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高集成度單芯片鋰電池保護(hù)解決方案

鉅大LARGE  |  點擊量:1305次  |  2019年08月16日  

高集成度單芯片鋰電池保護(hù)解決方案


目前鋰電池的應(yīng)用越來越廣泛,從手機、Mp3、Mp4、GpS、玩具等便攜式設(shè)備到需要持續(xù)保存數(shù)據(jù)的煤氣表,其市場容量已經(jīng)達(dá)到每月幾億只。為了防止鋰電池在過充電、過放電、過電流等異常狀態(tài)影響電池壽命,通常要通過鋰電池保護(hù)裝置來防止異常狀態(tài)對電池的損壞。


鋰電池保護(hù)裝置的電路原理如圖1所示,主要是由電池保護(hù)控制IC和外接放電開關(guān)M1以及充電開關(guān)M2來實現(xiàn)。當(dāng)p+/p-端連接充電器,給電池正常充電時,M1,M2均處于導(dǎo)通狀態(tài);當(dāng)控制IC檢測到充電異常時,將M2關(guān)斷終止充電。當(dāng)p+/p-端連接負(fù)載,電池正常放電時,M1,M2均導(dǎo)通;當(dāng)控制IC檢測到放電異常時,將M1關(guān)斷終止放電。




圖1:鋰電池保護(hù)裝置電路原理。


幾種現(xiàn)有的鋰電池保護(hù)方案


圖2是基于上述鋰電池保護(hù)原理所設(shè)計的一種常用的鋰電池保護(hù)板。圖中的SOT23-6L封裝的是控制IC,SOp8封裝的是雙開關(guān)管M1,M2。由于制造控制IC的工藝與制造開關(guān)管的工藝各不相同,因此圖2中兩個芯片是從不同的工藝流程中制造出來的,通常這兩種芯片也是由不同的芯片廠商提供。




圖2:傳統(tǒng)的電池保護(hù)方案。


近幾年來,業(yè)界出現(xiàn)了將幾個芯片封裝在一起以提高集成度、縮小最后方案面積的趨勢。鋰電池保護(hù)市場也不例外。圖3中的兩種鋰電池保護(hù)方案A及B看起來是將圖2中的兩個芯片集成于一個芯片中,但實際上其封裝內(nèi)部控制器IC及開關(guān)管芯片仍是分開的,來自不同的廠商,該方案僅僅是將二者合封在一起,俗稱“二芯合一”。




圖3:“二芯合一”的鋰電池保護(hù)方案。


由于內(nèi)部兩個芯片實際仍來自于不同廠商,外形不能很好匹配,因此導(dǎo)致最終封裝形狀各異,很多情況下不能采用通用封裝。這種封裝體積比較大,又不能節(jié)省外圍元件,所以這種“二芯合一”的方案實際上并省不了太多空間。在成本方面,雖然兩個封裝的成本縮減成一個封裝的成本,但由于這個封裝通常比較大,有的不是通用封裝,有的為了縮小封裝尺寸,需要用芯片疊加的封裝形式,因此與傳統(tǒng)的兩個芯片的方案相比,其成本優(yōu)勢并不明顯。


圖4是一種真正的將控制器芯片及開關(guān)管芯片集成在同一晶圓的單芯片方案。傳統(tǒng)方案原理圖1中的開關(guān)管是N型管,接在圖1中的B-與p-之間,俗稱負(fù)極保護(hù)。圖4中的方案由于技術(shù)原因,開關(guān)管只能改為p型管,接在B+與p+之間,俗稱正極保護(hù)。用此芯片完成保護(hù)板方案后,在檢測保護(hù)板時用戶需要更換測試設(shè)備及理念。此方案雖然減少了一定的封裝成本,但芯片成本并沒有得到減少,在與量大成熟的傳統(tǒng)方案競爭時也沒有真正的成本優(yōu)勢。相反其與傳統(tǒng)方案不相容的正極保護(hù)理念成了其推廣過程的巨大障礙。




圖4:正極保護(hù)的鋰電池保護(hù)方案。


上面的“二芯合一”方案及單芯片正極保護(hù)方案雖然在方案面積及成本上給用戶帶來了一定的優(yōu)勢,但優(yōu)勢仍不明顯。這些方案同時又帶來了一些弊端,因此在與成熟的傳統(tǒng)方案競爭客戶的過程中,最終還是只能以降低毛利空間來打價格戰(zhàn)。由于這些方案的真正原始成本并沒有明顯的優(yōu)勢,所以隨著傳統(tǒng)方案的控制IC及開關(guān)管芯片的降價,這些“二芯合一”的方案或正極保護(hù)方案并沒有能夠撼動傳統(tǒng)方案的市場統(tǒng)治地位。


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