引言

便攜式電子產(chǎn)品正向輕量化、超小型化發(fā)展，為此鋰離子電池得到廣泛應(yīng)用，比較常見(jiàn)的正極材料為鈷酸鋰和錳酸鋰的鋰離子電池，還有磷酸鐵鋰離子電池和磷酸鐵錳電池等。鋰離子電池以能量高、壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶性、無(wú)污染等特點(diǎn)排在電池行業(yè)的最前列。但是鋰離子電池和其他很多類型的電池相同極易出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電等現(xiàn)象，這些情況對(duì)鋰離子電池更容易造成損害，從而縮短它的使用壽命。所以要求鋰離子電池充電應(yīng)具有一級(jí)保護(hù)功能。

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有這種電池保護(hù)的核心技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了一種鋰離子電池充電保護(hù)電路，此保護(hù)電路的電壓、電流源基于耗盡型工藝設(shè)計(jì)，便于實(shí)現(xiàn)低功耗。另外此保護(hù)電路的供電電壓來(lái)源于電池電壓，所以要求此保護(hù)芯片在電池電壓變化范圍（1~8V）內(nèi)正常工作。本文設(shè)計(jì)的保護(hù)電路以低功耗、高精度、高能量密度、高內(nèi)阻、高安全性等特性脫穎而出，因此這種鋰離子電池保護(hù)電路的應(yīng)用得到了普及。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

此芯片是單節(jié)電池的保護(hù)電路并且過(guò)電壓、過(guò)電流的檢測(cè)延遲時(shí)間是可改變的，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，芯片設(shè)計(jì)VDD、VSS、Dp、CO、DO、VM6個(gè)引腳。通常情況下，即電池沒(méi)發(fā)生過(guò)充電、過(guò)放電事件時(shí)，CO、DO都為高電平，Dp端子懸空，圖1中右半部分的6個(gè)MOSFET是耐高壓管。

工作原理是通過(guò)監(jiān)視連接在VDD和VSS之間的電池電壓及VM和VSS之間的電壓差控制充電器的充電和放電。

1.1通常狀態(tài)的設(shè)計(jì)

如圖1所示，通常狀態(tài)下，即電池電壓在過(guò)放電檢測(cè)電壓（VDL）以上且在過(guò)充電檢測(cè)電壓（VCU）以下，VM端子的電壓在充電器檢測(cè)電壓（VCHA）以上且在過(guò)電流1檢測(cè)電壓以下的情況下，設(shè)計(jì)振蕩器模塊不工作，充電控制用MOSFET和放電控制用MOSFET的兩方均打開(kāi)。這時(shí)可以進(jìn)行自由的充電和放電。

1.2過(guò)電壓檢測(cè)的設(shè)計(jì)

當(dāng)電池出現(xiàn)過(guò)充電時(shí)，過(guò)充比較器跳變，過(guò)充電檢測(cè)電壓VCU從H變成L,經(jīng)過(guò)過(guò)充電檢測(cè)延遲時(shí)間后，禁止電池充電。同時(shí)，電路的輸出TCU為H,經(jīng)過(guò)一個(gè)反饋電路使過(guò)充電比較器的輸入電壓升高，所以電池電壓必須下降更多才能使比較器輸出變?yōu)镠.這就實(shí)現(xiàn)了過(guò)充電滯后電壓的設(shè)計(jì)過(guò)程。

當(dāng)電池過(guò)放電時(shí)，過(guò)放電檢測(cè)電壓VDL從H變?yōu)長(zhǎng),經(jīng)過(guò)時(shí)間TDL后，禁止電池放電。此時(shí)，通過(guò)0V充電禁止模塊使VM升高，從而五個(gè)比較器的使能端SD跳變?yōu)闊o(wú)效狀態(tài)，此時(shí)電路中的五個(gè)比較器都不工作，而且振蕩器也不工作，電路進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)VM降低使SD再次發(fā)生改變時(shí)，電路解除休眠狀態(tài)。休眠狀態(tài)的電流不能超過(guò)100nA.

1.3過(guò)電流檢測(cè)的設(shè)計(jì)

當(dāng)VM端子電壓大于過(guò)電流1檢測(cè)電壓，并且這個(gè)狀態(tài)在過(guò)電流1檢測(cè)延遲時(shí)間以上時(shí)，關(guān)閉放電用的FET從而停止放電。

當(dāng)VM端子電壓大于過(guò)電流2檢測(cè)電壓，并且這個(gè)狀態(tài)在過(guò)電流2檢測(cè)延遲時(shí)間以上時(shí)，關(guān)閉放電用的FET從而停止放電。

通過(guò)不同環(huán)形振蕩器的振蕩頻率，調(diào)整過(guò)電流的檢測(cè)延遲時(shí)間的長(zhǎng)短，可及時(shí)停止放電。