一种锂电池充放电保护电路系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于锂电池充放电保护技术领域，具体涉及一种锂电池充放电保护电路系统。
【背景技术】
[0002]目前，锂电池由于具有体积小、质量轻、能量密度大、无记忆效应、使用寿命长、使用范围广、工作电压高和自放电率低等优点，因此在电子产品中获得了广泛应用。然而锂电池与其他常用的镍镉、镍氢电池的不同之处在于锂电池必须考虑充电、放电时的安全性，以防止电池特性劣化甚至电池烧毁。因此对锂电池的保护非常重要，锂电池应用中必须要有电池保护芯片，来防止电池的过充电、过放电和过电流。与此同时，考虑到锂电池应用的便携性和环境要求，电池保护芯片应该具备在低功耗的前提下实现受温度等条件影响较小的高精度检测能力。
[0003]对于一种典型的锂电池保护芯片，其主要引脚端口及功能有:VDD连接电池正极，用于检测过充电和过放电的端子;VSS连接电池负极，设定为保护电路的接地点;DO用于控制放电用的端子;CO用于控制充电用的端子;VM(V-)是VDD与VSS之间检测端子。芯片外围电路中有实现充放电开关功能的场效应管FETl、FET2。保护电路通过监视VDD和VSS之间的电池电压以及VM和VSS之间的电压来控制电池的各种状态。如VDD在过放电检测电压和过充电检测电压之间，VM电压在充电过流检测电压和放电过流检测电压之间，电路就正常工作。反之则会出现异常状况。
[0004]电压检测的精度对于芯片的性能是非常重要的。对于芯片设计来说，电压检测精度与内部的电压基准源部分密切相关。基准电压源必须能够克服制造工艺产生的偏差、夕卜界环境(如环境温度)和系统内部(如电源电压)在系统工作范围内变化产生的影响，同时具备低功耗特性。目前已有采用带隙基准电压源来减小温度变化影响的方案。但仍需进一步提升精度和克服工艺偏差带来的失调电压影响。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种锂电池充放电保护电路系统。该电路系统能够实现低功耗、高精度、低温漂的锂电池保护芯片要求。
[0006]为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是:一种锂电池充放电保护电路系统，包括设有若干电阻和场效应管的分压电路，通过过放电比较器、过充电比较器、过量电流比较器、短路比较器与所述分压电路相连的能够产生控制信号的状态机，与所述分压电路连接的偏置电压源/时钟信号源，其中所述分压电路与所述偏置电压源/时钟信号源之间还连接有斩波稳定带隙基准电压源。
[0007]进一步，所述偏置电压源/时钟信号源连接系统时钟开/关控制电路，使用系统时钟信号为控制信号。
[0008]进一步，所述斩波稳定带隙基准电压源设有启动电路、电压偏置电路、共源共栅运算放大器、低通滤波器;分别设置在所述共源共栅运算放大器的输入端、电流镜处、电流源处的第一斩波稳定模块、第二斩波稳定模块、第三斩波稳定模块。
[0009]更进一步，所述斩波稳定模块的电路包括能够完成斩波频率方波调制的4个NMOS开关。
[0010]进一步，所述共源共栅运算放大器为折叠共源共栅结构。
[0011]更进一步，所述锂电池充放电保护电路系统采用CMOS工艺实现。
[0012]本实用新型的有益效果有以下几点:
[0013]1.利用了斩波稳定模块的消除电路低频漂移和低频噪声的优势以及带隙基准电压源具有的低功耗、高精度、低噪声的优点，将两者结合实现高精度、低温漂、低功耗的应用目标；
[0014]2.系统时钟信号同时作为控制信号，降低锂电池充放电保护电路系统的功耗；
[0015]3.系统电路采用标准CMOS工艺实现，并考虑了克服工艺偏差影响的措施。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型实施例中所述一种锂电池充放电保护电路系统的电路图；
[0017]图2是本实用新型实施例中所述斩波稳定带隙基准电压源的电路图；
[0018]图3是本实用新型实施例中所述斩波稳定模块的电路图；
[0019]图中:1_偏置电压源/时钟信号源，2-带隙基准电压源，3-过放电比较器，4-过充电比较器，5-过量电流比较器，6-短路比较器，7-状态机。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
[0021]如图1所示，一种锂电池充放电保护电路系统，包括设有若干电阻和场效应管的分压电路(在本实施例中，电阻为精密电阻R1-R6，场效应管为Vbnl和Vbn2)，通过过放电比较器3、过充电比较器4、过量电流比较器5、短路比较器6与分压电路相连的能够产生控制信号C0、D0的状态机7，与分压电路连接的偏置电压源/时钟信号源1，分压电路与偏置电压源/时钟信号源I之间还连接有斩波稳定带隙基准电压源2，偏置电压源/时钟信号源I连接系统时钟开/关控制电路，使用系统时钟信号为控制信号。此处的偏置电压源/时钟信号源I包含了偏置电压源和时钟信号源两部分，都可采用常规设计方案。其中时钟信号包括系统时钟信号(典型值800Hz)和斩波时钟信号(典型值IMHz)。
[0022]其中，斩波稳定带隙基准电压源2产生高精度的比较基准电压，精密电阻R1-R6组成的分压电路获得电路状态输入电压，然后利用相应的过放电比较器3、过充电比较器4、过量电流比较器5、短路比较器6来完成过冲、过放、过流、短路等的状态检测;检测结果通过状态机7产生控制信号CO和D0，进而驱动场效应管Vbnl和Vbn2实现充放电开关功能;为了降低功耗，系统时钟信号本身可作为控制信号，如时钟为高电平时电路工作，如时钟为低电平时比较器电路、基准电压电源等予以关闭。
[0023]采用斩波稳定带隙基准电压源的目标在于实现高精度、低温漂。因为斩波稳定技术具备的优势在于可以消除电路的低频漂移(如由于温度变化而带来的电压漂移)，以及低频噪声(如50赫兹的工频电压源带来的影响)。带隙基准电压源本身具有高精度、低噪声等优点，因此两者的结合更有利于实现高精度、低温漂的目标。
[0024]如图2所示，本实用新型中的斩波稳定带隙基准电压源2中设有启动电路、电压偏置电路、共源共栅运算放大器、低通滤波器，其中共源共栅运算放大器用共源共栅输出级(M3-M9)与一个差分放大器(M1-M2)级联，达到一个大的输入共模范围，而且提供自补偿。图中Ml-MlO构成共源共栅运算放大器的基本部分，其中包含了三个斩波稳定模块(chopperl、chopper2、chopper3，其中两个实现斩波的调制、解调功能，一个实现动态元件匹配)。共源共栅运算放大器与电阻Rll、R22、R33、以及三极管Ql、Q2构成带隙基准电压源，而M11-M20构成电压偏置电路，M21为启动管。
[0025]第一斩波稳定模块chopperl设置在共源共栅运算放大器的输入端(Ml、M2的栅端)，实现对输入信号的调制;第二斩波稳定模块chopped放在共源共栅运算放大器的电流镜处(M3、M4的漏端)，实现动态元件匹配，降低电流镜的电流失配；第三斩波稳定模块chopped放在共源共栅运算放大器的电流源处(M9、M10的漏端)，实现对已调信号的解调，并对失调电压进行调制。输出节点处，电容(??低通滤波作用，将已调制到高频端的失调成分滤除。共源共栅运算放大器为折叠共源共栅结构。(主要的斩波稳定带隙基准电压源部分的实现电路显示于图2;其它电路模块可以采用常规设计实现。)
[0026]如图3所示。斩波稳定模块是由四个NMOS开关组成的电路，在elk和clkn互补相位时钟信号(斩波时钟信号)的控制下，不同时刻差分输入电压由斩波模块构成的差分输入电路的同相或反相输入端输入，完成斩波频率方波调制。
[0027]本实用新型所提供的锂电池充放电保护电路系统采用CMOS工艺实现，能够克服工艺偏差造成的影响。
[0028]本实用新型所述的装置并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。
【主权项】
1.一种锂电池充放电保护电路系统，包括设有若干电阻和场效应管的分压电路，通过过放电比较器(3)、过充电比较器(4)、过量电流比较器(5)、短路比较器(6)与所述分压电路相连的能够产生控制信号的状态机(7)，与所述分压电路连接的偏置电压源/时钟信号源(I )，其特征是:所述分压电路与所述偏置电压源/时钟信号源(I)之间还连接有斩波稳定带隙基准电压源(2)。2.如权利要求1所述的一种锂电池充放电保护电路系统，其特征是:所述偏置电压源/时钟信号源(I)连接系统时钟开/关控制电路，使用系统时钟信号为控制信号。3.如权利要求1所述的一种锂电池充放电保护电路系统，其特征是:所述斩波稳定带隙基准电压源(2)设有启动电路、电压偏置电路、共源共栅运算放大器、低通滤波器;分别设置在所述共源共栅运算放大器的输入端、电流镜处、电流源处的第一斩波稳定模块、第二斩波稳定模块、第三斩波稳定模块。4.如权利要求3所述的一种锂电池充放电保护电路系统，其特征是:所述斩波稳定模块的电路包括能够完成斩波频率方波调制的4个NMOS开关。5.如权利要求3所述的一种锂电池充放电保护电路系统，其特征是:所述共源共栅运算放大器为折叠共源共栅结构。6.如权利要求1-4任一项所述的一种锂电池充放电保护电路系统，其特征是:所述锂电池充放电保护电路系统采用CMOS工艺实现。
【专利摘要】本实用新型涉及一种锂电池充放电保护电路系统，包括设有若干电阻和场效应管的分压电路，通过过放电比较器、过充电比较器、过量电流比较器、短路比较器与所述分压电路相连的能够产生控制信号的状态机，与所述分压电路连接的偏置电压源/时钟信号源，其中所述分压电路与所述偏置电压源/时钟信号源之间还连接有斩波稳定带隙基准电压源。采用本实用新型所述的锂电池充放电保护电路系统具有高精度、低温漂、低功耗的优点。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN205304325
【申请号】
【发明人】李志刚
【申请人】李志刚
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月6日