CN112968427B - 延时补偿电路及其锂电池保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延时补偿电路及其锂电池保护系统，延时补偿电路包括基准电路、短路检测电路、延时电路、压控振荡器电路和开关管，其中：基准电路用于产生芯片内部不随电压变化的基准电压源和电流源；短路检测电路用于检测开关管两端的电流是否超过设定的电流值；延时电路用于设定短路检测电路的延时；开关管用于控制充放电通路的开启或关断；压控振荡器电路用于通过VM端的电压控制振荡器的延时，压控振荡器电路包括压控电压源电路和振荡电路。本发明通过检测短路电流来调节基准电压的大小，进而控制振荡电路的周期，使小短路电流时保护延时较长，大短路电流时保护延时较短，确保锂电池保护系统的稳定性和可靠性。

Description

延时补偿电路及其锂电池保护系统

技术领域

本发明涉及锂电池保护技术领域，具体涉及一种延时补偿电路及其锂电池保护系统。

背景技术

随着二十世纪微电子技术的发展，对电源提出了很高的要求，锂电池以其能量比较高、重量比较轻、使用寿命长、绿色环保等优点进入了大规模的实用阶段，尤其是智能手机、笔记本电脑和移动电源等应用中，锂电池的容量越来越大，电池的容量高达几千mAH，甚至到几万mAH。

现有技术中，当锂电池发生短路时，短路电流较大，可达到几十A甚至上百A，而目前的锂电保护芯片是在检测到锂电池的短路电流达到或超过阈值时，并经过相应的延时电路设定的延时后，关断放电通路，传统的锂电池保护芯片采用的是固定延时时间，因此导致锂电池短路后，不同的短路电流延时保护时间相同，若保护延时设置较短时，则在系统工作时容易触发到短路保护功能，导致开关管误关断；若保护延时设置较长时，则在大的短路电流时则容易能量累积导致开关管烧坏，进而导致锂电池保护芯片功能失效，甚至导致锂电池损坏。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种延时补偿电路及其锂电池保护系统，通过检测短路电流的大小和调节基准电压的大小，控制振荡电路的周期，使小短路电流时保护延时较长，不会误触发关断开关管，大短路电流时保护延时较短，减少能量累积，以防开关管烧坏和锂电池保护芯片功能失效，确保锂电池保护系统的稳定性和可靠性。

本发明采用的技术方案是：

本申请提供了一种延时补偿电路，包括基准电路、短路检测电路、延时电路、压控振荡器电路和开关管，其中：

所述基准电路用于产生芯片内部不随电压变化的基准电压源和电流源；

所述短路检测电路用于检测开关管两端的电流是否超过设定的电流值；

所述延时电路用于设定短路检测电路的延时；

所述开关管用于控制充放电通路的开启或关断；

所述压控振荡器电路用于通过VM端的电压控制振荡器的延时。

优先地，所述压控振荡器电路包括压控电压源电路和振荡电路，其中：

所述压控电压源电路用于控制参考电压的大小，所述压控电压源电路包括第一MOS管、第一电流源、第三电流源、第二电阻和第三电阻，其中：所述第一MOS管的栅极连接偏置电压端，所述第一MOS管的漏极连接第一电流源的第一端和第三电流源的第三端，所述第一MOS管的源极连接短路检测电路的第一输入端和开关管的第三端，所述第二电阻一端连接基准电压端，所述第二电阻另一端连接第三电阻一端和第三电流源的第二端，所述第三电阻另一端连接第三电流源的第一端后连接接地端；

所述振荡电路包括第二电流源、第四MOS管、第五MOS管、第二电容、比较器、第三或门和第四非门，其中：所述第五MOS管的漏极连接第二电流源的第二端，所述第五MOS管的栅极连接第四MOS管的栅极和第三或门的输出端，所述第二电流源的第一端连接第二电容一端、比较器的同相端和第四MOS管的漏极，所述第二电容的另一端连接第四MOS管的源极，所述比较器的输出端作为压控电压源电路的输出端连接第三或门的第一输入端，所述第三或门的第二输入端连接第四非门的输出端，所述第四非门的输入端连接比较器的第三端和使能端。

优先地，所述第一电流源的第二端连接第五MOS管的源极，所述第四MOS管的源极连接第二电容远离第二电流源一端后还连接第三电流源的第一端和第三电阻远离第二电阻一端，所述比较器的反相端连接第二电阻靠近第三电阻一端。

优先地，所述第一MOS管和第四MOS管均为N沟道MOS管，所述第五MOS管为P沟道MOS管。

优先地，所述延时电路包括分频电路和锁存电路，其中：

所述分频电路包括第一寄存器至第N寄存器，所述第K寄存器的D端连接第K寄存器的Q非端和第K+1寄存器的时钟端，所述第N寄存器的D端连接第N寄存器的Q非端，所述比较器的输出端连接第一寄存器的时钟端，第一寄存器至第N寄存器的置位端和锁存电路的第二输入端均连接第四非门的输出端和使能端，所述使能端连接短路检测电路的输出端；所述锁存电路的输出端连接开关管的第一端；N为寄存器的总数量，N为大于等于1的整数，K为大于等于1且小于等于N-1的整数。

优先地，所述基准电路的第一输入端连接VDD端，所述基准电路的第二输入端连接开关管的第二端，所述基准电路的输出端连接短路检测电路的第二输入端，所述短路检测电路的输出端连接延时电路的第一输入端。

基于上述的延时补偿电路，本申请还提供了一种锂电池保护系统，包括上述的延时补偿电路，还包括电池、滤波电路和负载或充电器，其中：

所述电池正极连接滤波电路一端和负载或充电器的正极，所述电池负极连接滤波电路另一端、基准电路的第二输入端和开关管的第二端，所述负载或充电器的负极连接开关管的第三端、第一MOS管的源极和短路检测电路的第一输入端；所述滤波电路用于吸收峰值电压、减小干扰和为延时补偿电路提供信噪比高的信号。

优先地，所述滤波电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻一端连接电池正极和负载或充电器的正极，所述第一电阻另一端连接VDD端、基准电路的第一输入端和第一电容一端，所述第一电容另一端连接电池负极、基准电路的第二输入端和开关管的第二端。

基于上述的锂电池保护系统，本申请还提供了一种锂电池保护芯片，包括上述的锂电池保护系统。

本发明的有益效果是：

1.由于比较器的反相端电压为第二电阻和第三电阻对基准电压端电压的分压，通过VM端电压的不同，控制第一MOS管的漏极电压及第三电流源的电流，进而调整比较器反相端的电压，进而控制振荡电路的振荡周期；

2.延时补偿电路还可实现短路保护功能，此外，延时补偿电路还可适用于充电过流保护电路和放电过流保护电路。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的压控振荡器电路的电路图；

图2是本发明的延时电路的电路图；

图3是本发明的锂电池保护电路的电路图。

图中标记为：1.延时补偿电路，11.基准电路，12.短路检测电路，13.延时电路，131.分频电路，132.锁存电路，14.压控振荡器电路，141.压控电压源电路，142.振荡电路，15.开关管，2.电池，3.滤波电路，4.负载或充电器。

具体实施方式

如图3所示，本申请提供了一种延时补偿电路，包括基准电路11、短路检测电路12、延时电路13、压控振荡器电路14和开关管15，其中：

基准电路11用于产生芯片内部不随电压变化的基准电压源和电流源，基准电路11的第一输入端连接VDD端，基准电路11的第二输入端连接开关管15的第二端，基准电路11的输出端连接短路检测电路12的第二输入端；短路检测电路12用于检测开关管15两端的电流是否超过设定的电流值，短路检测电路12的输出端连接延时电路13的第一输入端；延时电路13用于设定短路检测电路12的延时；开关管15用于控制充放电通路的开启或关断。

如图1所示，压控振荡器电路14用于通过控制基准电压端Vref电压的大小，进而控制振荡器的周期，压控振荡器电路14包括压控电压源电路141和振荡电路142，其中：

如图1所示，压控电压源电路141用于控制参考电压的大小，压控电压源电路141包括第一MOS管M1、第一电流源Idc1、第三电流源Idc3、第二电阻R2和第三电阻R3，其中：第一MOS管M1的栅极连接偏置电压端VBIAS，第一MOS管M1的漏极连接第一电流源Idc1的第一端和第三电流源Idc3的第三端I5，第一MOS管M1的源极连接短路检测电路12的第一输入端和开关管15的第三端，第二电阻R2一端连接基准电压端Vref，第二电阻R2另一端连接第三电阻R3一端和第三电流源Idc3的第二端，第三电阻R3另一端连接第三电流源Idc3的第一端后连接接地端。

如图1所示，当VM端的电压较低或等于0V时，第一MOS管M1的电流较大，则第一MOS管M1的漏极电压较低，则控制第三电流源Idc3电流较小或等于零，对基准电压端Vref电压的影响可以不考虑，因此比较器COMP的反相端的电压为第三电阻R3和第二电阻R2对基准电压端Vref的分压，即为Vref*R2/（R2+R3）。当开关管15中有大电流流过，即VM端电压升高时，第一MOS管M1的电流减少，由于第一电流源Idc1的值维持不变，则第一MOS管M1的漏极电压升高，第三电流源Idc3电流增加，则流过第二电阻R2的电压增加，则比较器COMP的反相端的电压减少。

如图1所示，振荡电路142包括第二电流源Idc2、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第二电容C2、比较器COMP、第三或门I3和第四非门I4，其中：第五MOS管M5的漏极连接第二电流源Idc2的第二端，第五MOS管M5的栅极连接第四MOS管M4的栅极和第三或门I3的输出端，第二电流源Idc2的第一端连接第二电容C2一端、比较器COMP的同相端和第四MOS管M4的漏极，第二电容C2的另一端连接第四MOS管M4的源极，比较器COMP的输出端作为压控电压源电路141的输出端连接第三或门I3的第一输入端，第三或门I3的第二输入端连接第四非门I4的输出端，第四非门I4的输入端连接比较器COMP的第三端和使能端EN；第一电流源Idc1的第二端连接第五MOS管M5的源极，第四MOS管M4的源极连接第二电容C2远离第二电流源Idc2一端后还连接第三电流源Idc3的第一端和第三电阻R3远离第二电阻R2一端，比较器COMP的反相端连接第二电阻R2靠近第三电阻R3一端；第一MOS管M1和第四MOS管M4均为N沟道MOS管，第五MOS管M5为P沟道MOS管。

如图1所示，使能端EN为低时，第四非门I4输出端电压为高、第三或门I3输出端电压为高时，第四MOS管M4开启，比较器COMP同相端电压为低，使能端EN控制比较器COMP不工作；使能端EN为高时，比较器COMP开始工作，比较器COMP同相端电压为低，则振荡电路142的输出端OUT输出电压为低、第三或门I3输出电压为低、第五MOS管M5开启、第四MOS管M4关闭，第二电流源Idc2对第二电容C2缓慢充电，当第二电容C2电压高于比较器COMP反相端电压时，振荡电路142的输出端OUT输出电压为高，第四MOS管M4开启、第五MOS管M5关闭，第二电容C2电压快速被放掉，比较器COMP的同相端电压为低，则比较器COMP输出电压为低，循环上述操作，当短路电流较小时，比较器COMP的反相端的电压较高，则第二电容C2缓慢充电的时间较长，则振荡电路142的周期较长；当短路电流较大时，比较器COMP的反相端的电压较低，则第二电容C2缓慢充电的时间较短，则振荡电路142的周期较短，如此确保短路时小电流有较长的保护延时，大电流有较短的保护延时。

如图2所示，延时电路13包括分频电路131和锁存电路132，其中：分频电路131包括第一寄存器至第N寄存器，第K寄存器的D端连接第K寄存器的Q非端和第K+1寄存器的时钟端Clk，第N寄存器的D端连接第N寄存器的Q非端，比较器COMP的输出端连接第一寄存器的时钟端Clk，第一寄存器至第N寄存器的置位端Set和锁存电路132的第二输入端均连接第四非门I4的输出端和使能端EN，使能端EN连接短路检测电路12的输出端；锁存电路132的输出端连接开关管15的第一端；N为寄存器的总数量，N为大于等于1的整数，K为大于等于1且小于等于N-1的整数。

如图2所示，当短路检测电路12输出为高电平，即短路电流超过设定的短路电流值时，使能端EN为高电平，当经过分频电路131的延时后，分频电路131输出为高电平，锁存电路132锁存该高信号，并在内部反向，锁存电路132输出低电平关断开关管15，停止放电，此时，分频电路131再输出低电平也不影响锁存电路132的输出。

如图3所示，基于上述的延时补偿电路1，本申请还提供了一种锂电池保护系统，包括上述的延时补偿电路1，还包括电池2、滤波电路3和负载或充电器4，其中：

电池2正极连接滤波电路3一端和负载或充电器4的正极P+，电池2负极连接滤波电路3另一端、基准电路11的第二输入端和开关管15的第二端，负载或充电器4的负极P-连接开关管15的第三端、第一MOS管M1的源极和短路检测电路12的第一输入端；滤波电路3用于吸收峰值电压、减小干扰和为延时补偿电路1提供信噪比高的信号，滤波电路3包括第一电阻R1和第一电容C1，第一电阻R1一端连接电池2正极和负载或充电器4的正极P+，第一电阻R1另一端连接VDD端、基准电路11的第一输入端和第一电容C1一端，第一电容C1另一端连接电池2负极、基准电路11的第二输入端和开关管15的第二端。

如图3所示，上述的锂电池保护系统实现延时补偿功能，同时实现短路保护功能，锂电池保护系统还可实现充电过流保护功能和放电过流保护功能；上述的锂电池保护系统还可应用于正极锂电保护电路和系统、多节锂电池保护电路和系统以及开关管15串联采样电阻的电路，其中采样电阻用于检测电流。

基于上述的锂电池保护系统，本申请还提供了一种锂电池保护芯片，包括上述的锂电池保护系统，由于锂电池保护系统的延时补偿性能，确保锂电池保护芯片的稳定性和可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种延时补偿电路，其特征在于：包括基准电路、短路检测电路、延时电路、压控振荡器电路和开关管，其中：

所述基准电路用于产生芯片内部不随电压变化的基准电压源和电流源；

所述短路检测电路用于检测开关管两端的电流是否超过设定的电流值；

所述延时电路用于设定短路检测电路的延时；

所述开关管用于控制充放电通路的开启或关断；

所述压控振荡器电路用于通过VM端的电压控制振荡器的延时；所述压控振荡器电路包括压控电压源电路和振荡电路，其中：

所述压控电压源电路用于控制参考电压的大小，所述压控电压源电路包括第一MOS管、第一电流源、第三电流源、第二电阻和第三电阻，其中：所述第一MOS管的栅极连接偏置电压端，所述第一MOS管的漏极连接第一电流源的第一端和第三电流源的第三端，所述第一MOS管的源极连接短路检测电路的第一输入端和开关管的第三端，所述第二电阻一端连接基准电压端，所述第二电阻另一端连接第三电阻一端和第三电流源的第二端，所述第三电阻另一端连接第三电流源的第一端后连接接地端；

所述振荡电路包括第二电流源、第四MOS管、第五MOS管、第二电容、比较器、第三或门和第四非门，其中：所述第五MOS管的漏极连接第二电流源的第二端，所述第五MOS管的栅极连接第四MOS管的栅极和第三或门的输出端，所述第二电流源的第一端连接第二电容一端、比较器的同相端和第四MOS管的漏极，所述第二电容的另一端连接第四MOS管的源极，所述比较器的输出端作为压控电压源电路的输出端连接第三或门的第一输入端，所述第三或门的第二输入端连接第四非门的输出端，所述第四非门的输入端连接比较器的第三端和使能端。

2.根据权利要求1所述的延时补偿电路，其特征在于：所述第一电流源的第二端连接第五MOS管的源极，所述第四MOS管的源极连接第二电容远离第二电流源一端后还连接第三电流源的第一端和第三电阻远离第二电阻一端，所述比较器的反相端连接第二电阻靠近第三电阻一端。

3.根据权利要求1所述的延时补偿电路，其特征在于：所述第一MOS管和第四MOS管均为N沟道MOS管，所述第五MOS管为P沟道MOS管。

4.根据权利要求1所述的延时补偿电路，其特征在于：所述延时电路包括分频电路和锁存电路，其中：

所述分频电路包括第一寄存器至第N寄存器，第K寄存器的D端连接第K寄存器的Q非端和第K+1寄存器的时钟端，所述第N寄存器的D端连接第N寄存器的Q非端，比较器的输出端连接第一寄存器的时钟端，第一寄存器至第N寄存器的置位端和锁存电路的第二输入端均连接第四非门的输出端和使能端，所述使能端连接短路检测电路的输出端；所述锁存电路的输出端连接开关管的第一端；N为寄存器的总数量，N为大于等于1的整数，K为大于等于1且小于等于N-1的整数。

5.根据权利要求1所述的延时补偿电路，其特征在于：所述基准电路的第一输入端连接VDD端，所述基准电路的第二输入端连接开关管的第二端，所述基准电路的输出端连接短路检测电路的第二输入端，所述短路检测电路的输出端连接延时电路的第一输入端。

6.一种锂电池保护系统，其特征在于：包括如权利要求1至5中任一项所述的延时补偿电路，还包括电池、滤波电路和负载或充电器，其中：

所述电池正极连接滤波电路一端和负载或充电器的正极，所述电池负极连接滤波电路另一端、基准电路的第二输入端和开关管的第二端，所述负载或充电器的负极连接开关管的第三端、第一MOS管的源极和短路检测电路的第一输入端；所述滤波电路用于吸收峰值电压、减小干扰和为延时补偿电路提供信噪比高的信号。

7.根据权利要求6所述的锂电池保护系统，其特征在于：所述滤波电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻一端连接电池正极和负载或充电器的正极，所述第一电阻另一端连接VDD端、基准电路的第一输入端和第一电容一端，所述第一电容另一端连接电池负极、基准电路的第二输入端和开关管的第二端。

8.一种锂电池保护芯片，其特征在于：包括如权利要求6-7中任一项所述的锂电池保护系统。

Images