本技術各實施例屬電池,尤其涉及一種緩開啟電路及電池控制電路。
背景技術:
1、圖1和圖2分別為現有的一種電池控制電路和主要工作信號的波形圖。如圖1和圖2所示,當en_q4gate從低變高瞬間,二選一開關s1連接vpp(=vbat+avmax,vbat為電池電壓,如3.8v,avmax為固定電壓,如5v),功率開關m0瞬間導通,電池對系統vsys供電,供電回路為電池(內阻resr)->連線(線阻為rcable)->vbat->m0->vsys,且導通瞬間峰值電流很大,由于功率開關m0導通電阻(約10mω)遠小于resr+rcable(約80mω),此時電池電壓大部分落在resr+rcable上,導致vbat點的電壓很低,芯片(如nfc或其他功能的芯片)因電壓過低而重啟,從而導致芯片功能錯誤,電池供電的可靠性較差。
技術實現思路
1、本技術實施例提供一種緩開啟電路、電池控制電路、電池組件及電子設備,可以解決在電池供電場景下,當功率開關瞬間導通時,電池端口電壓vbat瞬間被拉低,導致vbat端接的芯片因電壓過低而重啟,從而影響芯片功能的問題,提高電池控制電路的可靠性。
2、為達到上述目的,本技術實施例采用如下技術方案:
3、第一方面,提供一種緩開啟電路,包括:
4、功率開關,功率開關的一端連接電池,功率開關的另一端連接系統供電端;
5、二極管,二極管的陽極連接電池;
6、第一電容,第一電容的一端連接二極管的陰極;
7、電阻,電阻的一端連接第一電容的另一端;
8、二選一開關,二選一開關的第一端連接電阻的一端,二選一開關的第二端連接電源,二選一開關的第三端接地,當第一控制信號為高電平時,二選一開關的第一端連接電源,當第一控制信號為低電平時,二選一開關的第一端接地;
9、第一正溝道金屬氧化物半導體(positive?channel?metal?oxidesemiconductor,pmos)管,第一pmos管的柵極連接第一電容的一端,第一pmos管的源極連接第一電容的另一端,第一pmos管的漏極連接電阻的另一端;
10、第一負溝道金屬氧化物半導體(nagtive?channel?metal?oxide?semiconductor,nmos)管,第一nmos管的漏極連接電阻的一端,第一nmos管的源極連接電阻的另一端;
11、第二nmos管,第二nmos管的柵極連接電阻的另一端和功率開關的控制端,第二nmos管的漏極通過偏置電路連接電源,偏置電路用于為第二nmos管提供偏置電壓,以免第二nmos管因過壓損壞;
12、第十一nmos管,第十一nmos管的柵極通過一反相器連接第一控制信號,第十一nmos管漏極連接電阻的另一端,第十一nmos管的源極接地;
13、第十nmos管,第十nmos管的漏極連接第二nmos管的源極,第十nmos管的源極通過第一電流鏡接地,第十nmos管的柵極連接第二控制信號,第一控制信號和第二控制信號從低電平同沿跳變為高電平,持續一段時間后,第二控制信號跳變為低電平,軟開啟過程結束;
14、第三nmos管,第三nmos管的源極連接第二nmos管的源極,第三nmos管的柵極和漏極連接第一nmos管的柵極,且通過第二pmos管和第二電流鏡連接電源;
15、第十二nmos管,第十二nmos管的柵極通過另一反相器連接第二控制信號,第十二nmos管的漏極連接二極管的陰極,第十二nmos管的源極通過第一電流鏡接地;
16、其中,當第一控制信號和第二控制信號為低電平時,第十一nmos管和第十二nmos管導通,第十nmos管和第二nmos管關斷,二選一開關的第一端接地,第一pmos管關斷,功率開關的控制端電位被拉低為0,電池通過二極管對第一電容充電,第一pmos管的柵極電位vmp1,g滿足:vmp1,g=vbat-vd0,vbat為電池的端口電壓,vd0為二極管的正向導通電壓;
17、當第一控制信號和第二控制信號同沿跳變為高電平時,第十一nmos管和第十二nmos管關斷,第十nmos管和第三nmos管導通,第一pmos管和第一nmos管關斷,二選一開關連接電源,電源通過電阻對功率開關的柵極電容充電,第二nmos管從截止區到最終工作在線性區,功率開關的柵源電壓持續升高至電源電壓,功率開關導通,電源電壓為電池的端口電壓與一固定電壓之和;
18、當第一控制信號跳變為高電平,第二控制信號從高電平跳變為低電平時,緩開啟過程結束,電池正常對系統供電。
19、一種可能的設計中,第一pmos管、第一nmos管、第十一nmos管、第十二nmos管和第十nmos管具有第一閾值電壓,第三nmos管具有第三閾值電壓,第二nmos管具有第二閾值電壓,第二閾值電壓大于第三閾值電壓,且小于第一閾值電壓。
20、當第一控制信號和第二控制信號同沿跳變為高電平時,第十一nmos管和第十二nmos管關斷,二選一開關連接電源,第一pmos管的柵極電位vmp1,g突升且滿足:vmp1,g=vpp+vbat-vd0,vpp為電源電壓,第一pmos管的柵源電壓vmp1,gs滿足:vmp1,gs=vbat-0.7>0,第一pmos管關斷。
21、當第一控制信號和第二控制信號同沿跳變為高電平時,第十一nmos管和第十二nmos管關斷,二選一開關連接電源,第十nmos管和第三nmos管導通;
22、在功率開關的控制端電位從0上升至第二閾值電壓的過程中,第二nmos管關斷,第十nmos管的漏極電位為0,第一nmos管的柵極電位為第三閾值電壓,第一nmos管的柵源電壓小于第一閾值電壓,第一nmos管關斷;
23、在功率開關的控制端電位從第二閾值電壓繼續充電的過程中,第二nmos管導通,第一nmos管的柵極電位vmn1,g滿足:vmn1,g=vgate-vth2+vth3,vgate為功率開關的控制端的電位,vth2為第二閾值電壓,vth3為第三閾值電壓,第一nmos管的源極電位vmn1,s為vgate,第一nmos管的柵源電壓vmn1,gs滿足:vmn1,gs=vmn1,g-vmn1,s=-vth2+vth3<0,第一nmos管繼續關斷。
24、當第一控制信號為高電平,第二控制信號跳變為低電平時,第十nmos管關斷,第一pmos管的柵極電位vmp1,g突降且滿足:vmp1,g=vbat-vd0,第一pmos管的源極電位vmp1,s滿足vmp1,s=vpp=vbat+avmax,avmax為固定電壓,第一pmos管的柵源電壓vmp1,gs滿足:vmp1,gs=vmp1,g-vmp1,s=vbat-vd0-(vbat+avmax)=-vd0–avmax<-vth1,vth1為第一閾值電壓,第一pmos管導通。
25、可選地,第一電流鏡包括:
26、第一電流源,第一電流源為第一電流鏡提供第一電流;
27、第七nmos管、第八nmos管和第九nmos管,第七nmos管的柵極和漏極、第八nmos管的柵極和第九nmos管的柵極連接第一電流源,第七nmos管、第八nmos管和第九nmos管的源極接地,第八nmos管的漏極連接第十二nmos管的源極,第九nmos管的漏極連接第十nmos管的源極;
28、第九nmos管的寬長比為第七nmos管的寬長比的2倍。
29、可選地,第二電流鏡包括:
30、第二電流源,第二電流源為第二電流鏡提供第二電流,第二電流等于第一電流;
31、第三pmos管、第四pmos管和第五pmos管,第三pmos管的源極、第四pmos管的源極和第五pmos管的源極連接電源,第三pmos管的柵極、第四pmos管的柵極,以及第五pmos管的柵極和漏極連接第二電流源,第三pmos管的漏極通過偏置電路連接第二nmos管的漏極,第四pmos管的漏極通過第二pmos管連接第三nmos管的漏極;
32、第三pmos管、第四pmos管和第五pmos管的寬長比相等,當第十nmos管導通時,第二電流鏡為第九nmos管提供電流。
33、進一步地,偏置電路包括:第四nmos管、第五nmos管和第六nmos管,第四nmos管的漏極連接電源,第四nmos管的源極連接第二nmos管的漏極,第四nmos管的柵極、第五nmos管的柵極和漏極連接第三pmos管的漏極,第五nmos管的源極連接第六nmos管的漏極和柵極,第六nmos管的源極連接電池。
34、進一步地,第二pmos管的源極連接第四pmos管的漏極,第二pmos管的柵極連接電池,第二pmos管的漏極連接第三nmos管的漏極;
35、第二pmos管用于為第四pmos管提供偏置電壓,以免第四pmos管因過壓損壞。
36、第二方面,提供一種電池控制電路,包括如第一方面中任一實現方式所述的緩開啟電路。
37、第三方面,提供一種電池組件,包括電池,以及如第二方面中任一實現方式所述的電池控制電路。
38、第四方面,提供一種電子設備,包括如第三方面中任一實現方式所述的電池組件。
39、基于本技術實施例提供的緩開啟電路、電池控制電路、電池組件及電子設備,在電池供電場景下,當第一控制信號en_q4gate從低變高瞬間,不是將電源電壓vpp直接施加在功率開關m0的控制端(柵極),而是先通過緩開啟電路中的電阻對功率開關m0的柵極電容(寄生電容)充電,且充電時間可以通過第一控制信號en_q4gate和第二控制信號精準控制緩開啟電路中各nmos管和pmos管的導通或關斷,以精準控制功率開關m0的柵源電壓從0上升到閾值電壓的時間,進而精準控制功率開關m0從關斷到導通所耗費的時間,在此期間,電池端口電壓vbat變化比較緩慢,且不會低于芯片的供電電壓,不會發生芯片因電壓過低重啟而影響正常功能的問題,從而提高電池控制電路的可靠性。
40、并且,當對功率開關m0導通后,還可以使用第一控制信號en_q4gate和第二控制信號控制第一nmos管和第一pmos管導通,以便將電阻短路,以兼顧電池對系統大功率供電或者對電池大功率充電等場景要求功率開關m0快速導通的需求,從而進一步提高電池控制電路的可靠性。