CN107543985B - 一种多节电芯保护板断线检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多节电芯保护板断线检测电路，通过复用过压比较器可以对除最高节BAT_n以外的BAT₁～BAT_n‑1节电池分别作断线和过压检测，所述电路主要由上拉电流源I₁～I_n‑1和过压比较器OV₁～OV_n‑1，以及分压电阻R₀₁～R_0n‑1构成，可以对n‑1节电池同时进行过压和断线检测。通过时序与控制单元产生的具有一定周期的窄脉冲信号XCLK_HV控制每一节电池过压和断线检测的开关SW₁～SW_n‑1；本发明电池断线检测电路解决了传统电池保护电路无法同时检测电池断线和过压以及在电池欠压情况下无法检测断线的问题；采用的窄脉冲信号XCLK_HV作为断线检测开关的信号，大大地降低了电路功耗；而且只利用上拉电流，且复用过压比较器，有效地减小了电路的面积。

Description

一种多节电芯保护板断线检测电路

技术领域

本发明属于电池保护技术领域，涉及一种多节电芯保护板断线检测电路。

背景技术

随着各种智能设备以及新能源动力车辆的发展，锂动力电池得到了非常成熟的发展与应用，多节锂电池通过串联构成不同电压、不同容量的电池组可以为大功耗用电设备供电。为了电池组的安全，通常会设置锂电池保护芯片包括断线和过压保护电路来保证每一节电池在断线或过压情况下关闭充电管或放电管，从而延长电池的使用寿命。

以n节电池构成的电池组为例分析，当断线检测模块正常工作时，因为每节电池电压相差不大，所以第n节电池处检测到的电池电压VC_n近似等于每一节电池电压的n倍。而当第j节电池出现断线时，该节电池电压VC_j会被拉高至其上一节电池电压VC_j+1，并在检测时将此时的电池电压VC_j传递给比较器从而检测到断线异常。而VC_j被拉高，传统电路有时也会把电池断线误判断为电池过压；并且传统电路是通过一个单独的电池断线检测模块来实现，而电池断线检测模块所用到的比较器多，导致芯片面积大和功耗大。

发明内容

本发明针对现有电池断线检测电路的缺点，提出了通过复用过压比较器，并只利用上拉的方式解决了现有电路面积大、功耗大的问题；每一节电池电压都分别通过不同分压点的得到了不同的分压比例，由于断线和过压发生时该节电池电压不同，因此电池的分压分别与基准电压经过比较器可以准确地判断出电池异常状态是断线还是过压；并且这样的方式可以使得即使有电池处于欠压情况时，其他节的电池断线检测仍不受其影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：一种多节电芯保护板断线检测电路，包括断线检测单元A、时序与控制单元B以及串联在一起的多节电池BAT₁～BAT_n，n为大于等于2的正整数；

电池BAT_i的正极通过串联的电阻R_i和电容C_i组成的RC滤波电路接地，且电池BAT₁负极接地，1≤i≤n；电池BAT_j的电池电压VC_j通过连接分压电阻R_0j得到分压V_FBj输入比较器A_j的正向输入端，比较器A_j的反向输入端连接基准电压V_REFj，1≤j≤n-1，电阻R₀₁～R_0(n-1)依次串联，电阻R₀₁一端接地；

最高节电池BAT_n的正极依次连接二极管D和电阻R生成电压V_DDHV分别与直流电流源I₁～I_n-1的输入端连接，直流电流源I_j的输出端通过开关SW_j与对应的电阻R_0j的一端相连，开关SW_j的状态由窄脉冲产生电路B产生的XCLK信号经电平转换模块A₁₀生成的窄脉冲信号XCLK_HV控制，在XCLK_HV的下降沿到来时检测电路中的开关SW_j闭合，并开始断线检测，1≤j≤n-1；

比较器A_j的输出端连接至逻辑或门A₁₁的输入端，1≤j≤n-1，逻辑或门A₁₁的输出端与D触发器A₁₃的输入端D和计数器A₁₂的输入端连接，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过延时单元A₁₄产生的信号控制，D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD分别连接至逻辑或门101和第二电平转换单元104的输入端，第二电平转换单元104的输出端信号经过第二反相器105输出信号DHC控制NMOS管Q2，逻辑或门101的另一个输入端连接计数器A₁₂的输出端，逻辑或门101的输出端经过第一电平转换单元102和第一反相器103输出信号CHC控制NMOS管Q₁。

电池断线检测单元A包括高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)，电压V_DDHV与高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)的源极相连，高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_a1～M_a(n-1)分别构成电流镜，高压PMOS管M_a0为电流镜的源头，由直流电流源I₀提供镜像电流，其中高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_aj构成的电流镜作为直流电流源I_j，1≤j≤n-1；高压PMOS管M_a0的漏极与直流电流源I₀的输入端连接，直流电流源I₀的输出端接地；

高压PMOS管M_bj的源极与高压PMOS管M_aj的漏极连接，窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_bj的栅极，其中高压PMOS管M_bj作为开关SW_j，高压PMOS管M_bj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和高压NMOS管M_cj的漏极连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和高压NMOS管M_dj的漏极连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极；高压NMOS管M_cj的栅极由XCLK_HV信号控制，其源极连接至比较器Aj的正向输入端；高压NMOS管M_dj的栅极由CLK_HV信号控制，其源极与比较器A_j的正向输入端连接；比较器A_j的反向输入端接入电压源V_j提供的基准电压VREF_j，输出端接入逻辑或门A₁₁，其中，1≤j≤n-1；电压源V₁的负极接地。

电池断线检测单元A包括电阻R₁～R_n-1，电压V_DDHV与电阻R_j的一端相连，电阻R_j作为直流电流源I_j，电阻Rj的另一端连接至高压PMOS管M_aj的源极，其中，高压PMOS管M_aj作为开关SW_j，由窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_aj的栅极，高压PMOS管M_aj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和高压NMOS管M_cj的漏极连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和高压NMOS管M_dj的漏极连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极；高压NMOS管M_cj的栅极由XCLK_HV信号控制，其源极连接至比较器A_j的正向输入端；高压NMOS管M_dj的栅极由CLK_HV信号控制，其源极与比较器A_j的正向输入端连接；比较器A_j的反向输入端接入电压源V_j提供的基准电压VREF_j，输出端接入逻辑或门A₁₁，其中，1≤j≤n-1；电压源V₁的负极接地。

电池断线检测单元A包括高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)，电压V_DDHV与高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)的源极相连，高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_a1～M_a(n-1)分别构成电流镜，高压PMOS管M_a0为电流镜的源头，由直流电流源I₀提供镜像电流，其中高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_aj构成的电流镜作为直流电流源I_j，高压PMOS管M_a0的漏极与直流电流源I₀的输入端连接，直流电流源I₀的输出端接地；

高压PMOS管M_bj的源极与高压PMOS管M_aj的漏极连接，窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_bj的栅极，其中高压PMOS管M_bj作为开关SW_j，高压PMOS管M_bj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和比较器A_bj的正向输入端连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和比较器A_aj的正向输入端连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极，电压源V₁的负极接地；比较器A_bj和比较器A_aj的反向输入端均接入电压源V_j提供的基准电压V_REFj，比较器A_bj输出端接入逻辑或门A₁₀₁的输入端，比较器A_aj的输出端均接入逻辑或门A₁₀₂的输入端，其中，比较器A_aj和比较器A_bj的组合作为比较器A_j，逻辑或门A₁₀₁和逻辑或门A₁₀₂作为逻辑或门A₁₁，1≤j≤n-1；

信号OVP包括信号OVP1和信号OVP2，逻辑或门A₁₀₁的输出信号为OVP1，信号OVP1为异步计数器电路中的D触发器A₁₆和D触发器A₁₇和D触发器A₁₈提供清零信号，D触发器A₁₆、D触发器A₁₇、D触发器A₁₈各自的时钟信号由前一个D触发器的输出端XQ提供，三个D触发器的输入端D均连接至各自的输出端XQ，三个D触发器的输出端Q经过与逻辑与门A₁₉后输出信号OVP_G；逻辑或门A₁₀₂的输出信号为OVP2，并传送到D触发器A₁₃的输入端D，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过延时单元A₁₄产生的信号控制，D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD，其中，1≤j≤n-1。

时序与控制单元电路B包括高压PMOS管M₁，高压PMOS管M₁源极与高压PMOS管M₂源极、高压PMOS管M₃源极、高压PMOS管M₄源极、高压PMOS管M₅源极均连接至电源电压V_DDHV，高压PMOS管M₁的栅极与其漏极以及高压PMOS管M₂、高压PMOS管M₃、高压PMOS管M₄的栅极连接构成电流镜，高压PMOS管M₁漏极还通过电流源I与地相连；

高压PMOS管M₂漏极连接高压PMOS管M₅栅极、高压NMOS管M₉的漏极以及高压NMOS管M₈的栅极，并通过电容C与高压NMOS管M₉源极、高压NMOS管M₈源极、高压NMOS管M₇的源极、高压NMOS管M₆的源极连接后接地GND；高压PMOS管M₃漏极与高压NMOS管M₈漏极以及反相器B₁输入端相连；高压PMOS管M₄漏极与高压NMOS管M₇漏极和栅极以及高压NMOS管M₆栅极相连；高压PMOS管M₅漏极与高压NMOS管M₆漏极以及反相器B₂输入端相连；

反相器B₂的输出信号与R-S触发器B₄的R端连接；反相器B₁的输出端通过反相器B₃接入到R-S触发器B₄的S端；R-S触发器B₄的Q端通过反相器B₅作为输出时钟信号XCLK，且从B₅的输出端反馈到NMOS管M₉的栅极。

V_BLD为D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD的电压。

计数器A₁₂包括输入端与逻辑或门A₁₁的输出端连接的D触发器A₁₆、D触发器A₁₇以及D触发器A₁₈，逻辑或门A₁₁的输出为OVP信号，OVP信号为异步计数器电路中的D触发器A₁₆和D触发器A₁₇和D触发器A₁₈提供清零信号；三个D触发器的输出端Q经过逻辑与门A₁₉后输出信号OVP_G，逻辑与门A₁₉的输出端与窄脉冲信号XCLK均连接至逻辑或门A₁₅的输入端，逻辑或门A₁₅的输出端连接至D触发器A₁₆的时钟信号CLK，D触发器A₁₇的时钟信号CLK连接至D触发器A₁₆的输出端XQ和输入端D，D触发器A₁₈的时钟信号CLK连接至D触发器A₁₇的输出端XQ和输入端D。

D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过反相器A₂₀和延时单元A₁₄产生的信号控制。

本发明的工作原理：当某节电池出现断线或过压时就会引起断线输出信号电平的高低变化，并且只有当XCLK的下降沿到来时将该断线信号经过D触发器A₁₃输出一个BLD信号，经过电平转换电路控制放电管Q₂的栅极信号DHC，由此控制放电管Q₂的开关；为了防止外界干扰或者是某一瞬间电池出现过压现象，断线检测单元中加了计数器电路，在连续的几个高脉冲后，过压检测信号OVP与断线检测信号BLD分别输入给逻辑或门OR，其输出信号经过电平转换电路控制电池和电路板连接的NMOS充电管Q₁的栅极信号CHC，由此控制充电管Q₁的开关。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：通过比例电阻采集每节电池电压，电池出现过压或断线时会引起电压比较器发生输出变化，所以当电池组中任何一节电池出现欠压时并不影响过压或断线检测；而当电池出现过压或断线时，将电池电压经不同的分压电阻与基准电压通过复用了过压比较器来检测电池断线或者过压，并作出相应的保护措施。

在传统电路中，既要做电池断线检测模块也要做电池过压检测模块，所用比较器多，芯片面积大，功耗大。本发明电路中复用电压比较器，能够满足同时检测电池断线和电池过压的情况，并且采用窄脉冲作为时钟信号，在降低电路面积的同时又减小了电路功耗。

当电池BAT_j出现过压时，分压电阻采集的电压会升高，这样电压比较器由原来的低电平转为高电平，再通过D触发器触发电路保护开关停止给电池充电，当电池BAT_j出现断线时，分压电阻采集的电压会被PMOS管“抬高”到电源电压VC_j，电压比较器输出端由原来的低电平转为高电平，再通过D触发器触发电路保护开关停止给电池充电。当电池BAT_j出现欠压时，VC_j+1～VC_n处的电压被拉低，电池BAT₁～BAT_j-1处电压不受影响，断线或过压检测也不会受影响，如上所述进行检测，电池BAT_j+1～BAT_n中有电池BAT_k出现过压或断线时，虽然分压电阻采集的电压会减小，但由于电压比较器的基准电压采用的是BAT_k-1的电压再加上V_i，即采集来的电压与要比较的电压同时降低，并且降低的幅度一致，所以此时电压比较器仍能在过压或断线情况下正确翻转，因此在有电池出现欠压的情况下仍能正常检测电池断线或过压。

进一步的，本发明提出的断线检测电路是可以将断线检测和过压检测的比较器共用的，并能够有效地区分断线还是过压。

附图说明

图1是本发明电池断线检测***框图；

图2是本发明实施例1中电池断线检测部分的电路原理图；

图3是本发明时序与控制单元中电路原理图；

图4是本发明实施例2中电池断线检测部分的电路原理图；

图5是本发明实施例3中电池断线检测部分的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括断线检测单元A、时序与控制单元B以及串联在一起的多节电池BAT₁～BAT_n，n为大于等于2的正整数；

电池BAT_i的正极通过串联的电阻R_i和电容C_i组成的RC滤波电路接地，且电池BAT₁负极接地，1≤i≤n；电池BAT_j的电池电压VC_j通过连接分压电阻R_0j得到分压V_FBj输入比较器A_j的正向输入端，比较器A_j的反向输入端连接基准电压V_REFj，1≤j≤n-1；

V_BLD为D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD的电压。电阻R₀₁～R_0(n-1)依次串联，电阻R₀₁一端接地；

最高节电池BAT_n的正极依次连接二极管D和电阻R生成电压V_DDHV分别与直流电流源I₁～I_n-1的输入端连接，直流电流源I_j的输出端通过开关SW_j与对应的电阻R_0j的一端相连，开关SW_j的状态由窄脉冲产生电路B产生的XCLK信号经电平转换模块A₁₀生成的窄脉冲信号XCLK_HV控制，在XCLK_HV的下降沿到来时检测电路中的开关SW_j闭合，1≤j≤n-1；

比较器A_j的输出端连接至逻辑或门A₁₁的输入端，1≤j≤n-1，逻辑或门A₁₁的输出端与D触发器A₁₃的输入端D和计数器A₁₂的输入端连接，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过反相器A₂₀和延时单元A₁₄产生的信号控制，D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD分别连接至逻辑或门101和第二电平转换单元104的输入端，第二电平转换单元104的输出端信号经过第二反相器105输出信号DHC控制NMOS管Q2，逻辑或门101的另一个输入端连接计数器A₁₂的输出端，逻辑或门101的输出端经过第一电平转换单元102和第一反相器103输出信号CHC控制NMOS管Q₁。

如图1所示，电池断线检测单元是通过复用过压比较器可以对除最高节BAT_n以外的BAT₁～BAT_n-1节电池分别作断线和过压检测。所述电路主要由上拉电流源I₁～I_n-1和过压比较器OV₁～OV_n-1，以及分压电阻R₀₁～R_0(n-1)构成，可以对n-1节电池同时进行过压和断线检测。通过时序与控制单元产生的具有一定周期的窄脉冲信号XCLK_HV控制每一节电池过压和断线检测的开关SW₁～SW_n-1。只有当XCLK_HV信号为低时断线检测起作用，通过判断第j节电池电压VC_j是否高于设置的基准电压V_REFj，通过过压比较器OV_j输出该节电池的断线或过压信号；过压信号OVP通过控制栅极信号CHC来控制充电管Q₁的开关；而断线信号BLD通过控制栅极电压CHC和DHC来控制充电管Q₁和放电管Q₂的开关，从而起到保护电池以及芯片的作用，其中，1≤j≤n-1。

在本发明的实施例1中：

如图2所示，电池断线检测单元A包括高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)，电压V_DDHV与高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)的源极相连，高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_a1～M_a(n-1)分别构成电流镜，高压PMOS管M_a0为电流镜的源头，由直流电流源I₀提供镜像电流，其中高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_aj构成的电流镜作为直流电流源I_j，1≤j≤n-1；高压PMOS管M_a0的漏极与直流电流源I₀的输入端连接，直流电流源I₀的输出端接地；

高压PMOS管M_bj的源极与高压PMOS管M_aj的漏极连接，窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_bj的栅极，其中高压PMOS管M_bj作为开关SW_j，高压PMOS管M_bj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和高压NMOS管M_cj的漏极连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和高压NMOS管M_dj的漏极连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极；高压NMOS管M_cj的栅极由XCLK_HV信号控制，其源极连接至比较器Aj的正向输入端；高压NMOS管M_dj的栅极由CLK_HV信号控制，其源极与比较器A_j的正向输入端连接；比较器A_j的反向输入端接入电压源V_j提供的基准电压VREF_j，输出端接入逻辑或门A₁₁，其中，1≤j≤n-1；电压源V₁的负极接地。

本实施例中，计数器A₁₂包括输入端与逻辑或门A₁₁的输出端连接的D触发器A₁₆、D触发器A₁₇以及D触发器A₁₈，逻辑或门A₁₁的输出为OVP信号，OVP信号为异步计数器电路中的D触发器A₁₆和D触发器A₁₇和D触发器A₁₈提供清零信号；三个D触发器的输出端Q经过逻辑与门A₁₉后输出信号OVP_G，逻辑与门A₁₉的输出端与窄脉冲信号XCLK均连接至逻辑或门A₁₅的输入端，逻辑或门A₁₅的输出端连接至D触发器A₁₆的时钟信号CLK，D触发器A₁₇的时钟信号CLK连接至D触发器A₁₆的输出端XQ和输入端D，D触发器A₁₈的时钟信号CLK连接至D触发器A₁₇的输出端XQ和输入端D。

以第二节电池发生过压为例，当BAT₂发生过压，同时XCLK高电平到来时，VC₂处的电压会被相应抬高，R_a2与R_b2之间的电压抬高量比R_b2和R_c2之间电压抬高量大，电压比较器A₂的正向输入端电压高于反向输入端电压，输出变为高电平，所以逻辑或门A₁₁输出信号OVP由低电平变为高电平，此时D触发器A₁₃的CLK信号由高电平变为低电平，处于保持状态，并不会将OVP的高电平信号送出到BLD，OVP作为计数器内部D触发器的清零信号失去清零作用，计数器计数一段时间后OVP_G被抬高，开关管CHC被关断，电路进入保护状态；当BAT₂发生断线时，VC₂处电压会被抬高到VC_n，此时无论NMOS管M_c2还是NMOS管M_d2采集的电平都高于基准电压V_REF2，电压比较器A₂输出变为高电平，OVP也变为高电平，当XCKL为低电平时，OVP经D触发器A₁₃后，信号BLD也变为高电平，BLD在经过一个反相器变为低电平将开关管DHC关断，电路进入保护状态。

电池断线检测单元的电路主要用于断线和过压检测，其中，高压PMOS管M_a1的源极接V_DDHV，通过取相同的MOS管宽长尺寸，得到相同的电流，其电流关系为：

其中，I_Ma1为PMOS管M_a0上的漏极电流，I₀为PMOS管M_a0的漏极电流，W/L为MOS管的宽长比。

电阻R_a1的另一端串联电阻R_b1和电阻R_c1，并通过电阻R _c1接到GND上，这三个电阻构成分压电路：

其中，VC₁代表第一节电池电压，V_OV1代表第一节电池较高点的分压，当窄脉冲信号CLK_HV为高电平时，开关管M_d1打开并且M_c1关断，用于芯片工作时对第一节电池过压时的检测；V_BLD1代表第1节电池较低点的分压，当窄脉冲信号XCLK_HV为高电平时，也就是CLK_HV为低电平，开关管M_c1打开并且M_d1关断，用于芯片工作时对第一节电池断线时的检测。由于窄脉冲CLK_HV和XCLK_HV是周期性信号，只有在CLK_HV的上升沿到来时开始检测电池是否断线，并且该脉冲信号高电平持续时间很短，芯片工作时极大部分时间只进行电池是否过压的检测，对断线则是周期性检测的。如此可对过压比较器进行复用，节省了单独对断线检测所设计的比较器电路，有效地减小了电路面积。

参见图3，时序与控制单元电路B包括高压PMOS管M₁，高压PMOS管M₁源极与高压PMOS管M₂源极、高压PMOS管M₃源极、高压PMOS管M₄源极、高压PMOS管M₅源极均连接至电源电压V_DDHV，高压PMOS管M₁的栅极与其漏极以及高压PMOS管M₂、高压PMOS管M₃、高压PMOS管M₄的栅极连接构成电流镜，高压PMOS管M₁漏极还通过电流源I与地相连；

高压PMOS管M₂漏极连接高压PMOS管M₅栅极、高压NMOS管M₉的漏极以及高压NMOS管M₈的栅极，并通过电容C与高压NMOS管M₉源极、高压NMOS管M₈源极、高压NMOS管M₇的源极、高压NMOS管M₆的源极连接后接地GND；高压PMOS管M₃漏极与高压NMOS管M₈漏极以及反相器B₁输入端相连；高压PMOS管M₄漏极与高压NMOS管M₇漏极和栅极以及高压NMOS管M₆栅极相连；高压PMOS管M₅漏极与高压NMOS管M₆漏极以及反相器B₂输入端相连；

反相器B₂的输出信号与R-S触发器B₄的R端连接；反相器B₁的输出端通过反相器B₃接入到R-S触发器B₄的S端；R-S触发器B₄的Q端通过反相器B₅作为输出时钟信号XCLK，且从B₅的输出端反馈到NMOS管M₉的栅极，其中：

电容C的充电时间t₁可通过如下微分方程求解：

其中，US表示当PMOS管M₅开启时的电压，即：

U_s＝V_DDHV-V_THP (5)

R表示NMOS管M₉工作在线性区时漏源两端等效导通阻抗，电容C放电时间t₂可通过如下微分方程解出来：

方程中参数有乱码

其中，U₀表示当高压PMOS管M₈导通时电容C的初始电压。

如图4所示，在本发明的实施例2中，计数器的结构与实施例1相同，电池断线检测单元A包括电阻R₁～R_n-1，电压V_DDHV与电阻R_j的一端相连，电阻R_j作为直流电流源I_j，电阻Rj的另一端连接至高压PMOS管M_aj的源极，其中，高压PMOS管M_aj作为开关SW_j，由窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_aj的栅极，高压PMOS管M_aj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和高压NMOS管M_cj的漏极连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和高压NMOS管M_dj的漏极连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极；高压NMOS管M_cj的栅极由XCLK_HV信号控制，其源极连接至比较器A_j的正向输入端；高压NMOS管M_dj的栅极由CLK_HV信号控制，其源极与比较器A_j的正向输入端连接；比较器A_j的反向输入端接入电压源V_j提供的基准电压VREF_j，输出端接入逻辑或门A₁₁，其中，1≤j≤n-1；电压源V₁的负极接地。

在本发明的实施例3中，如图5所示，电池断线检测单元A包括高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)，电压V_DDHV与高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)的源极相连，高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_a1～M_a(n-1)分别构成电流镜，高压PMOS管M_a0为电流镜的源头，由直流电流源I₀提供镜像电流，其中高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_aj构成的电流镜作为直流电流源I_j，高压PMOS管M_a0的漏极与直流电流源I₀的输入端连接，直流电流源I₀的输出端接地；

高压PMOS管M_bj的源极与高压PMOS管M_aj的漏极连接，窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_bj的栅极，其中高压PMOS管M_bj作为开关SW_j，高压PMOS管M_bj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和比较器A_bj的正向输入端连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和比较器A_aj的正向输入端连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极，电压源V₁的负极接地；比较器A_bj和比较器A_aj的反向输入端均接入电压源V_j提供的基准电压V_REFj，比较器A_bj输出端接入逻辑或门A₁₀₁的输入端，比较器A_aj的输出端均接入逻辑或门A₁₀₂的输入端，其中，比较器A_aj和比较器A_bj的组合作为图1中的比较器A_j，逻辑或门A₁₀₁和逻辑或门A₁₀₂作为逻辑或门A₁₁，1≤j≤n-1；

信号OVP包括信号OVP1和信号OVP2，逻辑或门A₁₀₁的输出信号为OVP1，信号OVP1为异步计数器电路中的D触发器A₁₆和D触发器A₁₇和D触发器A₁₈提供清零信号，D触发器A₁₆、D触发器A₁₇、D触发器A₁₈各自的时钟信号由前一个D触发器的输出端XQ提供，三个D触发器的输入端D均连接至各自的输出端XQ，三个D触发器的输出端Q经过与逻辑与门A₁₉后输出信号OVP_G；逻辑或门A₁₀₂的输出信号为OVP2，并传送到D触发器A₁₃的输入端D，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过延时单元A₁₄产生的信号控制，D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD，其中，1≤j≤n-1。

由上述实施例1和实施例2中的断线与过压检测方式可以看出，本发明通过复用过压比较器不仅可以实现电池过压检测，而且利用不同的分压电阻可进行断线检测，并且减少了电路面积；采用的窄脉冲信号对断线电路周期性检测可降低电路的功耗。而由实施例3中可以看出，如果不复用过压比较器也是可以实现本发明提出的断线检测功能。

以上仅是本发明的最佳实施例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下可以对其电路进行不同的变更与改进，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (7)

1.一种多节电芯保护板断线检测电路，其特征在于，包括断线检测单元A、时序与控制单元B以及串联在一起的多节电池BAT₁～BAT_n，n为大于等于2的正整数；

电池BAT_i的正极通过串联的电阻R_i和电容C_i组成的RC滤波电路接地，且电池BAT₁负极接地，1≤i≤n；电池BAT_j的电池电压VC_j通过连接分压电阻R_0j得到分压V_FBj输入比较器A_j的正向输入端，比较器A_j的反向输入端连接基准电压V_REFj，1≤j≤n-1，电阻R₀₁～R_0(n-1)依次串联，电阻R₀₁一端接地；

最高节电池BAT_n的正极依次连接二极管D和电阻R生成电压V_DDHV分别与直流电流源I₁～I_n-1的输入端连接，直流电流源I_j的输出端通过开关SW_j与对应的电阻R_0j的一端相连，开关SW_j的状态由窄脉冲产生电路B产生的XCLK信号经电平转换模块A₁₀生成的窄脉冲信号XCLK_HV控制，1≤j≤n-1；

比较器A_j的输出端连接至逻辑或门A₁₁的输入端，1≤j≤n-1，逻辑或门A₁₁的输出端与D触发器A₁₃的输入端D和计数器A₁₂的输入端连接，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过延时单元A₁₄产生的信号控制，D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD分别连接至逻辑或门(101)和第二电平转换单元(104)的输入端，第二电平转换单元(104)的输出端信号经过第二反相器(105)输出信号DHC控制NMOS管Q2，逻辑或门(101)的另一个输入端连接计数器A₁₂的输出端，逻辑或门(101)的输出端经过第一电平转换单元(102)和第一反相器(103)输出信号CHC控制NMOS管Q₁；

所述电池断线检测单元A包括高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)，电压V_DDHV与高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)的源极相连，高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_a1～M_a(n-1)分别构成电流镜，高压PMOS管M_a0为电流镜的源头，由直流电流源I₀提供镜像电流，其中高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_aj构成的电流镜作为直流电流源I_j，1≤j≤n-1；高压PMOS管M_a0的漏极与直流电流源I₀的输入端连接，直流电流源I₀的输出端接地；

高压PMOS管M_bj的源极与高压PMOS管M_aj的漏极连接，窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_bj的栅极，其中高压PMOS管M_bj作为开关SW_j，高压PMOS管M_bj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和高压NMOS管M_cj的漏极连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和高压NMOS管M_dj的漏极连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极；高压NMOS管M_cj的栅极由XCLK_HV信号控制，其源极连接至比较器Aj的正向输入端；高压NMOS管M_dj的栅极由CLK_HV信号控制，其源极与比较器A_j的正向输入端连接；比较器A_j的反向输入端接入电压源V_j提供的基准电压VREF_j，输出端接入逻辑或门A₁₁，其中，1≤j≤n-1；电压源V₁的负极接地。

2.一种多节电芯保护板断线检测电路，其特征在于，包括断线检测单元A、时序与控制单元B以及串联在一起的多节电池BAT₁～BAT_n，n为大于等于2的正整数；

电池BAT_i的正极通过串联的电阻R_i和电容C_i组成的RC滤波电路接地，且电池BAT₁负极接地，1≤i≤n；电池BAT_j的电池电压VC_j通过连接分压电阻R_0j得到分压V_FBj输入比较器A_j的正向输入端，比较器A_j的反向输入端连接基准电压V_REFj，1≤j≤n-1，电阻R₀₁～R_0(n-1)依次串联，电阻R₀₁一端接地；

最高节电池BAT_n的正极依次连接二极管D和电阻R生成电压V_DDHV分别与直流电流源I₁～I_n-1的输入端连接，直流电流源I_j的输出端通过开关SW_j与对应的电阻R_0j的一端相连，开关SW_j的状态由窄脉冲产生电路B产生的XCLK信号经电平转换模块A₁₀生成的窄脉冲信号XCLK_HV控制，1≤j≤n-1；

比较器A_j的输出端连接至逻辑或门A₁₁的输入端，1≤j≤n-1，逻辑或门A₁₁的输出端与D触发器A₁₃的输入端D和计数器A₁₂的输入端连接，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过延时单元A₁₄产生的信号控制，D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD分别连接至逻辑或门(101)和第二电平转换单元(104)的输入端，第二电平转换单元(104)的输出端信号经过第二反相器(105)输出信号DHC控制NMOS管Q2，逻辑或门(101)的另一个输入端连接计数器A₁₂的输出端，逻辑或门(101)的输出端经过第一电平转换单元(102)和第一反相器(103)输出信号CHC控制NMOS管Q₁；

电池断线检测单元A包括电阻R₁～R_n-1，电压V_DDHV与电阻R_j的一端相连，电阻R_j作为直流电流源I_j，电阻Rj的另一端连接至高压PMOS管M_aj的源极，其中，高压PMOS管M_aj作为开关SW_j，由窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_aj的栅极，高压PMOS管M_aj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和高压NMOS管M_cj的漏极连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和高压NMOS管M_dj的漏极连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极；高压NMOS管M_cj的栅极由XCLK_HV信号控制，其源极连接至比较器A_j的正向输入端；高压NMOS管M_dj的栅极由CLK_HV信号控制，其源极与比较器A_j的正向输入端连接；比较器A_j的反向输入端接入电压源V_j提供的基准电压VREF_j，输出端接入逻辑或门A₁₁，其中，1≤j≤n-1；电压源V₁的负极接地。

3.一种多节电芯保护板断线检测电路，其特征在于，包括断线检测单元A、时序与控制单元B以及串联在一起的多节电池BAT₁～BAT_n，n为大于等于2的正整数；

电池BAT_i的正极通过串联的电阻R_i和电容C_i组成的RC滤波电路接地，且电池BAT₁负极接地，1≤i≤n；电池BAT_j的电池电压VC_j通过连接分压电阻R_0j得到分压V_FBj输入比较器A_j的正向输入端，比较器A_j的反向输入端连接基准电压V_REFj，1≤j≤n-1，电阻R₀₁～R_0(n-1)依次串联，电阻R₀₁一端接地；

最高节电池BAT_n的正极依次连接二极管D和电阻R生成电压V_DDHV分别与直流电流源I₁～I_n-1的输入端连接，直流电流源I_j的输出端通过开关SW_j与对应的电阻R_0j的一端相连，开关SW_j的状态由窄脉冲产生电路B产生的XCLK信号经电平转换模块A₁₀生成的窄脉冲信号XCLK_HV控制，1≤j≤n-1；

比较器A_j的输出端连接至逻辑或门A₁₁的输入端，1≤j≤n-1，逻辑或门A₁₁的输出端与D触发器A₁₃的输入端D和计数器A₁₂的输入端连接，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过延时单元A₁₄产生的信号控制，D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD分别连接至逻辑或门(101)和第二电平转换单元(104)的输入端，第二电平转换单元(104)的输出端信号经过第二反相器(105)输出信号DHC控制NMOS管Q2，逻辑或门(101)的另一个输入端连接计数器A₁₂的输出端，逻辑或门(101)的输出端经过第一电平转换单元(102)和第一反相器(103)输出信号CHC控制NMOS管Q₁；

所述电池断线检测单元A包括高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)，电压V_DDHV与高压PMOS管M_a0～M_a(n-1)的源极相连，高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_a1～M_a(n-1)分别构成电流镜，高压PMOS管M_a0为电流镜的源头，由直流电流源I₀提供镜像电流，其中高压PMOS管M_a0与高压PMOS管M_aj构成的电流镜作为直流电流源I_j，高压PMOS管M_a0的漏极与直流电流源I₀的输入端连接，直流电流源I₀的输出端接地；

高压PMOS管M_bj的源极与高压PMOS管M_aj的漏极连接，窄脉冲信号XCLK_HV控制高压PMOS管M_bj的栅极，其中高压PMOS管M_bj作为开关SW_j，高压PMOS管M_bj的漏极连接电阻R_aj的一端、电池电压VC_j及电压源V_(j+1)的负极，电阻R_aj的另一端与电阻R_bj的一端和比较器A_bj的正向输入端连接，电阻R_bj的另一端与电阻R_cj的一端和比较器A_aj的正向输入端连接，电阻R_cj的另一端连接至电压源V_j的负极，电压源V₁的负极接地；比较器A_bj和比较器A_aj的反向输入端均接入电压源V_j提供的基准电压V_REFj，比较器A_bj输出端接入逻辑或门A₁₀₁的输入端，比较器A_aj的输出端均接入逻辑或门A₁₀₂的输入端，其中，比较器A_aj和比较器A_bj的组合作为比较器A_j，逻辑或门A₁₀₁和逻辑或门A₁₀₂作为逻辑或门A₁₁，1≤j≤n-1；

信号OVP包括信号OVP1和信号OVP2，逻辑或门A₁₀₁的输出信号为OVP1，信号OVP1为异步计数器电路中的D触发器A₁₆和D触发器A₁₇和D触发器A₁₈提供清零信号，D触发器A₁₆、D触发器A₁₇、D触发器A₁₈各自的时钟信号由前一个D触发器的输出端XQ提供，三个D触发器的输入端D均连接至各自的输出端XQ，三个D触发器的输出端Q经过与逻辑与门A₁₉后输出信号OVP_G；逻辑或门A₁₀₂的输出信号为OVP2，并传送到D触发器A₁₃的输入端D，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过延时单元A₁₄产生的信号控制，D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD，其中，1≤j≤n-1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种多节电芯保护板断线检测电路，其特征在于，时序与控制单元电路B包括高压PMOS管M₁，高压PMOS管M₁源极与高压PMOS管M₂源极、高压PMOS管M₃源极、高压PMOS管M₄源极、高压PMOS管M₅源极均连接至电源电压V_DDHV，高压PMOS管M₁的栅极与其漏极以及高压PMOS管M₂、高压PMOS管M₃、高压PMOS管M₄的栅极连接构成电流镜，高压PMOS管M₁漏极还通过电流源I与地相连；

高压PMOS管M₂漏极连接高压PMOS管M₅栅极、高压NMOS管M₉的漏极以及高压NMOS管M₈的栅极，并通过电容C与高压NMOS管M₉源极、高压NMOS管M₈源极、高压NMOS管M₇的源极、高压NMOS管M₆的源极连接后接地GND；高压PMOS管M₃漏极与高压NMOS管M₈漏极以及反相器B₁输入端相连；高压PMOS管M₄漏极与高压NMOS管M₇漏极和栅极以及高压NMOS管M₆栅极相连；高压PMOS管M₅漏极与高压NMOS管M₆漏极以及反相器B₂输入端相连；

反相器B₂的输出信号与R-S触发器B₄的R端连接；反相器B₁的输出端通过反相器B₃接入到R-S触发器B₄的S端；R-S触发器B₄的Q端通过反相器B₅作为输出时钟信号XCLK，且从B₅的输出端反馈到NMOS管M₉的栅极。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种多节电芯保护板断线检测电路，其特征在于，

V_BLD为D触发器A₁₃输出端Q的输出信号BLD的电压。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种多节电芯保护板断线检测电路，其特征在于，计数器A₁₂包括输入端与逻辑或门A₁₁的输出端连接的D触发器A₁₆、D触发器A₁₇以及D触发器A₁₈，逻辑或门A₁₁的输出为OVP信号，OVP信号为异步计数器电路中的D触发器A₁₆和D触发器A₁₇和D触发器A₁₈提供清零信号；三个D触发器的输出端Q经过逻辑与门A₁₉后输出信号OVP_G，逻辑与门A₁₉的输出端与窄脉冲信号XCLK均连接至逻辑或门A₁₅的输入端，逻辑或门A₁₅的输出端连接至D触发器A₁₆的时钟信号CLK，D触发器A₁₇的时钟信号CLK连接至D触发器A₁₆的输出端XQ和输入端D，D触发器A₁₈的时钟信号CLK连接至D触发器A₁₇的输出端XQ和输入端D。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种多节电芯保护板断线检测电路，其特征在于，D触发器A₁₃的输入端CLK由窄脉冲产生电路B产生的窄脉冲信号XCLK经过反相器A₂₀和延时单元A₁₄产生的信号控制。

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