CN112583079A - 一种电池保护电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池保护电路及装置，包括：控制芯片和连接于控制芯片的第一电压端、第二电压端、第三电压端以及第四电压端，第一电压端和第三电压端之间连接有至少一节电池，控制芯片中集成有控制晶体管；电池保护电路还包括栅极电压控制电路和衬底电压选择电路；栅极电压控制电路与控制晶体管的栅极电连接，用于根据电池充放电状态控制控制晶体管的栅极电压；衬底电压选择电路与控制晶体管连接在相同的电压端口之间，与控制晶体管的衬底端电连接，用于根据电池充放电状态控制控制晶体管的衬底端的电压。本发明通过衬底电压选择电路和栅极电压控制电路在电池处于过充状态和过放状态时使控制晶体管关断，起到保护电路的作用。

Description

一种电池保护电路及装置

技术领域

本发明实施例涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电池保护电路及装置。

背景技术

为了防止电池在充放电过程中由充放电异常造成电池的损坏，需增设电池保护电路以对电池进行保护。

传统的电池保护电路均采用控制芯片+外置MOS管的形式，通过控制芯片检测电池电压，根据电池电压控制外置的MOS管的导通状态来控制电池的充放电状态。

然而，将MOS管外置于控制芯片外侧的结构使得封装电池时电路板面积较大。控制芯片与外置MOS管不在同一个衬底上，控制器无法精确感知外置MOS管的各种实时状态，因而无法实施精准控制。

发明内容

本发明提供一种电池保护电路及装置，以实现缩小电路板面积且保护电路器件和电池。

本发明实施例提供一种电池保护电路，包括：控制芯片和连接于所述控制芯片的第一电压端、第二电压端、第三电压端以及第四电压端，所述第一电压端和所述第三电压端之间连接有至少一节电池，所述控制芯片中集成有控制晶体管，所述控制晶体管连接在所述第一电压端和所述第二电压端之间或所述第三电压端和所述第四电压端之间；

所述电池保护电路还包括栅极电压控制电路和衬底电压选择电路；

所述栅极电压控制电路与所述控制晶体管的栅极电连接，用于检测电池充放电状态，并根据所述电池充放电状态控制所述控制晶体管的栅极电压；

所述衬底电压选择电路的输出端与所述控制晶体管的衬底端电连接，所述衬底电压选择电路用于根据所述电池充放电状态控制所述控制晶体管的衬底端的电压。

可选的，所述控制晶体管与所述控制芯片集成于同一晶圆衬底上。

可选的，所述栅极电压控制电路包括电压检测单元和电流检测单元，所述电压检测单元与所述电池电连接，用于检测所述电池的电压并根据所述电池的电压确定所述电池充放电状态；

所述电流检测单元分别与所述第三电压端和所述第四电压端电连接，用于根据所述第四电压端分别与所述第三电压端的电压、设定电压的大小关系确定所述电池充放电状态或者所述电流检测单元分别与所述第一电压端和所述第二电压端电连接，用于根据所述第二电压端分别与所述第一电压端的电压、设定电压的大小关系确定所述电池充放电状态。

可选的，所述衬底电压选择电路包括：第一晶体管、第二晶体管、衬底电压控制电路；

所述衬底电压控制电路包括第一输出端和第二输出端，所述衬底电压控制电路的第一输出端与所述第一晶体管的栅极电连接，所述衬底电压控制电路的第二输出端与所述第二晶体管的栅极电连接，所述第一晶体管的衬底端分别与所述第二晶体管的衬底端以及所述控制晶体管的衬底端电连接；所述第一晶体管的第一极与所述第二晶体管的第一极电连接，所述第一晶体管的第二极与所述控制晶体管的第一极电连接，所述第二晶体管的第二极与所述控制晶体管的第二极电连接；所述衬底电压控制电路用于根据所述电池充放电状态控制所述第一晶体管与所述第二晶体管的导通与关断以控制所述控制晶体管的衬底端的电压。

可选的，所述衬底电压控制电路用于在所述电池充放电状态为过充状态时，通过第一输出端输出第一控制信号以使所述第一晶体管关断，以及通过所述第二输出端输出第二控制信号以使所述第二晶体管导通。

可选的，所述衬底电压控制电路用于在所述电池充放电状态为过放状态时，通过所述第一输出端输出第二控制信号以使所述第一晶体管导通，以及通过所述第二输出端输出第一控制信号以使所述第二晶体管关断；

可选的，所述第一电压端与第一正极端电连接，其中所述第一正极端为所述第一电压端和所述第三电压端之间连接的电池中最靠近所述第一电压端的电池的正极端；所述第三电压端与第一负极端电连接，其中所述第一负极端为所述第一电压端与所述第三电压端之间连接的电池中最靠近所述第三电压端的电池的负极端。

可选的，所述控制晶体管的第一极与所述第一电压端电连接，所述控制晶体管的第二极与所述第二电压端电连接；所述控制晶体管、所述第一晶体管和所述第二晶体管均为PMOS晶体管。

可选的，所述控制晶体管的第一极与所述第三电压端电连接，所述控制晶体管的第二极与所述第四电压端电连接；所述控制晶体管、所述第一晶体管和所述第二晶体管均为NMOS晶体管。

可选的，所述衬底电压控制电路包括比较器、第一反相器、第二反相器；所述比较器的同相输入端与所述第二电压端电连接，所述比较器的反相输入端与所述第一电压端电连接，或所述比较器的同相输入端与所述第四电压端电连接，所述比较器的反相输入端与所述第三电压端电连接，所述比较器的输出端与所述第一反相器电连接；

所述第一反相器的输出端作为所述第二输出端，所述第二输出端与所述第二反相器的输入端电连接，所述第二反相器的输出端作为所述第一输出端。

本发明实施例还提供了一种电池保护装置，包括任一项所述的电池保护电路，还包括电池和充放电模块，所述充放电模块包括向所述电池充电的充电模块和/或接收所述电池放电的负载模块；所述电池与所述电池保护电路电连接，所述电池保护电路与所述充放电模块电连接，所述电池还与所述充放电模块电连接。

本发明的电池保护电路，通过将控制晶体管与控制芯片集成于同一晶圆衬底上，实现仅用一个控制晶体管控制电池充放电，缩小了电路板面积降低了成本。同时栅极电压控制电路根据电池充放电状态控制控制晶体管的导通状态，当出现过充状态或过放状态时及时关闭控制晶体管，进而防止充放电异常造成的电池和电池保护电路中的器件损坏，同时避免对充电器或负载造成损坏。在控制晶体管衬底端与第二极之间存在寄生二极管，衬底电压选择电路根据电池充放电状态控制控制晶体管的衬底端的电压，避免控制晶体管的寄生二极管导通导致的控制晶体管无法彻底关断的情况。栅极电压控制电路与衬底电压选择电路双重确保控制晶体管在充放电异常时不会导通，避免器件的损坏。

附图说明

图1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2是本发明实施例提供的另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另一种电池保护电路的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的另一种电池保护电路的结构示意图。

图5是本发明实施例提供的一种衬底电压控制电路的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的另一种衬底电压控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种电池保护电路的结构示意图，参考图1，该电池保护电路包括：控制芯片100和连接于控制芯片100的第一电压端V1、第二电压端V2、第三电压端V3以及第四电压端V4，第一电压端V1和第三电压端V3之间连接有至少一节电池200，控制芯片100中集成有控制晶体管M0，控制晶体管M0连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间或第三电压端V3和第四电压端V4之间；

电池保护电路还包括栅极电压控制电路300和衬底电压选择电路400；

栅极电压控制电路300与控制晶体管M0的栅极电连接，用于检测电池200充放电状态，并根据电池200充放电状态控制控制晶体管M0的栅极电压；

衬底电压选择电路400的输出端与控制晶体管M0的衬底端电连接，衬底电压选择电路400用于根据电池充放电状态控制控制晶体管M0的衬底端的电压。

电池保护电路中的第一电压端V1和第三电压端V3之间连接有至少一节电池200，当接有多节电池200时，多节电池200串联连接，示例性的，当第一电压端V1、第三电压端V3之间串联接入n(n≥2)节电池时，第一节电池200的正极连接第二节电池200的负极，第二节电池200的正极连接第三节电池200的负极……第n-1节电池200的正极连接第n节电池200的负极，则第n节电池200的正极为第一电压端V1，第一节电池200的负极为第三电压端V3。

控制芯片100通常是CMOS工艺制作，水平结构，故控制晶体管M0由水平结构的MOS工艺来实现，这样可将控制晶体管M0集成在控制芯片100上，缩小电路板面积。

控制晶体管M0可以为MOS管，根据MOS管的类型不同，控制晶体管M0可以连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间，也可以连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间，衬底电压选择电路400需与控制晶体管M0连接在相同的电压端口之间。示例性的，第一电压端V1和第二电压端V2的电压为正，当控制晶体管M0连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间时，控制晶体管M0为PMOS晶体管；第三电压端V3和第四电压端V4的电压为负，当控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间时，控制晶体管M0为NMOS晶体管。控制晶体管M0包括衬底端、栅极、第一极、第二极，在控制晶体管M0的衬底端与第一极或第二极之间存在一寄生二极管。可选的，控制晶体管M0的第一极为源极或漏极的一端，控制晶体管M0的第二极为源极或漏极的另一端。

栅极电压控制电路300用于根据充放电状态产生控制控制晶体管M0导通状态的栅极电压，进而控制控制晶体管M0的导通状态。具体的说，当电池200正常充放电时，电池充放电状态为正常充电或正常放电，栅极电压控制电路300控制控制晶体管M0导通，电池200通过控制晶体管M0与充电器或者负载连接，实现充电或者放电；当电池充放电状态为过充状态或过放状态时，栅极电压控制电路300控制控制晶体管M0关断，电池200停止充电或者放电。

当电池200处于过充状态或者过放状态时，虽然栅极电压控制电路300控制控制晶体管M0的沟道关断，由于控制晶体管M0的衬底端和第一极或控制晶体管M0的衬底端和第二极之间存在寄生二极管，如果寄生二极管导通，则会继续通过控制晶体管M0进行充放电，因此，仅通过栅极电压控制电路300关断控制晶体管M0是不够的，还需要确保控制晶体管M0的寄生二极管不会导通，因此还需衬底电压选择电路400来根据电池充放电状态控制控制晶体管M0衬底端的电压。电池充放电状态包括正常状态、过充状态和过放状态，因衬底电压选择电路400不具备检测电池200过充或过放的功能，因此对于衬底电压选择电路400，电池200的任何充电状态都可认为是过充状态，电池200的任何放电状态都可认为是过放状态。仍以第一电压端V1和第二电压端V2的电压为正，第三电压端V3和第四电压端V4的电压为负为例进行说明，当控制晶体管M0连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间时，电池充放电状态为过充状态或过放状态时，衬底电压选择电路400的输出端输出第一电压端V1和第二电压端V2中电压较高者至控制晶体管M0的衬底端，使寄生二极管不导通；当控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间时，电池充放电状态为过充状态或过放状态时，衬底电压选择电路400的输出端输出第三电压端V3和第四电压端V4中电压较低者至控制晶体管M0的衬底端，使寄生二极管不导通；进而实现控制晶体管M0的完全关断。

本实施例的电池保护电路，通过将控制晶体管集成在控制芯片内，实现仅用一个控制晶体管控制电池充放电，缩小了电路板面积，降低了成本。同时栅极电压控制电路，根据电池充放电状态控制控制晶体管的导通状态，当出现过充状态或过放状态时及时关闭控制晶体管，进而防止过充或过放状态造成的电池和电池保护电路中的器件损坏，同时避免对充电器或负载造成损坏。控制晶体管的衬底端与第一极或控制晶体管的衬底端与第二极之间存在寄生二极管，衬底电压选择电路根据电池充放电状态控制控制晶体管的衬底端的电压，避免控制晶体管的寄生二极管导通导致的控制晶体管无法彻底关断的情况。栅极电压控制电路与衬底电压选择电路双重确保控制晶体管在电池处于过充状态或过放状态时不会导通，避免器件的损坏。

可选的，控制晶体管与控制芯片集成于同一晶圆衬底上。

控制芯片通常是CMOS工艺制作，水平结构，控制晶体管使用水平结构的MOS工艺来实现，这样可以与控制芯片中的晶体管集成于同一半导体衬底上，但是控制晶体管需要使用隔离型的功率晶体管或者将控制芯片中的控制电路放在隔离的阱中，这样控制晶体管的栅极、第一极、第二极以及衬底端可以独立的连接到任何电位，不至于通过CMOS工艺制作出来的控制芯片中的控制电路短路。以控制晶体管为NMOS晶体管为例，整个晶圆的衬底通常是P型，而NMOS晶体管的衬底也是P型，这时需要对NMOS晶体管增设一N型掺杂的隔离区，以隔离NMOS晶体管的衬底与整个晶圆的衬底，使得控制晶体管的栅极、第一极、第二极可以独立的连接到任何电位。

通过将控制晶体管与控制芯片集成在同一个晶圆上，缩小了电路板面积，同时使用隔离型晶体管可以与控制芯片的衬底隔离开来，避免短路。

图2是本发明实施例提供的另一种电池保护电路的结构示意图，参考图2，在上述实施例的基础上，可选的，栅极电压控制电路300包括电压检测单元310和电流检测单元320，电压检测单元310与电池200电连接，用于检测电池200的电压并根据电池200的电压确定电池充放电状态；

电流检测单元320分别与第三电压端V3和第四电压端V4电连接，用于根据第四电压端V4分别与第三电压端V3的电压、设定电压的大小关系确定电池充放电状态；或者电流检测单元320分别与第一电压端V1和第二电压端V2电连接，用于根据第二电压端V2分别与第一电压端V1的电压、设定电压的大小关系确定电池充放电状态。

电压检测单元310用于检测电池200的电压，示例性的，可针对每节电池200设置一对应的电压检测单元310，一般每节电池200电压在2.4V-4.3V左右，如果电压检测单元310检测到单节电池200电压在2.4V-4.3V之间，则确定电池200处于正常充放电状态；如果电压检测单元310检测到单节电池200电压大于4.3V，则电池200处于充电过压状态，如果电压检测单元310检测到单节电池200电压小于2.4V，则确定电池处于放电过压状态。

以图2为例，当控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间时，电流检测单元320用于根据第三电压端V3分别与第四电压端V4的电压、设定电压的大小关系确定电池充放电状态。当第四电压端V4电压小于第三电压端V3电压且第四电压端V4电压大于充电设定电压时，确定电池200处于正常充电状态；当第四电压端V4电压小于第三电压端V3电压且第四电压端V4电压小于设定电压时，则确定电池200处于充电过流状态；当第四电压端V4电压大于第三电压端V3电压且第四电压端V4电压小于放电设定电压时，确定电池200处于正常放电状态；当第四电压端V4电压大于第三电压端V3电压且第四电压端V4电压大于放电设定电压时，确定电池200处于放电过流状态。

可选的，栅极电压控制电路300还包括温度检测单元330，以图2为例，温度检测单元330一端与第三电压端V3连接，用于根据检测的控制晶体管M0的温度判断电池充放电状态。当第三电压端V3的温度等于设定温度时，电池200处于正常充放电状态，当第三电压端V3的温度高于设定温度时，电池200处于充电过温或放电过温状态。

由上可知，过充状态包括充电过压状态、充电过流状态、充电过温状态，过放状态包括放电过压状态、放电过流状态、放电过温状态。当出现充电过压状态、充电过流状态、充电过温状态至少一种状态时即认为电池200处于过充状态；当出现放电过压状态、放电过流状态、放电过温状态至少一种状态时即认为电池200处于过放状态。

栅极电压控制电路根据电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元检测的电池充放电状态控制控制晶体管的导通状态，使控制晶体管在电池处于正常充放电状态时导通，进行充放电，以及使控制晶体管在电池处于过充状态或过放状态时关断，停止充放电，避免对电池、电路中器件以及充电器或者负载造成损坏。

图3是本发明实施例提供的另一种电池保护电路的结构示意图，参考图3，可选的，衬底电压选择电路400包括：第一晶体管M1、第二晶体管M2、衬底电压控制电路410；

衬底电压控制电路410包括第一输出端V5和第二输出端V6，衬底电压控制电路410的第一输出端V5与第一晶体管M1的栅极电连接，衬底电压控制电路410的第二输出端V6与第二晶体管M2的栅极电连接，第一晶体管M1的衬底端分别与第二晶体管M2的衬底端以及控制晶体管M0的衬底端电连接；第一晶体管M1的第一极420与第二晶体管M2的第一极430电连接，第一晶体管M1的第二极440与控制晶体管M0的第一极450电连接，第二晶体管M2的第二极460与控制晶体管M0的第二极470电连接；

衬底电压控制电路410用于根据电池200充放电状态控制第一晶体管M1与第二晶体管M2的导通与关断以控制控制晶体管M0的衬底端的电压。

以图3控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间为例，且第三电压端V3和第四电压端V4均为负电压端，当电池200处于充电状态时，第三电压端V3电压大于第四电压端V4电压，第四电压端V4电压为系统最低电压，衬底电压控制电路410的第一输出端V5输出一控制信号使第一晶体管M1关断，衬底电压控制电路410的第二输出端V6输出一控制信号使第二晶体管M2打开，使得控制晶体管M0的电压连接到第四电压端V4，衬底端电压为系统最低电压，确保控制晶体管M0中的寄生二极管无法导通；当电池200处于放电状态时，第三电压端V3电压小于第四电压端V4电压，第三电压端V3电压为系统最低电压，衬底电压控制电路410的第一输出端V5输出一控制信号使第一晶体管M1导通，衬底电压控制电路410的第二输出端V6输出一控制信号使第二晶体管M2关断，使得控制晶体管MO的电压连接到第三电压端V3，衬底端电压为系统最低电压，确保控制晶体管M0中的寄生二极管无法导通。

继续参考图1，可选的，第一电压端V1与第一正极端电连接，其中第一正极端为第一电压端V1和第三电压端V3之间连接的电池200中最靠近第一电压端V1的电池200的正极端；第三电压端V3与第一负极端电连接，其中第一负极端为第一电压端V1与第三电压端V3之间连接的电池200中最靠近第三电压端V3的电池200的负极端。

多节电池200串联后的正极即第一正极端与第一电压端V1连接，多节电池200串联后的负极即第一负极端与第三电压端V3连接，多节电池200、控制芯片100、充电器或者负载之间连通可以进行充放电。

可选的，衬底电压控制电路410用于在电池200充放电状态为过充状态时，通过第一输出端V5输出第一控制信号以使第一晶体管M1关断，以及通过第二输出端V6输出第二控制信号以使第二晶体管M2导通。

图4是本发明实施例提供的另一种电池保护电路的结构示意图，参考图4，当控制晶体管M0连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间时，电池充放电状态为过充状态时，第一电压端V1电压小于第二电压端V2电压，第二电压端V2电压为系统最高电压，第一输出端V5输出第一控制信号即一高电平使第一晶体管M1关断，通过第二输出端V6输出第二控制信号即一低电平使第二晶体管M2导通，进而使得控制晶体管M0衬底端连接到第二电压端V2，衬底端电压为系统最高电压，使得控制晶体管M0内的寄生二极管不会导通；继续参考图3，当控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间时，电池充放电状态为过充状态时，第三电压端V3电压大于第四电压端电压，第四电压端电压为系统最低电压，第一输出端V5输出第一控制信号即一低电平使第一晶体管M1关断，通过第二输出端V6输出第二控制信号即一高电平使第二晶体管M2导通，进而使得控制晶体管M0衬底端连接到第四电压端V4，衬底端电压为系统最低电压，使得控制晶体管M0内的寄生二极管不会导通。

可选的，衬底电压控制电路410用于在电池200充放电状态为过放状态时，通过第一输出端V5输出第二控制信号以使第一晶体管M1导通，以及通过第二输出端V6输出第一控制信号以使第二晶体管M2关断。

继续参考图4，当控制晶体管M0连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间，电池充放电状态为过放状态时，第一电压端V1电压大于第二电压端V2电压，此时第一电压端V1电压为系统最高电压，第一输出端V5输出第二控制信号即一低电平以使第一晶体管M1导通，以及通过第二输出端V6输出第一控制信号即一高电平以使第二晶体管M2关断，进而使得控制晶体管M0衬底端连接到第一电压端V1，衬底端电压为系统最高电压，使得控制晶体管M0内的寄生二极管不会导通。继续参考图3，当控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间，电池充放电状态为过放状态时，第三电压端V3电压小于第四电压端V4电压，此时第三电压端V3电压为系统最低电压，第一输出端V5输出第二控制信号即一高电平以使第一晶体管M1导通，以及通过第二输出端V6输出第一控制信号即一低电平以使第二晶体管M2关断，进而使得控制晶体管M0衬底端连接到第三电压端V3，衬底端电压为系统最低电压，使得控制晶体管M0内的寄生二极管不会导通。

需要注意的是，当控制晶体管M0连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间，电池200为过充状态或过放状态时，第一控制信号为高电平，第二控制信号为低电平。而当控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间，电池200为过充状态或过放状态时，第一控制信号为低电平，第二控制信号为高电平。

衬底电压选择电路，确保电池在任何充放电状态下控制晶体管的寄生二极管都不会导通，这样一来，保证电池充放电异常时通过栅极电压控制电路关断控制晶体管即可立即停止充电或者放电，对电路中的器件起到保护作用。

继续参考图4，可选的，控制晶体管M0的第一极450与第一电压端V1电连接，控制晶体管M0的第二极470与第二电压端V2电连接；控制晶体管M0、第一晶体管M1和第二晶体管M2均为PMOS晶体管。

当控制晶体管M0连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间时，控制晶体管M0、第一晶体管M1和第二晶体管M2均为PMOS晶体管，如果想要控制控制晶体管M0导通，需要栅极电压控制电路300输出一低电平至控制晶体管M0的栅极，如果想要控制控制晶体管M0关断，需要栅极电压控制电路300输出一高电平至控制晶体管M0的栅极，如果想要第一晶体管M1或者第二晶体管M2导通，需要衬底电压控制电路410输出一低电平至第一晶体管M1或者第二晶体管M2的栅极，如果想要第一晶体管M1或者第二晶体管M2关断，需要衬底电压控制电路410输出一高电平至第一晶体管M1或者第二晶体管M2的栅极。同时，为避免控制晶体管M0中寄生二极管导通，控制晶体管M0衬底端电压需始终为第一电压端V1和第二电压端V2中电压较高者。

继续参考图3，可选的，控制晶体管M0的第一极450与第三电压端V3电连接，控制晶体管M0的第二极470与第四电压端V4电连接；控制晶体管M0、第一晶体管M1和第二晶体管M2均为NMOS晶体管。

当控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间时，控制晶体管M0、第一晶体管M1和第二晶体管M2均为NMOS晶体管，如果想要控制控制晶体管M0导通，需要栅极电压控制电路300输出一高电平至控制晶体管M0的栅极，如果想要控制控制晶体管M0关断，需要栅极电压控制电路300输出一低电平至控制晶体管M0的栅极，如果想要第一晶体管M1或者第二晶体管M2导通，需要衬底电压控制电路410输出一高电平至第一晶体管M1或者第二晶体管M2的栅极，如果想要第一晶体管M1或者第二晶体管M2关断，需要衬底电压控制电路410输出一低电平至第一晶体管M1或者第二晶体管M2的栅极。同时，为避免控制晶体管M0中寄生二极管导通，控制晶体管M0衬底端电压需始终为第三电压端V3和第四电压端V4中电压较低者。

图5是本发明实施例提供的一种衬底电压控制电路与第一电压端和第二电压端连接时的结构示意图，结合图4和图5，可选的，衬底电压控制电路410包括比较器411、第一反相器412、第二反相器413；比较器411的同相输入端B1与第二电压端V2电连接，比较器411的反相输入端B2与第一电压端V1电连接，第一反相器412的输出端作为第二输出端V6，第二输出端V6与第二反相器413的输入端电连接，第二反相器413的输出端作为第一输出端V5。

当控制晶体管M0连接在第一电压端V1和第二电压端V2之间时，控制晶体管M0、第一晶体管M1、第二晶体管M2均为PMOS晶体管。比较器411的同相输入端B1电压为第二电压端V2电压，比较器411的反相输入端B2电压为第一电压端V1的电压，当电池200处于过充状态时，第一电压端V1电压小于第二电压端V2电压，比较器411输出一高电平，此高电平经第一反相器412后在第二输出端V6输出一低电平，低电平输出至第二晶体管M2的栅极使其导通，第二输出端V6输出的低电平经第二反相器413后在第一输出端V5输出一高电平，高电平输出至第一晶体管M1的栅极使其关断；当电池200处于过放状态时，第一电压端V1电压大于第二电压端V2电压，比较器411输出一低电平，此低电平经第一反相器412后在第二输出端V6输出一高电平，高电平输出至第二晶体管M2的栅极使其关断，第二输出端V6输出的高电平经第二反相器413后在第一输出端V5输出一低电平，低电平输出至第一晶体管M1的栅极使其导通。

图6是本发明实施例提供的一种衬底电压控制电路与第三电压端和第四电压端连接时的结构示意图，结合图3和图6，可选的，衬底电压控制电路410包括比较器411、第一反相器412、第二反相器413；比较器411的同相输入端B1与第四电压端V4电连接，比较器的反相输入端B2与第三电压端V3电连接，比较器的输出端与第一反相器412电连接，第一反相器412的输出端作为第二输出端V6，第二输出端V6与第二反相器413的输入端电连接，第二反相器413的输出端作为第一输出端V5。

当控制晶体管M0连接在第三电压端V3和第四电压端V4之间时，控制晶体管M0、第一晶体管M1、第二晶体管M2均为NMOS晶体管。比较器411的同相输入端B1电压为第四电压端V4电压，比较器411的反相输入端B2电压为第三电压端V3的电压，当电池200处于过充状态时，第三电压端V3电压大于第四电压端V4电压，比较器411输出一低电平，此低电平经第一反相器412后在第二输出端V6输出一高电平，高电平输出至第二晶体管M2的栅极使其导通，第二输出端V6输出的高电平经第二反相器413后在第一输出端V5输出一低电平，低电平输出至第一晶体管M1的栅极使其关断；当电池200处于过放状态时，第三电压端V3电压小于第四电压端V4电压，比较器411输出一高电平，此高电平经第一反相器412后在第二输出端V6输出一低电平，低电平输出至第二晶体管M2的栅极使其关断，第二输出端V6输出的低电平经第二反相器413后在第一输出端V5输出一高电平，高电平输出至第一晶体管M1的栅极使其导通。

继续参考图1，本发明实施例提供了一种电池保护装置，包括上述任意实施例中的电池保护电路，还包括电池200和充放电模块，充放电模块包括向电池200充电的充电模块和/或接收电池200放电的负载模块；电池200与电池保护电路电连接，电池保护电路与充放电模块电连接，电池200还与充放电模块电连接。

充放电模块连接在第二电压端V2和第四电压端V4之间，当电池200需要充电时，充放电模块为充电模块，例如可以是充电器，充电时，电池200经第一电压端V1和第三电压端V3与电池保护电路电连接，电池保护电路经第二电压端V2和第四电压端V4与充电模块连接，由此充电模块向电池200供电，完成电池200的充电过程；当电池200需要为外部负载供电时，即电池200放电时，充放电模块为负载模块，放电时，电池200经第一电压端V1和第三电压端V3与电池保护电路电连接，电池保护电路经第二电压端V2和第四电压端V4与负载模块连接，由此，电池200向负载模块供电，完成电池200的放电过程。

本实施例中电池保护装置还可以包括滤波电路600，参考图1，滤波电路600可以为RC滤波电路，RC滤波电路包括电阻和电容，滤波电路中电阻的一端与第一电压端V1电连接，电阻的另一端与电容电连接，电阻与电容的公共端与控制芯片100电连接，电容的另一端接地，在其他实施例中滤波电路也可以仅包括滤波电容或仅包括滤波电阻或其他可以实现滤波作用的元器件，或者电池保护装置也可以不包括滤波电路600，本实施例在此不做具体限定。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种电池保护电路，其特征在于，包括：控制芯片和连接于所述控制芯片的第一电压端、第二电压端、第三电压端以及第四电压端，所述第一电压端和所述第三电压端之间连接有至少一节电池，所述控制芯片中集成有控制晶体管，所述控制晶体管连接在所述第一电压端和所述第二电压端之间或所述第三电压端和所述第四电压端之间；

所述电池保护电路还包括栅极电压控制电路和衬底电压选择电路；

所述栅极电压控制电路与所述控制晶体管的栅极电连接，用于检测电池充放电状态，并根据所述电池充放电状态控制所述控制晶体管的栅极电压；

所述衬底电压选择电路的输出端与所述控制晶体管的衬底端电连接，所述衬底电压选择电路用于根据所述电池充放电状态控制所述控制晶体管的衬底端的电压。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制晶体管与所述控制芯片集成于同一晶圆衬底上。

3.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述栅极电压控制电路包括电压检测单元和电流检测单元，所述电压检测单元与所述电池电连接，用于检测所述电池的电压并根据所述电池的电压确定所述电池充放电状态；

所述电流检测单元分别与所述第三电压端和所述第四电压端电连接，用于根据所述第四电压端分别与所述第三电压端的电压、设定电压的大小关系确定所述电池充放电状态；或者所述电流检测单元分别与所述第一电压端和所述第二电压端电连接，用于根据所述第二电压端分别与所述第一电压端的电压、设定电压的大小关系确定所述电池充放电状态。

4.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述衬底电压选择电路包括：第一晶体管、第二晶体管、衬底电压控制电路；

所述衬底电压控制电路包括第一输出端和第二输出端，所述衬底电压控制电路的第一输出端与所述第一晶体管的栅极电连接，所述衬底电压控制电路的第二输出端与所述第二晶体管的栅极电连接，所述第一晶体管的衬底端分别与所述第二晶体管的衬底端以及所述控制晶体管的衬底端电连接；所述第一晶体管的第一极与所述第二晶体管的第一极电连接，所述第一晶体管的第二极与所述控制晶体管的第一极电连接，所述第二晶体管的第二极与所述控制晶体管的第二极电连接；

所述衬底电压控制电路用于根据所述电池充放电状态控制所述第一晶体管与所述第二晶体管的导通与关断以控制所述控制晶体管的衬底端的电压。

5.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述衬底电压控制电路用于在所述电池充放电状态为过充状态时，通过第一输出端输出第一控制信号以使所述第一晶体管关断，以及通过所述第二输出端输出第二控制信号以使所述第二晶体管导通。

6.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述衬底电压控制电路用于在所述电池充放电状态为过放状态时，通过所述第一输出端输出第二控制信号以使所述第一晶体管导通，以及通过所述第二输出端输出第一控制信号以使所述第二晶体管关断。

7.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一电压端与第一正极端电连接，其中所述第一正极端为所述第一电压端和所述第三电压端之间连接的电池中最靠近所述第一电压端的电池的正极端；所述第三电压端与第一负极端电连接，其中所述第一负极端为所述第一电压端与所述第三电压端之间连接的电池中最靠近所述第三电压端的电池的负极端。

8.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制晶体管的第一极与所述第一电压端电连接，所述控制晶体管的第二极与所述第二电压端电连接；所述控制晶体管、所述第一晶体管和所述第二晶体管均为PMOS晶体管。

9.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制晶体管的第一极与所述第三电压端电连接，所述控制晶体管的第二极与所述第四电压端电连接；所述控制晶体管、所述第一晶体管和所述第二晶体管均为NMOS晶体管。

10.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述衬底电压控制电路包括比较器、第一反相器、第二反相器；

所述比较器的同相输入端与所述第二电压端电连接，所述比较器的反相输入端与所述第一电压端电连接，或所述比较器的同相输入端与所述第四电压端电连接，所述比较器的反相输入端与所述第三电压端电连接，所述比较器的输出端与所述第一反相器电连接；

所述第一反相器的输出端作为所述第二输出端，所述第二输出端与所述第二反相器的输入端电连接，所述第二反相器的输出端作为所述第一输出端。

11.一种电池保护装置，其特征在于，包括权利要求1-10中任一项所述的电池保护电路，还包括电池和充放电模块，所述充放电模块包括向所述电池充电的充电模块和/或接收所述电池放电的负载模块；所述电池与所述电池保护电路电连接，所述电池保护电路与所述充放电模块电连接，所述电池还与所述充放电模块电连接。

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