目前，隨著便攜式電子產(chǎn)品的正向輕量化、超小型化，鋰離子電池得到了廣泛應(yīng)用，比較常見(jiàn)的正極材料為鈷酸鋰和錳酸鋰的鋰離子電池，還有磷酸鐵鋰電池和磷酸鐵錳電池等。 鋰離子電池以其能量高、壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶性、無(wú)污染等特點(diǎn)在電池行業(yè)名列前茅。但是鋰離子電池和其他很多類(lèi)型的電池一樣也很容易出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電等現(xiàn)象， 這些情況對(duì)鋰離子電池更容易造成損害， 從而縮短使用壽命。所以要求鋰電池充電應(yīng)具有一級(jí)保護(hù)功能?！　?/p>本文引用地址：http://www.2s4d.com/article/227785.htm

國(guó)內(nèi)目前還出現(xiàn)這種電池保護(hù)的核心技術(shù)， 本文設(shè)計(jì)了一種鋰離子電池充電保護(hù)電路， 此保護(hù)電路的電壓、電流源基于耗盡型工藝設(shè)計(jì)， 便于實(shí)現(xiàn)低功耗。另外此保護(hù)電路的供電電壓來(lái)源于電池電壓， 所以要求此保護(hù)芯片在電池電壓變化范圍（1~8 V） 內(nèi)正常工作。本文設(shè)計(jì)的保護(hù)電路以低功耗、高精度、高能量密度、高內(nèi)阻、高安全性等特性脫穎而出，因此這種鋰離子電池保護(hù)電路的應(yīng)用得到了普及?！　?/p>

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

此芯片是單節(jié)電池的保護(hù)電路并且過(guò)電壓、過(guò)電流的檢測(cè)延遲時(shí)間是可改變的， 其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示， 芯片設(shè)計(jì)VDD、VSS、DP、CO、DO、VM 6 個(gè)引腳。通常情況下， 即電池沒(méi)發(fā)生過(guò)充電、過(guò)放電事件時(shí)， CO、DO 都為高電平， DP 端子懸空， 圖1 中右半部分的6 個(gè)MOSFET是耐高壓管。

工作原理是通過(guò)監(jiān)視連接在VDD 和VSS 之間的電池電壓及VM 和VSS 之間的電壓差控制充電器的充電和放電。　　

1.1 通常狀態(tài)的設(shè)計(jì)　　

如圖1 所示， 通常狀態(tài)下， 即電池電壓在過(guò)放電檢測(cè)電壓（VDL） 以上且在過(guò)充電檢測(cè)電壓（VCU） 以下， VM 端子的電壓在充電器檢測(cè)電壓（VCHA） 以上且在過(guò)電流1 檢測(cè)電壓以下的情況下，設(shè)計(jì)振蕩器模塊不工作， 充電控制用MOSFET 和放電控制用MOSFET 的兩方均打開(kāi)。這時(shí)可以進(jìn)行自由的充電和放電。　　

1.2 過(guò)電壓檢測(cè)的設(shè)計(jì)　　

當(dāng)電池出現(xiàn)過(guò)充電時(shí)， 過(guò)充比較器跳變， 過(guò)充電檢測(cè)電壓VCU 從H 變成L, 經(jīng)過(guò)過(guò)充電檢測(cè)延遲時(shí)間后， 禁止電池充電。同時(shí)， 電路的輸出TCU 為H, 經(jīng)過(guò)一個(gè)反饋電路使過(guò)充電比較器的輸入電壓升高， 所以電池電壓必須下降更多才能使比較器輸出變?yōu)镠.這就實(shí)現(xiàn)了過(guò)充電滯后電壓的設(shè)計(jì)過(guò)程?！　?/p>

當(dāng)電池過(guò)放電時(shí)， 過(guò)放電檢測(cè)電壓VDL 從H 變?yōu)長(zhǎng), 經(jīng)過(guò)時(shí)間TDL 后， 禁止電池放電。此時(shí)， 通過(guò)0 V 充電禁止模塊使VM 升高， 從而五個(gè)比較器的使能端SD 跳變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)， 此時(shí)電路中的五個(gè)比較器都不工作， 而且振蕩器也不工作， 電路進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)VM 降低使SD 再次發(fā)生改變時(shí)， 電路解除休眠狀態(tài)。休眠狀態(tài)的電流不能超過(guò)100 nA。　　

1.3 過(guò)電流檢測(cè)的設(shè)計(jì)　　

當(dāng)VM 端子電壓大于過(guò)電流1 檢測(cè)電壓， 并且這個(gè)狀態(tài)在過(guò)電流1 檢測(cè)延遲時(shí)間以上時(shí)， 關(guān)閉放電用的FET 從而停止放電?！　?/p>

當(dāng)VM 端子電壓大于過(guò)電流2 檢測(cè)電壓， 并且這個(gè)狀態(tài)在過(guò)電流2 檢測(cè)延遲時(shí)間以上時(shí)， 關(guān)閉放電用的FET 從而停止放電。　通過(guò)不同環(huán)形振蕩器的振蕩頻率， 調(diào)整過(guò)電流的檢測(cè)延遲時(shí)間的長(zhǎng)短， 可及時(shí)停止放電。

2 關(guān)鍵電路的實(shí)現(xiàn)　　

本文從低功耗、低成本、寬工作電壓范圍等考慮， 提出基于耗盡型工藝的獨(dú)特設(shè)計(jì)方法?！　?/p>

基準(zhǔn)電壓源電路、過(guò)充過(guò)放遲滯電路、0 V 充電禁止電路、振蕩器電路在整個(gè)芯片中起到關(guān)鍵的作用。其中多處的基準(zhǔn)電壓源電路分別為各比較器提供合適的參考電壓和為振蕩器提供合適的起振電壓， 并且使比較器和振蕩器工作在弱反型區(qū)。此處不對(duì)各基準(zhǔn)電壓源的具體數(shù)值單獨(dú)分析， 只對(duì)其原理作詳細(xì)的分析。

2.1 基準(zhǔn)電壓源電路　　

傳統(tǒng)基準(zhǔn)電壓源電路由帶隙基準(zhǔn)電路、帶隙基準(zhǔn)啟動(dòng)電路、比較器電路和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)組成?！　?/p>

但本文的電源電壓有時(shí)工作在2 V, 此時(shí)傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路由于電源電壓太低而無(wú)法工作在正常的區(qū)域； 整個(gè)片子要求的功耗非常小， 若采用傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路功耗會(huì)過(guò)大。本文提出了更有效的辦法， 用耗盡型工藝取代了原始的BiCMOS 工藝?！　?/p>

電路如圖2 所示，M84 為耗盡型管子， 其閾值電壓是可調(diào)的。在版圖設(shè)計(jì)中M84 單獨(dú)設(shè)計(jì)在一個(gè)隔離層中， 避免其他器件的干擾。

該電路是具有負(fù)反饋功能的基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Vbd、Vb1、V b2.因?yàn)殡娫丛诜钦Ｇ闆r下波動(dòng)范圍很大， 所以電容C 的作用是使電路對(duì)電源波動(dòng)太大時(shí)不敏感； SD 是電路工作的使能端， 低電平有效； R22、R21、R25 構(gòu)成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)， R23、R24 構(gòu)成分壓電路。