CN113672021A - 高精度低功耗温度系数校准装置及电池管理芯片 - Google Patents

高精度低功耗温度系数校准装置及电池管理芯片 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种高精度低功耗温度系数校准装置，校准装置基于放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压来得到放电校准MOS晶体管的温度系数变化并且根据放电校准MOS晶体管与放电MOS晶体管之间的关系来得到放电MOS晶体管的温度系数变化，和/或基于充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压来得到充电校准MOS晶体管的温度系数变化并且根据充电校准MOS晶体管与充电MOS晶体管之间的关系来得到充电MOS晶体管的温度系数变化。本公开还提供了一种电池管理芯片。

Description

高精度低功耗温度系数校准装置及电池管理芯片
技术领域
本公开提供了一种高精度低功耗温度系数校准装置、电池管理芯片。
背景技术
在使用诸如锂电池的电池包的过程中，需要对充电电流和放电电流进行检测，以便防止过充或过放的现象的发生，如果过充则可能引起爆炸等，如果过放将会损害电池的寿命。
目前所采用的检测方式大多是串联一个检测电阻，但是检测电阻会消耗较大的能量，并且也会增加成本，而且检测精度并不高，至少因为检测电阻的阻值会随着温度的变化而变化。
另外在现有技术中也存在采用充电晶体管和放电晶体管本身的导通阻抗来进行电流检测的方式，但是该方式同样会受到温度的影响，也就是说随着温度的变化导通阻抗将进行变化。
因此如何设计一种简单有效的充放电电流检测方式以及消除温度系数的影响是需要解决的技术问题，从而实现高精度的电流采样。
发明内容
为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种高精度低功耗温度系数校准装置、电池管理芯片。
根据本公开的一个方面，一种温度系数校准装置，用于对MOS晶体管的温度系数进行校准，所述MOS晶体管为控制电池/电池组的充电和放电的充电MOS晶体管和放电MOS晶体管，所述充电MOS晶体管的漏极和放电MOS晶体管的漏极连接构成串联电路，包括：
放电校准MOS晶体管和/或充电校准MOS晶体管，所述放电校准MOS晶体管的漏极连接所述放电MOS晶体管的漏极，和/或所述充电校准MOS晶体管的漏极连接所述充电MOS晶体管的漏极；
第一电流源，所述第一电流源与所述放电校准MOS晶体管的源极连接和/或与所述充电校准MOS晶体管的源极连接；以及
校准部，所述校准部基于所述放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化并且根据所述放电校准MOS晶体管与放电MOS晶体管之间的关系来得到所述放电MOS晶体管的温度系数变化，和/或基于所述充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压来得到所述充电校准MOS晶体管的温度系数变化并且根据所述充电校准MOS晶体管与充电MOS晶体管之间的关系来得到所述充电MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，所述充电MOS晶体管、放电MOS晶体管、放电校准MOS晶体管和充电校准MOS晶体管为相同类型的MOS晶体管，并且所述放电MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数与所述放电校准MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数成比例，所述充电MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数与所述充电校准MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数成比例。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括第一电阻，所述第一电阻为零温度系数电阻或低温度系数电阻，所述第一电阻的一端与第二电流源连接，并且另一端与电池组的负端连接。
根据本公开的至少一个实施方式，所述第一电流源和第二电流源为同一电流源或不同电流源，在为不同电流源的情况下，所述第一电流源提供的第一校准电流的电流值和第二电流源提供的第二校准电流的电流值相等或者不相等。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括：
第一模数转换器，所述第一模数转换器获取所述第一电阻的两端电压、以及所述放电校准MOS晶体管的源极和/或所述充电校准MOS晶体管的源极与电池/电池组的负端或负载/充电端的负端之间的电压；以及
第二模数转换器，所述第二模数转换器直接或间接地获取充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压和/或放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压，
其中，所述第一模数转换器和第二模数转换器为不同的模数转换器或者相同的模数转换器。
根据本公开的至少一个实施方式，所述放电校准MOS晶体管的数量为一个。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电校准MOS晶体管和所述放电MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述放电MOS晶体管的源极与所述充电MOS晶体管的源极之间的电压，并且根据所述放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、所述放电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、以及所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在包括放电校准MOS晶体管和充电校准MOS晶体管的情况下，所述放电校准MOS晶体管和充电校准MOS晶体管的漏极均连接至所述放电MOS晶体管的漏极，对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电校准MOS晶体管、所述放电MOS晶体管和所述充电校准MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述放电MOS晶体管的源极与所述充电校准MOS晶体管的源极之间的第一电压，并且根据所述第一电压、以及所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电校准MOS晶体管和所述放电MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述放电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压或者测量所述放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压，并且结合所述放电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压以及所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，所述充电校准MOS晶体管的数量为一个。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述充电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述充电校准MOS晶体管和所述充电MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述放电MOS晶体管的源极与所述充电MOS晶体管的源极之间的电压，并且根据所述充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、所述充电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、以及所述第一电阻的两端电压来得到所述充电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在包括放电校准MOS晶体管和充电校准MOS晶体管的情况下，所述充电校准MOS晶体管和放电校准MOS晶体管的漏极均连接至所述充电MOS晶体管的漏极，对所述充电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述充电校准MOS晶体管、所述充电MOS晶体管和所述放电校准MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述充电MOS晶体管的源极与所述放电校准MOS晶体管的源极之间的第二电压，并且根据所述第二电压、以及所述第一电阻的两端电压来得到所述充电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述充电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述充电校准MOS晶体管和所述充电MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述放电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压或者所述充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压，并且结合所述充电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压以及所述第一电阻的两端电压来得到所述充电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，所述放电校准MOS晶体管的数量为两个，并且两个放电校准MOS晶体管的第一放电校准MOS晶体管和第二放电校准MOS晶体管均连接至所述放电MOS晶体管的漏极，并且第一放电校准MOS晶体管的源极连接所述第一电流源，所述第二放电校准MOS晶体管的源极连接所述电池/电池组的负端。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电MOS晶体管、第一放电校准MOS晶体管和第二放电校准MOS晶体管均导通，所述第二模数转换器测量所述第二放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的第三电压，所述第一模数转换器测量所述第一放电校准MOS晶体管的源极与第二放电校准MOS晶体管的源极之间的第四电压，根据所述第三电压、第四电压、和所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电MOS晶体管、第一放电校准MOS晶体管和第二放电校准MOS晶体管均导通，所述第一放电校准MOS晶体管和第二放电校准MOS晶体管为相同的MOS晶体管，并且通过所述第一模数转换器测量所述第一放电校准MOS晶体管的源极与第二放电校准MOS晶体管的源极之间的第四电压，根据所述第四电压、和所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电MOS晶体管、第一放电校准MOS晶体管和第二放电校准MOS晶体管均导通，所述第二模数转换器测量所述第一放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、所述第一放电校准MOS晶体管的源极与所述第二放电校准MOS晶体管的源极之间的电压、所述放电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、或者所述放电MOS晶体管的源极和充电MOS晶体管的源极之间的电压；
所述第一模数转换器测量所述第一放电校准MOS晶体管的源极与第二放电校准MOS晶体管的源极之间的第四电压，
根据所述第二模数转换器测量的电压、第四电压、和所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在包括充电校准MOS晶体管的情况下，使得充电校准MOS晶体管导通，并且所述第二模数转换器测量所述第二放电校准MOS晶体管的源极和充电校准MOS晶体管的源极之间的电压来得到所述第三电压。
根据本公开的至少一个实施方式，所述充电校准MOS晶体管的数量为两个，并且两个充电校准MOS晶体管的第一充电校准MOS晶体管和第二充电校准MOS晶体管均连接至所述充电MOS晶体管的漏极，并且第一充电校准MOS晶体管的源极连接所述第一电流源，所述第二充电校准MOS晶体管的源极连接所述电池/电池组的负端或者负载/充电器端的负端。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述充电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述充电MOS晶体管、第一充电校准MOS晶体管和第二充电校准MOS晶体管均导通，所述第二模数转换器测量所述第二充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的第五电压，所述第一模数转换器测量所述第一充电校准MOS晶体管的源极与第二充电校准MOS晶体管的源极之间的第六电压，根据所述第五电压、第六电压、和所述第一电阻的两端电压来得到所述充电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述充电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述充电MOS晶体管、第一充电校准MOS晶体管和第二充电校准MOS晶体管均导通，所述第一充电校准MOS晶体管和第二充电校准MOS晶体管为相同的MOS晶体管，并且通过所述第一模数转换器测量所述第一充电校准MOS晶体管的源极与第二充电校准MOS晶体管的源极之间的第六电压，根据所述第六电压、和所述第一电阻的两端电压来得到所述充电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在对所述充电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述充电MOS晶体管、第一充电校准MOS晶体管和第二充电校准MOS晶体管均导通，所述第二模数转换器测量所述第一充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、所述第一充电校准MOS晶体管的源极与所述第二充电校准MOS晶体管的源极之间的电压、所述充电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、或者所述充电MOS晶体管的源极和放电MOS晶体管的源极之间的电压；
所述第一模数转换器测量所述第一充电校准MOS晶体管的源极与第二充电校准MOS晶体管的源极之间的第六电压，
根据所述第二模数转换器测量的电压、第六电压、和所述第一电阻的两端电压来得到所述充电校准MOS晶体管的温度系数变化。
根据本公开的至少一个实施方式，在包括放电校准MOS晶体管的情况下，使得放电校准MOS晶体管导通，并且所述第二模数转换器测量所述第二充电校准MOS晶体管的源极和放电校准MOS晶体管的源极之间的电压来得到所述第五电压。
根据本公开的至少一个实施方式，所述放电校准MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数与所述放电MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数为1：M，和/或所述充电校准MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数与所述充电MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数为1：M，其中M大于1。
根据本公开的至少一个实施方式，所述放电MOS晶体管和所述放电校准MOS晶体管为NMOS晶体管或PMOS晶体管，并且M值为100、1000或10000。
根据本公开的再一方面，一种电池管理芯片，集成有如上任一项所述的温度系数校准装置。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1示出了根据本公开的一个实施方式的温度系数校准装置的示意图。
图2示出了根据本公开的一个实施方式的校准装置的示意图。
图3示出了根据本公开的一个实施方式的校准装置。
图4示出了根据本公开的另一实施例的校准电路
图5示出了根据本公开的另一实施例的校准电路
图6示出了根据本公开的一个实施方式的电池管理芯片的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开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方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
根据本公开的一个实施方式，提供了一种温度系数校准装置，其中该温度系数校准装置可以用于对充电MOS晶体管和放电MOS晶体管的温度系数进行校准，从而对二者的导通电阻进行校准等。
在本公开中，各个MOS晶体管可以集成在一个器件中，这样可以保证各个晶体管具有相同的温度系数或者温度系数的变化。
图1示出了根据本公开的一个实施方式的温度系数校准装置。
如图1所示，温度系数校准装置可以包括：放电MOS晶体管110和充电MOS晶体管120。在本公开中，以NMOS晶体管为例进行说明，但是本领域的技术人员应当理解，其也可以为PMOS晶体管，此外。在为NMOS晶体管的情况下，放电MOS晶体管110和充电MOS晶体管120构成的串联电路可以连接在电池组的负端与负载/充电器的负端之间，而在PMOS晶体管的情况下，放电MOS晶体管110和充电MOS晶体管120构成的串联电路可以连接在电池组的正端与负载/充电器的正端之间。
放电MOS晶体管110的栅极连接放电控制信号DSG以控制电池组的放电，其中放电MOS晶体管110的源极连接电池组的一端B-。当仅包括放电MOS晶体管110时，放电MOS晶体管110的漏极可以连接至负载/充电器端。其中，放电MOS晶体管110可以包括寄生二极管。
此外，在放电MOS晶体管110的栅极和源极之间可以连接有稳压二极管210，以便防止放电MOS晶体管110的栅极被击穿。在图1中，示出了齐纳二极管的形式，当然也可以选择其他类型的二极管。其中可以包括两个反向串联的齐纳二极管。
而且放电MOS晶体管110的栅极可以通过电阻连接至放电控制信号DSG，以便提供静电保护，其中电阻的阻值可以为1K欧姆。
放电校准MOS晶体管111可以对放电MOS晶体管的温度系数进行校准。
放电校准MOS晶体管111的漏极与放电MOS晶体管110的漏极连接，放电校准MOS晶体管111的栅极连接放电控制信号DSG，并且放电校准MOS晶体管111的源极作为放电校准端SD1。其中，放电校准MOS晶体管111可以包括寄生二极管。虽然这里，示出了放电校准MOS晶体管与放电MOS晶体管采用相同的放电控制信号DSG，但是二者也可以采用不同的放电控制信号。
此外，在放电校准MOS晶体管111的栅极和源极之间可以连接有稳压二极管(例如稳压二极管210的形式)，以便防止放电校准MOS晶体管111的栅极被击穿。
放电校准MOS晶体管111的栅极可以通过电阻连接至放电控制信号DSG，以便提供静电保护，其中电阻的阻值可以为100K欧姆。
放电校准MOS晶体管111的沟道长宽比与放电MOS晶体管110的沟道长宽比为1：M，其中M大于1。例如，M值可以为100、1000、10000等。
另外，还可以包括其他放电校准MOS晶体管112，其中其他放电校准MOS晶体管的数量可以为N个，其中N为大于等于1的整数。第N个放电校准MOS晶体管的沟道长宽比与放电MOS晶体管110的沟道长宽比为1：M的N-1次方，其中i为大于等于1的整数，其中i的数值随着N的取值进行变化。例如，M值为10的整数倍，优选为100。第N个放电校准MOS晶体管与充电MOS晶体管的沟道长宽比为1：M的N-1次方。例如晶体管111与晶体管110的沟道长宽比为1:100，晶体管112与晶体管110的沟道长宽比为1:1000，其他晶体管与晶体管110的沟道长宽比为1:10000等。例如，根据MOS晶体管的类型的不同，当以元胞的数量来对MOS晶体管进行表征时，那么上面提及的沟道长宽比的关系可以表述为元胞个数(元胞并联的个数)的关系。
其他放电校准MOS晶体管的设置方式可以与放电校准MOS晶体管111的设置方式相同，为了简洁起见，在此不再赘述。
例如如图1所示，放电校准MOS晶体管111、112的栅极均可以通过放电控制信号DSG来被控制以便导通和断开，源极可以作为放电校准端SD1、SD2。
根据本公开的进一步实施例，温度系数校准装置还包括：充电MOS晶体管120，充电MOS晶体管120的栅极连接充电控制信号CG以控制电池组的充电，其中充电MOS晶体管120的漏极连接放电MOS晶体管110的漏极，充电MOS晶体管120的源极连接负载/充电器的一端P-。其中，充电MOS晶体管可以包括寄生二极管。
此外，在充电MOS晶体管120的栅极和源极之间可以连接有稳压二极管220，以便防止充电MOS晶体管120的栅极被击穿。在图1中，示出了齐纳二极管的形式，当然也可以选择其他类型的二极管。其中可以包括两个反向串联的齐纳二极管。
而且充电MOS晶体管120的栅极可以通过电阻连接至放电控制信号DSG，以便提供静电保护，其中电阻的阻值可以为1K欧姆。
如放电MOS晶体管110的放电校准MOS晶体管类似地，充电MOS晶体管120也可以设置多个充电校准MOS晶体管121、122。
此外，在充电校准MOS晶体管的栅极和源极之间可以连接有稳压二极管，以便防止充电校准MOS晶体管的栅极被击穿。而且充电校准MOS晶体管的栅极可以通过电阻连接至充电控制信号CHG，以便提供静电保护，其中电阻的阻值可以为100K欧姆。
充电校准MOS晶体管的沟道长宽比与充电MOS晶体管120的沟道长宽比为1：M，其中M大于1。例如，M值可以为100、1000、10000等。充电校准MOS晶体管的数量为N个，其中N为大于等于1的整数，第N个充电校准MOS晶体管的沟道长宽比与充电MOS晶体管的沟道长宽比为1：M的N-1次方，其中i为大于等于1的整数，其中i的数值随着N的取值进行变化。M值可以为10的整数倍，优选为100。第N个充电校准MOS晶体管与充电MOS晶体管的沟道长宽比为1：M的N-1次方。
例如晶体管121与晶体管120的沟道长宽比为1:100，晶体管122与晶体管120的沟道长宽比为1:1000，其他晶体管与晶体管120的沟道长宽比为1:10000等。例如，根据MOS晶体管的类型的不同，当以元胞的数量来对MOS晶体管进行表征时，那么上面提及的沟道长宽比的关系可以表述为元胞个数(元胞并联的个数)的关系。
例如如图1所示，充电校准MOS晶体管121、122的栅极均可以通过充电控制信号CHG来被控制以便导通和断开，源极可以作为充电校准端SC1、SC2。
在本公开中，放电MOS晶体管与放电校准MOS晶体管为相同类型的晶体管，充电MOS晶体管与充电校准MOS晶体管为相同类型的晶体管。或者四者皆为相同类型的MOS晶体管。
本领域的技术人员应当理解，MOS晶体管的沟道宽长比越大，导通电阻越小，这样流过其的电流就越大。在本公开中，通过大的宽长比的充电和放电MOS晶体管，其导通电阻将会很小，这样在充放电回路中消耗的能量就很小。而在需要检测电流的时候，使用沟道宽长比较小的检测MOS晶体管，这样其导通电阻较大，因此流过其的电流较小，这样可以方便检测，而不需要后续采集单元等耐大电流的需求。同时由于检测MOS晶体管处于检测支路中，这样又不会对正常的充放电回路产生影响，例如消耗电池的电能等。
虽然可以通过充电和放电MOS晶体管的导通电阻来对充电电流和放电电流进行检测。但是需要注意的是，在实际的生产制造的过程中，导通电阻不能制造成理想的情况，而且随着温度的变化，晶体管的导通电阻也会因为温度系数也会发生变化，例如随着温度的变化，可能会发生±20％的变动。因此其将会影响检测效果。
因此，在本公开中为了解决现有技术中的问题，提出了一种校准装置。
图2和图3示出了根据本公开的一个实施方式的校准装置。下面将以放电校准MOS晶体管111为例进行说明。对于其他放电校准MOS晶体管可以采用相同的原理，另外对于充电校准MOS晶体管也采用相同的原理。
该校准装置可以包括第一电流源310和第二电流源320、外接电阻410、第一模数转换器510和第二模数转换器520。
第一电流源310用于提供第一校准电流Ical1，第二电流源320用于提供第二校准电流Ical2，并且第一校准电流和第二校准电流的电流值可以相等。此外，优选地，该第一校准电流源310和第二电流源320可以根据电池组的电压VB+(B+端的电压)来生成第一校准电流Ical1和第二校准电流Ical2。更优选地，第一电流源和第二电流源可以为同一个电流源。
第二电流源320经由外接电阻410连接至电池组的负端B-，第一电流源310与放电校准MOS晶体管连接，例如可以与放电校准MOS晶体管111的源极连接。
第二模数转换器520可以用于测量放电MOS晶体管110和充电MOS晶体管120的串联电路的两端电压。
在本公开中，放电MOS晶体管110的D端与S1端之间的电压VDS1＝(VB1-VP1)/2，其中VB1为电池组的负端B-处的电压，而VP1则为负载/充电器的负端P-处的电压。这里电压VDS1可以通过第二模数转换器测量的电压的一半得到。
在第一电流源310提供第一校准电流Ical1的情况下，放电校准MOS晶体管的源极端SD1的电压将会等于VSD1＝Ron1M*Ical1+IL*Ron1+Ical1*Ron1，其中Ron1M为晶体管111的导通阻抗，IL为充电电流，Ron1为晶体管110的导通阻抗。
因为Ron1为Ron1M的1/100、1/1000、或1/10000等，因此，电压VSD1将大致等于Ron1M*Ical1+IL*Ron1＝V2(Ical1设定地较小，为小电流)。IL*Ron1＝V1/2＝(VB1-VP1)/2，其中第二模数转换单元所采集的电压V1＝(VB1-VP1)，因此Ron1M*Ical1＝V2-V1/2，其中V2为图1所示的第一电流源310与放电校准MOS晶体管111的源极的连接点a的电压与电池组的负端B-的电压之间的差值，该V2通过第一模数转换器510采集。
这样Ron1M＝(V2-V1/2)/Ical1。
第一模数转换器510还可以测量外接电阻410两端b和B-之间的电压，其中该电压可以表示为V3，这里V3＝Ical2*Rext，Ical2为第二电流源320提供的第二校准电流，Rext为外接电阻的电阻值。其中第二校准电流与第一校准电流可以相同。虽然在图中示出了两个不同的电流源，但是也可以采用一个电流源来实现，通过该一个电流源分别分出两条支路，来连接外接电阻和放电校准MOS晶体管。其中该电压V3可以通过第一模数转换器510来测量得到。
这样，
Figure BDA0003196114100000141
因为外接电阻可以为零温度系数电阻，也可以是低温度系数电阻，例如温度系数通常为10ppm/℃。Ron1M随着温度的变化量将会是
Figure BDA0003196114100000142
因为Ron1M与Ron1具有预定的比例，并且该比例设定为常数。因此可以根据Ron1M的温度变化量来得到Ron1的温度变化量。因此，在得知Ron1的温度变化量之后就可以根据其来进行校准和补偿。
在本公开的技术方案中，省略了采样电阻，采样电阻通常与充放电MOS晶体管进行串联，并且通过采集采样电阻两端的电压来得到充电电压或放电电压。在本公开中将其完全省略，可以降低其所带来的功耗，而且也可以节省成本。
此外，在本公开中，虽然说明了通过第二模数转换器来测量S1和S2端的电压，但是需要注意的是，第二模数转换器也可以测量S1和D端之间的电压，D则为放电MOS晶体管110的漏极端。
在实际的制造过程中，虽然可以将D端引出，并且测量其电压情况。但是为了诸如通过引线等方式单独引出D端，因为器件制造工艺的限制，其将会极大地增加制造成本。
因此在本公开中，因为充电校准MOS晶体管121需要对充电MOS管的温度系数进行检测，并且在制造的过程中，根据本公开的结构，需要将晶体管110、111、120和121的漏极连接。因此为了避免单独引出D端所造成的工艺复杂性和成本增加，在本公开中，在对放电MOS晶体管110进行温度系数校准时，可以采用晶体管121来实现。下面将说明具体的实现方式。而且，在将各个MOS管集成在一个芯片的过程中，如果需要单独地测量漏极的电压，这时需要一个单独的管脚，因为管脚的增加可能会引起芯片尺寸的增加等。
因此为了进一步解决该技术问题，在本公开中提供了进一步的改进方案，例如图4所示，在对放电MOS晶体管110的温度系数变化进行测量时，可以将放电MOS晶体管110和放电校准MOS晶体管111导通，同时也可以将充电校准MOS晶体管121导通。在这里，因为需要对充电MOS晶体管120进行温度系数校准，因此，需要相应地设置充电校准MOS晶体管121。这时，可以通过使用充电校准MOS晶体管121来实现漏极电压的测量。
在本公开中，因为P-端的电压并不稳定，有时会存在很大的偏差，因此，在上面的实施方式中通过测量B-端和P-端之间的电压来得到电压V1的方式可能并不准确，所以在本公开中的优选的技术方案是测量漏极D与源极端S1之间的电压来对放电MOS晶体管110的温度系数进行校准，可以通过测量漏极D和源极端S2之间的电压来对充电MOS晶体管120的温度系数进行校准。
下面将以放电MOS晶体管110的温度系数补偿为例进行说明。其中，第二模数转换器520可以连接放电MOS晶体管110的源极端(B-端)与充电校准MOS晶体管121的源极端S2M，这样在充电校准MOS晶体管121导通的情况下，可以通过连接在S2M端和S1端之间的第二模数转换器来得到放电MOS晶体管110的源极与漏极之间的电压。并且进一步根据上面提到的公式
Figure BDA0003196114100000161
来得到温度系数的变化，其中在这个公式中的V1/2则是放电MOS晶体管110的源极与漏极之间的电压。
此外，在上面描述了放电MOS晶体管110的温度变化量的测量，而对于充电MOS晶体管120的测量可以采用相同的方式，也就是说可以通过电流源为SC1端提供第一校准电流，并且通过上述的过程，也同样可以实现充电MOS晶体管120的温度变化量。本领域的技术人员应当理解，在对充电MOS晶体管120的温度系数校正的过程中，第一电流源310可以连接SC1端，并且第二电流源和电阻410的串联电路可以连接至B-端也可以连接至P-端。
这时，需要将晶体管120和晶体管121导通，同时也需要将晶体管111导通，并且第二模数转换器520可以测量S2端与D端之间的电压来作为上面公式的中的V1/2的相关项。此外，第二模数转换器还可以测量S1端和S2端之间的电压，或者也可以测量S1端和SC1端的电压等等。
如果放电MOS晶体管110和充电MOS晶体管120的温度系数不进行校准，那么二者的导通电阻将会存在温度系数，例如在从-40℃至80℃的情况下，二者的变化将会超过20％。因此不对二者的温度变化或温度系数进行校准的情况下，充电电流或者放电电流的检测也将至少会有20％的误差。因此在本公开中创新地提出了在校准充放电MOS管(大管)的时候，可以通过电流源向相应的充放电电校准MOS晶体管(小管)灌入一个校准电流，并且测量小管的两端电压(简洁得到小管的电压)，根据大小管之间的比例关系，来相应地得到大管的温度系数，从而为之后的充放电电流补偿提供依据。
进一步地，在上面的方式中，在校准的过程中，V2的获得将会受到充放电电流的影响，例如上面所述的V2的相关公式。这样其在校准的过程中可能会影响实际的充放电过程或者充放电过程可能影响校准过程。根据本公开的进一步实施方式，进一步地提供了一种改进的实施方式。
参见图5，可以包括两个放电校准MOS晶体管111、112和两个充电校准MOS晶体管121、122。
继续以放电MOS晶体管110的温度系数校准为例进行说明。放电校准MOS晶体管111和放电校准MOS晶体管112的漏极与放电MOS晶体管110的漏极连接，充电校准MOS晶体管121和充电校准MOS晶体管122的漏极与充电MOS晶体管120的漏极连接。
放电校准MOS晶体管112的源极端SD2与第一电流源连接，并放电校准MOS晶体管111的源极端SD1与电池组的B-端连接。
在进行校准的过程中，可以使得放电校准MOS晶体管111和放电校准MOS晶体管112导通。同时第二模数转换器可以测量晶体管110和晶体管120两端的电压，如上所述，更优选地，使得充电校准MOS晶体管121和充电校准MOS晶体管122中的一个导通，第二模数转换器可以测量电池组的B-端与充电校准MOS晶体管121和充电校准MOS晶体管122中的所导通的晶体管的源极电压。通过这种方式，可以使得充放电电流对校准不产生任何干扰。
此外，第二模数转换器可以测量S1端和S2端之间的电压，可以测量S1端和D端之间的电压，可以测量S1端和SC1端之间的电压，可以测量S1端和SC2端之间的电压等等。
下面将参照图5的连接方式，来进行描述。放电校准MOS晶体管111和放电校准MOS晶体管112导通，且充电校准MOS晶体管121导通。这样
Figure BDA0003196114100000171
其中V3为外接电阻410两端b和B-之间的电压，V2为a端与B-端之间的电压，V4为晶体管111的D端与B-端之间的电压。
此外，在晶体管111和晶体管112设置为相同的情况下，V2将会等于2*V4，这样上面的公式可以变换成
Figure BDA0003196114100000172
根据这种方式，还可以获得更大的优点。本领域的技术人员虽然理解恒流源能够提供恒定电流，但是在实际的制造中，完全不变的电流的提供几乎不可能，提供的电流精度越高，则成本也越高。
但是根据本公开的该实施方式，则可以忽略恒流源所提供的电流的精度问题，例如在上面的公式中可以看出，
Figure BDA0003196114100000181
可以做到与恒流源无关。这样可以有效地降低成本等。
本公开还提供了一种电池管理芯片，如图6所示，该电池管理芯片可以包括上述的校准装置，需要注意的是，在该电池管理芯片中，上面描述的各个MOS晶体管可以集成在该一个电池管理芯片中。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种高精度低功耗温度系数校准装置，用于对MOS晶体管的温度系数进行校准，所述MOS晶体管为控制电池/电池组的充电和放电的充电MOS晶体管和放电MOS晶体管，所述充电MOS晶体管的漏极和放电MOS晶体管的漏极连接构成串联电路，其特征在于，包括：
放电校准MOS晶体管和/或充电校准MOS晶体管，所述放电校准MOS晶体管的漏极连接所述放电MOS晶体管的漏极，和/或所述充电校准MOS晶体管的漏极连接所述充电MOS晶体管的漏极；
第一电流源，所述第一电流源与所述放电校准MOS晶体管的源极连接和/或与所述充电校准MOS晶体管的源极连接；以及
校准部，所述校准部基于所述放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化并且根据所述放电校准MOS晶体管与放电MOS晶体管之间的关系来得到所述放电MOS晶体管的温度系数变化，和/或基于所述充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压来得到所述充电校准MOS晶体管的温度系数变化并且根据所述充电校准MOS晶体管与充电MOS晶体管之间的关系来得到所述充电MOS晶体管的温度系数变化。
2.如权利要求1所述的温度系数校准装置，其特征在于，所述充电MOS晶体管、放电MOS晶体管、放电校准MOS晶体管和充电校准MOS晶体管为相同类型的MOS晶体管，并且所述放电MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数与所述放电校准MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数成比例，所述充电MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数与所述充电校准MOS晶体管的沟道长宽比和/或元胞个数成比例。
3.如权利要求2所述的温度系数校准装置，其特征在于，还包括第一电阻，所述第一电阻为零温度系数电阻或低温度系数电阻，所述第一电阻的一端与第二电流源连接，并且另一端与电池组的负端连接。
4.如权利要求3所述的温度系数校准装置，其特征在于，所述第一电流源和第二电流源为同一电流源或不同电流源，在为不同电流源的情况下，所述第一电流源提供的第一校准电流的电流值和第二电流源提供的第二校准电流的电流值相等或者不相等。
5.如权利要求3所述的温度系数校准装置，其特征在于，还包括：
第一模数转换器，所述第一模数转换器获取所述第一电阻的两端电压、以及所述放电校准MOS晶体管的源极和/或所述充电校准MOS晶体管的源极与电池/电池组的负端或负载/充电端的负端之间的电压；以及
第二模数转换器，所述第二模数转换器直接或间接地获取充电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压和/或放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压，
其中，所述第一模数转换器和第二模数转换器为不同的模数转换器或者相同的模数转换器。
6.如权利要求5所述的温度系数校准装置，其特征在于，所述放电校准MOS晶体管的数量为一个。
7.如权利要求6所述的温度系数校准装置，其特征在于，在对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电校准MOS晶体管和所述放电MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述放电MOS晶体管的源极与所述充电MOS晶体管的源极之间的电压，并且根据所述放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、所述放电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压、以及所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
8.如权利要求7所述的温度系数校准装置，其特征在于，在包括放电校准MOS晶体管和充电校准MOS晶体管的情况下，所述放电校准MOS晶体管和充电校准MOS晶体管的漏极均连接至所述放电MOS晶体管的漏极，对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电校准MOS晶体管、所述放电MOS晶体管和所述充电校准MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述放电MOS晶体管的源极与所述充电校准MOS晶体管的源极之间的第一电压，并且根据所述第一电压、以及所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
9.如权利要求7所述的温度系数校准装置，其特征在于，在对所述放电MOS晶体管的温度系数进行校准的情况下，所述放电校准MOS晶体管和所述放电MOS晶体管被导通，并且所述第二模数转换器测量所述放电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压或者测量所述放电校准MOS晶体管的源极和漏极之间的电压，并且结合所述放电MOS晶体管的源极和漏极之间的电压以及所述第一电阻的两端电压来得到所述放电校准MOS晶体管的温度系数变化。
10.一种电池管理芯片，其特征在于，集成有如权利要求1至9中任一项所述的高精度低功耗温度系数校准装置。
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