鋰電池保護(hù)IC工作原理,鋰電池保護(hù)IC是什么芯片

來源：存能電氣  日期：2019-06-25 15:54  瀏覽量：次

　　鋰電池保護(hù)IC工作原理，鋰電池保護(hù)IC是什么芯片？鋰電池除了過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能等鋰電池的保護(hù)IC功能之外，還有其他的保護(hù)IC的新功能。那么鋰電池保護(hù)IC工作原理是怎樣的？鋰電池保護(hù)IC是什么芯片？

　　鋰電池保護(hù)IC工作原理

　　當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀況，此時(shí)保護(hù)IC需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)(假設(shè)電池過充點(diǎn)為4.25V)及激活過充電保護(hù)，將PowerMOS由ON'OFF，進(jìn)而截止充電。另外，過充電檢出，因噪聲所產(chǎn)生的誤動(dòng)作也是必須要注意的，以免判定為過充保護(hù)，因此需要延遲時(shí)間的設(shè)定，而delaytime也不能短于噪聲的時(shí)間。

　　1.充電時(shí)的過電流保護(hù)

　　當(dāng)連接充電器進(jìn)行充電時(shí)突然產(chǎn)生過電流（如充電器損壞），電路立即進(jìn)行過電流檢測(cè)，此時(shí)Cout將由高轉(zhuǎn)為低，功率MOSFET由開轉(zhuǎn)為切斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

　　V-=I&TImes；Rds（on）&TImes；

　?。↖是充電電流；Vdet4，過電流檢測(cè)電壓，Vdet4為-0.1V）

　　2.過度充電時(shí)的鎖定模式

　　通常保護(hù)IC在過度充電保護(hù)時(shí)將經(jīng)過一段延遲時(shí)間，然后就會(huì)將功率MOSFET切斷以達(dá)到保護(hù)的目的，當(dāng)鋰電池電壓一直下降到解除點(diǎn)（過度充電滯后電壓）時(shí)就會(huì)恢復(fù)，此時(shí)又會(huì)繼續(xù)充電→保護(hù)→放電→充電→放電。這種狀態(tài)的安全性問題將無法獲得有效解決，鋰電池將一直重復(fù)著充電→放電→充電→放電的動(dòng)作，功率MOSFET的柵極將反復(fù)地處于高低電壓交替狀態(tài)，這樣可能會(huì)使MOSFET變熱，還會(huì)降低電池壽命，因此鎖定模式很重要。假如鋰電保護(hù)電路在檢測(cè)到過度充電保護(hù)時(shí)有鎖定模式，MOSFET將不會(huì)變熱，且安全性相對(duì)提高很多。

　　在過度充電保護(hù)之后，只要充電器連接在電池包上，此時(shí)將進(jìn)入過充鎖定模式。此時(shí)，即使鋰電池電壓下降也不會(huì)產(chǎn)生再充電的情形，將充電器移除并連接負(fù)載即可恢復(fù)充放電的狀態(tài)。

　　3.減少保護(hù)電路組件尺寸

　　將過度充電和短路保護(hù)用的延遲電容器整合在到保護(hù)IC里面，以減少保護(hù)電路組件尺寸。

　　對(duì)保護(hù)IC性能的要求

　　鋰電池的保護(hù)電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態(tài)時(shí)的安全性，并防止特性的劣化。鋰電池的保護(hù)電路是由保護(hù)IC、及兩顆Power-MOSFET所構(gòu)成。其中保護(hù)IC為監(jiān)視電池電壓；當(dāng)有過度充電及放電狀態(tài)時(shí)，則切換以外掛的Power-MOSFET來保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能為：過度充電保護(hù)、過度放電保護(hù)、過電流/短路保護(hù)。

　　(1)過度充電：當(dāng)鋰電池發(fā)生過度充電時(shí)，電池內(nèi)電解質(zhì)會(huì)被分解，使得溫度上升并產(chǎn)生氣體，使得壓力上升而可能引起自燃或爆裂的危機(jī)，鋰電池保護(hù)IC用意就是要防止過充電的情形發(fā)生。

　　(2)過度放電：在過度放電的情形下，電解液因分解而導(dǎo)致電池特性劣化，并造成充電次數(shù)的降低，鋰電池保護(hù)IC用以保護(hù)其過放電的狀況發(fā)生，達(dá)成保護(hù)動(dòng)作。以避免電池過放電現(xiàn)象發(fā)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的狀態(tài)(standbymode)，此時(shí)耗電為0.1uA。

　　當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過放電電壓時(shí)，過放電保護(hù)功能方可解除。另外，為了對(duì)于脈沖放電之情形，過放偵測(cè)設(shè)有延遲時(shí)間用以預(yù)防此種誤動(dòng)作的發(fā)生。

　　(3)過電流及短路電流：因?yàn)椴幻髟?放電時(shí)或正負(fù)極遭金屬物誤觸)造成過電流或短路電流發(fā)生，為確保安全，使其停止放電。電流保護(hù)IC原理：當(dāng)放電電流過大或短路情況發(fā)生時(shí)，保護(hù)IC將激活過(短路)電流保護(hù)，此時(shí)過電流的檢測(cè)是將PowerMOS的Rds(on)當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形，若比所定的過電流檢測(cè)電壓還高則停止放電，公式為：V-(過電流檢測(cè)電壓)=I(放電電流)*Rds(on)*2。假設(shè)V-=0.2V，Rds(on)=25mΩ，則保護(hù)電流的大小為I=4A同樣的，過電流檢出也必須要設(shè)有延遲時(shí)間以防有突然的電流流入時(shí)，會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作，使其發(fā)生保護(hù)的誤動(dòng)作。通常在過電流發(fā)生后，若能移除過電流之因素(例如：馬上與負(fù)載脫離)，就會(huì)回復(fù)其正常狀態(tài)，可以再實(shí)行正常的充放電動(dòng)作。

　　鋰電池保護(hù)IC是什么芯片？

　　IC芯片(IntegratedCircuit集成電路)是將大量的微電子元器件(晶體管、電阻、電容、二極管等)形成的集成電路放在一塊塑基上，做成一塊芯片。目前幾乎所有看到的芯片，都可以叫做IC芯片。

　　保護(hù)IC發(fā)展展望

　　如前所述，未來保護(hù)IC將進(jìn)一步提高檢測(cè)電壓的精密度、降低保護(hù)IC的耗電流和提高誤動(dòng)作防止功能等，同時(shí)充電器連接端子的高耐壓也是研發(fā)的重點(diǎn)。在封裝方面，目前已由SOT23-6逐漸轉(zhuǎn)向SON6封裝，將來還有CSP封裝，甚至出現(xiàn)COB產(chǎn)品用以滿足現(xiàn)在所強(qiáng)調(diào)的輕薄短小要求。

　　在功能方面，保護(hù)IC不需要整合所有的功能，可根據(jù)不同的鋰電池材料開發(fā)出單一保護(hù)IC，如只有過充保護(hù)或過放保護(hù)功能，這樣可以大幅減少成本及尺寸。

　　當(dāng)然，功能組件單晶體化是不變的目標(biāo)，如目前手機(jī)制造商都朝向?qū)⒈Ｗo(hù)IC、充電電路以及電源管理IC等周邊電路與邏輯IC構(gòu)成雙芯片的芯片組，但目前要使功率MOSFET的開路阻抗降低，難以與其它IC整合，即使以特殊技術(shù)制成單芯片，恐怕成本將會(huì)過高。因此，保護(hù)IC的單晶體化將需一段時(shí)間來解決。