[发明专利]自适应的衬底切换电路结构及电池保护芯片

说明书

本发明提供了一种自适应的衬底切换电路结构及电池保护芯片，第一MOS管Q1的栅极作为GP引脚，第一MOS管Q1的漏极分别连接第三MOS管Q3的源极和第四MOS管Q4的栅极，第一MOS管Q1的源极分别连接第四MOS管Q4的源极和第三MOS管Q3的栅极，第一MOS管Q1的衬底连接第二MOS管Q2的漏极；第二MOS管Q2的栅极作为GB引脚，第二MOS管Q2的源极分别连接第二MOS管Q2的衬底、第三MOS管Q3的衬底、第三MOS管Q3的漏极、第四MOS管Q4的漏极以及第四MOS管Q4的衬底。本发明提出的自适应衬底切换方案，使锂电保护芯片可以单芯片集成，同时实现充、放电功能，缩减了芯片面积和成本。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体地，涉及一种自适应的衬底切换电路结构及电池保护芯片。

背景技术

目前，传统的锂电池保护芯片的方案如图1所示，芯片通过引脚D0、C0控制FET1、FET2的通断，来完成锂电池的充、放电及其特殊功能，FET1、FET2都自带体二极管，传统锂电芯片加片外的功率MOS开关管，其工作原理为：(1指高电平状态，0指低电平状态)

a、正常状态：C0＝1,D0＝1，相应的充电管FET2、放电管FET1导通，完成正常的充、放电功能；

b、过充电状态：D0＝1,C0＝0,充电管FET2截止、放电管FET1导通。此时电池BAT的正极通过CP端口接负载正极，负载负极接CN端，这时CN电位要比FET1导通后接入的GND电位要高，FET2的寄生二极管导通。电池BAT通过负载、FET2的寄生二极管，FET1完成放电功能，此时放电电流最大值比正常状态放电电流最大值小很多，取决于FET2寄生二极管的导通能力；

c、过放电状态：D0＝0,C0＝1，充电管FET2导通，放电管FET1截止。此时若有外接充电器接入，GND的电位要比FET2导通接入的充电器负极电位要高，FET1的寄生二极管导通。外接充电器正端通过电池BAT,FET1的寄生二极管，FET2，接到充电器的负端。此时充电电流最大值比正常状态放电电流最大值小很多，取决于FET1寄生二极管的导通能力；

d、放电过流状态：D0＝0,C0＝1，充电管FET2导通，放电管FET1截止；

e、充电过流状态：D0＝1,C0＝0,充电管FET2截止、放电管FET1导通。

上述锂电池保护芯片的方案需要用两个片外功率MOS管实现锂电池的充、放电功能，增加了成本和系统方案的面积，结构复杂。

公开号为CN107742907A的专利文献公开了一种自适应充电电压的锂电保护板和锂电池充电方法。一种自适应充电电压的锂电保护板，包括保险丝，程序管理MCU芯片U2，充放电专用芯片U3，用于电流检测的电阻、放电开关、充电开关和涓流充电线路，所述涓流充电线路用于在锂电池充电后期模拟恒压涓流充电使锂电池电量充满；一种的锂电池的充电方法，电池电压达到设定值时，断开充电开关，进入模拟涓流充电状态，涓流充电电流经PACK+,保险丝,各节电池,用于电流检测的电阻,涓流充电线路,PACK-给电池充电，当检测到电池电压达到充满电压值时，表示电池充满，关断涓流充电线路。但是该专利文献仍然存在充电电开关由片外两个或多个分立的MOS开关组成的缺陷。

公开为CN105576777B的专利文献公开了一种电池保护系统，它由保护控制逻辑模块，N沟道MOS管MN，肖特基二极管DS1和肖特基二极管DS2构成；保护控制逻辑模块的输出端连接MN的栅极，DS1的正极和DS2的正极分别连接在MN的源极和漏极，DS1的负极和DS2的负极均连接在衬底上；该电池保护系统引出电源VCC脚，MN的源极和漏极；电源VCC脚连接电池的正极，MN的源极连接电池的负极，负载连接在电池的正极和MN的漏极之间。但是该专利文献仍然存在以下缺陷：(1)电路示意图中MN开关管的寄生二极管DP1、DP2正负极接法错误，与具体的工作状态密切相关：(2)当芯片处于过充电状态，主开关管关闭后，无法形成放电通路进行放电，当芯片处于过放电状态，主开关管关闭后，充电器接入，无法形成充电通路进行充电。