CN111817408B - 一种带负载防反接的锂电池保护***和电池*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带防负载反接的0V充电锂电池保护***和电池***，该电池保护***包括控制电路、开关电路以及放电电路，控制电路包括反接保护单元和控制信号产生单元。本发明实施例提供的技术方案，通过设置控制信号产生单元和反接保护单元，反接保护单元能够根据反接保护单元的控制端输入的控制信号、控制信号产生单元的第一输出端的控制信号以及控制信号产生单元的第二输出端的控制信号逻辑运算输出第一控制信号，第一控制信号能够于开关电路的第一控制端控制开关电路导通或关断，实现了对电池的零伏可充电以及电池的反接保护。

Description

一种带负载防反接的锂电池保护***和电池***

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种带负载防反接的锂电池保护***和电池***。

背景技术

锂电池保护板的作用是对锂电池进行过放电压、过充电压、充电过流、放电过流以及放电短路的保护，锂电池的超长使用寿命离不开锂电池保护板的保驾护航。

现有技术中，锂电池保护板、充电器以及负载电路接在一块主板上后，再接电芯，这时若因失误将电芯接反，则会导致反接的电芯、锂电池保护板、负载构成放电环路，该放电环路中有大电流流过，极易导致电芯、锂电池保护板或者负载损坏，且严重时甚至发生起火***等。

发明内容

本发明的目的是提供一种带负载防反接的锂电池保护***和电池***，以实现电池零伏可充电以及电池的反接保护。

本发明提供了如下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种带负载防反接的锂电池保护***，该电池保护***包括：

控制电路、开关电路和放电电路；

控制电路包括反接保护单元和控制信号产生单元；

放电电路的第一端与电池的第一极连接，放电电路的第二端和放电电路的控制端均与电池的第二极连接；

反接保护单元的控制端与放电电路的输出端连接，反接保护单元的第一输入端与控制信号产生单元的第一输出端连接，反接保护单元的第二输入端与控制信号产生单元的第二输出端连接，反接保护单元的第三输入端与电池的第二极连接，反接保护单元的输出端与开关电路的第一控制端连接；反接保护单元用于根据反接保护单元的控制端输入的控制信号、控制信号产生单元的第一输出端的控制信号以及控制信号产生单元的第二输出端的控制信号逻辑运算输出第一控制信号；

开关电路的第一端与电池的第二极连接，开关电路的第二端与控制电路的输入端连接；控制电路用于根据第一控制信号控制开关电路的导通或者关断。

可选地，开关电路包括第一晶体管；第一晶体管的栅极作为开关电路的第一控制端，第一晶体管的第一极作为开关电路的第一端，第一晶体管的第二极作为开关电路的第二端。

可选地，控制电路还包括第一基本保护电路；第一基本保护电路的第一输入端与放电电路的输出端连接，第一基本保护电路的第二输入端与电池的第二极连接，第一基本保护电路的第三输入端与控制电路的输入端连接；

第一基本保护电路的第一输出端与控制信号产生单元的第一输入端连接，第一基本保护电路的第二输出端与控制信号产生单元的第二输入端连接，的第一基本保护电路的第三输出端与控制信号产生单元的第三输入端连接；

控制信号产生单元的第三输出端与第一晶体管的衬底连接；控制信号产生单元的第四输入端和控制信号产生单元的第五输入端均与控制电路的输入端连接；控制信号产生单元的第六输入端、控制信号产生单元的第七输入端以及控制信号产生单元的第八输入端均与电池的第二极连接；控制信号产生单元的第九输入端与放电电路的输出端连接；控制信号产生单元的第十输入端与控制信号产生单元的第一输出端连接。

可选地，反接保护单元包括第二晶体管、第一非门、第一与门以及第一电阻；控制信号产生单元包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第二非门、第三非门、第四非门、第五非门、第二与门、第三与门、第四与门、第二电阻以及第一或门；

第二晶体管的栅极作为反接保护单元的控制端，第二晶体管的第一极作为反接保护单元的第三输入端，第二晶体管的第二极与第一非门的输入端连接；

第一电阻的第一端与第一非门的输入端连接，第一电阻的第二端作为反接保护单元的第一输入端；

第一非门的输出端与第一与门的第一输入端连接；

第一与门的第二输入端作为反接保护单元的第二输入端，第一与门的输出端作为反接保护单元的输出端；

第三晶体管的第一极作为控制信号产生单元的第九输入端，第三晶体管的第二极与第二非门的输入端连接，第三晶体管的控制端与第四晶体管的栅极连接后作为控制信号产生单元的第八输入端；

第四晶体管的第一极作为控制信号产生单元的第十输入端，第四晶体管的第二极与第二电阻的第一端连接；

第二电阻的第二端与第二非门的输入端连接；

第二非门的输出端与第一或门的第一输入端连接，第一或门的输出端作为控制信号产生单元的第二输出端；

第三非门的输入端与第二非门的输出端连接，第三非门的输出端与第二与门的第一输入端连接，第二与门的第二输入端作为控制信号产生单元的第二输入端，第二与门的输出端与第四非门的输入端连接；

第四非门的输出端与第五晶体管的栅极连接，第五晶体管的第一极作为控制信号产生单元的第四输入端，第五晶体管的第二极与第六晶体管的第二极连接后作为控制信号产生单元的第三输出端；

第六晶体管的栅极与第四非门的输入端连接，第六晶体管的第一极作为控制信号产生单元的第六输入端；

第三与门的第一输入端与第三非门的输出端连接，第三与门的第二输入端作为控制信号产生单元的第三输入端，第三与门的输出端与第五非门的输入端连接；

第五非门的输出端与第七晶体管的栅极连接，第七晶体管的第一极作为控制信号产生单元的第五输入端，第七晶体管的第二极与第八晶体管的第二极连接后作为控制信号产生单元的第一输出端；

第八晶体管的栅极与第五非门的输入端连接，第八晶体管的第二极作为控制信号产生单元的第七输入端；

第四与门的第一输入端作为控制信号产生单元的第一输入端，第四与门的第二输入端作为控制信号产生单元的第二输入端，第四与门的输出端与第一或门的第二输入端连接。

可选地，开关电路包括第九晶体管和第十晶体管，开关电路还包括第二控制端；控制电路还包括第二基本保护电路；

第九晶体管的栅极作为开关电路的第一控制端，第九晶体管的第一极作为开关电路的第二端，第九晶体管的第二极与第十晶体管的第一极连接，第十晶体管的第二极作为开关电路的第一端，第十晶体管的栅极作为开关电路的第二控制端；

第二基本保护电路的第一输入端与控制电路的输入端连接，第二基本保护电路的第二输入端与电池的第二极连接，第二基本保护电路的第一输出端与控制信号产生单元的第十一输入端连接，第二基本保护电路的第二输出端与开关电路的第二控制端连接；

控制信号产生单元的第十二输入端、控制信号产生单元的第十三输入端以及控制信号产生单元的第十四输入端均与放电电路的输出端连接，控制信号产生单元的第十五输入端与电池的第二极连接，控制信号产生单元的第十六输入端与控制信号产生单元的第一输出端连接。

可选地，反接保护单元包括第十一晶体管、第六非门、第五与门以及第三电阻；控制信号产生单元包括第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管、第十五晶体管、第十六晶体管、第十七晶体管、第七非门、第八非门、第四电阻以及第二或门；

第十一晶体管的栅极作为反接保护单元的控制端，第十一晶体管的第一极作为反接保护单元的第三输入端，第十一晶体管的第二极与第三电阻的第一端连接后与第六非门的输入端连接，第三电阻的第二端作为反接保护单元的第一输入端，第六非门的输出端与第五与门的第一输入端连接，第五与门的输出端作为反接保护单元的输出端，第五与门的第二输入端作为反接保护单元的第二输入端；

第十二晶体管的第一极作为控制信号产生单元的第十二输入端，第十二晶体管的第二极与第十三晶体管的第一极连接，第十二晶体管的栅极与第七非门的输入端连接；

第十四晶体管的第一极作为控制信号产生单元的第十三输入端，第十四晶体管的第二极与第十五晶体管的第一极连接，第十四晶体管的栅极与第七非门的输出端连接；

第十三晶体管的第二极与第十五晶体管的第二极连接后作为控制信号产生单元的第一输出端，第十三晶体管的栅极与第十四晶体管的第二极连接；

第十五晶体管的栅极与第十二晶体管的第二极连接；

第十六晶体管的第一极作为控制信号产生单元的第十四输入端，第十六晶体管的第二极与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第十七晶体管的第一极连接，第十七晶体管的第二极作为控制信号产生单元的第十六输入端，第十六晶体管的栅极与第十七晶体管的栅极连接后作为控制信号产生单元的第十五输入端；

第七非门的输入端作为控制信号产生单元的第十一输入端；

第八非门的输入端与第四电阻的第一端连接，第八非门的输出端与第二或门的第一输入端连接，第二或门的第二输入端与第十五晶体管的第一极连接，第二或门的输出端作为控制信号产生单元的第二输出端。

可选地，电池保护***还包括第五电阻；控制电路的输出端通过第五电阻与开关电路的第二端连接。

可选地，放电电路包括第十八晶体管和第六电阻；第六电阻的第一端作为放电电路的第一端，第六电阻的第二端与第十八晶体管的第二极连接后作为放电电路的输出端；第十八晶体管的第一极作为放电电路的第二端，第十八晶体管的栅极作为放电电路的控制端。

可选地，放电电路还包括第一电容，第一电容的第一端与第六电阻的第二端连接，第一电容的第二端与电池的第二极连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种带负载防反接的锂电池的电池***，该电池***包括：电芯、充电器和如上述第一方面所述的电池保护***；电芯的正极作为电池的第一极，电芯的负极作为电池的第二极；充电器的正极与电芯的正极连接，充电器的负极通过所述开关电路与电芯的负极连接。

本发明的有益效果是：

本发明实施例提供的一种电池保护***，包括控制电路、开关电路以及放电电路，控制电路包括反接保护单元和控制信号产生单元。本发明实施例提供的技术方案，通过设置控制信号产生单元、反接保护单元以及开关电路，使得反接保护单元能够根据反接保护单元的控制端输入的控制信号、控制信号产生单元的第一输出端的控制信号以及控制信号产生单元的第二输出端的控制信号逻辑运算输出第一控制信号，第一控制信号能够控制开关电路导通，实现了对电池的零伏可充电；还使得在电池反接时，反接保护单元能够根据反接保护单元的控制端输入的控制信号、控制信号产生单元的第一输出端的控制信号以及控制信号产生单元的第二输出端的控制信号逻辑运算输出第一控制信号，第一控制信号能够于开关电路的第一控制端控制开关电路关断，从而切断由电池、放电电路、开关电路以及负载构成的放电环路，保护电池、开关电路或者负载免受损坏。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种电池保护***的结构示意图；

图2是图1的电池保护***在电池反接时的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种电池保护***的结构示意图；

图4是图3所提供的电池保护***中一种反接保护单元和控制信号产生单元的原理示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种电池保护***的结构示意图；

图6是图5所提供的电池保护***中一种反接保护单元和控制信号产生单元的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。另外，可以理解的是，本实施例中对电路中的单元划分仅是功能性划分，并不作为具体的限定，实际应用过程中，单元划分可以根据电路原理再进行划分。

图1是本发明实施例提供的一种电池保护***的结构示意图，如图1所示，该电池保护***包括：控制电路30、开关电路20和放电电路10；控制电路30包括反接保护单元31和控制信号产生单元32；放电电路10的第一端a1与电池的第一极连接，放电电路10的第二端a2和放电电路10的控制端a3均与电池的第二极连接；

反接保护单元31的控制端b4与放电电路10的输出端a4连接，反接保护单元31的第一输入端b1与控制信号产生单元32的第一输出端e1连接，反接保护单元31的第二输入端b2与控制信号产生单元32的第二输出端e2连接，反接保护单元31的第三输入端b3与电池的第二极连接，反接保护单元31的输出端b5与开关电路20的第一控制端h1连接；反接保护单元31用于根据反接保护单元31的控制端b4输入的控制信号、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE；

开关电路20的第一端h3与电池的第二极连接，开关电路20的第二端h4与控制电路30的输入端f1连接；控制电路30用于根据第一控制信号VGATE控制开关电路20的导通或者关断。

具体地，图1中示例性地示意出通过电池保护***对电池E充电时所需的充电器60（电源）以及电池放电时对应的负载70，充电器60的负极与控制电路30的输入端f1连接，充电器60的正极与电池E的第一极连接，负载70的负极与控制电路30的输入端f1连接，负载70的正极与电池E的第一极连接。可选地，充电器60的正极通过开关K1与电池E的第一极连接，负载70的正极通过开关K2与电池E的第一极连接，开关K1和开关K2均可以是常规开关元件。

电池E可以是锂电池，控制信号产生单元32在电池E需要充电或者电池E需要反接保护时，均能够从控制信号产生单元32的第一输出端e1和控制信号产生单元32的第二输出端e2分别向反接保护单元31的第一输入端b1和反接保护单元31的第二输入端b2输出控制信号，以使得反接保护单元31能够根据所述控制信号控制开关电路20导通或者关断，实现电池E的充电或者电池E的反接保护。其中，在电池E需要充电时，需将充电器60接通，以通过充电器60和开关电路20对电池E充电；在电池E反接时，电池E通过放电电路10、开关电路20以及负载70放电。接下来对本实施例的电池保护***的工作原理进行说明：

图1中的接地电压VGND可为零伏电压，充电器60有正极P+电压和负极P-电压，控制电路30的输入端f1的电压为第一电压VM，放电电路10的输出端a4能够对反接保护单元31的控制端b4提供的控制信号为第二电压VDD，电池E正接时第一极为正极且第二极为负极，电池E反接时第一极为负极且第二极为正极，其中，适用于控制信号产生单元32的低电压为第一电压VM（低电压），接地电压VGND可通过电压转换电路转换为低电压VM。

如图1所示，电池E正接，开关K1闭合，充电器60的正极与电池E的正极接通，即充电器60接通，由于电池E的电压为零伏，因此接地电压VGND等于P+电压也等于第二电压VDD，控制电路30的输入端f1与充电器60的负极连接，P-电压低于零伏，据此，控制信号产生单元32的第一输出端e1将向反接保护单元31的第一输入端b1输出控制信号VSS以及控制信号产生单元32的第二输出端e2将向反接保护单元31的第二输入端b2输出控制信号，从而反接保护单元31能够根据反接保护单元31的控制端b4输入的第二电压VDD电压、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号VSS以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE，第一控制信号VGATE能够通过开关电路20的第一控制端h1控制开关电路20导通，以此实现了对零伏电池E的充电。

图2是图1的电池保护***在电池反接时的结构示意图，如图2所示，电池E反接，开关K1断开以及开关K2闭合，则由电池E、放电电路10、开关电路20、开关K2以及负载70构成放电环路，该放电环路中有大电流流过时极易导致锂电池E、开关电路20或者负载70损坏。针对于此，本实施例设置的反接保护单元31能够基于电路中电池E反接时放电电路10中的电流为几毫安至几十毫安，因而第二电压VDD与接地电压VGND的电压差能够达到负零点几伏的特点，进而根据反接保护单元31的控制端b4输入的第二电压VDD电压、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号VSS以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE，第一控制信号VGATE能够控制开关电路20关断，从而切断由电池E、开关电路20、开关K2以及负载70构成放电环路 ，保护电池E、开关电路20或者负载70免受大电流损坏。

综上所述，本实施例提供的电池保护***，通过设置控制信号产生单元32和反接保护单元31，使得在电池E的电压为零伏时，反接保护单元31能够根据反接保护单元31的控制端b4输入的VDD电压、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号VSS以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE，第一控制信号VGATE能够控制开关电路20导通，实现对零伏电池E的充电；还使得在电池E反接时，反接保护单元31能够根据反接保护单元31的控制端b4输入的第二电压VDD、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号VSS以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE，第一控制信号VGATE控制开关电路20关断，从而切断由电池E、开关电路20以及负载70构成放电环路，保护电池、开关电路20或者负载70免受大电流损坏。

可选地，图3是本发明实施例提供的另一种电池保护***的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的电池保护***中，开关电路20包括第一晶体管M1；第一晶体管M1的栅极作为开关电路20的第一控制端h1，第一晶体管M1的第一极作为开关电路20的第一端h3，第一晶体管M1的第二极作为开关电路20的第二端h4。

具体地，第一晶体管M1为N型MOS管；电池E的电压为零伏时，反接保护单元31能够根据反接保护单元31的控制端b4输入的VDD电压、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号VSS以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE，第一控制信号VGATE能够从第一晶体管M1的栅极控制第一晶体管M1导通，实现对零伏电池E的充电；电池E反接时，反接保护单元31能够根据反接保护单元31的控制端b4输入的VDD电压、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号VSS以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE，第一控制信号VGATE控制第一晶体管M1关断，从而切断由电池E、第一晶体管M1以及负载70构成放电环路，保护电池、第一晶体管M1或者负载70免受大电流损坏。

可选地，继续参考图3，本实施例提供的电池保护***中，控制电路30还包括第一基本保护电路33；第一基本保护电路33的第一输入端g1与放电电路10的输出端a4连接，第一基本保护电路33的第二输入端g2与电池的第二极连接，第一基本保护电路33的第三输入端g3与控制电路30的输入端f1连接；

第一基本保护电路33的第一输出端g4与控制信号产生单元32的第一输入端e4连接，第一基本保护电路33的第二输出端g5与控制信号产生单元32的第二输入端e5连接，第一基本保护电路33的第三输出端g6与控制信号产生单元32的第三输入端e6连接；

控制信号产生单元32的第三输出端e3与第一晶体管M1的衬底连接；控制信号产生单元32的第四输入端e7和控制信号产生单元32的第五输入端e8均与控制电路30的输入端f1连接；控制信号产生单元32的第六输入端e9、控制信号产生单元32的第七输入端e10以及控制信号产生单元32的第八输入端e11均与电池E的第二极连接；控制信号产生单元32的第九输入端e12与放电电路10的输出端a4连接；控制信号产生单元32的第十输入端e13与控制信号产生单元32的第一输出端e1连接。

本实施例中，通过设置第一基本保护电路33，且通过第一基本保护电路33的第二输入端g2与电池的第二极连接，第一基本保护电路33的第三输入端g3与控制电路30的输入端f1连接，使得电池保护***能够对电池E提供过放、过充、过流以及输出短路的保护功能。第一基本保护电路33的第一输出端g4输出第三电压VOD，以对电池E进行放电保护，第一基本保护电路33的第二输出端g5输出第四电压VOC，以对电池E进行充电保护，第一基本保护电路33的第三输出端g6输出第五电压VCHOC，其中，可适用于第一基本保护电路33的低电压为接地电压VGND。本实施例提供的电池保护***，由于设置了控制电路30，控制电路30包括第一基本保护电路33和控制信号产生单元32，能够适用于单晶圆电池，控制信号产生单元32也可称为栅极衬底控制电路，控制信号产生单元32的第三输出端e3对第一晶体管M1的衬底输出第六电压VSUB。

可选地，图4是图3所提供的电池保护***中一种反接保护单元和控制信号产生单元的原理示意图，如图3所示，反接保护单元31包括第二晶体管M2、第一非门I1、第一与门U1以及第一电阻R1；控制信号产生单元32包括第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6、第七晶体管M7、第八晶体管M8、第二非门I2、第三非门I3、第四非门I4、第五非门I5、第二与门U2、第三与门U3、第四与门U4、第二电阻R2以及第一或门J1；

第二晶体管M2的栅极作为反接保护单元31的控制端b4，第二晶体管M2的第一极作为反接保护单元31的第三输入端b3，第二晶体管M2的第二极与第一非门I1的输入端连接；

第一电阻R1的第一端与第一非门I1的输入端连接，第一电阻R1的第二端作为反接保护单元31的第一输入端b1；

第一非门I1的输出端与第一与门U1的第一输入端连接；

第一与门U1的第二输入端作为反接保护单元31的第二输入端b2，第一与门U1的输出端作为反接保护单元31的输出端b5；

第三晶体管M3的第一极作为控制信号产生单元32的第九输入端e12，第三晶体管M3的第二极与第二非门I2的输入端连接，第三晶体管M3的栅极与第四晶体管M4的栅极连接后作为控制信号产生单元32的第八输入端e11；

第四晶体管M4的第一极作为控制信号产生单元32的第十输入端e13，第四晶体管M4的第二极与第二电阻R2的第一端连接；

第二电阻R2的第二端与第二非门I2的输入端连接；

第二非门I2的输出端与第一或门J1的第一输入端连接，第一或门J1的输出端作为控制信号产生单元32的第二输出端e2；

第三非门I3的输入端与第二非门I2的输出端连接，第三非门I3的输出端与第二与门U2的第一输入端连接，第二与门U2的第二输入端作为控制信号产生单元32的第二输入端e5，第二与门U2的输出端与第四非门I4的输入端连接；

第四非门I4的输出端与第五晶体管M5的栅极连接，第五晶体管M5的第一极作为控制信号产生单元32的第四输入端e7，第五晶体管M5的第二极与第六晶体管M6的第二极连接后作为控制信号产生单元32的第三输出端e3；

第六晶体管M6的栅极与第四非门I4的输入端连接，第六晶体管M6的第一极作为控制信号产生单元32的第六输入端e9；

第三与门U3的第一输入端与第三非门I3的输出端连接，第三与门U3的第二输入端作为控制信号产生单元32的第三输入端e6，第三与门U3的输出端与第五非门I5的输入端连接；

第五非门I5的输出端与第七晶体管M7的栅极连接，第七晶体管M7的第一极作为控制信号产生单元32的第五输入端e8，第七晶体管M7的第二极与第八晶体管M8的第二极连接后作为控制信号产生单元32的第一输出端e1；

第八晶体管M8的栅极与第五非门I5的输入端连接，第八晶体管M8的第二极作为控制信号产生单元32的第七输入端e10；

第四与门U4的第一输入端作为控制信号产生单元32的第一输入端e4，第四与门U4的第二输入端作为控制信号产生单元32的第二输入端e5，第四与门U4的输出端与第一或门J1的第二输入端连接。

具体地，参考图1至图4，控制信号产生单元32的第一输入端e4接收第三电压VOD，控制信号产生单元32的第二输入端e5接收第四电压VOC，控制信号产生单元32的第三输入端e6接收第五电压VCHOC，据此，控制信号产生单元32的第一输出端e1能够向控制信号产生单元32的第十输入端e13和反接保护单元31的第一输入端b1提供控制信号VSS，在此基础上，控制信号产生单元32的第二输出端e2能够根据放电电路10输出端输出的第二电压VDD向反接保护单元31的第二输入端b2提供控制信号。其中，当第七晶体管M7导通时，控制信号VSS等于第一电压VM，当第八晶体管M8导通时，控制信号VSS等于接地电压VGND。接下来对本实施例的电池保护***的工作原理进行说明，参考图1至图4：

当开关K1闭合，充电器60的正极与电池E的正极接通，即充电器60接通，由于电池E的电压为零伏，因此接地电压VGND等于P+电压也等于第二电压VDD，控制电路30的输入端f1与充电器60的负极连接，P-电压低于零伏，据此，第四晶体管M4导通且第三晶体管M3关断，第二非门I2的输入端输入控制信号VSS，第二非门I2的输出端输出高电压，同时第二晶体管M2关断，第一电阻R1耦接控制信号VSS和第一非门I1的输入端，第一非门I1的输入端输入低电压，第一非门I1的输出端输出高电压，从而第一与门U1的输出端输出高电压，第一晶体管M1导通，以此实现对零伏电池E的充电。

当电池E反接、开关K1断开以及开关K2闭合，则由电池E、放电电路10、第一晶体管M1、开关K2以及负载70构成放电环路，放电电路10中的电流为几毫安至几十毫安，因而第二电压VDD与接地电压VGND的电压差能够达到负零点几伏，进而第二晶体管M2导通，第一非门I1的输入端输入高电压，第一非门I1的输出端输出低电压，第一与门U1的输出端输出低电压，第一晶体管M1关断，从而切断由电池E、第一晶体管M1、开关K2以及负载70构成的放电环路，保护电池E、第一晶体管M1或者负载70免受大电流损坏。

上述方案中，电池保护***包括开关电路20、控制电路30以及放电电路10，其中，开关电路20包括第一晶体管M1，控制电路30包括控制信号产生单元32、反接保护单元31以及第一基本保护电路33。下面所要说明的另一种电池保护***和上述技术方案，不同之处在于：所述另一种电池保护***包括开关电路20、控制电路30以及放电电路10，其中，开关电路20包括第九晶体管M9和第十晶体管M10，开关电路20在包括第一控制端h1的基础上还包括第二控制端h2，控制电路30包括控制信号产生单元32、反接保护单元31以及第二基本保护电路34 。

可选地，图5是本发明实施例提供的另一种电池保护***的结构示意图，如图5所示，本实施例提供的电池保护***中，开关电路20包括第九晶体管M9和第十晶体管M10，开关电路20还包括第二控制端h2；控制电路30还包括第二基本保护电路34；

第九晶体管M9的栅极作为开关电路20的第一控制端h1，第九晶体管M9的第一极作为开关电路20的第二端h4，第九晶体管M9的第二极与第十晶体管M10的第一极连接，第十晶体管M10的第二极作为开关电路20的第一端h3，第十晶体管M10的栅极作为开关电路20的第二控制端h2；

第二基本保护电路34的第一输入端d1与控制电路30的输入端f1连接，第二基本保护电路34的第二输入端d2与电池的第二极连接，第二基本保护电路34的第一输出端d3与控制信号产生单元32的第十一输入端e14连接，第二基本保护电路34的第二输出端d4与开关电路20的第二控制端h2连接；

控制信号产生单元32的第十二输入端e15、控制信号产生单元32的第十三输入端e16以及控制信号产生单元32的第十四输入端e17均与放电电路10的输出端a4连接，控制信号产生单元32的第十五输入端e18与电池的第二极连接，控制信号产生单元32的第十六输入端e19与控制信号产生单元32的第一输出端e1连接。

本实施例中，通过设置第二基本保护电路34，且通过第二基本保护电路34的第一输入端d1与控制电路30的输入端f1连接，第二基本保护电路34的第二输入端d2与电池的第二极连接，使得该电池保护***能够对电池E提供过放、过充、过流以及输出短路的保护功能。第二基本保护电路34的第一输出端d3输出第四电压VOC，可适用于第二基本保护电路34的低电压为接地电压VGND。

控制信号产生单元32的第十一输入端e14接收第四电压VOC，在此基础上，控制信号产生单元32的第一输出端e1将向反接保护单元31的第一输入端b1输出控制信号，且控制信号产生单元32的第二输出端e2能够根据放电电路10输出端输出的第二电压VDD向反接保护单元31的第二输入端b2提供控制信号。其中，控制信号产生单元32的第十一输入端e14与控制信号产生单元32的第二输入端e5可以为同一个输入端，控制信号产生单元32的第十二输入端e15、控制信号产生单元32的第十三输入端e16以及控制信号产生单元32的第十四输入端e17与控制信号产生单元32的第九输入端e12可以为同一个输入端。

第九晶体管M9和第十晶体管M10可均为N型MOS管；电池E的电压为零伏时，反接保护单元31能够根据反接保护单元31的控制端b4输入的第二电压VDD、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE，第一控制信号VGATE能够控制第九晶体管M9导通，同时第十晶体管M10通过寄生二极管导通，实现对零伏电池E的充电，其中，第十晶体管M10的衬底与开关电路20的第一端h3连接，第九晶体管M9的衬底与开关电路20的第二端h4连接；电池E反接时，反接保护单元31能够根据反接保护单元31的控制端b4输入的VDD电压、控制信号产生单元32的第一输出端e1的控制信号以及控制信号产生单元32的第二输出端e2的控制信号逻辑运算输出第一控制信号VGATE，第一控制信号VGATE控制第九晶体管M9关断，从而切断由电池、第九晶体管M9、第十晶体管M10以及负载70构成的放电环路，保护电池、第九晶体管M9、第十晶体管M10或者负载70免受大电流损坏。

可选地，图6是图5所提供的电池保护***中一种反接保护单元和控制信号产生单元的原理示意图，如图6所示，本实施例提供的电池保护***，反接保护单元31包括第十一晶体管M11、第六非门I6、第五与门U5以及第三电阻R3；控制信号产生单元32包括第十二晶体管M12、第十三晶体管M13、第十四晶体管M14、第十五晶体管M15、第十六晶体管M16、第十七晶体管M17、第七非门I7、第八非门I8、第四电阻R4以及第二或门J2；

第十一晶体管M11的栅极作为反接保护单元31的控制端b4，第十一晶体管M11的第一极作为反接保护单元31的第三输入端b3，第十一晶体管M11的第二极与第三电阻R3的第一端连接后与第六非门I6的输入端连接，第三电阻R3的第二端作为反接保护单元31的第一输入端b1，第六非门I6的输出端与第五与门U5的第一输入端连接，第五与门U5的输出端作为反接保护单元31的输出端b5，第五与门U5的第二输入端作为反接保护单元31的第二输入端b2；

第十二晶体管M12的第一极作为控制信号产生单元32的第十二输入端e15，第十二晶体管M12的第二极与第十三晶体管M13的第一极连接，第十二晶体管M12的栅极与第七非门I7的输入端连接；

第十四晶体管M14的第一极作为控制信号产生单元32的第十三输入端e16，第十四晶体管M14的第二极与第十五晶体管M15的第一极连接，第十四晶体管M14的栅极与第七非门I7的输出端连接；

第十三晶体管M13的第二极与第十五晶体管M15的第二极连接后作为控制信号产生单元32的第一输出端e1，第十三晶体管M13的栅极与第十四晶体管M14的第二极连接；

第十五晶体管M15的栅极与第十二晶体管M12的第二极连接；

第十六晶体管M16的第一极作为控制信号产生单元32的第十四输入端e17，第十六晶体管M16的第二极与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与第十七晶体管M17的第一极连接，第十七晶体管M17的第二极作为控制信号产生单元32的第十六输入端e19，第十六晶体管M16的栅极与第十七晶体管M17的栅极连接后作为控制信号产生单元32的第十五输入端e18；

第七非门I7的输入端作为控制信号产生单元32的第十一输入端e14；

第八非门I8的输入端与第四电阻R4的第一端连接，第八非门I8的输出端与第二或门J2的第一输入端连接，第二或门J2的第二输入端与第十五晶体管M15的第一极连接，第二或门J2的输出端作为控制信号产生单元32的第二输出端e2。

具体地，对本实施例的电池保护***的工作原理进行如下说明，参考图1、图2、图5以及图6：

当开关K1闭合，充电器60的正极与电池E的正极接通，即充电器60接通，由于电池E的电压为零伏，因此接地电压VGND等于P+电压也等于第二电压VDD，控制电路30的输入端f1与充电器60的负极连接，P-电压低于零伏，据此，第十七晶体管M17导通且第十六晶体管M16关断，第八非门I8的输入端输入控制信号VSS（低电压），第八非门I8的输出端输出高电压，同时第十一晶体管M11关断，第三电阻R3耦接控制信号VSS和第六非门I6的输入端，第六非门I6的输入端输入低电压，第六非门I6的输出端输出高电压，从而第五与门U5的输出端输出高电压，第九晶体管M9导通，第十晶体管M10因寄生二极管导通，以此实现零伏电池E的充电。

当电池E反接、开关K1断开以及开关K2闭合，则由电池E、放电电路10、第九晶体管M9、第十晶体管M10、开关K2以及负载70构成放电环路，放电电路10中的电流为几毫安至几十毫安因而第二电压VDD电压与接地电压VGND的电压差能够达到负零点几伏，进而第十一晶体管M11导通，第六非门I6的输入端输入高电压，第六非门I6的输出端输出低电压，第五与门U5的输出端输出低电压，第九晶体管M9关断，从而切断由电池E、第九晶体管M9、第十晶体管M10、开关K2以及负载70构成放电环路，保护电池E、第九晶体管M9、第十晶体管M10或者负载70免受大电流损坏。

可选地，继续参考图5，本实施例提供的电池保护***还包括第五电阻R5；控制电路30的输出端通过第五电阻R5与开关电路20的第二端h4连接。具体地，当控制电路30包括第二基本保护电路34时，电池保护***还包括第五电阻R5 ，以防止控制电路30的输入端f1（也即充电器60的负极P-）出现尖峰电压，损坏电池保护***。

可选地，继续参考图5，本实施例提供的电池保护***，放电电路10包括第十八晶体管M18和第六电阻R6；第六电阻R6的第一端作为放电电路10的第一端a1，第六电阻R6的第二端与第十八晶体管M18的第二极连接后作为放电电路10的输出端a4；第十八晶体管M18的第一极作为放电电路10的第二端a2，第十八晶体管M18的栅极作为放电电路10的控制端a3。

具体地，当电池E反接，则由电池E、第六电阻R6以及第十八晶体管M18构成放电电路10，该放电电路10中有电流流过 。其中，第六电阻R6的阻值在100欧姆至1千欧姆之间，放电电路10中的电流为几毫安至几十毫安，因而第二电压VDD与接地电压VGND的电压差为第十八晶体管M18的寄生二极管电压，因而第二电压VDD约为负0.7伏。

可选地，继续参考图5，本实施例提供的电池保护***，放电电路10还包括第一电容C1，第一电容C1的第一端与第六电阻R6的第二端连接，第一电容C1 的 第二端与电池的第二极连接。具体地，第一电容C1起到滤波作用，以防止放电电路10的输出端a4的第二电压VDD发生剧烈变化，影响电池保护***的正常工作。

本发明实施例还提供了一种电池***，该电池***包括：电芯、充电器和如上述技术方案所述的电池保护***；电芯的正极作为电池的第一极，电芯的负极作为电池的第二极；充电器的正极与电芯的正极连接，充电器的负极通过所述开关电路与电芯的负极连接。具体地，本发明实施例提供的电池***与上述技术方案所述的电池保护***属于相同的发明构思，能够实现与电池保护***相同的技术效果，重复内容此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，包括：

控制电路、开关电路和放电电路；

所述控制电路包括反接保护单元和控制信号产生单元；

所述放电电路的第一端与电池的第一极连接，所述放电电路的第二端和所述放电电路的控制端均与所述电池的第二极连接；

所述反接保护单元的控制端与所述放电电路的输出端连接，所述反接保护单元的第一输入端与所述控制信号产生单元的第一输出端连接，所述反接保护单元的第二输入端与所述控制信号产生单元的第二输出端连接，所述反接保护单元的第三输入端与所述电池的第二极连接，所述反接保护单元的输出端与所述开关电路的第一控制端连接；所述反接保护单元用于根据所述反接保护单元的控制端输入的控制信号、所述控制信号产生单元的第一输出端的控制信号以及所述控制信号产生单元的第二输出端的控制信号逻辑运算输出第一控制信号；

所述开关电路的第一端与所述电池的第二极连接，所述开关电路的第二端与所述控制电路的输入端连接；所述控制电路用于根据所述第一控制信号控制所述开关电路的导通或者关断。

2.根据权利要求1所述的一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，

所述开关电路包括第一晶体管；

所述第一晶体管的栅极作为所述开关电路的第一控制端，所述第一晶体管的第一极作为所述开关电路的第一端，所述第一晶体管的第二极作为所述开关电路的第二端。

3.根据权利要求2所述的一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，

所述控制电路还包括第一基本保护电路；

所述第一基本保护电路的第一输入端与所述放电电路的输出端连接，所述第一基本保护电路的第二输入端与所述电池的第二极连接，所述第一基本保护电路的第三输入端与所述控制电路的输入端连接；

所述第一基本保护电路的第一输出端与所述控制信号产生单元的第一输入端连接，所述第一基本保护电路的第二输出端与所述控制信号产生单元的第二输入端连接，所述的第一基本保护电路的第三输出端与所述控制信号产生单元的第三输入端连接；

所述控制信号产生单元的第三输出端与所述第一晶体管的衬底连接；所述控制信号产生单元的第四输入端和所述控制信号产生单元的第五输入端均与所述控制电路的输入端连接；所述控制信号产生单元的第六输入端、所述控制信号产生单元的第七输入端以及所述控制信号产生单元的第八输入端均与所述电池的第二极连接；所述控制信号产生单元的第九输入端与所述放电电路的输出端连接；所述控制信号产生单元的第十输入端与所述控制信号产生单元的第一输出端连接。

4.根据权利要求3所述的一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，

所述反接保护单元包括第二晶体管、第一非门、第一与门以及第一电阻；

所述控制信号产生单元包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第二非门、第三非门、第四非门、第五非门、第二与门、第三与门、第四与门、第二电阻以及第一或门；

所述第二晶体管的栅极作为所述反接保护单元的控制端，所述第二晶体管的第一极作为所述反接保护单元的第三输入端，所述第二晶体管的第二极与所述第一非门的输入端连接；

所述第一电阻的第一端与所述第一非门的输入端连接，所述第一电阻的第二端作为所述反接保护单元的第一输入端；

所述第一非门的输出端与所述第一与门的第一输入端连接；

所述第一与门的第二输入端作为所述反接保护单元的第二输入端，所述第一与门的输出端作为所述反接保护单元的输出端；

所述第三晶体管的第一极作为所述控制信号产生单元的第九输入端，所述第三晶体管的第二极与所述第二非门的输入端连接，所述第三晶体管的控制端与所述第四晶体管的栅极连接后作为所述控制信号产生单元的第八输入端；

所述第四晶体管的第一极作为所述控制信号产生单元的第十输入端，所述第四晶体管的第二极与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第二非门的输入端连接；

所述第二非门的输出端与所述第一或门的第一输入端连接，所述第一或门的输出端作为所述控制信号产生单元的第二输出端；

所述第三非门的输入端与所述第二非门的输出端连接，所述第三非门的输出端与所述第二与门的第一输入端连接，所述第二与门的第二输入端作为所述控制信号产生单元的第二输入端，所述第二与门的输出端与所述第四非门的输入端连接；

所述第四非门的输出端与所述第五晶体管的栅极连接，所述第五晶体管的第一极作为所述控制信号产生单元的第四输入端，所述第五晶体管的第二极与所述第六晶体管的第二极连接后作为所述控制信号产生单元的第三输出端；

所述第六晶体管的栅极与所述第四非门的输入端连接，所述第六晶体管的第一极作为所述控制信号产生单元的第六输入端；

所述第三与门的第一输入端与所述第三非门的输出端连接，所述第三与门的第二输入端作为所述控制信号产生单元的第三输入端，所述第三与门的输出端与所述第五非门的输入端连接；

所述第五非门的输出端与所述第七晶体管的栅极连接，所述第七晶体管的第一极作为所述控制信号产生单元的第五输入端，所述第七晶体管的第二极与所述第八晶体管的第二极连接后作为所述控制信号产生单元的第一输出端；

所述第八晶体管的栅极与所述第五非门的输入端连接，所述第八晶体管的第二极作为所述控制信号产生单元的第七输入端；

所述第四与门的第一输入端作为所述控制信号产生单元的第一输入端，所述第四与门的第二输入端作为所述控制信号产生单元的第二输入端，所述第四与门的输出端与所述第一或门的第二输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，

所述开关电路包括第九晶体管和第十晶体管，所述开关电路还包括第二控制端；所述控制电路还包括第二基本保护电路；

所述第九晶体管的栅极作为所述开关电路的第一控制端，所述第九晶体管的第一极作为所述开关电路的第二端，所述第九晶体管的第二极与所述第十晶体管的第一极连接，所述第十晶体管的第二极作为所述开关电路的第一端，所述第十晶体管的栅极作为所述开关电路的第二控制端；

所述第二基本保护电路的第一输入端与所述控制电路的输入端连接，所述第二基本保护电路的第二输入端与所述电池的第二极连接，所述第二基本保护电路的第一输出端与所述控制信号产生单元的第十一输入端连接，所述第二基本保护电路的第二输出端与所述开关电路的第二控制端连接；

所述控制信号产生单元的第十二输入端、所述控制信号产生单元的第十三输入端以及所述控制信号产生单元的第十四输入端均与所述放电电路的输出端连接，所述控制信号产生单元的第十五输入端与所述电池的第二极连接，所述控制信号产生单元的第十六输入端与所述控制信号产生单元的第一输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，

所述反接保护单元包括第十一晶体管、第六非门、第五与门以及第三电阻；

所述控制信号产生单元包括第十二晶体管、第十三晶体管、第十四晶体管、第十五晶体管、第十六晶体管、第十七晶体管、第七非门、第八非门、第四电阻以及第二或门；

所述第十一晶体管的栅极作为所述反接保护单元的控制端，所述第十一晶体管的第一极作为所述反接保护单元的第三输入端，所述第十一晶体管的第二极与所述第三电阻的第一端连接后与所述第六非门的输入端连接，所述第三电阻的第二端作为所述反接保护单元的第一输入端，所述第六非门的输出端与所述第五与门的第一输入端连接，所述第五与门的输出端作为所述反接保护单元的输出端，所述第五与门的第二输入端作为所述反接保护单元的第二输入端；

所述第十二晶体管的第一极作为所述控制信号产生单元的第十二输入端，所述第十二晶体管的第二极与所述第十三晶体管的第一极连接，所述第十二晶体管的栅极与所述第七非门的输入端连接；

所述第十四晶体管的第一极作为所述控制信号产生单元的第十三输入端，所述第十四晶体管的第二极与所述第十五晶体管的第一极连接，所述第十四晶体管的栅极与所述第七非门的输出端连接；

所述第十三晶体管的第二极与所述第十五晶体管的第二极连接后作为所述控制信号产生单元的第一输出端，所述第十三晶体管的栅极与所述第十四晶体管的第二极连接；

所述第十五晶体管的栅极与所述第十二晶体管的第二极连接；

所述第十六晶体管的第一极作为所述控制信号产生单元的第十四输入端，所述第十六晶体管的第二极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述第十七晶体管的第一极连接，所述第十七晶体管的第二极作为所述控制信号产生单元的第十六输入端，所述第十六晶体管的栅极与所述第十七晶体管的栅极连接后作为所述控制信号产生单元的第十五输入端；

所述第七非门的输入端作为所述控制信号产生单元的第十一输入端；

所述第八非门的输入端与所述第四电阻的第一端连接，所述第八非门的输出端与所述第二或门的第一输入端连接，所述第二或门的第二输入端与所述第十五晶体管的第一极连接，所述第二或门的输出端作为所述控制信号产生单元的第二输出端。

7.根据权利要求6所述的一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，

所述电池保护***还包括第五电阻；

所述控制电路的输出端通过所述第五电阻与所述开关电路的第二端连接。

8.根据权利要求1所述的一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，

所述放电电路包括第十八晶体管和第六电阻；

所述第六电阻的第一端作为所述放电电路的第一端，所述第六电阻的第二端与所述第十八晶体管的第二极连接后作为所述放电电路的输出端；

所述第十八晶体管的第一极作为所述放电电路的第二端，所述第十八晶体管的栅极作为所述放电电路的控制端。

9.根据权利要求8所述的一种带负载防反接的锂电池保护***，其特征在于，

所述放电电路还包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述第六电阻的第二端连接，所述第一电容的第二端与所述电池的第二极连接。

10.一种带负载防反接的锂电池的电池***，其特征在于，包括：电芯、充电器和如权利要求1-9任一项所述的一种带负载防反接的锂电池保护***；所述电芯的正极作为所述电池的第一极，所述电芯的负极作为所述电池的第二极；所述充电器的正极与所述电芯的正极连接，所述充电器的负极通过所述开关电路与所述电芯的负极连接。

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