專利名稱：用于保護電池的芯片及pcb的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)及嵌入式領(lǐng)域，特別是涉及用于保護電池的芯片及PCB。
背景技術(shù)：
由于便攜設(shè)備的功率需求變得越來越大，電池容量被迫增大，以提供更長使用時間滿足需求。這就需要縮短這些較大型電池的充電時間，最大限度減小充電期間的熱耗散， 提高轉(zhuǎn)換效率，技術(shù)人員設(shè)計出開關(guān)式充電器，能夠縮短充電時間并解決目前與使用線性充電器方案相關(guān)的散熱問題。開關(guān)式充電器可為手機、智能手機、平板電腦、無線寬帶熱點、 數(shù)碼相機和便攜媒體/游戲播放器和其它便攜產(chǎn)品中的單節(jié)或雙節(jié)鋰離子電池充電?，F(xiàn)有的開關(guān)式充電器的結(jié)構(gòu)參見圖1所示。開關(guān)式充電器在恒流充電過程中需要對電感電流進行控制，為達到這個目的，在電感電流通路上串接電阻，一般位于電池保護芯片內(nèi)管腳CS與管腳BAT之間，用于將電感電流信號感應(yīng)到充電控制內(nèi)部進行處理。該方式不僅占用管腳CS，而且電流通路上的電阻直接影響電流控制精度，所以該電阻精度要求較高。電阻的值越大，檢測到的電流信號精度就越高，但同時也會導致越大的功率浪費，而要彌補電阻上造成的功率浪費，功率開關(guān)管的導通電阻就要更小，間接提高了產(chǎn)品成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種用于保護電池的芯片及PCB，用于提供更穩(wěn)定的電流。一種用于保護電池的芯片，包括開關(guān)控制模塊，用于控制電源端到電池連接端之間的通路的聯(lián)通或斷開；與開關(guān)控制模塊連接的時間控制模塊，用于控制所述通路斷開的時間，該時間與電池連接端電壓成反比。一種印刷電路板(PCB)，包括如權(quán)利要求1至11中任一項所述的芯片。本發(fā)明實施例通過設(shè)計一個與開關(guān)控制模塊連接的時間控制模塊來控制電源端到電池連接端之間的通路斷開的時間，該時間與電池連接端電壓成反比。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中PCB的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實施例中電感電流波形示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中芯片的主要結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實施例中芯片的詳細結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明實施例中時間控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，開關(guān)式充電器工作在恒流充電時的電感電流波形示意圖如圖 2 所示。有公式 Iavg = Ipeak-Iripple/2 = Ipeak-D*Toff/2 = Ipeak-Toff*Vbat/2L, 其中Iavg為平均電流，Ipeak為峰值電流，Iripple為電流震蕩幅度，D為Upside Switch off (上端開關(guān)截止)階段電感電流下降斜率，Toff為Upside Switch off time (上端開關(guān)截止時間)，Vbat為電池電壓，L為電感值。如果Ipeak確定，那么希望獲得固定不隨電池電壓改變的平均電流Iavg，就需要Toff*Vbat為常數(shù)。由于Vbat會隨著充電而發(fā)生變化，所以要使Toff*Vbat為常數(shù)，就需要產(chǎn)生與Vbat成反比的Toff。本發(fā)明實施例通過設(shè)計一個與開關(guān)控制模塊連接的時間控制模塊來控制電源端到電池連接端之間的通路斷開的時間， 該時間與電池連接端電壓成反比。參見圖3，本實施例中用于保護電池的芯片包括開關(guān)控制模塊301和時間控制模塊 302。開關(guān)控制模塊301的電源端用于連接充電電源，電源端的輸入電壓用VINP表示， 同時VINP表示電源端。開關(guān)控制模塊301的電池連接端用于連接電池，電池連接端的電壓用VBAT表示，同時VBAT表示電池連接端。開關(guān)控制模塊301用于控制電源端到電池連接端之間的通路的聯(lián)通或斷開。與開關(guān)控制模塊連接的時間控制模塊302用于控制所述通路斷開的時間，該時間與電池連接端電壓成反比。具體的，參見圖4所示，開關(guān)控制模塊301包括觸發(fā)器401、第一比較器 (CC-CMP) 402、第一控制開關(guān)403、第二控制開關(guān)404和電感線圈405。觸發(fā)器401的兩個輸入端分別連接第一比較器402和時間控制模塊302的輸出端，觸發(fā)器401的輸出端連接第一控制開關(guān)403和第二控制開關(guān)404的控制端以及連接時間控制模塊302的輸入端。觸發(fā)器401用于向第一控制開關(guān)403和第二控制開關(guān)404發(fā)送第一控制信號，使第一控制開關(guān)403導通，第二控制開關(guān)404斷開，從而使電源端VINP到電池連接端VBAT之間的通路聯(lián)通，并且在第一比較器402的觸發(fā)下，向第一控制開關(guān)403和第二控制開關(guān)404發(fā)送第二控制信號，使第一控制開關(guān)403斷開，第二控制開關(guān)404導通， 從而使電源端VINP到電池連接端VBAT之間的通路斷開，同時向時間控制模塊302發(fā)送第二控制信號，觸發(fā)時間控制模塊302開始計時，以及在收到時間控制模塊302的觸發(fā)信號時，向第一控制開關(guān)403和第二控制開關(guān)404發(fā)送第一控制信號。較佳的，觸發(fā)器401為RS 觸發(fā)器，兩個輸入端為R和S端，輸出端為Q端。第一比較器402，其負極輸入端連接第一控制開關(guān)403和第二控制開關(guān)404的連接端，以及連接電感線圈405，正極輸入端用于輸入預(yù)設(shè)的第一門限電壓，用于檢測電源端 VINP到電池連接端VBAT之間的通路上電壓是否大于預(yù)設(shè)的第一門限電壓，當大于第一門限電壓時，向觸發(fā)器401發(fā)送觸發(fā)信號，以觸發(fā)觸發(fā)器401發(fā)送第二控制信號。第一控制開關(guān)403控制端與觸發(fā)器401連接，兩個連接端位于電源端VINP到電池連接端VBAT之間的通路上，用于收到第一控制信號時導通，收到第二控制信號時斷開。較佳的，第一控制開關(guān)403為P溝道場效應(yīng)管。第二控制開關(guān)404控制端與觸發(fā)器連接，兩個連接端位于接地端GND與電池連接端VBAT之間的通路上，用于收到第一控制信號時斷開，收到第二控制信號時導通。較佳的， 第二控制開關(guān)404為N溝道場效應(yīng)管。電感線圈405位于電源端VINP到電池連接端VBAT之間的通路上。
開關(guān)控制模塊301還包括限壓單元406，位于電源端VINP與第一比較器402之間，用于為第一比較器401提供第一門限電壓。較佳的，限壓單元406為場效應(yīng)管，且導通電阻大于第一控制開關(guān)403的導通電阻。限壓單元406的輸出端還可以通過一個電阻Rl 與接地端GND連接。開關(guān)控制模塊301的電池連接端VBAT還可以通過電容Cl與接地端GND連接，以防止電池連接端VBAT的電壓瞬間升高或降低。例如，觸發(fā)器401的S端向Q端輸出低電平信號(即第一控制信號)，則第一控制開關(guān)403導通而第二控制開關(guān)404斷開。同時，觸發(fā)器401的Q端向時間控制模塊302發(fā)送低電平信號(即第一控制信號)，此時時間控制模塊302不計時。第一控制開關(guān)403導通而第二控制開關(guān)404斷開后，在電源端VINP的作用下，電感線圈405的電壓逐漸升高，第一比較器402的負極輸入端的電壓LX也逐漸升高。同時， 在電源端VINP的作用下，限壓單元406為第一比較器402提供第一門限電壓Ipeakjef。 當電感線圈405的電壓高于第一門限電壓Ipeak_ref時，也就是電感電流上升到了峰值電流Ipeak時，第一比較器402向觸發(fā)器401的R端發(fā)送觸發(fā)信號(如高電平信號)，以觸發(fā)觸發(fā)器401置位。則觸發(fā)器401的Q端輸出高電平信號(即第二控制信號)，使第一控制開關(guān)403斷開而第二控制開關(guān)404導通。第一控制開關(guān)403斷開而第二控制開關(guān)404導通后，電感線圈405的電壓逐漸降低。同時，觸發(fā)器401的Q端向時間控制模塊302發(fā)送高電平信號EN(即第二控制信號)，此時時間控制模塊302開始計時。時間控制模塊302的電壓輸入端的電壓與電池電壓成正比，隨著電感線圈405的電壓降低而降低。當電感線圈405的電壓降到最低點時，時間控制模塊302向觸發(fā)器401的S端發(fā)送觸發(fā)信號(如低電平信號)，以觸發(fā)觸發(fā)器401重置。則觸發(fā)器401的S端向Q端輸出低電平信號(即第一控制信號)，進行下一個循環(huán)周期。下面針對時間控制模塊302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行詳細介紹。參見圖5，本實施例中時間控制模塊302包括電容501、限流單元502、充放電控制單元503和第二比較器(CMP)504。限流單元502的輸入端與電池連接端VBAT連接，輸出端OUTPUT與電容501連接。充放電控制單元503的控制端EN與觸發(fā)器401的Q端連接， 兩個連接端連接在電容501的兩端。第二比較器504的負極輸入端與電容501和限流單元 502連接，輸出端與觸發(fā)器401的S端連接。電容501位于限流單元502與接地端GND之間。限流單元502與電池連接端VBAT連接，用于向電容501提供與電池連接端VBAT 電壓成正比的電流。充放電控制單元503用于在收到第二控制信號時控制電容501充電，以及在收到第一控制信號時控制電容501放電。較佳的，充放電控制單元503為P溝道場效應(yīng)管，控制端與開關(guān)控制模塊301的控制信號輸出端⑴端)連接，兩個連接端分別連接電容501的兩端。第二比較器504用于將電容501兩端的電壓差與預(yù)設(shè)的第二門限電壓VREF比較， 當大于第二門限電壓VREF時，向開關(guān)控制模塊301發(fā)送觸發(fā)信號。
較佳的，限流單元502包括電流鏡5021和電阻5022。電流鏡5021包括第一連接點和第二連接點，第二連接點與電容501連接，鏡像比例為1 1。較佳的，電流鏡5021包括兩個N溝道場效應(yīng)管M2和M3，第一連接點和第二連接點分別為兩個N溝道場效應(yīng)管的一個連接端。其中，由工作電壓端VDD提供電壓。電阻5022位于電流鏡5021的第一連接點與接地端GND之間，電阻5022與電流鏡 5021的第一連接點連接的一端還與電池連接端VBAT連接。為了獲得緩慢變化的輸入電壓，限流單元502還包括緩沖器(BUF)5023和第三控制開關(guān)δΟΜ。緩沖器5023，其正極輸入端連接電池連接端VBAT，負極輸入端連接電阻5022與電流鏡5021的第一連接點連接的一端，輸出端連接第三控制開關(guān)50Μ。第三控制開關(guān)50 ，其控制端與緩沖器5023連接，兩個連接端位于電流鏡5021的第一連接點與電阻5022之間。如果限流單元502的輸入電壓與電池連接端電壓成正比，該比值用K表示，尤其是 K不為1時，限流單元502還包括分壓電路，位于緩沖器5023的正極輸入端與電池連接端 VBAT之間，用于將獲得的電池電壓轉(zhuǎn)換為分壓信號輸出給緩沖器5023。分壓電路可由分壓電阻實現(xiàn)。例如，充放電控制單元503的控制端EN收到低電平信號(即第一控制信號)時， 作為充放電控制單元503的場效應(yīng)管導通，使電容501放電。則第二比較器504的負極輸入端的電壓低于正極輸入端的電壓，也就是說電容501的電壓低于第二門限電壓VREF。充放電控制單元503的控制端EN收到高電平信號(即第二控制信號)時，作為充放電控制單元503的場效應(yīng)管斷開，使電容501充電。此時，電阻5022所在支路的電流為 K · VBAT/R2, R2為電阻5022的阻值。此時支路的電流與電池電壓VBAT成正比。通過電流鏡5021使電容501所在支路的電流也為K · VBAT/R2，并以該電流為電容501充電，充電時間Toff與該電流成反比，則充電時間Toff與電池電壓VBAT成反比。當電容501的電壓高于第二門限電壓VREF時，第二比較器504向觸發(fā)器401的S端輸出觸發(fā)信號(如低電平信號)。充放電控制單元503的控制端EN又會收到低電平信號(即第一控制信號)，進入下一個循環(huán)周期。本發(fā)明實施例通過設(shè)計一個與開關(guān)控制模塊連接的時間控制模塊來控制電源端到電池連接端之間的通路斷開的時間，該時間與電池連接端電壓成反比。本發(fā)明實施例中的多個器件均采用場效應(yīng)管，具有穩(wěn)定好和精度高的優(yōu)點，并且能耗低且易于集成，結(jié)構(gòu)簡單，可簡化工藝流程。同時省略了圖1所示的與芯片連接的電感線圈，從而簡化了 PCB(印刷電路板)的布線。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于保護電池的芯片，其特征在于，包括開關(guān)控制模塊，用于控制電源端到電池連接端之間的通路的聯(lián)通或斷開； 與開關(guān)控制模塊連接的時間控制模塊，用于控制所述通路斷開的時間，該時間與電池連接端電壓成反比。
2.如權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，開關(guān)控制模塊包括觸發(fā)器，用于向第一控制開關(guān)和第二控制開關(guān)發(fā)送第一控制信號，使第一控制開關(guān)導通，第二控制開關(guān)斷開，從而使電源端到電池連接端之間的通路聯(lián)通，并且在第一比較器的觸發(fā)下，向第一控制開關(guān)和第二控制開關(guān)發(fā)送第二控制信號，使第一控制開關(guān)斷開，第二控制開關(guān)導通，從而使電源端到電池連接端之間的通路斷開，同時向時間控制模塊發(fā)送第二控制信號，觸發(fā)時間控制模塊開始計時，以及在收到時間控制模塊的觸發(fā)信號時，向第一控制開關(guān)和第二控制開關(guān)發(fā)送第一控制信號；第一比較器，用于檢測電源端到電池連接端之間的通路上電壓是否大于預(yù)設(shè)的第一門限電壓，當大于第一門限電壓時，向觸發(fā)器發(fā)送觸發(fā)信號，以觸發(fā)觸發(fā)器發(fā)送第二控制信號；第一控制開關(guān)，控制端與觸發(fā)器連接，兩個連接端位于電源端到電池連接端之間的通路上，用于收到第一控制信號時導通，收到第二控制信號時斷開；第二控制開關(guān)，控制端與觸發(fā)器連接，兩個連接端位于接地端與電池連接端之間的通路上，用于收到第一控制信號時斷開，收到第二控制信號時導通； 電感線圈，位于電源端到電池連接端之間的通路上。
3.如權(quán)利要求2所述的芯片，其特征在于，第一控制開關(guān)為P溝道場效應(yīng)管；第二控制開關(guān)為N溝道場效應(yīng)管。
4.如權(quán)利要求2所述的芯片，其特征在于，開關(guān)控制模塊還包括限壓單元，位于電源端與第一比較器之間，用于為第一比較器提供第一門限電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的芯片，其特征在于，限壓單元為場效應(yīng)管，且導通電阻大于第一控制開關(guān)的導通電阻。
6.如權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，時間控制模塊包括 電容，位于限流單元與接地端之間；限流單元，與電池連接端連接，用于向電容提供與電池連接端電壓成正比的電流； 充放電控制單元，用于在收到第二控制信號時控制電容充電； 第二比較器，用于將電容兩端的電壓差與預(yù)設(shè)的第二門限電壓比較，當大于第二門限電壓時，向開關(guān)控制模塊發(fā)送觸發(fā)信號。
7.如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，充放電控制單元為P溝道場效應(yīng)管，控制端與開關(guān)控制模塊的控制信號輸出端連接，兩個連接端分別連接電容的兩端。
8.如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，限流單元包括電流鏡，包括第一連接點和第二連接點，第二連接點與電容連接，鏡像比例為1 1; 電阻，位于電流鏡的第一連接點與接地端之間，電阻與電流鏡的第一連接點連接的一端還與電池連接端連接。
9.如權(quán)利要求8所述的芯片，其特征在于，限流單元還包括緩沖器，其正極輸入端連接電池連接端，負極輸入端連接電阻與電流鏡的第一連接點連接的一端，輸出端連接第三控制開關(guān)；第三控制開關(guān)，其控制端與緩沖器連接，兩個連接端位于電流鏡的第一連接點與電阻之間。
10.如權(quán)利要求8所述的芯片，其特征在于，限流單元還包括分壓電路，位于緩沖器的正極輸入端與電池連接端之間，用于將獲得的電池電壓轉(zhuǎn)換為分壓信號輸出給緩沖器。
11.一種印刷電路板PCB，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至10中任一項所述的芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于保護電池的芯片，用于提供更穩(wěn)定的電流。所述芯片包括開關(guān)控制模塊，用于控制電源端到電池連接端之間的通路的聯(lián)通或斷開；與開關(guān)控制模塊連接的時間控制模塊，用于控制所述通路斷開的時間，該時間與電池連接端電壓成反比。本發(fā)明還公開了包括所述芯片的PCB。
文檔編號H02H7/18GK102570407SQ20111042252
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者尹航, 楊靖, 王釗 申請人:無錫中星微電子有限公司