一种过流检测电路及电池保护装置的制作方法

[0001]
本发明属于电池保护技术领域，尤其涉及一种过流检测电路及电池保护装 置。


背景技术：

[0002]
在便携式电流应用中，锂离子电池供电应用非常广泛。由于锂离子电池存 在稳定性问题，为保护锂离子电池及其充电器，过压过流集成电路ic普遍地作 为锂离子电池充电器的前端应用。
[0003]
过压过流集成电路ic能实现多种保护功能，如输入电源过压保护、锂电池 过压保护、负载电流限流保护、ic过热保护等。过压过流集成电路典型应用如 图1，u1为过压过流保护ic。其中vbat用于检测电池电压，r
ilim
用于设置 过流保护阈值。当负载电流小于设定的限流值时，电流值由负载决定；当负载 电流设置值大于设定的限流值时，u1将负载电流保持为设定的限流值并持续一 定时间。如果持续时间大于设定的时间，则u1关闭内部mosfet以切断后端 电源。但是以上方法常用于中等及以上的过流阈值，但不适用于较小的过流保 护阈值，因为运放器失调会造成过流阈值偏差以及范围较大。可见，现有技术 中的过压过流集成电路若运用在较小的过流保护阈值时，存在因运放器失调会 造成过流阈值偏差以及范围较大的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明实施例提供一种过流检测电路，旨在解决现有技术中过压过流集成 电路若运用在较小的过流保护阈值时，存在因运放器失调会造成过流阈值偏差 以及范围较大的问题。
[0005]
本发明实施例提供一种过流检测电路，包括：过流比较器、逻辑控制电路、 恒流环路以及反馈环路；
[0006]
所述过流比较器用于接收采样到的输入电压与输出电压作为输入信号，根 据所述输入电压与输出电压的电压差与第一基准电压的比较结果控制所述过流 比较器是否翻转；
[0007]
所述逻辑控制电路用于接收所述过流比较器的输出信号，根据接收到的所 述输出信号控制所述恒流环路的通断；
[0008]
所述恒流环路用于根据采样到的采样电压与第二基准电压的大小确定采样 电阻的电流大小；
[0009]
所述反馈环路用于采样所述恒流环路的输出电压以及输出检测电压，并控 制所述输出电压等于所述输出检测电压。
[0010]
更进一步地，还包括滤波电路，所述滤波电路一端与所述恒流环路以及反 馈环路连接，另一端接地。
[0011]
更进一步地，所述滤波电路包括第一分压电阻以及滤波电容，所述第一分 压电阻与所述滤波电容并联后一端连接到所述恒流环路的电压输出端，另一端 接地。
[0012]
更进一步地，所述过流比较器包括正极输入端与负极输入端，所述正极输 入端接收采样到的所述输入电压，所述负极输入端接收采样到的所述输出电压。
[0013]
更进一步地，所述恒流环路包括第一运放器、第一场效应管以及第二场效 应管、第三场效应管以及所述采样电阻，所述第一运放器的输出端同时连接到 所述逻辑控制电路、第二场效应管控制端以及第三场效应管控制端，所述第一 运放器的正极输入端连接所述第一场效应管输出端以及所述采样电阻一端，用 于采样所述采样电压，所述第一运放器的负极输入端用于采样所述第二基准电 压；所述第二场效应管的输入端与所述第三场效应管的输入端连接，用于采集 所述输入电压。
[0014]
更进一步地，所述反馈环路包括第二运放器，所述第二运放器结合所述第 一场效应管构成负反馈环路。
[0015]
更进一步地，所述第二运放器的输出端连接到所述第一场效应管的控制端， 所述第二运放器的正极输入端连接到所述第二场效应管的输出端用于采样所述 输出检测电压，所述第二运放器的负极输入端连接到所述第三场效应管的输出 端用于采样所述输出电压，且所述第一场效应管的输入端连接到所述第二场效 应管的输出端以及所述第二运放器的正极输入端。
[0016]
更进一步地，所述第一场效应管为nmos管，所述第二场效应管与所述第 三场效应管为pmos管。
[0017]
更进一步地，所述第一场效应管、第二场效应管及第三场效应管的控制端 为所述nmos管以及所述pmos管的栅极，所述第一场效应管的输出端为 nmos管的源极，输入端为所述nmos管的漏极，所述第二场效应管及所述第 三场效应管的输出端为所述pmos管的漏极，输入端为所述pmos管的源极。
[0018]
本发明还提供一种电池保护装置，包括上述任一项实施例所述的过流检测 电路。
[0019]
本发明所达到的有益效果：本发明由于首先将采样到的输入电压和输出电 压并作为过流比较器的两个输入信号，通过直接计算输入电压与输出电压之间 的电压差，将电压差与第一基准电压进行比较，根据比较结果来控制过流比较 器是否翻转，这样，通过对电压进行检测，可以减小恒流环路以及反馈环路中 的元器件失调电压对过流阈值的影响，从而得到高精度的过流阈值；且结构简 单易于实现。
附图说明
[0020]
图1是现有技术提供的一种过流检测电路的电路图；
[0021]
图2是本发明实施例提供的一种过流检测电路的电路图；
[0022]
图3是本发明实施例提供的另一种过流检测电路的电路图；图4为本发明实施例提供的另一种过流检测电路的电路图。
[0023]
其中，1、过流比较器，2、逻辑控制电路，3、恒流环路，4、反馈环路，5、 滤波电路，6、第一分压电路，7、第二分压电路。
具体实施方式
[0024]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发
与第二基准电压vref3相等。
[0036]
上述反馈环路的输入端与恒流环路的输出端连接，用于接收恒流环路的输 出电压，且反馈环路有两个输入端，在两个输入端可以分别接收到输出电压 (vout)与输出检测电压(vout-sns)。反馈环路可以控制采样到的输出检测 电压vout-sns与输出电压vout相等，这样有利于得到准确的采样比例。
[0037]
在本发明实施例中，由于首先将采样到的输入电压和输出电压并作为过流 比较器的两个输入信号，通过直接计算输入电压与输出电压之间的电压差v
in
ꢀ-
v
out
，将电压差v
in-v
out
与第一基准电压vref2进行比较，根据比较结果来 控制过流比较器是否翻转，这样，通过对电压进行检测，可以减小恒流环路以 及反馈环路中的元器件失调时电压对过流阈值的影响，从而得到高精度的过流 阈值；且结构简单易于实现。
[0038]
实施例二
[0039]
在本发明实施例中，基于具体实施例一，还包括滤波电路5，滤波电路5 一端与恒流环路以及反馈环路连接，另一端接地。
[0040]
其中，滤波电路5可以对滤除电路中的干扰波，保证输出稳定的输出电压。 滤波电路5包括第一分压电阻以及滤波电容，第一分压电阻与滤波电容并联后 一端连接到恒流环路的电压输出端，另一端接地。参考图3，第一分压电阻为 rout，滤波电容为cout。
[0041]
可选的，上述恒流环路包括第一运放器、第一场效应管以及第二场效应管、 第三场效应管以及采样电阻，第一运放器的输出端同时连接到逻辑控制电路、 第二场效应管控制端以及第三场效应管控制端，第一运放器的正极输入端连接 第一场效应管输出端以及采样电阻一端，用于采集采样电压，第一运放器的负 极输入端用于采样第二基准电压vref3；第二场效应管的输入端与第三场效应 管的输入端连接，用于采集输入电压。
[0042]
参考图3所示，其中，第一运放器为a2，第一场效应管为m1，第二场效 应管为m0-sns，第三场效应管为m0，采样电阻为rsns。第一场效应管m1 为nmos管，第二场效应管m0-sns与第三场效应管m0为pmos管，且第二 场效应管m0-sns与第三场效应管m0同时作为功率开关管及采样管。nmos 管以及pmos管的栅极(g极)为控制端，nmos管的源极(s极)以及pmos 管的漏极(d极)为输出端，nmos管的漏极(d极)和pmos管的源极(s极) 为输入端。
[0043]
具体的，第一运放器a2包括正极输入端、负极输入端以及一个输出端。 第一运放器a2正极输入端连接到第一场效应管m1的s极与采样电阻rsns之 间用于采集采样电阻rsns的采样电压vsns。第一运放器a2负极输入端为第二 基准电压vref3输入端。第一运放器a2的输出端连接到第二场效应管m0-sns 的g极，以及第三场效应管m0的g极，将微弱的电压进行放大后，同时向第 二场效应管m0-sns以及第三场效应管m0输出电压信号。逻辑控制电路也同 时连接到第二场效应管m0-sns的g极，以及第三场效应管m0的g极，控制 第三场效应管m0的通断。
[0044]
可选的，反馈环路包括第二运放器，第二运放器结合第一场效应管构成负 反馈环路。
[0045]
参考图3所示，其中，第二运放器为a1，第二运放器包括正极输入端、负 极输入端以及输出端。第二运放器为a1的正极输入端连接第二场效应管 m0-sns的s极以及第一场效应管m1的d极，第二运放器为a1的负极输入 端连接到第三场效应管m0的s极，第二运放器为a1的输出端连接到第一场 效应管m1的g极。第二运放器为a1与第一场效应管m1之间形成负
反馈环 路，负反馈环路可以用来稳定输出电压或者增益，也可以扩展通频带。
[0046]
具体的，第二运放器为a1的正极输入端连接第二场效应管m0-sns的s 极可以用于采样输出检测电压(vout-sns)，第二运放器为a1的负极输入端连 接到第三场效应管m0的s极可以用于采样输出电压(vout)。且因为第一场 效应管为m1的d极连接到第二场效应管m0-sns的s极，以及第二运放器 a1的正极输入端，第一场效应管m1的g极连接到第一场效应管m1的g极， 通过第二运放器为a1与第一场效应管m1之间形成的负反馈环路可以稳定输 出电压(vout)，使得vout-sns等于vout，但同样由于运算放大器a1的失调 电压v
os
，会造成v
out_sns
＝v
out-v
os
的现象。
[0047]
更具体的，以下为实施例提供的过流检测电路的工作原理：
[0048]
当过流比较器ocp comp采样到的输入电压与输出电压满足：
[0049]
v
in-v
out
≥v
ref2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0050]
过流比较器ocp comp翻转开始正常工作，逻辑控制电路可以输出低电平 至第二场效应管m0-sns与第三场效应管m0的g极，使得第二场效应管 m0-sns与第三场效应管m0导通(vgs＜vt)。第二场效应管m0-sns的s极 与第一场效应管m1的d极连接并输出高电平其导通，同时采样电流流经采样 电阻rsns，得到采样电压vsns，当采样电压与第二基准电压满足vsns≥vref3 时，第一运算放大器a2开始正常工作，并与m0_sns，m1构成的负反馈环路， 使vsns＝vref3，此时负载电流i
out
等于：
[0051][0052]
其中，k为第二场效应管m0-sns与第三场效应管m0的采样比例系数， 可以将采样比例设置为1：k。
[0053]
恒流环路开始工作时，如果过流阈值i
ocp
较小(意味着v
in-v
out
较小)，此 时v
in-v
out
＜v
ref2
，过流比较器ocp comp不翻转；之后恒流环路一直工作， 随着负载加重，v
out
电压下降，并在v
in-v
out
≥v
ref2
时，过流比较器ocp comp 翻转，此时可以忽略第一运放器a1与第二运放器a1自身的失调电压v
os
，此 时的过流保护阈值i
ocp
为：
[0054][0055]
如果过流阈值i
ocp
较大(意味着v
in-v
out
较大)，此时可以忽略失调电压v
os
对过流阈值i
ocp
的影响，同样可以得到公式(3)。故无论过流阈值i
ocp
高低，本 发明都可以避免失调电压ios带来的影响，从而得到高精度的过流阈值。
[0056]
在本发明实施例中，通过将输入电压与输出电压作为过流比较器的两个输 入信号，只有当输入电压和输出电压的电差值v
in-v
out
达到第一基准电压 vref3时，过流比较器才能翻转。通过电压检测减小运放失调电压对过流阈值 的影响，可以克服电路中的放大器本身存在一定的失调，使得发生过流保护时 如果功率管的v
in-v
out
较小，采样电流比例会有较大偏差；随着v
out
减小， 采样电流比例恢复正常值的问题，避免造成过流保护阈值iocp偏差较大，同 时在不同负载下的iocp变化范围较大的现象。可以获取到高精度的过流阈值 同时结构简单、易于实现等优点。
[0057]
作为一种可能的实施例方式，如图4所示，图4为本发明实施例提供的另 一种过流检测电路的电路图。在上述实施例的基础上，还包括第一分压电路6 及第二分压电路7，第一分压电路6包括串联的第一分压电阻r1与第二分压电 阻r2，第二分压电路7包括串联的第三分压电阻r3与第四分压电阻r4。
[0058]
其中，第一分压电阻r1与第二分压电阻r2串联后一端连接第三场效应管 m0的s极、第二放大器a1的正极输入端以及滤波电路5，另一端接地。在第 一分压电阻r1与第二分压电阻r2之间可以采集输出电压vout-div，并将该输 出电压vout-div作为过流比较器的正极输入端的输入信号。
[0059]
第三分压电阻r3与第四分压电阻r4串联后一端连接第二场效应管 m0-sns的d极，以及第三场效应管m0的d极，另一端接地。在第三分压电 阻r3与第四分压电阻r4之间可以采集输入电压vin-div，并将该输入电压 vin-div作为过流比较器的负极输入端的输入信号。
[0060]
且在本实施例中，上述的第一场效应管m1可以替换为pmos管，第二场 效应管m0-sns与第三场效应管m0可以替换为nmos管。第一放大器a2与 第二放大器a1的正极输入端与负极输入端反接。
[0061]
具体的，当满足：
[0062]
vin-div-vout-div≥vref3
ꢀꢀꢀ
(4)
[0063]
过流比较器ocp comp翻转。恒流环路开始工作时，如果过流阈值i
ocp
较 小(意味着vin-div-vout-div较小)，此时vin-div-vout-div＜vref3，过流比较器 ocp comp不翻转；之后恒流环路一直工作，随着负载加重，v
out
电压下降， 并在vin-div-vout-div≥vref3，过流比较器ocp comp翻转，此时可以失调电 压v
os
，过流保护阈值i
ocp
如上式(3)所示。
[0064]
而如果过流阈值i
ocp
较大(意味着vin-div-vout-div较大)，此时可以忽略失 调电压v
os
对i
ocp
的影响，同样可以得到公式(3)。故无论i
ocp
高低，本发明始 终可以得到高精度的过流阈值。
[0065]
在本发明实施例中，由于首先将采样到的输入电压和输出电压并作为过流 比较器的两个输入信号，通过直接计算输入电压与输出电压之间的电压差，将 电压差v
in-v
out
与第一基准电压vref2进行比较，根据比较结果来控制过流比 较器是否翻转。这样，通过对电压进行检测，可以减小恒流环路以及反馈环路 中的元器件失调时电压对过流阈值的影响，从而得到高精度的过流阈值；且结 构简单易于实现。
[0066]
实施例三
[0067]
本发明还提供一种电池保护装置，包括上述任一项实施例的过流检测电路。
[0068]
在本实施例中，上述的电池保护装置可以用于对锂电池前端进行过流保护。 由于该电池保护装置包括了上述任一项过流检测电路，而该电流检测电路通过 首先将采样到的输入电压和输出电压并作为过流比较器的两个输入信号，通过 直接计算输入电压与输出电压之间的电压差，将电压差v
in-v
out
与第一基准电 压vref2进行比较，根据比较结果来控制过流比较器是否翻转，这样，通过对 电压进行检测，可以减小恒流环路以及反馈环路中的元器件失调电压对过流阈 值的影响，从而得到高精度的过流阈值；且结构简单易于实现。因此该电池保 护装置同样具备上述效果。
[0069]
本申请的说明书和权利要求书及附图说明中的术语“包括”和“具有”以 及它们的
任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求 书或附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描 述特定顺序。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、 结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出 现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或 备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施 例可以与其它实施例相结合。
[0070]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。