驱动电路和电池保护系统的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种驱动电路和电池保护系统。

背景技术：

目前，电池保护电路中包含对外部mosfet(mosfet的原意是：mos-metaloxidesemiconductor金属氧化物半导体，fet-fieldeffecttransistor场效应晶体管，即以金属层m的栅极隔着氧化层o利用电场的效应来控制半导体s的场效应晶体管)驱动的驱动电路。驱动过强(即电路中的等效电阻小，电流强)的情况下，对芯片的emi(electromagneticinterference，电磁干扰)具有一定的负向影响；驱动过弱(即电路中的等效电阻大，电流弱)的情况下，又大大降低了mosfet的开关速度。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述技术问题，提供一种驱动电路，该驱动电路能够避免驱动过强而对电磁干扰产生负向影响且能够实现强驱动以保证对外部诸如mosfet的开关器件的开关速度。

本发明的另一目的是为了提供一种包括上述驱动电路的电池保护系统。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种驱动电路，包括控制单元、串联在第一电极与第二电极之间的第一开关器件和第一电阻以及与所述第一电阻并联的第二开关器件，所述第二开关器件在导通时具有小于所述第一电阻的电阻，用于与第三开关器件的控制端连接的保护引脚设于所述第一开关器件与所述第一电阻之间，其中：在第一状态下，所述控制单元控制所述第二开关器件截止且同时控制所述第一开关器件导通以通过第一电阻在所述第一电极与所述第二电极之间形成通路，使得保护引脚输出能够使所述第三开关器件导通的所述第一电极的电压；在第二状态下，所述控制单元控制所述第一开关器件截止且同时控制所述第二开关器件导通设定时间使得所述保护引脚输出能够使所述第三开关器件截止的所述第二电极的电压后截止。

在一些实施例中，所述第一开关器件为第一pmos晶体管，其漏极与所述第一电阻相连，其源极与所述第一电极相连，其栅极与所述控制单元的输出端相连。

在一些实施例中，所述第二开关器件为第一nmos晶体管，其漏极连接于所述第一电阻连接所述第一开关器件的一端，其源极连接于所述第一电阻的另一端，其栅极与所述控制单元的输出端耦接。

在一些实施例中，所述第二开关器件为第二pmos晶体管，其源极连接于所述第一电阻连接所述第一开关器件的一端，其漏极连接于所述第一电阻的另一端，其栅极与所述控制单元的输出端耦接。

在一些实施例中，所述驱动电路还包括第二nmos晶体管、电流镜单元和第二电阻，其中，所述第二nmos晶体管的衬底与第三电极相连、其源极与电流偏置源连接、其栅极与所述控制单元的输出端连接且其漏极与所述电流镜单元的输入端连接，所述第三电极的电压小于所述第一电极的电压和所述第二电极的电压，所述电流镜单元的输出端与所述第二电阻的一端耦接，所述第二电阻的另一端与所述第二电极相连，所述第二开关器件的控制端耦接于所述电流镜单元的输出端和所述第二电阻之间。

在一些实施例中，所述驱动电路包括第三nmos晶体管，其漏极和栅极与所述第二电阻的另一端相连，其源极与第二电极相连。

在一些实施例中，所述电流镜单元包括第三pmos晶体管和第四pmos晶体管，所述第三pmos晶体管的源极和所述第四pmos晶体管的源极与所述第一电极相连，所述第三pmos晶体管的漏极和栅极以及所述第四pmos晶体管的栅极与所述第二nmos晶体管的漏极相连，所述第四pmos晶体管的漏极与所述第二电阻的一端耦接。

在一些实施例中，所述驱动电路包括第五pmos晶体管，其源极与所述第四pmos晶体管的漏极相连，其漏极与所述第二电阻的一端连接，其栅极与所述第三电极相连，所述第二开关器件的控制端连接于所述第五pmos晶体管和所述第二电阻之间。

在一些实施例中，所述第三开关器件为mos晶体管，并且，所述第一电极为电池的电芯正极，所述第二电极为所述电池的负极；或，所述第一电极为电池的电芯负极，所述第二电极为所述电池的正极。

本发明第二方面提供了一种电池保护系统，包括电池、用于导通或关断放电路径的放电保护开关和用于导通或关断充电路径的充电保护开关以及上述的驱动电路，所述第三开关器件包括所述放电保护开关和所述充电保护开关，所述保护引脚包括充电保护引脚和所述放电保护引脚，所述放电保护引脚与所述放电保护开关的控制端相连，所述充电保护引脚与所述充电保护开关的控制端相连。

在上述技术方案中，由于在诸如正常充电或放电的第一状态下，控制单元控制第二开关器件截止且同时控制第一开关器件导通，通过第一电阻在第一电极与第二电极之间形成通路，使得保护引脚输出能够使所述第三开关器件导通的所述第一电极的电压，根据需要选择大阻值的电阻作为第一电阻，电路中的电流较弱，避免了驱动过强的情况下对诸如芯片的电器部件的电磁干扰产生负向影响，在诸如充电或放电异常的第二状态下，控制单元控制所述第一开关器件截止且同时控制第二开关器件导通设定时间使得所述保护引脚输出能够使所述第三开关器件截止的所述第二电极的电压后截止，由于第二开关器件在导通时具有小于所述第一电阻的电阻，电路中的等效电阻较小，电流较大，能够实现强驱动，可将保护引脚的电压在设定时间内由第一电极的电压快速改变为第二电极的电压以使第三开关器件快速截止，从而保证了对外部诸如mosfet的第三开关器件的开关速度。也就是说，这种驱动方式既保证在第一状态下保护引脚的驱动是由第一电阻决定的利于电磁干扰的弱驱动，又保证了在需要外部第三开关器件截止以断开诸如充放电管的电路时由第二开关器件决定的快速关断的强驱动。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种电池保护系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的驱动电路的结构示意图；

图3为图2中的驱动电路的控制单元输出的驱动信号的视图；

图4为本发明第二实施例提供的驱动电路的结构示意图；

图5为图4中的驱动电路的控制单元输出的驱动信号的视图；

图6为本发明第三实施例提供的驱动电路的结构示意图；

图7为图6中的驱动电路的控制单元输出的驱动信号的视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一方面提供了一种驱动电路，包括控制单元、串联在第一电极与第二电极之间的第一开关器件和第一电阻r1以及与所述第一电阻并联的第二开关器件，所述第二开关器件在导通时具有小于所述第一电阻r1的电阻，用于与第三开关器件的控制端连接的保护引脚设于所述第一开关器件与所述第一电阻r1之间，其中：在第一状态下，所述控制单元控制所述第二开关器件截止且同时控制所述第一开关器件导通以通过第一电阻r1在所述第一电极与所述第二电极之间形成通路，使得保护引脚输出能够使所述第三开关器件导通的所述第一电极的电压；在第二状态下，所述控制单元控制所述第一开关器件截止且同时控制所述第二开关器件导通设定时间使得所述保护引脚输出能够使所述第三开关器件截止的所述第二电极的电压后截止。

在上述技术方案中，由于在诸如正常充电或放电的第一状态下，控制单元控制第二开关器件截止且同时控制第一开关器件导通，通过第一电阻r1在第一电极与第二电极之间形成通路，使得保护引脚输出能够使所述第三开关器件导通的所述第一电极的电压，根据需要选择大阻值的电阻作为第一电阻r1，电路中的电流较弱，避免了驱动过强的情况下对诸如芯片的电器部件的电磁干扰产生负向影响，在诸如充电或放电异常的第二状态下，控制单元控制所述第一开关器件截止且同时控制第二开关器件导通设定时间使得所述保护引脚输出能够使所述第三开关器件截止的所述第二电极的电压后截止，由于第二开关器件在导通时具有小于所述第一电阻r1的电阻，电路中的等效电阻较小，电流较大，能够实现强驱动，可将保护引脚的电压在设定时间内由第一电极的电压快速改变为第二电极的电压以使第三开关器件快速截止，从而保证了对外部诸如mosfet的第三开关器件的开关速度。也就是说，这种驱动方式既保证在第一状态下保护引脚的驱动是由第一电阻r1决定的利于电磁干扰的弱驱动，又保证了在需要外部第三开关器件截止以断开诸如充放电管的电路时由第二开关器件决定的快速关断的强驱动。

其中，所述第三开关器件为mos晶体管，具体地，可为pmos晶体管，或者也可为nmos晶体管，并且，所述第一电极为电池的电芯正极，所述第二电极为所述电池的负极；或，所述第一电极为电池的电芯负极，所述第二电极为所述电池的正极。

图1为一种电池保护系统的结构示意图。如图1所示，电池保护系统包括电池、用于导通或关断放电路径的放电保护开关200和用于导通或关断充电路径的充电保护开关300以及上述的驱动电路100。所述第三开关器件包括放电保护开关200和充电保护开关300，其中，两只n沟道mosfet可分别作为放电保护开关200和充电保护开关300使用，为电池提供保护。保护引脚包括充电保护引脚cout和放电保护引脚dout，所述放电保护引脚dout与所述放电保护开关200的控制端相连，所述充电保护引脚cout与所述充电保护开关300的控制端相连。

正常充电或放电时可为第一状态，充电或放电异常时可为第二状态，例如充电过压或过流，再如放电过压或过流。当充电过压和/或充电过流时，通过充电保护引脚cout输出有效充电保护信号以使得充电保护开关300截止，断开电池的充电路径，从而防止电池因过充电而损坏；当放电过压和/或放电过流时，通过放电保护引脚dout输出有效放电保护信号以使得放电保护开关200截止，断开电池的放电路径，从而防止电池因过放电而损坏。

如图1所示，当所述第一电极为电池的电芯正极，所述第二电极为电池的负极时，可设置与电池的电芯正极连接的vcc引脚、与电池的电芯负极连接的vss引脚、与电池的负极bp-连接的vm引脚，驱动电路的第一开关器件和第一电阻r1可串联于vcc引脚与vm引脚之间。

其中，驱动电路可设置充电保护引脚cout或放电保护引脚dout，下面以充电保护引脚cout的下拉驱动为例进行说明。

图2为本发明第一实施例提供的驱动电路的结构示意图。如图2所示，所述第一开关器件为第一pmos晶体管pm1，其与第一电阻r1串联于vcc引脚与vm引脚之间，具体地，其漏极与所述第一电阻r1相连，其源极与所述第一电极相连，即与连接电池的电芯正极的vcc引脚相连，其栅极与所述控制单元的输出端相连。另外，优选地，所述第二开关器件为第一nmos晶体管nm1，其漏极连接于所述第一电阻r1连接所述第一开关器件的一端，其源极连接于所述第一电阻r1的另一端，其栅极与所述控制单元的输出端耦接。

图3为图2中的驱动电路的控制单元输出的驱动信号的视图。如图3所示，正常充电时，cdrv及cdrv_p为低电平vm，此时pm1导通，nm1截止，通过第一电阻r1在电池的电芯正极(即vcc引脚)与电池的负极bp-(即vm引脚)之间形成通路，第一电阻r1选择大阻值电阻，使充电保护引脚cout输出高电平vcc，即充电保护开关300的控制端为高电平，充电保护开关300导通，外部充电路径接通。由于第一电阻r1的阻值较大，电路中的电流较弱，避免了驱动过强的情况下对电池保护芯片的emi产生负向影响。继续参考图3，充电过压和/或过流时，cdrv跳变为高电平vcc并保持此状态，pm1截止，与此同时cdrv_p也跳变为高电平vcc且经过时间t后再次跳变为低电平vm，cdrv_p跳变为高电平vcc时，nm1导通，由于nm1在导通时具有小于所述第一电阻r1的电阻，此时电路中的等效电阻较小，电流较大，能够实现强驱动，可将充电保护引脚cout的电压在设定时间t内从高电平vcc快速下拉至低电平vm，以使充电保护开关300截止来关断充电路径，提高了对外部mosfet的开关速度。

图4为本发明第二实施例提供的驱动电路的结构示意图。如图4所示，所述第二开关器件为第二pmos晶体管，其源极连接于所述第一电阻r1连接所述第一开关器件的一端，其漏极连接于所述第一电阻r1的另一端，其栅极与所述控制单元的输出端耦接。

图5为图4中的驱动电路的控制单元输出的驱动信号的视图。如图5所示，正常充电时，cdrv为低电平vm，pm1导通，cdrv_p为高电平vcc，pm2截止，通过第一电阻r1在电池的电芯正极(即vcc引脚)与电池负极bp-(即vm引脚)之间形成通路，第一电阻r1选择大阻值电阻，充电保护引脚cout输出高电平vcc，即充电保护开关300的控制端为高电平，充电保护开关300导通，外部充电路径接通。由于第一电阻r1的阻值较大，电路中的电流较弱，避免了驱动过强的情况下对电池保护芯片的emi产生负向影响。继续参考图5，充电过压和/或过流时，cdrv跳变为高电平vcc并保持此状态，pm1截止，与此同时cdrv_p也跳变为低电平vm且经过时间t后再次跳变为高电平vcc，cdrv_p跳变为低电平vm时，pm2导通，由于pm2在导通时具有小于所述第一电阻r1的电阻，电路中的等效电阻较小，电流较大，能够实现强驱动，可将充电保护引脚cout的电压在设定时间t内从高电平vcc快速下拉至低电平vm，以使充电保护开关300截止来关断充电路径，提高了对外部mosfet的开关速度。

图6为本发明第三实施例提供的驱动电路的结构示意图。如图6所示，所述驱动电路还包括第二nmos晶体管nm2、电流镜单元10和第二电阻r2，其中，所述第二nmos晶体管的衬底与第三电极相连、其源极与电流偏置源ib连接、其栅极与所述控制单元的输出端连接且其漏极与所述电流镜单元10的输入端连接，所述第三电极的电压小于所述第一电极的电压和所述第二电极的电压，其中，第三电极可为电池的电芯负极，第二nmos晶体管的衬底可与连接电池的电芯负极的vss引脚相连，所述电流镜单元10的输出端与所述第二电阻r2的一端耦接，所述第二电阻r2的另一端与所述第二电极相连，即可与连接电池的负极的vm引脚相连，所述第二开关器件的控制端耦接于所述电流镜单元10的输出端和所述第二电阻r2之间。

图7为图6中的驱动电路的控制单元输出的驱动信号的视图。如图7所示，正常充电时，cdrv及cdrv_p为低电平vss，此时pm1导通，nm3截止，nm1的栅极为低电平，nm1截止，通过第一电阻r1在电池的电芯正极(即vcc引脚)与电池负极bp-(即vm引脚)之间形成通路，第一电阻r1选择大阻值电阻，使充电保护引脚cout输出高电平vcc，充电保护开关300导通，外部充电路径接通。由于第一电阻r1的阻值较大，使电路中的电流较弱，避免了驱动过强的情况下对电池保护芯片的emi产生负向影响。继续参考图7，充电过压和/或过流时，cdrv跳变为高电平vcc并保持此状态，pm1截止，与此同时cdrv_p也跳变为高电平vcc且经过时间t后再次跳变为低电平，cdrv_p跳变为高电平vcc时，nm3导通，nm1的栅极为高电平，nm1导通，由于nm1在导通时具有小于所述第一电阻r1的电阻，此时电路中的等效电阻较小，电流较大，能够实现强驱动，可将充电保护引脚cout的电压在设定时间t内由高电平vcc快速下拉至低电平vm，以使充电保护开关300截止来关断充电路径，提高了对外部mosfet的开关速度。

进一步地，如图6所示，所述驱动电路包括第三nmos晶体管，其漏极和栅极与所述第二电阻r2的另一端相连，其源极与第二电极相连，即与连接电池的负极的vm引脚相连。这样使第二电阻r2选用较小阻值时也可使第二开关器件导通。具体地，当第二开关器件为第一nmos晶体管nm1时，cdrv_p为高电平vcc时，nm1的栅极电压大于源极，nm1导通。

另外，优选地，所述电流镜单元10包括第三pmos晶体管pm3和第四pmos晶体管pm4，所述第三pmos晶体管pm3的源极和所述第四pmos晶体管pm4的源极与所述第一电极相连，即与连接电池的电芯正极的vcc引脚相连，所述第三pmos晶体管pm3的漏极和栅极以及所述第四pmos晶体管pm4的栅极与所述第二nmos晶体管nm2的漏极相连，所述第四pmos晶体管pm4的漏极与所述第二电阻r2的一端耦接。这样第四pmos晶体管pm4能够以一定比例复制第三pmos晶体管pm3的电流。

为了使第三pmos晶体管pm3和第四pmos晶体管pm4能够选用低压管以降低成本，优选地，所述驱动电路包括第五pmos晶体管pm5，其源极与所述第四pmos晶体管pm4的漏极相连，其漏极与所述第二电阻r2的一端连接，其栅极与所述第三电极相连，即与连接电池的电芯负极的vss引脚相连，所述第二开关器件的控制端连接于所述第五pmos晶体管pm5和所述第二电阻r2之间。

综上所述，可根据具体工作需要选取合适的r2、nm1、nm3尺寸及cdrv_p的高电平的设定时间t，当cdrv_p为高电平期间使开关管nm2导通，通过电流偏置ib及pm3、pm4决定的电流及作用在r2、nm3上的电压，保证nm1的ron满足驱动要求并能在设定时间t内完成cout下拉至vm的动作；当cdrv_p为低电平期间，nm1的ron远远大于r1，此时通过第一电阻r1在所述电池的电芯正极与所述电池的负极之间形成通路，选取大电阻作为第一电阻r1使电路中的电流较小。这种驱动方式既保证了大部分情况下cout的下拉驱动是由r1决定的利于emi的弱驱动，又保证了在需要外部充电管关断时由nm1决定的快速关断的强驱动。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。