專利名稱：電池保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)及嵌入式領(lǐng)域，特別是涉及電池保護裝置。
背景技術(shù)：
電池保護芯片通常被安裝在電池內(nèi)，在如手機電池內(nèi)部，有一塊很小的印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)，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充放電控制。通常應(yīng)用在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、放電過流保護和短路保護。過電壓充電保護是指當(dāng)電池被充電至電池電壓超過過電壓充電閾值(例如4.3V)吋， 電池保護芯片控制關(guān)斷充電回路。過電壓放電保護是指電池被放電至電池低壓低于過電壓放電閾值(例如2. 5V)時，電池保護芯片控制關(guān)斷放電回路。放電過流保護是指當(dāng)放電負載電流過大，超過放電過流閾值時，電池保護芯片控制關(guān)斷放電回路。短路保護是指當(dāng)放電負載電流過大，超過短路閾值吋，電池保護芯片控制關(guān)斷放電回路。短路保護與放電過流保護的區(qū)別在于短路保護的電流閾值更高，但延遲時間更短。例如短路閾值為20A，延遲時間為0. lmS，放電過流閾值為3A，延遲時間為12mS。參見圖1所示，電池保護芯片為虛線框內(nèi)的部分。電源輸入端為VDD和VM，同時 VDD和VM表示該相應(yīng)位置的電壓值，G表示電池負極電壓，VMI表示VM經(jīng)過電阻R2后的電壓，VDDI表示VDD經(jīng)過電阻Rl后的電壓，DO和CO表示控制開關(guān)。在電池保護的印刷電路板上存在電阻Rl和電容Cl。電阻Rl和電容Cl的用處是，當(dāng)出現(xiàn)電芯內(nèi)部微短路或外部負載短路吋，電容Cl會釋放電荷，保證芯片可以正常工作，而不出現(xiàn)錯誤。其中，電阻Rl的取值范圍為100歐姆 IK歐姆，電容Cl的取值范圍為0. 01微法 0. 22微法。較佳的，電阻 Rl的典型值為470歐姆，電容Cl的典型值為0. 1微法。但是，在生產(chǎn)印刷電路板吋，需要對電阻Rl和電容Cl進行封裝和焊接，エ藝較復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供ー種電池保護裝置，用于實現(xiàn)對電池的保護，并簡化生產(chǎn)印刷電路板的エ藝流程。ー種電池保護裝置，包括控制電路模塊，連接電源輸入端，用于控制充放電電路的導(dǎo)通或斷開；充放電檢測模塊，連接電源輸入端，且控制端與控制電路模塊連接，用于根據(jù)輸入電壓向控制電路模塊發(fā)送控制信號，指示控制電路模塊控制充放電電路的導(dǎo)通或斷開；帶控制端的開關(guān)，其控制端與電壓異常檢測模塊連接，兩個連接端位于控制電路模塊和充放電檢測模塊與電源輸入端之間的通路上；電壓異常檢測模塊，連接電源輸入端并在檢測到輸入電壓正常時，控制開關(guān)閉合， 在檢測到輸入電壓異常吋，控制開關(guān)斷開；
電容，其一端與接地端連接，另一端與開關(guān)、控制電路模塊和充放電檢測模塊連接。本發(fā)明實施例中在芯片內(nèi)設(shè)計了電壓異常檢測模塊、可控開關(guān)和電容。電壓異常檢測模塊在檢測到輸入電壓正常時，控制開關(guān)閉合，為后續(xù)電路供電，以及使電容充電。電壓異常檢測模塊在檢測到輸入電壓異常時，控制開關(guān)斷開，此時電容放電，使后續(xù)充放電檢測模塊仍可工作一段時間。本發(fā)明實施例尤其適用于輸入電壓短時間內(nèi)異常的情況。由于本實施例中的電壓異常檢測模塊、可控開關(guān)和電容均在芯片中實現(xiàn)，在生產(chǎn)芯片過程中一次完成。在生產(chǎn)印刷電路板吋，只需安裝芯片，不需要額外的封裝和焊接エ藝，因此簡化了生產(chǎn)印刷電路板的エ藝流程。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中PCB的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實施例中電池保護裝置的主要結(jié)構(gòu)圖；圖3和圖4為本發(fā)明實施例中電壓異常檢測模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明實施例中電池保護裝置的詳細結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明實施例中帶延時功能的電壓異常檢測模塊的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例中在芯片內(nèi)設(shè)計了電壓異常檢測模塊、可控開關(guān)和電容。電壓異常檢測模塊在檢測到電池充電時電池充電器的輸入電壓正常時，控制開關(guān)閉合，為后續(xù)電路供電，以及使電容充電。電壓異常檢測模塊在檢測到上述輸入電壓異常時，控制開關(guān)斷開， 此時電容放電，使后續(xù)充放電檢測模塊仍可工作一段時間。本發(fā)明實施例尤其適用于電池充電時電池充電器的輸入電壓短時間內(nèi)異常的情況。由于本實施例中的電壓異常檢測模塊、可控開關(guān)和電容均在芯片中實現(xiàn)，在生產(chǎn)芯片過程中一次完成。在生產(chǎn)印刷電路板吋， 只需安裝芯片，不需要額外的封裝和焊接エ藝，因此簡化了生產(chǎn)印刷電路板的エ藝流程。參見圖2，本實施例中的芯片200包括控制電路模塊201、充放電檢測模塊202、 帶控制端的開關(guān)Si、電壓異常檢測模塊203和電容C2?？刂齐娐纺K201及充放電檢測模塊202通過開關(guān)Sl連接電源輸入端VDD?？刂齐娐纺K201用于控制充放電電路204的導(dǎo)通或斷開。其中充放電電路204包括控制開關(guān) DO 禾ロ CO。充放電檢測模塊202同時也與控制電路模塊201連接，用于根據(jù)電源輸入端VDD 的輸入電壓向控制電路模塊201發(fā)送控制信號，指示控制電路模塊201控制充放電電路204 的導(dǎo)通或斷開。充放電檢測模塊202包括并聯(lián)的過充電檢測單元、短路檢測單元、過放電檢測單元和放電過流檢測單元。充放電檢測模塊202的各単元的功能參見背景技術(shù)部分的介紹。帶控制端的開關(guān)Si，其控制端與電壓異常檢測模塊203連接，兩個連接端位于控制電路模塊201和充放電檢測模塊202與電源輸入端VDD之間的通路上，用于實現(xiàn)控制電路模塊201和充放電檢測模塊202同電源輸入端VDD的連接或斷開。電壓異常檢測模塊203連接電源輸入端VDD及開關(guān)Sl的控制端。電壓異常檢測模塊203在檢測到電源輸入端VDD的輸入電壓正常時，控制開關(guān)Sl閉合，在檢測到輸入電壓異常時，控制開關(guān)Sl斷開。電容C2，其一端與接地端連接，另一端與開關(guān)Si、控制電路模塊201和充放電檢測模塊202連接。具體的，參見圖3，電壓異常檢測模塊203包括比較器2031，用于根據(jù)電源輸入端 VDD的輸入電壓Vdd控制開關(guān)Sl斷開或閉合。由于電源輸入端VDD的輸入電壓Vdd過低屬于異常。因此，比較器2031用于在輸入電壓Vdd不低于預(yù)設(shè)電壓門限時，輸出用于控制開關(guān) Sl閉合的信號，否則輸出用于控制開關(guān)Sl斷開的信號。較佳的，本實施例中預(yù)設(shè)電壓門限可以通過輸入電壓和ー個恒定電壓實現(xiàn)。有多種具體實現(xiàn)方式，方式一將穩(wěn)定的輸入電壓與恒定電壓做差，得到預(yù)設(shè)電壓門限。方式ニ 將穩(wěn)定的輸入電壓作為預(yù)設(shè)電壓門限，然后將輸入電壓與恒定電壓的和與預(yù)設(shè)電壓門限比較，其等效于將穩(wěn)定的輸入電壓與恒定電壓做差，然后將輸入電壓與預(yù)設(shè)電壓門限比較。所以，電壓異常檢測模塊203還包括濾波器2032和電壓源2033。濾波器2032用于對電源輸入端VDD的輸入電壓Vdd進行濾波。濾波器2032包括電阻R4和電容C4。針對方式一，參見圖3所示，電壓源2033與濾波器2032連接，用于提供恒定電壓 VI，并將濾波器2032濾波后的輸入電壓VF與恒定電壓Vl做差，得到門限電壓VS并輸出給比較器。針對方式ニ，參見圖4所示，濾波器2032直接與比較器2031連接。電壓源2033 用于提供恒定電壓VI，并將輸入電壓Vdd與恒定電壓Vl做和，得到輸出電壓VN并輸出給比較器。當(dāng)采用方式一吋，正常的Vdd—路直接進入比較器2031，另一路經(jīng)過濾波器2032變?yōu)閂F,然后VF與VI做差得到VS,比較器2031對Vdd和VS進行比較，確定Vdd高于VS,則輸出控制開關(guān)Sl閉合的信號VG (如低電平信號)。開關(guān)Sl閉合，則Vdd為電容C2充電，以及為充放電檢測模塊202和控制電路模塊201供電。同時充放電電路204保持閉合。電池充電器為電池充電或者電池放電。Vdd出現(xiàn)異常，瞬間下降到一定程度吋，直接進入比較器2031的Vdd明顯下降，經(jīng)過濾波器的VF在濾波器的作用下基本不變，由于VI恒定，則VS基本不變。比較器2031對Vdd 和VS進行比較，確定Vdd低于VS，則輸出控制開關(guān)Sl斷開的信號VG (如高電平信號)。開關(guān)Sl斷開，則電容C2放電，充放電檢測模塊202和控制電路模塊201短時間內(nèi)繼續(xù)工作。 同吋，充放電檢測模塊202也檢測到Vdd出現(xiàn)異常，則向控制電路模塊201發(fā)送控制信號，指示控制電路模塊201控制充放電電路204斷開。Vdd恢復(fù)正常吋，比較器2031輸出控制開關(guān)Sl閉合的信號VG(如低電平信號)。 開關(guān)Sl閉合。同時，充放電檢測模塊202向控制電路模塊201發(fā)送控制信號，指示控制電路模塊201控制充放電電路204閉合。當(dāng)采用方式ニ吋，正常的Vdd —路經(jīng)濾波器2032后變?yōu)閂F，另一路與VI做和得到VN。比較器2031對VF和VN進行比較，確定VN高于VF，則輸出控制開關(guān)Sl閉合的信號 VG (如低電平信號)。開關(guān)Sl閉合，則VDD為電容C2充電，以及為充放電檢測模塊202和控制電路模塊201供電。同時充放電電路204保持閉合。電池充電器為電池充電或者電池通過負載放電。Vdd出現(xiàn)異常，瞬間下降到一定程度吋，經(jīng)過濾波器的VF在濾波器的作用下基本不變，由于VI恒定，則VN明顯下降。比較器2031對VF和VN進行比較，確定VN低于VF，則輸出控制開關(guān)Sl斷開的信號VG(如高電平信號)。開關(guān)Sl斷開，則電容C2放電，充放電檢測模塊202和控制電路模塊201短時間內(nèi)繼續(xù)工作。同時，充放電檢測模塊202也檢測到Vdd出現(xiàn)異常，則向控制電路模塊201發(fā)送控制信號，指示控制電路模塊201控制充放電電路204斷開。Vdd恢復(fù)正常吋，比較器2031輸出控制開關(guān)Sl閉合的信號VG(如低電平信號)。 開關(guān)Sl閉合。同時，充放電檢測模塊202向控制電路模塊201發(fā)送控制信號，指示控制電路模塊201控制充放電電路204閉合。較佳的，本實施例中C2的范圍為0. IpF 100pF，優(yōu)選值為10pF。在其他條件允許的情況下，C2電容值越大，VC節(jié)點的電壓穩(wěn)定度越好，當(dāng)然太大，占用的芯片面積較大。 R4的優(yōu)選值為100K Ω，C4的優(yōu)選值為10pF。鋰電池電壓VBAT—般為3. 7V。考慮本實施例為了實現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)?shù)臅r間常數(shù)則(VBAT/Id).C2 = Rl. Cl，其中VBAT為電池電壓，Id為電路耗電，C2為本發(fā)明中電容C2的電容值，Rl為圖1中電阻Rl的電阻值，Cl為圖1中電容Cl的電容值。對于Cl = 0. 1 μ F，Rl = 470 Ω，VBAT = 3. 7V, C2 = IOpF,則 Id = (3. 7VX10pF) / (470 Ω X0. 1 μ F)= 0. 79 μ Α,為了更長時間保持VC節(jié)點電壓穩(wěn)定，電路耗電電流Id應(yīng)越小越好，所以Id應(yīng)設(shè)計小于0. 79 μ A。當(dāng)電壓異常檢測模塊203檢測到VDD突然下降吋，應(yīng)該斷開開關(guān)Si，并可以控制其他耗電電路進入低功耗狀態(tài)，并滿足低功耗狀態(tài)下總耗電小于0. 79 μ A。為了在檢測到VDD異常時避免VDD進ー步下降，在另ー實施例中電壓異常檢測模塊203還可以與控制電路模塊201連接，用于在檢測到輸入電壓VDD異常且延遲一定時間后，向控制電路模塊201發(fā)送延時計時信號，使控制充放電電路204斷開，參見圖5所示。具體的，比較器2031除輸出用于控制開關(guān)Sl的信號VG以外，還需要輸出用于控制控制電路模塊201的一路信號，該路信號經(jīng)過一定延時后輸出到控制電路模塊201，使控制電路模塊201將信號DO置為低電平，從而切斷放電通路。為了實現(xiàn)信號延時，參見圖6所示，本實施例中電壓異常檢測模塊203還包括延時單元20；34和與門AND。與比較器2031的輸出端連接的延時單元2034，用于將比較器2031輸出的信號延時后輸出，延時后的信號為VK。延時單元2034可由放大器實現(xiàn)。與門AND，用于將比較器2031與延時單元2034的輸出信號進行相與，得到延時計時信號VDL，并輸出給控制電路模塊201。例如，本實施例中在VDD異常吋，比較器2031輸出高電平信號，經(jīng)過延時的信號VK也為高電平時，則向控制電路模塊201輸出高電平的信號VDL，使控制電路模塊201將信號DO置為低電平，從而切斷放電通路。為了在VDD恢復(fù)后能夠快速為電容C2充電以及為充放電檢測模塊202和控制電路模塊201供電，參見圖5所示，芯片200還可以包括與開關(guān)Sl并聯(lián)的ニ極管D1，用于在電源輸入電壓VDD恢復(fù)正常時導(dǎo)通，使電源輸入電壓VDD為電容C2充電，以及為控制電路模塊201和充放電檢測模塊202供電。較佳的，為簡化電路復(fù)雜度，開關(guān)Sl和ニ極管Dl的功能可由場效應(yīng)管實現(xiàn)，本實施例采用PM0S，也就是說采用PMOS作為開關(guān)Si，同時可實現(xiàn)ニ極管Dl的功能。本發(fā)明實施例中在芯片內(nèi)設(shè)計了電壓異常檢測模塊、可控開關(guān)和電容。電壓異常檢測模塊在檢測到輸入電壓正常時，控制開關(guān)閉合，為后續(xù)電路供電，以及使電容充電。電壓異常檢測模塊在檢測到輸入電壓異常時，控制開關(guān)斷開，此時電容放電，使后續(xù)充放電檢測模塊仍可工作一段時間。本發(fā)明實施例尤其適用于輸入電壓短時間內(nèi)異常的情況。由于本實施例中的電壓異常檢測模塊、可控開關(guān)和電容均在芯片中實現(xiàn)，在生產(chǎn)芯片過程中一次完成。在生產(chǎn)印刷電路板吋，只需安裝芯片，不需要額外的封裝和焊接エ藝，因此簡化了生產(chǎn)印刷電路板的エ藝流程。本發(fā)明實施例還通過電壓異常檢測模塊經(jīng)過延時后向控制電路模塊201發(fā)送信號，使充放電電路204斷開，防止VDD繼續(xù)下降。另外，本發(fā)明實施例還提供與開關(guān)并聯(lián)的ニ極管，以便在VDD恢復(fù)時通過ニ極管迅速向電容C2充電，以及為控制電路模塊201和充放電檢測模塊202供電。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種電池保護裝置，其特征在干，包括控制電路模塊，連接電源輸入端，用于控制充放電電路的導(dǎo)通或斷開； 充放電檢測模塊，連接電源輸入端，且控制端與控制電路模塊連接，用于根據(jù)輸入電壓向控制電路模塊發(fā)送控制信號，指示控制電路模塊控制充放電電路的導(dǎo)通或斷開；帶控制端的開關(guān)，其控制端與電壓異常檢測模塊連接，兩個連接端位于控制電路模塊和充放電檢測模塊與電源輸入端之間的通路上；電壓異常檢測模塊，連接電源輸入端并在檢測到輸入電壓正常時，控制開關(guān)閉合，在檢測到輸入電壓異常吋，控制開關(guān)斷開；電容，其一端與接地端連接，另一端與開關(guān)、控制電路模塊和充放電檢測模塊連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電池保護裝置，其特征在干，電壓異常檢測模塊包括比較器，用于在輸入電壓不低于預(yù)設(shè)電壓門限時，輸出用于控制開關(guān)閉合的信號，否則輸出用于控制開關(guān)斷開的信號。
3.如權(quán)利要求2所述的電池保護裝置，其特征在干，電壓異常檢測模塊還包括濾波器和電壓源；濾波器，連接電源輸入端，用于對輸入電壓進行濾波；電壓源與濾波器連接，用于提供恒定電壓，并將濾波器濾波后的輸入電壓與恒定電壓做差，得到門限電壓并輸出給比較器； 比較器連接電壓源和電源輸入端；或者濾波器，連接電源輸入端，用于對輸入電壓進行濾波，并將濾波后的電壓輸出給比較器；電壓源，連接電源輸入端，用于提供恒定電壓，并將輸入電壓與恒定電壓做和，得到輸出電壓并輸出給比較器；比較器連接電壓源和濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的電池保護裝置，其特征在干，電壓異常檢測模塊還與控制電路模塊連接，用于在檢測到輸入電壓異常且延遲一定時間后，向控制電路模塊發(fā)送延時計時信號，使控制充放電電路斷開。
5.如權(quán)利要求4所述的電池保護裝置，其特征在干，電壓異常檢測模塊包括比較器，用于在輸入電壓不低于預(yù)設(shè)電壓門限時，輸出用于控制開關(guān)閉合的信號，否則輸出用于控制開關(guān)斷開的信號；與比較器的輸出端連接的延時單元，用于將比較器輸出的信號延時后輸出； 與門，用于將比較器與延時單元的輸出信號進行相與，得到延時計時信號，并輸出給控制電路模塊。
6.如權(quán)利要求1所述的電池保護裝置，其特征在于，還包括與開關(guān)并聯(lián)的ニ極管，用于在電源電壓恢復(fù)正常時導(dǎo)通，使電源電壓為電容充電，以及為控制電路模塊和充放電檢測模塊供電。
7.如權(quán)利要求1所述的電池保護裝置，其特征在干，開關(guān)為場效應(yīng)管。
8.如權(quán)利要求1所述的電池保護裝置，其特征在于，充放電檢測模塊包括并聯(lián)的過充電檢測単元、短路檢測單元、過放電檢測單元和放電過流檢測單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池保護裝置，用于實現(xiàn)對電池的保護，并簡化生產(chǎn)印刷電路板的工藝流程。所述芯片包括控制電路模塊，連接電源輸入端，用于控制充放電電路的導(dǎo)通或斷開；充放電檢測模塊，連接電源輸入端，且控制端與控制電路模塊連接，用于根據(jù)輸入電壓的輸入情況向控制電路模塊發(fā)送控制信號，指示控制電路模塊控制充放電電路的導(dǎo)通或斷開；帶控制端的開關(guān)，串聯(lián)在控制電路模塊與充放電檢測模塊并聯(lián)的支路與電源輸入端之間；電壓異常檢測模塊，串聯(lián)在電源輸入端與開關(guān)的控制端之間，用于在檢測到輸入電壓正常時，控制開關(guān)閉合，在檢測到輸入電壓異常時，控制開關(guān)斷開；電容，與充放電檢測模塊并聯(lián)。
文檔編號H02H7/18GK102570406SQ20111041118
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者尹航, 王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司