鋰電池充電保護IC原理

(3) 過(guò)充時(shí)鎖住模式(Latch):

通常保護IC在過(guò)充電保護時(shí)經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間之后就會(huì )將Power MOS關(guān)掉(Cout),用以達到保護的目的,當鋰電池電壓一直下降到解除點(diǎn)(Overcharge Hysteresis Voltage)時(shí)就會(huì )回復,此時(shí)又會(huì )繼續的充電,又保護,又放電充電放電,這種情形并不是一種很好的狀況且安全性的問(wèn)題將無(wú)法有效的獲得解決。

鋰電池一直重復著(zhù)做著(zhù)充電放電充電放電的動(dòng)作, Power MOS的Gate將反復的High/Low,這樣可能會(huì )使MOSFET變熱.,也同時(shí)對于電池的壽命造成引想,由此可知Latch Mode的重要性。

假如鋰電時(shí)保護電路在偵測到過(guò)充電保護時(shí)有Latch Mode,MOSFET將不會(huì )變熱,且安全性相對的提高許多。在偵測到過(guò)充電保護之后,只要有連接充電器在電池包上,此時(shí)之狀態(tài)及到達過(guò)充時(shí)鎖住模式,因此,雖然鋰電池的電壓一值下降,但不會(huì )發(fā)生再充電的情形.要解除這個(gè)狀況,只要將充電器移除并連接負載即可回復充放電的狀態(tài)。

(4) 縮小保護電路組件:將過(guò)充電和短路保護用的延遲電容給內包到保護IC里面

保護IC的要求:

(A) 過(guò)度充電保護的高精化:

當鋰離子電池有過(guò)度充電狀態(tài)時(shí)，為防止因溫度上升所導致的內壓上升，須截止充電狀態(tài)。此保護IC即檢視電池電壓，當偵測到過(guò)度充電時(shí)，則過(guò)度充電偵測的Power-MOSFET使之OFF而截止充電。此時(shí)所應注意者，就是過(guò)度充電的檢測電壓的高精度化，在電池充電時(shí)，使電池充電到飽滿(mǎn)的狀態(tài)是使用者很在意的問(wèn)題，同時(shí)，兼顧到安全性的問(wèn)題，就得在達到容許電壓時(shí)截止充電狀態(tài)。要同時(shí)符合這兩個(gè)條件，就要有非常高精度的偵測器，目前精度為25mV，但將來(lái)勢需有更精度的要求。

(B) 減低保護IC的耗電流達到過(guò)度放電保護目的:

已充過(guò)電的鋰離子電池電隨著(zhù)使用時(shí)間，電池電壓會(huì )漸減，最后低到規格標準值以下。此時(shí)就需要再度充電。若未充電而繼續使用的話(huà)，恐就無(wú)法再充電了(過(guò)放電狀態(tài))。而為防止過(guò)放電狀態(tài)，保護IC即要偵測電池電壓的狀態(tài)，一旦到達過(guò)放電偵測電壓以下，就得使放電一方的Power-MOSFET OFF而截止放電。但此時(shí)電池本身仍有自然放電及保護IC的消費電流存在，因此需要使保護IC的耗電流降到最低的程度。

(C) 過(guò)電流/短路保護需有低偵測電壓及高精度的要求:

因不明原因導致短路而有大電流耗損時(shí)，為確保安全而使之停止放電。在過(guò)電流的偵測是以Power MOS的Rds(on)為感應阻抗，以監視其電壓的下降，此時(shí)的電壓若比過(guò)電流偵測電壓還高時(shí)即停止放電。為了使Power MOS的Rds(on)在充電電流與放電電流時(shí)有效的應用，需使該阻抗值盡量低，(目前約20mΩ ~30mΩ )。如此，過(guò)電流偵測電壓就可較低。

(D) 實(shí)現耐壓值:

電池包與充電器連接時(shí)瞬間會(huì )有高壓產(chǎn)生,因此保護IC因具備有耐高壓的要求(Ricoh的保護IC即可承受到28V)

(E) 低耗電:

當到達保護時(shí),其靜態(tài)耗電流必須要小(0.1uA)

(F) 零伏可充電:

有些電池在存放的過(guò)程中可能因為放太久或不正常的原因導致電壓低到0V,故保護IC需要在0V也可以充電的動(dòng)作
保護IC功能未來(lái)發(fā)展

未來(lái)的發(fā)展將如前述，提高偵測電壓的精度、降低保護IC的耗電流及包裝、整合MOS 、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化也是開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

包裝方面,目前已由SOT23-6漸漸的朝向SON6,將來(lái)還有CSP的Package,甚至COB產(chǎn)品的出現,用以滿(mǎn)足現在所強調的輕薄短小，而保護IC也不是所有的功能都一定必須要用的,可根據不同的鋰電池材料開(kāi)發(fā)出單一保護(如:只有過(guò)充保護或過(guò)放保護功能),可大大的減少成本及空間,這對我們來(lái)說(shuō)可未嘗不是一件好事.

當然，功能組件單晶化是一致的目標，如目前行動(dòng)電話(huà)制造商都朝向將保護IC、充電電路、電源管理IC等外圍電路集成單芯片，與邏輯IC構成雙芯片的芯片組，但目前要使Power MOS的開(kāi)路阻抗降低，難以與其它IC合組，即使以特殊技術(shù)制成單芯片，恐怕成本將會(huì )過(guò)高，因此，保護IC的單晶化將需一段時(shí)間來(lái)解決。