[實用新型]一種鋰電池保護電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820040359.1
• 申請日: 2008-07-15
• 公開（公告）號: CN201215817Y
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 袁川
• 申請（專利權）人: 無錫華潤上華科技有限公司
• 主分類號: H01M2/34
• 分類號: H01M2/34;H02H7/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本實用新型涉及一種半導體集成電路，更具體地說涉及一種鋰離子電池的保護電路。

背景技術

一般而言，鋰離子電池有三部分構成：1.鋰離子電芯2.保護電路(PCM)3.外殼。鋰離子電芯的負極為石墨晶體，正極通常為二氧化鋰。充電時鋰離子由正極向負極運動而嵌入石墨層中。放電時，鋰離子從石墨晶體內(nèi)負極表面脫離移向正極。所以，在該電池充放電過程中鋰總是以鋰離子形態(tài)出現(xiàn)，而不是以金屬鋰的形態(tài)出現(xiàn)。因而這種電池叫做鋰離子電池，簡稱鋰電池。鋰電池具有：體積小、容量大、重量輕、無污染、單節(jié)電壓高、自放電率低、電池循環(huán)次數(shù)多等優(yōu)點，鋰電池的充放電有一定的要求，根據(jù)鋰電池的結構特性，最高充電終止電壓應為4.2V，不能過充，否則會因正極的鋰離子拿走太多，而使電池報廢。因鋰電池的內(nèi)部結構所致，放電時鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負極，以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命就相應縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。為了達到鋰離子電芯的充放電要求，鋰電池都配有保護電路，用于控制外部的充放電電流。

如圖1所示，現(xiàn)有的鋰電池保護電路一般由兩個場效應管和保護集成塊組成，過充電控制管M1和過放電控制管M2串聯(lián)于電路，由保護IC監(jiān)視電池電壓并進行控制，保護集成塊中包括過充電保護電路，過放電保護電路和過電流保護電路。保護IC檢測電池電壓，當電池電壓上升至電池過充點(假定為4.2V)時，啟動過度充電保護，過充電保護管M1截止，停止充電。當電池處于放電狀態(tài)下，保護IC檢測電池電壓，電池電壓降至其過放電電壓檢測點(假定為2.55V)時，啟動過放電保護，過放電控制管M2截止，停止向負載供電，當鋰電池接上充電器，且此時鋰電池電壓高于過度放電電壓時，過度放電保護功能方可解除。過電流保護是在當負載上有較大電流流過時，控制M2使其截止，停止向負載放電，目的是為了保護電池和場效應管。過電流檢測是利用場效應管的導通電阻作為檢測電阻，監(jiān)視它的電壓降，當電壓降超過設定值時就停止放電。

當用不同電壓規(guī)格的充電器給鋰電池充電時，保護IC在VDD—V-端的會加載到不同的電壓范圍。如果用高壓充電器給電池充電，電池充飽后保護IC的V-腳會有較高的負電壓，如果保護IC內(nèi)部的MOSFET晶體管按照低電壓(5V及其5V以下)工藝設計，其柵極的耐壓值不夠。通常的設計是對保護IC內(nèi)部與V-腳相連接的MOS采用高壓管，這樣就不能使用普通的5V及其5V以下的CMOS工藝來生產(chǎn)保護IC，而必須采用更高耐壓的工藝，增大了成本。即保護IC在VDD—V-端的耐壓值限制了鋰電池在不同規(guī)格的充電器的使用范圍，如果按照低電壓工藝設計的保護IC在VDD—V-端的耐壓能夠大于12V或以上高壓，其應用范圍將擴大，使得鋰電池的成本降低。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種鋰電池保護電路，該電路采用低電壓(5V及其5V以下)工藝制造的CMOS集成電路塊，其VDD—V-端具有18V以上耐壓，該電路既能在5V耐壓中使用又能在高壓中使用，使鋰電池的制造成本降低。

實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術方案是：一種鋰電池保護電路，由過充電控制管、過放電控制管和保護IC(即：保護集成塊)組成，所述過充電控制管和過放電控制管由保護IC監(jiān)視電池電壓并進行控制，所述保護IC為CMOS集成電路塊，其中包括過充電保護電路，過放電保護電路和過電流保護電路，所述保護IC中，在輸出負極和與輸出負極連接的MOS晶體管的柵極之間設有鉗位電路，在輸出負極的電壓在較大范圍內(nèi)變化時，鉗位電路承受大部分的負壓，使得MOS晶體管的柵極承受電壓限制在-3V以內(nèi)，并且不影響所述過充電保護電路，過放電保護電路和過電流保護電路的功能。

上述鉗位電路的功能可以采用多種結構形式實現(xiàn)。

作為鉗位電路的一種具體實現(xiàn)，該電路由控制電路和分壓電路組成，控制電路和分壓電路串聯(lián)；控制電路根據(jù)輸出負極的電壓控制鉗位電路的開啟，分壓電路用于承受負壓。

本實用新型通過在保護IC的輸出負極和內(nèi)部MOS晶體管的柵極之間加設鉗位電路，MOS晶體管的柵極與鉗位電路的電壓控制點連接，鉗位電路將電壓控制點的電壓控制在-2.5V以內(nèi)，使得MOS晶體管的柵極不需要承受高壓，解決了保護IC輸出負極V-的MOSFET晶體管柵極耐壓值不夠的問題，這樣使用普通的5V及其5V以下的CMOS工藝生產(chǎn)出來的保護IC，就能夠用于在鋰電池使用不同電壓規(guī)格的充電器充電時的保護。