鋰電池保護IC工作原理,鋰電池保護IC是什么芯片

來源：存能電氣  日期：2019-06-25 15:54  瀏覽量：次

　　鋰電池保護IC工作原理，鋰電池保護IC是什么芯片？鋰電池除了過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能等鋰電池的保護IC功能之外，還有其他的保護IC的新功能。那么鋰電池保護IC工作原理是怎樣的？鋰電池保護IC是什么芯片？

　　鋰電池保護IC工作原理

　　當外部充電器對鋰電池充電時，為防止因溫度上升所導致的內壓上升，需終止充電狀況，此時保護IC需檢測電池電壓，當到達4.25V時(假設電池過充點為4.25V)及激活過充電保護，將PowerMOS由ON'OFF，進而截止充電。另外，過充電檢出，因噪聲所產生的誤動作也是必須要注意的，以免判定為過充保護，因此需要延遲時間的設定，而delaytime也不能短于噪聲的時間。

　　1.充電時的過電流保護

　　當連接充電器進行充電時突然產生過電流（如充電器損壞），電路立即進行過電流檢測，此時Cout將由高轉為低，功率MOSFET由開轉為切斷，實現保護功能。

　　V-=I&TImes；Rds（on）&TImes；

　　（I是充電電流；Vdet4，過電流檢測電壓，Vdet4為-0.1V）

　　2.過度充電時的鎖定模式

　　通常保護IC在過度充電保護時將經過一段延遲時間，然后就會將功率MOSFET切斷以達到保護的目的，當鋰電池電壓一直下降到解除點（過度充電滯后電壓）時就會恢復，此時又會繼續充電→保護→放電→充電→放電。這種狀態的安全性問題將無法獲得有效解決，鋰電池將一直重復著充電→放電→充電→放電的動作，功率MOSFET的柵極將反復地處于高低電壓交替狀態，這樣可能會使MOSFET變熱，還會降低電池壽命，因此鎖定模式很重要。假如鋰電保護電路在檢測到過度充電保護時有鎖定模式，MOSFET將不會變熱，且安全性相對提高很多。

　　在過度充電保護之后，只要充電器連接在電池包上，此時將進入過充鎖定模式。此時，即使鋰電池電壓下降也不會產生再充電的情形，將充電器移除并連接負載即可恢復充放電的狀態。

　　3.減少保護電路組件尺寸

　　將過度充電和短路保護用的延遲電容器整合在到保護IC里面，以減少保護電路組件尺寸。

　　對保護IC性能的要求

　　鋰電池的保護電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態時的安全性，并防止特性的劣化。鋰電池的保護電路是由保護IC、及兩顆Power-MOSFET所構成。其中保護IC為監視電池電壓；當有過度充電及放電狀態時，則切換以外掛的Power-MOSFET來保護電池，保護IC的功能為：過度充電保護、過度放電保護、過電流/短路保護。

　　(1)過度充電：當鋰電池發生過度充電時，電池內電解質會被分解，使得溫度上升并產生氣體，使得壓力上升而可能引起自燃或爆裂的危機，鋰電池保護IC用意就是要防止過充電的情形發生。

　　(2)過度放電：在過度放電的情形下，電解液因分解而導致電池特性劣化，并造成充電次數的降低，鋰電池保護IC用以保護其過放電的狀況發生，達成保護動作。以避免電池過放電現象發生，并將電池保持在低靜態電流的狀態(standbymode)，此時耗電為0.1uA。

　　當鋰電池接上充電器，且此時鋰電池電壓高于過放電電壓時，過放電保護功能方可解除。另外，為了對于脈沖放電之情形，過放偵測設有延遲時間用以預防此種誤動作的發生。

　　(3)過電流及短路電流：因為不明原因(放電時或正負極遭金屬物誤觸)造成過電流或短路電流發生，為確保安全，使其停止放電。電流保護IC原理：當放電電流過大或短路情況發生時，保護IC將激活過(短路)電流保護，此時過電流的檢測是將PowerMOS的Rds(on)當成感應阻抗用以監測其電壓的下降情形，若比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電，公式為：V-(過電流檢測電壓)=I(放電電流)*Rds(on)*2。假設V-=0.2V，Rds(on)=25mΩ，則保護電流的大小為I=4A同樣的，過電流檢出也必須要設有延遲時間以防有突然的電流流入時，會發生誤動作，使其發生保護的誤動作。通常在過電流發生后，若能移除過電流之因素(例如：馬上與負載脫離)，就會回復其正常狀態，可以再實行正常的充放電動作。

　　鋰電池保護IC是什么芯片？

　　IC芯片(IntegratedCircuit集成電路)是將大量的微電子元器件(晶體管、電阻、電容、二極管等)形成的集成電路放在一塊塑基上，做成一塊芯片。目前幾乎所有看到的芯片，都可以叫做IC芯片。

　　保護IC發展展望

　　如前所述，未來保護IC將進一步提高檢測電壓的精密度、降低保護IC的耗電流和提高誤動作防止功能等，同時充電器連接端子的高耐壓也是研發的重點。在封裝方面，目前已由SOT23-6逐漸轉向SON6封裝，將來還有CSP封裝，甚至出現COB產品用以滿足現在所強調的輕薄短小要求。

　　在功能方面，保護IC不需要整合所有的功能，可根據不同的鋰電池材料開發出單一保護IC，如只有過充保護或過放保護功能，這樣可以大幅減少成本及尺寸。

　　當然，功能組件單晶體化是不變的目標，如目前手機制造商都朝向將保護IC、充電電路以及電源管理IC等周邊電路與邏輯IC構成雙芯片的芯片組，但目前要使功率MOSFET的開路阻抗降低，難以與其它IC整合，即使以特殊技術制成單芯片，恐怕成本將會過高。因此，保護IC的單晶體化將需一段時間來解決。