CN109873470A - 低内阻手机电池保护装置及放电保护电路、充电保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种低内阻手机电池保护装置及放电保护电路、充电保护电路，特别适用于有低内阻、小体积、低成本、大电流(如＞8A)要求的电路方案设计。电池仅有两种状态：放电(含待机)和充电。电池装在手机上使用，未插充电器，属放电，只有插上充电器，才属充电，故将放电保护执行动作设计在电池上，充电保护执行动作设计在充电器上，使电池保护板上所需的大电流回路功率MOS管的数量减少一半，且不会增加充电器上的功率MOS管，不仅降低了电池保护板的制造成本、电路内阻和发热功率，还节省了装配空间，使电池保护板更加便于布线和维护。

Description

低内阻手机电池保护装置及放电保护电路、充电保护电路

技术领域

本发明涉及到手机电池保护领域，特别是涉及到一种低内阻手机电池保护装置及放电保护电路、充电保护电路。

背景技术

随着手机的功能越来越强大，其功率不断增大，电池的满载放电电流越来越大，对电池的续航时间要求也越来越长，为此不少手机厂商选用大容量电池，并且采用快充技术，以减少充电时间来提升用户体验。不但放电电流要求越来越大，而且快充电流要求更大，电池保护电路本身存在内阻，大电流不但造成发热严重，影响电池寿命，而且电流越大，在同等的内阻上形成的压降大：当电池电压高到一定时，导致不能维持大电流充电，导致充满电需很长时间；而当电压低到一定时，不能大电流放空电池。严重影响用户体验，同时发热严重的手机，手机握在手中用户感觉缺少安全感。

因此降低保护电路内阻，减少发热的功率元件数量，增加PCB大电流铜皮散热(需要空间)必不可少。目前保护电路上有两组功率MOS管串起来，其中一组功率MOS管负责控制电池的充电保护，起到充电保护功能，另一组功率MOS管则负责电池的放电保护，起到放电保护功能。每组通过并联多个功率MOS管减少内阻，但因功率MOS管的价格较为昂贵，使得保护电路的成本也较高，且并联数量多，占用空间，不利大铜皮布板减少内阻增大散热空间。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种低内阻手机电池保护装置，在达到保护电池充放电的同时，不仅降低了充放电保护电路的制造成本，还减小了电路内阻。

本发明提出一种低内阻手机电池保护装置，应用于电池上，包括电池保护板和充电器，电池保护板包括放电保护芯片与放电控制MOS管，放电保护芯片用于监测电池的第一工作电压，放电保护芯片与放电控制MOS管电学连接，并用于控制放电控制MOS管的开关；

电池放电时，电池与负载通过放电控制MOS管连通，形成放电回路，芯片在第一工作电压低于第一预设阈值电压时关闭放电控制MOS管。

电池充电时，充电器接入电池，并对电池进行充电，同时芯片与充电器信号连接，芯片在第一工作电压高于第二预设阈值电压时发送关闭信号给充电器，充电器根据关闭信号停止充电。

进一步地，放电或充电时，大电流流经放电控制MOS管形成压降，放电保护芯片还用于监测放电控制MOS管两端形成压降的第二工作电压，并在第二工作电压高于第三预设阈值电压时关闭放电控制MOS管。

进一步地，充电器包括充电保护芯片，充电保护芯片用于控制充电器的开关，充电保护芯片与放电保护芯片信号连接；

电池充电时，放电保护芯片在第二工作电压低于第四预设阈值电压时发送关闭信号给充电保护芯片，充电保护芯片根据关闭信号关闭充电器。

本发明还提出了一种放电保护电路，应用于上述的电池保护板上，包括放电保护芯片、放电控制MOS管与信号输出端，放电保护芯片分别与放电控制MOS管和信号输出端电学连接；

放电保护芯片用于检测电池的第一工作电压，并在第一工作电压低于第一预设阈值电压时关闭放电控制MOS管；

信号输出端与充电器信号连接，放电保护芯片在检测到第一工作电压高于第二预设阈值电压时通过信号输出端发送关闭信号给充电器。

进一步地，放电保护芯片还用于检测放电控制MOS管的第二工作电压，并在第二工作电压高于第三预设阈值电压时关闭放电控制MOS管。

本发明还提出了一种充电保护电路，应用于上述的充电器上，包括充电保护芯片和充电控制MOS管，充电保护芯片与充电控制MOS管电学连接，充电保护芯片与放电保护芯片信号连接；

充电保护芯片在接收到放电保护芯片发送的关闭信号之后，充电保护芯片关闭充电控制MOS管。

进一步地，还包括第一MOS管，充电保护芯片包括GND引脚，第一MOS管分别与GND引脚和放电保护芯片连接，第一MOS管在接收到放电保护芯片发送的关闭信号之后，关闭GND引脚的供电。

进一步地，还包括第二MOS管，充电保护芯片包括VDD引脚，第二MOS管分别与VDD引脚和放电保护芯片连接，第二MOS管在接收到放电保护芯片发送的关闭信号之后，关闭VDD引脚的供电。

本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明提出了一种低内阻手机电池保护装置及其放电保护电路、充电保护电路，将电池保护板上的充电保护功能移植到充电器中，对电池保护板进行精简，使电池保护板上所需的功率MOS管的数量减少一半，不仅降低了电池保护板的制造成本、电路内阻和发热功率，还节省了装配空间，使电池保护板更加便于布线和维护。

附图说明

图1为本发明放电保护电路一实施例的电路结构示意图；

图2为本发明充电保护电路第一实施例的电路结构示意图；

图3为本发明充电保护电路第二实施例的电路结构示意图；

图4为本发明充电保护电路第三实施例的电路结构示意图；

图5为本发明充电保护电路第四实施例的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明一实施例提出了一种低内阻手机电池保护装置，应用于电池上，包括电池保护板和充电器，电池保护板包括放电保护芯片与放电控制MOS管，放电保护芯片用于监测电池的第一工作电压，放电保护芯片与放电控制MOS管电学连接，并用于控制放电控制MOS管的开关；

电池放电时，电池保护板具有过压放电保护功能。具体地，电池与负载通过放电控制MOS管连通，形成放电回路，电池通过放电回路对负载进行放电，在电池放电的过程中，放电保护芯片实时监测电池的第一工作电压，其中第一工作电压指的是电池的实时电压，事先设置电池放电时的正常工作电压的最低值为第一预设阈值电压，当放电保护芯片检测到第一工作电压低于第一预设阈值电压时，即认为电池此时的工作电压已经低于正常电压值，已经过度放电，为了保护电池不受损坏，此时放电保护芯片关闭放电控制MOS管，即电池停止放电，起到了防止电池过度放电的作用。在一些实施例中，放电保护芯片关闭放电控制MOS管之后，仍旧实时监测电池的第一工作电压，在检测到电池的第一工作电压高于第一预设阈值电压时，放电保护芯片再次开启放电控制MOS管，允许电池继续进行放电。

电池充电时，充电器具有过压充电保护功能。具体地，充电器接入电池，并对电池进行充电，同时放电保护芯片与充电器信号连接，事先设置电池的正常工作电压的最高值为第二预设阈值电压，放电保护芯片实时监测电池的第一工作电压，放电保护芯片在检测到第一工作电压高于第二预设阈值电压时，即认为此时已经超出了电池的正常工作电压范围，放电保护芯片发送关闭信号给充电器，在一些实施例中，关闭信号为低电平信号。

本发明基于将充电保护功能和放电保护功能进行分离的出发点，提出了一种低内阻手机电池保护装置，包括电池保护板和充电器，将原本在电池保护板上的充电保护功能移植到充电器中，对电池保护板进行精简，电池保护板负责电池的放电保护，而充电器则根据电池保护板的检测结果对电池进行充电保护，使电池保护板上原来所需的功率MOS管的数量减少一半，具有如下好处：(1)在整个电池保护板中，功率MOS管属于成本较高的元件，将功率MOS管的数量减少一半，能够大大降低电池保护板的制造成本，提高经济效益；(2)由于功率MOS管具有内阻，在有电流经过时会产生热量，特别是在快充设备中，所需的功率MOS管数量较多，例如8个、16个等，而且充电电流较大，因此在充电时其发热功率较高，将功率MOS管的数量减少一半，因此在放电时，有放电保护功能，但不会引入充电保护电路的内阻；充电时，电池无需充电保护电路，但具有充电保护功能，能够大大降低电池保护板的内阻，降低电池保护板的发热速率，在延长电池保护板的使用寿命的同时还能优化用户使用体验；(3)由于电池保护板的体积一般较小，而功率MOS管所占体积相对较大，将功率MOS管的数量减少一半，能够大大节省电池保护板上的装配空间，使电池保护板更加便于布线，降低电池保护板的装配难度。

由于在电池放电或充电时，大电流流经放电控制MOS管会形成压降，在一些实施例中，放电保护芯片还用于监测放电控制MOS管的第二工作电压，具有过流放电保护功能。

具体地，事先设置放电控制MOS管的正常工作电压的最高值为第三预设阈值电压，电池放电时，放电保护芯片实时监测放电控制MOS管的第二工作电压，其中第二工作电压就是放电控制MOS管两端的电压，并在监测到第二工作电压高于第三预设阈值电压时关闭放电控制MOS管。由于放电控制MOS管具有内阻，监测放电控制MOS管的第二工作电压，电池放电时，第二工作电压的值越大，则流过放电控制MOS管的电流则越大，实际上监测就是放电控制MOS管的工作电流，也即是电池的放电电流。通过实时监测放电控制MOS管的第二工作电压，并在第二工作电压高于第三预设阈值电压时关闭放电控制MOS管，起到了防止电池过流放电的作用。

在一些实施例中，充电器包括充电保护芯片，具有过流充电保护功能。

具体地，充电保护芯片用于控制充电器的开关，充电保护芯片与放电保护芯片信号连接；事先设置放电控制MOS管的正常工作电压的最低值为第四预设阈值电压，电池充电时，放电保护芯片实时监测放电控制MOS管的第二工作电压，并在监测到第二工作电压低于第四预设阈值电压时发送关闭信号给充电保护芯片，充电保护芯片根据关闭信号关闭充电器。由于电池充电与放电时二者的电流方向正好相反，即相对于放电电压来说，充电电压为一个反向电压，因此在电池充电时，监测到放电控制MOS管第二工作电压(此时第二工作电压为负值)的值越小，则流过放电控制MOS管的电流则越大，实际上监测就是放电控制MOS管的工作电流，也即是电池的充电电流。通过实时监测放电控制MOS管的第二工作电压，并在第二工作电压低于第四预设阈值电压时关闭放电控制MOS管，起到了防止电池过流充电的作用。

在一些实施例中，放电保护芯片综合检测过流放电和过流充电，由于放电时和充电时放电保护芯片检测到的刚好是一对反向电压，因此放电保护芯片检测的是第二工作电压的绝对值，在检测到第二工作电压的绝对值高于某一预设电压阈值时，关闭放电控制MOS管或者发送关闭信号给充电保护芯片，达到实现过流放电保护功能和过流充电保护功能的目的。

本发明基于将充电保护功能和放电保护功能进行分离的出发点，提出了一种低内阻手机电池保护装置，包括电池保护板和充电器，将原本在电池保护板上的充电保护功能移植到充电器中，对电池保护板进行精简，电池保护板负责电池的放电保护，而充电器则根据电池保护板的检测结果对电池进行充电保护，使电池保护板上原来所需的功率MOS管的数量减少一半，具有如下好处：(1)在整个电池保护板中，功率MOS管属于成本较高的元件，将功率MOS管的数量减少一半，能够大大降低电池保护板的制造成本，提高经济效益；(2)由于功率MOS管具有内阻，在有电流经过时会产生热量，特别是在快充设备中，所需的功率MOS管数量较多，例如8个、16个等，而且充电电流较大，因此在充电时其发热功率较高，将功率MOS管的数量减少一半，能够大大降低电池保护板的内阻，降低电池保护板的发热速率，在延长电池保护板的使用寿命的同时还能优化用户使用体验；(3)由于电池保护板的体积一般较小，而功率MOS管所占体积相对较大，将功率MOS管的数量减少一半，能够大大节省电池保护板上的装配空间，使电池保护板更加便于布线，降低电池保护板的装配难度，减小电池保护板体积。

如图1所示，本发明一实施例提出了一种放电保护电路，应用于上述的电池保护板上，包括电池正极连接端101、电池负极连接端102、正极输入端103、负极输入端104、放电保护芯片105与放电控制MOS管106，电池正极连接端101与正极输入端103电学连接，电池负极连接端102、负极输入端104和放电保护芯片105分别与放电控制MOS管106电学连接；当电池放电时，放电电流从电池正极流出，经电池正极连极端101—正极输入端103—负载—负极输入端104—放电控制MOS管106—电池负极输入端104，构成一个放电回路。放电保护芯片105分别与电池正极连接端101和电池负极连接端102电学连接，检测电池正极连接端101与电池负极连接端102两端的电压，即放电保护芯片105检测电池的第一工作电压。放电保护芯片105实时监测电池的第一工作电压，并在第一工作电压低于第一预设阈值电压时关闭放电控制MOS管106，即电池停止放电，起到了防止电池过度放电的作用。在一些实施例中，放电保护芯片105关闭放电控制MOS管106之后，仍旧实时监测电池的第一工作电压，在检测到电池的第一工作电压高于第一预设阈值电压时，放电保护芯片105再次开启放电控制MOS管106，允许电池继续进行放电。在一些实施例中，放电保护芯片105还包括信号输出端107，信号输出端107与充电器进行信号连接。电池充电时，事先设置电池的正常工作电压的最高值为第二预设阈值电压，放电保护芯片105实时监测电池的第一工作电压，放电保护芯片105在检测到第一工作电压高于第二预设阈值电压时，即认为此时已经超出了电池的正常工作电压范围，放电保护芯片105发送关闭信号给充电器，充电器根据关闭信号停止充电，起到了防止电池过压充电的作用。

如图1所示，在一些实施例中，放电保护芯片105还与负极输入端104电学连接，放电保护芯片105用于检测放电控制MOS管106的第二工作电压，即电池负极连接端102与负极输入端104之间的电压。事先设置放电控制MOS管106的正常工作电压的最高值为第三预设阈值电压，电池放电时，放电保护芯片105实时监测放电控制MOS管106的第二工作电压，并在监测到第二工作电压高于第三预设阈值电压时关闭放电控制MOS管106。由于放电控制MOS管106具有内阻，监测放电控制MOS管106的第二工作电压，电池放电时，第二工作电压的值越大，则流过放电控制MOS管106的电流则越大，实际上监测就是放电控制MOS管106的工作电流，也即是电池的放电电流。通过实时监测放电控制MOS管106的第二工作电压，并在第二工作电压高于第三预设阈值电压时关闭放电控制MOS管106，起到了防止电池过流放电的作用。

本发明提出了一种放电保护电路，包括放电保护芯片105、放电控制MOS管106和信号输出端107，放电保护芯片105用于检测电池的第一工作电压，并在第一工作电压低于第一预设阈值电压时关闭放电控制MOS管106，起到了过度放电保护作用；放电保护芯片105在检测到第一工作电压高于第二预设阈值电压时，通过信号输出端107发送关闭信号给充电器，起到了过度充电保护作用。通过放电保护电路设置，使电路中所需功率MOS管的数量减少了一半，不仅降低了电池保护板的制造成本，节约了装配空间，而且减小了电路内阻，使电池发热功率降低，优化电池使用体验。

如图2、图3、图4和图5所示，本发明一实施例提出了一种充电保护电路，应用于上述的充电器上，包括输入端201、输出端202、接地端204、变压器207、充电保护芯片205和充电控制MOS管203，充电保护芯片205与充电控制MOS管203电学连接，输入端201和接地端204分别与充电控制MOS管203连接，充电保护芯片205与放电保护芯片信号连接，输入端201与输出端202通过变压器207进行耦合，即输入端201的输入电流方向为输入端201—充电控制MOS管203—接地端204，而输出端202的输出电流由输入电流经由变压器207耦合而产生。电池充电时，充电器接入电池，并对电池进行充电，同时放电保护芯片与充电保护芯片205信号连接，例如在一些实施例中充电保护芯片205具有使能引脚206，放电保护芯片与使能引脚206信号连接。事先设置电池的正常工作电压的最高值为第二预设阈值电压，放电保护芯片实时监测电池的第一工作电压，放电保护芯片在检测到第一工作电压高于第二预设阈值电压时，即认为此时已经超出了电池的正常工作电压范围，放电保护芯片发送关闭信号给使能引脚206，使能引脚206接收到关闭信号之后，关闭充电保护芯片205的供电，停止充电保护芯片205的工作。此时充电控制MOS管203关闭，输入电流无法经由充电控制MOS管203流入接地端204，即输入电流截止，也没有输出电流进行输出，起到过流充电保护功能或过压充电保护功能。

如图3所示，在一些实施例中，充电保护电路还包括第一MOS管214，由于第一MOS管214只需起到控制信号的作用即可，无需使用功率MOS管，因此其成本也十分低廉。充电保护芯片205包括GND引脚213，GND引脚213和放电保护芯片分别与第一MOS管214连接，第一MOS管214在接收到放电保护芯片发送的关闭信号(即低电平信号)之后，关闭GND引脚213的供电，即停止了充电保护芯片205的工作，此时充电控制MOS管203关闭，输入电流无法经由充电控制MOS管203流入接地端204，即输入电流截止，也即没有输出电流进行输出，充电器达到停止对电池进行充电的目的。

如图4、图5所示，在一些实施例中，还包括第二MOS管208，由于第二MOS管208只需起到控制信号的作用即可，无需使用功率MOS管，因此其成本也十分低廉。充电保护芯片205包括VDD引脚211，VDD引脚211与第二MOS管208和放电保护芯片分别与第二MOS管208连接，第二MOS管208在接收到放电保护芯片发送的关闭信号之后，关闭VDD引脚211的供电，即停止了充电保护芯片205的工作。此时充电控制MOS管203关闭，输入电流无法经由充电控制MOS管203流入接地端204，即输入电流截止，也即没有输出电流进行输出，充电器达到停止对电池进行充电的目的。

本发明提出了一种充电保护电路，包括充电保护芯片205和充电控制MOS管203，充电保护芯片205分别与充电控制MOS管203和放电保护芯片连接。充电保护芯片205在接收到放电保护芯片发送的关闭信号之后，关闭充电控制MOS管203，及时停止充电，承接了原来电池保护板中的过度充电保护功能，使电池保护板得以减少一半数量的功率MOS管。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种低内阻手机电池保护装置，应用于电池上，其特征在于，包括电池保护板和充电器，所述电池保护板包括放电保护芯片与放电控制MOS管，所述放电保护芯片用于监测所述电池的第一工作电压，所述放电保护芯片与所述放电控制MOS管电学连接，并用于控制所述放电控制MOS管的开关；

所述电池放电时，所述电池与负载通过所述放电控制MOS管连通，形成放电回路，所述芯片在所述第一工作电压低于第一预设阈值电压时关闭所述放电控制MOS管；

所述电池充电时，所述充电器接入所述电池，并对所述电池进行充电，同时所述芯片与所述充电器信号连接，所述芯片在所述第一工作电压高于第二预设阈值电压时发送关闭信号给所述充电器，所述充电器根据所述关闭信号停止充电。

2.根据权利要求1所述的低内阻手机电池保护装置，其特征在于，放电或充电时，大电流流经所述放电控制MOS管形成压降，所述放电保护芯片还用于监测所述放电控制MOS管两端形成压降的第二工作电压，并在所述第二工作电压高于第三预设阈值电压时关闭所述放电控制MOS管。

3.根据权利要求2所述的低内阻手机电池保护装置，其特征在于，所述充电器包括充电保护芯片，所述充电保护芯片用于控制所述充电器的开关，所述充电保护芯片与所述放电保护芯片信号连接；

所述电池充电时，所述放电保护芯片在所述第二工作电压低于第四预设阈值电压时发送关闭信号给所述充电保护芯片，所述充电保护芯片根据所述关闭信号关闭所述充电器。

4.一种放电保护电路，应用于权利要求1所述的电池保护板上，其特征在于，包括所述放电保护芯片、所述放电控制MOS管与信号输出端，所述放电保护芯片分别与所述放电控制MOS管和所述信号输出端电学连接；

所述放电保护芯片用于检测所述电池的所述第一工作电压，并在所述第一工作电压低于所述第一预设阈值电压时关闭所述放电控制MOS管；

所述信号输出端与所述充电器信号连接，所述放电保护芯片在检测到所述第一工作电压高于第二预设阈值电压时通过所述信号输出端发送关闭信号给所述充电器。

5.根据权利要求4所述的放电保护电路，其特征在于，所述放电保护芯片还用于检测所述放电控制MOS管的第二工作电压，并在所述第二工作电压高于第三预设阈值电压时关闭所述放电控制MOS管。

6.一种充电保护电路，应用于权利要求1所述的充电器上，其特征在于，包括充电保护芯片和充电控制MOS管，所述充电保护芯片与所述充电控制MOS管电学连接，所述充电保护芯片与所述放电保护芯片信号连接；

所述充电保护芯片在接收到所述放电保护芯片发送的所述关闭信号之后，所述充电保护芯片关闭所述充电控制MOS管。

7.根据权利要求6所述的充电保护电路，其特征在于，还包括第一MOS管，所述充电保护芯片包括GND引脚，所述第一MOS管分别与所述GND引脚和所述放电保护芯片连接，所述第一MOS管在接收到所述放电保护芯片发送的所述关闭信号之后，关闭所述GND引脚。

8.根据权利要求6所述的充电保护电路，其特征在于，还包括第二MOS管，所述充电保护芯片包括VDD引脚，所述第二MOS管分别与所述VDD引脚和所述放电保护芯片连接，所述第二MOS管在接收到所述放电保护芯片发送的所述关闭信号之后，关闭所述VDD引脚。