保護IC基本知識

保護IC基本知識充電電池使用過程中，過充電、過放電和過電流是影響電池使用壽命和性能的主要因素，充電電池保護IC通過保護環(huán)路有效監(jiān)測并防止對電池產(chǎn)生損害。2/2/20232在鋰離子充電電池的使用過程中，可能會由于使用者的錯誤使用而造成過充，產(chǎn)生電池溫度上升；其次，由于電解液的分解而產(chǎn)生瓦斯，使其內(nèi)部壓力上升，以及金屬鋰等的釋出而造成有起火及破裂的危險。相反，在放電時，如果產(chǎn)生過放將會分解電解液，使得電池的特性產(chǎn)生劣化。為了避免過充及過放所產(chǎn)生的安全性問題，并防止電池特性劣化，在鋰離子電池包中采用了保護回路2/2/20233圖1保護回路由兩個FET和專用IC(以下稱為保護IC)構(gòu)成。保護IC負責(zé)監(jiān)測電池電壓，并控制兩個FET的柵極，而FET分別實現(xiàn)過充和過放的控制功能。

保護線路過充過放2/2/20234鋰離子充電電池保護用IC的基本功能

1.

過充監(jiān)測

防止電池的特性劣化、起火及破裂，確保安全性。

2.

過放監(jiān)測

防止電池特性劣化，確保電池的使用壽命。

3.

過電流監(jiān)測

防止FET的破壞，短路保護及確保搬運時的安全性。

采用保護回路來實現(xiàn)以上三種保護功能，提高電池包的安全性和可靠性。

2/2/20235S-8261系列ICS-8261系列是由內(nèi)藏高精度電壓檢出電路和延遲電路組成的鋰離子/鋰化合物可充電電池保護IC。它最適合于單節(jié)鋰離子/鋰化合物可充電電池的過充電、過放電和過電流保護。2/2/20236特點：1、內(nèi)藏高精度電壓檢出電路2、連接充電器的端子采用高耐壓裝置3、各種延遲時間均由內(nèi)藏電路來實現(xiàn)4、內(nèi)藏三級過電流檢出電路5、可以選擇<有>/<無>向0V電池充電功能6、充電器檢出功能、異常充電電流檢出功能7、低消耗電流8、寬工作溫度范圍：-40℃~+85℃9、小型封裝:6腳絕對最大額定值：28V正常工作時：3.5μA,7μA(max)休眠時：（max）2/2/20237充電控制放電控制過電流檢出端正電源輸入端負電源輸入端測定延遲時間MOSFET鋰離子保護IC連接例子

2/2/20238VM端檢出的電壓值來判定2/2/20239放電控制充電控制ESD對策電源變動對策充電器逆連接對策2/2/202310工作時序圖

1.過充電、過放電時序2/2/202311通常狀態(tài)：在通常狀態(tài)下可以自由充放電，因此控制用FET都為接通狀態(tài)。為了有效地利用放電電流及充電電流，在FET里采用了小接通阻抗功率MOS管。

注*初次連接電池時，會有不能放電的狀態(tài)，這時，短路VM端子和VSS端子，或連接充電器就能恢復(fù)到通常狀態(tài)。2/2/202312過充電狀態(tài)：過充保護功能是指在電池電壓達到某個電壓(以下稱為過充電檢測電壓)時，禁止由充電器繼續(xù)充電。即，將控制過充的FET變成關(guān)斷狀態(tài)，停止充電電流的流動。

控制IC的充電控制CO引腳控制充電用FET，檢測到過充電電壓時，CO出發(fā)低電平，使控制充電FET關(guān)斷，停止對電池充電。2/2/202313過放電狀態(tài)過放電保護功能是指在電池電壓降到某個電壓(以下稱為過放電檢測電壓)時，停止對負載放電。即，將控制放充的FET變成關(guān)斷狀態(tài)，停止放電電流的流動?？刂艻C的放電控制DO引腳控制放電用FET，檢測到過放電電壓時，DO出發(fā)低電平，使控制放電FET關(guān)斷，停止對負載放電。2/2/202314過電流狀態(tài)

過電流1、過電流2、短路在通常狀態(tài)的電池使用時，放電電流在額定值以上，且這個狀態(tài)持續(xù)在過電流檢出延遲時間以上的場合，關(guān)閉放電控制用FET，停止放電。這個狀態(tài)叫作過電流狀態(tài)。功能:在消耗大電流時停止對負載的放電目的:保護電池及FET，確保電池包在工作狀態(tài)下的安全性。過電流檢測是將FET的接通電阻當(dāng)成感應(yīng)電阻處理，監(jiān)視其電壓的狀況，若比所設(shè)定的電壓(過電流檢測電壓)還高，則立即停止放電。

過電流檢測必須設(shè)置延遲時間。若沒有延遲時間，當(dāng)突然有電流流入時，會檢測出過電電流，而使得放電停止。因此，近來的保護IC都分為在短路時和突然有電流流入時的兩種不同狀況的檢測。

過電流檢測之后，電池包與負載脫離后將恢復(fù)到常態(tài)，可以再充電或放電。

2/2/202315選擇IC2/2/202316鋰離子充電電池保護IC的發(fā)展趨勢

a．保護功能需求改變

b.

過充電檢測電壓精度更高

c.

低成本及高安全性d.

將控制IC和外部FET集成

e.

汽車用保護IC

f.

鋰離子聚合物電池用保護IC

2/2/202317a．保護功能需求改變

并非所有應(yīng)用都要求具備過充、過放及過電流保護的功能。例如，將來也許會采用只有過放電保護功能的保護IC構(gòu)成其保護回路。2/2/202318b.

過充電檢測電壓精度更高為了提高電池包的安全性，要求過充電檢測電壓的精度足夠高?，F(xiàn)在，±25mV(溫度＝25℃的條件下)為最高精度，但在其它溫度范圍內(nèi)，將來會要求能達到同樣的高精度。2/2/202319c.

低成本及高安全性

在保護回路上，同時要求成本低和高安全性。這樣，未來可能會劃分為保護IC及復(fù)位IC等功能簡化產(chǎn)品，以及使用專用IC等兩大類。

2/2/202320d.

將控制IC和外部FET集成

在考慮空間的情況下，將控制IC和外接FET采用單個封裝。但是，由于FET能選擇的范圍有限，再加上FET的熱影響會產(chǎn)生控制系統(tǒng)的誤動作和破壞等在安全性問題，采用單一封裝IC并不是最佳的選擇。

2/2/202321e.

汽車用保護IC

鋰離子充電電池的最大市場為汽車電池的市場。與便攜式電子產(chǎn)品相比，由于容量變大，因此其安全性的要求會更加高，以往的保護功能可能并不能滿足需要。因此，如何滿足這些變化是今后的重要課題。

2/2/202322f.

鋰離子聚合物電池用保護IC

各電池廠商都在加速開發(fā)鋰離子聚合物電池，并宣稱將不再需要保護回路。但是，這并不能真的馬上實現(xiàn)，將可能發(fā)展為使用只具有一部分保護功能的保護回路。因而可以推想，今后保護用IC會有簡化的趨