专利名称：电池保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术及嵌入式领域，特别是涉及电池保护装置。
背景技术：
电池保护芯片通常被安装在电池内，在如手机电池内部，有一块很小的印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB),电池保护芯片就安装在此印刷电路板上。电池保护芯片与其他的辅助元件一起提供对电池充放电控制。通常应用在锂离子电池和锂聚合物电池。电池保护芯片的基本功能包括过电压充电保护、过电压放电保护、放电过流保护和短路保护。过电压充电保护是指当电池被充电至电池电压超过过电压充电阈值(例如4. 3V)时，电池保护芯片控制关断充电回路。过电压放电保护是指电池被放电至电池低压低于过电压 放电阈值(例如2. 5V)时，电池保护芯片控制关断放电回路。放电过流保护是指当放电负载电流过大，超过放电过流阈值时，电池保护芯片控制关断放电回路。短路保护是指当放电负载电流过大，超过短路阈值时，电池保护芯片控制关断放电回路。短路保护与放电过流保护的区别在于短路保护的电流阈值更高，但延迟时间更短。例如短路阈值为20A，延迟时间为0. lmS，放电过流阈值为3A，延迟时间为12mS。参见图I所示，电池保护芯片为虚线框内的部分。电源输入端为VDD和VM，同时VDD和VM表示该相应位置的电压值，G表示电池负极电压，VMI表示VM经过电阻R2后的电压，VDDI表示VDD经过电阻Rl后的电压，DO和CO表示控制开关。在电池保护的印刷电路板上存在电阻Rl和电容Cl。电阻Rl和电容Cl的用处是，当出现电芯内部微短路或外部负载短路时，电容Cl会释放电荷，保证芯片可以正常工作，而不出现错误。其中，电阻Rl的取值范围为100欧姆 IK欧姆，电容Cl的取值范围为0. 01微法 0. 22微法。较佳的，电阻Rl的典型值为470欧姆，电容Cl的典型值为0. I微法。但是，在生产印刷电路板时，需要对电阻Rl和电容Cl进行封装和焊接，工艺较复杂，成本较高。
实用新型内容本实用新型实施例提供一种电池保护装置，用于实现对电池的保护，并简化生产印刷电路板的工艺流程。一种电池保护装置，包括控制电路模块，连接电源输入端，用于控制充放电电路的导通或断开；充放电检测模块，连接电源输入端，且控制端与控制电路模块连接，用于根据输入电压向控制电路模块发送控制信号，指示控制电路模块控制充放电电路的导通或断开；带控制端的开关，其控制端与电压异常检测模块连接，两个连接端位于控制电路模块和充放电检测模块与电源输入端之间的通路上；电压异常检测模块，连接电源输入端并在检测到输入电压正常时，控制开关闭合，在检测到输入电压异常时，控制开关断开；[0011]电容，其一端与接地端连接，另一端与开关、控制电路模块和充放电检测模块连接。本实用新型实施例中在芯片内设计了电压异常检测模块、可控开关和电容。电压异常检测模块在检测到输入电压正常时，控制开关闭合，为后续电路供电，以及使电容充电。电压异常检测模块在检测到输入电压异常吋，控制开关断开，此时电容放电，使后续充放电检测模块仍可工作一段时间。本实用新型实施例尤其适用于输入电压短时间内异常的情況。由于本实施例中的电压异常检测模块、可控开关和电容均在芯片中实现，在生产芯片过程中一次完成。在生产印刷电路板时，只需安装芯片，不需要额外的封装和焊接エ艺，因此简化了生产印刷电路板的エ艺流程。
图I为现有技术中PCB的结构图；图2为本实用新型实施例中电池保护装置的主要结构图；图3和图4为本实用新型实施例中电压异常检测模块的结构图；图5为本实用新型实施例中电池保护装置的详细结构图；图6为本实用新型实施例中带延时功能的电压异常检测模块的结构图。
具体实施方式
本实用新型实施例中在芯片内设计了电压异常检测模块、可控开关和电容。电压异常检测模块在检测到电池充电时电池充电器的输入电压正常时，控制开关闭合，为后续电路供电，以及使电容充电。电压异常检测模块在检测到上述输入电压异常时，控制开关断开，此时电容放电，使后续充放电检测模块仍可工作一段时间。本实用新型实施例尤其适用于电池充电时电池充电器的输入电压短时间内异常的情况。由于本实施例中的电压异常检测模块、可控开关和电容均在芯片中实现，在生产芯片过程中一次完成。在生产印刷电路板时，只需安装芯片，不需要额外的封装和焊接エ艺，因此简化了生产印刷电路板的エ艺流程。參见图2，本实施例中的芯片200包括控制电路模块201、充放电检测模块202、带控制端的开关SI、电压异常检测模块203和电容C2。控制电路模块201及充放电检测模块202通过开关SI连接电源输入端VDD。控制电路模块201用于控制充放电电路204的导通或断开。其中充放电电路204包括控制开关DO 和 CO。充放电检测模块202同时也与控制电路模块201连接，用于根据电源输入端VDD的输入电压向控制电路模块201发送控制信号，指示控制电路模块201控制充放电电路204的导通或断开。充放电检测模块202包括并联的过充电检测单元、短路检测单元、过放电检测单元和放电过流检测单元。充放电检测模块202的各单元的功能參见背景技术部分的介绍。带控制端的开关SI，其控制端与电压异常检测模块203连接，两个连接端位于控制电路模块201和充放电检测模块202与电源输入端VDD之间的通路上，用于实现控制电路模块201和充放电检测模块202同电源输入端VDD的连接或断开。[0023]电压异常检测模块203连接电源输入端VDD及开关SI的控制端。电压异常检测模块203在检测到电源输入端VDD的输入电压正常时，控制开关SI闭合，在检测到输入电压异常时，控制开关SI断开。电容C2，其一端与接地端连接，另一端与开关SI、控制电路模块201和充放电检测模块202连接。具体的，参见图3，电压异常检测模块203包括比较器2031，用于根据电源输入端VDD的输入电压Vdd控制开关SI断开或闭合。由于电源输入端VDD的输入电压Vdd过低属于异常。因此，比较器2031用于在输入电压Vdd不低于预设电压门限时，输出用于控制开关SI闭合的信号，否则输出用于控制开关SI断开的信号。较佳的，本实施例中预设电压门限可以通过输入电压和一个恒定电压实现。有多种具体实现方式，方式一将稳定的输入电压与恒定电压做差，得到预设电压门限。方式二 将稳定的输入电压作为预设电压门限，然后将输入电压与恒定电压的和与预设电压门限比 较，其等效于将稳定的输入电压与恒定电压做差，然后将输入电压与预设电压门限比较。所以，电压异常检测模块203还包括滤波器2032和电压源2033。滤波器2032用于对电源输入端VDD的输入电压Vdd进行滤波。滤波器2032包括电阻R4和电容C4。针对方式一，参见图3所示，电压源2033与滤波器2032连接，用于提供恒定电压VI，并将滤波器2032滤波后的输入电压VF与恒定电压Vl做差，得到门限电压VS并输出给比较器。针对方式二，参见图4所示，滤波器2032直接与比较器2031连接。电压源2033用于提供恒定电压VI，并将输入电压Vdd与恒定电压Vl做和，得到输出电压VN并输出给比较器。当采用方式一时，正常的Vdd—路直接进入比较器2031，另一路经过滤波器2032变为VF，然后VF与VI做差得到VS，比较器2031对Vdd和VS进行比较，确定Vdd高于VS，则输出控制开关SI闭合的信号VG (如低电平信号)。开关SI闭合，则Vdd为电容C2充电，以及为充放电检测模块202和控制电路模块201供电。同时充放电电路204保持闭合。电池充电器为电池充电或者电池放电。Vdd出现异常，瞬间下降到一定程度时，直接进入比较器2031的Vdd明显下降，经过滤波器的VF在滤波器的作用下基本不变，由于VI恒定，则VS基本不变。比较器2031对Vdd和VS进行比较，确定Vdd低于VS，则输出控制开关SI断开的信号VG (如高电平信号)。开关SI断开，则电容C2放电，充放电检测模块202和控制电路模块201短时间内继续工作。同时，充放电检测模块202也检测到Vdd出现异常，则向控制电路模块201发送控制信号，指示控制电路模块201控制充放电电路204断开。Vdd恢复正常时，比较器2031输出控制开关SI闭合的信号VG(如低电平信号)。开关SI闭合。同时，充放电检测模块202向控制电路模块201发送控制信号，指示控制电路模块201控制充放电电路204闭合。当采用方式二时，正常的Vdd —路经滤波器2032后变为VF，另一路与VI做和得到VN。比较器2031对VF和VN进行比较，确定VN高于VF，则输出控制开关SI闭合的信号VG(如低电平信号)。开关SI闭合，则VDD为电容C2充电，以及为充放电检测模块202和控制电路模块201供电。同时充放电电路204保持闭合。电池充电器为电池充电或者电池通过负载放电。Vdd出现异常，瞬间下降到一定程度吋，经过滤波器的VF在滤波器的作用下基本不变，由于VI恒定，则VN明显下降。比较器2031对VF和VN进行比较，确定VN低于VF，则输出控制开关SI断开的信号VG(如高电平信号)。开关SI断开，则电容C2放电，充放电检测模块202和控制电路模块201短时间内继续工作。同时，充放电检测模块202也检测到Vdd出现异常，则向控制电路模块201发送控制信号，指示控制电路模块201控制充放电电路204断开。Vdd恢复正常时，比较器2031输出控制开关SI闭合的信号VG(如低电平信号)。开关SI闭合。同时，充放电检测模块202向控制电路模块201发送控制信号，指示控制电路模块201控制充放电电路204闭合。
较佳的，本实施例中C2的范围为0. IpF 100pF，优选值为10pF。在其他条件允许的情况下，C2电容值越大，VC节点的电压稳定度越好，当然太大，占用的芯片面积较大。R4的优选值为100KQ，C4的优选值为10pF。锂电池电压VBAT —般为3. 7V。考虑本实施例为了实现与现有技术相当的时间常数则(VBAT/Id).C2 = Rl. Cl，其中VBAT为电池电压，Id为电路耗电，C2为本实用新型中电容C2的电容值，Rl为图I中电阻Rl的电阻值，Cl为图I中电容Cl的电容值。对于Cl=0. I u F, Rl = 470Q , VBAT = 3. 7V, C2 = IOpF,则 Id = (3. 7VX10pF) / (470 QX0. I u F)=0. 79 iiA，为了更长时间保持VC节点电压稳定，电路耗电电流Id应越小越好，所以Id应设计小于0. 79 u A0当电压异常检测模块203检测到VDD突然下降时，应该断开开关SI，并可以控制其他耗电电路进入低功耗状态，并满足低功耗状态下总耗电小于0. 79 u A0为了在检测到VDD异常时避免VDD进ー步下降，在另ー实施例中电压异常检测模块203还可以与控制电路模块201连接，用于在检测到输入电压VDD异常且延迟一定时间后，向控制电路模块201发送延时计时信号，使控制充放电电路204断开，參见图5所示。具体的，比较器2031除输出用于控制开关SI的信号VG以外，还需要输出用于控制控制电路模块201的一路信号，该路信号经过一定延时后输出到控制电路模块201，使控制电路模块201将信号DO置为低电平，从而切断放电通路。为了实现信号延时,參见图6所示,本实施例中电压异常检测模块203还包括延时单元2034和与门AND。与比较器2031的输出端连接的延时单元2034，用于将比较器2031输出的信号延时后输出，延时后的信号为VK。延时单元2034可由放大器实现。与门AND，用于将比较器2031与延时单元2034的输出信号进行相与，得到延时计时信号VDL，并输出给控制电路模块201。例如，本实施例中在VDD异常吋，比较器2031输出高电平信号，经过延时的信号VK也为高电平吋，则向控制电路模块201输出高电平的信号VDL，使控制电路模块201将信号DO置为低电平，从而切断放电通路。为了在VDD恢复后能够快速为电容C2充电以及为充放电检测模块202和控制电路模块201供电，參见图5所示，芯片200还可以包括与开关SI并联的ニ极管D1，用于在电源输入电压VDD恢复正常时导通，使电源输入电压VDD为电容C2充电，以及为控制电路模块201和充放电检测模块202供电。[0045]较佳的，为简化电路复杂度，开关SI和二极管Dl的功能可由场效应管实现，本实施例采用PM0S，也就是说采用PMOS作为开关SI，同时可实现二极管Dl的功能。本实用新型实施例中在芯片内设计了电压异常检测模块、可控开关和电容。电压异常检测模块在检测到输入电压正常时，控制开关闭合，为后续电路供电，以及使电容充电。电压异常检测模块在检测到输入电压异常时，控制开关断开，此时电容放电，使后续充放电检测模块仍可工作一段时间。本实用新型实施例尤其适用于输入电压短时间内异常的情况。由于本实施例中的电压异常检测模块、可控开关和电容均在芯片中实现，在生产芯片过程中一次完成。在生产印刷电路板时，只需安装芯片，不需要额外的封装和焊接工艺，因此简化了生产印刷电路板的工艺流程。本实用新型实施例还 通过电压异常检测模块经过延时后向控制电路模块201发送信号，使充放电电路204断开，防止VDD继续下降。另外，本实用新型实施例还提供与开关并联的二极管，以便在VDD恢复时通过二极管迅速向电容C2充电，以及为控制电路模块201和充放电检测模块202供电。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种电池保护装置，其特征在于，包括 控制电路模块，连接电源输入端，用于控制充放电电路的导通或断开； 充放电检测模块，连接电源输入端，且控制端与控制电路模块连接，用于根据输入电压向控制电路模块发送控制信号，指示控制电路模块控制充放电电路的导通或断开； 带控制端的开关，其控制端与电压异常检测模块连接，两个连接端位于控制电路模块和充放电检测模块与电源输入端之间的通路上； 电压异常检测模块，连接电源输入端并在检测到输入电压正常时，控制开关闭合，在检测到输入电压异常时，控制开关断开； 电容，其一端与接地端连接，另一端与开关、控制电路模块和充放电检测模块连接。
2.如权利要求I所述的芯片，其特征在于，电压异常检测模块包括 比较器，用于在输入电压不低于预设电压门限时，输出用于控制开关闭合的信号，否则输出用于控制开关断开的信号。
3.如权利要求2所述的芯片，其特征在于，电压异常检测模块还包括滤波器和电压源； 滤波器，连接电源输入端，用于对输入电压进行滤波；电压源与滤波器(2032)连接，用于提供恒定电压，并将滤波器滤波后的输入电压与恒定电压做差，得到门限电压并输出给比较器；比较器连接电压源和电源输入端；或者 滤波器，连接电源输入端，用于对输入电压进行滤波，并将滤波后的电压输出给比较器；电压源(2033)，连接电源输入端，用于提供恒定电压，并将输入电压与恒定电压做和，得到输出电压并输出给比较器；比较器连接电压源和滤波器。
4.如权利要求I所述的芯片，其特征在于，电压异常检测模块还与控制电路模块连接，用于在检测到输入电压异常且延迟一定时间后，向控制电路模块发送延时计时信号，使控制充放电电路断开。
5.如权利要求4所述的芯片，其特征在于，电压异常检测模块包括 比较器，用于在输入电压不低于预设电压门限时，输出用于控制开关闭合的信号，否则输出用于控制开关断开的信号； 与比较器的输出端连接的延时单元，用于将比较器输出的信号延时后输出； 与门，用于将比较器与延时单元的输出信号进行相与，得到延时计时信号，并输出给控制电路模块。
6.如权利要求I所述的芯片，其特征在于，还包括 与开关并联的二极管，用于在电源电压恢复正常时导通，使电源电压为电容充电，以及为控制电路模块和充放电检测模块供电。
7.如权利要求I所述的芯片，其特征在于，开关为场效应管。
8.如权利要求I所述的芯片，其特征在于，充放电检测模块包括并联的过充电检测单元、短路检测单元、过放电检测单元和放电过流检测单元。
专利摘要本实用新型公开了一种电池保护装置，用于实现对电池的保护，并简化生产印刷电路板的工艺流程。所述芯片包括控制电路模块，连接电源输入端，用于控制充放电电路的导通或断开；充放电检测模块，连接电源输入端，且控制端与控制电路模块连接，用于根据输入电压的输入情况向控制电路模块发送控制信号，指示控制电路模块控制充放电电路的导通或断开；带控制端的开关，串联在控制电路模块与充放电检测模块并联的支路与电源输入端之间；电压异常检测模块，串联在电源输入端与开关的控制端之间，用于在检测到输入电压正常时，控制开关闭合，在检测到输入电压异常时，控制开关断开；电容，与充放电检测模块并联。
文档编号H02H7/18GK202550489SQ20112051258
公开日2012年11月21日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者尹航, 王钊 申请人:无锡中星微电子有限公司