CN203205848U - 电池保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池保护电路，其包括电芯、电感L1、电容C1、电阻R1、第一开关、第二开关和升压-电池保护控制电路，所述升压-电池保护控制电路用于对第一开关和第二开关的开关状态进行控制，当电芯节点的电压大于等于系统最低工作电压时，所述升压-电池保护控制电路控制第二开关关断，并通过控制第一开关实现充电控制和放电控制；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关和第二开关交替导通。不仅可以对电芯进行充电保护和放电保护，还可在电芯Bat给被供电系统供电时可以增加电芯可利用能量，从而延长被供电系统的工作时间和待机时间。

Description

电池保护电路

【技术领域】

本实用新型涉及电路设计领域，特别涉及一种电池保护电路。

【背景技术】

现有技术中，锂电池通过安装在其内部的电池保护电路（或者称为电池保护芯片）来保证电池中的电芯不欠压放电，不过压充电，不过流放电。请参考图1所示，其为现有技术中锂电池在供电时的电路示意图。所述锂电池包括电芯Bat和电池保护电路110。所述电池保护电路110包括电阻R1、电容C1、电池保护控制电路112、电阻R4、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)场效应晶体管MN1和MN2。所述电芯Bat的正极直接与第一电源端VDD相连，电阻R1和电容C1串联于电芯Bat的正极和负极之间，NMOS晶体管MN1（即放电功率开关）和NMOS晶体管MN2（即充电功率开关）串联于电芯Bat的负极和第二电源端PN之间，NMOS晶体管MN1的漏极和NMOS晶体管MN2的漏极相连，NMOS晶体管MN1的源极与电芯Bat的负极相连，NMOS晶体管MN2的源极与第二电源端PN相连，且在NMOS晶体管MN1中寄生二极管（未示出），在NMOS晶体管MN2中寄生有二极管（未示出）。

所述电池保护控制电路112包括三个连接端(或称为检测端)和两个控制端，三个连接端分别为电芯Bat正极连接端(或称电源端)V，电芯Bat负极连接端（或称接地端）G和第二电源端PN连接端VM，两个控制端分别为充电控制端CO和放电控制端DO。其中，连接端V连接于电阻R1和电容C1之间，连接端G与电芯Bat的负极相连，连接端VM通过电阻R4与第二电源端PN相连，充电控制端CO与NMOS晶体管MN2的栅极相连，放电控制端DO与NMOS晶体管MN1的栅极相连。所述电池保护控制电路112通过控制NMOS晶体管MN1、MN2的导通和关断可以实现对电芯Bat进行充电保护和放电保护。在正常状态时，所述电池保护控制电路112控制NMOS晶体管MN1、MN2同时导通，此时既可充电也可以放电。在充电发生异常(比如充电过流或者充电过压)时，所述电池保护控制电路112控制NMOS晶体管MN2截止，从而切断了充电过程，但仍可以放电。在放电发生异常(比如放电过流或者放电过压)时，所述电池保护控制电路112控制NMOS晶体管MN1截止，从而切断了放电过程，但仍可以充电。

图1中的锂电池通过电源管理芯片120为被供电电路130供电。在图1中，电源管理芯片120的一个输入端与第一电源端VDD相连，另一个输入端与第二电源端PN相连，其输出端与被供电电路130相连。所述电源管理芯片120包括多个DC/DC(直流/直流)转换器和多个LDO(low dropout regulator，低压差电压调节器，简称LDO)，以对电池电压VDD（即第一电源端VDD的电压）进行电压转换，从而输出所述被供电电路130需要的各种系统电压。一般被供电电路130（例如，手机和平板电脑等便携电子系统）中需要1.2V～3.3V范围内的多路多种电压（比如，许多数字芯片以3.3V作为芯片间通信的IO(输入输出:Input&Output)管脚的电源电压），一般3.3V为被供电电路130（或者称为被供电系统）中所需基本电压中的最高电压。以锂电池电压VDD为输入，通过电源管理芯片120中的低压差电压调节器来产生3.3V的电压，如果低压差电压调节器最低的压差为0.1V，则需要电池电压VDD大于或等于3.4V才能工作；锂电池充满电时的电压一般为4.2V，随着逐步耗电，其电压逐渐下降，所以现有技术中，手机和平板电脑在电池电压下降到3.4V时，就关机了，也可以说3.4V的电池电压为系统最低工作电压。但实际上，电池中的电芯Bat在2.7V～3.4V之间（即放电欠压阈值和系统最低工作电压之间）仍存在一定能量，约占充满电芯能量的8%～10%。如果对这部分能量加以合理利用，可以在不增加电芯Bat体积和重量的条件下，有效的增加电池可利用能量，从而延长被供电系统的工作时间和待机时间。

为使被供电电路130可以利用电芯电压在2.7V～3.4V之间的能量，需要增加升压电路。在图1所示的锂电池中，如果简单的将升压电路串联在电源管理芯片120的输入端，虽然可以使被供电电路130利用电芯电压在2.7V～3.4V之间的能量，但是其效果较差，其原因在于升压电路本身存在一定的效率损失，例如其效率为90%，则损耗10%的能量，这样综合起来可能不仅没有延长被供电系统的工作时间，可能反而减少工作时间。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种带升压电路的电池保护电路，其不仅可以对电芯Bat进行充电保护和放电保护，且在电芯Bat给被供电系统供电时可以增加电芯Bat的可利用能量，从而延长被供电系统的工作时间和待机时间。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种带有升压电路的电池保护电路，其包括电芯、电感L1、电容C1、电阻R1、第一开关、第二开关和升压-电池保护控制电路，电芯连接于电芯节点和地节点之间，电感L1连接于电芯节点和中间节点之间，第一开关连接于中间节点和第一电源端之间，第二开关连接于中间节点和地节点之间，电容C1和电阻R1串联于电芯节点和地节点之间，第二电源端和地节点相连。所述升压-电池保护控制电路用于对第一开关和第二开关的开关状态进行控制，当电芯节点的电压大于等于系统最低工作电压时，所述升压-电池保护控制电路控制第二开关关断，并通过控制第一开关实现充电控制和放电控制；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关和第二开关交替导通；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点的电压小于放电欠压阈值时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关关断放电回路，其中，所述系统最低工作电压小于充电过压阈值且大于所述放电欠压阈值。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中所述通过控制第一开关实现充电控制和放电控制为：当充电正常时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关导通充电回路，在充电异常时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关关断充电回路；在放电正常时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关导通放电回路，在放电发生异常时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关关断放电回路。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中所述第二开关包括NMOS晶体管MN3，所述第一开关包括依次串联于所述中间节点和所述第一电源端之间的第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2，其中，所述第一PMOS晶体管MP1的源极和衬体端与中间节点相连，其漏极与所述第二PMOS晶体管MP2的漏极相连，所述第二PMOS晶体管MP2的源极和衬体端与第一电源节点相连，当电芯节点的电压大于等于系统最低工作电压时，由所述升压-电池保护控制电路控制所述NMOS晶体管MN3关断，控制第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2导通或/和关断；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，由所述升压-电池保护控制电路控制NMOS晶体管MN3和第一PMOS晶体管MP1、第二PMOS晶体管MP2交替导通；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点的电压小于放电欠压阈值时，所述升压-电池保护控制电路控制第一PMOS晶体管MP1关断。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中所述升压-电池保护控制电路包括与电芯节点相连的电源端V，与地节点相连的接地端G，与中间节点相连的中间节点连接端LX、与第一电源端相连的第一电源端连接端VM，与第二PMOS晶体管MP2的栅极相连的第一控制端CO和与第一PMOS晶体管MP1的栅极相连的第二控制端DO。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中所述电阻R1连接于电源端V和电芯节点之间，所述电容C1连接于电源端V和接地端G之间；或者，所述电阻R1连接于地节点和接地端G之间，所述电容C1连接于电源端V和接地端G之间。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中其还包括电容C2和电阻R4，所述电容C2连接于所述第一电源端连接端VM和第二电源端之间，所述电阻R4连接于所述第一电源端连接端VM和第一电源端VP之间。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中所述升压-电池保护控制电路包括升压控制电路和电池保护控制电路，当电芯节点的电压大于所述系统最低工作电压时，由所述升压控制电路控制NMOS晶体管MN3关断，并由所述电池保护控制电路控制PMOS晶体管MP1和MP2导通或/和关断；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，由所述升压控制电路控制NMOS晶体管MN3和PMOS晶体管MP1、MP2交替导通；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点的电压小于放电欠压阈值时，由所述电池保护控制电路控制PMOS晶体管MP1关断。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中所述升压控制电路根据电芯节点和第一电源端的电压输出第一升压驱动信号和第二升压驱动信号，其中第二升压驱动信号与所述NMOS晶体管MN3的栅极相连；所述电池保护控制电路根据电芯节点、中间节点和第一电源端上的电压输出充电保护控制信号和放电保护控制信号：所述升压-电池保护电路还包括逻辑选择电路，所述逻辑选择电路用于选择第一升压驱动信号或者充电保护控制信号给所述第二PMOS晶体管MP2的所述第一控制端CO，选择第一升压驱动信号或者放电保护控制信号给所述第二控制端DO。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中所述逻辑选择电路包括第一或门OR1和第二或门OR2，第一或门OR1的第一输入端与所述第一升压驱动信号相连，其第二输入端与所述充电保护控制信号相连，其输出端与所述第一控制端CO相连；第二或门OR2的第一输入端与所述第一升压驱动信号相连，其第二输入端与所述放电保护控制信号相连，其输出端与所述第二控制端DO相连。

作为本实用新型的一个优选的实施方式，其中所述升压-电池保护控制电路还包括电源选择电路，所述电源选择电路用于比较电芯节点和第一电源端的电压高低，并选择电压较高的连接端与所述逻辑选择电路的电源端相连。

与现有技术相比，本实用新型中的带升压电路的电池保护电路，其不仅可以对电芯Bat进行充电保护和放电保护，且在电芯Bat给被供电系统供电时可以增加电芯Bat可利用能量，从而延长被供电系统的工作时间和待机时间。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中锂电池在供电时的电路示意图；

图2为本实用新型中的带升压电路的电池保护电路在一个实施例中的示意图；

图3为图2中的升压-电池保护控制电路在一个实施例中的示意图；

图4为本实用新型中的带升压电路的电池保护电路在另一个实施例中的示意图；

图5为本实用新型中的带升压电路的电池保护电路在再一个实施例中的示意；

图6为图5中的升压-电池保护控制电路在一个实施例中的示意图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

本实用新型中的带升压电路的电池保护电路不仅具有对电芯Bat进行充电保护和放电保护的功能，而且在电芯Bat给被供电系统供电时，当电芯Bat的电压小于系统最低工作电压且大于放电欠压阈值且未出现放电过流时，还具有升压电路的功能，将电芯Bat的电压进行升压，以继续给被供电系统供电，从而增加电芯Bat的可利用能量，进而延长被供电系统的工作时间和待机时间。

请参考图2所示，其为本实用新型中的带升压电路的电池保护电路在一个实施例中的示意图。所述带升压电路的电池保护电路210包括电阻R1、电容C1、电感L1、升压-电池保护控制电路212、第一开关214和第二开关（图1中未示出，其为图3中的215）。

电芯Bat连接于电芯节点A和地节点B之间，电感L1连接于电芯节点A和中间节点LX之间，第一开关214连接于中间节点LX和第一电源端VP之间，第二开关连接于中间节点LX和地节点B之间，电容C1和电阻R1串联于电芯节点A和地节点B之间，第二电源端VG和地节点B相连，一般情况下，地节点B接地，电芯节点A的电压等于电芯Bat的电压。

图2中的电芯Bat通过带升压电路的电池保护电路210为所述电源管理芯片220提供电压，所述电源管理芯片220将输入的电压进行转换后输出给供电电路230。请参考图2所示，所述带升压电路的电池保护电路210的第一电源端VP与电源管理芯片220的一个输入端相连，其第二电源端VG与电源管理芯片220的另一个输入端相连，电源管理芯片220的输出端与被供电电路230相连。所述电源管理芯片220包括多个DC/DC和多个LDO，以对所述带升压电路的电池保护电路210输出的电压进行电压转换，从而提供给所述被供电电路230需要的各种系统电压。

所述升压-电池保护控制电路212用于对第一开关214和第二开关的开关状态进行控制。具体控制过程如下：

当电芯节点A的电压（即电芯Bat的电压）大于等于系统最低工作电压时，所述升压-电池保护控制电路212控制第二开关关断；并通过控制第一开关214实现充电控制和放电控制，具体为，当充电正常（充电电流和充电电压都正常）时，所述升压-电池保护控制电路212控制第一开关214导通充电回路，在充电异常(比如，充电过流或者充电过压)时，所述升压-电池保护控制电路212控制第一开关214关断充电回路；在放电正常（放电电流和放电电压都正常）时，所述升压-电池保护控制电路212控制第一开关214导通放电回路，在放电发生异常(比如，放电过流)时，所述升压-电池保护控制电路212控制第一开关214关断放电回路。

当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，所述升压-电池保护控制电路212控制第一开关214和第二开关交替导通。

当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点A的电压小于放电欠压阈值时，所述升压-电池保护控制电路212控制第一开关214关断放电回路。其中，所述系统最低工作电压小于充电过压阈值且大于所述放电欠压阈值。

请继续参考图2所示，图2中的第二开关215为NMOS晶体管MN3(请参考图3所示)，第一开关214包括依次串联于所述中间节点LX和第一电源端VP之间的PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor)场效应晶体管MP1和MP2，第一PMOS晶体管MP1的漏极和第二PMOS晶体管MP2的漏极相连，第一PMOS晶体管MP1的源极和衬体端与中间节点LX相连，第二PMOS晶体管MP2的源极和衬体端与第一电源端VP相连，在第一PMOS晶体管MP1内寄生有二极管（未示出），在第二PMOS晶体管MP2内寄生有二极管（未示出）。图2所示的实施例中的第二开关为NMOS晶体管MN3(请参考图3所示)。

图2中的升压-电池保护控制电路212包括四个连接端(或称为检测端)和两个控制端。四个连接端分别为与电芯节点A相连的电源端V、与地节点B相连的接地端G、与中间节点LX相连的中间节点连接端LX、与第一电源端VP相连的第一电源端连接端VM；两个控制端分别为与第二PMOS晶体管MP2的栅极相连的第一控制端CO和与第一PMOS晶体管MP1的栅极相连的第二控制端DO。在图2所示的实施例中，所述电阻R1连接于连接端V与电芯节点A之间，所述电容C1连接于连接端V和连接端G之间。在图2所示的实施例中，所述带升压电路的电池保护电路210其还包括电容C2和电阻R4，所述电容C2连接于所述连接端VM和第二电源端VG之间，所述电阻R4连接于连接端VM和第一电源端VP之间。

这里需要说明的是，连接端V通过电阻R1与电芯节点A相连，由于电阻R1上的电流很小，其电阻R1上的压降可以忽略，因此，连接端V上的电压等于电芯节点A的电压（即电芯Bat的电压）；同理，连接端VM通过电阻R4与第一电源端VP相连，由于电阻R4上的电流很小，其电阻R4上的压降可以忽略，因此，连接端VM上的电压等于所述第一电源端VP上的电压。

以下具体介绍图2所示的带升压电路的电池保护电路210的工作过程。

当电芯节点A大于所述系统最低工作电压(即电源管理芯片220能够正常工作的最低电压)时，所述升压-电池保护控制电路212工作在电池保护控制电路模式，即所述升压-电池保护控制电路212控制所述NMOS晶体管MN3关断，并控制PMOS晶体管MP1和MP2导通或/和关断，以对电芯Bat进行充电控制和放电控制。此时，所述电阻R1、电容C1、电感L1、电阻R4、电感C2、升压-电池保护控制电路212、PMOS晶体管MP1和MP2形成电池保护电路，以对电芯Bat的充电状态和放电状态进行控制，即带升压电路的电池保护电路210工作在电池保护电路模式。其原因在于，当电芯Bat的电压大于所述系统最低工作电压时，其不需要进行升压处理就可以通过电源管理芯片220对被供电电路230进行供电。

当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，所述升压-电池保护控制电路212处于升压控制电路模式，即所述升压-电池保护控制电路212控制PMOS晶体管MP1和MP2导通且NMOS晶体管MN3关断，或者PMOS晶体管MP1和MP2关断且NMOS晶体管MN3导通（即NMOS晶体管MN3和PMOS晶体管MP1、MP2交替导通）。此时，由所述电阻R1、电容C1、电感L1、电阻R4、电感C2、所述升压-电池保护控制电路212、NMOS晶体管MN3、PMOS晶体管MP1和MP2形成升压电路，即带升压电路的电池保护电路210工作在升压控制电路模式，使电芯Bat的电压通过该升压电路升压，并使升压后的电压（即第一电源端VP的电压）等于所述系统最低工作电压，从而使所述带升压电路的电池保护电路210输出的电压可以继续通过电源管理芯片220提供给被供电电路230。其原因在于，当电芯Bat的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，若所述带升压电路的电池保护电路210还工作在电池保护电路模式，被供电电路230将不能工作，需要将电芯Bat的电压通过升压电路进行升压，才可以使被供电电路230继续工作。

当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点A的电压小于放电欠压阈值出现放电过压时，所述升压-电池保护控制电路212通过控制关断PMOS晶体管MP1，以关断放电回路，进行放电保护。

综上所述，本实用新型中的带升压电路的电池保护电路210当电芯Bat的电压（即电芯节点A的电压）大于所述系统最低工作电压时，所述升压-电池保护控制电路212工作在电池保护控制电路模式，由所述电阻R1、电容C1、电感L1、电阻R4、电感C2、升压-电池保护控制电路212、PMOS晶体管MP1和MP2形成电池保护电路；当电芯Bat的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，所述升压-电池保护控制电路212处于升压控制电路模式，由所述电阻R1、电容C1、电感L1、电阻R4、电感C2、所述升压-电池保护控制电路212、NMOS晶体管MN3、PMOS晶体管MP1和MP2形成升压电路，以使电芯Bat电压进行升压后继续给被供电电路230供电，从而增加电芯Bat可利用能量，延长被供电电路的工作时间和待机时间。且所述带升压电路的电池保护电路210的升压电路模式和电池保护电路模式共用部分外围器件，降低了占用面积，降低了成本。

请参考图3所示，其为图2中的升压-电池保护控制电路在一个实施例中的示意图。所述升压-电池保护控制电路包括升压控制电路310、电池保护控制电路320和逻辑选择电路330。

当电芯节点A的电压(即电芯Bat的电压)大于所述系统最低工作电压时，由所述升压控制电路310控制NMOS晶体管MN3关断，并由所述电池保护控制电路320控制PMOS晶体管MP1和MP2导通或/和关断；当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，由所述升压控制电路310控制NMOS晶体管MN3和PMOS晶体管MP1、MP2交替导通；当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点A的电压小于放电欠压阈值时，由所述电池保护控制电路320控制PMOS晶体管MP1关断，以关断放电回路。

所述升压控制电路310根据电芯节点A的电压和第一电源端VP的电压输出第一升压驱动信号和第二升压驱动信号。由所述升压控制电路310输出的第二驱动信号控制NMOS晶体管MN3的导通或者关断。在如图3所示的实施例中，所述升压控制电路310的V端与所述升压-电池保护电路212的电源端V相连，其VM端与第一电源端VP连接端VM相连，其G端与接地端G相连，其LX端与中间节点连接端LX相连，其第一输出端PD输出第一升压驱动信号PD，其第二输出端ND输出第二升压驱动信号ND，所述第二输出端ND与所述NMOS晶体管MN3的栅极相连。

所述电池保护控制电路320根据电芯节点A的电压、中间节点LX的电压和第一电源端VP的电压输出充电保护控制信号和放电保护控制信号。在如图3所示的实施例中，所述电池保护控制电路320的V端与所述升压-电池保护控制电路212的电源端V相连，其VM端与第一电源端VP连接端VM相连，其G端与接地端G相连，其LX端与中间节点连接端LX相连，其第一输出端COI输出充电保护控制信号COI，其第二输出端DOI输出放电保护控制信号DOI。

所述逻辑选择电路330用于选择所述第一升压驱动信号PD或者充电保护控制信号COI给所述第二PMOS晶体管MP2的栅极（即给所述升压-电池保护控制电路212的第一控制端CO），选择所述第一升压驱动信号PD或者放电保护控制信号DOI给所述第一PMOS晶体管MP1的栅极（即给所述升压-电池保护控制电路212的第一控制端DO）。在如图3所示的实施例中，所述逻辑选择电路330包括第一或门OR1和第二或门OR2，第一或门OR1的第一输入端与所述升压控制电路310的第一输出端PD相连，其第二输入端与所述电池保护控制电路320的第一输出端COI相连，其输出端（即第一控制端CO）与PMOS晶体管MP2的栅极相连（如图2所示）。第二或门OR2的第一输入端与所述升压控制电路310的第一输出端PD相连，其第二输入端与所述电池保护控制电路320的第二输出端DOI相连，其输出端（即第二控制端DO）与第一PMOS晶体管MP1的栅极相连（如图2所示）。当第一升压驱动信号PD和充电保护控制信号COI都为低电平时，第一控制端CO输出低电平；当第一升压驱动信号PD和充电保护控制信号COI其中之一为高电平时，第一控制端CO输出高电平。当第一升压驱动信号PD和放电保护控制信号DOI都为低电平时，第二控制端DO输出低电平；当第一升压驱动信号PD和放电保护控制信号DOI其中之一为高电平时，第二输出端DO输出高电平。

以下具体介绍图3所示的升压-电池保护控制电路的工作过程。

当电芯节点A的电压（即电源端V的电压）大于系统最低工作电压（比如，3.4V）时，所述升压控制电路310输出的第一升压驱动信号PD和第二升压驱动信号ND都为低电平（第一逻辑电平），该第二升压驱动信号ND使得NMOS晶体管MN3一直处于关断状态；此时，第一控制端CO选择输出充电保护控制信号COI，第二控制端DO选择输出放电保护控制信号DOI，以控制PMOS晶体管MP1和MP2导通或/和关断。具体为，当充电正常（充电电流和充电电压都正常）时，所述电池保护控制电路320输出的充电保护控制信号COI和放电保护控制信号DOI都为低电平（第一逻辑电平），控制PMOS晶体管MP1、MP2同时导通，以导通充电回路；当放电正常（放电电流和放电电压都正常）时，所述电池保护控制电路320输出的充电保护控制信号COI和放电保护控制信号DOI也都为低电平（第一逻辑电平），控制PMOS晶体管MP1、MP2同时导通，以导通放电回路；当充电异常(比如，充电过流或者充电过压)时，所述电池保护控制电路320输出的充电保护控制信号COI为高电平（第二逻辑电平），放电保护控制信号DOI为低电平（第一逻辑电平），控制PMOS晶体管MP1导通且PMOS晶体管MP2关断，以关断充电回路；当放电异常(比如，放电过流)时，所述电池保护控制电路320输出的充电保护控制信号COI为低电平（第一逻辑电平），放电保护控制信号DOI为高电平(第二逻辑电平)，控制PMOS晶体管MP1关断且PMOS晶体管MP2导通，以关断放电回路。在正常状态时，所述电池保护控制电路320控制PMOS晶体管MP1、MP2同时导通，此时既可充电也可以放电。在充电发生异常(比如充电过流和充电过压)时，所述电池保护控制电路320控制PMOS晶体管MP2截止，从而切断了充电回路，但仍可以通过PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2中的寄生二极管放电。在放电发生异常(比如放电过流)时，所述电池保护控制电路320控制PMOS晶体管MP1截止，从而切断了放电回路，但仍可以通过PMOS晶体管MP2和PMOS晶体管MP1中的寄生二极管充电。

当电芯节点A的电压（即电源端V的电压）大于放电欠压阈值（比如2.3V）且小于系统最低工作电压(比如3.4V)且出现放电过流时或者电芯节点A的电压小于放电欠压阈值(比如2.3V)出现放电过压时，所述电池保护控制电路320输出的充电保护控制信号COI为低电平（第一逻辑电平），放电保护控制信号DOI为高电平（第二逻辑电平），此时，第二控制端DO选择输出第二保护控制信号DOI（为高电平），以关断所述PMOS晶体管MP1，从而切断了放电回路。

上述示例中，第一逻辑电平为低电平，第二逻辑电平为高电平，在其他实施例中，第一逻辑电平可以为高电平，第二逻辑电平可以为低电平，此时，将所述第二输出端ND与所述NMOS晶体管MN3的栅极之间增加反相器，并相应更改所述逻辑选择电路330的逻辑即可。

综上可知，电池保护控制电路320一直对电芯Bat的充放电状态进行检测，当电芯Bat的充放电发生异常时，及时关断充电回路或者放电回路，当电芯Bat的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，由所述升压控制电路310控制NMOS晶体管MN3和PMOS晶体管MP1、MP2交替导通。

在一个实施例中，图3所示的升压-电池保护控制电路还包括电源选择电路（未示出），所述电源选择电路用于比较连接端V的电压（即电芯节点A的电压）和第一电源端连接端VM的电压（即第一电源端VP的电压）高低，并选择电压较高的连接端与或逻辑电路OR1和OR2的电源端相连。这样就可以实现，当电芯节点A（即电芯Bat的电压）大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压时，逻辑选择电路330（比如，第一或门OR1和第二或门OR2）可以继续工作。

请参考图4所示，其为本实用新型中的带升压电路的电池保护电路在另一个实施例中的示意图。其与图2的区别在于，所述电阻R1连接于地节点B和所述升压-电池保护控制电路212的接地端G之间，所述电容C1连接于电源端V和接地端G之间。这样，同样可以实现很好的电源滤波效果，与图2的滤波效果相同。

请参考图5所示，其为本实用新型中的带升压电路的电池保护电路在另一个实施例中的示意图。其与图2的区别在于：图5中的第一开关514为PMOS晶体管MP3，所述PMOS晶体管MP3包括与中间节点LX相连的第一连接端、与第一电源端VP相连的第二连接端和衬体端；图5中的升压-电池保护控制电路512包括的两个控制端，分别为开关控制端CDO和衬体连接控制端BO，所述开关控制端CDO与所述PMOS晶体管MP3的栅极相连，所述衬体连接控制端BO与所述PMOS晶体管MP3的衬体端相连。

在图5所示的实施例中，仅通过PMOS晶体管MP3作为开关来控制充电回路的导通或者关断和控制放电回路的导通或者关断，为了避免其内寄生的二极管对该控制过程的影响，需要在充电过程和放电过程对应改变其寄生二极管的方向。当电芯Bat处于充电过程时，即中间节点LX的电压小于第一电源端VP的电压时，使PMOS晶体管MP3的衬体端与第一电源端VP相连，此时，PMOS晶体管MP3内的寄生二极管的方向从中间节点LX指向第一电源端VP(阳极连接中间节点，阴极连接第一电源端VP)，即当电芯Bat处于充电过程时，PMOS晶体管MP3内的寄生二极管中一直无电流通过。当电芯Bat处于放电过程时，即中间节点LX的电压大于第一电源端VP的电压时，使PMOS晶体管MP3的衬体端与中间节点LX相连，此时，PMOS晶体管MP3内的寄生二极管的方向从第一电源端VP指向中间节点LX(阴极连接中间节点，阳极连接第一电源端VP)，即当电芯Bat处于放电过程时，PMOS晶体管MP3内的寄生二极管中一直无电流通过。

以下具体介绍图5所示的带升压电路的电池保护电路的工作过程。

当中间节点LX的电压小于第一电源端VP的电压（即电芯Bat处于充电状态）时，所述升压-电池保护控制电路512控制第三PMOS晶体管MP3的衬体端与第一电源端VP相连；当中间节点LX的电压大于第一电源端VP的电压(即电芯Bat处于放电状态)时，所述升压-电池保护控制电路512控制第三PMOS晶体管MP3的衬体端与中间节点LX相连；

当电芯节点A的电压大于等于系统最低工作电压时，所述升压-电池保护控制电路512工作在电池保护控制电路模式，由所述升压-电池保护控制电路512控制所述NMOS晶体管MN3关断，控制第三PMOS晶体管MP3导通或关断以对电芯Bat进行充电控制和放电控制；

当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，所述升压-电池保护控制电路512处于升压控制电路模式，由所述升压-电池保护控制电路512控制NMOS晶体管MN3、第三PMOS晶体管MP3交替导通，使电芯Bat的电压通过该升压电路升压，并使升压后的电压（即第一电源端VP的电压）等于所述系统最低工作电压，从而使所述带升压电路的电池保护电路210输出的电压可以继续通过电源管理芯片220提供给被供电电路230；

当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点A的电压小于放电欠压阈值时，所述升压-电池保护控制电路512控制第三PMOS晶体管MP3关断，以关断放电回路，进行放电保护。

请参考图6所示，其为图5中的升压-电池保护控制电路在一个实施例中的示意图。

图6中的升压-电池保护控制电路包括升压控制电路610、电池保护控制电路620、逻辑选择电路630和衬体选择电路640。

所述衬体选择电路640用于比较中间节点LX和第一电源端VP的电压高低，并选择电压较高的连接端与所述衬体连接控制端BO相连。

当电芯节点A的电压大于所述系统最低工作电压时，由所述升压控制电路610控制NMOS晶体管MN3关断，并由所述电池保护控制电路620控制第三PMOS晶体管MP3导通或者关断；当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，由所述升压控制电路610控制NMOS晶体管MN3和第三PMOS晶体管MP3交替导通；当电芯节点A的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点A的电压小于放电欠压阈值出现放电过压时，由所述电池保护控制电路620控制第三PMOS晶体管MP3关断，以关断放电回路。

图6中的升压控制电路610和电池保护控制电路620与图3中的升压控制电路310和电池保护控制电路320相同，在此不在赘述。

所述逻辑选择电路630用于选择所述第一升压驱动信号PD、充电保护控制信号COI或者放电保护控制信号DOI给所述开关控制端CDO（或者所述PMOS晶体管MP3的栅极）。在如图6所示的实施例中，所述逻辑选择电路630包括第三或门OR3，所述第三或门OR3的第一输入端与所述升压控制电路610的第一输出端PD相连，其第二输入端与所述电池保护控制电路620的第一输出端COI相连，其第三输入端与所述电池保护控制电路620的第二输出端DOI相连，其输出端（即开关控制端CDO）与PMOS晶体管MP3的栅极相连（如图5所示）。当第一升压驱动信号PD和充电保护控制信号COI和放电保护控制信号DOI都为低电平时，开关控制端CDO输出低电平；当第一升压驱动信号PD和充电保护控制信号COI和放电保护控制信号DOI其中之一为高电平时，开关控制端CDO输出高电平。

在图6所示的实施例中，所述衬体选择电路640包括比较器COMP1、第一连接开关SW1、第二连接开关SW2和反相器inv1。所述第一连接开关SW1连接于电芯节点A和衬体连接控制端BO（或者所述PMOS晶体管的MP3的栅极）之间；第二连接开关SW2连接于电芯节点A和衬体连接控制端BO之间；比较器COMP1的正相输入端与电芯节点A相连，其负相输入端与第一电源端VP相连，其输出端与第一连接开关SW1的控制端相连，其输出端通过反相器INV1与第二连接开关SW2的控制端相连。

以下具体介绍图6所示的升压-电池保护控制电路的工作过程。

当中间节点LX的电压小于第一电源端VP的电压（即电芯Bat处于充电状态）时，所述衬体选择电路640选择第一电源端VP与第三PMOS晶体管MP3的衬体端（或者衬体连接控制端BO）相连；当中间节点LX的电压大于第一电源端VP的电压(即电芯Bat处于放电状态)时，所述衬体选择电路640选择中间节点LX与第三PMOS晶体管MP3的衬体端相连。

当电芯节点A的电压（即电芯Bat的电压）大于系统最低工作电压（比如，3.4V）时，所述升压控制电路610输出的第一升压驱动信号PD和第二升压驱动信号ND都为低电平（第一逻辑电平），该第二升压驱动信号ND使得NMOS晶体管MN3一直处于关断状态；此时，开关控制端CDO选择输出充电保护控制信号COI或者放电保护控制信号DOI，以控制PMOS场效应晶体管MP3导通或关断。具体为，当充电正常（充电电流和充电电压都正常）时，所述电池保护控制电路620输出的充电保护控制信号COI和放电保护控制信号DOI都为低电平（第一逻辑电平），开关控制端CDO端输出低电平，控制PMOS晶体管MP3导通，以导通充电回路；当放电正常（放电电流和放电电压都正常）时，所述电池保护控制电路620输出的充电保护控制信号COI和放电保护控制信号DOI也都为低电平（第一逻辑电平），开关控制端CDO端输出低电平，控制PMOS晶体管MP3导通，以导通放电回路；当充电异常(比如，充电过流或者充电过压)时，所述电池保护控制电路620输出的充电保护控制信号COI为高电平（第二逻辑电平），放电保护控制信号DOI为低电平（第一逻辑电平），开关控制端CDO选择输出充电保护控制信号COI（高电平），控制PMOS晶体管MP3关断，以关断充电回路；当放电异常(比如，放电过流)时，所述电池保护控制电路620输出的充电保护控制信号COI为低电平（第一逻辑电平），放电保护控制信号DOI为高电平（第二逻辑电平），开关控制端CDO端选择输出放电保护控制信号DOI（高电平），控制PMOS晶体管MP3关断，以关断放电回路。

在一个实施例中，图6中的逻辑选择电路630的电源端与所述衬体连接控制端BO相连。这样就可以实现，当电芯节点A（即电芯Bat的电压）大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压时，逻辑选择电路630（比如，第一或门OR1和第二或门OR2）可以继续工作。

需要说明的是，所述图3和图6中的升压控制电路可以采用现有技术中的各种升压调制技术，比如，可以采用脉冲宽度调制技术，也可以采用脉冲频率调制技术，通过连接端VM的电压为反馈电压进行控制，将VM的电压调制等于系统最低工作电压。

所述图3和图6中的电池保护控制电路也可以采用现有技术中的各种电池保护技术，一般包括充电过压保护功能，放电欠压保护功能和放电过流保护功能。

本领域技术人员容易想到的是，上文中提到的系统最低工作电压，也可以替换为其它电压阈值，只要该电压阈值大于系统最低工作电压且小于充电过压阈值即可。

综上所述，本实用新型中的带升压电路的电池保护电路不仅具有电池保护电路模式，而且在电芯Bat给被供电系统供电时，当电芯Bat的电压小于系统最低工作电压且大于放电欠压阈值且未出现放电过流时，还具有升压电路模式，将电芯Bat的电压进行升压,以继续给被供电系统供电，从而增加电芯Bat可利用能量，进而可以延长被供电系统的工作时间和待机时间。且所述带升压电路的电池保护电路的升压电路模式和电池保护电路模式共用部分外围器件，降低了成本。

在本实用新型中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种电池保护电路，其特征在于，其包括电芯、电感L1、电容C1、电阻R1、第一开关、第二开关和升压-电池保护控制电路，

电芯连接于电芯节点和地节点之间，电感L1连接于电芯节点和中间节点之间，第一开关连接于中间节点和第一电源端之间，第二开关连接于中间节点和地节点之间，电容C1和电阻R1串联于电芯节点和地节点之间，第二电源端和地节点相连，

所述升压-电池保护控制电路用于对第一开关和第二开关的开关状态进行控制，当电芯节点的电压大于等于系统最低工作电压时，所述升压-电池保护控制电路控制第二开关关断，并通过控制第一开关实现充电控制和放电控制；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关和第二开关交替导通；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点的电压小于放电欠压阈值时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关关断放电回路，

其中，所述系统最低工作电压小于充电过压阈值且大于所述放电欠压阈值。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述通过控制第一开关实现充电控制和放电控制为：

当充电正常时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关导通充电回路，在充电异常时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关关断充电回路；在放电正常时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关导通放电回路，在放电发生异常时，所述升压-电池保护控制电路控制第一开关关断放电回路。

3.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第二开关包括NMOS晶体管MN3，所述第一开关包括依次串联于所述中间节点和所述第一电源端之间的第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2，

其中，所述第一PMOS晶体管MP1的源极和衬体端与中间节点相连，其漏极与所述第二PMOS晶体管MP2的漏极相连，所述第二PMOS晶体管MP2的源极和衬体端与第一电源节点相连，

当电芯节点的电压大于等于系统最低工作电压时，由所述升压-电池保护控制电路控制所述NMOS晶体管MN3关断，控制第一PMOS晶体管MP1和第二PMOS晶体管MP2导通或/和关断；

当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，由所述升压-电池保护控制电路控制NMOS晶体管MN3和第一PMOS晶体管MP1、第二PMOS晶体管MP2交替导通；

当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点的电压小于放电欠压阈值时，所述升压-电池保护控制电路控制第一PMOS晶体管MP1关断。

4.根据权要求3所述的电池保护电路，其特征在于，所述升压-电池保护控制电路包括与电芯节点相连的电源端V，与地节点相连的接地端G，与中间节点相连的中间节点连接端LX、与第一电源端相连的第一电源端连接端VM，与第二PMOS晶体管MP2的栅极相连的第一控制端CO和与第一PMOS晶体管MP1的栅极相连的第二控制端DO。

5.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述电阻R1连接于电源端V和电芯节点之间，所述电容C1连接于电源端V和接地端G之间；或者，所述电阻R1连接于地节点和接地端G之间，所述电容C1连接于电源端V和接地端G之间。

6.根据权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于，其还包括电容C2和电阻R4，所述电容C2连接于所述第一电源端连接端VM和第二电源端之间，所述电阻R4连接于所述第一电源端连接端VM和第一电源端VP之间。

7.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述升压-电池保护控制电路包括升压控制电路和电池保护控制电路，

当电芯节点的电压大于所述系统最低工作电压时，由所述升压控制电路控制NMOS晶体管MN3关断，并由所述电池保护控制电路控制PMOS晶体管MP1和MP2导通或/和关断；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且未出现放电过流时，由所述升压控制电路控制NMOS晶体管MN3和PMOS晶体管MP1、MP2交替导通；当电芯节点的电压大于放电欠压阈值且小于系统最低工作电压且出现放电过流时或者电芯节点的电压小于放电欠压阈值时，由所述电池保护控制电路控制PMOS晶体管MP1关断。

8.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于，

所述升压控制电路根据电芯节点和第一电源端的电压输出第一升压驱动信号和第二升压驱动信号，其中第二升压驱动信号与所述NMOS晶体管MN3的栅极相连；

所述电池保护控制电路根据电芯节点、中间节点和第一电源端上的电压输出充电保护控制信号和放电保护控制信号：

所述升压-电池保护电路还包括逻辑选择电路，所述逻辑选择电路用于选择第一升压驱动信号或者充电保护控制信号给所述第二PMOS晶体管MP2的所述第一控制端CO，选择第一升压驱动信号或者放电保护控制信号给所述第二控制端DO。

9.根据权利要求8所述的电池保护电路，其特征在于，所述逻辑选择电路包括第一或门OR1和第二或门OR2，

第一或门OR1的第一输入端与所述第一升压驱动信号相连，其第二输入端与所述充电保护控制信号相连，其输出端与所述第一控制端CO相连；

第二或门OR2的第一输入端与所述第一升压驱动信号相连，其第二输入端与所述放电保护控制信号相连，其输出端与所述第二控制端DO相连。

10.根据权利要求9所述的电池保护电路，其特征在于，所述升压-电池保护控制电路还包括电源选择电路，所述电源选择电路用于比较电芯节点和第一电源端的电压高低，并选择电压较高的连接端与所述逻辑选择电路的电源端相连。

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