电池保护系统的制作方法

【技术领域】

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种电池保护系统。

背景技术：

电池保护电路中存在电压检测比较器及电流检测比较器。电压检测比较器又分为过充电压检测比较器及过放电压检测比较器。芯片阈值最终需要校正，由于对过充电压要求较高，校正修调过程中均以过充电压阈值为准调整。但在不同应力作用下，会产生不同的offset(偏差)，终将影响芯片阈值的精度。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池保护系统，其具有改进的电压检测比较器，其可以通过自调降低或消除输入偏差对翻转阈值(也称参考阈值电压或比较阈值电压)精度的影响，从而使修调及封装后芯片的翻转阈值精度统一性良好，进而提高所述电池保护系统的准确性。

为了解决上述问题，本发明提供一种电池保护系统，其包括：正电源端；负电源端；电池组，其正极与正电源端相连；电池保护电路，其第一电源检测端与所述电池组的正极相连，其第二电源检测端与所述电池组的负极相连，其第三电源检测端与所述负电源端相连；充放电开关组合，其连接于所述电池组的负极与负电源端之间，其第一控制端与所述电池保护电路的放电控制端相连，其第二控制端与所述电池保护电路的充电控制端相连；所述电池保护电路包括电压检测比较器，其用于检测第三检测端的电压是否大于或小于参考阈值电压。电压检测比较器包括第一可调电阻ru、第二电阻rd、第三电阻re、第四电阻rs、第一mos管m0、第二mos管m1、第三mos管m2、第一双极型晶体管q0、第二双极型晶体管q1、偏置电流源ibias和开关组合电路，其中，所述第一可调电阻ru和第二电阻rd依次串联于第三电源检测端和接地端g之间，第一mos管m0的第一连接端与第三电源检测端相连，其控制端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，第一双极型晶体管q0的第二连接端经依次串联的第三电阻re和第四电阻rs接地，所述第一双极型晶体管q0的控制端与第一可调电阻ru和第二电阻rd之间的连接节点相连；所述第二mos管m1的第一连接端与第三电源检测端相连，其控制端与第一mos管m0的控制端相连，第二双极型晶体管q1的控制端与第一双极型晶体管q0的控制端相连，第二双极型晶体管q1的第二连接端与第三电阻re和第四电阻rs之间的连接节点相连；第三mos管m2的第一连接端与第三电源检测端相连，其第二连接端与电压检测比较器的输出端out相连，其控制端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连；偏置电流源ibias的输入端与电压检测比较器的输出端out，偏置电流源ibias的输出端接地，所述开关组合电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，所述开关组合电路的第一连接端与第一mos管m0的第二连接端相连，所述开关组合电路的第二连接端与第二mos管m1的第二连接端相连，所述开关组合电路的第三连接端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，所述开关组合电路的第四连接端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连，所述开关组合电路包括第一连接方式或第二连接方式，当所述开关组合电路处于第一连接方式时，使第一mos管m0的第二连接端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，使第二mos管m1的第二连接端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连；当所述开关组合电路处于第二连接方式时，使第一mos管m0的第二连接端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连，使第二mos管m1的第二连接端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连。

与现有技术相比，本发明通过交换产生偏差的器件位置，找出最先达到的低翻转阈值，在此基础上，再次交换位置并通过更改形成翻转阈值的可调电阻的电阻值达到高翻转阈值，将所述可调电阻的电阻值调整为低翻转阈值时的电阻值与高翻转阈值时的电阻值的平均值，以达到消除偏差的效果。由于采用了这样的改进的电压检测比较器，提高所述电池保护系统的准确性。

【附图说明】

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：

图1为现有技术中的一种电压检测比较器的电路示意图；

图2为本发明在一个实施例中的电压检测比较器的电路示意图；

图3为图2所示的电压检测比较器中的开关组合电路处于第一连接方式时的电路示意图；

图4为图2所示的电压检测比较器中的开关组合电路处于第二连接方式时的电路示意图；

图5-7为本发明在一个实施例中的过充电压检测比较器，在校准过程中对应步骤的电路连接示意图；

图8为本发明在一个实施例中的电池保护系统的电路结构图。

【具体实施方式】

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。

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。

请参考图1所示，其为现有技术中的一种电压检测比较器的电路示意图，其翻转阈值(也称参考阈值电压或比较阈值电压)为：

其中，vbe1为双极型晶体管q1的发射极-基极电压，vbe0为双极型晶体管q0的发射极-基极电压，re为电阻re的电阻值，rs为电阻rs的电阻值，ru为电阻ru的电阻值，rd为电阻rd的电阻值。所述电压检测比较器在输入电压v等于vth时，其输出端out输出的信号会发生翻转。

由于图1中的mos管m0和m1不匹配时，会产生输入失调电压vos，这会导致电压检测比较器的翻转阈值产生相应的偏差，因此，本发明对现有的电压检测比较器进行了改进，使得本发明中的电压检测比较器可通过自调降低或消除输入偏差对翻转阈值精度的影响。

请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中的电压检测比较器的电路示意图，其与图1所示的电压检测比较器的主要区别在于：图2中的电阻ru为可调电阻，图2增设了开关组合电路210，其可以交换mos管m0和m1在电路中的位置。图2中的电压源vos为器件不匹配(比如，mos管m0和m1不匹配)时产生的输入失调电压vos，其属于寄生电压源，该输入失调电压vos的正极与mos管m0的控制端相连，其负极与mos管m1的控制端相连，在其他实施例中，也可以是输入失调电压vos的负极与mos管m0的控制端相连，其正极与mos管m1的控制端相连，这主要是由器件不匹配的具体情况决定。

具体的，图2所示的电压检测比较器包括第一可调电阻ru、第二电阻rd、第三电阻re、第四电阻rs、第一mos管m0、第二mos管m1、第三mos管m2、第一双极型晶体管q0、第二双极型晶体管q1、偏置电流源ibias和开关组合电路210。

图2中，所述第一可调电阻ru和第二电阻rd依次串联于电源端v和接地端g之间，第一mos管m0的第一连接端与电源端v相连，其控制端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，第一双极型晶体管q0的第二连接端经依次串联的第三电阻re和第四电阻rs接地，所述第一双极型晶体管q0的控制端与第一可调电阻ru和第二电阻rd之间的连接节点相连；所述第二mos管m1的第一连接端与电源端v相连，其控制端与第一mos管m0的控制端相连，第二双极型晶体管q1的控制端与第一双极型晶体管q0的控制端相连，第二双极型晶体管q1的第二连接端与第三电阻re和第四电阻rs之间的连接节点相连；第三mos管m2的第一连接端与电源端v相连，其第二连接端与电压检测比较器的输出端out相连，其控制端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连；偏置电流源ibias的输入端与电压检测比较器的输出端out，偏置电流源ibias的输出端接地。

所述开关组合电路210包括第一连接端、第二连接端、第三连接端和第四连接端，所述开关组合电路的第一连接端与第一mos管m0的第二连接端相连，所述开关组合电路的第二连接端与第二mos管m1的第二连接端相连，所述开关组合电路的第三连接端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，所述开关组合电路的第四连接端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连，所述开关组合电路210包括第一连接方式或第二连接方式，当所述开关组合电路210处于第一连接方式时，使第一mos管m0的第二连接端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，使第二mos管m1的第二连接端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连；当所述开关组合电路210处于第二连接方式时，使第一mos管m0的第二连接端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连，使第二mos管m1的第二连接端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连。

在图2所示的具体实施例中，所述开关组合电路210包括第一开关s0、第二开关s1、第三开关s2和第四开关s3。其中，所述第一开关s0的一端与所述第一mos管m0的第二连接端相连，其另一端与所述第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，所述第二开关s1的一端与所述第二mos管m1的第二连接端相连，其另一端与所述第二双极型晶体管q1的第一连接端相连，第三开关s2的一端与第一开关s0的一端相连，所述第三开关s2的另一端与第二开关s1的另一端相连，第四开关s3的一端与第二开关s1的一端相连，第四开关s3的另一端与第一开关s0的另一端相连。当所述开关组合电路210处于第一连接方式时，第一开关s0和第二开关s1导通，且第三开关s2和第三开关s4关断，从而使第一mos管m0的第二连接端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，使第二mos管m1的第二连接端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连，具体请参见附图3；当所述开关组合电路210处于第二连接方式时，第一开关s0和第二开关s1关断，且第三开关s2和第三开关s3导通，从而使第一mos管m0的第二连接端与第二双极型晶体管q1的第一连接端相连，使第二mos管m1的第二连接端与第一双极型晶体管q0的第一连接端相连，具体请参见附图4。

以下基于图2-7，具体介绍本发明中的电压检测比较器的校准过程。

假设vos＝0时，电压检测比较器的翻转阈值为vth；实际上vos不等于0，因此假设图3所示连接时，翻转阈值为vth+，并且(vth+)＞vth；假设图4所示连接时，翻转阈值为vth-，并且(vth-)＜vth，则有如下关系成立，即:

(一)以图2为过充电压检测比较器为例，具体介绍其校准过程。

其中，图5-7为本发明中的过充电压检测比较器在校准过程中的对应步骤的电路连接示意图。

首先，控制开关组合电路210在第一连接方式和第二连接方式间不断交替，且在电源端v输入逐渐升高的电压。

随着电源端v的电压逐渐升高至v＝vth-，开关组合电路210处于图5所示的第二连接方式时，电压检测比较器的输出端out输出的比较结果第一次翻转为高电平(其可称为第一逻辑电平)，此时，需锁定电源端v的当前电压和开关组合电路210的当前连接方式(即图5所示的第二连接方式)，使得电源端v的电压维持锁定时的当前电压，并记录第一可调电阻ru的当前有效电阻，该当前有效电阻称为第一有效电阻，图5中的第一有效电阻ru+，比如该第一有效电阻ru+可以为第一可调电阻ru的最大电阻值。

在锁定所述开关组合电路210的当前连接方式(即图5所示的第二连接方式)后，再使所述开关组合电路210由当前连接方式变换为另一种连接方式，(即由图5所示的第二连接方式变换为图6所示的第一连接方式)，由于此连接方式的比较器翻转阈值(vth+)＞(vth-)，电压检测比较器的输出端out输出的比较结果会翻转为低电平(其可称为第二逻辑电平)。需减小第一可调电阻ru的有效阻值，直至电压检测比较器的输出端out输出的比较结果再次翻转为高电平(其可称为第一逻辑电平)为止，此时需记录可调电阻ru的当前有效电阻，该当前有效电阻称为第二有效电阻，图6中的第二有效电阻为ru-，其中(ru-)＝(ru+)-(r_trim1)-(r_trim2)，并且(r_trim1)＝(r_trim2)，(r_trim1)+(r_trim2)为此次减小的第一可调电阻的电阻值。

(vth+)-(vth-)的差值等效于落在ru+减去的(r_trim1)+(r_trim2)电压上。因：

ru+减去：后的比较器翻转阈值即等效为vos＝0时的翻转阈值。

如图7所示，将第一可调电阻ru的有效阻值调整为第一有效阻值ru+和第二有效阻值ru-的平均值。这样，就可以降低或消除输入偏差对翻转阈值精度的影响，从而使修调及封装后芯片阈值精度统一性良好。

(二)以图2为过放电压检测比较器为例，具体介绍其校准过程。

首先，控制开关组合电路210在第一连接方式和第二连接方式间不断交替，且在电源端v输入逐渐降低的电压。

随着电源端v的电压逐渐降低至v＝vth+，开关组合电路210处于第一连接方式时，电压检测比较器的输出端out输出的比较结果第一次翻转为低电平(其可称为第一逻辑电平)，此时，需锁定电源端v的当前电压和开关组合电路210的当前连接方式(即第一连接方式)，使得电源端v的电压持续维持锁定时的当前电压，并记录第一可调电阻ru的当前有效电阻，该当前有效电阻称为第一有效电阻ru1。

在锁定所述开关组合电路210的当前连接方式(即第一连接方式)后，再使所述开关组合电路210由当前连接方式变换为另一中连接方式，即由第一连接方式变换为第二连接方式，由于此连接方式的比较器翻转阈值(vth-)＜(vth+)，电压检测比较器的输出端out输出的比较结果会翻转为高电平(其可称为第二逻辑电平)。需增大第一可调电阻ru的有效阻值，直至电压检测比较器的输出端out输出的比较结果再次翻转为低电平(其可称为第一逻辑电平)为止，此时需记录可调电阻ru的当前有效电阻，该当前有效电阻称为第二有效电阻ru2。将可调电阻ru的有效阻值调整为第一有效电阻ru1和第二有效电阻ru2的平均值。这样，也可以降低或消除输入偏差对翻转阈值精度的影响，从而使修调及封装后芯片阈值精度统一性良好。

需要说明的是，所述开关组合电路210也可以采用现有技术中的其它控制电路结构，只要其可以实现开关组合电路210的前述功能即可，比如，可以采用两个单刀双掷开关开替换图2中的开关s0～s3。

在图1-7所示的具体实施例中，所述第一mos管m0、第二mos管m1和第三mos管m2均为pmos晶体管，所述第一mos管m0、第二mos管m1和第三mos管m2的第一连接端、第二连接端和控制端分别为pmos晶体管的源极、漏极和栅极；所述第一双极型晶体管q0和第二双极型晶体管q1均为npn型晶体管，所述第一双极型晶体管q0和第二双极型晶体管q1的第一连接端、第二连接端和控制端分别为npn型晶体管的集电极、射极和基极。

图8为本发明在一个实施例中的电池保护系统800的电路结构图。所述电池保护系统800包括：正电源端bp+、负电源端bp-、电池组battery、电池保护电路810和充放电开关组合820。所述电池组battery的正极与正电源端bp+相连。所述电池保护电路810的第一电源检测端vcc与所述电池组的正极相连，其第二电源检测端vss与所述电池组的负极相连，其第三电源检测端vm与所述负电源端bp-相连。所述充放电开关组合820连接于所述电池组的负极与负电源端之间，其第一控制端与所述电池保护电路810的放电控制端dout相连，其第二控制端与所述电池保护电路810的充电控制端cout相连。所述电池保护电路包括电压检测比较器。所述电压检测比较器可以是上文中提到的改进的电压检测比较器。所述电压检测侧比较器用于检测第三电压检测端vm的电压是否大于或小于参考阈值电压。在此实施例中，第三电压检测端vm为图2-7所示的电源端v。

在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

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。