电池保护芯片和电池管理系统的制作方法

1.本技术涉及电子技术领域，特别是一种电池保护芯片及电池管理系统。


背景技术：

2.随着科技的发展，移动电子设备的应用越来越广泛，移动电子设备一般采用移动电池作为电源。现有的移动电池普遍采用可以进行充电的锂电池，因其可反复充电、放电，不用经常更换，现在也普遍应用于太阳能灯具的领域当中。但是锂电池在充放电的时候，容易出现充电电量不容易控制，过充时会导致正极材料结构变化容量损失，分解放氧与电解液剧烈氧化反应进而燃烧爆炸，过放时会导致锂电池性能下降，寿命降低。
3.因此，在锂电池的电池充放电电路中设置电池保护系统能够实现锂电池的过充电保护、过放电保护、过电流保护以及短路保护等功能。然而，目前的电池保护系统的系统集成度低，不仅增加了电池保护系统板面积，还增加了电池保护系统的成本。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本技术提供了一种电池保护芯片及电池管理系统。
6.本技术实施方式的电池保护芯片，用于电池管理系统，所述电池管理系统包括电池，所述电池通过所述电池保护芯片与负载端连接，所述电池保护芯片包括：
7.电压检测电路，连接所述电池，用于检测所述电池的电压；
8.电流检测电路，连接所述负载端，用于检测所述负载端的电流；
9.衬底切换电路，连接电流检测电路和所述电压检测电路，用于在所述电压属于第一阈值范围内且所述电流属于第二阈值范围内的情况下生成第一切换信号；
10.驱动电路，连接电流检测电路和所述电压检测电路，用于在所述电压属于第一阈值范围内且所述电流属于第二阈值范围内的情况下生成第一驱动信号；和
11.开关晶体管，连接所述衬底切换电路，所述开关晶体管的第一连接端连接所述电池，第二连接端连接所述负载端，控制端连接所述驱动电路，所述开关晶体管用于根据所述第一切换信号将所述负载端的电压作为衬底电压，并根据所述第一驱动信号导通所述第一连接端和所述第二连接端以使得所述电池与所述负载端连接。
12.在某些实施方式中，所述电压检测电路包括过放检测模块，所述第一阈值范围包括过放阈值范围；
13.所述衬底切换电路用于在所述过放检测模块检测的电压小于所述过放电压阈值范围的情况下，生成所述第一切换信号以控制所述开关晶体管以所述负载端的电压作为衬底电压；
14.所述驱动电路还用于在所述过放检测模块检测的电压小于所述过放电压阈值范围的情况下，生成第二驱动信号以控制所述开关晶体管断开所述电池与所述负载端的连接。
15.在某些实施方式中，所述电流检测电路包括放电过流检测模块，所述第二阈值范围包括放电过流阈值范围；
16.所述衬底切换电路用于在所述放电过流检测模块检测的电流小于所述放电过流阈值范围的情况下，生成所述第一切换信号以控制所述开关晶体管以所述负载端的电压作为衬底电压；
17.所述驱动电路还用于在所述放电过流检测模块检测的电流小于所述放电过流阈值范围的情况下，生成第二驱动信号以控制所述开关晶体管断开所述电池与所述负载端的连接。
18.在某些实施方式中，所述电压检测电路包括过充检测模块，所述第一阈值范围包括过充电压阈值范围；
19.所述衬底切换电路用于在所述过充电压检测模块检测的电压大于所述过充电压阈值范围的情况下，生成第二切换信号以控制所述开关晶体管以所述电池的电压作为衬底电压；
20.所述驱动电路还用于在所述过充电压检测模块检测的电压大于所述过充电压阈值范围的情况下，生成第二驱动信号以控制所述开关晶体管断开所述电池与所述负载端的连接。
21.在某些实施方式中，所述电流检测电路包括充电过流检测模块，所述第二阈值范围包括充电过流阈值范围；
22.所述衬底切换电路用于在所述充电过流检测模块检测的电流大于所述充电过流阈值范围的情况下，生成所述第二切换信号以控制所述开关晶体管以所述电池的电压作为衬底电压；
23.所述驱动电路还用于在所述充电过流检测模块检测的电流大于所述充电过流阈值范围的情况下，生成第二驱动信号以控制所述开关晶体管断开所述电池与所述负载端的连接。
24.在某些实施方式中，所述衬底切换电路包括处理模块、电平移位模块和切换模块；
25.所述处理模块连接所述过放检测模块、所述过充检测模块、所述放电过流检测模块、所述充电过流检测模块和所述电平移位模块，用于根据所述过放检测模块检测的电压、所述过充检测模块检测的电压、所述放电过流检测模块检测的电流和所述充电过流检测模块的电流生成第一电平信号/第二电平信号；
26.所述电平移位模块连接所述切换模块，用于根据所述第一电平信号生成第一切换信号，或根据所述第二电平信号生成第二切换信号；
27.所述切换模块连接所述开关晶体管，用于根据所述第一切换信号控制所述开关晶体管的衬底接入所述负载端，或根据所述第二切换信号控制所述开关晶体管的衬底接入所述电池。
28.在某些实施方式中，所述处理模块：
29.第一或非门单元，连接所述过放检测模块和所述放电过流检测模块；
30.第二或非门单元，连接所述过充检测模块和所述充电过流检测模块；
31.第一与非门单元，连接所述第一或非门单元和所述第二或非门单元；
32.第二与非门单元，连接所述第一与非门单元和所述第一或非门单元和所述电平移
位模块。
33.在某些实施方式中，所述电平移位模块包括：
34.第一pmos管，所述第一pmos管的第一连接端连接电源端，控制端连接所述处理模块；
35.第一nmos管，所述第一nmos管的第一连接端连接所述第一pmos管的第二连接端，第二连接端连接接地端，控制端连接所述处理模块；
36.第二pmos管，所述第二pmos管的第一连接端连接供电端；
37.第二nmos管，所述第二nmos管的第一连接端连接所述第二pmos管的第二连接端，第二连接端接地，控制端连接所述处理模块；
38.第三pmos管，所述第三pmos管的第一连接端连接供电端，第二连接端连接所述第二pmos管的控制端，控制端连接所述第二pmos管的第二连接端；
39.第三nmos管，所述第三nmos管的第一连接端连接所述第三pmos管的第二连接端，第二连接端连接接地端，控制端连接所述第一pmos管的第二连接端；
40.第四pmos管，所述第四pmos管的第一连接端连接供电端，第二连接端连接所述切换模块，控制端连接所述第三pmos管的第二连接端；
41.第四nmos管，所述第四nmos管的第一连接端连接所述第四pmos管的第二连接端，第二连接端连接接地端，控制端连接所述第三pmos管的第二连接端。
42.在某些实施方式中，所述切换模块包括：
43.第五nmos管，第一连接端连接所述开关晶体管，第二连接端连接所述负载端，控制端连接所述第三pmos管的第二连接端；
44.第六nmos管，第一连接端连接所述开关晶体管，第二连接端连接所述电池，控制端连接所述第四pmos管的第二连接端。
45.在某些实施方式中，所述电池保护芯片还包括：
46.供电模块，所述供电模块连接所述衬底切换电路和所述驱动电路，用于向所述衬底切换电路和所述驱动电路提供供电。
47.本技术的电池管理系统，包括电池和上述任一项所述的电池保护芯片，所述电池通过所述电池保护芯片与负载端连接。
48.在某些实施方式中，所述电池管理系统还包括：
49.分压电阻，所述分压电阻的第一端连接所述电池的正极，第二端连接所述电池保护芯片；
50.供电电容，所述供电电容的一端连接所述分压电阻的第二端和所述电池保护芯片，另一端连接接地端。
51.本技术的电池保护芯片可以根据电压检测电路和电流检测电路进行电压和电流检测，在电池处于电压过充、电压过放、放电过流和放电过充中任意一种状态的情况下，衬底切换电路可以切换开关晶体管的衬底，驱动电路可以控制开关晶体管断开电池与负载端的连接，阻止电池过充或过放，保护了电池，如此，只需要设置一个开关晶体管，且开关晶体管集成在电池保护芯片中，提高了电池管理系统的系统集成度，减少了系统板面积，降低了电池管理系统的成本。
52.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
53.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
54.图1是本技术实施方式的电池管理系统的模块示意图；
55.图2是本技术实施方式的电池管理系统的电路示意图；
56.图3是本技术实施方式的衬底切换电路的模块示意图；
57.图4是本技术实施方式的处理模块的电路示意图；
58.图5是本技术实施方式的电平移位模块的电路示意图；
59.图6是本技术实施方式的切换模块的电路示意图。
60.主要元件符号说明：
61.电池管理系统1000、电池保护芯片100、电压检测电路10、过放检测模块11、过充检测模块12、电流检测电路20、放电过流检测模块21、充电过流检测模块22、衬底切换电路30、处理模块31、第一或非门单元i1、第二或非门单元i2、第一与非门单元i3、第二与非门单元i4、电平移位模块32、第一pmos管pm1、第一nmos管nm1、第二pmos管pm2、第二nmos管nm2、第三pmos管pm3、第三nmos管nm3、第四pmos管pm4、第四nmos管nm4、切换模块33、第五nmos管nm5、第六nmos管nm6、驱动电路40、开关晶体管m1、逻辑控制模块50、供电模块60、电池200、分压电阻r1、供电电容c1、电源端vdd、供电端vcp、负载端vou、接地端gnd。
具体实施方式
62.下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
63.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
64.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
65.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它
们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
66.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
67.请参阅图1，本技术提供了一种电池保护芯片100，用于电池管理系统1000，电池管理系统1000包括电池200和电池保护芯片100，电池200通过电池保护芯片100与负载端vout连接，电池保护芯片100包括电压检测电路10、电流检测电路20、衬底切换电路30、驱动电路40和开关晶体管m1。
68.具体地，请结合图2，电压检测电路10连接电池200，电压检测电路10用于检测电池200的充电电压和放电电压。电流检测电路20连接负载端vout，电流检测电路20用于检测负载端vout的充电电流和放电电流。电池保护芯片100还可以包括逻辑控制模块50，逻辑控制模块50连接电压检测电路10、电流检测电路20、衬底切换电路30和驱动电路40，逻辑控制模块50用于根据电压检测电路10检测的电压和电流检测电路20检测的电流生成高电平或低电平信号并传输至衬底切换电路30和驱动电路40，例如，在电压检测电路10检测的充电电压大于第一阈值范围时，逻辑控制模块50可以生成高电平信号传输至衬底切换电路30和驱动电路40。在放电电压小于第一阈值范围、充电电流大于第二阈值范围或放电电流小于第二阈值范围时，逻辑控制模块50同样生成高电平信号传输至衬底切换电路30和驱动电路40，在充电电压属于第一阈值范围、放电电压属于第一阈值范围、充电电流属于第二阈值范围和放电电流属于第二阈值范围时，逻辑控制模块50可以分别传输低电平信号至衬底切换电路30和驱动电路40。
69.衬底切换电路30连接逻辑控制模块50，衬底切换电路30用于在充电电压和放电电压属于第一阈值范围内，且充电电流和放电电流属于第二阈值范围内的情况下生成第一切换信号，也即是，衬底切换电路30在接收到逻辑控制模块50传输的四个低电平信号的情况下生成第一切换信号。驱动电路40连接逻辑控制模块50和开关晶体管m1，驱动电路40用于在电压检测电路10检测到电池200电压属于第一阈值范围内，且电流检测电路20检测到的负载端vout电流属于第二阈值范围内的情况下生成第一驱动信号，也即是，驱动电路40在接收到逻辑控制模块50传输的四个低电平信号的情况下生成第一驱动信号。开关晶体管m1连接衬底切换电路30和驱动电路40，开关晶体管m1的第一连接端连接电池200，第二连接端连接负载端vout，控制端连接驱动电路40，开关晶体管m1用于根据第一切换信号将负载端vout的电压作为衬底电压，并根据第一驱动信号导通第一连接端和第二连接端，使得电池200与负载端vout连接，从而电池200可以充电或放电。
70.进一步地，在充电电压和放电电压中任意一项不属于第一阈值范围，或充电电流和放电电流中任意一项不属于第二阈值范围的情况下，逻辑控制模块50生成一个或多个高
电平信号并传输至驱动电路40，驱动电路40可以根据逻辑控制模块50的高电平信号生成第二驱动信号，开关晶体管m1根据第二驱动信号断开，使得电池200与负载端vout断开连接，电池200停止充电或放电。
71.在充电电压不属于第一阈值范围，或充电电流不属于第二阈值范围的情况下，衬底切换电路30可以生成第二切换信号，开关晶体管m1可以根据第二切换信号以电池200电压作为衬底电压。在放电电压不属于第一阈值范围，或放电电流不属于第二阈值范围的情况下，衬底切换电路30可以生成第一切换信号，开关晶体管m1根据第一切换信号以负载端vout电压作为衬底电压。
72.应当说明的是，开关晶体管m1可以是n型mos管，第一驱动信号可以是高电平信号，第二驱动信号可以是低电平信号，开关晶体管m1还包括寄生二极管(未示出)，在开关晶体管m1以负载端vout电压作为衬底电压的情况下，寄生二极管的正极连接负载端vout，从而可以在开关晶体管m1断开的情况下阻止电池200放电。在开关晶体管m1以电池200电压作为衬底电压的情况下，寄生二极管的正极连接电池200，从而可以在开关晶体管m1断开的情况下阻止电池200充电。
73.在一些实施方式中，请结合图2，电池保护芯片100还包括供电模块60，供电模块60连接衬底切换电路30和驱动电路40，供电模块60用于给衬底切换电路30和驱动电路40供电。
74.本技术的电池保护芯片100可以根据电压检测电路10和电流检测电路20进行电压和电流检测，在电池200处于电压过充、电压过放、放电过流和放电过充中任意一种状态的情况下，衬底切换电路30可以切换开关晶体管m1的衬底，驱动电路40可以控制开关晶体管m1断开电池200与负载端vout的连接，阻止电池200过充或过放，保护了电池200，如此，只需要设置一个开关晶体管m1，且开关晶体管m1集成在电池保护芯片100中，提高了电池管理系统1000的系统集成度，减少了系统板面积，降低了电池管理系统1000的成本。
75.请参阅图2，在某些实施方式中，电压检测电路10包括过放检测模块11，第一阈值范围包括过放阈值范围。
76.具体地，过放检测模块11连接逻辑控制模块50，过放检测模块11可以检测电池200放电时的放电电压，并将放电电压数据传输至逻辑控制模块50，逻辑控制模块50可以对比放电电压与过放阈值范围，在放电电压小于过放阈值范围的情况下，逻辑控制模块50可以生成过放信号并传输至衬底切换电路30和驱动电路40，过放信号为高电平信号。
77.进一步地，在衬底切换电路30接收到过放信号的情况下，衬底切换电路30可以生成第一切换信号控制开关晶体管m1以负载端vout的电压作为衬底电压，也即是，控制开关晶体管m1的寄生二极管的正极连接负载端vout。在驱动电路40接收到过放信号的情况下，驱动电路40可以生成第二驱动信号控制开关晶体管m1断开，使得电池200与负载端vout断开连接，电池200停止放电。第二驱动信号可以是低电平信号。
78.如此，电压检测电路10通过设置过放检测模块11检测电池200的放电电压，在放电电压小于过放阈值范围的情况下，衬底切换电路30控制开关晶体管m1以负载端vout电压作为衬底电压，驱动电路40控制开关晶体管m1断开，从而断开电池200与负载端vout的连接，使得电池200停止放电，保护了电池200。
79.请参阅图2，在某些实施方式中，电流检测电路20包括放电过流检测模块21，第二
阈值范围包括放电过流阈值范围。
80.具体地，放电过流检测模块21连接逻辑控制模块50，放电过流检测模块21可以检测电池200放电时的放电电流，并将放电电流数据传输至逻辑控制模块50，逻辑控制模块50可以对比放电电流与放电过流阈值范围，在放电电流小于放电过流阈值范围的情况下，逻辑控制模块50可以生成放电过流信号并传输至衬底切换电路30和驱动电路40，放电过流信号为高电平信号。
81.进一步地，在衬底切换电路30接收到放电过流信号的情况下，衬底切换电路30可以生成第一切换信号控制开关晶体管m1以负载端vout的电压作为衬底电压，也即是，控制开关晶体管m1的寄生二极管的正极连接负载端vout。在驱动电路40接收到放电过流信号的情况下，驱动电路40可以生成第二驱动信号控制开关晶体管m1断开，使得电池200与负载端vout断开连接，电池200停止放电。
82.如此，电流检测电路20通过设置放电过流检测模块21检测电池200的放电电流，在放电电流小于放电过流阈值范围的情况下，衬底切换电路30控制开关晶体管m1以负载端vout电压作为衬底电压，驱动电路40控制开关晶体管m1断开，从而断开电池200与负载端vout的连接，使得电池200停止放电，保护了电池200。
83.请参阅图2，在某些实施方式中，电压检测电路10包括过充检测模块12，第一阈值范围包括过充电压阈值范围。
84.具体地，过充检测模块12连接逻辑控制模块50，过充检测模块12可以检测电池200充电时的充电电压，并将充电电压数据传输至逻辑控制模块50，逻辑控制模块50可以对比充电电压与过充电压阈值范围，在充电电压大于过充电压阈值范围的情况下，逻辑控制模块50可以生成过充信号并传输至衬底切换电路30和驱动电路40，过充信号为高电平信号。
85.进一步地，在衬底切换电路30接收到过充信号的情况下，衬底切换电路30可以生成第二切换信号控制开关晶体管m1以电池200的电压作为衬底电压，也即是，控制开关晶体管m1的寄生二极管的正极连接电池200。在驱动电路40接收到过充信号的情况下，驱动电路40可以生成第二驱动信号控制开关晶体管m1断开，使得电池200与负载端vout断开连接，电池200停止放电。
86.如此，电压检测电路10通过设置过充检测模块12检测电池200的充电电压，在充电电压大于过充电压阈值范围的情况下，衬底切换电路30控制开关晶体管m1以电池200电压作为衬底电压，驱动电路40控制开关晶体管m1断开，从而断开电池200与负载端vout的连接，使得电池200停止放电，保护了电池200。
87.请参阅图2，在某些实施方式中，电流检测电路20包括充电过流检测模块22，第二阈值范围包括充电过流阈值范围。
88.具体地，充电过流检测模块22连接逻辑控制模块50，充电过流检测模块22可以检测电池200充电时的充电电流，并将充电电流数据传输至逻辑控制模块50，逻辑控制模块50可以对比充电电流与充电过流阈值范围，在充电电流大于充电过流阈值范围的情况下，逻辑控制模块50可以生成充电过流信号并传输至衬底切换电路30和驱动电路40，充电过流信号为高电平信号。
89.进一步地，在衬底切换电路30接收到充电过流信号的情况下，衬底切换电路30可以生成第二切换信号控制开关晶体管m1以电池200的电压作为衬底电压，也即是，控制开关
晶体管m1的寄生二极管的正极连接电池200。在驱动电路40接收到充电过流信号的情况下，驱动电路40可以生成第二驱动信号控制开关晶体管m1断开，使得电池200与负载端vout断开连接，电池200停止放电。
90.如此，电流检测电路20通过设置充电过流检测模块22检测电池200的充电电流，在充电电流大于充电过流阈值范围的情况下，衬底切换电路30控制开关晶体管m1以负载端vout电压作为衬底电压，驱动电路40控制开关晶体管m1断开，从而断开电池200与负载端vout的连接，使得电池200停止放电，保护了电池200。
91.请参阅图3，在某些实施方式中，衬底切换电路30包括处理模块31、电平移位模块32和切换模块33。
92.具体地，处理模块31连接逻辑控制模块50和电平移位模块32，处理模块31用于根据逻辑控制模块50传输的高电平信号或低电平信号生成第一电平信号或第二电平信号。其中，第一电平信号可以是高电平信号，第二电平信号可以是低电平信号。
93.电平移位模块32连接处理模块31和切换模块33，电平移位模块32用于根据第一电平信号生成第一切换信号，或根据第二电平信号生成第二切换信号。切换模块33还连接开关晶体管m1，切换模块33用于切换开关晶体管m1的衬底。
94.进一步地，在电池200正常工作、放电电压小于第一阈值范围或放电电流小于第二阈值范围的情况下，处理模块31生成第一电平信号并输出至电平移位模块32，电平移位模块32根据第一电平信号生成第一切换信号，切换模块33根据第一切换信号控制开关晶体管m1的衬底接入负载端vout，开关晶体管m1以负载端vout电压作为衬底电压，在开关晶体管m1断开的情况下，电池200停止放电。
95.在充电电压大于第一阈值范围或充电电流大于第二阈值范围的情况下，处理模块31生成第二电平信号并输出至电平移位模块32，电平移位模块32根据第一电平信号生成第二切换信号，切换模块33根据第二切换信号控制开关晶体管m1的衬底接入电池200，开关晶体管m1以电池200电压作为衬底电压，在开关晶体管m1断开的情况下，电池200停止充电。
96.如此，衬底切换电路30通过设置处理模块31根据充电电压、放电电压、充电电流和放电电流生成第一电平信号或第二电平信号，使得电平移位模块32可以根据第一电平信号生成第一切换信号，根据第二电平信号生成第二切换信号，通过设置切换模块33连接电平移位模块32和开关晶体管m1，切换模块33可以根据第一切换信号使得开关晶体管m1以负载端vout电压作为衬底电压，根据第二切换信号使得开关晶体管m1以电池200电压作为衬底电压。
97.请参阅图4，在某些实施方式中，处理模块31包括第一或非门单元i1、第二或非门单元i2、第一与非门单元i3和第二与非门单元i4。
98.具体地，或非门和与非门是数字逻辑电路中的基本元件，或非门和与非门可以包括多个输入端和一个输出端。或非门的任一输入端输入高电平，输出端输出低电平，也即是，或非门的输入端同时输入低电平，输出端输出高电平。与非门的任一输入端输入低电平，输出端输出高电平，也即是，与非门的输入端同时输入高电平，输出端输出低电平。
99.第一或非门单元i1是输入端连接逻辑控制模块50，第一或非门单元i1用于接收放电电压信号和放电电流信号，第二或非门单元i2的输入端连接逻辑控制模块50，第二或非门单元i2用于接收充电电压信号和充电电流信号，第一或非门单元i1和第二或非门单元i2
的输出端连接第一与非门单元i3的输入端，第二与非门单元i4的输入端分别连接第一与非门单元i3的输出端和第一或非门单元i1的输出端，第二与非门单元i4的输出端连接电平移位模块32。
100.进一步地，在电池200处于正常工作状态的情况下，也即是，在电池200的充电电压和放电电压属于第一阈值范围，充电电流和放电电流属于第二阈值范围的情况下，逻辑控制模块50提供两个低电平信号至第一或非门单元i1，逻辑控制模块50提供两个低电平信号至第二或非门单元i2，第一或非门单元i1和第二或非门单元i2输出高电平信号至第一与非门单元i3，第一与非门单元i3输出低电平信号至第二与非门单元i4，第一或非门单元i1输出高电平信号至第二与非门单元i4，使得第二与非门单元i4输出高电平信号至电平移位模块32，也即是，处理模块31输出第一电平信号至电平移位模块32。
101.在电池200处于异常工作状态的情况下，也即是，在电池200的充电电压和放电电压任一不属于第一阈值范围，或充电电流和放电电流任一不属于第二阈值范围的情况下，例如，在电池200的充电电压大于过充电压阈值范围，放电电压属于第一阈值范围，充电电流和放电电流属于第二阈值范围的情况下，逻辑控制模块50提供两个低电平信号至第一或非门单元i1，逻辑控制模块50提供一个低电平信号至第二或非门单元i2，并提供过充电压信号至第二或非门单元，也即是，提供一个高电平信号至第二或非门单元i2，第一或非门单元i1输出高电平信号至第一与非门单元i3，第二或非门单元i2输出低电平信号至第一与非门单元i3，使得第一与非门单元i3和第一或非门单元i1输出高电平信号至第二与非门单元i4，第二与非门单元i4输出低电平信号至电平移位模块32，也即是，处理模块31输出第二电平信号至电平移位模块32。
102.应当说明的是，在电池200的放电电压不属于第一阈值范围，或放电电流不属于第二阈值范围的情况下，处理模块31输出第一电平信号至电平移位模块32，第一电平信号的生成方式与前述实施方式基本相同，此处不再赘述，具体可参照上述实施方式的解释说明。
103.如此，处理模块31通过设置第一或非门单元i1、第二或非门单元i2、第一与非门单元i3和第二与非门单元i4，可以根据逻辑控制模块50传输的高电平信号或低电平信号生成第一电平信号或第二电平信号，并将第一电平信号或第二电平信号传输至电平移位模块32，使得衬底切换电路30可以切换开关晶体管m1的衬底。
104.请参阅图5，在某些实施方式中，电平移位模块32包括第一pmos管pm1、第一nmos管nm1、第二pmos管pm2、第二nmos管nm2、第三pmos管pm3、第三nmos管nm3、第四pmos管pm4和第四nmos管nm4。
105.具体地，第一pmos管pm1的第一连接端连接电源端vdd，控制端连接处理模块31。第一nmos管nm1的第一连接端连接第一pmos管pm1的第二连接端，第二连接端连接接地端gnd，控制端连接处理模块31。第二pmos管pm2的第一连接端连接供电端vcp。第二nmos管nm2的第一连接端连接第二pmos管pm2的第二连接端，第二连接端接地，控制端连接处理模块31。第三pmos管pm3的第一连接端连接供电端vcp，第二连接端连接第二pmos管pm2的控制端，控制端连接第二pmos管pm2的第二连接端。第三nmos管nm3的第一连接端连接第三pmos管pm3的第二连接端，第二连接端连接接地端gnd，控制端连接第一pmos管pm1的第二连接端。第四pmos管pm4的第一连接端连接供电端vcp，第二连接端连接切换模块33，控制端连接第三pmos管pm3的第二连接端。第四nmos管nm4的第一连接端连接第四pmos管pm4的第二连接端，
第二连接端连接接地端gnd，控制端连接第三pmos管pm3的第二连接端。
106.进一步地，在处理模块31输出第一电平信号的情况下，也即是，在处理模块31输出高电平信号至电平移位模块32的情况下，第一nmos管nm1导通，第二nmos管nm2导通，第一pmos管pm1断开，第三nmos管nm3的控制端通过第一nmos管nm1连接接地端gnd，第三nmos管nm3断开，第三pmos管pm3的控制端通过第二nnos管连接接地端gnd，第三pmos管pm3导通，第二pmos管pm2的控制端通过第三pmos管pm3连接供电端vcp，第二pmos管pm2断开，第四pmos管pm4的控制端通过第三pmos管pm3连接供电端vcp，第四pmos管pm4断开。第四nmos管nm4的控制端通过第三pmos管pm3连接供电端vcp，第四nmos管nm4导通，第四nmos管nm4的第一连接端与接地端gnd连接，使得电平移位模块32输出低电平信号，也即是，电平移位模块32输出第一切换信号。
107.在处理模块31输出第二电平信号的情况下，也即是，在处理模块31输出低电平信号至电平移位模块32的情况下，第一nmos管nm1断开，第二nmos管nm2断开，第一pmos管pm1导通，第三nmos管nm3的控制端通过第一pmos管pm1连接供电端vcp，第三nmos管nm3导通。第二pmos管pm2的控制端通过第三nmos管nm3连接接地端gnd，第二pmos管pm2导通。第三pmos管pm3的控制端通过第二pmos管pm2连接供电端vcp，第三pmos管pm3断开。第四nmos管nm4和第四pmos管pm4的控制端通过第三nmos管nm3连接接地端gnd，第四nmos管nm4断开，第四pmos管pm4导通，使得电平移位模块32通过第四pmos管pm4输出供电端vcp电压，也即是，电平移位模块32输出高电平信号，也即是，电平移位模块32输出第二切换信号。
108.应当说明的是，nmos管在控制端为高电平信号的情况下导通，pmos管在控制端为低电平信号的情况下导通。
109.如此，通过设置第一pmos管pm1、第一nmos管nm1、第二pmos管pm2、第二nmos管nm2、第三pmos管pm3、第三nmos管nm3、第四pmos管pm4和第四nmos管nm4，电平移位模块32可以根据第一电平信号生成第一切换信号，根据第二电平信号生成第二切换信号。
110.请参阅图6，在某些实施方式中，切换模块33包括第五nmos管nm5和第六nmos管nm6。
111.具体地，第五nmos管nm5的第一连接端连接开关晶体管m1，第二连接端连接负载端vout，控制端连接第三pmos管pm3的第二连接端。第六nmos管nm6的第一连接端连接开关晶体管m1，第二连接端连接电池200，控制端连接第四pmos管pm4的第二连接端，也即是，控制端连接电平移位模块32。
112.进一步地，在电池200正常工作、放电电压小于第一阈值范围或放电电流小于第二阈值范围的情况下，处理模块31输出第一电平信号，电平移位模块32根据第一电平信号输出第一切换信号，也即是，电平移位模块32输出低电平信号至第六nmos管nm6，第六nmos管nm6断开。在处理模块31输出第一电平信号的情况下，第三pmos管pm3导通，第五nmos管nm5的控制端通过第三pmos管pm3连接供电端vcp，第五nmos管nm5导通，此时开关晶体管m1的衬底电压为负载端vout电压，在开关晶体管m1断开的情况下，电池200停止放电。
113.在充电电压大于第一阈值范围或充电电流大于第二阈值范围的情况下，处理模块31输出第二电平信号，电平移位模块32根据第二电平信号输出第二切换信号，也即是，电平移位模块32输出高电平信号至第六nmos管nm6，第六nmos管nm6导通，在处理模块31输出第二电平信号的情况下，第三pmos管pm3断开，第五nmos管nm5断开，此时开关晶体管m1的衬底
电压为电池200电压，在开关晶体管m1断开的情况下，电池200停止充电。
114.如此，切换模块33通过设置第五nmos管nm5连接开关晶体管m1、负载端vout和第三pmos管pm3的第二连接端，可以在电平移位模块32输出第一切换信号时，切换开关晶体管m1的衬底，使得开关晶体管m1以负载端vout电压作为衬底电压。通过设置第六nmos管nm6连接开关晶体管m1、电池200和第四pmos管pm4的第二连接端，可以在电平移位模块32输出第二切换信号时，切换开关晶体管m1的衬底，使得开关晶体管m1以电池200电压作为衬底电压。
115.请参阅图2，在某些实施方式中，电池管理系统1000还包括分压电阻r1和供电电容c1。
116.具体地，分压电阻r1的第一端连接电池200的正极，第二端连接电池保护芯片100，分压电阻r1用于对电池200进行分压。供电电容c1的一端连接分压电阻r1的第二端和电池保护芯片100，另一端连接接地端gnd，电池200可以通过分压电阻r1给电池保护芯片100供电，并生成供电电流，供电电容c1可以降低脉动波纹对电路的影响，同时可以吸收电路工作过程中产生的电流波动，使电流输出平滑稳定，也即是，供电电容c1可以滤除电路中的部分干扰，从而稳定供电电流输出。
117.如此，通过设置分压电阻r1分别连接电池200和电池保护芯片100，使得电池200可以给电池保护芯片100供电，通过设置供电电容c1连接分压电阻r1和接地端gnd，供电电容c1可以滤除电路中的脉动波纹干扰，从而使得电池200可以稳定给电池保护芯片100供电。
118.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
119.尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种电池保护芯片，用于电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括电池，所述电池通过所述电池保护芯片与负载端连接，所述电池保护芯片包括：电压检测电路，连接所述电池，用于检测所述电池的电压；电流检测电路，连接所述负载端，用于检测所述负载端的电流；衬底切换电路，连接电流检测电路和所述电压检测电路，用于在所述电压属于第一阈值范围内且所述电流属于第二阈值范围内的情况下生成第一切换信号；驱动电路，连接电流检测电路和所述电压检测电路，用于在所述电压属于第一阈值范围内且所述电流属于第二阈值范围内的情况下生成第一驱动信号；和开关晶体管，连接所述衬底切换电路，所述开关晶体管的第一连接端连接所述电池，第二连接端连接所述负载端，控制端连接所述驱动电路，所述开关晶体管用于根据所述第一切换信号将所述负载端的电压作为衬底电压，并根据所述第一驱动信号导通所述第一连接端和所述第二连接端以使得所述电池与所述负载端连接。2.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电压检测电路包括过放检测模块，所述第一阈值范围包括过放阈值范围；所述衬底切换电路用于在所述过放检测模块检测的电压小于所述过放电压阈值范围的情况下，生成所述第一切换信号以控制所述开关晶体管以所述负载端的电压作为衬底电压；所述驱动电路还用于在所述过放检测模块检测的电压小于所述过放电压阈值范围的情况下，生成第二驱动信号以控制所述开关晶体管断开所述电池与所述负载端的连接。3.根据权利要求2所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电流检测电路包括放电过流检测模块，所述第二阈值范围包括放电过流阈值范围；所述衬底切换电路用于在所述放电过流检测模块检测的电流小于所述放电过流阈值范围的情况下，生成所述第一切换信号以控制所述开关晶体管以所述负载端的电压作为衬底电压；所述驱动电路还用于在所述放电过流检测模块检测的电流小于所述放电过流阈值范围的情况下，生成第二驱动信号以控制所述开关晶体管断开所述电池与所述负载端的连接。4.根据权利要求3所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电压检测电路包括过充检测模块，所述第一阈值范围包括过充电压阈值范围；所述衬底切换电路用于在所述过充电压检测模块检测的电压大于所述过充电压阈值范围的情况下，生成第二切换信号以控制所述开关晶体管以所述电池的电压作为衬底电压；所述驱动电路还用于在所述过充电压检测模块检测的电压大于所述过充电压阈值范围的情况下，生成第二驱动信号以控制所述开关晶体管断开所述电池与所述负载端的连接。5.根据权利要求4所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电流检测电路包括充电过流检测模块，所述第二阈值范围包括充电过流阈值范围；所述衬底切换电路用于在所述充电过流检测模块检测的电流大于所述充电过流阈值范围的情况下，生成所述第二切换信号以控制所述开关晶体管以所述电池的电压作为衬底
电压；所述驱动电路还用于在所述充电过流检测模块检测的电流大于所述充电过流阈值范围的情况下，生成第二驱动信号以控制所述开关晶体管断开所述电池与所述负载端的连接。6.根据权利要求5所述的电池保护芯片，其特征在于，所述衬底切换电路包括处理模块、电平移位模块和切换模块；所述处理模块连接所述过放检测模块、所述过充检测模块、所述放电过流检测模块、所述充电过流检测模块和所述电平移位模块，用于根据所述过放检测模块检测的电压、所述过充检测模块检测的电压、所述放电过流检测模块检测的电流和所述充电过流检测模块的电流生成第一电平信号/第二电平信号；所述电平移位模块连接所述切换模块，用于根据所述第一电平信号生成第一切换信号，或根据所述第二电平信号生成第二切换信号；所述切换模块连接所述开关晶体管，用于根据所述第一切换信号控制所述开关晶体管的衬底接入所述负载端，或根据所述第二切换信号控制所述开关晶体管的衬底接入所述电池。7.根据权利要求6所述的电池保护芯片，其特征在于，所述处理模块：第一或非门单元，连接所述过放检测模块和所述放电过流检测模块；第二或非门单元，连接所述过充检测模块和所述充电过流检测模块；第一与非门单元，连接所述第一或非门单元和所述第二或非门单元；第二与非门单元，连接所述第一与非门单元和所述第一或非门单元和所述电平移位模块。8.根据权利要求6所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电平移位模块包括：第一pmos管，所述第一pmos管的第一连接端连接电源端，控制端连接所述处理模块；第一nmos管，所述第一nmos管的第一连接端连接所述第一pmos管的第二连接端，第二连接端连接接地端，控制端连接所述处理模块；第二pmos管，所述第二pmos管的第一连接端连接供电端；第二nmos管，所述第二nmos管的第一连接端连接所述第二pmos管的第二连接端，第二连接端接地，控制端连接所述处理模块；第三pmos管，所述第三pmos管的第一连接端连接供电端，第二连接端连接所述第二pmos管的控制端，控制端连接所述第二pmos管的第二连接端；第三nmos管，所述第三nmos管的第一连接端连接所述第三pmos管的第二连接端，第二连接端连接接地端，控制端连接所述第一pmos管的第二连接端；第四pmos管，所述第四pmos管的第一连接端连接供电端，第二连接端连接所述切换模块，控制端连接所述第三pmos管的第二连接端；第四nmos管，所述第四nmos管的第一连接端连接所述第四pmos管的第二连接端，第二连接端连接接地端，控制端连接所述第三pmos管的第二连接端。9.根据权利要求8所述的电池保护芯片，其特征在于，所述切换模块包括：第五nmos管，第一连接端连接所述开关晶体管，第二连接端连接所述负载端，控制端连接所述第三pmos管的第二连接端；
第六nmos管，第一连接端连接所述开关晶体管，第二连接端连接所述电池，控制端连接所述第四pmos管的第二连接端。10.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电池保护芯片还包括：供电模块，所述供电模块连接所述衬底切换电路和所述驱动电路，用于向所述衬底切换电路和所述驱动电路提供供电。11.一种电池管理系统，其特征在于，包括电池和权利要求1-10任一项所述的电池保护芯片，所述电池通过所述电池保护芯片与负载端连接。12.根据权利要求11所述的电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：分压电阻，所述分压电阻的第一端连接所述电池的正极，第二端连接所述电池保护芯片；供电电容，所述供电电容的一端连接所述分压电阻的第二端和所述电池保护芯片，另一端连接接地端。

技术总结
本申请公开了一种电池保护芯片和电池管理系统。电池保护芯片用于电池管理系统，电池保护芯片包括电压检测电路、电流检测电路、衬底切换电路、驱动电路和开关晶体管，本申请的电池保护芯片可以根据电压检测电路和电流检测电路进行电压和电流检测，在电池处于电压过充、电压过放、放电过流和放电过充中任意一种状态的情况下，衬底切换电路可以切换开关晶体管的衬底，驱动电路可以控制开关晶体管断开电池与负载端的连接，阻止电池过充或过放，保护了电池，如此，只需要设置一个开关晶体管，且开关晶体管集成在电池保护芯片中，提高了电池管理系统的系统集成度，减少了系统板面积，降低了电池管理系统的成本。了电池管理系统的成本。了电池管理系统的成本。


技术研发人员：陈钢 杨小华
受保护的技术使用者：深圳市创芯微微电子股份有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/22