一種單節(jié)鋰電池保護(hù)IC設(shè)計(jì)

　　摘 要：介紹了鋰電池保護(hù)IC的工作原理，設(shè)計(jì)了適合CMOS工藝的鋰電池保護(hù)電路，符合低功耗，高精度的要求。

　　1 引 言

　　設(shè)計(jì)了一種低功耗的單節(jié)鋰離子電池保護(hù)電路，此保護(hù)電路不僅對(duì)鋰離子電池提供過充電，過放電，放電過流保護(hù)，還提供充電異常保護(hù)，零伏電池充電禁止等功能。用1. 0μm雙阱CMOS工藝實(shí)現(xiàn)。

　　2 鋰電池保護(hù)IC的功能原理分析

　　鋰電池保護(hù)電路的原理圖如圖1 所示， E +和E - 端之間加充電器或負(fù)載。電路工作原理如下：

圖1 鋰電池保護(hù)原理圖

　　正常狀態(tài)：當(dāng)電池電壓在過放電檢測(cè)電壓以上且在過充電檢測(cè)電壓以下， VM端子的電壓在充電器檢測(cè)電壓以上且在過電流檢測(cè)電壓以下時(shí)，充電控制用FET2 和放電控制用FET1 的兩方均打開。

　　這時(shí)可以進(jìn)行自由的充電和放電。這種狀態(tài)叫做正常狀態(tài)。

　　過充電保護(hù)：在充電過程中，當(dāng)電池電壓高于過充電檢測(cè)電壓，且該狀態(tài)持續(xù)到過充電檢測(cè)延遲時(shí)間后，控制電路輸出一個(gè)低電平，關(guān)斷充電控制用FET2,禁止充電。

　　過放電保護(hù)：在放電過程中，當(dāng)電池電壓低于過放電檢測(cè)電壓，且該狀態(tài)持續(xù)到過放電檢測(cè)延遲時(shí)間后，控制電路輸出一個(gè)低電平，關(guān)斷放電控制用FET1,禁止放電。

　　過電流保護(hù)：過電流保護(hù)包括一級(jí)過流保護(hù)，二級(jí)過流保護(hù)，短路保護(hù)，當(dāng)放電電流過大， VM端電壓上升，超過過流檢測(cè)電壓，且該狀態(tài)持續(xù)時(shí)間超過過流檢測(cè)延遲時(shí)間后，控制電路輸出低電平，關(guān)斷放電控制用FET1,放電禁止。在放電過程中， VM端電壓就是兩個(gè)處于導(dǎo)通態(tài)的FET上的壓降（見圖1） ,即VVM = I ×2RFET.式中I是通過FET的電流，即放電電流， RFET是FET的通態(tài)電阻。

　　充電異常保護(hù)：電池在充電過程中如果電流過大，使VM端電壓下降，當(dāng)?shù)陀谀硞€(gè)設(shè)定值，并且這個(gè)狀態(tài)持續(xù)到過充電檢測(cè)延遲時(shí)間以上時(shí)，控制電路關(guān)斷充電控制用FET2,停止充電。當(dāng)VM端電壓重新上升到設(shè)定值以上后，充電控制用FET1打開，充電保護(hù)異常解除。

　　零伏電池充電禁止：電池在久放不用的情況下，會(huì)自身放電使電池電壓下降，甚至為零伏，有些鋰電池因其特性的原因在被完全放電后不適宜再度充電。當(dāng)電池電壓低于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，充電控制用FET2的柵極被固定在低電位，禁止充電。只有電池本身電壓在零伏電池禁止充電電壓以上時(shí)，才被允許充電。

　　3 電路設(shè)計(jì)

　　如圖2所示，鋰電池保護(hù)電路主要由基準(zhǔn)源，比較器，邏輯控制電路以及一些附加功能塊組成。比較器檢測(cè)所用到的基準(zhǔn)電壓都要通過一個(gè)基準(zhǔn)源電路來提供，此基準(zhǔn)源在正常工作情況下，必須高精度，低功耗，以滿足芯片要求，且能夠在電源電壓低至2. 2V時(shí)正常工作。

圖2 鋰電池保護(hù)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)