CN115313551A - 电池充电保护芯片和电池装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电池充电保护芯片和电池装置，电池充电保护芯片包括：放电过流检测电路、放电短路检测电路、充电器反接检测单元、充电器正接检测单元、充电器反接保护及恢复判断单元、控制电路和功率开关管。通过充电器反接检测单元和充电器正接检测单元输出反接检测信号和正接检测信号给充电器反接保护及恢复判断单元，充电器反接保护及恢复判断单元根据反接检测信号和正接检测信号确定充电器反接时，输出反接保护信号给控制电路，控制电路根据反接保护信号控制功率开关管关断，并将功率开关管的衬底保持与对外接地端子连接，进行充电器反接保护，解决了目前电池保护芯片中没有反接保护功能的问题。

Description

电池充电保护芯片和电池装置

技术领域

本申请涉及电池充电技术领域，特别是涉及一种电池充电保护芯片和电池装置。

背景技术

随着锂电池使用越来越广，所面临的使用环境也越来越复杂，在锂电池充放电使用中，需要锂电池保护芯片提供充电过压、充电过流、放电过压、放电过流及放电短路等各种基本保护功能，才能保证锂电池的使用安全。除了上述基本保护功能以外，我们还需要提供一些更加周全的保护。

传统的电池保护芯片中没有提供单独的充电器反接保护功能，这样存在由于用户误操作造成充电器反接而导致损害电池及电池保护芯片本身的可能性。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可实现充电器反接保护的电池充电保护芯片和电池装置。

一种电池充电保护芯片，包括放电过流检测电路、放电短路检测电路、充电器反接检测单元、充电器正接检测单元、充电器反接保护及恢复判断单元、控制电路和功率开关管；

所述充电器反接检测单元连接所述放电过流检测电路和所述放电短路检测电路，所述充电器反接检测单元还连接所述充电器反接保护及恢复判断单元，所述充电器反接保护及恢复判断单元连接所述控制电路和所述充电器正接检测单元；所述放电过流检测电路、所述放电短路检测电路和所述充电器正接检测单元均连接电池充电保护芯片的对外检测端子，所述控制电路连接所述功率开关管的控制端和衬底，所述功率开关管的第一端连接所述对外检测端子，所述功率开关管的第二端连接电池充电保护芯片的对外接地端子；

所述放电过流检测电路用于根据所述对外检测端子的电压检测到放电过流时，输出过流检测信号至所述充电器反接检测单元；

所述放电短路检测电路用于根据所述对外检测端子的电压检测到放电短路时，输出放电短路信号至所述充电器反接检测单元；

所述充电器反接检测单元用于在接收到所述过流检测信号或所述短路检测信号时，根据所述对外检测端子的电压进行充电器反接检测，输出反接检测信号至所述充电器反接保护及恢复判断单元；

所述充电器正接检测单元用于根据所述对外检测端子的电压进行充电器正接检测，输出正接检测信号至所述充电器反接保护及恢复判断单元；

所述充电器反接保护及恢复判断单元用于根据所述反接保护信号和所述正接检测信号确定充电器反接时，输出反接保护信号至所述控制电路；

所述控制电路根据所述反接保护信号控制所述功率开关管关断，并将所述功率开关管的衬底保持与所述对外接地端子连接。

在其中一个实施例中，所述充电器反接检测单元包括信号处理电路与反接检测电路，所述信号处理电路连接所述反接检测电路，所述信号处理电路连接所述放电过流检测电路和所述放电短路检测电路，所述反接检测电路连接所述充电器反接保护及恢复判断单元。

在其中一个实施例中，所述反接检测电路包括电流偏置电路和比较输出电路，所述电流偏置电路连接所述信号处理电路和所述比较输出电路，所述比较输出电路连接所述充电器反接保护及恢复判断单元。

在其中一个实施例中，所述电流偏置电路包括开关管M4、开关管M5、开关管M6、开关管M7和开关管M8，所述开关管M4的第一端接地，所述开关管M4的第二端连接所述信号处理电路，所述开关管M4的控制端连接所述开关管M4的第二端、所述开关管M5的控制端、所述开关管M6的控制端和所述开关管M7的控制端，所述开关管M5的第一端接地，所述开关管M5的第二端与所述比较输出电路连接；所述开关管M6的第一端接地，所述开关管M6的第二端连接所述开关管M8的第一端，所述开关管M8的第二端连接所述开关管M5的第二端，所述开关管M8的控制端与所述比较输出电路连接；所述开关管M7的第一端接地，所述开关管M7的第二端与所述比较输出电路连接。

在其中一个实施例中，所述比较输出电路包括开关管M2、开关管M3、反相器I1、反相器I2、反相器I3、电阻R2、电阻R3和电容C1，所述开关管M2的第一端通过所述电阻R2连接所述对外检测端子，所述开关管M2的控制端通过所述电阻R3连接所述对外供电端子，所述开关管M2的第二端连接所述开关管M5的第二端；所述开关管M3的控制端连接所述开关管M2的第二端，所述开关管M3的第一端连接所述对外供电端子，所述开关管M3的第二端连接所述开关管M7的第二端以及所述反相器I1的输入端，所述反相器I1的输出端连接所述反相器I2的输入端，所述反相器I2的输出端连接所述开关管M8的控制端和所述反相器I3的输入端，所述反相器I3的输出端连接所述充电器反接保护及恢复判断单元；所述电容C1一端连接所述开关管M3的第一端，所述电容另一端连接所述开关管M3的第二端。

在其中一个实施例中，所述充电器正接检测单元包括电阻R4、电阻R5、开关管M9、开关管M10、开关管M11、开关管M12、反相器I4、反相器I5、反相器I6、反相器I7和电容C2，所述电阻R4的一端连接所述对外检测端子，另一端连接所述开关管M9的控制端、所述开关管M10的控制端以及所述开关管M11的控制端；所述开关管M9的第一端连接所述对外供电端子，所述开关管M9的第二端连接所述开关管M10的第二端，所述开关管M10的第一端连接所述开关管M11的第二端以及所述开关管M12的第二端，所述开关管M11的第一端以及所述开关管M12的第一端连接所述对外接地端子；所述反相器I4的输入端连接所述开关管M9的第二端，所述反相器I4的输出端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述反相器I5的输入端，所述反相器I5的输出端连接所述反相器I6的输入端，所述反相器I6的输出端连接所述开关管M12的控制端和所述反相器I7的输入端，所述反相器I7的输出端连接所述充电器反接保护及恢复判断单元；所述电容C2的一端连接所述反相器I5的输入端，另一端连接所述对外接地端子。

在其中一个实施例中，还包括上拉开关管和上拉电阻，所述充电器反接保护及恢复判断单元连接所述上拉开关管的控制端，所述上拉开关管的第一端连接电池充电保护芯片的供电端，所述上拉开关管的第二端通过所述上拉电阻连接所述对外检测端子；

所述充电器反接保护及恢复判断单元还用于确定充电器反接时，控制所述上拉开关管导通，将所述对外检测端子的电压上拉；所述控制电路还用于在接收到所述反接保护信号后控制反接保护信号进入休眠模式。

在其中一个实施例中，所述功率开关管和所述上拉开关管均为MOS管。

在其中一个实施例中，所述充电器反接保护及恢复判断单元包括二输入或非门电路I8、三输入或非门电路I9和反相器I10，所述二输入或非门电路I8的第一输入端连接所述充电器反接检测单元，所述二输入或非门电路I8的第二输入端连接所述三输入或非门电路I9的输出端，所述二输入或非门电路I8的输出端连接所述三输入或非门电路I9的第一输入端，所述三输入或非门电路I9的第二输入端连接所述充电器正接检测单元，所述三输入或非门电路I9的第三输入端连接上电复位端子，所述三输入或非门电路I9的输出端连接所述控制电路以及所述反相器I10的输入端，所述反相器I10的输出端连接所述上拉开关管的控制端。

在其中一个实施例中，提供一种电池装置，包括电池和上述电池充电保护芯片。

上述电池充电保护芯片与电池装置，通过充电器反接检测单元和充电器正接检测单元输出正接检测信号和反接检测信号给充电器反接保护及恢复判断单元，充电器反接保护及恢复判断单元根据反接检测信号和正接检测信号确定充电器反接时，输出反接保护信号给控制电路，控制电路根据反接保护信号控制功率开关管关断，并将功率开关管的衬底保持与对外接地端子连接，进行充电器反接保护，解决了目前电池保护芯片中没有反接保护功能的问题。

附图说明

图1为一个实施例中充电器正接时电池装置示意图；

图2为一个实施例中充电器反接时电池装置及充电器内部芯片结构示意图；

图3为一个实施例中电池充电保护芯片电路结构框图；

图4为一个实施例中充电器反接检测单元的电路示意图；

图5为一个实施例中充电器正接检测单元的电路示意图；

图6为一个实施例中充电器反接保护及恢复判断单元的电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如背景技术所述，随着锂电池使用越来越广，所面临的使用环境也越来越复杂，在锂电池充放电使用中，需要锂电池保护芯片提供充电过压、充电过流、放电过压、放电过流及放电短路等各种基本保护功能，才能保证锂电池的使用安全。但是，在用户使用过程中，当发现充电器反接不能充电以后本能地会多次拔插充电器，从而造成反复多次触发放电短路的情形。通常情况下，充电器反接时的放电电流会比一般的放电短路电流更大，多次反复触发给锂电池保护芯片内部功率开关管带来的损害更大，尤其是和控制器集成在同一晶圆上的功率开关管，其可靠性会大大降低。传统的电池保护芯片中没有提供单独的充电器反接保护功能，这样存在由于用户误操作造成充电器反接而导致损害电池及电池保护芯片本身的可能性。传统的电池保护芯片中没有提供单独的充电器反接保护功能，这样存在由于用户误操作造成充电器反接而导致损害电池及电池保护芯片本身的可能性。

如图1所示，当充电器正接时，电池包的P+端和充电器的正端相连，电池包的P-端和充电器的负端相连。电池包的P+端同时也接电池的正极，并且通过滤波以后接电池保护芯片的对外供电端子VDD。电池包的P-端同时也到芯片的对外检测端子VM，并且通过内部功率管开关管接电池保护芯片的对外接地端子GND及电池的负极。

如图2所示，当充电器反接时，电池包的P+端和充电器的负端相连，电池包的P-端和充电器的正端相连。充电器反接以后从对外检测端子VM看到的电压为Vbat-Vdiode1，其中Vbat为电池电压，Vdiode1为充电芯片内部寄生二极管的正向导通压降。对外检测端子VM的电压将在功率开关管产生很大的放电电流，电池保护芯片需要通过放电短路保护或者放电过流保护功能将功率开关管关闭，从而避免电池保护芯片及电池损害。

在一个实施例中，如图3所示，提供一种电池充电保护芯片100，包括放电过流检测电路110、放电短路检测电路120、充电器反接检测单元130、充电器正接检测单元140、充电器反接保护及恢复判断单元150、控制电路160和功率开关管Q0。充电器反接检测单元130连接放电过流检测电路110和放电短路检测电路120，充电器反接检测单元130还连接充电器反接保护及恢复判断单元150，充电器反接保护及恢复判断单元150连接控制电路160和充电器正接检测单元140；放电过流检测电路110、放电短路检测电路120和充电器正接检测单元140均连接电池充电保护芯片的对外检测端子VM，控制电路160连接功率开关管Q0的控制端和衬底，功率开关管Q0的第一端连接对外检测端子VM，功率开关管Q0的第二端连接电池充电保护芯片的对外接地端子GND。

放电过流检测电路110用于根据对外检测端子VM的电压检测到放电过流时，输出过流检测信号至充电器反接检测单元130；放电短路检测电路120用于根据对外检测端子VM的电压检测到放电短路时，输出放电短路信号至充电器反接检测单元130。充电器反接检测单元130用于在接收到过流检测信号或短路检测信号时，根据对外检测端子VM的电压进行充电器反接检测，输出反接检测信号至充电器反接保护及恢复判断单元150。充电器正接检测单元140用于根据对外检测端子VM的电压进行充电器正接检测，输出正接检测信号至充电器反接保护及恢复判断单元150；充电器反接保护及恢复判断单元150用于根据反接保护信号和正接检测信号确定充电器反接时，输出反接保护信号至控制电路160；控制电路160根据反接保护信号控制功率开关管Q0关断，并将功率开关管Q0的衬底保持与对外接地端子GND连接。其中，功率开关管Q0的类型并不唯一，可以是三极管或MOS管，本实施例中，功率开关管Q0为N沟道MOS管，栅极作为控制端，源极作为第一端，漏极作为第二端。

其中，电池充电保护芯片100在实现反接保护功能时，是通过检测放电过流检测电路110和放电短路检测电路120输出的信号，用来触发充电器反接检测单元130工作。具体地，放电过流检测电路110的第一输入端连接对外检测端子VM，放电过流检测电路110的第二端接收放电过流检测参考电压VREF_DOC，放电过流检测电路110的输出端连接充电器反接检测单元130。放电短路检测电路120的第一输入端连接对外检测端子VM，放电短路检测电路120的第二端接收放电短路检测参考电压VREF_SHORT，放电短路检测电路120的输出端连接充电器反接检测单元130。

可以理解，放电过流检测电路110和放电短路检测电路120的具体类型并不唯一，本实施例中，放电过流检测电路110和放电短路检测电路120均采用放大器，放大器的同相输入端作为第一输入端，放大器的反向输入端作为第二输入端。

具体地，当电池工作在放电阶段，电流方向是从对外检测端子VM到对外接地端子GND，因此对外检测端子VM会有一个相对于外接地端子GND为正的电压，其大小为Idischarge*Ron，当对外检测端子VM电压大于放电过流检测参考电压VREF_DOC并经过放电过流延迟时间Tdoc后，放电过流检测电路110输出高电平DOC，即判断为发生放电过流；当对外检测端子VM电压大于放电短路检测参考电压VREF_SHORT并经过放电短路延迟时间Tshort后，放电短路检测电路120输出高电平SHORT，即判断为发生放电短路。需要说明的是，VREF_DOC和VREF_SHORT的关系是VREF_DOC<VREF_SHORT，Tdoc和Tshort的关系是Tdoc>Tshort，即放电过流参考电压小于放电短路参考电压，但放电过流延迟时间大于放电短路延迟时间。

当充电器反接以后，对外检测端子VM电压为VDD-Vdiode1，大于放电过流检测参考电压VREF_DOC和放电短路检测参考电压VREF_SHORT，经过Tdoc和Tshort延时以后，放电过流检测电路110和放电短路检测电路120都会输出高电平。充电器反接检测单元130在接收到放电过流检测电路110或者放电短路检测电路120输出的高电平信号后，对充电器反接状态进行判断，当判断是充电器反接引发的放电过流或者放电短路时，产生高电平信号输出到充电器反接保护及恢复判断单元150。

同时，在充电器发生反接时，充电器正接保护单元140也会对对外检测端子VM电压进行判断，对外检测端子VM电压大于检测阈值Vcr1时，判断充电器是反接的并输出低电平到充电器反接保护及恢复判断单元150。

反接时，充电器反接保护及恢复判断单元150同时接收充电器反接检测单元130输出的高电平信号和充电器正接检测单元140输出的低电平信号后输出高电平，作为反接保护信号发送到控制电路160。控制电路160在接收到反接保护信号后输出低电平到功率开关管Q0的控制端，控制功率开关管Q0关断。

进一步地，控制电路160还连接放电过流检测电路110和放电短路检测电路120的输出端，控制电路160根据放电过流信号、放电短路信号以及反接保护信号进行逻辑运算，例如，在确定发生放电过流或放电短路时，若接收到反接保护信号则输出低电平到功率开关管Q0的控制端将其关断，避免了反接时过大的放电电流对芯片的损害。

进一步地，控制电路160包括逻辑驱动电路和切换电路，逻辑驱动电路连接放电过流检测电路110、放电短路检测电路120、充电器反接保护及恢复判断单元150、切换电路以及功率开关管Q0的控制端，切换电路连接开关管Q0的衬底、对外接地端子GND和对外检测端子VM。逻辑驱动电路在确定发生放电过流或放电短路时，若接收到反接保护信号，则输出低电平到功率开关管Q0的控制端将其关断。进一步，逻辑驱动电路还会输出控制信号给切换电路，切换电路在接收到逻辑驱动电路的控制信号后控制开关管Q0的衬底接对外接地端子GND。需要说明的是，功率开关管Q0的衬底默认是接对外接地端子GND的，即默认是存在寄生二极管充电路径而不存在寄生二极管放电路径的，只有当发生充电过压及充电过流时，才会将衬底接到对外检测端子VM，这样是不存在寄生二极管充电路径而存在寄生二极管放电路径。

具体地，当充电器反接以后，对外检测端子VM电压为VDD-Vdiode1，大于放电过流检测参考电压VREF_DOC和放电短路检测参考电压VREF_SHORT，经过Tdoc和Tshort延时以后，放电过流检测电路110和放电短路检测电路120都会输出高电平，二者只要有一个为高电平就使得控制电路160输出低电平到功率开关管Q0的控制端将其关断，充电器和电池断开。由于没有发生充电过压或者充电过流，功率开关管Q0的衬底将继续接在对外接地端子GND端，从而只存在充电路径而不存在放电路径。此时，由于充电器的特性，在没有连接电池的情况下，充电器正负端之间的压差为4.2V左右。由于在充电器反接并且功率开关端Q0关断时，其负端接的是电池的正极，这样在对外检测端子VM的电压是电池电压Vbat和充电器电压Vcharger二者叠加之和，即Vbat+Vcharger。接着，充电器反接检测单元130使能以后会对对外供电端子VDD的电压和对外检测端子VM的电压进行比较，对外供电端子VDD接电池正极，其电压就等于Vbat，而此时对外检测端子VM电压为Vbat+Vcharger，大于Vbat电压，将判断为充电器反接，充电器反接检测单元130输出高电平。同时，由于对外检测端子VM电压为Vbat+Vcharger，该值没有小于充电器正接检测电压阈值Vcr1，因此，充电器正接检测单元140将输出低电平。充电器反接保护及恢复单元150接收到来自充电器反接判断单元130的高电平信号以及来自充电器正接判断单元140的低电平信号后，会输出高电平信号到控制电路160。控制电路160在接收到来自充电器反接保护及恢复单元150的高电平以后，输出低电平到功率开关管Q0的控制端将其关断，由于没有发生充电过压或者充电过流，功率开关管Q0的衬底将继续接在对外接地端子GND，从而只存在充电路径而不存在放电路径。

在一个实施例中，电池充电保护芯片100还包括上拉开关管M1和上拉电阻R1。上拉开关管M1的控制端连接充电器反接保护及恢复判断单元150，上拉开关管M1的第一端连接对外供电端子VDD，上拉开关管M1的第二端连接上拉电阻R1的一端，上拉电阻R1的另一端连接对外检测端子VM。充电器反接保护及恢复判断单元150还用于确定充电器反接时，控制上拉开关管M1导通，将对外检测端子VM的电压上拉；控制电路160还用于在接收到反接保护信号后控制电池充电保护芯片100进入休眠模式。

具体地，在接收充电器反接保护及恢复判断单元150接收到来自充电器反接判断单元130的高电平以及来自充电器正接判断单元140的低电平后，还会输出低电平到上拉开关管M1的控制端。上拉开关管M1的控制端接收充电器反接保护及恢复判断单元150在反接时输出的低电平后，上拉开关管M1导通，通过上拉电阻R1将对外检测端子VM的电压上拉到对外供电端子VDD的电压。其中，上拉开关管M1的类型并不唯一，可以是三极管或MOS管，本实施例中，上拉开关管M1为P沟道MOS管，栅极作为控制端，源极作为第一端，漏极作为第二端。

控制电路160在接收到来自充电器反接保护及恢复单元150的高电平信号以后还会控制整个电池充电保护芯片100进入到休眠模式，进入休眠模式以后，放电过流检测电路110、放电短路检测电路120、充电器反接检测单元130都将被关闭，三者的输出将全部变为低。充电器正接检测单元140由没有静态功耗的电路实现而本身不会有功耗，可以一直工作而输出低电平。充电器反接保护及恢复判断单元150带有锁存功能，在进入到休眠模式以后，充电器反接检测单元130和充电器正接检测单元140都是低电平，将继续维持休眠模式状态，即保持功率开关管Q0关闭、功率管衬底接对外接地端子GND、对外检测端子VM被上拉开关管M1上拉到对外供电端子VDD的电压。此后，唯一能将此状态解除的条件是充电器正接检测电路140输出高电平，即检测到充电器正接。因此多次反接也不会使功率开关管Q0重新打开，从而避免由于充电器频繁反接造成功率管开关管Q0连续多次受到大电流的冲击而损坏。

对应的，当检测到充电器正确接入后，即充电器的正、负极分别接电池包的P+、P-极，充电器的强下拉能力远大于上拉开关管M1的弱上拉能力，对外检测端子VM的电压将被下拉至低于充电器正接检测阈值电压Vcr1，充电器正接检测单元140输出高电平信号。此时，充电器正接检测单元140输出高电平信号、充电器反接检测单元130维持输出低电平信号，充电器反接保护及恢复判断单元150在接收到该两个信号以后，将输出高电平到上拉开关管M1，其控制端不再对对外检测端子VM进行上拉。同时，充电器反接保护及恢复判断单元150也会输出低电平信号到控制电路160，进而使控制电路160输出高电平信号到功率开关管Q0的控制端将其打开，通过功率管开关管Q0对电池进行充电。

在一个实施例中，充电器反接检测单元130包括信号处理电路与反接检测电路，信号处理电路连接反接检测电路，信号处理电路连接放电过流检测电路110和放电短路检测电路120，反接检测电路连接充电器反接保护及恢复判断单元140。其中，信号处理电路可以是根据接收到的放电过流检测信号与放电短路检测信号确定发生放电过流或放电短路时，输出控制指令至反接检测电路，控制反接检测电路进行反接检测；信号处理电路也可以是根据接收到的放电过流检测信号与放电短路检测信号确定发生放电过流或放电短路时，对反接检测电路供电，从而使反接检测电路开始工作进行反接检测。

进一步地，在一个实施例中，如图4所示，反接检测电路包括电流偏置电路131与比较输出电路132，电流偏置电路131连接信号处理电路和比较输出电路132，比较输出电路132连接充电器反接保护及恢复判断单元150。信号处理电路用于将接收到的放电过流检测信号与放电短路检测信号进行逻辑运算产生一个控制信号来控制一个电源的开关。其中信号处理电路的结构并不唯一，只要能接受放电过流检测信号与放电短路检测信号并进行逻辑运算输出控制信号，控制电源的开关即可，本实施例中，选用二输入或门接受放电过流检测信号与放电短路检测信号，在检测到放电过流检测电路110和放电短路检测电路120中至少有一个输出高电平时，控制电源给电流偏置电路131提供电流IB。电流偏置电路131用于接收电源提供的能量，从而为充电器反接检测单元130提供一个电流源。

可以理解，电流偏置电路131与比较输出电路132的具体结构并不唯一，在一个实施例中，电流偏置电路131包括：开关管M4、开关管M5、开关管M6、开关管M7和开关管M8，开关管M4的第一端接地，开关管M4的第二端用于连接信号处理电路，接收电流IB，开关管M4的控制端连接开关管M4的第二端、开关管M5的控制端、开关管M6的控制端和开关管M7的控制端，开关管M5的第一端接地，开关管M5的第二端与比较输出电路132连接；开关管M6的第一端接地，开关管M6的第二端连接开关管M8的第一端，开关管M8的第二端连接开关管M5的第二端，开关管M8的控制端与比较输出电路132连接；开关管M7的第一端接地，开关管M7的第二端与比较输出电路132连接。

进一步地，继续参照图4，比较输出电路132包括：开关管M2、开关管M3、反相器I1、反相器I2、反相器I3、电阻R2、电阻R3和电容C1，开关管M2的第一端通过电阻R2连接对外检测端子VM，开关管M2的控制端通过电阻R3连接对外供电端子VDD，开关管M2的第二端连接开关管M5的第二端；开关管M3的控制端连接开关管M2的第二端，开关管M3的第一端连接对外供电端子VDD，开关管M3的第二端连接开关管M7的第二端以及反相器I1的输入端，反相器I1的输出端连接反相器I2的输入端，反相器I2的输出端连接开关管M8的控制端和反相器I3的输入端，反相器I3的输出端连接充电器反接保护及恢复判断单元150；电容C1一端连接开关管M3的第一端，电容C1另一端连接开关管M3的第二端。

开关管M4、开关管M5、开关管M6、开关管M7构成偏置电流镜，为电路提供偏置电流源，每一支路的电流大小与电流IB成比例，其比例关系等于开关管M5、开关管M6、开关管M7与开关管M4之间的宽长比之比。开关管M8为受控开关，用于控制开关管M6支路电流是否和开关管M5支路电流叠加，来产生比较器的迟滞电压，防止比较器在翻转点附近来回翻转。

比较输出电路132用于在充电器反接后，通过对外检测端子VM与对外供电端子VDD之间的电压差情况，向充电器反接保护及恢复判断单元150输出高电平。电流偏置电路131中开关管M5所在支路为开关管M2提供偏置电流，开关管M2第一端通过电阻R2接到对外检测端子VM端口，开关管M2控制端通过电阻R3接到对外供电端子VDD端口。开关管M5和开关管M2组成电路的第一级共栅级结构，开关管M7和开关管M3组成电路的第二级共源级结构。电容C1为滤波电容，防止电压毛刺导致电路误动作。

具体地，在发生充电器反接之前，反接检测信号Chg_Revs为低电平，反相器I2输出为高电平信号，开关管M8导通，此时偏置电流通过开关管M5和开关管M6叠加给开关管M2提供偏置。当充电器反接以后，对外检测端子VM的电压将升高到大于对外供电端子VDD的电压，而对外供电端子VDD的电压即为电池电压Vbat。当对外检测端子VM电压升高到大于Vbat+Vm2,gs1时，开关管M3的控制端电压将上升到高电平，反相器I1的输入端电压将翻转为低电平。由于电容C1的存在，电容C1下极板电压将通过开关管M7缓慢放电，从而产生一定的延时，起到滤除毛刺的作用。当反向器I1的输入端电压下降到其翻转阈值以下时，反向器I1输出高电平，反向器I2输出低电平，反相器I3输出端反接检测信号Chg_Revs翻转为高电平，即判断为发生了充电器反接。当反向器I2输出低电平后，开关管M8管制关闭，此时只有流过开关管M5的偏置电流给开关管M2提供偏置，输入级的翻转电压将变为Vbat+Vm2,gs2，其中Vm2,gs2<Vm2,gs1，比较器的迟滞电压即为△VM,chgrevs＝Vm2,gs1-Vm2,gs2，从而可以防止比较器在其翻转点附近来回翻转的问题。

在一个实施例中，如图5所示，充电器正接检测单元140包括：电阻R4、电阻R5、开关管M9、开关管M10、开关管M11、开关管M12、反相器I4、反相器I5、反相器I6、反相器I7和电容C2，电阻R4的一端连接对外检测端子VM，另一端连接开关管M9的控制端、开关管M10的控制端以及开关管M11的控制端；开关管M9的第一端连接对外供电端子VDD，开关管M9的第二端连接开关管M10的第二端，开关管M10的第一端连接开关管M11的第二端以及开关管M12的第二端，开关管M11的第一端以及开关管M12的第一端连接对外接地端子GND；反相器I4的输入端连接开关管M9的第二端，反相器I4的输出端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接反相器I5的输入端，反相器I5的输出端连接反相器I6的输入端，反相器I6的输出端连接开关管M12的控制端和反相器I7的输入端，反相器I7的输出端连接充电器反接保护及恢复判断单元150；电容C2的一端连接反相器I5的输入端，另一端连接对外接地端子GND。

充电器正接检测单元140通过对外检测端子VM与对外供电端子VDD之间的电压差情况，向充电器反接保护及恢复判断单元150输出正接检测信号。对外检测端子VM通过电阻R4连接到开关管M10与开关管M11的控制端。开关管M10与开关管M11构成带迟滞电压的反相器，其中开关管M10与开关管M11串联作为倒比管，开关管M12与开关管M11并联用以产生迟滞电压，防止在反相器翻转点附近来回翻转。反相器I4输入端接开关管M10与开关管M11构成带迟滞电压的反相器的输出，反相器I4的输出接电阻R5和电容C2构成的电路。反相器I6的输出接反相器I7的输入以及接开关管M12的控制端。

具体地，在充电器反接时，对外检测端子VM电压比对外供电端子VDD电压高，此时反相器I4的输入端为低电平，电容C2上面保持的电平为高电平，反相器I6的输出为高电平，开关管M12导通，反相器I7的输出端正接检测信号Chg_Right为低电平信号。当充电器正接以后，对外检测端子VM电压下降，当其低于开关管M10与M11构成带迟滞电压的反相器下翻阈值Vcr1以后将翻转输出高电平，反相器I4的输出端将翻转为低电平并通过电阻R5对电容C2进行放电。当电容C2上的电压低于反相器I5的翻转电压时，反相器I5将输出高电平，反相器I6输出低电平将开关管M12关断，反相器I7的输出端正接检测信号Chg_Right翻转为高电平信号，即判断为充电器正接。开关管M12断开以后，开关管M10与开关管M11构成带迟滞电压的反相器翻转阈值变为Vcr2，且Vcr2大于Vcr1，二者之差即为充电器正接检测迟滞电压。

在一个实施例中，如图6所示，充电器反接保护及恢复判断单元150包括由二输入或非门电路I8和三输入或非门电路I9组成的锁存器结构以及反相器I10。

具体地，二输入或非门电路I8的第一输入端连接充电器反接检测单元150，二输入或非门电路I8的第二输入端连接三输入或非门电路I9的输出端，二输入或非门电路I8的输出端连接三输入或非门电路I9的第一输入端，三输入或非门电路I9的第二输入端连接充电器正接检测单元，三输入或非门电路I9的第三输入端连接上电复位端子，三输入或非门电路I9的输出端连接控制电路以及反相器I10的输入端，反相器I10的输出端连接上拉开关管M1的控制端。

正常充电状态，正接检测信号Chg_Right和反接检测信号Chg_Revs均为低电平，二输入或非门电路I8和三输入或非门电路I9组成的锁存器结构依靠上电复位信号POR的高电平脉冲在芯片上电时复位。即当POR高电平复位脉冲来以后，三输入或非门电路I9的输出端复位成低电平，二输入或非门I8的输出端被复位成高电平。反接保护信号ChgRevs_State信号为低电平，输出到控制电路160，控制电路160对接收的信号进行逻辑运算后，最终控制功率开关管Q0控制端电平为高电平，功率开关管Q0导通开启。同时，反接保护信号ChgRevs_State经过反相器I10后的信号PullupVM_N为高电平，该信号输出到上拉开关管M1的控制端，控制上拉开关管M1关断，不对对外检测端子VM进行弱上拉。

当充电器反接时，对外检测端子VM电压比对外供电端子VDD电压高，反接检测信号Chg_Revs为高电平，正接检测信号Chg_Right为低电平，二输入或非门电路I8输出低电平，三输入或非门电路I9的三个输入端全部为低电平，输出高电平。反接保护信号ChgRevs_State信号为高电平，输出到控制电路160，控制电路160对接收的信号进行逻辑运算后，控制功率开关管Q0控制端电平为低电平，功率开关管Q0关断；PullupVM_N信号为低电平，该信号输出到上拉开关管M1控制端，上拉开关管M1导通对对外检测端子VM进行弱上拉。同时，反接保护信号ChgRevs_State的高电平将使整个芯片进入到休眠模式。进入休眠模式以后，反接检测信号Chg_Revs重新回到低电平，由于对外检测端子VM大于充电器正接检测电压值Vcr1，正接检测信号Chg_Right将维持输出低电平。锁存器输入端所有信号都为低电平，将继续维持前一个状态不变，使得反接保护信号ChgRevs_State为高电平，PullupVM_N信号为低电平。

此后，如果将充电器断开，对外检测端子VM由于上拉开关管M1导通的弱上拉作用维持对外供电端子VDD电平，正接检测信号Chg_Right信号始终为低电平，此时芯片依然维持在充电器反接时的状态。如果需要从充电器反接状态退出，必须要将充电器正接。当充电器正接后并且在功率开关管Q0导通之前，对外检测端子VM的电压等于对外供电端子VDD的电压和充电器电压之差，即为Vbat-Vcharger，一般情况下，该电压小于充电器正接检测电压值Vcr1，正接检测信号Chg_Right将翻转为高电平。此后，三输入或非门电路I9的输出为低电平，二输入或非门电路I8的输出为高电平，反接保护信号ChgRevs_State信号为低电平，输出到控制电路160，控制电路160对接收的信号进行逻辑运算后，控制功率开关管Q0控制端电平为高电平，Q0重新导通开启；PullupVM_N为高电平，该信号输出到上拉开关管M1控制端，上拉开关管M1关断，即不对对外检测端子VM进行弱上拉，反接保护信号ChgRevs_State为低电平，电池充电保护芯片100将从休眠模式退出，回到正常工作模式。

在一个实施例中，提供一种电池装置，包括电池和上述电池充电保护芯片100。

综上，本申请提供的电池装置及其电池充电保护芯片，当检测到充电器反接后，通过电路中一系列控制信号关闭功率管开关管，芯片将进入到休眠模式，此时无论充电器反接、断开多少次，功率管都不会重新打开，可以很好的解决当前电池充电保护芯片在充电器多次反接时反复打开、关闭功率开关管的情况，从而提高了电池充电保护芯片的可靠性。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池充电保护芯片，其特征在于，包括放电过流检测电路、放电短路检测电路、充电器反接检测单元、充电器正接检测单元、充电器反接保护及恢复判断单元、控制电路和功率开关管；

所述充电器反接检测单元连接所述放电过流检测电路和所述放电短路检测电路，所述充电器反接检测单元还连接所述充电器反接保护及恢复判断单元，所述充电器反接保护及恢复判断单元连接所述控制电路和所述充电器正接检测单元；所述放电过流检测电路、所述放电短路检测电路、所述充电器反接检测单元和所述充电器正接检测单元均连接电池充电保护芯片的对外检测端子，所述控制电路连接所述功率开关管的控制端和衬底，所述功率开关管的第一端连接所述对外检测端子，所述功率开关管的第二端连接电池充电保护芯片的对外接地端子；

所述放电过流检测电路用于根据所述对外检测端子的电压检测到放电过流时，输出放电过流信号至所述充电器反接检测单元；

所述放电短路检测电路用于根据所述对外检测端子的电压检测到放电短路时，输出放电短路信号至所述充电器反接检测单元；

所述充电器反接检测单元用于在接收到所述过流检测信号或所述短路检测信号时，根据所述对外检测端子的电压进行充电器反接检测，输出反接检测信号至所述充电器反接保护及恢复判断单元；

所述充电器正接检测单元用于根据所述对外检测端子的电压进行充电器正接检测，输出正接检测信号至所述充电器反接保护及恢复判断单元；

所述充电器反接保护及恢复判断单元用于根据所述反接检测信号和所述正接检测信号确定充电器反接时，输出反接保护信号至所述控制电路；

所述控制电路根据所述反接保护信号控制所述功率开关管关断，并将所述功率开关管的衬底保持与所述对外接地端子连接。

2.根据权利要求1所述的电池充电保护芯片，其特征在于，所述充电器反接检测单元包括信号处理电路与反接检测电路，所述信号处理电路连接所述反接检测电路，所述信号处理电路连接所述放电过流检测电路和所述放电短路检测电路，所述反接检测电路连接所述充电器反接保护及恢复判断单元。

3.根据权利要求2所述的电池充电保护芯片，其特征在于，所述反接检测电路包括电流偏置电路和比较输出电路，所述电流偏置电路连接所述信号处理电路和所述比较输出电路，所述比较输出电路连接所述充电器反接保护及恢复判断单元。

4.根据权利要求3所述的电池充电保护芯片，其特征在于，所述电流偏置电路包括开关管M4、开关管M5、开关管M6、开关管M7和开关管M8，所述开关管M4的第一端接地，所述开关管M4的第二端连接所述信号处理电路，所述开关管M4的控制端连接所述开关管M4的第二端、所述开关管M5的控制端、所述开关管M6的控制端和所述开关管M7的控制端，所述开关管M5的第一端接地，所述开关管M5的第二端与所述比较输出电路连接；所述开关管M6的第一端接地，所述开关管M6的第二端连接所述开关管M8的第一端，所述开关管M8的第二端连接所述开关管M5的第二端，所述开关管M8的控制端与所述比较输出电路连接；所述开关管M7的第一端接地，所述开关管M7的第二端与所述比较输出电路连接。

5.根据权利要求4所述的电池充电保护芯片，其特征在于，所述比较输出电路包括开关管M2、开关管M3、反相器I1、反相器I2、反相器I3、电阻R2、电阻R3和电容C1，所述开关管M2的第一端通过所述电阻R2连接所述对外检测端子，所述开关管M2的控制端通过所述电阻R3连接所述对外供电端子，所述开关管M2的第二端连接所述开关管M5的第二端；所述开关管M3的控制端连接所述开关管M2的第二端，所述开关管M3的第一端连接所述对外供电端子，所述开关管M3的第二端连接所述开关管M7的第二端以及所述反相器I1的输入端，所述反相器I1的输出端连接所述反相器I2的输入端，所述反相器I2的输出端连接所述开关管M8的控制端和所述反相器I3的输入端，所述反相器I3的输出端连接所述充电器反接保护及恢复判断单元；所述电容C1一端连接所述开关管M3的第一端，所述电容另一端连接所述开关管M3的第二端。

6.根据权利要求1所述的电池充电保护芯片，其特征在于，所述充电器正接检测单元包括电阻R4、电阻R5、开关管M9、开关管M10、开关管M11、开关管M12、反相器I4、反相器I5、反相器I6、反相器I7和电容C2，所述电阻R4的一端连接所述对外检测端子，另一端连接所述开关管M9的控制端、所述开关管M10的控制端以及所述开关管M11的控制端；所述开关管M9的第一端连接所述对外供电端子，所述开关管M9的第二端连接所述开关管M10的第二端，所述开关管M10的第一端连接所述开关管M11的第二端以及所述开关管M12的第二端，所述开关管M11的第一端以及所述开关管M12的第一端连接所述对外接地端子；所述反相器I4的输入端连接所述开关管M9的第二端，所述反相器I4的输出端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接所述反相器I5的输入端，所述反相器I5的输出端连接所述反相器I6的输入端，所述反相器I6的输出端连接所述开关管M12的控制端和所述反相器I7的输入端，所述反相器I7的输出端连接所述充电器反接保护及恢复判断单元；所述电容C2的一端连接所述反相器I5的输入端，另一端连接所述对外接地端子。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的电池充电保护芯片，其特征在于，还包括上拉开关管和上拉电阻，所述充电器反接保护及恢复判断单元连接所述上拉开关管的控制端，所述上拉开关管的第一端连接电池充电保护芯片的供电端，所述上拉开关管的第二端通过所述上拉电阻连接所述对外检测端子；

所述充电器反接保护及恢复判断单元还用于确定充电器反接时，控制所述上拉开关管导通，将所述对外检测端子的电压上拉；所述控制电路还用于在接收到所述反接保护信号后控制反接保护信号进入休眠模式。

8.根据权利要求7所述的电池充电保护芯片，其特征在于，所述功率开关管和所述上拉开关管均为MOS管。

9.根据权利要求7所述的电池充电保护芯片，其特征在于，所述充电器反接保护及恢复判断单元包括二输入或非门电路I8、三输入或非门电路I9和反相器I10，所述二输入或非门电路I8的第一输入端连接所述充电器反接检测单元，所述二输入或非门电路I8的第二输入端连接所述三输入或非门电路I9的输出端，所述二输入或非门电路I8的输出端连接所述三输入或非门电路I9的第一输入端，所述三输入或非门电路I9的第二输入端连接所述充电器正接检测单元，所述三输入或非门电路I9的第三输入端连接上电复位端子，所述三输入或非门电路I9的输出端连接所述控制电路以及所述反相器I10的输入端，所述反相器I10的输出端连接所述上拉开关管的控制端。

10.一种电池装置，其特征在于，包括电池和权利要求1-9任意一项所述的电池充电保护芯片。

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