高集成度电池保护电路制造技术

本实用新型专利技术涉及电池保护电路，尤其涉及具有过充电、过放电、过电流时自动切断电池与充电器连接的保护开关管的高集成度电池保护电路。包括一个主开关管，主开关管栅极控制电路，主开关管衬底控制电路，变动对策电路，状态初始化电路，段位变换电路并都集成在同一半导体衬底上。本实用新型专利技术的电池保护方案不但可大大减小方案面积，而且在成本上，既减少了芯片成本，又降低了封装成本，还降低了印刷电路板成本，而且也没有良率成本，实现了真正的低成本高集成度。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电池保护电路，尤其涉及具有过充电、过放电、过电流时自动切断电池与充电器连接的保护开关管的高集成度电池保护电路。
技术介绍
锂电池等二次电池由于过充电、过放电、过电流等异常状态而急剧恶化影响电池寿命。通常通过电池保护装置来保护这些异常状态下对电池的损坏。目前的电池保护装置如附图说明图1实施例所示，主要是靠传统的电池保护控制芯片092和外接放电开关093和充电开关094的方法来实现。此装置需要1个电池保护控制器092， 2个开关管095(为了减小内阻，通常是两个NMOS管集成在同一芯片内)，2个外接电阻和l个外接电容。此装置需要比较多的外围器件，不但方案面积比较大，而且占用较多的印刷电路板(PCB)，使得PCB成本较高，再加上控制器及2个开关管不在同一个芯片内，需2次封装成本。目前也有部分方案如图2实施例所示，为了降低外围器件数量，减小方案面积，降低总封装成本，用多芯片封装技术将控制器芯片092和2个外围开关管095芯片封装在一起成为一个芯片096。此方案虽然将两次封装减少为一次封装，在一定程度上降低了封装成本，但是两个芯片来自于不同的工艺，不同的厂家，其中任何一个芯片的失效将导致整个产品的失效，即使另一个芯片是良品。因而这种方案增加了良率成本。这种方案虽然方案面积有所降低，但总成本并不一定降低了。 内容鉴于上述问题，本技术目的是提供一种能够保护异常状态下电池损坏的低成本且高集成度的高集成度电池保护电路。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种高集成度电池保护电路，其特征在于包括一端接电池， 一端接负载或充电器的主开关管；根据电池的充电或放电异常来发出断开主开关管信号的主开关管栅极控制电路；具有随着主开关管状态自动切换主开关管衬底电压的主开关管衬底控制电路；用来减少电源变动以及充电器反连接对电池的损坏的变动对策电路；保证高集成度电池保护电路在初始接电池时进入正确的检测状态的状态初始化电路；根据不同电池需求实现OV电池充电或0V电池充电禁止的段位变换电路。进一歩地所述主开关管是一个隔离型NMOS管或PMOS管，其衬底与半导体衬底隔离。进一步地所述主开关管、主开关管栅极控制电路、主开关管衬底控制电路、电源变动对策电路、状态初始化电路及段位变换电路均设置在同一半导体衬底上。进一步地所述主开关管栅极控制电路包括基准电压产生电路、过充电检测电路、过放电检测电路、过电流检测电路、内置延迟时间设置电路、短路检测电路、充电器检测电路、电平移动电路和温度保护电路。所述充电器检测电路具有将负电压端子的负电压抬升为正电压，实现正电压间的比较的电压抬升电路。进一步地所述主开关管衬底控制电路具有最低电压判断电路、异常状态判断电路、衬底切换开关电路和电平移动电路。再进一步地所述变动对策电路具有连接在所述高集成度电池保护电路外部电压输入源和所述高集成度电池保护电路内部供电电压端的滤波电路，还具有连接在负电压端子和所述高集成度电池保护电路内部负电压检测端的充电器反接保护电路。再进一步地所述状态初始化电路具有在高集成度电池保护电路初始上电时让所述高集成度电池保护电路进入正常的工作状态的上电复位电路。再进一歩地所述段位变换电路具有可通过可熔断保险丝编程的0伏电池电压比较电路。更进一步地所述充电器检测电路具有将负电压端子的负电压抬升为正电压，实现正电压间的比较的电压抬升电路。本技术涉及高集成度电池保护电路，尤其涉及具有过充电、过放电、过电流时自动切断电池与充电器连接的保护开关管的高集成度电池保护电路，此电路还将过充电开关和过放电开关简化为一个主开关管并且与实现电池保护的其他电路集成于同一半导体衬底上，应用于电池保护方案仅需一个外围器件。如图3所示，控制电路099、主开关管103、电阻R1和R2集成于同一芯片100。本技术图3例可扩展如图四实施例所示，具有主开关管103，主开关管栅极控制电路101，主开关管衬底控制电路102，变动对策电路098。主开关管栅极控制电路101检测电池的异常状态，发出信号断开所述主开关管103，同时通过主开关衬底控制电路102来自动切换所述主开关管103的衬底偏置。这样一个主开关管103即可取代原有充电开关094和放电开关093，且该主开关管与控制该开关管的栅极控制电路和衬底控制电路置于同一半导体衬底。另外，本技术的特征在于具有变动对策电路098减少电源变动以及充电器反连接时对电池的损坏。根据本技术在同一半导体衬底上集成所述主开关管103、主开关管栅极控制电路101、主开关管衬底控制电路102、变动对策电路098，在外围只需要接1个电容即可形成电池保护方案。由于本技术将原有的两个开关管095减为一个主开关管103，而且所述主开关管103与其他电路都集成于同一衬底上，芯片面积比传统方案中的控制器芯片加两个开关管的芯片面积大大縮小，最终可封装到一最小封装SOT23-5内甚至更小。不仅如此，由于主开关管的集成使得传统方案中的外围器件R1，R2也可集成到芯片中，因此最终外围器件只需C1一个器件了。大大减小了最终方案面积。在成本上，既因为芯片面积縮小而减少了芯片成本，又因为封装面积縮小而降低了封装成本，而且外围器件的集成使得最终方案面积縮小，从而降低了印刷电路板成本，最后因为主开关管与其他电路都集成于同一半导体衬底上，源于同一制造工艺，不会出现象图2所描述的方案中两个来自不同制造工艺的芯片封装在一起，因为其中任何一个芯片的不良导致整个方案失效的良率成本，实现了真正的低成本高集成度。另外一些附加功能电源变动对策电路可以减少电源变动以及充电器反连接对电池的损坏；状态初始化电路很好的保证所述电池保护在初始接电池时进入正确的检测状态。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是传统电池保护装置一实施方框构成图图2是传统电池保护装置另一实施方框构成图图3是本技术的电池保护装置一实施方案的方框构成图图4是本技术的电池保护装置一实施方案的方框构成图(突出主开关管的控制电路)图5是本技术的电池保护装置内部实施例的详细方框构成图 图6是本技术的段位变换电路实施方框构成图 图7是本技术的充电检测电路实施方框构成图图8是本技术的电池保护装置集成于同一P型半导体衬底的剖面图(主 开关管是隔离的N型管)图9是本技术的电池保护装置集成于同一 P型半导体衬底的剖面图(土 丌关管是P型管)图中090电池 091负载或者充电器092传统的电池保护IC 093放电开关094充电开关 095充电开关和放电开关合为一起的合称096多芯片封装技术将电池保护IC控制器与充、放电开关封装在一个芯片中 098变动对策电路 099控制电路100高集成度电池保护电路 101主开关管栅极控制电路 102主开关管衬底控制电路111基准电压产生电路112延迟电路]13短路检测电路114过充检测电路115逻辑电路116过放检测电路117过温度检测电路118过电流检测电路119电平移动电路120充电检测电路121异常状态检测电路122最低电压检测电路123衬底切换开关124电平移动电路125充电器反接保护电路126滤波电路127初始化电路8128段位变换电路129可熔断保险丝130比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高集成度电池保护电路，其特征在于：包括一端接电池，一端接负载或充电器的主开关管；根据电池的充电或放电异常来发出断开主开关管信号的主开关管栅极控制电路；具有随着主开关管状态自动切换主开关管衬底电压的主开关管衬底控制电路；用来减少电源变动以及充电器反连接对电池的损坏的变动对策电路；保证高集成度电池保护电路在初始接电池时进入正确的检测状态的状态初始化电路；根据不同电池需求实现０Ｖ电池充电或０Ｖ电池充电禁止的段位变换电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭健，刘继山，
申请(专利权)人：赛芯微电子苏州有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]