- 鋰電池保護IC的工作原理
- 鋰電池保護IC測試電路設計方案
- 新方案的優(yōu)缺點對比
- 用MOSFET做簡單的微電流源
- 采用高精度可變電位器
由于鋰電池的體積密度、能量密度高，并有高達4.2V的單節(jié)電池電壓，因此在手機、PDA和數(shù)碼相機等便攜式電子產(chǎn)品中獲得了廣泛的應用。為了確保使用的安全性，鋰電池在應用中必須有相應的電池管理電路來防止電池的過充電、過放電和過電流。鋰電池保護IC超小的封裝和很少的外部器件需求使它在單節(jié)鋰電池保護電路的設計中被廣泛采用。
然而，目前無論是正向（獨立開發(fā)）還是反向（模仿開發(fā)）設計的國產(chǎn)鋰電池保護IC由于技術、工藝的原因，實際參數(shù)通常都與標準參數(shù)有較大差別，在正向設計的IC中尤為突出，因此，測試鋰電池保護IC的實際工作參數(shù)已經(jīng)成為必要。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了專用的鋰電池保護板測試儀，但價格普遍偏高，并且測試時必須先將IC焊接在電路板上。因此，本文中設計了一個簡單的測試電路，借助普通的電子儀器就可以完成對鋰電池保護IC的測試。
鋰電池保護IC的工作原理
單節(jié)鋰電池保護IC的應用電路很簡單，只需外接2個電阻、2個電容和2個MOSFET，其典型應用電路如圖1所示。
圖1鋰電池保護IC的典型應用電路
鋰電池保護IC測試電路設計
圖2鋰電池保護IC測試電路
[page]
根據(jù)鋰電池保護IC的工作原理設計的測試電路如圖2所示，圖3詳細說明了圖2中模塊B的電路。模塊A在測試過流保護時為CS引腳提供電壓，模擬圖1中的CS引腳所探測到的電壓。調(diào)整模塊中的可變電位器可為CS引腳提供可變電源，控制其中的跳變開關可為CS提供突變電壓。模塊B為電源，模擬為IC提供工作電壓。調(diào)整電路中的可變電位器R7可為整個電路提供一個可變電壓，在測試過充電保護電壓和過放電保護電壓時使用。控制模塊中的開關S1的閉合為測試電路提供一個跳變電源，在測試IC的過充、過放和過流延遲時使用。
跳線端口P1、P2在測試IC工作電流時使用，在測試其他參數(shù)時將開關S2導通即可。測試IC工作電流時，將電流表接在P1、P2上，將開關S2斷開。模塊C是用2個MOSFET做成的微電流源，在測試OD、OC輸出高、低電平時向該引腳吸、灌電流，只要MOSFET選擇恰當，可以滿足測試需要。模塊D是2片MOSFET集成芯片，相當于圖1中的M1、M2，其中的兩個端口在測試MOSFET漏電流時使用，在測試其他參數(shù)時要將這兩個端口短接。模塊E是一個IC插座，該插座用于放置待測IC，最多可以放置4片IC（測試時只能放一片IC），測試完以后可以將IC取出，不留任何痕跡，不影響IC的銷售和再次測試。
圖3模塊B的電路圖
在測試電路的設計中，對電阻的選擇要慎重。在模塊A、B、C中由于有可變電位器的存在，如果其他電阻選擇不適當容易造成電路的燒毀，尤其是模塊A和B中的可變電位器的選擇對測試各種電壓的精度影響很大。本電路中兩個可變電位器都是1K/10圈的，精度較高。模塊C中的MOSFET的選擇要注意其工作電流范圍，在測試需要用到的電流只有兩個級別，一個是零點幾個微安，一個是幾十微安，因此一般要求能提供微安級以下的電流。另外，電源的穩(wěn)定度對整個IC測試參數(shù)的影響很大，因此，在測試時盡量使用穩(wěn)定性好的電源。
本設計的特點
本設計有以下三個特點。
●在測試IC過充、過放和過流的延遲時利用開關將電阻短路或開路來實現(xiàn)電路電源的突變，并且利用示波器同時抓電源和OC、OD跳變波形圖來測量延遲時間。
●為了實現(xiàn)測試OC、OD高、低電平時向引腳吸、灌電流，本電路用MOSFET做了兩個簡單的微電流源，選用的MOSFET型號為TN0201T，利用柵級電壓控制漏、源級電流，以漏、源級電流為電流源，精度可以達到0.1μA，基本可以滿足測試的需要。
●測試過流保護電壓時，即測試使OD引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖降腃S引腳電壓。短流保護電壓遠高于過流保護電壓，當電壓達到過流保護電壓時電路已經(jīng)發(fā)生跳變，OD輸出一直為低電平，因此常規(guī)方法無法測試出短流保護電壓，于是，本文采用了一種間接的近似測試方法。IC對過電流保護的延遲時間大概為幾個到十幾個毫秒，而短流延遲時間則大概為十幾個微秒，因此可以根據(jù)過流延遲時間與短流延遲時間的不同來近似測試短流保護電壓。此參數(shù)使用專用的鋰電池保護板測試儀也無法測出。
本測試電路也存在一些不足。一是對IC測試的精度與電源穩(wěn)定度、電表精度有關，其中，對各種電壓測試的精度還與可變電位器的精度有關；二是短流保護電壓測得的是近似值。
雖然目前市場上有很多鋰電池保護板測試儀，但價格昂貴，并且測試參數(shù)固定，不能滿足實際測試的需要。在實際的應用中，客戶最注重的鋰電池保護IC的幾個主要參數(shù)為：過充、過放和過流保護電壓、靜態(tài)工作電流和斷電電流、過充、過放和過流保護延遲，以及OD、OC引腳的輸出高、低電平。本文提供的測試方法可以很精確地測出上述參數(shù)，已經(jīng)超出了鋰電池保護板測試儀所能測試的參數(shù)。因此，在一些對鋰電池保護IC參數(shù)要求很全面或條件比較受限制的場合，本文提供的測試電路和測試方法是一種較好的選擇。
上述測試電路和測試方法已經(jīng)投入使用，現(xiàn)已成功測試千余片鋰電池保護IC。從測試結果來看，除了短流保護電壓是近似測試以外，其余參數(shù)測試都與專用的測試儀器測出的結果非常吻合；從客戶反映情況來看，該測試電路測出的參數(shù)準確，能滿足客戶需要。由于本測試電路沒有封裝（加外殼），可以根據(jù)客戶的需要增加適當電路測試出更多參數(shù)（如本文中提到的測試MOSFET漏電流大小）。
