鉅大LARGE | 點擊量：6910次 | 2018年05月08日
鋰電池保護IC的新功能及其工作原理是什么？
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。
一、工作原理
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;2
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（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。
二、對保護IC性能的要求
1.過度充電保護的高精密度化
當鋰離子電池有過度充電狀態時，為防止因溫度上升所導致的內壓上升，須截止充電狀態。保護IC將檢測電池電壓，當檢測到過度充電時，則過度充電檢測的功率MOSFET使之切斷而截止充電。此時應注意的是過度充電的檢測電壓的高精密度化，在電池充電時，使電池充電到飽滿的狀態是使用者很關心的問題，同時兼顧到安全性問題，因此需要在達到容許電壓時截止充電狀態。要同時符合這兩個條件，必須有高精密度的檢測器，目前檢測器的精密度為25mV，該精密度將有待于進一步提高。
2.降低保護IC的耗電
隨著使用時間的增加，已充過電的鋰離子電池電壓會逐漸降低，最后低到規格標準值以下，此時就需要再度充電。若未充電而繼續使用，可能造成由于過度放電而使電池不能繼續使用。為防止過度放電，保護IC必須檢測電池電壓，一旦達到過度放電檢測電壓以下，就得使放電一方的功率MOSFET切斷而截止放電。但此時電池本身仍有自然放電及保護IC的消耗電流存在，因此需要使保護IC消耗的電流降到最低程度。
3.過電流/短路保護需有低檢測電壓及高精密度的要求
因不明原因導致短路時必須立即停止放電。過電流的檢測是以功率MOSFET的Rds（on）為感應阻抗，以監視其電壓的下降，此時的電壓若比過電流檢測電壓還高時即停止放電。為了使功率MOSFET的Rds（on）在充電電流與放電電流時有效應用，需使該阻抗值盡量低，目前該阻抗約為20mΩ~30mΩ，這樣過電流檢測電壓就可較低。
4.耐高電壓
電池包與充電器連接時瞬間會有高壓產生，因此保護IC應滿足耐高壓的要求。
5.低電池功耗
在保護狀態時，其靜態耗電流必須要小0.1μA.
6.零伏可充電
有些電池在存放的過程中可能因為放太久或不正常的原因導致電壓低到0V，故保護IC需要在0V時也可以實現充電。
三、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。
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