新型鋰離子電池充放電保護(hù)器MAX1665S/V/X

摘要：MAX1665S/V/Xj MAXIM公司生產(chǎn)的一種專用的鋰離子電池組充、放電控制保護(hù)器。利用它可以對(duì)鋰離子電池組提供有鏟的過壓、欠壓和過泫保護(hù)。文中介紹了MAX1665S/V/X的性能參數(shù)、典型電路的工作原理，同時(shí)給出了2～4節(jié)鋰離子電池組保護(hù)器的應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池 過充電 過放電 保護(hù)器 MAX1665

1 概述

鋰離子電池是一種新型可用充電電池，它具有單體工作電壓高、體積小、重量輕、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)（高達(dá)1200次）、可在兩小時(shí)內(nèi)快速充足電以及允許放電溫度范圍寬（-20～+60℃）等優(yōu)點(diǎn)。此外，鋰離子電池還有自放電電流小，無記憶效應(yīng)和無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，它的綜合性能優(yōu)于鉛酸、鎳鎘、鎳氫和金屬鋰電池，因而是目前性能最好的電池。可廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、移動(dòng)通信、手機(jī)及無線電臺(tái)等。

鋰離子電池的主要缺點(diǎn)是不雞允許過充電和過放電。為了防止鋰離子電池過充電和過放電，單體電池或電池組都必須加裝充、放電及過流保護(hù)電路，并且需要專用的充電器來對(duì)鋰離子電池實(shí)施最安全和最佳地充電，以延長(zhǎng)其使用壽命。

MAX1665S、MAX1665V、MAX1665X是分別可用于2、3、4節(jié)鋰離子電池組的充放電過過程控制器，這些器件能檢測(cè)每一節(jié)電池的電壓及充、放電電流，并可為鋰離子電池組提供過壓、欠壓和過流保持，它們通過控制兩只外部N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管的通斷來實(shí)現(xiàn)對(duì)電池且的充、充電保護(hù)。由MAX1665構(gòu)成保護(hù)器所需的元件少，且工作電流非常低，從而保證電池在長(zhǎng)期儲(chǔ)藏期間不會(huì)過放電。

2 主要特性參數(shù)及管腳功能

MAX1665鋰離子電池充電保護(hù)器的主要功能如下：

●具有保護(hù)功能，可對(duì)電池和電池組進(jìn)行過充電和過放電保護(hù)；

●典型電源電流值為16μA；

●休眠電流小于1μA；

●電池組匹配輸入偏置電流小于500pA，可維掛電池組的平衡；

●B4P、B3P、B2P、B1P與PKN之間的最大電壓分別為+24V、+18V、+12V、+6V；

●工作溫度范圍為：-40～+80℃；

●儲(chǔ)藏溫度范圍為-60～+150℃。

MAX1665采用8腳SO封裝，其引腳排列如圖1所示。各器件的管腳功能如表1所列。

表1 MAX1665引腳功能

3 保護(hù)工作原理

3.1 過壓保護(hù)

當(dāng)任何一節(jié)電池電壓升高到Vov(過壓限定值)以上時(shí)，芯片中CHG端輸出低電平以控制外部MOSFET關(guān)斷，從而斷開電池的充電回路。MAX1665可在電池組內(nèi)逐個(gè)測(cè)量線一節(jié)電池電壓防防止過充電。當(dāng)電池電壓下降到Vov-100mV以下時(shí)，充電過程又重新開始。

3.2 欠壓或過放電保護(hù)

在電池組只，當(dāng)每節(jié)電池電壓均高于欠壓門限值VUV(典型值2.5V)時(shí)，器件將房產(chǎn)控制外部MOSFET接通放電回路，以允許電池組放電。放電過程中，只要其中一節(jié)電池電壓低于VUV時(shí)，器件便將CHG鎖定到PKN，DSG鎖定到BN，從而MOSFET的關(guān)斷放電回路將使器件進(jìn)入睡眠模式，此時(shí)靜態(tài)電流低于1μA。

在長(zhǎng)期儲(chǔ)藏期間，MAX1665進(jìn)入睡眠模式，電池將安全放電（小于1μA）直到電池達(dá)到欠壓門限為止。當(dāng)外部電池接通并使BN端電壓上升超過PKN端電壓18mV時(shí)，電路重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3.3 過流保護(hù)

當(dāng)MAX1665檢查出過流時(shí)，通過連接CHG和DSG來關(guān)斷外部MOSFET，從而停止充電或放電過程。在充電模式，當(dāng)BN端到PKN端的電壓超過+250mV時(shí)，將進(jìn)入過流充電。在放電模式，當(dāng)BN端到PKN端的電壓低于-250mV時(shí)，進(jìn)入過流放電。在任何一種過流條件下，CHG和DSG端均給出50ms/12Hz的選通脈沖（定期采樣電池電流），直到過流故障消除為止。如果過壓和過流條件同時(shí)存在，則過壓條件優(yōu)先；如果過充電（欠壓）和過充條件同時(shí)存在，則達(dá)放電條件優(yōu)先。

3.4 電池電流平衡

當(dāng)各電池匹配（各電池參數(shù)一致）時(shí)，MAX1665僅從頂端點(diǎn)引出電流，而從中間接點(diǎn)引出的電流為零，這樣可使電池組電流保持平衡。圖2所示為一個(gè)電壓采樣簡(jiǎn)化電池圖。

在實(shí)際工作中，MAX1665可從外部接點(diǎn)輸入70nA～150nA的電流，而當(dāng)電池匹配時(shí)，這個(gè)電流不存地。在電池采樣期間（占用一個(gè)機(jī)器周期1/32的時(shí)間）則可獲取2～5nA的電流。

3.5 外部場(chǎng)效應(yīng)管選擇

外部N溝道MOSFET被用作開關(guān)門，以控制充電、放電過程。MAX1665的CHG和DSG用來控制外部MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，以防止鋰離子電池因過流狀態(tài)的損壞。需要說明的是，MAX1665X將最大柵源電壓VGS限制在20V。

4 串聯(lián)電池組充電控制電路

圖3（a）、（b）、（c）分別給出了2、3及4節(jié)串聯(lián)電池組充、放電保持器的應(yīng)用電路。為防止MOS管中的體二極管導(dǎo)通，IRF7101的雙N溝道MOSFET采樣定向串聯(lián)連接方式（源極與源極相連），的極性符號(hào)表示對(duì)外連接充電電源的極性。圖中IRF7101可選用小型8腳窄封裝。如何選擇MOSFET，取決于電池的最大充、放電電流值，使用不同的MOSFET可以獲得不同的應(yīng)用效果。表2給出了推薦的MOSFET。

表2 推薦MOSFET

當(dāng)每節(jié)電池電壓低于4.3V（過壓充電限定值）時(shí)，MAX1665對(duì)電池充電。在充電過程中，如果任何一節(jié)電池的電壓升高到4.3V上，保護(hù)器都將關(guān)斷充電MOSFET以防止電池組內(nèi)電池過充電；當(dāng)每節(jié)電池電壓在2.5V（欠壓限定值）以上時(shí)，保護(hù)器則允許電池對(duì)負(fù)載放電。當(dāng)任何一節(jié)電池電壓低于2.5V時(shí)，保護(hù)器將關(guān)斷放電MOSFET，從而防止電池組內(nèi)電池過放電；如果PKN端與BN端的電壓差低于250mV時(shí)，電池正常充電或放電，否則被禁止，這一性能可防止電池組過流。

MAX1665的控制引腳CHG和DSG用來分別驅(qū)動(dòng)兩只串接的N溝道MOSFET的柵極。而電池組能否充電或放電，取決于電池的狀態(tài)。在電池保持電路中，MAX1665依據(jù)B1P、B2P、B3P和B4P的測(cè)量值來決定電池組能否充電或放電。

當(dāng)CHG和DSG是高電平時(shí)，MOSFET導(dǎo)通，允許電池充電或放電。當(dāng)充電流或放電電流過大（過流）時(shí)，器件關(guān)斷MOSFET進(jìn)入備用方式，并定期采樣電池電流，確定故障狀態(tài)是否解除。MAX1665不能直接取樣電流，但可通過測(cè)量BN和PKN之間電壓（由充電或放電電流通過MOSFET的漏源電阻得到，預(yù)置門限電壓為250mV）來防止電池過流。

在工作狀態(tài)時(shí)，MAX1665系列器件的耗電低于靜態(tài)電流（25μA），而在睡眠狀態(tài)，則低于1μA，該電路可允許電池長(zhǎng)期儲(chǔ)存，而不影響電池壽命。