[实用新型]一种锂电池保护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体集成电路，更具体地说涉及一种锂离子电池的保护电路。

背景技术

一般而言，锂离子电池有三部分构成：1.锂离子电芯2.保护电路(PCM)3.外壳。锂离子电芯的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。锂电池具有：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，锂电池的充放电有一定的要求，根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。为了达到锂离子电芯的充放电要求，锂电池都配有保护电路，用于控制外部的充放电电流。

如图1所示，现有的锂电池保护电路一般由两个场效应管和保护集成块组成，过充电控制管M1和过放电控制管M2串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行控制，保护集成块中包括过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路。保护IC检测电池电压，当电池电压上升至电池过充点(假定为4.2V)时，启动过度充电保护，过充电保护管M1截止，停止充电。当电池处于放电状态下，保护IC检测电池电压，电池电压降至其过放电电压检测点(假定为2.55V)时，启动过放电保护，过放电控制管M2截止，停止向负载供电，当锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制M2使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电池和场效应管。过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电压降，当电压降超过设定值时就停止放电。

当用不同电压规格的充电器给锂电池充电时，保护IC在VDD—V-端的会加载到不同的电压范围。如果用高压充电器给电池充电，电池充饱后保护IC的V-脚会有较高的负电压，如果保护IC内部的MOSFET晶体管按照低电压(5V及其5V以下)工艺设计，其栅极的耐压值不够。通常的设计是对保护IC内部与V-脚相连接的MOS采用高压管，这样就不能使用普通的5V及其5V以下的CMOS工艺来生产保护IC，而必须采用更高耐压的工艺，增大了成本。即保护IC在VDD—V-端的耐压值限制了锂电池在不同规格的充电器的使用范围，如果按照低电压工艺设计的保护IC在VDD—V-端的耐压能够大于12V或以上高压，其应用范围将扩大，使得锂电池的成本降低。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种锂电池保护电路，该电路采用低电压(5V及其5V以下)工艺制造的CMOS集成电路块，其VDD—V-端具有18V以上耐压，该电路既能在5V耐压中使用又能在高压中使用，使锂电池的制造成本降低。

实现上述发明目的的技术方案是：一种锂电池保护电路，由过充电控制管、过放电控制管和保护IC(即：保护集成块)组成，所述过充电控制管和过放电控制管由保护IC监视电池电压并进行控制，所述保护IC为CMOS集成电路块，其中包括过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路，所述保护IC中，在输出负极和与输出负极连接的MOS晶体管的栅极之间设有钳位电路，在输出负极的电压在较大范围内变化时，钳位电路承受大部分的负压，使得MOS晶体管的栅极承受电压限制在-3V以内，并且不影响所述过充电保护电路，过放电保护电路和过电流保护电路的功能。

上述钳位电路的功能可以采用多种结构形式实现。

作为钳位电路的一种具体实现，该电路由控制电路和分压电路组成，控制电路和分压电路串联；控制电路根据输出负极的电压控制钳位电路的开启，分压电路用于承受负压。

本实用新型通过在保护IC的输出负极和内部MOS晶体管的栅极之间加设钳位电路，MOS晶体管的栅极与钳位电路的电压控制点连接，钳位电路将电压控制点的电压控制在-2.5V以内，使得MOS晶体管的栅极不需要承受高压，解决了保护IC输出负极V-的MOSFET晶体管栅极耐压值不够的问题，这样使用普通的5V及其5V以下的CMOS工艺生产出来的保护IC，就能够用于在锂电池使用不同电压规格的充电器充电时的保护。