锂电池保护IC工作原理以及发展展望

2023-08-30      474 次浏览

锂离子电池保护IC工作原理


当外部充电器对锂离子电池充电时,为防止因温度上升所导致的内压上升,需终止充电状况,此时保护IC需检测电池电压,当到达4.25V时(假设电池过充点为4.25V)及激活过充电保护,将PowerMOS由ON'OFF,进而截止充电。另外,过充电检出,因噪声所出现的误动作也是必须要注意的,以免判定为过充保护,因此要延迟时间的设定,而delaytime也不能短于噪声的时间。


1.充电时的过电流保护


当连接充电器进行充电时突然出现过电流(如充电器损坏),电路立即进行过电流检测,此时Cout将由高转为低,功率MOSFET由开转为切断,实现保护功能。


V-=I&TImes;Rds(on)&TImes;


(I是充电电流;Vdet4,过电流检测电压,Vdet4为-0.1V)


2.过度充电时的锁定模式


通常保护IC在过度充电保护时将经过一段延迟时间,然后就会将功率MOSFET切断以达到保护的目的,当锂离子电池电压一直下降到解除点(过度充电滞后电压)时就会恢复,此时又会继续充电→保护→放电→充电→放电。这种状态的安全性问题将无法获得有效解决,锂离子电池将一直重复着充电→放电→充电→放电的动作,功率MOSFET的栅极将反复地处于高低电压交替状态,这样可能会使MOSFET变热,还会降低电池寿命,因此锁定模式很重要。假如锂电保护电路在检测到过度充电保护时有锁定模式,MOSFET将不会变热,且安全性相对提高很多。


在过度充电保护之后,只要充电器连接在电池包上,此时将进入过充锁定模式。此时,即使锂离子电池电压下降也不会出现再充电的情形,将充电器移除并连接负载即可恢复充放电的状态。


3.减少保护电路组件尺寸


将过度充电和短路保护用的延迟电容器整合在到保护IC里面,以减少保护电路组件尺寸。


保护IC发展展望


如前所述,未来保护IC将进一步提高检测电压的精密度、降低保护IC的耗电流和提高误动作防止功能等,同时充电器连接端子的高耐压也是研发的重点。在封装方面,目前已由SOT23-6逐渐转向SON6封装,将来还有CSP封装,甚至出现COB产品用以满足现在所强调的轻薄短小要求。


在功能方面,保护IC不要整合所有的功能,可根据不同的锂离子电池材料开发出单一保护IC,如只有过充保护或过放保护功能,这样可以大幅减少成本及尺寸。


当然,功能组件单晶体化是不变的目标,如目前手机制造商都朝向将保护IC、充电电路以及电源管理IC等周边电路与逻辑IC构成双芯片的芯片组,但目前要使功率MOSFET的开路阻抗降低,难以与其它IC整合,即使以特殊技术制成单芯片,恐怕成本将会过高。因此,保护IC的单晶体化将需一段时间来解决。



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