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锂离子电池保护IC和充电IC定义及工作原理

锂电池保护原板原理图

电池充电IC是用于为电池充电的集成电路(IC)。有几种类型的电池充电IC。线性充电器使用电压控制源来强制固定电压出现在输出端。开关充电器使用电感器、变压器或电容器以分立数据包的形式将能量从输入端传输到电池。一些电池充电IC设计用于为锂(Li)离子或铅酸电池充电。其他适用于为镍镉(NiCd)或镍氢(NiMH)电池充电。电池充电IC的重要特性包括过压保护和过流保护。具有软启动功能的设备在执行快速充电之前对电池进行几分钟的调节。具有充电状态指示灯的设备具有内置监视器,可显示提供的电流量和/或应用的电量。为了应对在焊料中使用铅(Pb)对环境的影响的担忧,一些电池充电IC不含任何形式的铅。

 

电池充电IC的重要性能规格包括最大电池数量、电源电压、静态电流(IQ)、最大充电电流、电压精度和工作温度。电池由称为电池的单元组成,每个单元都包含电极。使用电池沿从阳极(-)到阴极(+)的导电路径发送电子。给电池充电会改变电子的流动,导致电化学过程反向发生。具有相对较高电源电压和静态电流的电池充电器IC非常适合包含相对大量电池的电池。对于低电荷和高电荷设备,最大充电电流通常以安培(M)表示。电压精度表示为与标称值的百分比偏差。工作温度是全要求范围。

 

电池充电IC采用多种IC封装类型。双列直插式封装 (DIP) 可由陶瓷 (CDIP) 或塑料 (PDIP) 制成。栅格阵列封装包括球栅阵列 (BGA)、倒装芯片球栅阵列 (FCBGA)、塑料球栅阵列 (PBGA)、多芯片模块塑料球栅阵列 (MCM-PBGA)、磁带球栅阵列、细间距陆地栅格阵列 (FLGA)、引脚栅格阵列 (PGA) 和间隙封装栅格阵列 (IPGA)。芯片级封装或芯片尺寸封装 (CSP) 的面积不超过内置芯片的 20%。CSP变体包括倒装芯片CSP(FCCSP)和晶圆级芯片级封装(WLCSP)。四通道扁平封装 (QFP) 包含大量精细、灵活的鸥翼形引线。QFP 变体包括低四通道扁平封装 (LQFP)、薄型四通道扁平封装 (TQFP) 和四通道扁平无引线封装 (QFM)。用于电池充电器 IC 的其他 IC 封装类型包括小外形封装 (SOP)、迷你小外形封装 (MSOP)、小外形集成电路 (SOIC)、小外形 J 引线 (SOJ)、收缩小外形封装 (SSOP) 和薄收缩小外形 L 引线封装 (TSSOP)。薄型小外形封装 (TSOP) 是一种 DRAM 封装,两侧均使用鸥翼形引线。薄型双无引线 (TDFM) 封装是 6 引脚 SOT23 和 SC-70 封装的细间距、高性能替代产品。


锂离子电池以其优越的性能和实用性,已广泛应用于各种耗电行业。但是,锂离子电池也有一些明显的缺陷。它具有长时间承受过充电,过放电和过流的能力,这可能会损坏电池,甚至造成安全事故。为了解决这些问题,发明了锂离子电池保护板。事实上,锂离子电池保护板可以有效防止电池的过充、过放电和过流。

锂电池保护原板

什么是锂离子电池保护IC

锂离子电池保护IC是安装在保护板上的芯片,电池保护板是独立的电路。它可以在充放电时实时监控锂离子电池的电压和电流。如有异常,将通过控制保护电路控制锂离子电池的状态。保护IC的工作电压一般与锂离子电池相同,约为3.6V。但是,为了不影响锂离子电池的正常工作,流经保护IC的电流必须非常小(小于10μa)。因此,保护IC芯片及其保护电路作为锂电池的安全保护器件,不仅要在设备的正常工作电流范围内可靠地工作,还要在电池意外短路或过流时迅速起动,使电芯得到保护。

锂离子保护电路的主要功能是防止电池过充电、过放电和过流。这些问题对锂离子电池具有破坏性。首先是过度收费。锂离子电池属于可充电二次电池。充电时可以安全地将电压恢复到4.2V左右,但电压不能更高。其次,过度充电会导致电池电压过高,这会损坏电池,甚至引起火灾等潜在的安全隐患。当锂离子电池的电压降低到3V左右时,应停止放电。过度放电会增加电池的压力,从而缩短电池的循环寿命。最后一个是过流。锂离子电池具有额定的最大电流值。如果在放电过程中负载电流超过此电流值,则电池可能会损坏。因此,锂离子电池保护电路对于锂离子电池来说是非常必要的,电路的核心保护IC芯片也不容忽视。

 

锂离子电池保护IC如何工作

首先,保护IC将监控锂离子电池充放电的状态,可以精确测量锂离子电池的工作和充电电压。保护IC通过控制锂离子电池保护电路上的MOSFET开关来切断和连接电池电路。因此,工程师在设计保护IC时需要考虑MOSFET开关的选择。低RDS的MOSFET可以有效提高保护电路的效率,而低VT的MOSFET可以有效降低保护电路的电池功耗。此外,设置保护IC的过压保护阈值和过放保护阈值也是保护IC设计中不可或缺的环节。

保护IC可以在锂离子电池工作和充电时实时监控其状态,并在出现异常情况时快速做出反应。当电池充电时,一旦电池端的电压过高(超过4.2V),保护IC就会切断MOS晶体管中充电电路的开关。此时,电池不能继续充电,但可以正常放电。当电池放电时,一旦电池端子接地电压过低(低于最小电压的设定值),保护IC就会切断MOS晶体管中放电电路的开关,从而终止放电,充电电路不会被切断。锂离子电池的保护电路是这种电池短板的良好补充。这项关键技术为锂离子电池的推广做出了巨大贡献。

 

每个电池都有锂离子电池保护IC

根据以上对保护IC及其保护电路的分析,可以得出结论,带保护电路的锂离子电池的安全性、耐用性优于无保护电路。因此,消费者在购买锂离子电池时,也应考虑电池是否有保护电路和保护IC

然而,市场上并非所有锂离子电池都配备了保护电路和保护IC。由于安装保护电路意味着花费更多的材料成本和技术成本,许多小型企业为了电池的销售和利润而省略锂离子电池的保护电路,从而尽可能降低电池的成本和价格,并在市场上获得足够的优势。但是,没有保护电路的电池很容易损坏。过充、过放、过流、过热的可能性会增加,这将导致电池故障概率的增加,这也容易造成安全隐患。因此,消费者在购买锂离子电池时,应考虑电池是否有保护电路,而不是盲目选择低成本电池。为了降低购买劣质电池的可能性,消费者可以选择知名品牌的电池,如三星、索尼等,这些厂家通常拥有最先进的电池生产工艺和最完整的电池生产工艺。他们生产的电池不会安装保护电路,并且通常在质量方面经过认证。

同样值得注意的是,并不是每个锂离子电池都应该配备保护电路和保护IC。一个电池组可以共用一个保护电路,不会给保护电路带来负担,也不会影响其功能。希望这篇文章对您有所帮助。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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创建时间:2022-06-22 15:00