本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子集成電路設(shè)計(jì),具體涉及針對(duì)高精度單節(jié)鋰電池恒流/恒壓線性充放電控制管理的一種新型高精度充放電管理集成ic。
背景技術(shù):
目前,在應(yīng)用中,鋰離子電池、鋰聚合物電池等充電電池,由于鋰?yán)镒拥牟环€(wěn)定特性,在充電過程中要對(duì)電壓、電流進(jìn)行控制,保證電池不會(huì)因?yàn)檫^壓、過流、過充、過放等現(xiàn)象損壞鋰電池的電芯及使用壽命,讓電池有爆炸風(fēng)險(xiǎn)。
為了避免上述風(fēng)險(xiǎn),現(xiàn)應(yīng)用中的廠商們?cè)O(shè)計(jì)了復(fù)雜的控制電路,以增加產(chǎn)品的成本、體積來規(guī)避上述風(fēng)險(xiǎn)。但在體積要求小的領(lǐng)域,廠商們只能使用部份保護(hù)功能,放棄大部份的保護(hù)特性。這樣導(dǎo)致在我們的生活中電池時(shí)有爆炸或起火等現(xiàn)象發(fā)生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的主要目的在于提供一種充放電管理集成ic,同時(shí)解決電池在充放電過程中過壓、過流、過充、過放等現(xiàn)象。同時(shí)簡單的外部應(yīng)用電路非常適合便攜式設(shè)備應(yīng)用,適合usb電源和適配器電源工作,內(nèi)部采用防倒充電路,不需要外部隔離二極管。同時(shí)解決在小型體積產(chǎn)品中的保護(hù)要求,保證高精度的電池恒流恒壓的充放電控制管理。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種充放電管理集成ic,集成ic內(nèi)部包括電阻分壓模塊、基準(zhǔn)源、比較器、邏輯控制電路、充放電檢測電路、vm輸出控制模塊、0v充電允許/禁止模塊、短路檢測模塊、mos管;集成ic外部設(shè)有八個(gè)端子:vm、bat-、gnd、prog、vdd、vb+、source、bat+;
其bat+端電壓在過電壓充電保護(hù)閾值和過電壓放電保護(hù)閾值時(shí),vm端檢測電壓與過電流放電保護(hù)電壓閾值之間,內(nèi)部充電控制和放電控制n-mos管均導(dǎo)通;此時(shí),既可以使用充電器對(duì)電池充電,也可以通過負(fù)載使電池放電;
電池充電:當(dāng)vb+電池電壓低于2.9v,集成ic用小電流對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電;當(dāng)電池電壓超過2.9v時(shí),采用恒流模式對(duì)電池充電;集成ic內(nèi)部的智能溫度控制電路在芯片的結(jié)溫超過115℃時(shí)自動(dòng)降低充電電流,這個(gè)功能可以使用戶最大限度的利用芯片的功率處理能力,不用擔(dān)心因?yàn)檫^熱而損壞芯片或者外部元器件;這樣,用戶在設(shè)計(jì)充電電流時(shí)可以不用考慮最壞情況,而只是根據(jù)典型情況進(jìn)行設(shè)計(jì)因?yàn)樵谧顗那闆r下,we1688會(huì)自動(dòng)減小充電電流;充電電流由外部管腳prog的電阻值r2確定;
過電壓充電保護(hù)狀態(tài):如果使bat+端電壓升高超過過電壓充電保護(hù)閾值4.3v,且持續(xù)時(shí)間超過過電壓充電保護(hù)延遲時(shí)間110ms,則使內(nèi)部充電控制mos端由高電平轉(zhuǎn)為vm端電平,從而使內(nèi)部充電控制mos關(guān)閉,充電回路被切斷,即進(jìn)入過電壓充電保護(hù)狀態(tài);
過電壓放電保護(hù)/低功耗狀態(tài):如果電池放電使bat+端電壓降低至過電壓放電保護(hù)閾值2.5v,且持續(xù)時(shí)間超過過電壓放電保護(hù)延遲時(shí)間55ms,則集成ic將使放電控制mos端由高電平轉(zhuǎn)為bat-端電平,從而使內(nèi)部放電控制mos管關(guān)閉,放電回路被“切斷”,即進(jìn)入過電壓放電保護(hù)狀態(tài);
過電流放電/電池短路保護(hù)狀態(tài),集成ic電路的vm端電壓將隨放電電流的增加而升高;如果放電電流增加使vm端電壓超過過電流放電保護(hù)閾值0.15v,且持續(xù)時(shí)間超過過電流放電保護(hù)延遲時(shí)間7ms,則集成ic進(jìn)入過電流放電保護(hù)狀態(tài);如果放電電流進(jìn)一步增加使vm端電壓超過電池短路保護(hù)閾值1.36v,且持續(xù)時(shí)間超過短路延遲時(shí)間400us,則we1688進(jìn)入電池短路保護(hù)狀態(tài)。
進(jìn)一步地,所述集成ic內(nèi)部是由芯片封裝而成,每處管腳與內(nèi)部功能模塊相對(duì)應(yīng):
1腳vm腳,與內(nèi)部的vm輸出控制,連接到充放電檢測電路,vm端接電阻,充放電檢測電路檢測到電壓后,根據(jù)電壓大小由控制電路來調(diào)節(jié)充電電流大小,以此來達(dá)到恒流充放電作用;
2腳bat-,外部連接到電池的負(fù)極,內(nèi)部連接在2個(gè)mos和分壓電阻上,內(nèi)部由電流電壓基準(zhǔn)源與主控制電路連接,在外部與bat+形成回路;
8腳bat+,外部與電池的正極相連,bat+內(nèi)部與分壓電阻相連,同時(shí)連接在比較器上,當(dāng)bat+上檢測電壓與基準(zhǔn)源電壓進(jìn)行比較,根據(jù)檢測到不同的電壓來實(shí)現(xiàn)過充,過放的對(duì)電池保護(hù)作用;
7腳source,內(nèi)部與雙mos相連外接電源負(fù)極;
3腳gnd,為充放電管理集成ic的gnd,與內(nèi)部電路模塊地相連;
4腳prog內(nèi)部連接到恒流源控制,外接限流電阻,檢測到電壓后由內(nèi)部恒注源調(diào)節(jié),達(dá)到二級(jí)輸出恒流作用;
5腳vdd,ic電源供電腳;
6腳vb,內(nèi)部連接主控制電路,外部連接電池正極,檢測電池正極電壓,當(dāng)電壓值達(dá)到設(shè)定值時(shí),內(nèi)部控制電路斷開放電回路,實(shí)現(xiàn)過放和短路保護(hù)。
更進(jìn)一步地,所述集成ic應(yīng)用時(shí)外部設(shè)有包括5v電源、充電電流大小設(shè)置電阻r2、電流檢測電阻r1、電池;
集成ic接收到5v電源后,啟動(dòng)vb+給bat充電;
充電時(shí)bat+腳檢測電池電壓;
當(dāng)電池電壓低于2.9v,電池正常充電;
bat+腳檢測電池電壓大于4.3v時(shí),電路啟動(dòng)過電壓充電保護(hù);
當(dāng)方框1接負(fù)載時(shí),電池通電vdd放電;
放電時(shí)當(dāng)bat+電壓低于2.5v時(shí),集成ic啟動(dòng)過電壓放電保護(hù);
電流檢測電阻r1檢測電流過,集成ic啟動(dòng)過電流放電保護(hù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的充放電管理集成ic能實(shí)現(xiàn):過電壓充電保護(hù);過電壓放電保護(hù)/低功耗狀態(tài);過電流放電/電池短路保護(hù)狀態(tài);0v電池充電;恒流充電電流設(shè)置端;智能溫度控制;且集成ic應(yīng)用電路簡單。
除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外,本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D,對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
附圖說明
構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解,本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
圖1是本發(fā)明的一種充放電管理集成ic內(nèi)部原理框圖;
圖2是本發(fā)明的一種充放電管理集成ic外部結(jié)構(gòu)圖;
圖3是本發(fā)明的一種充放電管理集成ic具體應(yīng)用原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
參考圖1和圖2,如圖1和圖2所示的一種充放電管理集成ic,集成ic內(nèi)部包括電阻分壓模塊、基準(zhǔn)源、比較器、邏輯控制電路、充放電檢測電路、vm輸出控制模塊、0v充電允許/禁止模塊、短路檢測模塊、mos管;集成ic外部設(shè)有八個(gè)端子:vm、bat-、gnd、prog、vdd、vb+、source、bat+;
其bat+端電壓在過電壓充電保護(hù)閾值和過電壓放電保護(hù)閾值時(shí),vm端檢測電壓與過電流放電保護(hù)電壓閾值之間,內(nèi)部充電控制和放電控制n-mos管均導(dǎo)通;此時(shí),既可以使用充電器對(duì)電池充電,也可以通過負(fù)載使電池放電;
電池充電:當(dāng)vb+電池電壓低于2.9v,集成ic用小電流對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電;當(dāng)電池電壓超過2.9v時(shí),采用恒流模式對(duì)電池充電;集成ic內(nèi)部的智能溫度控制電路在芯片的結(jié)溫超過115℃時(shí)自動(dòng)降低充電電流,這個(gè)功能可以使用戶最大限度的利用芯片的功率處理能力,不用擔(dān)心因?yàn)檫^熱而損壞芯片或者外部元器件;這樣,用戶在設(shè)計(jì)充電電流時(shí)可以不用考慮最壞情況,而只是根據(jù)典型情況進(jìn)行設(shè)計(jì)因?yàn)樵谧顗那闆r下,we1688會(huì)自動(dòng)減小充電電流;充電電流由外部管腳prog的電阻值r2確定;
過電壓充電保護(hù)狀態(tài):如果使bat+端電壓升高超過過電壓充電保護(hù)閾值4.3v,且持續(xù)時(shí)間超過過電壓充電保護(hù)延遲時(shí)間110ms,則使內(nèi)部充電控制mos端由高電平轉(zhuǎn)為vm端電平(低電平),從而使內(nèi)部充電控制mos關(guān)閉,充電回路被切斷,即進(jìn)入過電壓充電保護(hù)狀態(tài);
過電壓放電保護(hù)/低功耗狀態(tài):如果電池放電使bat+端電壓降低至過電壓放電保護(hù)閾值2.5v,且持續(xù)時(shí)間超過過電壓放電保護(hù)延遲時(shí)間55ms,則集成ic將使放電控制mos端由高電平轉(zhuǎn)為bat-端電平(低電平),從而使內(nèi)部放電控制mos管關(guān)閉,放電回路被“切斷”,即進(jìn)入過電壓放電保護(hù)狀態(tài);
過電流放電/電池短路保護(hù)狀態(tài),集成ic電路的vm端電壓將隨放電電流的增加而升高;如果放電電流增加使vm端電壓超過過電流放電保護(hù)閾值0.15v,且持續(xù)時(shí)間超過過電流放電保護(hù)延遲時(shí)間7ms,則集成ic進(jìn)入過電流放電保護(hù)狀態(tài);如果放電電流進(jìn)一步增加使vm端電壓超過電池短路保護(hù)閾值1.36v,且持續(xù)時(shí)間超過短路延遲時(shí)間400us,則we1688進(jìn)入電池短路保護(hù)狀態(tài)。
充放電管理集成icwe1688內(nèi)部是由芯片封裝而成,每處管腳與內(nèi)部功能模塊一一對(duì)應(yīng):
1腳為vm腳,與內(nèi)部的vm輸出控制,連接到充放電檢測電路,vm端接電阻,充放電檢測電路檢測到電壓后,根據(jù)電壓大小由控制電路來調(diào)節(jié)充電電流大小,以此來達(dá)到恒流充放電作用。
2腳為bat-,外部連接到電池的負(fù)極,內(nèi)部連接在2個(gè)mos和分壓電阻上,內(nèi)部由電流電壓基準(zhǔn)源與主控制電路連接,在外部與bat+形成回路。
8腳bat+,外部與電池的正極相連,bat+內(nèi)部與分壓電阻相連,同時(shí)連接在比較器上,當(dāng)bat+上檢測電壓與基準(zhǔn)源電壓進(jìn)行比較。根據(jù)檢測到不同的電壓來實(shí)現(xiàn)過充,過放的對(duì)電池保護(hù)作用。
7腳source內(nèi)部與雙mos相連外接電源負(fù)極。
3腳gnd,we1688的gnd,內(nèi)部電路模塊地相連。
4腳prog內(nèi)部連接到恒流源控制,外接限流電阻,檢測到電壓后由內(nèi)部恒注源調(diào)節(jié),達(dá)到二級(jí)輸出恒流作用。
5腳vdd,ic電源供電腳。
6腳vb內(nèi)部連接主控制電路,外部連接電池正極,檢測電池正極電壓,當(dāng)電壓值達(dá)到設(shè)定值時(shí),內(nèi)部控制電路斷開放電回路,實(shí)現(xiàn)過放和短路保護(hù)。
參考圖3,如圖3所示,所述集成ic應(yīng)用時(shí)外部設(shè)有包括5v電源、充電電流大小設(shè)置電阻r2、電流檢測電阻r1、電池;
集成ic接收到5v電源后,啟動(dòng)vb+給bat充電;
充電時(shí)bat+腳檢測電池電壓;
當(dāng)電池電壓低于2.9v,電池正常充電;
bat+腳檢測電池電壓大于4.3v時(shí),電路啟動(dòng)過電壓充電保護(hù);
當(dāng)方框1接負(fù)載時(shí),電池通電vdd放電;
放電時(shí)當(dāng)bat+電壓低于2.5v時(shí),集成ic啟動(dòng)過電壓放電保護(hù);
電流檢測電阻r1檢測電流過,集成ic啟動(dòng)過電流放電保護(hù)。
方框1中是接入5v電源。
we1688接收到5v電源后,啟動(dòng)vb+給bat充電。
方框2是設(shè)置充電電流大小。
充電時(shí)bat+腳檢測電池電壓。
當(dāng)電池電壓低于2.9v,電池正常充電。
bat+腳檢測電池電壓大于4.3v時(shí),電路啟動(dòng)過電壓充電保護(hù)。
當(dāng)方框1接負(fù)載(燈泡)時(shí),方框4電池通電vdd放電。
放電時(shí)當(dāng)bat+電壓低于2.5v時(shí),we1688啟動(dòng)過電壓放電保護(hù)。
方框3檢測電流過,we1688啟動(dòng)過電流放電保護(hù)。
本發(fā)明的充放電管理集成ic是一款高精度的單節(jié)鋰電池充電、放電控制電路,它可以實(shí)現(xiàn)高精度過壓充電保護(hù)、過電壓放電保護(hù)、過電流放電保護(hù)等功能。集成ic包括單節(jié)鋰離子電池恒流/恒壓線性充電器,內(nèi)部采用防倒充電路,不需要外部隔離二極管。熱反饋可對(duì)充電電流進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對(duì)芯片溫度加以限制。產(chǎn)品內(nèi)部集成了阻容(rc)器件、功率晶體管、mos管,充電電流可以用外部電阻設(shè)定,不需要另加阻流二極管和電流檢測電阻。芯片內(nèi)部的高精度電壓基準(zhǔn)源、誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)確保電池端調(diào)制電壓的精度在1%以內(nèi),滿足鋰離子電池和鋰聚合物電池的要求。使其外部無需任何器件。
本發(fā)明的充放電管理集成ic能實(shí)現(xiàn):過電壓充電保護(hù);過電壓放電保護(hù)/低功耗狀態(tài);過電流放電/電池短路保護(hù)狀態(tài);0v電池充電;恒流充電電流設(shè)置端;智能溫度控制;且集成ic應(yīng)用電路簡單。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。