CN107516874B - 一种电池保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子技术领域，提供了一种提电池保护电路，包括开关控制单元和电压转换电路，电压转换电路包括：反向单元、第一电压转换单元和第二电压转换单元，第一电压转换单元根据通断控制信号电压转换电路的输出端的电压转换至第一电压后，由第二电压转换单元根据通断控制信号将电压转换电路的输出端的电压至第二电压，通过两级电压转换将电压转换电路的输出端的电压转换至电池保护电路的保护芯片的输入电压引脚处的负电压，实现对开关控制单元的关断，电压转换过程采用两级软关断，无需采用厚栅氧器件也无需采用具有特定的工艺层次的器件，有效地降低实现成本，解决现有的电池保护电路的电压转换电路存在实现成本高的问题。

Description

一种电池保护电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电池保护电路。

背景技术

电池保护电路通常包括保护芯片和开关控制器件，保护芯片能够实时监测电池的电压和电流，开关控制器件能够对电路进行通断控制，在电路出现过流异常、过压异常、过充异常以及过放异常时控制电路断开进而起到保护作用。图1示出了一种常用的电池保护电路的电路结构，如图1所示，充电正输入端Pack+与外部充电器的正输出端相连，充电负输入端Pack-与外部充电器的负输入端相连，正常充电的情况下，开关管M1的控制端OC为高电平，开关管M1处于导通状态，当电池处于过充状态时，开关管M1的控制端OC变为低电平，开关管M1关断，进而停止对电池的充电，要使开关管M1的控制端OC为低电平，则需使其电平等于充电负输入端Pack-处的电压。在充电的过程中，充电负输入端Pack-处的电压为负值，异常情况下会输出较高的负电压，例如-20V，通过电阻R1将充电负输入端Pack-处的电压传输到保护芯片的输入电压引脚CSI，即当充电异常时，保护芯片的输入电压引脚CSI处的电压也会达到较高的负电压，例如-20V。在充电过程中，无论出现何种需要关断开关管M1以使充电停止的情况，都需要通过电压转换电路，将开关管M1的控制端OC的电压转换为接近于保护芯片的输入电压引脚CSI处的负电压，才能实现安全稳定的地关断开关管M1进而停止充电。

现有的电压转换电路，虽然也可以实现负电压的转换功能，但是对电路中的元器件和工艺都有特殊的要求，一方面，电路中的功率器件需要采用能够承受较高的负电压的厚栅氧器件，另一方面，电路中的功率器件需要采用具有特定的工艺层次的器件以使其能够承受较高的负电压，而特殊的元器件和工艺都会增加实现成本。

综上所述，现有的电池保护电路的电压转换电路存在实现成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池保护电路，旨在解决现有电池保护电路的电压转换电路存在实现成本高的问题。

本发明提供了一种电池保护电路，包括开关控制单元和电压转换电路，所述电压转换电路的输出端与所述开关控制单元的受控端连接，所述电压转换电路输出控制信号至所述开关控制单元，以控制所述开关控制单元的通断，所述电压转换电路包括：反向单元、第一电压转换单元和第二电压转换单元；

其中，所述反向单元的输入端为所述电压转换电路的异常检测输入端，所述反向单元的正电源端与电池的正极连接，所述反向单元的负电源端与电池的负极连接，所述反向单元的输出端分别与所述第一电压转换单元的受控端和所述第二电压转换单元的受控端相连，所述第一电压转换单元的输入端连接第一电源，所述第二电压转换单元的输入端连接第二电源，所述第二电压转换单元的输出端为所述电压转换电路的输出端；

所述反向单元，用于检测电池的状态，输入检测电平，并将输入的检测电平进行反向处理以输出通断控制信号控制所述第一电压转换单元和所述第二电压转换单元是否工作；

所述第一电压转换单元，用于根据所述通断控制信号将所述电压转换电路的输出端的电压转换至第一电压，其中，所述第一电压为负电压，且所述第一电压与第一预设电压的差值小于预设电压阈值；

所述第二电压转换单元，用于根据所述通断控制信号将所述电压转换电路的输出端的电压至第二电压，并输出控制信号，其中，所述第二电压为负电压，且所述第二电压小于所述第一电压。

本发明提供的电池保护电路，通过第一电压转换单元根据通断控制信号电压转换电路的输出端的电压转换至第一电压后，由第二电压转换单元根据通断控制信号将电压转换电路的输出端的电压至第二电压，通过两级电压转换将电压转换电路的输出端的电压转换至电池保护电路的保护芯片的输入电压引脚处的负电压，实现对开关控制单元的关断，电压转换过程采用两级软关断，无需采用厚栅氧器件也无需采用具有特定的工艺层次的器件，有效地降低实现成本，解决现有的电池保护电路的电压转换电路存在实现成本高的问题。

附图说明

图1是现有的一种常用的电池保护电路的电路结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电池保护电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电池保护电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

本发明实施例为了解决现有的电池保护电路的电压转换电路存在实现成本高的问题，提供了一种电池保护电路，通过第一电压转换单元根据通断控制信号电压转换电路的输出端的电压转换至第一电压后，由第二电压转换单元根据通断控制信号将电压转换电路的输出端的电压至第二电压，通过两级电压转换将电压转换电路的输出端的电压转换至电池保护电路的保护芯片的输入电压引脚处的负电压(外部充电器输入的负电压)，实现对开关控制单元的关断，电压转换过程采用两级软关断，无需采用厚栅氧器件也无需采用具有特定的工艺层次的器件，有效地降低实现成本。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种电池保护电路的结构示意图。如图2所示，一种电池保护电路10，包括开关控制单元11和电压转换电路12，电压转换电路12的输出端与开关控制单元11的受控端连接，电压转换电路12输出控制信号至开关控制单元11，以控制开关控制单元11的通断，电压转换电路12包括：反向单元121、第一电压转换单元122和第二电压转换单元123。

其中，反向单元121的输入端为电压转换电路12的异常检测输入端，反向单元121的正电源端与电池的正极连接，反向单元121的负电源端与电池的负极连接，反向单元121的输出端分别与第一电压转换单元122的受控端和第二电压转换单元123的受控端相连，第一电压转换单元122的输入端连接第一电源，第二电压转换单元123的输入端连接第二电源，第二电压转换单元123的输出端为电压转换电路的输出端。

反向单元121用于检测电池的状态，输入检测电平，并将输入的检测电平进行反向处理以输出通断控制信号控制第一电压转换单元122和第二电压转换单元123是否工作。

第一电压转换单元122用于根据通断控制信号将电压转换电路12的输出端的电压转换至第一电压，其中，第一电压为负电压，且第一电压与第一预设电压的差值小于预设电压阈值。

第二电压转换单元123用于根据通断控制信号将电压转换电路12的输出端的电压至第二电压，并输出控制信号，其中，第二电压为负电压，且第二电压小于第一电压。

需要说明的是，反向单元121的正电源端为电压转换电路12的正电源端，与电池的正极连接，具体的，可以通过滤波电路连接电池的正极，反向单元121的负电源端为电压转换电路12的负电源端，与电池的负极连接，正常情况下，电池的负极电压为0V。电压转换电路12的异常检测输出端在正常充电状态时的输入的检测电平为高电平，在检测到电池处于异常状态时，输入的检测电平为低电平。电压转换电路的输出端输出控制信号控制开关控制单元11的通断。第一电源为第一电压转换单元121提供第一电压，第二电源为第二电压转换单元123提供第二电压，需要说明的是，第二电压小于第一电压，且第一电压为负电压，第二电压也为负电压。

还需要说明的是，在本实施例中，上述开关控制单元11可以为开关控制器件，也可以是能够根据控制信号实现开关功能的其他器件。

在本实施例中，当检测到电池处于异常状态时，反向单元输入的检测电平为低电平，此时，反向单元121对输入的检测电平进行反向处理后输出高电平(通断控制信号)，第一电压转换单元122和第二电压转换单元123开始工作。通过第一电压转换单元122对电压转换电路12的输出端的电压进行转换，使其转换至第一电压，其中，第一电压为负电压，且第一电压与第一预设电压的差值小于预设电压阈值，需要说明的是，第一预设电压为0V，第一电压即为一个接近0V的负电压，先由第一电压转换单元122将电压转换电路12的输出端的电压转换为一个接近0V的负电压后，例如-0.05V。再由第二电压转换单元123继续将电压转换电路12的输出端的电压转换至第二电压，需要说明的是，第二电压即外部充电器提供的负电源，在充电异常的情况下，该第二电压可达到-20V。即通过第一电压转换单元和第二电压转换单元对电压转换电路12的输出端的电压进行二次转换，进而使得电压转换电路12的输出端的电压接近于外部充电器输入的负电压，以确保能够安全稳定的地控制开关控制单元11关断进而停止对电池进行充电。

图3示出了本发明实施例提供的电池保护电路的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图3所示，作为本发明的一实施例，反向单元121包括：第一开关管PM1和第二开关管NM1。

第一开关管PM1的第一端接正电源VDD，第一开关管PM1的第二端与第二开关管NM1的第一端连接，第一开关管PM1的受控端为反向单元122的输入端CT，第二开关管NM1的第二端接负电源VSS，第二开关管NM1的受控端与第一开关管PM1的受控端连接，第一开关管PM1的第二端为反向单元122的输出端。

在本实施例中，第一开关管PM1为第一PMOS管，第一PMOS管的栅极为第一开关管PM1的受控端，第一PMOS管的源极为第一开关管PM1的第一端，第一PMOS管的漏极为第一开关管PM1的第二端。当然，第一开关管PM1还可以采用三极管、场效应管等开关器件实现，具体根据实际情况进行设置，此处不做限制。

在本实施例中，第二开关管NM1为第一NOMS管，第一NMOS管的栅极为第二开关管NM1的受控端，第一NMOS管的漏极为第二开关管NM1的第一端，第一NMOS管的源极为第二开关管NM1的第二端。当然，第二开关管NM1还可以采用三极管、场效应管等开关器件实现，具体根据实际情况进行设置，此处不做限制。

作为本发明的一实施例，第一电压转换单元122包括：二极管D1和第三开关管NM2。

二极管D1的第一端与第二转换单元123相连，二极管D1的第二端与第三开关管NM2的第一端连接，第三开关管NM2的受控端为第一转换单元122的受控端，第三开关管NM3的第二端输入第一电压VMS。

在本实施例中，第三开关管NM2为第二NOMS管，第二NMOS管的栅极为第三开关管NM2的受控端，第二NMOS管的漏极为第三开关管NM2的第一端，第二NMOS管的源极为第三开关管NM2的第二端。当然，第三开关管NM2还可以采用三极管、场效应管等开关器件实现，具体根据实际情况进行设置，此处不做限制。

在本实施例中，上述二极管D1还可以采用等效二极管的器件代替。需要说明的是，上述二极管D1可以采用能够实现单向导通功能的器件进行替代。

作为本发明的一实施例，第二电压转换单元123包括：第四开关管PM2、第一电阻R1以及第二电阻R2。

第四开关管PM2的受控端为第二转换单元123的受控端，第四开关管PM2的第一端接正电源VDD，第四开关管PM2的第二端为第二转换单元123的输出端，第四开关管PM2的第二端与第一电阻R1连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端输入第二电压CSI，其中，第二电阻R2的阻值大于第一电阻R1的阻值。

在本实施例中，上述第四开关管PM2为第二PMOS管，第二PMOS管的栅极为第四开关管PM2的受控端，第二PMOS管的源极为第四开关管PM2的第一端，第二PMOS管的漏极为第四开关管PM2的第二端。

需要说明的是，上述第一电压转换单元122的输入端也可以与电池的负极VSS连接，即上述第三开关管NM2的第二端接电池的负极VSS，即此时第二电压为0V。

以下结合图3对本实施例提供的电池保护电路的工作原理进行说明如下：

需要说明的是，在出现充电异常的情况时，外部充电器提供的负电压可以高达-20V，即输入的第二电压CSI可以高达-20V。当检测到电池处于异常状态时，反向单元121的输出端CT输入的检测电平为低电平(电池的负极电压VSS)，经过第一开关管PM1和第二开关管NM1的反向作用，反向单元121的输出端输出高电平(电池的正极电压VDD)，由于第一电压转换单元122中的第三开关管NM2的受控端处于高电平因而导通，通过第一电压转换单元122的二极管D1和第二电压转换单元的第一电阻R1进行放电，使得电压转换电路12的输出端OC由高电平VDD迅速转换为第一电压VMS，同时第二电压转换单元的输入端输入第二电压CSI，通过第一电阻R1和第二电阻R2将电压转换电路12的输出端OC的电压转换为第二电压CSI，由于第二电阻R2的阻值大于第一电阻R1的阻值，因此，第二电压转换单元123的电压转换速度比第一电压转换单元122的电压转换速度慢。当电压转换电路12的输出端OC接近第一电压VMS时，第一电压转换单元122停止转换，电压转换电路12通过第一电阻R1和第二电阻R2继续将电压转换电路12的输出端OC的电压转换为第二电压CSI(最终的电压值)。将电压转换电路的输出端的电压转换至电池保护电路的保护芯片的输入电压引脚处的负电压(外部充电器输入的负电压)，实现对开关控制单元的关断。需要说明的是，本发明实施例中仅需第四开关管PM2为高压PMOS管，其他器件均为常规低压器件。

本发明实施例提供的一种电池保护电路，通过第一电压转换单元根据通断控制信号电压转换电路的输出端的电压转换至第一电压后，由第二电压转换单元根据通断控制信号将电压转换电路的输出端的电压至第二电压，通过两级电压转换将电压转换电路的输出端的电压转换至电池保护电路的保护芯片的输入电压引脚处的负电压(外部充电器输入的负电压)，实现对开关控制单元的关断，电压转换过程采用两级软关断，无需采用厚栅氧器件也无需采用具有特定的工艺层次的器件，有效地降低实现成本，在电压转换的过程中，先将由电压转换电路的输出端的电压由电池的正极电压先转换为第一电压，再从第一电压转换为到第二电压，且减慢电压转换的速度，减少关断损耗和对外的电磁干扰，有效地解决了现有的的电池保护电路的电压转换电路存在实现成本高的问题。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池保护电路，包括开关控制单元和电压转换电路，所述电压转换电路的输出端与所述开关控制单元的受控端连接，所述电压转换电路输出控制信号至所述开关控制单元，以控制所述开关控制单元的通断，其特征在于，所述电压转换电路包括：反向单元、第一电压转换单元和第二电压转换单元；

其中，所述反向单元的输入端为所述电压转换电路的异常检测输入端，所述反向单元的正电源端与电池的正极连接，所述反向单元的负电源端与电池的负极连接，所述反向单元的输出端分别与所述第一电压转换单元的受控端和所述第二电压转换单元的受控端相连，所述第一电压转换单元的输入端连接第一电源，所述第二电压转换单元的输入端连接第二电源，所述第二电压转换单元的输出端为所述电压转换电路的输出端；

所述反向单元，用于检测电池的状态，输入检测电平，并将输入的检测电平进行反向处理以输出通断控制信号控制所述第一电压转换单元和所述第二电压转换单元是否工作；

所述第一电压转换单元，用于根据所述通断控制信号将所述电压转换电路的输出端的电压转换至第一电压，其中，所述第一电压为负电压，且所述第一电压与第一预设电压的差值小于预设电压阈值；

所述第二电压转换单元，用于根据所述通断控制信号将所述电压转换电路的输出端的电压至第二电压，并输出控制信号，其中，所述第二电压为负电压，且所述第二电压小于所述第一电压。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述反向单元包括：第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的第一端为所述反向单元的正电源端，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第一开关管的受控端为所述反向单元的输入端，所述第二开关管的第二端为所述反向单元的负电源端，所述第二开关管的受控端与所述第一开关管的受控端连接，所述第一开关管的第二端为所述反向单元的输出端。

3.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一电压转换单元包括：二极管和第三开关管；

所述二极管的第一端与所述第二转换单元相连，所述二极管的第二端与所述第三开关管的第一端连接，所述第三开关管的受控端为所述第一转换单元的受控端，所述第三开关管的第二端输入第一电压。

4.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第二电压转换单元包括：第四开关管、第一电阻以及第二电阻；

所述第四开关管的受控端为所述第二转换单元的受控端，所述第四开关管的第一端接正电源，所述第四开关管的第二端为所述第二转换单元的输出端，所述第四开关管的第二端与所述第一电阻连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端输入第二电压，其中，所述第二电阻的阻值大于所述第一电阻的阻值。

5.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一开关管为第一PMOS管；

所述第一PMOS管的栅极为所述第一开关管的受控端，所述第一PMOS管的源极为所述第一开关管的第一端，所述第一PMOS管的漏极为所述第一开关管的第二端。

6.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述第二开关管为第一NOMS管；

所述第一NMOS管的栅极为所述第二开关管的受控端，所述第一NMOS管的漏极为所述第二开关管的第一端，所述第一NMOS管的源极为所述第二开关管的第二端。

7.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，所述第三开关管为第二NOMS管；

所述第二NMOS管的栅极为所述第三开关管的受控端，所述第二NMOS管的漏极为所述第三开关管的第一端，所述第二NMOS管的源极为所述第三开关管的第二端。

8.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述第四开关管为第二PMOS管；

所述第二PMOS管的栅极为所述第四开关管的受控端，所述第二PMOS管的源极为所述第四开关管的第一端，所述第二PMOS管的漏极为所述第四开关管的第二端。

9.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一电压转换单元的输入端与电池的负极连接。

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