Схема защиты портативной литиевой батареи

В последние годы все большее количество продуктов, включая КПК, цифровые фотоаппараты, мобильные телефоны, портативное аудиооборудование и устройства Bluetooth, используют литиевые батареи в качестве основного источника питания. Литиевая батарея имеет преимущества небольшого размера, высокой плотности энергии, отсутствия эффекта памяти, большого срока службы, высоковольтной батареи и низкой скорости саморазряда и т. Д. В отличие от никель-кадмиевых и никель-гидридных батарей, литиевая батарея должна учитывать безопасность во время зарядки и разрядки для предотвращения ухудшения характеристик. Защита от перезаряда, переразряда, перегрузки по току и короткого замыкания литиевых батарей очень важна, поэтому в аккумуляторном блоке обычно предусматриваются защитные линии для защиты литиевых батарей.

Из-за высокой плотности энергии литий-ионных аккумуляторов трудно обеспечить безопасность аккумуляторов. В состоянии перезарядки энергия будет чрезмерной после повышения температуры батареи, а затем электролит будет разлагаться и выделять газ, а внутреннее давление возрастает и создает риск самовозгорания или разрыва; С другой стороны, в случае чрезмерного разряда электролит ухудшит характеристики и срок службы батареи из-за разложения, уменьшая, таким образом, количество зарядов.

Схема защиты литий-ионного аккумулятора обеспечивает безопасность такого состояния перезаряда и разряда и предотвращает ухудшение характеристик. Защитная схема литий-ионной батареи состоит из защитной ИС и двух силовых полевых МОП-транзисторов, в которых защитная ИС контролирует напряжение батареи, переключается на силовой МОП-транзистор, висящий снаружи, чтобы защитить батарею в состоянии перезаряда и разряда, и защитной ИС. Функции включают защиту от перезаряда, защиту от переразряда и защиту от перегрузки по току / короткого замыкания.

I. защита от перезарядки

Принцип защиты IC от перезарядки заключается в следующем: когда внешнее зарядное устройство заряжает литиевую батарею, чтобы предотвратить повышение внутреннего давления, вызванное повышением температуры, состояние зарядки должно быть прекращено. На этом этапе защитная ИС должна определять напряжение батареи, и когда оно достигает 4,25 В (при условии, что точка перезарядки батареи составляет 4,25 В), она активирует защиту от перезарядки и переключает силовой MOSFET с включения на выключение, тем самым отключая зарядка.

Кроме того, также необходимо обращать внимание на шум, создаваемый действием ошибки обнаружения перезарядки, чтобы не считаться защитой от перезарядки. Следовательно, необходимо установить время задержки, и время задержки не может быть меньше, чем продолжительность шума.

Защита от переразряда

В случае чрезмерной разрядки электролит ухудшит характеристики аккумулятора из-за разложения и сократит время зарядки. IC защиты литиевой батареи может избежать чрезмерной разрядки и реализовать функцию защиты батареи.

Принцип защиты от чрезмерного разряда IC: для предотвращения чрезмерного разряда литиевой батареи, предполагая, что литиевая батарея подключена к нагрузке, когда напряжение литиевой батареи меньше, чем ее точка испытания чрезмерного напряжения разряда (2,3 В), предполагается, что активируется Защита от чрезмерной разрядки, сделайте силовой полевой МОП-транзистор открытым, чтобы отключить его при разряде, чтобы избежать чрезмерного разряда батареи и сохранить батарею в режиме ожидания с низким статическим током, ток составляет всего 0,1 мкА.

Когда литиевая батарея подключена к зарядному устройству, а напряжение литиевой батареи выше, чем напряжение переразряда, функция защиты от переразряда может быть отключена. Кроме того, учитывая ситуацию импульсного разряда, время задержки устанавливается в схеме обнаружения избыточного разряда, чтобы избежать неправильной работы.

Ток перегрузки по току и короткого замыкания

Разряд должен быть немедленно остановлен, чтобы обеспечить безопасность от перегрузки по току или короткого замыкания, вызванного неизвестными причинами (когда разряд или положительный и отрицательный полюса ошибочно касаются металлическими предметами).

Для принципа защиты от перегрузки по току IC, когда ток разряда слишком велик или происходит короткое замыкание, IC защиты активирует защиту по току короткого замыкания, перегрузка по току во время тестирования заключается в подаче питания MOSFET Rds (on) в качестве индуктивного импеданса для мониторинга его падение напряжения, если оно выше, чем установлено напряжением обнаружения перегрузки по току, является остановкой разряда, формула расчета:

V- = I Rds (on) 2 (V- напряжение обнаружения перегрузки по току, I - ток разряда)

Предположим, что V - = 0,2 В, Rds (вкл.) = 25 м Ом, защитный ток размером I = 4 А

Точно так же обнаружение перегрузки по току должно иметь время задержки в случае внезапного притока тока, чтобы произвести неправильное действие.

Обычно после возникновения перегрузки по току, если фактор перегрузки по току может быть устранен (например, он будет немедленно отключен от нагрузки), его нормальное состояние будет восстановлено, и может быть выполнено нормальное действие по зарядке и разрядке. очередной раз.

IV. Новые функции микросхемы защиты литиевых батарей

В дополнение к описанным выше функциям ИС защиты литиевых батарей, также заслуживают внимания следующие новые функции:

1. Защита от перегрузки по току во время зарядки

Когда зарядное устройство подключено для зарядки и внезапно возникает перегрузка по току (например, зарядное устройство повреждено), схема немедленно обнаруживает перегрузку по току. В это время Cout будет изменен с высокого на низкий, а мощность MOSFET будет изменена с включенного на выключенное для реализации функции защиты.

V минус лямбда - это I, умноженное на Rds, умноженное на 2

(I - зарядный ток; Vdet4, напряжение обнаружения перегрузки по току, Vdet4 составляет -0,1 В)

2. Режим блокировки при перезарядке.

Обычно защитная ИС проходит через период времени задержки в защите от перезарядки, а затем отключает силовой полевой МОП-транзистор для достижения цели защиты, когда напряжение литиевой батареи упало до точки срабатывания (запаздывающее напряжение перезаряда) будет восстанавливаться, в это время будет продолжать заряжаться защита разрядка разрядка. Проблема безопасности в таком состоянии не может быть эффективно решена. Литиевая батарея будет продолжать повторять зарядку, разрядку, зарядку и разрядку, а затвор силового полевого МОП-транзистора будет постоянно находиться в чередующемся состоянии высокого и низкого напряжения, что может сделать полевой МОП-транзистор горячим и сократить срок службы батареи. Поэтому режим блокировки очень важен. МОП-транзистор не нагревается и будет относительно безопаснее, если литий-ионная схема защиты имеет режим блокировки при обнаружении защиты от перезарядки.

После защиты от перезаряда, пока зарядное устройство подключено к аккумуляторной батарее, будет включен режим блокировки от перезаряда. В это время, даже если напряжение литиевой батареи упадет, подзарядки не будет. Состояние зарядки и разрядки можно восстановить, сняв зарядное устройство и подключив нагрузку.

3. Уменьшите размер компонентов схемы защиты.

Интегрируйте конденсаторы задержки защиты от перезаряда и короткого замыкания в ИС защиты, чтобы уменьшить размер компонентов схемы защиты.

Пять, защита требований к производительности IC

1. Высокая точность защиты от перезарядки

Когда литий-ионный аккумулятор находится в состоянии перезарядки, для предотвращения повышения внутреннего давления, вызванного повышением температуры, состояние зарядки должно быть отключено. Защитная ИС обнаружит напряжение аккумулятора, и при обнаружении перезарядки силовой MOSFET обнаружит перезарядку, что приведет к его отключению и отключению для зарядки. В это время следует отметить, что определение напряжения перезарядки имеет высокую точность. Когда аккумулятор заряжен, пользователи должны полностью зарядить аккумулятор, принимая во внимание меры безопасности. Следовательно, необходимо отключать состояние зарядки при достижении допустимого напряжения. Чтобы удовлетворить этим двум условиям одновременно, требуется детектор с высокой точностью. В настоящее время точность детектора составляет 25 мВ, и точность будет улучшена.

2. Уменьшите энергопотребление защиты IC.

По мере увеличения срока службы напряжение заряженной ионно-литиевой батареи будет постепенно снижаться и, наконец, упадет ниже стандартного значения. В это время его нужно подзарядить. Если аккумулятор продолжает использоваться без зарядки, аккумулятор может не работать из-за чрезмерной разрядки. Чтобы предотвратить чрезмерную разрядку, защитная ИС должна проверять напряжение батареи. Когда достигается напряжение ниже напряжения обнаружения чрезмерного разряда, силовой полевой МОП-транзистор на стороне разряда должен быть отключен, чтобы остановить разряд. Однако в это время сама батарея все еще имеет естественный разряд и ток потребления IC защиты, поэтому необходимо минимизировать ток потребления IC защиты.

3. Защита от перегрузки по току / короткого замыкания требует низкого напряжения обнаружения и высокой точности

Разряд должен быть немедленно остановлен, если короткое замыкание вызвано неизвестными причинами. Обнаружение перегрузки по току основано на Rds (on) силового полевого МОП-транзистора в качестве наведенного импеданса для отслеживания падения напряжения. В это время, если напряжение выше, чем напряжение обнаружения перегрузки по току, разряд будет остановлен. Чтобы сделать Rds (вкл.) Силового полевого МОП-транзистора действительным во время подачи зарядного тока и тока разряда, необходимо, насколько это возможно, сделать низкое значение импеданса, в настоящее время импеданс около 20 мОм ~ 30 мОм, этот ток напряжение может быть ниже.

4. Сопротивление высокому напряжению.

Высокое напряжение генерируется мгновенно, когда аккумуляторная батарея подключена к зарядному устройству, поэтому защитная ИС должна отвечать требованиям высокого сопротивления напряжению.

5. Низкое энергопотребление аккумулятора.

В защищенном состоянии статическая потребляемая мощность должна быть на 0,1 А меньше.

Перезаряжаемый нулевым напряжением

В процессе хранения некоторые батареи могут быть помещены на слишком долгое время или по ненормальным причинам, чтобы снизить напряжение до 0 В, поэтому ИС защиты должна быть в 0 В, чтобы также обеспечить зарядку.

Vi. Перспектива развития ИЦ

Как упоминалось выше, в будущем ИС защиты будет дополнительно улучшать точность определения напряжения, уменьшать энергопотребление ИС защиты и улучшать функцию предотвращения неправильной работы и т. Д. В то же время сопротивление высокого напряжения клеммы подключения зарядного устройства составляет также в центре внимания исследований и разработок. Что касается упаковки, sot23-6 был постепенно переведен на упаковку SON6, и в будущем будет упаковка CSP и даже продукты COB, чтобы удовлетворить текущие требования к тонкости и легкости.

С точки зрения функций, ИС защиты не требует интеграции всех функций. Единая ИС защиты может быть разработана в соответствии с различными материалами литиевых батарей, такими как защита от перезаряда или защита от переразряда, что может значительно снизить стоимость и размер.

Конечно, функциональные компоненты монокристалла - это та же цель, например, производители мобильных телефонов, с которыми в настоящее время сталкиваются производители мобильных телефонов, будут защищать ИС, схему зарядки и ИС управления питанием, а другие периферийные схемы и логическую ИС составляют двойной набор микросхем, но на данный момент , чтобы уменьшить полное сопротивление разомкнутой цепи, силовой полевой МОП-транзистор, жестко интегрировать с другими ИС, даже в конкретной технологии, сделанной в одном кристалле, я боюсь, что стоимость будет высокой. Следовательно, для решения защиты монокристалла ИС потребуется некоторое время.

Страница содержит содержимое машинного перевода.