基于耗盡型工藝設(shè)計(jì)的鋰離子電池充電保護(hù)電路

其推導(dǎo)公式為：

當(dāng)耗盡型MOS 管M84 工作在飽和區(qū)時(shí)， VGS84=0,M84 為一個(gè)恒流源， 所以VGS82 恒定， 即Vbd 不變，從而輸出Vb1、Vb2 也保持不變。其中Vbd、Vb1、Vb2分別為過充電、過放電比較器提供基準(zhǔn)電壓， 并且為延時(shí)產(chǎn)生電路提供偏置電壓。其推導(dǎo)公式為：

要使式（ 7） 等于式（ 10） , 即無論M84 工作在什么區(qū)域VGS82 都不變， 則：

所以可以通過調(diào)節(jié)M84 和M82 的寬長比（W/L） 使之滿足式（ 11） , 使VGS82 保持恒定； 通過調(diào)小管子的閾值電壓（ 調(diào)節(jié)管子的摻雜濃度） 來減小基準(zhǔn)電壓源的電流從而減小功耗。采用0.6 μm、n 阱的CMOS 工藝在Hspice 中仿真的結(jié)果如圖3 所示。

2.2 過充電、過放電遲滯電路　　

為了更快地解除過充電、過放電狀態(tài)， 圖1 中過充電、過放電比較器的輸入差分電壓須隨電源電壓的改變而改變， 當(dāng)電池過充或過放時(shí)， 輸出電壓隨電源電壓變化的比例不同， 因此設(shè)計(jì)出圖4 所示的遲滯電路。

由圖4 可知， 通過控制TCU 和TDL 的開關(guān)來控制MN1 和MP1 的導(dǎo)通與關(guān)斷， 達(dá)到調(diào)節(jié)點(diǎn)IN_CON 和IN_ODP 電壓大小的目的， 以實(shí)現(xiàn)遲滯效應(yīng)。當(dāng)輸出信號(hào)在和過充比較器和過放比較器相比較時(shí)， 比較基準(zhǔn)電壓不變， 計(jì)算過充電、過放電的遲滯電壓分別為：

由式（ 12） 和（ 13） 可知， 根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求的不同， 調(diào)節(jié)R26、R27、R28、R29、R30 和R31 的大小及比例關(guān)系以達(dá)到實(shí)現(xiàn)不同遲滯電壓的目的?！　?/p>

2.3 0 V電池充電禁止電路　　

當(dāng)電池電壓低于一定值時(shí)， 使CO 輸出為低電平從而禁止充電器對電池進(jìn)行充電。在此過程中因?yàn)閂DD 比較低VM 會(huì)變得很負(fù)， 所以VDD 和VM 之間易形成很大的電流， 則VDD 到VM 之間的每一條支路上要有比較大的電阻。采用如圖5 所示的電路來控制CO 的電壓和VDD 到VM 之間的電流。

圖5 中M1、M2、M3、M4、Rl 和R2 組成的電路完成電平轉(zhuǎn)換功能， 抑制功能主要由M5、M6 和R3完成， M7、M8、M9、M10 和R4 組成的與非門在電平轉(zhuǎn)換功能和0 V 抑制功能之間進(jìn)行選擇。電路需要將邏輯低電平轉(zhuǎn)化為與VM 相同的電位。而VM的電位有可能很負(fù)， 在電路轉(zhuǎn)換瞬間， VDD 和VM之間的高電壓很容易將普通的MOS 管擊穿，基于此， 本電路的所有管子都采用高壓非對稱管?！?/span>

0V電池抑制功能發(fā)生在充電過程中， 此時(shí)，IN_ LCB=0, IN_ LC=1,VA 為高電平。當(dāng)電池電壓VDD 在1.2 V 左右時(shí)， 就認(rèn)為它是內(nèi)部短路。在這種情況下充電， 充電電流一定很大， 導(dǎo)致VM 的電位下降很大， VDD 的下降使M5 關(guān)閉， VM 的下降使M6 導(dǎo)通， 從而VB 由低電平轉(zhuǎn)化為高電平（此時(shí)的VDD 電壓為0 V 電池充電禁止電壓V0INH） , CO 電位因此接近VM 電位?！　?/p>

模擬結(jié)果如圖6 顯示， 在VDD 降到1V 以下時(shí)，CO 端輸出與VM 相同的電平， 關(guān)斷充電回路， 實(shí)現(xiàn)0V 電池充電禁止功能。

3 芯片的測試結(jié)果　　

采用0.6 μm、n 阱的CMOS 工藝， 芯片的電特性參數(shù)測試結(jié)果如表1 所示。其中T 表示溫度，在沒有特殊說明的情況下均為T=25 ℃。表1 表明所設(shè)計(jì)的芯片滿足寬的電壓工作范圍、寬的溫度工作范圍和低功耗的特點(diǎn)。

表1 CMOS 芯片的電特性