電池保護(hù)芯片及電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電池保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池保護(hù)芯片及電池。
【背景技術(shù)】
[0002]電池保護(hù)芯片通常被安裝在電池內(nèi)，在如手機(jī)電池內(nèi)部，有一塊很小的印刷電路板(Printed Circuit Board，簡(jiǎn)稱PCB)，電池保護(hù)芯片就安裝在此印刷電路板上。電池保護(hù)芯片與其他的輔助元件一起提供對(duì)電池充放電控制。比較常用的是鋰離子電池和鋰聚合物電池。電池保護(hù)芯片的基本功能包括過(guò)電壓充電保護(hù)，過(guò)電壓放電保護(hù)，放電過(guò)流保護(hù)，短路保護(hù)。過(guò)電壓充電保護(hù)是指當(dāng)電芯被充電至電芯電壓超過(guò)過(guò)電壓充電閾值(例如4.3V)時(shí)，電池保護(hù)芯片控制關(guān)斷充電回路。過(guò)電壓放電保護(hù)是指電芯被放電至電芯低壓低于過(guò)電壓放電閾值(例如2.5V)時(shí)，電池保護(hù)芯片控制關(guān)斷放電回路。放電過(guò)流保護(hù)是指當(dāng)放電負(fù)載電流過(guò)大，超過(guò)放電過(guò)流閾值時(shí)，電池保護(hù)芯片控制關(guān)斷放電回路。短路保護(hù)是指當(dāng)放電負(fù)載電流過(guò)大，超過(guò)短路閾值時(shí)，電池保護(hù)芯片控制關(guān)斷放電回路。短路保護(hù)與放電過(guò)流保護(hù)的區(qū)別在于短路保護(hù)的電流閾值更高，但延遲時(shí)間更短。例如短路閾值為20A，延遲時(shí)間為10uS，放電過(guò)流閾值為3A，延遲時(shí)間為12mS。圖1現(xiàn)有技術(shù)的電池保護(hù)芯片的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，電池保護(hù)芯片為虛線框內(nèi)的部分?，F(xiàn)有技術(shù)中，在電池保護(hù)的印刷電路板上存在電阻和電容。如果沒有電阻和電容，當(dāng)電芯發(fā)生瞬間微短路時(shí)，芯片VDD和G之間的電壓會(huì)降到很低，甚至為零，這樣由于芯片失去電源，會(huì)導(dǎo)致芯片功能失效和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)狀態(tài)異常。如果沒有電阻和電容，當(dāng)VDD和VM之間發(fā)生瞬間短路外部時(shí)，例如外部負(fù)載出現(xiàn)短路，也會(huì)導(dǎo)致VDD和G之間的電壓下降到很低，低于芯片正常工作所需的電壓，這樣也會(huì)導(dǎo)致芯片功能失效和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)狀態(tài)異常。這兩個(gè)元件的用處是，當(dāng)出現(xiàn)上述電芯內(nèi)部微短路或外部負(fù)載短路時(shí)，電容會(huì)存儲(chǔ)一定的電壓，保證芯片可以正常工作，而不出現(xiàn)錯(cuò)誤。電阻Ra的取值范圍為100歐姆-1K歐姆，電容的取值范圍為0.01微法-0.22微法。電阻1的典型值為470歐姆，電容的典型值為0.1微法?，F(xiàn)有技術(shù)中，保護(hù)板上還安裝了電阻Rb，連接在VM和VMI之間，其主要功能是防止充電器接反時(shí)，損壞電池保護(hù)芯片。傳統(tǒng)的電池保護(hù)芯片中，在VDD和VMI之間存在靜電保護(hù)電路，并且傳統(tǒng)的靜電保護(hù)電路中存在由VMI向VDD正向?qū)ǖ耐罚丛赩MI和VDD之間存在等效為正向二極管的寄生二極管。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，將電阻和電容集成至電池保護(hù)芯片中，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步小型化，同時(shí)采用集成工藝制造的方式有效的降低了成本。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本實(shí)用新型提供了一種電池保護(hù)芯片，該電池保護(hù)芯片包括:過(guò)充電檢測(cè)電路、過(guò)放電檢測(cè)電路、放電過(guò)流檢測(cè)電路、控制電路，該芯片還包括:單向?qū)娐?、第一電容、第一短路檢測(cè)電路、第一電阻和第二電阻；
[0005]單向?qū)娐返妮斎攵伺c電芯正極相連接；單向?qū)娐返妮敵龆伺c第一電容的第一端、第一短路檢測(cè)電路的電源端相連接；第一電容的第二端接地；第一短路檢測(cè)電路的輸出端與控制電路的第一輸出端相連接，其中，第一電容僅為第一短路檢測(cè)電路供電；
[0006]第一電阻的第一端與單向?qū)娐返妮斎攵讼噙B接；第一電阻的第二端與過(guò)充電檢測(cè)電路的輸入端、過(guò)放電檢測(cè)電路的輸入端、控制電路的輸入端相連接；
[0007]第二電阻的第一端與放電過(guò)流檢測(cè)電路的輸入端、第一短路檢測(cè)電路的輸入端相連接。
[0008]優(yōu)選的，電池保護(hù)芯片還包括:高耐壓ESD電路和雙向截止ESD電路；
[0009]高耐壓ESD電路的輸入端與電芯的正極、過(guò)充電檢測(cè)電路的輸入端、過(guò)放電檢測(cè)電路的輸入端、控制電路的輸入端相連接；高耐壓ESD電路的輸出端接地；
[0010]雙向截止ESD電路的輸入端與電芯的正極相連接；雙向截止ESD電路的輸出端與第二功率管的漏極相連接。
[0011]優(yōu)選的，電池保護(hù)芯片還包括:第二短路檢測(cè)電路；
[0012]第二短路檢測(cè)電路的電源端與單向?qū)娐返妮斎攵讼噙B接；第二短路檢測(cè)電路的輸入端與第二電阻的第一端相連接；第二短路檢測(cè)電路的輸出端與控制電路的輸入端相連接。
[0013]優(yōu)選的，電池保護(hù)芯片還包括:充電過(guò)流檢測(cè)電路；
[0014]充電過(guò)流檢測(cè)電路的輸入端與第二電阻的第一端相連接；充電過(guò)流檢測(cè)電路第二端與控制電路的輸入端相連接。
[0015]優(yōu)選的，電池保護(hù)芯片還包括:第一功率管和第二功率管；
[0016]第一功率管的漏極與電芯的負(fù)極相連接；第一功率管的柵極與控制電路的第一輸出端相連接；第一功率管的源極與第二功率管的源極相連接；第二功率管的柵極與控制電路的第二輸出端相連接；第二功率管的漏極與第二電阻的第二端、雙向截止ESD電路的輸出端相連接。
[0017]優(yōu)選的，第一短路檢測(cè)電路包括:施密特觸發(fā)器、第一反相器、第二反相器、第一電流源、第二電流源、第二電容、第三電阻和第三功率管；
[0018]施密特觸發(fā)器的電源端通過(guò)第一電流源與第一電容的第一端相連接；施密特觸發(fā)器的輸入端與雙向截止ESD電路的輸出端相連接；施密特觸發(fā)器的輸出端與第一反相器的輸入端相連接；第一反相器的輸出端與第二反相器的輸入端相連接，第一反相器的輸出端還通過(guò)第二電容與第一電容的第一端相連接；第二反相器的輸出端與第三功率管的柵極相連接；第三功率管的源極通過(guò)第三電阻與第二功率管的柵極相連接；第一反相器的負(fù)電源輸入端通過(guò)第二電流源與第三功率管的漏極、施密特觸發(fā)器的正電源輸入端相連接；施密特觸發(fā)器的負(fù)電源輸入端接地。
[0019]優(yōu)選的，第一電容保持電壓時(shí)間大于第一短路檢測(cè)電路中設(shè)定的短路保護(hù)延遲時(shí)間。
[0020]優(yōu)選的，第一電阻和第二電阻的電阻值大于100歐姆。
[0021]第二方面，本實(shí)用新型提供一種電池，該電池包括:電芯和電池保護(hù)芯片。
[0022]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電池保護(hù)芯片，利用集成電阻和電容，減小了電池保護(hù)印刷電路板的面積，降低了元件成本及元件焊接成本，同時(shí)有效的降低了電路板的失效率，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種電池保護(hù)芯片的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種電池保護(hù)芯片的結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的另一種電池保護(hù)芯片的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的另一種電池保護(hù)芯片的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的另一種電池保護(hù)芯片的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種短路檢測(cè)電路的原理圖；和
[0029]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種短路檢測(cè)電路的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0031]為便于對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實(shí)施例做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的限定。
[0032]圖2本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種電池保護(hù)芯片的結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，該電池保護(hù)芯片包括:過(guò)充電檢測(cè)電路、過(guò)放電檢測(cè)電路、放電過(guò)流檢測(cè)電路、控制電路，該芯片還包括:單向?qū)娐贰⒌谝浑娙?、第一短路檢測(cè)電路、第一電阻和第二電阻；
[0033]單向?qū)娐返妮斎攵伺c電芯正極相連接；單向?qū)娐返妮敵龆伺c第一電容的第一端、第一短路檢測(cè)電路的電源端相連接；第一電容的第二端接地；第一短路檢測(cè)電路的輸出端與控制電路的第一輸出端相連接，其中，第一電容僅為第一短路檢測(cè)電路供電；
[0034]第一電阻的第一端與單向?qū)娐返妮斎攵讼噙B接；第一電阻的第二端與過(guò)充電檢測(cè)電路的輸入端、過(guò)放電檢測(cè)電路的輸入端、控制電路的輸入端相連接；
[0035]第二電阻的第一端與放電過(guò)流檢測(cè)電路的輸入端、第一短路檢測(cè)電路的輸入端相連接。
[0036]具體地，第一電容保持電壓時(shí)間大于第一短路檢測(cè)電路中設(shè)定的短路保護(hù)延遲時(shí)間。
[0037]需要說(shuō)明的是，第一電容C1可以設(shè)計(jì)為10pF，第一電容C1的設(shè)計(jì)值范圍可以為0.lpF-100pFo在條件允許情況下，第一電容C1的電容值越大，節(jié)點(diǎn)VC的電壓越穩(wěn)定；但是，第一電容C1的電容值越大，占用芯片的面積越大，生產(chǎn)成本隨之增加。
[0038]具體地，第一短路檢測(cè)電路消耗的平均電流小于luA。
[0039]具體地，第一電阻和第二電阻的電阻值大于100歐姆。
[0040]工作過(guò)程如下:單向?qū)娐穼?shí)現(xiàn)電流只能由節(jié)點(diǎn)VDD流向節(jié)點(diǎn)VC，為第一電容C1充電；截止由節(jié)點(diǎn)VC流向節(jié)點(diǎn)VDD的電流，防止第一電容C1的電荷被反向電流所放電。如果在異常狀態(tài)下，例如，內(nèi)部電芯微短路或外部短路時(shí)，VDD電壓快速下降，單向?qū)娐酚糜诜乐沟谝浑娙軨1上的電荷被泄放掉，使第一電容C1上的電壓被保持，即第一電容C1上的電壓即節(jié)點(diǎn)VC的電壓不會(huì)隨VDD節(jié)點(diǎn)電壓快速下降而下降，維持較穩(wěn)定的電壓，為第一短路檢測(cè)電路供電，從而使第一短路檢測(cè)電路可以在任何時(shí)刻實(shí)現(xiàn)根據(jù)短路檢測(cè)的結(jié)果控制是否禁止放電。
[0041]需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例中的單向?qū)娐房梢杂梢粋€(gè)二極管實(shí)現(xiàn)，其中，二極管的陽(yáng)極與電池的正極相連接；二極管的陰極與第一電容的第一端相連接。
[0042]單向?qū)娐芬部梢杂蓛蓚€(gè)PM0S管實(shí)現(xiàn)，其中，MP1的源極與電池正極相連接；MP1的漏極與MP2的漏極相連接；MP1的柵極與MP2的柵極、MP2的源極、第一電容的第一端相連接。當(dāng)VC電壓低