Cómo los iones de litio protegen los circuitos

En los últimos años, cada vez más productos como PDA, cámaras digitales, teléfonos móviles y dispositivos de audio portátiles han adoptado baterías de iones de litio como principal fuente de energía. Sin embargo, a diferencia de las baterías de níquel-cadmio, níquel-hidruro metálico y otras baterías, las baterías de iones de litio deben considerar la carga y descarga. Seguridad, para evitar el deterioro del carácter. En la actualidad, los núcleos de iones de litio cuadrados y cilíndricos han adoptado ciertas medidas de protección de seguridad, como orificios, diafragma y PTC a prueba de explosiones. Para garantizar aún más la seguridad de la batería de iones de litio terminada en uso, es importante proteger su sobrecarga, sobredescarga, sobrecorriente y cortocircuito. Por lo tanto, los circuitos de protección generalmente se diseñan en el paquete de baterías para el estado de carga y descarga de la batería. Monitoreo efectivo, y bajo ciertas condiciones, los circuitos de carga y descarga están cerrados para evitar daños a la batería.

En circunstancias normales, el circuito de protección de una batería de iones de litio se compone de un IC protector y dos MOSFET de potencia, que protegen el IC para controlar el voltaje de la batería y el interruptor para proteger la batería con un MOSFET de potencia enchufable cuando hay un estado de sobrecarga y descarga. La función de proteger IC es proteger contra sobrecargas, protección contra descargas excesivas y protección contra sobrecorriente / cortocircuito.

1, estado normal

En el estado normal del circuito, el MOSFET está en un estado de conducción y la batería se puede cargar y descargar libremente. Dado que el MOSFET tiene una pequeña impedancia de conducción, que suele ser inferior a 30 mm, su resistencia de conducción tiene un pequeño efecto en el rendimiento del circuito. La corriente consumida por el circuito de protección en este estado es μA, generalmente menos de 7μA.

2, protección de sobrecarga

El método de carga requerido para las baterías de iones de litio es corriente constante / presión constante. En la etapa inicial de carga, se carga la corriente constante. Con el proceso de carga, el voltaje aumentará a 4,2 V y la presión constante se cargará hasta que la corriente sea cada vez más pequeña.

Cuando la batería está cargada, si el circuito del cargador está fuera de control, el voltaje de la batería continuará cargándose después de que el voltaje de la batería exceda los 4.2 V. En este momento, el voltaje de la batería continuará aumentando. Cuando el voltaje de la batería se carga a más de 4,3 V, el lado químico de la batería se intensificará la reacción, puede causar daños a la batería o problemas de seguridad y es necesario terminar el estado de carga. En este punto, el IC de protección detecta el voltaje de la batería. Cuando llega a 4,28 V (asumiendo que el punto de sobrecarga de la batería es de 4,28 V), se activa la protección de sobrecarga, y el MOSFET de potencia se cambia de conducción a corte, y luego se apaga la carga. Además, también se debe prestar atención a los errores de detección de sobrecarga debidos al ruido, para que no se consideren una protección de sobrecarga. Por lo tanto, es necesario establecer el tiempo de retardo, generalmente establecido en aproximadamente 1 segundo. Y el tiempo de retardo no puede ser más corto que la duración del ruido.

3, protección contra descarga

En el proceso de descarga de carga externa, el voltaje de la batería disminuirá gradualmente con el proceso de descarga. En el caso de una descarga excesiva, el electrolito degradará las características de la batería debido a la descomposición. En este punto, si la batería continúa descargando la carga, causará daños permanentes a la batería.

En el proceso de descarga de la batería, cuando el IC de control detecta que el voltaje de la batería es inferior a 2,3 V (este valor lo determina el IC de control, y diferentes IC tienen valores diferentes), se activará la protección de descarga excesiva, de modo que el MOSFET de potencia se cambiará de activado a desactivado. Descarga, para evitar una descarga excesiva de la batería y mantener la batería en un modo de espera de corriente estática baja, la corriente en este momento es de solo 0,1 μA. Cuando la batería de iones de litio está conectada al cargador y el voltaje de la batería de iones de litio es más alto que el voltaje de descarga excesivo, la función de protección contra descarga excesiva puede levantarse. Además, considerando la situación de descarga de pulsos, el circuito de detección de sobredescarga tiene un tiempo de retardo para evitar acciones erróneas.

4, protección contra sobrecorriente

Para garantizar la seguridad, la descarga debe detenerse inmediatamente debido a una sobrecorriente causada por causas desconocidas. Es decir, cuando la corriente de descarga es demasiado grande, el IC de protección activará la protección contra sobrecorriente. En este momento, la detección de sobrecorriente usa el Rds (encendido) del MOSFET de potencia como impedancia inductiva para monitorear la caída de voltaje. Si Gaoze deja de descargar más del voltaje de detección de sobrecorriente especificado, la fórmula es: V = I × Rds (encendido) × 2 (V es el voltaje de detección de sobrecorriente, I es la corriente de descarga) lo mismo, la detección de sobrecorriente también debe tener un retraso tiempo para evitar acciones accidentales cuando hay una entrada de corriente de ráfaga. Este tiempo de retardo suele ser de unos 13 milisegundos. Por lo general, después de que se genera la sobrecorriente, si se puede eliminar el factor de sobrecorriente (por ejemplo, inmediatamente separado de la carga), se restablecerá su estado normal y se podrán realizar nuevamente las acciones normales de carga y descarga.

Protección contra cortocircuitos

Cortocircuito causado por razones desconocidas, para garantizar la seguridad, debe detenerse de inmediato. Cuando ocurre la situación de cortocircuito, el IC de protección activará la protección de cortocircuito. El tiempo de retardo para la protección contra cortocircuitos es extremadamente corto, generalmente menos de 7 microsegundos. Su principio de funcionamiento es similar al de la protección contra sobrecorriente, pero el método de juicio es diferente y el tiempo de retardo de la protección también es diferente.

En la actualidad, la empresa realiza investigación y desarrollo de varios núcleos de potencia. A largo plazo, ensamblar baterías terminadas también es uno de nuestros objetivos. El circuito de protección será uno de los componentes importantes que consideremos. Con la aplicación más amplia de las baterías de iones de litio, los requisitos para los circuitos de protección se han vuelto cada vez más altos. En el futuro, el CI de protección mejorará aún más la precisión del voltaje de detección, reducirá el consumo de corriente del CI de protección y mejorará la prevención de acciones erróneas. A medida que el volumen del teléfono móvil se vuelve cada vez más pequeño, los requisitos para el volumen del circuito de protección de las baterías de iones de litio se han vuelto cada vez más pequeños. En los últimos dos años, ha habido productos que integran el IC de control y el MOSFET en un IC de protección, como la serie DA7112 de DIALOG. Algunos fabricantes incluso encapsulan todo el circuito de protección en un IC de tamaño pequeño, como los productos de MITSUMI.

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