可级联单节锂电池保护芯片的制作方法

本实用新型涉及用于电池组的充电或用于由电池组向负载供电的装置，涉及用于电池组的当出现正常工作条件的不希望有的变化时能完成自动切换的装置，尤指一种可级联单节锂电池保护芯片。

背景技术：

锂离子电池以其高性能、高密度和小体积、轻重量近年来一直是便携式产品电池的首选，与其他电池不同，为保证锂电池正常安全工作，需要一块电池保护板（包含锂电池保护芯片、功率MOS开关及其周边阻容元件等）已确保锂电池不处于过充、过放及过流等异常状态。单节锂电池电压平台一般在3.8V左右，如果用电设备需要较高电压，则需要将多个电池串联使用以获取需要的电压。相应的也需要一块多串电池保护板检测每一节电池的工作状态已确保电池安全。

市场上电动工具，电动自行车、平衡车等锂电池供电设备，通常需要供电电压较高，因此需要多节锂电池串联以满足其高电压需求。市面上现有多节保护芯片普遍价格偏高，且使用并不是特别灵活，例如，当电池节数为8节、9节或11节时，市场上并没有专用的多节保护芯片。

传统的使用多颗单节保护芯片串联的多节电池保护方案，如果保护芯片内部没有集成级联功能，需要在外围增加元件以实现保护信号传递。现有技术的多串电池保护级联方案如图1所示：由多颗单节电池保护芯片级联组成多串电池保护方案，其中每个虚线框内为其中一节电池的充放电保护和信号传输单元，所有虚线框内线图完全一样，编号从1、2到N，N即为所需电池节数。以框1为例，IC1芯片为目前市面上最为通用单节锂电池保护芯片（例如DW01），电池电压正常时，输出端CO、DO均为高电平，此时PNP三极管Q1\Q2均不会导通，因此NMOS管M3、M4亦处于关闭状态。NPN三极管Q5、Q6导通，从而使功率NMOS晶体管M1、M2门级为高电平，器件处于完全导通状态，整个系统可以正常充放电。如果该节电池发生过充电状态，IC1 的CO端会跳变为低电平， Q2导通， M4导通，此时NPN管Q6截止，从而关闭M2以切断充电回路。同理，如果发生过放电或过流、短路状况，IC1 的DO端会跳变为低电平， Q1导通， M3导通，此时NPN管Q7截止，从而关闭M1以切断放电回路。该方案主要有如下缺点：

1：方案线路复杂，成本高。

2：外围元件数量多，整体方案可靠性低。

技术实现要素：

针对现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种可级联单节锂电池保护芯片。旨在将原单节锂电池保护芯片及其外围信号传输、电平移位集成为一颗芯片，使整体方案更简单，更可靠。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种可级联单节锂电池保护芯片，其特征在于：该芯片包括逻辑处理模块、信号传输及电平移位模块、过充检测及过放检测模块、过充比较器、过放比较器、基准电路和延时电路，所述逻辑处理模块连接信号传输及电平移位模块、过充比较器输出端、过入比较器输出端和延时电路输出端；过充检测及过放检测模块的输入端分别连接VDD和VSS,其输出端分别作为过充比较器、过放比较器的一个输入端，过充比较器和过放比较器的另一输入端分别连接基准电路，信号传输及电平移位模块的两个输入端分别连接上一电路的过充及过放信号输出端，信号传输及电平移位模块的两个输出端分别作为过充及过放的控制端：

逻辑处理模块的作用为：处理各状态间的逻辑关系，进行逻辑运算并最终输出正确的充放电信号；

信号传输及电平移位模块的作用为：将充放电信号CO1、DO1的高低电平转换为高阻和高电平信号，并移位至适用于下节芯片接收的电位。

进一步地，所述可级联单节锂电池保护芯片包括第一PMOS管、第二PMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，第一PMOS管与第二PMOS管的源极相接并作为VDD输入端，第一PMOS管与第二PMOS管的栅极分别接第一电阻和第二电阻的第一端，第一电阻和第二电阻的第二端分别接本级池的充放电信号输入端，第一PMOS管与第二PMOS管的漏极分别接第三电阻和第四阻的第一端，并分别作为上一单元的过充、过放信号输入端，第三电阻和第四阻的第二端分别作为过充及过放的控制端。

本实用新型的有益效果是：将原单节锂电池保护芯片及其外围信号传输、电平移位集成为一颗芯片，使整体方案更简单，更可靠。专用单芯片方案，集成所有功能，简单可靠。通过设计集成，外围元件少，方案体积更小，成本更低。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

图1是现有技术的多串电池级联保护方案原理图；

图2是本实用新型单节保护芯片级联方案原理图；

图3是本实用新型具体实施方式的基本原理框图；

图4是本实用新型信号传输及电平移位模块2实施方式的电气原理图。

具体实施方式

参见附图，本实用新型一种可级联单节锂电池保护芯片，其特征在于：该芯片包括逻辑处理模块1、信号传输及电平移位模块2、过充检测及过放检测模块3、过充比较器4、过放比较器5、基准电路6和延时电路7，所述逻辑处理模块1连接信号传输及电平移位模块2、过充比较器4输出端、过入比较器5输出端和延时电路7输出端；过充检测及过放检测模块3的输入端分别连接VDD和VSS,其输出端分别作为过充比较器4、过放比较器5的一个输入端，过充比较器4和过放比较器5的另一输入端分别连接基准电路6，信号传输及电平移位模块2的两个输入端分别连接上一电路的过充及过放信号输出端C1、D1，信号传输及电平移位模块2的两个输出端分别作为过充及过放的控制端：

逻辑处理模块1的作用为：处理各状态间的逻辑关系，进行逻辑运算并最终输出正确的充放电信号CO1、DO1；

信号传输及电平移位模块2的作用为：将充放电信号CO1、DO1的高低电平转换为高阻和高电平信号，并移位至适用于下节芯片接收的电位。

过充检测及过放检测模块3通过分压电阻持续监测电池电压并送入过充比较器4、过放比较器5与基准电路6的基准值进行比较。如果电池电压过高，则过充比较器4由低电平翻转为高电平，送入逻辑处理模块1并启动延时电路7，达到预设的延迟时间后，逻辑模块控制将原始过充信号CO1由高电平翻转为低电平，并送入信号传输模及电平移位模块2进行处理。多颗芯片串联使用时，上一节芯片的信号输出端子CO、DO分别送入下一节芯片的信号输入端子CI、DI并依次逐级向下传递，最终传输至最下面一节芯片，控制外围电平移位和驱动线路，关闭充电控制功率NMOS晶体管以切断整体充电回路。电池电压过低时，原理相同，过放比较器5翻转启动延时电路7延时，并通过信号传递，最终关闭放电控制功率NMOS晶体管以切断整体放电回路。

参见图4，在本实用新型的实施例中，所述信号传输及电平移位模块2包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，第一PMOS管M1与第二PMOS管M2的源极相接并作为VDD输入端，第一PMOS管M1与第二PMOS管M2的栅极分别接第一电阻R1和第二电阻R2的第一端，第一电阻R1和第二电阻R2的第二端分别接本级池的充放电信号输入端C01、DO1，第一PMOS管M1与第二PMOS管M2的漏极分别接第三电阻R3和第四阻R4的第一端，并分别作为上一单元的过充、过放信号输入端，第三电阻R3和第四阻R4的第二端分别作为过充、过放控制端CO、D0。

上一节芯片的过充和过放信号分别通过CI、DI端子输入，正常状态下，CI、DI输入为高阻态。当上节芯片发生过充保护时，CI端输入变为高电平，与电阻R3、R4以及下节芯片内部电阻形成分压网络，最终输出高电平，将关闭充电控制MOS，切断充电回路。同理，当上节芯片发生过放保护时，DI端输入变化高电平，最终关闭放电控制MOS，切断放电回路。本节芯片所管理电池发生过充保护时，CO1端会从高电平跳变为低电平，PMOS管M1导通，使CI端跳变为高电平并最终切断充电回路。同理，本节电池发生过放保护时，DO1端从高电平跳变为低电平，PMOS管M2导通，使DI端跳变为高电平并最终切断放电回路。R1、R2为限流电阻，R3、R4为电平移位分压电阻。

本实用新型的级联方案可参见图2。

如本领域技术人员所知，其他具体实施方式亦可将PMOS晶体管改为PNP三极管，或通过反向逻辑使用NMOS晶体管，本文不再一一赘述。