一种电池保护电路及芯片的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种电池保护电路及芯片。


背景技术：

2.目前为了保护电池，通常会为电池配置对应的过充保护、过放保护、充电过流保护、放电过流保护、短路保护等功能，这些功能的实现依赖检测电路对电池充放电回路的检测。因此，检测电路的检测需要实时工作，当电池的充放电回路出现异常时，会启动相应的保护功能，从而实现电池保护。虽然该种方式能够保护电池，但是，由于检测电路一直处于工作状态，需要消耗电池大量的电能，由此会导致电池的电能消耗过快，影响用户的体验。


技术实现要素：

3.因此，本实用新型的目的是提供一种电池保护电路及芯片，降低检测电路消耗电池的电能，提升用户体验。
4.第一方面，一种电池保护电路，包括：
5.多个检测模块，与外部的负载电路连接，多个所述检测模块分别被配置为工作时检测所述负载电路生成检测结果；
6.多个脉冲输出模块，与多个所述检测模块一一对应连接，所述检测模块工作及休眠的切换受控于所述脉冲输出模块输出的脉冲信号，在同一时刻下，至少一个所述检测模块工作，另至少一个所述检测模块休眠；
7.控制模块，与多个所述检测模块、外部的开关管分别连接，所述控制模块被配置为根据所述检测结果控制所述开关管的通断。
8.优选地，所述电池保护电路还包括：
9.多个基准源，与多个所述检测模块一一对应连接。
10.优选地，所述电池保护电路还包括：
11.电阻分压模块，连接于供电电压端与参考地端之间，所述电阻分压模块与多个所述检测模块中的至少一者连接。
12.优选地，多个所述检测模块包括过充电压检测模块和过放电压检测模块。
13.优选地，多个所述检测模块包括充电过流检测模块、放电过流检测模块、充电器检测模块和短路检测模块中的至少两者。
14.优选地，所述电池保护电路还包括：
15.vm输出模块，与多个所述检测模块分别连接，所述vm输出模块被配置为将采集到的所述负载电路的电流输至所述检测模块。
16.优选地，多个所述脉冲信号的周期和/或占空比相同，在同一时间段内多个所述脉冲信号中的触发电平处于不同时间区间。
17.优选地，所述控制模块包括：
18.依次延迟多个所述脉冲输出模块输出所述触发电平的延时单元，与多个所述脉冲
输出模块分别连接。
19.优选地，所述控制模块包括：
20.信号比对单元，与多个所述脉冲输出模块分别连接，所述信号比对单元被配置为比对所述脉冲信号和预设时钟信号，生成比对结果，所述控制模块还被配置为根据所述比对结果和所述检测结果控制所述开关管的通断。
21.第二方面，一种芯片，包括第一方面所述的电池保护电路。
22.本实用新型提供的一种电池保护电路及芯片，在某一时间段内，只启动至少一个检测模块工作，提高了电池保护电路的抗干扰能力强。同时也不像现有技术需要实时控制所有检测电路进行检测，降低检测电路消耗电池的电能，提升用户体验。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
24.图1为本发明提供的电池保护电路的模块框图。
25.图2为本发明提供的脉冲输出模块的电路图。
26.图3为本发明提供的脉冲输出模块的时序图。
27.图4为本发明提供的包含基准源的电池保护电路的模块框图。
28.图5为本发明提供的脉冲输出模块延时的时序图。
29.图6为本发明提供的包含延时单元和信号比对单元的电池保护电路的模块框图。
30.图7为本发明提供的电池保护芯片的示意图。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
32.实施例一：
33.一种电池保护电路100，参见图1，多个检测模块11，与外部的负载电路200连接，多个所述检测模块11分别被配置为工作时检测所述负载电路200生成检测结果。多个脉冲输出模块12，与多个所述检测模块11一一对应连接，所述检测模块11工作及休眠的切换受控于所述脉冲输出模块12输出的脉冲信号，在同一时刻下，至少一个所述检测模块11工作，另至少一个所述检测模块11休眠。控制模块13，与多个所述检测模块11、外部的开关管300分别连接，所述控制模块13被配置为根据所述检测结果控制所述开关管300的通断。
34.需要注意的是，本实施例中所描述的“外部的负载电路200”是相对于电池保护电路100而言的“外部”，并不是对“外部的负载电路200”的具体位置做的限定。同理，“外部的开关管300”是相对于电池保护电路100而言的“外部”，并不是对“外部的开关管300”的具体位置做的限定。本实施例中关于下述外部的电子元器件等同理。
35.在本实施例中，负载电路200可以包括用于配合电池放电和/或电池充电的电路。在此不对负载电路200的类型做具体限制。开关管300可以为npn型开关管、pnp型开关管等，
在实际应用时，厂商可以基于开关管300的类型确定控制模块13与开关管300之间的连接关系。
36.在本实施例中，脉冲输出模块12可以用于输出占空比、周期可调的脉冲信号。例如脉冲输出模块12输出高电平给检测模块11时，驱动检测模块11工作。脉冲输出模块12输出低电平给检测模块11时，驱动检测模块11休眠。检测模块11工作时，对负载电路200进行检测；休眠时，停止对负载电路200进行安全性检测。在同一时刻，可以由部分脉冲输出模块12输出高电平传输给至少一个检测模块11，驱动对应的检测模块11工作。例如在不同时刻，可以只驱动一个检测模块11工作。
37.脉冲输出模块12(osc)的数量根据检测模块11的数量确定，例如可以设置为六个，分别为第一脉冲输出模块(osc1)、第二脉冲输出模块(osc2)、第三脉冲输出模块(osc3)、第四脉冲输出模块(osc4)、第五脉冲输出模块(osc5)、第六脉冲输出模块(osc6)。不同脉冲输出模块12(osc)的高低电平周期可以不同。也可以使得各个脉冲输出模块12输出周期、占空比相同，高电平时刻不同的脉冲信号。比如，当第一脉冲输出模块输出高电平信号后，可以依次对其他多个脉冲输出模块输出的高电平信号做延时处理。
38.如图2所示，脉冲输出模块12可以采用图2的电路实现。脉冲输出模块可以包括比较器、子控制器、开关k1、开关k2、电容c、恒流源ip以及恒流源in，开关k1的一端与恒流源ip连接，开关k1的另一端与开关k2的一端连接，开关k2的另一端与恒流源in连接，开关k1与开关k2形成的共接点与电容c的一端连接，电容c的另一端与参考地端连接，比较器的一端与电容c的一端连接，比较器的另一端与子控制器连接。
39.其中，比较器可以获取到电容c一端的电压vc，将电压vc与预设的第一电压阈值vthh进行比较，当电压vc与第一电压阈值vthh相等时，向子控制器发送用于表征电压vc与第一电压阈值vthh相等的信号，子控制器根据该信号向开关k1发送sp，向开关k2发送sn，此时sp信号为低电平，sn信号为高电平，控制开关k1断开，控制开关k2导通，使电容c进入释能状态，从而降低电压vc的大小。比较器可以获取到电容c一端的电压vc，将电压vc与预设的第二电压阈值vthl进行比较，当电压vc与第二电压阈值vthl相等时，向子控制器发送用于表征电压vc与第二电压阈值vthl相等的信号，子控制器根据该信号向开关k1发送sp，向开关k2发送sn，此时sp信号为高电平，sn信号为低电平，控制开关k1导通，控制开关k2断开，使电容c进入充电状态，从而提高电压vc的大小。
40.如图3所示，当电压vc为电压阈值v
thh
时，sp输出低电平，sn输出高电平，控制电压vc下降；电压vc为电压阈值v
thl
时，sp输出低电平，sn输出高电平，控制电压vc上升，此时，可以将sp或者sn的周期作为脉冲信号的周期，脉冲信号的高电平可以与sp或者sn的高电平保持一致。比如，可以将sp作为脉冲信号，也可以将sn作为脉冲信号，也可以将sp或者sn作为参考输出clk信号，将该clk信号作为脉冲信号。
41.外部的开关管300可以包括一个或多个开关，具体可以基于实际场景设定。如图7所示，开关管300可以包括功率开关管m1和功率开关管m2，功率开关管m1和功率开关管m2的栅极与控制模块13连接，控制模块13可以通过输出高低电平信号控制功率开关管m1和功率开关管m2的导通和截止。另外，还可以在功率开关管m1设置寄生二极管，也可以在功率开关管m2设置寄生二极管，此处对开关管300的具体构造不做具体限制。外部的开关管300可以视为电池保护电路的外围电子元器件，控制模块13可以直接控制功率开关管m1和功率开关
管m2的通断。
42.在本实施例中，检测模块11可以获取负载电路200的电力参数，检测模块根据该电力参数生成检测结果，并发送至控制模块13，以供控制模块13参考。其中，该电力参数可以为电流和/或电压。
43.在本实施例中，控制模块13根据所述检测结果控制所述开关管300的通断，对外部的负载电路200进行保护。该电路在某一时间段内，无需同时启动所有的检测模块一起工作，可以只启动其中的一个或者一部分检测模块11工作，防止所有的检测模块之间产生相互干扰，提高了电池保护电路的抗干扰能力。同时也不像现有技术需要实时控制所有检测电路进行检测，降低检测电路消耗电池的电能，提升用户体验。
44.进一步地，在一些实施例中，参见图4，所述电池保护电路100还可以包括：多个基准源14，与多个所述检测模块11一一对应连接。
45.在本实施例中，基准源14的数量可以根据检测模块11的数量确定，例如可以设置为六个，分别为第一基准源、第二基准源、第三基准源、第四基准源、第五基准源、第六基准源，每个基准源可以输出基准电压或者基准电流，各基准电压可以不同，各基准电流也可以不同。基准源14与脉冲输出模块12的数量可以根据实际情况进行设定。也就是说，基准源14可以用于给检测模块11提供参考电压，针对不同的检测模块11，参考电压的设置可以不同；基准源14也可以用于给检测模块11提供参考电流，针对不同的检测模块11，参考电流的设置可以不同。
46.进一步地，在一些实施例中，如图7所示，所述电池保护电路还可以包括：电阻分压模块16，连接于供电电压端vcc与参考地端gnd之间，电阻分压模块16与多个所述检测模块11中的至少一者连接。
47.在本实施例中，负载电路200可以与供电电压端vcc、参考地端gnd连接(图中未示出)。具体地，当负载电路200包括电池放电和/或充电的电路时，电池的正极可以与供电电压端vcc连接，电池的负极可以与参考地端gnd连接；当负载电路200包括充电器供电(比如为电池、过压保护电路供电)的电路时，充电器的正极可以与供电电压端vcc连接。
48.在本实施例中，检测模块11可以通过检测电阻分压模块16两端的电压确定采集供电电压端vcc与参考地端gnd之间的电压，供电电压端vcc与参考地端gnd可以是负载电路200供电的两端。电阻分压模块16可以包括连接在供电电压端vcc与参考地端gnd之间的电阻。
49.进一步地，在一些实施例中，多个检测模块11可以包括过充电压检测模块和过放电压检测模块。此时，基准源14的数量可以为二，两个基准源可以为第一基准源和第二基准源；脉冲输出模块12的数量可以为二，两个脉冲输出模块12可以为第一脉冲输出模块和第二脉冲输出模块；第一基准源、第一脉冲输出模块分别与过充电压检测模块连接，第二基准源、第二脉冲输出模块分别与过放电压检测模块连接。
50.在一些示例中，当各个脉冲输出模块11输出高电平的时间与控制模块13中的时钟信号中的高电平的时间一致时，控制模块13可以基于检测结果控制外部的开关管300的通断。
51.在本实施例中，可以将高电平作为触发检测模块12工作的信号，当第一脉冲输出模块输出高电平(1)时，过充电压检测模块可以获取负载电路200的电压(比如电阻分压模
块16两端的电压)、第一基准源输出的基准过充电压，将负载电路200的电压与基准过充电压进行比较，判断负载电路是否处于过充状态，生成判断结果，并将用于表征该判断结果的检测结果发送至控制模块。反之，当第一脉冲输出模块输出低电平(0)时，第一基准源可以停止基准过充电压的输出，过充电压检测模块可以停止检测采样电阻的电压。
52.在本实施例中，可以将高电平作为触发检测模块12工作的信号，当第二脉冲输出模块输出高电平(1)时，过放电压检测模块可以获取负载电路200的电压(比如电阻分压模块16两端的电压)、第二基准源输出的基准过放电压，将负载电路200的电压与基准过放电压进行比较，判断负载电路是否处于过放状态，生成判断结果，并将用于表征该判断结果的检测结果发送至控制模块。反之，当第二脉冲输出模块输出低电平(0)时，第二基准源可以停止基准过放电压的输出，过放电压检测模块可以停止检测电阻分压模块的电压。
53.进一步地，在一些实施例中，所述电池保护电路100还可以包括：
54.vm输出模块，与多个所述检测模块11分别连接，所述vm输出模块被配置为将采集到的所述负载电路的电流输至所述检测模块11。
55.在本实施例中，当负载电路200包括充电器供电(比如为电池、过压保护电路供电)的电路时，vm输出模块15可以分别与充电负端p-、供电电压端vcc连接，vm输出模块15可以具备电流采集的功能。
56.在一些实施例中，vm输出模块15还可以与控制模块13连接，vm输出模块15可以在电路启动保护时，对输出的vm信号进行上拉或下拉，以便启动保护后对电路或芯片进行锁死或者防止以后的误判。例如启动过流保护后，会对vm信号有一个固定电流的下拉，以判断过流状态什么时候能解除，过充后会对vm信号进行上拉等。
57.进一步地，在一些实施例中，多个所述检测模块可以包括充电过流检测模块、放电过流检测模块、充电器检测模块和短路检测模块中的至少两者。
58.在本实施例中，基准源14的数量可以为四，四个基准源可以为第三基准源、第四基准源、第五基准源和第六基准源；脉冲输出模块12的数量可以为四，四个脉冲输出模块12可以为第三脉冲输出模块、第四脉冲输出模块、第五脉冲模块和第六脉冲模块。其中，第三基准源、第三脉冲输出模块分别与充电过流检测模块连接，第四基准源、第四脉冲输出模块分别与放电过流检测模块连接，第五基准源、第五脉冲输出模块分别与充电器检测模块连接，第六基准源、第六脉冲输出模块分别与短路检测模块连接。
59.在本实施例中，可以将高电平作为触发检测模块12工作的信号，当第三脉冲输出模块输出高电平(1)时，充电过流检测模块还可以与vm输出模块15连接，充电过流检测模块可以通过vm输出模块15获取负载电路200的电流，还可以获取到第三基准源输出的基准充电电流，将负载电路200的电流与基准充电电流进行比较，判断负载电路200是否处于充电过流状态，生成判断结果，并将用于表征该判断结果的检测结果发送至控制模块13。反之，当第三脉冲输出模块输出低电平(0)时，第三基准源可以停止基准电流的输出，充电过流检测模块可以停止通过vm输出模块获取负载电路200的电流。
60.在本实施例中，可以将高电平作为触发检测模块12工作的信号，当第四脉冲输出模块输出高电平(1)时，放电过流检测模块可以通过vm输出模块15获取负载电路200的电流，还可以获取到第四基准源输出的基准放电电流，将负载电路200的电流与基准放电电流进行比较，判断负载电路200是否处于放电过流状态，生成判断结果，并将用于表征该判断
结果的检测结果发送至控制模块13。反之，当第四脉冲输出模块输出低电平(0)时，第四基准源可以停止基准电流的输出，放电过流检测模块可以停止通过vm输出模块获取负载电路200的电流。
61.在本实施例中，可以将高电平作为触发检测模块12工作的信号，当第五脉冲输出模块输出高电平(1)时，充电检测模块可以通过vm输出模块15获取负载电路200的电流，还可以获取到第五基准源输出的基准充电电压，将负载电路200的电流转换成电压后与基准充电电压进行比较，判断供电电压端vcc和充电负端p-是否与充电器之间处于电连接状态，生成判断结果，并将用于表征该判断结果的检测结果发送至控制模块13。反之，当第五脉冲输出模块输出低电平(0)时，第五基准源可以停止基准充电电压的输出，充电检测模块可以停止通过vm输出模块获取负载电路200的电流。
62.在本实施例中，短路检测模块可以判断负载电路的正极和负极是否接在一起，当负载电路200(包含电池和/或充电器的电路)的正极和负极短接在一起时，放电电流会很大，负载电路200的负极电位会变高，vm输出模块采集到的vm信号作为电流检测信号，电压也会非常高，以此来判定是否短路。另外，短路检测模块可以与脉冲输出模块和基准源连接，也可以不与它们连接。
63.在一些实施例中，可以将高电平作为触发检测模块12工作的信号，当第六脉冲输出模块输出高电平(1)时，短路检测模块可以通过vm输出模块15获取负载电路200的电流，还可以获取到第六基准源输出的基准短路电压，将负载电路200的电流转换成电压后，与基准短路电压进行比较，判断负载电路200是否处于短路状态，生成判断结果，并将用于表征该判断结果的检测结果发送至控制模块13。反之，当第六脉冲输出模块输出低电平(0)时，第六基准源可以停止基准短路电压的输出，短路检测模块可以停止获取负载电路200的电流。
64.进一步地，在一些实施例中，多个所述脉冲信号的周期和/或占空比可以相同，在同一时间段内多个所述脉冲信号中的触发电平处于不同时间区间。
65.在本实施例中，参见图5，比如，当第一脉冲输出模块输出高电平信号后，可以依次对其他多个脉冲输出模块输出的高电平信号做延时处理。具体地，第一脉冲输出模块输出的高电平信号结束之后，第二脉冲输出模块输出高电平信号，第二脉冲输出模块输出的高电平信号结束之后，第三脉冲模块输出高电平信号，以此类推，多个脉冲输出模块11输出的高电平信号可以参见表1。关于多个脉冲输出模块11输出的高电平信号和低电平信号的方式可以如下图5所示。需要注意的是，下表1以及下图5所示的多个脉冲输出模块11输出高电平信号和低电平信号的方式为实际应用时的一种示例，具体可以基于实际需求进行调整。
66.[0067][0068]
表1
[0069]
进一步地，在一些实施例中，参见图6，所述控制模块13可以包括：依次延迟多个所述脉冲输出模块12输出所述触发电平的延时单元131，与多个所述脉冲输出模块12分别连接。
[0070]
在本实施例中，延时单元可以包括触发器、振荡电路等，以延迟脉冲输出模块12输出的脉冲信号，由此，可以使多个脉冲输出模块12输出的脉冲信号中的触发信号(比如，触发信号可以为高电平信号)按照规定的顺序依次轮循，由此，可以控制多个检测模块11按照接收到的触发信号依次轮循进行工作，使得在不同时间段，一个检测模块11开启工作，另一个或多个检测模块11停止工作。
[0071]
在本实施例中，为了实现脉冲输出模块输出的高电平信号延时处理，该电路增加了与脉冲输出模块连接的延时单元。延时单元的延时时长可以根据用户需求自行定义。
[0072]
进一步地，在一些实施例中，所述控制模块可以包括：信号比对单元132，与多个所述脉冲输出模块12分别连接，所述信号比对单元132被配置为比对脉冲信号和预设时钟信号，生成比对结果，所述控制模块13还被配置为根据所述比对结果和所述检测结果控制所述开关管300的通断。
[0073]
在本实施例中，当各个脉冲输出模块11输出高电平的时间与控制模块13中的时钟信号中的高电平的时间一致时，控制模块13可以基于检测结果控制外部的开关管300的通断。比如，该预设时钟信号可以为上表1以及如图7中所示的osc(脉冲信号)，比如当第一脉冲输出模块输出的脉冲信号(osc1)为高电平信号，与该第一脉冲输出模块对应的过充电压检测模块工作，生成检测结果并发送至控制模块13，控制模块13中的信号比对单元132可以比对osc1与osc，当osc1与osc为高电平信号时，可以确定该检测结果有效；当osc1为高电平信号，osc1为低电平信号时，可以确定该检测结果无效。同理，关于第二脉冲输出模块、第三脉冲输出模块、第四脉冲输出模块、第五脉冲输出模块、第六脉冲输出模块的检测结果同理，此处不再赘述。
[0074]
在本实施例中，信号比对单元132当接收到脉冲输出模块12输出的脉冲信号后，将脉冲信号和预设时钟信号进行比对，如果比对结果一致，基于检测结果控制外部的开关管的通断，由此，能够实现脉冲输出模块11检测模块是否有效的检验，防止脉冲输出模块11被失误触发而引用控制模块13对开关管300的误处理，提高本实施例提供的电池保护电路的稳定性。
[0075]
实施例二：
[0076]
一种电池保护芯片，参见图7，包括vcc引脚、gnd引脚、vm引脚和p-引脚。vcc引脚可以与负载电路的正极连接；gnd引脚可以与负载电路的负极连接；p-引脚可以与充电器的负
极连接；vm引脚可以为与负载电路的回路(负载电路与充电器形成的回路)连接的端口，用于检测充电电流的大小。
[0077]
电池保护芯片还包括多个检测模块11，多个脉冲输出模块12，与多个检测模块11一一对应连接，控制模块13，与多个检测模块11、vm输出模块15、外部的开关管300分别连接。至少一个检测模块11与电阻分压模块16电连接。电阻分压模块16连接在vcc引脚与gnd引脚之间。vm输出模块15的输出端连接vm引脚。
[0078]
本发明实施例所提供的芯片，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。
[0079]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。