一种电池保护电路及锂电池电路的制作方法

本发明涉及电池充/放电保护技术领域，具体而言，涉及一种电池保护电路及锂电池电路。

背景技术：

随着电子技术的不断发展，电子产品被广泛应用到各种场合。电池作为电子产品的电源，也被广泛的使用。为了提高电池使用的安全性和延长电池的使用寿命，都会设置专门的电池保护电路以实现对电池的保护。

现有技术中，电池保护电路一般都采用电池负极保护方案。对于某些特殊应用场合，如果采用电池负极保护方案，在电池的生产、使用过程中容易发生短路问题，导致电池使用的安全性大大降低，还会增加电池的包装成本费用。所以，随着电池应用技术的发展，电池正极保护方案逐渐被普遍使用。

经发明人研究发现，使用电池正极保护方案虽然解决了电池负极保护方案中容易短路的问题，但是同样存在电池负极保护方案在电池的使用过程中存在因极性接反而导致相关设备被烧毁的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电池保护电路，以改善现有电池保护技术中因生产和使用过程中容易发生短路而存在可靠性低的问题，有效地提高了电池保护电路的安全性。

本发明的另一目的在于提供一种锂电池电路，以改善现有电池保护技术中因生产和使用过程中容易发生短路而存在可靠性低的问题，有效地提高了电池保护电路的安全性。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种电池保护电路，包括充/放电电路、控制器、电源正极接口、电源负极接口、电池正极接口以及电池负极接口，所述充/放电电路包括第一功率管和第二功率管，所述控制器设置有第一驱动端口、第二驱动端口、第一电源端口、第二电源端口以及接地端口，并且集成有反接保护电路。

所述第一功率管的源极与所述电源正极接口连接、漏极与所述第二功率管的漏极连接、栅极与所述第一驱动端口连接，所述第二功率管的栅极与所述第二驱动端口连接、源极与所述电池正极接口连接，所述电源负极接口分别与所述电池负极接口和所述接地端口连接，所述第一电源端口与所述电源正极接口连接，所述第二电源端口与所述电池正极接口连接，所述反接保护电路连接在所述第一电源端口和第二电源端口之间。

所述电源正极接口与电源负极连接时，所述反接保护电路切断所述电源与所述控制器之间的电流通路。

所述电池正极接口与电池负极连接时，所述反接保护电路切断所述电池与所述控制器之间的电流通路。

所述控制器通过所述第一驱动端口和第二驱动端口分别控制所述第一功率管的栅极电压和第二功率管的栅极电压，从而控制所述第一功率管和第二功率管导通或截止，进而控制所述充/放电电路导通或截止。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电池保护电路中，所述第一功率管和所述第二功率管为N型功率管。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电池保护电路中，所述反接保护电路包括第一反接保护电路、第二反接保护电路以及充电电路。

所述第一反接保护电路的第一端与所述第一电源端口连接、第二端与所述充电电路的第一端连接，所述第二反接保护电路的第一端与所述第二电源端口连接、第二端与所述充电电路的第二端连接。

所述电池的电压值小于预设值时，所述第一功率管和第二功率管截止，所述充电电路导通，所述电源通过所述反接保护电路对所述电池充电或。

所述电池的电压值大于所述预设值时，所述第一功率管和第二功率管导通，所述充电电路截止，所述电源通过所述充/放电电路对所述电池充电。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电池保护电路中，所述控制器还集成有第一驱动电路、第二驱动电路以及电荷泵。

所述电荷泵的一端与所述第二反接保护电路的第二端连接、另一端分别与所述第一驱动电路和第二驱动电路连接，所述第一驱动电路与所述第一驱动端口连接，所述第二驱动电路与所述第二驱动端口连接。

所述第二电源端口的电压信号经过所述电荷泵的增大后发送至所述第一驱动电路和第二驱动电路，并通过所述第一驱动端口和第二驱动端口控制所述第一功率管的栅极电压和第二功率管的栅极电压，从而控制所述第一功率管和第二功率管导通或截止，进而控制所述充/放电电路导通或截止。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电池保护电路中，所述控制器还设置有稳压端口，所述稳压端口一端与所述电荷泵连接、另一端通过稳压电容与所述电池正极接口连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电池保护电路中，所述控制器还集成有逻辑控制电路，所述逻辑控制电路分别与所述第一驱动电路和第二驱动电路连接，并通过所述第一驱动端口和第二驱动端口控制所述第一功率管和第二功率管导通或截止。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电池保护电路中，所述控制器还集成有第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的反相输入端通过第一电阻与所述第二反接保护电路的第二端连接、输出端与逻辑控制电路的过充电电压保护端连接、正相输入端与所述第二比较器的反相输入端连接，所述第二比较器的输出端与所述逻辑控制电路的过放电电压保护端连接、正相输入端分别通过第二电阻与所述第一比较器的反相输入端连接和第三电阻与接地端口连接。

所述第一比较器反相输入端的电压值大于所述第一比较器的标准电压时，所述逻辑控制电路通过所述第一驱动电路和第二驱动电路控制所述第一功率管和第二功率管截止，所述第一比较器反相输入端的电压值小于所述第一比较器的标准电压时，所述逻辑控制电路通过所述第一驱动电路和第二驱动电路控制所述第一功率管和第二功率管导通。

所述第二比较器正相输入端的电压值小于所述第二比较器的标准电压时，所述逻辑控制电路通过所述第一驱动电路和第二驱动电路控制所述第一功率管和第二功率管截止，所述第二比较器正相输入端的电压值大于所述第二比较器的标准电压时，所述逻辑控制电路通过所述第一驱动电路和第二驱动电路控制所述第一功率管和第二功率管导通。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电池保护电路中，所述控制器还集成有第三比较器和第四比较器，所述第三比较器的正相输入端与所述第一反接保护电路的第二端连接、输出端与逻辑控制电路的放电过电流保护端连接、反相输入端与所述第四比较器的正相输入端连接，所述第四比较器的输出端与所述逻辑控制电路的充电过电流保护端连接、反相输入端与所述第三比较器的正相输入端连接。

所述第三比较器正相输入端的电流值大于所述第一比较器的标准电流时，所述逻辑控制电路通过所述第一驱动电路和第二驱动电路控制所述第一功率管和第二功率管截止，所述第三比较器正相输入端的电流值小于所述第三比较器的标准电流时，所述逻辑控制电路通过所述第一驱动电路和第二驱动电路控制所述第一功率管和第二功率管导通。

所述第四比较器反相输入端的电流值大于所述第四比较器的标准电流时，所述逻辑控制电路通过所述第一驱动电路和第二驱动电路控制所述第一功率管和第二功率管截止，所述第四比较器反相输入端的电流值小于所述第四比较器的标准电流时，所述逻辑控制电路通过所述第一驱动电路和第二驱动电路控制所述第一功率管和第二功率管导通。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电池保护电路中，所述电池保护电路还包括滤波电路，所述滤波电路设置于所述电池正极接口和所述第二电源端口之间。

在上述基础上，本发明实施例还提供了一种锂电池电路，包括锂电池和所述电池保护电路，所述锂电池的正极与所述电池正极接口连接、负极与所述电池负极接口连接。

本发明提供一种电池保护电路及锂电池电路，通过在控制器的第一电源端口与第二电源端口之间集成反接保护电路，解决了现有电池保护技术中因生产和使用过程中容易发生短路而存在可靠性低的问题，有效地提高了电池保护电路的安全性。

进一步地，第一功率管和第二功率管都采用N型功率管，解决了现有技术中因采用P型功率管而导致成本高、耐压低以及阻抗大的问题，极大地提高了电池保护电路的实用性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术中采用单个P型功率管的电池保护电路的电路原理图。

图2为现有技术中采用两个P型功率管的电池保护电路的电路原理图。

图3为本发明实施例提供的电池保护电路的电路原理图。

图4为本发明实施例提供的控制器的电路原理图。

图5为本发明实施例提供的第一反接保护电路的电路原理图。

图6为本发明实施例提供的锂电池电路的电路原理图。

图标：10-锂电池电路；100-电池保护电路；110-充/放电电路；M1-第一功率管；M2-第二功率管；120-控制器；DO-第一驱动端口；CO-第二驱动端口；VM-第一电源端口；VDD-第二电源端口；GND-接地端口；121-第一反接保护电路；M3-第三功率管；M4-第四功率管；R1-接地电阻；R2-分压电阻；122-第二反接保护电路；123-充电电路；124-第一驱动电路；125-第二驱动电路；126-电荷泵；127-逻辑控制电路；A1-第一比较器；A2-第二比较器；A3-第三比较器；A4-第四比较器；R3-第一电阻；R4-第二电阻；R5-第三电阻；OVP-过充电电压保护端；UVP-过放电电压保护端；OCP-放电过电流保护端；OCCP-充电过电流保护端；BST-稳压端口；C1-稳压电容；130-电源正极接口；140-电源负极接口；150-电池正极接口；160-电池负极接口；170-滤波电路；R6-第四电阻；C2-滤波电容；200-锂电池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1和图2是现有电池保护电路中的两种技术方案的电路原理图。

如图1所示，该电池保护电路采用单个P型功率管并配合Bu l k电路对电池的充电、放电进行控制。由于P型功率管受封装体积和工艺制造技术的限制，存在耐压性能低下、导通阻抗较大以及过流能力低的问题，上述问题将极大地降低该电池保护电路的安全性和可靠性。

如图2所示，该电池保护电路采用两个P型功率管配合工作，虽然解决了使用单个P型功率管存在耐压性能低下的问题，但是依然存在导通阻抗大的问题。为解决上述问题，可以通过增大P型功率管的面积，从而降低其导通阻抗。由于面积的增大，一方面将大幅度地提高该保护电路的制造成本，另一方面还会使制造工艺更为复杂。上述两方面的问题，将使该电池保护电路的实用价值极低。

如图3所示，本发明实施例提供了一种电池保护电路100，包括充/放电电路110、控制器120、电源正极接口130、电源负极接口140、电池正极接口150以及电池负极接口160。所述充/放电电路110包括第一功率管M1和第二功率管M2，所述控制器120设置有第一驱动端口DO、第二驱动端口CO、第一电源端口VM、第二电源端口VDD以及接地端口GND。

进一步地，在本实施例中，所述第一功率管M1的源极与所述电源正极接口130连接、漏极与所述第二功率管M2的漏极连接、栅极与所述第一驱动端口DO连接。所述第二功率管M2的栅极与所述第二驱动端口CO连接、源极与所述电池正极接口150连接。所述电源负极接口140分别与所述电池负极接口160和所述接地端口GND连接。所述第一电源端口VM与所述电源正极接口130连接，所述第二电源端口VDD与所述电池正极接口150连接。

进一步地，在本实施例中，所述控制器120还集成有反接保护电路。所述反接保护电路连接在所述第一电源端口VM和第二电源端口VDD之间。

通过上述设计，可实现：所述电源正极接口130与电源负极连接时，所述反接保护电路切断所述电源与所述控制器120之间的电流通路，从而实现对所述控制器120的保护。所述电池正极接口150与电池负极连接时，所述反接保护电路切断所述电池与所述控制器120之间的电流通路，从而实现对所述控制器120的保护。所述控制器120通过所述第一驱动端口DO和第二驱动端口CO分别控制所述第一功率管M1的栅极电压和第二功率管M2的栅极电压，从而控制所述第一功率管M1和第二功率管M2导通或截止，进而控制所述充/放电电路110导通或截止，以实现所述电源对所述电池是否充电的控制，或者是实现所述电池对外部电路是否放电的控制。

进一步地，在本实施例中，所述第一功率管M1和所述第二功率管M2为N型功率管。将所述第一功率管M1和第二功率管M2的漏极相连，可以实现对两个功率管的整体封装，有效地降低了所述电池保护电路100的制造成本。在现有技术中，一般都采用P型功率管作为开关器件，但是P型功率管由于受封装体积和工艺的限制，存在耐压性能低下、导通阻抗较大以及过流能力低的问题。为解决P型功率管的上述问题，一般采取两个P型功率管配合工作，但是这就极大地提高了制造成本，不具有实用价值。采用N型功率管，较之采用P型功率管，有效地提高了所述电池保护电路100的耐压性能。

结合图4，在本实施例中，所述反接保护电路包括第一反接保护电路121、第二反接保护电路122以及充电电路123。所述第一反接保护电路121的第一端与所述第一电源端口VM连接、第二端与所述充电电路123的第一端连接。所述第二反接保护电路122的第一端与所述第二电源端口VDD连接、第二端与所述充电电路123的第二端连接。

通过上述设计，可实现：当所述电池的电压值小于预设值时，所述第一功率管M1和第二功率管M2截止，所述充电电路123导通，所述电源通过所述反接保护电路对所述电池充电。当所述电池的电压值大于所述预设值时，所述第一功率管M1和第二功率管M2导通，所述充电电路123截止，所述电源通过所述充/放电电路110对所述电池充电。

可选地，所述预设值的大小可以是多种，不受限制。在本实施例中，所述预设值为2.3V。

可选地，所述第一反接保护电路121与所述第二反接保护电路122的电路结构可以相同，也可以是不同的。在本实施例中，所述第一反接保护电路121与所述第二反接保护电路122的电路结构相同。

结合图5，在本实施例中，所述第一反接保护电路121可以包括第三功率管M3和第四功率管M4。所述第三功率管M3的漏极和所述第四功率管M4的漏极分别与所述第一电源端口VM连接，所述第三功率管M3的栅极与所述第四功率管M4的栅极连接并通过接地电阻R1接地，所述第三功率管M3的源极通过分压电阻R2与所述第三功率管M3的栅极连接，所述第四功率管M4的源极与所述充电电路123的第一端连接。

当所述电源正极接口130与电源负极连接时，所述第三功率管M3的漏极和所述第四功率管M4的漏极的电压被下拉至所述电源负极的电压，所述第三功率管M3的栅极与所述第四功率管M4的栅极的电压被上拉至所述电源正极的电压，所述第三功率管M3与所述第四功率管M4截止，所述第一反接保护电路121切断所述电源与所述控制器120之间的电流通路。

可选地，所述第三功率管M3与所述第四功率管M4的型号可以是多种，不受限制。在本实施例中，所述第三功率管M3与所述第四功率管M4为P型功率管。

进一步地，在本实施例中，所述控制器120还集成有第一驱动电路124、第二驱动电路125以及电荷泵126。所述电荷泵126的一端与所述第二反接保护电路122的第二端连接、另一端分别与所述第一驱动电路124和第二驱动电路125连接，所述第一驱动电路124与所述第一驱动端口DO连接，所述第二驱动电路125与所述第二驱动端口CO连接。

通过上述设计，可实现：所述第二电源端口VDD的电压信号经过所述电荷泵126的增大后发送至所述第一驱动电路124和第二驱动电路125，并通过所述第一驱动端口DO和第二驱动端口CO控制所述第一功率管M1的栅极电压和第二功率管M2的栅极电压，从而控制所述第一功率管M1和第二功率管M2导通或截止，进而控制所述充/放电电路110导通或截止。

进一步地，在本实施例中，所述控制器120还集成有逻辑控制电路127，所述逻辑控制电路127分别与所述第一驱动电路124和第二驱动电路125连接，并通过所述第一驱动端口DO和第二驱动端口CO控制所述第一功率管M1和第二功率管M2导通或截止。

进一步地，在本实施例中，所述控制器120还集成有比较器，用于对所述电池进行过充/放电电压保护和充/放电过电流保护。

可选地，所述比较器的数量可以是多种，不受限制。在本实施例中，所述比较器为四个，分别为第一比较器A1、第二比较器A2、第三比较器A3以及第四比较器A4。所述第一比较器A1用于配合所述逻辑控制电路127进行过充电电压保护，所述第二比较器A2用于配合所述逻辑控制电路127进行过放电电压保护，所述第三比较器A3用于配合所述逻辑控制电路127进行充电过电流保护，所述第四比较器A4用于配合所述逻辑控制电路127进行放电过电流保护。

所述第一比较器A1的反相输入端通过第一电阻R3与所述第二反接保护电路122的第二端连接、输出端与逻辑控制电路127的过充电电压保护端OVP连接、正相输入端与所述第二比较器A2的反相输入端连接，所述第二比较器A2的输出端与所述逻辑控制电路127的过放电电压保护端UVP连接、正相输入端分别通过第二电阻R4与所述第一比较器A1的反相输入端连接和第三电阻R5与接地端口GND连接。

所述第三比较器A3的正相输入端与所述第一反接保护电路121的第二端连接、输出端与逻辑控制电路127的放电过电流保护端OCP连接、反相输入端与所述第四比较器A4的正相输入端连接，所述第四比较器A4的输出端与所述逻辑控制电路127的充电过电流保护端OCCP连接、反相输入端与所述第三比较器A3的正相输入端连接。

所述第一比较器A1的工作原理为：所述第一比较器A1反相输入端的电压值大于所述第一比较器A1的标准电压时，所述逻辑控制电路127通过所述第一驱动电路124和第二驱动电路125控制所述第一功率管M1和第二功率管M2截止，所述第一比较器A1反相输入端的电压值小于所述第一比较器A1的标准电压时，所述逻辑控制电路127通过所述第一驱动电路124和第二驱动电路125控制所述第一功率管M1和第二功率管M2导通。

所述第二比较器A2的工作原理为：所述第二比较器A2正相输入端的电压值小于所述第二比较器A2的标准电压时，所述逻辑控制电路127通过所述第一驱动电路124和第二驱动电路125控制所述第一功率管M1和第二功率管M2截止，所述第二比较器A2正相输入端的电压值大于所述第二比较器A2的标准电压时，所述逻辑控制电路127通过所述第一驱动电路124和第二驱动电路125控制所述第一功率管M1和第二功率管M2导通。

所述第三比较器A3的工作原理为：所述第三比较器A3正相输入端的电流值大于所述第一比较器A1的标准电流时，所述逻辑控制电路127通过所述第一驱动电路124和第二驱动电路125控制所述第一功率管M1和第二功率管M2截止，所述第三比较器A3正相输入端的电流值小于所述第三比较器A3的标准电流时，所述逻辑控制电路127通过所述第一驱动电路124和第二驱动电路125控制所述第一功率管M1和第二功率管M2导通。

所述第四比较器A4的工作原理为：所述第四比较器A4反相输入端的电流值大于所述第四比较器A4的标准电流时，所述逻辑控制电路127通过所述第一驱动电路124和第二驱动电路125控制所述第一功率管M1和第二功率管M2截止，所述第四比较器A4反相输入端的电流值小于所述第四比较器A4的标准电流时，所述逻辑控制电路127通过所述第一驱动电路124和第二驱动电路125控制所述第一功率管M1和第二功率管M2导通。

进一步地，在本实施例中，所述控制器120还设置有稳压端口BST。所述稳压端口BST一端与所述电荷泵126连接、另一端通过稳压电容C1与所述电池正极接口150连接。

进一步地，在本实施例中，所述电池保护电路100还包括滤波电路170，所述滤波电路170设置于所述电池正极接口150和所述第二电源端口VDD之间。

可选地，所述滤波电路170可以是多种形式，不受限制。在本实施例中，所述滤波电路170可以包括第四电阻R6和滤波电容C2。所述第四电阻R6的一端与所述电池正极接口150连接、另一端与所述第二电源端口VDD连接。所述滤波电容C2的一端与所述第二电源端口VDD连接、另一端与所述接地端口GND连接。

结合图6，本发明实施例还提供一种锂电池电路10，包括锂电池200和所述电池保护电路100，所述锂电池200的正极与所述电池正极接口150连接、负极与所述电池负极接口160连接。

所述锂电池200通过所述电池保护电路100可实现对外部电路进行放电，或者外部电源通过所述电池保护电路100可实现对所述锂电池200的充电。

综上所述，本发明提供的一种电池保护电路100及锂电池电路10，通过在控制器120的第一电源端口VM与第二电源端口VDD之间集成反接保护电路，解决了现有电池保护技术中因生产和使用过程中容易发生短路而存在可靠性低的问题，有效地提高了电池保护电路100的安全性。其次，第一功率管M1和第二功率管M2都采用N型功率管，解决了现有技术中因采用P型功率管而导致成本高、耐压低以及阻抗大的问题，极大地提高了电池保护电路100的实用性。最后，通过将第一功率管M1和第二功率管M2的漏极相连，可以实现第一功率管M1和第二功率管M2的一体封装，有效地降低了电池保护电路100的制造成本，进一步地提高了电池保护电路100的实用性。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。