3 電路設計

　　如圖2所示，鋰電池保護電路主要由基準源，比較器，邏輯控制電路以及一些附加功能塊組成。比較器檢測所用到的基準電壓都要通過一個基準源電路來提供，此基準源在正常工作情況下，必須高精度，低功耗，以滿足芯片要求，且能夠在電源電壓低至2. 2V時正常工作。

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圖2 鋰電池保護電路的內部結構

圖3就是符合此要求的帶隙基準源。在該電路中， P4, P5, P6, P7,N3,N4, N6組成一個二級運放作為基準源的反饋，而運放的偏置電壓由基準源來提供，既簡化了電路與版圖，又減少了額外功耗。通過調節MOS管的尺寸，使運放具有較高增益，較低失調電壓?；鶞试床捎眉夁B二極管的形式， Q1, Q2發射區面積相等， Q3, Q4發射區面積相等，為了減少功耗，取Q3的面積為Q2的兩倍。級連二極管形式能有效減少運放失調對輸出基準電壓精度的影響。

　　保護電路中所用的檢測電壓一般較低，比如一級過流檢測電壓為0. 15V 左右，二級過流檢測電壓為0. 6V左右，但一般帶隙基準電路只能輸出1. 2V左右的電壓，電阻R5的引入就是通過對輸出基準電壓進行再次分壓來解決這個問題。以下給出輸出基準電壓的計算公式：

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圖3 基準源電路結構

　　從式（4）中可以看出2 ln （ IS3 / IS2 ） VT相對于ln（ IS3 / IS2 ）VT受失調電壓VOS的影響明顯減少，即級連二極管的采用使基準電壓受運放失調影響減少。

　　式中產生因子R5 / （R4 +R5 ） ,通過調整R4 , R5 的電阻值，可以得到小于1. 2V的基準電壓。

　　圖1中N1,N2, P1, P2, P3, C1作為啟動電路，有源電阻P1, P2 起限流作用。N5, P13 為開關管，當保護電路處于休眠狀態時，電路必須停止工作，使功耗降為最低，此時通過內部控制電路使L1 為低電位， P13 管打開，使偏置點VB IAS上升為高電位，P4, P7, P8, P9 , P10, P11, P12管截止，N5管關閉，切斷由P13,N6形成的支路，該電路停止工作，電流幾乎為零。經仿真，該基準電路在2. 2V電壓下可正常工作。

以下介紹此款鋰電池保護IC的附加功能，包括充電異常檢測功能，零伏電池充電禁止功能。如圖4所示。

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圖4 附加功能電路結構

　　當鋰電池接上充電器進行充電時， VM端相當于充電器的負端（見圖1） ,產生一個- 4V左右的脈沖電壓，N1管瞬間導通，同時OUT1端也產生- 4V的脈沖電壓，當邏輯電路監測到OUTI端的負脈沖電壓后通過邏輯控制使L2 為高電位，使N3 管導通，又因為P1管的柵極接地，當VDD大于P1管的閾值電壓時， P1 管導通， D1 點為高電位， N2 管導通，D2點為低電位， P4管導通， CO為高電位，充電控制用FET2打開，允許充電，即充電器檢測完成。

　　當鋰電池由于自放電使自身電壓降為PMOS管閾值以下時， P1管截止， D1為低電位，使N2管截止，節點D2無法下降到VM端電壓， P4管截止， CO端為低電位，充電控制用FET2關閉，禁止充電，即為零伏電池充電禁止功能。在充電過程中， VM端電位為- I ×2RFET （見圖1） , I為充電電流， RFET為FET導通電阻。當電流過大， 使VM 端電位下降到負的NMOS閾值以下時，N5管導通， D3電位下降， P6管導通，輸出OUT2為高電位，當該狀態持續一段時間以后，控制邏輯判斷該狀態有效，使L2 為低電位，N3管截止， P3管導通，D2為高電位，使CO端為低，充電控制用FET2關閉，充電停止，即為充電異常檢測功能。