反向电池保护电路的制作方法

本发明总体上涉及用于电路保护的方法和装置，并且在特定实施例中，涉及用于反向电池保护的方法和装置。

背景技术：

1、电子熔断器设备是被设计为检测电气系统中的异常情况并对其作出反应的集成电路。这种异常情况可以包括过电流和过电压。电子熔断器被广泛用于当今的电气工程应用中，尤其是在新能源汽车中。与传统的电气安全设备(诸如使用金属条的熔断器)不同地，电子熔断器可以通过降低功耗来提供效率。由于电子熔断器通常具有无限的切换周期并且对振动不太敏感，因此电子熔断器可能更加可靠。在安装反向电池的情形下，意外的电压或电流可能会损害电子熔断器或电子控制单元(ecu)，甚至可能会损害电池。因此，需要先进的反向电池保护来保证这些设备的安全，尤其是在汽车应用中。

技术实现思路

1、根据一个实施例，一种用于反向电池保护的电路包括：耦接在电子熔断器(e-fuse)的栅极输出与至少一个外部金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)之间的隔离电路。电子熔断器耦接在电池电压引脚与外部接地引脚之间，并且还耦接到微控制器。隔离电路被配置为在电池以反向极性被安装时将栅极输出与至少一个外部mosfet断开。电路还包括耦接在外部接地引脚与至少一个外部mosfet之间的控制电路。控制电路被配置为在电池以反向极性被安装时导通至少一个外部mosfet。

2、根据一个实施例，该电路还包括，其中隔离电路包括：第一p沟道mosfet，耦接在至少一个外部mosfet的栅极与电子熔断器的栅极输出之间；以及双极结型晶体管(bjt)，耦接在第一p沟道mosfet的栅极与外部接地引脚之间，微控制器耦接到bjt并被配置为在电池以正确极性被安装时导通bjt，并在电池以反向极性被安装时关断bjt。

3、根据一个实施例，该电路还包括，其中控制电路包括耦接在外部接地引脚与至少一个外部mosfet的栅极之间的二极管。

4、根据一个实施例，该电路还包括n沟道mosfet，n沟道mosfet的栅极耦接到电池电压引脚，n沟道mosfet的漏极耦接到电子熔断器的接地引脚，n沟道mosfet的源极耦接到外部接地引脚，n沟道mosfet被配置为在电池以反向极性被安装时阻断从外部接地引脚流向电子熔断器的接地引脚的反向电流。

5、根据一个实施例，该电路还包括第二p沟道mosfet，第二p沟道mosfet的栅极耦接到外部接地引脚，第二p沟道mosfet的源极耦接到微控制器，第二p沟道mosfet的漏极耦接到电子熔断器的虚拟串行外围接口(vspi)引脚，第二p沟道mosfet被配置为在电池以反向极性被安装时阻断从微控制器流向电子熔断器的vspi引脚的反向电流。

6、根据一个实施例，该电路还包括多个齐纳二极管，多个齐纳二极管中的每个齐纳二极管包括阳极端和阴极端，阳极端耦接到外部接地引脚并且阴极端耦接到电子熔断器的对应串行外围接口(spi)引脚，多个齐纳二极管中的每个齐纳二极管被配置为在电池以反向极性被安装时阻断从微控制器流向电子熔断器的相应spi引脚的反向电流。

7、根据一个实施例，所述电路还包括，其中至少一个外部mosfet包括并联连接的多个外部mosfet，多个外部mosfet的数量根据耦接到多个外部mosfet的负载来确定。

8、根据一个实施例，一种用于反向电池保护的方法包括：使至少一个外部mosfet耦接在电池电压引脚与负载之间，该负载耦接在至少一个外部mosfet与外部接地引脚之间。该方法还包括响应于电池以反向极性被安装，导通布置在外部接地引脚与第一p沟道mosfet的栅极之间的电流路径中的bjt，以关断第一p沟道mosfet，第一p沟道mosfet耦接在电子熔断器的栅极输出与至少一个外部mosfet之间。该方法还包括响应于电池以反向极性被安装，导通耦接在外部接地引脚与至少一个外部mosfet的栅极之间的二极管，以导通至少一个外部mosfet。

9、根据一个实施例，该方法还包括响应于电池以正确极性被安装，关断bjt以导通第一p沟道mosfet，响应于电池以正确极性被安装，关断二极管，以及响应于电池以正确极性被安装，经由电子熔断器的栅极输出控制至少一个外部mosfet。

10、根据一个实施例，该方法还包括使n沟道mosfet耦接在电子熔断器的接地引脚与外部接地引脚之间，n沟道mosfet的栅极耦接到电池电压引脚。该方法还包括响应于电池以反向极性被安装，关断n沟道mosfet以阻断从外部接地引脚流向电子熔断器的接地引脚的反向电流。

11、根据一个实施例，该方法还包括响应于电池以正确极性被安装，导通n沟道mosfet以将电子熔断器的接地引脚耦接到外部接地引脚。

12、根据一个实施例，该方法还包括使第二p沟道mosfet耦接在微控制器与电子熔断器的vspi引脚之间，以及响应于电池以反向极性被安装，关断第二p沟道mosfet以阻断从微控制器流向电子熔断器的vspi引脚的反向电流。

13、根据一个实施例，该方法还包括响应于电池以正确极性被安装，导通第二p沟道mosfet以将微控制器耦接到电子熔断器的vspi引脚。

14、根据一个实施例，该方法还包括拥有齐纳二极管，齐纳二极管的阳极耦接到电子熔断器的接地引脚，齐纳二极管的阴极耦接到电子熔断器的spi引脚和微控制器，并响应于电池以反向极性被安装，阻断从微控制器流向电子熔断器的spi引脚的反向电流。

15、根据一个实施例，该方法还包括，其中至少一个外部mosfet包括并联连接的多个外部mosfet，多个外部mosfet的数量根据负载来确定。

16、根据一个实施例，该方法还包括，其中当电池以正确极性被安装时，电池电压引脚耦接到电池的正极端子，并且当电池以反向极性被安装时，电池电压引脚耦接到电池的负极端子。

17、根据一个实施例，一种电池管理设备包括微控制器、电子熔断器以及耦接到微控制器和电子熔断器的保护电路。保护电路包括隔离电路，该隔离电路包括p沟道mosfet和bjt，该隔离电路耦接在电子熔断器与至少一个外部mosfet之间，该隔离电路被配置为在电池以反向极性被安装时将电子熔断器与至少一个外部mosfet断开。保护电路还包括控制电路，该控制电路包括耦接到至少一个外部mosfet的二极管，该控制电路被配置为在电池以反向极性被安装时导通至少一个外部mosfet。保护电路还包括反向电流保护电路，该反向电流保护电路包括耦接到电子熔断器的至少一个mosfet或至少一个齐纳二极管，该反向电流保护电路被配置为在电池以反向极性被安装时阻断一个或多个反向电流从外部接地引脚或微控制器流入到电子熔断器中。

技术特征：

1.一种用于反向电池保护的电路，所述电路包括：

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述隔离电路包括：

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制电路包括二极管，所述二极管被耦接在所述外部接地引脚与所述至少一个外部mosfet的所述栅极之间。

4.根据权利要求1所述的电路，还包括n沟道mosfet，所述n沟道mosfet的栅极被耦接到所述电池电压引脚，所述n沟道mosfet的漏极被耦接到所述电子熔断器的接地引脚，所述n沟道mosfet的源极被耦接到所述外部接地引脚，所述n沟道mosfet被配置为在所述电池以所述反向极性被安装时阻断从所述外部接地引脚流向所述电子熔断器的所述接地引脚的反向电流。

5.根据权利要求1所述的电路，还包括第二p沟道mosfet，所述第二p沟道mosfet的栅极被耦接到所述外部接地引脚，所述第二p沟道mosfet的源极被耦接到所述微控制器，所述第二p沟道mosfet的漏极被耦接到所述电子熔断器的虚拟串行外围接口vspi引脚，所述第二p沟道mosfet被配置为在所述电池以所述反向极性被安装时阻断从所述微控制器流向所述电子熔断器的所述vspi引脚的反向电流。

6.根据权利要求1所述的电路，还包括多个齐纳二极管，所述多个齐纳二极管中的每个齐纳二极管包括阳极端和阴极端，所述阳极端被耦接到所述外部接地引脚并且所述阴极端被耦接到所述电子熔断器的对应串行外围接口spi引脚，所述多个齐纳二极管中的每个齐纳二极管被配置为在所述电池以所述反向极性被安装时阻断从所述微控制器流向所述电子熔断器的所述对应spi引脚的反向电流。

7.根据权利要求1所述的电路，其中所述至少一个外部mosfet包括被并联连接的多个外部mosfet，所述多个外部mosfet的数量根据被耦接到所述多个外部mosfet的负载而被确定。

8.一种用于反向电池保护的方法，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

12.根据权利要求8所述的方法，还包括：

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

14.根据权利要求8所述的方法，还包括：

15.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个外部mosfet包括被并联连接的多个外部mosfet，所述多个外部mosfet的数量根据所述负载而被确定。

16.根据权利要求8所述的方法，其中当所述电池以所述正确极性被安装时，所述电池电压引脚被耦接到所述电池的正极端子，并且当所述电池以所述反向极性被安装时，所述电池电压引脚被耦接到所述电池的负极端子。

17.一种电池管理设备，包括：

18.根据权利要求17所述的电池管理设备，其中所述p沟道mosfet被耦接在所述至少一个外部mosfet的栅极与所述电子熔断器的栅极输出之间，其中所述bjt被耦接在所述p沟道mosfet的栅极与所述外部接地引脚之间，并且其中所述微控制器被耦接到所述bjt，并被配置为在所述电池以正确极性被安装时导通所述bjt，并且在所述电池以所述反向极性被安装时关断所述bjt。

19.根据权利要求17所述的电池管理设备，其中所述至少一个mosfet包括n沟道mosfet，所述n沟道mosfet的栅极被耦接到电池电压引脚，所述n沟道mosfet的漏极被耦接到所述电子熔断器的接地引脚，所述n沟道mosfet的源极被耦接到所述外部接地引脚，所述n沟道mosfet被配置为在所述电池以所述反向极性被安装时阻断从所述外部接地引脚流向所述电子熔断器的所述接地引脚的反向电流。

20.根据权利要求17所述的电池管理设备，其中所述至少一个齐纳二极管包括多个齐纳二极管，所述多个齐纳二极管中的每个齐纳二极管包括阳极端和阴极端，所述阳极端被耦接到所述外部接地引脚并且所述阴极端被耦接到所述电子熔断器的对应串行外围接口spi引脚，所述多个齐纳二极管中的每个齐纳二极管被配置为在所述电池以所述反向极性被安装时阻断从所述微控制器流向所述电子熔断器的所述对应spi引脚的反向电流。

技术总结
一种用于反向电池保护的电路，包括隔离电路和控制电路。隔离电路是被耦接在电子熔断器(E‑fuse)的栅极输出与至少一个外部金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)之间的电路。电子熔断器被耦接在电池电压引脚与外部接地引脚之间，并且还被耦接到微控制器。隔离电路被配置为在电池以反向极性被安装时将栅极输出与至少一个外部MOSFET断开。控制电路被耦接在外部接地引脚与至少一个外部MOSFET之间。控制电路被配置为在电池以反向极性被安装时导通至少一个外部MOSFET。

技术研发人员：陈平,严辉,V·兰达佐,A·玛佐,A·C·雷
受保护的技术使用者：意法半导体（中国）投资有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15