Tragbare Lithiumbatterie-Schutzschaltung

In den letzten Jahren haben immer mehr Produkte, darunter pdas, Digitalkameras, Mobiltelefone, tragbare Audiogeräte und Bluetooth-Geräte, Lithiumbatterien als Hauptstromquelle verwendet. Lithiumbatterien haben die Vorteile einer geringen Größe, einer hohen Energiedichte, ohne Speichereffekt, einer hohen Lebensdauer, einer Hochspannungsbatterie und einer geringen Selbstentladungsrate usw. Anders als bei Nickel-Cadmium- und Nickelhydrid-Batterien muss die Lithiumbatterie die Sicherheit berücksichtigen während des Ladens und Entladens, um eine Verschlechterung der Eigenschaften zu verhindern. Der Schutz vor Überladung, Überentladung, Überstrom und Kurzschluss von Lithiumbatterien ist sehr wichtig. Daher sind im Batteriepack normalerweise Schutzleitungen zum Schutz von Lithiumbatterien vorgesehen.

Aufgrund der hohen Energiedichte von lithium-ionen-batterien ist es schwierig, die Sicherheit von Batterien zu gewährleisten. Im Überladezustand ist die Energie nach dem Anstieg der Batterietemperatur zu hoch, und dann zersetzt sich der Elektrolyt und erzeugt Gas. Der Innendruck steigt an und es besteht die Gefahr einer spontanen Verbrennung oder eines Bruchs. Andererseits verschlechtert der Elektrolyt im Falle einer übermäßigen Entladung die Batterieeigenschaften und die Haltbarkeit aufgrund der Zersetzung, wodurch die Anzahl der Ladungen verringert wird.

Die Schutzschaltung der Lithium-Ionen-Batterie soll die Sicherheit eines solchen Überlade- und Entladezustands gewährleisten und die Verschlechterung der Eigenschaften verhindern. Die Schutzschaltung der Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einem Schutz-IC und zwei Leistungs-MOSFETs, bei denen der Schutz-IC die Batteriespannung überwacht, auf den außen hängenden Leistungs-MOSFET umschaltet, um die Batterie bei Überladung und Entladung zu schützen, sowie auf den Schutz-IC Zu den Funktionen gehören Überladeschutz, Überentladungsschutz und Überstrom- / Kurzschlussschutz.

I. Überladeschutz

Das Prinzip des Überladeschutz-IC lautet wie folgt: Wenn das externe Ladegerät die Lithiumbatterie auflädt, muss der Ladezustand beendet werden, um den durch Temperaturanstieg verursachten Anstieg des Innendrucks zu verhindern. Zu diesem Zeitpunkt muss der Schutz-IC die Batteriespannung erfassen. Wenn er 4,25 V erreicht (vorausgesetzt, der Batterieüberladepunkt beträgt 4,25 V), aktiviert er den Überladeschutz und schaltet den Leistungs-MOSFET von Ein auf Aus und schaltet ihn ab das Laden.

Darüber hinaus ist es auch erforderlich, auf das durch die Überladungserkennungsfehleraktion erzeugte Rauschen zu achten, um nicht als Überladungsschutz beurteilt zu werden. Daher muss die Verzögerungszeit eingestellt werden, und die Verzögerungszeit kann nicht kürzer als die Dauer des Rauschens sein.

Überentladungsschutz

Bei übermäßiger Entladung verschlechtert der Elektrolyt die Batterieeigenschaften aufgrund von Zersetzung und verkürzt die Ladezeiten. Der Lithium-Batterieschutz-IC kann eine übermäßige Entladung vermeiden und eine Batterieschutzfunktion realisieren.

Übermäßiger Entladungsschutz IC-Prinzip: Um die übermäßige Entladung der Lithiumbatterie zu verhindern, wird angenommen, dass die an die Last angeschlossene Lithiumbatterie aktiviert wird, wenn die Lithiumbatteriespannung unter ihrem Prüfpunkt für die übermäßige Entladespannung (2,3 V) liegt Durch den Schutz vor übermäßiger Entladung wird der Leistungs-MOSFET geöffnet, um durch die Entladung abgeschaltet zu werden. Um ein Phänomen der übermäßigen Entladung der Batterie zu vermeiden, und die Batterie im Standby-Modus für niedrigen statischen Strom zu halten, beträgt der Strom nur 0,1 mA.

Wenn die Lithiumbatterie an das Ladegerät angeschlossen ist und die Lithiumbatteriespannung höher als die Überentladungsspannung ist, kann die Überentladungsschutzfunktion entfernt werden. Zusätzlich wird unter Berücksichtigung der Situation der Impulsentladung eine Verzögerungszeit in der Überentladungserfassungsschaltung eingestellt, um eine Fehlbedienung zu vermeiden.

Überstrom und Kurzschlussstrom

Die Entladung muss sofort gestoppt werden, um die Sicherheit von Überstrom oder Kurzschluss zu gewährleisten, die aus unbekannten Gründen verursacht werden (beim Entladen oder wenn die positiven und negativen Pole versehentlich von Metallgegenständen berührt werden).

Für das Überstromschutz-IC-Prinzip aktiviert der Schutz-IC einen Kurzschlussstromschutz, wenn der Entladestrom zu groß ist oder ein Kurzschluss auftritt. Der Überstrom zum Zeitpunkt des Tests dient dazu, den MOSFET Rds (ein) als induktive Impedanz zur Überwachung mit Strom zu versorgen Wenn der Spannungsabfall höher ist als durch die Überstromerkennungsspannung eingestellt, wird die Entladung gestoppt. Die Berechnungsformel lautet:

V- = I Rds (ein) 2 (V- ist die Überstromerkennungsspannung, I ist der Entladestrom)

Angenommen, V - = 0,2 V, Rds (ein) = 25 mΩ, schützen Sie die Stromgröße von I = 4 a

In ähnlicher Weise muss die Überstromerkennung eine Verzögerungszeit haben, falls ein plötzlicher Stromzufluss auftritt, um die falsche Aktion zu erzeugen.

Wenn der Überstromfaktor nach dem Erzeugen des Überstroms entfernt werden kann (z. B. wird er sofort von der Last getrennt), wird normalerweise sein normaler Zustand wiederhergestellt und der normale Lade- und Entladevorgang kann ausgeführt werden nochmal.

Iv. Neue Funktionen des Lithium-Batterieschutz-IC

Zusätzlich zu den oben genannten IC-Funktionen zum Schutz von Lithiumbatterien sind auch die folgenden neuen Funktionen zu beachten:

1. Überstromschutz während des Ladevorgangs

Wenn das Ladegerät zum Laden angeschlossen ist und plötzlich ein Überstrom erzeugt wird (z. B. wenn das Ladegerät beschädigt ist), erkennt der Stromkreis den Überstrom sofort. Zu diesem Zeitpunkt wird der Cout von hoch nach niedrig geändert, und der Leistungs-MOSFET wird von ein nach aus geändert, um die Schutzfunktion zu realisieren.

V minus Lambda ist I mal Rds von mal 2

(I ist der Ladestrom; Vdet4, Überstromerkennungsspannung, Vdet4 ist -0,1 V)

2. Sperrmodus während des Überladens

Normalerweise durchläuft der Schutz-IC eine Verzögerungszeit im Überladeschutz und unterbricht dann den Leistungs-MOSFET, um den Schutzzweck zu erreichen, wenn die Lithiumbatteriespannung auf den Freigabepunkt gefallen ist (Überladungsverzögerungsspannung). wird sich erholen, zu diesem Zeitpunkt wird weiterhin Schutz Schutz Entladung Ladung Entladung. Das Sicherheitsproblem in diesem Zustand kann nicht effektiv gelöst werden. Die Lithiumbatterie wiederholt den Vorgang des Ladens, Entladens, Ladens und Entladens, und das Gate des Leistungs-MOSFET befindet sich wiederholt im Wechselzustand von Hoch- und Niederspannung, was den MOSFET heiß machen und die Batterielebensdauer verkürzen kann. Daher ist der Sperrmodus sehr wichtig. Der MOSFET wird nicht heiß und ist relativ sicherer, wenn die Li-Ionen-Schutzschaltung einen Verriegelungsmodus hat, wenn ein Überladeschutz erkannt wird.

Nach dem Überladeschutz wird der Überladesperrmodus aktiviert, solange das Ladegerät an den Akku angeschlossen ist. Selbst wenn die Spannung der Lithiumbatterie abfällt, erfolgt zu diesem Zeitpunkt kein Aufladen. Der Lade- und Entladezustand kann wiederhergestellt werden, indem das Ladegerät entfernt und die Last angeschlossen wird.

3. Reduzieren Sie die Größe der Komponenten der Schutzschaltung

Integrieren Sie Überlade- und Kurzschlussschutzverzögerungskondensatoren in den Schutz-IC, um die Größe der Schutzschaltungskomponenten zu verringern.

Fünftens den Schutz der IC-Leistungsanforderungen

1. Hohe Präzision des Überladeschutzes

Wenn der lithium-ionen-akku einen Überladezustand aufweist, muss der Ladezustand unterbrochen werden, um den durch Temperaturanstieg verursachten Anstieg des Innendrucks zu verhindern. Der Schutz-IC erkennt die Batteriespannung, und wenn eine Überladung erkannt wird, bewirkt der Leistungs-MOSFET, der eine Überladung erkennt, dass diese zum Laden abgeschaltet und abgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt ist zu beachten, dass die Erfassungsspannung beim Überladen von hoher Präzision ist. Wenn der Akku aufgeladen wird, ist es für Benutzer von großer Bedeutung, den Akku unter Berücksichtigung der Sicherheit vollständig aufzuladen. Daher ist es notwendig, den Ladezustand zu unterbrechen, wenn die zulässige Spannung erreicht ist. Um die beiden Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen, ist ein Detektor mit hoher Präzision erforderlich. Derzeit beträgt die Genauigkeit des Detektors 25 mV, und die Genauigkeit wird weiter verbessert.

2. Reduzieren Sie den Stromverbrauch des Schutz-IC

Mit zunehmender Betriebszeit nimmt die Spannung des geladenen lithium-ionen-akkus allmählich ab und fällt schließlich unter den Standardwert. Zu diesem Zeitpunkt muss es aufgeladen werden. Wenn der Akku ohne Aufladung weiter verwendet wird, kann er möglicherweise aufgrund übermäßiger Entladung nicht mehr verwendet werden. Um eine übermäßige Entladung zu vermeiden, muss der Schutz-IC die Batteriespannung prüfen. Sobald die Spannung unterhalb der Erfassungsspannung einer übermäßigen Entladung erreicht ist, muss der Leistungs-MOSFET auf der Entladungsseite abgeschaltet werden, um die Entladung zu stoppen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Batterie selbst jedoch noch einen natürlichen Entladungs- und Verbrauchsstrom des Schutz-IC, so dass es notwendig ist, den Verbrauchsstrom des Schutz-IC zu minimieren.

3. Der Überstrom- / Kurzschlussschutz erfordert eine niedrige Erkennungsspannung und eine hohe Präzision

Die Entladung muss sofort gestoppt werden, wenn ein Kurzschluss aus unbekannten Gründen verursacht wird. Die Erkennung eines Überstroms basiert auf den Rds (on) des Leistungs-MOSFET als induzierte Impedanz zur Überwachung des Spannungsabfalls. Zu diesem Zeitpunkt wird die Entladung gestoppt, wenn die Spannung höher als die Erfassungsspannung des Überstroms ist. Um den Leistungs-MOSFET Rds (ein) zum Zeitpunkt des Anlegens des Ladestroms und des Entladestroms gültig zu machen, muss der niedrige Impedanzwert so weit wie möglich eingestellt werden, derzeit beträgt die Impedanz etwa 20 mΩ ~ 30 mΩ diesen Strom Spannung kann niedriger sein.

4. Hochspannungswiderstand

Hochspannung wird sofort erzeugt, wenn der Akku an das Ladegerät angeschlossen wird. Daher sollte der Schutz-IC die Anforderungen an den Hochspannungswiderstand erfüllen.

5. Geringer Batterieverbrauch

Der statische Stromverbrauch muss im geschützten Zustand 0,1 A kleiner sein.

Null Volt wiederaufladbar

Während der Lagerung können einige Batterien aus zu langen oder ungewöhnlichen Gründen eingelegt werden, um die Spannung auf 0 V zu senken. Daher muss der Schutz-IC, der auf 0 V eingestellt sein muss, auch aufgeladen werden.

Vi. Aussicht auf IC-Entwicklung

Wie oben erwähnt, wird der Schutz-IC in Zukunft die Genauigkeit der Erfassungsspannung weiter verbessern, den Stromverbrauch des Schutz-IC verringern und die Funktion zur Verhinderung von Fehlbedienungen usw. verbessern. Gleichzeitig ist der Hochspannungswiderstand der Anschlussklemme des Ladegeräts gleich auch der Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung. In Bezug auf die Verpackung wurde sot23-6 schrittweise auf SON6-Verpackungen übertragen, und in Zukunft wird es CSP-Verpackungen und sogar COB-Produkte geben, um den aktuellen Schwerpunkt auf dünne und leichte Anforderungen zu erfüllen.

In Bezug auf die Funktion muss der Schutz-IC nicht alle Funktionen integrieren. Ein einzelner Schutz-IC kann für verschiedene Lithiumbatteriematerialien wie Überladeschutz oder Überentladungsschutz entwickelt werden, wodurch Kosten und Größe erheblich reduziert werden können.

Natürlich sind funktionale Komponenten von Einkristallen das gleiche Ziel, wie sie derzeit von Mobiltelefonherstellern erwartet werden, um ICs, Ladeschaltungen und Energieverwaltungs-ICs zu schützen, und andere Peripherieschaltungen und Logik-ICs bilden einen Dual-Chip-Chipsatz, aber im Moment Um die Leerlaufimpedanz-Leistungs-MOSFET zu reduzieren, die sich schwer in andere ICs integrieren lässt, selbst in einer bestimmten Technologie, die zu einem einzelnen Chip verarbeitet wurde, befürchte ich, dass die Kosten hoch sein werden. Daher wird es einige Zeit dauern, bis der Schutz des IC-Einkristalls gelöst ist.

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