CN1553540A - 锂电池保护电路保护阈值的调整装置 - Google Patents

Abstract

一种锂电池保护电路保护阈值的调整装置，由过放电检测比较器，过充电检测比较器，电池电压的取样电阻，过流检测比较器的基准电压获取装置，过流检测比较器，过流与短路检测装置和逻辑控制及电平转换电路组成。该装置实现对锂电池保护电路过充电、过放电、过电流等保护阈值的调整。

Description

锂电池保护电路保护阈值的调整装置

【技术领域】

本发明涉及锂电池保护电路过充电、过放电、过电流等保护阈值的一种调整装置。

【背景技术】

目前，公知的锂电池保护电路保护阈值的调整方法如下：

1、把基准源电压调整到一个预定值；

2、分别调整各个阈值的取样电阻，以得到一个合适的阈值电压；

3、由于过电流保护这一项的阈值较低(为0.2V左右)，需要使用独立的参考电压源。

由于需要调整的点较多，要达到精确调整阈值的目的，又有三种方法可循：

1、采用激光调阻。这种方法的优点是：调阻点占用空间小，调阻灵活，可以在电路中设置较多的调阻点，以达到要求的精度。逻辑控制电路简单；缺点是：调阻设备昂贵，生产成本高。

2、采用电调阻。优点是：方法简单，对设备要求低；缺点是：调阻需要焊盘，受空间限制，调阻点的数量不能设置很多，一般只能有十个左右，因而很难达到所要求的精度。

3、使用A/D转换器和MCU控制逻辑，代替阻值调整。优点：用编程的方法实现各种逻辑控制，缺点：大幅度提升设计的难度。占用较大芯片面积导致成本升高。

为了克服现有阈值调整方法的种种不足，本发明提出了一种锂电池保护电路阈值调整装置。通过这种装置(见附图1)，在不增大芯片面积的前提下，辅以简单的逻辑控制电路，就可采用一般的电调阻设备，达到原来激光调阻才能达到的精度要求，包括过充电保护阈值、过放电保护阈值和过电流保护阈值，从而降低了生产成本。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种控制电路简单，调整精度高的锂电池保护电路保护阈值的调整装置。

本发明的技术方案如下，本发明锂电池保护电路保护阈值的调整装置包括：

电池电压的取样电阻(3)；

过放电检测比较器(1)，其两个输入端分别连接到所述的电池电压的取样电阻(3)和第一基准电压源，并产生第一输出信号；

过充电检测比较器(2)，其两个输入端分别连接到所述的电池电压的取样电阻(3)和一基准电压源，并产生第二输出信号；

基准电压获取装置(4)，其配合电池电压的取样电阻(3)产生第二基准电压源；

过流检测比较器(5)，其两个输入端分别连接基准电压获取装置(4)产生的第二基准电压源和过流与短路检测装置(6)，并产生第三输出信号；

逻辑控制及电平转换电路(7)，其接收第一输出信号、第二输出信号和第三输出信号，并在其另输出端产生两种不同的输出信号。

本发明的优点在于：在不增加芯片面积和电池保护电路中逻辑控制电路的复杂度的情况下，采用较少的调阻点，通过电调阻，实现锂电池保护电路过充电、过放电、过电流等保护阈值的调整，并达到所要求的精度，从而降低了生产成本。

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

【附图说明】

图1是本发明的电路原理图。

图2是本发明中参考电路Vref2随电源电压V_CC的变化曲线图。

【具体实施方式】

请参考图1，本发明锂电池保护电路保护阈值的调整装置包括一电池电压的取样电阻(3)，该取样电阻(3)由可调电阻Ra和电阻Rb、Rc串联组成，其中Rb由i个电阻Rb1、Rb2……Rbi(2＜i＜100)串联组成，在电阻Rb两端分别连接过放电检测比较器(1)和过充电检测比较器(2)的一个输入端，这两个比较器的另一输入端连接在一基准源电压Vref1上，其输出端分别连接到一逻辑控制及电平转换电路(7)的输入端。

i-1个比较器(U1，U2，……，Ui-1)的一个输入端分别连接在电阻Rb1、Rb2……Rbi间，另一输入端连接到基准源电压Vref1上，输出端连接到对应MOS管的栅极，各MOS管的源极和漏极间连接一电阻，各电阻串联。上述比较器的输出端配合对应的MOS开关管提供一可调整的基准源电压Vref2，该可调整的基准源电压Vref2输入到过电流保护比较器(5)的一个输入端，该过流检测比较器(5)的另一输入端连接一过流与短路检测装置(6)，其输出端连接到逻辑控制及电平转换电路(7)的一个输入端，该逻辑控制及电平转换电路(7)有两个输出端Cout、Dout，这两个输出端分别连接到串接在电池充、放电回路中的两开关MOS管的栅极。

上述电路从功能上可分为过充电、过放电检测部分和过电流检测部分，下面对上述两部分分别详述。

1.过充电检测与过放电检测部分：

本发明不调整基准源电压Vref1，只是根据基准源电压Vref1的值去调整取样电阻Ra的阻值，以达到校准阈值的目的。

假设本发明电路中，电压(E1-E2)的变化范围为0V～5V。以E2为电压零参考点，设E1从高到低变化，把比较器(1)动作时对应的E1的值记为Vd；再设E1从低到高变化，把比较器(2)动作时对应的E1的值记为Vc；Vd和Vc即分别为过放电保护阈值和过充电保护阈值。如果基准电压源电压Vref1在Vton(NMOS管的开启电压)与Vd之间，即Vton＜Vref1＜Vd，则此时下两式成立：

Rc/(Ra+Rb+Rc)＝Vref1/Vc…………………………(1)

(Rb+Rc)/(Ra+Rb+Rc)＝Vref1/Vd……………………(2)

其中，Rb＝Rb1+Rb2+Rb3+……+Rb(i-1)+Rbi(2＜i＜100)

由以上两式得：

Rb/Rc＝(Vc-Vd)/Vd＝A(常数)………………………(3)

Ra＝(Vd-Vref1)*(Rb+Rc)/Vref1……………………(4)

确定Rc＝x

Rb＝Ax

由(3)、(4)式可以看出，要得到所需的阈值电压，只需根据Vref1调整Ra值为：

Ra＝(Vd-Vref1)*(A+1)x/Vref1……………………………(5)

式(5)中，Vd为用户设定的过放电保护阈值，Vref1为保护电路芯片上电后测量到的基准源电压实际值，A为Rb和Rc的比例常数，x为Rc的设计阻值(或方数)。

2.过电流检测部分：

在这部分电路中，我们采用若干个比较器(U1，U2，………，Ui-1)配合对应数量的MOS开关管对过电流保护比较器(5)的基准源电压Vref2进行调整。其中的MOS开关管导通时电阻很低，跨接在它源漏两端的电阻相当于被短路。

过流检测基准源电压Vref2的设计：

设保护电路芯片工作电压为V_CC，且Vd＜V_CC＜Vc，则在V_CC从Vc下降到Vd过程中，比较器(U1，U2，………，Ui-1)将按时间先后依次动作；在V_CC从Vd上升到Vc过程中，比较器(U1，U2，………，Ui-1)按时间先后动作的顺序则刚好反过来。

设R_up＝R₁+R₂+R₃+......+R_n，

R_down＝R_n+1+R_n+2

则：

Vref2＝(E₃-E₄)*R_down/(R_up+R_down)…………………………(6)

实际中，(E3-E4)随保护电路工作电压Vcc的变化而变化，且变化趋势相同；而Vref2的变化在分压电阻比例Rdown/(Rup+Rdown)不变的情况下，则决定于(E3-E4)的变化，且变化趋势一致。所以，如果Rdown/(Rup+Rdown)不变，则Vref2随Vcc变化而变化，且变化方向一致。

当(E3-E4)朝高的方向变化时(即Vcc从低到高变化)，

控制Rup的开关管随着相应比较器输出低控制电平而关断，故Rup变大；而控制Rdown的开关管状态刚好相反，故Rdown不变或变小，从而Rdown/(Rup+Rdown)变小；

当(E3-E4)朝低的方向变化时(即Vcc从高到低变化)，

R_up变小，R_down不变或变大，从而R_down/(R_up+R_down)变大；

在以上两种情况中，(E₃-E₄)和R_down/(R_up+R_down)的变化趋势都正好相反，从而保证了在正常工作电压范围内，Vref2保持相对稳定的值

在图1中，过放电检测比较器(1)将电池电压的取样电阻(3)中取得的电压与基准源电压Vref1作比较，若前者低于后者，则驱动逻辑控制及电平转换电路(7)从Dout端输出低电平，切断放电回路；过充电检测比较器(2)将电池电压的取样电阻(3)中取得的电压与基准源电压Vref1作比较，若前者高于后者，则驱动逻辑控制及电平转换电路(7)从Cout端输出低电平，切断充电回路；过流检测比较器的基准电压获取装置(4)配合电池电压的取样电阻(3)可为过流检测比较器(5)输出一个相对稳定的基准电压Vref2；若过流与短路检测装置(6)检测到的电压高于Vref2，则过流检测比较器(5)驱动逻辑控制及电平转换电路(7)从Dout输出低电平，切断放电回路。

在图1的电路中，不需调整基准源电压Vref1，而是根据实际测量到的Vref1，计算出所需要调整的电阻值Ra，再通过电流烧断熔断丝的方法得到阻值Ra，以实现一次调整过充电保护阈值和过放电保护阈值、以及过流保护阈值的目的

图2为Vref2随电源电压V_CC的变化曲线图，其中，(1)是V_CC变化曲线，(2)是Vref2随V_CC的变化曲线。当Rb被分割的段数越多，Vref2的误差就越小，即(2)中的锯齿部分就越平滑。

Claims (6)

1.一种锂电池保护电路保护阈值的调整装置，其特征在于，它包括：

电池电压的取样电阻(3)；

过放电检测比较器(1)，其两个输入端分别连接到所述的电池电压的取样电阻(3)和第一基准电压(Vref1)源，并产生第一输出信号；

过充电检测比较器(2)，其两个输入端分别连接到所述的电池电压的取样电阻(3)和第一基准电压源，并产生第二输出信号；

基准电压获取装置(4)，其配合电池电压的取样电阻(3)产生第二基准电压(Vref2)源；

过流检测比较器(5)，其两个输入端分别连接基准电压获取装置(4)产生的第二基准电压源和过流与短路检测装置(6)，并产生第三输出信号；

逻辑控制及电平转换电路(7)，其接收第一输出信号、第二输出信号和第三输出信号，并在其另输出端产生两种不同的输出信号。

2.根据权利要求1所述锂电池保护电路保护阈值的调整装置，其特征在于：所述取样电阻(3)由可调电阻Ra和电阻Rb、Rc串联组成，Rb由i个电阻Rb1、Rb2………Rbi(2＜i＜100)组成，过充电检测、过放电检测使用同一串取样电阻(3)。

3.根据权利要求2.所述锂电池保护电路保护阈值的调整装置，其特征在于：Ra的阻值由实际测量得到的第一基准源电压Vref1确定，且只需调整Ra的阻值，即可同时使过充电保护阈值和过放电保护阈值得到调整。

4.根据权利要求1或权利要求2.所述的所述锂电池保护电路保护阈值的调整装置，其特征在于：通过调整Ra阻值调整过充电保护阈值和过放电保护阈值的同时，配合过流检测比较器的基准电压获取装置(4)，可获取一合乎精度要求的第二基准电压Vref2。

5.根据权利要求1所述的所述锂电池保护电路保护阈值的调整装置，其特征在于：过流检测比较器的基准电压获取装置(4)中的基准源电压Vref1既可接到比较器的同向输入端，也可接到反向输入端。

6.根据权利要求1所述的所述锂电池保护电路保护阈值的调整装置，其特征在于：过流检测比较器的基准电压获取装置(4)包括i-1个比较器并联在电阻Rb1、Rb2………Rbi间，各比较器的输出端分别连接一MOS管的栅极，各MOS管的源极和漏极间连接一电阻，各电阻串联。