充电电池保护IC的实现原理与发展趋势
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充电电池使用过程中，过充电、过放电和过电流是影响电池使用寿命和性能的主要因素，充电电池保护IC通过保护环路有效监测并防止对电池产生损害。本文将详细阐述保护IC实现原理以及此类IC的发展趋势。近年来，由于锂离子充电电池符合便携式电子产品在小型、重量轻及使用时间长方面的要求，因而从移动电话和PDA等为代表的便携式电子产品，到笔记本计算机、VTR等都开始大量采用锂离子充电电池。然而，另一方面，锂离子充电电池需要过充和过放等保护，所以通常在电池包里必须放置保护回路。本文将介绍锂离子充电电池保护用IC所产生的作用，以及此类产品的未来发展趋势。锂离子充电电池保护IC的功能在锂离子充电电池的使用过程中，可能会由于使用者的错误使用而造成过充，产生电池温度上升；其次，由于电解液的分解而产生瓦斯，使其内部压力上升，以及金属锂等的释出而造成有起火及破裂的危险。相反，在放电时，如果产生过放将会分解电解液，使得电池的特性产生劣化。为了避免过充及过放所产生的安全性问题，并防止电池特性劣化，在锂离子电池包中采用了保护回路，如图1所示。基本上，该保护回路由两个FET和专用IC(以下称为保护IC)构成。保护IC负责监测电池电压，并控制两个FET的栅极，而FET分别实现过充和过放的控制功能。a. 锂离子充电电池保护用IC的基本功能关于锂离子充电电池的保护，必须具有以下3个保护功能。1. 过充监测 防止电池的特性劣化、起火及破裂，确保安全性。2. 过放监测 防止电池特性劣化，确保电池的使用寿命。3. 过电流监测 防止FET的破坏，短路保护及确保搬运时的安全性。采用保护回路来实现以上三种保护功能，提高电池包的安全性和可靠性。b. 通常状态在通常状态下可以自由充放电，因此控制用FET都为接通状态。为了有效地利用放电电流及充电电流，在FET里采用了小接通阻抗功率MOS管。c. 过充电保护过充保护功能是指在达到某个电压(以下称为过充电检测电压)时，禁止由充电器继续充电。 即，将控制过充的FET变成关断状态，停止充电电流的流动。如图2所示，将电池包中控制充电的FET栅极设置为关断状态，从而停止充电。但是，过充检测之后，必须保证可以在负载上放电。通过改善过充检测电压的误差一方面提高电池的安全性(防止内压上升)，另一方面，由于高容量的需求，要求提高其精确度。另外，过充电检测对应于脉冲充电及由于噪声而发生的误动作，因而需要设定延迟时间。当前的保护IC可以利用外接电容自由设定延迟时间。d. 过放电保护过放电保护功能是在电池和电压变低时，停止对负载放电。如图3所示，将电池包控制过放的FET的栅极变成关断状态，禁止其放电。该过程正好与过充电检测时的动作相反。由于在过放检测电压以下时电池电压不能再降低，因此必须要求保护用IC消耗电流极小。其次，很多过放检测电路设有延迟时间。e. 过电流保护过电流保护功能是在消耗大电流时停止对负载的放电，此功能的目的在于保护电池及FET，确保电池包在工作状态下的安全性。过电流检测是将FET的接通电阻当成感应电阻处理，监视其电压的状况，若比所设定的电压(过电流检测电压)还高，则立即停止放电。过电流检测必须设置延迟时间。若没有延迟时间，当突然有电流流入时，会检测出过电电流，而使得放电停止。因此，近来的保护IC都分为在短路时和突然有电流流入时的两种不同状况的检测。过电流检测之后，电池包与负载脱离后将恢复到常态，可以再充电或放电。锂离子充电电池保护IC的种类在不同的应用中，锂离子电池内所使用的保护IC并不相同。表1为Seiko instruments公司的产品系列及相关应用Seiko instruments公司的保护IC过充电检测电压的精确度为±25mV(温度=25℃)，并且，在关断电源时的电流也只有0.14μA (温度为-40℃~85℃)，适合于用在强调安全性的锂离子电池中。此外，由于采用小型封装且减少了外接元件，有利于电池包的小型和薄型化的要求。锂离子充电电池保护IC的发展趋势a．保护功能需求改变并非所有应用都要求具备过充、过放及过电流保护的功能。例如，将来也许会采用只有过放电保护功能的保护IC构成其保护回路。b. 过充电检测电压精度更高为了提高电池包的安全性，要求过充电检测电压的精度足够高。现在，±25mV(温度＝25℃的条件下)为最高精度，但在其它温度范围内，将来会要求能达到同样的高精度。c. 低成本及高安全性在保护回路上，同时要求成本低和高安全性。这样，未来可能会划分为保护IC及复位IC等功能简化产品，以及使用专用IC等两大类。d. 将控制IC和外部FET集成在考虑空间的情况下，将控制IC和外接FET采用单个封装。但是，由于FET能选择的范围有限，再加上FET的热影响会产生控制系统的误动作和破坏等在安全性问题，采用单一封装IC并不是最佳的选择。e. 汽车用保护IC锂离子充电电池的最大市场为汽车电池的市场。与便携式电子产品相比，由于容量变大，因此其安全性的要求会更加高，以往的保护功能可能并不能满足需要。因此，如何满足这些变化是今后的重要课题。f. 锂离子聚合物电池用保护IC各电池厂商都在加速开发锂离子聚合物电池，并宣称将不再需要保护回路。但是，这并不能真的马上实现，将可能发展为使用只具有一部分保护功能的保护回路。因而可以推想，今后保护用IC会有简化的趋势。Seiko instruments公司供稿
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什么是IC？
泛指所有的电子元器件 集成电路又称为IC，是在硅板上集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块。它是电子设备中最重要的部分，承担着运算和存储的功能。集成电路的应用范围覆盖了军工、民用的几乎所有的电子设备。
什么是充电电池?
充电电池指可以充电的电池，包括镍镉电池（Ni-Cd）、镍氢电池（Ni-Mh）、锂离子电池（Li-lon） 、锂聚合物电池（Li-polymer）以及铅酸电池（Sealed）等。
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魅族一直称自己是一个小企业，而小企业在整个市场产业链上又将作何体验？代工厂的产能能否保证、售后能否支撑起巨大的销量，更为关键的是，上游的元器件厂商能否保证供货，如果供应链断裂，产品的生产将无从谈起。魅族即将发布的移动新品传闻将采用TI还没量产的元器件，魅族将如何解决这一问题？
图：魅族6.30新品发布会邀请函实物。
早期微博上曾透露，魅族将采用TI的MaxCharge快充技术。目前市面上主流的快充技术有是三种，另外两种分别是高通的QuickCharge&2.0和MTK&的Pump&Express。作为今年近6月份才面世的技术，TI的MaxCharge无疑在指标上要略胜一筹。美国TI的官网技术说明描述，其芯片电流设计达到了双USB&2+1A的输出需求――输入电压最高可达14V，输出部分5V升压后输出电流可达3.1A，并且兼容高通Quick&Charge&2.0和MTK&的Pump&Express。不过这一芯片存仍在预售阶段，也就是说还没量产。魅族成为第一个吃螃蟹的厂商，如果无法保证移动电源产量的话，搞不好630发布会的邀请函头盔要成为抵挡用户唾沫的装备。
图：魅族移动电源或将采用TI&BQ25895&IC芯片。
除此之外，据传魅族移动电源采用了型号为BQ25895的充放IC正是MaxCharge快充技术的高阶版芯片。热衷于在手机上搭载最新技术的魅族，在移动电源上依然延续了这一传统，虽然作为移动电源市场的后来者，魅族却很可能在起步上便超越竞争对手。发布时间一拖再拖，追求更安全更可靠的电源管理芯片，或将是魅族去采用未曾量产元器件的重要原因。
图：网上曝光的魅族移动充电器模块主板。
此前由于对供应链考虑上的欠缺，魅蓝note在早期的生产当中没有预料到市场的巨大需求，魅蓝note2电信版也是一再跳票宣布延迟发售，缺货抢货现象遭到消费者的一片骂声。如今来到移动电源上，魅族能否吸取以往的教训，摆脱上游供应链厂商的限制，保质保量地完成移动电源的生产将是对其最大的考验。6.30魅族新品发布会上，我们期待魅族能够带来颜值和品质兼顾的移动电源产品，更重要的是消费者也能够容易买到。
初审编辑：责任编辑：system
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