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特色产品 - R5441 / R5443 -

锂离子保护芯片的新思路和先进解决方案

2019年1月24日

R5441/R5443

近年来,使用锂离子电池的应用数量显著增加。 最初,单电池用于移动电话应用,但现在它们几乎用于任何类型的便携式设备。

理光一直是开发锂离子保护IC的先驱,并且相关产品已经在1995年左右开始被生产出来。到目前为止,智能手机被认为是使用锂离子电池的最小或最薄的设备之一,但这种情况在过去几年随着可充电智能手表,助听器和健身追踪器的引入而发生了变化。因此,所需的电池容量从智能手机的3000 mAh减小到这些所谓的可穿戴设备的50 mAh左右。这些应用对其内部组件提出了新的挑战性要求,例如超小封装尺寸,开启和待机模式下的低电流消耗以及复杂的安全电路。

新型R5441和R5443专为此目的而设计,两款产品均嵌入晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP),以最大限度地缩小电路板空间。 R5443是最小的版本,板面积仅为1.05 mm2,厚度为0.36 mm。 它被认为是目前最小的单节锂离子保护IC之一。 与采用1.4 x 1.4 mm DFN封装的流行保护IC相比,小约53%。

锂离子电池保护 :

锂离子电池在按照规范使用时通常是安全的,但在内部或机械故障的情况下可能成为潜在的危险。 结果可能导致过热,散发烟雾甚至更糟,当事故发生时,制造商的声誉也会受到严重损害。 锂离子电池保护IC监控充电和放电过程,并在过程有可能超出电池安全工作范围的风险时进行干预。 当与裸电池一起使用时,保护IC可以在应用的电路板上使用,但也可以集成在叠层电池组中。 特别是可充电锂离子电池具有严格的操作限制,以使电池处于最佳状态并防止过载时的危急情况。 R5441和R5443包括多个检测电路,它们的输出控制两个与电池接线串联的外部MOSFET。

保护电路 :

  • 充电过压: 当电池电压超过过充电压阈值一段时间后,芯片将中断充电过程,防止过载。
  • 放电欠压: 如果低于过放电压阈值一段时间,芯片将中断放电过程并进入待机模式。它禁用一些内部电路以降低电流消耗,并确保将电池的进一步放电保持在最低限度。
  • 放电过电流: 当放电电流超过最大阈值一段时间后,保护电路变为有效。
  • 充电过电流: 一旦充电电流超过阈值一段时间,就会触发保护电路。
  • 短路电流: 与放电过电流水平相比,短路保护电路以更高的放电电流水平触发,延迟时间更短。

高精度过充电压阈值 :

R5441和R5443的过充电压阈值精度均优于±10mV,而普通产品则为±30mV。 此功能背后的想法是增加充电电压,同时保持相同的安全水平。 因此,电池的实际满充电压可以提高40mV,这对于电池容量较小的应用非常重要。 下图将详细说明,并比较标准与改进的准确度水平。

检测精度和电池使用寿命

电阻器电流检测与MOSFET电流检测 :

RSENS引脚和外部电流检测电阻

传统上,人们利用MOSFET导通电阻来测量电池组的电流。 但是,导通电阻水平最不准确,因为它取决于各种标准,如环境温度,栅极电压和MOSFET类型。

设计工程师可能经常猜测保护IC将触发其过流保护的过电流水平。 至于更高标准的电流检测,现在使用外部电流检测电阻变得越来越普遍。 这种电阻器可在市场上买到,可以根据您的首选电阻值和精度水平订购。

使用这种方法的最大优点是,与MOSFET电流检测相比,过流阈值裕度显着提高。

热保护 :

R5441有一个额外的电路,通过将外部NTC电阻连接到锡引脚来监控电池组的温度。 在温度过高的情况下,充电或放电过程中断。 过温阈值由产品版本指定,范围为40°C至70°C。 甚至可以为过充电和过放电阈值设置不同的温度阈值设置。

可选功能 :

可提供用于过充电和过放电监控电路的可选锁存(Latch)和自动释放功能(Auto release)。 锁定功能可以在充电器断开或连接之前保持锁定。自动释放模式是,当电池电压超过自动释放阈值时,芯片会自动恢复正常模式。

电路延迟时间都是内部固定的,不需要任何外部元件。 通过选择特定产品版本,可以指定所需的延迟时间。

另一种选择是0V电池充电功能。 当电池电压降至深度放电阈值(TYP. 1.25 V)以下时,可以防止再充电。 在这种情况下,锂离子电池可能不能再次充电或使用,保护使用者的安全。 有关可选功能的更多详细信息,请参阅数据表。

低电流消耗 :

R5441 / R5443的重要细节是IC的电流消耗等于或低于市场上绝大多数其他可用解决方案,并有助于降低电池组的自放电率。 在正常操作中,电流消耗分别为3.5 µA和2.5 µA。 当产品进入待机模式时,产品仅消耗0.04 µA。


综上所述 :

R5441和R5443是市场上受欢迎的新产品; 目标设备是具有小型单节锂离子或锂聚合物电池的可穿戴设备。 两者的占地面积分别为1.39 mm2和1.05 mm2。 R5441提供标准和增强的安全解决方案,带有额外的热保护电路,可检测过热的电池组。 此外,它们具有出色的高精度阈值设置,可为我们身体上佩戴的应用提供更高的安全性。 我们将继续为这个市场开发更多的解决方案,我们将很快回来提供更多消息。

理光的锂离子/聚合物电池保护IC产品自1995年投入市场以来,已逐渐形成完整的产品系列。该系列产品提供诸如过压保护/欠压保护/充电过流保护/放电过流保护/短路电流保护等功能。 1节电池保护IC被广泛应用于智能手机、手持设备;2节电池保护IC被广泛用于DSLR和便携式DVD播放器;多节电池保护IC被应用于电动工具和电动自行车领域;2次保护IC被用于笔记本电脑和电动工具。