CMD1402為鋰電池保駕護航
CMD1402為鋰電池保駕護航
便攜式穿戴設(shè)備的更新迭代不斷地促進著鋰電池保護技術(shù)的發(fā)展與成熟，與此同時，隨著低功耗半導(dǎo)體元器件的飛速發(fā)展，使得鋰電池電路在靜態(tài)下的功耗進一步降低，優(yōu)秀的優(yōu)值系數(shù)更是提高了鋰電池在動態(tài)條件下電能的有效轉(zhuǎn)換率，從而延長了負載的工作時間。
鋰電池內(nèi)部的電化學反應(yīng)
鋰電池充放電過程就是離子在兩個電極之間做往復(fù)運動。充電時，正極會電解出鋰離子,鋰離子從正極流出通過電解液進入負極，在負電極鋰離子處于富集狀態(tài)。放電狀態(tài)時鋰離子運動則相反。試想，如果對過程中鋰離子運動不加以限制的話，將導(dǎo)致在charge過程中正極離子轉(zhuǎn)移太多，在discharge過程中負極離子轉(zhuǎn)移過多。容易造成過充與過放的危險。無論電池的過充還是過放，不僅對電池正常使用造成極大的損害，同時也給電池使用對象構(gòu)成極大威脅。所以，有必要對這種電化學反應(yīng)經(jīng)行精準干預(yù)，這種干擾往往通過在電池外圍增加干擾電路，習慣叫做電路保護電路，電路保護板。
鋰電池保護機理
下圖是某單節(jié)鋰電池保護芯片參數(shù)，
由于電路保護板的存在，使得充放電過程得到有效精準的控制，保障了鋰電池的正常工作。通常，單節(jié)鋰電池最大充電電壓值為4.2V左右，保護電路設(shè)置的保護電壓值相對會較高，一般為4.5V，當鋰電池充電電壓超過4.5V即為過充。放電的門限電壓為2.7V，保護電路設(shè)置的保護電壓相對較低，有的為2.2V，當對外放電至2.2V以下，即為過放。
圖一是基于CMD1402設(shè)計的鋰電池保護原理圖。P+與P-為電池連接器上的VBAT+與VBAT-即主要與負載直接連接供電。U1為保護控制芯片。通過與其構(gòu)成的檢測回路反饋的信號，作出判斷，進而打開或者關(guān)閉MOS管開關(guān)1和MOS管開關(guān)2，以保證充放電的正常工作。B+，B-為電池電芯的正負極。ID方面，MCU通過讀取ID管腳電阻的阻值來獲悉電池的類型信息。TH端接的是一個NTC電阻，根據(jù)NTC電壓，利用AC/DC數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲取對應(yīng)的溫度值，從而保障電池在高溫時可以停止充電。
CMD1402為鋰電池保駕護航
核心優(yōu)勢
CMD1402是一款擊穿電壓BVDSS=20V溝槽工藝場效應(yīng)晶體管，具有能夠承擔一定功率的能力，提供TO-252、TO-251兩種封裝，封裝如圖所示，這兩種封裝都具有優(yōu)秀的散熱設(shè)計,保障其在大電流高功率導(dǎo)通工作條件下不發(fā)熱。閾值電壓VGS(th)不超過1.2V,低閾值電壓使其驅(qū)動電路變的簡單，可以直接用控制芯片IC驅(qū)動。擊穿電壓BV=20V,用于鋰電池保護電路中凸顯出經(jīng)濟性。另外，CMD1402還具有相對較強的GFS跨導(dǎo)特性，使得工作在不同的工作區(qū)域（線性區(qū)，恒流區(qū)，截至區(qū)），都能有相對寬的偏置電壓被控制。漏源電流可達到50A，在低壓情況下具有卓越的功率輸送能力，除了適用于鋰電池，還可用在小功率電機，電源DC模塊，太陽能控制器也是不二選擇。
降低能耗：
在鋰電池保護中電路中，低功耗尤為重要。CMD1402低的飽和導(dǎo)通內(nèi)阻（RDSON僅為4.1mΩ）實現(xiàn)了極低的功耗，使其在電路應(yīng)用中，無論是靜態(tài)待機狀態(tài)還是動態(tài)工作過程均有效降低電池電能損耗。低功耗設(shè)計不僅延長了電池續(xù)航時間，還對提升電池及設(shè)備整體運行效率至關(guān)重要。
電路板的工作情況：
1. 正常工作狀態(tài)
在正常工作狀態(tài)下，電路中U1的“CO”與“DO”都輸出高電平，兩個MOS管都導(dǎo)通，構(gòu)成了回路，電池便可以進行充電與放電。CMD1402 MOS管的導(dǎo)通電阻只有4.1MΩ左右。
2. 過充保護
電池在充電過程中分為三個階段，分別為涓流充電，恒流充電以及恒壓充電。涓流充電即充電使得電芯電壓達到規(guī)格書中的要求電壓，一般為3V，這個過程MOS管工作在線性區(qū)，溝道打開較小，MOS電阻較大，電流非常的小。待電池電壓充電達到3.0V以后，便進入恒流充電，此時電流恒定，電壓不斷增大。當電壓值增大到4.2V時，轉(zhuǎn)換為恒壓充電，此時電流會越來越小直至充滿。(充電電壓根據(jù)控制芯片U1的不同，電壓值也略有差異)
有了鋰電池保護板，就不用擔心這些問題。保護板控制IC會檢測VDD-VSS壓差，當壓差超過保護值時，IC控制“CO”腳將由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，此時MOS管關(guān)斷，形成斷路，從而起到了充電保護的作用。
控制IC在檢測到電池電壓超過規(guī)定值關(guān)斷MOS管這一過程，存在一定的延時，目的是為了避免因干擾而造成誤判，同時在電池方面，延遲一般為1s左右。
3. 過放保護
電池在接上負載放電時，電壓會一直下降。當電池電壓低至設(shè)定值時(一般為2.7V)，其電池容量被預(yù)設(shè)系統(tǒng)判定為O。放電過程中，當出現(xiàn)過放，即放電至2.7V后，電池還在放電，且達到保護板設(shè)定的電壓值時(一般為2.5V)，控制IC檢測電芯電壓后，將“DO”腳將由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，使得充電管理mos管關(guān)斷，從而切斷放電回路，此時電池無法對負載進行放電，起到了保護的作用。
遇到過放恢復(fù)的辦法
充電側(cè)MOS管存在體二極管，連接充電器，通過體二極管對電池進行充電，恢復(fù)至電芯2.5V后解除保護板的保護，MOS管導(dǎo)通，形成完整回路，電池達到2.7V后開機。
4. 過流保護
根據(jù)鋰電池的電化學特性，在出廠之前電池廠家對充電與放電電流進行設(shè)限，當超過這個上限時，將會導(dǎo)致電池的永久性損壞。
例如，放電過程，電池在正常放電時，放電電流會經(jīng)過串聯(lián)在一起的MOS管，由于MOS管自身存在導(dǎo)通阻抗，其兩端產(chǎn)生一個電壓，電壓值為U=2*I*RDSON，RDSON為單個MOS管的導(dǎo)通阻抗。控制IC會對VM腳的電壓值不斷的檢測。若負載因為某種原因?qū)е禄芈冯娏鬟^大，使得MOS管的導(dǎo)通壓降大于規(guī)定值時，其“DO”腳將會由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，使得充電管理MOS管關(guān)斷，從而切斷回路，使得回路電流為0，起到過電流保護作用。
5. 短路保護
電池在對負載放電時，若回路電流大到使得VM腳檢測到的電壓值大于規(guī)定值時，控制IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，使得Q充電管理MOS管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護的作用。短路保護的延時時間較短，通常是微秒級別。且短路保護的電流值遠大于過流保護的電流值。
Cmos半導(dǎo)體是優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)半導(dǎo)體廠家，擁有豐富的MOSFET和其他半導(dǎo)體產(chǎn)品，具備出色的性能和經(jīng)濟性。生產(chǎn)工藝齊全、先進，產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，產(chǎn)品分布低功率至高功率應(yīng)用。
Cmos半導(dǎo)體產(chǎn)品
Cmos產(chǎn)品有：MOS場效應(yīng)管，晶閘管，IGBT，三端穩(wěn)壓芯片，三極管，二極管等，應(yīng)用鄰域廣泛，性能可靠穩(wěn)定。
Cmos產(chǎn)品應(yīng)用
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