锂离子电池管理芯片的 研究及其低功耗设计 — 锂离子电池管理芯片的电路实现

①过放电保护控制

过放电保护控制逻辑电路如图4.2.5所示。



当系统由正常状态转化为过放电状态时，过放电比较器的输出COMP_OD由高电平转化为低电平，此时NOR6的输出Y能跟随输入端A的变化而变化。

COMP_OD还通过NAND8使NOR10的输出端Y由"1"跳变为"0"，因为Y与COUNTER的R端直接相连，因此R也变为"0"，启动COUNTER；此时INV7输出端由"0"跳变为"1"，启动H6，在H6和计数器共同作用下，H2~H5开始工作。当过放延时完成后，H3将QB9的上升沿反相锁定并输出到NOR6的A端，NOR6的输出Y经NOR3、NAND1使NOR4的Y端（也即CTRL_DO端）由"1"

跳变为"0"；再通过后续的两级反相使DO由"1"跳变为"0"，从而起过放保护作用。

当COMP_OD由"1"转化为"0"时，它还通过INV9使NOR13的输入端B变为"1"，这样就确保NOR13的输出不会在过放电时变为"1"，M2也就不会导通，就不会使放电回路切断。

②过放电滞后信号产生和解除

一旦过放电延时时间结束，过放电保护就开始起作用，CTRL_M1由"1"变为"0"。此时，如果非正常充电电流检测电路的输出OUT_CDCB为"0"，CTRL_OD_REFB由"0"变为"1"，即产生过放电滞后信号，电路由图4.2.6给出。



当过放电状态结束时，CTRL_M1变为"1"，CTRL_OD_REFB变为"0"，过放电滞后解除；当充电器检测电路的输出由OUT_CDCB为"1"，即使在过放电保护起作用时，CTRL_OD_REFB也为"0"，过放电滞后解除。

③过充电保护控制

当系统发生过充电时，过充电比较器的输出COMP_OC由"1"跳变为"0"，它通过NAND9、NAND2使INV4的输出端Y由"1"跳变到"0"，控制逻辑如图4.2.7所示。

I一方面，NV4的输出信号通过INV10、INV11、INV12反相使NOR5的B端由"1"变为"0"，此时NOR5的Y端能随A端的变化；同时，INV12的输出也输入到NAND5、NAND6的B端，使系统在过充电状态下，禁止过流1和过流2保护起作用。

另一方面，NV4的输出信号输入NOR10，使NOR10输出端由"1"变为"0"，和过放电类似，启动H6、COUNTER开始工作。当过充延时完成的时候，H2将QB12的上升沿反相锁定后输出给NOR5，NOR5的Y端由"0"跳变为"1"，通过INV3、NAND4使过充延时信号DELAY_OC由"1"变为"0"、IN_LCB由"1"变为"0"，再通过INV6使IN_LC由"0"变为"1"，IN_LC、IN_LCB信号送电平移位电路处理后控制CO引脚输出合适的低电平，从而实现过充电保护。

④非正常充电电流保护

当充电电流过大，充电检测电路通过VM端检测到后，输出OUT_CDCB由"0"变为"1"，NAND10的输出端由"1"变为"0"，NAND9的输出由"0"变为"1"，此后就和过充电保护过程一样，最终控制CO输出合适的低电平，以切断充电回路，起保护作用，控制电路见图4.2.7.在过放电保护起作用时，需要禁止非正常充电电流保护，所以还将CTRL_DO的信号送入NAND10的A端。这样，在CTRL_DO由"1"变为"0"时，使NAND10的Y端信号不受充电器检测电路输出OUT_CDCB的影响。

⑤过充电滞后信号的产生和解除

一旦过充电延时时间完成，过充电保护便开始起作用，IN_LC由"1"变为"0"。此时，如果过流1比较器的输出COMP_OCT1为"1"，CTRL_OC_REFB则由"0"变为"1"，这就是过充电滞后信号；当过充电状态结束时，IN_LC变为"1"，CTRL_OC_REFB变为"0"，过充电滞后解除。图4.2.8是过充电滞后信号的组合逻辑电路图。

另外，当过流1比较器的输出COMP_OCT1为"0"时，即使在过充电保护起作用时，CTRL_OC_REFB也为"0"，过充电滞后解除。

⑥过流1保护控制

当过流1比较器的输出端COMP_OCT1由"1"变为"0"时，如图4.2.9所示，信号通过INV8、NAND5后，将NOR8的B端置为"0"，此时NOR8的Y端将跟随A端变化；同时，NAND5的输出将NAND8输出置为"1"，和前面分析类似，通过NOR10启动计数器。当过流1的延时完成时，H5的延时信号送入NOR8的A端，NOR8输出端由"0"变为"1"，再通过NOR3、NAND1、NOR4使CTRL_DO由"1"变为"0"，从而控制DO由"1"跳变为"0"，起过流1保护作用。

另外由图4.2.5可知，只要系统不是过放电状态，NOR13的B端始终为"0"，而出现过流1时的A（CTRL_DO）端将由"1"变为"0"，所以Y端（CTRL_M2B）将由"0"变为"1"，控制M2导通，使过放电流从M2流走。

⑦过流2保护控制

当过流2比较器的输出COMP_OCTB2由"0"变为"1"时，如图4.2.10所示，通过NAND6，使NOR7的B端由"1"变为"0"，NOR7的输出Y与输入A成为反相关系。由于过流2的发生之前一定已经有了过流1，因而计数器已经启动，延时的计时从过流1算起。



如果过流1发生后在2ms之内进入过流2，则过流2延时2ms；因为过流1延时为8ms，如果过流1发生后在2ms之后8ms之前进入过流2，则过流2延时2ms与8ms之间。当过流2延时完成，NOR7的Y端由"0"变为"1"，同样通过NOR3、NAND1、NOR4使CTRL_DO从"1"变为"0"，控制DO由"1"跳变为"0"，起过流2保护作用。

4）功耗管理信号设计