CN113872266A - 电池保护电路、电池保护芯片和电池系统 - Google Patents

电池保护电路、电池保护芯片和电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电池保护电路、电池保护芯片和电池系统。该电池保护电路中，衬底切换电路的输入端与充放电保护电路相连，第一输出端通过第一衬底切换开关管与充放电控制开关管的衬底相连，第二输出端通过第二衬底切换开关管与充放电控制开关管的衬底相连；负压检测电路的输入端与电源供电端和接地端相连，输出端与充放电控制开关管、第一衬底切换开关管和第二衬底切换开关管相连，用于进行负压检测，形成负压控制信号，控制充放电控制开关管、第一衬底切换开关管和第二衬底切换开关管的导通或关断。该电路可避免寄生二极管或者其他元器件过热而烧毁的情况发生，从而保障电池保护电路和/或充电器的使用寿命。

Description

电池保护电路、电池保护芯片和电池系统
技术领域
本发明涉及电池保护技术领域，尤其涉及一种电池保护电路、电池保护芯片和电池系统。
背景技术
电池保护芯片是用于实现对电池进行安全防护的芯片，当前电池保护芯片一般包括电池保护电路，所述电池保护电路用于与电池相连，用于实现对所述电池进行过充、过放和过流安全保护，以保障电池安全。
现有电池保护电路在与电池正常连接时，可实现过充、过放和过流安全防护功能；但在与电池反向连接时，会导致电池与充电器直接连接，两者之间没有限流电阻或者其他限流元件，从而导致电池保护电路或者充电器上的元器件由于过热而发生烧毁，影响电池保护电路和充电器的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种电池保护电路及电池保护芯片，以解决现有现有电池保护系统与电池反向连接时所导致的元器件过热而烧毁的问题。
本发明提供一种电池保护电路，包括充放电控制开关管、充放电保护电路、栅极控制电路和衬底切换电路；所述充放电控制开关管的栅极与所述栅极控制电路相连，所述充放电控制开关管的第一连接端与接地端相连，所述充放电控制开关管的第二连接端与电路连接端相连；所述充放电保护电路的输入端与电源供电端和所述充放电控制开关管的第二连接端相连，输出端与所述栅极控制电路和衬底切换电路相连，用于输出第一控制信号和第二控制信号；所述栅极控制电路的输入端与所述充放电保护电路相连，输出端与所述充放电控制开关管的栅极相连，用于根据所述第一控制信号，控制所述充放电控制开关管的导通或关断；所述电池保护电路还包括第一衬底切换开关管、第二衬底切换开关管和负压检测电路；
所述衬底切换电路的输入端与所述充放电保护电路相连，第一输出端通过所述第一衬底切换开关管与所述充放电控制开关管的衬底相连，第二输出端通过所述第二衬底切换开关管与所述充放电控制开关管的衬底相连，用于根据所述第二控制信号，控制所述第一衬底切换开关管和所述第二衬底切换开关管的导通或关断；
所述负压检测电路的输入端与所述电源供电端和所述接地端相连，输出端与所述充放电控制开关管、所述第一衬底切换开关管和所述第二衬底切换开关管相连，用于进行负压检测，形成负压控制信号，控制所述充放电控制开关管、所述第一衬底切换开关管和所述第二衬底切换开关管的导通或关断。
优选地，所述电池保护电路还包括负压钳位电路，所述负压钳位电路的一端与所述电源供电端相连，另一端与所述接地端相连，用于在所述电源供电端出现负压时，使所述负压检测电路检测到负压钳位电压，形成负压控制信号。
优选地，所述负压钳位电路为ESD保护电路，所述ESD保护电路包括ESD控制开关管，所述ESD控制开关管上设有寄生二极管，用于在所述电源供电端出现负压时，使所述负压检测电路检测到负压钳位电压，形成负压控制信号。
优选地，所述负压检测电路包括负压切换支路和负压控制支路；
所述负压切换支路，与所述电源供电端、所述接地端、所述第一衬底切换开关管的源极和所述第二衬底切换开关管的栅极相连，用于形成第一负压保护信号，根据所述第一负压保护信号控制所述第一衬底切换开关管和所述第二衬底切换开关管的导通或关断；
所述负压控制支路，与所述电源供电端、所述接地端、所述电路连接端、所述低压输入供电端和所述充放电控制开关管的栅极相连，用于形成第二负压保护信号，根据所述第二负压保护信号控制所述充放电控制开关管的导通或关断。
优选地，所述负压切换支路包括第一控制开关管、第二控制开关管和第三控制开关管；所述第一控制开关管的栅极与所述电源供电端相连，所述第一控制开关管的源极与所述接地端相连，所述第一控制开关管的漏极与所述第二控制开关管的栅极和所述第三控制开关管的栅极相连，所述第二控制开关管的源极与低压输入供电端相连，所述第三控制开关管的源极与所述电源供电端相连，所述第二控制开关管的漏极和所述第三控制开关管的漏极之间的连接节点与第一衬底切换开关管的栅极相连，第一控制开关管的漏极与第二衬底切换开关管的栅极相连。
优选地，所述负压控制支路包括第四控制开关管、第五控制开关管、第一限流电阻、第六控制开关管、第七控制开关管和第八控制开关管；所述第四控制开关管的栅极和所述第五控制开关管的栅极均与所述接地端相连，所述第四控制开关管的源极与电路连接端相连，所述第五控制开关管的源极与所述电源供电端相连，所述第四控制开关管的漏极通过所述第一限流电阻与所述第五控制开关管的漏极相连，所述第五控制开关管的漏极与所述第一限流电阻之间的连接节点与所述第六控制开关管的栅极相连，所述第六控制开关管的的源极与所述电源供电端相连，所述第六控制开关管的漏极与所述第七控制开关管的栅极和所述第八控制开关管的栅极相连，所述第七控制开关管的源极与低压输入供电端相连，所述第八控制开关管的源极与所述电源供电端相连，所述第七控制开关管的漏极和所述第八控制开关管的漏极之间的连接节点与所述充放电控制开关管的栅极相连。
本发明还提供一种电池保护芯片，包括上述电池保护电路。
本发明还提供一种电池系统，包括电池和上述电池保护芯片，所述电池的正极与所述电池保护电路的输入端相连，所述电池的负极与所述接地端相连。
优选地，所述电池系统还包括滤波电路，所述滤波电路包括滤波电阻和滤波电容；所述滤波电阻的一端与所述电池的正极相连，另一端与所述电池保护电路的输入端相连；所述滤波电容的一端与所述滤波电阻和所述电池保护电路的输入端之间的连接节点相连，另一端与接地端相连。
优选地，所述电池系统还包括第二限流电阻，所述第二限流电阻的一端与所述电池的正极相连，另一端与所述电池保护电路的输入端相连；所述第二限流电阻设置在所述电池保护芯片上，或者设置在所述电池保护芯片外。
上述电池保护电路、电池保护芯片和电池系统，衬底切换电路可根据充放电保护电路输出的第二控制信号，控制第一衬底切换开关管和第二衬底切换开关管的导通或关断，以实现衬底切换；负压检测电路可进行负压检测，以形成负压控制信号，以根据负压控制信号，控制充放电控制开关管、第一衬底切换开关管和第二衬底切换开关管的导通或关断，可在电池保护电路反向连接时，切断电池电流流经电池保护电路和/或充电器中的寄生二极管或者其他元器件，而导致寄生二极管或者其他元器件过热而烧毁的情况发生，从而保障电池保护电路和/或充电器的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中电池保护电路的一电路示意图；
图2是本发明一实施例中电池系统正常连接的一电路示意图；
图3是本发明一实施例中电池系统反向连接且有充电器接入的一电路示意图；
图4是本发明一实施例中的负压检测电路的一电路示意图；
图5是本发明一实施例中的负压检测电路的另一电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明实施例提供一种电池保护电路，应用在电池系统中，用于实现对电池系统中的电池进行过放、过充和过流保护。如图1-图3所示，电池保护电路包括充放电控制开关管Q10、充放电保护电路10、栅极控制电路20和衬底切换电路30；充放电控制开关管Q10的栅极与栅极控制电路20相连，充放电控制开关管Q10的第一连接端与接地端VSS相连，充放电控制开关管Q10的第二连接端与电路连接端VM相连；充放电保护电路10的输入端与电源供电端VDD和充放电控制开关管Q10的第二连接端相连，输出端与栅极控制电路20和衬底切换电路30相连，用于输出第一控制信号和第二控制信号；栅极控制电路20的输入端与充放电保护电路10相连，输出端与充放电控制开关管Q10的栅极相连，用于根据第一控制信号，控制充放电控制开关管Q10的导通或关断；电池保护电路还包括第一衬底切换开关管Q11、第二衬底切换开关管Q12和负压检测电路40；
衬底切换电路30的输入端与充放电保护电路10相连，第一输出端通过第一衬底切换开关管Q11与充放电控制开关管Q10的衬底相连，第二输出端通过第二衬底切换开关管Q12与充放电控制开关管Q10的衬底相连，用于根据第二控制信号，控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断；
负压检测电路40的输入端与电源供电端VDD和接地端VSS相连，输出端与充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12相连，用于进行负压检测，形成负压控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断。
其中，充放电控制开关管Q10是用于实现充放电控制的开关管，可理解地，充放电控制开关管Q10是衬底可切换的开关管。充放电控制开关管Q10的第一连接端和第二连接端中的任一个为其源极，另一个为其漏极。
其中，充放电保护电路10是用于实现对电池是否过放、过充和过流进行检测，根据检测结果控制充放电控制开关管Q10的导通或关断，即在存在过放、过充和过流中的至少一个时，需控制充放电控制开关管Q10关断，以实现过放保护、过充保护和过流保护控制；在不存在过放、过充和过流中的任一时，可控制充放电控制开关管Q10导通，可实现电池的充放电控制。第一控制信号是充放电保护电路10向栅极控制电路20输出的控制信号。第二控制信号是充放电保护电路10向衬底切换电路30输出的控制信号。
其中，栅极控制电路20是与充放电保护电路10和充放电控制开关管Q10的栅极相连，用于根据充放电保护电路10输出的第一控制信号，控制充放电控制开关管Q10导通或关断的电路。
其中，衬底切换电路30是与充放电保护电路10和充放电控制开关管Q10的衬底相连，用于根据充放电保护电路10输出的第二控制信号，控制切换充放电控制开关管Q10的衬底的电路。
其中，第一衬底切换开关管Q11是与衬底切换电路30和充放电控制开关管Q10的衬底相连，用于切换充放电控制开关管Q10的衬底到第一衬底状态的开关管。第二衬底切换开关管Q12是与衬底切换电路30和充放电控制开关管Q10的衬底相连，用于切换充放电控制开关管Q10的衬底到第二衬底状态的开关管。负压检测电路40是用于实现检测电源供电端VDD和接地端VSS两端的实测电压是否为负电压，并基于负压检测结果进行开关控制的电路。负压控制信号是指在检测到电源供电端VDD和接地端VSS两端的实测电压为负电压时的控制信号。
作为一示例，充放电控制开关管Q10的栅极与栅极控制电路20相连，充放电控制开关管Q10的第一连接端与接地端VSS相连，充放电控制开关管Q10的第二连接端与电路连接端VM相连。栅极控制电路20的输入端与充放电保护电路10相连，输出端与充放电控制开关管Q10的栅极相连，用于根据第一控制信号，控制充放电控制开关管Q10的导通或关断。可理解地，栅极控制电路20的输入端可接收充放电保护电路10输入的第一控制信号，可根据第一控制信号，控制充放电控制开关管Q10的导通或关断，在充放电控制开关管Q10导通时，可使充放电控制开关管Q10的第一连接端和第二连接端导通，使得接地端VSS与电路连接端VM之间可进行信号传输，从而实现电池的充放电控制。
作为一示例，衬底切换电路30的输入端与充放电保护电路10相连，第一输出端通过第一衬底切换开关管Q11与充放电控制开关管Q10的衬底相连，第二输出端通过第二衬底切换开关管Q12与充放电控制开关管Q10的衬底相连，用于根据第二控制信号，控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断。可理解地，栅极控制电路20的输入端可接收充放电保护电路10输入的第二控制信号，可根据第二控制信号，控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12中的任一个导通时，另一个关断，以实现切换充放电控制开关管Q10的衬底进入第一衬底状态或者第二衬底状态，达到衬底切换的目的。
作为一示例，负压检测电路40的输入端与电源供电端VDD和接地端VSS相连，输出端与充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12相连，用于对电源供电端VDD和接地端VSS之间进行电压检测，获取实测电压；在实测电压为负电压时，即电池保护电路与电池反向连接时，形成负压控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的关断，以切断充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12所经过的电流路径，从而避免在电池保护电路与电池反向连接时，电池保护电路中的部分元器件由于过热而损坏，从而保障电池保护电路的使用寿命。
如图2所示，在电池保护电路正常连接时，电源供电端VDD与电池的正极相连，接地端VSS与电池的负极相连，第一控制信号控制充放电控制开关管Q10导通，可实现充放电控制；第二控制信号可控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12中的一个导通，另一个关断，以实现衬底切换；此时，负压检测电路40检测到电源供电端VDD和接地端VSS之间的实测电压为正电压，没有形成负压控制信号，仍维持充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的开关状态。
如图3所示，在电池保护电路反向连接时，即接地端VSS与电池的负极相连，电源供电端VDD与电池的正极相连，在充放电控制开关管Q10和第一衬底切换开关管Q11导通，且第二衬底切换开关管Q12关断时，且没有充电器60接入时，电池电流会从电池的正极流经第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的寄生二极管D12回到电池的负极，会导致寄生二极管D12过热而烧毁，从而影响电池保护电路的使用寿命；在充放电控制开关管Q10和第一衬底切换开关管Q11导通，且第二衬底切换开关管Q12关断时，且有充电器60接入时，电池电流会从电池的正极流经第一衬底切换开关管Q11、第二衬底切换开关管Q12的寄生二极管D12和充电器控制开关管Q61的寄生二极管D61回到电池的负极，会导致寄生二极管D12和寄生二极管D61过热而烧毁，从而影响电池保护电路和充电器60的使用寿命。本示例中，在负压检测电路40检测到电源供电端VDD和接地端VSS之间的实测电压为负电压，形成负压控制信号，可控制充放电控制开关管Q10和第一衬底切换开关管Q11关断，且第二衬底切换开关管Q12导通时，从而切断电池电流流向寄生二极管D12的电流路径，或者切断电池电流流向寄生二极管D12和寄生二极管D61的电流路径，从而实现负压检测保护的目的，保障电池保护电路的使用寿命，或者保障电池保护电路和充电器60的使用寿命。
如图1-图3所示，第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12可以为NMOS管；第一衬底切换开关管Q11的栅极和源极与衬底切换电路30相连，第一衬底切换开关管Q11的漏极与接地端VSS相连，第一衬底切换开关管Q11的源极与充放电控制开关管Q10的衬底相连；第二衬底切换开关管Q12的栅极和源极与衬底切换电路30相连，第二衬底切换开关管Q12的漏极与电路连接端VM相连，第二衬底切换开关管Q12的源极与充放电控制开关管Q10的衬底相连；第一衬底切换开关管Q11上设有寄生二极管D11，第二衬底切换开关管Q12上设有寄生二极管D12；本示例中，衬底切换电路30可根据接收到的第二控制信号，切换控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12中的任一个导通，另一个关断，以实现对充放电控制开关管Q10的衬底进行切换控制。本示例中，第一衬底切换开关管Q11的栅极和源极与衬底切换电路30相连，第一衬底切换开关管Q11的栅极电压为Sel_a，第一衬底切换开关管Q11的源极电压为低压输入供电端VSUB，可根据第一衬底切换开关管Q11的Vgs，控制第一衬底切换开关管Q11的导通或关断。第二衬底切换开关管Q12的栅极和源极与衬底切换电路30相连，第二衬底切换开关管Q12的栅极电压为Sel_b，第二衬底切换开关管Q12的源极电压为低压输入供电端VSUB，可根据第二衬底切换开关管Q12的Vgs，控制第二衬底切换开关管Q12的导通或关断。
本实施例所提供的电池保护电路中，衬底切换电路30可根据充放电保护电路10输出的第二控制信号，控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，以实现衬底切换；负压检测电路40可进行负压检测，以形成负压控制信号，以根据负压控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，可在电池保护电路反向连接时，切断电池电流流经电池保护电路和/或充电器60中的寄生二极管或者其他元器件，而导致寄生二极管或者其他元器件过热而烧毁的情况发生，从而保障电池保护电路和/或充电器60的使用寿命。
在一实施例中，电池保护电路还包括负压钳位电路50，负压钳位电路50的一端与电源供电端VDD相连，另一端与接地端VSS相连，用于在电源供电端VDD出现负压时，使负压检测电路40检测到负压钳位电压，形成负压控制信号。
其中，负压钳位电路50是用于实现负电压钳位的电路。
作为一示例，负压钳位电路50与电源供电端VDD和接地端VSS两端相连，在电池保护电路正常连接时，电源供电端VDD为正电压时，负压钳位电路50不起负压钳位作用；在电池保护电路反向连接时，电源供电端VDD出现负压，负压钳位电路50可将电源供电端VDD的电压钳位在负压钳位电压(如-0.6V)这一特定的钳位电压，以便负压检测电路40可检测到该负压钳位电压，形成负压控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，进而实现负压保护控制，以保障电池保护电路和/或充电器60的使用寿命。
在一实施例中，负压钳位电路50为ESD保护电路，ESD保护电路包括ESD控制开关管Q51，ESD控制开关管Q51上设有寄生二极管D51。
其中，ESD保护电路是用于实现对电源供电端VDD和接地端VSS之间的电路进行静电保护的电路。本示例中，ESD保护电路上设有ESD控制开关管Q51，ESD控制开关管Q51的两端分别与电源供电端VDD和接地端VSS相连；且ESD控制开关管Q51上设有寄生二极管D51，可在电池保护电路与电池反接，即在电源供电端VDD出现负压时，寄生二极管D51可将电源供电端VDD的电压钳位在负压钳位电压(如-0.6V)这一特定的钳位电压，以便负压检测电路40可根据该负压钳位电压，形成负压控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，进而实现负压保护控制，以保障电池保护电路和/或充电器60的使用寿命。
在一实施例中，负压检测电路40包括负压切换支路和负压控制支路；
负压切换支路，与电源供电端VDD、接地端VSS、第一衬底切换开关管Q11的源极和第二衬底切换开关管Q12的栅极相连，用于形成第一负压保护信号，根据第一负压保护信号控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断；
负压控制支路，与电源供电端VDD、接地端VSS、电路连接端VM、低压输入供电端VSUB和充放电控制开关管Q10的栅极相连，用于形成第二负压保护信号，根据第二负压保护信号控制充放电控制开关管Q10的导通或关断。
作为一示例，负压检测电路40中设有用于控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断的负压切换支路。该负压切换支路的输入端与电源供电端VDD和接地端VSS相连，用于在检测到负电压时，形成第一负压保护信号，以控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，从而在出现负电压时，切断流经第一衬底切换开关管Q11的寄生二极管D11和第二衬底切换开关管Q12的寄生二极管D12的电流路径，以避免寄生二极管由于过热而烧毁，从而保障电池保护电路和/或充电器60的使用寿命。。
作为一示例，负压检测电路40中设有用于控制充放电控制开关管Q10的导通或关断的负压控制支路。该负压控制支路的输入端与电源供电端VDD、接地端VSS、电路连接端VM和低压输入供电端VSUB相连，输出端与充放电控制开关管Q10的栅极相连，用于在检测到负电压时，形成第二负压保护信号，以控制充放电控制开关管Q10关断，从而切断充放电控制开关管Q10与第一衬底切换开关管Q11的寄生二极管D11和/或第二衬底切换开关管Q12的寄生二极管D12之间形成的电流路径，以避免寄生二极管由于过热而烧毁从而保障电池保护电路和/或充电器60的使用寿命。
在一实施例中，如图4所示，负压切换支路包括第一控制开关管Q41、第二控制开关管Q42和第三控制开关管Q43；第一控制开关管Q41的栅极与电源供电端VDD相连，第一控制开关管Q41的源极与接地端VSS相连，第一控制开关管Q41的漏极与第二控制开关管Q42的栅极和第三控制开关管Q43的栅极相连，第二控制开关管Q42的源极与低压输入供电端VSUB相连，第三控制开关管Q43的源极与电源供电端VDD相连，第二控制开关管Q42的漏极和第三控制开关管Q43的漏极之间的连接节点与第一衬底切换开关管Q11的栅极相连，第一控制开关管Q41的漏极与第二衬底切换开关管Q12的栅极相连。
本示例中，第一控制开关管Q41和第三控制开关管Q43可以为PMOS管，第二控制开关管Q42可以为NMOS管。在电池保护电路与电池反接时，电源供电端VDD的电压被钳位在负压钳位电压(如-0.6V)这一特定的钳位电压，第一控制开关管Q41的漏极与第二衬底切换开关管Q12的栅极相连，则第一控制开关管Q41的漏极电压Sel_b为第二衬底切换开关管Q12的栅极电压，可控制第二衬底切换开关管Q12导通。第一控制开关管Q41的Vgs＝-0.6V，第一控制开关管Q41导通，第一控制开关管Q41的漏极电压被上拉到接地端VSS的电压；相应地，第三控制开关管Q43的Vgs＝0.6V，第三控制开关管Q43导通；第二控制开关管Q42的Vgs>1V，第二控制开关管Q42的导通；此时，第二控制开关管Q42的漏极和第三控制开关管Q43的漏极之间的连接节点的电压为Sel_a，与Sel_a与低压输入供电端VSUB的电压相同，可使第一衬底切换开关管Q11的栅极电压与低压输入供电端VSUB相连，使得第一衬底切换开关管Q11关断，从而切断在反向连接时的电流路径，以起到保护电池保护电路和/或充电器60的目的。
在一实施例中，如图5所示，负压控制支路包括第四控制开关管Q44、第五控制开关管Q45、第一限流电阻R41、第六控制开关管Q46、第七控制开关管Q47和第八控制开关管Q48；第四控制开关管Q44的栅极和第五控制开关管Q45的栅极均与接地端VSS相连，第四控制开关管Q44的源极与电路连接端VM相连，第五控制开关管Q45的源极与电源供电端VDD相连，第四控制开关管Q44的漏极通过第一限流电阻R41与第五控制开关管Q45的漏极相连，第五控制开关管Q45的漏极与第一限流电阻R41之间的连接节点与第六控制开关管Q46的栅极相连，第六控制开关管Q46的的源极与电源供电端VDD相连，第六控制开关管Q46的漏极与第七控制开关管Q47的栅极和第八控制开关管Q48的栅极相连，第七控制开关管Q47的源极与低压输入供电端VSUB相连，第八控制开关管Q48的源极与电源供电端VDD相连，第七控制开关管Q47的漏极和第八控制开关管Q48的漏极之间的连接节点与充放电控制开关管Q10的栅极相连。
本示例中，第五控制开关管Q45、第六控制开关管Q46和第八控制开关管Q48可以为PMOS管，第四控制开关管Q44和第七控制开关管Q47可以为NMOS管。
如图5所示，在电池保护电路与电池正常连接时，第五控制开关管Q45导通，第四控制开关管Q44和第六控制开关管Q46关断，负压检测电路40不影响栅极控制电路20对充放电控制开关管Q10的控制。在电池保护电路与电池反向连接时，电源供电端VDD＝-0.6V，第五控制开关管Q45关断，第四控制开关管Q44和第六控制开关管Q46导通，第八控制开关管Q48关断，第七控制开关管Q47导通，此时，充放电控制开关管Q10的栅极电压SW等于低压输入供电端VSUB的电压，即充放电控制开关管Q10的栅极电压等于充放电控制开关管Q10的第二连接端的电压，使得充放电控制开关管Q10关断，从而实现在电池保护电路与电池反向连接时，负压检测电路40可控制充放电控制开关管Q10关断。
如图4和图5可知，在电池保护电路与电池反向连接时，负压检测电路40可控制充放电控制开关管Q10和第一衬底切换开关管Q11关断，且第二衬底切换开关管Q12导通时，从而切断电池电流流向寄生二极管D12的电流路径，或者切断电池电流流向寄生二极管D12和寄生二极管D61的电流路径，从而实现负压检测保护的目的，保障电池保护电路的使用寿命，或者保障电池保护电路和充电器60的使用寿命。
在一实施例中，充放电保护电路10包括逻辑控制电路11、过放保护电路12、过充保护电路13和过流保护电路14；过放保护电路12的输入端与电源供电端VDD相连，输出端与逻辑控制电路11相连；过充保护电路13的输入端与电源供电端VDD相连，输出端与逻辑控制电路11相连；过流保护电路14，输入端与充放电控制开关管Q10的第二连接端相连，输出端与逻辑控制电路11相连；逻辑控制电路11的输出端与栅极控制电路20和衬底切换电路30相连，用于根据过放保护电路12、过充保护电路13和过流保护电路14的输入信号，形成第一控制信号和第二控制信号。
作为一示例，过放保护电路12的输入端与电源供电端VDD相连，输出端与逻辑控制电路11相连，用于采集电源供电端VDD的实测电压，将实测电压与过放电压阈值进行比较；若实测电压大于过放电压阈值，则认定电池存在过放情况，形成第一过放检测信号；若实测电压不大于过放电压阈值，则认定电池不存在过放情况，形成第二过放检测信号；将第一过放检测信号或者第二过放检测信号发送给逻辑控制电路11，以使逻辑控制电路11根据第一过放检测信号或者第二过放检测信号，形成第一控制信号和第二控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断。
作为一示例，过充保护电路13的输入端与电源供电端VDD相连，输出端与逻辑控制电路11相连，用于采集电源供电端VDD的实测电压，将实测电压与过充电压阈值进行比较；若实测电压大于过充电压阈值，则认定电池存在过充情况，形成第一过充检测信号；若实测电压不大于过充电压阈值，则认定电池不存在过充情况，形成第二过充检测信号；将第一过充检测信号或者第二过充检测信号发送给逻辑控制电路11，以使逻辑控制电路11根据第一过充检测信号或者第二过充检测信号，形成第一控制信号和第二控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断。
作为一示例，过流保护电路14，输入端与充放电控制开关管Q10的第二连接端相连，输出端与逻辑控制电路11相连，用于采集流经充放电控制开关管Q10的第二连接端的实测电流，将实测电流与预设电流阈值进行比较；若实测电流大于预设电流阈值，则认定电池存在充放电过流情况，形成第一过流检测信号；若实测电流不大于预设电流阈值，则认定电池不存在充放电过流情况，形成第二过流检测信号；再将第一过流检测信号或者第二过流检测信号发送给逻辑控制电路11，以使逻辑控制电路11根据第一过流检测信号或者第二过流检测信号，形成第一控制信号和第二控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断。
在一实施例中，还提供一种电池保护芯片，如图1-图3所示，电池保护芯片包括上述实施例中的电池保护电路。上述电池保护电路中，衬底切换电路30可根据充放电保护电路10输出的第二控制信号，控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，以实现衬底切换；负压检测电路40可进行负压检测，以形成负压控制信号，以根据负压控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，可在电池保护电路反向连接时，切断电池电流流经电池保护电路和/或充电器60中的寄生二极管或者其他元器件，而导致寄生二极管或者其他元器件过热而烧毁的情况发生，从而保障电池保护电路和/或充电器60的使用寿命。
在一实施例中，提供一种电池系统，如图2和图3所示，电池系统包括电池和上述实施例中的电池保护芯片，电池的正极用于与电源供电端VDD相连，电池的负极用于与接地端VSS相连。
本示例中，电池保护芯片上的电池保护电路与电源供电端VDD和接地端VSS相连。在电池系统中的电池与电池保护芯片正常连接时，电池的正极与电源供电端VDD相连，电池的负极与接地端VSS相连，电池保护电路10可实时检测电池是否存在过放、过充和过流等情况，在存在过放、过充和过流中的任一个时，可控制充放电控制开关管Q10关断，以实现过放保护、过充保护和过流保护；在不存在过放、过充和过流等情况时，可控制10导通，以实现充放电控制。在电池系统中的电池与电池保护芯片反向连接时，电池的正极与接地端VSS相连，电池的负极与电源供电端VDD相连，负压检测电路40进行负压检测形成负压控制信号，控制充放电控制开关管Q10、第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，可在电池保护电路反向连接时，切断电池电流流经电池保护电路和/或充电器60中的寄生二极管或者其他元器件，而导致寄生二极管或者其他元器件过热而烧毁的情况发生，从而保障电池保护电路和/或充电器60的使用寿命。衬底切换电路30可根据充放电保护电路10输出的第二控制信号，控制第一衬底切换开关管Q11和第二衬底切换开关管Q12的导通或关断，以实现衬底切换。
在一实施例中，电池系统还包括滤波电路，滤波电路包括滤波电阻R61和滤波电容C61；滤波电阻R61的一端与电池的正极相连，另一端与电源供电端VDD相连；滤波电容C61的一端与滤波电阻R61和电源供电端VDD之间的连接节点相连，另一端与接地端VSS相连。
本示例中，滤波电阻R61与滤波电容C61配合，可实现对电池的正极流出的电池电流进行滤波处理；由于滤波电阻R61的一端设置在电池的正极与电源供电端VDD之间，即设置在电池的正极与充放电保护电路10之间，在电池保护电路与电池正常连接时，可在电池与充放电保护电路10所形成的电流路径上起到限流作用，以避免电流路径上的电流过大而烧毁部分元器件，从而影响电池保护电路的使用寿命，或者影响电池保护电路及充电器60的使用寿命。
在一实施例中，电池系统还包括第二限流电阻，第二限流电阻的一端与电池的正极相连，另一端与电源供电端VDD相连；第二限流电阻设置在电池保护芯片上，或者设置在电池保护芯片外。
本示例中，由于限流电池的一端设置在电池的正极与电源供电端VDD之间，即设置在电池的正极与充放电保护电路10之间，在电池保护电路与电池正常连接时，可在电池与充放电保护电路10所形成的电流路径上起到限流作用，以避免电流路径上的电流过大而烧毁部分元器件，从而影响电池保护电路的使用寿命，或者影响电池保护电路及充电器60的使用寿命。可理解地，该第二限流电阻可设置在电池保护芯片上，也可以设置在电池保护芯片外，可根据实际需求设置。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池保护电路，包括充放电控制开关管、充放电保护电路、栅极控制电路和衬底切换电路；所述充放电控制开关管的栅极与所述栅极控制电路相连，所述充放电控制开关管的第一连接端与接地端相连，所述充放电控制开关管的第二连接端与电路连接端相连；所述充放电保护电路的输入端与电源供电端和所述充放电控制开关管的第二连接端相连，输出端与所述栅极控制电路和衬底切换电路相连，用于输出第一控制信号和第二控制信号；所述栅极控制电路的输入端与所述充放电保护电路相连，输出端与所述充放电控制开关管的栅极相连，用于根据所述第一控制信号，控制所述充放电控制开关管的导通或关断；其特征在于，所述电池保护电路还包括第一衬底切换开关管、第二衬底切换开关管和负压检测电路；
所述衬底切换电路的输入端与所述充放电保护电路相连，第一输出端通过所述第一衬底切换开关管与所述充放电控制开关管的衬底相连，第二输出端通过所述第二衬底切换开关管与所述充放电控制开关管的衬底相连，用于根据所述第二控制信号，控制所述第一衬底切换开关管和所述第二衬底切换开关管的导通或关断；
所述负压检测电路的输入端与所述电源供电端和所述接地端相连，输出端与所述充放电控制开关管、所述第一衬底切换开关管和所述第二衬底切换开关管相连，用于进行负压检测，形成负压控制信号，控制所述充放电控制开关管、所述第一衬底切换开关管和所述第二衬底切换开关管的导通或关断。
2.如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述电池保护电路还包括负压钳位电路，所述负压钳位电路的一端与所述电源供电端相连，另一端与所述接地端相连，用于在所述电源供电端出现负压时，使所述负压检测电路检测到负压钳位电压，形成负压控制信号。
3.如权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述负压钳位电路为ESD保护电路，所述ESD保护电路包括ESD控制开关管，所述ESD控制开关管上设有寄生二极管，用于在所述电源供电端出现负压时，使所述负压检测电路检测到负压钳位电压，形成负压控制信号。
4.如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述负压检测电路包括负压切换支路和负压控制支路；
所述负压切换支路，与所述电源供电端、所述接地端、所述第一衬底切换开关管的源极和所述第二衬底切换开关管的栅极相连，用于形成第一负压保护信号，根据所述第一负压保护信号控制所述第一衬底切换开关管和所述第二衬底切换开关管的导通或关断；
所述负压控制支路，与所述电源供电端、所述接地端、所述电路连接端、所述低压输入供电端和所述充放电控制开关管的栅极相连，用于形成第二负压保护信号，根据所述第二负压保护信号控制所述充放电控制开关管的导通或关断。
5.如权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述负压切换支路包括第一控制开关管、第二控制开关管和第三控制开关管；所述第一控制开关管的栅极与所述电源供电端相连，所述第一控制开关管的源极与所述接地端相连，所述第一控制开关管的漏极与所述第二控制开关管的栅极和所述第三控制开关管的栅极相连，所述第二控制开关管的源极与低压输入供电端相连，所述第三控制开关管的源极与所述电源供电端相连，所述第二控制开关管的漏极和所述第三控制开关管的漏极之间的连接节点与第一衬底切换开关管的栅极相连，第一控制开关管的漏极与第二衬底切换开关管的栅极相连。
6.如权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述负压控制支路包括第四控制开关管、第五控制开关管、第一限流电阻、第六控制开关管、第七控制开关管和第八控制开关管；所述第四控制开关管的栅极和所述第五控制开关管的栅极均与所述接地端相连，所述第四控制开关管的源极与电路连接端相连，所述第五控制开关管的源极与所述电源供电端相连，所述第四控制开关管的漏极通过所述第一限流电阻与所述第五控制开关管的漏极相连，所述第五控制开关管的漏极与所述第一限流电阻之间的连接节点与所述第六控制开关管的栅极相连，所述第六控制开关管的的源极与所述电源供电端相连，所述第六控制开关管的漏极与所述第七控制开关管的栅极和所述第八控制开关管的栅极相连，所述第七控制开关管的源极与低压输入供电端相连，所述第八控制开关管的源极与所述电源供电端相连，所述第七控制开关管的漏极和所述第八控制开关管的漏极之间的连接节点与所述充放电控制开关管的栅极相连。
7.一种电池保护芯片，其特征在于，还包括权利要求1-6任一项所述电池保护电路。
8.一种电池系统，包括电池和权利要求7所述电池保护芯片，所述电池的正极与所述电池保护电路的输入端相连，所述电池的负极与所述接地端相连。
9.如权利要求8所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括滤波电路，所述滤波电路包括滤波电阻和滤波电容；所述滤波电阻的一端与所述电池的正极相连，另一端与所述电池保护电路的输入端相连；所述滤波电容的一端与所述滤波电阻和所述电池保护电路的输入端之间的连接节点相连，另一端与接地端相连。
10.如权利要求8所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括第二限流电阻，所述第二限流电阻的一端与所述电池的正极相连，另一端与所述电池保护电路的输入端相连；所述第二限流电阻设置在所述电池保护芯片上，或者设置在所述电池保护芯片外。
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