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充电电池保护IC的实现原理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。本文将详细阐述保护IC实现原理以及此类IC发展趋势。近年来,由于锂离子充电电池符合便携式电子产品在小型、重量轻及使用时间长方面要求,因而从移动电话和PDA等为代表便携式电子产品,到笔记本计算机、VTR等都开始大量采用锂离子充电电池。然而,另一方面,锂离子充电电池需要过充和过放等保护,所以通常在电池包里必须放置保护回路。本文将介绍锂离子充电电池保护用IC所产生作用,以及此类产品未来发展趋势。锂离子充电电池保护IC功能在锂离子充电电池使用过程中,可能会由于使用者错误使用而造成过充,产生电池温度上升;其次,由于电解液分解而产生瓦斯,使其内部压力上升,以及金属锂等释出而造成有起火及破裂危险。相反,在放电时,如果产生过放将会分解电解液,使得电池特性产生劣化。为了避免过充及过放所产生安全性问题,并防止电池特性劣化,在锂离子电池包中采用了保护回路,如图1所示。基本上,该保护回路由两个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栅极,而FET分别实现过充和过放控制功能。a.锂离子充电电池保护用IC基本功能关于锂离子充电电池保护,必须具有以下3个保护功能。1.过充监测防止电池特性劣化、起火及破裂,确保安全性。2.过放监测防止电池特性劣化,确保电池使用寿命。3.过电流监测防止FET破坏,短路保护及确保搬运时安全性。采用保护回路来实现以上三种保护功能,提高电池包安全性和可靠性。b.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。c.过充电保护过充保护功能是指在达到某个电压(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FET变成关断状态,停止充电电流流动。如图2所示,将电池包中控制充电FET栅极设置为关断状态,从而停止充电。但是,过充检测之后,必须保证可以在负载上放电。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。本文将详细阐述保护IC实现原理以及此类IC发展趋势。近年来,由于锂离子充电电池符合便携式电子产品在小型、重量轻及使用时间长方面要求,因而从移动电话和PDA等为代表便携式电子产品,到笔记本计算机、VTR等都开始大量采用锂离子充电电池。然而,另一方面,锂离子充电电池需要过充和过放等保护,所以通常在电池包里必须放置保护回路。本文将介绍锂离子充电电池保护用IC所产生作用,以及此类产品未来发展趋势。锂离子充电电池保护IC功能在锂离子充电电池使用过程中,可能会由于使用者错误使用而造成过充,产生电池温度上升;其次,由于电解液分解而产生瓦斯,使其内部压力上升,以及金属锂等释出而造成有起火及破裂危险。相反,在放电时,如果产生过放将会分解电解液,使得电池特性产生劣化。为了避免过充及过放所产生安全性问题,并防止电池特性劣化,在锂离子电池包中采用了保护回路,如图1所示。基本上,该保护回路由两个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栅极,而FET分别实现过充和过放控制功能。a.锂离子充电电池保护用IC基本功能关于锂离子充电电池保护,必须具有以下3个保护功能。1.过充监测防止电池特性劣化、起火及破裂,确保安全性。2.过放监测防止电池特性劣化,确保电池使用寿命。3.过电流监测防止FET破坏,短路保护及确保搬运时安全性。采用保护回路来实现以上三种保护功能,提高电池包安全性和可靠性。b.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。c.过充电保护过充保护功能是指在达到某个电压(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FET变成关断状态,停止充电电流流动。如图2所示,将电池包中控制充电FET栅极设置为关断状态,从而停止充电。但是,过充检测之后,必须保证可以在负载上放电。通过改善过充检测电压误差一方面提高电池安全性(防止内压上升),另一方面,由于高容量需求,要求提高其精确度。另外,过充电检测对应于脉冲充电及由于噪声而发生误动作,因而需要设定延迟时间。当前保护IC可以利用外接电容自由设定延迟时间。d.过放电保护过放电保护功能是在电池和电压变低时,停止对负载放电。如图3所示,将电池包控制过放FET栅极变成关断状态,禁止其放电。该过程正好与过充电检测时动作相反。由于在过放检测电压以下时电池电压不能再降低,因此必须要求保护用IC消耗电流极小。其次,很多过放检测电路设有延迟时间。e.过电流保护过电流保护功能是在消耗大电流时停止对负载放电,此功能目在于保护电池及FET,确保电池包在工作状态下安全性。过电流检测是将FET接通电阻当成感应电阻处理,监视其电压状况,若比所设定电压(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,近来保护IC都分为在短路时和突然有电流流入时两种不同状况检测。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。
本文标题:充电电池保护IC的实现原理
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