CN111934035A - 电压检测芯片、电池及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电压检测芯片、电池及电子设备，电压检测芯片包括：第一电压生成电路、第二电压生成电路、第三电压生成电路及第四电压生成电路，分别用于输出第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号、第四输出信号，第一输出信号、第三输出信号及第一开关电路控制的基准正压信号输入比较电路的第一输入端，第二输出信号及第四输出信号输入比较电路的第二输入端；第二开关电路控制比较电路的第二输入端和输出端之间的通断；比较电路根据第一输入端接收的电压信号及第二输入端接收的电压信号之间的差值输出检测信号，用于指示电池的充放电过程是否过压。本申请提供一种实现高压检测、降低功耗及尺寸小型化的电压检测芯片、电池及电子设备。

Description

电压检测芯片、电池及电子设备

技术领域

本申请涉及快速充电技术领域，具体涉及一种电压检测芯片、电池及电子设备。

背景技术

在电池的快充技术中，电池的过压充电和过压放电的保护尤为重要。电池在快充过程中的电压常处于高压状态。或者，在多个电池单元串联的过程中，某些电池单元处于高压状态。因此，高压端的电压检测成为越来越重要的研究重点，如何提供一种可降低功耗及尺寸小型化的芯片，以实现对电池的高压检测，成为需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种实现高压检测、降低功耗及尺寸小型化的电压检测芯片、电池及电子设备。

第一方面，本申请实施例提供了一种电压检测芯片，用于电池在充放电过程中过压检测，包括：

第一电压生成电路，用于选择电池正压信号及电池负压信号中的一者并生成第一输出信号；

第二电压生成电路，用于选择所述电池正压信号及所述电池负压信号中的另一者并生成第二输出信号；

第三电压生成电路，用于选择基准正压信号和基准负压信号中的一者并生成第三输出信号；

第四电压生成电路，用于选择所述基准正压信号和所述基准负压信号中的另一者生成第四输出信号；

比较电路，所述比较电路的第一输入端电连接所述第一电压生成电路的输出端，且电连接所述第三电压生成电路的输出端，所述比较电路的第二输入端电连接所述第二电压生成电路的输出端，且电连接所述第四电压生成电路的输出端；

第一开关电路，所述第一开关电路电连接所述比较电路的第一输入端，以控制所述基准正压信号输入所述第一输入端；及

第二开关电路，所述第二开关电路的两端分别电连接所述比较电路的第二输入端和所述比较电路的输出端，以控制所述比较电路的第二输入端和所述比较电路的输出端之间的通断；

所述比较电路用于根据所述第一输入端接收的电压信号以及所述第二输入端接收的电压信号之间的差值输出检测信号，用于指示所述电池在充放电过程中是否过压。

第二方面，本申请实施例提供了一种电池，包括多个电池单元、电池选择电路、基准产生电路及所述的电压检测芯片，所述电池单元用于产生电池正压信号和电池负压信号，所述电池选择电路用于选择所述多个电池单元中的一者与所述电压检测芯片电连接，所述基准产生电路用于产生基准正压信号和基准负压信号。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括所述的电池。

本申请实施例通过设计电压检测芯片，第一电压生成电路和第二电压生成电路可接收和生成高电平信号，以形成高压器件；第三电压生成电路、第四电压生成电路、第一开关电路、第二开关电路及比较电路皆为低压器件，如此，本申请提供的电压检测芯片所用到的高压器件少，而高压器件因需要设置隔离器件等原因使得电压检测芯片的面积较大，所以通过设置较少的高压器件可有效地减小电压检测芯片的面积，而且，无需设置高压转低压电路，则无需引入额外功耗和误差，可有效地提高电压检测的准确性，减小功耗及减小芯片面积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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。

图1是本申请实施例提供的一种电子设备结合充电线、充电器的应用场景的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种电池的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种电压检测芯片的电路结构示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种电压检测芯片的电路结构示意图；

图5是图4提供的电压检测芯片的时钟信号图；

图6是本申请实施例提供的高压选择开关电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请所列举的实施例在没有相互违背的情况下可以适当的相互结合。

随着科技的发展，电子设备(例如智能手机、穿戴式设备、平板电脑等电子设备)的功能变得越来越强大，用户可以通过电子设备进行办公、娱乐，以至于电子设备已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。然而，电子设备的续航能力是有限的，需要用户不断的给电子设备充电。为了保证用户能够正常使用电子设备，快速充电成为一种充电的主流方案。

目前常见的快充技术主要可分为两大类：低压大电流快速充电技术、高压小电流快速充电技术。不论低压大电流快速充电还是高压小电流快速充电，在电子设备充电电路中输入到电池时都会被转换为更大的充电电流(该充电电流不能超过电池承载的最大安全充电电流或不损害电池寿命的安全充电电流)，此时在对电池进行大电流充电如何保证快速充电的充电安全性就尤为重要。需要说明的是高压为大于5V的电压。

请参阅图1，图1是适用于本申请实施例的一种应用场景。在图1所示的场景中，包括电子设备100、充电线200和充电器300。电子设备100包括但不限于手机、笔记本电脑、掌上电脑、可充电耳机、可充电音箱、可充电穿戴设备、机器人、可充电家电、可充电交通工具、可充电运输工具等可充电电子产品。充电器300通过充电线200与电子设备100电连接。电子设备100至少包括电池10、连接接口20、充电管理芯片30和负载40等。连接接口20与充电管理芯片30电连接。电池10分别与充电管理芯片30和负载40电连接。其中，电池10包括电池保护板101和电芯102。负载40可以是电子设备100中的耗电设备，例如，负载40可以是麦克风、摄像头、显示屏、马达等各种耗电设备。充电管理芯片30为管理所述电池10充电的芯片。充电时，电流流向为：充电器300→充电线200→连接接口20→充电管理芯片30→电池保护板101→电芯102。放电时，电流流向为：电芯102→电池保护板101→负载40。

电池10的充放电过程中，特别是对于快充技术领域，对于电池10的电压检测成为研究重点。一般通过设计电压检测芯片对电池10的充放电过程中的电压进行检测。

请参阅图2，本申请提供了一种电压检测芯片1，适用于一节或多节电池10保护等高压检测领域。电池10包括但不限于锂离子电池、金属锂电池等。特别地，对于多节电池10保护中的电压检测，由于多节电池10的电势较高，电压检测需要在高压端进行或者通过高压转低电压电路在低压端比较。高压端检测需要高压基准以及高压比较器，高压器件比较浪费面积，高压基准需要额外电路产生，消耗额外功耗。高压转低压电路同样需要消耗额外功耗及引入一定的误差。在目前低功耗应用的背景趋势下，降低功耗及降低芯片面积都具有较为重大的意义。

请参阅图2，电压检测芯片1可设于电池10的电池保护板101上，也可以设于电子设备100中且位于电池10外（例如电子设备100的主板上），还可以设于充电器300（参见图1）中。本申请实施例将该电压检测芯片1设于电池保护板101上为例进行说明。电压检测芯片1用于监测电池10的电压信息，当电压达到保护阈值时关断相应的充放电晶体管，达到对电池10保护的目的。

请参阅图3，本申请实施例提供的一种电压检测芯片1，可用于电池10的充电过程和放电过程的过压检测。

请参阅图3，电压检测芯片1至少包括第一电压生成电路11、第二电压生成电路12、第三电压生成电路13、第四电压生成电路14、比较电路15、第一开关电路16及第二开关电路17。

第一电压生成电路11用于选择电池正压信号CELLP及电池负压信号CELLN中的一者并生成第一输出信号。第二电压生成电路12用于选择所述电池正压信号CELLP及所述电池负压信号CELLN中的另一者并生成第二输出信号。第三电压生成电路13用于选择基准正压信号VREFP和基准负压信号VREFN中的一者并生成第三输出信号。第四电压生成电路14用于选择所述基准正压信号VREFP和所述基准负压信号VREFN中的另一者生成第四输出信号。

可以理解的，电池正压信号CELLP为从电芯102正极端输出的信号，电池负压信号CELLN为从电芯102负极端输出的信号。

可选的，第一电压生成电路11选择电池正压信号CELLP并输出第一输出信号。其中，第一输出信号可为电池正压信号CELLP，也可由电池正压信号CELLP生成。第二电压生成电路12选择电池负压信号CELLN并输出第二输出信号。其中，第二输出信号可为电池负压信号CELLN，也可由电池负压信号CELLN生成。

再可选的，第一电压生成电路11选择电池负压信号CELLN并输出第一输出信号。其中，第一输出信号可为电池负压信号CELLN，也可由电池负压信号CELLN生成。第二电压生成电路12选择电池正压信号CELLP并输出第二输出信号。其中，第二输出信号可为电池正压信号CELLP，也可由电池正压信号CELLP生成。

可选的，第三电压生成电路13选择基准正压信号VREFP并输出第三输出信号。其中，第三输出信号可为基准正压信号VREFP，也可由基准正压信号VREFP生成。第四电压生成电路14选择基准负压信号VREFN并输出第四输出信号。其中，第四输出信号可为基准负压信号VREFN，也可由基准负压信号VREFN生成。

再可选的，第三电压生成电路13选择基准负压信号VREFN并输出第三输出信号。其中，第三输出信号可为基准负压信号VREFN，也可由基准负压信号VREFN生成。第四电压生成电路14选择基准正压信号VREFP并输出第四输出信号。其中，第四输出信号可为基准正压信号VREFP，也可由基准正压信号VREFP生成。

可选的，请参阅图3，比较电路15为比较器。所述比较电路15包括第一输入端151、第二输入端152及输出端153。可选的，第一输入端151为正极输入端，及第二输入端152为负极输入端；或者，第一输入端151为负极输入端，及第二输入端152为正极输入端。本申请实施例中以第一输入端151为正极输入端，及第二输入端152为负极输入端为例进行举例说明。

请参阅图3，所述比较电路15的第一输入端151电连接所述第一电压生成电路11的输出端，且所述比较电路15的第一输入端151电连接所述第三电压生成电路13的输出端。所述比较电路15的第二输入端152电连接所述第二电压生成电路12的输出端，且所述比较电路15的第二输入端152电连接所述第四电压生成电路14的输出端。如此，第一输出信号及第三输出信号合成比较电路15的第一输入端151的电压信号。第二输出信号及第四输出信号合成比较电路15的第二输入端152的电压信号。

请参阅图3，所述第一开关电路16电连接所述比较电路15的第一输入端151，以控制所述基准正压信号VREFP输入所述第一输入端151。当第一开关电路16导通时，第一输入端151加载基准正压信号VREFP；当第一开关电路16断开时，第一输入端151不再从第一开关电路16加载基准正压信号VREFP。如此，在第一开关电路16导通时，第一开关电路16导通而加载所述基准正压信号VREFP、第一输出信号及第三输出信号合成比较电路15的第一输入端151的电压信号。

请参阅图3，所述第二开关电路17的两端分别电连接所述比较电路15的第二输入端152和所述比较电路15的输出端153，以控制所述比较电路15的第二输入端152和所述比较电路15的输出端153之间的通断。当所述第二开关电路17导通时，比较电路15的第二输入端152与比较电路15的输出端153电连接，比较电路15形成反馈结构，以采样到比较电路15的失调电压，以消除比较电路15失调。

所述比较电路15用于根据所述第一输入端151接收的电压信号以及所述第二输入端152接收的电压信号之间的差值输出检测信号，用于指示所述电池10的充放电过程是否过压。具体的，比较电路15可对第一输入端151接收的电压信号以及所述第二输入端152接收的电压信号进行比较，并在第一输入端151的电压信号值大于第二输入端152的电压信号时输出检测信号，该检测信号可为高电平或低电平。检测信号用于控制电池10充放电回路的充电晶体管断开，及放电晶体管导通，以使电池10结束充电模式且转换成可放电模式，以对电池10进行充电过压保护；或者检测信号用于控制电池10充放电回路的放电晶体管断开，及充电晶体管导通，以使电池10结束放电模式且转换成可充电模式，以对电池10进行放电过压保护。

可选的，所述电池正压信号CELLP及所述电池负压信号CELLN皆为高电平信号。可选的，所述电池正压信号CELLP的频率与所述电池负压信号CELLN的频率不同。可选的，所述电池正压信号CELLP的幅值与所述电池负压信号CELLN的幅值不同。可选的，所述电池正压信号CELLP的幅值、频率与所述电池负压信号CELLN的幅值、频率皆不同。所述基准正压信号VREFP和所述基准负压信号VREFN皆为低电平信号。可选的，所述基准正压信号VREFP的频率与所述基准负压信号VREFN的频率不同。可选的，所述基准正压信号VREFP的幅值与所述基准负压信号VREFN的幅值不同。可选的，所述基准正压信号VREFP的幅值、频率与所述基准负压信号VREFN的幅值、频率皆不同。

如此，以使本申请提供的电压检测芯片1能够进行高压检测。其中，本实施例以小于5V的电压信号为低电平信号，大于或等于5V的电压信号为高电平信号。进一步地，本申请对于电池正压信号CELLP、电池负压信号CELLN的电压值不做具体的限定，可为5V ~1000V。当然，在其他实施方式中，所述电池正压信号CELLP及所述电池负压信号CELLN也可以为低电平信号。

本申请实施例通过设计电压检测芯片1，仅第一电压生成电路11和第二电压生成电路12接收和生成高电平信号，且为高压器件；第三电压生成电路13、第四电压生成电路14、第一开关电路16、第二开关电路17及比较电路15皆为低压器件，如此，本申请提供的电压检测芯片1所用到的高压器件少，而高压器件因需要设置隔离器件等原因使得电压检测芯片1的面积较大，所以通过设置较少的高压器件可有效地减小电压检测芯片1的面积，而且，无需设置高压转低压电路，则无需引入额外功耗和误差，可有效地提高电压检测的准确性，减小功耗及减小芯片面积。

在一种可能的实施方式中，请参阅图4，所述第一电压生成电路11包括第一选择电路111及第一存储电容112。所述第一选择电路111用于选择电池正压信号CELLP及电池负压信号CELLN中的一者并输出。所述第一存储电容112的一端电连接所述第一选择电路111的输出端。所述第一存储电容112的另一端电连接所述比较电路15的第一输入端151。

请参阅图4，所述第二电压生成电路12包括第二选择电路121及第二存储电容122。所述第二选择电路121用于选择所述电池正压信号CELLP及所述电池负压信号CELLN中的另一者并输出。所述第二存储电容122的一端电连接所述第二选择电路121的输出端。所述第二存储电容122的另一端电连接所述比较电路15的第二输入端152。

请参阅图4，所述第三电压生成电路13包括第三选择电路131及第三存储电容132。所述第三选择电路131用于选择所述基准正压信号VREFP及所述基准负压信号VREFN中的一者并输出。所述第三存储电容132的一端电连接所述第三选择电路131的输出端。所述第三存储电容132的另一端电连接所述比较电路15的第一输入端151。

请参阅图4，所述第四电压生成电路14包括第四选择电路141及第四存储电容142。所述第四选择电路141用于选择所述基准正压信号VREFP及所述基准负压信号VREFN中的另一者并输出。所述第四存储电容142的一端电连接所述第四选择电路141的输出端。所述第四存储电容142的另一端电连接所述比较电路15的第二输入端152。

所述第一存储电容112的容量C1等于所述第二存储电容122的容量C2。所述第三存储电容132的容量C3等于所述第四存储电容142的容量C4。

第一存储电容112结合第一选择电路111在电池正压信号CELLP和电池负压信号CELLN之间进行采样。第二存储电容122结合第二选择电路121在电池正压信号CELLP和电池负压信号CELLN之间进行采样。第一存储电容112与第二存储电容122的采样信号不同。而且，所述第一存储电容112的容量等于所述第二存储电容122的容量，以使第一电压生成电路11与第二电压生成电路12形成全差分结构，以消除比较电路15中的共模噪声，提高比较电路15的比较结果，进而提高电压检测芯片1的过压保护阀值的准确性，减少过压保护误差。

进一步地，第三存储电容132结合第三选择电路131在基准正压信号VREFP和基准负压信号VREFN之间进行采样。第四存储电容142结合第四选择电路141在基准正压信号VREFP和基准负压信号VREFN之间进行采样。第三存储电容132与第四存储电容142的采样信号不同。而且，所述第三存储电容132的容量等于所述第四存储电容142的容量，以使第一电压生成电路11、第三电压生成电路13与第二电压生成电路12、第四电压生成电路14形成全差分结构，以消除比较电路15中的共模噪声，提高比较电路15的比较结果，进而提高电压检测芯片1的过压保护阀值的准确性，减少过压保护误差。

请参阅图4，所述第一选择电路111包括第三开关电路113及第四开关电路114。所述第三开关电路113的一端用于接收所述电池正压信号CELLP。所述第三开关电路113的另一端电连接所述第一存储电容112。所述第四开关电路114的一端用于接收所述电池负压信号CELLN，并控制所述电池负压信号CELLN输入所述第一存储电容112。当第三开关电路113导通及第四开关电路114断开时，第一选择电路111选择电池正压信号CELLP，第一存储电容112输入电池正压信号CELLP。当第三开关电路113断开及第四开关电路114导通时，第一选择电路111选择电池负压信号CELLN，第一存储电容112输入电池负压信号CELLN。

请参阅图4，所述第二选择电路121包括第五开关电路123及第六开关电路124。所述第五开关电路123的一端用于接收所述电池负压信号CELLN。所述第五开关电路123的另一端电连接所述第二存储电容122。所述第六开关电路124的一端用于接收所述电池正压信号CELLP。所述第六开关电路124的另一端电连接所述第二存储电容122。当第五开关电路123导通及第六开关电路124断开时，第二选择电路121选择电池负压信号CELLN，第一存储电容112输入电池负压信号CELLN。当第五开关电路123断开及第六开关电路124导通时，第二选择电路121选择电池正压信号CELLP，第二存储电容122输入电池正压信号CELLP。

请参阅图4，所述第三选择电路131包括第七开关电路133及第八开关电路134。所述第七开关电路133的一端用于接收所述基准正压信号VREFP。所述第七开关电路133的另一端电连接所述第三存储电容132。所述第八开关电路134的一端用于接收所述基准负压信号VREFN。所述第八开关电路134的另一端电连接所述第三存储电容132。当第七开关电路133导通及第八开关电路134断开时，第三选择电路131选择基准正压信号VREFP，第三存储电容132输入基准正压信号VREFP。当第七开关电路133断开及第八开关电路134导通时，第三选择电路131选择基准负压信号VREFN，第三存储电容132输入基准负压信号VREFN。

请参阅图4，所述第四选择电路141包括第九开关电路143及第十开关电路144。所述第九开关电路143的一端用于接收所述基准负压信号VREFN。所述第九开关电路143的另一端电连接所述第四存储电容142。所述第十开关电路144的一端用于接收所述基准正压信号VREFP。所述第十开关电路144的另一端电连接所述第四存储电容142。当第九开关电路143导通及第十开关电路144断开时，第四选择电路141选择基准负压信号VREFN，第四存储电容142输入基准负压信号VREFN。当第九开关电路143断开及第十开关电路144导通时，第四选择电路141选择基准正压信号VREFP，第四存储电容142输入基准正压信号VREFP。

本申请实施例通过设计电压检测芯片1，采用高压开关（第三开关电路113、第四开关电路114、第五开关电路123、第六开关电路124）采样高压，采用低压开关（第一开关电路16、第二开关电路17、第七开关电路133、第八开关电路134、第九开关电路143、第十开关电路144）采样低压，电压比较也在低压端的比较电路15，仅仅采用较少的高压开关，无需使用占用面积大的高压基准和高压比较器，可有效地减少整个检测电路所占据的面积，由于电压比较发生在低压端，且无需设置低压转换电路，可降低功耗。该电压检测芯片1结构简单，高压端只用到高压开关选择，大大降低了电压检测芯片1的面积，同时节省了功耗，也能达到较高的电压检测精度。

而且，该电压检测芯片1运用开关电路、存储电容实现高压电压采样及比较。开关电路、存储电容采样为全差分结构，即第三开关电路113、第四开关电路114、第七开关电路133、第八开关电路134与第五开关电路123、第六开关电路124、第九开关电路143、第十开关电路144采用镜像对称设计，第一存储电容112与第二存储电容122的容量相等，第三存储电容132与第四存储电容142的容量相等，以消除比较中的共模噪声，提高电压比较结果的准确性。

请参阅图5，所述电压检测芯片1还包括时钟信号发生电路（未图示）。所述时钟信号发生电路用于产生第一时钟信号CK1及第二时钟信号CK2。第一时钟信号CK1及第二时钟信号CK2为相位相差180°的信号。当第一时钟信号CK1为低电平信号时，第二时钟信号CK2为高电平信号。当第一时钟信号CK1为高电平信号时，第二时钟信号CK2为低电平信号。

请参阅图5，第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2为触发低压器件的时钟信号。第一时钟信号CK1经过电压幅值放大后形成可触发高压器件的时钟信号CK1H。其中，时钟信号CK1H与第一时钟信号CK1同相位。第二时钟信号CK2经过电压幅值放大后形成可触发高压器件的时钟信号CK2H。时钟信号CK2H与第二时钟信号CK2同相位。为了便于表述，CK1H命名为第三时钟信号。CK2H命名为第四时钟信号。

第一时钟信号CK1用于控制第一开关电路16和第二开关电路17的导通和断开。具体的，第一开关电路16和第二开关电路17在第一时钟信号CK1的作用下导通或断开。第一开关电路16可为一个晶体管或双晶体管。第二开关电路17可为一个晶体管或双晶体管。第一开关电路16的栅极、第二开关电路17的栅极电连接时钟信号发生电路的第一输出端，以接收第一时钟信号CK1。

可选的，当第一时钟信号CK1为高电平信号时，所述第一开关电路16及第二开关电路17导通，“导通”为晶体管的源极与漏极之间导通；当第一时钟信号CK1为低电平信号时，第一开关电路16和第二开关电路17断开，“断开”为晶体管的源极与漏极之间断开。可选的，当第一时钟信号CK1为低电平信号时，所述第一开关电路16及第二开关电路17导通；当第一时钟信号CK1为高电平信号时，第一开关电路16和第二开关电路17断开。需要说明的是，在时钟信号中高电平信号在数字逻辑电路中代表“1”。时钟信号中低电平信号在数字逻辑电路中代表“0”，后续不再赘述。

第三时钟信号CK1H用于控制第三开关电路113、第五开关电路123；第一时钟信号CK1还用于控制第七开关电路133、第九开关电路143等。具体的，第三开关电路113、第五开关电路123在第三时钟信号CK1H的作用下同时导通或断开；第七开关电路133、第九开关电路143在第一时钟信号CK1的作用下同时导通或断开。

第三开关电路113、第五开关电路123、第七开关电路133、第九开关电路143可皆为一个晶体管或双晶体管。第三开关电路113、第五开关电路123、第七开关电路133、第九开关电路143电连接时钟信号发生电路的第二输出端，以接收第三时钟信号CK1H和第一时钟信号CK1。

可选的，当第一时钟信号CK1、第三时钟信号CK1H为高电平信号时，第三开关电路113、第五开关电路123、第七开关电路133、第九开关电路143导通；当第一时钟信号CK1、第三时钟信号CK1H为低电平信号时，第三开关电路113、第五开关电路123、第七开关电路133、第九开关电路143断开。可选的，当第一时钟信号CK1、第三时钟信号CK1H为低电平信号时，第三开关电路113、第五开关电路123、第七开关电路133、第九开关电路143导通；当第一时钟信号CK1、第三时钟信号CK1H为高电平信号时，第三开关电路113、第五开关电路123、第七开关电路133、第九开关电路143断开。

第四时钟信号CK2H用于控制第四开关电路114、第六开关电路124；第二时钟信号CK2用于控制第八开关电路134、第十开关电路144等。具体的，第四开关电路114、第六开关电路124在第四时钟信号CK2H的作用下同时导通或断开；第八开关电路134、第十开关电路144在第二时钟信号CK2的作用下同时导通或断开。

第四开关电路114、第六开关电路124、第八开关电路134、第十开关电路144可皆为一个晶体管或双晶体管。第四开关电路114、第六开关电路124、第八开关电路134、第十开关电路144电连接所述时钟信号发生电路的第三输出端，以接收第四时钟信号CK2H和第二时钟信号CK2。

可选的，当第二时钟信号CK2、第四时钟信号CK2H为高电平信号时，第四开关电路114、第六开关电路124、第八开关电路134、第十开关电路144导通；当第二时钟信号CK2、第四时钟信号CK2H为低电平信号时，第四开关电路114、第六开关电路124、第八开关电路134、第十开关电路144断开。可选的，当第二时钟信号CK2、第四时钟信号CK2H为低电平信号时，第四开关电路114、第六开关电路124、第八开关电路134、第十开关电路144导通；当第二时钟信号CK2、第四时钟信号CK2H为高电平信号时，第四开关电路114、第六开关电路124、第八开关电路134、第十开关电路144断开。

第一时钟信号CK1及第二时钟信号CK2的作用阶段包括按时序依次的第一阶段t1及第二阶段t2。其中，第一时钟信号CK1的作用于第一开关电路16、第二开关电路17的时间略早于作用于第三开关电路113、第五开关电路123的时间，以消除第一开关电路16、第二开关电路17的导通导致的电荷注入，提高电压检测准确性。其中，第一阶段t1为采样阶段。第二阶段t2为电压比较阶段。

第一阶段t1：所述第一时钟信号CK1、第三时钟信号CK1H为高电平信号，第二时钟信号CK2、第四时钟信号CK2H为低电平信号。所述第一时钟信号CK1用于控制所述第一开关电路16导通及控制所述第二开关电路17导电，以使所述第一输入端151输入所述基准正压信号VREFP。所述第二输入端152输入所述基准正压信号VREFP及所述比较电路15的失调信号。

在第一阶段t1，所述第三时钟信号CK1H用于控制所述第三开关电路113、所述第五开关电路123皆导通；第一时钟信号CK1用于控制所述第七开关电路133及所述第九开关电路143皆导通。第四时钟信号CK2H用于控制所述第四开关电路114、所述第六开关电路124皆断开；所述第二时钟信号CK2用于控制所述第八开关电路134及所述第十开关电路144皆断开。

在第一阶段t1，第一存储电容112采样到电池正压信号CELLP，第二存储电容122采样到电池正压信号CELLP。第三存储电容132采样到基准正压信号VREFP，第四存储电容142采样到基准正压信号VREFP。此时比较电路15结成反馈结构。比较电路15的输出端153的输出信号VOUT和比较电路15的第二输入端152连接。采样到比较电路15失调电压，以消除比较电路15失调。比较电路15的第一输入端151的输入信号为VREFP。比较电路15的第二输入端152的输入信号为VREFP+VOS。其中，VOS为比较电路15的失调电压。

第二阶段t2：可选的，所述第一时钟信号CK1、第三时钟信号CK1H为低电平信号，第二时钟信号CK2、第四时钟信号CK2H为高电平信号。所述第一时钟信号CK1用于控制所述第一开关电路16断开及所述第二开关电路17断开。第三时钟信号CK1H用于控制所述第三开关电路113、所述第五开关电路123皆断开。所述第一时钟信号CK1还用于控制所述第七开关电路133及所述第九开关电路143皆断开。所述第四时钟信号CK2H用于控制所述第四开关电路114、所述第六开关电路124。所述第二时钟信号CK2用于控制所述第八开关电路134及所述第十开关电路144皆导通。

当第一选择电路111的输出电压从电池正压信号CELLP转变为电池负压信号CELLN时，第一存储电容112的输入端的电压信号转变为电池负压信号CELLN。第一存储电容112的电荷改变量为C1*(CELLN-CELLP)。当第三选择电路131的输出电压从基准正压信号VREFP转变为基准负压信号VREFN时，第三存储电容132的输入端的电压信号转变为基准负压信号VREFN。第三存储电容132的电荷改变量为C3*(VREFN-VREFP)。当第二选择电路121的输出电压从电池负压信号CELLN转变为电池正压信号CELLP时，第二存储电容122的输入端的电压信号转变为电池正压信号CELLP ，第二存储电容122的的电荷改变量为C2*(CELLP-CELLN)。当第四选择电路141的输出电压从基准负压信号VREFN转变为基准正压信号VREFP时，第四存储电容142的输入端的电压信号转变为基准正压信号VREFP。第四存储电容142的电荷改变量为C4*(VREFP-VREFN)。根据电荷守恒，比较电路15的第一输入端151的电压变为:

VREFP+C1*(CELLN-CELLP)/(C1+C3)+ C3*(VREFN-VREFP)/(C1+C3)

比较电路15的第二输入端152的电压变为:

VREFP+C2*(CELLP-CELLN)/(C2+C4)+C4*(VREFP-VREFN)/(C2+C4)+VOS

其中，C1=C2，C3=C4。

比较电路15的第二输入端152的电压变为:

VREFP+C1*(CELLP-CELLN)/(C1+C3)+C3*(VREFP-VREFN)/(C1+C3)+VOS

当比较电路15的第一输入端151与比较电路15的第二输入端152之间相差失调电压VOS时，比较电路15发生翻转。因此得到电压CELLP-CELLN的翻转点为： (VREFP-VREFN)*(C3/C1)。其中，“翻转”为比较电路15的输出端153的电平由低电平转换成高电平或者从高电平转换成低电平。

以上可知，该电压检测芯片1实现了电压检测功能，即能够在比较电路15的第一输入端151的电压与比较电路15的第二输入端152的电压之间相差失调电压时进行翻转。而且翻转点由基准正压信号VREFP，基准负压信号VREFN、第三存储电容132的容量C3和第一存储电容112的容量C1的比例确定。由于基准正压信号VREFP，基准负压信号VREFN为校正后的信号，具有较高的精准度，且C3、 C1也是确定值，因此，比较电路15的翻转点具有较高的准确性，以使电压检测芯片1的过压保护更为精确，提高电池10的可靠性。

进一步地，通过调节C3、C1的值，可以调节电压检测翻转点，以调节比较电路15翻转的灵活性。

本申请提供的电压检测芯片1，通过比较电路15和选择基准正压信号VREFP、基准负压信号VREFN的采样开关电路均采用低压电路实现，相对于设置高压电路，本申请提供的电压检测芯片1占据的面积减小，无需设置低压转换电路，且降低功耗。

在一种可能的实施方式中，请参阅图6，所述电压检测芯片1还包括第一电荷泵电容21、第二电荷泵电容22、第三电荷泵电容23及第四电荷泵电容24。

请参阅图6，所述第一电荷泵电容21用于接收所述第一时钟信号CK1，并在所述第一时钟信号CK1的激励下产生第一激发信号，及将所述第一激发信号传送至所述第四开关电路114和所述第五开关电路123。具体的，第一电荷泵电容21也称为开关电容式电压变换器。第一电荷泵电容21用于增加第一时钟信号CK1的电压幅值，以生成第一激发信号。第一激发信号可为第三时钟信号CK1H。可以理解的，第一时钟信号CK1和第二时钟信号CK2的电压幅值为相对低电平信号，通过电荷泵电容，可生成电压幅值更高的时钟信号第三时钟信号CK1H，以触发高压开关电路中的晶体管的导通和断开。当第一时钟信号CK1为相对低幅值电压信号时，第一电荷泵电容21通过增加第一时钟信号CK1的幅值，以生成相对高电压幅值的第一激发信号。可选的，第一时钟信号CK1的电压幅值小于5V，第一激发信号的电压幅值为5V。

请参阅图6，所述第二电荷泵电容22用于接收所述第一时钟信号CK1，并在所述第一时钟信号CK1的激励下产生第二激发信号，及将所述第二激发信号传送至所述第三开关电路113和所述第六开关电路124。具体的，第二电荷泵电容22也称为开关电容式电压变换器。第二电荷泵电容22用于增加第一时钟信号CK1的幅值，以生成第二激发信号。第二激发信号可为第三时钟信号CK1H。当第一时钟信号CK1为相对低幅值电压信号时，第二电荷泵电容22通过增加第一时钟信号CK1的幅值，以生成相对高电压的第二激发信号。可选的，第一时钟信号CK1的电压幅值小于5V，第二激发信号的电压幅值为5V。

请参阅图6，所述第三电荷泵电容23用于接收所述第二时钟信号CK2，并在所述第二时钟信号CK2的激励下产生第三激发信号，及将所述第三激发信号传送至所述第四开关电路114和所述第五开关电路123。具体的，第三电荷泵电容23也称为开关电容式电压变换器。第三电荷泵电容23用于增加第二时钟信号CK2的幅值，以生成第三激发信号。第三激发信号可为第四时钟信号CK2H。当第二时钟信号CK2为相对低幅值电压信号时，第三电荷泵电容23通过增加第二时钟信号CK2的幅值，以生成相对高电压幅值的第三激发信号。可选的，第二时钟信号CK2的电压幅值小于5V，第三激发信号的电压幅值为5V。

请参阅图6，所述第四电荷泵电容24用于接收所述第二时钟信号CK2，并在所述第二时钟信号CK2的激励下产生第四激发信号，及将所述第四激发信号传送至所述第三开关电路113和所述第六开关电路124。具体的，第四电荷泵电容24也称为开关电容式电压变换器。第四电荷泵电容24用于增加第二时钟信号CK2的幅值，以生成第四激发信号。第四激发信号可为第四时钟信号CK2H。当第二时钟信号CK2为相对低电压幅值信号时，第四电荷泵电容24通过增加第二时钟信号CK2的幅值，以生成相对高电压幅值的第四激发信号。可选的，第二时钟信号CK2的电压幅值小于5V，第四激发信号的电压幅值为5V。

请参阅图6，所述第四开关电路114包括第一开关管115和第二开关管116。所述第一开关管115的源极电连接所述第一电荷泵电容21的输出端，以接收第一激发信号。所述第一开关管115的栅极及所述第二开关管116的栅极皆电连接第三电荷泵电容23的输出端，以接收第三激发信号。所述第一开关管115的漏极及所述第二开关管116的源极皆用于接收所述电池负压信号CELLN。所述第二开关管116的漏极电连接所述第一存储电容112的输入端。第一开关管115、第二开关管116可接收和导通高电平信号。

请参阅图6，所述第三开关电路113包括第三开关管117和第四开关管118。所述第三开关管117的源极电连接所述第三电荷泵电容23的输出端，以接收第三激发信号。所述第三开关管117的栅极和所述第四开关管118的栅极皆电连接所述第四电荷泵电容24的输出端，以接收第四激发信号。所述第三开关的漏极及所述第四开关管118的源极皆用于接收所述电池正压信号CELLP。所述第四开关管118的漏极电连接所述第一存储电容112的输入端。第三开关管117、第四开关管118可接收和导通高电平信号。

请参阅图6，所述第五开关电路123包括第五开关管125和第六开关管126。所述第五开关管125的源极电连接所述第三电荷泵电容23的输出端，以接收第三激发信号。所述第五开关管125的栅极和所述第六开关管126的栅极皆电连接所述第一电荷泵电容21的输出端，以接收第一激发信号。所述第五开关管125的漏极及所述第六开关管126的源极皆用于接收所述电池负压信号CELLN。所述第六开关管126的漏极电连接所述第二存储电容122的输入端。第五开关管125、第六开关管126可接收和导通高电平信号。

请参阅图6，所述第六开关电路124包括第七开关管127和第八开关管128。所述第七开关管127的源极电连接所述第四电荷泵电容24的输出端，以接收第四激发信号。所述第七开关管127的栅极和所述第八开关管128的栅极皆电连接所述第二电荷泵电容22的输出端，以接收第二激发信号。所述第七开关的漏极及所述第八开关管128的源极皆用于接收所述电池正压信号CELLP。所述第八开关管128的漏极电连接所述第二存储电容122的输入端。第七开关管127、第八开关管128可接收和导通高电平信号。

第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2皆为幅值小于5V的电压信号。第一时钟信号CK1通过第一电荷泵电容21激发产生幅值大于或等于5V的电压信号，记为第一激发信号，例如，第一激发信号的电压幅值为5V。第二时钟信号CK2通过第三电荷泵电容23激发产生幅值大于或等于5V的电压信号，记为第三激发信号，例如，第三激发信号的电压幅值为5V。

第一开关管115至第八开关管128可为N型晶体管、P型晶体管中的一者。本实施例中，第一开关管115、第二开关管116、第五开关管125和第六开关管126皆为NMOS开关。第三开关管117、第四开关管118、第七开关管127和第八开关管128皆为PMOS开关。

电池正压信号CELLP通过第三开关管117、第四开关管118、第七开关管127和第八开关管128选择。电池负压信号CELLN通过第一开关管115、第二开关管116、第五开关管125和第六开关管126选择。

时钟发生电路产生低幅值电压的第一时钟信号CK1，低幅值电压的第二时钟信号CK2，通过第一电荷泵电容21至第四电荷泵电容24产生高电平时钟信号（VH）。

换言之，在第一阶段t1中，第一时钟信号CK1控制第七开关电路133的开关管导通，第一时钟信号CK1控制第八开关电路134的开关管断开，以使第二存储电容122的输入端INP接收电池负压信号CELLN；第一时钟信号CK1控制第三开关电路113的开关管导通，第一时钟信号CK1控制第四开关电路114的开关管断开，以使第一存储电容112的输入端INN接收电池正压信号CELLP。

在第二阶段t2中，第一时钟信号CK1控制第七开关电路133的开关管断开，第一时钟信号CK1控制第八开关电路134的开关管导通，以使第二存储电容122的输入端INP接收电池正压信号CELLP；第一时钟信号CK1控制第三开关电路113的开关管断开，第一时钟信号CK1控制第四开关电路114的开关管导通，以使第一存储电容112的输入端INN接收电池负压信号CELLN。

该结构实现了图3中的高压开关第三开关电路113、第四开关电路114、第五开关电路123及第六开关电路124。

本申请实施例还提供了一种电池10。电池10包括多个电池单元（未图示）、电池选择电路（未图示）、基准产生电路（未图示）及所述的电压检测芯片1。电池单元可为电芯102，也可以为电芯102封装后的电池。本实施例中，电池单元为电芯102。多个电池单元可全部串联设置，也可以一部分电池单元串联设置，另一部分电池单元并联设置，多个电池单元还可以全部并联设置。所述电池单元用于产生电池正压信号CELLP和电池负压信号CELLN。电池选择电路电连接多个电池单元和电压检测芯片1。所述电池选择电路用于选择所述多个电池单元中的至少一者与所述电压检测芯片1电连接。所述电池选择电路选择所述多个电池单元中的一者与所述电压检测芯片1电连接时，所选的电池单元的正负极分别产生电池正压信号CELLP和电池负压信号CELLN。所述基准产生电路电连接第三选择电路131和第四选择电路141。所述基准产生电路用于产生基准正压信号VREFP和基准负压信号VREFN。

在一种可能的应用过程中，电池选择电路可以在控制信号的作用下周期性地循环选择每个电池单元与电压检测芯片1电连接，以对每个电池单元进行电压检测。在其他实施方式中，也可以选择性地对一个电池单元进行电压检测。

以上所述是本申请的部分实施方式，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，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (15)

1.一种电压检测芯片，用于电池在充放电过程中的过压检测，其特征在于，包括：

第一电压生成电路，用于选择电池正压信号及电池负压信号中的一者并生成第一输出信号；

第二电压生成电路，用于选择所述电池正压信号及所述电池负压信号中的另一者并生成第二输出信号；

第三电压生成电路，用于选择基准正压信号和基准负压信号中的一者并生成第三输出信号；

第四电压生成电路，用于选择所述基准正压信号和所述基准负压信号中的另一者生成第四输出信号；

比较电路，所述比较电路的第一输入端电连接所述第一电压生成电路的输出端，且电连接所述第三电压生成电路的输出端，所述比较电路的第二输入端电连接所述第二电压生成电路的输出端，且电连接所述第四电压生成电路的输出端；

第一开关电路，所述第一开关电路电连接所述比较电路的第一输入端，以控制所述基准正压信号输入所述第一输入端；及

第二开关电路，所述第二开关电路的两端分别电连接所述比较电路的第二输入端和所述比较电路的输出端，以控制所述比较电路的第二输入端和所述比较电路的输出端之间的通断；

所述比较电路用于根据所述第一输入端接收的电压信号以及所述第二输入端接收的电压信号之间的差值输出检测信号，用于指示所述电池在充放电过程中是否过压。

2.如权利要求1所述的电压检测芯片，其特征在于，所述电池正压信号及所述电池负压信号为频率和/或幅值不同的高电平信号，所述基准正压信号和所述基准负压信号为频率和/或幅值不同的低电平信号。

3.如权利要求1或2所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第一电压生成电路包括第一选择电路及第一存储电容，所述第一选择电路用于选择电池正压信号及电池负压信号中的一者并输出，所述第一存储电容的一端电连接所述第一选择电路的输出端，所述第一存储电容的另一端电连接所述第一输入端；

所述第二电压生成电路包括第二选择电路及第二存储电容，所述第二选择电路用于选择所述电池正压信号及所述电池负压信号中的另一者并输出，所述第二存储电容电连接所述第二选择电路的输出端，所述第二存储电容的另一端电连接所述第二输入端；

所述第三电压生成电路包括第三选择电路及第三存储电容，所述第三选择电路用于选择所述基准正压信号及所述基准负压信号中的一者并输出，所述第三存储电容电连接所述第三选择电路的输出端，所述第三存储电容的另一端电连接所述第一输入端；

所述第四电压生成电路包括第四选择电路及第四存储电容，所述第四选择电路用于选择所述基准正压信号及所述基准负压信号中的另一者并输出，所述第四存储电容电连接所述第四选择电路的输出端，所述第四存储电容的另一端电连接所述第二输入端。

4.如权利要求3所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第一存储电容的容量等于所述第二存储电容的容量，所述第三存储电容的容量等于所述第四存储电容的容量。

5.如权利要求3所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第一选择电路包括第三开关电路及第四开关电路，所述第三开关电路的一端用于接收所述电池正压信号，所述第三开关电路的另一端电连接所述第一存储电容；所述第四开关电路的一端用于接收所述电池负压信号，所述第四开关电路的另一端电连接所述第一存储电容；

所述第二选择电路包括第五开关电路及第六开关电路，所述第五开关电路的一端用于接收所述电池负压信号，所述第五开关电路的另一端电连接所述第二存储电容，所述第六开关电路的一端用于接收所述电池正压信号，所述第六开关电路的另一端电连接所述第二存储电容；

所述第三选择电路包括第七开关电路及第八开关电路，所述第七开关电路的一端用于接收所述基准正压信号，所述第七开关电路的另一端电连接所述第三存储电容，所述第八开关电路的一端用于接收所述基准负压信号，所述第八开关电路的另一端电连接所述第三存储电容；

所述第四选择电路包括第九开关电路及第十开关电路，所述第九开关电路的一端用于接收所述基准负压信号，所述第九开关电路的另一端电连接所述第四存储电容，所述第十开关电路的一端用于接收所述基准正压信号，所述第十开关电路的另一端电连接所述第四存储电容。

6.如权利要求5所述的电压检测芯片，其特征在于，所述电压检测芯片还包括时钟信号发生电路，所述时钟信号发生电路用于产生第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号及第四时钟信号，所述第三时钟信号由所述第一时钟信号进行电压幅值放大后形成，所述第四时钟信号由所述第二时钟信号进行电压幅值放大后形成。

7.如权利要求6所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第一时钟信号还用于在第一阶段控制所述第一开关电路导通及所述第二开关电路导通，以使所述第一输入端输入所述基准正压信号，所述第二输入端输入所述基准正压信号及所述比较电路的失调信号；所述第三时钟信号用于在所述第一阶段控制所述第三开关电路、所述第五开关电路皆导通；所述第一时钟信号还用于在所述第一阶段控制所述第七开关电路及所述第九开关电路皆导通，所述第四时钟信号用于在所述第一阶段控制所述第四开关电路、所述第六开关电路皆断开；所述第四时钟信号用于在所述第一阶段控制所述第八开关电路及所述第十开关电路皆断开。

8.如权利要求7所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第一时钟信号还用于在第二阶段控制所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第七开关电路及所述第九开关电路皆断开，所述第三时钟信号还用于在所述第二阶段控制所述第三开关电路、所述第五开关电路皆断开；所述第四时钟信号还用于在所述第二阶段控制所述第四开关电路、所述第六开关电路皆导通；所述第二时钟信号还用于在所述第二阶段控制所述第八开关电路及所述第十开关电路皆导通，其中，所述第二阶段位于所述第一阶段之后。

9.如权利要求6所述的电压检测芯片，其特征在于，所述电压检测芯片还包括第一电荷泵电容、第二电荷泵电容、第三电荷泵电容及第四电荷泵电容，所述第一电荷泵电容用于接收所述第一时钟信号，并在所述第一时钟信号的激励下产生第一激发信号，及将所述第一激发信号传送至所述第四开关电路和所述第五开关电路；

所述第二电荷泵电容用于接收所述第一时钟信号，并在所述第一时钟信号的激励下产生第二激发信号，及将所述第二激发信号传送至所述第三开关电路和所述第六开关电路；

所述第三电荷泵电容用于接收所述第二时钟信号，并在所述第二时钟信号的激励下产生第三激发信号，及将所述第三激发信号传送至所述第四开关电路和所述第五开关电路；

所述第四电荷泵电容用于接收所述第二时钟信号，并在所述第二时钟信号的激励下产生第四激发信号，及将所述第四激发信号传送至所述第三开关电路和所述第六开关电路。

10.如权利要求9所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第四开关电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的源极电连接所述第一电荷泵电容的输出端，所述第一开关管的栅极及所述第二开关管的栅极皆电连接第三电荷泵电容的输出端，所述第一开关管的漏极及所述第二开关管的源极皆用于接收所述电池负压信号；所述第二开关管的漏极电连接所述第一存储电容的输入端。

11.如权利要求9所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第三开关电路包括第三开关管和第四开关管，所述第三开关管的源极电连接所述第二电荷泵电容的输出端，所述第三开关管的栅极和所述第四开关管的栅极皆电连接所述第四电荷泵电容的输出端，所述第三开关的漏极及所述第四开关管的源极皆用于接收所述电池正压信号，所述第四开关管的漏极电连接所述第一存储电容的输入端。

12.如权利要求9所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第五开关电路包括第五开关管和第六开关管，所述第五开关管的源极电连接所述第三电荷泵电容的输出端，所述第五开关管的栅极和所述第六开关管的栅极皆电连接所述第一电荷泵电容的输出端，所述第五开关管的漏极及所述第六开关管的源极皆用于接收所述电池负压信号，所述第六开关管的漏极电连接所述第二存储电容的输入端。

13.如权利要求9所述的电压检测芯片，其特征在于，所述第六开关电路包括第七开关管和第八开关管，所述第七开关管的源极电连接所述第四电荷泵电容的输出端，所述第七开关管的栅极和所述第八开关管的栅极皆电连接所述第三电荷泵电容的输出端，所述第七开关的漏极及所述第八开关管的源极皆用于接收所述电池正压信号，所述第八开关管的漏极电连接所述第二存储电容的输入端。

14.一种电池，其特征在于，包括多个电池单元、电池选择电路、基准产生电路及权利要求1~13任意一项所述的电压检测芯片，所述电池单元用于产生电池正压信号和电池负压信号，所述电池选择电路用于选择所述多个电池单元中的一者与所述电压检测芯片电连接，所述基准产生电路用于产生基准正压信号和基准负压信号。

15.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求14所述的电池。

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