雙向靜電保護電路及其電池保護電路的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種雙向靜電保護電路及其集成電芯(Bat)端的電阻和電容(RC)且可承受電芯反接的電池保護電路。
【【背景技術(shù)】】
[0002]電池保護芯片(電路)通常被安裝在電池內(nèi)，例如，在手機電池內(nèi)部，有一塊很小的印刷電路板(Printed Circuit Board)，電池保護芯片就安裝在此印刷電路板上。電池保護芯片與其他的輔助元件一起提供對電池的充放電控制。比較常用的是鋰離子電池和鋰聚合物電池。電池保護芯片的基本功能包括過電壓充電保護、過電壓放電保護、放電過流保護、充電過流保護和短路保護。
[0003]請參考圖1所示，其為現(xiàn)有技術(shù)中電池保護系統(tǒng)的電路示意圖。所述電池保護系統(tǒng)包括電芯Bat、電阻R1、電容Cl、電池保護電路110、電阻R2、放電功率開關(guān)120和充電功率開關(guān)130。所述電芯Bat的正極直接與第一電源端VP相連，放電功率開關(guān)120和充電功率開關(guān)130串聯(lián)于電芯Bat的負極G和第二電源端VM之間，電阻Rl和電容Cl串聯(lián)于電芯Bat的正極和負極G之間。當(dāng)負載電阻RO連接于第一電源端VP和第二電源端VM之間時，所述電芯Bat處于放電狀態(tài)；當(dāng)電池充電器140正接于第一電源端VP和第二電源端VM之間時，所述電芯Bat處于充電狀態(tài)。
[0004]所述放電功率開關(guān)120 包括 NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor)場效應(yīng)晶體管MNl和寄生于其體內(nèi)的二極管Dl。所述充電功率開關(guān)130包括NMOS場效應(yīng)晶體管麗2和寄生于其體內(nèi)的二極管D2。NMOS晶體管麗I的漏極和NMOS晶體管麗2的漏極相連，NMOS晶體管麗I的源極與電芯Bat的負極G相連，NMOS晶體管麗2的源極與第二電源端VM相連。
[0005]所述電池保護電路110包括三個連接端(或稱為檢測端)和兩個控制端，三個連接端分別為電芯Bat正極連接端(或稱電源端)VDD,電芯Bat負極G連接端(或稱接地端)VSS和第二電源端VM連接端VMI，兩個控制端分別為充電控制端CO和放電控制端D0。其中，連接端VDD連接于電阻Rl和電容Cl之間，連接端VSS與電芯Bat的負極G相連，連接端VMI通過電阻R2連接于第二電源端VM，充電控制端CO與充電功率開關(guān)130的控制端(即NMOS晶體管麗2的柵極)相連，放電控制端DOl與放電功率開關(guān)120的控制端(即NMOS晶體管麗I的柵極)相連。
[0006]所述電池保護電路110可以對電芯Bat進行充電保護和放電保護。在正常狀態(tài)時，所述電池保護電路110控制NMOS晶體管麗1、麗2同時導(dǎo)通，既可充電也可以放電。在充電發(fā)生異常(比如充電過流和充電過壓)時，所述電池保護電路110控制NMOS晶體管麗2截止，從而切斷了充電過程，但仍可以放電。在放電發(fā)生異常(比如放電過流和放電過壓)時，所述電池保護電路110控制NMOS晶體管麗I截止，從而切斷了放電過程，但仍可以充電。
[0007]在本實施例中，所述電池保護電路110包括過充電檢測電路112、過放電檢測電路114、放電過流檢測電路116、充電過流檢測電路(未標示)和控制電路118。所述過充電檢測電路112、過放電檢測電路114、放電過流檢測電路116和充電過流檢測電路可以被統(tǒng)稱為閾值檢測電路。所述控制電路118根據(jù)所述過充電檢測電路112、過放電檢測電路114、放電過流檢測電路116和充電過流檢測電路提供的檢測信號生成充電控制信號并通過充電控制端CO輸出，生成放電控制信號并通過放電控制端DO輸出。
[0008]由于靜電防護對集成電路來說非常重要，因此，在目前的集成電路設(shè)計和制造時都會特別注意靜電放電保護電路的設(shè)計。通常，圖1中的電池保護電路110是一塊芯片，其各個連接端之間也需要設(shè)置靜電保護電路(ESD器件)。圖1中的電池保護電路110還包括設(shè)置于電源端VDD和接地端VSS之間的傳統(tǒng)靜電保護電路150。
[0009]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種電池保護系統(tǒng)的電路示意圖。其印刷電路板上需要安裝電容Cl和電阻R1。中國專利(申請?zhí)?201110411181.3)中公布了一種集成電芯端的電阻和電容的電池保護裝置，其印刷電路板上不需要安裝電芯端電容Cl和電阻R1，該專利解決了電池出現(xiàn)短路時導(dǎo)致芯片電源電壓太低從而電池保護芯片出錯的問題，其原理是通過內(nèi)部電容存儲電荷為電池保護芯片供電，避免控制電路異常。在圖1和申請?zhí)枮?01110411181.3的電池保護裝置中，一般都會通過導(dǎo)線連接電芯和電池保護芯片，電源和地分別需要導(dǎo)線連接。當(dāng)電芯到電池保護芯片的連接導(dǎo)線過長時，會產(chǎn)生較大的寄生電感。
[0010]如圖1所示，電感LI為連接電芯Bat的正極和電池保護電路110的電源端VDD的導(dǎo)線產(chǎn)生的寄生電感，電感L2為連接電芯Bat的負極和電池保護電路110的接地端VSS的導(dǎo)線產(chǎn)生的寄生電感。當(dāng)電池發(fā)生短路時，電池保護電路110檢測到短路故障后，會關(guān)斷放電通路(通過將DO節(jié)點置為低電平)，寄生電感會產(chǎn)生反向電動勢VF = L.di/dt，其中di/dt是放電電流下降斜率，L為寄生電感的電感值。寄生電感越大，反向電動勢越大；放電電流下降速度越快，即放電通路被關(guān)斷得越快，反向電動勢越大。電感效應(yīng)導(dǎo)致節(jié)點VLl (電感LI和電阻Rl之間的連接點)和節(jié)點VL (電感L2和接地端VSS之間的連接點)之間的電壓瞬間會升高，峰值等于VB+L1.di/dt+L2.di/dt，其中VB為電芯Bat的電壓，LI為寄生電感LI的電感值，L2為寄生電感L2的電感值，di/dt為放電電流下降斜率。對于一般鋰電池，最高電芯電壓不超過4.3V，對于寄生電感較小的情況，電池保護電路110的電源端VDD和接地端VSS之間的耐壓1V足以。但對于寄生電感較大的情況，在實際測試中，節(jié)點VLl和節(jié)點VL2的電壓差會高達15V。對于圖1所示的電池保護系統(tǒng)，由于電阻Rl和電容Cl構(gòu)成的濾波電路會將瞬間的尖峰電壓濾平，因此，經(jīng)過電阻Rl和電容Cl后的電源端VDD和接地端VSS之間的電壓差不超過8V。電池保護電路110采用5V器件即可承受電源端VDD與接地端VSS之間的耐壓。但對于集成Rl和Cl的電池保護電路設(shè)計(如，申請?zhí)?201110411181.3的中國專利)，其電池保護電路的電源端VDD會暴露在15V的瞬間高壓下，電池保護電路可能被擊穿損壞；同時，電源端VDD的高壓可能會過早擊穿電池保護電路上設(shè)置的傳統(tǒng)ESD器件，從而導(dǎo)致不恰當(dāng)?shù)撵o電釋放。
[0011]另外，有些電池客戶還要求有電池反接保護設(shè)計，因為在電池保護板與電芯的裝配過程中，可能發(fā)生不小心反接電芯的情況，有些客戶希望電芯反接(即電芯的正負極接反)時，保護芯片不被損壞。
[0012]因此，有必要提供一種改進的技術(shù)方案來克服上述問題。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種雙向靜電保護電路及應(yīng)用該靜電保護電路的電池保護電路，其不僅可以提高電池保護電路的耐壓，避免不恰當(dāng)?shù)撵o電釋放，而且可以使電池保護電路承受電芯反接。
[0014]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種集成電路的靜電保護電路，所述集成電路具有第一連接端和第二連接端，所述靜電保護電路包括連接于第一連接端和第二連接端之間的靜電保護器件。該靜電保護器件包括P型襯底；埋置于所述P型襯底內(nèi)的N型埋層；沿晶圓的上表面向下延伸至N型埋層的P阱；沿晶圓的上表面向下延伸至N型埋層且環(huán)繞所述P阱的環(huán)形N阱；沿所述P阱的上表面向下延伸至P阱中的NG層；沿所述NG層的上表面向下延伸至NG層中的第一 N+有源區(qū)；沿所述N阱的上表面向下延伸至N阱中的P+有源區(qū)和第二 N+有源區(qū)，P+有源區(qū)和第二 N+有源區(qū)相互間隔；所述P+有源區(qū)和第二 N+有源區(qū)均與所述第二連接端相連，所述第一 N+有源區(qū)與第一連接端相連，其中，P+有源區(qū)的P型摻雜濃度較P阱的P型摻雜濃度高；N+有源區(qū)的N型摻雜濃度較N阱的N型摻雜濃度高；N+有源區(qū)的N型摻雜濃度較NG層的型摻雜濃度高；N型埋層的N型摻雜濃度較N阱的摻雜濃度高。
[0015]進一步的，所述P+有源區(qū)較第二 N+有源區(qū)更接近所述P阱；或所述P+有源區(qū)的面積大于第二 N+有源區(qū)的面積。
[0016]進一步的，所述P+有源區(qū)為多個，所述第二 N+有源區(qū)為多個。
[0017]進一步的，當(dāng)?shù)谝贿B接端的電壓大于第二連接端的電壓時，所述靜電保護電路依靠NG層和P阱之間形成的P-N結(jié)來承受耐壓；當(dāng)?shù)谝贿B接端的電壓小于第二連接端的電壓時，所述靜電保護電路依靠N阱和P阱之間形成的P-N結(jié)，以及N型埋層與P阱之間形成的P-N結(jié)來承受耐壓。
[0018]進一步的，NG層和P阱之間形成的P-N結(jié)的反向擊穿電壓大于或等于15V ；
[0019]N阱和P阱之