CN107086639B - 一种消除锂电池保护电路上电锁死的电路及方法 - Google Patents

一种消除锂电池保护电路上电锁死的电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种消除锂电池保护电路上电锁死的电路及方法。该保护电路包括单脉冲产生电路和受控开关，在电路上电过程中，产生一个具有某一时间间隔的单脉冲信号，用于将电路中的过流保护电路或短路保护电路或过流保护电路和短路保护电路的输入端对地短路一定时间后再断开。使电路上电过程进入固定的初始状态，而不进入短路保护或过流保护的保护状态。解决了锂电池保护电路初次上电时导致可能进入无法正常工作的锁死状态，避免了锂电池保护电路初次上电时需要充电解除锁死的操作。

Description

一种消除锂电池保护电路上电锁死的电路及方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及一种半导体集成电路技术，尤其是锂电池保护技术。
背景技术
随着手机、平板电脑、移动电源等便携式电子产品的普及，锂电池作为供电装置得到了广泛应用。锂电池由于其化学活性较活跃，在充电和放电过程中，导致充电电压过高，放电电流过大或短路等，都可能造成电池爆炸或损坏。为了避免上述异常情况的发生，锂电池在实际应用中都需要用锂电池保护电路对其进行保护。
现有技术中用于锂电池保护的电路，由控制电路、两个N型场效应晶体管和电阻组成。由锂电池保护控制电路分别控制两个晶体管的导通和关断。充电过程中，如果锂电池电压高于过充保护电压，则锂电池保护控制电路控制第二晶体管关断，关断充电回路。放电过程中，如果锂电池电压低于过放保护电压，则锂电池保护控制电路控制第一晶体管关断，关断放电回路。放电过程中，如果锂电池出现放电电流过大或短路，则锂电池保护控制电路控制第一晶体管关断，关断放电回路。
当锂电池保护控制电路初次接入锂电池时，即锂电池保护控制电路上电过程中，锂电池保护控制电路在上电过程需要经过过放保护恢复到正常工作状态，并且芯片内部各功能模块还没有稳定下来，导致上电过程可能会被判断成过流或短路状态，从而使第一晶体管关断，即使上电完成，电路也无法恢复到正常工作状态，从而进入锁死状态。由于此状态存在不确定性，这就导致在锂电池初次与控制电路装配后，需要对锂电池充一次电，保证每颗锂电池都下于解除锁死状态，才能保证锂电池正常使用。
CN201010581451和CN201510081613中分别提出了一种锂电池保护电路，将两个N型场效应晶体管合成为一个N型场效应晶体管，降低电路成本，但仍然没有解决锂电池上电过程会使电路锁死的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除锂电池保护电路上电锁死的电路及方法，使锂电池保护电路在初次上电时，可以自动恢复到正常工作模式。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种消除锂电池保护电路上电锁死的电路，包括单脉冲产生电路和受控开关；所述单脉冲产生电路的输入端与锂电池保护电路中的延时电路的输出端相连，或者与锂电池保护电路中的过放保护电路的输出端相连，或者与过放保护电路的输出端经过延时或与其它信号逻辑运算后得到的信号输出相连；所述单脉冲产生电路的输出端与所述受控开关的输入端相连，控制所述受控开关的导通与关断；所述受控开关的第一输出端与地相连，所述受控开关的第二输出端与锂电池保护电路中的短路保护电路的输入端和过流保护电路的输入端相连；所述受控开关导通时，其第一输出端与第二输出端连通；所述受控开关关断时，其第一输出端与第二输出端断开。
所述单脉冲产生电路的输入信号为信号的下降沿或上升沿信号，输出信号为某一时间间隔的高电平脉冲或低电平脉冲，所述时间间隔为能使电路从短路保护状态恢复到正常工作状态或能使电路从过流保护状态恢复到正常工作状态的时间。
所述受控开关为金属氧化物半导体晶体管开关或双极型晶体管开关或二极管开关。
所述单脉冲产生电路包括PMOS管M10、NMOS管M11、NMOS管M12、非门UA1、非门UA2、非门UA3、非门UA4、或非门UB1以及电容C10；所述受控开关包括PNP管；所述单脉冲产生电路的输入端与非门UA1的输入端相连，非门UA1的输出端与PMOS管M10的栅端、NMOS管M11的栅端以及非门UA3的输入端相连，PMOS管M10的源端与电源正极相连，PMOS管M10的漏端、NMOS管M11的漏端与非门UA2的输入端相连，NMOS管M11的源端与NMOS管M12的漏端相连，NMOS管M12的源端与地相连，电容C10的一端与非门UA2的输入端相连，电容C10的另一端与地相连，或非门UB1的两个输入端分别与非门UA2的输出端、非门UA3的输出端相连，或非门UB1的输出端与非门UA4的输入端相连，非门UA4的输出端为所述单脉冲产生电路的输出端；所述单脉冲产生电路的输出端与所述受控开关中PNP管的基极相连，PNP管的发射极为所述受控开关的输出端，PNP管的集电极与地相连。
所述单脉冲产生电路包括PMOS管M10、NMOS管M11、NMOS管M12、非门UA1、非门UA2、非门UA3、或非门UB1以及电容C10；所述受控开关包括NMOS管M13；所述单脉冲产生电路的输入端与非门UA1的输入端相连，非门UA1的输出端与PMOS管M10的栅端、NMOS管M11的栅端以及非门UA3的输入端相连，PMOS管M10的源端与电源正极相连，PMOS管M10的漏端、NMOS管M11的漏端与非门UA2的输入端相连，NMOS管M11的源端与NMOS管M12的漏端相连，NMOS管M12的源端与地相连，电容C10的一端与非门UA2的输入端相连，电容C10的另一端与地相连，或非门UB1的两个输入端分别与非门UA2的输出端、非门UA3的输出端相连，或非门UB1的输出端为所述单脉冲产生电路的输出端；所述单脉冲产生电路的输出端与所述受控开关中NMOS管M13的栅端相连，NMOS管M13的漏端为所述受控开关的输出端，NMOS管M13的源端与地相连。
一种消除锂电池保护电路上电锁死的方法，在电路上电过程中，产生一个具有某一时间间隔的单脉冲信号，用于将电路中的过流保护电路或短路保护电路或上述过流保护电路和上述短路保护电路的输入端对地短路一定时间后再断开，使电路上电过程进入固定的初始状态，而不进入短路保护或过流保护的保护状态。
所述单脉冲信号为某一时间间隔的高电平脉冲或低电平脉冲。
所述单脉冲信号的时间间隔保证使电路从短路保护状态恢复到正常工作状态或保证使电路从过流保护状态恢复到正常工作状态。
所述单脉冲信号的产生由过放保护信号控制，或者由过放保护信号经过延时后的信号控制，或者由过放保护信号经过与其它信号进行逻辑运算或逻辑运算且延时操作后的信号控制。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：当锂电池保护电路初次接入锂电池时，不会进入锁死状态，而是进入正常工作状态，避免生产过程中需要对电池进行充电解锁的操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是含有本发明的锂电池保护电路的一种实施例的结构示意图；
图2是图1中消除锁死电路的一种实施例的结构示意图；
图3是图2实施例中单脉冲产生电路的输入输出波形示意图；
图4、图5、图6是图2实施例中可能的波形示意图；
图7是图2实施例中一种可能的具体的电路实施例的示意图；
图8是图2实施例中一种可能的具体的电路实施例的示意图；
附图中：
200、锂电池保护控制电路；201、消除锁死电路；
202、过流保护电路；203、短路保护电路；204、延时电路；
205、电池电压监控电路；206、过放保护电路；
207、过充保护电路；208、逻辑控制电路；209、偏置与基准电路；
301、单脉冲产生电路；302、受控开关。
801、单脉冲产生电路具体实施例；802、受控开关具体实施例。
901、单脉冲产生电路具体实施例；902、受控开关具体实施例。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种消除锂电池保护电路上电锁死的电路
图1是含有本发明的用于锂电池保护的电路结构图。如图1所示，该电路由控制电路200、N型场效应晶体管M1、M2和电阻R1组成。锂电池保护控制电路200内部包含消除锁死电路201、过流保护电路202、短路保护电路203、延时电路204、电池电压监控电路205、过放保护电路206、过充保护电路207、逻辑控制电路208和偏置与基准电路209。其中除消除锁死电路201外的其他电路的结构与连接方式均遵循现有技术。
晶体管M1和M2的栅端与锂电池保护控制电路200的输出相连，由锂电池保护控制电路200分别控制晶体管M1和M2的导通和关断。晶体管M1和M2的漏端相连，晶体管M1的源端与锂电池保护控制电路200的地相连。晶体管M2的源端接电池负端。锂电池保护控制电路200的电源端接电池正端(BAT+)。电阻R1的一端接晶体管M2的源端以及电池负端(BAT-)，电阻R1的另一端与锂电池保护控制电路200的采样输出端相连，用于对电池的状态进行检测，判断电池负极的电压值，从而判断电池处于的状态，包括充电、短路、过流等。
图2是图1中消除锁死电路的结构示意图。如图2所示，消除锁死电路201包含单脉冲产生电路301和受控开关302，单脉冲产生电路的两个更具体的电路如图7中801部分或者图8中901部分所示，受控开关的两个更具体的电路如图7中802部分或者图8中902部分所示。
充电过程中，如果锂电池电压高于过充保护电压，则锂电池保护控制电路200控制晶体管M2关断，关断充电回路。
放电过程中，如果锂电池电压低于过放保护电压，则锂电池保护控制电路200控制晶体管M1关断，关断放电回路。
放电过程中，如果锂电池出现放电电流过大或短路，则锂电池保护控制电路200控制晶体管M1关断，关断放电回路。
如果没有消除锁死电路201，当锂电池保护控制电路200初次接入锂电池时，即锂电池保护控制电路200上电过程中，锂电池保护控制电路200在上电过程需要经过过放保护恢复到正常工作状态，并且芯片内部各功能模块还没有稳定下来，导致BAT-端电压产生高脉冲，上电过程可能会被判断成过流或短路状态，从而使晶体管M1关断，即使上电完成，电路也无法恢复到正常工作状态，从而进入锁死状态。由于此状态存在不确定性，这就导致在锂电池初次与控制电路装配后，需要对锂电池充一次电，保证每颗锂电池都下于解除锁死状态，才能保证锂电池正常使用。
当电路中接入消除锁死电路201，锂电池保护控制电路200在上电过程中，当锂电池电压高于过放保护电压时，过放恢复电路动作，其一种可能的波形如图3所示的VIN波形，产生一个由高电平向低电平的跳变，单脉冲产生电路产生一个某一时间间隔的低电平脉冲，如图3所示的VO波形，用于控制一个开关导通，将BAT-端电压拉低，使BAT-端不会产生高脉冲，因此，过流保护电路和短路保护电路将不会误动作，从而使上电过程进入正常工作状态。VIN的跳变沿由过放恢复信号产生，也可以由过放恢复信号的延时产生，或者过放信号与其它信号进行逻辑运算后产生，VIN信号可以是上升沿，也可以是下降沿。单脉冲可以是低电平脉冲，也可以是高电平脉冲。几个可能的波形如图3、图4、图5、图6所示。单脉冲产生电路的单脉冲时间保证使BAT-不出现高电平脉冲，使短路保护电路或过流保护电路不产生误触发。
单脉冲产生电路和受控开关的两种具体电路实施例如图7和图8所示。
图7所示的实施例中，单脉冲产生电路包括PMOS管M10、NMOS管M11、NMOS管M12、非门UA1、非门UA2、非门UA3、非门UA4、或非门UB1以及电容C10；受控开关包括PNP管。
单脉冲产生电路的输入端与非门UA1的输入端相连，非门UA1的输出端与PMOS管M10的栅端、NMOS管M11的栅端以及非门UA3的输入端相连，PMOS管M10的源端与电源正极相连，PMOS管M10的漏端、NMOS管M11的漏端与非门UA2的输入端相连，NMOS管M11的源端与NMOS管M12的漏端相连，NMOS管M12的源端与地相连，电容C10的一端与非门UA2的输入端相连，电容C10的另一端与地相连，或非门UB1的两个输入端分别与非门UA2的输出端、非门UA3的输出端相连，或非门UB1的输出端与非门UA4的输入端相连，非门UA4的输出端为单脉冲产生电路的输出端。
单脉冲产生电路的输出端与受控开关中PNP管的基极相连，PNP管的发射极为受控开关的输出端，PNP管的集电极与地相连。受控开关导通时，PNP管的发射极与集电极连通；受控开关关断时，PNP管的发射极与集电极断开。
图8所示的实施例中，单脉冲产生电路包括PMOS管M10、NMOS管M11、NMOS管M12、非门UA1、非门UA2、非门UA3、或非门UB1以及电容C10；受控开关包括NMOS管M13。
单脉冲产生电路的输入端与非门UA1的输入端相连，非门UA1的输出端与PMOS管M10的栅端、NMOS管M11的栅端以及非门UA3的输入端相连，PMOS管M10的源端与电源正极相连，PMOS管M10的漏端、NMOS管M11的漏端与非门UA2的输入端相连，NMOS管M11的源端与NMOS管M12的漏端相连，NMOS管M12的源端与地相连，电容C10的一端与非门UA2的输入端相连，电容C10的另一端与地相连，或非门UB1的两个输入端分别与非门UA2的输出端、非门UA3的输出端相连，或非门UB1的输出端为单脉冲产生电路的输出端。
单脉冲产生电路的输出端与受控开关中NMOS管M13的栅端相连，NMOS管M13的漏端为受控开关的输出端，NMOS管M13的源端与地相连。受控开关导通时，NMOS管M13的漏端与源端连通；受控开关关断时，NMOS管M13的漏端与源端断开。
综上所述，本发明提供的一种消除锂电保护电路上电锁死的电路及方法，解决了锂电池保护电路初次上电时导致可能进入无法正常工作的锁死状态，避免了锂电池保护电路初次上电时需要充电解除锁死的操作。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本专利。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种消除锂电池保护电路上电锁死的电路，其特征在于：包括单脉冲产生电路和受控开关；
所述单脉冲产生电路的输入端与锂电池保护电路中的延时电路的输出端相连，或者与锂电池保护电路中的过放保护电路的输出端相连，或者与过放保护电路的输出端经过延时或与其它信号逻辑运算后得到的信号输出相连；所述单脉冲产生电路的输出端与所述受控开关的输入端相连，控制所述受控开关的导通与关断；所述受控开关的第一输出端与地相连，所述受控开关的第二输出端与锂电池保护电路中的短路保护电路的输入端和过流保护电路的输入端相连；所述受控开关导通时，其第一输出端与第二输出端连通；所述受控开关关断时，其第一输出端与第二输出端断开；
所述单脉冲产生电路包括PMOS管M10、NMOS管M11、NMOS管M12、非门UA1、非门UA2、非门UA3、或非门UB1以及电容C10；
所述单脉冲产生电路的输入端与非门UA1的输入端相连，非门UA1的输出端与PMOS管M10的栅端、NMOS管M11的栅端以及非门UA3的输入端相连，PMOS管M10的源端与电源正极相连，PMOS管M10的漏端、NMOS管M11的漏端与非门UA2的输入端相连，NMOS管M11的源端与NMOS管M12的漏端相连，NMOS管M12的源端与地相连，电容C10的一端与非门UA2的输入端相连，电容C10的另一端与地相连，或非门UB1的两个输入端分别与非门UA2的输出端、非门UA3的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的消除锂电池保护电路上电锁死的电路，其特征在于：所述单脉冲产生电路的输入信号为信号的下降沿或上升沿信号，输出信号为某一时间间隔的高电平脉冲或低电平脉冲，所述时间间隔为能使电路从短路保护状态恢复到正常工作状态或能使电路从过流保护状态恢复到正常工作状态的时间。
3.根据权利要求1所述的消除锂电池保护电路上电锁死的电路，其特征在于：所述受控开关为金属氧化物半导体晶体管开关或双极型晶体管开关或二极管开关。
4.根据权利要求1或2或3所述的消除锂电池保护电路上电锁死的电路，其特征在于：所述单脉冲电路还包括非门UA4；所述受控开关包括PNP管；
所述或非门UB1的输出端与非门UA4的输入端相连，非门UA4的输出端为所述单脉冲产生电路的输出端；
所述单脉冲产生电路的输出端与所述受控开关中PNP管的基极相连，PNP管的发射极为所述受控开关的输出端，PNP管的集电极与地相连。
5.根据权利要求1或2或3所述的消除锂电池保护电路上电锁死的电路，其特征在于：所述受控开关包括NMOS管M13；
所述或非门UB1的输出端为所述单脉冲产生电路的输出端；
所述单脉冲产生电路的输出端与所述受控开关中NMOS管M13的栅端相连，NMOS管M13的漏端为所述受控开关的输出端，NMOS管M13的源端与地相连。
6.一种使用如权利要求1所述的消除锂电池保护电路上电锁死的电路的方法，其特征在于：在电路上电过程中，产生一个具有某一时间间隔的单脉冲信号，用于将电路中的过流保护电路或短路保护电路或上述过流保护电路和上述短路保护电路的输入端对地短路一定时间后再断开，使电路上电过程进入固定的初始状态，而不进入短路保护或过流保护的保护状态。
7.根据权利要求6所述的一种使用如权利要求1所述的消除锂电池保护电路上电锁死的电路的方法，其特征在于：所述单脉冲信号为某一时间间隔的高电平脉冲或低电平脉冲。
8.根据权利要求7所述的一种使用如权利要求1所述的消除锂电池保护电路上电锁死的电路的方法，其特征在于：所述单脉冲信号的时间间隔保证使电路从短路保护状态恢复到正常工作状态或保证使电路从过流保护状态恢复到正常工作状态。
9.根据权利要求6所述的一种使用如权利要求1所述的消除锂电池保护电路上电锁死的电路的方法，其特征在于：所述单脉冲信号的产生由过放保护信号控制，或者由过放保护信号经过延时后的信号控制，或者由过放保护信号经过与其它信号进行逻辑运算或逻辑运算且延时操作后的信号控制。
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