鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:888次 | 2020年06月04日
耗盡型工藝實(shí)現(xiàn)鋰離子電池充電保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)
引言
便攜式電子產(chǎn)品正向輕量化、超小型化發(fā)展,為此鋰離子電池得到廣泛應(yīng)用,比較常見的正極材料為鈷酸鋰和錳酸鋰的鋰離子電池,還有磷酸鐵鋰離子電池和磷酸鐵錳電池等。鋰離子電池以能量高、壽命長、無記憶性、無污染等特點(diǎn)排在電池行業(yè)的最前列。但是鋰離子電池和其他很多類型的電池相同極易出現(xiàn)過充電、過放電等現(xiàn)象,這些情況對(duì)鋰離子電池更容易造成損害,從而縮短它的使用壽命。所以要求鋰離子電池充電應(yīng)具有一級(jí)保護(hù)功能。
目前國內(nèi)還沒有這種電池保護(hù)的核心技術(shù),本文設(shè)計(jì)了一種鋰離子電池充電保護(hù)電路,此保護(hù)電路的電壓、電流源基于耗盡型工藝設(shè)計(jì),便于實(shí)現(xiàn)低功耗。另外此保護(hù)電路的供電電壓來源于電池電壓,所以要求此保護(hù)芯片在電池電壓變化范圍(1~8V)內(nèi)正常工作。本文設(shè)計(jì)的保護(hù)電路以低功耗、高精度、高能量密度、高內(nèi)阻、高安全性等特性脫穎而出,因此這種鋰離子電池保護(hù)電路的應(yīng)用得到了普及。
1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
此芯片是單節(jié)電池的保護(hù)電路并且過電壓、過電流的檢測(cè)延遲時(shí)間是可改變的,其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示,芯片設(shè)計(jì)VDD、VSS、Dp、CO、DO、VM6個(gè)引腳。通常情況下,即電池沒發(fā)生過充電、過放電事件時(shí),CO、DO都為高電平,Dp端子懸空,圖1中右半部分的6個(gè)MOSFET是耐高壓管。
工作原理是通過監(jiān)視連接在VDD和VSS之間的電池電壓及VM和VSS之間的電壓差控制充電器的充電和放電。
1.1通常狀態(tài)的設(shè)計(jì)
如圖1所示,通常狀態(tài)下,即電池電壓在過放電檢測(cè)電壓(VDL)以上且在過充電檢測(cè)電壓(VCU)以下,VM端子的電壓在充電器檢測(cè)電壓(VCHA)以上且在過電流1檢測(cè)電壓以下的情況下,設(shè)計(jì)振蕩器模塊不工作,充電控制用MOSFET和放電控制用MOSFET的兩方均打開。這時(shí)可以進(jìn)行自由的充電和放電。
1.2過電壓檢測(cè)的設(shè)計(jì)
當(dāng)電池出現(xiàn)過充電時(shí),過充比較器跳變,過充電檢測(cè)電壓VCU從H變成L,經(jīng)過過充電檢測(cè)延遲時(shí)間后,禁止電池充電。同時(shí),電路的輸出TCU為H,經(jīng)過一個(gè)反饋電路使過充電比較器的輸入電壓升高,所以電池電壓必須下降更多才能使比較器輸出變?yōu)镠.這就實(shí)現(xiàn)了過充電滯后電壓的設(shè)計(jì)過程。
當(dāng)電池過放電時(shí),過放電檢測(cè)電壓VDL從H變?yōu)長,經(jīng)過時(shí)間TDL后,禁止電池放電。此時(shí),通過0V充電禁止模塊使VM升高,從而五個(gè)比較器的使能端SD跳變?yōu)闊o效狀態(tài),此時(shí)電路中的五個(gè)比較器都不工作,而且振蕩器也不工作,電路進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)VM降低使SD再次發(fā)生改變時(shí),電路解除休眠狀態(tài)。休眠狀態(tài)的電流不能超過100nA.
1.3過電流檢測(cè)的設(shè)計(jì)
當(dāng)VM端子電壓大于過電流1檢測(cè)電壓,并且這個(gè)狀態(tài)在過電流1檢測(cè)延遲時(shí)間以上時(shí),關(guān)閉放電用的FET從而停止放電。
當(dāng)VM端子電壓大于過電流2檢測(cè)電壓,并且這個(gè)狀態(tài)在過電流2檢測(cè)延遲時(shí)間以上時(shí),關(guān)閉放電用的FET從而停止放電。
通過不同環(huán)形振蕩器的振蕩頻率,調(diào)整過電流的檢測(cè)延遲時(shí)間的長短,可及時(shí)停止放電。