CN202014087U

CN202014087U - 便携式系统锂电池充电保护电路

Info

Publication number: CN202014087U
Application number: CN2011200708873U
Authority: CN
Inventors: 蒋海林
Original assignee: Will Semiconductor Ltd
Current assignee: Will Semiconductor Ltd
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2021-03-17

Abstract

本实用新型提出一种便携式系统锂电池充电保护电路，包括充电电源、WS3206芯片、处理器以及锂电池，WS3206芯片的电压输入端与充电电源相连，WS3206芯片的电压输出端经过电流采样电阻后与锂电池相连，WS3206芯片的电压监测端经过电压监控电阻后与锂电池相连，处理器与WS3206芯片的信号输入端相连，且处理器与电流采样电阻的两端相连。本实用新型具有输入电压过电压保护、电池过电压保护、充电电流过电流保护、过温保护等功能性优点。

Description

便携式系统锂电池充电保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种锂电池充电保护电路，特别涉及一种便携式系统锂电池充电保护电路。

背景技术

近年来，像手机、笔记本电脑、MP3播放器、PDA、掌上游戏机、数码摄像机等便携式设备已越来越普及，越来越多的产品急速的采用锂电池来当作它的主要电源，不外乎其：体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池、自放电率低等优点，也因为与镍镉、镍氢电池不太一样，所以必须考虑充电、放电时之安全，确保特性劣化的防止，但也因为如此，针对锂电池的过充、过放、过电流及短路电流的保护更显得重要，所以通常都会在电池包内设计保护线路用以保护锂电池，由此可见锂电池保护芯片的重要性。

锂电池因能量密度高，使得难以确保电池的安全性。具体而言，在过度充电状态下，电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，因内压上升而导致有发火或破裂的危机。反之，在过度放电状态下，电解液因分解导致电池特性劣化及耐久性劣化(即充电次数降低)。

锂电池的保护电路就是要确保这样的过度充电及放电状态时的安全性，并防止特性的劣化。锂电池的传统保护电路是由锂电池保护芯片、及外接的两颗功率场效应管（Power-MOSFET）所构成。其中保护芯片的作用是监视电池电压，当有过度充电及放电状态时，则切换外挂的两颗功率场效应管的通断状态，以此来保护锂电池。因此保护芯片的功能为：(1)过度充电保护。(2)过度放电保护。(3)过电流/短路保护。

随着科技进步与社会发展，电子元器件的构造也越渐复杂，锂离子电池的常规保护电路已不能满足客户产品的需求，而需要一种集输入耐高电压、低电池功耗、充电时的过电流保护、过温保护与过度充电保护等功能于一身的锂电池保护电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种便携式系统锂电池充电保护电路，以解决现有的锂电池充电保护电路不能耐高压以及过温保护的问题。

本实用新型提出一种便携式系统锂电池充电保护电路，包括充电电源、WS3206芯片、处理器以及锂电池，WS3206芯片的电压输入端与充电电源相连，WS3206芯片的电压输出端经过电流采样电阻后与锂电池相连，WS3206芯片的电压监测端经过电压监控电阻后与锂电池相连，处理器与WS3206芯片的信号输入端相连，且处理器与电流采样电阻的两端相连。

依照本实用新型较佳实施例所述的便携式系统锂电池充电保护电路，处理器为MT6235芯片。

依照本实用新型较佳实施例所述的便携式系统锂电池充电保护电路，WS3206芯片的电压输入端和信号输出端分别与接地端之间设置一个电容。

依照本实用新型较佳实施例所述的便携式系统锂电池充电保护电路，电流采样电阻的阻值为0.2欧。

依照本实用新型较佳实施例所述的便携式系统锂电池充电保护电路，电压监控电阻的阻值为200千欧。

依照本实用新型较佳实施例所述的便携式系统锂电池充电保护电路，WS3206芯片包括输入电压保护模块、输出电流保护模块、过温保护模块、电池电压保护模块、开关模块及控制器。开关模块设置在WS3206芯片的电压输入端与电压输出端之间，输入电压保护模块分别与WS3206芯片的电压输入端及控制器相连，输出电流保护模块分别与WS3206芯片的电压输出端及控制器相连，电池电压保护模块分别与WS3206芯片的电压监测端及控制器相连，过温保护模块与控制器相连，控制器与开关模块相连。

依照本实用新型较佳实施例所述的便携式系统锂电池充电保护电路， WS3206芯片还包括上电复位模块，其分别与WS3206芯片的电压输入端及控制器相连。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：本实用新型电路结构简单，使用方便，并且由于采用集成电路芯片控制模式，系统参数的一致性、稳定性好，且WS3206芯片的使用，不仅使电路具有电池过电压保护、充电电流过电流保护的功能，还具备了输入电压过电压保护、过温保护的功能，保护功能齐全，待机功耗低，外围器件少，芯片面积小，极大降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型便携式系统锂电池充电保护电路的一种实施例结构图；

图2为本实用新型便携式系统锂电池充电保护电路的另一种实施例结构图；

图3为本实用新型WS3206芯片的一种实施例结构图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本实用新型。

请参见图1，其为本实用新型便携式系统锂电池充电保护电路的一种实施例结构图，其包括充电电源1、WS3206芯片2、处理器3以及锂电池4。充电电源1与WS3206芯片2相连。WS3206芯片2分别通过电流采样电阻R1以及电压监控电阻R2与锂电池4相连，WS3206芯片2通过电流采样电阻R1对锂电池4进行充电，并通过电压监控电阻R2对锂电池4的电压进行监控，以防锂电池4的电压过高。处理器3分别与WS3206芯片2及锂电池4相连，且与电流采样电阻R1的两端相连，其通过电流采样电阻R1实现对充电电流的监控。

工作时，先由充电电源1给WS3206芯片2供电，处理器3检测锂电池4电压，如果其电压低于一个下限值（如4.05V），则处理器3会向WS3206芯片2发出一个控制信号，并控制WS3206芯片2导通充电电源1与锂电池4之间的连接，对锂电池4进行充电。电流采样电阻R1是处理器3对锂电池4充电电流的采样电阻，处理器3通过对流经电流采样电阻R1上的电流进行监控，来控制WS3206芯片2的开启程度。电压监控电阻R2是WS3206芯片2用来对锂电池4的电压进行监控的电阻，当锂电池4的电压到达一个上限值时（如4.35V），则断开充电电源1与锂电池4之间的连接，并停止对锂电池4的充电。

请参见图2，其为本实用新型便携式系统锂电池充电保护电路的另一种实施例结构图。本实施例的WS3206芯片2采用SOT23-6L封装形式，其包括有六个管脚：电压输入端ACIN、信号输出端CHRIN、信号输入端GATDRV’、电压输出端OUT、电压监测端VBAT以及接地端GND。本实施例的处理器3采用MT6235芯片，其包括有四个管脚：信号监测端CHRIN’、控制端GATDRV、端口ISENS以及端口VBAT’。

WS3206芯片2的电压输入端ACIN连接5V的电压输入。WS3206芯片2的信号输出端CHRIN与MT6235芯片3的信号监测端CHRIN’连接，WS3206芯片2的信号输入端GATDRV’与MT6235芯片3的控制端GATDRV连接。本实施例的电流采样电阻R1采用的阻值为0.2Ω，电压监控电阻R2采用的阻值为200KΩ。WS3206芯片2的电压输出端OUT与MT6235芯片3的端口ISENS连接，且WS3206芯片2的电压输出端OUT与MT6235芯片3的端口ISENS均连接在电流采样电阻R1的一端。电流采样电阻R1的另一端分别与锂电池正极、电压监控电阻R2的一端以及MT6235芯片3的端口VBAT’连接。电压监控电阻R2的另一端与WS3206芯片2的电压监测端VBAT连接。锂电池4的负极连接接地端GND。

此外，为了抑制电源的尖峰电压及其高频噪声，WS3206芯片2的电压输入端ACIN以及信号输出端CHRIN分别与WS3206芯片2的接地端GND之间连接1uF的电容。

本实施例的充电实现方式如下: WS3206芯片2的电压输入端ACIN接5V电压，使WS3206芯片2正常工作起来。MT6235芯片3检测到信号输出端CHRIN有信号，并且锂电池4的电压小于下限值（4.05V）时，MT6235芯片3通过控制端GATDRV向WS3206芯片2发送控制信号，并导通电压输入端ACIN与电压输出端OUT之间的连接。这时WS3206芯片2有电压电流输出，并经过0.2Ω的电流采样电阻R1给锂电池4充电。MT6235芯片3通过对端口ISENS以及端口VBAT’的电压进行监控，并根据两者的压差获取流经电流采样电阻R1上的充电电流大小，从而MT6235芯片3就可以根据充电电流的大小来控制WS3206芯片2内部的关断与打开时间，以防止充电电流过大或过小。WS3206芯片2的电压监测端VBAT通过电压监控电阻R2监控锂电池4的电压，当锂电池4的电压大于上限值（4.35V）时，WS3206芯片2就停止充电，以防止锂电池过充。

特别的，本实施例的电压监控电阻R2阻值为200KΩ，即使WS3206芯片2的电压输入端ACIN与电压监测端VBAT出现短路，假设电压输入端ACIN的最高电压为30V，锂电池4的最低电压3V，那么流进锂电池4的电流I=(30-3)V/200KΩ=135uA。这么小的电流对锂电池4没有任何影响，因此200KΩ的电压监控电阻R2可以对锂电池4起到很好的保护作用。

本实用新型的锂电池充电保护电路所采用的WS3206芯片2输入电压最高可承受30V，其将多种保护功能集成在极小的封装，且只需要极少的外围器件，使得WS3206芯片2成为便携式产品的理想IC。其内部集成的保护功能包含有：输入电压过电压保护、电池过电压保护、充电电流过电流保护、过温保护等功能。

请参见图3，其为本实用新型WS3206芯片的一种实施例结构图，其包括上电复位模块11、输入电压保护模块5、输出电流保护模块6、过温保护模块7、电池电压保护模块8、开关模块9及控制器10。开关模块9设置在电压输入端ACIN与电压输出端OUT之间，上电复位模块11分别与电压输入端ACIN及控制器10相连，输入电压保护模块5分别与电压输入端ACIN及控制器10相连，输出电流保护模块6分别与电压输出端OUT及控制器10相连，电池电压保护模块8分别与电压监测端VBAT及控制器10相连，过温保护模块7与控制器10相连，控制器10与开关模块9相连。其中，本实施例的输入电压保护模块5、输出电流保护模块6、电池电压保护模块8均通过运算放大器来实现其功能，开关模块9通过两个MOS管和一个二极管实现其功能。

在芯片上电过程中，若上电复位模块11监测到电压输入端ACIN的电压低于上电复位电压（典型值为2.56V），则控制器10内部寄存器被复位，并控制开关模块9断开，使芯片处于停止工作状态。当电压输入端ACIN的电压超过上电复位电压且稳定一段时间（如8ms）后，控制器10控制开关模块9导通，芯片开始启动，信号输出端CHRIN的电压逐渐被拉高。上电复位功能包含电压迟滞和复位延时，以避免输入电压毛刺。

在芯片上电后，输入电压保护模块5会持续检测电压输入端ACIN的输入电压，当电压输入端ACIN电压升高至高于输入保护阈值电压(例如6.8V)，并保持一段时间（典型值为100ns）后，输入电压保护模块5会向控制器10发出过压信号，并通过控制器10控制开关模块9断开，从而使信号输出端CHRIN电压被拉低，以保护连接到信号输出端CHRIN 和电压输出端OUT的器件安全。当电压输入端ACIN电压降低至低于迟滞电压（典型值为300mV），并经过一段的恢复时间（典型值为8ms）后，控制器10控制开关模块9导通。迟滞电压和恢复时间确保输入过压保护功能不受输入电压瞬态噪声信号的干扰。

输出电流保护模块6对电压输出端OUT的输出电流（即电流采样电阻R1上的电流）进行监控，当输出电流达到门限电平的时候。如果延续一个消隐时间(176us典型值)，则输出电流保护模块6向控制器10发出过流信号，并通过控制器10控制开关模块9关断。在输出电流正常并达到一个恢复时间（64ms典型值)时，控制器10控制开关模块9导通。控制器10有一个内置的计数器，当电流输出故障总计数达到16个周期时，控制器10会控制开关模块9彻底关断，需重新启动充电电源1后才可以重新工作，这样可以避免脉冲干扰引起的误操作。

电池电压保护模块8通过检测电压监测端VBAT的电压来提供电池过压保护。电池过压保护的阈值电压可根据实际需要来设定（典型值为4.35V），当电压监测端VBAT电压超过电池过压保护阈值电压一个消隐时间(176us典型值），电池电压保护模块8会向控制器10发出过压信号，并通过控制器10控制开关模块9关断。电池过压保护具有迟滞电压，当电压监测端VBAT电压降低至低于迟滞电压，开关模块9才重新导通。电池过压保护同样可以利用计数器，当电池电压故障总计数达到16个周期时，控制器10会控制开关模块9彻底关断，需重新启动充电电源1后才可以重新工作，这样可以避免脉冲干扰引起的误操作。

过温保护模块7会实时监测芯片内部的温度，当芯片内部温度超过160℃（典型值）时，开关模块9关断，直至芯片温度降低至140℃（典型值），芯片才重新恢复正常工作状态。

本实用新型电路结构简单，使用方便，并且由于采用集成电路芯片控制模式，系统参数的一致性、稳定性好，且WS3206芯片的使用，不仅使电路具有电池过电压保护、充电电流过电流保护的功能，还具备了输入电压过电压保护、过温保护的功能，保护功能齐全，待机功耗低，外围器件少，芯片面积小，极大降低了成本。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，只要不超出所附权利要求书所述范围，都应落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种便携式系统锂电池充电保护电路，其特征在于，包括一充电电源、一WS3206芯片、一处理器以及一锂电池，该WS3206芯片的电压输入端与该充电电源相连，该WS3206芯片的电压输出端经过一电流采样电阻后与该锂电池相连，该WS3206芯片的电压监测端经过一电压监控电阻后与该锂电池相连，该处理器与该WS3206芯片的信号输入端相连，且该处理器与该电流采样电阻的两端相连。

2.如权利要求1所述的便携式系统锂电池充电保护电路，其特征在于，该处理器为MT6235芯片。

3.如权利要求1所述的便携式系统锂电池充电保护电路，其特征在于，该WS3206芯片的电压输入端和信号输出端分别与接地端之间设置一电容。

4.如权利要求1所述的便携式系统锂电池充电保护电路，其特征在于，该电流采样电阻的阻值为0.2欧。

5.如权利要求1所述的便携式系统锂电池充电保护电路，其特征在于，该电压监控电阻的阻值为200千欧。

6.如权利要求1所述的便携式系统锂电池充电保护电路，其特征在于，该WS3206芯片包括一输入电压保护模块、一输出电流保护模块、一过温保护模块、一电池电压保护模块、一开关模块及一控制器，该开关模块设置在该WS3206芯片的电压输入端与电压输出端之间，该输入电压保护模块分别与该WS3206芯片的电压输入端及该控制器相连，该输出电流保护模块分别与该WS3206芯片的电压输出端及该控制器相连，该电池电压保护模块分别与该WS3206芯片的电压监测端及该控制器相连，该过温保护模块与该控制器相连，该控制器与该开关模块相连。

7.如权利要求6所述的便携式系统锂电池充电保护电路，其特征在于，该WS3206芯片还包括一上电复位模块，其分别与该WS3206芯片的电压输入端及该控制器相连。