CN109687400A - 一种适用于电池保护的低功耗电路及其实现方法 - Google Patents

一种适用于电池保护的低功耗电路及其实现方法 Download PDF

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    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

本发明公开了一种适用于电池保护的低功耗电路，包括待保护的电池芯片组，与电池芯片组相连的温度基准电压模块，均与温度基准电压模块相连且的电流比较器和状态比较器，与电流比较器和状态比较器均相连的数字逻辑控制模块，与数字逻辑控制模块相连的电压比较器，均与电压比较器相连的带隙基准电压源模块和数据选择器，均与数据选择器相连的电池电压检模块、电池断线检测模块和电池温度检测模块，还包括了放电驱动电路、充电驱动电路、负载检测模块和振荡器。通过上述设计，结合本发明提供的一种低功耗电池保护电路实现方法，本发明减少了比较器的数量，减小了芯片面积，降低了电池保护芯片的整体功耗，因此，适于推广应用。

Description

一种适用于电池保护的低功耗电路及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种电池保护电路，具体地说，是涉及一种适用于电池保护的低功耗电路及其实现方法。
背景技术
电池保护电路通常集成于印刷电路板上，形成电池保护芯片，被安装在电池内部。电池保护电路通常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、过电流放电保护、过电流充电保护、短路保护、电池过温保护、电池欠温保护、芯片过温保护和电池断线检测，对于多节电池芯片还需要对电池均衡进行检测。
如图1所示为现有技术中电池保护电路的一种设计方案，该方案中不同的信号检测通过采用独立的比较器来判断相关状态，导致比较器使用的数量过多，一方面增加了芯片的面积，另一方面增加了芯片的功耗。
而由于在实际应用中，电池等效于一个大电容，该特性反应电池电压随时间变化是缓慢的，因此，在实际检测时，对电池电压不用时时检测，可以采用时分复用的方法来进行。同时，由于充放电过流保护远远大于电池正常充放电的工作电流，且过流保护和正常工作电流不会同时发上。因此可以利用该特点，首先对电池充放电状态进行判断，根据充放电状态来使比较器工作在相应的模式，由此减少比较器的数量，减小芯片，降低电池保护芯片的整体功耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于电池保护的低功耗电路及其实现方法，主要解决现有电池保护电路比价器设置冗余，导致电池保护芯片体积过大，功耗较高的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于电池保护的低功耗电路，包括待保护的电池芯片组，与电池芯片组相连的温度基准电压模块，均与温度基准电压模块相连且的电流比较器和状态比较器，与电流比较器和状态比较器均相连的数字逻辑控制模块，与数字逻辑控制模块相连的电压比较器，均与电压比较器相连的带隙基准电压源模块和数据选择器，均与数据选择器相连的电池电压检模块、电池断线检测模块和电池温度检测模块，通过放电功率管与电池芯片组相连的放电驱动电路，通过充电功率管与电池芯片组相连的充电驱动电路，通过电池组负输出端与电池芯片组相连的负载检测模块，以及与数字逻辑控制模块相连的和振荡器；其中，电池组负输出端、放电功率管、充电功率管、电池电压检模块、电池断线检测模块和电池温度检测模块还与数字逻辑控制模块相连，温度基准电压模块还与电压比较器相连。
一种适用于电池保护的低功耗电路的实现方法，包括以下步骤：
(S10)当电池开始工作时，通过状态比较器判断电池状态，将结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S20)根据数字逻辑控制模块收到的电池状态来控制电流比较器、电压比较器和状态比较器这3个比较器工作在相应的模式，随后将这3个比较器得出的结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S30)根据数字逻辑控制模块接收到的反馈信息来控制充放电路径的打开和关闭。
进一步地，所述步骤(S10)具体包括如下步骤：
(S11)判断状态比较器的反馈结果，若状态比较器判断电池处于充放电状态，则通过数字逻辑控制模块来使电流比较器用于充放电电流判断，后进入步骤(S12)；若电池处于没有充电也没有放电状态，则不启动电流比较器；并将判断结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S12)数字逻辑控制模块控制电池电压检测模块对各节电池电压信息进行采集，电池断线检测模块对各节电池的断开信息进行采集，电池温度检测模块对各节电池温度信息进行采集；
(S13)将上述采集信号通过数字逻辑控制模块控制数据选择器选择对应信息值分时传输至电压比较器。
进一步地，所述步骤(S20)具体包括如下步骤：
(S21)将电压比较器收到的电池电压信息值与带隙基准电压进行比较，若电池电压信息值大于带隙基准电压则表示电池处于过压状态，若电池电压信息值小于带隙基准电压则表示电池处于欠压状态，相等则为正常状态；将断开信息等效电压后与带隙基准电压进行比较，若等效电压值小于带隙基准电压则表示电池处于断线状态，否则为正常；将电池温度检测模块采集到的信号值与温度基准电压进行比较，若温度采样信号值低于温度基准电压，则表示电池处于欠温状态，若温度采样信号值高于温度基准电压，则表示电池处于过温状态，相等则为正常状态；将充放电电流信号与正常电流信号进行比较，若充放电电流大于正常电流则为过电流状态，否则为正常状态；
(S22)若上述状态均处于正常状态，则电池处于正常工作状态；否则，电池处于异常工作状态；并将具体状态反馈至数字逻辑控制模块。
进一步地，所述步骤(S30)具体包括如下步骤：
(S31)数字逻辑控制模块对反馈状态进行分析，若收到状态为正常状态，则保持电池工作状态，若收到状态为异常状态则进入步骤(S32)；
(S32)若电池处于充电状态，则数字逻辑控制模块通过控制充电驱动电路断开，对电池停止充电，实现对电池保护；若电池处于放电状态，则数字逻辑控制模块通过控制放电驱动电路断开，对负载停止放电，实现对电池保护。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用电池在实际应用中等效于一个大电容的特性，电池电压随时间变化缓慢，对电池电压不用时时检测，同时由于充放电过流保护远远大于正常工作的电流，且不会同时发生因此可以利用该特性，先判断电池充放电状态，根据充放电状态来使比较器工作在相应的模式，采用数据选择器对电池电压信息、电池断开信息和电池温度信息通过时分复用的方式进行逐一检测比较，因此减少了比较器的使用数量，从而降低了电池保护芯片的整体功耗，同时节省芯片面积。
附图说明
图1为现有技术电池保护芯片的结构示意图。
图2为本发明电池保护电路的原理框图。
图3本发明的实现方法流程图。
图4本发明实现方法步骤(S10)具体流程图。
图5本发明实现方法步骤(S20)具体流程图。
图6本发明实现方法步骤(S30)具体流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图2所示，本发明公开的一种适用于电池保护的低功耗电路，包括待保护的电池芯片组，与电池芯片组相连的温度基准电压模块，均与温度基准电压模块相连且的电流比较器和状态比较器，与电流比较器和状态比较器均相连的数字逻辑控制模块，与数字逻辑控制模块相连的电压比较器，均与电压比较器相连的带隙基准电压源模块和数据选择器，均与数据选择器相连的电池电压检模块、电池断线检测模块和电池温度检测模块，通过放电功率管与电池芯片组相连的放电驱动电路，通过充电功率管与电池芯片组相连的充电驱动电路，通过电池组负输出端与电池芯片组相连的负载检测模块，以及与数字逻辑控制模块相连的和振荡器；其中，电池组负输出端、放电功率管、充电功率管、电池电压检模块、电池断线检测模块和电池温度检测模块还与数字逻辑控制模块相连，温度基准电压模块还与电压比较器相连。
如图3所示，一种适用于电池保护的低功耗电路的实现方法，包括以下步骤：
(S10)当电池开始工作时，通过状态比较器判断电池状态，将结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S20)根据数字逻辑控制模块收到的电池状态来控制电流比较器、电压比较器和状态比较器这3个比较器工作在相应的模式，随后将这3个比较器得出的结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S30)根据数字逻辑控制模块接收到的反馈信息来控制充放电路径的打开和关闭。
如图4所示，所述步骤(S10)具体包括如下步骤：
(S11)判断状态比较器的反馈结果，若状态比较器判断电池处于充放电状态，则通过数字逻辑控制模块来使电流比较器用于充放电电流判断，后进入步骤(S12)；若电池处于没有充电也没有放电状态，则不启动电流比较器；并将判断结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S12)数字逻辑控制模块控制电池电压检测模块对各节电池电压信息进行采集，电池断线检测模块对各节电池的断开信息进行采集，电池温度检测模块对各节电池温度信息进行采集；
(S13)将上述采集信号通过数字逻辑控制模块控制数据选择器选择对应信息值分时传输至电压比较器。
如图5所示，所述步骤(S20)具体包括如下步骤：
(S21)将电压比较器收到的电池电压信息值与带隙基准电压进行比较，若电池电压信息值大于带隙基准电压则表示电池处于过压状态，若电池电压信息值小于带隙基准电压则表示电池处于欠压状态，相等则为正常正常状态；将断开信息等效电压后与带隙基准电压进行比较，若等效电压值小于带隙基准电压则表示电池处于断线状态，否则为正常；将电池温度检测模块采集到的信号值与温度基准电压进行比较，若温度采样信号值低于温度基准电压，则表示电池处于欠温状态，若温度采样信号值高于温度基准电压，则表示电池处于过温状态，相等则为正常状态；将充放电电流信号与正常电流信号进行比较，若充放电电流大于正常电流则为过电流状态，否则为正常状态；
(S22)若上述电压状态、温度状态和电流状态均处于正常状态，则电池处于正常工作状态；否则，电池处于异常工作状态；并将具体状态反馈至数字逻辑控制模块。
如图6所示，所述步骤(S30)具体包括如下步骤：
(S31)数字逻辑控制模块对反馈状态进行分析，若收到状态为正常状态，则保持电池工作状态，若收到状态为异常状态则进入步骤(S32)；
(S32)若电池处于充电状态，则数字逻辑控制模块通过控制充电驱动电路断开，对电池停止充电，实现对电池保护；若电池处于放电状态，则数字逻辑控制模块通过控制放电驱动电路断开，对负载停止放电，实现对电池保护。
通过上述设计和方法，本发明在正常工作模式下，只需要检测电池电压、温度、断线和充放电状态。由于电池电压，温度变化缓慢，因此采用时分复用的方式来检测相关信号，根据该理论可以计算正常工作模式下的静态电流IQ。相关功能模块工作时的静态电流如下表所示。
对状态变化较慢的电池断线检测模块、电池电压检测模块、电压流比较器和电池温度检测模块采用500ms为周期，10ms的检测时间进行工作，可以得到这部分的静态电流为(1+2+2+4)*10/500＝0.18uA，电流比较器不需要工作时无静态电流，因此整个静态电流IQ＝0.18+1+1+0.5+1+2+2＝7.68uA。由此可见，本发明降低了保护电路的整体功耗，同时相对于现有技术图1中的一共14个比较器，本发明整个芯片面积可以节省20％，因此具有很高的使用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于电池保护的低功耗电路，其特征在于，包括待保护的电池芯片组，与电池芯片组相连的温度基准电压模块，均与温度基准电压模块相连且的电流比较器和状态比较器，与电流比较器和状态比较器均相连的数字逻辑控制模块，与数字逻辑控制模块相连的电压比较器，均与电压比较器相连的带隙基准电压源模块和数据选择器，均与数据选择器相连的电池电压检模块、电池断线检测模块和电池温度检测模块，通过放电功率管与电池芯片组相连的放电驱动电路，通过充电功率管与电池芯片组相连的充电驱动电路，通过电池组负输出端与电池芯片组相连的负载检测模块，以及与数字逻辑控制模块相连的和振荡器；其中，电池组负输出端、放电功率管、充电功率管、电池电压检模块、电池断线检测模块和电池温度检测模块还与数字逻辑控制模块相连，温度基准电压模块还与电压比较器相连。
2.如权利要求1所述的一种适用于电池保护的低功耗电路的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S10)当电池开始工作时，通过状态比较器判断电池状态，将结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S20)根据数字逻辑控制模块收到的电池状态来控制电流比较器、电压比较器和状态比较器这3个比较器工作在相应的模式，随后将这3个比较器比较器得出的结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S30)根据数字逻辑控制模块接收到的反馈信息来控制充放电路径的打开和关闭。
3.根据权利要求2所述的一种适用于电池保护的低功耗电路的实现方法，其特征在于，所述步骤(S10)具体包括如下步骤：
(S11)判断状态比较器的反馈结果，若状态比较器判断电池处于充放电状态，则通过数字逻辑控制模块来使电流比较器用于充放电电流判断，后进入步骤(S12)；若电池处于没有充电也没有放电状态，则不启动电流比较器；并将判断结果反馈至数字逻辑控制模块；
(S12)数字逻辑控制模块控制电池电压检测模块对各节电池电压信息进行采集，电池断线检测模块对各节电池的断开信息进行采集，电池温度检测模块对各节电池温度信息进行采集；
(S13)将上述采集信号通过数字逻辑控制模块控制数据选择器选择对应信息值分时传输至电压比较器。
4.根据权利要求3所述的一种适用于电池保护的低功耗电路的实现方法，其特征在于，所述步骤(S20)具体包括如下步骤：
(S21)将电压比较器收到的电池电压信息值与带隙基准电压进行比较，若电池电压信息值大于带隙基准电压则表示电池处于过压状态，若电池电压信息值小于带隙基准电压则表示电池处于欠压状态，相等则为正常状态；将断开信息等效电压后与带隙基准电压进行比较，若等效电压值小于带隙基准电压则表示电池处于断线状态，否则为正常；将电池温度检测模块采集到的信号值与温度基准电压进行比较，若温度采样信号值低于温度基准电压，则表示电池处于欠温状态，若温度采样信号值高于温度基准电压，则表示电池处于过温状态，相等则为正常状态；将充放电电流信号与正常电流信号进行比较，若充放电电流大于正常电流则为过电流状态，否则为正常状态；
(S22)若上述状态均处于正常状态，则电池处于正常工作状态；否则，电池处于异常工作状态；并将具体状态反馈至数字逻辑控制模块。
5.根据权利要求4所述的一种适用于电池保护的低功耗电路的实现方法，其特征在于，所述步骤(S30)具体包括如下步骤：
(S31)数字逻辑控制模块对反馈状态进行分析，若收到状态为正常状态，则保持电池工作状态，若收到状态为异常状态则进入步骤(S32)；
(S32)若电池处于充电状态，则数字逻辑控制模块通过控制充电驱动电路断开，对电池停止充电，实现对电池保护；若电池处于放电状态，则数字逻辑控制模块通过控制放电驱动电路断开，对负载停止放电，实现对电池保护。
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