张艳红等：基于耗尽型工艺的锂电池充电保护芯片设计

（１—８ Ｖ）内正常工作。本文设计的保护电路以低

功耗、高精度、高能量密度、高内阻、高安全性等

特性脱颖而出，因此这种锂离子电池保护电路的应

用得到了普及。

１

系统结构的设计

此芯片是单节电池的保护电路并且过电压、过

电流的检测延迟时间是可改变的，其系统设计框图

如图１所示，芯片设计ｙ叭Ｖ卧ＤＰ、ＣＯ、ＤＯ、

ＶＭ

６个引脚。通常情况下，即电池没发生过充电、

过放电事件时，ＣＯ、ＤＯ都为高电平，ＤＰ端子悬

空，图１中右半部分的６个ＭＯＳＦＥＴ是耐高压管。

工作原理是通过监视连接在Ｉ，叻和ｙ蚤之间的电池

电压及‰和ｙ签之间的电压差控制充电器的充电

和放电。

ＤＰ

电

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较器

过放电检

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过电流１检滴＜ｒ］

比较器

易

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过电流２检窝沁

比较器

工

负载短路检测比较器Ⅵ

工

注：本ＩＣ内部的二极管是寄生二极管

图ｌ单节锂电池充电保护电路系统框图

Ｆｉｇ．１

Ｃｈ８ｒｇｉＩｌｇ

ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ

ｃｉｒｃｕｉｔ

ｓｙｓｔｅｍ

ｓｃｈｅｍｅｔｉｃ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ

ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ

１．１通常状态的设计

如图１所示，通常状态下，即电池电压在过放

电检测电压（ｙ曲以上且在过充电检测电压

（ｙ曲以下，‰端子的电压在充电器检测电压

（ｙａ０以上且在过电流１检测电压以下的情况下，

设计振荡器模块不工作，充电控制用ＭＯＳＦＥＴ和

放电控制用ＭＯＳＦＥＴ的两方均打开。这时可以进

行自由的充电和放电。

１．２过电压检测的设计

当电池出现过充电时，过充比较器跳变，过

充电检测电压ｙ∞从日变成￡，经过过充电检测延

２００８年２月

迟时间后，禁止电池充电。同时，电路的输出％为

日，经过一个反馈电路使过充电比较器的输入电压升

高，所以电池电压必须下降更多才能使比较器输出变

为日。这就实现了过充电滞后电压的设计过程。

当电池过放电时，过放电检测电压ｙＤＬ从日变

为￡，经过时间‰后，禁止电池放电。此时，通过

０

Ｖ充电禁止模块使ｙＭ升高，从而五个比较器的使

能端ＳＤ跳变为无效状态，此时电路中的五个比较

器都不工作，而且振荡器也不工作，电路进入休眠

状态。当ｙＭ降低使ＳＤ再次发生改变时，电路解除

休眠状态。休眠状态的电流不能超过１００

ｎＡ。

１．３过电流检测的设计

当‰端子电压大于过电流１检测电压，并且

这个状态在过电流１检测延迟时间以上时，关闭放

电用的ＦＥＴ从而停止放电。

当‰端子电压大于过电流２检测电压，并且

这个状态在过电流２检测延迟时间以上时，关闭放

电用的ＦＥＴ从而停止放电。

通过不同环形振荡器的振荡频率，调整过电

流的检测延迟时间的长短，可及时停止放电。

２

关键电路的实现

本文从低功耗、低成本、宽工作电压范围等考

虑，提出基于耗尽型工艺的独特设计方法。

基准电压源电路、过充过放迟滞电路、０ Ｖ充

电禁止电路、振荡器电路在整个芯片中起到关键的

作用。其中多处的基准电压源电路分别为各比较器

提供合适的参考电压和为振荡器提供合适的起振电

压，并且使比较器和振荡器工作在弱反型区。此处

不对各基准电压源的具体数值单独分析，只对其原

理作详细的分析。

２．１基准电压源电路

传统基准电压源［１１电路由带隙基准电路、带隙

基准启动电路、比较器电路和电阻分压网络组成。

但本文的电源电压有时工作在２ Ｖ，此时传统的带

隙基准电路由于电源电压太低而无法工作在正常的

区域；整个片子要求的功耗非常小，若采用传统的

带隙基准电路功耗会过大。本文提出了更有效的办

法，用耗尽型工艺ｌｚ－３ｌ取代了原始的ＢｉＣＭＯＳ工艺。

电路如图２所示，Ｍ８４为耗尽型管子，其阈值电压

是可调的。在版图设计中Ｍ８４单独设计在一个隔

离层中，避免其他器件的干扰。

微纳电子技术第４５卷第２期１１９

　

　

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