用于保护锂蓄电池的微电路。参考数据

用于保护锂蓄电池的微电路。参考数据

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用于为手机和其他便携式电子设备供电的现代锂电池和可充电电池具有高重量和尺寸指标以及高能量强度，但同时它们对充电和放电模式的干扰非常敏感。这种违规行为（通常是无意的）的后果可能相当严重——从能源消耗的显着损失到电池的完全故障。锂电池和电芯的相对成本仍然较高。

这迫使电池中内置一个相当复杂的电子设备，该设备监控电池的正确运行，并不允许其超出最大允许模式。下面介绍了安森美半导体制造的芯片，这些芯片旨在执行这些功能。 NCP802 系列中的一个将保护单个锂电池，而 MC33351A 将为由三个此类电池组成的电池提供可靠的运行。熟悉其功能不仅有助于正确操作电池，而且有助于在意外“故障”后恢复性能，通常仅与内置保护系统的操作相关。

NCP802系列微电路

它们采用多种设计修改生产：NCP802SN1T1 - 采用小型 SOT-23-6 塑料封装（图 1），NCP802SAN1T1 和 NCP802SAN5T1 - 采用更小的 SON-6 塑料封装（图 2）。

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如果在名称中添加索引 G，则该微电路是环保的（不含铅）。在 NCP802 微电路外壳上，仅应用有条件的标记 - 字母 KN 和制造日期代码。包含所有索引的全名仅在随附文档中注明。微电路的引脚排列如表所示。 1.

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将设备连接到受保护的锂离子电池的典型方案如图 3 所示。 XNUMX.

锂电池保护IC

R2C1电路是DA1微电路的电源滤波器。电阻器 R2 的电阻不应超过 1 kOhm，因为其两端的电压降可能会不可接受地增加保护节点操作的阈值。如果电池 G1 意外连接到电压过高或极性错误的充电器，电阻器 R2 和 R1 会限制通过芯片的电流。为了不超过这些情况下微电路允许的功耗，这些电阻器的总电阻必须至少为 1 kOhm。然而，如果电阻器R1的阻值大于30kOhm，则当放电至低于允许水平的电池连接至充电器时，微电路可能无法进入充电模式。

电池G1的充放电电路中串联有场效应晶体管VT2和VT1。工作状态下，两者均处于开路状态，其通道的总电阻作为流过该电路的电流的传感器。如果需要，可以通过在晶体管的漏极端子之间串联一个附加电阻器（图中未示出）来降低电流保护阈值。

如果晶体管VT1闭合，则不可能将电池G1放电到外部负载。然而，充电电流可以自由流过晶体管内置的保护二极管，该二极管为此电流正向连接。类似地，闭合的晶体管VT2禁止充电，从而使电池G1可以放电。当两个晶体管都闭合时，电池与外部电路完全断开。

过充保护

如果微电路Vcell输出处的电压升高，那么在超过某个阈值U1的瞬间，它会发送命令关闭晶体管VT2，在CO输出处设置一个低电压电平，等于P-输出，通过电阻R1连接到晶体管VT2的源极。

当施加到 Vcell 引脚的电压降低到略低于阈值的值后，IC 将在 CO 引脚处恢复为高电平。当负载连接到电池后，如果晶体管 VT2 内部二极管上的电流引起的电压降施加到 P-，CO 输出端也会退出低电压状态。输出 - 达到阈值水平 Uz （将在下面讨论）或超过它。

在这种转变发生之前，微电路转变到保护状态或返回到其原始状态的条件必须维持很长一段时间——提供时间延迟。

过放电保护

当Vcell引脚电压下降超过设定阈值U2时，DO引脚出现低电压电平，导致晶体管VT1截止，电池G1停止进一步放电。充电能力仍然存在。当Vcell引脚电压超过U2阈值后，DO引脚将再次变高。

在电池放电禁止状态下，微电路汲取的电流急剧下降，因为其大部分内部节点进入无源状态。由于将电池连接到充电器，P 引脚电压小幅增加，再次激活微电路

微电路各引脚电压与G1电池电路电流时序图如图4所示。参照图5和图XNUMX。第一个图解说明电池保护单元防止过度充电和超过允许充电电流的操作，第二个图解说明防止过度放电和超过允许放电电流的电池保护单元的操作。

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过放电电流保护和电池端子短路保护

当两个晶体管 VT1 和 VT2 都开路时，该节点就会工作。一旦它们两端的电压降超过阈值U3或U5中的任何一个，DO引脚就会变低，关闭晶体管VT1。当超过放电电流时，其关闭延迟约为 12 ms，而当电池端子关闭时，延迟时间为 0,4 ms。这比过放电保护组件的延迟要小得多。

结果，电流保护单元首先工作，防止微电路切换到无源模式，以退出必须将电池连接到充电器的模式。在消除短路或放电电流过载后，要恢复到原来的状态，只要微电路内部电阻Rs两端的压降小于阈值就足够了。当电流保护节点跳闸时，该电阻器连接在 Gnd（公共端）和 P- 端子之间，并在所有其他状态下与它们断开。

超过允许充电电流的保护

当充电电流大于允许电流时（例如，电池连接到“外国”或有故障的充电器），P-引脚上的负电压低于U4阈值。如果这种情况在一定时间内没有改变，CO输出将被设置为低电平，从而导致场效应晶体管VT2截止，充电停止。要恢复到原始状态，需要将电池与充电器断开并将其连接到负载一段时间。

延时管理

如上所述，为了改变微电路的状态，某些条件必须在微电路的内部节点指定的时间间隔期间生效。如果需要，可以禁用延迟，之后微电路将在相应条件发生后立即切换（节点运行和返回到运行模式的持续时间不受管制）。为此，只需将 DS 输出连接到 Vcell 输出即可。 DS引脚正常状态为未连接。它和微电路中的 Gnd 引脚之间有一个内部电阻。

为严重放电的电池充电

如果微电路的Vcell和Gnd端子之间的电压至少为1,5V，则其输出CO为高电平，晶体管VT2开路。这使您可以开始为几乎完全放电的电池充电。

主要技术特点

电源电压，V ...... 1,5 ... 4,5
可以开始充电的最低电池电压，V ...... 1,5
工作模式下消耗的最大电流，μA，电源电压为 3,9 V，P 引脚零电压...... 6
典型值......3
无源模式下消耗的最高电流，μA，电源电压为 2 V ...... 0,1
充电晶体管控制 CO、V 输出端低电平电压的最高值，电源电压为 4,5 V，输出电流脉冲为 50 μA ...... 0,5
典型值......0,4
电源电压为3,9 V，输出电流脉冲为-50 μA时，控制充电晶体管的CO输出高电平电压V的最小值...... 3,4
典型值......3,7
放电晶体管控制输出 DO 处低电平电压的最高值 V，电源电压为 2 V，输出电流脉冲为 50 μA ...... 0,5
典型值......0,2
电源电压3,9V、输出电流脉冲-50μA时放电晶体管控制输出DO处高电平电压V的最小值......3,4
典型值......3,7

过充保护组件

Vcell 和 Gnd 端子之间的工作阈值电压，电阻器 R2 电阻为 3 欧姆时的 V（图 330），环境温度为 -5...+55 °С（对于 NCP802SN1T1、NCP802SAN1T1） .....4,32.. .4,38
典型值......4,35
NCP802SAN5T1。 . .4,245...4,305
典型值.....4,275
阈值响应电压 U,, V，电阻器 R2 阻值为 330 Ohm，环境温度为 +25 °C
NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1 .....4,325...4,375
典型值......4,35
NCP802SAN5T1......4,25...4,3
典型值.....4,275
响应延迟 t31, s，电源电压（在 Vcell 引脚）从 3,6 V 增加到 4,4 V，对于 NCP802SN1T1、NCP802SAN1T1 ...0,175...0,325
典型值......0,25
NCP802SAN5T1......0,7...1,3
典型值......1
返回操作模式的延迟 tB1，ms，电源电压为 4 V，电流传感器 R1 两端的压降从 1 增加到 11 V......21...XNUMX
典型值......16
过充保护单元
阈值工作电压 U2（在 Vcell 和 Gnd 引脚之间），V，用于
NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1 .....2,34...2,46
典型值......2,4
NCP802SAN5T1 .....2,24...2,36
典型值......2,3
电源电压从 32 V 降至 3,6 V 时的操作延迟 t2,2，ms......14...26
典型值......20
返回工作模式的延迟 tB2，ms，电源电压为 3 V，电流传感器上的压降从 3 V 减小到零 ..... 0,7 ... 1,7
典型值......1,2
放电过流保护单元
电流传感器上的阈值电压 U3，V，对于
NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1 .....0,18...0,22
典型值......0,2
NCP802SAN5T1 .....0,08...0,12
典型值......0,1
对于 NCP33SN3T1、NCP802SAN1T1，响应延迟 t802，ms，电源电压为 1 V，电流传感器两端的压降从 1 V 增加到 8 V......16...XNUMX
典型值......12
NCP802SAN5T1......4..8
典型值......6
返回工作模式的延迟 tB3，ms，电源电压为 3 V，电流传感器上的压降从 3 V 减小到零 ..... 0,7 ... 1,7
典型值......1,2
充电过流保护单元
电流传感器上的阈值电压 U4，V，其两端电压降降低 ..... -0,13 ... -0,07
典型值...... -0,1
对于 NCP34SN3T1、NCP802SAN1T1，响应延迟 t802，ms，电源电压为 1 V，电流传感器两端的压降从 1 降低到 -11 V......21...XNUMX
典型值......16
NCP802SAN5T1......5... 11
典型值......8
返回工作模式的延迟 tB4，ms，电源电压为 3 V，电流传感器两端的压降从 -1 V 增加到零 ...... 0,7 ... 1,7
典型值......1,2

外部结论短路保护节点

电源电压为 5 V 时电流传感器 V 上的阈值电压 U3。。 .Upit - (1,4...1,8)
典型值..... Upit - 1,1
电源电压为 35 V 且电流传感器两端的压降从 3 V 增加到 3 V 时的响应延迟 t0,25，ms。 .0,6...0,4 典型值......XNUMX
电流保护单元跳闸后端子 P- 和 Gnd 之间的电阻，kOhm，电源电压为 3,6 V，电流传感器两端的压降为 1 V ...... 15. ..45
典型值......30
延迟控制节点
DS 输入端的电压，用于切断延迟，V......Upp+(-0,5...+0,3)
电源电压为 3,6 ... 4,4 V ...... 1,05 ... (Upi -1,1) 时，未连接 DS 输入的电压 V
DS和Gnd引脚之间的内部电阻电阻，MΩ......0,5...2,5
典型值......1,3
限值
Vcell 和 Gnd 引脚之间（电源电压）以及 DS 和 Gnd、DO 和 Gnd 引脚之间的电压 V......-0,3...+12
端子 P- 和 Gnd 之间以及 CO 和 P- 之间的电压 V......Upit+(-28...+0,3)
最大功耗，mW......150
晶体温度工作范围，°С......-40...+85
储存温度，°С .. .-55...+125

除非另有说明，否则未连接 DS 引脚。

除上述外，同一公司还生产一系列MC33349N微电路，其与NCP802SN1T1的不同主要仅在于三个参数的值：

响应阈值电压 U1、V（典型值），电阻 R2 为 330 Ohm，环境温度为 +25 °С，适用于 MC33349N-3R1、MC33349N-4R1......4,25
MC33349N-7R1......4,35
阈值工作电压U2，V（典型值）...... 2,5
电流传感器上的阈值电压 U3，V（典型值），用于
MC33349N-3R1, MC33349N-7R1......0,2
MC33349N-4R1......0,075

在这些微电路外壳上的标记中，使用字母数字名称代替 KN：A1 - MC33349N-3R1、A2 - MC33349N-4R1 和 AO - MC33349N-7R1。

制造商没有标明电容器 C2 的容量。

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