入端的电压REF，并且第二比较器CMP2的第一输入端的电压(此时为VA)低于第二输入端的电压REF时，认为电池保护电路110处于放电过压状态，可以控制开关组合120切断放电通路。

在第一比较器CMP1的第一输入端的电压VB高于所述参考电压REF时，认为目前为过充电趋势，所述第一比较器CMP2通过其输出端输出信号使得所述选通电路310将其第二输入端连接至其输出端，这样将电阻R2_2、电阻R3的中间节点连接至第二比较器CMP2的第一输入端，第二比较器比较电阻R2_2、电阻R3的中间节点的电压VC和所述参考电压REF。在第一比较器CMP1的第一输入端的电压VB低于第二输入端的电压REF，并且第二比较器CMP2的第一输入端的电压（此时为VC）高于第二输入端的电压REF时，认为电池保护电路110处于充电过压状态，可以控制开关组合120切断放电通路。

在一个实施例中，在第一比较器CMP1的第一输入端的电压VB低于第二输入端的电压VREF，第一比较器CMP1输出第一电平，第二比较器CMP2的第一输入端的电压(VA或VC)低于第二输入端的电压REF，第二比较器CMP2输出第一电平，在第一比较器CMP1的第一输入端的电压VB高于第二输入端的电压REF，第一比较器CMP1输出第二电平，第二比较器CMP2的第一输入端的电压(VA或VC)高于第二输入端的电压REF，第二比较器CMP2输出第二电平。在一个示例中，第一电平为低电平，第二电平为高电平。

在一个实施例中，如图3所示，所述选通电路310包括第一开关S1、第二开关S2和反相器INV，所述反相器INV的输入端与第一开关S1的控制端相连，所述反相器INV的输出端与第二开关S2的控制端相连，所述反相器INV的输入端作为所述选通开关310的控制端与第一比较器CMP1的输出端相连，第二开关S2的一个连接端作为选通电路310的第一输入端连接至电阻R1和电阻R2_1的中间节点，第一开关S1的一个连接端作为选通电路310的第二输入端连接至电阻R2_2和电阻R3的中间节点，第二开关S2的另一个连接端和第一开关S1的另一个连接端相连后作为所述选通电路310的输出端与第二比较器CMP2的第一输入端相连。在第一比较器CMP1输出第一电平时，第一开关S1截止，第二开关S2导通，在第一比较器CMP1输出第二电平时，第一开关S1导通，第二开关S2截止。

在一个实施例中，电阻R2_1和电阻R2_2的阻值相等，这样VB=（VA+VC）/2。在其他实施例中，电阻R2_1和电阻R2_2的阻值也可以不相等，只要保证比较器CMP1的第一输入端的电压在电压VC、VA之间的比例电压即可。

在一个具体的实施例中，当VB<REF时，CMP1输出低电平，认为电芯处于放电过压趋势，开关S1断开，开关S2关闭，CMP2对VA与REF进行比较，当REF<VA时，CMP2输出高电平，电芯处于正常工作状态；当VA<REF时，CMP2输出低电平，电芯处于过放状态。当REF<VB时，CMP1输出高电平，电芯处于充电过压趋势，开关S1关闭，开关S2断开，CMP2对VOC与REF进行比较，当VC<REF时，CMP2输出低电平，电芯处于正常工作状态；当REF<VC时，CMP2输出高电平，电芯处于过充状态。由此可知，VOD为放电过压阈值，VOC为充电过压阈值，只有两个比较器输出同为高时表示电芯BAT过充状态，同为低时表示电芯BAT处于过放状态。

由此可知充电过压阈值

放电过压阈值 $\mathrm{VOD}=(\mathrm{REF}\&times;\frac{R1+R2\_1+R2\_2+R3}{R2\_1+R2\_2+R3}).$

本发明中的第一比较器CMP1用于初步判断电芯电压(VDD)位于充电过压趋势还是放电过压趋势，第二比较器CMP2用于判断电芯电压处于充电过压状态还是放电过压状态，这样用同一个第二比较器REF实现过充过放检测（双向比较），消除用两个比较器分别检测时两个比较器之间的偏差，有利于精度和良率的提高。在本发明的电压保护电路的校正过程中，即便只修调过充电压阈值，过放电压阈值也得到很好的修调。

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 (9)

1.一种电池保护电路中的电压保护电路，其特征在于，其包括：

依次串联于第一电源端和第二电源端之间的电阻R1、电阻R2_1、电阻R2_2、电阻R3；

第一比较器，其第一输入端连接至电阻R2_1、电阻R2_2的中间节点，其第二输入端连接一参考电压；

选通电路，其包括控制端、第一输入端、第二输入端和输出端，其控制端与第一比较器的输出端相连，其第一输入端连接至电阻R1和电阻R2_1的中间节点，其第二输入端连接至电阻R2_2、电阻R3的中间节点，其基于控制端上的信号有选择的确定将第一输入端或第二输入端连接至其输出端；

第二比较器，其第一输入端连接至所述选通电路的输出端，其第二输入端连接所述参考电压。

2.根据权利要求1所述的电压保护电路，其特征在于，在第一比较器的第一输入端的电压低于所述参考电压时，所述第一比较器通过其输出端输出信号使得所述选通电路将其第一输入端连接至其输出端，

第二比较器比较电阻R1、电阻R2_1的中间节点的电压和所述参考电压，

在第一比较器的第一输入端的电压高于所述参考电压时，所述第一比较器通过其输出端输出信号使得所述选通电路将其第二输入端连接至其输出端，

第二比较器比较电阻R2_2、电阻R3的中间节点的电压和所述参考电压。

3.根据权利要求2所述的电压保护电路，其特征在于，

在第一比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压，并且第二比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压时，认为电池保护电路处于放电过压状态，

在第一比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压，并且第二比较器的第一输入端的电压高于第二输入端的电压时，认为电池保护电路处于充电过压状态。

4.根据权利要求3所述的电压保护电路，其特征在于，在第一比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压，第一比较器输出第一电平，第二比较器的第一输入端的电压低于第二输入端的电压，第二比较器输出第一电平，

在第一比较器的第一输入端的电压高于第二输入端的电压，第一比较器输出第二电平，第二比较器的第一输入端的电压高于第二输入端的电压，第二比较器输出第二电平。

5.根据权利要求4所述的电压保护电路，其特征在于，所述选通电路包括第一开关、第二开关和反相器，

所述反相器的输入端与第一开关的控制端相连，所述反相器的输出端与第二开关的控制端相连，所述反相器的输入端作为所述选通开关的控制端与第一比较器的输出端相连，第二开关的一个连接端作为选通电路的第一输入端连接至电阻R1和电阻R2_1的中间节点，第一开关的一个连接端作为选通电路的第二输入端连接至电阻R2_2和电阻R3的中间节点，第二开关的另一个连接端和第一开关的另一个连接端相连后作为所述选通电路的输出端与第二比较器的第一输入端相连。

6.根据权利要求5所述的电压保护电路，其特征在于，在第一比较器输出第一电平时，第一开关截止，第二开关导通，在第一比较器输出第二电平时，第一开关导通，第二开关截止。

7.根据权利要求5所述的电压保护电路，其特征在于，电阻R2_1和电阻R2_2的阻值相等。

8.根据权利要求1所述的电压保护电路，其特征在于，第一电源端与受保护的电芯的正极相连，第二电源端与为受保护的电芯的负极相连。

9.一种电池保护电路，其包括：第一检测端、第二检测端、第三检测端、充电控制端和放电控制端，所述第一检测端与电芯的正极相连；所述第二检测端与所述电芯的负极相连，所述第三检测端与所述电池保护电路的第二电源端相连，所述电芯的正极与所述电池保护电路的第一电源端相连，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的电压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禁止充电控制信号，在放电异常时，由所述放电控制端输出禁止放电控制信号，其特征在于，

所述电池保护电路还包括如权利要求1-8任一所述的电压保护电路，

其中第一电源端与第一检测端相连，第二电源端与第二检测端相连，

基于第一比较器和第二比较器的输出信号确定是否充电过压或放电过压。

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