锂离子电池充放电安全简介及电池检测设计
harge对电池进行充电,此时充电电流开始下降,当充电电流降至约等于Pre-Charge电流时,充电器停止对电池充电,即完成充电。
不论是用通用序列总线(USB)或AC电源转换器(Adapter)输入电源对电池充电,当电池开始充电后,若充电时间超过其设定时间,充电器仍然操作于Pre-Charge模式而未进入CC Charge模式,或者仍然操作于CC/CV Charge模式而未进入充电完成状态,则透过IC的充电计时保护功能使充电器停止对电池充电。
充电计时保护确保电池安全
图2为本文范例充电IC的脚位示意图,充电计时保护时间由IC外部TMR脚位(Pin 15)的电容CTMR设定,CTMR选择方式如下:
![](../img/eep/emb/emb-47441j54fpahzju1.jpg)
图2 AIC6511脚位示意图
.Pre-Charge充电时间:
![](../img/eep/emb/emb-47442g4xlpz5sxdq.jpg)
……(Minutes)
.完整充电时间:
![](../img/eep/emb/emb-47443wzbm0wqw45m.jpg)
……Minutes)
若电池在充电状态下,充电时间已超过使用者所设定的充电计时保护时间,但充电器却仍尚未脱离当前的充电状态或结束充电,这时IC的充电计时保护功能就会立即启动,迫使充电器停止对电池充电(图3),此时的STAT1(Pin 12)位准为High,LED1指示灯为不亮(图4);若将TMR(Pin 15)脚位连接至GND(Pin 6)脚位,便可以解除使充电计时保护功能。
![](../img/eep/emb/emb-47444nvuph5mfpzk.jpg)
图3 充电器是否正确检测电池充电情形,对于使用安全至关重要
当输入电源重置、EN信号触发时,皆能解除充电计时保护时间,使其重新计时。
充电指示状态
图4中,STAT1(Pin 12)及STAT2(Pin 13)内部为两个Open-Drain的N型金属氧化物半导体(NMOS)开关,必须和VREF33脚位(Pin 7)或与其他有Pull-Up电阻的偏压电源连接,其动作情形如表2所示。
![](../img/eep/emb/emb-474455mcx0mytfhi.jpg)
图4 AIC6511典型应用电路
表2 充电指示状态表
![](../img/eep/emb/emb-4744604olktvjayl.jpg)
输入电源检测防止电池漏电流倒灌
AC Adapter或USB两种不同输入电源皆可对电池充电。若同时接上AC Adapter及USB电源,IC内部开关会优先选择AC Adapter端做为充电器的输入电源;然而,应避免此情况发生。
.ACIN
图4中供一般插座之Adapter电源于VIN脚位(Pin 2)输入,在ACIN充电模式下,能以高达2安培(A)之充电电流对电池进行充电,最大充电电流由RS1电阻设定。
.USBIN
USBIN脚位(Pin 5)供USB电源输入。在选择USBIN充电模式时,其输入限制电流由RILIM电阻设定,设定500毫安(mA)适用于USB 2.0,900毫安适用于USB 3.0.
当使用USBIN模式时,CC Charge电流会随不同输入电压和电池电压变动,藉由检测在CC Charge时流经RS1电阻的电流来调节其固定输入限制电流IUSB_LIM.在充电过程中,若将AC Adapter及USB电源移除,IC内部开关皆会截止并启动防倒灌保护功能,防止电池漏电流逆向倒灌回输入电源端。
充电电流设定
本文范例芯片提供USB及AC Adapter两种输入电源模式选择对电池充电,其充电电流设定如下:
.ACIN充电电流:
透过图4中RS1电阻可设定高达2安培的最大充电电流(Maximum Charge Current)。
![](../img/eep/emb/emb-47447zda3brrw0xb.jpg)
……(A)
.Trickle or Pre-Charge充电电流:
不论是ACIN或USBIN,其充电电流(Pre-Charge Current)约为10%的最大充电电流。
![](../img/eep/emb/emb-474480vds2antayo.jpg)
……(A)
.USBIN输入限制电流:
透过RILIM电阻可设定其输入限制电流(USBIN Input Current Limit)。
![](../img/eep/emb/emb-47449fvjbnxqpqky.jpg)
……(mA)
NTC热敏电阻维持电池温度安全
负温度系数(Negative Temperature Coefficient, NTC)热敏电阻的阻值与温度成反比,会因高温递减、低温递增,且温度系数非常大,可用于检测微小的温度变化,因而被广泛的应用在温度的量测与补偿控制。
图5为电池温度检测电路,透过图4中NTC脚位(Pin 14)检测NTC热敏电阻的电压,充电IC能持续检测电池的温度,确保电池温度的安全操作范围。
![](../img/eep/emb/emb-47451x4kbcmf4tzj.jpg)
图5 电池温度检测电路
由NTC脚位(Pin 14)上的电压与NTC高低温位准比较,可得知电池操作温度是否正常;一旦检测到电池温度超过正常操作温度范围,会立即关闭内部的同步降压器并停止充电动作;当电池温度回复至正常温度范围时,充电器将重新恢复充电动作。
内建的NTC磁滞温度比较器,可接受的电压范围为32?74%的VREF33.假设选用103AT-2型号的热敏电阻做为温度传感器(操作温度为-10?40℃,阻值RTL与RTH为5.827千欧姆(kΩ)与42.470千欧姆),RTL为热敏电阻在低温时的电阻值,RTH为热敏电阻在高温时的电阻值,根据所选用型号的热敏电阻在高低温时不同的电阻值,再与RT1及RT2配合,将温度信号转变成电压信号,可推算出RT1、RT2的电阻值,计算方式如下:
![](../img/eep/emb/emb-474531oa1ted3hzy.jpg)
……(热敏电阻103AT-2)
![](../img/eep/emb/emb-47456igwr2pnxzcd.jpg)
……(NTC高温磁滞位准)
![](../img/eep/emb/emb-47459xjelxu3k5wo.jpg)
……(NTC低温磁滞位准) 整理后可得:
![](../img/eep/emb/emb-47460q1m23mtznbq.jpg)
……(kΩ)
![](../img/eep/emb/emb-474610pns4kqo2aw.jpg)
……(kΩ)
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