CN111614071B - 单晶圆电池保护电路、充放电电路及便携式电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种提高抗尖峰电压能力和耐压能力的单晶圆电池保护电路、充放电电路及便携式电子设备。单晶圆电池保护电路包括：基本保护电路、栅极衬底控制电路、充放电控制MOS管和钳压MOS管；所述基本保护电路耦接所述栅极衬底控制电路；所述钳压MOS管的栅极和衬底均连接至源极，所述钳压MOS管的源极接收供电电压，所述钳压MOS管的栅极连接所述栅极衬底控制电路；所述充放电控制MOS管的栅极和衬底分别连接所述栅极衬底控制电路，所述充放电控制MOS管耦接所述基本保护电路和所述栅极衬底控制电路。本申请可使电池保护电路免受尖峰电压和直流高电压的破坏，延长充放电电路的使用寿命。

Description

单晶圆电池保护电路、充放电电路及便携式电子设备

技术领域

本申请涉及电池充放电技术领域，尤指一种单晶圆电池保护电路、充放电电路及便携式电子设备。

背景技术

随着近年来移动终端功能的不断增加，移动终端的性能也在飞速提升，这对终端电池也提出了更大的要求。有的应用电池需要做得很小，有的应用电池需要做得成本很低，而传统的电池保护方案通常占版面积很大，成本很高，已经越来越不适应新的市场需求。

传统的电池保护方案是由分立器件达成的。需要一个控制电路芯片以及一个包含有两个N型功率MOS管的芯片。控制电路芯片通过控制这两个功率MOS管的栅极电压来实现对电池的充放电控制。控制电路芯片是用CMOS工艺做成，而功率MOS管芯片通常用一种垂直结构的DMOS或UMOS管做成。由于CMOS和DMOS/UMOS是两种完全不同的工艺，因此控制电路芯片和两个功率MOS管芯片通常来自于两个不同的供应商，是两个独立的芯片。另外这种分离器件方案的充放电外围电路需要两个电阻以及一个电容。

目前，为了将电路面积做到最小以及成本做到最低，通常选用5V CMOS工艺来实现。而5V CMOS工艺MOS管击穿电压在8V至12V之间。由于电池保护电路在充放电以及生产测试过程中可能会产生高达14V的尖峰电压以及直流高电压，用5V CMOS工艺做成的单晶圆电池保护电路会被尖峰电压或者直流高电压击穿从而造成单晶圆电池保护电路的损坏。

一种直观的解决办法是选用击穿电压更高的半导体工艺来增加单晶圆电池保护电路的耐压值，使其能够承受14V尖峰电压以及直流高电压，但是这样做会增加工艺层数以及大大增加半导体器件在芯片上所占用的面积，使保护电路的成本大大上涨。

有鉴于此，本申请提供了一种单晶圆电池保护电路、充放电电路及便携式电子设备，以解决上述单晶圆电池保护电路被直流高电压和尖峰电压损坏的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种单晶圆电池保护电路、充放电电路及便携式电子设备。

本申请的目的是提供一种单晶圆电池保护电路，包括：基本保护电路、栅极衬底控制电路、充放电控制MOS管和钳压MOS管；

所述基本保护电路接收供电电压，所述基本保护电路耦接所述栅极衬底控制电路;

所述钳压MOS管的栅极和衬底均连接至源极，所述钳压MOS管的源极接收所述供电电压，所述钳压MOS管的栅极连接所述栅极衬底控制电路；

所述充放电控制MOS管耦接所述基本保护电路和所述栅极衬底控制电路，其中所述充放电控制MOS管的栅极和衬底分别连接所述栅极衬底控制电路。

本方案中的电池保护电路涉及非常多的半导体器件，在电池生产测试过程以及充放电使用时可能被尖峰电压或直流高电压损坏。例如5V CMOS工艺MOS管的击穿电压在8V至12V之间，若生产测试过程及充放电使用时产生的尖峰电压超过这个击穿电压，就会将MOS管损坏。一般直观的解决办法是将MOS管的耐压值提高，如此会增加工艺层数以及增大MOS管在芯片上的面积，提高芯片的成本。本方案为了在保证成本以及芯片面积的前提下保护器件不受尖峰电压或直流高电压损坏，加入了钳压MOS管，将电压钳制在一定的范围内，即便在生产测试过程中及充放电使用时有尖峰电压或直流高电压，也会被钳压MOS管将电压钳制在安全电压范围，保证保护电路不被损坏。

在电池保护电路的生产测试过程中，首先将电池保护芯片以及电阻电容做成电池保护板，然后将电池保护板与电芯连接到一起成为带保护功能的电池。在所述电池的生产测试过程中会经常用到诸如保护板测试仪，综合测试仪，分容柜等测试设备。保护板测试仪用于检测保护板是否合格，综合测试仪用于检测带保护功能的电池是否合格，分容柜用于检测带保护功能的电池的容量大小。这些测试设备在测试过程中经常会产生高达14V的尖峰电压或直流高电压，因此，传统电池保护方案需要将充电控制MOS管Mc和放电控制MOS管Md的击穿电压做到14V以上，以防止带保护功能的电池在生产测试过程中被14V的尖峰电压或直流高电压击穿。

理论上，单晶圆电池保护电路需要将充放电控制MOS管的源极和漏极的击穿电压同时做到14V以上，才能保证带保护功能的电池在生产测试过程中不被测试设备产生的高达14V的尖峰电压或直流高电压击穿。但是将充放电控制MOS管的击穿电压做到14V以上，成本会很高。

采用本申请的钳压MOS管，充放电控制MOS管的耐压只需12V，也就是传统5V CMOS工艺的击穿电压，即可防止带保护功能的电池在生产测试过程中及充放电使用时不被高达14V的尖峰电压或直流高电压击穿。

因此本申请利用钳压MOS管，将栅极衬底控制电路的供电电压GVDD与VSS端之间的电压钳制在预设范围内，提高电池保护电路芯片在生产测试过程中以及充放电使用时的耐压，防止电池保护电路中的器件损坏。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种提高抗尖峰电压能力的单晶圆电池保护电路及充放电电路的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是传统分立器件电池保护电路的充电及放电电路结构图；

图2是本申请单晶圆电池保护电路及充放电电路结构图的示意图；

图3是图2中的栅极衬底控制电路图；

图4是图2中的基本保护电路图；

图5是图2中过温保护电路的电路图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本申请的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本申请相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

图1为传统的分立器件电池保护方案的充放电电路。控制电路A通过控制两个功率MOS管（Mc和Md）的栅极电压来实现对电池的充放电控制。控制电路A是用CMOS工艺做成，而功率MOS管（Mc和Md）通常用一种垂直结构的DMOS或UMOS管做成。由于CMOS和DMOS/UMOS是两种完全不同的工艺，因此控制电路A和两个功率MOS管（Mc和Md）通常来自于两个不同的供应商，是两个独立的芯片，外围电路需要两个电阻R0和Rvm以及一个电容C0。

参照图2所示，电池充放电电路2包括电池、RC滤波电路3、单晶圆电池保护电路1、充电器以及负载，电池与RC滤波电路3、充电器、负载并联连接；其中单晶圆电池保护电路1、充电器、电池、RC滤波电路3组成电池充电电路；单晶圆电池保护电路1、RC滤波电路3、电池、负载组成电池放电电路。

电池充电电路包括单晶圆电池保护电路1、充电器、电池以及RC滤波电路3，其中：电池与RC滤波电路3并联连接，RC滤波电路3包括第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1的一端连接至电池的正极；第一电阻R1的另一端连接基本保护电路10的供电电压VDD端、钳压MOS管M2的供电电压VDD端和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接至电池的负极；充电器的正极在充电时与电池的正极连接，为电池提供充电电压，充电器的负极通过充放电控制MOS管M1与电池的负极连接。

电池放电电路包括单晶圆电池保护电路1、RC滤波电路3、电池以及负载，其中：电池与RC滤波电路3并联连接，RC滤波电路3包括第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1的一端连接至电池的正极；第一电阻R1的另一端连接基本保护电路10的供电电压VDD端、钳压MOS管M2的供电电压VDD端和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接至电池的负极；电池的正极与负载的一端连接，为负载提供电源，电池的负极通过充放电控制MOS管M1与负载的另一端连接。

单晶圆电池保护电路1包括：基本保护电路10、栅极衬底控制电路11、钳压MOS管M2、过温保护电路12、第十二逻辑单元I12、第十三逻辑单元I13、充放电控制MOS管M1；基本保护电路10的供电电压VDD输入端连接至第一电阻R1和第一电容C1之间；基本保护电路10的输出端耦接栅极衬底控制电路12。过温保护电路12的输入端与基本保护电路10连接；第十二逻辑单元I12的第一输入端连接基本保护电路10，第十二逻辑单元I12的第二输入端连接过温保护电路12，第十二逻辑单元I12的输出端连接栅极控制单元；第十三逻辑单元I13的第一输入端连接基本保护电路10，第十三逻辑单元I13的第二输入端连接过温保护电路12，第十三逻辑单元I13的输出端连接栅极控制单元；钳压MOS管M2的供电电压VDD输入端连接至第一电阻R1和第一电容C1之间；钳压MOS管M2的栅极和衬底均连接至源极；钳压MOS管M2的源极接收供电电压VDD；钳压MOS管M2的漏极连接栅极衬底控制电路11的输入输出端VSS。充放电控制MOS管M1的源极或漏极的一端连接至电池的负极，充放电控制MOS管M1的源极或漏极的另一端连接至充电器或负载的负极，例如充放电控制MOS管M1的源极连接充电器的负极，充放电控制MOS管M1的漏极连接电池的负极；充放电控制MOS管M1的栅极和衬底分别连接至栅极衬底控制电路11；充放电控制MOS管M1耦接基本保护电路10和栅极衬底控制电路11。

本实施例的单晶圆电池保护电路1通过基本保护电路10检测电池的充放电情况，向栅极衬底控制电路11发送控制信号，使栅极衬底控制电路11根据控制信号控制充放电控制MOS管M1的导通情况，从而对电池的充放电进行控制。单晶圆电池保护电路1通过过温保护电路12检测电池保护电路所集成芯片的温度，过温保护电路12同基本保护电路10共同控制导通栅极衬底控制电路11。

单晶圆电池保护电路1通过钳压MOS管M2钳制栅极衬底控制电路11的供电电压，保证单晶圆电池保护电路1不被损坏。第一电阻R1为滤波电阻；电池正极P+的电压低于钳压MOS管M2的击穿电压时:钳压MOS管M2为高阻态，供电电压VDD等于电池正极P+的电压；电池正极P+的电压高于PMOS击穿电压时:钳压MOS管M2的电流增大，供电电压VDD等于PMOS的击穿电压。

当供电电压VDD升高到钳压MOS管M2的击穿区时，会有击穿电流从钳压MOS管M2的S端和B端流向D端，在击穿区击穿电流随电压急剧变大。供电电压VDD与栅极衬底控制电路11的输出端VSS之间的压差高于钳压MOS管M2的击穿电压时，钳压MOS管M2的电流急剧增大，供电电压VDD与栅极衬底控制电路11的输出端VSS之间的电压比击穿电压多出来的电压就落在第一电阻R1上，钳压MOS管M2的电压就维持在击穿电压区，即将电压钳位在击穿区。

供电电压VDD与栅极衬底控制电路11的输出端VSS之间的电压低于钳压MOS管M2的击穿电压时，钳压MOS管M2等效为一个无穷大电阻，供电电压VDD电位等于电池正极P+电位。

如图3所示，是图2中单晶圆电池保护电路1中的栅极衬底控制电路11的电路图。包括栅极控制单元和衬底控制单元；栅极控制单元与所述充放电控制MOS管M1的栅极连接，衬底控制单元与充放电控制MOS管M1的衬底连接。

栅极控制单元包括第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10、第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15、第十六MOS管M16、第六逻辑控制单元I6、第七逻辑控制单元I7、第八逻辑控制单元I8以及第九逻辑控制单元I9。

其中，第三MOS管M3的栅极连接第十二逻辑单元I12的输出电压VOD和第六逻辑控制单元I6的输入端；第三MOS管M3的源极和衬底、第四MOS管M4的衬底和源极、钳压MOS管M2的源极、栅极及衬底接收供电电压VDD；第六逻辑控制单元I6的输出端VODN连接第四MOS管M4的栅极；第三MOS管M3的漏极连接第五MOS管M5的漏极和第六MOS管M6的栅极；第四MOS管M4的漏极连接第五MOS管M5的栅极、第六MOS管M6的漏极和第九逻辑控制单元I9的第一输入端VODP；第五MOS管M5的衬底和源极分别与第六MOS管M6的衬底和源极、第九MOS管M9的衬底和源极、第十MOS管M10的衬底和源极、第十三MOS管M13的衬底和源极、第十四MOS管M14的衬底和源极、第十五MOS管M15的衬底和源极、第十六MOS管M16的衬底和源极以及钳压MOS管M2的漏极连接；第十五MOS管M15的漏极连接电池的负极和充放电控制MOS管M1的源极或漏极的一端；第十六MOS管M16的漏极连接充电器的负极和充放电控制MOS管M1的源极或漏极的另一端；第七MOS管M7的栅极连接第十三逻辑单元I13的输出电压VOC和第七逻辑控制单元I7的输入端；第七MOS管M7的源极和衬底、第八MOS管M8的衬底和源极接收供电电压VDD；第七逻辑控制单元I7的输出端VOCN连接第八MOS管M8的栅极；第七MOS管M7的漏极连接第九MOS管M9的漏极和第十MOS管M10的栅极；第八MOS管M8的漏极连接第九MOS管M9的栅极、第十MOS管M10的漏极、第九逻辑控制单元I9的第二输入端VOCP和衬底控制单元；第十一MOS管M11的栅极连接基本保护电路10的输出电压VCHOC1和第八逻辑控制单元I8的输入端；第十一MOS管M11的源极和衬底、第十二MOS管M12的衬底和源极接收供电电压VDD；第八逻辑控制单元I8的输出端连接第十二MOS管M12的栅极；第十一MOS管M11的漏极连接第十三MOS管M13的漏极、第十四MOS管M14的栅极和第十六MOS管M16的栅极；第十二MOS管M12的漏极连接第十三MOS管M13的栅极、第十四MOS管M14的漏极和第十五MOS管M15的栅极；

衬底控制单元包括第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10、第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第七逻辑控制单元I7、第八逻辑控制单元I8、第十逻辑控制单元I10以及第十一逻辑控制单元I11；

其中，第十逻辑控制单元I10的输入端连接第八MOS管M8的漏极；第十逻辑控制单元I10的输出端连接第十一逻辑控制单元I11的输入端和第十八MOS管M18的栅极；第十一逻辑控制单元I11的输出端连接第十七MOS管M17的栅极；第十七MOS管M17的漏极连接第十五MOS管M15的漏极；第十七MOS管M17的源极和衬底连接第十八MOS管M18的源极和衬底和充放电控制MOS管M1的衬底；第十八MOS管M18的漏极连接第十六MOS管M16的漏极。

本实施例中，栅极衬底控制电路包括输出VGATE的栅极控制单元和输出VSUB的衬底控制单元，当电池充放电时，栅极控制单元根据控制信号输出栅极控制响应信号，控制充放电控制MOS管M1的栅极电压，衬底控制单元根据控制信号输出衬底控制响应信号，控制充放电控制MOS管M1的衬底电压，从而控制充放电控制MOS管M1的导通情况。由于栅极控制单元的低电平VSS电压和充放电控制MOS管M1漏极VGND电压不是完全一样的电位，栅极控制单元连接的第十二逻辑单元I12的输出电压VOD、第十三逻辑单元I13的输出电压VOC、基本保护电路10的输出电压VCHOC1的低电位是VGND电压、需要转换成VSS电压。VOD电压、VOC电压、VCHOC1电压都需要一个电平转换电路，下面以VOD电压的电平转换电路为例说明。

第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第六逻辑控制单元I6完成VOD电压的低电平转换。当VOD电压为高电平VDD时，第三MOS管M3截止、第四MOS管M4导通，第九逻辑控制单元的第一输入端VODP电压为高电平VDD；当VOD电压为低电平VGND时，第三MOS管M3导通、第四MOS管M4截止，VODP电压为低电平VSS，完成从VGND电平到VSS电平的转换。同理VOC电压转换成第九逻辑控制单元的第二输入端VOCP电压、VCHOC1电压转换成第十五MOS管M15的栅极电压VCHOC1P、第十六MOS管M16的栅极电压VCHOC1N。当VODP电压、VOCP电压都为高电平时，VGATE端输出为高电平VDD，当VODP电压、VOCP电压中有一个为低电平VSS时，VGATE端输出为低电平VSS。当VOCP为高电平，VGOC为低电平、VGOCB为高电平、第十七MOS管M17导通、第十八MOS管M18截止、输出VSUB电压等于VGND电压；当VOCP为低电平，VGOC为高电平、VGOCB为低电平、第十七MOS管M17截止、第十八MOS管M18导通、输出VSUB电压等于充放电控制MOS管M1源极VM电压。VCHOC1电压为高时，VCHOC1P电压为高，VCHOC1N电压为低，第十五MOS管M15导通、第十六MOS管M16截止，VSS电压等于VGND电压；VCHOC1电压为低时，VCHOC1P电压为低，VCHOC1N电压为高，第十五MOS管M15截止、第十六MOS管M16导通，VSS电压等于VM电压。

上面描述中当VCHOC1电压为低电平时，栅极衬底控制电路的输入端VSS电压等于充放电控制MOS管M1源极VM电压，则供电电压VDD与VSS电压之间的压差为VDD电压与VM电压之间压差，在生产测试过程及充放电使用时VDD与VM之间电压可能会产生高达16V的尖峰电压或直流电压，而5V CMOS工艺MOS管击穿电压在8V至12V之间，低于产生的尖峰电压或直流电压，则现有栅极衬底控制电路会被损坏或击穿。

如图4所示，是图2中单晶圆电池保护电路1中的基本保护电路10的电路图，基本保护电路10包括：基准电路、放电过流比较器、放电短路比较器、充电过流比较器、过放电压比较器、过充电压比较器、延时电路、充放电检测电路、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一逻辑控制单元I1、第二逻辑控制单元I2、第三逻辑控制单元I3、第四逻辑控制单元I4、以及第五逻辑控制单元I5。

基准电路的输出端分别与放电过流比较器的第一输入端（正向输入端）、放电短路比较器的第一输入端（正向输入端）、充电过流比较器的第二输入端（负向输入端）、过放电压比较器的第二输入端（负向输入端）和过充电压比较器的第一输入端（正向输入端）连接；放电过流比较器的第二输入端（负向输入端）、放电短路比较器的第二输入端（负向输入端）、充电过流比较器的第一输入端（正向输入端）和充放电检测电路的第二输入端（负向输入端）分别通过第五电阻R5与充放电控制MOS管M1的源极或漏极连接；第二电阻R2的一端接收供电电压VDD，第二电阻R2的另一端连接过放电压比较器的第一输入端（正向输入端）和第三电阻R3的一端；第三电阻R3的另一端连接过充电压比较器的第二输入端（负向输入端）和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接充放电检测电路的第一输入端（正向输入端），且第四电阻R4的另一端接地；放电过流比较器的输出端、放电短路比较器的输出端、充电过流比较器的输出端、过放电压比较器的输出端、过充电压比较器的输出端分别与延时电路连接；充电过流比较器的输出端分别连接延时电路和栅极衬底控制电路11；充放电检测电路的输出端连接过温保护电路12的输入端。

延时电路的输出端通过第一逻辑控制单元I1连接第三逻辑控制单元I3的第一输入端；充放电检测电路的输出端连接第三逻辑控制单元I3的第二输入端；第三逻辑控制单元I3的输出端耦接栅极衬底控制电路12；延时电路的输出端通过第二逻辑控制单元I2连接第四逻辑控制单元I4的第一输入端；充放电检测电路的输出端连接第五逻辑控制单元I5的输入端；第五逻辑控制单元I5的输出端连接第四逻辑控制单元I4的第二输入端；第四逻辑控制单元I4的输出端耦接栅极衬底控制电路12。

其中，基准电路用于产生放电过流比较器的正输入信号VOC1、放电短路比较器的正输入信号VSHORT、充电过流比较器的负输入信号VCHOC、参考输出电压VPN、VOTP、过充电压比较器的正输入信号VOCV、以及产生过放电压比较器的负输入信号VODV。

放电过流比较器基于正输入信号VOC1与负输入信号虚拟接地电压VM1的大小比较结果，VOC1大于VM1时输出高电平VDD，VOC1低于VM1时输出低电平VGND。

放电短路比较器基于正输入信号VSHORT与负输入信号虚拟接地电压VM1的大小比较结果，VSHORT大于VM1时输出高电平VDD，VSHORT低于VM1时输出低电平VGND。

充电过流比较器基于正输入信号虚拟接地电压VM1与负输入信号VCHOC的大小比较结果，VM1大于VCHOC时输出高电平VDD，VM1低于VCHOC时输出低电平VGND。

过充电压比较器基于正输入信号VOCV与供电电压VDD经过电阻分压后的负输入信号VROCV的大小比较结果，输出高电平VDD或低电平VGND。

过放电压比较器基于供电电压VDD经过电阻分压后的正输入信号VRODV与负输入信号VODV的大小比较结果，输出高电平VDD或低电平VGND。

充放电检测电路基于正输入信号VGND与负输入信号虚拟接地电压VM1的大小比较结果，输出高电平VDD或低电平VGND。正输入信号VGND大于负输入信号虚拟接地电压VM1时输出高电平VDD，正输入信号VGND低于负输入信号虚拟接地电压VM1时输出低电平VGND。

延时电路用于对放电过流比较器的输出信号VOC1P、放电短路比较器的输出信号VSHORTP、充电过流比较器的输出信号VCHOC1、过放电压比较器的输出信号VODVP、过充电压比较器的输出信号VOCVP进行延时，延时后对应输出VDOC1、VDSHORT、VDCHOC、VDODV、VDOCV。VDOC1为VOC1P经过延时的信号， VDSHORT是VSHORTP经过延时的信号、VDCHOC是VCHOC1经过延时的信号、VDODV是VODVP经过延时的信号、VDOCV是VOCVP经过延时的信号。

当VDOC1、VDSHORT、VDODV都为高时，第一逻辑控制单元I1输出信号VOD3输出为高电平VDD，VDOC1、VDSHORT、VDODV中至少一个为低时，第一逻辑控制单元I1输出信号VOD3输出为低电平VGND。

当VDCHOC、VDOCV都为高时，第二逻辑控制单元I2输出信号VOC3输出为高电平VDD。VDCHOC、VDOCV中至少一个为低时，第二逻辑控制单元I2输出信号VOC3输出为低电平VGND。

当第一逻辑控制单元I1输出信号VOD3、第二逻辑控制单元I2输出信号VCHP中至少一个为高时，第三逻辑控制单元I3输出信号VOD2输出为高电平VDD、当VOD3、VCHP中都为低时，VOD2输出为低电平VGND。

当第二逻辑控制单元I2输出信号VOC3、第五逻辑控制单元I5输出信号VCHN中至少一个为高时，第四逻辑控制单元I4输出信号VOC2输出为高电平VDD、当第二逻辑控制单元I2输出信号VOC3、第五逻辑控制单元I5输出信号VCHN中都为低时，第四逻辑控制单元I4输出信号VOC2输出为低电平VGND。

本实施例的基本保护电路10检测电池的充放电情况，向栅极衬底控制电路11发送控制信号，使栅极衬底控制电路11根据控制信号控制充放电控制MOS管M1的导通情况，从而对电池的充放电进行控制。

如图5所示，是图2中单晶圆电池保护电路1中的过温保护电路12的电路图。

过温保护电路12包括过温比较器、第十四逻辑控制I14、第十五逻辑控制单元I15和第十六逻辑控制单元I16。

过温比较器的输入端与基本保护电路10连接，过温比较器的输出端分别与第十五逻辑控制单元I15的第一输入端和第十六逻辑单元I16的第二输入端连接，第十五逻辑控制单元I15的第二输入端与第十四逻辑控制单元I14的输出端连接，第十六逻辑控制单元I16的第一输入端和第十四逻辑控制单元I14的输入端与基本保护电路10连接，第十五逻辑控制单元I15的输出端和第十六逻辑控制单元I16的输出端耦接栅极衬底控制电路11。

过温比较器基于正输入端电压VPN与负输入端电压VOTP的大小比较结果，正输入端电压VPN大于负输入端电压VOTP时输出高电平、正输入端电压VPN小于负输入端电压VOTP时输出低电平。

当过温比较器输出电压VOTPP、第十四逻辑控制单元I14输出电压VCHN1中至少一个为高时，第十五逻辑控制单元I15输出电压VCHOTP输出为高电平VDD、当过温比较器输出电压VOTPP、第十四逻辑控制单元I14输出电压VCHN1都为低时，第十五逻辑控制单元I15输出电压VCHOTP输出为低。

当过温比较器输出电压VOTPP、第十四逻辑控制单元I14输入电压VCHP中至少一个为高时，第十六逻辑控制单元I16输出电压VDISOTP输出为高电平VDD、当过温比较器输出电压VOTPP、第十四逻辑控制单元I14输入电压VCHP都为低时，第十六逻辑控制单元I16输出电压VDISOTP输出为低。

本实施例的过温保护电路12用于检测单晶圆电池保护电路1所集成芯片的温度，并同基本保护电路10共同控制导通栅极衬底控制电路11。

本申请还提供一种便携式电子设备，其包括单晶圆和上述实施例所揭示的单晶圆电池保护电路1，便携式电子设备可以为具有锂电池的设备，例如手机、玩具、移动电源、电子烟、蓝牙耳机（TWS）等。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种单晶圆电池保护电路，应用于电池充电电路，其特征在于，所述单晶圆电池保护电路包括：基本保护电路、栅极衬底控制电路、充放电控制MOS管和钳压MOS管；

所述基本保护电路耦接所述栅极衬底控制电路;

所述钳压MOS管的栅极和衬底均连接至源极，所述钳压MOS管的源极接收供电电压，所述钳压MOS管的栅极连接所述栅极衬底控制电路；

所述充放电控制MOS管的栅极和衬底分别连接所述栅极衬底控制电路，所述充放电控制MOS管耦接所述基本保护电路和所述栅极衬底控制电路；

所述电池充电电路包括充电器、电池以及RC滤波电路，所述充电器的正极在充电时与所述电池的正极连接，所述充电器的负极通过所述充放电控制MOS管与所述电池的负极连接，所述RC滤波电路与所述电池并联连接，所述RC滤波电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端连接至所述电池的正极，所述第一电阻的另一端连接所述基本保护电路的供电电压端、所述钳压MOS管的源极和所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端与所述电池的负极连接；

其中，所述钳压MOS管为PMOS，在所述电池正极的电压低于所述钳压MOS管的击穿电压时，所述钳压MOS管为高阻态，所述供电电压等于所述电池正极的电压；所述电池正极的电压高于所述钳压MOS管的击穿电压时，所述供电电压等于所述击穿电压，所述供电电压与所述栅极衬底控制电路的输出端之间的电压比所述击穿电压多出来的电压落在所述第一电阻上，所述钳压MOS管的电压维持在击穿电压区。

2.根据权利要求1所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，所述栅极衬底控制电路包括栅极控制单元和衬底控制单元，所述栅极控制单元与所述充放电控制MOS管的栅极连接，所述衬底控制单元与所述充放电控制MOS管的衬底连接。

3.根据权利要求2所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，所述单晶圆电池保护电路进一步包括第十二逻辑单元、第十三逻辑单元和过温保护电路，所述第十二逻辑单元的第一输入端连接所述基本保护电路，所述第十二逻辑单元的第二输入端连接所述过温保护电路，所述第十二逻辑单元的输出端连接所述栅极控制单元；所述第十三逻辑单元的第一输入端连接所述基本保护电路，所述第十三逻辑单元的第二输入端连接所述过温保护电路，所述第十三逻辑单元的输出端连接所述栅极控制单元。

4.根据权利要求3所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，所述栅极控制单元包括第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管、第十三MOS管、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第六逻辑控制单元、第七逻辑控制单元、第八逻辑控制单元以及第九逻辑控制单元；

所述第三MOS管的栅极连接所述第十二逻辑单元的输出端和所述第六逻辑控制单元的输入端；所述第三MOS管的源极和衬底、所述第四MOS管的衬底和源极、所述钳压MOS管的源极、栅极及衬底连接所述供电电压；所述第六逻辑控制单元的输出端连接所述第四MOS管的栅极；所述第三MOS管的漏极连接所述第五MOS管的漏极和所述第六MOS管的栅极；所述第四MOS管的漏极连接所述第五MOS管的栅极、所述第六MOS管的漏极和所述第九逻辑控制单元的第一输入端；所述第五MOS管的衬底和源极分别与所述第六MOS管的衬底和源极、所述第九MOS管的衬底和源极、所述第十MOS管的衬底和源极、所述第十三MOS管的衬底和源极、所述第十四MOS管的衬底和源极、所述第十五MOS管的衬底和源极、所述第十六MOS管的衬底和源极以及所述钳压MOS管的漏极连接；

所述第十五MOS管的漏极连接所述电池的负极和所述充放电控制MOS管的源极或漏极的一端；所述第十六MOS管的漏极连接所述充电器的负极和所述充放电控制MOS管的源极或漏极的另一端；

所述第七MOS管的栅极连接所述第十三逻辑单元的输出端和所述第七逻辑控制单元的输入端；所述第七MOS管的源极和衬底、所述第八MOS管的衬底和源极连接所述供电电压；所述第七逻辑控制单元的输出端连接所述第八MOS管的栅极；所述第七MOS管的漏极连接所述第九MOS管的漏极和所述第十MOS管的栅极；所述第八MOS管的漏极连接所述第九MOS管的栅极、所述第十MOS管的漏极、所述第九逻辑控制单元的第二输入端和所述衬底控制单元的第十逻辑控制单元；

所述第十一MOS管的栅极连接所述基本保护电路和所述第八逻辑控制单元的输入端；所述第十一MOS管的源极和衬底、所述第十二MOS管的衬底和源极连接所述供电电压；所述第八逻辑控制单元的输出端连接所述第十二MOS管的栅极；所述第十一MOS管的漏极连接所述第十三MOS管的漏极、所述第十四MOS管的栅极和所述第十六MOS管的栅极；所述第十二MOS管的漏极连接所述第十三MOS管的栅极、所述第十四MOS管的漏极和所述第十五MOS管的栅极。

5.根据权利要求4所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，

所述衬底控制单元包括所述第七MOS管、所述第八MOS管、所述第九MOS管、所述第十MOS管、所述第十一MOS管、所述第十二MOS管、所述第十三MOS管、所述第十四MOS管、所述第十五MOS管、所述第十六MOS管、第十七MOS管、第十八MOS管、所述第七逻辑控制单元、所述第八逻辑控制单元、第十逻辑控制单元以及第十一逻辑控制单元；

所述第十逻辑控制单元的输入端连接所述第八MOS管的漏极；所述第十逻辑控制单元的输出端连接所述第十一逻辑控制单元的输入端和所述第十八MOS管的栅极；所述第十一逻辑控制单元的输出端连接所述第十七MOS管的栅极；所述第十七MOS管的漏极连接所述第十五MOS管的漏极；所述第十七MOS管的源极和衬底连接所述第十八MOS管的源极和衬底和所述充放电控制MOS管的衬底；所述第十八MOS管的漏极连接所述第十六MOS管的漏极。

6.根据权利要求3所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，

所述基本保护电路包括基准电路、放电过流比较器、放电短路比较器、充电过流比较器、过放电压比较器、过充电压比较器、延时电路、充放电检测电路、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述基准电路的输出端分别与所述放电过流比较器的第一输入端、所述放电短路比较器的第一输入端、所述充电过流比较器的第二输入端、所述过放电压比较器的第二输入端和所述过充电压比较器的第一输入端连接；

所述放电过流比较器的第二输入端、所述放电短路比较器的第二输入端、所述充电过流比较器的第一输入端和所述充放电检测电路的第二输入端分别通过所述五电阻与所述充放电控制MOS管的源极或漏极连接；

所述第二电阻的一端连接所述供电电压，所述第二电阻的另一端连接所述过放电压比较器的第一输入端和所述第三电阻的一端；

所述第三电阻的另一端连接所述过充电压比较器的第二输入端和所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述充放电检测电路的第一输入端，且所述第四电阻的另一端接地；

所述放电过流比较器的输出端、所述放电短路比较器的输出端、所述充电过流比较器的输出端、所述过放电压比较器的输出端、所述过充电压比较器的输出端分别与所述延时电路连接；

所述充电过流比较器的输出端分别连接所述延时电路和所述栅极衬底控制电路；

所述充放电检测电路的输出端连接过温保护电路的输入端。

7.根据权利要求3所述的单晶圆电池保护电路，其特征在于，所述过温保护电路包括过温比较器、第十四逻辑控制单元、第十五逻辑控制单元和第十六逻辑控制单元，所述过温比较器的输入端与所述基本保护电路连接，所述过温比较器的输出端分别与所述第十五逻辑控制单元的第一输入端和所述第十六逻辑控制单元的第二输入端连接，所述第十五逻辑控制单元的第二输入端与所述第十四逻辑控制单元的输出端连接，所述第十六逻辑控制单元的第一输入端和所述第十四逻辑控制单元的输入端与所述基本保护电路连接，所述第十五逻辑控制单元的输出端和所述第十六逻辑控制单元的输出端耦接所述栅极衬底控制电路。

8.一种电池充电电路，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的单晶圆电池保护电路、充电器、电池以及RC滤波电路，其中：

所述电池与所述RC滤波电路并联连接，所述RC滤波电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端连接至所述电池的正极，所述第一电阻的另一端连接所述基本保护电路、钳压MOS管和所述第一电容的一端；所述第一电容的另一端连接至所述电池的负极；

所述充电器的正极与所述电池的正极连接，为所述电池提供充电电压，所述充电器的负极通过所述充放电控制MOS管与所述电池的负极连接。

9.一种电池放电电路，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的单晶圆电池保护电路、RC滤波电路、电池以及负载，其中：

所述电池与所述RC滤波电路并联连接，所述RC滤波电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端连接至所述电池的正极，所述第一电阻的另一端连接所述基本保护电路、钳压MOS管和所述第一电容的一端；所述第一电容的另一端连接至所述电池的负极；

所述电池的正极与所述负载的正极连接，为所述负载提供电源，所述负载的负极通过所述充放电控制MOS管与所述电池的负极连接。

10.一种便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备包括单晶圆以及如权利要求1至7中任一项所述的单晶圆电池保护电路。

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