保护IC基本知识

2020/1/71单节锂离子保护IC2020/1/72充电电池使用过程中，过充电、过放电和过电流是影响电池使用寿命和性能的主要因素，充电电池保护IC通过保护环路有效监测并防止对电池产生损害。2020/1/73•在锂离子充电电池的使用过程中，可能会由于使用者的错误使用而造成过充，产生电池温度上升；其次，由于电解液的分解而产生瓦斯，使其内部压力上升，以及金属锂等的释出而造成有起火及破裂的危险。相反，在放电时，如果产生过放将会分解电解液，使得电池的特性产生劣化。•为了避免过充及过放所产生的安全性问题，并防止电池特性劣化，在锂离子电池包中采用了保护回路42020/1/7图1保护回路由两个FET和专用IC(以下称为保护IC)构成。保护IC负责监测电池电压，并控制两个FET的栅极，而FET分别实现过充和过放的控制功能。保护线路过充过放2020/1/75锂离子充电电池保护用IC的基本功能•1.过充监测防止电池的特性劣化、起火及破裂，确保安全性。•2.过放监测防止电池特性劣化，确保电池的使用寿命。•3.过电流监测防止FET的破坏，短路保护及确保搬运时的安全性。采用保护回路来实现以上三种保护功能，提高电池包的安全性和可靠性。2020/1/76S-8261系列IC•S-8261系列是由内藏高精度电压检出电路和延迟电路组成的锂离子/锂化合物可充电电池保护IC。•它最适合于单节锂离子/锂化合物可充电电池的过充电、过放电和过电流保护。2020/1/77特点：•1、内藏高精度电压检出电路•2、连接充电器的端子采用高耐压装置•3、各种延迟时间均由内藏电路来实现•4、内藏三级过电流检出电路•5、可以选择有/无向0V电池充电功能•6、充电器检出功能、异常充电电流检出功能•7、低消耗电流•8、宽工作温度范围：-40℃~+85℃•9、小型封装:6脚绝对最大额定值：28V正常工作时：3.5μA,7μA(max)休眠时：0.1μA（max）82020/1/7充电控制放电控制过电流检出端正电源输入端负电源输入端测定延迟时间MOSFET锂离子保护IC连接例子92020/1/7VM端检出的电压值来判定102020/1/7放电控制充电控制ESD对策电源变动对策充电器逆连接对策112020/1/7工作时序图1.过充电、过放电时序2020/1/712通常状态：•在通常状态下可以自由充放电，因此控制用FET都为接通状态。为了有效地利用放电电流及充电电流，在FET里采用了小接通阻抗功率MOS管。•注*初次连接电池时，会有不能放电的状态，这时，短路VM端子和VSS端子，或连接充电器就能恢复到通常状态。2020/1/713过充电状态：•过充保护功能是指在电池电压达到某个电压(以下称为过充电检测电压)时，禁止由充电器继续充电。即，将控制过充的FET变成关断状态，停止充电电流的流动。•控制IC的充电控制CO引脚控制充电用FET，检测到过充电电压时，CO出发低电平，使控制充电FET关断，停止对电池充电。2020/1/714过放电状态•过放电保护功能是指在电池电压降到某个电压(以下称为过放电检测电压)时，停止对负载放电。即，将控制放充的FET变成关断状态，停止放电电流的流动。•控制IC的放电控制DO引脚控制放电用FET，检测到过放电电压时，DO出发低电平，使控制放电FET关断，停止对负载放电。2020/1/715过电流状态过电流1、过电流2、短路•在通常状态的电池使用时，放电电流在额定值以上，且这个状态持续在过电流检出延迟时间以上的场合，关闭放电控制用FET，停止放电。这个状态叫作过电流状态。•功能:在消耗大电流时停止对负载的放电•目的:保护电池及FET，确保电池包在工作状态下的安全性。过电流检测是将FET的接通电阻当成感应电阻处理，监视其电压的状况，若比所设定的电压(过电流检测电压)还高，则立即停止放电。过电流检测必须设置延迟时间。若没有延迟时间，当突然有电流流入时，会检测出过电电流，而使得放电停止。因此，近来的保护IC都分为在短路时和突然有电流流入时的两种不同状况的检测。过电流检测之后，电池包与负载脱离后将恢复到常态，可以再充电或放电。2020/1/716选择IC2020/1/717锂离子充电电池保护IC的发展趋势•a．保护功能需求改变•b.过充电检测电压精度更高•c.低成本及高安全性•d.将控制IC和外部FET集成•e.汽车用保护IC•f.锂离子聚合物电池用保护IC2020/1/718a．保护功能需求改变•并非所有应用都要求具备过充、过放及过电流保护的功能。例如，将来也许会采用只有过放电保护功能的保护IC构成其保护回路。2020/1/719b.过充电检测电压精度更高•为了提高电池包的安全性，要求过充电检测电压的精度足够高。现在，±25mV(温度＝25℃的条件下)为最高精度，但在其它温度范围内，将来会要求能达到同样的高精度。2020/1/720c.低成本及高安全性•在保护回路上，同时要求成本低和高安全性。这样，未来可能会划分为保护IC及复位IC等功能简化产品，以及使用专用IC等两大类。2020/1/721d.将控制IC和外部FET集成•在考虑空间的情况下，将控制IC和外接FET采用单个封装。但是，由于FET能选择的范围有限，再加上FET的热影响会产生控制系统的误动作和破坏等在安全性问题，采用单一封装IC并不是最佳的选择。2020/1/722e.汽车用保护IC•锂离子充电电池的最大市场为汽车电池的市场。与便携式电子产品相比，由于容量变大，因此其安全性的要求会更加高，以往的保护功能可能并不能满足需要。因此，如何满足这些变化是今后的重要课题。2020/1/723f.锂离子聚合物电池用保护IC•各电池厂商都在加速开发锂离子聚合物电池，并宣称将不再需要保护回路。但是，这并不能真的马上实现，将可能发展为使用只具有一部分保护功能的保护回路。因而可以推想，今后保护用IC会有简化的趋势。2020/1/724问题：1、IC在锂离子电池中有作用？2、IC如何防止锂电过充、过放和过流？3、如何选择IC,举例。4、IC如何控制MOSFET动作？5、简述IC发展趋势。