一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于鋰電池充放電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鋰電池由于具有體積小、質(zhì)量輕、能量密度大、無記憶效應(yīng)、使用壽命長、使用范圍廣、工作電壓高和自放電率低等優(yōu)點，因此在電子產(chǎn)品中獲得了廣泛應(yīng)用。然而鋰電池與其他常用的鎳鎘、鎳氫電池的不同之處在于鋰電池必須考慮充電、放電時的安全性，以防止電池特性劣化甚至電池?zé)龤?。因此對鋰電池的保護(hù)非常重要，鋰電池應(yīng)用中必須要有電池保護(hù)芯片，來防止電池的過充電、過放電和過電流。與此同時，考慮到鋰電池應(yīng)用的便攜性和環(huán)境要求，電池保護(hù)芯片應(yīng)該具備在低功耗的前提下實現(xiàn)受溫度等條件影響較小的高精度檢測能力。
[0003]對于一種典型的鋰電池保護(hù)芯片，其主要引腳端口及功能有:VDD連接電池正極，用于檢測過充電和過放電的端子;VSS連接電池負(fù)極，設(shè)定為保護(hù)電路的接地點;DO用于控制放電用的端子;CO用于控制充電用的端子;VM(V-)是VDD與VSS之間檢測端子。芯片外圍電路中有實現(xiàn)充放電開關(guān)功能的場效應(yīng)管FETl、FET2。保護(hù)電路通過監(jiān)視VDD和VSS之間的電池電壓以及VM和VSS之間的電壓來控制電池的各種狀態(tài)。如VDD在過放電檢測電壓和過充電檢測電壓之間，VM電壓在充電過流檢測電壓和放電過流檢測電壓之間，電路就正常工作。反之則會出現(xiàn)異常狀況。
[0004]電壓檢測的精度對于芯片的性能是非常重要的。對于芯片設(shè)計來說，電壓檢測精度與內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)源部分密切相關(guān)。基準(zhǔn)電壓源必須能夠克服制造工藝產(chǎn)生的偏差、夕卜界環(huán)境(如環(huán)境溫度)和系統(tǒng)內(nèi)部(如電源電壓)在系統(tǒng)工作范圍內(nèi)變化產(chǎn)生的影響，同時具備低功耗特性。目前已有采用帶隙基準(zhǔn)電壓源來減小溫度變化影響的方案。但仍需進(jìn)一步提升精度和克服工藝偏差帶來的失調(diào)電壓影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型的目的是提供一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)。該電路系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗、高精度、低溫漂的鋰電池保護(hù)芯片要求。
[0006]為達(dá)到以上目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，包括設(shè)有若干電阻和場效應(yīng)管的分壓電路，通過過放電比較器、過充電比較器、過量電流比較器、短路比較器與所述分壓電路相連的能夠產(chǎn)生控制信號的狀態(tài)機，與所述分壓電路連接的偏置電壓源/時鐘信號源，其中所述分壓電路與所述偏置電壓源/時鐘信號源之間還連接有斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源。
[0007]進(jìn)一步，所述偏置電壓源/時鐘信號源連接系統(tǒng)時鐘開/關(guān)控制電路，使用系統(tǒng)時鐘信號為控制信號。
[0008]進(jìn)一步，所述斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源設(shè)有啟動電路、電壓偏置電路、共源共柵運算放大器、低通濾波器;分別設(shè)置在所述共源共柵運算放大器的輸入端、電流鏡處、電流源處的第一斬波穩(wěn)定模塊、第二斬波穩(wěn)定模塊、第三斬波穩(wěn)定模塊。
[0009]更進(jìn)一步，所述斬波穩(wěn)定模塊的電路包括能夠完成斬波頻率方波調(diào)制的4個NMOS開關(guān)。
[0010]進(jìn)一步，所述共源共柵運算放大器為折疊共源共柵結(jié)構(gòu)。
[0011]更進(jìn)一步，所述鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)采用CMOS工藝實現(xiàn)。
[0012]本實用新型的有益效果有以下幾點:
[0013]1.利用了斬波穩(wěn)定模塊的消除電路低頻漂移和低頻噪聲的優(yōu)勢以及帶隙基準(zhǔn)電壓源具有的低功耗、高精度、低噪聲的優(yōu)點，將兩者結(jié)合實現(xiàn)高精度、低溫漂、低功耗的應(yīng)用目標(biāo)；
[0014]2.系統(tǒng)時鐘信號同時作為控制信號，降低鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)的功耗；
[0015]3.系統(tǒng)電路采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實現(xiàn)，并考慮了克服工藝偏差影響的措施。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例中所述一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)的電路圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例中所述斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源的電路圖；
[0018]圖3是本實用新型實施例中所述斬波穩(wěn)定模塊的電路圖；
[0019]圖中:1_偏置電壓源/時鐘信號源，2-帶隙基準(zhǔn)電壓源，3-過放電比較器，4-過充電比較器，5-過量電流比較器，6-短路比較器，7-狀態(tài)機。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述。
[0021]如圖1所示，一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，包括設(shè)有若干電阻和場效應(yīng)管的分壓電路(在本實施例中，電阻為精密電阻R1-R6，場效應(yīng)管為Vbnl和Vbn2)，通過過放電比較器3、過充電比較器4、過量電流比較器5、短路比較器6與分壓電路相連的能夠產(chǎn)生控制信號C0、D0的狀態(tài)機7，與分壓電路連接的偏置電壓源/時鐘信號源1，分壓電路與偏置電壓源/時鐘信號源I之間還連接有斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源2，偏置電壓源/時鐘信號源I連接系統(tǒng)時鐘開/關(guān)控制電路，使用系統(tǒng)時鐘信號為控制信號。此處的偏置電壓源/時鐘信號源I包含了偏置電壓源和時鐘信號源兩部分，都可采用常規(guī)設(shè)計方案。其中時鐘信號包括系統(tǒng)時鐘信號(典型值800Hz)和斬波時鐘信號(典型值IMHz)。
[0022]其中，斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源2產(chǎn)生高精度的比較基準(zhǔn)電壓，精密電阻R1-R6組成的分壓電路獲得電路狀態(tài)輸入電壓，然后利用相應(yīng)的過放電比較器3、過充電比較器4、過量電流比較器5、短路比較器6來完成過沖、過放、過流、短路等的狀態(tài)檢測;檢測結(jié)果通過狀態(tài)機7產(chǎn)生控制信號CO和D0，進(jìn)而驅(qū)動場效應(yīng)管Vbnl和Vbn2實現(xiàn)充放電開關(guān)功能;為了降低功耗，系統(tǒng)時鐘信號本身可作為控制信號，如時鐘為高電平時電路工作，如時鐘為低電平時比較器電路、基準(zhǔn)電壓電源等予以關(guān)閉。
[0023]采用斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源的目標(biāo)在于實現(xiàn)高精度、低溫漂。因為斬波穩(wěn)定技術(shù)具備的優(yōu)勢在于可以消除電路的低頻漂移(如由于溫度變化而帶來的電壓漂移)，以及低頻噪聲(如50赫茲的工頻電壓源帶來的影響)。帶隙基準(zhǔn)電壓源本身具有高精度、低噪聲等優(yōu)點，因此兩者的結(jié)合更有利于實現(xiàn)高精度、低溫漂的目標(biāo)。
[0024]如圖2所示，本實用新型中的斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源2中設(shè)有啟動電路、電壓偏置電路、共源共柵運算放大器、低通濾波器，其中共源共柵運算放大器用共源共柵輸出級(M3-M9)與一個差分放大器(M1-M2)級聯(lián)，達(dá)到一個大的輸入共模范圍，而且提供自補償。圖中Ml-MlO構(gòu)成共源共柵運算放大器的基本部分，其中包含了三個斬波穩(wěn)定模塊(chopperl、chopper2、chopper3，其中兩個實現(xiàn)斬波的調(diào)制、解調(diào)功能，一個實現(xiàn)動態(tài)元件匹配)。共源共柵運算放大器與電阻Rll、R22、R33、以及三極管Ql、Q2構(gòu)成帶隙基準(zhǔn)電壓源，而M11-M20構(gòu)成電壓偏置電路，M21為啟動管。
[0025]第一斬波穩(wěn)定模塊chopperl設(shè)置在共源共柵運算放大器的輸入端(Ml、M2的柵端)，實現(xiàn)對輸入信號的調(diào)制;第二斬波穩(wěn)定模塊chopped放在共源共柵運算放大器的電流鏡處(M3、M4的漏端)，實現(xiàn)動態(tài)元件匹配，降低電流鏡的電流失配；第三斬波穩(wěn)定模塊chopped放在共源共柵運算放大器的電流源處(M9、M10的漏端)，實現(xiàn)對已調(diào)信號的解調(diào)，并對失調(diào)電壓進(jìn)行調(diào)制。輸出節(jié)點處，電容(??低通濾波作用，將已調(diào)制到高頻端的失調(diào)成分濾除。共源共柵運算放大器為折疊共源共柵結(jié)構(gòu)。(主要的斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源部分的實現(xiàn)電路顯示于圖2;其它電路模塊可以采用常規(guī)設(shè)計實現(xiàn)。)
[0026]如圖3所示。斬波穩(wěn)定模塊是由四個NMOS開關(guān)組成的電路，在elk和clkn互補相位時鐘信號(斬波時鐘信號)的控制下，不同時刻差分輸入電壓由斬波模塊構(gòu)成的差分輸入電路的同相或反相輸入端輸入，完成斬波頻率方波調(diào)制。
[0027]本實用新型所提供的鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)采用CMOS工藝實現(xiàn)，能夠克服工藝偏差造成的影響。
[0028]本實用新型所述的裝置并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案得出其他的實施方式，同樣屬于本實用新型的技術(shù)創(chuàng)新范圍。
【主權(quán)項】
1.一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，包括設(shè)有若干電阻和場效應(yīng)管的分壓電路，通過過放電比較器(3)、過充電比較器(4)、過量電流比較器(5)、短路比較器(6)與所述分壓電路相連的能夠產(chǎn)生控制信號的狀態(tài)機(7)，與所述分壓電路連接的偏置電壓源/時鐘信號源(I )，其特征是:所述分壓電路與所述偏置電壓源/時鐘信號源(I)之間還連接有斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源(2)。2.如權(quán)利要求1所述的一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，其特征是:所述偏置電壓源/時鐘信號源(I)連接系統(tǒng)時鐘開/關(guān)控制電路，使用系統(tǒng)時鐘信號為控制信號。3.如權(quán)利要求1所述的一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，其特征是:所述斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源(2)設(shè)有啟動電路、電壓偏置電路、共源共柵運算放大器、低通濾波器;分別設(shè)置在所述共源共柵運算放大器的輸入端、電流鏡處、電流源處的第一斬波穩(wěn)定模塊、第二斬波穩(wěn)定模塊、第三斬波穩(wěn)定模塊。4.如權(quán)利要求3所述的一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，其特征是:所述斬波穩(wěn)定模塊的電路包括能夠完成斬波頻率方波調(diào)制的4個NMOS開關(guān)。5.如權(quán)利要求3所述的一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，其特征是:所述共源共柵運算放大器為折疊共源共柵結(jié)構(gòu)。6.如權(quán)利要求1-4任一項所述的一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，其特征是:所述鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)采用CMOS工藝實現(xiàn)。
【專利摘要】本實用新型涉及一種鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)，包括設(shè)有若干電阻和場效應(yīng)管的分壓電路，通過過放電比較器、過充電比較器、過量電流比較器、短路比較器與所述分壓電路相連的能夠產(chǎn)生控制信號的狀態(tài)機，與所述分壓電路連接的偏置電壓源/時鐘信號源，其中所述分壓電路與所述偏置電壓源/時鐘信號源之間還連接有斬波穩(wěn)定帶隙基準(zhǔn)電壓源。采用本實用新型所述的鋰電池充放電保護(hù)電路系統(tǒng)具有高精度、低溫漂、低功耗的優(yōu)點。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號】CN205304325
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】李志剛
【申請人】李志剛
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月6日