2. 3 　过放电保护

用于防止因放电时电池电压低于电池额定电压

的下限 。当放电时 ,电流从

U

+

流出 ,电池电压逐渐

下降 。当电压下降 ,由 e 点监测到 ,到最低额定电压
时 ,保护芯片就从 a 点送出一个低电平关闭 MOS

2

F ET 信号 ,切断电源 。

2. 4 　短路保护

用于防止电池正负极短路 。电池的正负极 (

U

+

和

U

-

) 小于规定电压时 ,保护芯片就从 b 点送出一

个低电平关闭 MOSFET 信号 ,切断电源 。

3

　电池管理芯片的功能及其原理图

本芯片设计的原理框图如图 2 所示 。

图

2

　本芯片设计的原理框图

　　该电池管理芯片电路设计主要有以下功能 :

(1) 过充电检测 ; (2) 过放电检测 ; (3) 短路时电

路保护 ; (4) 过流时电路保护 。

本设计电路外引脚功能如下 :

U

DD

:阳极供电端 ,此引脚和锂离子正极以及在充

电时和充电器正极相连 ,为控制电路提供工作电流。

U

ss

:接地端 ,此引脚和锂离子负极相连 。

U

-

:充电时连接负极输入端 。

Ct :电路延迟电容 。

Cout :过充电时输出控制端 。

Dout :过放电时输出控制端 。

4

　本芯片电路的工作原理

对于图 2 ,芯片在以下 5 种状态下工作 。

4. 1 　过充电状态

当对锂离子电池充电到某一状态时 (

U

DD

电压超

过4. 35 V) ,称之为过充状态 。在图 2 中通过 5 脚检
测到 ,当

U

DD

电压超过一个阈值电压时 (4. 35 V) ,通

过电阻分压和电压

U

D1

进行比较 ,输出一个低电平 。

电平经过一定的延迟和电平位移后在图 2 中的 Cout
脚 (对应图 1 中的 b 点) 输出 , 关闭做充电保护的

NMOS 管 ,切断对电池的充电 。信号的输出延迟是

通过图 2 中的 4 脚接外的电容来实现的 。当所处过
充状态的时间小于外部电容的固定延迟时 ,低电平信
号是不进行输出的 。

4. 2 　过放电状态

当锂电池进行工作放电时 ,如果锂电池的电压低

于一个阈值电压时 ,称之为过放 ,在图 2 中通过 5 脚
检测 。当

U

DD

电压低于一个阈值电压 (2. 5 V) 时 ,通

过电阻分压后和电压

U

D2

进行比较 ,输出一个高电

平 。通过一个或非门 ,和一个电路内部延迟 ,以及一
个与门后在 Dout 脚 (对应图 1 中 a 点) 输出低电平 ,
关闭外围电路做放电保护的 NMOS 管 。当电路所处
过放状态时间小于电路的内部延迟时间 ,则不输出低
电平信号 。

4. 3 　正常工作状态

当电池 处 于 正 常 工 作 状 态 时 ,

U

DD

电 压 满 足 :

4. 35 V >

U

DD

> 2. 5 V条件 ,这时 1 脚和 3 脚输出为

高电平 ,外围电路的两个 NMOS 处于开启状态 ,电路
正常工作 。

4. 4 　过流工作状态

当电路过流时 ,2 脚处的电压会大于一个阈值电

压值

U

D ET3

(0. 2 V) ,通过和电压

U

D3

进行比较输出

一个高电平 ,和过放比较器出来的电压进行或非运
算 ,然后进行输出 。

4. 5 　短路工作状态

当 2 脚电压进一步增大超过 1. 8 V (

U

short

) 时 ,

电路之间通过一个与门在 Dout 输出一个低电平信号
来关闭外围电路的 NMOS 管 。过流状态和短路工作
状态的检测都是通过外围电路串联的两个 NMOS 管
的导通电阻的压降来实现 ,两个 NMOS 管对应图 1
中的充电 MOSFET 和放电 MOSFET。当对手机电
池进行充电和放电 ,外围电路的电流方向是变化的 ,

U

-

脚的电压表征为高于

U

SS

处电压或者低于

U

SS

处

电压 ,如图 4 中

U

-

的波形图 。

5

　芯片基准电压的产生

在本芯片的设计过程中 ,产生图 2 中的基准电压

U

D1

和

U

D2

的电路是所有电路中最为复杂和要求最

高的 。所以在此给出了产生这两个基准电压的电路

图 (图 3) 以及此电路图的简单说明 。

5

2

　第

5

期

钟国华 等

:

锂电池保护电路的芯片设计