带电芯温度检测的电池保护芯片的制作方法

带电芯温度检测的电池保护芯片
【技术领域】
1.本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种带电芯温度检测的电池保护芯片。


背景技术：

2.在电池保护芯片设计中，为了提高安全性，电池保护芯片设计了电芯温度检测的功能。现有技术中，实现电芯温度检测一般需要专门的芯片管脚，以及芯片外设置一个温敏电阻。额外的管脚有可能需要更大的封装(满足更多管脚的需求)，这样增加了芯片成本；额外的温敏电阻也增加了芯片应用成本。
3.因此，有必要提出一种新的技术方案来克服上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种带电芯温度检测的电池保护芯片，其不仅可以减少电芯温度检测需要的芯片管脚，有利于芯片小型化设计，而且无需设置芯片外的温敏电阻，以降低芯片应用成本。
5.根据本发明的一个方面，本发明提供一种带电芯温度检测的电池保护芯片，其包括：金属框架，其部分暴露于所述电池保护芯片的封装体的表面；电池保护晶片，其包括温度传感电路，通过所述金属框架将所述电芯的热量导入所述电池保护芯片内部，以使得所述温度传感电路测量到的温度能够反映所述电芯的温度检测点的温度。
6.与现有技术相比，本发明将所述电池保护芯片内金属框架部分暴露于封装体的表面，通过该金属框架将电芯的热量导入电池保护芯片内部，以使电池保护芯片内的温度传感电路与电芯实现热平衡。这样，本发明不仅可以减少电芯温度检测需要的芯片管脚，有利于芯片小型化设计，而且无需设置芯片外的温敏电阻，以降低芯片应用成本。
【附图说明】
7.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：
8.图1为本发明在一个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的立体图；
9.图2为本发明在另一个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的立体图；
10.图3为本发明在一个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的封装打线示意图；
11.图4为本发明在第一个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的电路示意图；
12.图5为本发明在第二个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的电路示意图；
13.图6为本发明在第三个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的电路示意图。
【具体实施方式】
14.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。
15.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。
16.本发明的带电芯温度检测的电池保护芯片的原理是：
17.通常芯片需要封装，而很多封装中采用了金属框架(例如sot23封装或者dfn封装或者sop封装或者ssop封装或者tssop封装等，这些封装形式中都采用了金属框架)，通过设计封装，可以设计出将金属框架的部分暴露在电池保护芯片的封装体的上表面或者下表面(即芯片的腹部)。在一种优选方案中，金属框架采用导热性能好的材料(例如银、铜、或铝，或者镀银、镀铜、镀铝或者合金材料)。在实际应用中，可以将本发明的电池保护芯片放置于靠近电芯需要进行温度检测的位置，特别将金属框架暴露于所述电池保护芯片的封装体的表面的部分(其可以称为所述金属框架的暴露部分)放置于靠近电芯需要温度检测的位置(即温度检测点)。通过此金属框架将热量导入到电池保护芯片内部，使得实现热平衡(即温度相同)。热平衡时电池保护芯片内部的温度传感电路与电芯的温度检测点的温度一样，也就是说，电池保护芯片内部的温度传感电路通过金属框架与电芯实现热平衡，温度传感电路测量到的温度反映电芯中温度检测点的温度(或电芯的温度)。这样，电池保护芯片通过检测温度传感电路的温度，即可获知电芯的温度检测点的温度(或电芯的温度)。
18.请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的立体图。图1描述了以sop8为例子的改进，可以在封装体的顶部将金属框架的一部分暴露出来(其暴露部分的形状可以为任何形状：例如圆形、方形、星形等)，暴露的金属面积越大越有利于热能传导，加快导热速度，将取得更优的效果。
19.请参考图2所示，其为本发明在另一个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的立体图。图2描述了以sop8为例子的改进，可以在封装体的底部将金属框架的一部分暴露出来(其暴露部分的形状可以为任何形状：例如圆形、方形、星形等)，暴露的金属面积越大越有利于热能传导，加快导热速度，将取得更优的效果。
20.请参考图3所示，其为本发明在一个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的封装打线示意图。其中，金属框架310为引线框架，其用于承载电池保护晶片320，并借助封装线实现电池保护晶片320的内部电路与外部的电气连接，金属框架310的一部分暴露于电池保护芯片的封装体的表面。其中，黑色粗线为封装线，在本发明中可以采用导热性好的金属线，例如银线、金线、铜线或者合金线等。需要特别说明的是，在本发明图3所示的实施例中，为了增强导热，采用3根金属线(如3根最短的黑线所示，实际设计中可以为1根或多根，金属线越多导热性能越好)连接金属框架310和设置于电池保护晶片320上的导热垫片322。需要说明的是，晶片(die)是由晶圆(wafer)切割成的一个个独立的单元(或裸片)。在
一个优选的实施例中，可以在电池保护晶片320的背面(或电池保护晶片320与金属框架310相邻的表面)增涂导热材料(如导热胶)，以便增强金属框架310向电池保护晶片320的导热效果，让电池保护晶片320中的温度传感电路更好的感知电芯中的温度检测点的温度。
21.请参考图4所示，其为本发明在第一个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的电路示意图。图4所示的电路设置于电池保护芯片内的电池保护晶片中，故也可以说图4所示的电池保护晶片包括温度传感电路410、温度检测电路420、逻辑电路430、电压检测电路440和电流检测电路450。
22.温度传感电路410通过所述金属框架310与电芯实现热平衡，所述温度传感电路410测量到的温度与电芯(或电芯的温度检测点)的温度一致。温度检测电路420的输入端与温度传感电路410相连，其输出端与逻辑电路430的输入端相连，温度检测电路420基于温度传感电路410测量到的温度判定电芯的温度是否出现异常。当温度检测电路420判定电芯的温度出现异常时，逻辑电路430基于所述温度检测电路420的判定结果输出禁止充电控制信号或禁止放电控制信号。
23.在图4所示的具体实施例中，所述温度传感电路410包括第一电流源i1和pnp型三极管q1。第一电流源i1的输入端与电源端vdd相连，其输出端与pnp型三极管q1的射极相连；pnp型三极管q1的基极和集电极均接地；由于pnp型三极管q1的基极-发射极电压为负温度系数电压(即随着温度升高而减小)，因此，所述第一电流源i1的输出端与所述pnp型三极管q1的射极之间的连接节点提供反映所述电芯温度的温敏电压eq1，该温敏电压eq1为负温度系数电压。
24.在图4所示的具体实施例中，所述温度检测电路420包括第一比较器comp1和第二比较器comp2，其中，第一比较器comp1的反相输入端与温敏电压eq1相连，其正相输入端与第一参考电压vt1相连，其输出端与逻辑电路430的输入端相连；第二比较器comp2的同相输入端与温敏电压eq1相连，其反相输入端与第二参考电压vt2相连，其输出端与逻辑电路430的输入端相连，其中，所述第一参考电压vt1小于第二参考电压vt2。当电芯温度升高，则温敏电压eq1将减小，当减小至低于第一参考电压vt1时，比较器comp1输出变为高电平，标识电芯温度过高(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路430控制其充电控制端co输出低电平(其可称为禁止充电控制信号)，控制电芯禁止充电，这样就实现了高温充电保护功能；当电芯温度降低，则温敏电压eq1将增加，当增加至高于第二参考电压vt2时，比较器comp2输出变为高电平，标识电芯温度过低(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路430控制其充电控制端co输出低电平(其可称为禁止充电控制信号)，控制电芯禁止充电，这样就实现了低温充电保护功能。根据相似原理，可以通过修改逻辑电路430实现高温放电保护功能和低温放电保护功能：当电芯温度升高，则温敏电压eq1将减小，当减小至低于第一参考电压vt1时，比较器comp1输出变为高电平，标识电芯温度过高(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路430控制其放电控制端do输出低电平(其可称为禁止放电控制信号)，控制电芯禁止放电，这样就实现了高温放电保护功能；当电芯温度降低，则温敏电压eq1将增加，当增加至高压第二参考电压vt2时，比较器comp2输出变为高电平，标识电芯温度过低(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路430控制其放电控制端do输出低电平(其可称为禁止放电控制信号)，控制电芯禁止放电，这样就实现了低温放电保护功能。可以理解，当增加2个比较器和相应参考电压，可以同时实现高温放电保护功能、低温放电保护功能、高温充电保护功
能、低温充电保护功能。
25.也就是说，在图4所示的实施例中，所述温敏电压eq1为负温度系数电压，第一参考电压vt1小于所述第二参考电压vt2，当所述温敏电压eq1低于第一参考电压vt1时，所述温度检测电路420判定电芯温度过高，所述逻辑电路430基于所述温度检测电路420的该判定结果，通过其充电控制端co输出禁止充电控制信号，以控制电芯禁止充电；当所述温敏电压eq1高于第二参考电压vt2时，所述温度检测电路420判定电芯温度过低，所述逻辑电路430基于所述温度检测电路420的该判定结果，通过其充电控制端co输出禁止充电控制信号，以控制电芯禁止充电。和/或第三参考电压vt3小于所述第四参考电压vt4，当所述温敏电压eq1低于第三参考电压vt3时，所述温度检测电路420判定电芯温度过高，所述逻辑电路430基于所述温度检测电路420的该判定结果，通过其放电控制端do输出禁止放电控制信号，以控制电芯禁止放电；当所述温敏电压eq1高于第四参考电压vt4时，所述温度检测电路420判定电芯温度过低，所述逻辑电路430基于所述温度检测电路420的该判定结果，通过其放电控制端do输出禁止放电控制信号，以控制电芯禁止放电。
26.电压检测电路440的一个输入端与电源端vdd相连，其另一个输入端与接地端g相连，其输出端与逻辑电路430相连。所述电压检测电路440用于检测在充放电时电芯电压是否出现异常。电流检测电路450的一个输入端与检测端vm相连，其另一个输入端与接地端g相连，其输出端与逻辑电路430相连。所述电流检测电路450用于检测在充放电时电芯电流是否出现异常。当电压检测电路440检测到电芯电压出现异常或所述电流检测电路450检测到电芯电流出现异常时，逻辑电路430基于电压检测电路440和所述电流检测电路450的检测结果通过其充电控制端co输出禁止充电控制信号或通过其放电控制端do输出禁止放电控制信号，以实现充电过压保护、放电过压保护、充电过流保护、放电过流保护等。有关电压检测电路440和电流检测电路450的具体电路结构及工作原理可参见现有技术，在此不再赘述。
27.在一种优先实施方式中，图3中连接了3根金属线的导热垫片322通过金属连接至图4中pnp型三极管q1的发射极，以增强导热效果。在一种优先实施方式中，在版图设计时，pnp型三极管q1被放置在连接了3根金属线的导热垫片322下方或附近，以增强导热效果。
28.请参考图5所示，其为本发明在第二个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的电路示意图。图5所示的电路设置于电池保护芯片内的电池保护晶片中，故也可以说图5所示的电池保护晶片包括温度传感电路510、温度检测电路520、逻辑电路530、电压检测电路540和电流检测电路550。
29.温度传感电路510通过所述金属框架310与电芯实现热平衡，所述温度传感电路510测量到的温度与电芯(或电芯的温度检测点)的温度一致。温度检测电路520的输入端与温度传感电路510相连，其输出端与逻辑电路530的输入端相连，温度检测电路520基于温度传感电路510测量到的温度判定电芯的温度是否出现异常。当温度检测电路520判定电芯的温度出现异常时，逻辑电路530基于所述温度检测电路520的判定结果输出禁止充电控制信号或禁止放电控制信号。
30.在图5所示的具体实施例中，所述温度传感电路510包括第一电流源i1、第二电流源i2、第一npn型三极管q1、第二npn型三极管q2和电阻r1。
31.其中，所述第一电流源i1的输入端与电源端vdd相连，其输出端与第一npn型三极
管q1的集电极相连，所述第一npn型三极管q1的射极经所述电阻r1接地，所述第一npn型三极管q1的基极与所述第二npn型三极管q2的基极相连；所述第二电流源i2的输入端与所述电源端vdd相连，其输出端与所述第二npn型三极管q2的集电极相连，所述第二npn型三极管q2的基极与其集电极相连，所述第二npn型三极管q2的射极接地；所述第一npn型三极管q1的射极与所述电阻r1之间的连接节点提供所述温敏电压eq1。通过设计所述第一npn型三极管q1的发射极面积大于所述第二npn型三极管q2的发射极面积，可以实现所述第二npn型三极管q2的基极-发射极电压大于第一npn型三极管q1的基极-发射极电压，两者之差为δvbe，δvbe为正温度系数电压(即随着温度升高而增加)，故所述第一npn型三极管q1的射极与所述电阻r1之间的连接节点提供的所述温敏电压eq1为正温度系数电压。
32.在图5所示的具体实施例中，所述温度检测电路520包括第一比较器comp1和第二比较器comp2，其中，第一比较器comp1的正相输入端与温敏电压eq1相连，其反相输入端与第一参考电压vt1相连，其输出端与逻辑电路530的输入端相连；第二比较器comp2的反相输入端与温敏电压eq1相连，其正相输入端与第二参考电压vt2相连，其输出端与逻辑电路530的输入端相连，其中，所述第一参考电压vt1大于第二参考电压vt2。当电芯温度升高，则温敏电压eq1将增加，当增加至高于第一参考电压vt1时，比较器comp1输出变为高电平，标识电芯温度过高(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路530控制其充电控制端co输出低电平(其可称为禁止充电控制信号)，控制电芯禁止充电，这样就实现了高温充电保护功能；当电芯温度降低，则温敏电压eq1将减小，当减小至低于第二参考电压vt2时，比较器comp2输出变为高电平，标识电芯温度过低(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路530控制其充电控制端co输出低电平(其可称为禁止充电控制信号)，控制电芯禁止充电，这样就实现了低温充电保护功能。根据相似原理，可以通过修改逻辑电路530实现高温放电保护功能和低温放电保护功能：当电芯温度升高，则温敏电压eq1将增加，当增加至高于第一参考电压vt1时，比较器comp1输出变为高电平，标识电芯温度过高(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路530控制其放电控制端do输出低电平(其可称为禁止放电控制信号)，控制电芯禁止放电，这样就实现了高温放电保护功能；当电芯温度降低，则温敏电压eq1将减小，当减小至低于第二参考电压vt2时，比较器comp2输出变为高电平，标识电芯温度过低(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路530控制其放电控制端do输出低电平(其可称为禁止放电控制信号)，控制电芯禁止放电，这样就实现了低温放电保护功能。可以理解，当增加2个比较器和相应参考电压，可以同时实现高温放电保护功能、低温放电保护功能、高温充电保护功能、低温充电保护功能。
33.也就是说，在图5所示的实施例中，所述温敏电压eq1为正温度系数电压，第一参考电压vt1大于所述第二参考电压vt2，当所述温敏电压eq1高于第一参考电压vt1时，所述温度检测电路520判定电芯温度过高，所述逻辑电路530基于所述温度检测电路520的该判定结果，通过其充电控制端co输出禁止充电控制信号，以控制电芯禁止充电；当所述温敏电压eq1低于第二参考电压vt2时，所述温度检测电路520判定电芯温度过低，所述逻辑电路530基于所述温度检测电路520的该判定结果，通过其充电控制端co输出禁止充电控制信号，以控制电芯禁止充电。和/或第三参考电压vt3大于所述第四参考电压vt4，当所述温敏电压eq1高于第三参考电压vt3时，所述温度检测电路520判定电芯温度过高，所述逻辑电路530基于所述温度检测电路520的该判定结果，通过其放电控制端do输出禁止放电控制信号，以
控制电芯禁止放电；当所述温敏电压eq1低于第四参考电压vt4时，所述温度检测电路520判定电芯温度过低，所述逻辑电路530基于所述温度检测电路520的该判定结果，通过其放电控制端do输出禁止放电控制信号，以控制电芯禁止放电。
34.电压检测电路540与图4所示电压检测电路440一致，电流检测电路550与图4所示电流检测电路450一致，具体可参考前文对与图4所示的电压检测电路440和电流检测电路450的描述，在此不再赘述。
35.在一种优先实施方式中，图3中连接了3根金属线的导热垫片322通过金属连接至图5中第一npn型三极管q1和第二npn型三极管q2的基极，以增强导热效果。在一种优先实施方式中，在版图设计时，第一npn型三极管q1和第二npn型三极管q2被放置在连接了3根金属线的导热垫片322的下方或附近，以增强导热效果。
36.请参考图6所示，其为本发明在第三个实施例中的带电芯温度检测的电池保护芯片的电路示意图。图6所示的电路设置于电池保护芯片内的电池保护晶片中，故也可以说图6所示的电池保护晶片包括温度传感电路610、温度检测电路620、逻辑电路630、电压检测电路640和电流检测电路650。
37.温度传感电路610通过所述金属框架310与电芯实现热平衡，所述温度传感电路610测量到的温度与电芯(或电芯的温度检测点)的温度一致。温度检测电路620的输入端与温度传感电路610相连，其输出端与逻辑电路630的输入端相连，温度检测电路620基于温度传感电路610测量到的温度判定电芯的温度是否出现异常。当温度检测电路620判定电芯的温度出现异常时，逻辑电路630基于所述温度检测电路620的判定结果输出禁止充电控制信号或禁止放电控制信号。
38.在图6所示的具体实施例中，所述温度传感电路610包括第一电流源i1、和电阻r1。其中，所述第一电流源i1的输入端与电源端vdd相连，其输出端经电阻r1接地，所述第一电流源i1的输出端与所述电阻r1之间的连接节点提供所述温敏电压vr1。由于电阻r1为正温度系数电阻，i1为零温度系数电流源，因此，所述第一电流源i1的输出端与所述电阻r1之间的连接节点提供所述温敏电压vr1为正温度系数电压。
39.在图6所示的具体实施例中，所述温度检测电路620包括第一比较器comp1和第二比较器comp2，其中，第一比较器comp1的正相输入端与温敏电压vr1相连，其反相输入端与第一参考电压vt1相连，其输出端与逻辑电路630的输入端相连；第二比较器comp2的反相输入端与温敏电压vr1相连，其正相输入端与第二参考电压vt2相连，其输出端与逻辑电路630的输入端相连，其中，所述第一参考电压vt1大于第二参考电压vt2。当电芯温度升高，则温敏电压vr1将增加，当增加至高于第一参考电压vt1时，比较器comp1输出变为高电平，标识电芯温度过高(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路630控制其充电控制端co输出低电平(其可称为禁止充电控制信号)，控制电芯禁止充电，这样就实现了高温充电保护功能；当电芯温度降低，则温敏电压vr1将减小，当减小至低于第二参考电压vt2时，比较器comp2输出变为高电平，标识电芯温度过低(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路630控制其充电控制端co输出低电平(其可称为禁止充电控制信号)，控制电芯禁止充电，这样就实现了低温充电保护功能。根据相似原理，可以通过修改逻辑电路630实现高温放电保护功能和低温放电保护功能：当电芯温度升高，则温敏电压vr1将增加，当增加至高于第一参考电压vt1时，比较器comp1输出变为高电平，标识电芯温度过高(即电芯温度出现异常)，可以通过
逻辑电路630控制其放电控制端do输出低电平(其可称为禁止放电控制信号)，控制电芯禁止放电，这样就实现了高温放电保护功能；当电芯温度降低，则温敏电压vr1将减小，当减小至低于第二参考电压vt2时，比较器comp2输出变为高电平，标识电芯温度过低(即电芯温度出现异常)，可以通过逻辑电路630控制其放电控制端do输出低电平(其可称为禁止放电控制信号)，控制电芯禁止放电，这样就实现了低温放电保护功能。可以理解，当增加2个比较器和相应参考电压，可以同时实现高温放电保护功能、低温放电保护功能、高温充电保护功能、低温充电保护功能。
40.也就是说，在图6所示的实施例中，所述温敏电压vr1为正温度系数电压，第一参考电压vt1大于所述第二参考电压vt2，当所述温敏电压vr1高于第一参考电压vt1时，所述温度检测电路620判定电芯温度过高，所述逻辑电路630基于所述温度检测电路620的该判定结果，通过其充电控制端co输出禁止充电控制信号，以控制电芯禁止充电；当所述温敏电压vr1低于第二参考电压vt2时，所述温度检测电路620判定电芯温度过低，所述逻辑电路630基于所述温度检测电路620的该判定结果，通过其充电控制端co输出禁止充电控制信号，以控制电芯禁止充电。和/或第三参考电压vt3大于所述第四参考电压vt4，当所述温敏电压vr1高于第三参考电压vt3时，所述温度检测电路620判定电芯温度过高，所述逻辑电路基于所述温度检测电路620的该判定结果，通过其放电控制端do输出禁止放电控制信号，以控制电芯禁止放电；当所述温敏电压vr1低于第四参考电压vt4时，所述温度检测电路620判定电芯温度过低，所述逻辑电路630基于所述温度检测电路620的该判定结果，通过其放电控制端do输出禁止放电控制信号，以控制电芯禁止放电。
41.电压检测电路640与图4所示电压检测电路440一致，电流检测电路650与图4所示电流检测电路450一致，具体可参考前文对与图4所示的电压检测电路440和电流检测电路450的描述，在此不再赘述。
42.在一种优先实施方式中，图3中连接了3根金属线的导热垫片322通过金属连接至图6中电阻r1的一端，以增强导热效果。在一种优先实施方式中，在版图设计时，电阻r1被放置在连接了3根金属线的导热垫片322下方或附近，以增强导热效果。
43.需要说明的是，本发明中的温度传感电路还可以采用出图4、图5和图6所示的温度传感电路410、510、610以外的其它温度传感电路，只要其可以提供反映所述电芯温度的温敏电压eq1即可。
44.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。
45.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。