CN117526708B - 一种高低压转换电路和锂电池保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高低压转换技术领域,公开了一种高低压转换电路和锂电池保护系统，高低压转换电路包括PMOS管P1、PMOS管P2、PMOS管P3、MOS管P4、电流镜、启动管P5、PMOS管P9、PMOS管P10、NMOS管N7、NMOS管N9、电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R6和启动单元；在使用时，P3、电流镜、P4、P5和R7组成了负反馈结构，该负反馈结构基于P3的电压调整流过电阻R7的电流，直至P1的栅漏端电压与P2的栅漏端电压保持一致，而P2的栅极与漏极电连接，因此P1的栅极相当于与其漏极电连接，再加上P9的栅极与其漏极均接地，因此在流过P1和P9的电流相同时，可以避免P1的沟道调制效应对本发明输出的低压的精度影响。

Description

一种高低压转换电路和锂电池保护系统

技术领域

本发明涉及高低压转换技术领域，具体涉及一种高低压转换电路和锂电池保护系统。

背景技术

在锂电池保护系统中，常需要使用高低压转换电路将高的电池电压转换到低电压，常见的高电压转换电路如图1所示，其中电源VCC与节点VCELL之间的压差为电阻R1的电压VR1和MOS管M1的栅源电压VGS1的电压和，节点V1与接地点之间的压差为电阻R2上的电压VR2和MOS管M2的栅源电压VGS2的电压和，其中节点V1的电压为输出的低压；由于流过电阻R1和电阻R2的电流相同，因此电压VR1和电压VR2相同，当不考虑MOS管M1和MOS管M2的沟道调制效应时，在MOS管M1和MOS管M2流过相同的电流时，VGS1和VGS2相同 ，此时实现了电源VCC与节点VCELL之间的电压到节点V1与接地点之间的电压的转换。

在实际使用时，电源VCC的电压会依据使用场景发生变化，当电源VCC的电压升到20V或者更高时，由于MOS管M1的源漏之间的电压增大，会导致MOS管M1的沟道调整效应变的非常明显，而此时VGS1和VGS2不再相等，从而导致电压转换出现偏差，输出的低压不准确，精度较差。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种高低压转换电路和锂电池保护系统，所要解决的技术问题是现有高电压转换电路随着电源电压VCC上升会出现输出的低压存在偏差的情况，精度变低。

为解决以上技术问题，第一方面，本发明提供了如下技术方案：一种高低压转换电路，包括PMOS管P1、PMOS管P2、PMOS管P3、MOS管P4、电流镜、启动管P5、PMOS管P9、PMOS管P10、NMOS管N7、NMOS管N9、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和启动单元；

所述电阻R3一端分别与电阻R4一端和电阻R7一端电连接，用于与电池正极电连接；所述电阻R3另一端与PMOS管P1的源极电连接，PMOS管P1的栅极用于和电池负极电连接，PMOS管P1的漏极与PMOS管P3的源极电连接；所述电阻R4另一端分别与PMOS管P2的源极电连接，PMOS管P2的栅极分别与PMOS管P2的漏极和PMOS管P4的源极电连接；所述电阻R7另一端分别与启动管P5的输入端、PMOS管P3的栅极和PMOS管P4的栅极电连接；

所述PMOS管P3的漏极通过所述电流镜的主支路与电阻R5一端电连接，电阻R5另一端与PMOS管P9的源极电连接，PMOS管P9的栅极和漏极均接地；

所述PMOS管P4的漏极与启动管P5的控制端电连接，且通过所述电流镜的从支路与电阻R6一端电连接，所述电阻R6另一端与NMOS管N7的漏极电连接，NMOS管N7的源极与PMOS管P10的源极电连接，PMOS管P10的栅极和PMOS管P10的漏极均接地；

所述启动管P5的输出端与NMOS管N9的漏极电连接，NMOS管N9的源极接地；

所述启动单元与所述启动管P5的控制端电连接，基于输入的使能信号控制所述启动管P5的通断。

在第一方面的某种实施方式中，所述启动管P5为PMOS管，PMOS管的源极为启动管P5的输入端，PMOS管的栅极为启动管P5的控制端，PMOS管的漏极为启动管P5的输出端。

在第一方面的某种实施方式中，所述启动单元在输入所述使能信号时将所述启动管P5的控制端电平拉低导通。

在第一方面的某种实施方式中，所述启动单元包括NMOS管N8、NMOS管N10和第二电流镜，所述NMOS管N10的漏极用于与电流源电连接，NMOS管M10的栅极和NMOS管N8的栅极用于输入所述使能信号，NMOS管N10的源极与第二电流镜的主支路电连接，NMOS管N8的源极与第二电流镜的从支路电连接，NMOS管N8的漏极与启动管P5的控制端电连接。

在第一方面的某种实施方式中，所述NMOS管N7的栅极和NMOS管N9的栅极用于输入所述使能信号。

在第一方面的某种实施方式中，所述电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值相同。

在第一方面的某种实施方式中，所述PMOS管P1的宽度、PMOS管P2的宽度、PMOS管P9的宽度和PMOS管P10的宽度相同，PMOS管P1的长度、PMOS管P2的长度、PMOS管P9的长度和PMOS管P10的长度相同，PMOS管P3的宽度和PMOS管P4的宽度相同，PMOS管P3的长度和PMOS管P4的长度相同。

在第一方面的某种实施方式中，所述启动管P5的输入端和启动管P5的控制端设有钳压电路，所述钳压电路用于将启动管P5的输入端和启动管P5的控制端之间的电压低于钳压阈值。

在第一方面的某种实施方式中，所述钳压电路包括PMOS管P6、PMOS管P7和PMOS管P8；所述PMOS管P6的源极与电阻R7另一端电连接，PMOS管P6的栅极分别与PMOS管P6的漏极和PMOS管P7的源极电连接，PMOS管P7的栅极分别与PMOS管P7的漏极和PMOS管P8的源极电连接，PMOS管P8的栅极分别与PMOS管P8的漏极和启动管P5的控制端电连接。

第二方面，本发明提供了一种锂电池保护系统，包括至少一个上述的一种高低压转换电路，每个高低压转换电路用于将一个锂电池的电压转换为低压。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明的PMOS管P3、电流镜、PMOS管P4、启动管P5和电阻R7组成了负反馈结构，该负反馈结构基于PMOS管P3的电压和PMOS管P4的电压调整流过电阻R7的电流，直至PMOS管P1的栅漏端电压与PMOS管P2的栅漏端电压保持一致，而PMOS管P2的栅极与其漏极电连接，因此PMOS管P1的栅极相当于与其漏极电连接，再加上PMOS管P9的栅极与其漏极均接地，因此在流过PMOS管P1和PMOS管P9的电流相同时，可以避免PMOS管P1的沟道调制效应对本发明输出的低压的精度影响。

附图说明

图1为现有高低压转换电路的电路图示意图；

图2为实施例中的本发明的电路图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例一

如图2所示，一种高低压转换电路，包括PMOS管P1、PMOS管P2、PMOS管P3、MOS管P4、电流镜1、启动管P5、PMOS管P9、PMOS管P10、NMOS管N7、NMOS管N9、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和启动单元2；

电阻R3一端分别与电阻R4一端和电阻R7一端电连接，用于与电池正极电连接；电阻R3另一端与PMOS管P1的源极电连接，PMOS管P1的栅极用于和电池负极电连接，PMOS管P1的漏极与PMOS管P3的源极电连接；电阻R4另一端分别与PMOS管P2的源极电连接，PMOS管P2的栅极分别与PMOS管P2的漏极和PMOS管P4的源极电连接；电阻R7另一端分别与启动管P5的输入端、PMOS管P3的栅极和PMOS管P4的栅极电连接；

PMOS管P3的漏极通过电流镜1的主支路10与电阻R5一端电连接，电阻R5另一端与PMOS管P9的源极电连接，PMOS管P9的栅极和漏极均接地；

PMOS管P4的漏极与启动管P5的控制端电连接，且通过电流镜1的从支路11与电阻R6一端电连接，电阻R6另一端与NMOS管N7的漏极电连接，NMOS管N7的源极与PMOS管P10的源极电连接，PMOS管P10的栅极和PMOS管P10的漏极均接地；

启动管P5的输出端与NMOS管N9的漏极电连接，NMOS管N9的源极接地；

启动单元与启动管P5的控制端电连接，基于输入的使能信号控制启动管P5的通断。

对于本实施例中的高低压转换电路，PMOS管P3、电流镜1、PMOS管P4、启动管P5和电阻R7组成了负反馈结构，该负反馈结构基于PMOS管P3的电压和PMOS管P4的电压调整流过电阻R7的电流，直至PMOS管P1的栅漏端电压与PMOS管P2的栅漏端电压保持一致，而PMOS管P2的栅极与其漏极电连接，因此PMOS管P1的栅极相当于与其漏极电连接，再加上PMOS管P9的栅极与其漏极均接地，因此在流过PMOS管P1和PMOS管P9的电流相同时，可以避免PMOS管P1的沟道调制效应对本发明输出的低压的精度影响。

具体地，在图2中，电流镜1的主支路10包括NMOS管N3，电流镜1的从支路11包括NMOS管N4，NMOS管N3的漏极分别与PMOS管P3的漏极、NMOS管N3的栅极和NMOS管N4的栅极电连接，NMOS管N3的源极与电阻R5电连接，NMOS管N4的漏极与PMOS管 P4的漏极电连接，NMOS管N4的源极与电阻R6电连接。

本实施例中，电流镜1的复制比例为1，为了让电流镜1的复制比例为1，NMOS管N3的宽度和NMOS管N4的宽度相同，NMOS管N3的长度与NMOS管N4的长度相同。在某种实施方式中，为了改变电流镜1的复制比例，可以依据实际需求调整NMOS管N3的宽度与长度以及调整NMOS管N4的宽度与长度。

具体地，本实施例中，启动管P5为PMOS管，PMOS管的源极为启动管P5的输入端，PMOS管的栅极为启动管P5的控制端，PMOS管的漏极为启动管P5的输出端。

当启动管P5为PMOS管时，启动单元2控制启动管P5的方式如下：启动单元2在输入使能信号EN时将启动管P5的控制端电平拉低导通，更具体地，在使能信号EN为高电平时将启动管P5的控制端电平拉低导通。

参照图2，启动单元2包括NMOS管N8、NMOS管N10和第二电流镜20，NMOS管N10的漏极用于与电流源I1电连接，NMOS管M10的栅极和NMOS管N8的栅极用于输入使能信号EN，NMOS管N10的源极与第二电流镜20的主支路201电连接，NMOS管N8的源极与第二电流镜20的从支路200电连接，NMOS管N8的漏极与启动管P5的控制端电连接。

在图2中，第二电流镜20的主支路201包括NMOS管N6，第二电流镜20的从支路200包括NMOS管N5，NMOS管N6的漏极与NMOS管N10的源极电连接，NMOS管N6的栅极分别与NMOS管N6的漏极和NMOS管N5的栅极电连接，NMOS管N6的源极和NMOS管N5的源极均接地，NMOS管N5的漏极与NMOS管N8的源极电连接。

本实施例中，第二电流镜20的复制比例为1，为了让第二电流镜20的复制比例为1，NMOS管N6的宽度和NMOS管N5的宽度相同，NMOS管N6的长度与NMOS管N5的长度相同。当电流源I1提供100nA的电流时，NMOS管N8流过100nA的电流。在某种实施方式中，可以依据实际需求调整第二电流镜20的复制比例。

另外，本实施例中，为了便于NMOS管N7和NMOS管N9的控制，NMOS管N7的栅极和NMOS管N9的栅极均与NMOS管N8的栅极电连接，这样能同时输入使能信号。

具体地，本实施例中，电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值相同；PMOS管P1的宽度、PMOS管P2的宽度、PMOS管P9的宽度和PMOS管P10的宽度相同，PMOS管P1的长度、PMOS管P2的长度、PMOS管P9的长度和PMOS管P10的长度相同，PMOS管P3的宽度和PMOS管P4的宽度相同，PMOS管P3的长度和PMOS管P4的长度相同。

另外，本实施例中，为了保护启动管P5，避免启动管P5的栅极和源极之间的电压太高损坏启动管P5，启动管P5的输入端和启动管P5的控制端设有钳压电路3，钳压电路3用于将启动管P5的输入端和启动管P5的控制端之间的电压低于钳压阈值。

具体地，在图2中，钳压电路2包括PMOS管P6、PMOS管P7和PMOS管P8；PMOS管P6的源极与电阻R7另一端电连接，PMOS管P6的栅极分别与PMOS管P6的漏极和PMOS管P7的源极电连接，PMOS管P7的栅极分别与PMOS管P7的漏极和PMOS管P8的源极电连接，PMOS管P8的栅极分别与PMOS管P8的漏极和启动管P5的控制端电连接。在实际使用时，图2所示的钳压电路用于将启动管P5的栅源之间的压降钳压到3V以下。

在某种实施方式中，可以增加钳压电路2中的PMOS管的数量，从而可以增加钳压阈值。

对图2中的电路运行进行分析，具体如下：

首先是电路的启动过程：当使能信号EN为高电平时，则NMOS管N7、NMOS管N8、NMOS管N9和NMOS管N10的栅极为高电位导通，则电流源I1输出的电流通过NMOS管N10流入到NMOS管N6中，NMOS管N6和NMOS管N5是一对电流镜电路，其电流比例为NMOS管N6和NMOS管N5的W/L决定，当设定电流源I1输出的电流的大小为100nA左右时，由于NMOS管N6和NMOS管N5的W/L一样，则流过NMOS管N5的电流也为100nA，此电流作为启动电流，拉低启动管P5的控制端电压，使启动管P5导通；

当启动管P5导通后，在电阻R7上形成压降，则拉低PMOS管P3和PMOS管P4的栅极电压，当该电压拉低到PMOS管P3导通时，则PMOS管P1、PMOS管P3、NMOS管N3、电阻R3和电阻R5组成的主通道产生了电流通路，电路启动完成；

当主通道开启后，则NMOS管N3的栅极电压呈现高电平状态，则NMOS管N4导通，则由PMOS管P2、PMOS管P4、NMOS管N4、PMOS管P10、NMOS管N7电阻R4和电阻R7形成的通路导通，同时由启动管P5、电阻R7、PMOS管P3、PMOS管P4、NMOS管N3和NMOS管N4组成的负反馈回路对PMOS管P4的栅极电压进行调整；其中负反馈回路的调整的过程如下：

当PMOS管P3和PMOS管P4的栅极电压太高时，PMOS管P1的漏极电压上升，导致PMOS管P1进入线性区，其所在的主通道电流减小；由于PMOS管P2的栅极与漏漏短接，由于PMOS管P4的栅极电压升高，导致PMOS管P4进入到截至区域，则NMOS管N4和NMOS管N5所在的通路会拉低启动管P5的栅极电压，则启动管P5的控制端电压增大，流过电阻R7上的电流增大，电阻R7上的压降增大，则PMOS管P3和PMOS管P4的栅极电压会下降；

当PMOS管P3的栅极降低，PMOS管P1的漏极电压也会跟随降低，当PMOS管P3的栅极电压降低过大时，则PMOS管P1的漏极电压减小，由于PMOS管本身固有的沟道调制效应，则导致PMOS管P1管所在的通路电流增大，由于NMOS管N3和NMOS管N4的存在，则NMOS管N4所对应的通路电流同样增大，由于PMOS管P2有电压钳位作用，则PMOS管P4的栅源电压会增大，导致其漏端电流就会上升，则启动管P5的控制端电压会上升，同时启动管P5的输入端电压也降低，导致流过启动管P5的电流减小，则电阻R7上的压降减小，PMOS管P3和PMOS管P4的栅电压上升，如此反复，直到PMOS管P1的漏电压和PMOS管P2的栅漏电压保持一致，则整个系统进入稳定状态；而PMOS管P2的栅极与其漏极电连接，因此PMOS管P1的栅极相当于与其漏极电连接，再加上PMOS管P9的栅极与其漏极均接地，因此在流过PMOS管P1和PMOS管P9的电流相同时，可以避免PMOS管P1的沟道调制效应对本发明输出的低压的精度影响。

实施例二

本实施例中，本发明提供了一种锂电池保护系统，包括至少一个实施例一中的一种高低压转换电路，每个高低压转换电路用于将一个锂电池的电压转换为低压。

在实际使用时，假设有M个锂电池，M个锂电池依次串联，则可以使用M个高低压转换电路来对每个电池的电压进行低压转换。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种高低压转换电路，其特征在于，包括PMOS管P1、PMOS管P2、PMOS管P3、MOS管P4、电流镜、启动管P5、PMOS管P9、PMOS管P10、NMOS管N7、NMOS管N9、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和启动单元；

所述电阻R3一端分别与电阻R4一端和电阻R7一端电连接，用于与电池正极电连接；所述电阻R3另一端与PMOS管P1的源极电连接，PMOS管P1的栅极用于和电池负极电连接，PMOS管P1的漏极与PMOS管P3的源极电连接；所述电阻R4另一端分别与PMOS管P2的源极电连接，PMOS管P2的栅极分别与PMOS管P2的漏极和PMOS管P4的源极电连接；所述电阻R7另一端分别与启动管P5的输入端、PMOS管P3的栅极和PMOS管P4的栅极电连接；

所述PMOS管P3的漏极通过所述电流镜的主支路与电阻R5一端电连接，电阻R5另一端与PMOS管P9的源极电连接，PMOS管P9的栅极和漏极均接地；

所述PMOS管P4的漏极与启动管P5的控制端电连接，且通过所述电流镜的从支路与电阻R6一端电连接，所述电阻R6另一端与NMOS管N7的漏极电连接，NMOS管N7的源极与PMOS管P10的源极电连接，PMOS管P10的栅极和PMOS管P10的漏极均接地；

所述启动管P5的输出端与NMOS管N9的漏极电连接，NMOS管N9的源极接地；

所述启动单元与所述启动管P5的控制端电连接，基于输入的使能信号控制所述启动管P5的通断。

2.根据权利要求1所述的一种高低压转换电路，其特征在于，所述启动管P5为PMOS管，PMOS管的源极为启动管P5的输入端，PMOS管的栅极为启动管P5的控制端，PMOS管的漏极为启动管P5的输出端。

3.根据权利要求2所述的一种高低压转换电路，其特征在于，所述启动单元在输入所述使能信号时将所述启动管P5的控制端电平拉低导通。

4.根据权利要求3所述的一种高低压转换电路，其特征在于，所述启动单元包括NMOS管N8、NMOS管N10和第二电流镜，所述NMOS管N10的漏极用于与电流源电连接，NMOS管M10的栅极和NMOS管N8的栅极用于输入所述使能信号，NMOS管N10的源极与第二电流镜的主支路电连接，NMOS管N8的源极与第二电流镜的从支路电连接，NMOS管N8的漏极与启动管P5的控制端电连接。

5.根据权利要求4所述的一种高低压转换电路，其特征在于，所述NMOS管N7的栅极和NMOS管N9的栅极用于输入所述使能信号。

6.根据权利要求1所述的一种高低压转换电路，其特征在于，所述电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6的阻值相同。

7.根据权利要求1所述的一种高低压转换电路，其特征在于，所述PMOS管P1的宽度、PMOS管P2的宽度、PMOS管P9的宽度和PMOS管P10的宽度相同，PMOS管P1的长度、PMOS管P2的长度、PMOS管P9的长度和PMOS管P10的长度相同，PMOS管P3的宽度和PMOS管P4的宽度相同，PMOS管P3的长度和PMOS管P4的长度相同。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种高低压转换电路，其特征在于，所述启动管P5的输入端和启动管P5的控制端设有钳压电路，所述钳压电路用于将启动管P5的输入端和启动管P5的控制端之间的电压低于钳压阈值。

9.根据权利要求8所述的一种高低压转换电路，其特征在于，所述钳压电路包括PMOS管P6、PMOS管P7和PMOS管P8；所述PMOS管P6的源极与电阻R7另一端电连接，PMOS管P6的栅极分别与PMOS管P6的漏极和PMOS管P7的源极电连接，PMOS管P7的栅极分别与PMOS管P7的漏极和PMOS管P8的源极电连接，PMOS管P8的栅极分别与PMOS管P8的漏极和启动管P5的控制端电连接。

10.一种锂电池保护系统，其特征在于，包括至少一个权利要求1-9任一项所述的一种高低压转换电路，每个高低压转换电路用于将一个锂电池的电压转换为低压。