当外接充电器给锂电池充电时,为了防止内部压力因温度升高而升高,需要终止充电条件。此时,保护IC需要检测电池电压。当它达到4.25V(假设电池的过充电点是4.25V)并且过充电保护被激活时,PowerMOS被打开'关闭',然后停止充电。另外,过充检测时,一定要注意噪声引起的误操作,以免判断为过充保护,所以需要设置delaytime,延迟时间不能短于噪声时间。
1.充电期间的过电流保护
连接充电器充电时,突然出现过流(如充电器损坏),电路立即检测到过流。此时Cout会由高变低,功率MOSFET由开变关,实现保护功能。
v-=ITImes;Rds(开启)时间;
(I是充电电流;Vdet4,过流检测电压,Vdet4为-0.1V)
2.过度充电期间的锁定模式
通常情况下,保护IC在过充保护时会经历一段延迟时间,然后切断功率MOSFET,达到保护的目的。当锂电池的电压已经降到释放点(过充滞后电压)时,就会恢复,然后继续充电保护放电充电放电。这种状态下的安全问题不会得到有效解决。锂电池会一直重复充电放电充电放电的动作,功率MOSFET的栅极会反复处于高低电压的交替状态,可能会使MOSFET发热,降低电池寿命,所以锁定模式很重要。如果锂电池保护电路在检测过充保护时有锁定模式,MOSFET不会发热,安全性会相对提高。
过充保护后,只要充电器连接电池组,此时就会进入过充锁定模式。此时锂电池即使电压下降也不会再充电,卸下充电器接上负载就可以恢复充放电状态。
3.减小保护电路元件的尺寸。
用于过充电和短路保护的延迟电容器被集成到保护IC中,以减小保护电路组件的尺寸。
保护集成电路性能的要求
锂电池的保护电路是为了保证这种过充放电状态的安全性,防止特性恶化。锂电池保护电路由一个保护IC和两个功率MOSFET组成。保护IC监控电池电压;当有过充电和放电状态时,外部功率MOSFET被切换以保护电池。保护IC的功能是过充电保护、过放电保护和过电流/短路保护。
(1)过充:锂电池过充时,电池内的电解液会分解,导致温度上升,产生气体,可能会因压力上升而导致自燃或爆裂的危机。用锂电池保护集成电路的目的是防止过充电。(2)过放电:在过放电的情况下,电解液分解导致电池特性变差,充电次数减少,锂电池保护IC用于保护过放电的发生,从而达到保护作用。为了避免电池过度放电,使电池处于低静态电流的待机模式,此时功耗为0.1 UA.
当锂电池连接到充电器且锂电池电压高于过放电电压时,过放电保护功能可被解除。此外,对于脉冲放电的情况,过放电检测具有延迟时间以防止这种故障。
(3)过电流和短路电流:由于不明原因(放电时或正负极被金属物体意外碰到)发生过电流或短路电流,为确保安全,停止放电。电流保护IC原理:当放电电流过大或发生短路时,保护IC会激活过流(短路)保护。在这种情况下,过电流的检测是利用PowerMOS的Rds(on)作为感性阻抗来监测压降。如果高于规定的过流检测电压,放电将停止。公式为:V-(过流检测电压)=I(放电电流)*Rds(on)*2。假设V-=0.2V,rds (on)=25m,则保护电流为I=4A。同样,过流检测也要有延时,防止突然有电流流入时误动作,造成保护误动作。通常过流发生后,如果能消除过流的因素(如立即脱离负载),就会恢复到正常状态,可以再次进行正常的充放电动作。