高精度两节锂电池保护电路 特点 两节锂离子或锂聚合物电池的理想保护电路 高精度的保护电压 ( 过充 / 过放 ) 检测 高精度过电流充电 / 放电保护检测 低供电电流 在低功耗模式, 不接充电器情况下, 可自动恢复状态 电池短路保护 可选择多种型号的检测电压和延迟时间 缩短延迟时间测试功能 0 电池充电功能 极少的外围元器件 超小型化的 SOT236 封装 应用 两节锂电池的充电 放电保护电路 电话机电池或其它两节锂电池高精度保护器 概述 是一款基于 CMOS 的双节可充电锂电池保护电路, 它集高精度过电压充电保护 过电压放电保 典型应用电路 护 过电流充电保护 过电流放电保护 电池短路保护等性能于一身 下, 由电池供电 当两节电池电压 ( BATU / BATD ) 都在过电压充电保护阈值 ( OCU/D ) 和过电压放电保护阈值 ( ODU/D ) 之间, 且其 M 检测端电压在过电流充电保护阈值 ( ECI ) 和过电流放电保护阈值 ( EDI ) 之间, 此时 的 C OUT 端和 D OUT 端都输出高电平, 分别使外接充电控制 NMOSFET 管 Q1 和放电控制 NMOSFET 管 Q2 导通 这时, 既可以使用充电器对电池充电, 也可以通过负载使电池放电 通过检测两个电池电压来进行过充 / 放电保护 当充 / 放电保护条件发生时,C OUT /D OUT 由高电平变为低电平, 使 Q1/Q2 由导通变为截止, 从而充 / 放电过程停止 对每种保护状态都有相应的恢复条件, 当恢复条件满足以后,C OUT /D OUT 由低电平变为高电平, 使 Q1/Q2 由截止变为导通, 从而进入 对每种保护 / 恢复条件都设置了一定的延迟时间, 只有在保护 / 恢复条件持续到相应的时间以后, 才进行相应的保护 / 恢复 如果保护 / 恢复条件在相应的延迟时间以前消除, 则不进入保护 / 恢复状态 当 M 小于 5, DD 从 0 升高至正常值时, 芯片将进入快速检测模式, 缩短延迟时间, 并禁止过电流充电保护功能 过电压充电检测和过电压放电检测延迟时间会缩短到将近 1ms, 这能有效地缩短保护电路 PCB 的检测时间 当 M 升高至 0 以上时, 芯片将退出快速检测模式 R1 330Ω P DD R2 330Ω C SS M DOUT COUT Q2 Q1 R3 1kΩ P 图 1 典型应用电路
订购信息 [ 表 1] 产品名称 型号封装形式管脚数目打印标记 SOT23 6 6 [ 表 2] 电压检测阈值及延迟时间参数名称 精度范围 过电压充电保护阈值 OCUTYP / OCDTYP 4.350 ±25m 过电压充电恢复阈值 OCRUTYP / OCRDTYP 4.150 ±50m 过电压放电保护阈值 ODUTYP / ODDTYP 2.300 ±80m 过电压放电恢复阈值 ODRUTYP / ODRDTYP 3.000 ±100m 过电流放电保护阈值 EDITYP 0.200 ±30m 过电流充电保护阈值 ECITYP 0.200 ±30m 过电压充电保护延迟时间 t OCTYP 1s ±30% 过电压放电保护延迟时间 t ODTYP 128ms ±30% 过电流放电保护延迟时间 t EDITYP 12ms ±30% 过电流充电保护延迟时间 t ECITYP 8ms ±30% 0 充电功能 低功耗模式 允许 允许 管脚排列 图 2 管脚排列 ( 不成比例 )
引脚描述 [ 表 3] 引脚描述 引脚名称引脚序号 I/O 引脚功能 D OUT 1 O C OUT 2 O M 3 I C 4 I DD 5 POW SS 6 POW 放电控制输出端 与外部放电控制 NMOSFET 管 Q2 的栅极 (G 极 ) 相连 充电控制输出端 与外部充电控制 NMOSFET 管 Q1 的栅极 (G 极 ) 相连 充 / 放电电流检测输入端 该引脚通过一个限流电阻 ( 一般为 1kΩ) 与外部充电控制 NMOSFET 管 Q1 的源极 (S 极 ) 相连, 从而检测充 / 放电电流在两个 NMOSFET 管 (Q1 和 Q2) 上形成的压降 两节电池的中间输入端与两节电池的连接点相连 电源输入端与供电电源 ( 电池 ) 的正极连接, 该引脚需用一个 0.1μF 的瓷片电容去藕 电源接地端与供电电源 ( 电池 ) 的负极相连 极限参数 供电电源 DD... 0.3~12 M C OUT 端允许输入电压... DD 30~ DD 0.3 C D OUT 端允许输入电压...0.3~ DD 0.3 工作温度 T A... 40 ~85 结温...150 贮存温度... 65 ~150 功耗 P D (T A =25 ) SOT236 封装 ( 热阻 θ JA =200 /W)... 625mW 焊接温度 ( 锡焊,10 秒 )... 260 注 : 超出所列的极限参数可能导致器件的永久性损坏 以上给出的仅仅是极限范围, 在这样的极限条件下工作, 器件的技术指标将得不到保证, 长期在这种条件下还会影响器件的可靠性
电气参数 ( 除非特别注明, 典型值的测试条件为 :R1=R2=330Ω,T A = 25 ) [ 表 4] 电气参数 参数名称符号测试条件最小值典型值最大值单位 供电电源 DD 1.5 10 0 电池充电开启电压 0CHA 过电压充电保护阈值 OCU/D 过电压充电恢复阈值 OCRU/D BATU/D=0, 升高 (DDM) BATU/D =3.5 4.5 过电压充电保护延迟时间 T OC BATD/U =3.5 BATU/D =4.5 3.5 过电压充电恢复延迟时间 T OCR BATD/U =3.5 过电压放电保护阈值 ODU/D 过电压放电恢复阈值 ODRU/D 1.2 OCUTYP / OCDTYP 0.025 OCRUTYP / OCRDTYP 0.050 OCUTYP / OCUTYP / OCDTYP OCDTYP 0.025 OCRUTYP / OCRUTYP / OCRDTYP OCRDTYP 0.050 0.7 1 1.3 s 11 16 21 ms ODUTYP / ODDTYP 0.080 ODRUTYP / ODRDTYP 0.100 ODUTYP / ODUTYP / ODDTYP ODDTYP 0.080 ODRUTYP / ODRUTYP / ODRDTYP ODRDTYP 0.100 BATU/D =3.5 2.2 过电压放电保护延迟时间 T OD BATD/U =3.5 89 128 167 ms BATU/D =2.2 3.5 过电压放电恢复延迟时间 T ODR BATD/U =3.5 0.7 1.2 1.7 ms 过电流放电保护阈值 EDI BATU = BATD =3.6 0.170 0.200 0.230 过电流放电保护延迟时间 T EDI M =0 0.5 8 12 16 ms 过电流放电恢复延迟时间 T EDIR M =0.5 0 0.7 1.2 1.7 ms 过电流充电保护阈值 ECI BATU = BATD =3.6 0.230 0.200 0.170 过电流充电保护延迟时间 T ECI M =0 0.5 5 8 11 ms 过电流充电恢复延迟时间 T ECIR M =0.5 0 0.7 1.2 1.7 ms 电池短路保护阈值 SHORT BATU = BATD =3.5 0.8 1.2 1.6 电池短路保护延迟时间 T SHORT M =0 7.0 150 300 500 us M 至 SS 之间的下拉电阻 R MS DD =7.0; M =1 10 KΩ BATU = BATD =2, M 至 DD 之间的上拉电阻 R MD M =0 360 KΩ I C OUT 输出低电平 O =10uA; COL BATU = BATD =4.5 0.5 0.7 I C OUT 输出高电平 O =50uA; COH BATU = BATD =3.9 7.4 7.6 I D OUT 输出低电平 O =10uA; DOL BATU = BATD =2.0 0.4 0.6 I D OUT 输出高电平 O =50uA; DOH BATU = BATD =3.9 7.4 7.6 电源电流 I BATU = BATD =3.9, DD M =0 4.5 8.0 μa 待机电流 I S BATU = BATD =2.0 2.1 μa
功能框图 DD 延迟缩短 OCU 振荡电路 计数器 逻辑电路 电平位移 ODU 延迟电路 短路保护 C OCD ECI 逻辑电路 ODD EDI M 输出控制 SS D OUT C OUT M 图 3 功能框图 功能描述 是一款高精度的两节锂电池保护电路 下, 可以对电池进行充电或放电 一直检测两个电池电压以及 M 端和 SS 端的电压差, 当某个电压超出正常阈值范围时, 充电控制端 C OUT 或放电控制端 D OUT 由高电平转为低电平, 从而使外接充电 / 放电控制 NMOSFET 管 Q1 或 Q2 关闭, 充电 / 放电回路被 切断, 即 进入相应的保护状态 支持以下 4 种保护模式 过电压充电保护状态 (OC) 过电压放电保护 (OD)/ 低功耗状态 (PDWN) 过电流放电保护 (EDI)/ 电池短路保护状态 (Short) 过电流充电保护 (ECI) 当 在某一保护状态时, 如果满足一定条件, 即恢复到 下面对各状态进行详细描述 在下, 由电池供电 当两节电池电压 ( BATU / BATD ) 都在过电压充电保护阈值 ( OCU/D ) 和过电压放电保护阈值 ( ODU/D ) 之间, 且其 M 检测端电压在过电流充电保护阈值 ( ECI ) 和过电流放电保护 阈值 ( EDI ) 之间, 此时 的 C OUT 端和 D OUT 端都输出高电平, 分别使外接充电控制 NMOSFET 管 Q1 和放电控制 NMOSFET 管 Q2 导通 这时, 既可以使用充电器对电池充电, 也可以通过负载使电池放电 过电压充电保护状态 (OC) 保护条件 下, 对电池进行充电, 如果使任何一个电池电压 ( BATU / BATD ) 超过过电压充电保护阈值 ( OCU/D ), 且持续时间超过过电压充电保护延迟时间 (t OC ), 则 将使充电控制端 C OUT 由高电平转为 M 端电平 ( 低电平 ), 从而使外接充电控制 NMOSFET 管 Q1 关闭, 充电回路被 切断, 即 进入过电压充电保护状态 恢复条件有以下两种条件可以使 从过电压充电保护状态恢复到 : 1) 电池由于 自放电 使电池电压 ( BATU / BATD ) 低于过电压充电恢复阈值 ( OCRU/D ), M 端电压低于过电流放电保护阈值 ( EDI ), 且持续时间超过过电压充电恢复延迟时间 (t OCR );
2) 通过负载使电池放电 ( 注意, 此时虽然 Q1 关闭, 但由于其体内二极管的存在, 使放电回路仍然存在 ), 当电池电压 ( BATU / BATD ) 低于过电压充电保护阈值 ( OCU/D ), M 端电压高于过电流放电保护阈值 ( EDI ), 且持续时间超过过电压充电恢复延迟时间 (t OCR ) ( 在 Q1 导通以前, M 端电压将比 SS 端高一个二极管的导通压降 ) 恢复到以后, 充电控制端 C OUT 将输出高电平, 使外接充电控制 NMOSFET 管 Q1 回到导通状态 过电压放电保护 / 低功耗状态 (OD/PDWN) 保护条件 下, 如果电池放电使使任何一个电池电压 ( BATU / BATD ) 低于过电压放电保护阈值 ( ODU/D ), 且持续时间超过过电压放电保护延迟时间 (t OD ), 则 将使放电控制端 D OUT 由高电平转为 SS 端电平 ( 低电平 ), 从而使外接放电控制 NMOSFET 管 Q2 关闭, 放电回路被 切断, 即 进入过电压放电保护状态 同时, M 端电压将通过内部电阻 R MD 被上拉到 DD 在过电压放电保护状态下, M 端 ( 亦即 DD 端 ) 电压总是高于电池短路保护阈值 ( SHORT ), 满足此条件后, 电路会进入 省电 的低功耗模式 此时, DD 端的电流将低于 2.1μA 恢复条件 对于处在低功耗模式下电路, 如果对电池进行充电 ( 同样, 由于 Q2 体内二极管的存在, 此时的充电回路也是存在的 ), 使 M 端电压低于电池短路保护阈值 ( SHORT ), 则 将恢复到过电压放电保护状态, 此时, 放电控制端 D OUT 仍为低电平,Q2 还是关闭的 如果此时停止充电, 由于 M 端仍被 R MD 上拉到 DD, 大于电池短路保护阈值 ( SHORT ), 因此 又将回到低功耗模式 ; 只有继续对电池充电, 当两个电池电压 ( BATU / BATD ) 都大于过电压放电保护阈值 ( ODU/D ) 时, 才可从过电压放电保护状态恢复到 如果不使用充电器, 由于电池去掉负载后的 自升压, 可能会使两个电池电压 ( BATU / BATD ) 超过过电压放电恢复阈值 ( ODRU/D ), 且持续时间超过过电压放电恢复延迟时间 (t ODR ), 此时 也将从过电压放电保护状态或低功耗模式恢复到 恢复到以后, 放电控制端 D OUT 将输出高电平, 使外接放电控制 NMOSFET 管 Q2 回到导通状态 过电流放电 / 电池短路保护状态 (EDI) 保护条件下, 通过负载对电池放电, M 端电压将随放电电流的增加而升高 如果放电电流增加使 M 端电压超过过电流放电保护阈值 ( EDI ), 低于电池短路保护阈值 ( SHORT ), 且持续时间超过过电流放电保护延迟时间 (t EDI ), 则 进入过电流放电保护状态 ; 如果放电电流进一步增加使 M 端电压超过电池短路保护阈值 ( SHORT ), 且持续时间超过短路延迟时间 (t SHORT ), 则 进入电池短路保护状态 处于过电流放电 / 电池短路保护状态时, D OUT 端将由高电平转为 SS 端电平, 从而使外接放电控制 NMOSFET 管 Q2 关闭, 放电回路被 切断 ; 同时, M 端将通过内部电阻 R MS 连接到 SS, 放电负载取消后, M 端电平即变为 SS 端电平 恢复条件在过电流放电 / 电池短路保护状态下, 当 M 端电压由高降低至低于过电流放电保护阈值 ( EDI ), 且持续时间超过过电流放电恢复延迟时间 (t EDIR ), 则 可恢复到 因此, 在过电流放电 / 电池短路保护状态下, 当所有的放电负载取消后, 即可 自恢复 恢复到以后, 放电控制端 D OUT 将输出高电平, 使外接放电控制 NMOSFET 管 Q2 回到导通状态 过电流充电保护状态 (ECI) 保护条件下, 使用充电器对电池进行充电, M 端电压将随充电电流的增加而降低 如果充电电流增加使 M 端电压低于过电流充电保护阈值 ( ECI ), 且持续时间超过过电流充电保护延迟时间 (t ECI ), 则 将使充电控制端 C OUT 由高电平转为 M 端电平 ( 低电平 ), 从而使外接充电控制 NMOSFET 管 Q1 关闭, 充电回路被 切断, 即 进入过电流充电保护状态 恢复条件在过电流充电保护状态, 如果取消充电器, 则 M 端电压将会升高, 当它大于过电流充电保护阈值 ( ECI ), 且持续时间超过过电流充电恢复延迟时间 (t ECIR ), 将恢复到 恢复到以后, 充电控制端 C OUT 将输出高电平, 使外接充电控制 NMOSFET 管 Q1 回到导通状态 延迟时间缩短测试功能 当 M 小于 5, DD 从 0 升高至正常值时, 芯片将进入快速检测模式, 缩短延迟时间, 并禁止过电流充电保护功能 过电压充电检测和过电压放电检测延迟时间会缩短到将近 1ms, 这可以有效地缩短保护电路 PCB 的检测时间 当 M 升高至 0 以上时, 芯片将退出快速检测模式 0 电池充电 的 0 电池充电功能可以对电压为 0 的电池进行再充电 如果使用充电器对电池充电, 使 DD 端相对 M 端的电压大于 0 充电阈值 ( 0CHA ) 时, 其充电控制端 C OUT 将被连接到 DD 端 若该电压能够使外接充电控制 NMOSFET 管 Q1 导通, 则通过放电控制 NMOSFET 管 Q2 的体内二极管可以形成一个充电回路, 使电池电压升高 ; 当电池电压升高致使 DD 端电压超过过电压放电保护阈值 ( ODU/D ) 时, 将回到, 同时放电控制端 C OUT 输出高电平, 使外接放电控制 NMOSFET,Q2 处于导通状态
状态转换波形图 过电压充电保护和过电流充电保护状态 BATU 使用充电器充电 开路 使用充电器充电 使用负载放电 使用充电器充电 使用负载放电 OCU OCRU BATD OCD OCRD M DD SHORT t OC t OCR t OC t OCR t ECI tecir EDI SS ECI C OUT DD SS 0 放电电流 过电压充电保护状态 过电压充电保护状态 过电流充电保护状态 图 5 过电压充电和过电流充电保护状态各点波形图
过电压放电 / 过电流放电 / 电池短路保护状态 BATU 使用负载放电 使用充电器充电 使用负载放电 开路 短路 开路 ODRU ODU BATD OCD OCRD tedir tod todr tod todr tedi tedir M tshort DD SHORT EDI SS ECI D OUT DD SS 0 过电压放电保护状态 过电压放电保护状态 过电流放电保护状态 短路保护 过电流放电保护状态 图 6 过电压放电 / 过电流放电 / 电池短路保护状态各点波形图
应用中的几个问题 R1 R2 和 R3 的确定 R1 和 R2 用于稳定芯片的供电电压, 推荐分别使用 330Ω 的电阻 如果 R1 和 R2 太大, 芯片的导通电流会导致检测电压上升, 使各检测阈值与电池实际电压偏差增加 ; 同时, 如果充电器接反, 可能会使 电路的 DD 端与 SS 端电压超过极限值, 导致电路损坏, 因此 R1 和 R2 也不宜太小, 一般控制在 100Ω 至 470Ω 之间 在充电器反接或连接充电电压高于极限值的充电 器时,R3 起限制电流的作用 如果 R3 太小, 由于充电器的反接在芯片内部流入容许功耗以上的电流, 有导致芯片损坏的危险 R3 连接过大电阻, 当连接高电压充电器时, 有可能导致不能切断充电电流的情况发生 因此,R3 应控制在 1kΩ 至 4KΩ 之间 C1 和 C2 的确定 C1 和 C2 有稳定 DD 电压的作用, 尽量选用大于或等于 0.01μF 的电容 封装尺寸 图 7 SOT236 封装外形尺寸图 [ 表 5] 图 7 的尺寸 ( 单位 : 毫米 ) 符号 最小值 最大值 A 1.050 1.250 A1 0.000 0.100 A2 1.050 1.150 b 0.300 0.500 c 0.100 0.200 D 2.280 3.020 E 1.500 1.700 E1 2.650 2.950 e 0.950 (BSC) e1 1.800 2.000 L 0.300 0.600 θ 0º 8º