阅读说明：本技术 电池保护电路及其充电功率开关控制信号产生电路 (Battery protection circuit and charging power switch control signal generation circuit thereof ) 是由 王钊 于 2019-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电池保护电路及其充电功率开关控制信号产生电路，所述充电功率开关控制信号产生电路包括：控制器，其用于检测是否允许对电池充电；第一MOS管，其第一连接端与第一检测端相连，其第二连接端与充电控制端相连，其控制端与控制器的输出端相连；第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻依次串联于充电控制端和第二检测端之间；第二MOS管，其第一连接端与充电控制端相连，其第二连接端与第一电阻和第二电阻之间的连接节点相连，其控制端与充电过流检测电路的输出端相连；充电过流检测电路，其用于检测电池是否充电过流。与现有技术相比，本发明在充电过流状态时，可以加快下拉充电功率开关控制信号的速度，从而使充电功率开关及时关断。(The invention provides a battery protection circuit and a charging power switch control signal generating circuit thereof, wherein the charging power switch control signal generating circuit comprises: a controller for detecting whether charging of the battery is permitted; the first MOS tube is connected with the first detection end at a first connection end, is connected with the charging control end at a second connection end, and is connected with the output end of the controller at a control end; the first resistor and the second resistor are sequentially connected in series between the charging control end and the second detection end; the first connecting end of the second MOS tube is connected with the charging control end, the second connecting end of the second MOS tube is connected with a connecting node between the first resistor and the second resistor, and the control end of the second MOS tube is connected with the output end of the charging overcurrent detection circuit; and the charging overcurrent detection circuit is used for detecting whether the battery is over-current in charging. Compared with the prior art, the invention can accelerate the speed of pulling down the control signal of the charging power switch when the charging is in an overcurrent state, thereby leading the charging power switch to be turned off in time.)

电池保护电路及其充电功率开关控制信号产生电路

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种电池保护电路及其充电功率开关控制信号产生电路。

【背景技术】

电池保护电路通常被安装在电池内，例如，在手机电池内部，有一块很小的印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)，电池保护电路就安装在此印刷电路板上。电池保护电路用于对电池进行充放电控制，其基本功能包括过电压充电保护、过电压放电保护、放电过流保护、充电过流保护和短路保护。

请参考图1所示，其为现有技术中的一种电池保护系统的电路示意图。所述电池保护系统包括电池保护电路(或称电池保护芯片)、充电功率开关(或充电功率管)MN2、放电功率开关(或放电功率管)MN1、电阻R和电容C。电池保护电路中需要输出充电功率开关控制信号CO和放电功率开关控制信号DO，来控制电芯BT1的充电和放电。

请参考图2所示，其为现有技术中的一种充电功率开关控制信号CO的产生电路(或驱动电路)，具体请参见中国专利申请：CN201210484658.5。对于没有高压隔离NMOS的工艺，采用图2所示电路结构，其可以很好实现CO信号的驱动；对于没有充电过流保护电路的电池保护电路，采用图2所示电路结构，其可以很好工作。但是其存在如下缺点:第一、当电池保护电路需要集成充电过流保护时，图2所示电路导致CO信号下降时间过长，可能导致充电功率管(或充电功率开关)在充电过流状态下，保护太慢，而导致充电功率管损坏；第二、当电路处于正常未保护状态时，电阻R1会消耗电流，导致正常工作电流偏大。

因此，有必要提出一种改进的技术方案来克服上述问题。

【

发明内容

】

本发明的目的之一在于提供一种电池保护电路及其充电功率开关控制信号产生电路，所述电池保护电路集成充电过流保护功能，当检测到充电过流状态时，所述充电功率开关控制信号产生电路可以加快下拉充电功率开关控制信号CO的速度，从而使充电功率开关及时关断，提高电池保护电路的充电过流保护速度。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种电池保护电路及其充电功率开关控制信号产生电路。

所述充电功率开关控制信号产生电路包括：控制器，其用于检测是否允许对电池充电，并通过其输出端输出相应的第一控制信号；第一MOS管，其第一连接端与第一检测端相连，其第二连接端与充电控制端相连，其控制端与所述控制器的输出端相连；第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻依次串联于所述充电控制端和第二检测端之间；第二MOS管，其第一连接端与充电控制端相连，其第二连接端与所述第一电阻和第二电阻之间的连接节点相连，其控制端与充电过流检测电路的输出端相连；充电过流检测电路，其用于检测电池是否充电过流，并通过其输出端输出相应的第二控制信号。

进一步的，当检测到允许对电池充电时，所述控制器通过其输出端控制所述第一MOS管导通；当检测到禁止对电池充电时，所述控制器通过其输出端控制所述第一MOS管关断；当检测到电池充电未过流时，所述充电过流检测电路通过其输出端控制第二MOS管截止；当检测到电池充电过流时，所述充电过流检测电路通过其输出端控制第二MOS管导通。

进一步的，所述第一MOS管和第二MOS管均为PMOS晶体管，所述第一MOS管和第二MOS管的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极；所述第一MOS管和第二MOS管的衬底端均与所述第一检测端相连。

进一步的，所述充电过流检测电路的第一电源端与第一检测端相连，其第二电源端与所述第三检测端相连，当检测到电池充电过流时，所述充电过流检测电路的输出端输出给第二MOS管的控制端的第一控制信号的电压等于所述第三检测端G的电压，以使第二MOS管导通。

进一步的，所述第一检测端为电池保护电路与电芯正极相连的连接端；所述第二检测端为电池保护电路与电池负极相连的连接端；所述第三检测端为电池保护电路与电芯负极相连的连接端，所述第一电阻大于等于10⁶欧姆；所述第二电阻小于等于500欧姆。

所述电池保护电路包括与电池负极相连的第二检测端、与电芯负极相连的第三检测端、与电芯正极相连的第一检测端、与放电功率开关的控制端相连的放电控制端和与充电功率开关的控制端相连的充电控制端，其中，所述放电功率开关和充电功率开关连接于所述第三检测端和第二检测端之间。所述电池保护电路还包括充电功率开关控制信号产生电路。所述充电功率开关控制信号产生电路包括：控制器，其用于检测是否允许对电池充电，并通过其输出端输出相应的第一控制信号；第一MOS管，其第一连接端与第一检测端相连，其第二连接端与充电控制端相连，其控制端与所述控制器的输出端相连；第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻依次串联于所述充电控制端和第二检测端之间；第二MOS管，其第一连接端与充电控制端相连，其第二连接端与所述第一电阻和第二电阻之间的连接节点相连，其控制端与充电过流检测电路的输出端相连；充电过流检测电路，其用于检测电池是否充电过流，并通过其输出端输出相应的第二控制信号。

根据本发明的另一个方面，本发明提供另一种电池保护电路及其充电功率开关控制信号产生电路。

所述充电功率开关控制信号产生电路包括：控制器，其用于检测是否允许对电池充电，并通过其输出端输出相应的第一控制信号；第一MOS管，其第一连接端与第一检测端V相连，其第二连接端与充电控制端相连，其控制端与所述控制器的输出端相连；第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻、第三电阻和第二电阻依次串联于所述充电控制端和第二检测端之间；第二MOS管，其第一连接端与充电控制端相连，其第二连接端与所述第一电阻和第三电阻之间的连接节点相连；第三MOS管，其第一连接端与第一检测端相连，其第二连接端第二MOS管的控制端相连，其控制端与充电过流检测电路的输出端相连；第四电阻，其一端与第三MOS管的第二连接端相连，其另一端与所述第三电阻和第二电阻之间的连接节点相连，充电过流检测电路，其用于检测电池是否充电过流，并通过其输出端输出相应的第三控制信号。

进一步的，当检测到允许对电池充电时，所述控制器通过其输出端控制所述第一MOS管导通；当检测到禁止对电池充电时，所述控制器通过其输出端控制所述第一MOS管关断；当检测到电池充电未过流时，所述充电过流检测电路通过其输出端控制第三MOS管导通，第三MOS管导通使得第二MOS管截止；当检测到电池充电过流时，所述充电过流检测电路通过其输出端控制第三MOS管关断，第三MOS管关断使得第二MOS管导通。

进一步的，所述第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管均为PMOS晶体管，所述第一MOS管、第二MOS管和第三MOS的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极；所述第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管的衬底端均与所述第一检测端相连。

进一步的，所述充电过流检测电路的第一电源端与第一检测端相连，其第二电源端与所述第三检测端相连，当检测到电池充电过流时，所述充电过流检测电路控制第三MOS管关断，此时，第二MOS管的控制端的电压小于第二检测端的电压。

进一步的，所述第一检测端为电池保护电路与电芯正极相连的连接端；所述第二检测端为电池保护电路与电池负极相连的连接端；所述第三检测端为电池保护电路与电芯负极相连的连接端，所述第一电阻大于等于10⁶欧姆；所述第二电阻小于等于500欧姆。

所述电池保护电路包括与电池负极相连的第二检测端、与电芯负极相连的第三检测端、与电芯正极相连的第一检测端、与放电功率开关的控制端相连的放电控制端和与充电功率开关的控制端相连的充电控制端，其中，所述放电功率开关和充电功率开关连接于所述第三检测端和第二检测端之间。所述电池保护电路还包括充电功率开关控制信号产生电路。所述充电功率开关控制信号产生电路包括：控制器，其用于检测是否允许对电池充电，并通过其输出端输出相应的第一控制信号；第一MOS管，其第一连接端与第一检测端V相连，其第二连接端与充电控制端相连，其控制端与所述控制器的输出端相连；第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻、第三电阻和第二电阻依次串联于所述充电控制端和第二检测端之间；第二MOS管，其第一连接端与充电控制端相连，其第二连接端与所述第一电阻和第三电阻之间的连接节点相连；第三MOS管，其第一连接端与第一检测端相连，其第二连接端第二MOS管的控制端相连，其控制端与充电过流检测电路的输出端相连；第四电阻，其一端与第三MOS管的第二连接端相连，其另一端与所述第三电阻和第二电阻之间的连接节点相连，充电过流检测电路，其用于检测电池是否充电过流，并通过其输出端输出相应的第三控制信号。

与现有技术相比，本发明中增设有充电过流检测电路和与电阻R1并联的MOS管MP2，当充电过流检测电路检测到充电过流时，控制MOS管MP2导通，以加快下拉充电功率开关控制信号CO的速度，从而使充电功率开关MN2及时关断，提高电池保护电路的充电过流保护速度。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，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为现有技术中的一种电池保护系统的电路示意图；

图2为现有技术中的一种充电功率开关控制信号CO的产生电路；

图3为本发明的电池保护电路中的充电功率开关控制信号产生电路在一个实施例中的电路示意图；

图4为本发明的电池保护电路中的充电功率开关控制信号产生电路在另一个实施例中的电路示意图。

【

具体实施方式

】

为使本发明的上述目的、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发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明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。

请结合图1所示，本发明的电池保护系统包括电池电芯BT1、电阻R、电容C、电池保护电路(或电池保护芯片)110、充电功率开关120和放电功率开关130。电阻R和电容C串联于电池电芯BT1的正极B+和负极B-之间，放电功率开关MN1和充电功率开关MN2串联于电池电芯的负极B-和电池的负极P-之间，电池电芯BT1的正极B+直接与电池的正极P+相连。

所述充电功率开关120包括充电开关管和寄生于其体内的二极管(未图示)。其中在本发明的一个实施例中，所述充电开关管为一个NMOS(N-channel Metal OxideSemiconductor)场效应晶体管MN2。所述放电功率开关130包括放电开关管和寄生于其体内的二极管(未图示)，在本发明的一个实施例中，所述放电开关管为NMOS场效应晶体管MN1。NMOS晶体管MN1的漏极和NMOS晶体管MN2的漏极相连，NMOS晶体管MN1的源极与电池电芯的负极B-相连，NMOS晶体管MN2的源极与电池的负极P-相连。

所述电池保护电路110包括三个检测端(或称为连接端)和两个控制端，三个检测端分别为电池电芯正极B+检测端VDD，电池电芯负极B-检测端G和电池负极P-检测端VM，两个控制端分别为充电控制端CO和放电控制端DO。其中，检测端VDD连接于电阻R和电容C之间，检测端G与电池电芯的负极B-相连，检测端VM与电池的负极P-相连，充电控制端CO与充电功率开关120的控制端(即NMOS晶体管MN2的栅极)相连，放电控制端DO与放电功率开关130的控制端(即NMOS晶体管MN1的栅极)相连。

所述电池保护电路110通过控制NMOS晶体管MN1、MN2的导通和关断可以实现对电芯BT1进行充电保护和放电保护。在正常状态时，所述电池保护电路110控制NMOS晶体管MN1、MN2同时导通，此时既可以充电也可以放电。在充电发生异常时，所述电池保护电路110控制NMOS晶体管MN2关断，从而切断了充电回路，但仍可以放电。在放电发生异常时，所述电池保护电路110控制NMOS晶体管MN1关断，从而切断了放电回路，但仍可以充电。

请参考图3所示，其为本发明的电池保护电路中的充电功率开关控制信号产生电路在一个实施例中的电路示意图。

如图3所示，本发明的电池保护电路中的充电功率开关控制信号产生电路包括控制器310、第一MOS管MP1、第二MOS管MP2、第一电阻R1、第二电阻R2和充电过流检测电路320。

所述控制器310用于检测是否允许对电池充电，并通过其输出端输出相应的第一控制信号。所述第一MOS管MP1的第一连接端与第一检测端VDD相连，其第二连接端与充电控制端CO相连，其控制端与所述控制器310的输出端相连。所述第一电阻R1和第二电阻2依次串联于所述充电控制端CO和第二检测端VM之间。第二MOS管MP2的第一连接端与充电控制端CO相连，其第二连接端与所述第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接节点O1相连，其控制端与所述充电过流检测电路320的输出端相连。所述充电过流检测电路320用于检测电池是否充电过流，并通过其输出端输出相应的第二控制信号ECIB。

在图3所示的具体实施例中，所述第一MOS管MP1和第二MOS管MP2均为PMOS晶体管(P-channel Metal Oxide Semiconductor)，所述第一MOS管MP1和第二MOS管MP2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极；所述充电过流检测电路320的第一电源端与第一检测端VDD相连，其第二电源端与所述第三检测端G相连；所述第一MOS管MP1和第二MOS管MP2的衬底端均与所述第一检测端VDD相连；所述第一检测端VDD为电池保护电路与电芯正极相连的连接端；所述第二检测端VM为电池保护电路与电池负极相连的连接端；所述第三检测端G为电池保护电路与电芯负极相连的连接端。

以下结合图1，具体介绍图3所示的电池保护电路中的充电功率开关控制信号产生电路的工作原理。

当检测到允许对电池充电时，所述控制器310通过其输出端输出第一控制信号的第一逻辑电平，以控制所述第一MOS管MP1导通，使得充电控制端CO输出高电平，则所述充电功率开关120导通，电池保护电路110允许对电池进行充电。当检测到禁止对电池充电时，所述控制器310通过其输出端输出第一控制信号的第二逻辑电平，以控制所述第一MOS管MP1关断；此时，至少通过第一电阻R1和第二电阻R2下拉充电控制端CO电位，使得充电控制端CO输出低电平，则所述充电功率开关120关断，电池保护电路110禁止对电池进行充电。其中，禁止对电池充电包括电池充电过压和电池充电过流。

当检测到对电池的充电未过流时，所述充电过流检测电路320通过其输出端输出第二控制信号ECIB的第二逻辑电平，以控制第二MOS管MP2关断。当检测到对电池的充电过流时，所述充电过流检测电路320通过其输出端输出第二控制信号ECIB的第一逻辑电平，以控制第二MOS管MP2导通。当检测到对电池的充电过流时，所述充电过流检测电路320控制第二MOS管MP2导通。这样，等效减小了串联在充电控制端CO到第二检测端VM的电阻，从而加快下拉所述充电控制端CO电位的速度，即减小所述充电控制端CO电位下降的时间。由于图3所示的电池保护电路可以加快放电速度，因此可以把总电阻(第一电阻R1+第二电阻R2)做得更大，从而可以减小未保护状态的电流消耗。其中，电阻R2主要起静电保护功能，电阻R2的阻值实际可以很小，一般所述第二电阻R2小于等于500欧姆，例如，第二电阻R2等于200欧姆；而第一电阻R1设计很大，例如，第一电阻R1大于或等于10⁶欧姆。

需要特别说明的是，在图3所示的具体实施例中，所述第一控制信号、第二控制信号ECIB的第一逻辑电平均为低电平，所述第一控制信号、第二控制信号ECIB的第二逻辑电平均为高电平，其中，第一逻辑电平和第二逻辑电平为同一控制信号的两种逻辑状态；所述第二控制信号ECIB的低电平(即第一逻辑电平)为等于第三检测端G(即地节点)的电压。在***充电器Adapter时，第二检测端VM相对第三检测端G为负电压。

请参考图4所示，其为本发明的电池保护电路中的充电功率开关控制信号产生电路在另一个实施例中的电路示意图。与图3相比，图4所示实施例增加了第三MOS管MP3、第三电阻R3和第四电阻R4。

如图4所示，本发明的电池保护电路中的充电功率开关控制信号产生电路包括控制器310、第一MOS管MP1、第二MOS管MP2、第三MOS管MP3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和充电过流检测电路320。

所述控制器310用于检测是否允许对电池充电，并通过其输出端输出相应的第一控制信号。所述第一MOS管MP1的第一连接端与第一检测端VDD相连，其第二连接端与充电控制端CO相连，其控制端与所述控制器310的输出端相连。所述第一电阻R1、第三电阻R3和第二电阻2依次串联于所述充电控制端CO和第二检测端VM之间。第二MOS管MP2的第一连接端与充电控制端CO相连，其第二连接端与所述第一电阻R1和第三电阻R3之间的连接节点O2相连。

所述第三MOS管MP3的第一连接端与第一检测端VDD相连，其第二连接端与第二MOS管MP2的控制端相连，其控制端与所述充电过流检测电路320的输出端相连。第四电阻R4的一端与第三MOS管MP3的第二连接端相连，其另一端与所述第三电阻R3和第二电阻R2之间的连接节点O3相连。所述充电过流检测电路320用于检测电池是否充电过流，并通过其输出端输出相应的第三控制信号ECI。

在图4所示的具体实施例中，所述第一MOS管MP1、第二MOS管MP2和第三MOS管MP3均为PMOS晶体管，所述第一MOS管MP1、第二MOS管MP2和第三MOS管MP3的第一连接端、第二连接端和控制端分别为PMOS晶体管的源极、漏极和栅极；所述充电过流检测电路320的第一电源端与第一检测端VDD相连，其第二电源端与所述第三检测端G相连；所述第一MOS管MP1、第二MOS管MP2和第三MOS管MP3的衬底端均与所述第一检测端VDD相连；所述第一检测端VDD为电池保护电路与电芯正极相连的连接端；所述第二检测端VM为电池保护电路与电池负极相连的连接端；所述第三检测端G为电池保护电路与电芯负极相连的连接端。

以下结合图1，具体介绍图4所示的电池保护电路中的充电功率开关控制信号产生电路的工作原理。

当检测到允许对电池充电时，所述控制器310通过其输出端输出第一控制信号的第一逻辑电平，以控制所述第一MOS管MP1导通，使得充电控制端CO输出高电平，则所述充电功率开关120导通，电池保护电路110允许对电池进行充电。当检测到禁止对电池充电时，所述控制器310通过其输出端输出第一控制信号的第二逻辑电平，以控制所述第一MOS管MP1关断；此时，至少通过第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3下拉充电控制端CO电位，使得充电控制端CO输出低电平，则所述充电功率开关120关断，电池保护电路110禁止对电池进行充电。其中，禁止对电池充电包括电池充电过压和电池充电过流。

当检测到对电池的充电未过流时，所述充电过流检测电路320通过其输出端输出第三控制信号ECI的第一逻辑电平以控制第三MOS管MP3导通，此时，第三MOS管MP3的第二连接端输出第二控制信号ECIB的第二逻辑电平，以控制第二MOS管MP2关断。当检测到电池充电过流时，所述充电过流检测电路320通过其输出端输出第三控制信号ECI的第二逻辑电平以控制第三MOS管MP3关断，此时，第三MOS管MP3的第二连接端输出第二控制信号ECIB的第一逻辑电平，以控制第二MOS管MP2导通。其中，第二控制信号ECIB和第三控制信号ECI互为反相信号；在***充电器Adapter时，第二检测端VM相对第三检测端G为负电压。

在图4所示的具体实施例中，所述第一控制信号、第二控制信号ECIB和第三控制信号ECI的第一逻辑电平均为低电平；所述第一控制信号、第二控制信号ECIB和第三控制信号ECI的第二逻辑电平均为高电平，其中，第一逻辑电平和第二逻辑电平为同一控制信号的两种逻辑状态。

需要特别说明的是，图3所示电路主要加快当所述充电控制端CO从第一检测端VDD电压下降至VG+|Vthp|这段时间的速度，其中VG为第三检测端G的电压值，Vthp为第二MOS管MP2的阈值电压。因为只有这段时间第二MOS管MP2可以导通。当所述充电控制端CO的电压低于VG+|Vthp|，放电仍由第一电阻R1决定，因此也很慢。通过图4所示电路设计，当检测到放电过流状态时，第三控制信号ECI变为高电平，第三MOS管MP3关断，第四电阻R4将第二MOS管MP2的栅极下拉到相对较低的电压VN(即第二控制信号ECIB变为低电平，该低电平的电压为VN),VN电压低于第三检测端G的电压，因此，第二MOS管MP2可以更长时间导通，进一步加快下拉所述充电控制端CO电位的速度，因此，图4能实现比图3更短的所述充电控制端CO电位下降时间。

由于图4所示的电池保护电路可以加快放电速度，因此可以把总电阻(第一电阻R1+第二电阻R2+第三电阻R3)做得更大，从而可以减小未保护状态的电流消耗。其中，电阻R2主要起静电保护功能，电阻R2的阻值实际可以很小，一般所述第二电阻R2小于等于500欧姆，例如，第二电阻R2等于200欧姆；而第一电阻R1设计很大，例如，第一电阻R1大于或等于10⁶欧姆。

在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，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发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。