一种单节锂电池保护IC设计

　　摘 要：介绍了锂电池保护IC的工作原理，设计了适合CMOS工艺的锂电池保护电路，符合低功耗，高精度的要求。

　　1 引 言

　　设计了一种低功耗的单节锂离子电池保护电路，此保护电路不仅对锂离子电池提供过充电，过放电，放电过流保护，还提供充电异常保护，零伏电池充电禁止等功能。用1. 0μm双阱CMOS工艺实现。

　　2 锂电池保护IC的功能原理分析

　　锂电池保护电路的原理图如图1 所示， E +和E - 端之间加充电器或负载。电路工作原理如下：

图1 锂电池保护原理图

　　正常状态：当电池电压在过放电检测电压以上且在过充电检测电压以下， VM端子的电压在充电器检测电压以上且在过电流检测电压以下时，充电控制用FET2 和放电控制用FET1 的两方均打开。

　　这时可以进行自由的充电和放电。这种状态叫做正常状态。

　　过充电保护：在充电过程中，当电池电压高于过充电检测电压，且该状态持续到过充电检测延迟时间后，控制电路输出一个低电平，关断充电控制用FET2,禁止充电。

　　过放电保护：在放电过程中，当电池电压低于过放电检测电压，且该状态持续到过放电检测延迟时间后，控制电路输出一个低电平，关断放电控制用FET1,禁止放电。

　　过电流保护：过电流保护包括一级过流保护，二级过流保护，短路保护，当放电电流过大， VM端电压上升，超过过流检测电压，且该状态持续时间超过过流检测延迟时间后，控制电路输出低电平，关断放电控制用FET1,放电禁止。在放电过程中， VM端电压就是两个处于导通态的FET上的压降（见图1） ,即VVM = I ×2RFET.式中I是通过FET的电流，即放电电流， RFET是FET的通态电阻。

　　充电异常保护：电池在充电过程中如果电流过大，使VM端电压下降，当低于某个设定值，并且这个状态持续到过充电检测延迟时间以上时，控制电路关断充电控制用FET2,停止充电。当VM端电压重新上升到设定值以上后，充电控制用FET1打开，充电保护异常解除。

　　零伏电池充电禁止：电池在久放不用的情况下，会自身放电使电池电压下降，甚至为零伏，有些锂电池因其特性的原因在被完全放电后不适宜再度充电。当电池电压低于某个设定值时，充电控制用FET2的栅极被固定在低电位，禁止充电。只有电池本身电压在零伏电池禁止充电电压以上时，才被允许充电。

　　3 电路设计

　　如图2所示，锂电池保护电路主要由基准源，比较器，逻辑控制电路以及一些附加功能块组成。比较器检测所用到的基准电压都要通过一个基准源电路来提供，此基准源在正常工作情况下，必须高精度，低功耗，以满足芯片要求，且能够在电源电压低至2. 2V时正常工作。

图2 锂电池保护电路的内部结构