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1、AK6 高精度锂电池保护电路 特点 单节锂离子或锂聚合物电池的理想保护电路 高精度的保护电压(过充/过放)检测 在过放电情况下,可选择允许低功耗模式或禁止低功耗模式 高精度过电流放电保护检测 电池短路保护 可选择多种型号的检测电压和延迟时间 可选择不同型号 0V-电池充电允许/禁止 极少的外围元器件 超小型化的 SOT23-6 封装 应用 锂电池的充电、放电保护电路 电话机电池或其它锂电池高精度保护器 概述 DW01系列电路是一款高精度的单节可充电锂电池的过充电和过放电保护电路,它集高精度过电压充电保护、过电压放电保护、过电流放电保护等性能于一身。正常状态下,的VDD端电压在过电压充电保护阈值
2、(VOC)和过电压放电保护阈值(VOD)之间,且其VM检测端电压在充电器检测电压(VCHG)与过电流放电保护阈值(VEDI)之间,此时的COUT端和DOUT端都输出高电平,分别使外接充电控制N-MOS管Q1 和放电控制N-MOS管Q2 导通。这时,既可以使用充电器对电池充电,也可以通过负载使电池放电。通过检测VDD或VM端电压(相对于VSS端)来进行过充/放电保护。当充/放电保护条件发生时,COUT/DOUT由高电平变为低电平,使Q1/Q2 由导通变为截止,从而充/放电过程停止。对每种保护状态都有相应的恢复条件,当恢复条件满足以后,COUT/DOUT由低电平变为高电平,使Q1/Q2 由截止变为
3、导通,从而进入正常状态。对每种保护/恢复条件都设置了一定的延迟时间,只有在保护/恢复条件持续到相应的时间以后,才进行相应的保护/恢复。如果保护/恢复条件在相应的延迟时间以前消除,则不进入保护/恢复状态。功能框图 电阻分压基准源基准源基准源+-+-+震荡电路控制和定时电路短路检测输出驱动0V 充电允许/禁止VM输出控制DOUTCOUTVM电压检测充电器检测放电电流检测VDDVSS 图-1功能框图 DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Copyright 1AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01DW01A3订购信息
4、表-1 产品名称 型号 封装形式 管脚数目 打印标记 SOT23-6 6 表-2 电压检测阈值及延迟时间 参数名称 精度范围 过电压充电保护阈值VOCTYP4.300V 50mV 过电压充电恢复阈值VOCRTYP4.100V 50mV 过电压放电保护阈值VODTYP2.500V 75mV 过电压放电恢复阈值VODRTYP2.900V 75mV 过电流放电保护阈值VEDITYP0.150V 20mV 过电压充电保护延迟时间tOCTYP110ms 30%过电压放电保护延迟时间tODTYP55ms 30%过电流放电保护延迟时间tEDITYP7.0ms 30%0V 充电功能 允许 低功耗模式 允许 管
5、脚排列 DW01123DOUTVMCOUT456VSSVDDNCSOT23-6 图-2 管脚排列(不成比例)DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Copyright 1AK6DW01AK6DW01AK6DW01引脚描述 表-3 引脚描述 引脚名称 引脚序号I/O引脚功能 DOUT1 O 放电控制输出端与外部放电控制 N-MOS 管 Q2 的栅极(G 极)相连。VM2 I 充/放电电流检测输入端该引脚通过一个限流电阻(一般为 1k)与外部充电控制 N-MOS 管 Q1 的源极(S极)相连,从而检测充/放电电流在两个 N-MOS 管(Q1 和 Q2)上形成的压降
6、。COUT3 O 充电控制输出端与外部充电控制 N-MOS 管 Q1 的栅极(G 极)相连。NC 4 悬空VDD5 POW 电源输入端与供电电源(电池)的正极连接,该引脚需用一个 0.1F 的瓷片电容去藕。VSS6 POW 电源接地端与供电电源(电池)的负极相连。极限参数供电电源VDD.-0.3V+10V VM、COUT端允许输入电压.VDD-35VVDD+0.3V DOUT端允许输入电压.-0.3VVDD+0.3V 工作温度TA.-40+85 结温.150 贮存温度.-65150 功耗PD(TA=25)SOT23-6 封装(热阻JA=200/W).625mW 焊接温度(锡焊,10 秒).26
7、0 注:超出所列的极限参数可能导致器件的永久性损坏。以上给出的仅仅是极限范围,在这样的极限条件下工作,器件的技术指标将得不到保证,长期在这种条件下还会影响器件的可靠性。DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Copyright 1电气参数(除非特别注明,典型值的测试条件为:VDD=3.6V,TA=25。标注“”的工作温度为:40TA85)表-4 电气参数 参数名称符号测试条件最小值典型值最大值单位供电电源 VDD 1.5 10 V VOCTYP-0.050 VOCTYPVOCTYP+0.050 V 过电压充电保护阈值(由低到高)VOC VOCTYP-0.080
8、 VOCTYPVOCTYP+0.080 V VOCRTYP-0.050VOCRTYPVOCRTYP+0.050 V 过电压充电恢复阈值(由高到低)VOCRR1=100(注)VOCRTYP-0.080VOCRTYPVOCRTYP+0.080 V 过电压充电保护延迟时间 tOCVDD=3.6V4.4V 0.7tOCTYPtOCTYP1.3tOCTYPms VODTYP-0.075 VODTYPVODTYP+0.075 V 过电压放电保护阈值(由高到低)VOD VODTYP-0.105 VODTYPVODTYP+0.105 V VODRTYP-0.075VODRTYPVODRTYP+0.075 V
9、过电压放电恢复阈值(由低到高)VODR VODRTYP-0.105VODRTYPVODRTYP+0.105 V 过电压放电保护延迟时间 tODVDD=3.6V2.4V 0.7tODTYPtODTYP1.3tODTYPms 过电流放电保护阈值 VEDI VEDITYP-0.020 VEDITYPVEDITYP+0.020 V 过电流放电保护延迟时间 tEDI 0.7tEDITYPTEDITYP1.3tEDITYPms 过电流放电恢复延迟时间 tEDIR 0.70 1.30 1.90 ms 电池短路保护阈值 VSHORTVM端电压 0.82 1.36 1.75 V 电池短路保护延迟时间 tSHOR
10、T 40 80 120 s 充电器检测电压 VCHGVDD=3.0V -0.27-0.5-0.86 V VM至VDD之间的上拉电阻 RVMDVDD=1.8V,VM=0V 100 300 900 k VM至VSS之间的下拉电阻 RVMS 15 30 45 k COUT输出低电平下拉电阻 4 M COUT输出高电平 VDD=3.9V,ICOUT=10A VDD-0.4 VDD-0.2 V DOUT输出低电平 VDD=2.0V,IDOUT=10A 0.2 0.4 V DOUT输出高电平 VDD=3.9V,IDOUT=10A VDD-0.4 VDD-0.2 V 电源电流 IDDVDD=3.9V 2.0
11、 6.0 A 低功耗模式静态电流 IPDWNVDD=2.0V 0.7 1.0 A 0V 充电允许电压阈值(0V 充电允许型号)V0V_CHG充电器电压 1.2 V 0V 充电禁止阈值(0V 充电禁止型号)V0V_INH 电池电压,VM=-2.0V 1.2 V 注:1.除非特别注明,所有电压值均相对于VSS而言 2.参见应用线路图-3。DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Copyright 1功能描述 是一款高精度的锂电池保护电路。正常状态下,如果对电池进行充电,则可能会进入过电压充电保护状态;同时,满足一定条件后,又会恢复到正常状态。如果对电池放电,则可能
12、会进入过电压放电保护状态或过电流放电保护状态;同时,满足一定条件后,也会恢复到正常状态。图 3 示出了其典型应用线路图,图 4 是其状态转换图。下面就各状态进行详细描述。正常状态在正常状态下,由电池供电,其VDD端电压在过电压充电保护阈值VOC和过电压放电保护阈值VOD之间,VM端电压在充电器检测电压(VCHG)与过电流放电保护阈值(VEDI)之间,COUT端和DOUT端都输出高电平,外接充电控制N-MOS管Q1 和放电控制N-MOS管Q2 均导通。此时,既可以使用充电器对电池充电,也可以通过负载使电池放电。过电压充电保护状态 保护条件 正常状态下,对电池进行充电,如果使VDD端电压升高超过过
13、电压充电保护阈值VOC,且持续时间超过过电压充电保护延迟时间tOC,则将使充电控制端COUT由高电平转为VM端电平(低电平),从而使外接充电控制N-MOS管Q1 关闭,充电回路被“切断”,即进入过电压充电保护状态。恢复条件 有以下两种条件可以使从过电压充电保护状态恢复到正常状态:1)电池由于“自放电”使VDD端电压低于过电压充电恢复阈值VOCR;2)通过负载使电池放电(注意,此时虽然Q1 关闭,但由于其体内二极管的存在,使放电回路仍然存在),当VDD端电压低于过电压充电保护阈值VOC,且VM端电压高于过电流放电保护阈值VEDI(在Q1 导通以前,VM端电压将比VSS端高一个二极管的导通压降)。
14、恢复到正常状态以后,充电控制端COUT将输出高电平,使外接充电控制N-MOS管Q1 回到导通状态。进入过电压充电保护状态后,如果外部一直接有充电器,致使VM电压小于充电器检测电压(VCHG),那么即使当其VDD降至VOCR以下,也不会恢复到正常状态。此时必须去掉充电器,才会回到正常状态。过电压放电保护/低功耗状态 保护条件正常状态下,如果电池放电使VDD端电压降低至过电压放电保护阈值VOD,且持续时间超过过电压放电保护延迟时间tOD,则将使放电控制端DOUT由高电平转为VSS端电平(低电平),从而使外接放电控制N-MOS管Q2 关闭,放电回路被“切断”,即进入过电压放电保护状态。同时,VM端电
15、压将通过内部电阻RVMD被上拉到VDD。在过电压放电保护状态下,VM端(亦即VDD端)电压总是高于电池短路保护阈值VSHORT,满足此条件后,电路会进入“省电”的低功耗模式。此时,VDD端的电流将低于 0.7A。恢复条件对于处在低功耗模式下电路,如果对电池进行充电(同样,由于Q2 体内二极管的存在,此时的充电回路也是存在的),使电路的VM端电压低于电池短路保护阈值VSHORT,则它将恢复到过电压放电保护状态,此时,放电控制端DOUT仍为低电平,Q2 还是关闭的。如果此时停止充电,由于VM端仍被RVMD上拉到VDD,大于电池短路保护阈值VSHORT,因此又将回到低功耗模式;只有继续对电池充电,当
16、VDD端电压大于过电压放电保护阈值VOD时,才可从过电压放电保护状态恢复到正常状态。如果不使用充电器,由于电池去掉负载后的“自升压”,可能会使VDD端电压超过过电压放电恢复阈值VODR,此时也将从过电压放电保护状态恢复到正常状态;恢复到正常状态以后,放电控制端DOUT将输出高电平,使外接充电控制N-MOS管Q2 回到导通状态。过电流放电/电池短路保护状态 保护条件正常状态下,通过负载对电池放电,电路的VM端电压将随放电电流的增加而升高。如果放电电 流增加使VM端电压超过过电流放电保护阈值VEDI,且持续时间超过过电流放电保护延迟时间tEDI,则进入过电流放电保护状态;如果放电电流进一步增加使V
17、M端电压超过电池短路保护阈值VSHORT,且持续时间超过短路延迟时间tSHORT,则进入电池短路保护状态。处于过电流放电/电池短路保护状态时,DOUT端将由高电平转为VSS端电平,从而使外接放电控制N-MOS管Q2 关闭,放电回路被“切断”;同时,VM端将通过内部电阻RVMS连接到VSS,放电负载取消后,VM端电平即变为VSS端电平。恢复条件在过电流放电/电池短路保护状态下,当VM端电压由高降低至低于过电流放电保护阈值VEDI,且持续时间超过过电流放电恢复延迟时间tEDIR,则可恢复到正常状态。因此,在过电流放电/电池短路保护状态下,当所有的放电负载取消后,即可“自恢复”。恢复到正常状态以后,
18、放电控制端DOUT将输出高电平,使外接充电控制N-MOS管Q2 回到导通状态。DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Copyright 1AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01充电器检测处于过电压放电保护状态下,如果外部接有充电器,致使VM端电压低于充电器测试电压(
19、VCHG),则只要的VDD电压大于VOD,即可恢复到正常状态;如果充电器电压不能使VM端电压低于VCHG,则VDD电压必须大于VODR,才能恢复到正常状态。这就是通常所说的充电器检测功能。0V 电池充电 0V 电池充电允许对于 0V电池充电允许的电路,如果使用充电器对电池充电,使电路的VDD端相对VM端的电压大于 0V充电允许阈值V0V_CHG时,其充电控制端COUT将被连接到VDD端。若该电压能够使外接充电控制N-MOS管Q1 导通,则通过放电控制N-MOS管Q2 的体内二极管可以形成一个充电回路,使电池电压升高;当电池电压升高至使VDD端电压超过过电压放电保护阈值VOD时,将回到正常状态,
20、同时放电控制端DOUT输出高电平,使外接放电控制N-MOS管处于导通状态。0V 电池充电禁止对于 0V电池充电禁止的电路,如果电池电压低至使电路的VDD端电压小于 0V充电禁止阈值VNOCHG,则其充电控制端COUT将被短接到VM端,使外接充电控制N-MOS管始终处于关闭状态。P+P-R2 1K COUT DOUT VM VDD VSS R1 100 B+B-C1 0.1F GGDSSDQ2 Q1+-Li-battery 图-3 典型应用电路图 DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Copyright 1AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW0
21、1AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01AK6DW01各状态之间的转换图 正常状态DOUT=VDDCOUT=VDD过电流放电/电池短路保护状态DOUT=VSSCOUT=VDDVMVEDI,,ttEDIVMVSHORT,ttSHORTVMtEDIR过电压放电保护状态DOUT=VSSCOUT=VDDVDDtODVDDVODR 低功耗模式DOUT=VSSCOUT=VDDVMVSHORTVMVODVMVCHG过电压充电保护状态DOUT=VDDCOUT=VMVDDVOCRVDDVEDIVDDVOC,,ttOC 图-4 各状态之间的转换图 DW01AK6DW01AK6 2013 Gree
22、n Micro Corp.Copyright 1AK6DW01状态转换波形图 过电压充电保护和过电压放电保护状态 VOCVOCRVODVODRVDD电压VM电压使用充电器充电使用充电器充电使用充电器充电VDDVSHORTVEDIVSSVCHGCOUT电压VSSVDDVSSDOUT电压充电电流放电电流0tOCtOC使用负载放电tOD正常状态过电压充电保护状态正常状态正常状态正常状态过电压充电保护状态过电压放电保护模式使用负载放电tOD过电压放电保护模式正常状态VDD 图-5 过电压充电和过电压放电保护状态各点波形图 DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Cop
23、yright 1过电流放电/电池短路保护状态 VOCVOCRVODVODRVDD电压VM电压使用负载放电使用负载放电VDDVSHORTVEDIVSSVCHGCOUT电压VSSVDDVSSDOUT电压放电电流0tEDIRtSHORT使用负载放电tEDI正常状态过电流放电保护状态正常状态正常状态电池短路保护状态tEDIRVDD 图-6 过电流放电/电池短路保护状态各点波形图 DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Copyright 1应用中的几个问题 Q1 和 Q2 的选择Q1 和Q2 可以选择同型号的N-MOS管,其栅极-源极开启电压VGS(th)在 0.4V
24、与过电压放电保护阈值VOD之间。如果VGS(th)小于 0.4V,则可能会导致过电压充电保护保护时,Q1 不能有效的“关闭”;如果VGS(th)大于VOD,则可能会在未进入过电压放电保护状态下,Q2 提前“关闭”。同时,Q1 和Q2 的栅极-源极承受电压VGS应大于使用充电器时VDD端的电压,否则在对电池充电过程中,可能会导致Q1 和Q2 的损坏。R1 和 R2 的确定R1的推荐使用100的电阻,R2的推荐使用1k的电阻,要求 R1 的阻值小于 R2。因为各种检测阈值是对于电路VDD端电压而言,而VDD端通过R1 与电池连接,如果R1 太大,将会导致各检测阈值与电池实际电压偏差增加;同时,如果
25、充电器接反,可能会使电路的VDD端与VSS端电压超过极限值,导致电路损坏,因此R1 不宜太大,应控制在 500以内。R2 不宜太小,当充电器接反或充电器充电电压太高时,它可以作为限流电阻来保护电路;同时R2 亦不能太大,否则当充电器充电电压太高时,充电电流将不能被有效“切断”,因此,R2 应控制在 500至 1.3k 之间。C1 的确定CI与R1 构成滤波网络,对VDD端电压进行去藕。C1 可选择 0.1F的陶瓷电容。封装尺寸 图-7 SOT23-6 封装外形尺寸图 表-5 图-9 的尺寸(单位:毫米)符号最小值最大值A 1.050 1.250 A1 0.000 0.100 A2 1.050 1.150 b 0.300 0.500 c 0.100 0.200 D 2.280 3.020 E 1.500 1.700 E1 2.650 2.950 e 0.950(BSC)e1 1.800 2.000 L 0.300 0.600 0 8 DW01AK6DW01AK6 2013 Green Micro Corp.Copyright 1AK6DW01AK6DW01AK6DW01
限制150内