CN104993459B - 电池保护芯片及电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池保护芯片，该芯片包括：过充电检测电路、过放电检测电路、放电过流检测电路、控制电路、单向导通电路、第一电容、第一短路检测电路、第一电阻和第二电阻；单向导通电路的输入端与电芯正极相连接；单向导通电路的输出端与第一电容的第一端、第一短路检测电路的电源端相连接；第一电容的第二端接地；第一短路检测电路的输出端与控制电路的第一输出端相连接；第一电阻的第一端与单向导通电路的输入端相连接；第一电阻的第二端与过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；第二电阻的第一端与放电过流检测电路的输入端、第一短路检测电路的输入端相连接。
Description
技术领域
本发明涉及电池保护技术领域，尤其涉及一种电池保护芯片及电池。
背景技术
电池保护芯片通常被安装在电池内，在如手机电池内部，有一块很小的印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)，电池保护芯片就安装在此印刷电路板上。电池保护芯片与其他的辅助元件一起提供对电池充放电控制。比较常用的是锂离子电池和锂聚合物电池。电池保护芯片的基本功能包括过电压充电保护，过电压放电保护，放电过流保护，短路保护。过电压充电保护是指当电芯被充电至电芯电压超过过电压充电阈值(例如4.3V)时，电池保护芯片控制关断充电回路。过电压放电保护是指电芯被放电至电芯低压低于过电压放电阈值(例如2.5V)时，电池保护芯片控制关断放电回路。放电过流保护是指当放电负载电流过大，超过放电过流阈值时，电池保护芯片控制关断放电回路。短路保护是指当放电负载电流过大，超过短路阈值时，电池保护芯片控制关断放电回路。短路保护与放电过流保护的区别在于短路保护的电流阈值更高，但延迟时间更短。例如短路阈值为20A，延迟时间为10uS，放电过流阈值为3A，延迟时间为12mS。图1现有技术的电池保护芯片的结构图，如图1所示，电池保护芯片为虚线框内的部分。现有技术中，在电池保护的印刷电路板上存在电阻和电容。如果没有电阻和电容，当电芯发生瞬间微短路时，芯片VDD和G之间的电压会降到很低，甚至为零，这样由于芯片失去电源，会导致芯片功能失效和内部节点状态异常。如果没有电阻和电容，当VDD和VM之间发生瞬间短路外部时,例如外部负载出现短路，也会导致VDD和G之间的电压下降到很低，低于芯片正常工作所需的电压，这样也会导致芯片功能失效和内部节点状态异常。这两个元件的用处是，当出现上述电芯内部微短路或外部负载短路时，电容会存储一定的电压，保证芯片可以正常工作，而不出现错误。电阻Ra的取值范围为100欧姆-1K欧姆，电容的取值范围为0.01微法-0.22微法。电阻1的典型值为470欧姆，电容的典型值为0.1微法。现有技术中，保护板上还安装了电阻Rb，连接在VM和VMI之间，其主要功能是防止充电器接反时，损坏电池保护芯片。传统的电池保护芯片中，在VDD和VMI之间存在静电保护电路，并且传统的静电保护电路中存在由VMI向VDD正向导通的通路，即在VMI和VDD之间存在等效为正向二极管的寄生二极管。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的上述不足，将电阻和电容集成至电池保护芯片中，实现进一步小型化，同时采用集成工艺制造的方式有效的降低了成本。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种电池保护芯片，该电池保护芯片包括：过充电检测电路、过放电检测电路、放电过流检测电路、控制电路，该芯片还包括：单向导通电路、第一电容、第一短路检测电路、第一电阻和第二电阻；
单向导通电路的输入端与电芯正极相连接；单向导通电路的输出端与第一电容的第一端、第一短路检测电路的电源端相连接；第一电容的第二端接地；第一短路检测电路的输出端与控制电路的第一输出端相连接；
第一电阻的第一端与单向导通电路的输入端相连接；第一电阻的第二端与过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；
第二电阻的第一端与放电过流检测电路的输入端、第一短路检测电路的输入端相连接。
优选的，电池保护芯片还包括：高耐压ESD电路和双向截止ESD电路；
高耐压ESD电路的输入端与电芯的正极、过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；高耐压ESD电路的输出端接地；
双向截止ESD电路的输入端与电芯的正极相连接；双向截止ESD电路的输出端与第二功率管的漏极相连接。
优选的，电池保护芯片还包括：第二短路检测电路；
第二短路检测电路的电源端与单向导通电路的输入端相连接；第二短路检测电路的输入端与第二电阻的第一端相连接；第二短路检测电路的输出端与控制电路的输入端相连接。
优选的，电池保护芯片还包括：充电过流检测电路；
充电过流检测电路的输入端与第二电阻的第一端相连接；充电过流检测电路第二端与控制电路的输入端相连接。
优选的，电池保护芯片还包括：第一功率管和第二功率管；
第一功率管的漏极与电芯的负极相连接；第一功率管的栅极与控制电路的第一输出端相连接；第一功率管的源极与第二功率管的源极相连接；第二功率管的栅极与控制电路的第二输出端相连接；第二功率管的漏极与第二电阻的第二端、双向截止ESD电路的输出端相连接。
优选的，第一短路检测电路包括：施密特触发器、第一反相器、第二反相器、第一电流源、第二电流源、第二电容、第三电阻和第三功率管；
施密特触发器的电源端通过第一电流源与第一电容的第一端相连接；施密特触发器的输入端与双向截止ESD电路的输出端相连接；施密特触发器的输出端与第一反相器的输入端相连接；第一反相器的输出端与第二反相器的输入端相连接，第一反相器的输出端还通过第二电容与第一电容的第一端相连接；第二反相器的输出端与第三功率管的栅极相连接；第三功率管的源极通过第三电阻与第二功率管的栅极相连接；第一反相器的负电源输入端通过第二电流源与第三功率管的漏极、施密特触发器的正电源输入端相连接；施密特触发器的负电源输入端接地。
优选的，第一电容保持电压时间大于第一短路检测电路中设定的短路保护延迟时间，其中，第一电容仅为第一短路检测电路供电。
优选的，第一电阻和第二电阻的电阻值大于100欧姆。
第二方面，本发明提供一种电池，该电池包括：电芯和电池保护芯片。
本发明实施例提供的电池保护芯片，利用集成电阻和电容，减小了电池保护印刷电路板的面积，降低了元件成本及元件焊接成本，同时有效的降低了电路板的失效率，从而提高系统的可靠性。
附图说明
图1为现有技术的一种电池保护芯片的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种电池保护芯片的结构图；
图3为本发明实施例提供的另一种电池保护芯片的结构图；
图4为本发明实施例提供的另一种电池保护芯片的结构图；
图5为本发明实施例提供的另一种电池保护芯片的结构图；
图6为本发明实施例提供的另一种电池保护芯片的结构图；
图7为本发明实施例提供的一种短路检测电路的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图2本发明实施例提供的一种电池保护芯片的结构图，如图2所示，该电池保护芯片包括：过充电检测电路、过放电检测电路、放电过流检测电路、控制电路，该芯片还包括：单向导通电路、第一电容、第一短路检测电路、第一电阻和第二电阻；
单向导通电路的输入端与电芯正极相连接；单向导通电路的输出端与第一电容的第一端、第一短路检测电路的电源端相连接；第一电容的第二端接地；第一短路检测电路的输出端与控制电路的第一输出端相连接；
第一电阻的第一端与单向导通电路的输入端相连接；第一电阻的第二端与过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；
第二电阻的第一端与放电过流检测电路的输入端、第一短路检测电路的输入端相连接。
具体地，第一电容保持电压时间大于第一短路检测电路中设定的短路保护延迟时间，其中，第一电容仅为第一短路检测电路供电。
需要说明的是，第一电容C1可以设计为10pF，第一电容C1的设计值范围可以为0.1pF-100pF。在条件允许情况下，第一电容C1的电容值越大，节点VC的电压越稳定；但是，第一电容C1的电容值越大，占用芯片的面积越大，生产成本随之增加。
具体地，第一短路检测电路消耗的平均电流小于1uA。
具体地，第一电阻和第二电阻的电阻值大于100欧姆。
工作过程如下：单向导通电路实现电流只能由节点VDD流向节点VC，为第一电容C1充电；截止由节点VC流向节点VDD的电流，防止第一电容C1的电荷被反向电流所放电。如果在异常状态下，例如，内部电芯微短路或外部短路时，VDD电压快速下降，单向导通电路用于防止第一电容C1上的电荷被泄放掉，使第一电容C1上的电压被保持，即第一电容C1上的电压即节点VC的电压不会随VDD节点电压快速下降而下降，维持较稳定的电压，为第一短路检测电路供电，从而使第一短路检测电路可以在任何时刻实现根据短路检测的结果控制是否禁止放电。
需要说明的是，本发明实施例中的单向导通电路可以由一个二极管实现，其中，二极管的阳极与电池的正极相连接；二极管的阴极与第一电容的第一端相连接。
单向导通电路也可以由两个PMOS管实现，其中，MP1的源极与电池正极相连接；MP1的漏极与MP2的漏极相连接；MP1的栅极与MP2的栅极、MP2的源极、第一电容的第一端相连接。当VC电压低于VDD-|Vthp|电压时，MP1和MP2导通，VDD电压对VC充电。当VC电压低于VDD电压但大于VDD-|Vthp|电压时，由于MOS亚阈值特性，仍有可能存在VDD对VC充电的电流，只是很小。MP1和MP2衬体连接方式实现禁止经由衬体的寄生反向电流(VC流向VDD)。由于MP1和MP2的栅极接VC节点，当VDD电压低于VC时，MP1和MP2的沟道会完全截止，无反向电流(VC流向VDD)。
由此可知，本发明实施例中的单向导通电路具体形式不做限定，除上述几种情况外，还可以通过其他方式实现。
图3本发明实施例提供的另一种电池保护芯片的结构图，如图3所示，该电池保护芯片还包括：高耐压ESD电路和双向截止ESD电路；
高耐压ESD电路的输入端与电芯的正极、过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；高耐压ESD电路的输出端接地；
双向截止ESD电路的输入端与电芯的正极相连接；双向截止ESD电路的输出端与第二功率管的漏极相连接。
需要说明的是，由于实际电池系统中连接都存在一定的导线，例如从电芯的正极连接到芯片VDD端存在导线，负载正端连接VDD节点也存在导线，这些导线存在一定的寄生电感。在发生外部短路时，保护芯片检测到短路，关断MD，此时寄生电感会产生反激电压，导致VDD和VM之间产生瞬间高压，VDD和G之间也会耦合瞬间较高电压。
现有技术实施方式中，印刷电路板上的电容和电阻将形成滤波器，将电压尖峰滤除，从而使电池保护芯片不会承受较高瞬间电压。采用本发明实施方式后，为了抵抗该瞬间电压冲击，避免芯片损坏，采用高耐压ESD电路作为VDD与G之间的静电保护电路，采用双向截止ESD电路作为VDD与VM之间的静电保护电路。
具体地，高耐压ESD电路的耐压大于等于18V。高耐压ESD电路可以为耐压超过15V的NMOS管，其中，NMOS管的栅极接地或者通过一个电阻接地；高耐压ESD电路也可以为NPN管，其中NPN管的基极接地或者通过一个电阻接地；高耐压ESD电路还可以在NMOS的漏极加入P+有源区来改善静电保护性能，或在NPN管的集电极中加入P+来改善静电保护性能；在本发明实施例中，高耐压ESD电路的具体形式不做限定。
具体地，双向截止ESD电路的耐受VDD比VM高18V，并且耐受VM比VDD高5V。双向截止ESD电路可以为两个二极管反向连接；在本发明实施例中，双向截止ESD电路的具体形式不做限定。
该电池保护芯片包括：过充电检测电路、过放电检测电路、放电过流检测电路、控制电路，该芯片还包括：单向导通电路、第一电容、第一短路检测电路、第一电阻和第二电阻；
单向导通电路的输入端与电芯正极相连接；单向导通电路的输出端与第一电容的第一端、第一短路检测电路的电源端相连接；第一电容的第二端接地；第一短路检测电路的输出端与控制电路的第一输出端相连接；
第一电阻的第一端与单向导通电路的输入端相连接；第一电阻的第二端与过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；
第二电阻的第一端与放电过流检测电路的输入端、第一短路检测电路的输入端相连接。
具体地，第一电容保持电压时间大于第一短路检测电路中设定的短路保护延迟时间，其中，第一电容仅为第一短路检测电路供电。
需要说明的是，第一电容C1可以设计为10pF，第一电容C1的设计值范围可以为0.1pF-100pF。在条件允许情况下，第一电容C1的电容值越大，节点VC的电压越稳定；但是，第一电容C1的电容值越大，占用芯片的面积越大，生产成本随之增加
具体地，第一短路检测电路消耗的平均电流小于1uA。
具体地，第一电阻和第二电阻的电阻值大于100欧姆。
工作过程如下：单向导通电路实现电流只能由节点VDD流向节点VC，为第一电容C1充电；截止由节点VC流向节点VDD的电流，防止第一电容C1的电荷被反向电流所放电。如果在异常状态下，例如，内部电芯微短路或外部短路时，VDD电压快速下降，单向导通电路用于防止第一电容C1上的电荷被泄放掉，使第一电容C1上的电压被保持，即第一电容C1上的电压即节点VC的电压不会随VDD节点电压快速下降而下降，维持较稳定的电压，为第一短路检测电路供电，从而使第一短路检测电路可以在任何时刻实现根据短路检测的结果控制是否禁止放电。
需要说明的是，本发明实施例中的单向导通电路可以由一个二极管实现，其中，二极管的阳极与电池的正极相连接；二极管的阴极与第一电容的第一端相连接。
单向导通电路也可以由两个PMOS管实现，其中，MP1的源极与电池正极相连接；MP1的漏极与MP2的漏极相连接；MP1的栅极与MP2的栅极、MP2的源极、第一电容的第一端相连接。当VC电压低于VDD-|Vthp|电压时，MP1和MP2导通，VDD电压对VC充电。当VC电压低于VDD电压但大于VDD-|Vthp|电压时，由于MOS亚阈值特性，仍有可能存在VDD对VC充电的电流，只是很小。MP1和MP2衬体连接方式实现禁止经由衬体的寄生反向电流(VC流向VDD)。由于MP1和MP2的栅极接VC节点，当VDD电压低于VC时，MP1和MP2的沟道会完全截止，无反向电流(VC流向VDD)。
由此可知，本发明实施例中的单向导通电路具体形式不做限定，除上述几种情况外，还可以通过其他方式实现。
图4本发明实施例提供的另一种电池保护芯片的结构图，如图4所示，该电池保护芯片还包括：第二短路检测电路；
第二短路检测电路的电源端与单向导通电路的输入端相连接；第二短路检测电路的输入端与第二电阻的第一端相连接；第二短路检测电路的输出端与控制电路的输入端相连接。
需要说明的是，本发明实施例提供的第二短路检测电路用于当放电负载电流过大，超过短路阈值时，电池保护芯片控制管段放电回路。
具体地，第二短路检测电路中设定的第二短路保护延迟时间大于或等于第一短路检测电路设定的第一短路保护延迟时间。
该电池保护芯片包括：过充电检测电路、过放电检测电路、放电过流检测电路、控制电路，该芯片还包括：单向导通电路、第一电容、第一短路检测电路、第一电阻和第二电阻；
单向导通电路的输入端与电芯正极相连接；单向导通电路的输出端与第一电容的第一端、第一短路检测电路的电源端相连接；第一电容的第二端接地；第一短路检测电路的输出端与控制电路的第一输出端相连接；
第一电阻的第一端与单向导通电路的输入端相连接；第一电阻的第二端与过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；
第二电阻的第一端与放电过流检测电路的输入端、第一短路检测电路的输入端相连接。
具体地，第一电容保持电压时间大于第一短路检测电路中设定的短路保护延迟时间，其中，第一电容仅为第一短路检测电路供电。
需要说明的是，第一电容C1可以设计为10pF，第一电容C1的设计值范围可以为0.1pF-100pF。在条件允许情况下，第一电容C1的电容值越大，节点VC的电压越稳定；但是，第一电容C1的电容值越大，占用芯片的面积越大，生产成本随之增加。
具体地，第一短路检测电路消耗的平均电流小于1uA。
具体地，第一电阻和第二电阻的电阻值大于100欧姆。
工作过程如下：单向导通电路实现电流只能由节点VDD流向节点VC，为第一电容C1充电；截止由节点VC流向节点VDD的电流，防止第一电容C1的电荷被反向电流所放电。如果在异常状态下，例如，内部电芯微短路或外部短路时，VDD电压快速下降，单向导通电路用于防止第一电容C1上的电荷被泄放掉，使第一电容C1上的电压被保持，即第一电容C1上的电压即节点VC的电压不会随VDD节点电压快速下降而下降，维持较稳定的电压，为第一短路检测电路供电，从而使第一短路检测电路可以在任何时刻实现根据短路检测的结果控制是否禁止放电。
需要说明的是，本发明实施例中的单向导通电路可以由一个二极管实现，其中，二极管的阳极与电池的正极相连接；二极管的阴极与第一电容的第一端相连接。
单向导通电路也可以由两个PMOS管实现，其中，MP1的源极与电池正极相连接；MP1的漏极与MP2的漏极相连接；MP1的栅极与MP2的栅极、MP2的源极、第一电容的第一端相连接。当VC电压低于VDD-|Vthp|电压时，MP1和MP2导通，VDD电压对VC充电。当VC电压低于VDD电压但大于VDD-|Vthp|电压时，由于MOS亚阈值特性，仍有可能存在VDD对VC充电的电流，只是很小。MP1和MP2衬体连接方式实现禁止经由衬体的寄生反向电流(VC流向VDD)。由于MP1和MP2的栅极接VC节点，当VDD电压低于VC时，MP1和MP2的沟道会完全截止，无反向电流(VC流向VDD)。
由此可知，本发明实施例中的单向导通电路具体形式不做限定，除上述几种情况外，还可以通过其他方式实现。
该电池保护芯片还包括：高耐压ESD电路和双向截止ESD电路；
高耐压ESD电路的输入端与电芯的正极、过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；高耐压ESD电路的输出端接地；
双向截止ESD电路的输入端与电芯的正极相连接；双向截止ESD电路的输出端与第二功率管的漏极相连接。
需要说明的是，由于实际电池系统中连接都存在一定的导线，例如从电芯的正极连接到芯片VDD端存在导线，负载正端连接VDD节点也存在导线，这些导线存在一定的寄生电感。在发生外部短路时，保护芯片检测到短路，关断MD，此时寄生电感会产生反激电压，导致VDD和VM之间产生瞬间高压，VDD和G之间也会耦合瞬间较高电压。
现有技术实施方式中，印刷电路板上的电容和电阻将形成滤波器，将电压尖峰滤除，从而使电池保护芯片不会承受较高瞬间电压。采用本发明实施方式后，为了抵抗该瞬间电压冲击，避免芯片损坏，采用高耐压ESD电路作为VDD与G之间的静电保护电路，采用双向截止ESD电路作为VDD与VM之间的静电保护电路。
具体地，高耐压ESD电路的耐压大于等于18V。高耐压ESD电路可以为耐压超过15V的NMOS管，其中，NMOS管的栅极接地或者通过一个电阻接地；高耐压ESD电路也可以为NPN管，其中NPN管的基极接地或者通过一个电阻接地；高耐压ESD电路还可以在NMOS的漏极加入P+有源区来改善静电保护性能，或在NPN管的集电极中加入P+来改善静电保护性能；在本发明实施例中，高耐压ESD电路的具体形式不做限定。
具体地，双向截止ESD电路的耐受VDD比VM高18V，并且耐受VM比VDD高5V。双向截止ESD电路可以为两个二极管反向连接；在本发明实施例中，双向截止ESD电路的具体形式不做限定。
图5本发明实施例提供的另一种电池保护芯片的结构图，如图5所示，该电池保护芯片还包括：充电过流检测电路；
充电过流检测电路的输入端与第二电阻的第一端相连接；充电过流检测电路第二端与控制电路的输入端相连接。
该电池保护芯片包括：过充电检测电路、过放电检测电路、放电过流检测电路、控制电路，该芯片还包括：单向导通电路、第一电容、第一短路检测电路、第一电阻和第二电阻；
单向导通电路的输入端与电芯正极相连接；单向导通电路的输出端与第一电容的第一端、第一短路检测电路的电源端相连接；第一电容的第二端接地；第一短路检测电路的输出端与控制电路的第一输出端相连接；
第一电阻的第一端与单向导通电路的输入端相连接；第一电阻的第二端与过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；
第二电阻的第一端与放电过流检测电路的输入端、第一短路检测电路的输入端相连接。
具体地，第一电容保持电压时间大于第一短路检测电路中设定的短路保护延迟时间，其中，第一电容仅为第一短路检测电路供电。
需要说明的是，第一电容C1可以设计为10pF，第一电容C1的设计值范围可以为0.1pF-100pF。在条件允许情况下，第一电容C1的电容值越大，节点VC的电压越稳定；但是，第一电容C1的电容值越大，占用芯片的面积越大，生产成本随之增加。
具体地，第一短路检测电路消耗的平均电流小于1uA。
具体地，第一电阻和第二电阻的电阻值大于100欧姆。
工作过程如下：单向导通电路实现电流只能由节点VDD流向节点VC，为第一电容C1充电；截止由节点VC流向节点VDD的电流，防止第一电容C1的电荷被反向电流所放电。如果在异常状态下，例如，内部电芯微短路或外部短路时，VDD电压快速下降，单向导通电路用于防止第一电容C1上的电荷被泄放掉，使第一电容C1上的电压被保持，即第一电容C1上的电压即节点VC的电压不会随VDD节点电压快速下降而下降，维持较稳定的电压，为第一短路检测电路供电，从而使第一短路检测电路可以在任何时刻实现根据短路检测的结果控制是否禁止放电。
需要说明的是，本发明实施例中的单向导通电路可以由一个二极管实现，其中，二极管的阳极与电池的正极相连接；二极管的阴极与第一电容的第一端相连接。
单向导通电路也可以由两个PMOS管实现，其中，MP1的源极与电池正极相连接；MP1的漏极与MP2的漏极相连接；MP1的栅极与MP2的栅极、MP2的源极、第一电容的第一端相连接。当VC电压低于VDD-|Vthp|电压时，MP1和MP2导通，VDD电压对VC充电。当VC电压低于VDD电压但大于VDD-|Vthp|电压时，由于MOS亚阈值特性，仍有可能存在VDD对VC充电的电流，只是很小。MP1和MP2衬体连接方式实现禁止经由衬体的寄生反向电流(VC流向VDD)。由于MP1和MP2的栅极接VC节点，当VDD电压低于VC时，MP1和MP2的沟道会完全截止，无反向电流(VC流向VDD)。
由此可知，本发明实施例中的单向导通电路具体形式不做限定，除上述几种情况外，还可以通过其他方式实现。
该电池保护芯片还包括：高耐压ESD电路和双向截止ESD电路；
高耐压ESD电路的输入端与电芯的正极、过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；高耐压ESD电路的输出端接地；
双向截止ESD电路的输入端与电芯的正极相连接；双向截止ESD电路的输出端与第二功率管的漏极相连接。
需要说明的是，由于实际电池系统中连接都存在一定的导线，例如从电芯的正极连接到芯片VDD端存在导线，负载正端连接VDD节点也存在导线，这些导线存在一定的寄生电感。在发生外部短路时，保护芯片检测到短路，关断MD，此时寄生电感会产生反激电压，导致VDD和VM之间产生瞬间高压，VDD和G之间也会耦合瞬间较高电压。
现有技术实施方式中，印刷电路板上的电容和电阻将形成滤波器，将电压尖峰滤除，从而使电池保护芯片不会承受较高瞬间电压。采用本发明实施方式后，为了抵抗该瞬间电压冲击，避免芯片损坏，采用高耐压ESD电路作为VDD与G之间的静电保护电路，采用双向截止ESD电路作为VDD与VM之间的静电保护电路。
具体地，高耐压ESD电路的耐压大于等于18V。高耐压ESD电路可以为耐压超过15V的NMOS管，其中，NMOS管的栅极接地或者通过一个电阻接地；高耐压ESD电路也可以为NPN管，其中NPN管的基极接地或者通过一个电阻接地；高耐压ESD电路还可以在NMOS的漏极加入P+有源区来改善静电保护性能，或在NPN管的集电极中加入P+来改善静电保护性能；在本发明实施例中，高耐压ESD电路的具体形式不做限定。
具体地，双向截止ESD电路的耐受VDD比VM高18V，并且耐受VM比VDD高5V。双向截止ESD电路可以为两个二极管反向连接；在本发明实施例中，双向截止ESD电路的具体形式不做限定。
该电池保护芯片还包括：第二短路检测电路；
第二短路检测电路的电源端与单向导通电路的输入端相连接；第二短路检测电路的输入端与第二电阻的第一端相连接；第二短路检测电路的输出端与控制电路的输入端相连接。
需要说明的是，本发明实施例提供的第二短路检测电路用于当放电负载电流过大，超过短路阈值时，电池保护芯片控制管段放电回路。
具体地，第二短路检测电路中设定的第二短路保护延迟时间大于或等于第一短路检测电路设定的第一短路保护延迟时间。
该电池保护芯片包括：过充电检测电路、过放电检测电路、放电过流检测电路、控制电路，该芯片还包括：单向导通电路、第一电容、第一短路检测电路、第一电阻和第二电阻；
单向导通电路的输入端与电芯正极相连接；单向导通电路的输出端与第一电容的第一端、第一短路检测电路的电源端相连接；第一电容的第二端接地；第一短路检测电路的输出端与控制电路的第一输出端相连接；
第一电阻的第一端与单向导通电路的输入端相连接；第一电阻的第二端与过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；
第二电阻的第一端与放电过流检测电路的输入端、第一短路检测电路的输入端相连接。
具体地，第一电容保持电压时间大于第一短路检测电路中设定的短路保护延迟时间，其中，第一电容仅为第一短路检测电路供电。
需要说明的是，第一电容C1可以设计为10pF，第一电容C1的设计值范围可以为0.1pF-100pF。在条件允许情况下，第一电容C1的电容值越大，节点VC的电压越稳定；但是，第一电容C1的电容值越大，占用芯片的面积越大，生产成本随之增加。
具体地，第一短路检测电路消耗的平均电流小于1uA。
具体地，第一电阻和第二电阻的电阻值大于100欧姆。
工作过程如下：单向导通电路实现电流只能由节点VDD流向节点VC，为第一电容C1充电；截止由节点VC流向节点VDD的电流，防止第一电容C1的电荷被反向电流所放电。如果在异常状态下，例如，内部电芯微短路或外部短路时，VDD电压快速下降，单向导通电路用于防止第一电容C1上的电荷被泄放掉，使第一电容C1上的电压被保持，即第一电容C1上的电压即节点VC的电压不会随VDD节点电压快速下降而下降，维持较稳定的电压，为第一短路检测电路供电，从而使第一短路检测电路可以在任何时刻实现根据短路检测的结果控制是否禁止放电。
需要说明的是，本发明实施例中的单向导通电路可以由一个二极管实现，其中，二极管的阳极与电池的正极相连接；二极管的阴极与第一电容的第一端相连接。
单向导通电路也可以由两个PMOS管实现，其中，MP1的源极与电池正极相连接；MP1的漏极与MP2的漏极相连接；MP1的栅极与MP2的栅极、MP2的源极、第一电容的第一端相连接。当VC电压低于VDD-|Vthp|电压时，MP1和MP2导通，VDD电压对VC充电。当VC电压低于VDD电压但大于VDD-|Vthp|电压时，由于MOS亚阈值特性，仍有可能存在VDD对VC充电的电流，只是很小。MP1和MP2衬体连接方式实现禁止经由衬体的寄生反向电流(VC流向VDD)。由于MP1和MP2的栅极接VC节点，当VDD电压低于VC时，MP1和MP2的沟道会完全截止，无反向电流(VC流向VDD)。
由此可知，本发明实施例中的单向导通电路具体形式不做限定，除上述几种情况外，还可以通过其他方式实现。
该电池保护芯片还包括：高耐压ESD电路和双向截止ESD电路；
高耐压ESD电路的输入端与电芯的正极、过充电检测电路的输入端、过放电检测电路的输入端、控制电路的输入端相连接；高耐压ESD电路的输出端接地；
双向截止ESD电路的输入端与电芯的正极相连接；双向截止ESD电路的输出端与第二功率管的漏极相连接。
需要说明的是，由于实际电池系统中连接都存在一定的导线，例如从电芯的正极连接到芯片VDD端存在导线，负载正端连接VDD节点也存在导线，这些导线存在一定的寄生电感。在发生外部短路时，保护芯片检测到短路，关断MD，此时寄生电感会产生反激电压，导致VDD和VM之间产生瞬间高压，VDD和G之间也会耦合瞬间较高电压。
现有技术实施方式中，印刷电路板上的电容和电阻将形成滤波器，将电压尖峰滤除，从而使电池保护芯片不会承受较高瞬间电压。采用本发明实施方式后，为了抵抗该瞬间电压冲击，避免芯片损坏，采用高耐压ESD电路作为VDD与G之间的静电保护电路，采用双向截止ESD电路作为VDD与VM之间的静电保护电路。
具体地，高耐压ESD电路的耐压大于等于18V。高耐压ESD电路可以为耐压超过15V的NMOS管，其中，NMOS管的栅极接地或者通过一个电阻接地；高耐压ESD电路也可以为NPN管，其中NPN管的基极接地或者通过一个电阻接地；高耐压ESD电路还可以在NMOS的漏极加入P+有源区来改善静电保护性能，或在NPN管的集电极中加入P+来改善静电保护性能；在本发明实施例中，高耐压ESD电路的具体形式不做限定。
具体地，双向截止ESD电路的耐受VDD比VM高18V，并且耐受VM比VDD高5V。双向截止ESD电路可以为两个二极管反向连接；在本发明实施例中，双向截止ESD电路的具体形式不做限定。
该电池保护芯片还包括：第二短路检测电路；
第二短路检测电路的电源端与单向导通电路的输入端相连接；第二短路检测电路的输入端与第二电阻的第一端相连接；第二短路检测电路的输出端与控制电路的输入端相连接。
需要说明的是，本发明实施例提供的第二短路检测电路用于当放电负载电流过大，超过短路阈值时，电池保护芯片控制管段放电回路。
具体地，第二短路检测电路中设定的第二短路保护延迟时间大于或等于第一短路检测电路设定的第一短路保护延迟时间。
该电池保护芯片还包括：第一功率管和第二功率管；
第一功率管的漏极与电芯的负极相连接；第一功率管的栅极与控制电路的第一输出端相连接；第一功率管的源极与第二功率管的源极相连接；第二功率管的栅极与控制电路的第二输出端相连接；第二功率管的漏极与第二电阻的第二端、双向截止ESD电路的输出端相连接。
图7为本发明实施例提供的一种短路检测电路的原理图，如图7所示，该第一短路检测电路包括：施密特触发器schmitt、第一反相器INV1、第二反相器INV2、第一电流源I1、第二电流源I2、第二电容C2、第三电阻R3和第三功率管MN1；
施密特触发器的电源端通过第一电流源与第一电容的第一端相连接；施密特触发器的输入端与双向截止ESD电路的输出端相连接；施密特触发器的输出端与第一反相器的输入端相连接；第一反相器的输出端与第二反相器的输入端相连接，第一反相器的输出端还通过第二电容与第一电容的第一端相连接；第二反相器的输出端与第三功率管的栅极相连接；第三功率管的源极通过第三电阻与第二功率管的栅极相连接；第一反相器的负电源输入端通过第二电流源与第三功率管的漏极、施密特触发器的正电源输入端相连接；施密特触发器的负电源输入端接地；
工作过程如下:
当VMI从低电压变得超过施密特触发器Schmitt翻转阈值时，经过一定延迟时间，使得第三功率管MN1导通，将第一功率管的栅极DO端拉至低电平，实现禁止放电，即短路保护的功能。其中，施密特触发器Schmitt的翻转阈值即第一短路检测阈值。
本发明实施例提供的电池保护芯片，利用集成电阻和电容，减小了电池保护印刷电路板的面积，降低了元件成本及元件焊接成本，同时有效的降低了电路板的失效率，从而提高系统的可靠性。
本发明实施例还提供一种电池，该电池，包括电芯和电池保护芯片。该电池保护芯片可以为图2-图6中所示的任一芯片。
本发明实施例提供的电池，利用集成了电阻和电容的芯片，减小了电池保护印刷电路板的面积，电芯材料填充空间增大，从而增大电池容量；利用集成了电阻和电容的芯片，有效的降低了电路板的失效率，从而提高电池的可靠性；并且，利用集成了电容和电阻的芯片，降低了元件成本及元件焊接成本，从而极大的降低了电池的生产成本。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电池保护芯片，包括：过充电检测电路、过放电检测电路、放电过流检测电路、控制电路，其特征在于，所述电池保护芯片还包括：单向导通电路、第一电容、第一短路检测电路、第一电阻和第二电阻；
所述单向导通电路的输入端与电芯正极相连接；所述单向导通电路的输出端与所述第一电容的第一端、所述第一短路检测电路的电源端相连接；所述第一电容的第二端接地；所述第一短路检测电路的输出端与所述控制电路的第一输出端相连接；
所述第一电阻的第一端与所述单向导通电路的输入端相连接；所述第一电阻的第二端与所述过充电检测电路的输入端、所述过放电检测电路的输入端、所述控制电路的输入端相连接；
所述第二电阻的第一端与所述放电过流检测电路的输入端、所述第一短路检测电路的输入端相连接；
所述第一短路检测电路包括：施密特触发器、第一反相器、第二反相器、第一电流源、第二电流源、第二电容、第三电阻和第三功率管；
所述施密特触发器的电源端通过所述第一电流源与所述第一电容的第一端相连接；所述施密特触发器的输入端与双向截止ESD电路的输出端相连接；所述施密特触发器的输出端与所述第一反相器的输入端相连接；所述第一反相器的输出端与所述第二反相器的输入端相连接，所述第一反相器的输出端还通过所述第二电容与所述第一电容的第一端相连接；所述第二反相器的输出端与所述第三功率管的栅极相连接；所述第三功率管的源极通过所述第三电阻与第二功率管的栅极相连接；所述第一反相器的负电源输入端通过所述第二电流源与所述第三功率管的漏极、所述施密特触发器的正电源输入端相连接；所述施密特触发器的负电源输入端接地。
2.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电池保护芯片还包括：高耐压ESD电路和双向截止ESD电路；
所述高耐压ESD电路的输入端与所述电芯的正极、所述过充电检测电路的输入端、所述过放电检测电路的输入端、所述控制电路的输入端相连接；所述高耐压ESD电路的输出端接地；
所述双向截止ESD电路的输入端与所述电芯的正极相连接。
3.根据权利要求2所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电池保护芯片还包括：第二短路检测电路；
所述第二短路检测电路的电源端与所述单向导通电路的输入端相连接；所述第二短路检测电路的输入端与所述第二电阻的第一端相连接；所述第二短路检测电路的输出端与所述控制电路的输入端相连接。
4.根据权利要求3所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电池保护芯片还包括：充电过流检测电路；
所述充电过流检测电路的输入端与所述第二电阻的第一端相连接；所述充电过流检测电路第二端与所述控制电路的输入端相连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电池保护芯片还包括：第一功率管和第二功率管；
所述第一功率管的漏极与所述电芯的负极相连接；所述第一功率管的栅极与所述控制电路的第一输出端相连接；所述第一功率管的源极与所述第二功率管的源极相连接；所述第二功率管的栅极与所述控制电路的第二输出端相连接；所述第二功率管的漏极与所述第二电阻的第二端、所述双向截止ESD电路的输出端相连接。
6.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述第一电容保持电压时间大于所述第一短路检测电路中设定的短路保护延迟时间，其中，所述第一电容仅为所述第一短路检测电路供电。
7.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻的电阻值大于100欧姆。
8.一种电池，其特征在于，所述电池包括：电芯和如权利要求1-5中任意一项所述的电池保护芯片。
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