Circuito de protección de batería de litio portátil

En los últimos años, un número creciente de productos, incluidos pdas, cámaras digitales, teléfonos móviles, equipos de audio portátiles y dispositivos bluetooth, han utilizado baterías de litio como su principal fuente de energía. La batería de litio tiene las ventajas de tamaño pequeño, alta densidad de energía, sin efecto memoria, ciclo de vida alto, batería de alto voltaje y baja tasa de autodescarga, etc. A diferencia de las baterías de níquel-cadmio e hidruro de níquel, la batería de litio debe considerar la seguridad durante la carga y descarga para evitar el deterioro de las características. La protección contra sobrecarga, sobredescarga, sobrecorriente y cortocircuito de las baterías de litio es muy importante, por lo que las líneas de protección generalmente se diseñan en el paquete de baterías para proteger las baterías de litio.

Debido a la alta densidad energética de las baterías de iones de litio, es difícil garantizar la seguridad de las baterías. En el estado de sobrecarga, la energía será excesiva después de que la temperatura de la batería aumente, y luego el electrolito se descompondrá y producirá gas, y la presión interna aumentará y generará el riesgo de combustión espontánea o ruptura; Por otro lado, en el caso de una descarga excesiva, el electrolito degradará las características y durabilidad de la batería debido a la descomposición, reduciendo así el número de cargas.

El circuito de protección de la batería de iones de litio es para garantizar la seguridad de dicho estado de sobrecarga y descarga y evitar el deterioro de las características. El circuito protector de la batería de iones de litio está compuesto por un IC protector y dos MOSFET de potencia, en el que el IC protector supervisa el voltaje de la batería, cambia al MOSFET de potencia que cuelga en el exterior para proteger la batería cuando hay sobrecarga y estado de descarga, y el IC protector Las funciones incluyen protección contra sobrecarga, protección contra sobredescarga y protección contra sobrecorriente / cortocircuito.

Protección de sobrecarga

El principio de protección contra sobrecargas IC es el siguiente: cuando el cargador externo carga la batería de litio, para evitar el aumento de la presión interna causado por el aumento de temperatura, el estado de carga se terminará. En este punto, el IC de protección necesita detectar el voltaje de la batería, y cuando alcanza los 4.25v (asumiendo que el punto de sobrecarga de la batería es 4.25v), activará la protección de sobrecarga y encenderá el MOSFET de encendido y apagado, cortando así la carga.

Además, también es necesario prestar atención al ruido generado por la acción de error de detección de sobrecarga, para que no se considere protección contra sobrecarga. Por lo tanto, es necesario configurar el tiempo de retardo y el tiempo de retardo no puede ser más corto que la duración del ruido.

Protección contra sobredescarga

En el caso de una descarga excesiva, el electrolito degradará las características de la batería debido a la descomposición y reducirá los tiempos de carga. El IC de protección de la batería de litio puede evitar una descarga excesiva y realizar la función de protección de la batería.

Principio IC de protección contra descarga excesiva: para evitar la descarga excesiva de la batería de litio, asumiendo que la batería de litio está conectada a la carga, cuando el voltaje de la batería de litio es menor que su punto de prueba de voltaje de descarga excesivo (2,3 V) se supone que se activa la protección de descarga excesiva, haga que el MOSFET de potencia se abra para cortar por la descarga, para evitar el fenómeno de descarga excesiva de la batería y mantener la batería en modo de espera de baja corriente estática, la corriente es de solo 0.1 mu A.

Cuando la batería de litio está conectada al cargador y el voltaje de la batería de litio es mayor que el voltaje de sobredescarga, se puede quitar la función de protección contra sobredescarga. Además, considerando la situación de descarga por pulsos, el tiempo de retardo se establece en el circuito de detección de sobredescarga para evitar un mal funcionamiento.

Corriente de sobrecorriente y cortocircuito

La descarga debe detenerse inmediatamente para garantizar la seguridad de sobrecorriente o cortocircuito causado por razones desconocidas (cuando la descarga o los polos positivo y negativo se tocan por error con objetos metálicos).

Para el principio de IC de protección contra sobrecorriente, cuando la corriente de descarga es demasiado grande o se produce un cortocircuito, el IC de protección activará una protección de corriente de cortocircuito, la sobrecorriente en este momento de la prueba es alimentar MOSFET Rds (encendido) como impedancia inductiva para monitorear su caída de voltaje, si es más alta que la establecida por el voltaje de detección de sobrecorriente es detener la descarga, la fórmula de cálculo es:

V- = I Rds (encendido) 2 (V- es el voltaje de detección de sobrecorriente, I es la corriente de descarga)

Suponga que V - = 0,2 V, Rds (activado) = 25 m Ω, proteja el tamaño actual de I = 4 a

De manera similar, la detección de sobrecorriente debe tener un tiempo de retardo en caso de que haya un influjo repentino de corriente para producir una acción incorrecta.

Por lo general, después de que se genera la sobrecorriente, si se puede eliminar el factor de sobrecorriente (por ejemplo, se separará de la carga inmediatamente), se restablecerá su estado normal y se podrá llevar a cabo la acción normal de carga y descarga. de nuevo.

Iv. Nuevas funciones de protección de batería de litio IC

Además de las funciones de IC de protección de batería de litio anteriores, las siguientes funciones nuevas también merecen atención:

1. Protección contra sobrecorriente durante la carga

Cuando el cargador está conectado para cargar y se genera una sobrecorriente repentinamente (como cuando el cargador está dañado), el circuito detecta inmediatamente la sobrecorriente. En este momento, el Cout cambiará de alto a bajo, y el MOSFET de potencia cambiará de encendido a apagado para realizar la función de protección.

V menos lambda es I veces Rds de en veces 2

(I es la corriente de carga; Vdet4, voltaje de detección de sobrecorriente, Vdet4 es -0.1v)

2. Modo de bloqueo durante la sobrecarga

Normalmente, el IC de protección pasará por un período de tiempo de retardo en la protección de sobrecarga, y luego cortará el MOSFET de energía para lograr el propósito de protección, cuando el voltaje de la batería de litio se haya reducido al punto de liberación (voltaje de retraso de sobrecarga) se recuperará, en este momento continuará cargando protección descarga carga descarga. El problema de seguridad en este estado no se puede resolver de forma eficaz. La batería de litio seguirá repitiendo la acción de cargar, descargar, cargar y descargar, y la puerta del MOSFET de energía estará en el estado alterno de alto y bajo voltaje repetidamente, lo que puede hacer que el MOSFET se caliente y reducir la vida útil de la batería. Por tanto, el modo de bloqueo es muy importante. El MOSFET no se calentará y será relativamente más seguro si el circuito de protección de iones de litio tiene un modo de bloqueo cuando se detecta la protección de sobrecarga.

Después de la protección de sobrecarga, siempre que el cargador esté conectado al paquete de baterías, se ingresará al modo de bloqueo de sobrecarga. En este momento, incluso si el voltaje de la batería de litio cae, no habrá recarga. El estado de carga y descarga se puede restaurar retirando el cargador y conectando la carga.

3. Reducir el tamaño de los componentes del circuito de protección.

Integre condensadores de retardo de protección contra sobrecargas y cortocircuitos en el IC de protección para reducir el tamaño de los componentes del circuito de protección.

Cinco, la protección de los requisitos de rendimiento de IC

1. Alta precisión de protección contra sobrecargas.

Cuando la batería de iones de litio tiene un estado de sobrecarga, para evitar el aumento de la presión interna causado por el aumento de temperatura, se debe cortar el estado de carga. El IC de protección detectará el voltaje de la batería, y cuando se detecte una sobrecarga, el MOSFET de energía detecta una sobrecarga, lo que hará que se corte y se corte para cargar. En este momento, debe tenerse en cuenta que el voltaje de detección de sobrecarga es de alta precisión. Cuando la batería está cargada, es motivo de gran preocupación para los usuarios cargar la batería a un estado completo, teniendo en cuenta la seguridad. Por lo tanto, es necesario cortar el estado de carga cuando se alcanza el voltaje permitido. Para cumplir las dos condiciones al mismo tiempo, se requiere un detector con alta precisión. Actualmente, la precisión del detector es de 25 mV y se mejorará aún más.

2. Reducir el consumo de energía de la protección IC

Con el aumento del tiempo de servicio, el voltaje de la batería de iones de litio cargada disminuirá gradualmente y finalmente caerá por debajo del valor estándar. En este momento, es necesario recargarlo. Si la batería se sigue utilizando sin cargar, es posible que no pueda seguir utilizándose debido a una descarga excesiva. Para evitar una descarga excesiva, el CI protector debe probar el voltaje de la batería. Una vez que se alcanza el voltaje por debajo del voltaje de detección de descarga excesiva, el MOSFET de potencia en el lado de descarga debe cortarse para detener la descarga. Sin embargo, en este momento, la batería en sí todavía tiene descarga natural y corriente de consumo de protección IC, por lo que es necesario minimizar el consumo de corriente de protección IC.

3. La protección contra sobrecorriente / cortocircuito requiere un voltaje de detección bajo y alta precisión

La descarga debe detenerse inmediatamente si el cortocircuito es causado por razones desconocidas. La detección de sobrecorriente se basa en el Rds (encendido) del MOSFET de potencia como impedancia inducida para monitorear la caída de voltaje. En este momento, si el voltaje es más alto que el voltaje de detección de sobrecorriente, la descarga se detendrá. Para hacer que el MOSFET Rds de potencia (encendido) sea válido en el momento de la corriente de carga y la aplicación de la corriente de descarga, es necesario hacer que el valor de impedancia bajo en la medida de lo posible, en la actualidad la impedancia sea de aproximadamente 20 m Ω ~ 30 m Ω, esta corriente el voltaje puede ser menor.

4. Resistencia a alto voltaje

El alto voltaje se genera instantáneamente cuando el paquete de baterías está conectado al cargador, por lo que el IC de protección debe cumplir con el requisito de resistencia a alto voltaje.

5. Bajo consumo de energía de la batería

El consumo de energía estática debe ser 0,1 A menor en el estado protegido.

Recargable de cero voltios

En el proceso de almacenamiento, algunas baterías pueden colocarse durante demasiado tiempo o por razones anormales para reducir el voltaje a 0 V, por lo que la protección IC debe estar en 0 V también puede lograr la carga.

Vi. Perspectiva de desarrollo de CI

Como se mencionó anteriormente, en el futuro, el IC de protección mejorará aún más la precisión del voltaje de detección, reducirá el consumo de energía del IC de protección y mejorará la función de prevención de mal funcionamiento, etc.Al mismo tiempo, la resistencia de alto voltaje del terminal de conexión del cargador es también el foco de investigación y desarrollo. En términos de empaque, sot23-6 se ha transferido gradualmente al empaque SON6, y habrá empaques CSP en el futuro, e incluso productos COB para cumplir con el énfasis actual en los requisitos delgados y livianos.

En términos de función, el IC de protección no necesita integrar todas las funciones. Se puede desarrollar un solo IC de protección de acuerdo con diferentes materiales de batería de litio, como protección contra sobrecarga o protección contra sobredescarga, lo que puede reducir en gran medida el costo y el tamaño.

, por supuesto, los componentes funcionales de un solo cristal tienen el mismo objetivo, como los que los fabricantes de teléfonos móviles están enfrentando actualmente protegerán el IC, el circuito de carga y el IC de administración de energía, y otros circuitos periféricos y el IC lógico constituyen un chipset de doble chip, pero por el momento , para reducir el MOSFET de potencia de impedancia de circuito abierto, integrar duro con otro IC, incluso en una tecnología particular hecha en un solo chip, me temo que el costo será alto. Por lo tanto, la protección del monocristal IC tardará algún tiempo en resolverse.

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