簡易鋰電池保護(hù)IC測(cè)試電路的設(shè)計(jì)

    由于鋰電池的體積密度、能量密度高，并有高達(dá)4.2V的單節(jié)電池電壓，因此在手機(jī)、PDA和數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品中獲得了廣泛的應(yīng)用。為了確保使用的安全性，鋰電池在應(yīng)用中必須有相應(yīng)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(hù)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(hù)電路的設(shè)計(jì)中被廣泛采用。

    然而，目前無論是正向（獨(dú)立開發(fā)）還是反向（模仿開發(fā)）設(shè)計(jì)的國產(chǎn)鋰電池保護(hù)IC由于技術(shù)、工藝的原因，實(shí)際參數(shù)通常都與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)有較大差別，在正向設(shè)計(jì)的IC中尤為突出，因此，測(cè)試鋰電池保護(hù)IC的實(shí)際工作參數(shù)已經(jīng)成為必要。目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了專用的鋰電池保護(hù)板測(cè)試儀，但價(jià)格普遍偏高，并且測(cè)試時(shí)必須先將IC焊接在電路板上。因此，本文中設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的測(cè)試電路，借助普通的電子儀器就可以完成對(duì)鋰電池保護(hù)IC的測(cè)試。

鋰電池保護(hù)IC的工作原理

    單節(jié)鋰電池保護(hù)IC的應(yīng)用電路很簡單，只需外接2個(gè)電阻、2個(gè)電容和2個(gè)MOSFET，其典型應(yīng)用電路如圖1所示。

圖1  鋰電池保護(hù)IC的典型應(yīng)用電路

鋰電池保護(hù)IC測(cè)試電路設(shè)計(jì)

圖2  鋰電池保護(hù)IC測(cè)試電路

    根據(jù)鋰電池保護(hù)IC的工作原理設(shè)計(jì)的測(cè)試電路如圖2所示，圖3詳細(xì)說明了圖2中模塊B的電路。模塊A在測(cè)試過流保護(hù)時(shí)為CS引腳提供電壓，模擬圖1中的CS引腳所探測(cè)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(guān)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(gè)電路提供一個(gè)可變電壓，在測(cè)試過充電保護(hù)電壓和過放電保護(hù)電壓時(shí)使用?？刂颇K中的開關(guān)S1的閉合為測(cè)試電路提供一個(gè)跳變電源，在測(cè)試IC的過充、過放和過流延遲時(shí)使用。跳線端口P1、P2在測(cè)試IC工作電流時(shí)使用，在測(cè)試其他參數(shù)時(shí)將開關(guān)S2導(dǎo)通即可。測(cè)試IC工作電流時(shí)，將電流表接在P1、P2上，將開關(guān)S2斷開。模塊C是用2個(gè)MOSFET做成的微電流源，在測(cè)試OD、OC輸出高、低電平時(shí)向該引腳吸、灌電流，只要MOSFET選擇恰當(dāng)，可以滿足測(cè)試需要。模塊D是2片MOSFET集成芯片，相當(dāng)于圖1中的M1、M2，其中的兩個(gè)端口在測(cè)試MOSFET漏電流時(shí)使用，在測(cè)試其他參數(shù)時(shí)要將這兩個(gè)端口短接。模塊E是一個(gè)IC插座，該插座用于放置待測(cè)IC，最多可以放置4片IC（測(cè)試時(shí)只能放一片IC），測(cè)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(cè)試。

圖3  模塊B的電路圖

    在測(cè)試電路的設(shè)計(jì)中，對(duì)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(dāng)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(duì)測(cè)試各種電壓的精度影響很大。本電路中兩個(gè)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(cè)試需要用到的電流只有兩個(gè)級(jí)別，一個(gè)是零點(diǎn)幾個(gè)微安，一個(gè)是幾十微安，因此一般要求能提供微安級(jí)以下的電流。另外，電源的穩(wěn)定度對(duì)整個(gè)IC測(cè)試參數(shù)的影響很大，因此，在測(cè)試時(shí)盡量使用穩(wěn)定性好的電源。

本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

    本設(shè)計(jì)有以下三個(gè)特點(diǎn)。

● 在測(cè)試IC過充、過放和過流的延遲時(shí)利用開關(guān)將電阻短路或開路來實(shí)現(xiàn)電路電源的突變，并且利用示波器同時(shí)抓電源和OC、OD跳變波形圖來測(cè)量延遲時(shí)間。

● 為了實(shí)現(xiàn)測(cè)試OC、OD高、低電平時(shí)向引腳吸、灌電流，本電路用MOSFET做了兩個(gè)簡單的微電流源，選用的MOSFET型號(hào)為TN0201T，利用柵級(jí)電壓控制漏、源級(jí)電流，以漏、源級(jí)電流為電流源，精度可以達(dá)到0.1μA，基本可以滿足測(cè)試的需要。

● 測(cè)試過流保護(hù)電壓時(shí)，即測(cè)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(hù)電壓遠(yuǎn)高于過流保護(hù)電壓，當(dāng)電壓達(dá)到過流保護(hù)電壓時(shí)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(cè)試出短流保護(hù)電壓，于是，本文采用了一種間接的近似測(cè)試方法。IC對(duì)過電流保護(hù)的延遲時(shí)間大概為幾個(gè)到十幾個(gè)毫秒，而短流延遲時(shí)間則大概為十幾個(gè)微秒，因此可以根據(jù)過流延遲時(shí)間與短流延遲時(shí)間的不同來近似測(cè)試短流保護(hù)電壓。此參數(shù)使用專用的鋰電池保護(hù)板測(cè)試儀也無法測(cè)出。

    本測(cè)試電路也存在一些不足。一是對(duì)IC測(cè)試的精度與電源穩(wěn)定度、電表精度有關(guān)，其中，對(duì)各種電壓測(cè)試的精度還與可變電位器的精度有關(guān)；二是短流保護(hù)電壓測(cè)得的是近似值。

總結(jié)

    雖然目前市場(chǎng)上有很多鋰電池保護(hù)板測(cè)試儀，但價(jià)格昂貴，并且測(cè)試參數(shù)固定，不能滿足實(shí)際測(cè)試的需要。在實(shí)際的應(yīng)用中，客戶最注重的鋰電池保護(hù)IC的幾個(gè)主要參數(shù)為：過充、過放和過流保護(hù)電壓、靜態(tài)工作電流和斷電電流、過充、過放和過流保護(hù)延遲，以及OD、OC引腳的輸出高、低電平。本文提供的測(cè)試方法可以很精確地測(cè)出上述參數(shù)，已經(jīng)超出了鋰電池保護(hù)板測(cè)試儀所能測(cè)試的參數(shù)。因此，在一些對(duì)鋰電池保護(hù)IC參數(shù)要求很全面或條件比較受限制的場(chǎng)合，本文提供的測(cè)試電路和測(cè)試方法是一種較好的選擇。

    上述測(cè)試電路和測(cè)試方法已經(jīng)投入使用，現(xiàn)已成功測(cè)試千余片鋰電池保護(hù)IC。從測(cè)試結(jié)果來看，除了短流保護(hù)電壓是近似測(cè)試以外，其余參數(shù)測(cè)試都與專用的測(cè)試儀器測(cè)出的結(jié)果非常吻合；從客戶反映情況來看，該測(cè)試電路測(cè)出的參數(shù)準(zhǔn)確，能滿足客戶需要。由于本測(cè)試電路沒有封裝（加外殼），可以根據(jù)客戶的需要增加適當(dāng)電路測(cè)試出更多參數(shù)（如本文中提到的測(cè)試MOSFET漏電流大?。?。