リチウム電池の保護回路と動作原理は何ですか？

この回路には、過充電保護、過放電保護、過電流保護、および短絡保護の機能があります。その動作原理は次のように分析されます。

1通常

回路の通常の状態では、N1の「CO」および「DO」フィートはGaodianyaを出力し、両方のMOSFETは導通状態にあり、MOSFETの導通インピーダンスは非常に小さいため、バッテリーは自由に充電および放電できます。 30mm未満であるため、その導通抵抗は回路の性能にほとんど影響を与えません。この状態で保護回路が消費する電流はμAで、通常は7μA未満です。

2過充電保護

リチウムイオン電池は二次電池の一種です。必要な充電方法は、定電流/定圧です。充電の初期段階では、定電流が充電されます。充電プロセスにより、電圧は4.2 Vに上昇します（カソードの材質によっては、一定の圧力が必要なバッテリーもあります）。値は4.1V）、電流がどんどん小さくなるまで定電圧充電に切り替えます。バッテリーの充電時に充電回路が制御不能になると、バッテリー電圧が4.2 Vを超えた後もバッテリー電圧は充電され続けます。このとき、バッテリー電圧は上昇し続けます。バッテリー電圧が4.3Vを超えて充電されると、バッテリーの化学的側面が反応を強め、バッテリーの損傷や安全上の問題を引き起こします。

保護回路付きのバッテリーでは、制御ICが4.28 Vのバッテリー電圧を検出すると（この値は制御ICによって決定され、ICごとに値が異なります）、その「CO」フットはGaodianyaからゼロ電圧に変換されます。 、V2はガイドからオフにオフになり、充電ループが遮断されます。これにより、充電器はバッテリーを充電できなくなり、過充電保護の役割を果たすことができなくなります。このとき、V2独自のボディダイオードVD2が存在するため、バッテリーはダイオードを介して外部負荷を放電することができます。

制御ICがバッテリー電圧が4.28Vを超えたことを検出してからオフV2信号になるまでの遅延時間もあります。遅延時間の長さはC3によって決定され、干渉による誤判定を避けるために通常は約1秒に設定されます。

3過放電保護

外部負荷放電プロセス中、バッテリーの電圧は放電プロセスとともに徐々に低下します。バッテリー電圧が2.5Vに低下すると、その容量は完全に放電されています。この時点でバッテリーが負荷を放電し続けると、バッテリーが発生します。恒久的な損傷。

バッテリ放電中に、制御ICがバッテリ電圧が2.3 V未満であることを検出すると（この値は制御ICと異なるICによって異なる値を持つように決定されます）、その「DO」フットはGaodianyaからゼロ電圧に変換されます。 V1は導通からシャットダウンに切り替えられ、放電ループが遮断されるため、バッテリーは負荷を放電できなくなり、過放電保護の役割を果たすことができなくなります。このとき、V1独自のボディダイオードVD1が存在するため、充電器はこのダイオードを介してバッテリーを充電できます。

過放電保護ではバッテリ電圧を下げることができないため、保護回路で消費される電流は非常に小さくなります。このとき、制御ICは低電力状態になり、保護回路全体の消費電力は0.1μA未満になります。

制御ICがバッテリ電圧が2.3V未満であることを検出してからオフV1信号になるまでの遅延時間もあります。遅延時間の長さはC3によって決定され、干渉を避けるために通常は約100ミリ秒に設定されます。誤判断。

4過電流保護

リチウム電池の化学的性質により、電池メーカーは放電電流が2C（C =電池容量/時間）を超えてはならないことを規定しています。バッテリーが2Cの電流放電を超えると、バッテリーの恒久的な損傷または安全上の問題が発生します。

バッテリの負荷への通常の放電中に、放電電流が直列の2つのMOSFETを通過すると、MOSFETの導通インピーダンスにより、MOSFETの両端に電圧が生成されます。電圧値U = I * RDS * 2、RDSは単一のMOSFET導通インピーダンスです。制御ICの「V-」フットが電圧値を検出します。負荷が何らかの理由で異常を引き起こすと、ループ電流が増加します。ループ電流がU "0.1 Vになるほど大きい場合（この値は制御ICによって決定されます。異なるICの値が異なる場合、それらの" DO "フィートはGaodianyaからゼロ電圧に変換されるため、V1が切り替えられます。オンとオフを切り替えて放電ループを遮断し、ループ内の電流がゼロになるようにして、過電流保護効果を発揮します。

制御ICが過電流の発生を検出してからV1信号がオフになるまでの遅延時間もあります。遅延時間の長さは、干渉による誤判断を避けるために、C3によって決定されます（通常は約13ミリ秒）。

上記の制御過程において、過電流検出値の大きさは、制御ICの制御値だけでなく、MOSFETの導通インピーダンスにも依存していることがわかります。 MOSFETの導通インピーダンスが大きいほど、同じ制御ICの過電流の保護値は小さくなります。

短絡保護

バッテリが負荷を放電するとき、ループ電流がU "0.9 Vになるほど大きい場合（この値は制御ICと異なるICによって異なる値が決定されます）、制御ICは負荷短絡であると判断されます。その「DO」フットはGaodianyaからゼロ電圧にすばやく変化するため、V1は導通からオフに切り替わり、放電ループが遮断され、短絡保護の役割を果たします。短絡保護の遅延時間は非常に長くなります。短く、通常は7マイクロ秒未満です。動作原理は過電流保護と似ていますが、判断方法が異なり、保護遅延時間も異なります。

上記は、シングルセグメントリチウムイオン電池保護回路の動作原理の詳細です。マルチセグメントシリーズのリチウムイオン電池の保護原理も同様です。ここでは繰り返されません。上記の回路で使用されている制御ICは、日本のリコー株式会社のR5421シリーズです。実際のバッテリー保護回路には、日本のセイコーのS-8241シリーズ、日本のミツミのMM3061シリーズ、台湾のFujingのFS312およびFS313シリーズ、台湾のアナログ技術AAT8632シリーズなど、他の多くのタイプの制御ICがあります。同様ですが、特定のパラメータに違いがあります。周辺回路を節約するために、一部の制御ICはチップ内にフィルタコンデンサと遅延コンデンサを搭載しており、日本セイコーのS-8241シリーズのように周辺回路は非常に少ない場合があります。 ICの制御に加えて、回路には重要なコンポーネントであるMOSFETがあり、これは回路のスイッチとして機能します。バッテリーと外部負荷の間に直接リンクされているため、その伝導インピーダンスはバッテリーの性能に影響を与えます。選択したMOSFETが良好な場合、その伝導インピーダンスは小さく、バッテリパックの内部抵抗は小さく、環境収容力も強く、放電中に消費される電気エネルギーも小さくなります。

技術の進歩に伴い、携帯機器の容量はますます小さくなり、この傾向に伴い、リチウムイオン電池の保護回路の容量に対する要件はますます小さくなっています。この2年間で、DIALOGのDA7112シリーズなど、制御ICとMOSFETを保護ICに統合する製品がありました。一部のメーカーは、MITSUMIの製品のように、保護回路全体を小型のICにカプセル化しています。

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