A Design of a Li-Ion Battery Protection Circuit withLow Power ConsumptionZHU Jun , LIUHao(ASIC Engineering Center , Department of Electronic Engineering , Southeast University , Nanjing 210096 , China)Abstract : This paper describes a Li-ion battery protection ICs suited for digital CMOS process .By usingMOS cir-cuits working in subthreshold region ,the protector has lowsupply current and high accuracydetector threshold .Bythedesign improvingof samplingcircuit ,benchmark circuit and bias circuit ,the protector has a propertyoflowpower con-sumption and works normally under lower voltage .The results manifest that the circuit implements basic protectionfunctions and achieves designgoals on power consumption .Key words : subthreshold ;low-power ;li-ion ;charge/discharge protectEEACC : 1210一 种 低 功 耗 的 锂 离 子 电 池 保 护 电 路 的 设 计①朱 军 ,刘 昊(东南大学电子工程系 ASIC工程中心 ,南京 210096)摘要 :设计了一种适用于 CMOS 工艺的锂离子电池充放电保护电路 ,采用工作在亚阈值区的电路结构 ,使电路具有超低消耗电流驱动、高精度检测电压等特点。通过取样电路、基准电路和偏置电路 设计的改进 ,保护电 路功耗较低并且在较低电压下可以正常工作。模拟结果表明 ,该电路实现了基本的电池保护功能并在 功耗方面达 到了设计的目标。关键词 :亚阈值 ; 低功耗 ; 锂离子 ; 充放电保护中图分类号 :TN402 文献标识码 :A 文章编号 :1005 - 9490(2004)02 - 0303 - 03 近几年来 ,便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代 ,其中锂离子电池以高能量密度、高内阻、高电池电压、高循环次数、低自放电率等特性脱颖而出 ,因此锂离子电池保护电路的设计和应用也随之得到迅猛发展[ 1 ] 。本文设计了一种单电池低功耗锂离子电池保护电路 ,该电路具有静态电流小、检测精度高、安全性好、可靠性高等特点 ,可用于手机、PHS(个人手持电话系统)电话机和MD(小型光盘)播放机中。1 系统设计和考虑 电池保护电路监视电池的电压 ,并控制两只MOSFET的栅极 ,由两只 MOSFET 分别进行过充电控制、过放电控制和过电流控制。如图 1 所示为保护电路的应用连接图 ,VDD 为过充电和过放电的检测端 ;VSS 为保 护电路 的接地 点 ;DOUT 为 放电控 制端 ,COUT 为充电控制端 ,V - 为过流检测端 ,CT 为充电保护延时控制端 ,其外接电容。锂离子电池的充放电保护电路有三种功能 :过充电保护、过放电保护和过电流保护。因此电路包括相应电压检测器、基准源、延时电路和逻辑电路等。当充电电压高于检测阈值并保持相应的延时时间后 ,则 COUT 从高电位变为低电位 ,充电控制管FET2 截止 ,停止充电。同理 ,当放电电压/电流高于检测阈值并保持相应的延时时间后 ,则 DOUT 从高第 27 卷第 2 期2004 年 6 月 电 子 器 件Chinese Journal of Electron Devices Vol .27 ,No .2June .2004①收稿日期 :2004 - 02 - 18作者简介 : 朱军(1978 - ) ,东南大学电子工程系研究生 ,主要参与了嵌入式系统方面的研究 ,tengyeyan @ yahoo .com.cn .图 1 保护电路应用原理图电位变为低电位 ,充电控制管 FET1 截止 ,停止放电。由上述功能设计 ,可以得到如图 2 所示的锂离子电池保护电路的系统结构图。图 2 锂离子电池保护电路的系统结构图系统主要包括控制逻辑电路、取样电路、过充电检测比较器(VD1 )、过放电检测比较器(VD2 )、过流检测比较器(VD3 )、负载短路检测电路、电平移位电路、基准电路(BGR)以及偏置电路(图 2 中没有画出)。下面将具体介绍以上电路的低功耗设计思想和结构设计考虑。2 电路低功耗设计思想 由于控制逻辑电路和比较器的静态功耗很小 ,因此电路的功耗主要集中基准电路、...
