专利名称：放电过流保护恢复驱动电路、电池保护电路及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池保护电路，尤其涉及电池保护电路中的放电过流保 护恢复驱动电路。
背景技术：
由于锂离子电池没有记忆效应，当前逐渐在越来越多的电子系统中 替代传统的镍氲电池，成为便携电子设备中主要电源。但是锂电池存 在许多安全性问题。因此，在锂电池系统中都存在复杂的保护电路， 以确保在各种意外情况下防止发生不安全情形导致电池损坏。
图1示出了现有的一种锂电池保护电路系统。如图1所示，在电
池的外部负极V—与内部负极VSS之间设置有充电开关MC及放电开关 MD，通过控制充电开关MC的开启或关断可以实现电池的允许充电或 禁止充电功能。相应的，通过控制放电开关MD的开启或关断可以实 现电池的允许放电或禁止放电功能。虚线框内的电路为电池保护电路， 所述电池保护电^各包括有过充电4企测电^各、过方文电4全测电^各、充电过 流检测电路、放电过流检测电路及控制电路。所述控制电路根据各检 测电路的检测结果输出控制信号来确定充电开关MC的开启/关断和放 电开关MD的开启/关断。
当发生放电过流时，放电过流检测电路会在检测到VM端的电压 (即放电电流电压)高于放电过流电压阁值r孤(一般为150mV)且持续 超过预定时间2，后，生成过电过流信号EDI给控制电路。所述控制电 路将Dout置低以关断放电开关MD,这样就实现了禁止对电池放电， 也就是说进入了放电过流保护状态。 一般而言，VM的电压与V—的电 压基本相等(本专利申请都是基于这一情况进行说明的)，在两节点 间存在一个较小的电阻Rm, Rm的阻值一般为1 2.2Kohm,所述电阻
在放电电流保护状态下，为了使电池能在负载变轻时恢复正常放 电，在保护电路中还会引入恢复驱动电路。因为当进入放电过流保护
状态时，放电开关MD会被关断，从而V一节点的电压会被负载拉到更 高电位，更接近VCC的电压，相应的，VM节点的电压也同样会很高。 如果没有额外的恢复驱动电路，在此状态下即使负载变得很轻时，放 电过流检测电路依然会继续判断当前处于放电过流状态，使整个系统 死锁在放电过流状态，无法恢复。所述恢复驱动电路的工作原理在于 在进入放电过流状态后，其会试图利用VSS拉低VM,即连通VM端和 VSS端。如果此时负载依然较大，则VM会依然大于放电过流电压阈值 「孤，而一旦负载变小，所述VM会被VSS拉低直至VM小于放电过流 电压阈值「孤，这样电池系统就可以重新进入正常》文电状态。
图2示出了现有的一种放电过流保护恢复驱动电路。如图2所示， 所述恢复驱动电路包括NOMS晶体管MN1及电阻R1，所述晶体管MN1 的栅极接收所述放电过流信号EDI，所述晶体管MN1的漏极通过电阻 Rl与VM相连，所述晶体管MN1的源极与VSS相连。在放电过流信号 EDI有效时，即系统进入放电过流状态时，所述晶体管MN1开启从而 连通VM至VSS的通路。此时，如果外部负载变小，VM就会被VSS拉 低，从而使电池系统重新进入正常放电状态。
但是，晶体管MN1为普通的NMOS晶体管，在其衬底端和漏极端 存在一个寄生的二极管。当VM的电位相对VSS的电位为负电压时(比 如在给电池充电时，VM的电位就会低于VSS的电位)，此寄生的二极 管会正向导通，从而产生从VSS端经由电阻Rl、晶体管MN1至VM端 的漏电流。这种漏电还可能会把晶体管MN1的衬底电位抬高，从而容 易触发寄生三极管，导致严重后果。而且，在给电池充电时，可能由 于充电过压或充电过流而需要禁止对电池充电，然而此时恢复驱动电 路上的漏电流会依然从VSS流向VM，这就意味着，所述漏电流依然在 给电池充电，从而使禁止充电功能失效。此外，此漏电还会影响充电 过流保护阈值偏离设计值。
在现有技术中一般是通过增大电阻Rl的方式减少漏电，但漏电却 始终存在。这种漏电仍可能会导致前述的各种问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种电池保护电路中的放电过流保护 恢复驱动电路，其可以实现放电过流保护状态在过放电解除后自动恢 复的功能，同时也能有效的切断充电漏电。
本发明的目的之二在于提供一种具有放电过流保护恢复驱动电路 的电池保护电路，其可以实现放电过流保护状态在过放电解除后自动 恢复的功能，同时也能有效的切断充电漏电。
本发明的目的之三在于提供一种电池保护电路系统，其可以实现放 电过流保护状态在过放电解除后自动恢复的功能，同时也能有效的切 断充电漏电。
为了达到上述目的，根据本发明的一方面，本发明提供了一种电池 保护电路中的放电过流保护恢复驱动电路，其具有第 一 连接端及第二
连接端，所述恢复驱动电路包括隔离NMOS晶体管及第一电阻，所述 隔离NMOS晶体管的漏极经由所述第一电阻与所述第一连接端相连， 所述隔离NMOS晶体管的源极与所述第二连接端相连，所述隔离NMOS 晶体管的栅极用于接收放电过流信号。所述隔离NMOS晶体管的栅极 在接收到放电过流信号时，所述隔离NMOS晶体管的漏极与源极接通， 进而将所述第一连接端与所述第二连接端接通。在所述隔离NMOS晶 体管的衬底与源极之间形成有二级管，所述二极管的负极与所述隔离 NMOS晶体管的源极相连，所述二极管的正极与所述隔离NMOS晶体 管的衬底相连。
进一步的，在所述隔离NMOS晶体管的漏极与所述第一电阻之间 还串联有开关单元，所述开关单元具有与所述隔离NMOS晶体管的漏 极相连的一连接端及与所述电阻相连的另一连接端，所述开关单元还 具有控制端，所述开关单元的控制端与电池的充电开关的控制端相连，
更进一步的，所述开关单元由N个隔离NMOS晶体管串联形成， 所述隔离NMOS晶体管的栅极相互连接形成所述开关单元的控制端， 所述N大于等于1小于等于4。
进一步的，所述第一连接端经由第二电阻与电池外部负极相连，所 述第二连接端与电池内部负极相连。
更进一步的，在第一连接端相对于第二连接端为负电压时，所述二 极管反向偏置，阻碍漏电流的发生。
根据本发明的另 一方面，本发明提供了 一种电池保护电路，其包括 放电过流检测电路、如前面所述恢复驱动电路、充电器过压检测电路、
电池的充电开关的控制电路。所述充电器过压测电^各在4全测到充电 器过压时生成充电器过压信号。所述放电过流检测电路在检测到放电 过流时生成放电过流信号。所述控制电路在接收到放电过流信号后生 成预关断信号。电池的充电开关的控制端在收到所述预关断信号和所 述充电器过压信号中任何一个时，所述充电开关关断以禁止对电池充 电。
进一步的，在所述恢复驱动电路中的隔离NMOS晶体管的漏极与 所述电阻之间还串联有开关单元，所述开关单元具有与所述隔离NMOS 晶体管的漏极相连的一连接端及与所述电阻相连的另一连接端，所述 开关单元具有控制端，所述开关单元的控制端与电池的充电开关的控 制端相连，使所述开关单元与所述充电开关的开启与关闭同步。
更进一步的，所述开关单元由N个隔离NMOS晶体管串联形成， 所述隔离NMOS晶体管的栅极相互串联形成所述开关单元的控制端， 所述N大于等于1小于等于4。
进一步的，所述第一连接端经由第二电阻与电池外部负极相连，所 述第二连接端与电池内部负极相连。
更进一步的，在第一连接端相对于第二连接端为负电压时，所述二 极管反向偏置，阻碍漏电流的发生。
进一步的，所述预关断信号和所述充电器过压信号经由一逻辑与门 连接至所述充电开关的控制端。
根据本发明的再一方面，本发明提供了一种电池保护电路系统，其 包括电池、充电开关及如前面所述的所述电池保护电^各。所述充电 开关连4妻于所述电池的内部负^f及与外部负才及之间。所述恢复驱动电^各 的第 一连接端经由第二电阻与所述电池外部负极相连，所述恢复驱动 电路的第二连接端与电池内部负极相连。
与现有技术相比，在本发明的技术方案的恢复驱动电路中采用隔离
NMOS的晶体管MN1，在其衬底与源极之间会具有二级管Dl，在VM 相对VSS为负电压时，由于晶体管MN1的衬底与VSS之间具有二级管 Dl,所述二级管Dl会反向偏置，阻碍漏电流的发生。
下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，附图
中
图1为现有的一种电池保护电路系统的电路图； 图2为现有的一种放电过流保护恢复驱动电路的电路图； 图3为本发明电池保护电路系统的一个实施方式的电路图； 图4为图3中的充电器过压检测电路的一个实施方式的电路图； 图5为图3中的放电过流保护恢复驱动电路的一个实施方式的电 路图6为图4中的晶体管MN1及二极管Dl的第一实施方式的结构
图7为图4中的晶体管MN1及二极管Dl的第二实施方式的结构
图8为图4中的晶体管MN1及二极管Dl的第三实施方式的结构
图9为图4中的晶体管MN1及二极管Dl的第四实施方式的结构
图IO为图4中的晶体管MN1及二极管Dl的第五实施方式的结构 图；和
图11为图4中的晶体管MN1及二极管Dl的第六实施方式的结构图。
具体实施例方式
请参阅图3，其示出了本发明电池保护电路系统的一种实施方式。与图 2所示的现有的电池保护电路系统相比，图3所示的电池保护电路系统增加 了充电器过压检测电路及一个逻辑与门And2,同时也改进了放电过流保护 恢复驱动电路。
所述充电器过压检测电路用于检测VM端的电压，在将VM端的电压与
预定参考电压Vref比较后输出充电器过压检测结果OVCHG,充电器过压检 测结果包括充电器过压和充电器未过压。所述逻辑与门And2将控制电路输 出的控制信号Co_pre与充电器过压检测结果OVCHG做逻辑与后用作充电 开关MC的开关控制信号Cout。在本实施例中，由于充电开关MC在开关 控制信号为低时为关，因此控制信号Co一pre和充电器过压检测结果OVCHG 中有任何一个为低(充电器过压检测结果为低电平代表充电过压信号)， 逻辑与门And2就输出低作为开关控制信号Cout以关断充电开关MC。在其 他实施例中，逻辑与门也可以用其他逻辑门来取代，不过过压^f全测结果 OVCHAG和控制信号Co—pre的逻辑也要相应修改。总之这里逻辑门的作用 在于在控制信号Co—pre和充电器过压检测结果OVCHG中任何一个为关 信号时，逻辑门的输出Cout就会关闭充电开关MC,以达到禁止充电的效 果。
充电器过压检测电路及逻辑与门的加入使得本发明中的电池保护系统 又多了一项保护方式，即在充电器的充电电压过高时，能够及时的切断充 电通路，从而达到保护电池的效果。需要解释一下， 一般来说充电电压过 高意味着电池外部负极V—(也可以说VM节点)与电池内部负极VSS之间 的压差超过正常水平，此时充电会给电池造成破坏。另外，虽然在充电器 过压时给电池充电可能会造成充电过流从而由控制电路的控制信号关断充 电开关MC,然而这需要一定的时间，而这段时间可能给电池造成很大的损 坏。因此，可以说增加这一项充电器过压保护功能是十分必要的。
图4示出了本发明中的充电器过压检测电路的一种实施方式。如图4 所示，所述充电器过压检测电路包括一比较器，所述比较器的正相输入端 接VM、反向输入端接预定参考电压Vref,在VM端的电压小于Vref时，其 输出充电器过压信号作为充电器过压检测结果OVCHG;在VM端的电压大 于等于Vref时，其输出充电器未过压信号作为充电器过压检测结果OVCHG。 所述预定参考电压Vref根据应用可以设为-6 -8V。
本发明中改进的放电过流保护恢复电路可以有效的切断充电漏电，同 时可以实现在放电过流保护状态下拉低VM端，进而实现过放电保护状态在 放电过流解除后自动恢复的功能。
图5示出了本发明中的放电过流保护恢复驱动电路的一种实施方式。
与图2所示的恢复驱动电路相比，本发明中改进的恢复驱动电路中增加了
开关单元50，同时也改进了晶体管MN1。具体请参阅图5所示，本发明的 恢复驱动电路包括开关单元50、晶体管MN1及电阻R1。所述开关单元50 的一个连接端经由电阻Rl与VM连接，所述开关单元50的另一个连接端 与晶体管MN1的漏极相连，所述开关单元50的控制端与充电开关的栅极 即Cout端相连，所述晶体管MN1的栅极(Gate)接收放电过流信号EDI, 所述晶体管MN1的源极(Source)与VSS端相连。所述晶体管MNl为带 衬底阻隔的隔离INJMOS晶体管，在其衬底(bulk)与源极之间会存在寄生 或专门设计的二级管Dl，这样所述衬底通过二级管Dl连接至VSS端。
在本实施例中，所述开关单元50由三个隔离NMOS晶体管MN2、MN3、 MN4串联而成，所述三个晶体管的栅极相连形成所述开关单元50的控制端。 Rl的值由具体应用条件决定， 一般可以为10K 200Kohm。
在给电池放电时，如果进入放电过流状态，放电过流信号EDI为逻辑 高，充电开关MC的栅极电压Cout也为高电平，晶体管MN1、 MN2、 MN3、 MN4都导通，具有把VM拉低的功能，即放电过流保护自动恢复功能。在 给电池放电时，如果不进入放电过流状态，放电过流信号EDI为逻辑低， 充电开关MC的栅极电压Cout为高电平，晶体管MN2、 MN3、 MN4都导通， 而晶体管MN1不导通，从而保持正常的放电状态。
在给电池充电时，VM相对VSS为负电压。在正常的充电状态下，放电 过流信号EDI为逻辑低，充电开关MC的栅极电压Cout为高电平，晶体管 MN2、 MN3、 MN4都导通，而晶体管MN1不导通。此时由于晶体管MN1 的衬底与VSS之间具有二级管Dl，所述二级管Dl会反向偏置，阻碍漏电 流的发生。在给电池充电时，可能由于充电过压或充电过流而需要禁止对 电池充电，在本发明中，所述晶体管MN2、 MN3、 MN4会随着充电开关MC 一起关闭，从而可以进一步阻碍漏电流的发生。
当发生充电器过压的情况时，即当VM为非常低的负电压时，充电器过 压电路输出OVCHG会变成低电平，通过与门And2，使Cout变低，实现禁 止充电。此时，晶体管MN2、 MN3、 MN4都被关断。此时，晶体管MN1 也处于关断状态，这样，VM与VSS之间的压差就可以由四个晶体管 MN1-MN4来分担，这样可以防止这些晶体管被击穿。在单节锂电池保护电
路中，可以使用击穿电压大于9V的低压隔离NMOS，那么它们可以承受36V
的电压。
可以看出，所述开关单元50具有两个显著的作用。第一是在发生充电 器过压的情况下，给晶体管MN1分压以防止其被击穿；第二是在需要禁止 充电时，进一步关断VM与VSS之间经由晶体管MN1的通路，防止漏电的 产生。因此，关于所述开关单元50由几个晶体管组成，可以由所设计电路 的防击穿能力所决定。如果不需要很高的防击穿能力，那所述开关单元50 完全可以由一个晶体管组成。当然，在另一方面，晶体管的数目增加也有 助于进一步阻碍漏电流的生成。
需说明的是，Cout为Vcc与VM之间的逻辑电平，即当Cout等于Vcc
的电压时，表示高电平；当Cout等于VM的电压时，表示低电平。
需要说明的一点是充电器过压保护功能的加入可以不以恢复驱动电 路的改进为前提，相应的，恢复驱动电路的改进也可以不以充电器过压保 护功能的加入为前提。
在本发明的改进的恢复驱动电路中的MN1、 MN2、 MN3、 MN4都采用 阻隔NMOS。下面就介绍一下晶体管MN1及二极管Dl的几种实施方式。
图6为晶体管MN1及二极管Dl的第一实施方式的结构图，drain是漏 极，EDI连接的是栅极，VSS接的是源极，bulk为隔离衬底连接端，连接 至VSS ， Pwell被称之为P阱，为隔离衬底，P-sub为公共衬底，Nwell被 称之为N阱，所述N阱将公共衬底与隔离衬底隔离开来，所述N阱接电源 Vcc以防止N阱与公共衬底或隔离衬底发生正向偏置。Bulk与P阱之间形 成的PN结就是图5中的二极管Dl。
图7为晶体管MN1及二极管Dl的第一实施方式的结构图，drain是漏 极，EDI连接的是栅极，VSS接的是源极，bulk为隔离衬底连接端，连接至 VSS, Pwell被称之为P阱，为隔离衬底，P-sub为公共衬底，Nwell被称之 为N阱，NBL ( N Buried Layer)为N型埋层， 一般为重4参杂。所述N阱及 NBL将公共衬底与隔离衬底隔离开来，所述N阱接电源Vcc以防止N阱与 公共衬底或隔离衬底发生正向偏置。Bulk与P阱之间形成的PN结就是图5 中的二极管Dl。
图8为晶体管MN1及二极管Dl的第三实施方式的结构图。与图6所 示的第一实施方式不同的是所述衬底连接端为P杂区，并且这个衬底连 接端并不连接至VSS，而是悬空。这样同样可以达到二级管Dl的效果。
图9为晶体管MN1及二极管Dl的第四实施方式的结构图。与图7所 示的第二实施方式不同的是所述衬底连接端为P杂区，并且这个衬底连 接端并不连接至VSS，而是悬空。这样同样可以达到二级管Dl的效杲。
图IO为晶体管MN1及二极管Dl的第五实施方式的结构图。与图8所 示的第三实施方式不同的是所述衬底连接端(bulk)连接至二级管的阳极， 所述二极管的负极接VSS。
图11为晶体管MN1及二极管Dl的第六实施方式的结构图。与图9所 示的第四实施方式不同的是所述衬底连接端(bulk)连接至二级管的阳极， 所述二极管的负极接VSS。
本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权 利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在 内。
权利要求
1、一种电池保护电路中的放电过流保护恢复驱动电路，其具有第一连接端及第二连接端，其特征在于，所述恢复驱动电路包括隔离NMOS晶体管及第一电阻，所述隔离NMOS晶体管的漏极经由所述第一电阻与所述第一连接端相连，所述隔离NMOS晶体管的源极与所述第二连接端相连，所述隔离NMOS晶体管的栅极用于接收放电过流信号，所述隔离NMOS晶体管的栅极在接收到放电过流信号时，所述隔离NMOS晶体管的漏极与源极接通，进而将所述第一连接端与所述第二连接端接通，在所述隔离NMOS晶体管的衬底与源极之间形成有二级管，所述二极管的负极与所述隔离NMOS晶体管的源极相连，所述二极管的正极与所述隔离NMOS晶体管的衬底相连。
2、 如权利要求1所述的恢复驱动电路，其特征在于在所述隔离NMOS 晶体管的漏极与所述第一电阻之间还串联有开关单元，所述开关单元具有 与所述隔离NMOS晶体管的漏极相连的一连接端及与所述电阻相连的另一 连接端，所述开关单元还具有控制端，所述开关单元的控制端与电池的充
3、 如权利要求2所述的恢复驱动电路，其特征在于所述开关单元由 N个隔离NMOS晶体管串联形成，所述隔离NMOS晶体管的栅极相互连接 形成所述开关单元的控制端，所述N大于等于1小于等于4。
4、 如权利要求1所述的恢复驱动电路，其特征在于所述第一连接端 经由第二电阻与电池外部负极相连，所述第二连接端与电池内部负极相连。
5、 如权利要求4所述的恢复驱动电路，其特征在于在第一连接端相 对于第二连接端为负电压时，所述二极管反向偏置，阻碍漏电流的发生。
6、 一种电池保护电路，其特征在于，其包括放电过流检测电路、如权利要求1所述的恢复驱动电路、充电器过压 检测电路、电池的充电开关的控制电路，所述充电器过压检测电路在检测到充电器过压时生成充电器过压信 号；所述放电过流检测电路在检测到放电过流时生成放电过流信号；所述控制电路在接收到放电过流信号后生成预关断信号；电池的充电开关的控制端在收到所述预关断信号和所述充电器过压信 号中任何一个时，所述充电开关关断以禁止对电池充电。
7、 如权利要求6所述的电池保护电路，其特征在于在所述恢复驱动 电路中的隔离NMOS晶体管的漏极与所述电阻之间还串联有开关单元，所 述开关单元具有与所述隔离NMOS晶体管的漏极相连的一连接端及与所述 电阻相连的另一连接端，所述开关单元具有控制端，所述开关单元的控制 端与电池的充电开关的控制端相连，使所述开关单元与所述充电开关的开 启与关闭同步。
8、 如权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于所述开关单元由 N个隔离NMOS晶体管串联形成，所述隔离NMOS晶体管的栅极相互串联 形成所述开关单元的控制端，所述N大于等于1小于等于4。
9、 如权利要求6所述的电池保护电路，其特征在于所述第一连接端 经由第二电阻与电池外部负极相连，所述第二连接端与电池内部负极相连。
10、 如权利要求9所述的电池保护电路，其特征在于在第一连接端 相对于第二连接端为负电压时，所述二极管反向偏置，阻碍漏电流的发生。
11、 如权利要求6所述的电池保护电路，其特征在于所述预关断信 号和所述充电器过压信号经由一逻辑与门连接至所述充电开关的控制端。
12、 一种电池保护电路系统，其特征在于，其包括电池、充电开关及如权利要求6-8、 ll任一所述电池保护电路，所述充电开关连接于所述电池的内部负极与外部负极之间，所述恢复驱动电路的第 一连接端经由第二电阻与所述电池外部负极相 连，所述恢复驱动电路的第二连接端与电池内部负极相连。
全文摘要
本发明公开了一种电池保护电路中的放电过流保护恢复驱动电路，其具有VM连接端及VSS连接端，所述恢复驱动电路包括隔离NMOS晶体管及第一电阻，所述隔离NMOS晶体管的漏极经由所述第一电阻与所述第一连接端相连，所述隔离NMOS晶体管的源极与所述第二连接端相连，所述隔离NMOS晶体管的栅极用于接收放电过流信号，所述隔离NMOS晶体管的栅极在接收到放电过流信号时，所述隔离NMOS晶体管的漏极与源极接通，进而将所述VM连接端与所述VSS接端接通。在所述隔离NMOS晶体管的衬底与源极之间形成有二极管，所述二极管的负极与所述隔离NMOS晶体管的源极相连，所述二极管的正极与所述隔离NMOS晶体管的衬底相连。在VM相对VSS为负电压时，由于晶体管MN1的衬底与VSS之间具有二极管D1，所述二极管D1会反向偏置，阻碍漏电流的发生。
文档编号H02J7/00GK101340084SQ20081011810
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月12日 优先权日2008年8月12日
发明者航 尹, 杨晓东, 钊 王 申请人:北京中星微电子有限公司