CN216851368U - 一种锂电池保护电路中的开关器件结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锂电池保护电路中的开关器件结构，包括：放电开关器件，包括N个放电开关单元且每一放电开关单元均包括M个放电开关管；充电开关器件，包括N个充电开关单元且每一充电开关单元均包括M个充电开关管；其中，N个放电开关单元和N个充电开关单元交替排布；M个放电开关管之间及N个放电开关单元之间均为并行连接，M个充电开关管之间及N个充电开关单元之间均为并行连接，放电开关器件与充电开关器件之间为串行连接；N为大于等于2的正整数，M为大于等于1的正整数。通过本实用新型提供的锂电池保护电路中的开关器件结构，解决了现有锂电池保护电路中的开关器件结构存在连线电阻较大的问题。

Description

一种锂电池保护电路中的开关器件结构

技术领域

本实用新型涉及锂电池保护电路领域，特别是涉及一种锂电池保护电路中的开关器件结构。

背景技术

锂电池在移动设备(如手机)上的使用越来越广泛，同时，随着移动设备功能的提升、通信速度的加快(如5G通讯)，其电量的消耗越来越快，瞬间峰值电流也越来越大，这就迫使锂电池的容量越来越大、充放电电流也越来越大，使得其保护电路需要的开关电阻越来越小，从50毫欧到10毫欧，再到5毫欧，3毫欧，2毫欧，以及未来可能更小，从而使得连线电阻在其中越来越不可忽视，可以达到开关器件总电阻的40％-50％，甚至更多。

锂电池保护电路中因需要放电开关器件MD和充电开关器件MC分别管控放电过流过压和充电过流过压，因此需要两个开关器件串行连接，如图1所示；当然，也可通过外接电阻R0来感应两个开关器件的电流，如图2所示。

现有锂电池保护电路中开关器件结构100由下至上依次包括：开关器件层101、源/漏连线层104及源极引脚层105，其中，放电开关器件102及充电开关器件103分别位于所述开关器件层101的两侧，放电开关器件102及充电开关器件103的源、漏极连线位于所述源/漏连线层104，放电开关器件102及充电开关器件103的源极引脚位于所述源极引脚层105，具体如图3所示。为了减小连线电阻，常常用封装引脚作为放电开关器件的源极(B-端)、放电开关器件的漏极和充电开关器件的漏极之间的连线、以及充电开关器件的源极(P-端)，以把两个开关器件串联起来。但不管怎样，势必会有三段比较长的连线，即放电开关器件的源极(B-端)、放电开关器件和充电开关器件之间的漏极连线及充电开关器件的源极(P-端)，从而有很大的连线电阻出现。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种锂电池保护电路中的开关器件结构，用于解决现有锂电池保护电路中的开关器件结构存在连线电阻较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种锂电池保护电路中的开关器件结构，所述开关器件结构包括：

放电开关器件，所述放电开关器件包括N个放电开关单元，且每一所述放电开关单元均包括M个放电开关管；

充电开关器件，所述充电开关器件包括N个充电开关单元，且每一所述充电开关单元均包括M个充电开关管；

其中，N个所述放电开关单元和N个所述充电开关单元交替排布；M个所述放电开关管之间及N个所述放电开关单元之间均为并行连接，M个所述充电开关管之间及N个所述充电开关单元之间均为并行连接，所述放电开关器件与所述充电开关器件之间为串行连接；N为大于等于2的正整数，M为大于等于1的正整数。

可选地，所述开关器件结构由下至上依次包括：开关器件层、源/漏连线层及源极引脚层；其中，

各所述放电开关管及各所述充电开关管均位于所述开关器件层；

各所述放电开关管之间的源极连线、各所述充电开关管之间的源极连线、各所述放电开关管之间的漏极连线、各所述充电开关管之间的漏极连线、各所述放电开关单元之间的漏极连线、各所述充电开关单元之间的漏极连线、所述放电开关器件与所述充电开关器件之间的漏极连线均位于所述源/漏连线层；

所述放电开关器件的源极引脚及所述充电开关器件的源极引脚均位于所述源极引脚层，其中，所述放电开关器件的源极引脚与各所述放电开关单元的源极并行连接，所述充电开关器件的源极引脚与各所述充电开关单元的源极并行连接。

可选地，所述开关器件结构还包括：至少一层金属扩展层，设于所述开关器件层及所述源/漏连线层之间；其中，所述金属扩展层与所述源/漏连线层中的源极连线及/或漏极连线并联。

可选地，所述开关器件结构由下至上依次包括：开关器件层、漏极连线层、源极连线层及源极引脚层；其中，

各所述放电开关管及各所述充电开关管均位于所述开关器件层；

各所述放电开关管之间的漏极连线、各所述充电开关管之间的漏极连线、各所述放电开关单元之间的漏极连线，各所述充电开关单元之间的漏极连线、所述放电开关器件与所述充电开关器件之间的漏极连线均位于所述漏极连线层；

各所述放电开关管之间的源极连线、各所述充电开关管之间的源极连线均位于所述源极连线层；

所述放电开关器件的源极引脚及所述充电开关器件的源极引脚位于所述源极引脚层，其中，所述放电开关器件的源极引脚与各所述放电开关单元的源极并行连接，所述充电开关器件的源极引脚与各所述充电开关单元的源极并行连接。

可选地，所述开关器件结构还包括：至少一层第一金属扩展层及/或至少一层第二金属扩展层，所述第一金属扩展层设于所述开关器件层及所述漏极连线层之间，所述第二金属扩展层设于所述漏极连线层及所述源极连线层之间；其中，所述第一金属扩展层与所述漏极连线层中的漏极连线并联，所述第二金属扩展层与所述源极连线层中的源极连线并联。

可选地，所述放电开关器件的源极引脚及所述充电开关器件的源极引脚均采用叉指形式。

可选地，所述放电开关器件及所述充电开关器件位于同一高压N阱中或同一高压N型埋层中。

可选地，所述放电开关器件及所述充电开关器件位于同一浮空N阱中或同一浮空N型埋层中。

如上所述，本实用新型的一种锂电池保护电路中的开关器件结构，具有以下有益效果：可以有效减小锂电池保护电路中开关器件的连线电阻，从而减小开关器件的总电阻，对降低成本具有显著效果。

附图说明

图1显示为锂电池保护电路的一种电路示意图。

图2显示为锂电池保护电路的另一种电路示意图。

图3显示为现有锂电池保护电路中开关器件结构的布图示意。

图4显示为本实用新型中放电开关器件及充电开关器件的排布示意图。

图5显示为本实用新型所述锂电池保护电路中开关器件结构的一种布图示意。

图6显示为本实用新型所述锂电池保护电路中开关器件结构的另一种布图示意。

图7显示为本实用新型中放电开关器件及充电开关器件位于同一N阱中的结构示意图。

图8显示为本实用新型中放电开关器件及充电开关器件位于同一N型埋层中的结构示意图。

元件标号说明

100、200 开关器件结构

101、201 开关器件层

102、202 放电开关器件

103、203 充电开关器件

104、204 源/漏连线层

105、205 源极引脚层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图4至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图4所示，本实施例提供一种锂电池保护电路中的开关器件结构，所述开关器件结构200包括：

放电开关器件202，所述放电开关器件202包括N个放电开关单元2021，且每一所述放电开关单元2021均包括M个放电开关管；

充电开关器件203，所述充电开关器件203包括N个充电开关单元2031，且每一所述充电开关单元2031均包括M个充电开关管；

其中，N个所述放电开关单元2021和N个所述充电开关单元2031交替排布；M个所述放电开关管之间及N个所述放电开关单元2021之间均为并行连接，M个所述充电开关管之间及N个所述充电开关单元2031之间均为并行连接，所述放电开关器件202与所述充电开关器件203之间为串行连接；N为大于等于2的正整数，M为大于等于1的正整数。

本实施例通过将放电开关管及充电开关管的数量均N等分，以形成N个放电开关单元及N个充电开关单元，之后再将N个所述放电开关单元及N个所述充电开关单元交替排布，以此将放电开关器件和充电开关器件的漏极连线长度减小为原来的1/N，宽度增加为原来的N倍(并联)，从而使得放电开关器件和充电开关器件的漏极连线的连线电阻变为原来的1/N²，几乎可以忽略，实现达到减小开关器件连线电阻的目的。

一示例中，如图5所示，所述开关器件结构200由下至上依次包括：开关器件层201、源/漏连线层204及源极引脚层205；其中，各所述放电开关管及各所述充电开关管均位于所述开关器件层201；各所述放电开关管之间的源极连线、各所述充电开关管之间的源极连线、各所述放电开关管之间的漏极连线、各所述充电开关管之间的漏极连线、各所述放电开关单元2021之间的漏极连线、各所述充电开关单元2031之间的漏极连线、所述放电开关器件202与所述充电开关器件203之间的漏极连线均位于所述源/漏连线层204；所述放电开关器件202的源极引脚及所述充电开关器件203的源极引脚均位于所述源极引脚层205，其中，所述放电开关器件202的源极引脚与各所述放电开关单元2021的源极并行连接，所述充电开关器件203的源极引脚与各所述充电开关单元2031的源极并行连接。

进一步地，所述开关器件结构200还包括：栅极连线层(图中未示出)，设于所述开关器件层201及源/漏连线层204之间；其中，各所述放电开关管之间的栅极连线、各所述充电开关管之间的栅极连线、各所述放电开关单元2021之间的栅极连线，各所述充电开关单元2031之间的栅极连线均位于所述栅极连线层。

进一步地，所述开关器件结构200还包括：至少一层金属扩展层(图中未示出)，设于所述开关器件层201及所述源/漏连线层204之间；其中，所述金属扩展层与所述源/漏连线层204中的源极连线及/或漏极连线并联，以此增加所述源/漏连线层204中源极连线及/或漏极连线的连线宽度，从而进一步减小开关器件的连线电阻。需要注意的是，在所述开关器件结构200还包括栅极连线层时，所述金属扩展层设于所述栅极连线层及所述源/漏连线层204之间。

另一示例，所述开关器件结构由下至上依次包括：开关器件层、漏极连线层、源极连线层及源极引脚层；其中，各所述放电开关管及各所述充电开关管均位于所述开关器件层；各所述放电开关管之间的漏极连线、各所述充电开关管之间的漏极连线、各所述放电开关单元之间的漏极连线，各所述充电开关单元之间的漏极连线、所述放电开关器件与所述充电开关器件之间的漏极连线均位于所述漏极连线层；各所述放电开关管之间的源极连线、各所述充电开关管之间的源极连线均位于所述源极连线层；所述放电开关器件的源极引脚及所述充电开关器件的源极引脚位于所述源极引脚层，其中，所述放电开关器件的源极引脚与各所述放电开关单元的源极并行连接，所述充电开关器件的源极引脚与各所述充电开关单元的源极并行连接。本示例通过将源极连线和漏极连线在各自的金属布线层中实现，以此增加源极连线和漏极连线的宽度，从而进一步减小开关器件的连线电阻。

进一步地，所述开关器件结构还包括：栅极连线层，设于所述开关器件层及所述漏极连线层之间；其中，各所述放电开关管之间的栅极连线、各所述充电开关管之间的栅极连线、各所述放电开关单元之间的栅极连线，各所述充电开关单元之间的栅极连线均位于所述栅极连线层。

进一步地，所述开关器件结构还包括：至少一层第一金属扩展层及/或至少一层第二金属扩展层，所述第一金属扩展层设于所述开关器件层及所述漏极连线层之间，所述第二金属扩展层设于所述漏极连线层及所述源极连线层之间；其中，所述第一金属扩展层与所述漏极连线层中的漏极连线并联，以此增加所述漏极连线层中的漏极连线的连线宽度，从而进一步减小开关器件的连线电阻；所述第二金属扩展层与所述源极连线层中的源极连线并联，以此增加所述源极连线层中的源极连线的连线宽度，从而进一步减小开关器件的连线电阻。需要注意的是，在所述开关器件结构还包括栅极连线层时，所述第一金属扩展层设于所述栅极连线层及所述漏极连线层之间。

作为示例，如图6所示，所述放电开关器件202的源极引脚及所述充电开关器件203的源极引脚均采用叉指形式，以此减小各充、放电开关单元与其源极引脚之间的连线长度，增加各充、放电开关单元与其源极引脚之间的连线宽度，从而进一步减小开关器件的连线电阻。具体的，开关器件连线电阻的减小量与叉指形式源极引脚的叉指数量相关，而叉指形式源极引脚的叉指数量可根据实际应用来设定；如叉指形式源极引脚的叉指数量为4个，则相当于把各充、放电开关单元与其源极引脚之间的连线长度减小为原来的1/4，各充、放电开关单元与其源极引脚之间的连线宽度增加为原来的4倍，即对应连线电阻减小为原来的1/16。

作为示例，所述放电开关器件202及所述充电开关器件203位于同一高压N阱中或同一高压N型埋层中(如图7和8所示)；当然，所述放电开关器件202及所述充电开关器件203也可位于同一浮空N阱中或同一浮空N型埋层中。相较于现有将放电开关器件及充电开关器件置于具有一定间距的两个不同N阱中或两个不同N型埋层中来说，本示例将放电开关器件及充电开关器件置于同一N阱中或同一N型埋层中，可省掉两N阱或两N型埋层之间的间距，从而大大减小开关器件的面积，降低成本；同时，由于实际应用中无法直接测量连线电阻，只能通过测量开关器件的导通电阻来表征连线电阻，而开关器件的导通电阻等于开关器件自身导通电阻与连线电阻之和，故在同等大小的N阱或N型埋层中，本示例所述放电开关器件及充电开关器件的尺寸可以做得更大，从而使得开关器件自身导通电阻更小，也即测量的开关器件的导通电阻更小，相当于减小了连线电阻。具体的，在所述放电开关器件202及所述充电开关器件203位于同一高压N阱中或同一高压N型埋层中时，N阱或N型埋层所接电位必须要高于放电开关器件和充电开关器件的衬底电位减去一个二极管电压，否则会有寄生管电流流向衬底。

综上所述，本实用新型的一种锂电池保护电路中的开关器件结构，具有以下有益效果：可以有效减小锂电池保护电路中开关器件的连线电阻，从而减小开关器件的总电阻，对降低成本具有显著效果。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种锂电池保护电路中的开关器件结构，其特征在于，所述开关器件结构包括：

放电开关器件，所述放电开关器件包括N个放电开关单元，且每一所述放电开关单元均包括M个放电开关管；

充电开关器件，所述充电开关器件包括N个充电开关单元，且每一所述充电开关单元均包括M个充电开关管；

其中，N个所述放电开关单元和N个所述充电开关单元交替排布；M个所述放电开关管之间及N个所述放电开关单元之间均为并行连接，M个所述充电开关管之间及N个所述充电开关单元之间均为并行连接，所述放电开关器件与所述充电开关器件之间为串行连接；N为大于等于2的正整数，M为大于等于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的锂电池保护电路中的开关器件结构，其特征在于，所述开关器件结构由下至上依次包括：开关器件层、源/漏连线层及源极引脚层；其中，

各所述放电开关管及各所述充电开关管均位于所述开关器件层；

各所述放电开关管之间的源极连线、各所述充电开关管之间的源极连线、各所述放电开关管之间的漏极连线、各所述充电开关管之间的漏极连线、各所述放电开关单元之间的漏极连线、各所述充电开关单元之间的漏极连线、所述放电开关器件与所述充电开关器件之间的漏极连线均位于所述源/漏连线层；

所述放电开关器件的源极引脚及所述充电开关器件的源极引脚均位于所述源极引脚层，其中，所述放电开关器件的源极引脚与各所述放电开关单元的源极并行连接，所述充电开关器件的源极引脚与各所述充电开关单元的源极并行连接。

3.根据权利要求2所述的锂电池保护电路中的开关器件结构，其特征在于，所述开关器件结构还包括：至少一层金属扩展层，设于所述开关器件层及所述源/漏连线层之间；其中，所述金属扩展层与所述源/漏连线层中的源极连线及/或漏极连线并联。

4.根据权利要求1所述的锂电池保护电路中的开关器件结构，其特征在于，所述开关器件结构由下至上依次包括：开关器件层、漏极连线层、源极连线层及源极引脚层；其中，

各所述放电开关管及各所述充电开关管均位于所述开关器件层；

各所述放电开关管之间的漏极连线、各所述充电开关管之间的漏极连线、各所述放电开关单元之间的漏极连线，各所述充电开关单元之间的漏极连线、所述放电开关器件与所述充电开关器件之间的漏极连线均位于所述漏极连线层；

各所述放电开关管之间的源极连线、各所述充电开关管之间的源极连线均位于所述源极连线层；

所述放电开关器件的源极引脚及所述充电开关器件的源极引脚位于所述源极引脚层，其中，所述放电开关器件的源极引脚与各所述放电开关单元的源极并行连接，所述充电开关器件的源极引脚与各所述充电开关单元的源极并行连接。

5.根据权利要求4所述的锂电池保护电路中的开关器件结构，其特征在于，所述开关器件结构还包括：至少一层第一金属扩展层及/或至少一层第二金属扩展层，所述第一金属扩展层设于所述开关器件层及所述漏极连线层之间，所述第二金属扩展层设于所述漏极连线层及所述源极连线层之间；其中，所述第一金属扩展层与所述漏极连线层中的漏极连线并联，所述第二金属扩展层与所述源极连线层中的源极连线并联。

6.根据权利要求2-5任一项所述的锂电池保护电路中的开关器件结构，其特征在于，所述放电开关器件的源极引脚及所述充电开关器件的源极引脚均采用叉指形式。

7.根据权利要求1所述的锂电池保护电路中的开关器件结构，其特征在于，所述放电开关器件及所述充电开关器件位于同一高压N阱中或同一高压N型埋层中。

8.根据权利要求1所述的锂电池保护电路中的开关器件结构，其特征在于，所述放电开关器件及所述充电开关器件位于同一浮空N阱中或同一浮空N型埋层中。

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