1 引 言
规划了一种低功耗的单节锂离子电池维护电路，此维护电路不仅对锂离子电池供给过充电，过放电，放电过流维护，还供给充电反常维护，零伏电池充电制止等功用。用1. 0μm双阱CMOS工艺完结。
2 锂电池维护IC的功用原理剖析
锂电池维护电路的原理图如图1 所示， E +和E – 端之间加充电器或负载。电路作业原理如下：
图1 锂电池维护原理图
正常状况：当电池电压在过放电检测电压以上且在过充电检测电压以下， VM端子的电压在充电器检测电压以上且在过电流检测电压以下时，充电操控用FET2 和放电操控用FET1 的两方均翻开。
这时能够进行自在的充电和放电。这种状况叫做正常状况。
过充电维护：在充电过程中，当电池电压高于过充电检测电压，且该状况继续到过充电检测延迟时刻后，操控电路输出一个低电平，关断充电操控用FET2，制止充电。
过放电维护：在放电过程中，当电池电压低于过放电检测电压，且该状况继续到过放电检测延迟时刻后，操控电路输出一个低电平，关断放电操控用FET1，制止放电。
过电流维护：过电流维护包含一级过流维护，二级过流维护，短路维护，当放电电流过大， VM端电压上升，超过过流检测电压，且该状况继续时刻超过过流检测延迟时刻后，操控电路输出低电平，关断放电操控用FET1，放电制止。在放电过程中， VM端电压便是两个处于导通态的FET上的压降（见图1） ，即VVM = I ×2RFET.式中I是经过FET的电流，即放电电流， RFET是FET的通态电阻。
充电反常维护：电池在充电过程中假如电流过大，使VM端电压下降，当低于某个设定值，而且这个状况继续到过充电检测延迟时刻以上时，操控电路关断充电操控用FET2，中止充电。当VM端电压从头上升到设定值以上后，充电操控用FET1翻开，充电维护反常免除。
零伏电池充电制止：电池在久放不必的情况下，会本身放电使电池电压下降，甚至为零伏，有些锂电池因其特性的原因在被彻底放电后不适宜再度充电。当电池电压低于某个设定值时，充电操控用FET2的栅极被固定在低电位，制止充电。只要电池本身电压在零伏电池制止充电电压以上时，才被答应充电。
3 电路规划
如图2所示，锂电池维护电路主要由基准源，比较器，逻辑操控电路以及一些附加功用块组成。比较器检测所用到的基准电压都要经过一个基准源电路来供给，此基准源在正常作业情况下，有必要高精度，低功耗，以满意芯片要求，且能够在电源电压低至2. 2V时正常作业。
图2 锂电池维护电路的内部结构
图3便是契合此要求的带隙基准源。在该电路中， P4， P5， P6， P7，N3，N4， N6组成一个二级运放作为基准源的反应，而运放的偏置电压由基准源来供给，既简化了电路与地图，又削减了额定功耗。经过调理MOS管的尺度，使运放具有较高增益，较低失调电压。基准源选用级连二极管的方式， Q1， Q2发射区面积持平， Q3， Q4发射区面积持平，为了削减功耗，取Q3的面积为Q2的两倍。级连二极管方式能有用削减运放失调对输出基准电压精度的影响。
维护电路中所用的检测电压一般较低，比方一级过流检测电压为0. 15V 左右，二级过流检测电压为0. 6V左右，但一般带隙基准电路只能输出1. 2V左右的电压，电阻R5的引进便是经过对输出基准电压进行再次分压来处理这个问题。以下给出输出基准电压的计算公式：
图3 基准源电路结构
从式（4）中能够看出2 ln （ IS3 / IS2 ） VT相对于ln（ IS3 / IS2 ）VT受失调电压VOS的影响显着削减，即级连二极管的选用使基准电压受运放失调影响削减。
式中发生因子R5 / （R4 +R5 ） ，经过调整R4 ， R5 的电阻值，能够得到小于1. 2V的基准电压。
图1中N1，N2， P1， P2， P3， C1作为发动电路，有源电阻P1， P2 起限流效果。N5， P13 为开关管，当维护电路处于休眠状况时，电路有必要中止作业，使功耗降为最低，此刻经过内部操控电路使L1 为低电位， P13 管翻开，使偏置点VB IAS上升为高电位，P4， P7， P8， P9 ， P10， P11， P12管截止，N5管封闭，堵截由P13，N6构成的支路，该电路中止作业，电流简直为零。经仿真，该基准电路在2. 2V电压下可正常作业。
以下介绍此款锂电池维护IC的附加功用，包含充电反常检测功用，零伏电池充电制止功用。如图4所示。
图4 附加功用电路结构
当锂电池接上充电器进行充电时， VM端相当于充电器的负端（见图1） ，发生一个- 4V左右的脉冲电压，N1管瞬间导通，一起OUT1端也发生- 4V的脉冲电压，当逻辑电路监测到OUTI端的负脉冲电压后经过逻辑操控使L2 为高电位，使N3 管导通，又因为P1管的栅极接地，当VDD大于P1管的阈值电压时， P1 管导通， D1 点为高电位， N2 管导通，D2点为低电位， P4管导通， CO为高电位，充电操控用FET2翻开，答应充电，即充电器检测完结。
当锂电池因为自放电使本身电压降为PMOS管阈值以下时， P1管截止， D1为低电位，使N2管截止，节点D2无法下降到VM端电压， P4管截止， CO端为低电位，充电操控用FET2封闭，制止充电，即为零伏电池充电制止功用。在充电过程中， VM端电位为- I ×2RFET （见图1） ， I为充电电流， RFET为FET导通电阻。当电流过大， 使VM 端电位下降到负的NMOS阈值以下时，N5管导通， D3电位下降， P6管导通，输出OUT2为高电位，当该状况继续一段时刻今后，操控逻辑判别该状况有用，使L2 为低电位，N3管截止， P3管导通，D2为高电位，使CO端为低，充电操控用FET2封闭，充电中止，即为充电反常检测功用。
4 仿真时序图
图5为过充与过放电检测的HSPICE仿真时序图，从中能够看出，当比较器检测到电池过充，在这儿过充检测点为4. 25V，且该状况坚持时刻达到过充电检测延迟时刻，在这儿约为1. 2秒， CO输出低电平，关断充电用FET2，中止充电。当检测到电池过放电，这儿过放电检测点为2. 25V，且该状况坚持时刻达到过放电检测延迟时刻约150毫秒，DO输出低电平，关断放电用FET1，中止放电。其它如放电过流检测等功用经HSP ICE仿真彻底契合要求，在这儿纷歧一列出。
图5 过充与过放电检测仿真时序图
5 结 论
规划的单节锂电池维护%&&&&&%在正常作业状况下耗费电流为3. 3uA，休眠状况下为0. 15uA，过充电检测精度为±25mV，能在- 40°C~85°C的温度下作业，产品功能彻底契合要求。
