一种单节锂电池保护IC设计
锂电池保护IC设计 锂电池保护IC是锂电池的重要组件之一,它负责保护锂电池免受过充电、过放电、过流等危险状态的影响。设计了一种单节锂电池保护IC,基于CMOS工艺,具有低功耗、高精度的特点。 一、锂电池保护IC的工作原理 锂电池保护IC的工作原理如图1所示,E+和E-端之间加充电器或负载。电路工作原理如下: * 正常状态:当电池电压在过放电检测电压以上且在过充电检测电压以下时,VM端子的电压在充电器检测电压以上且在过电流检测电压以下时,充电控制用FET2和放电控制用FET1的两方均打开。这时可以进行自由的充电和放电。 * 过充电保护:在充电过程中,当电池电压高于过充电检测电压,且该状态持续到过充电检测延迟时间后,控制电路输出一个低电平,关断充电控制用FET2,禁止充电。 * 过放电保护:在放电过程中,当电池电压低于过放电检测电压,且该状态持续到过放电检测延迟时间后,控制电路输出一个低电平,关断放电控制用FET1,禁止放电。 * 过电流保护:过电流保护包括一级过流保护、二级过流保护、短路保护,当放电电流过大,VM端电压上升,超过过流检测电压,且该状态持续时间超过过流检测延迟时间后,控制电路输出低电平,关断放电控制用FET1,放电禁止。 * 充电异常保护:电池在充电过程中如果电流过大,使VM端电压下降,当低于某个设定值,并且这个状态持续到过充电检测延迟时间以上时,控制电路关断充电控制用FET2,停止充电。 * 零伏电池充电禁止:电池在久放不用的情况下,会自身放电使电池电压下降,甚至为零伏,有些锂电池因其特性的原因在被完全放电后不适宜再度充电。当电池电压低于某个设定值时,充电控制用FET2的栅极被固定在低电位,禁止充电。 二、锂电池保护电路设计 锂电池保护电路主要由基准源、比较器、逻辑控制电路以及一些附加功能块组成。比较器检测所用到的基准电压都要通过一个基准源电路来提供,此基准源在正常工作情况下,必须高精度、低功耗,以满足芯片要求,且能够在电源电压低至2.2V时正常工作。 图2所示的是锂电池保护电路的内部结构图,该电路主要由基准源、比较器、逻辑控制电路组成。基准源采用级连二极管的形式,Q1、Q2、Q3、Q4发射区面积相等,Q3的面积为Q2的两倍,为了减少功耗。级连二极管形式能有效减少运放失调对输出基准电压精度的影响。 三、基准源电路设计 基准源电路如图3所示,该电路主要由P4、P5、P6、P7、N3、N4、N6组成一个二级运放作为基准源的反馈,而运放的偏置电压由基准源来提供,既简化了电路与版图,又减少了额外功耗。 四、附加功能设计 锂电池保护IC的附加功能包括充电异常检测功能、零伏电池充电禁止功能等。如图4所示,充电异常检测功能可以检测充电电流是否异常,而零伏电池充电禁止功能可以禁止电池在零伏时充电。 锂电池保护IC设计主要包括锂电池保护IC的工作原理、锂电池保护电路设计、基准源电路设计、附加功能设计等几个方面。该设计可以满足低功耗、高精度的要求,是一种实用的锂电池保护IC设计方案。