新型锂离子电池充放电保护器MAX1665S/V/X

2006-05-07 15:49:49来源: 国外电子元器件

1 概述

锂离子电池是一种新型可用充电电池,它具有单体工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、循环寿命长(高达1200次)、可在两小时内快速充足电以及允许放电温度范围宽(-20~+60℃)等优点。此外,锂离子电池还有自放电电流小,无记忆效应和无环境污染等优点,它的综合性能优于铅酸、镍镉、镍氢和金属锂电池,因而是目前性能最好的电池。可广泛应用于便携式电子设备、移动通信、手机及无线电台等。

锂离子电池的主要缺点是不鸡允许过充电和过放电。为了防止锂离子电池过充电和过放电,单体电池或电池组都必须加装充、放电及过流保护电路,并且需要专用的充电器来对锂离子电池实施最安全和最佳地充电,以延长其使用寿命。

MAX1665S、MAX1665V、MAX1665X是分别可用于2、3、4节锂离子电池组的充放电过过程控制器,这些器件能检测每一节电池的电压及充、放电电流,并可为锂离子电池组提供过压、欠压和过流保持,它们通过控制两只外部N沟道MOS场效应管的通断来实现对电池且的充、充电保护。由MAX1665构成保护器所需的元件少,且工作电流非常低,从而保证电池在长期储藏期间不会过放电。

2 主要特性参数及管脚功能

MAX1665锂离子电池充电保护器的主要功能如下:

●具有保护功能,可对电池和电池组进行过充电和过放电保护;

●典型电源电流值为16μA;

●休眠电流小于1μA;

●电池组匹配输入偏置电流小于500pA,可维挂电池组的平衡;

●B4P、B3P、B2P、B1P与PKN之间的最大电压分别为+24V、+18V、+12V、+6V;

●工作温度范围为:-40~+80℃;

●储藏温度范围为-60~+150℃。

MAX1665采用8脚SO封装,其引脚排列如图1所示。各器件的管脚功能如表1所列。

表1 MAX1665引脚功能

管        脚 名  称 功     能
MAX1665S MAX1665V MAX1665X
1,8 1 - I.C 内部连通,外部不接
- - 1 B4P 电池4正极输入端,连接到锂离子电池组第四节电池的正极端
2 2 2 DSG 放电控制输出端,驱动控制外部NMOSFET的栅极,控制充电过程
3 3 3 CHG 充电控制输出端,驱动控制外部NMOSFET的栅极,控制充电过程
4 4 4 PKN 电池组负极输入
5 5 5 BN 接第一节串联锂离子电池负极
6 6 6 B1P 电池1正极输入端,连接到锂离子电池组第一节电池的正极端
7 7 7 B2P 电池2正极输入端,连接到锂离子电池组第二节电池的正极端
- 8 8 B3P 电池3正极输入端,连接到锂离子电池组第三节电池的正极端

3 保护工作原理

3.1 过压保护

当任何一节电池电压升高到Vov(过压限定值)以上时,芯片中CHG端输出低电平以控制外部MOSFET关断,从而断开电池的充电回路。MAX1665可在电池组内逐个测量线一节电池电压防防止过充电。当电池电压下降到Vov-100mV以下时,充电过程又重新开始。

3.2 欠压或过放电保护

在电池组只,当每节电池电压均高于欠压门限值VUV(典型值2.5V)时,器件将房产控制外部MOSFET接通放电回路,以允许电池组放电。放电过程中,只要其中一节电池电压低于VUV时,器件便将CHG锁定到PKN,DSG锁定到BN,从而MOSFET的关断放电回路将使器件进入睡眠模式,此时静态电流低于1μA。

在长期储藏期间,MAX1665进入睡眠模式,电池将安全放电(小于1μA)直到电池达到欠压门限为止。当外部电池接通并使BN端电压上升超过PKN端电压18mV时,电路重新进入正常工作状态。

3.3 过流保护

当MAX1665检查出过流时,通过连接CHG和DSG来关断外部MOSFET,从而停止充电或放电过程。在充电模式,当BN端到PKN端的电压超过+250mV时,将进入过流充电。在放电模式,当BN端到PKN端的电压低于-250mV时,进入过流放电。在任何一种过流条件下,CHG和DSG端均给出50ms/12Hz的选通脉冲(定期采样电池电流),直到过流故障消除为止。如果过压和过流条件同时存在,则过压条件优先;如果过充电(欠压)和过充条件同时存在,则达放电条件优先。

3.4 电池电流平衡

当各电池匹配(各电池参数一致)时,MAX1665仅从顶端点引出电流,而从中间接点引出的电流为零,这样可使电池组电流保持平衡。图2所示为一个电压采样简化电池图。

在实际工作中,MAX1665可从外部接点输入70nA~150nA的电流,而当电池匹配时,这个电流不存地。在电池采样期间(占用一个机器周期1/32的时间)则可获取2~5nA的电流。

3.5 外部场效应管选择

外部N沟道MOSFET被用作开关门,以控制充电、放电过程。MAX1665的CHG和DSG用来控制外部MOS场效应管的栅极,以防止锂离子电池因过流状态的损坏。需要说明的是,MAX1665X将最大栅源电压VGS限制在20V。

4 串联电池组充电控制电路

图3(a)、(b)、(c)分别给出了2、3及4节串联电池组充、放电保持器的应用电路。为防止MOS管中的体二极管导通,IRF7101的双N沟道MOSFET采样定向串联连接方式(源极与源极相连),的极性符号表示对外连接充电电源的极性。图中IRF7101可选用小型8脚窄封装。如何选择MOSFET,取决于电池的最大充、放电电流值,使用不同的MOSFET可以获得不同的应用效果。表2给出了推荐的MOSFET。

表2 推荐MOSFET

NMOSFET型号 典型导通电阻R(ON)(Ω) 最大栅源电压Vos(V)
IRF9956 0.01 ±20
FDS6990A 0.018 ±20
Si9936 0.050 ±20

当每节电池电压低于4.3V(过压充电限定值)时,MAX1665对电池充电。在充电过程中,如果任何一节电池的电压升高到4.3V上,保护器都将关断充电MOSFET以防止电池组内电池过充电;当每节电池电压在2.5V(欠压限定值)以上时,保护器则允许电池对负载放电。当任何一节电池电压低于2.5V时,保护器将关断放电MOSFET,从而防止电池组内电池过放电;如果PKN端与BN端的电压差低于250mV时,电池正常充电或放电,否则被禁止,这一性能可防止电池组过流。

MAX1665的控制引脚CHG和DSG用来分别驱动两只串接的N沟道MOSFET的栅极。而电池组能否充电或放电,取决于电池的状态。在电池保持电路中,MAX1665依据B1P、B2P、B3P和B4P的测量值来决定电池组能否充电或放电。

    当CHG和DSG是高电平时,MOSFET导通,允许电池充电或放电。当充电流或放电电流过大(过流)时,器件关断MOSFET进入备用方式,并定期采样电池电流,确定故障状态是否解除。MAX1665不能直接取样电流,但可通过测量BN和PKN之间电压(由充电或放电电流通过MOSFET的漏源电阻得到,预置门限电压为250mV)来防止电池过流。

在工作状态时,MAX1665系列器件的耗电低于静态电流(25μA),而在睡眠状态,则低于1μA,该电路可允许电池长期储存,而不影响电池寿命。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200605/2178.html
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