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Featured products - R5441 / R5443

鋰離子保護芯片的新思路和先進解決方案
Featured products - R5441 / R5443

近年來,使用鋰離子電池的應用數量顯著增加。最初,單電池用於移動電話應用,但現在它們幾乎用於任何類型的便攜式設備。

Ricoh一直是開發鋰離子保護IC的先驅,並且相關產品已經在1995年左右開始被生產出來。到目前為止,智能手機被認為是使用鋰離子電池的最小或最薄的設備之一,但這種情況在過去幾年隨著可充電智能手錶,助聽器和健身追?器的引入而發生了變化。因此,所需的電池容量從智能手機的3000 mAh減小到這些所謂的可穿戴設備的50 mAh左右。這些應用對其內部組件提出了新的挑戰性要求,例如超小封裝尺寸,開啟和待機模式下的低電流消耗以及復雜的安全電路。

新型R5441和R5443專為此目的而設計,兩款產品均嵌入晶圓級芯片尺寸封裝(WLCSP),以最大限度地縮小電路板空間。 R5443是最小的版本,板面積僅為1.05 mm2,厚度為0.36 mm。它被認為是目前最小的單節鋰離子保護IC之一。與採用1.4 x 1.4 mm DFN封裝的流行保護IC相比,小約53%。

鋰離子電池保護:

鋰離子電池在按照規範使用時通常是安全的,但在內部或機械故障的情況下可能成為潛在的危險。結果可能導致過熱,散發煙霧甚至更糟,當事故發生時,製造商的聲譽也會受到嚴重損害。鋰離子電池保護IC監控充電和放電過程,並在過程有可能超出電池安全工作範圍的風險時進行干預。當與裸電池一起使用時,保護IC可以在應用的電路板上使用,但也可以集成在疊層電池組中。特別是可充電鋰離子電池具有嚴格的操作限制,以使電池處於最佳狀態並防止過載時的危急情況。 R5441和R5443包括多個檢測電路,它們的輸出控制兩個與電池接線串聯的外部MOSFET。

保護電路:

。充電過壓: 當電池電壓超過過充電壓閾值一段時間後,芯片將中斷充電過程,防止過載。

。放電欠壓: 如果低於過放電壓閾值一段時間,芯片將中斷放電過程並進入待機模式。它禁用一些內部電路以降低電流消耗,並確保將電池的進一步放電保持在最低限度。

。放電過電流: 當放電電流超過最大閾值一段時間後,保護電路變為有效。

。充電過電流: 一旦充電電流超過閾值一段時間,就會觸發保護電路。

。短路電流: 與放電過電流水平相比,短路保護電路以更高的放電電流水平觸發,延遲時間更短。

高精度過充電壓閾值:

Featured products - R5441_R5443

R5441和R5443的過充電壓閾值精度均優於±10mV,而普通產品則為±30mV。此功能背後的想法是增加充電電壓,同時保持相同的安全水平。因此,電池的實際滿充電壓可以提高40mV,這對於電池容量較小的應用非常重要。下圖將詳細說明,並比較標準與改進的準確度水平。

電阻器電流檢測與MOSFET電流檢測:

傳統上,人們利用MOSFET導通電阻來測量電池組的電流。但是,導通電阻水平最不准確,因為它取決於各種標準,如環境溫度,柵極電壓和MOSFET類型。

設計工程師可能經常猜測保護IC將觸發其過流保護的過電流水平。至於更高標準的電流檢測,現在使用外部電流檢測電阻變得越來越普遍。這種電阻器可在市場上買到,可以根據您的首選電阻值和精度水平訂購。

使用這種方法的最大優點是,與MOSFET電流檢測相比,過流閾值裕度顯著提高。

Featured products - R5441_R5443

熱保護:

R5441有一個額外的電路,通過將外部NTC電阻連接到錫引腳來監控電池組的溫度。在溫度過高的情況下,充電或放電過程中斷。過溫閾值由產品版本指定,範圍為40°C至70°C。甚至可以為過充電和過放電閾值設置不同的溫度閾值設置。

可選功能:

可提供用於過充電和過放電監控電路的可選鎖存(Latch)和自動釋放功能(Auto release)。鎖定功能可以在充電器斷開或連接之前保持鎖定。自動釋放模式是,當電池電壓超過自動釋放閾值時,芯片會自動恢復正常模式。

電路延遲時間都是內部固定的,不需要任何外部元件。通過選擇特定產品版本,可以指定所需的延遲時間。

另一種選擇是0V電池充電功能。當電池電壓降至深度放電閾值(TYP. 1.25 V)以下時,可以防止再充電。在這種情況下,鋰離子電池可能不能再次充電或使用,保護使用者的安全。有關可選功能的更多詳細信息,請參閱數據表。

低電流消耗:

R5441 / R5443的重要細節是IC的電流消耗等於或低於市場上絕大多數其他可用解決方案,並有助於降低電池組的自放電率。在正常操作中,電流消耗分別為3.5 µA和2.5 µA。當產品進入待機模式時,產品僅消耗0.04 µA。

綜上所述:

R5441和R5443是市場上受歡迎的新產品; 目標設備是具有小型單節鋰離子或鋰聚合物電池的可穿戴設備。兩者的佔地面積分別為1.39 mm2和1.05 mm2。 R5441提供標準和增強的安全解決方案,帶有額外的熱保護電路,可檢測過熱的電池組。此外,它們具有出色的高精度閾值設置,可為我們身體上佩戴的應用提供更高的安全性。我們將繼續為這個市場開發更多的解決方案,我們將很快回來提供更多消息。