CN114498567A - 电池保护芯片、其短路重试保护控制电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池保护芯片、其短路重试保护控制电路和方法，该电路包括：短路保护控制模块，用以在电池保护芯片触发短路保护的情况下产生控制信号，并在控制信号有效时控制开启短路重试；延时模块，与短路保护控制模块连接，用以在反馈信号和控制信号均有效时基于基础时钟信号进行计时，并在计时值达到第一阈值时输出关闭信号，以控制短路保护控制模块关闭或输出无效的控制信号，其中，在短路重试开启后，功率管及饱和恒流源模块输出有反馈信号，且反馈信号有效时表征外部短路状态仍存在。本发明能够在短路保护开启后，有效的避免瞬间大电流对承压功率管的冲击，以及在提供短路重试保护的同时，提高了电池使用效率且减少了能量损失。

Description

电池保护芯片、其短路重试保护控制电路和方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池保护芯片、其短路重试保护控制电路和方法。

背景技术

在含有短路重试功能的锂电池保护芯片中，当短路保护触发后，芯片会间隔一定时间，重新开启放电路径中的功率管，检测短路状态(包括放电过流、负载短路等造成的短路状态)是否存在，若在检测的时间段内，短路状态仍在，则关闭环路，间隔一定时间后，再次重新开启，如此往复。或重试固定次数，短路状态仍未移除，则彻底关断芯片，或重试无限次，直至电池放电至欠压状态，电路锁死。

以上短路重试电路存在缺点在于：首先，在双电池包(其中每个电池包均包括电池和电池保护芯片)充电单元串联的错误连接下，某一单元中的功率管承压为双电池的电压之和，若不加条件判断的重试，开启该功率管，将导致承压较大的功率晶体管瞬间流过较大电流，导致该功率管烧毁；其次，单电池包电源短路状态未移除的情况下，开启环路中的功率管，在开启过程中会有瞬间较大的短路电流流过未完全开启的功率管，频繁冲击对功率管会造成一定的损伤，且检测时间内较大的短路放电电流对电池包中电池能量的消耗也存在一定程度的浪费。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电池保护芯片、其短路重试保护控制电路和方法，能够在短路保护开启后，有效的避免瞬间大电流对承压功率管的冲击，以及在提供短路重试保护的同时，提高了电池使用效率且节约了能量。

一方面，根据本发明提供的一种电池保护芯片的短路重试保护控制电路，包括：短路保护控制模块，用以在所述电池保护芯片触发短路保护的情况下产生控制信号，并在所述控制信号有效时控制所述电池保护芯片中的功率管及饱和恒流源模块导通以开启短路重试；延时模块，与所述短路保护控制模块连接，接收基础时钟信号、反馈信号和所述控制信号，用以在所述反馈信号和所述控制信号均有效时基于所述基础时钟信号进行计时，并在计时值达到第一阈值时输出关闭信号，所述关闭信号用以控制所述短路保护控制模块关闭或输出无效的所述控制信号，其中，在短路重试开启后，所述功率管及饱和恒流源模块输出有所述反馈信号，且所述反馈信号有效时表征外部短路状态仍存在。

可选地，所述短路重试保护控制电路还包括：反接判断模块，分别与电池保护芯片的电池正极管脚和电池保护芯片的充电器负极管脚连接，用以实时检测电池保护芯片的电池正极管脚与电池保护芯片的充电器负极管脚间的相对电压，并根据检测结果产生异常指示信号输出至所述短路保护控制模块，其中，当所述异常指示信号指示当前存在异常时，控制所述短路保护控制模块关闭或输出无效的所述控制信号。

可选地，所述延时模块包括：逻辑非门，输入端接收所述控制信号；逻辑或非门，第一输入端与所述逻辑非门的输出端连接，所述逻辑或非门的第二输入端接收所述反馈信号；串联的多个D触发器，每个D触发器的时钟端均接收所述基础时钟信号，每个D触发器的复位端均与所述逻辑或非门的输出端连接，以及所述多个D触发器中的第一个D触发器的输入端接收所述控制信号，所述多个D触发器中的最后一个D触发器的输出端输出所述关闭信号。

可选地，所述延时模块包括：逻辑门电路，第一输入端接收所述控制信号，第二输入端接收所述反馈信号，输出端输出使能信号；第一计时器，使能端与所述逻辑门电路的输出端连接以接收所述使能信号，所述第一计时器用以在所述使能信号有效时开始计时，并在当所述计时值达到第一阈值时于所述第一计时器的输出端输出所述关闭信号。

可选地，所述反馈信号有效时的电平状态与所述控制信号有效时的电平状态相反。

可选地，所述短路重试保护控制电路还包括：第二计时器，分别与所述延时模块和所述短路保护控制模块连接，接收所述关闭信号，用以在接收到所述关闭信号后开始计时，并在计时值达到第二阈值时输出开启信号，所述开启信号用以控制所述短路保护控制模块输出有效的所述控制信号。

可选地，所述反接判断模块包括：第一晶体管，源极通过第二电阻接收所述电池正极管脚电压，栅极通过第一电阻接收所述充电器负极管脚电压；电流镜单元，第一电流支路连接于偏置电流输入端与电池保护芯片的电池负极管脚之间，第二电流支路连接于所述第一晶体管的漏极与电池保护芯片的电池负极管脚之间；反相器，所述反相器的输入端与所述第一晶体管的漏极连接，所述反相器的输出端输出所述异常指示信号。

可选地，所述电流镜单元包括：第二晶体管，所述第二晶体管的漏极通过第三电阻与所述第二晶体管的栅极连接，以接收偏置电流；第三晶体管，所述第三晶体管的栅极与所述第二晶体管的栅极连接，所述第三晶体管的漏极与所述第一晶体管的漏极连接；第四晶体管，所述第四晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极连接，所述第四晶体管的栅极通过所述第三电阻接收所述偏置电流，所述第四晶体管的源极与电池保护芯片的电池负极管脚连接；第五晶体管，所述第五晶体管的漏极与所述第三晶体管的源极连接，所述第五晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极连接，所述第五晶体管的源极与电池保护芯片的电池负极管脚连接。

可选地，所述第一晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管均为NMOS晶体管。

可选地，所述反接判断模块还包括：保护单元，连接与所述第一晶体管的栅极与所述第一晶体管的源极之间，用以对所述第一晶体管的栅源电压进行钳位。

可选地，所述保护单元包括：依次串联连接的第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管和第九晶体管，所述第六晶体管的漏极与所述第一晶体管的栅极连接，所述第九晶体管的源极与所述第一晶体管的源极连接，以及所述第六晶体管的栅极与所述第六晶体管的漏极连接，所述第七晶体管的栅极与所述第七晶体管的漏极连接，所述第八晶体管的栅极与所述第八晶体管的漏极连接，所述第九晶体管的栅极与所述第九晶体管的漏极连接，其中，第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管和第九晶体管均为NMOS晶体管。

另一方面，根据本发明提供的一种电池保护芯片，包括：功率管；如上述的电池保护芯片的短路重试保护控制电路，与所述功率管的栅极连接；以及饱和恒流源，与所述功率管连接。

再一方面，根据本发明提供的一种电池保护芯片的短路重试保护控制方法，包括：所述短路重试保护控制方法可应用于如上述的电池保护芯片的短路重试保护控制电路，该方法包括：在所述电池保护芯片触发短路保护的情况下，开启短路重试；在短路重试开启后检测外部短路情况，当检测到外部短路状态仍存在的情况下开始计时，并在计时值达到第一阈值时中止短路重试。

可选地，在计时值达到第一阈值时中止短路重试之后还包括：开始计时，并在计时值达到第二阈值时开启短路重试。

可选地，开启短路重试之前还包括：检测电池保护芯片的电池正极管脚与电池保护芯片的充电器负极管脚间的相对电压，判断是否存在异常；仅在检测到无异常存在时，开启短路重试。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种电池保护芯片、其短路重试保护控制电路和方法，在芯片开启短路重试后，由延时模块基于反馈信号对外部短路状态进行反馈检测，当检测到外部短路状态仍存在即反馈信号有效时进行计时，如此可以判断外部短路状态存在的时间，进而可以在外部短路状态短时间内未移除，即计时值达到阈值后控制短路保护控制模块关闭或输出无效的控制信号，实现了对短路重试时间的控制，进而避免了较长检测时间内较大的短路放电电流对电池能量的消耗浪费，保证了能量的节约，在提供短路重试保护的同时，提高了电池的使用效率。同时，开启短路重试包括控制功率管导通和饱和恒流源开启，进而可以在功率管导通的情况下限制流过功率管的电流，避免了瞬间大电流对承压功率管的冲击。

另一方面，对于多个电池包(其中每个电池包均包括电池和电池保护芯片)串联连接的结构，通过检测电池保护芯片的电池正极管脚与充电器负极管脚间的相对电压，可以在检测到电池包串联错误或充电器反接的情况下不开启短路重启，有效的避免了出现在该情况下功率管瞬间流过较大电流而导致该功率管烧毁的现象。

采用串联的多个D触发器的结构实现延时模块的计时功能，电路连接结构简单，成本低。

采用第一计时器实现延时模块的计时功能，可以灵活的调节计时时间，适用性广。

设置第二计时器在短路重试关闭后计时，并一定时间后触发再次开启短路重试，可以提高短路重试的智能化，有助于电池保护芯片及时向电池再次提供保护。

在反接判断模块中设置保护单元，可以实现对反接判断模块中第一晶体管栅源电压的钳位，避免在充电器负极管脚电压很低时第一晶体管的栅源电压过大而影响晶体管的导通。

应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本公开实施例提供的电池保护芯片的短路重试保护控制电路的结构示意图；

图2a和图2b分别示出根据本公开不同实施例提供的电池保护芯片的短路重试保护控制电路中延时模块的结构示意图；

图3示出根据本公开实施例提供的电池保护芯片的短路重试保护控制电路中反接判断模块的结构示意图；

图4示出根据本公开实施例提供的电池保护芯片的短路重试保护控制方法的流程框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

图1示出根据本公开实施例提供的电池保护芯片的短路重试保护控制电路的结构示意图，图2a和图2b分别示出根据本公开不同实施例提供的电池保护芯片的短路重试保护控制电路中延时模块的结构示意图，图3示出根据本公开实施例提供的电池保护芯片的短路重试保护控制电路中反接判断模块的结构示意图。

如图1所示，本实施例中，电池保护芯片的短路重试保护控制电路(后续简称为短路重试保护控制电路)100包括：短路保护控制模块110和延时模块120。

其中，短路保护控制模块110与电池保护芯片中的功率管及饱和恒流源模块200连接，用以在电池保护芯片触发短路保护的情况下产生控制信号Dry_h，并在控制信号Dry_h有效时控制功率管及饱和恒流源模块200导通以开启短路重试。

需要说明的是，功率管及饱和恒流源模块200为包括功率管和饱和恒流源在内的多个器件和/或功能单元的统称，本文中仅为便于描述而存在，其不应作为对本公开的限制。

在如外部负载发生短路、电池放电过流等造成短路，电池保护芯片触发对电池的短路保护的情况下，芯片(对应电池保护芯片)的充放电路径中的功率管被关闭，当芯片开启短路重试后，短路保护控制模块110产生控制信号Dry_h，并在控制信号Dry_h有效时(如为高电平有效)时控制芯片放电路径中的功率管导通以检测当前时刻外部短路状态是否仍然存在。同时，该有效的控制信号Dry_h也会控制饱和恒流源启动以对流经功率管的电流进行限流，以免在功率管开启过程中瞬间较大的短路电流流过未完全开启的功率管对功率管会造成损伤。而当控制信号Dry_h无效时(如为低电平无效)，功率管会继续处于被关断状态(短路保护触发的情况下)。可以理解的是，在短路保护控制模块110的输出端与功率管栅极之间还可设置有如驱动电路或数模转换电路，以对更好的实现控制信号Dry_h对功率管的驱动。

进一步地，在芯片触发短路保护，且短路保护控制模块110输出有效的控制信号Dry_h开启短路重试的情况下，功率管及饱和恒流源模块200可根据此状态下功率管的驱动电压幅值判断外部短路状态的存在情况，并根据判断结果输出有相应的反馈信号Dry_d。其中，该反馈信号Dry_d有效时，表征外部短路状态仍存在。

本实施例中，在短路重试开启时，电路保护控制模块110输出的控制信号Dry_h为高电平，开启功率管，若此时外部的短路状态未移除，在饱和恒流源的作用下，功率管会镜像恒流结构中的饱和电流，此时功率管的栅端电压为中间电平态，输出的反馈信号Dry_d为低电平，并维持。也即是说，反馈信号Dry_d有效时的电平状态与控制信号Dry_h有效时的电平状态相反。例如：反馈信号Dry_d有效时的电平状态为低电平状态，控制信号Dry_h有效时的电平状态为高电平状态。

延时模块120与短路保护控制模块110连接，接收基础时钟信号clk、反馈信号Dry_d和控制信号Dry_h，用以在反馈信号Dry_d和控制信号Dry_h均有效时基于基础时钟信号clk进行计时，并在计时值达到第一阈值时输出关闭信号Hload_latch。关闭信号Hload_latch用以控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h。

参考图2a，在本公开第一实施例中，延时模块120包括：逻辑非门U1、逻辑或非门U2和串联的多个D触发器。其中，逻辑非门U1的输入端接收控制信号Dry_h；逻辑或非门U2的第一输入端与逻辑非门U1的输出端连接，逻辑或非门U2的第二输入端接收反馈信号Dry_d；串联的多个D触发器中每个D触发器的时钟端均接收基础时钟信号clk，每个D触发器的复位端均与逻辑或非门U2的输出端连接，以及多个D触发器中的第一个D触发器的输入端接收控制信号Dry_h，多个D触发器中的最后一个D触发器的输出端输出关闭信号Hload_latch。

示例性的，以延时模块120中包括串联的两个D触发器(即第一D触发器U3和第二D触发器U4)、且第一阈值等于两个clk时钟周期为例进行说明。在短路重试开启时，电路保护控制模块110输出的控制信号Dry_h为高电平，若此时外部短路状态仍存在，即反馈信号Dry_d为低电平。进而，逻辑非门U1的输出端输出低电平信号，逻辑或非门U2的输出端输出高电平信号至第一D触发器U3和第二D触发器U4的复位端，进而触发第一D触发器U3和第二D触发器U4正常工作，第一D触发器U3和第二D触发器U4基于基础时钟信号clk和高电平的控制信号Dry_h开始计时。在计时两个clk时钟周期后，由第二D触发器U4输出高电平的关闭信号Hload_latch，指示经过两个时钟周期后当前外部短路状态仍存在即仍处于大负载状态，进而由关闭信号Hload_latch控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h。此种延时模块结构的电路连接关系简单，成本低。

若在此期间内外部短路状态已移除，则反馈信号Dry_d变为高电平。进而，逻辑或非门U2的输出端输出低电平信号，使得第一D触发器U3和第二D触发器U4持续输出低电平信号，指示在两个时钟周期内外部短路状态已移除，进而短路保护控制模块110可继续输出有效的控制信号Dry_h，控制功率管导通，电池保护芯片恢复正常运行状态。

可以理解的是，在该第一实施例所描述的延时模块结构中，延时链中D触发器的数量、以及基础时钟信号的周期均可根据实际延时需求及负载状态进行选择，实现不同的延时时长。

参考图2b，在本公开第二实施例中，延时模块120包括：逻辑门电路121和第一计时器122。其中，逻辑门电路121的第一输入端接收控制信号Dry_h，逻辑门电路121的第二输入端接收反馈信号Dry_d，输出端输出使能信号；第一计时器122的使能端与逻辑门电路121的输出端连接以接收使能信号，第一计时器122用以在使能信号有效时开始计时，并在当计时值达到第一阈值时于第一计时器122的输出端输出关闭信号Hload_latch。此种延时模块结构可以灵活的调节计时时间，适用性广。

在短路重试开启时，电路保护控制模块110输出的控制信号Dry_h为高电平，若此时外部短路状态仍存在，即反馈信号Dry_d为低电平。逻辑门电路121对控制信号Dry_h和反馈信号Dry_d经过一定的逻辑转换后，输出可以使第一计时器122开始计时的使能信号，通过设置第一阈值(第一阈值可调)，在第一计时器122的计时值达到该第一阈值后输出高电平的关闭信号Hload_latch，指示经过两个时钟周期后当前为外部短路状态仍存在即仍处于大负载状态，进而由关闭信号Hload_latch控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h。

若在此期间内外部短路状态已移除，则反馈信号Dry_d变为高电平。进而，逻辑门电路121对此时的控制信号Dry_h和反馈信号Dry_d经过一定的逻辑转换后，输出可以使第一计时器122停止计时的使能信号，进而第一计时器122输出低电平信号，指示在两个时钟周期内外部短路状态已移除，进而短路保护控制模块110可继续输出有效的控制信号Dry_h，控制功率管导通，电池保护芯片恢复正常运行状态。

可以理解的是，在该第二实施例所描述的延时模块结构中，逻辑门电路121的具体连接连接可有多种结构，只要其输出的使能信号可以配合第一计时器122实现上述功能即可，本发明对比此不做限定。

综上，本公开在芯片开启短路重试后，通过延时模块基于反馈信号对外部短路状态进行反馈检测，当检测到外部短路状态仍存在即反馈信号有效时进行计时，如此可以判断外部短路状态存在的时间，进而可以在外部短路状态短时间内未移除，即计时值达到阈值后控制短路保护控制模块关闭或输出无效的控制信号，实现了对短路重试时间的控制，进而避免了较长检测时间内较大的短路放电电流对电池能量的消耗浪费，保证了能量的节约，在提供短路重试保护的同时，提高了电池的使用效率。

需要说明的是，在本公开的其它实施例中，延时模块120还可以为其它的电路结构，如基于软件控制的结构形式等，只要可以实现对短路重试时间的控制即可。

进一步地，短路重试保护控制电路100还包括：第二计时器。该第二计时器分别与延时模块120和短路保护控制模块110连接，接收关闭信号Hload_latch，用以在接收到高电平的关闭信号Hload_latch后开始计时，并在计时值达到第二阈值时输出开启信号，该开启信号用以控制短路保护控制模块110输出有效的控制信号Dry_h。

当延时模块120输出高电平的关闭信号Hload_latch控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h后，第二计时器基于关闭信号Hload_latch开始计时，当计时值达到第二阈值后触发再次开启短路重试，即在外部短路状态存在的时间内，间隔的进行短路重试，以实现短路重试的自动化，以能够在外部短路状态移除后更快的恢复电池保护芯片的正常工作，提高对电池保护的可靠性。

进一步地，短路重试保护控制电路100还包括：反接判断模块130。反接判断模块130分别与电池保护芯片的电池正极管脚(电池保护芯片的电池正极管脚与电池的正极端连接，本文中简称电池正极管脚)和电池保护芯片的充电器负极管脚(电池保护芯片的充电器负极管脚与充电器的负极端连接，本文中简称充电器负极管脚)连接，用以实时检测电池保护芯片的电池正极管脚与充电器负极管脚间的相对电压，并根据检测结果产生异常指示信号Dis_scpretry输出至短路保护控制模块110。其中，当异常指示信号Dis_scpretry指示当前存在异常(如外部充电器反接或多个电池包错误串联)时，控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h。需要说明的是，通过增加反接判断模块，可以在需要多个电池包(其中每个电池包均包括有电池和电池保护芯片)串联的应用场景下，判断该多个电池包是否发生串联错误，或发生充电器反接的情况，进而在发生诸如此类情况时，触发禁止短路重试以避免对电池包造成损伤。以及本申请中，如将电池保护芯片的电池正极管脚电压(本文中简称电池正极管脚电压)记为BYPS，将充电器负极管脚电压(本文中简称充电器负极管脚电压)记为PCKN，以及当发生多个电池包串联错误或充电器反接的情况时，电池保护芯片的充电器负极管脚电压PCKN会高于芯片的电池正极管脚电压BYPS。

参考图3，反接判断模块130包括：第一晶体管Mp1、电流镜单元131和反相器U5。其中，第一晶体管Mp1的源极通过第二电阻R2接收电池正极管脚电压BYPS，第一晶体管Mp1的栅极通过第一电阻R1接收充电器负极管脚电压PCKN；电流镜单元131的第一电流支路连接于偏置电流Ibias输入端与电池保护芯片的电池负极管脚BATN之间，电流镜单元131的第二电流支路连接于第一晶体管Mp1的漏极与电池保护芯片的电池负极管脚BATN之间；反相器U5的输入端与第一晶体管Mp1的漏极连接，反相器U5的输出端输出异常指示信号Dis_scpretry。

本公开中，反接判断模块主要为实现对多个串联电池包或充电器的反接判断，因此可以理解的是，本公开中的反接判断模块包括但不限于上述的连接结构，在本公开的其它实施例中，还可采用其它常见的用于实现反接判断的电路结构，只要可以实现与本公开中相同或相似的功能的，均应在本公开的保护范围之内。

进一步地，电流镜单元131包括第二至第五晶体管Mn1-Mn4(第二晶体管Mn1和第四晶体管Mn3位于电流镜单元131的第一电流支路，第三晶体管Mn2和第五晶体管Mn4位于电流镜单元131的第二电流支路)。其中，第二晶体管Mn1的漏极通过第三电阻R3与第二晶体管Mn1的栅极连接，以接收偏置电流Ibias；第三晶体管Mn2的栅极与第二晶体管Mn1的栅极连接，第三晶体管Mn2的漏极与第一晶体管Mp1的漏极连接；第四晶体管Mn3的漏极与第二晶体管Mn1的源极连接，第四晶体管Mn3的栅极通过第三电阻R3接收偏置电流Ibias，第四晶体管Mn3的源极与电池保护芯片的电池负极管脚BATN连接；第五晶体管Mn4的漏极与第三晶体管Mn2的源极连接，第五晶体管Mn4的栅极与第四晶体管Mn3的栅极连接，第五晶体管Mn4的源极与电池保护芯片的电池负极管脚BATN连接。其中，第一晶体管Mp1为PMOS晶体管，第二晶体管Mn1、第三晶体管Mn2、第四晶体管Mn3和第五晶体管Mn4均为NMOS晶体管。

当外部充电器反接或多个电池包错误串联，且在主传输功率管关闭的状态下，PCKN的电位比BYPS电位高，高出电压约为反接的充电器电压或串联的多个电池包中除当前电池包外其余串联的电池包中多节电池的电压和。此时，当充电器负极管脚电压PCKN高于电池正极管脚电压BYPS且高出电压大于第一晶体管Mp1的导通阈值电压时，第一晶体管Mp1导通，反相器U5的输入端电位被上拉，进而输出低电平的指示信号Dis_scpretry，指示当前为充电器反接或多个电池包串联错误的异常状态，控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h，中止短路重试，直至外部异常状态解除。

当充电器负极管脚电压PCKN低于电池正极管脚电压BYPS时，第一晶体管Mp1关断，在电流镜单元131的作用下，第三晶体管Mn2和第五晶体管Mn4将反相器U5输入端电位被下拉至地电位，进而输出高电平的指示信号Dis_scpretry，指示当前无异常状态，进而短路保护控制模块110基于前述描述正常进行短路重试。如此，可以在多电池包串联且发生串联错误时，避免功率管承受过大的电流而导致该功率管烧毁。

在本公开中，电流镜单元131中为包括两组电流镜串联(第二晶体管Mn1和第三晶体管Mn2组成第一组电流镜结构，第四晶体管Mn3和第五晶体管Mn4组成第二组电流镜结构)的结构，但可以理解的是，在本公开的其它实施例中，电流镜单元131也可以为仅包含一组电流镜的结构，或包含三组或三组以上电流镜串联的结构，本发明对此不做限定。

进一步地，反接判断模块130还包括：保护单元132。保护单元132连接与第一晶体管Mp1的栅极与第一晶体管Mp1的源极之间，用以对所述第一晶体管的栅源电压进行钳位。具体地，保护单元132包括：依次串联连接的第六晶体管Mn5、第七晶体管Mn6、第八晶体管Mn7和第九晶体管Mn8。第六晶体管Mn5的漏极与第一晶体管Mp1的栅极连接，第九晶体管Mn8的源极与第一晶体管Mp1的源极连接，以及第六晶体管Mn5的栅极与第六晶体管Mn5的漏极连接，第七晶体管Mn6的栅极与第七晶体管Mn6的漏极连接，第八晶体管Mn7的栅极与第八晶体管Mn7的漏极连接，第九晶体管Mn8的栅极与第九晶体管Mn8的漏极连接。其中，第六晶体管Mn5、第七晶体管Mn6、第八晶体管Mn7和第九晶体管Mn8均为NMOS晶体管。

可以理解的是，保护单元的电路结构包括但不限于上述的连接结构，只要可以实现对第一晶体管的栅源电压的钳位保护且常见的保护电路，均应在本发明的保护范围之内。

基于上述连接结构，第六晶体管Mn5、第七晶体管Mn6、第八晶体管Mn7和第九晶体管Mn8可等效看作依次串联连接的多个二极管，在充电器负极管脚电压PCKN很低时，第六晶体管Mn5、第七晶体管Mn6、第八晶体管Mn7和第九晶体管Mn8导通，使得第一晶体管Mp1的栅源电压不会超过该四个管子的偏压，进而实现对第一晶体管Mp1的栅源电压的钳位，避免在充电器负极管脚电压很低时第一晶体管的栅源电压过大而影响晶体管的导通。

可以理解的是，在本公开的其它实施例中还可基于比较器芯片或比较器芯片与反相器的组合结构对充电器负极管脚电压PCKN和电池正极管脚电压BYPS的比较进行异常判断。

图4示出根据本公开实施例提供的电池保护芯片的短路重试保护控制方法的流程框图。

如图4所示，本实施例中，电池保护芯片的短路重试保护控制方法可应用于如图1至图3中所描述的短路重试保护控制电路100。具体的，该方法包括执行步骤S1至步骤S2。

参考图1至图3，在步骤S1中，在电池保护芯片触发短路保护的情况下，开启短路重试。

在如外部用电设备发生短路电池保护芯片触发对电池的短路保护的情况下，通过短路保护控制模块110输出有效的控制信号Dry_h(如为高电平有效)，控制功率管及饱和恒流源模块200导通/启动以开启短路重试。

进一步地，对于多个电池包(其中每个电池包均包括电池和电池保护芯片)串联连接的结构，开启短路重试之前还包括：检测电池保护芯片的电池正极管脚和电池保护芯片的充电器负极管脚的相对电压，判断是否存在异常；仅在检测到无异常存在时，开启短路重试。

具体地，通过反接判断检测模块130检测电池保护芯片的充电器负极管脚电压PCKN与电池保护芯片的电池正极管脚电压BYPS之间的大小关系，在检测到充电器负极管脚电压PCKN高于电池正极管脚电压BYPS时判定当前存在异常，此时输出第一电平状态(如为低电平状态)的异常指示信号Dis_scpretry至短路保护控制模块110，控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h，不进行短路重试，直至该异常状态解除。在检测到充电器负极管脚电压PCKN低于电池正极管脚电压BYPS时判定当前无异常存在，此时输出第二电平状态(如为高电平状态)的异常指示信号Dis_scpretry至短路保护控制模块110，允许开启短路重试。如此，避免在多电池包串联且发生串联错误时功率管承受过大的电流而导致该功率管烧毁。

在步骤S2中，在短路重试开启后检测外部短路情况，当检测到外部短路状态仍存在的情况下开始计时，并在计时值达到第一阈值时中止短路重试。

在芯片触发短路保护，且短路保护控制模块110输出有效的控制信号Dry_h开启短路重试的情况下，功率管及饱和恒流源模块200可根据此状态下功率管的驱动电压幅值判断外部短路状态的存在情况，并根据判断结果输出有相应的反馈信号Dry_d。

当反馈信号Dry_d为表征外部短路状态仍存在的电平状态时(如为低电平状态)，通过延时模块120基于基础时钟信号clk进行计时，在计时值达到第一阈值时输出关闭信号Hload_latch，以控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h。如此可以判断外部短路状态存在的时间，实现对短路重试时间的控制，进而避免较长检测时间内较大的短路放电电流对电池能量的消耗浪费，保证了能量的节约，在提供短路重试保护的同时，提高了电池的使用效率。

进一步地，在步骤S2之后，还包括：开始计时，并在计时值达到第二阈值时开启短路重试。当延时模块120输出高电平的关闭信号Hload_latch控制短路保护控制模块110关闭或输出无效的控制信号Dry_h后，可通过第二计时器基于关闭信号Hload_latch开始计时，当计时值达到第二阈值后触发再次开启短路重试，即在外部短路状态存在的时间内，间隔的进行短路重试，以实现短路重试的自动化，以能够在外部短路状态移除后更快的恢复电池保护芯片的正常工作，提高对电池保护的可靠性。

基于同一发明构思，本公开还涉及一种电池保护芯片，该电池保护芯片包括：功率管，用以控制电池与充电器之间的电连接路径的通断；如图1至图3中所描述的电池保护芯片的短路保护重试控制电路，与所述功率管的栅极连接，用以根据反馈信号及电路异常情况输出控制信号，并在控制信号有效时控制所述功率管导通以开启短路重试；饱和恒流源，与功率管连接，用以在短路状态存在的情况下，限制流过功率管的电流。其中，反馈信号为由功率管和饱和恒流源在根据短路状态存在的情况下功率管的驱动电压幅值情况产生的信号，用以表征外部短路状态是否仍存在。

综上，本公开在芯片开启短路重试后，由延时模块基于反馈信号对外部短路状态进行反馈检测，当检测到外部短路状态仍存在即反馈信号有效时进行计时，如此可以判断外部短路状态存在的时间，进而可以在外部短路状态短时间内未移除，即计时值达到阈值后控制短路保护控制模块关闭或输出无效的控制信号，实现了对短路重试时间的控制，进而避免了较长检测时间内较大的短路放电电流对电池能量的消耗浪费，保证了能量的节约，在提供短路重试保护的同时，提高了电池的使用效率。同时，开启短路重试包括控制功率管导通和饱和恒流源开启，进而可以在功率管导通的情况下限制流过功率管的电流，避免了瞬间大电流对承压功率管的冲击。

另一方面，对于多个电池包(其中每个电池包均包括电池和电池保护芯片)串联连接的结构，通过检测电池正极管脚电压和充电器负极管脚电压，可以在检测到电池包串联错误或充电器反接的情况下不开启短路重启，有效的避免了出现在该情况下功率管瞬间流过较大电流而导致该功率管烧毁的现象。

应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种电池保护芯片的短路重试保护控制电路，其中，包括：

短路保护控制模块，用以在所述电池保护芯片触发短路保护的情况下产生控制信号，并在所述控制信号有效时控制所述电池保护芯片中的功率管及饱和恒流源模块导通以开启短路重试；

延时模块，与所述短路保护控制模块连接，接收基础时钟信号、反馈信号和所述控制信号，用以在所述反馈信号和所述控制信号均有效时基于所述基础时钟信号进行计时，并在计时值达到第一阈值时输出关闭信号，所述关闭信号用以控制所述短路保护控制模块关闭或输出无效的所述控制信号，

其中，在短路重试开启后，所述功率管及饱和恒流源模块输出有所述反馈信号，且所述反馈信号有效时表征外部短路状态仍存在。

2.根据权利要求1所述的短路重试保护控制电路，其中，所述短路重试保护控制电路还包括：

反接判断模块，分别与电池保护芯片的电池正极管脚和电池保护芯片的充电器负极管脚连接，用以实时检测电池保护芯片的电池正极管脚与电池保护芯片的充电器负极管脚间的相对电压，并根据检测结果产生异常指示信号输出至所述短路保护控制模块，

其中，当所述异常指示信号指示当前存在异常时，控制所述短路保护控制模块关闭或输出无效的所述控制信号。

3.根据权利要求1所述的短路重试保护控制电路，其中，所述延时模块包括：

逻辑非门，输入端接收所述控制信号；

逻辑或非门，第一输入端与所述逻辑非门的输出端连接，所述逻辑或非门的第二输入端接收所述反馈信号；

串联的多个D触发器，每个D触发器的时钟端均接收所述基础时钟信号，每个D触发器的复位端均与所述逻辑或非门的输出端连接，以及所述多个D触发器中的第一个D触发器的输入端接收所述控制信号，所述多个D触发器中的最后一个D触发器的输出端输出所述关闭信号。

4.根据权利要求1所述的短路重试保护控制电路，其中，所述延时模块包括：

逻辑门电路，第一输入端接收所述控制信号，第二输入端接收所述反馈信号，输出端输出使能信号；

第一计时器，使能端与所述逻辑门电路的输出端连接以接收所述使能信号，所述第一计时器用以在所述使能信号有效时开始计时，并在当所述计时值达到第一阈值时于所述第一计时器的输出端输出所述关闭信号。

5.根据权利要求3和4中任一项所述的短路重试保护控制电路，其中，所述反馈信号有效时的电平状态与所述控制信号有效时的电平状态相反。

6.根据权利要求3和4中任一项所述的短路重试保护控制电路，其中，所述短路重试保护控制电路还包括：

第二计时器，分别与所述延时模块和所述短路保护控制模块连接，接收所述关闭信号，用以在接收到所述关闭信号后开始计时，并在计时值达到第二阈值时输出开启信号，所述开启信号用以控制所述短路保护控制模块输出有效的所述控制信号。

7.根据权利要求2所述的短路重试保护控制电路，其中，所述反接判断模块包括：

第一晶体管，源极通过第二电阻接收所述电池正极管脚电压，栅极通过第一电阻接收所述充电器负极管脚电压；

电流镜单元，第一电流支路连接于偏置电流输入端与电池保护芯片的电池负极管脚之间，第二电流支路连接于所述第一晶体管的漏极与电池保护芯片的电池负极管脚之间；

反相器，所述反相器的输入端与所述第一晶体管的漏极连接，所述反相器的输出端输出所述异常指示信号。

8.根据权利要求7所述的短路重试保护控制电路，其中，所述电流镜单元包括：

第二晶体管，所述第二晶体管的漏极通过第三电阻与所述第二晶体管的栅极连接，以接收偏置电流；

第三晶体管，所述第三晶体管的栅极与所述第二晶体管的栅极连接，所述第三晶体管的漏极与所述第一晶体管的漏极连接；

第四晶体管，所述第四晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极连接，所述第四晶体管的栅极通过所述第三电阻接收所述偏置电流，所述第四晶体管的源极与电池保护芯片的电池负极管脚连接；

第五晶体管，所述第五晶体管的漏极与所述第三晶体管的源极连接，所述第五晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极连接，所述第五晶体管的源极与电池保护芯片的电池负极管脚连接。

9.根据权利要求8所述的短路重试保护控制电路，其中，所述第一晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管均为NMOS晶体管。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的短路重试保护控制电路，其中，所述反接判断模块还包括：

保护单元，连接与所述第一晶体管的栅极与所述第一晶体管的源极之间，用以对所述第一晶体管的栅源电压进行钳位。

11.根据权利要求10所述的短路重试保护控制电路，其中，所述保护单元包括：

依次串联连接的第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管和第九晶体管，所述第六晶体管的漏极与所述第一晶体管的栅极连接，所述第九晶体管的源极与所述第一晶体管的源极连接，以及所述第六晶体管的栅极与所述第六晶体管的漏极连接，所述第七晶体管的栅极与所述第七晶体管的漏极连接，所述第八晶体管的栅极与所述第八晶体管的漏极连接，所述第九晶体管的栅极与所述第九晶体管的漏极连接，

其中，所述第六晶体管、所述第七晶体管、所述第八晶体管和所述第九晶体管均为NMOS晶体管。

12.一种电池保护芯片，其中，包括：

功率管；

如权利要求1-11中任一项所述的电池保护芯片的短路重试保护控制电路，与所述功率管的栅极连接；以及

饱和恒流源，与所述功率管连接。

13.一种电池保护芯片的短路重试保护控制方法，其中，所述短路重试保护控制方法可应用于如权利要求1-11中任一项所述的电池保护芯片的短路重试保护控制电路，该方法包括：

在所述电池保护芯片触发短路保护的情况下，开启短路重试；

在短路重试开启后检测外部短路情况，当检测到外部短路状态仍存在的情况下开始计时，并在计时值达到第一阈值时中止短路重试。

14.根据权利要求13所述的短路重试保护控制方法，其中，在计时值达到第一阈值时中止短路重试之后还包括：

开始计时，并在计时值达到第二阈值时开启短路重试。

15.根据权利要求13所述的短路重试保护控制方法，其中，开启短路重试之前还包括：

检测电池保护芯片的电池正极管脚与电池保护芯片的充电器负极管脚间的相对电压，判断是否存在异常；

仅在检测到无异常存在时，开启短路重试。

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