近年來(lái)，PDA、數(shù)字相機(jī)、手機(jī)、可攜式音訊設(shè)備和藍(lán)芽設(shè)備等越來(lái)越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為主要電源。鋰電池具有體積小、能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，鋰電池必須考慮充電、放電時(shí)的安全性，以防止特性劣化。針對(duì)鋰電池的過(guò)充、過(guò)度放電、過(guò)電流及短路保護(hù)很重要，所以通常都會(huì)在電池包內(nèi)設(shè)計(jì)保護(hù)線路用以保護(hù)鋰電池。

　　由于鋰離子電池能量密度高，因此難以確保電池的安全性。在過(guò)度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量將過(guò)剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，因內(nèi)壓上升而產(chǎn)生自燃或破裂的危險(xiǎn)；反之，在過(guò)度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，因而降低可充電次數(shù)。

　　鋰離子電池的保護(hù)電路就是要確保這樣的過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)的安全性，并防止特性劣化。鋰離子電池的保護(hù)電路是由保護(hù)IC及兩顆功率MOSFET所構(gòu)成，其中保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓，當(dāng)有過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)切換到以外掛的功率MOSFET來(lái)保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能有過(guò)度充電保護(hù)、過(guò)度放電保護(hù)和過(guò)電流/短路保護(hù)。其中保護(hù)IC為監(jiān)視電池電壓；當(dāng)有過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)，則切換以外掛的Power-MOSFET來(lái)保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能為： （1）過(guò)度充電保護(hù)、（2）過(guò)度放電保護(hù)、（3）過(guò)電流/短路保護(hù)。以下就這三項(xiàng)功能的保護(hù)動(dòng)作加以說(shuō)明

　?。?）   過(guò)度充電：

　　當(dāng)鋰電池發(fā)生過(guò)度充電時(shí)，電池內(nèi)電解質(zhì)會(huì)被分解，使得溫度上升并產(chǎn)生氣體，使得壓力上升而可能引起自燃或爆裂的危機(jī)，鋰電池保護(hù)IC用意就是要防止過(guò)充電的情形發(fā)生。

　　過(guò)度充電保護(hù)IC原理：

　　當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀況，此時(shí)保護(hù)IC需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)（假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為4.25V）及激活過(guò)充電保護(hù)，將Power MOS由ON'OFF,進(jìn)而截止充電。另外，過(guò)充電檢出，因噪聲所產(chǎn)生的誤動(dòng)作也是必須要注意的，以免判定為過(guò)充保護(hù)，因此需要延遲時(shí)間的設(shè)定，而delay time也不能短于噪聲的時(shí)間。

　?。?）   過(guò)度放電：

　　在過(guò)度放電的情形下，電解液因分解而導(dǎo)致電池特性劣化，并造成充電次數(shù)的降低，鋰電池保護(hù)IC用以保護(hù)其過(guò)放電的狀況發(fā)生， 達(dá)成保護(hù)動(dòng)作。

　　過(guò)度放電保護(hù)IC原理：為了防止鋰電池過(guò)度放電之狀態(tài)，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過(guò)放電電壓檢測(cè)點(diǎn)（假設(shè)設(shè)定為2.3V），將激活過(guò)放電保護(hù)，將Power MOS由ON'OFF,進(jìn)而截止放電，達(dá)成保護(hù)以避免電池過(guò)放電現(xiàn)象發(fā)生， 并將電池保持在低靜態(tài)電流的狀態(tài)（standby mode），此時(shí)耗電為0.1uA

　　當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)放電電壓時(shí)，過(guò)放電保護(hù)功能方可解除。

　　另外，為了對(duì)于脈沖放電之情形，過(guò)放偵測(cè)設(shè)有延遲時(shí)間用以預(yù)防此種誤動(dòng)作的發(fā)生。

　?。?）   過(guò)電流及短路電流

　　因?yàn)椴幻髟颍ǚ烹姇r(shí)或正負(fù)極遭金屬物誤觸）造成過(guò)電流或短路電流發(fā)生，為確保安全，使其停止放電。

　　電流保護(hù)IC原理：

　　當(dāng)放電電流過(guò)大或短路情況發(fā)生時(shí)，保護(hù)IC將激活過(guò)（短路）電流保護(hù)，此時(shí)過(guò)電流的檢測(cè)是將Power MOS的Rds（on）當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形，若比所定的過(guò)電流檢測(cè)電壓還高則停止放電，

　　公式為：

　　V-（過(guò)電流檢測(cè)電壓）=I（放電電流）*Rds（on）*2

　　假設(shè)V-=0.2V, Rds（on）=25mΩ，則保護(hù)電流的大小為I=4A

　　同樣的，過(guò)電流檢出也必須要設(shè)有延遲時(shí)間以防有突然的電流流入時(shí)，會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作，使其發(fā)生保護(hù)的誤動(dòng)作。 通常在過(guò)電流發(fā)生后，若能移除過(guò)電流之因素（例如：馬上與負(fù)載脫離），就會(huì)回復(fù)其正常狀態(tài)，可以再實(shí)行正常的充放電動(dòng)作

　　鋰電池保護(hù)IC的新功能：

　　除了上述的鋰電池保護(hù)IC功能之外，現(xiàn)在還有一些新的功能值得我們注意，以東瑞電子所代理的"Ricoh"鋰電池保護(hù)IC為例---R5426

　　（1）   充電時(shí)，過(guò)電流之保護(hù)：

　　當(dāng)連接充電器在充電時(shí)突然有過(guò)電流發(fā)生（充電器損壞），即發(fā)生充電時(shí)過(guò)電流檢測(cè)，此時(shí)將Cout將由High'Low,Power MOS由ON'OFF,達(dá)成保護(hù)之動(dòng)作。

　　V-（Vdet4過(guò)電流檢測(cè)電壓）=I（充電電流）*Rds（on）*2

　　注：Vdet4為-0.1V

　?。?）   縮短測(cè)試時(shí)間：

　　假設(shè)測(cè)完一片PCB所需要花的時(shí)間為1秒，那100萬(wàn)片則需要100萬(wàn)秒，非常的耗時(shí)，同樣的也很沒(méi)有效率，故我們可以利用以下之功能來(lái)縮短測(cè)試時(shí)間。

　?。ˋ）  當(dāng)我們將R5426之DS pin open時(shí)，此時(shí)delay time為規(guī)格書(shū)上所示

　?。˙）  當(dāng)我們將R5426之DS pin接VDD時(shí)，此時(shí)delay time將只有1/90.

　?。–）  當(dāng)我們將R5426之DS pin接Vim（min=1.2V,max=VDD-1.1V），此時(shí)將可忽略delay time

　?。?）   過(guò)充時(shí)鎖住模式（Latch）：

　　通常保護(hù)IC在過(guò)充電保護(hù)時(shí)經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間之后就會(huì)將Power MOS關(guān)掉（Cout），用以達(dá)到保護(hù)的目的，當(dāng)鋰電池電壓一直下降到解除點(diǎn)（Overcharge Hysteresis Voltage）時(shí)就會(huì)回復(fù)，此時(shí)又會(huì)繼續(xù)的充電，又保護(hù)，又放電充電放電，這種情形并不是一種很好的狀況且安全性的問(wèn)題將無(wú)法有效的獲得解決。

　　鋰電池一直重復(fù)著做著充電放電充電放電的動(dòng)作， Power MOS的Gate將反復(fù)的High/Low,這樣可能會(huì)使MOSFET變熱。，也同時(shí)對(duì)于電池的壽命造成引想，由此可知Latch Mode的重要性。

　　假如鋰電時(shí)保護(hù)電路在偵測(cè)到過(guò)充電保護(hù)時(shí)有Latch Mode,MOSFET將不會(huì)變熱，且安全性相對(duì)的提高許多。在偵測(cè)到過(guò)充電保護(hù)之后，只要有連接充電器在電池包上，此時(shí)之狀態(tài)及到達(dá)過(guò)充時(shí)鎖住模式，因此，雖然鋰電池的電壓一值下降，但不會(huì)發(fā)生再充電的情形。要解除這個(gè)狀況，只要將充電器移除并連接負(fù)載即可回復(fù)充放電的狀態(tài)。 

　?。?）   縮小保護(hù)電路組件：

    將過(guò)充電和短路保護(hù)用的延遲電容給內(nèi)包到保護(hù)IC里面

　　保護(hù)IC的要求：

　?。ˋ）   過(guò)度充電保護(hù)的高精化：

　　當(dāng)鋰離子電池有過(guò)度充電狀態(tài)時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，須截止充電狀態(tài)。保護(hù)IC將檢測(cè)電池電壓，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)度充電時(shí)，則過(guò)度充電檢測(cè)的功率 MOSFET使之切斷而截止充電。此時(shí)應(yīng)注意的是過(guò)度充電的檢測(cè)電壓的高精密度化，在電池充電時(shí)，使電池充電到飽滿的狀態(tài)是使用者很關(guān)心的問(wèn)題，同時(shí)兼顧到安全性問(wèn)題，因此需要在達(dá)到容許電壓時(shí)截止充電狀態(tài)。要同時(shí)符合這兩個(gè)條件，必須有高精密度的檢測(cè)器，目前檢測(cè)器的精密度為25mV,該精密度將有待于進(jìn)一步提高。

　　（B）   減低保護(hù)IC的耗電流達(dá)到過(guò)度放電保護(hù)目的：

　　已充過(guò)電的鋰離子電池電隨著使用時(shí)間，電池電壓會(huì)漸減，低到規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)值以下。此時(shí)就需要再度充電。若未充電而繼續(xù)使用的話，恐就無(wú)法再充電了（過(guò)放電狀態(tài)）。而為防止過(guò)放電狀態(tài)，保護(hù)IC即要偵測(cè)電池電壓的狀態(tài)，一旦到達(dá)過(guò)放電偵測(cè)電壓以下，就得使放電一方的Power-MOSFET OFF而截止放電。但此時(shí)電池本身仍有自然放電及保護(hù)IC的消費(fèi)電流存在，因此需要使保護(hù)IC的耗電流降到的程度。

　?。–）   過(guò)電流/短路保護(hù)需有低偵測(cè)電壓及高的要求：

　　因不明原因?qū)е露搪范写箅娏骱膿p時(shí)，為確保安全而使之停止放電。在過(guò)電流的偵測(cè)是以Power MOS的Rds（on）為感應(yīng)阻抗，以監(jiān)視其電壓的下降，此時(shí)的電壓若比過(guò)電流偵測(cè)電壓還高時(shí)即停止放電。為了使Power MOS的Rds（on）在充電電流與放電電流時(shí)有效的應(yīng)用，需使該阻抗值盡量低，（目前約20mΩ ~30mΩ ）。如此，過(guò)電流偵測(cè)電壓就可較低。

　?。―）   實(shí)現(xiàn)耐壓值：

　　電池包與充電器連接時(shí)瞬間會(huì)有高壓產(chǎn)生，因此保護(hù)IC因具備有"耐高壓的要求（Ricoh的保護(hù)IC即可承受到28V）

　?。‥）   低耗電：

　　當(dāng)?shù)竭_(dá)保護(hù)時(shí)，其靜態(tài)耗電流必須要?。?.1uA）

　　（F）   零伏可充電：

　　有些電池在存放的過(guò)程中可能因?yàn)榉盘没虿徽５脑驅(qū)е码妷旱偷?V,故保護(hù)IC需要在0V也可以充電的動(dòng)作

　　保護(hù)IC功能未來(lái)發(fā)展

　　如前所述，未來(lái)保護(hù)IC將進(jìn)一步提高檢測(cè)電壓的精密度、降低保護(hù)IC的耗電流和提高誤動(dòng)作防止功能等，同時(shí)充電器連接端子的高耐壓也是研發(fā)的重點(diǎn)。 在封裝方面，目前已由SOT23-6逐漸轉(zhuǎn)向SON6封裝，將來(lái)還有CSP封裝，甚至出現(xiàn)COB產(chǎn)品用以滿足現(xiàn)在所強(qiáng)調(diào)的輕薄短小要求。

　　在功能方面，保護(hù)IC不需要整合所有的功能，可根據(jù)不同的鋰電池材料開(kāi)發(fā)出單一保護(hù)IC,如只有過(guò)充保護(hù)或過(guò)放保護(hù)功能，這樣可以大幅減少成本及尺寸。

　　當(dāng)然，功能組件單晶體化是不變的目標(biāo)，如目前手機(jī)制造商都朝向?qū)⒈Ｗo(hù)IC、充電電路以及電源管理IC等周邊電路與邏輯IC構(gòu)成雙芯片的芯片組，但目前要使功率MOSFET的開(kāi)路阻抗降低，難以與其它IC整合，即使以特殊技術(shù)制成單芯片，恐怕成本將會(huì)過(guò)高。因此，保護(hù)IC的單晶體化將需一段時(shí)間來(lái)解決。