專利名稱：鋰電池保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種鋰電池保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
鋰電池在充放電過(guò)程中，如果充電電壓過(guò)高，則會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)；如果充電電壓過(guò)低，則會(huì)影響其本身的使用壽命。除此之外，鋰電池在充放電過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)電流過(guò)大、短路等異常情況，情況嚴(yán)重時(shí)可能危及人身安全。為了避免上述異常情況的發(fā)生，需要設(shè)置特定的保護(hù)電路對(duì)充放電過(guò)程中的鋰電池進(jìn)行保護(hù)。參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中用來(lái)保護(hù)鋰電池的電路結(jié)構(gòu)示意圖，該電路由控制電路1 (集成IC)、高壓功率管Ml和M2、電阻Rl和R2及電容Cl組成。其中，功率管Ml和M2 的漏端相連，功率管Ml和M2的柵端均連接控制電路1，功率管Ml的源端接地，功率管M2的源端連接電阻R2的一端且連接外部電路負(fù)極“B-”，電阻R2的另一端連接控制電路1。電阻Rl的一端連接鋰電池的正極，另一端連接電容Cl的一端，所述電容Cl的另一端接地并和鋰電池的負(fù)極相連。電阻Rl和電容Cl均與控制電路1相連。鋰電池的外部?jī)啥朔謩e連接正極“B+”和負(fù)極“B-”，在這兩端之間連接負(fù)載時(shí)，鋰電池放電并向負(fù)載提供電流；在這兩端之間連接充電器時(shí)，鋰電池充電。所述控制電路1包括偏置與基準(zhǔn)電路，多路開關(guān)，連接所述多路開關(guān)的過(guò)放保護(hù)電路和過(guò)充保護(hù)電路，所述過(guò)放保護(hù)電路和過(guò)充保護(hù)電路經(jīng)延時(shí)電路與邏輯電路2相連， 邏輯電路2 —方面連接控制電路1外部功率管Ml和M2的柵端，另一方面連接系統(tǒng)休眠電路5，過(guò)流保護(hù)電路3和短路保護(hù)電路4 一方面連接控制電路1外部的電阻R2，另一方面經(jīng)延時(shí)電路與邏輯電路2相連。充電過(guò)程中，如果鋰電池電壓高于過(guò)充保護(hù)電壓(一般是4. 2V 4. 3V)，則邏輯電路2關(guān)閉功率管M2，從而切斷充電回路，停止充電。功率管M2關(guān)閉后，由于無(wú)負(fù)載電流流過(guò)，因此充電器的輸出電壓會(huì)變高，此時(shí)，外部電路負(fù)極“B-”會(huì)出現(xiàn)負(fù)高壓(可達(dá)-20V)， 這就要求邏輯電路2、過(guò)流保護(hù)電路3、短路保護(hù)電路4及功率管M2能夠承受負(fù)高壓，只有這樣才能保證該保護(hù)電路在高壓充電器中應(yīng)用，同時(shí)也可提高其在不同應(yīng)用條件下的可靠性。放電過(guò)程中，如果鋰電池電壓低于過(guò)放保護(hù)電壓(一般是2V 2. 5V)，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)規(guī)定的延遲時(shí)間，則邏輯電路2關(guān)閉功率管M1，停止放電。這種狀態(tài)下也說(shuō)明鋰電池電量已經(jīng)耗盡，為了更好地保護(hù)鋰電池，邏輯電路2啟動(dòng)系統(tǒng)休眠電路5使得整個(gè)控制電路 1進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而大大降低控制電路1本身消耗的電量。放電過(guò)程中，對(duì)于放電電流過(guò)大或者短路的情況，也是由邏輯電路2關(guān)閉功率管M1，停止放電，進(jìn)而起到保護(hù)鋰電池的作
ο圖1中所示的保護(hù)電路雖然能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)鋰電池在充放電過(guò)程中安全性的目的， 但是，該保護(hù)電路中除了控制電路1為集成芯片外，其余均為外部元件，因此，集成度較低， 成本較高。
參考圖2，圖2為現(xiàn)有技術(shù)中另一種用來(lái)保護(hù)鋰電池的電路結(jié)構(gòu)示意圖，該電路結(jié)構(gòu)相對(duì)圖1所示的電路結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，把外部電阻Rl和R2以及功率管Ml和M2集成到了控制電路1中，并通過(guò)增加電平移位電路6和襯底切換電路7使得功率管Ml和M2合ニ為一，因此，降低了芯片的面積和成本。所述電平移位電路6分別連接邏輯電路、襯底切換電路7和功率管Ml的柵端，所述襯底切換電路7連接功率管Ml的襯底端和電平移位電路6。圖2所示的保護(hù)電路相對(duì)圖1來(lái)說(shuō)雖然提高了集成度，降低了成本，但由于過(guò)流保護(hù)電路3、短路保護(hù)電路4、電平移位電路6和襯底切換電路7中一般均使用低壓MOS器件 (低壓MOS器件的柵源兩端及源漏兩端耐壓均比較低)，且沒(méi)有任何其他保護(hù)措施，因此，在過(guò)充保護(hù)狀態(tài)下，其不能承受來(lái)自于外部電路負(fù)極“B-”的負(fù)高壓，故整個(gè)保護(hù)電路可靠性差，應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種鋰電池保護(hù)電路，該保護(hù)電路可提高其在不同應(yīng)用條件下的可靠性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種鋰電池保護(hù)電路，該保護(hù)電路包括邏輯電路、電平移位電路、功率管；其中， 所述邏輯電路包括第一輸出端、第二輸出端；電平移位電路包括第四NMOS管，與第一輸出端經(jīng)由第四PMOS管相連；第一晶體管組，包括相互串聯(lián)的至少ー個(gè)NMOS管，第一晶體管組與第四NMOS管的源極、漏極相并聯(lián)；第八NMOS管，與第二輸出端經(jīng)由第六PMOS管相連；第二晶體管組，包括相互串聯(lián)的至少ー個(gè)NMOS管，第二晶體管組與第八NMOS管的源極、漏極相并聯(lián)；第七PMOS管，與第二輸出端經(jīng)由第一反相器相連；第十二 NMOS管，第十二 NMOS管的柵極、源極分別與第八NMOS管的漏極、源極相連，第十二 NMOS管的漏極與第七PMOS管的漏極、功率管的柵極均相連；上述NMOS管中至少有ー個(gè)為低壓NMOS管。優(yōu)選的，所述鋰電池保護(hù)電路還包括襯底切換電路，襯底切換電路與邏輯電路的第一輸出端、電平移位電路的第四NMOS管、第八NMOS管相連，用于根據(jù)第一輸出端的輸出電壓向電平移位電路提供相應(yīng)的電壓。優(yōu)選的，所述鋰電池保護(hù)電路中的襯底切換電路包括第二反相器，與第一輸出端相連；第八PMOS管，第八PMOS管的柵極與第二反相器的輸出端相連；第九PMOS管，第九PMOS管的柵極、源極分別與第八PMOS管的柵極、源極相連；第十四NMOS管，第十四NMOS管的源極、柵極分別與第九PMOS管的漏極、第四NMOS 管的漏極的相連。優(yōu)選的，所述鋰電池保護(hù)電路中的襯底切換電路包括第十三NMOS管，第十三NMOS管的柵極與第一輸出端相連；第十四NMOS管，第十四NMOS管的柵極與第四NMOS管的漏極相連；
第三電阻，串聯(lián)于第十三NMOS管與第十四NMOS管的源極之間。優(yōu)選的，上述鋰電池保護(hù)電路還包括第一鉗位電路，第一鉗位電路的輸入端、輸出端分別與外部電路負(fù)極、第十三NMOS管的源極相連。優(yōu)選的，所述鋰電池保護(hù)電路還包括第二鉗位電路，第二鉗位電路的輸入端與外部電路負(fù)極相連，第二鉗位電路的輸出端與過(guò)流保護(hù)電路和短路保護(hù)電路相連。優(yōu)選的，所述鋰電池保護(hù)電路還包括過(guò)放保護(hù)異常處理電路，所述過(guò)放保護(hù)異常處理電路連接過(guò)放保護(hù)電路。優(yōu)選的，所述鋰電池保護(hù)電路中的PMOS管均為源漏耐高壓、柵源不耐高壓的PMOS管。本發(fā)明還提供了另ー種鋰電池保護(hù)電路，該保護(hù)電路包括邏輯電路、電平移位電路；所述邏輯電路包括第一輸出端、第二輸出端；電平移位電路包括第一晶體管，與第一輸出端經(jīng)由第二晶體管相連；第三晶體管組，包括相互串聯(lián)的第三晶體管，第三晶體管組與第一晶體管的源扱、 漏極相并聯(lián)；第四晶體管，與第二輸出端經(jīng)由第五晶體管相連；第六晶體管組，包括相互串聯(lián)的第六晶體管，第六晶體管組與第四晶體管的源扱、 漏極相并聯(lián)。優(yōu)選的，上述鋰電池保護(hù)電路還包括襯底切換電路，襯底切換電路與邏輯電路的第一輸出端、電平移位電路的第一晶體管、第四晶體管相連，用于根據(jù)第一輸出端的輸出電壓向電平移位電路提供相應(yīng)的電壓。優(yōu)選的，上述鋰電池保護(hù)電路中，所述襯底切換電路包括反相器，與第一輸出端相連；第七晶體管，第七晶體管的柵極與反相器的輸出端相連。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的鋰電池保護(hù)電路，所述電平移位電路中使用的NMOS管包括至少ー個(gè)低壓NMOS管，在過(guò)充保護(hù)狀態(tài)下，功率管Ml截止，外部電路負(fù)極“B-”出現(xiàn)負(fù)高壓，第四、第八NMOS管源漏兩端的電壓差被與之并聯(lián)的第一晶體管組、 第二晶體管組限制在ー個(gè)較低的電壓范圍內(nèi)，第四、第八NMOS管漏端的負(fù)高壓由與之分別相連的第四PMOS管、第六PMOS管來(lái)承受；第十二 NMOS管導(dǎo)通，故其源漏兩端的電壓差接近0V，其柵源兩端的電壓差被與第八NMOS管并聯(lián)的第二晶體管組限制在一個(gè)較低的電壓范圍內(nèi)，其漏端的負(fù)高壓由與之相連的第七PMOS管來(lái)承受。因此，本發(fā)明所提供的鋰電池保護(hù)電路，通過(guò)新的設(shè)計(jì)使得所述電平移位電路中包括至少ー個(gè)低壓NMOS管即可解決其在過(guò)充保護(hù)狀態(tài)下耐負(fù)高壓的問(wèn)題，從而提高該保護(hù)電路在不同應(yīng)用條件下的可靠性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。CN 102545162 A圖1為現(xiàn)有技術(shù)所提供的一種鋰電池保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)所提供的另ー種鋰電池保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種鋰電池保護(hù)電路的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的另ー種鋰電池保護(hù)電路的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種鋰電池保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的另ー種鋰電池保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。實(shí)施例一本發(fā)明所提供的鋰電池保護(hù)電路包括控制電路(集成IC)和與該控制電路相連的電容。其中，所述控制電路內(nèi)部集成有第一電阻、第二電阻、功率管、偏置與基準(zhǔn)電路、多路開關(guān)、過(guò)放保護(hù)電路、過(guò)充保護(hù)電路、延時(shí)電路、邏輯電路、電平移位電路、襯底切換電路、過(guò)流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路和系統(tǒng)休眠電路。充電過(guò)程中，如果鋰電池電壓高于過(guò)充保護(hù)電壓(一般是4. 2V 4. 3V)，則邏輯電路關(guān)閉功率管，從而切斷充電回路，停止充電。放電過(guò)程中，如果鋰電池電壓低于過(guò)放保護(hù)電壓(一般是2V 2. 5V)，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)規(guī)定的延遲時(shí)間，則邏輯電路關(guān)閉功率管，停止放電。同時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)休眠電路使得整個(gè)控制電路進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而大大降低控制電路本身消耗的電量。同樣，在放電過(guò)程中若出現(xiàn)放電電流過(guò)大或者短路，邏輯電路亦關(guān)閉功率管，停止放電，起到保護(hù)鋰電池的作用。本實(shí)施方式中，控制電路內(nèi)部還可以集成有第一鉗位電路，所述第一鉗位電路連接外部電路負(fù)極和襯底切換電路。在鋰電池處于過(guò)充狀態(tài)下，外部電路負(fù)極是負(fù)高電壓，是電路中的最低電位，為了可靠關(guān)閉功率管，就需要功率管的襯底端電位、柵端電位和外部電路負(fù)極的負(fù)高壓相等，此吋，需要電平移位電路把邏輯電路輸出的低壓邏輯電平轉(zhuǎn)換成負(fù)高壓邏輯電平，加在功率管的柵端，而襯底切換電路負(fù)責(zé)切換功率管的襯底端電位為負(fù)高壓。在鋰電池處于正常放電狀態(tài)下，外部電路負(fù)極電壓會(huì)高于0V，為了在過(guò)流、短路、過(guò)放發(fā)生時(shí)可靠關(guān)閉功率管，需要襯底切換電路把功率管的襯底端電位切換到最低電位0V。因此，所述電平移位電路和襯底切換電路的主要作用是用來(lái)切換功率管的柵端電位或襯底端電位。參考圖3，其為本發(fā)明一種實(shí)施方式的鋰電池保護(hù)電路的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖。該鋰電池保護(hù)電路包括邏輯電路15，與邏輯電路15相連的電平移位電路13，與電平移位電路 13相連的襯底切換電路14和功率管Ml，連接在外部電路負(fù)極“B-”和襯底切換電路14之間的第一鉗位電路11。所述電平移位電路13包括電流源Ib，通過(guò)鏡像形式形成的PMOS管電流源(包括第一、第二、第三、第五PMOS管PI、P2、P3、P5)和NMOS管電流源(包括第一、第二、第三、第四、第八NMOS管m、N2、N3、N4、N8)，控制電平移位和翻轉(zhuǎn)的第四、第六PMOS管P4、P6， 與第四NMOS管N4并聯(lián)、用以限制第四NMOS管N4源漏間電壓差的第一組NMOS管，與第八 NMOS管N8并聯(lián)、用以限制第八NMOS管N8源漏間電壓差的第二組NMOS管，控制功率管Ml 柵端電壓的第七PMOS管P7和第十二 NMOS管附2。所述第一組NMOS管可以包括ー個(gè)NMOS 管，或者包括多個(gè)以ニ極管形式串聯(lián)的NMOS管；所述第二組NMOS管也可以包括ー個(gè)NMOS 管，或者包括多個(gè)以ニ極管形式串聯(lián)的NMOS管。本實(shí)施例中所述第一組NMOS管包括三個(gè)以 ニ極管形式串聯(lián)的NMOS管，分別為第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7，所述第二組NMOS管也包括三個(gè)以ニ極管形式串聯(lián)的NMOS管，分別為第九、第十、第i^一 NMOS管N9、N10, Nll0其中，所述電流源Λ和第一 NMOS管m的漏端相連，第二 NMOS管N2和第一 NMOS 管m以鏡像形式連接，且第一 NMOS管m的柵端和漏端相連，第一 NMOS管m的源端和襯底端均接地，第二 NMOS管N2的源端和襯底端也均接地。所述以鏡像形式連接為兩個(gè)或者多個(gè)MOS管柵端相連、源端相連，每個(gè)MOS管的源端和襯底端相連，且至少有ー個(gè)MOS管的柵端和漏端相連。第一 PMOS管Pl的漏端和第二 NMOS管N2的漏端相連，第二、第三、第五 PMOS管P2、P3、P5均和第一 PMOS管Pl以鏡像形式連接，且第一 PMOS管Pl的柵端和漏端相連。第三NMOS管N3的漏端和第二 PMOS管P2的漏端相連，所述第三NMOS管N3均以鏡像形式和第四、第八NMOS管N4、N8連接，且第三NMOS管N3的柵端和漏端相連。所述第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7以ニ極管的連接形式串聯(lián)，串聯(lián)后的支路和第四NMOS管N4并聯(lián)。所述以ニ極管的連接形式串聯(lián)為兩個(gè)或者多個(gè)MOS管串聯(lián)，其中每個(gè)MOS管的柵端和漏端相連，相鄰的兩個(gè)MOS管源端和漏端相連，各個(gè)MOS管的襯底端相連、且和最后ー個(gè)MOS管的源端相連。所述第五、第六、第七NMOS管N5、N6、N7串聯(lián)后的支路和第四NMOS管N4并聯(lián)，即第五NMOS管N5的漏端和第四NMOS管N4的漏端相連，第七 NMOS管N7的源端和第四NMOS管N4的源端相連。且第四NMOS管N4的源端連接襯底切換電路14中第十四NMOS管W4的源端，第四NMOS管N4的漏端(即第四PMOS管P4的漏端) 連接襯底切換電路14中第十四NMOS管W4的柵端。所述第九、第十、第十一 NMOS管N9、 N10, Nll以ニ極管的連接形式串聯(lián)，串聯(lián)后的支路和第八NMOS管N8并聯(lián)。所述第四PMOS管P4串聯(lián)在第三PMOS管P3和第四匪OS管N4之間，即第四PMOS 管P4的源端連接第三PMOS管P3的漏端，第四PMOS管P4的漏端連接第四NMOS管N4的漏端(兩個(gè)漏端相連的節(jié)點(diǎn)為Sb)，第四PMOS管P4的襯底端和其源端相連，第四PMOS管P4 的柵端和襯底切換電路14中第十三NMOS管附3的柵端相連，且第四PMOS管P4的柵端連接邏輯電路15的輸出端Sbi。所述第六PMOS管P6串聯(lián)在第五PMOS管P5和第八NMOS管 N8之間，即第六PMOS管P6的源端和第五PMOS管P5的漏端相連，第六PMOS管P6的漏端和第八NMOS管N8的漏端相連(兩個(gè)漏端相連的節(jié)點(diǎn)為Gt)，第六PMOS管P6的襯底端和其源端相連，第六PMOS管P6的柵端和邏輯電路15的輸出端Gti相連。所述第七PMOS管P7的柵端經(jīng)第一反相器15和第六PMOS管P6的柵端相連，所述第六PMOS管P6的柵端連接第一反相器15的輸入端，所述第七PMOS管P7的柵端連接第一反相器15的輸出端。所述第七PMOS管P7的源端和襯底端相連，所述第七PMOS管P7的漏端和功率管Ml的柵端相連。所述第十二 NMOS管附2的柵端和第八NMOS-NS的漏端相連， 所述第十二 NMOS管W2的源端和第八NMOS管N8的源端相連，所述第十二 NMOS管W2的源端和襯底端相連，所述第十二 NMOS管W2的漏端和功率管Ml的柵端相連，即第十二 NMOS 管附2的漏端和第七PMOS管P7的漏端相連(兩個(gè)漏端相連的節(jié)點(diǎn)為GtD)。所述襯底切換電路14包括第十三NMOS管附3、第十四NMOS管附4，串聯(lián)在第十三 NMOS管附3的源端和第十四NMOS管附4的源端之間的第三電阻R3。所述第十三NMOS管 N13的漏端接地，且和功率管Ml的源端相連；所述第十三NMOS管W3的源端和所述第一鉗位電路11的輸出端相連；所述第十三NMOS管W3的柵端和電平移位電路13相連。所述第十四NMOS管W4的漏端和外部電路負(fù)極“B-”相連；所述第十四NMOS管W4的柵端和電平移位電路13相連；所述第十四NMOS管W4的源端和功率管Ml的襯底端相連，且和所述電平移位電路13相連。第十三NMOS管N13和第十四NMOS管N14其源端和襯底端均相連。本實(shí)施例中所述電流源Λ由偏置與基準(zhǔn)電路產(chǎn)生，電流源第一、第二、第三、第四、第八NMOS管Ni、N2、N3、N4、N8和第一、第二、第三、第五PMOS管PI、P2、P3、P5產(chǎn)生的電流大小均由各自尺寸和電流源Λ決定。本實(shí)施例中所述第一、第二 NMOS管Ni、N2均為普通低壓NMOS管，所述第三至第十四NMOS管N3 N14均為低壓襯底隔離型NMOS管，所述第一至第七PMOS管Pl P7均為源漏耐高壓、柵源不耐高壓的PMOS管。由于第五、第六、 第七NMOS管N5、N6、N7以ニ極管的形式串聯(lián)，且流過(guò)第三PMOS管P3的電流又比較小，故節(jié)點(diǎn)Sb和功率管Ml的襯底端sub之間的電壓被限制在3Vgs(3倍的NMOS管的柵源電壓，大約2V 3V)，因此，第四、第五、第六、第七NMOS管N4、N5、N6、N7都只需承受低壓。同理，第八、第九、第十、第i^一 NMOS管N8、N9、N10, Nll也只需承受低壓。第三NMOS管N3采取ニ 極管的形式(柵端和漏端相連)連接，其柵源之間以及源漏之間均為低壓，因此，第三NMOS 管N3也不存在耐高壓?jiǎn)栴}。外部電路負(fù)極“B-”出現(xiàn)負(fù)高壓時(shí)，經(jīng)過(guò)第一鉗位電路11后， 電壓被限制在-2V -3V，因此，第十三NMOS管N13的源端也是低壓，故第十三NMOS管N13 也不需要耐高壓。下面詳細(xì)介紹鋰電池充放電過(guò)程中電平移位電路13和襯底切換電路14的具體エ 作過(guò)程。在鋰電池放電過(guò)程中，整個(gè)保護(hù)電路的最高電壓即是電池電壓，所述最高電壓ー 般低于4. 3V。邏輯電路15控制Sbi輸出高電平，此時(shí)，第十三NMOS管N13導(dǎo)通，第四PMOS 管P4截止，第四PMOS管P4的截止導(dǎo)致沒(méi)有電流流過(guò)第四至第七NMOS管N4 N7，節(jié)點(diǎn)Sb 被第四NMOS管N4拉低到功率管Ml的襯底端sub電位，第十四NMOS管N14截止，因此，功率管Ml的襯底端sub通過(guò)第三電阻R3和第十三NMOS管N13與地接通，其電位約等于0V。鋰電池正常放電過(guò)程中，邏輯電路15控制Gti輸出高電平，所述高電平經(jīng)過(guò)第一反向器15后變?yōu)榈碗娖?，第七PMOS管P7導(dǎo)通；而第六PMOS管P6截止，節(jié)點(diǎn)Gt為低電平，第十二 NMOS 管N12截止，因此，節(jié)點(diǎn)GtD為高電平，功率管Ml導(dǎo)通，鋰電池正常放電。當(dāng)鋰電池出現(xiàn)過(guò)放、過(guò)流或短路情況時(shí)，邏輯電路15控制Gti輸出低電平，此時(shí)第七PMOS管P7截止，第六 PMOS管P6導(dǎo)通，第五PMOS管P5的電流流向第八至第i^一匪OS管N8 附1，但節(jié)點(diǎn)Gt的電壓被限制在3Vgs (約2V 3V)上，該電壓仍然遠(yuǎn)大于第十二 NMOS管W2的開啟電壓，因此第十二 NMOS管N12導(dǎo)通，節(jié)點(diǎn)GtD被拉低至低電平，故功率管Ml截止，放電回路被切斷， 從而阻止了鋰電池的異常放電，起到了保護(hù)作用。
在鋰電池正常充電過(guò)程中，邏輯電路15控制Sbi輸出低電平，第十三NMOS管N13 截止，第四PMOS管P4導(dǎo)通，節(jié)點(diǎn)Sb的電壓被限制在3Vgs (約2V 3V)上，第十四NMOS管 W4導(dǎo)通，功率管Ml的襯底端sub電位等于外部電路負(fù)極“B-”電位，此時(shí)由于鋰電池電壓為低壓，且功率管Ml導(dǎo)通，故整個(gè)電路仍然處于低壓狀態(tài)。隨著充電的不斷進(jìn)行，鋰電池電壓升高并達(dá)到過(guò)充保護(hù)電壓時(shí)，邏輯電路15控制Gti輸出低電平，第七PMOS管P7截止，第十二 NMOS管N12導(dǎo)通，節(jié)點(diǎn)GtD被拉低至低電平，功率管Ml截止，此時(shí)外部電路負(fù)極“B-” 出現(xiàn)負(fù)高壓，由于第十四NMOS-NH為導(dǎo)通狀態(tài)，故功率管Ml的襯底端sub電位也是負(fù)高壓，此時(shí)節(jié)點(diǎn)Sb、Gt的電位均等于3Vgs+VB_(VB_為功率管Ml的襯底端sub的電壓，即外部電路負(fù)極“B-”的負(fù)高壓)。這樣，輸入信號(hào)Sbi、Gti的低電平(電壓為0V)被轉(zhuǎn)換成Sb、 Gt的高電平(電壓為3Vgs+VB_，其相對(duì)功率管Ml的襯底端sub電位高出3Vgs)，實(shí)現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。在鋰電池過(guò)充保護(hù)狀態(tài)下，外部電路負(fù)極“B-”的負(fù)壓較高，故節(jié)點(diǎn)Sb和Gt的電壓3Vgs+VB_仍然是負(fù)高壓，這個(gè)負(fù)的高壓則由源漏耐高壓的第三至第六PMOS管P3 P6承受。同理，第三NMOS管N3的漏端也是負(fù)高壓，此負(fù)高壓由第二 PMOS管P2來(lái)承受。雖然節(jié)點(diǎn)Sb、Gt上為負(fù)高壓，但由于加在第三至第i^一 NMOS管N3 Nll上的電壓差仍然不超過(guò) 3Vgs,因此，所述第三至第十一 NMOS管N3 Nll上仍然承受的是低壓，不存在承受高壓的問(wèn)題。在鋰電池過(guò)充保護(hù)狀態(tài)下，第十二、第十四NMOS管N12、N14導(dǎo)通，其源漏端電壓差接近0V，其柵源端電壓為3Vgs，因此，所述第十二、第十四NMOS管N12、N14也僅承受低壓。外部電路負(fù)極“B-”的負(fù)高壓經(jīng)過(guò)第一鉗位電路11后被限制在-2V -3V，因此，第十三NMOS 管W3也僅承受低壓。而由于第三電阻R3兩端電壓差很大，故其會(huì)承受較高的電壓，因此所述第三電阻R3可以使用耐壓較高的多晶硅電阻。由上可知，鋰電池在過(guò)充保護(hù)狀態(tài)下，外部電路負(fù)極“B-”出現(xiàn)負(fù)高壓，邏輯電路 15控制Sbi和Gti輸出低電平(OV)，該低電平經(jīng)電平移位電路13后被轉(zhuǎn)換成3Vgs+VB_，從而控制第十二、第十四NMOS管N12、N14處于導(dǎo)通狀態(tài)，所述低電平也控制襯底切換電路14 在OV和外部電路負(fù)極“B-”電壓之間轉(zhuǎn)換，而襯底切換電路14把轉(zhuǎn)換后的電壓同時(shí)提供給功率管Ml和電平移位電路13。另ー方面，在外部電路負(fù)極“B-”出現(xiàn)的負(fù)高壓由源漏耐壓的第二至第七PMOS管P2 P7及第三電阻R3承受，雖然低壓NMOS管的各端也會(huì)出現(xiàn)負(fù)高壓，但其各端電壓差仍然為低壓，從而不需要使用高壓的NMOS管。因此，本發(fā)明所提供的鋰電池保護(hù)電路，在電平移位電路13和襯底切換電路14中僅使用源漏耐高壓(柵源不耐高壓)的PMOS管和低壓NMOS管，再在控制電路中集成ー個(gè)第一鉗位電路11，就能解決電平移位電路13和襯底切換電路14耐高壓的問(wèn)題，避免了使用柵源和源漏都耐高壓的PMOS管和 NMOS管，從而在使用較低成本的前提下達(dá)到了耐高壓的目的。實(shí)施例ニ參考圖4，其為本發(fā)明另ー種實(shí)施方式的鋰電池保護(hù)電路的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖。 本實(shí)施例中所述電平移位電路13的具體結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程和實(shí)施例一所述類似，不再贅述。本實(shí)施例中所述襯底切換電路14包括第二反相器18，源漏耐高壓的第八、第九 PMOS管P8、P9，第十四NMOS管附4。其中，第二反相器18的輸入端和電平移位電路13中第四PMOS管P4的柵端相連， 第二反相器18的輸出端和第八、第九PMOS管P8、P9的柵端相連；第八PMOS管P8的源端和第九PMOS管P9的源端相連，第八、第九PMOS管P8、P9的源端均和其自身的襯底端相連；第八PMOS管P8的漏端接地，且和功率管Ml的源端相連；第九PMOS管P9的漏端和第十四 NMOS管附4的源端相連，且和功率管Ml的襯底端、電平移位電路13中第四NMOS-M的源端相連；第十四NMOS管W4的柵端和電平移位電路13中第四PMOS管P4的漏端相連；第十四NMOS管附4的漏端和外部電路負(fù)極“B-”相連。襯底切換電路14的具體工作過(guò)程為在鋰電池放電過(guò)程中，邏輯電路15控制Sbi 輸出高電平，所述高電平經(jīng)第二反相器18后輸出低電平，第八、第九PMOS管P8、P9導(dǎo)通，第十四NMOS管W4截止；在鋰電池充電和過(guò)充保護(hù)狀態(tài)下，功率管Ml的襯底端sub電位需要切換成外部電路負(fù)極“B-”電位，此時(shí)第二反相器18輸出高電平，第ノV、第九PMOS管P8、P9 截止，第十四NMOS管N14導(dǎo)通。在外部電路負(fù)極“B-”出現(xiàn)負(fù)高壓時(shí)，功率管Ml的襯底端 sub也是負(fù)高壓，此時(shí)由源漏耐高壓的第八、第九PMOS管P8、P9承受高壓，而不再需要圖3 中的第一鉗位電路11和第三電阻R3。本實(shí)施例不包括實(shí)施例一所述的第一鉗位電路，通過(guò)在襯底切換電路內(nèi)部使用源漏耐高壓、柵源不耐高壓的PMOS管，再加一個(gè)反相器和一個(gè)低壓NMOS管解決了襯底切換電路的耐高壓?jiǎn)栴}，無(wú)須在控制電路內(nèi)部集成第一鉗位電路。實(shí)施例三參考圖5，其為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種鋰電池保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。該保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)包括與鋰電池正負(fù)極相連的外部電路正極“B+”和外部電路負(fù)極“B-”，控制電路16(集成IC)和與該控制電路16相連的電容Cl。其中，所述控制電路16內(nèi)部集成有第 ー電阻R1、第二電阻R2、功率管Ml、偏置與基準(zhǔn)電路、多路開關(guān)、過(guò)放保護(hù)電路、過(guò)充保護(hù)電路、延時(shí)電路、邏輯電路、電平移位電路、襯底切換電路、過(guò)流保護(hù)電路3、短路保護(hù)電路4和系統(tǒng)休眠電路。除此之外，所述控制電路16內(nèi)部還集成有第二鉗位電路8，第二鉗位電路8 一端連接第二電阻R2，另一端連接過(guò)流保護(hù)電路3和短路保護(hù)電路4。所述控制電路16內(nèi)的其他電路及元器件之間的連接關(guān)系和圖2中所示的相同。當(dāng)鋰電池處于過(guò)充保護(hù)狀態(tài)時(shí)，外部電路負(fù)極“B-”常會(huì)出現(xiàn)負(fù)高壓(可達(dá)-20V)， 此時(shí)，第二鉗位電路8會(huì)將所述負(fù)高壓限制在ー個(gè)較低的電壓范圍(-2V -3V)內(nèi)，從而防止了過(guò)高的負(fù)壓擊穿所述過(guò)流保護(hù)電路3和短路保護(hù)電路4中的低壓MOS器件，進(jìn)而提高了鋰電池保護(hù)電路的可靠性，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。而當(dāng)鋰電池處于正常充電、正常放電或者過(guò)放保護(hù)狀態(tài)吋，第二鉗位電路8不起作用，其輸出電壓和外部電路負(fù)極“B-”的電壓相等。本實(shí)施例通過(guò)在控制電路內(nèi)部集成第二鉗位電路，進(jìn)而在外部電路負(fù)極出現(xiàn)負(fù)高壓時(shí)，對(duì)過(guò)流保護(hù)電路和短路保護(hù)電路中的低壓MOS器件進(jìn)行保護(hù)，從而解決了過(guò)流保護(hù)電路和短路保護(hù)電路耐高壓的問(wèn)題。需要說(shuō)明的是，在其他可能的實(shí)施方式中，通過(guò)改變電路的連接方式，可使第二鉗位電路和實(shí)施例一中的第一鉗位電路合ニ為一，只使用一個(gè)鉗位電路也可同時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)過(guò)流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路及襯底切換電路的目的，對(duì)此，本發(fā)明并無(wú)特別限制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，均屬本發(fā)明所保護(hù)的范圍。實(shí)施例四參考圖6，其為本發(fā)明實(shí)施例所提供的另ー種鋰電池保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中所述鋰電池保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)除了包括圖5中所示的各電路及元器件之外，還包括集成在所述控制電路16內(nèi)部的過(guò)放保護(hù)異常處理電路9，所述過(guò)放保護(hù)異常處理電路9連接過(guò)放保護(hù)電路10。在鋰電池的放電過(guò)程中，當(dāng)放電導(dǎo)致鋰電池電壓低于過(guò)放保護(hù)電壓(一般為2V 2. 5V)吋，所述過(guò)放保護(hù)電路10起作用，且上述情況在經(jīng)過(guò)延時(shí)電路12后，即當(dāng)放電導(dǎo)致鋰電池電壓低于過(guò)放保護(hù)電壓且持續(xù)時(shí)間超過(guò)規(guī)定的延遲時(shí)間時(shí)，由邏輯電路15通過(guò)電平移位電路13和襯底切換電路14關(guān)閉功率管M1，使鋰電池停止放電；且邏輯電路15啟動(dòng)系統(tǒng)休眠電路5，使整個(gè)控制電路16進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而大大降低了控制電路16本身所消耗的電量。但是，鋰電池放電過(guò)程中，難免由于異常情況導(dǎo)致過(guò)放保護(hù)電路10、邏輯電路15 及系統(tǒng)休眠電路5工作，進(jìn)而使得整個(gè)控制電路16進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)，為了使保護(hù)電路恢復(fù)到正常狀態(tài)，需要外部重新給予復(fù)位信號(hào)。為了防止上述異常情況的發(fā)生，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在控制電路16中集成過(guò)放保護(hù)異常處理電路9，所述過(guò)放保護(hù)異常處理電路9連接過(guò)放保護(hù)電路10。當(dāng)鋰電池電壓低于過(guò)放保護(hù)電壓時(shí)，過(guò)放保護(hù)電路10首先對(duì)鋰電池的低壓情況進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)鋰電池的低壓屬于非正常放電所致，則由過(guò)放保護(hù)異常處理電路9進(jìn)行處理，使所述鋰電池保護(hù)電路恢復(fù)到初始狀態(tài)；如果發(fā)現(xiàn)鋰電池的低壓屬于正常放電所致，則當(dāng)鋰電池低壓的持續(xù)時(shí)間超過(guò)規(guī)定的延遲時(shí)間后，由邏輯電路15執(zhí)行后續(xù)操作。本發(fā)明實(shí)施例中通過(guò)在控制電路中集成了過(guò)放保護(hù)異常處理電路，從而防止了非正常條件下引起過(guò)放保護(hù)而進(jìn)入休眠狀態(tài)，避免了外部重新給予復(fù)位信號(hào)來(lái)使控制電路恢復(fù)到初始狀態(tài)。本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將ー個(gè)實(shí)體或者操作與另ー個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備
所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括ー個(gè)......”限定的要素，并不排
除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池保護(hù)電路，包括邏輯電路、電平移位電路、功率管，所述邏輯電路包括第 ー輸出端、第二輸出端；其特征在干，電平移位電路包括第四NMOS管，與第一輸出端經(jīng)由第四PMOS管相連；第一晶體管組，包括相互串聯(lián)的至少ー個(gè)NMOS管，第一晶體管組與第四NMOS管的源極、漏極相并聯(lián)；第八NMOS管，與第二輸出端經(jīng)由第六PMOS管相連；第二晶體管組，包括相互串聯(lián)的至少ー個(gè)NMOS管，第二晶體管組與第八NMOS管的源極、漏極相并聯(lián)；第七PMOS管，與第二輸出端經(jīng)由第一反相器相連；第十二 NMOS管，第十二 NMOS管的柵極、源極分別與第八NMOS管的漏極、源極相連，第十二 NMOS管的漏極與第七PMOS管的漏極、功率管的柵極均相連； 上述NMOS管中至少有ー個(gè)為低壓NMOS管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于，還包括襯底切換電路，襯底切換電路與邏輯電路的第一輸出端、電平移位電路的第四NMOS管、第八NMOS管相連，用于根據(jù)第一輸出端的輸出電壓向電平移位電路提供相應(yīng)的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于，襯底切換電路包括第二反相器，與第一輸出端相連；第八PMOS管，第八PMOS管的柵極與第二反相器的輸出端相連； 第九PMOS管，第九PMOS管的柵極、源極分別與第八PMOS管的柵極、源極相連； 第十四NMOS管，第十四NMOS管的源極、柵極分別與第九PMOS管的漏極、第四NMOS管的漏極的相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于，襯底切換電路包括 第十三NMOS管，第十三NMOS管的柵極與第一輸出端相連；第十四NMOS管，第十四NMOS管的柵極與第四NMOS管的漏極相連； 第三電阻，串聯(lián)于第十三NMOS管與第十四NMOS管的源極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于，還包括第一鉗位電路，第一鉗位電路的輸入端、輸出端分別與外部電路負(fù)極、第十三NMOS管的源極相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于，還包括第二鉗位電路，第二鉗位電路的輸入端與外部電路負(fù)極相連，第二鉗位電路的輸出端與過(guò)流保護(hù)電路和短路保護(hù)電路相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于，還包括過(guò)放保護(hù)異常處理電路，所述過(guò)放保護(hù)異常處理電路連接過(guò)放保護(hù)電路。
8.—種鋰電池保護(hù)電路，包括邏輯電路、電平移位電路，所述邏輯電路包括第一輸出端、第二輸出端；其特征在干，電平移位電路包括第一晶體管，與第一輸出端經(jīng)由第二晶體管相連；第三晶體管組，包括相互串聯(lián)的第三晶體管，第三晶體管組與第一晶體管的源極、漏極相并聯(lián)；第四晶體管，與第二輸出端經(jīng)由第五晶體管相連；第六晶體管組，包括相互串聯(lián)的第六晶體管，第六晶體管組與第四晶體管的源極、漏極相并聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于還包括襯底切換電路，襯底切換電路與邏輯電路的第一輸出端、電平移位電路的第一晶體管、第四晶體管相連，用于根據(jù)第一輸出端的輸出電壓向電平移位電路提供相應(yīng)的電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于襯底切換電路包括 反相器，與第一輸出端相連；第七晶體管，第七晶體管的柵極與反相器的輸出端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰電池保護(hù)電路，該保護(hù)電路包括電平移位電路、功率管、具有第一、第二輸出端的邏輯電路。電平移位電路包括第四NMOS管，與第一輸出端經(jīng)由第四PMOS管相連；第八NMOS管，與第二輸出端經(jīng)由第六PMOS管相連；第一、第二晶體管組，均包括相互串聯(lián)的至少一個(gè)NMOS管，且分別與第四NMOS管、第八NMOS管的源極、漏極相并聯(lián)；第七PMOS管，與第二輸出端經(jīng)由第一反相器相連；第十二NMOS管，其柵極、源極分別與第八NMOS管的漏極、源極相連，其漏極與第七PMOS管的漏極、功率管的柵極均相連；上述NMOS管中至少有一個(gè)為低壓NMOS管。該保護(hù)電路使用低壓NMOS管就能解決耐高壓?jiǎn)栴}。
文檔編號(hào)H02H7/18GK102545162SQ20101058145
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
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