鋰電池充電保護IC原理

(3) 過充時鎖住模式(Latch):

通常保護IC在過充電保護時經過一段延遲時間之后就會將Power MOS關掉(Cout),用以達到保護的目的,當鋰電池電壓一直下降到解除點(Overcharge Hysteresis Voltage)時就會回復,此時又會繼續的充電,又保護,又放電充電放電,這種情形并不是一種很好的狀況且安全性的問題將無法有效的獲得解決。

鋰電池一直重復著做著充電放電充電放電的動作, Power MOS的Gate將反復的High/Low,這樣可能會使MOSFET變熱.,也同時對于電池的壽命造成引想,由此可知Latch Mode的重要性。

假如鋰電時保護電路在偵測到過充電保護時有Latch Mode,MOSFET將不會變熱,且安全性相對的提高許多。在偵測到過充電保護之后,只要有連接充電器在電池包上,此時之狀態及到達過充時鎖住模式,因此,雖然鋰電池的電壓一值下降,但不會發生再充電的情形.要解除這個狀況,只要將充電器移除并連接負載即可回復充放電的狀態。

(4) 縮小保護電路組件:將過充電和短路保護用的延遲電容給內包到保護IC里面

保護IC的要求:

(A) 過度充電保護的高精化:

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。此保護IC即檢視電池電壓，當偵測到過度充電時，則過度充電偵測的Power-MOSFET使之OFF而截止充電。此時所應注意者，就是過度充電的檢測電壓的高精度化，在電池充電時，使電池充電到飽滿的狀態是使用者很在意的問題，同時，兼顧到安全性的問題，就得在達到容許電壓時截止充電狀態。要同時符合這兩個條件，就要有非常高精度的偵測器，目前精度為25mV，但將來勢需有更精度的要求。

(B) 減低保護IC的耗電流達到過度放電保護目的:

已充過電的鋰離子電池電隨著使用時間，電池電壓會漸減，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的話，恐就無法再充電了(過放電狀態)。而為防止過放電狀態，保護IC即要偵測電池電壓的狀態，一旦到達過放電偵測電壓以下，就得使放電一方的Power-MOSFET OFF而截止放電。但此時電池本身仍有自然放電及保護IC的消費電流存在，因此需要使保護IC的耗電流降到最低的程度。

(C) 過電流/短路保護需有低偵測電壓及高精度的要求:

因不明原因導致短路而有大電流耗損時，為確保安全而使之停止放電。在過電流的偵測是以Power MOS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偵測電壓還高時即停止放電。為了使Power MOS的Rds(on)在充電電流與放電電流時有效的應用，需使該阻抗值盡量低，(目前約20mΩ ~30mΩ )。如此，過電流偵測電壓就可較低。

(D) 實現耐壓值:

電池包與充電器連接時瞬間會有高壓產生,因此保護IC因具備有耐高壓的要求(Ricoh的保護IC即可承受到28V)

(E) 低耗電:

當到達保護時,其靜態耗電流必須要小(0.1uA)

(F) 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也可以充電的動作
保護IC功能未來發展

未來的發展將如前述，提高偵測電壓的精度、降低保護IC的耗電流及包裝、整合MOS 、提高誤動作防止功能等，同時充電器連接端子的高耐壓化也是開發的重點。

包裝方面,目前已由SOT23-6漸漸的朝向SON6,將來還有CSP的Package,甚至COB產品的出現,用以滿足現在所強調的輕薄短小，而保護IC也不是所有的功能都一定必須要用的,可根據不同的鋰電池材料開發出單一保護(如:只有過充保護或過放保護功能),可大大的減少成本及空間,這對我們來說可未嘗不是一件好事.

當然，功能組件單晶化是一致的目標，如目前行動電話制造商都朝向將保護IC、充電電路、電源管理IC等外圍電路集成單芯片，與邏輯IC構成雙芯片的芯片組，但目前要使Power MOS的開路阻抗降低，難以與其它IC合組，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的單晶化將需一段時間來解決。