一种电池管理电路 |
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| 申请号 | CN202311724897.8 | 申请日 | 2023-12-14 | 公开(公告)号 | CN117767469A | 公开(公告)日 | 2024-03-26 |
| 申请人 | 成都利普芯微电子有限公司; | 发明人 | 孙健; 高兴波; 钟海东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 电池 管理 电路 ，涉及电池保护技术领域，该电池管理电路包括： 电流 采样 电阻 、充放电 开关 以及封装后的电池保护IC；电池保护IC基于电流采样电阻进行过流检测，并通过控制充放电开关的关断以实现过流保护；其中，电池保护IC内设置有基于目标保护电流与电流采样电阻的实测阻值对其过流检测 电压 和/或过流参考电压进行修调的修调模 块 。本发明可以解决电流采样电阻的实际阻值与其标定阻值存在偏差所带来的过流保护 精度 问题，此种过流保护精度非常高，可适用于高端芯片。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电池管理电路，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 一种电池管理电路技术领域[0001] 本发明涉及电池保护技术领域，具体涉及一种电池管理电路。 背景技术[0002] 随着电池越来越广泛应用于各个领域，它的安全性也愈发重要。其中，电池保护IC可以对锂电池进行保护，以保证其充放电的安全性。 [0003] 如图1所示，为现有技术中一种常见的电池管理电路，主要包括各自独立的电池保护IC、充放电开关以及电阻R0，电池保护IC基于电阻R0对电池充放电进行过流检测，以实现过流保护。由于电阻R0通常采用精密电阻实现，其价格比较昂贵，此种过流保护方式大大增加了芯片成本。同时，虽然电阻R0采用精密电阻来实现已经具有了一定的精度，但受工艺偏差等非理想因素影响，该精度电阻的实际阻值与精密电阻出厂时的标定阻值之间仍然存在一定误差，使得芯片的过流保护准确性受影响，这对于一些对过流保护精度要求非常高的高端芯片而言是难以接受的。 发明内容[0004] 本发明提供一种电池管理电路，能有效克服上述问题。 [0005] 为了解决上述问题，本发明公开了一种电池管理电路， [0007] 电池保护IC基于电流采样电阻进行过流检测，并通过控制充放电开关的关断以实现过流保护； [0009] 在一实施例中，电流采样电阻为精密电阻。 [0010] 在一实施例中，电流采样电阻、充放电开关以及电池保护IC封装在同一个封装体内。 [0011] 在一实施例中，电流采样电阻、充放电开关以及电池保护IC集成在同一个PCB板上。 [0012] 在一实施例中，其中，电流采样电阻的实测阻值基于测试电流流经电流采样电阻测试得到。 [0013] 在一实施例中，充放电开关包括充电控制开关和放电控制开关； [0014] 充电控制开关的受控端与电池保护IC的充电控制端CO连接，放电控制开关的受控端与电池保护IC的放电控制端DO连接。 [0015] 在一实施例中，修调模块包括： [0017] 调节单元，用于基于第二信号对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调。 [0018] 在一实施例中，熔丝修调单元包括： [0019] 一个或多个修调子单元，各个修调子单元用于根据修调电压和其接收的第一信号执行熔断或不熔断其内修调熔丝的操作； [0020] 一个或多个检测子单元，每个检测子单元与至少一个修调子单元对应，用于检测与其对应的修调子单元内的修调熔丝是否熔断，以输出第二信号。 [0021] 在一实施例中，其中，修调电压经电池保护IC的引脚引入修调模块。 [0022] 在一实施例中，调节单元包括：用于产生基准电流的基准源以及受控开关元件和由多个电阻通过串联和并联组成的电阻结构； [0023] 受控开关元件基于接收到的第二信号调节电阻结构，以实现基于基准电流和调节后的电阻结构，对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调。 [0024] 本发明包括以下优点： [0025] 本发明公开了一种电池管理电路，包括：电流采样电阻、充放电开关以及封装后的电池保护IC；电池保护IC基于电流采样电阻进行过流检测，并通过控制充放电开关的关断以实现过流保护；其中，电池保护IC内设置有基于目标保护电流与电流采样电阻的实测阻值对其过流检测电压和/或过流参考电压进行修调的修调模块。实际中电池保护IC基于电流采样电阻的实际阻值进行过流检测，那么本发明也遵从实际，修调模块基于电池保护IC所连接的电流采样电阻的实测阻值和目标保护电流对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调，实现对其过流保护精度的修调，以此解决了电流采样电阻的实际阻值与其标定阻值存在偏差所带来的过流保护精度问题，此种过流保护精度非常高，可适用于如手机芯片或车规芯片等高端芯片。附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。 [0027] 图1是现有技术中一种常见的电池管理电路与电池连接的示意图； [0028] 图2是本发明实施例一种电池管理电路与电池连接的原理示意图； [0029] 图3是本发明实施例一种修调模块的结构示意图； [0030] 图4是本发明实施例一种电池管理电路的封装结构示意图。 具体实施方式[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 [0032] 在如图1所示的电池管理方案中，电池保护IC基于电阻R0和电池的充放电电流(具体为充电电流和放电电流)对电池的充放电情况进行过流检测，以实现过流保护。 [0033] 发明人发现，虽然电阻R0采用现有的精密电阻来实现已经使过流保护准确性提高，但是受工艺偏差等非理想因素影响，电阻R0的实际阻值与其出厂时的标定阻值之间仍然存在一定误差。比如同样都是标定阻值为1mΩ的电阻，有些电阻的实际阻值却可能为1.05mΩ，而有些电阻的实际阻值却可能为0.95mΩ。而现有的电池保护IC内用于充电过流保护的参考电压和用于放电过流保护的参考电压都是基于该电阻R0的标定阻值确定的，而过流检测电压却是由充放电电流流经该电阻R0而产生，与电阻R0的实际阻值有关，这导致芯片的过流保护准确性受影响，对于对过流保护要求非常高的高端芯片(如手机芯片、车规芯片等高端芯片)而言，此种问题是难以接受的。 [0034] 有鉴于此，本发明实施例提出了一种电池管理电路，参考图2，该电池管理电路包括：电流采样电阻、充放电开关以及封装后的电池保护IC； [0035] 电池保护IC基于该电流采样电阻进行过流检测，并通过控制充放电开关的关断以实现过流保护； [0036] 其中，电池保护IC内设置有基于目标保护电流与该电流采样电阻的实测阻值对其过流检测电压和/或过流参考电压进行修调的修调模块。 [0037] 在本发明的电池管理电路中，电流采样电阻、充放电开关以及电池保护IC都是各自独立的，电池保护IC为一种封装后的芯片。如图2所示，电池保护IC包括正电源输入端VDD、负电源输入端VSS、充电控制端CO、放电控制端DO以及检测端VM和检测端Vsense，其中，VDD端子用于与电池的正极连接，VSS端子用于与电池的负极连接，充电控制端CO和放电控制端DO用于与充放电开关连接，充放电开关经电流采样电阻与电池的负极连接，检测端Vsense连接于充放电开关与电流采样电阻之间，以基于电流采样电阻和流经该电流采样电阻的充放电电流进行过流检测。电池保护IC将从该检测端Vsense获得的过流检测电压与芯片内的过流参考电压进行比较，判断电池是否充电过流或放电过流，进而通过控制充放电开关关断以实现过流保护。 [0038] 在本发明实施例中，如图2所示，充放电开关可以包括充电控制开关和放电控制开关；充电控制开关的受控端与电池保护IC的充电控制端CO连接，放电控制开关的受控端与电池保护IC的放电控制端DO连接。 [0039] 其中，充电控制开关和放电控制开关可以封装在同一个芯片中并与该电池保护IC的充电控制端CO和放电控制端DO分别连接，当然，充电控制开关和放电控制开关也可以为各自独立的分立器件。本发明对充电控制开关和放电控制开关的封装形式不做限定。更进一步的，充电控制开关和放电控制开关均为MOS管。 [0040] 在电池处于充电状态下，电池保护IC基于该电流采样电阻从其检测端Vsense所得到的过流检测电压为充电过流检测电压，电池保护IC将该充电过流检测电压与充电过流参考电压进行比较，可以判断电池是否充电过流。在电池正常充电时，充电控制开关和放电控制开关均处于导通状态；在确定电池发生充电过流时，电池保护IC经其充电控制端CO控制充电控制开关关断，以终止充电。 [0041] 在电池处于放电状态下，电池保护IC基于该电流采样电阻从其检测端Vsense所得到的过流检测电压为放电过流检测电压，电池保护IC将该放电过流检测电压与放电过流参考电压进行比较，可以判断电池是否放电过流。在电池正常放电时，充电控制开关和放电控制开关均处于导通状态；在确定电池发生放电过流时，电池保护IC经其放电控制端DO控制放电控制开关关断，以终止放电。 [0042] 由于本发明是基于该电流采样电阻进行过流检测，即过流检测点与该充放电开关无关，故本发明的过流检测方式可以无视充放电开关的内阻，换句话说，无论充放电开关的内阻是否因某种因素变化，该变化都不影响本发明的电池保护IC的过流保护精度。 [0043] 本发明实施例的目标保护电流为实际触发过流保护点的电流，具体可以分为触发充电过流保护点的电流和触发放电过流保护点的电流。一般而言，电池都有一个标定的过流保护电流，如5mA(毫安)，该目标保护电流则可以基于该标定的过流保护电流测试得到，电流测试方法可参考相关现有技术，在此不多赘述。最终得到的目标保护电流可能为5mA，也可能大于或小于5mA，如5.6mA或4.8mA。 [0044] 本发明的电流采样电阻的实测阻值与其实际阻值相对应。可以理解的，电流采样电阻的实测阻值就是其实际阻值。在一实施例中，电流采样电阻的实测阻值基于测试电流流经电流采样电阻测试得到。测试过程可以如下：将电流采样电阻与封装后的电池保护IC连接后，在FT阶段可利用测试机向该电流采样电阻输入一个测试电流，电池保护IC基于该测试电流和电流采样电阻可以在其检测端Vsense处采样得到一个测试电压，由于测试电流是已知的，通过将该测试电压读取出来与该测试电流相除，即可得到电流采样电阻的实测阻值。优选的，该测试电流可以为远小于目标保护电流的小电流，以降低电流采样电阻在测试过程中的发热量，避免电流采样电阻受测试电流影响可能升温而导致其电阻值变化，进而导致其实测阻值不准确的问题。 [0045] 实际中电池保护IC基于电流采样电阻的实际阻值进行过流检测，那么本发明也遵从实际，修调模块基于电池保护IC所连接的电流采样电阻的实测阻值和目标保护电流对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调，实现对其过流保护精度的修调，以此解决了电流采样电阻的实际阻值与其标定阻值存在偏差所带来的过流保护精度问题，此种过流保护精度非常高，可适用于如手机芯片或车规芯片等高端芯片。 [0046] 现有技术中虽然有利用修调来提高电池保护IC的过流保护的精度的方案，但其修调手段仍是根据电流采样电阻的标定阻值进行修调的，通常是在晶圆测试(Chip Probing，CP)阶段利用探针基于该电流采样电阻的标定阻值进行修调，为了提高生产效率，适应批量生产，同一批次的晶圆一般按同一标定阻值的电流采样电阻进行修调。此种统一的修调方式并未考虑到为精密电阻的电流采样电阻可能存在阻值不准确的问题，所以其进行修调时所参考的仍然是电流采样电阻的标定阻值。显然，这样的修调方式无法解决因电流采样电阻的实际阻值与其标定阻值存在偏差所带来的过流保护精度问题。 [0047] 可以理解的，同一批电池保护IC，即使各颗电池保护IC所接的电流采样电阻的阻值规格都相同，即标定阻值都相同，但由于每颗电池保护IC所要修调的电流采样电阻的实际阻值不一定相同。不同于现有技术中的统一修调方案，基于本发明按照电流采样电阻的实测阻值进行修调的思路，各颗电池保护IC的修调方式也不一定相同，这一修调过程可以理解为电池保护IC与其连接的电池采样电阻是一种一对一的修调关系，每颗电池保护IC基于与其连接电流采样电阻的实测阻值来对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调的都是独特的、具有针对性的，本发明可以有效克服单颗芯片所连接的电流采样电阻的实际阻值与其标定阻值存在偏差所带来的过流保护精度问题。 [0048] 此外，不同于现有技术所提出的修调手段在CP测试阶段进行修调，会因封装应力导致晶圆阶段的修调结果不准确。由于本发明的电池保护IC是一种封装后的芯片，且电池保护IC内的修调模块是基于电流采样电阻的实测阻值来进行修调的，因此本发明可以在FT(Final Test，成品测试)阶段通过将电流采样电阻与封装后的电池保护IC连接，可以非常容易测得电流采样电阻的实测电阻并进行修调，此种方式相比电池保护IC封装前进行修调，能有效规避封装应力所带来的修调精度漂移问题，保证修调结果的准确度和稳定性。 [0049] 进一步的，本发明的修调模块可以基于目标保护电流与电流采样电阻的实测阻值所确定的第一信号对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调。其中该第一信号可以通过以下方式产生：测试机在得到电流采样电阻的实测阻值之后，基于该实测阻值和目标保护电流可以得到目标电压，可以认为该目标电压才是一种真正意义上的触发过流保护的阈值电压，然后可以计算该目标电压与初始设定的过流参考电压(如前述可知，该过流参考电压通常基于电流采样电阻的标定阻值和目标保护电流进行设置)之间的差值，通过设置合适的修调步进值，将该差值与修调步进值进行处理，可以得到相应的第一信号。实际测试中，在得到目标电压与过流参考电压之后，产生第一信号的过程可以在FT测试机中完成，也可以由FT测试机输入芯片中，由芯片中计算产生，本实施例对此不作限定。 [0050] 本发明可以基于目标保护电流与电流采样电阻的实测阻值对电池保护IC的过流检测电压进行修调，也可以基于目标保护电流与电流采样电阻的实测阻值对电池保护IC的过流参考电压进行修调，当然可以设计来实现对过流检测电压和过流参考电压均进行修调。其中，对过流参考电压进行修调便于理解：目前的电池保护IC中，过流参考电压通常是基于电流采样电阻的标定阻值和目标保护电流进行设置的，本发明基于目标保护电流和充电流采样电阻的实测阻值对该过流参考电压进行修调，可以使得过流参考电压与该目标电压一致或在可接受范围内。而对过流检测电压进行修调可以理解为是将过流检测电压修调来与基于电流采样电阻的标定阻值和目标保护电流设置的固定的过流参考电压接近，该接近可以表征为过流检测电压在电池正常充电时和发生充电过流时的差异，或者说表征为过流检测电压在电池正常放电时和发生放电过流时的差异，使得电池保护IC能够判断电池的充放电过流情况，有效实现过流保护功能。在修调后，由于第一信号已经固定，当电池的充放电电流发生变化时，检测端Vsense处的过流检测电压也会相应发生变化，因此该过流检测电压经过该修调模块修调后的电压也会发生变化，通过与过流参考电压比较，可以有效检测出电池是否充电过流或放电过流的情况。对过流检测电压和对过流参考电压都进行修调的原理与前述内容相似，在此不多赘述。 [0051] 在本发明一实施例中，参考图3，修调模块包括：熔丝修调单元和调节单元；其中，熔丝修调单元用于在修调电压的作用下，基于目标保护电流与电流采样电阻的实测阻值所确定的第一信号执行熔断或不熔断其内修调熔丝的操作，并产生第二信号；调节单元用于基于第二信号对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调。 [0052] 由于本发明的电池保护IC是封装后的芯片，因此修调电压可以在FT测试阶段经电池保护IC的引脚引入修调模块，具体引入修调模块中的熔丝修调单元。第一信号可以控制相应的修调熔丝是否与该修调电压导通，使得该修调熔丝基于修调电压产生的电流将其熔断，进而达到修调目的。修调熔丝熔断后，修调熔丝所在支路的相关电位会发生变化，熔丝修调单元将该电位变化以逻辑“1”或逻辑“0”的第二信号输出。 [0053] 进一步的，如图3所示，熔丝修调单元可以包括：一个或多个修调子单元以及一个或多个检测子单元，各个修调子单元用于根据修调电压和其接收的第一信号执行熔断或不熔断其内修调熔丝的操作；每个检测子单元与至少一个修调子单元对应，用于检测与其对应的修调子单元内的修调熔丝是否熔断，以输出第二信号。其中，每个修调子单元可以包括：修调开关(图未示出)和修调熔丝(图未示出)。修调开关连接在修调熔丝和修调电压之间，并根据接收的第一信号断开或闭合；修调熔丝用于在该修调开关闭合时熔断。当通过电池保护IC的引脚引入修调电压后，各个修调开关根据接收的第一信号断开或闭合，使得与其连接的修调熔丝执行熔断或不熔断的操作。 [0054] 在本实施例中，每个修调子单元与至少一个检测子单元对应包括两种实施例。如图3所示，一是检测子单元与修调子单元为一一对应关系：即每个修调子单元与第一信号一一对应，每个修调子单元都基于不同的第一信号使其内的修调熔丝执行熔断或不熔断的操作，每个检测子单元所输出的第二信号即是其对应的一个修调子单元内的熔丝熔断结果。二是检测子单元与修调子单元为一对多的关系：即连接同一个检测子单元的多个修调子单元所接收的第一信号相同，这多个修调子单元都基于相同的第一信号进行修调，每个检测子单元所输出的第二信号即是其对应的多个修调子单元内的熔丝熔断结果求或运算后的结果。相比前述方案仅利用一个修调子单元的熔丝熔断结果作为修调结果，本实施例采用多个修调子单元的熔丝熔断结果求或运算，可以提高修调成功率，能有效避免因一个修调子单元熔断失败就影响调节单元的修调结果的问题。 [0055] 在本实施例中，调节单元可以与检测端Vsense、基准源等连接，其结构具体可以由受控开关元件与多个电阻组成，或是由受控开关元件与电流镜结构组成，或是由受控开关元件、多个电阻、电流镜结构等组成。基于调节单元的不同结构，受控开关元件基于第二信号可以调节由多个电阻组成的电阻结构，或控制电流镜的镜像比例。通过如该电阻结构的阻值改变或镜像比例改变，可以使得过流检测电压和/或过流参考电压的改变，实现对过流检测电压和/或过流参考电压精度的修调。 [0056] 在一示例中，调节单元包括：用于产生基准电流的基准源以及受控开关元件和由多个电阻通过串联和并联组成的电阻结构；受控开关元件基于接收到的第二信号调节电阻结构，以实现基于基准电流和调节后的电阻结构，对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调。多个电阻通过串联和并联组成的电阻结构为一种串并联结构，相比一般的串联电路，这种串并联结构的调节方式是非线性的，仅需极少的电阻，就能实现较高的调节分辨率，所占用的电路面积会比较小。受控开关元件可以基于第二信号调节电阻结构接入的电阻个数，或调节电阻结构的输入输出节点，可以使得电阻结构所表征的阻值大小改变。关于受控开关元件和电阻结构的实现方案可参考相关现有技术，在此不多赘述。 [0057] 若都需对电池保护IC的过流检测电压和过流参考电压进行修调，该调节单元可以基于时序控制复用。例如电池充电和放电并不同时发生，本实施例就可以基于时序控制，在一状态下对电池保护IC的过流检测电压进行修调，以抬升过流检测电压与一固定充电过流参考电压进行比较，实现对电池充电进行过流保护；在另一状态下，对电池保护IC的过流参考电压进行修调，以校准该过流参考电压，实现对电池放电进行过流保护。 [0058] 在本发明各个实施例中，电流采样电阻可以为精密电阻，也可以为普通电阻。当电流采样电阻为精密电阻时，其实际阻值与其标定阻值的偏差会小些，则本发明电池保护IC内的修调模块的修调精度可以设计的更精细些；当电流采样电阻为普通电阻时，其实际阻值可能与其标定阻值偏差更大，因此本发明可以在电池保护IC内设计具有更大修调幅度的修调模块。在一些可行方案中，可以预先设计包含较多修调熔丝和具有更优调节方式(如后文所列举的具有串并联调节结构的调节单元)的修调模块，如此无论电池保护IC所接的电流采样电阻是精密电阻或是普通电阻，本发明的修调模块都可以在实现修调的同时保证修调精度。 [0059] 就本发明的电池管理电路而言，可以有以下表示形式： [0060] 在一实施例中，电流采样电阻、充放电开关以及电池保护IC集成在同一个PCB(printed circuit board，印刷电路板)板上。此实施例中，电流采样电阻、充放电开关以及电池保护IC可通过布置在PCB板上的导线(如铜线)连接。 [0061] 在另一实施例中，如图4所示，电流采样电阻、充放电开关以及电池保护IC封装在同一个封装体内。充放电开关和封装后的电池保护IC集成在同一个封装体之后，这一封装体作为成品会有两个引脚引出，分别为P+和P‑，P+和P‑为负载引脚，用于连接负载的正负极。在本实施例中，由于封装后的电池保护IC与电流采样电阻集成在同一个封装体内，且电池保护IC内有可在FT阶段修调的修调模块，并最终能以一系统级封装(如可以为SIP封装形式)的形式出厂，故本发明可以选用任意标定阻值的电流采样电阻与该电池保护IC一起集成在同一个封装体内，然后在出厂前利用修调模块基于目标保护电流与该电流采样电阻的实测阻值对电池保护IC的过流检测电压和/或过流参考电压进行修调。可以理解的，在同一个封装体内，本实施例无论选择何种标定阻值的电流采样电阻与该电池保护IC连接，只要预先合理设计电池保护IC内的修调模块，基于该修调模块可修调，最终都可以实现该标定阻值的电流采样电阻与电池保护IC的修调匹配性，使得电池保护IC基于该标定阻值的电流采样电阻也能有效地实现过流保护功能。相比在晶圆阶段对电池保护IC进行修调的方案，本实施例还可以实现电池保护IC与电流采样电阻适配性的提升，或者说实现了两者匹配灵活性的提升，可以满足不同的应用需求，提升可应用范围。 [0062] 在本发明的各个实施例中，电池具体可以为锂电池，也可以为其他电池。若电池为锂电池，相应的，本发明的电池保护IC也为锂电池保护IC。 [0064] 以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。 |
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