一种应用于电池管理芯片的MOSFET驱动电路的制作方法

一种应用于电池管理芯片的mosfet驱动电路
技术领域
1.本发明涉及电子电路技术领域，具体为一种应用于电池管理芯片的mosfet驱动电路。


背景技术：

2.电池管理芯片通道导通或者关断mosfet对电池充放电进行管理，同时为了避免电池由于充电过压、放电过流等异常情况，对芯片本身乃至于用户人身安全造成伤害，需要精确且迅速地对mosfet进行控制。同时检测充电器与负载是否接入也是能够为电池管理芯片自主切换工作模式提供了可能。
3.随着对于电池管理芯片灵敏度与智能化要求日渐提高，电池管理芯片的mosfet驱动电路也越发复杂，而传统的mosfet驱动电路往往需要较大的功耗以及更复杂的电路，同时响应速度很慢，而且不具有充电器检测和负载检测功能，不适应当前市场对于电池管理芯片的要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用于电池管理芯片的mosfet驱动电路。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：一种应用于电池管理芯片的mosfet驱动电路，包括驱动电压产生电路、充电器检测电路、负载检测电路、chg端口系统、dsg端口系统和负载检测端口，所述chg端口系统为充电mosfet驱动端口，所述dsg端口系统为放电mosfet驱动端口；所述驱动电压产生电路的输出端分别与ghg端口系统和dsg端口系统连接，所述驱动电压产生电路包括第一mos管m1、第二mos管m2、第三mos管m3、第四mos管m4、第五mos管m5、第六mos管m6、第七mos管m7、第八mos管m8、第九mos管m9、第十mos管m10、第十一mos管m11、第十二mos管m12、第十三mos管m13、第十四mos管m14、第十五mos管m15、第十六mos管m16、第十七mos管m17、第十八mos管m18、第十九mos管m19、第二十mos管m20、第二二极管z2、第三二极管z3、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3；所述chg端口系统包括chg端口、chgon信号端口和chgrdet端口，所述chg端口为chg mosfet驱动电压输出端口；所述chgon信号端口为控制chg mosfet导通的信号的输入端口；所述chgrdet端口为充电器检测输入端口；所述dsg端口系统包括dsg端口、dsgon信号端口、dsgonp信号端口和dsgoff端口，所述dsg端口为dsg mosfet驱动电压输出端口；所述dsgon信号端口为控制dsg mosfet导通的信号的输入端口；所述dsgonp信号端口为控制dsg mosfet迅速导通的信号的输入端口；所述dsgoff端口为控制dsg mosfet关断的信号的输入端口；所述第一mos管m1源端、第二mos管m2源端、第三mos管m3源端、第四mos管m4源端均与agnd端口连接，所述agnd端口为接地端口；所述第一mos管m1栅端、第二mos管m2栅端、第
三mos管m3栅端、第四mos管m4栅端均与ib1端口连接，所述ib1端口为第一偏置电流输入端口；所述第一mos管m1漏端与ib1端口连接；所述第二mos管m2漏端与第五mos管m5源端连接；所述第三mos管m3漏端与第六mos管m6源端连接；所述第四mos管m4漏端与第七mos管m7源端连接；所述第五mos管m5栅端与chgon信号端口连接，所述第五mos管m5漏端与第八mos管m8源端连接；所述第六mos管m6栅端与dsgon信号端口连接，所述第七mos管m7漏端、第九mos管m9源端均与第六mos管m6漏端连接；所述第七mos管m7栅端与dsgonp信号端口连接；所述第八mos管m8栅端与avdd信号端口连接，所述avdd信号端口为输出电压端口，所述第十mos管m10栅端、第十mos管m10漏端、第十一mos管m11栅端均与第八mos管m8漏端连接；所述第九mos管m9栅端与avdd信号端口连接，所述第十四mos管m14栅端、第十四mos管m14漏端、第十五mos管m15栅端均与第九mos管m9漏端连接；所述第十二mos管m12栅端、第十二mos管m12漏端、第十三mos管m13栅端均与第十mos管m10源端连接；所述第十六mos管m16漏端、第十六mos管m16栅端、第十七mos管m17栅端均与第十四mos管m14源端连接；所述第十二mos管m12源端、第十三mos管m13源端、第十六mos管m16源端和第十七mos管m17源端均与vpp端口连接，所述vpp端口为电源电压输入端口；所述第十七mos管m17漏端与第十五mos管m15源端连接；所述第三二极管z3一端、第一电阻r1一端、第二十mos管m20栅端均与第十五mos管m15漏端连接；所述第二二极管z2的一端与第三二极管z3串联，另一端与agnd端口连接，agnd端口为接地端口；所述第十八mos管m18漏端与第一电阻r1的另一端连接，所述第十九mos管m19栅端、dsgoff端口均与第十八mos管m18栅端连接，所述第十九mos管m19源端、agnd端口均与第十八mos管m18源端连接；所述第三电阻r3一端与vpp端口连接，另一端与第二十mos管m20漏端连接；所述dsg端口、第二电阻r2一端均与第二十mos管m20源端连接；所述第二电阻r2另一端与第十九mos管m19漏端连接；所述第十三mos管m13漏端与第十一mos管m11源端连接；所述充电器检测电路用于检测chg端口系统的电压，所述负载检测电路用于检测负载检测端口的电压。
6.优选的，所述第十五mos管m15的电压小于或者等于14v；所述第二十mos管m20的栅端电压小于或者等于14v。
7.优选的，所述第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3均为限流电阻。
8.优选的，所述第四mos管m4的宽长比大于第一mos管m1的宽长比，所述第一mos管
m1、第二mos管m2和第三mos管m3的规格相同；所述第八mos管m8和第九mos管m9的规格相同。
9.优选的，所述充电器检测电路包括第二十一mos管m21、第二十二mos管m22、第二十三mos管m23、第二十四mos管m24、第一二极管z1、第四电阻r4、第五电阻r5和第一缓冲器buffer0；所述chg端口、第四电阻r4一端均与第十一mos管m11漏端连接；所述第四电阻r4的另一端与第二十四mos管m24栅端连接；所述第二十四mos管m24源端与第二十二mos管m22漏端连接；所述第二十一mos管m21源端、vpp端口均与第二十二mos管m22源端连接；所述第二十一mos管m21栅端与第二十二mos管m22栅端连接；所述第二十一mos管m21漏端与第二十三mos管m23漏端连接；所述第二十三mos管m23栅端与avdd信号端口连接，第二十三mos管m23源端与ib2端口连接，所述ib2端口为第二偏置电流输入端口；所述第一缓冲器buffer0输入端、第五电阻r5一端、第一二极管z1一端均与第二十四mos管m24漏端连接；所述第一缓冲器buffer0输出端与chgrdet端口连接；所述第五电阻r5的另一端、第一二极管z1的另一端均与agnd端口连接。
10.优选的，所述第一二极管z1、第二二极管z2、第三二极管z3均为齐纳二极管。
11.优选的，所述负载检测电路包括第二十五mos管m25、第二十六mos管m26、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9和第二缓冲器buffer1；所述负载检测端口包括loadpad端口和loaddet端口；所述第八电阻r8一端与loadpad端口连接，另一端与第二十五mos管m25漏端连接；所述第二十五mos管m25栅端与avdd信号端口连接，所述第六电阻r6一端、第二十六mos管m26栅端均与第二十五mos管m25源端连接；所述第七电阻r7一端与第二十六mos管m26源端连接，另一端分别与第六电阻r6的另一端和agnd端口连接；所述第二缓冲器buffer1输入端、第九电阻r9一端均与第二十六mos管m26漏端连接；所述第九电阻r9的另一端与avdd端口连接；所述第二缓冲器buffer1输出端与loaddet端口连接。
12.优选的，所述第一mos管m1、第二mos管m2、第三mos管m3、第四mos管m4、第五mos管m5、第六mos管m6、第七mos管m7和第二十六mos管m26均为低压nmos管；所述第十二mos管m12、第十三mos管m13、第十六mos管m16、第十七mos管m17、第二十一mos管m21和第二十二mos管m22为低压pmos管；所述第八mos管m8、第九mos管m9、第十八mos管m18、第十九mos管m19、第二十mos管m20、第二十三mos管m23和第二十五mos管m25均为高压nmos管；所述第十mos管m10、第十一mos管m11、第十四mos管m14、第十五mos管m15和第二十四mos管m24均为高压pmos管。
13.优选的，所述第八mos管m8、第九mos管m9、第二十三mos管m23和第二十五mos管m25均为常通高压nmos管。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明一种应用于电池管理芯片的mosfet驱动电路通过mosfet驱动控制信号控制充电mosfet驱动端口（chg端口系统）与放电mosfet驱动端口（dsg端口系统）输出高电平（13v）或者低电平（0v），为了提高驱动电路的响应速度，在电路中增加了快速响应通路，同时也降低了电路功耗。
15.该电路集成了充电器检测功能，利用充电器检测电路用于检测chg端口系统的电压，并根据chg端口系统的电压大小判断充电器是否接入，并且不增加芯片端口，大幅降低
了硬件消耗，节省了芯片面积。
16.该电路还集成了负载检测功能，根据负载检测端口的电压大小能够判断负载是否接入，提高了芯片的集成度。
17.综上所述，本发明提供了快速响应通路，相较于传统的mosfet驱动电路，在有限的功耗下，极大地增强了驱动电路的响应速度。
18.进一步的，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3为限流电阻，避免充放电期间峰值电流过大。
附图说明
19.图1为本发明一种应用于电池管理芯片的mosfet驱动电路的结构示意图；图2为本发明一种应用于电池管理芯片的mosfet驱动电路中各个控制信号时序图。
具体实施方式
20.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
21.本发明公开了一种应用于电池管理芯片的mosfet驱动电路，参照图1，包括驱动电压产生电路、充电器检测电路、负载检测电路、chg端口系统、dsg端口系统和负载检测端口，chg端口系统为充电mosfet驱动端口，dsg端口系统为放电mosfet驱动端口。
22.驱动电压产生电路的输出端分别与ghg端口系统和dsg端口系统连接，充电器检测电路用于检测chg端口系统的电压，负载检测电路用于检测负载检测端口的电压。
23.驱动电压产生电路包括第一mos管m1、第二mos管m2、第三mos管m3、第四mos管m4、第五mos管m5、第六mos管m6、第七mos管m7、第八mos管m8、第九mos管m9、第十mos管m10、第十一mos管m11、第十二mos管m12、第十三mos管m13、第十四mos管m14、第十五mos管m15、第十六mos管m16、第十七mos管m17、第十八mos管m18、第十九mos管m19、第二十mos管m20、第二二极管z2、第三二极管z3、第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3。
24.chg端口系统包括chg端口、chgon信号端口和chgrdet端口，chg端口为chg mosfet驱动电压输出端口；chgon信号端口为控制chg mosfet导通的信号的输入端口；chgrdet端口为充电器检测输入端口；所述dsg端口系统包括dsg端口、dsgon信号端口、dsgonp信号端口和dsgoff端口，dsg端口为dsg mosfet驱动电压输出端口；dsgon信号端口为控制dsg mosfet导通的信号的输入端口；dsgonp信号端口为控制dsg mosfet迅速导通的信号的输入端口；dsgoff端口为控制dsg mosfet关断的信号的输入端口。
25.第一mos管m1源端、第二mos管m2源端、第三mos管m3源端、第四mos管m4源端均与agnd端口连接，agnd端口为接地端口。
26.第一mos管m1栅端、第二mos管m2栅端、第三mos管m3栅端、第四mos管m4栅端均与ib1端口连接，ib1端口为第一偏置电流输入端口；第一mos管m1漏端与ib1端口连接，第二mos管m2漏端与第五mos管m5源端连接；第三mos管m3漏端与第六mos管m6源端连接；第四mos管m4漏端与第七mos管m7源端连接；第五mos管m5栅端与chgon信号端口连接，第五mos管m5漏端与第八mos管m8源端连
接；第六mos管m6栅端与dsgon信号端口连接，第七mos管m7漏端、第九mos管m9源端均与第六mos管m6漏端连接；第七mos管m7栅端与dsgonp信号端口连接；第八mos管m8栅端与avdd信号端口连接，avdd信号端口为输出电压端口，第十mos管m10栅端、第十mos管m10漏端、第十一mos管m11栅端均与第八mos管m8漏端连接；第九mos管m9栅端与avdd信号端口连接，第十四mos管m14栅端、第十四mos管m14漏端、第十五mos管m15栅端均与第九mos管m9漏端连接；第十二mos管m12栅端、第十二mos管m12漏端、第十三mos管m13栅端均与第十mos管m10源端连接；第十六mos管m16漏端、第十六mos管m16栅端、第十七mos管m17栅端均与第十四mos管m14源端连接；第十二mos管m12源端、第十三mos管m13源端、第十六mos管m16源端和第十七mos管m17源端均与vpp端口连接，vpp端口为电源电压输入端口；第十七mos管m17漏端与第十五mos管m15源端连接；第三二极管z3一端、第一电阻r1一端、第二十mos管m20栅端均与第十五mos管m15漏端连接；第二二极管z2的一端与第三二极管z3串联，另一端与agnd端口连接，agnd端口为接地端口；第十八mos管m18漏端与第一电阻r1的另一端连接，第十九mos管m19栅端、dsgoff端口均与第十八mos管m18栅端连接，第十九mos管m19源端、agnd端口均与第十八mos管m18源端连接；第三电阻r3一端与vpp端口连接，另一端与第二十mos管m20漏端连接；dsg端口、第二电阻r2一端均与第二十mos管m20源端连接；第二电阻r2另一端与第十九mos管m19漏端连接；第十三mos管m13漏端与第十一mos管m11源端连接。
27.充电器检测电路包括第二十一mos管m21、第二十二mos管m22、第二十三mos管m23、第二十四mos管m24、第一二极管z1、第四电阻r4、第五电阻r5和第一缓冲器buffer0；chg端口、第四电阻r4一端均与第十一mos管m11漏端连接；第四电阻r4的另一端与第二十四mos管m24栅端连接；第二十四mos管m24源端与第二十二mos管m22漏端连接；第二十一mos管m21源端、vpp端口均与第二十二mos管m22源端连接；第二十一mos管m21栅端与第二十二mos管m22栅端连接；第二十一mos管m21漏端与第二十三mos管m23漏端连接；第二十三mos管m23栅端与avdd信号端口连接，第二十三mos管m23源端与ib2端口连接，ib2端口为第二偏置电流输入端口；第一缓冲器buffer0输入端、第五电阻r5一端、第一二极管z1一端均与第二十四mos管m24漏端连接；第一缓冲器buffer0输出端与chgrdet端口连接；第五电阻r5的另一端、第一二极管z1的另一端均与agnd端口连接。
28.负载检测电路包括第二十五mos管m25、第二十六mos管m26、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9和第二缓冲器buffer1；负载检测端口包括loadpad端口和loaddet端口。
29.第八电阻r8一端与loadpad端口连接，另一端与第二十五mos管m25漏端连接；第二十五mos管m25栅端与avdd信号端口连接，第六电阻r6一端、第二十六mos管m26栅端均与第二十五mos管m25源端连接；第七电阻r7一端与第二十六mos管m26源端连接，另一端分别与第六电阻r6的另一端和agnd端口连接；第二缓冲器buffer1输入端、第九电阻r9一端均与第二十六mos管m26漏端连接；第九电阻r9的另一端与avdd端口连接；第二缓冲器buffer1输出端与loaddet端口连接。
30.其中，第一mos管m1、第二mos管m2、第三mos管m3、第四mos管m4、第五mos管m5、第六mos管m6、第七mos管m7和第二十六mos管m26均为低压nmos管；所述第十二mos管m12、第十三mos管m13、第十六mos管m16、第十七mos管m17、第二十一mos管m21和第二十二mos管m22为低压pmos管；所述第八mos管m8、第九mos管m9、第十八mos管m18、第十九mos管m19、第二十mos管m20、第二十三mos管m23和第二十五mos管m25均为高压nmos管，且第八mos管m8、第九mos管m9、第二十三mos管m23和第二十五mos管m25均为常通高压nmos管；第十mos管m10、第十一mos管m11、第十四mos管m14、第十五mos管m15和第二十四mos管m24均为高压pmos管。
31.第四mos管m4的宽长比大于第一mos管m1的宽长比，第一mos管m1、第二mos管m2和第三mos管m3的规格相同；第八mos管m8和第九mos管m9的规格相同。
32.第十五mos管m15的电压小于或者等于14v；所述第二十mos管m20的栅端电压小于或者等于14v。
33.第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3均为限流电阻。
34.第一二极管z1、第二二极管z2、第三二极管z3均为齐纳二极管。
35.参照图2，驱动电压产生电路的原理为：当chg驱动信号产生时，第二mos管m2和第一mos管m1为电流镜结构，第二mos管m2复制第一mos管m1支路电流，第八管m8为高压nmos管，可以避免第五mos管m5漏端的电压超出正常工作范围，其栅端电压为5v的avdd端口的电压，因此第八mos管m8始终导通，第十mos管m10和第十一mos管m11为构成电流镜结构的高压pmos管，第十二mos管m12和第十三mos管m13为构成电流镜结构的低压pmos管。
36.当chgon端口为高时，第五mos管m5导通，第十三mos管m13支路的电流会在chg端口的阻性负载上产生压降，从而使chg端口驱动的mosfet导通。
37.当chgon端口为低时，第五mos管m5关断，此时第十三mos管m13支路没有电流流过，在chg端口的阻性负载上没有压降，所以此时chg端口驱动的mosfet关断。
38.当dsg驱动信号产生时，第一mos管m1和第三mos管m3、第四mos管m4为电流镜结构，但是第四mos管m4的宽长比远大于第一mos管m1、第二mos管m2和第三mos管m3的宽长比，因此第四mos管m4支路如果导通电流远大于第二mos管m2和第三mos管m3支路，第九mos管m9和第八mos管m8的规格相同，为常通的高压pmos管，第十四mos管m14和第十五mos管m15为构成电流镜结构的高压pmos管，第十六mos管m16和第十七mos管m17为构成电流镜结构的低压pmos管，第十五mos管m15的漏端串联第二二极管z2和第三二极管z3，保证第十五mos管m15的电压不超过14v，第十八mos管m18、第十九mos管m19和第二十mos管m20均为高压nmos管，第二十mos管m20为dsg端口的充电mos管，因为其栅端电压不超过14v，因此dsg端口的电压也不会超过14-vth，约为13v，第十八mos管m18和第十九mos管m19为dsg端口的放电mos管。
39.参照图2，当dsgon端口为高时，第六mos管m6导通，同时dsgonp端口存在短暂的脉冲，使第七mos管m7导通，此时第十六mos管m16支路的电流为第三mos管m3和第四mos管m4支
路电流之和，由于第四mos管m4的宽长比远大于第三mos管m3的宽长比，所以此时该电流较大，第十六mos管m16支路的大电流经过第十七mos管m17复制之后，能够非常迅速地提高第二十mos管m20栅端电压，从而使第二十mos管m20导通，这也是本发明的快速响应通路。
40.短暂地保持为高后，dsgonp端口变低，第十六mos管m16和第十七mos管m17支路的电流变小，但能够保证第二十mos管m20导通，dsg端口将一直通过第二十mos管m20进行充电，直到达到13v左右，将dsg端口驱动的mosfet导通；当dsgoff端口为高时，dsgon端口和dsgonp端口均为低，此时第十八mos管m18和第十九mos管m19均导通，对dsg端口进行放电，此时dsg端口驱动的mosfet关断。
41.充电器检测电路的原理为：第二十三mos管m23为常通的高压nmos，第二十一mos管m21和第二十二mos管m22为构成电流镜结构的低压pmos结构，第二十四mos管m24为高压pmos，栅端接chg端口。
42.当充电器未接入时，chg端口为vpp端口，此时第二十四mos管m24关断，第一缓冲器buffer0输入为低，chgrdet端口为低。当充电器接入时，chg端口被拉低，此时第二十四mos管m24导通，第五电阻r5上的压降使第一缓冲器buffer0的输入为高，此时chgrdet端口为高，从而实现了充电器检测功能。
43.负载检测电路的原理为：当负载未接入时，loadpad端口为低，此时第六电阻r6上没有压降，第二十六mos管m26关断，因此第二缓冲器buffer1输入为高，loaddet端口为高。
44.当负载接入时，loadpad端口为高，第六电阻r6上的压降使第二十六mos管m26导通，此时第二缓冲器buffer1输入为低，loaddet端口为低，从而实现了负载检测功能。