Microcircuitos para proteção de acumuladores de lítio. Data de referência

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Microcircuitos para proteção de acumuladores de lítio. Data de referência

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As modernas baterias de lítio e baterias recarregáveis para alimentar telefones celulares e outros dispositivos eletrônicos portáteis possuem elevados indicadores de peso e tamanho e alta intensidade energética, mas ao mesmo tempo são muito sensíveis a violações das condições de carga e descarga. As consequências de tais violações, muitas vezes não intencionais, podem ser bastante graves - desde uma perda significativa de capacidade de energia até a falha completa da bateria. O custo comparativo das baterias e baterias de lítio ainda permanece alto.

Isso obriga a incorporar um dispositivo eletrônico bastante complexo nas baterias, monitorando o correto funcionamento da bateria e evitando que ela exceda o modo máximo permitido. Abaixo estão descritos microcircuitos produzidos pela ON Semiconductor, que são projetados para executar precisamente essas funções. Uma das séries NCP802 protegerá uma única bateria de lítio, e o MC33351A garantirá a operação confiável de uma bateria de três dessas baterias. A familiaridade com suas características ajudará não apenas a usar as baterias corretamente, mas também a restaurar a funcionalidade após uma “falha” inesperada, muitas vezes associada apenas ao funcionamento do sistema de proteção integrado.

Microcircuitos da série NCP802

Eles são produzidos em diversas modificações de design: NCP802SN1T1 - em uma caixa plástica de pequeno porte SOT-23-6 (Fig. 1), e NCP802SAN1T1 e NCP802SAN5T1 - em uma caixa plástica SON-6 (Fig. 2) de tamanhos ainda menores.

(clique para ampliar)

Se o índice G for adicionado à designação, o microcircuito é ecologicamente correto (não contém chumbo). A caixa dos microcircuitos NCP802 apresenta apenas marcações convencionais - as letras KN e o código da data de produção. O nome completo com todos os índices é indicado apenas na documentação que o acompanha. A pinagem dos microcircuitos é apresentada na tabela. 1.

(clique para ampliar)

Um diagrama típico de conexão do dispositivo a uma bateria de íons de lítio protegida é mostrado na Fig. 3.

CIs para proteção de baterias de lítio

O circuito R2C1 é o filtro de energia do chip DA1. A resistência do resistor R2 não deve ser superior a 1 kOhm, pois a queda de tensão nele pode aumentar inaceitavelmente os limites de resposta da unidade de proteção. Os resistores R1 e R2 limitam a corrente através do chip se a bateria G1 for acidentalmente conectada a um carregador que desenvolva muita tensão ou na polaridade errada. Para não ultrapassar a dissipação de potência permitida para o microcircuito nessas situações, a resistência total desses resistores deve ser de pelo menos 1 kOhm. No entanto, se a resistência do resistor R1 for superior a 30 kOhm, o microcircuito pode não entrar no modo de carregamento ao conectar ao carregador uma bateria descarregada a um nível abaixo do permitido pelo carregador.

Os transistores de efeito de campo VT1 e VT2 são conectados em série ao circuito de carga/descarga da bateria G1. Em estado de operação, ambos estão abertos, e a resistência total de seus canais serve como sensor da corrente que flui neste circuito. Se necessário, você pode diminuir os limites de proteção de corrente conectando um resistor adicional, não mostrado no diagrama, em série entre os terminais dreno dos transistores.

Se o transistor VT1 estiver fechado, é impossível descarregar a bateria G1 para uma carga externa. No entanto, a corrente de carga pode fluir livremente através do diodo de proteção embutido no transistor, conectado na direção direta desta corrente. Da mesma forma, o transistor fechado VT2 proíbe o carregamento, deixando a bateria G1 possível descarregar. Quando ambos os transistores estão fechados, a bateria está completamente desconectada dos circuitos externos.

Proteção contra sobrecarga

Se a tensão no pino Vcell do microcircuito aumentar, então quando um determinado valor limite U1 for excedido, ele envia um comando para fechar o transistor VT2, configurando através do resistor R1 conectado à fonte do transistor VT2 no pino CO um nível de baixa tensão igual à tensão no pino P.

O chip retornará a um estado alto no pino CO depois que a tensão aplicada ao pino Vcell diminuir para um valor ligeiramente menor que o limite. A saída do estado com nível de baixa tensão no pino CO também ocorrerá após conectar uma carga à bateria, se a queda de tensão causada por sua corrente no diodo interno do transistor VT2 - é aplicado no pino P - atinge o nível limite Uz (discutido abaixo) ou o excede.

As condições para que o chip entre no estado de proteção ou retorne ao seu estado original devem ser mantidas por um longo tempo antes que essa transição ocorra - é fornecido um atraso de tempo.

Proteção contra descarga excessiva

Quando a tensão no pino Vcell, diminuindo, ultrapassa o limite definido U2, um nível de baixa tensão aparecerá no pino DO, que fechará o transistor VT1 e interromperá a descarga adicional da bateria G1. A capacidade de carregamento é mantida. Assim que a tensão no pino Vcell exceder o limite U2, o pino DO ficará alto novamente.

No estado de proibição de descarga da bateria, a corrente consumida pelo microcircuito diminui drasticamente, pois a maioria de seus componentes internos passa para o estado passivo. Um pequeno aumento de tensão no pino P, causado pela conexão da bateria ao carregador, ativa novamente o microcircuito

Diagramas de temporização de tensão em vários terminais do microcircuito e corrente no circuito da bateria G1 são mostrados na Fig. 4 e 5. O primeiro deles ilustra o funcionamento da unidade de proteção da bateria contra sobrecarga e excesso da corrente de carga permitida, e o segundo - contra descarga excessiva e excesso da corrente de descarga permitida.

(clique para ampliar)

Proteção contra excesso de corrente de descarga e curto-circuito dos terminais da bateria

Este nó opera quando ambos os transistores – VT1 e VT2 – estão abertos. Assim que a queda de tensão entre eles exceder qualquer um dos valores limite U3 ou U5, o pino DO ficará baixo, desligando o transistor VT1. O atraso no fechamento quando a corrente de descarga é ultrapassada é de aproximadamente 12 ms, e no fechamento dos terminais da bateria - 0,4 ms. Isto é muito menor que o atraso de resposta da unidade de proteção contra descarga excessiva.

Com isso, a unidade de proteção de corrente é acionada primeiro, evitando que o microcircuito entre no modo passivo, para sair do qual é necessário conectar a bateria ao carregador. Para retornar ao estado original após eliminar um curto-circuito ou sobrecorrente, a descarga é suficiente para que a queda de tensão no resistor Rs dentro do microcircuito seja menor que o limite. Este resistor é conectado entre os terminais Gnd (Comum) e P- quando a unidade de proteção de corrente é acionada e é desconectado deles em todos os outros estados.

Proteção contra exceder a corrente de carga permitida

Quando a corrente de carga é maior que o permitido (por exemplo, a bateria está conectada a um carregador “estranho” ou com defeito), a tensão negativa no pino P- está abaixo do limite U4. Se esta situação não mudar dentro de um certo tempo, o pino CO será colocado em um nível baixo, o que fechará o transistor de efeito de campo VT2 e interromperá o carregamento. Para retornar ao seu estado original, é necessário desconectar a bateria do carregador e conectá-la à carga por um tempo.

Gerenciamento de atraso de tempo

Conforme observado acima, para alterar o estado do microcircuito, certas condições devem estar em vigor durante intervalos de tempo especificados pelos componentes internos do microcircuito. Se necessário, o atraso pode ser desabilitado, após o qual o microcircuito irá comutar imediatamente após ocorrer a condição correspondente (a duração da operação dos nós e o retorno ao modo de operação não são regulados). Para fazer isso, basta conectar o pino DS ao pino Vcell. O estado normal do pino DS é desconectado. Existe um resistor interno entre ele e o pino Gnd no microcircuito.

Carregar uma bateria muito descarregada

Se a tensão entre os pinos Vcell e Gnd do microcircuito for de pelo menos 1,5 V, seu pino CO está em um nível alto, o transistor VT2 está aberto. Isso permite que você comece a carregar uma bateria quase completamente descarregada.

Principais características técnicas

Tensão de alimentação, V ...... 1,5 ... 4,5
A tensão mínima da bateria na qual você pode começar a carregar, V ...... 1,5
Corrente máxima consumida em modo ativo, µA, com tensão de alimentação de 3,9 V e tensão zero no pino P-......6
valor típico ...... 3
A corrente mais alta consumida no modo passivo, μA, a uma tensão de alimentação de 2 V ...... 0,1
O valor de tensão de baixo nível mais alto na saída CO do controle do transistor de carga, V, com uma tensão de alimentação de 4,5 V e um pulso de corrente de saída de 50 μA......0,5
valor típico ...... 0,4
O valor de tensão de alto nível mais baixo na saída CO do controle do transistor de carga, V, em uma tensão de alimentação de 3,9 V e um pulso de corrente de saída de -50 μA...... 3,4
valor típico ...... 3,7
O valor de tensão de baixo nível mais alto na saída DO do controle do transistor de descarga, V, com uma tensão de alimentação de 2 V e um pulso de corrente de saída de 50 μA......0,5
valor típico ...... 0,2
O menor valor de tensão de alto nível na saída DO do controle do transistor de descarga, V, em uma tensão de alimentação de 3,9 V e um pulso de corrente de saída de -50 μA......3,4
valor típico ...... 3,7

Conjunto de proteção contra sobrecarga

Tensão limite de operação entre os terminais Vcell e Gnd, V com uma resistência do resistor R2 (Fig. 3) de 330 Ohms e uma temperatura ambiente entre -5...+55 °C para NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1 .....4,32. .4,38
valor típico ...... 4,35
NCP802SAN5T1. . .4,245...4,305
valor típico .....4,275
Tensão de resposta limite U, V, com resistência do resistor R2 de 330 Ohms e temperatura ambiente de +25 ° C para
NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1 .....4,325...4,375
valor típico ...... 4,35
NCP802SAN5T1......4,25...4,3
valor típico .....4,275
Atraso de resposta t31, s, com aumento da tensão de alimentação (no pino Vcell) de 3,6 para 4,4 V, para NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1 ...0,175...0,325
valor típico ...... 0,25
NCP802SAN5T1......0,7...1,3
valor típico ...... 1
Atraso tB1 no retorno ao modo de operação, ms, com tensão de alimentação de 4 V e aumento da queda de tensão no sensor de corrente R1 de zero a 1 V......11...21
valor típico ...... 16
Unidade de proteção contra sobrecarga
Tensão de operação limite U2 (entre os terminais Vcell e Gnd), V, para
NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1 .....2,34...2,46
valor típico ...... 2,4
NCP802SAN5T1 .....2,24...2,36
valor típico ...... 2,3
Atraso de resposta t32, ms, quando a tensão de alimentação diminui de 3,6 para 2,2 V......14...26
valor típico ...... 20
Atraso tB2 no retorno ao modo de operação, ms, com tensão de alimentação de 3 V e diminuição da queda de tensão no sensor de corrente de 3 V a zero .....0,7... 1,7
valor típico ...... 1,2
Unidade de proteção de sobrecorrente de descarga
Tensão limite U3 no sensor de corrente, V, para
NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1 .....0,18...0,22
valor típico ...... 0,2
NCP802SAN5T1 .....0,08...0,12
valor típico ...... 0,1
Atraso de resposta t33, ms, com tensão de alimentação de 3 V e aumento da queda de tensão no sensor de corrente de zero a 1 V para NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1......8...16
valor típico ...... 12
NCP802SAN5T1......4..8
valor típico ...... 6
Atraso tB3 no retorno ao modo de operação, ms, com tensão de alimentação de 3 V e diminuição da queda de tensão no sensor de corrente de 3 V a zero .....0,7... 1,7
valor típico ...... 1,2
Unidade de Proteção de Carregamento Sobre Corrente
Tensão limite U4 no sensor de corrente, V, quando a queda de tensão nele diminui .....-0,13...-0,07
valor típico ...... -0,1
Atraso de resposta t34, ms, com tensão de alimentação de 3 V e redução da queda de tensão no sensor de corrente de zero a -1 V para NCP802SN1T1, NCP802SAN1T1......11...21
valor típico ...... 16
NCP802SAN5T1......5... 11
valor típico ...... 8
Atraso no retorno de tB4 ao modo de operação, ms, com tensão de alimentação de 3 V e aumento da queda de tensão no sensor de corrente de -1 V a zero......0,7...1,7
valor típico ...... 1,2

Nó de proteção contra curto-circuito de conclusões externas

Tensão limite U5 no sensor de corrente, V, com tensão de alimentação de 3 V. . .Upit - (1,4...1,8)
valor típico ..... Upit - 1,1
Atraso de resposta t35, ms, com tensão de alimentação de 3 V e aumento da queda de tensão no sensor de corrente de zero a 3 V. .0,25...0,6 valor típico......0,4
Resistência entre os terminais P e Gnd após o acionamento da unidade de proteção de corrente, kOhm, com tensão de alimentação de 3,6 V e queda de tensão no sensor de corrente de 1 V......15. ..45
valor típico ...... 30
Nó de controle de atraso
Tensão na entrada DS, que corta os atrasos, V ...... Upp + (-0,5 ... + 0,3)
Tensão na entrada DS desconectada, V, em uma tensão de alimentação de 3,6 ... 4,4 V ...... 1,05 ... (Upi -1,1)
Resistência do resistor interno entre os terminais DS e Gnd, MΩ......0,5...2,5
valor típico ...... 1,3
Valores limite
Tensão, V, entre os pinos Vcell e Gnd (tensão de alimentação), bem como entre os pinos DS e Gnd, DO e Gnd......-0,3...+12
Tensão, V, entre os terminais P- e Gnd, bem como entre CO e P-......Upit+(-28...+0,3)
Dissipação máxima de potência, mW......150
Faixa de trabalho da temperatura do cristal, °С......-40...+85
Temperatura de armazenamento, °С .. .-55...+125

Com o pino DS não conectado, salvo indicação em contrário.

Além dos mencionados acima, a mesma empresa produz uma série de microcircuitos MC33349N, que diferem do NCP802SN1T1 principalmente apenas nos valores de três parâmetros:

Tensão limite de resposta U1, V (valor típico) com resistência do resistor R2 de 330 Ohms e temperatura ambiente de +25 °C, para MC33349N-3R1, MC33349N-4R1......4,25
MC33349N-7R1......4,35
Tensão operacional limite U2, V (valor típico) ...... 2,5
Tensão limite U3 no sensor de corrente, V (valor típico), para
MC33349N-3R1, MC33349N-7R1......0,2
MC33349N-4R1......0,075

Nas marcações no corpo desses microcircuitos, ao invés de KN, há uma designação alfanumérica: A1 - para MC33349N-3R1, A2 - MC33349N-4R1 e AO - MC33349N-7R1.

O fabricante não indica a capacidade do capacitor C2.

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