CN104300509A - 适用于多种锂电池保护方案的欠压保护负载锁存电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于多种锂电池保护方案的欠压保护负载锁存电路，包括欠压检测电路和负载/充电器检测电路；在后者中，第一比较器正输入端接负载检测基准电压，负输入端接负载检测端；第二比较器正输入端接第一充电器检测基准电压，负输入端接充电器检测端；第三比较器正输入端接充电器检测端，负输入端接第二充电器检测基准电压；三输入或门输入端接三个比较器的输出端，输出端接滤波电路输入端；D触发器时钟端接滤波电路输出端，复位端接非欠压状态端，Q端接欠压释放端；高压NMOS管栅极接欠压状态端，源极接地，漏极经过第一电阻与负载检测端连接；高压PMOS管栅极接非欠压状态端，源极接电源端，漏极经过第二电阻与充电器检测端连接。

Description

适用于多种锂电池保护方案的欠压保护负载锁存电路
技术领域
本发明涉及锂电池保护技术领域，具体来说，本发明涉及一种适用于多种锂电池保护方案的欠压保护负载锁存电路。
背景技术
锂电池广泛应用于电动工具、电动自行车、不间断电源(Uninterruptible PowerSupply，UPS)和移动电源等领域。锂电池本身的特性决定了欠压保护电路的必要性：为了防止放电回路在欠压点附近振荡，一般都设置欠压迟滞点。但是在恶劣条件下，例如锂电池长期使用后性能变差，导致内阻增大、负载电流较大等情况，尤其是在欠压点附近内阻本身就很大。如果又在重负载情况下大电流放电，仍然可能引起欠压点附近的振荡，导致响应欠压而关闭放电回路后，电压回升幅度足够大(大于预设的欠压迟滞电压)导致退出欠压，从而又开启放电回路，再次大电流放电。如此反复，导致放电端(DSG)频繁开关而振荡，可能导致负载、锂电池、锂电池保护板的损坏，甚至会引起安全性问题。
图1为传统的一种欠压保护电路在恶劣条件下体现振荡问题的各参数的曲线示意图。如图1所示，LOAD代表负载是否接上(LOAD＝1代表接上，反之则代表未接上)，Vcell代表锂电池电压，Vdrv为保护电路的欠压迟滞翻转点(预先设置)，Vdv为保护电路的欠压翻转点(也是预先设置)，Odischarge代表锂电池是否进入欠压状态(Odischarge＝0代表正常放电，反之则代表进入欠压状态)，DSG为输出放电回路的开关(DSG＝1代表打开而正常放电，反之则代表关闭而进入欠压状态)。
所以，上述锂电池应用领域中遇到的放电回路振荡的问题，是本领域中亟需解决的一个难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于多种锂电池保护方案的欠压保护负载锁存电路，防止放电回路在恶劣条件下在欠压点附近发生振荡。
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于多种锂电池保护方案的欠压保护负载锁存电路，其包括欠压检测电路和负载/充电器检测电路；
其中，所述欠压检测电路的输入侧具有多个锂电池的电压输入端和一个欠压释放端，其输出侧具有一个欠压状态端和一个非欠压状态端；
所述负载/充电器检测电路包括：第一比较器、第二比较器、第三比较器、三输入或门、滤波电路、D触发器、高压NMOS管、高压PMOS管、第一电阻和第二电阻；
所述第一比较器的正输入端连接一负载检测基准电压，其负输入端连接一负载检测端，其输出端产生一负载拔除信号；所述第二比较器的正输入端连接一第一充电器检测基准电压，其负输入端连接一充电器检测端，其输出端产生一第一充电器连接信号；所述第三比较器的正输入端连接所述充电器检测端，其负输入端连接一第二充电器检测基准电压，其输出端产生一第二充电器连接信号；所述三输入或门的输入端分别接收所述负载拔除信号、所述第一充电器连接信号和所述第二充电器连接信号，其输出端产生一或运算输出信号；所述滤波电路的输入端接收所述或运算输出信号；所述D触发器具有D端、Q端、端、时钟端和复位端，所述时钟端与所述滤波电路的输出端连接，所述复位端与所述非欠压状态端连接，所述Q端与所述欠压释放端连接，所述D端与一电源端连接，所述端空置；
所述高压NMOS管的栅极与所述欠压状态端连接，其源极接地，其漏极经过所述第一电阻与所述负载检测端连接；
所述高压PMOS管的栅极与所述非欠压状态端连接，其源极与所述电源端连接，其漏极经过所述第二电阻与所述充电器检测端连接。
可选地，所述锂电池保护方案包括：同口、半分口、全分口和P充N放。
可选地，所述欠压保护负载锁存电路能应用于锂电池应用领域中的电动工具、电动自行车、不间断电源或者移动电源内。
可选地，在同口的所述锂电池保护方案中，包括所述欠压保护负载锁存电路的一锂电池应用电路中连接负载的正、负连接端与连接充电器的正、负连接端分别是相同的；所述锂电池应用电路还包括：
过压保护电路；
过流保护电路；
其他保护电路；
控制逻辑电路，其输入端分别与所述欠压保护负载锁存电路、所述过压保护电路、所述过流保护电路和所述其他保护电路连接，其输出端连接到一充电端和一放电端，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制所述充电端和/或所述放电端的开关；
充电回路控制开关管，其栅极与所述充电端连接，其源极、所述负载检测端和所述充电器检测端均与连接所述负载/充电器的负连接端连接；
充电回路电阻，连接于所述充电回路控制开关管的栅极和源极之间；
放电回路控制开关管，其栅极与所述放电端连接，其漏极与所述充电回路控制开关管的漏极连接，其源极与由多个所述锂电池组成的锂电池组的负极连接。
可选地，在半分口的所述锂电池保护方案中，包括所述欠压保护负载锁存电路的一锂电池应用电路中连接负载的正连接端与连接充电器的正连接端是相同的，而连接负载的负连接端与连接充电器的负连接端则是分开的；所述锂电池应用电路还包括：
过压保护电路；
过流保护电路；
其他保护电路；
控制逻辑电路，其输入端分别与所述欠压保护负载锁存电路、所述过压保护电路、所述过流保护电路和所述其他保护电路连接，其输出端连接到一充电端和一放电端，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制所述充电端和/或所述放电端的开关；
充电回路控制开关管，其栅极与所述充电端连接，其源极和所述充电器检测端均与连接所述充电器的负连接端连接；
充电回路电阻，连接于所述充电回路控制开关管的栅极和源极之间；
放电回路控制开关管，其栅极与所述放电端连接，其漏极与所述充电回路控制开关管的漏极连接，并与所述负载检测端一起均与连接所述负载的负连接端连接，其源极与由多个所述锂电池组成的锂电池组的负极连接。
可选地，在全分口的所述锂电池保护方案中，包括所述欠压保护负载锁存电路的一锂电池应用电路中连接负载的正连接端与连接充电器的正连接端是相同的，而连接负载的负连接端与连接充电器的负连接端则是分开的；所述锂电池应用电路还包括：
过压保护电路；
过流保护电路；
其他保护电路；
控制逻辑电路，其输入端分别与所述欠压保护负载锁存电路、所述过压保护电路、所述过流保护电路和所述其他保护电路连接，其输出端连接到一充电端和一放电端，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制所述充电端和/或所述放电端的开关；
充电回路控制开关管，其栅极与所述充电端连接，其源极和所述充电器检测端均与连接所述充电器的负连接端连接，其漏极与一第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极与由多个所述锂电池组成的锂电池组的负极连接；
充电回路电阻，连接于所述充电回路控制开关管的栅极和源极之间；
放电回路控制开关管，其栅极与所述放电端连接，其漏极与所述负载检测端均与连接所述负载的负连接端连接，其源极也与所述锂电池组的负极连接。
可选地，在P充N放的所述锂电池保护方案中，包括所述欠压保护负载锁存电路的一锂电池应用电路中连接负载的负连接端与连接充电器的负连接端是相同的，而连接负载的正连接端与连接充电器的正连接端则是分开的；所述锂电池应用电路还包括：
过压保护电路；
过流保护电路；
其他保护电路；
控制逻辑电路，其输入端分别与所述欠压保护负载锁存电路、所述过压保护电路、所述过流保护电路和所述其他保护电路连接，其输出端连接到一充电端和一放电端，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制所述充电端和/或所述放电端的开关；
充电回路控制开关管，其栅极与所述充电端连接，其源极和所述充电器检测端均与连接所述充电器的正连接端连接，其漏极和连接所述负载的正连接端均与由多个所述锂电池组成的锂电池组的正极连接；
充电回路电阻，连接于所述充电回路控制开关管的栅极和源极之间；
放电回路控制开关管，其栅极与所述放电端连接，其漏极与所述负载检测端均与连接所述充电器/负载的负连接端连接，其源极与所述锂电池组的负极连接。
可选地，所述负载检测基准电压是根据实际负载和所述第一电阻分压以及所述第二电阻和所述第一电阻分压点合理选择的。
可选地，所述第一充电器检测基准电压和所述第二充电器检测基准电压均是根据充电器特性合理选择的。
可选地，所述其他保护电路包括温度保护电路、断线保护电路和极高压保护电路。
可选地，所述欠压保护负载锁存电路、所述过压保护电路、所述过流保护电路、所述其他保护电路和所述控制逻辑电路构成一锂电池保护芯片；所述锂电池保护芯片边缘具有多个所述锂电池的电压输入端和一个所述电源端。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明引入了欠压保护负载锁存功能：欠压关闭放电回路后，若负载仍接着，即使锂电池电压回升，则仍然锁存在欠压状态，直到拔除负载或者接充电器后根据实际锂电池电压判断退出欠压状态，从而避免放电回路在恶劣条件下在欠压点附近振荡。
在不同应用环境、负载条件以及成本考虑下，本发明可适用于包括同口、半分口、全分口和P充N放等不同锂电池保护方案，针对级联系统或者单颗锂电池保护芯片也均适用。
本发明可以广泛应用于电动工具、电动自行车、不间断电源和移动电源等锂电池应用领域。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1为传统的一种欠压保护电路在恶劣条件下体现振荡问题的各参数的曲线示意图；
图2为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路的示意图；
图3为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路在恶劣条件下的各参数的曲线示意图；
图4为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路在“同口”的锂电池保护方案中的外围电路的示意图；
图5为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路的在“半分口”的锂电池保护方案中的外围电路的示意图；
图6为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路的在“全分口”的锂电池保护方案中的外围电路的示意图；
图7为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路的在“P充N放”的锂电池保护方案中的外围电路的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于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根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
图2为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路的示意图。如图2所示，该欠压保护负载锁存电路200适用于多种锂电池保护方案，如同口、半分口、全分口和P充N放等，其主要包括欠压检测电路SCH2和负载/充电器检测电路202。其中，欠压检测电路SCH2的输入侧具有多个锂电池(暂未图示)的电压输入端VC1、VC2、VC3…VCn和一个欠压释放端OD_RELS，其输出侧具有一个欠压状态端Odischarge和一个非欠压状态端
而负载/充电器检测电路202则主要包括：第一比较器cmp1、第二比较器cmp2、第三比较器cmp3、三输入或门OR3、滤波电路SCH1、D触发器DF1、高压NMOS管MN1、高压PMOS管MP1、第一电阻R1和第二电阻R2。
其中，第一比较器cmp1的正输入端连接一负载检测基准电压Vtr_Load，其负输入端连接一负载检测端LDET，其输出端产生一负载拔除信号loadoff。第二比较器cmp2的正输入端连接一第一充电器检测基准电压Vtr_cgr1，其负输入端连接一充电器检测端CDET，其输出端产生一第一充电器连接信号cgron1。第三比较器cmp3的正输入端连接充电器检测端CDET，其负输入端连接一第二充电器检测基准电压Vtr_cgr2，其输出端产生一第二充电器连接信号cgron2。
在本实施例中，负载检测基准电压Vtr_Load可以是根据实际负载和第一电阻R1分压以及第二电阻R2和第一电阻R1分压点合理选择的；而第一充电器检测基准电压Vtr_cgr1和第二充电器检测基准电压Vtr_cgr2也可以均是根据充电器特性合理选择的。第二充电器检测基准电压Vtr_cgr2比芯片最高电源VDD稍大，在P充N放应用中检测充电器。
另外，三输入或门OR3的输入端分别接收负载拔除信号loadoff、第一充电器连接信号cgron1和第二充电器连接信号cgron2，其输出端产生一或运算输出信号VA。滤波电路SCH1的输入端接收该或运算输出信号VA，产生滤波信号。该滤波电路SCH1可以采用RC计数器通过计数进行滤波(debounce)。D触发器DF1具有D端、Q端、端、时钟端Clk和复位端Reset，时钟端Clk与滤波电路SCH1的输出端连接，复位端Reset与欠压检测电路SCH2的非欠压状态端连接，Q端与欠压检测电路SCH2的欠压释放端OD_RELS连接，D端与一电源端VDD连接，端空置。该D触发器DF1在非欠压状态下将欠压释放端OD_RELS进行复位为0，在欠压状态下只要检测到一次负载拔除信号loadoff或第一充电器连接信号cgron1或第二充电器连接信号cgron2＝1并持续滤波(debounce)时间以上则输出OD_RELS＝1。
高压NMOS管MN1的栅极与欠压检测电路SCH2的欠压状态端Odischarge连接，其源极接地，其漏极经过第一电阻R1与负载检测端LDET连接。高压PMOS管MP1的栅极与欠压检测电路SCH2的非欠压状态端连接，其源极与电源端VDD连接，其漏极经过第二电阻R2与充电器检测端CDET连接。该高压NMOS管MN1和该高压PMOS管MP1在欠压状态下开启，对负载检测端LDET下拉和充电器检测端CDET上拉，并且第二电阻R2>>第一电阻R1。
欠压检测电路SCH2在欠压释放端OD_RELS为0时，检测到锂电池电压(即VC1-VC2，VC2-VC3，……)低于欠压值并持续大于预设时间后，进入欠压状态即Odischarge＝1。在欠压后检测到欠压释放端OD_RELS＝0则锁定欠压状态，否则会根据锂电池电压判断是否退出欠压状态，不锁定欠压。
图3为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路在恶劣条件下的各参数的曲线示意图。如图3所示，LOAD代表负载是否接上(LOAD＝1代表接上，反之则代表未接上)，Vcell代表锂电池电压，Vdrv为保护电路的欠压迟滞翻转点(预先设置)，Vdv为保护电路的欠压翻转点(也是预先设置)，Odischarge代表锂电池是否进入欠压状态(Odischarge＝0代表正常放电，反之则代表进入欠压状态)，DSG为输出放电回路的开关(DSG＝1代表打开而正常放电，反之则代表关闭而进入欠压状态)。
进入欠压后，若负载仍然接着，即使锂电池电压Vcell恢复仍锁存在欠压状态，在拔掉负载后，根据实际锂电池电压Vcell判断退出欠压，从而避免DSG振荡。
在不同应用环境、负载条件以及成本考虑下，锂电池保护芯片可能采用同口、半分口、全分口、P充N放等不同锂电池保护方案，外围电路分别描述如下：
图4为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路在“同口”的锂电池保护方案中的外围电路的示意图。如图4所示，在“同口”的锂电池保护方案中，包括欠压保护负载锁存电路200的一锂电池应用电路400中连接负载的正、负连接端P+、P-与连接充电器的正、负连接端C+、C-分别是相同的。该锂电池应用电路400还包括：过压保护电路401、过流保护电路402、其他保护电路403、控制逻辑电路404、充电回路控制开关管MCHG、充电回路电阻RCHG和放电回路控制开关管MDSG。其中，其他保护电路403包括温度保护电路、断线保护电路和极高压保护电路，它们均为普通锂电池保护芯片中常见的保护电路。控制逻辑电路404的输入端分别与欠压保护负载锁存电路200、过压保护电路401、过流保护电路402和其他保护电路403连接，其输出端连接到一充电端CHG和一放电端DSG，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制充电端CHG和/或放电端DSG的开关。
在本实施例中，欠压保护负载锁存电路200、过压保护电路401、过流保护电路402、其他保护电路403和控制逻辑电路404可以构成一锂电池保护芯片410。该锂电池保护芯片410边缘具有多个锂电池CELL1、CELL2、CELL3、…CELLn的电压输入端VC1、VC2、VC3…VCn和一个电源端VDD。
另外，充电回路控制开关管MCHG的栅极与充电端CHG连接，其源极、负载检测端LDET和充电器检测端CDET均与连接负载/充电器的负连接端P-/C-连接。充电回路电阻RCHG连接于充电回路控制开关管MCHG的栅极和源极之间。放电回路控制开关管MDSG的栅极与放电端DSG连接，其漏极与充电回路控制开关管MCHG的漏极连接，其源极与由多个锂电池CELL1、CELL2、CELL3…CELLn组成的锂电池组的负极连接。
放电回路控制开关管MDSG和充电回路控制开关管MCHG均为外部功率NMOS管，分别控制着放电回路和充电回路的开关，充电回路电阻RCHG用于关闭充电回路控制开关管MCHG。第一二极管D1和第二二极管D2分别为放电回路控制开关管MDSG和充电回路控制开关管MCHG的寄生体二极管。
在“同口”应用环境下，充电器检测端CDET/负载检测端LDET的引脚均接连接负载/充电器的负连接端P-/C-，欠压后关闭放电回路控制开关管MDSG停止放电，同时开启负载检测端LDET下拉和充电器检测端CDET上拉：
1)如果负载接着，由于负载<<第一电阻R1，则检测到负载检测端LDET＝充电器检测端CDET＝电源端VDD，则或运算输出信号VA＝0，经过滤波电路SCH1滤波后欠压释放端OD_RELS＝0，此时欠压检测电路SCH2在欠压释放端OD_RELS为0时锁定欠压状态，即使由于放电回路控制开关管MDSG关闭放电回路导致锂电池电压有很大的回升也不会退出欠压，从而避免振荡；
2)如果负载拔掉，由于第二电阻R2>>第一电阻R1，则负载检测端LDET和充电器检测端CDET会被第一电阻R1拉到接地(GND)电位，则或运算输出信号VA由0变为1，经过滤波电路SCH1滤波后，输出欠压释放端OD_RELS＝1，一旦锂电池电压回升到欠压迟滞以上，则退出欠压不再锁存；
3)如果接充电器，负载检测端LDET和充电器检测端CDET会被充电器下拉到GND以下，同样检测到或运算输出信号VA由0变为1，经过滤波电路SCH1滤波后，输出欠压释放端OD_RELS＝1，一旦锂电池电压回升到欠压迟滞以上，则退出欠压不再锁存。
本实施例中的锂电池保护芯片410，对比普通的锂电池保护芯片，加入负载检测端LDET和充电器检测端CDET的引脚分别进行负载和充电器的检测，在芯片进入欠压后对负载检测端LDET下拉、充电器检测端CDET上拉并且对二者进行检测，负载检测端LDET检测电平为负载检测基准电压Vtr_Load，充电器检测端CDET检测电平为第一充电器检测基准电压Vtr_cgr1和第二充电器检测基准电压Vtr_cgr2，对比较器结果进行滤波后，只要检测到一次负载拔除信号loadoff或第一充电器连接信号cgron1或第二充电器连接信号cgron2＝1，意味着负载拔掉或充电器接上，则退出欠压锁定，否则由欠压检测电路锁定欠压。
图5为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路的在“半分口”的锂电池保护方案中的外围电路的示意图。如图5所示，在“半分口”的锂电池保护方案中，包括欠压保护负载锁存电路200的一锂电池应用电路500中连接负载的正连接端P+与连接充电器的正连接端C+是相同的，而连接负载的负连接端P-与连接充电器的负连接端C-则是分开的。该锂电池应用电路500还包括：过压保护电路501、过流保护电路502、其他保护电路503、控制逻辑电路504、充电回路控制开关管MCHG、充电回路电阻RCHG和放电回路控制开关管MDSG。其中，其他保护电路503包括温度保护电路、断线保护电路和极高压保护电路，它们均为普通锂电池保护芯片中常见的保护电路。控制逻辑电路504的输入端分别与欠压保护负载锁存电路200、过压保护电路501、过流保护电路502和其他保护电路503连接，其输出端连接到一充电端CHG和一放电端DSG，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制充电端CHG和/或放电端DSG的开关。
在本实施例中，欠压保护负载锁存电路200、过压保护电路501、过流保护电路502、其他保护电路503和控制逻辑电路504可以构成一锂电池保护芯片510。该锂电池保护芯片510边缘具有多个锂电池CELL1、CELL2、CELL3、…CELLn的电压输入端VC1、VC2、VC3…VCn和一个电源端VDD。
另外，充电回路控制开关管MCHG的栅极与充电端CHG连接，其源极和充电器检测端CDET均与连接充电器的负连接端C-连接。充电回路电阻RCHG连接于充电回路控制开关管MCHG的栅极和源极之间。放电回路控制开关管MDSG的栅极与放电端DSG连接，其漏极与充电回路控制开关管MCHG的漏极连接，并与负载检测端LDET一起均与连接负载的负连接端P-连接，其源极与由多个锂电池CELL1、CELL2、CELL3…CELLn组成的锂电池组的负极连接。
放电回路控制开关管MDSG和充电回路控制开关管MCHG均为外部功率NMOS管，分别控制着放电回路和充电回路的开关，充电回路电阻RCHG用于关闭充电回路控制开关管MCHG。第一二极管D1和第二二极管D2分别为放电回路控制开关管MDSG和充电回路控制开关管MCHG的寄生体二极管。
在“半分口”应用环境下，充电器检测端CDET的引脚接连接充电器的负连接端C-，用于检测充电器；负载检测端LDET的引脚接连接负载的负连接端P-，用于检测负载，欠压后同时开启负载检测端LDET下拉和充电器检测端CDET上拉：
1)如果负载接着，由于负载<<第一电阻R1，则检测到负载检测端LDET＝电源端VDD，充电器检测端CDET被第二电阻R2上拉到电源端VDD，则或运算输出信号VA＝0，经过滤波电路SCH1滤波后欠压释放端OD_RELS＝0，此时欠压检测电路SCH2在欠压释放端OD_RELS为0时锁定欠压状态，即使由于放电回路控制开关管MDSG关闭放电回路导致锂电池电压有很大的回升也不会退出欠压，从而避免振荡；
2)如果负载拔掉，由于第二电阻R2>>第一电阻R1，则负载检测端LDET和充电器检测端CDET(通过第二电阻D2)分别被第一电阻R1下拉到地GND和GND+VD2(<0.6V)电位，则或运算输出信号VA由0变为1，经过滤波电路SCH1滤波后，输出欠压释放端OD_RELS＝1，一旦锂电池电压回升到欠压迟滞以上，则退出欠压不再锁存；
3)如果接充电器且负载接着，负载检测端LDET被负载拉到电源端VDD，但充电器检测端CDET会被充电器下拉到地GND以下，则或运算输出信号VA由0变为1，经过滤波电路SCH1滤波后，输出欠压释放端OD_RELS＝1，一旦锂电池电压回升到欠压迟滞以上，则退出欠压不再锁存。通过接充电器退出欠压锁存可以防止充电器和负载都在的情况下，即使充电使锂电池恢复正常电压，但仍被锁存在欠压。
本实施例中的锂电池保护芯片510，对比普通的锂电池保护芯片，加入负载检测端LDET和充电器检测端CDET的引脚分别进行负载和充电器的检测，在芯片进入欠压后对负载检测端LDET下拉、充电器检测端CDET上拉并且对二者进行检测，负载检测端LDET检测电平为负载检测基准电压Vtr_Load，充电器检测端CDET检测电平为第一充电器检测基准电压Vtr_cgr1和第二充电器检测基准电压Vtr_cgr2，对比较器结果进行滤波后，只要检测到一次负载拔除信号loadoff或第一充电器连接信号cgron1或第二充电器连接信号cgron2＝1，意味着负载拔掉或充电器接上，则退出欠压锁定，否则由欠压检测电路锁定欠压。
图6为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路的在“全分口”的锂电池保护方案中的外围电路的示意图。如图6所示，在“全分口”的锂电池保护方案中，包括欠压保护负载锁存电路200的一锂电池应用电路600中连接负载的正连接端P+与连接充电器的正连接端C+是相同的，而连接负载的负连接端P-与连接充电器的负连接端C-则是分开的。该锂电池应用电路600还包括：过压保护电路601、过流保护电路602、其他保护电路603、控制逻辑电路604、充电回路控制开关管MCHG、充电回路电阻RCHG和放电回路控制开关管MDSG。其中，其他保护电路603包括温度保护电路、断线保护电路和极高压保护电路，它们均为普通锂电池保护芯片中常见的保护电路。控制逻辑电路604的输入端分别与欠压保护负载锁存电路200、过压保护电路601、过流保护电路602和其他保护电路603连接，其输出端连接到一充电端CHG和一放电端DSG，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制充电端CHG和/或放电端DSG的开关。
在本实施例中，欠压保护负载锁存电路200、过压保护电路601、过流保护电路602、其他保护电路603和控制逻辑电路604可以构成一锂电池保护芯片610。该锂电池保护芯片610边缘具有多个锂电池CELL1、CELL2、CELL3、…CELLn的电压输入端VC1、VC2、VC3…VCn和一个电源端VDD。
另外，充电回路控制开关管MCHG的栅极与充电端CHG连接，其源极和充电器检测端CDET均与连接充电器的负连接端C-连接，其漏极与一第三二极管D3的负极连接，第三二极管D3的正极与由多个锂电池CELL1、CELL2、CELL3…CELLn组成的锂电池组的负极连接。充电回路电阻RCHG连接于充电回路控制开关管MCHG的栅极和源极之间。放电回路控制开关管MDSG的栅极与放电端DSG连接，其漏极与负载检测端LDET均与连接负载的负连接端P-连接，其源极也与锂电池组的负极连接。
放电回路控制开关管MDSG和充电回路控制开关管MCHG均为外部功率NMOS管，分别控制着放电回路和充电回路的开关，充电回路电阻RCHG用于关闭充电回路控制开关管MCHG。第一二极管D1和第二二极管D2分别为放电回路控制开关管MDSG和充电回路控制开关管MCHG的寄生体二极管。
在“全分口”应用环境下，充电器检测端CDET接连接充电器的负连接端C-，用于检测充电器，负载检测端LDET接连接负载的负连接端P-，用于检测负载，欠压后同时开启负载检测端LDET下拉和充电器检测端CDET上拉：
1)如果负载接着，由于负载<<第一电阻R1，则检测到负载检测端LDET＝电源端VDD，充电器检测端CDET被第二电阻R2上拉到电源端VDD，则或运算输出信号VA＝0，经过滤波电路SCH1滤波后欠压释放端OD_RELS＝0，此时欠压检测电路SCH2在欠压释放端OD_RELS为0时锁定欠压状态，即使由于放电回路控制开关管MDSG关闭放电回路，导致锂电池电压有很大的回升也不会退出欠压，从而避免振荡；
2)如果负载拔掉，负载检测端LDET被第一电阻R1下拉到地GND，充电器检测端CDET被第二电阻R2上拉到电源端VDD，则或运算输出信号VA由0变为1，经过滤波电路SCH1滤波后，输出欠压释放端OD_RELS＝1，一旦锂电池电压回升到欠压迟滞以上，则退出欠压不再锁存；
3)如果接充电器且负载接着，负载检测端LDET被负载拉到电源端VDD，但充电器检测端CDET会被充电器下拉到地GND以下，则或运算输出信号VA由0变为1，经过滤波电路SCH1滤波后，输出欠压释放端OD_RELS＝1，一旦锂电池电压回升到欠压迟滞以上，则退出欠压不再锁存。
本实施例中的锂电池保护芯片610，对比普通的锂电池保护芯片，加入负载检测端LDET和充电器检测端CDET的引脚分别进行负载和充电器的检测，在芯片进入欠压后对负载检测端LDET下拉、充电器检测端CDET上拉并且对二者进行检测，负载检测端LDET检测电平为负载检测基准电压Vtr_Load，充电器检测端CDET检测电平为第一充电器检测基准电压Vtr_cgr1和第二充电器检测基准电压Vtr_cgr2，对比较器结果进行滤波后，只要检测到一次负载拔除信号loadoff或第一充电器连接信号cgron1或第二充电器连接信号cgron2＝1，意味着负载拔掉或充电器接上，则退出欠压锁定，否则由欠压检测电路锁定欠压。
图7为本发明一个实施例的欠压保护负载锁存电路的在“P充N放”的锂电池保护方案中的外围电路的示意图。如图7所示，在“P充N放”的锂电池保护方案中，包括欠压保护负载锁存电路200的一锂电池应用电路700中连接负载的负连接端P-与连接充电器的负连接端C-是相同的，而连接负载的正连接端P+与连接充电器的正连接端C+则是分开的。该锂电池应用电路700还包括：过压保护电路701、过流保护电路702、其他保护电路703、控制逻辑电路704、充电回路控制开关管MCHG、充电回路电阻RCHG和放电回路控制开关管MDSG。其中，其他保护电路703包括温度保护电路、断线保护电路和极高压保护电路，它们均为普通锂电池保护芯片中常见的保护电路。控制逻辑电路704的输入端分别与欠压保护负载锁存电路200、过压保护电路701、过流保护电路702和其他保护电路703连接，其输出端连接到一充电端CHG和一放电端DSG，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制充电端CHG和/或放电端DSG的开关。
在本实施例中，欠压保护负载锁存电路200、过压保护电路701、过流保护电路702、其他保护电路703和控制逻辑电路704可以构成一锂电池保护芯片710。该锂电池保护芯片710边缘具有多个锂电池CELL1、CELL2、CELL3、…CELLn的电压输入端VC1、VC2、VC3…VCn和一个电源端VDD。
另外，充电回路控制开关管MCHG的栅极与充电端CHG连接，其源极和充电器检测端CDET均与连接充电器的正连接端C+连接，其漏极和连接负载的正连接端P+均与由多个锂电池CELL1、CELL2、CELL3…CELLn组成的锂电池组的正极连接。充电回路电阻RCHG连接于充电回路控制开关管MCHG的栅极和源极之间。放电回路控制开关管MDSG的栅极与放电端DSG连接，其漏极与负载检测端LDET均与连接充电器/负载的负连接端C-/P-连接，其源极与锂电池组的负极连接。
放电回路控制开关管MDSG为外部功率NMOS管，充电回路控制开关管MCHG为外部功率PMOS管，分别控制着放电回路和充电回路的开关，充电回路电阻RCHG用于关闭充电回路控制开关管MCHG。第一二极管D1和第二二极管D2分别为放电回路控制开关管MDSG和充电回路控制开关管MCHG的寄生体二极管。
在“P充N放”应用环境下，充电器检测端CDET接连接充电器的正连接端C+，用于检测充电器，负载检测端LDET接连接负载的负连接端P-，用于检测负载，欠压后同时开启负载检测端LDET下拉和充电器检测端CDET上拉：
1)如果负载接着，由于负载<<第一电阻R1，则检测到负载检测端LDET＝电源端VDD，充电器检测端CDET被第二电阻R2上拉到电源端VDD，则或运算输出信号VA＝0，经过滤波电路SCH1滤波后欠压释放端OD_RELS＝0，此时欠压检测电路SCH2在欠压释放端OD_RELS为0时锁定欠压状态，即使由于放电回路控制开关管MDSG关闭放电回路，导致锂电池电压有很大的回升也不会退出欠压，避免振荡；
2)如果负载拔掉，负载检测端LDET被第一电阻R1下拉到地GND，充电器检测端CDET被第二电阻R2上拉到电源端VDD，则或运算输出信号VA由0变为1，经过滤波电路SCH1滤波后，输出欠压释放端OD_RELS＝1，一旦锂电池电压回升到欠压迟滞以上，则退出欠压不再锁存；
3)如果接充电器，负载检测端LDET会被充电器下拉到地GND以下，充电器检测端CDET会被充电器上拉到>电源端VDD，一般欠压附近充电器电压比电源端VDD高很多，即充电器检测端CDET>第二充电器检测基准电压Vtr_cgr2，则或运算输出信号VA由0变为1，经过滤波电路SCH1滤波后，输出欠压释放端OD_RELS＝1，一旦锂电池电压回升到欠压迟滞以上，则退出欠压不再锁存。
本实施例中的锂电池保护芯片710，对比普通的锂电池保护芯片，加入负载检测端LDET和充电器检测端CDET的引脚分别进行负载和充电器的检测，在芯片进入欠压后对负载检测端LDET下拉、充电器检测端CDET上拉并且对二者进行检测，负载检测端LDET检测电平为负载检测基准电压Vtr_Load，充电器检测端CDET检测电平为第一充电器检测基准电压Vtr_cgr1和第二充电器检测基准电压Vtr_cgr2，对比较器结果进行滤波后，只要检测到一次负载拔除信号loadoff或第一充电器连接信号cgron1或第二充电器连接信号cgron2＝1，意味着负载拔掉或充电器接上，则退出欠压锁定，否则由欠压检测电路锁定欠压。
综上所述，本发明引入了欠压保护负载锁存功能：欠压关闭放电回路后，若负载仍接着，即使锂电池电压回升，则仍然锁存在欠压状态，直到拔除负载或者接充电器后根据实际锂电池电压判断退出欠压状态，从而避免放电回路在恶劣条件下在欠压点附近振荡。
在不同应用环境、负载条件以及成本考虑下，本发明可适用于包括同口、半分口、全分口和P充N放等不同锂电池保护方案，针对级联系统或者单颗锂电池保护芯片也均适用。
本发明可以广泛应用于电动工具、电动自行车、不间断电源和移动电源等锂电池应用领域。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于多种锂电池保护方案的欠压保护负载锁存电路(200)，其包括欠压检测电路(SCH2)和负载/充电器检测电路(202)；
其中，所述欠压检测电路(SCH2)的输入侧具有多个锂电池(CELL1、CELL2、CELL3…CELLn)的电压输入端(VC1、VC2、VC3…VCn)和一个欠压释放端(OD_RELS)，其输出侧具有一个欠压状态端(Odischarge)和一个非欠压状态端 ( Odisch arg e &OverBar; ) ;
所述负载/充电器检测电路(202)包括：第一比较器(cmp1)、第二比较器(cmp2)、第三比较器(cmp3)、三输入或门(OR3)、滤波电路(SCH1)、D触发器(DF1)、高压NMOS管(MN1)、高压PMOS管(MP1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)；
所述第一比较器(cmp1)的正输入端连接一负载检测基准电压(Vtr_Load)，其负输入端连接一负载检测端(LDET)，其输出端产生一负载拔除信号(loadoff)；所述第二比较器(cmp2)的正输入端连接一第一充电器检测基准电压(Vtr_cgr1)，其负输入端连接一充电器检测端(CDET)，其输出端产生一第一充电器连接信号(cgron1)；所述第三比较器(cmp3)的正输入端连接所述充电器检测端(CDET)，其负输入端连接一第二充电器检测基准电压(Vtr_cgr2)，其输出端产生一第二充电器连接信号(cgron2)；所述三输入或门(OR3)的输入端分别接收所述负载拔除信号(loadoff)、所述第一充电器连接信号(cgron1)和所述第二充电器连接信号(cgron2)，其输出端产生一或运算输出信号(VA)；所述滤波电路(SCH1)的输入端接收所述或运算输出信号(VA)；所述D触发器(DF1)具有D端、Q端、端、时钟端(Clk)和复位端(Reset)，所述时钟端(Clk)与所述滤波电路(SCH1)的输出端连接，所述复位端(Reset)与所述非欠压状态端连接，所述Q端与所述欠压释放端(OD_RELS)连接，所述D端与一电源端(VDD)连接，所述Q端空置；
所述高压NMOS管(MN1)的栅极与所述欠压状态端(Odischarge)连接，其源极接地，其漏极经过所述第一电阻(R1)与所述负载检测端(LDET)连接；
所述高压PMOS管(MP1)的栅极与所述非欠压状态端连接，其源极与所述电源端(VDD)连接，其漏极经过所述第二电阻(R2)与所述充电器检测端(CDET)连接。
2.根据权利要求1所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于，所述锂电池保护方案包括：同口、半分口、全分口和P充N放。
3.根据权利要求2所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于，所述欠压保护负载锁存电路(200)能应用于锂电池应用领域中的电动工具、电动自行车、不间断电源或者移动电源内。
4.根据权利要求3所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于，在同口的所述锂电池保护方案中，包括所述欠压保护负载锁存电路(200)的一锂电池应用电路(400)中连接负载的正、负连接端(P+、P-)与连接充电器的正、负连接端(C+、C-)分别是相同的；所述锂电池应用电路(400)还包括：
过压保护电路(401)；
过流保护电路(402)；
其他保护电路(403)；
控制逻辑电路(404)，其输入端分别与所述欠压保护负载锁存电路(200)、所述过压保护电路(401)、所述过流保护电路(402)和所述其他保护电路(403)连接，其输出端连接到一充电端(CHG)和一放电端(DSG)，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制所述充电端(CHG)和/或所述放电端(DSG)的开关；
充电回路控制开关管(MCHG)，其栅极与所述充电端(CHG)连接，其源极、所述负载检测端(LDET)和所述充电器检测端(CDET)均与连接所述负载/充电器的负连接端(P-/C-)连接；
充电回路电阻(RCHG)，连接于所述充电回路控制开关管(MCHG)的栅极和源极之间；
放电回路控制开关管(MDSG)，其栅极与所述放电端(DSG)连接，其漏极与所述充电回路控制开关管(MCHG)的漏极连接，其源极与由多个所述锂电池(CELL1、CELL2、CELL3…CELLn)组成的锂电池组的负极连接。
5.根据权利要求3所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于，在半分口的所述锂电池保护方案中，包括所述欠压保护负载锁存电路(200)的一锂电池应用电路(500)中连接负载的正连接端(P+)与连接充电器的正连接端(C+)是相同的，而连接负载的负连接端(P-)与连接充电器的负连接端(C-)则是分开的；所述锂电池应用电路(500)还包括：
过压保护电路(501)；
过流保护电路(502)；
其他保护电路(503)；
控制逻辑电路(504)，其输入端分别与所述欠压保护负载锁存电路(200)、所述过压保护电路(501)、所述过流保护电路(502)和所述其他保护电路(503)连接，其输出端连接到一充电端(CHG)和一放电端(DSG)，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制所述充电端(CHG)和/或所述放电端(DSG)的开关；
充电回路控制开关管(MCHG)，其栅极与所述充电端(CHG)连接，其源极和所述充电器检测端(CDET)均与连接所述充电器的负连接端(C-)连接；
充电回路电阻(RCHG)，连接于所述充电回路控制开关管(MCHG)的栅极和源极之间；
放电回路控制开关管(MDSG)，其栅极与所述放电端(DSG)连接，其漏极与所述充电回路控制开关管(MCHG)的漏极连接，并与所述负载检测端(LDET)一起均与连接所述负载的负连接端(P-)连接，其源极与由多个所述锂电池(CELL1、CELL2、CELL3…CELLn)组成的锂电池组的负极连接。
6.根据权利要求3所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于，在全分口的所述锂电池保护方案中，包括所述欠压保护负载锁存电路(200)的一锂电池应用电路(600)中连接负载的正连接端(P+)与连接充电器的正连接端(C+)是相同的，而连接负载的负连接端(P-)与连接充电器的负连接端(C-)则是分开的；所述锂电池应用电路(600)还包括：
过压保护电路(601)；
过流保护电路(602)；
其他保护电路(603)；
控制逻辑电路(604)，其输入端分别与所述欠压保护负载锁存电路(200)、所述过压保护电路(601)、所述过流保护电路(602)和所述其他保护电路(603)连接，其输出端连接到一充电端(CHG)和一放电端(DSG)，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制所述充电端(CHG)和/或所述放电端(DSG)的开关；
充电回路控制开关管(MCHG)，其栅极与所述充电端(CHG)连接，其源极和所述充电器检测端(CDET)均与连接所述充电器的负连接端(C-)连接，其漏极与一第三二极管(D3)的负极连接，所述第三二极管(D3)的正极与由多个所述锂电池(CELL1、CELL2、CELL3…CELLn)组成的锂电池组的负极连接；
充电回路电阻(RCHG)，连接于所述充电回路控制开关管(MCHG)的栅极和源极之间；
放电回路控制开关管(MDSG)，其栅极与所述放电端(DSG)连接，其漏极与所述负载检测端(LDET)均与连接所述负载的负连接端(P-)连接，其源极也与所述锂电池组的负极连接。
7.根据权利要求3所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于，在P充N放的所述锂电池保护方案中，包括所述欠压保护负载锁存电路(200)的一锂电池应用电路(700)中连接负载的负连接端(P-)与连接充电器的负连接端(C-)是相同的，而连接负载的正连接端(P+)与连接充电器的正连接端(C+)则是分开的；所述锂电池应用电路(700)还包括：
过压保护电路(701)；
过流保护电路(702)；
其他保护电路(703)；
控制逻辑电路(704)，其输入端分别与所述欠压保护负载锁存电路(200)、所述过压保护电路(701)、所述过流保护电路(702)和所述其他保护电路(703)连接，其输出端连接到一充电端(CHG)和一放电端(DSG)，用于接收包括欠压保护、过压保护、过流保护和其他保护信号并控制所述充电端(CHG)和/或所述放电端(DSG)的开关；
充电回路控制开关管(MCHG)，其栅极与所述充电端(CHG)连接，其源极和所述充电器检测端(CDET)均与连接所述充电器的正连接端(C+)连接，其漏极和连接所述负载的正连接端(P+)均与由多个所述锂电池(CELL1、CELL2、CELL3…CELLn)组成的锂电池组的正极连接；
充电回路电阻(RCHG)，连接于所述充电回路控制开关管(MCHG)的栅极和源极之间；
放电回路控制开关管(MDSG)，其栅极与所述放电端(DSG)连接，其漏极与所述负载检测端(LDET)均与连接所述充电器/负载的负连接端(C-/P-)连接，其源极与所述锂电池组的负极连接。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于：
所述负载检测基准电压(Vtr_Load)是根据实际负载和所述第一电阻(R1)分压以及所述第二电阻(R2)和所述第一电阻(R1)分压点合理选择的；
所述第一充电器检测基准电压(Vtr_cgr1)和所述第二充电器检测基准电压(Vtr_cgr2)均是根据充电器特性合理选择的。
9.根据权利要求4至7中任一项所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于，所述其他保护电路(403、503、603、703)包括温度保护电路、断线保护电路和极高压保护电路。
10.根据权利要求9所述的欠压保护负载锁存电路(200)，其特征在于，所述欠压保护负载锁存电路(200)、所述过压保护电路(401、501、601、701)、所述过流保护电路(402、502、602、702)、所述其他保护电路(403、503、603、703)和所述控制逻辑电路(404、504、604、704)构成一锂电池保护芯片(410、510、610、710)；所述锂电池保护芯片(410、510、610、710)边缘具有多个所述锂电池(CELL1、CELL2、CELL3、…CELLn)的电压输入端(VC1、VC2、VC3…VCn)和一个所述电源端(VDD)。
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